汪曉偉, 徐學(xué)義, 馬中平, 陳雋璐, 崔方磊, 朱小輝, 孫吉明

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710054； 2.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710054)

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博格達(dá)造山帶東段早石炭世火山巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造屬性

汪曉偉1,2, 徐學(xué)義1, 馬中平1, 陳雋璐1, 崔方磊1,2, 朱小輝1, 孫吉明1

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西西安 710054； 2.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西西安 710054)

博格達(dá)造山帶東段克孜庫(kù)都克地區(qū)七角井組玄武巖和中酸性火山碎屑巖及少量流紋巖在時(shí)空上構(gòu)成雙峰式火山巖組合。玄武巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為331.0±3.0Ma，屬于早石炭世晚期；SiO2含量為47.68%～48.82%，TiO2含量(1.83%～2.17%)略高于N型大洋中脊玄武巖，高Al(Al2O3含量為15.56%～16.09%)，富鈉貧鉀(Na2O/K2O=5.44～7.76)，低Mg(MgO含量為5.97%～7.17%，Mg#為43～47)，表明其原始巖漿發(fā)生過明顯的橄欖石和輝石的分離結(jié)晶作用。玄武巖具有近于平坦的稀土配分模式，輕微負(fù)Eu異常(δEu=0.89～0.93)，相對(duì)富集Rb、Ba、P，虧損Th、Nb、Ta、Sr、Ti等不相容元素?；鹕綆r巖石地球化學(xué)特征表明：研究區(qū)玄武巖可能是虧損尖晶石相地幔橄欖巖向石榴石相地幔橄欖巖過渡的產(chǎn)物，且在其上升過程中受到較弱程度的地殼物質(zhì)混染，形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境，其地球動(dòng)力學(xué)體制可能與古亞洲洋殼向先存的準(zhǔn)噶爾-吐哈陸塊斜向俯沖，產(chǎn)生的側(cè)向撕裂力拉張陸塊有關(guān)?？俗螏?kù)都克地區(qū)早石炭世玄武巖構(gòu)造屬性的確立進(jìn)一步證實(shí)了博格達(dá)造山帶在石炭紀(jì)時(shí)期處于大陸裂谷演化過程的觀點(diǎn)，為進(jìn)一步深入理解博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造巖漿演化過程提供了新的地質(zhì)與年代學(xué)依據(jù)。

博格達(dá)造山帶 早石炭世火山巖 巖石成因 陸內(nèi)裂谷 構(gòu)造巖漿演化

Wang Xiao-wei, Xu Xue-yi, Ma Zhong-ping, Chen Jun-lu, Cui Fang-lei, Zhu Xiao-hui, Sun Ji-ming．Geochemistry and tectonic setting of the early Carboniferous volcanic rocks in the eastern section of the Bogda orogenic belt in Xinjiang[J]．Geology and Exploration, 2015, 51(1):0108-0122.

博格達(dá)造山帶大地構(gòu)造位置隸屬天山造山帶東段，北鄰準(zhǔn)噶爾盆地，南為吐哈地塊，西起烏魯木齊，東與克拉麥里-莫?dú)J烏拉蛇綠巖帶相接，是研究天山造山帶運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程的理想場(chǎng)所，長(zhǎng)期以來備受地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注。博格達(dá)造山帶以花崗巖不發(fā)育、廣泛發(fā)育石炭紀(jì)火山巖為特征。早石炭世火山巖作為造山帶的重要組成部分，對(duì)造山帶演化具有十分重要意義。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)博格達(dá)造山帶晚古生代構(gòu)造屬性的認(rèn)識(shí)一直存在分歧，素有裂谷(王利利等，1986；吳慶福，1986；何國(guó)琦等，1994；顧連興等，2001a，2001b；王銀喜等，2005，2006；王金榮等，2010；田黎萍等，2010)、島弧(方國(guó)慶，1993；馬瑞士等，1997)和弧后盆地(李錦軼等，2004；孫桂華等，2007)之爭(zhēng)。然而越來越多的研究成果表明，博格達(dá)造山帶石炭紀(jì)的構(gòu)造屬性更傾向于裂谷環(huán)境(顧連興等，2001a，2001b；王銀喜等，2005，2006；王金榮等，2010；田黎萍等，2010)。裂谷始于早石炭世的七角井一帶(裂谷雙峰式火山巖之玄武巖和流紋巖的Rb-Sr等時(shí)線年齡分別為342Ma和340Ma)(王銀喜等，2005，2006)，結(jié)束于晚石炭世晚期(西地-伊齊-小紅柳峽一帶柳樹溝組雙峰式火山巖組合之流紋巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為296 Ma)，早二疊世為裂谷閉合造山作用，早二疊世末進(jìn)入后造山伸展的演化階段(卡拉崗組流紋巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為278 Ma)(王金榮等，2010)。近年來，筆者在博格達(dá)造山帶東段對(duì)石炭紀(jì)地層單元進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查研究，重點(diǎn)開展了七角井組火山巖的巖相、分布、巖石組合等特征研究，獲得了較為詳實(shí)的地質(zhì)資料，并運(yùn)用高精度的LA-ICP-MS鋯石U-Pb方法對(duì)七角井組玄武巖進(jìn)行精確定年，展開詳細(xì)的巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)研究，探討其成因及形成背景，并在此基礎(chǔ)上側(cè)重討論該區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造巖漿演化過程，為深入理解天山構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化過程提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況及火山巖巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于博格達(dá)造山帶東段北部，北臨準(zhǔn)噶爾盆地，南隔吐哈盆地和覺羅塔格石炭紀(jì)火山巖帶相鄰，東以紅柳峽-蘇吉斷裂與克拉麥里-莫?dú)J烏拉晚古生代蛇綠巖相接，是三個(gè)主要大地構(gòu)造單元交匯的部位(圖1a)(馬瑞士等，1997；Shuetal.，2000)。區(qū)域內(nèi)出露的主要地層為下石炭統(tǒng)七角井組，主要分布于博格達(dá)造山帶東部的七角井-高泉地區(qū)，在研究區(qū)位于克孜庫(kù)都克一帶的北側(cè)；柳樹溝組分布于研究區(qū)西北部，與七角井組主要呈斷層接觸關(guān)系，構(gòu)成博格達(dá)東段主體(圖1-b)。研究區(qū)下石炭統(tǒng)七角井組由火山熔巖、酸性火山碎屑巖及沉積碎屑巖組成，其巖性主要為灰綠色玄武巖、薄層狀粉砂巖、砂巖、凝灰質(zhì)砂巖、晶屑凝灰?guī)r、巖屑晶屑凝灰?guī)r，另有少量流紋巖(其分布不及玄武巖的10%)。區(qū)內(nèi)該套巖性組合總厚度不大，以玄武巖與酸性火山碎屑巖或沉積碎屑巖多次不均勻互層以及夾少量的流紋巖為特征，在時(shí)空上構(gòu)成了雙峰式火山巖組合。玄武巖表面呈灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，杏仁狀構(gòu)造，斑晶以自形板狀斜長(zhǎng)石為主，粒徑多為0.5～1.5 mm，含量一般為5%～10%。基質(zhì)粒度多小于0.1 mm，由斜長(zhǎng)石和輝石微晶及少量玻璃質(zhì)構(gòu)成間隱結(jié)構(gòu)(圖2-a)；斜長(zhǎng)石微晶多呈長(zhǎng)柱狀或針狀，長(zhǎng)寬比可超5∶1；填隙輝石多呈微棕色，細(xì)粒狀。巖石杏仁較為發(fā)育，多為橢圓狀，大小多為1 mm，成分以長(zhǎng)英質(zhì)為主(圖2-b)。酸性火山碎屑巖為灰綠色，依成分可劃分為晶屑凝灰?guī)r和巖屑晶屑凝灰?guī)r等，具凝灰結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，巖石組成中碎屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般大于65%，其中晶屑成分為煙灰色、灰白色它形粒狀石英及少量斜長(zhǎng)石和白云母(圖2-c)；巖屑成分以酸性火山熔巖為主，充填物質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于35%，為火山灰。流紋巖呈灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶含量可達(dá)15%～20%，其成分主要為石英和斜長(zhǎng)石，粒度多在0.3～1.0 mm；其中石英呈它形粒狀，具有一定的定向排列；斜長(zhǎng)石呈半自形板片狀，發(fā)育聚片雙晶。基質(zhì)為霏細(xì)狀長(zhǎng)英質(zhì)，粒度多在0.1 mm以下，晶粒界線不清。次生蝕變多以絹云母化和碳酸鹽化為主，含有少量纖片狀絹云母，均勻分布于基質(zhì)當(dāng)中(圖2-d)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)略圖(據(jù)1∶25萬三道嶺幅建造構(gòu)造圖修改，2009)Fig.1 Schematic geological tectonic map of study area (after reference 1 to 250 thousand Sandaoling construction of structural map, 2009) 1-第四紀(jì)沖洪積物；2-中下侏羅統(tǒng)水西溝群；3-漸新統(tǒng)桃樹園組；4-中二疊統(tǒng)卡拉崗組；5-下二疊統(tǒng)石人子溝組；6-上石炭統(tǒng)柳樹溝組；7-下石炭統(tǒng)七角井組；8-晚二疊世鉀長(zhǎng)花崗巖；9-晚二疊世輝綠巖；10-早二疊世輝綠巖；11-早二疊世橄欖巖-輝長(zhǎng)巖；12-斷層及角度不整合；13-采樣位置；①-東準(zhǔn)噶爾造山帶；②-準(zhǔn)噶爾盆地；③-博格達(dá)造山帶；④-哈爾里克晚古生代島?。虎?-吐哈地塊；⑥-覺羅塔格晚古生代島弧；⑦-南天山晚古生代島弧1-Quaternary alluvial material; 2-middle and lower Jurassic Shuixigou Formation; 3-Oligocene Taoshuyuan Formation; 4-middle Permian Kalagang Formation; 5-lower Permian Shirenzigou Formation; 6-upper Cambrian Liushugou Formation; 7-lower Cambrian Qijiaojing Formation; 8-late Permian Moyite; 9-late Permian diabase; 10-early Permian diabase; 11-early Permian peridotite and gabbro; 12-fault and angular unconformity; 13-sampling position; ①-east Junggar orogenic belt; ②-Junggar basin; ③-Bogda orogenic belt; ④-late Pa laeozoic Harlik island arc; ⑤-Tuha plots; ⑥-late Paleozoic Jueluotage island arc; ⑦-late Paleozoic south Tianshan island arc

圖2 博格達(dá)造山帶克孜庫(kù)都克地區(qū)七角井組火山巖鏡下照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of the volcanic rocks of the Qijiaojing Formation from the Kezikuduke area of Bogda suture zone a-玄武巖間隱結(jié)構(gòu)；b-玄武巖杏仁狀構(gòu)造；c-中酸性火山巖碎屑巖；d-流紋巖；Ms-白云母；Pl-斜長(zhǎng)石；Qz-石英；Ser-絹 云母；Aug-普通輝石(a、b、c、d-正交偏光)a-Intersertal texture of basalts; b-Amygdaloidal structure of basalts; c-Acid volcaniclastic rocks; d-Rhyolite; Ms-Muscovite; Pl -Plagioclase; Qz-Quartz; Ser-Sericite; Aug-Augite (a, b, c, d-crossed nicols)

2 樣品采集與測(cè)試

本文選取了來自博格達(dá)造山帶東段克孜庫(kù)都克地區(qū)七角井組玄武巖(BD-07)進(jìn)行LA-ICP-MS法鋯石U-Pb定年分析，并將實(shí)測(cè)剖面取得的6塊樣品進(jìn)行巖石地球化學(xué)分析，采樣位置見圖1b。

鋯石樣品在河北省地勘局廊坊實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成處理。首先經(jīng)過破碎，經(jīng)淘洗、浮選和電磁選方法富集鋯石，再在雙目鏡下用手工方法逐個(gè)挑選晶型完好、無裂隙、干凈透明的鋯石顆粒制作樣靶，用環(huán)氧樹脂固定，固化后將靶上的鋯石顆粒打磨至中心部位露出后，進(jìn)行拋光并進(jìn)行陰極發(fā)光(CL)研究和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素組成分析。陰極發(fā)光在長(zhǎng)安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室掃描電鏡加載陰極發(fā)光儀上完成。鋯石U-Pb同位素測(cè)定在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所分析測(cè)試中心完成。分析儀器采用德國(guó)Microlas公司生產(chǎn)的GeoLas200M激光剝蝕系統(tǒng)與Elan6100DRC-ICP-MS聯(lián)機(jī)上進(jìn)行測(cè)定，分析采用的激光斑束直徑為30μm，激光脈沖為10Hz，能量為32～36mJ，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm，鋯石年齡測(cè)定采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。所得數(shù)據(jù)用Glitter(ver4.0, Mac Quarie University)程序進(jìn)行計(jì)算和處理并對(duì)其進(jìn)行普通鉛校正。所有樣品均采用206Pb/238U年齡，年齡計(jì)算及諧和圖采用Isoplot(ver3.0)完成。單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差均為1σ，其加權(quán)平均值的置信度為95%。進(jìn)行巖石地球化學(xué)分析時(shí)，首先將樣品表面雜質(zhì)清除，切除風(fēng)化面，在瑪瑙研缽中無污染破碎研磨至200目制成分析樣品。全巖及微量元素測(cè)試分析由西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。主量元素除FeO和LOI采用標(biāo)準(zhǔn)濕化學(xué)法分析外，其他元素均采用PW4400型X螢光光譜儀XRF測(cè)定，分析誤差低于5%；微量元素和稀土元素采用X-Series II型電感耦合等離子質(zhì)譜儀ICP-MS測(cè)定，檢測(cè)限優(yōu)于5×10-9，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差也優(yōu)于5%。

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

研究區(qū)七角井組玄武巖地球化學(xué)分析結(jié)果見表1。從表1可以看出，七角井組玄武巖SiO2含量較低，介于47.68%～48.82%之間，平均為48.33%；富鈉貧鉀(Na2O/K2O=5.44～7.76)，Na2O含量為2.55%～3.18%，K2O含量為0.39%～0.54%；全堿(Na2O+K2O)含量為2.96%～3.59%，里特曼指數(shù)σ=1.76～2.75，平均為2.08，為亞堿性系列；TiO2含量為1.83%～2.17%，總體上略高于N-MORB(Wilson, 1989)(TiO2≈1.15%)；Al2O3含量較高，介于15.56%～16.09%；MgO含量較低，介于5.97%～7.17%之間，Mg#為43～47，低于典型MORB的Mg#(Rapp, 1997)(Mg#=60)。在Na2O+K2O-SiO2圖解(圖3a)及FeOT/MgO-SiO2圖解(圖3b)中樣品投入玄武巖域，屬拉斑系列。

3.2 微量元素和稀土元素

由玄武巖微量元素分析結(jié)果(表1)可知，七角井組玄武巖稀土元素總量變化不大，介于100.50×10-6～108.80×10-6之間，平均為103.52×10-6。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(圖4a)上，玄武巖稀土配分曲線整體上接近平坦型，輕重、稀土元素之間存在微弱的分異現(xiàn)象，LREE輕度富集，ΣLREE/ΣHREE為2.98～3.17，(La/Yb)N為2.01～2.20，(La/Sm)N為1.14～1.22，(Gd/Yb)N為1.44～1.49，δEu為0.89～0.93，平均為0.91，輕微負(fù)銪異常，表明其原始巖漿在演化過程中斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用不明顯，并暗示由于伸展拉張導(dǎo)致大陸地殼減薄、玄武巖漿快速上升至地表噴發(fā)。其稀土配分模式與世界上典型的大陸溢流玄武巖(Wilson，1989)以及大陸裂谷玄武巖(Wilson，1989)稀土配分模式十分相似。

表1 博格達(dá)造山帶東段早石炭世玄武巖主量元素(%)和微量元素(10-6)分析結(jié)果

續(xù)表1

Continued Table 1

樣品號(hào)CuPbZnCrNiCoLiRbCsMoSrBaV13BD-06H63 413 599 818978 239 112 44 950 400 7133417827013BD-07H61 612 010715275 838 414 69 260 460 5537312727713BD-08H64 112 297 918476 938 712 34 850 400 5433916426913BD-11H62 43 6189 519769 536 612 17 010 430 9135113727313BD-13H62 19 1310315462 437 69 195 420 301 0931912628313BD-14H63 54 1795 413262 838 611 24 300 320 74302142274樣品號(hào)ScNbTaZrHfGaUThYLaCePrNd13BD-06H33 04 060 351503 8818 90 300 7432 611 430 24 5721 413BD-07H34 44 150 341544 0619 10 310 7833 711 530 54 6722 013BD-08H33 04 000 331463 8918 40 300 7432 511 430 74 6021 213BD-11H36 14 150 331503 9518 40 320 9933 312 131 84 7521 913BD-13H32 34 770 391784 5218 30 330 7935 012 533 04 9622 613BD-14H32 24 500 361694 3518 40 280 7533 512 032 04 7422 0樣品號(hào)SmEuGdTbDyHoErTmYbLu∑REEδEuδCe13BD-06H5 991 876 851 126 811 403 910 593 830 56100 50 891 0113BD-07H6 321 987 041 197 201 463 950 603 830 57102 810 901 0013BD-08H6 121 956 781 116 781 363 770 583 680 55100 580 921 0213BD-11H6 231 986 821 116 811 393 860 583 700 56103 590 921 0113BD-13H6 572 097 431 207 381 504 210 654 100 61108 80 911 0113BD-14H6 432 046 951 147 051 413 950 613 900 59104 810 931 02

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4b)上，研究區(qū)玄武巖不相容元素Rb、Ba、P等相對(duì)富集，Th、Nb、Ta、Sr、Ti等相對(duì)虧損，這與許多地區(qū)大陸拉斑玄武巖特征一致(Depuy and Dostal，1984；Holm，1985；Jolly，1987；李昌年，1992；Pin and Marinl，1993)，并表明其玄武巖漿可能受到過一定程度的地殼混染。此外玄武巖微量元素Ni(62.40×10-6～78.20×10-6)和Cr(132.00×10-6～197.00×10-6)遠(yuǎn)低于判別原始巖漿的參考數(shù)值(Wendlandtetal.，1999)(Ni≈250.00×10-6、Cr≈300.00×10-6)，表明玄武巖漿早期演化過程中可能發(fā)生過橄欖石、輝石的結(jié)晶分離作用，這也與該區(qū)玄武巖較低的Mg#值(Mg#=43～47)相吻合。

4 鋯石CL分析和LA-ICP-MS法鋯石U-Pb測(cè)年

筆者對(duì)研究區(qū)七角井組玄武巖樣品(樣品號(hào)BD-07)進(jìn)行了鋯石U-Pb定年。該巖石中的鋯石大多無色透明，顆粒較小，呈長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)約50～150μm，寬約20～50μm，粒徑比約為3∶1，晶面清晰，CL圖像(圖5)顯示這些鋯石均發(fā)育有清晰的巖漿震蕩環(huán)帶，表明其為典型的巖漿鋯石(吳元保和鄭永飛，2004)。本次鋯石LA-ICP-MS法U-Pb測(cè)年獲得有效測(cè)試數(shù)據(jù)為15個(gè)，具體分析結(jié)果見表2。在一致曲線圖中(圖6)，獲得15個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為331.0±3.0Ma(MSWD=3.7，置信度95%)。玄武巖為快速冷凝，可以代表巖石的形成時(shí)代，歸入早石炭世晚期。

5 討論

5.1 構(gòu)造環(huán)境

研究發(fā)現(xiàn)，雙峰式火山巖可以產(chǎn)生于洋內(nèi)島弧(Brouxeletal., 1987；賴紹聰和張國(guó)偉，2002；Jollyetal., 2008)、洋島(Geistetal.，1995)、大陸拉張減薄(Duncanetal., 1984；Pinetal.，1993；Garlandetal., 1995；李獻(xiàn)華等，2002)、活動(dòng)大陸邊緣(Donnelly and Rogers，1980)、弧后盆地(Shinjo and Kato，2000；申萍等，2008)、成熟島弧(Freyetal.，1984；Pin and Marinl，1993；耿全如等，2005)以及造山后拉張(Coulonetal.，1986；陳培榮等，1999；章邦桐等，2002；Zhangetal.，2008)等多種不同的構(gòu)造背景下，但主體以大陸裂谷環(huán)境為主。研究區(qū)中酸性火山碎屑巖(少量流紋巖)地球化學(xué)特征主要受控于其殼源性質(zhì)，不能較好的反映其成巖環(huán)境，本文主要通過基性熔巖地球化學(xué)特征來確定該套雙峰式火山巖的形成環(huán)境。由主量元素特征可以看出，研究區(qū)玄武巖樣品SiO2含量較低，屬拉斑系列，具有富鈉貧鉀的特點(diǎn)(Na2O/K2O=5.44～7.76)，TiO2含量(1.83%～2.17%)略高于N-MORB(Wilson，1989)(TiO2≈1.15%)，具高Al(Al2O3含量為15.56%～16.09%)、低Mg(MgO含量為5.97%～7.17%，Mg#為43～47)的地球化學(xué)特征，暗示著這些基性熔巖具有裂谷演化初期巖漿成分的特點(diǎn)，它們都是不厚的大陸地殼受到快速拉張，巖石圈地幔發(fā)生較高程度部分熔融的產(chǎn)物(舒良樹等，2005)，明顯不同于洋脊玄武巖和大陸裂谷堿性玄武巖，而與大陸裂谷拉斑玄武巖十分相似(Hyndman，1985)。從表1中可以看出，玄武巖微量元素Nb/La值為0.34～0.38，與上地殼接近(Rudnick and Gao，2003)(Nb/La≈0.39)；Nb/U為12.97～16.07，與中下地殼相近(Rudnick and Gao，2003)(Nb/U≈7.69～25.00)，表明其可能受到一定程度的陸殼物質(zhì)混染。而陸殼物質(zhì)混入通常會(huì)對(duì)玄武巖Ta、Nb等元素的含量產(chǎn)生較大的影響，并導(dǎo)致高場(chǎng)強(qiáng)元素段呈現(xiàn)明顯的Ta、Nb谷，在構(gòu)造環(huán)境恢復(fù)的過程中可能會(huì)誤判為島弧環(huán)境(Ernstetal.，2005；夏林圻等，2007)。Zr、Y等元素的含量受地殼物質(zhì)混染影響不大，可以較準(zhǔn)確地反映玄武巖的形成環(huán)境(夏林圻等，2007)，研究區(qū)玄武巖Zr/Y為4.50～5.09(>4)，在Zr-Zr/Y圖解(圖7)中，樣品均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域，表明其形成于板內(nèi)環(huán)境。另外，初步的鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明該套火山巖形成于早石炭世晚期(331.0±3.0Ma)，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，準(zhǔn)噶爾-吐哈地塊在早石炭世已經(jīng)處于大陸減薄的體制下，不可能是弧-陸俯沖碰撞事件的產(chǎn)物；此外研究區(qū)內(nèi)迄今還未發(fā)現(xiàn)晚古生代的大洋地殼和海溝沉積物、蛇綠混雜巖、雙變質(zhì)帶和板塊俯沖的其它證據(jù)，北部的卡拉麥里洋在早石炭世或更早就已閉合(Duncanetal.，1984；何國(guó)琦等，1994；李錦軼，1995；李錦軼和肖序常，1999)，表明該套火山巖應(yīng)形成于大陸裂谷環(huán)境，這與林晉炎(1993)所作的博格達(dá)造山帶石炭系沉積層序的研究結(jié)果也相一致。

圖3 七角井組玄武巖Na2O+K2O-SiO2(a)和FeOT/MgO-SiO2(b)圖解(a據(jù)Le Bas，1986；b據(jù)Miyashiro，1975)Fig.3 Na2O+K2O-SiO2 (a) and FeOT/MgO-SiO2 (b) diagrams of the Qijiaojing Formation basalts(a, after Le Bas, 1986; b, after Miyashiro, 1975)

圖4 七角井組玄武巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Boynton，1984；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自Sun and McDonough，1989)Fig.4 The rare earth elements distribution patterns (a) and the primitive mantle normalized trace element spidergrams (b) of the Qijiaojing Formation basalts(Chondrite normalized data after Boynton, 1984; Primitive mantle normalized data after Sun and McDonough, 1989)

圖5 七角井組玄武巖樣品(樣號(hào)BD-07)的鋯石CL照片F(xiàn)ig.5 CL images of the the Qijiaojing Formation basalts (Sample No.BD-07)

點(diǎn)號(hào)207Pb/235U206Pb/238U208Pb/232Th207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U含量(×10-6)比值1σ比值1σ比值1σ年齡1σ年齡1σ年齡1σPbU10 41030 02070 05410 00040 02750 00274121103491834031727420 38370 02170 05140 00040 02430 00213771233301932331424130 38550 02530 05160 00050 01690 00133781463312232431629240 39450 01220 05320 00040 01920 0013364663381033433353750 39520 01940 05220 00040 02590 00164081053381732831423560 38950 02250 05160 00040 02450 00134041273341932431220770 39560 01810 05240 00040 02170 0011403993381532931526480 39290 02030 05300 00040 02540 00133621143361733331829490 40450 02180 05370 00050 02880 001439511634519337317273100 38520 02060 05260 00040 01500 000633411833118330318314110 41050 01940 05410 00040 01600 000741310334917340316298120 39040 02400 05280 00050 01780 000835713333521332310207130 39770 01920 05320 00040 01690 000737910434016334319337140 39230 05270 05210 00060 01800 00103953013364532847122150 40560 02280 05330 00050 01150 000642012434619335318321

圖6 七角井組玄武巖樣品(樣號(hào)BD-07)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb condordia diagram of the Qijiaojing Formation basalts (Sample No.BD-07)

圖7 七角井組玄武巖Zr-Zr/Y構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Deniel，1998)Fig.7 Zr-Zr/Y tectonic environments discrimination diagram of the Qijiaojing Formation basalts (after Deniel, 1998)

5.2 巖漿巖區(qū)

雙峰式火山巖的基性端元源自于地幔巖部分熔融的成因模式基本得到學(xué)術(shù)界認(rèn)同。微量元素比值通常是判別源區(qū)的有效手段之一，該區(qū)玄武巖Zr含量為146.00×10-6～178.00×10-6，Y含量為32.50×10-6～35.00×10-6，Zr/Y為4.50～5.09(>4)，并結(jié)合微量元素Zr-Nb源區(qū)判別圖解(圖8)表明該區(qū)玄武巖中含有相當(dāng)數(shù)量虧損地幔物質(zhì)(Pearce，1982；Condie，1989)。

圖8 七角井組玄武巖Zr-Nb圖解Fig.8 Zr-Nb diagrams of the Qijiaojing Formation basalts

在研究巖石成因時(shí)，Zr/Nb-Ce/Y圖解常被用來判斷玄武巖漿的源區(qū)礦物相組成(Condie，1989)，研究區(qū)玄武巖樣品的Zr/Nb為36.14～37.56，Ce/Y為0.91～0.96，在Zr/Nb-Ce/Y判別圖解(圖9a)中落入虧損尖晶石橄欖巖和原始石榴石橄欖巖的熔融曲線之間，且部分熔融程度較高。有研究表明，來源于不同礦物相源區(qū)不同部分熔融程度形成的玄武巖漿具有不同的Dy/Yb比值(Deniel，1998)，一般認(rèn)為當(dāng)Dy/Yb>2.5時(shí)，部分熔融發(fā)生在含石榴石地幔源區(qū)，而當(dāng)Dy/Yb<1.5時(shí)則為尖晶石地幔源區(qū)(Milleretal.，1999)，研究區(qū)玄武巖樣品Dy/Yb值為1.78～1.88，在Dy/Yb-La/Yb圖解(圖9b)中處于石榴石二輝橄欖巖熔融趨勢(shì)線以下，尖晶石二輝橄欖巖熔融趨勢(shì)線以上，部分熔融程度接近20%。以上特征均表明該區(qū)玄武巖可能是虧損尖晶石相橄欖巖向石榴石相橄欖巖過渡相較高程度部分熔融的產(chǎn)物。另外值得注意的是，在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4b)上，研究區(qū)玄武巖不相容元素Nb、Ta、Ti等相對(duì)虧損，表明源區(qū)可能有地殼物質(zhì)的加入(Rolilnson，1993；Rudnick and Land，1995)，通過K2O/TiO2和K2O/P2O5等氧化物比值的大小通常可以反映地殼混染的程度(Guoetal.，2005)，該區(qū)玄武巖K2O/TiO2=0.18～0.27和K2O/P2O5=1.03～1.54，說明在巖漿演化過程中受到的地殼混染作用微弱。

5.3 構(gòu)造巖漿演化過程

新疆北部地區(qū)屬中亞造山帶在中國(guó)大陸的重要組成部分，其古生代是以洋盆俯沖、閉合、陸塊碰撞造山為特點(diǎn)的主造山期，記錄了古亞洲洋形成閉合的演化過程(張玉杰，2013)。在天山大部分地區(qū)，廣泛出露了一套石炭紀(jì)火山巖，但其構(gòu)造屬性與博格達(dá)地區(qū)有所差異。朱永峰等(2005)獲得西天山大哈拉將軍組石炭紀(jì)火山巖中玄武巖和粗面安山巖鋯石SHRIMP年齡分別為353.7±4.5 Ma和312.8±4.2 Ma，分別屬于早石炭世早期和晚石炭世早期，并被認(rèn)為是代表古南天山洋的火山島弧(龍靈利等，2008；Zhuetal.，2009)，并具有自西向東逐漸消亡，至晚石炭世被碰撞后富鉀巖漿噴發(fā)所替代(朱永峰等，2006)，或被推測(cè)為大陸邊緣弧后拉張的產(chǎn)物(錢青等，2006)。侯廣順等(2005)和李向民等(2004，2006)獲得東天山企鵝山群石炭紀(jì)火山巖中玄武巖、安山巖和酸性火山巖鋯石U-Pb年齡分別為334Ma、322 Ma和319Ma，并被認(rèn)為形成于大陸裂谷環(huán)境，但最近開展的一系列火山巖和花崗巖研究表明，早石炭世火山巖更傾向形成于島弧環(huán)境，與康古爾古大洋南北俯沖作用有關(guān)(侯廣順等，2006；李文鉛等，2006)。上述研究成果表明在天山大部分地區(qū)石炭紀(jì)火山巖傾向于俯沖流體參與下的巖漿作用的產(chǎn)物，與研究區(qū)石炭紀(jì)陸內(nèi)裂谷的構(gòu)造屬性有所不同。

顧連興等(2001)研究認(rèn)為，博格達(dá)裂谷的形成很可能是位于西伯利亞大陸和吐-哈地塊之間的古亞洲洋殼(馬瑞士等，1993)俯沖過程中的產(chǎn)物，該認(rèn)識(shí)對(duì)筆者分析該區(qū)石炭紀(jì)巖漿構(gòu)造演化過程具有重要的指導(dǎo)意義。從研究區(qū)早石炭世玄武巖地球化學(xué)特征、構(gòu)造環(huán)境和巖漿源區(qū)的分析結(jié)果，可知玄武巖漿源于虧損地幔，且受到較弱程度的地殼物質(zhì)混染，形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境，其地球動(dòng)力學(xué)體制可能與古亞洲洋殼向先存的準(zhǔn)噶爾-吐哈陸塊由北向南斜向俯沖，產(chǎn)生的側(cè)向撕裂力拉張陸塊有關(guān)(顧連興等，2001b)。早石炭世初期，整個(gè)準(zhǔn)噶爾-吐哈地塊受到古亞洲洋從北向南俯沖，準(zhǔn)噶爾-吐哈地塊的東部哈密一帶向東突出，受洋盆向南俯沖的影響，向東突出部分受到洋殼俯沖自北而南的應(yīng)力較大發(fā)生了順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，博格達(dá)東段及巴里坤一帶受了側(cè)向應(yīng)力的影響，形成了該區(qū)區(qū)域性伸展拉張的構(gòu)造背景，準(zhǔn)噶爾-吐哈地塊開始拉張，產(chǎn)生了博格達(dá)初始裂谷；早石炭世中后期，地殼的拉張減薄引起巖石圈地幔因減壓而發(fā)生部分熔融，形成玄武質(zhì)巖漿，巖漿在上涌過程中，由于壓力的不斷變化，部分巖漿在地殼內(nèi)部和深部側(cè)向流動(dòng)產(chǎn)生的水平力矩以及熱力對(duì)巖石圈的軟化進(jìn)一步加大了地殼的伸展變形，但總體而言在裂谷發(fā)育初期階段，巖石圈撕裂程度不大，幔源巖漿上升緩慢，在下地殼中停留時(shí)間較長(zhǎng)，玄武巖漿除部分噴發(fā)到地表以外，在地殼深部形成了一定規(guī)模的次生巖漿房，為結(jié)晶分異形成中酸性巖漿提供了時(shí)間和空間，造成了輝石和橄欖石的分離結(jié)晶以及巖漿受到地殼物質(zhì)的混染；分異之后的玄武巖漿隨后上升噴出地表，形成了早期的中酸性火山巖，由于中酸性巖漿是玄武巖漿分異結(jié)晶的產(chǎn)物，這就造成了研究區(qū)(克孜庫(kù)都克地區(qū))、七角井刺梅溝地區(qū)(王銀喜等，2006)和西地—伊齊一帶(田黎萍等，2010)下石炭統(tǒng)七角井組玄武巖明顯比流紋巖分布廣泛。晚石炭世初期，隨著洋殼的繼續(xù)俯沖，拉張應(yīng)力進(jìn)一步增大，巖石圈撕裂程度不斷加大，地殼厚度越來越薄，地殼物質(zhì)重熔所產(chǎn)生的中酸性巖漿在下部巖漿壓力的影響下開始逐步上侵，逐漸接近地表，壓力突然發(fā)生變化，巖漿迅速噴出地表，開始形成了晚石炭世大量的中酸性火山巖，中酸性火山巖中殘留的斜長(zhǎng)石表明尚未完全重熔的地殼物質(zhì)緊跟著一起噴出地表，地幔中上涌的玄武巖漿以及次生巖漿房中發(fā)生了結(jié)晶分異的玄武巖漿也由于壓力的劇減緊跟著中酸性巖漿向地表快速運(yùn)移，噴出地表，形成了博格達(dá)地區(qū)上石炭統(tǒng)柳樹溝組大量的雙峰式火山巖建造(顧連興等，2000；王金榮等，2010；梁婷等，2011；高景剛等，2013)，此時(shí)裂谷已經(jīng)發(fā)育到了全盛時(shí)期，巖石圈的撕裂程度達(dá)到了最大。然而裂谷發(fā)育并未持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，隨著中-晚石炭世天山地區(qū)古洋盆的關(guān)閉以及各大板塊的碰撞(陳衍景，1996；胡靄琴等，1997；李錦軼等，2006)，巖石圈開始閉合，上涌的地幔巖漿和次生巖漿房中的玄武巖漿在經(jīng)歷了短暫的噴發(fā)之后被阻擋在了地殼之下，重熔的中酸性巖漿上侵繼續(xù)噴發(fā)地表，然而時(shí)間不長(zhǎng)，隨著區(qū)域性擠壓應(yīng)力的加劇，巖石圈進(jìn)一步閉合，中酸性巖漿也逐漸被阻擋了地殼深部或下部，火山活動(dòng)趨于微弱，裂谷走向消亡。晚石炭世末期北疆地區(qū)板塊的持續(xù)碰撞，研究區(qū)擠壓應(yīng)力持續(xù)作用，甚至逐漸變強(qiáng)，撕裂的巖石圈閉合，巖漿被完全擋在了巖石圈之下，火山活動(dòng)停息，裂谷最終走向消亡(流紋巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為278Ma±0.76Ma(王銀喜等，2005))。通過上述對(duì)博格達(dá)裂谷構(gòu)造巖漿演化過程的研究表明，博格達(dá)裂谷開啟于早石炭世初期，閉合于晚石炭世末期，其壽命可能只有60Ma，由于在整個(gè)博格達(dá)裂谷發(fā)育過程中，迄今還未發(fā)現(xiàn)證據(jù)充分的晚古生代大洋地殼、海溝沉積物、蛇綠混雜巖和雙變質(zhì)帶，表明裂谷的發(fā)育并未達(dá)到出現(xiàn)一定規(guī)模洋盆的階段，這對(duì)深入研究博格達(dá)造山過程及其效應(yīng)具有一定的指示意義。

圖9 七角井組玄武巖Zr/Nb-Ce/Y圖解(a)和La/Yb-Dy/Yb圖(b)(a據(jù)Deniel，1998；b據(jù)Miller et al.，1999)Fig.9 Zr/Nb-Ce/Y (a) and La/Yb-Dy/Yb (b) diagrams of the Qijiaojing Formation basalts(a, after Deniel, 1998; b, after Miller et al., 1999)

6 結(jié)論

通過對(duì)博格達(dá)造山帶東段克孜庫(kù)都克地區(qū)早石炭世玄武巖巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、年代學(xué)研究得出以下結(jié)論：

(1) 博格達(dá)造山帶東段克孜庫(kù)都克地區(qū)七角井組玄武巖及酸性火山碎屑巖夾少量的流紋巖在時(shí)空上構(gòu)成了雙峰式火山巖，通過精確的LA-ICP-MS鋯石U-Pb方法，獲得其玄武巖成巖年齡為331.0±3.0 Ma，屬于早石炭世晚期。

(2) 根據(jù)詳細(xì)的巖石學(xué)和地球化學(xué)研究表明，研究區(qū)早石炭世玄武質(zhì)巖漿源于虧損尖晶石相地幔橄欖巖向石榴石相地幔橄欖巖過渡相較高程度的部分熔融，且受到較弱程度的地殼物質(zhì)混染，形成于陸內(nèi)裂谷環(huán)境，其動(dòng)力學(xué)體制可能與古亞洲洋殼向先存的準(zhǔn)噶爾-吐哈陸塊斜向俯沖，產(chǎn)生的側(cè)向撕裂力拉張陸塊有關(guān)。

(3) 研究區(qū)早石炭世七角井組玄武巖構(gòu)造屬性的確定進(jìn)一步證實(shí)了博格達(dá)造山帶在石炭紀(jì)時(shí)期處于大陸裂谷演化過程的觀點(diǎn)，為進(jìn)一步理解博格達(dá)地區(qū)石炭紀(jì)構(gòu)造巖漿活動(dòng)提供新的地質(zhì)與年代學(xué)依據(jù)，為深入理解天山構(gòu)造動(dòng)力學(xué)演化過程具有一定的科學(xué)參考價(jià)值。

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Geochemistry and Tectonic Setting of the Early Carboniferous Volcanic Rocks in the Eastern Section of the Bogda Orogenic Belt in Xinjiang

WANG Xiao-wei1,2, XU Xue-yi1, MA Zhong-ping1, CHEN Jun-lu1, CUI Fang-lei1,2, ZHU Xiao-hui1, SUN Ji-ming1

(1.Xi′anCenterofGeologicalSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Xi'an,Shaanxi710054; 2.CollegeofEarthScienceandResourcesofChang'anUniversity,Xi′an,Shaanxi710054)

Basalts, acidic volcaniclastic rocks and intercalated rhyolite of the Qijiaojing formation, as a bimodal combination, occur in the Kezikuduke area of the eastern section of the Bogda orogenic belt. The basalts with LA-ICP-MS zircon U-Pb age of 331.0±3.0 Ma should be formed in the end of early Carboniferous, which contain high Al(Al2O3=15.56%～16.09%), Na2O/K2O=5.44～7.76, TiO2=1.83%～2.17%, slightly higher than N-MORB′s, and low Mg (MgO=5.97%～7.17%，Mg#=43～47), indicating obvious fractional crystallization of olive and pyroxene during basaltic magmatism, which was the evolution product of original magma's fractional crystallization. These basalts are slightly enriched in trace elements Rb, Ba and P, with almost flat REE distribution patterns, slightly negative Eu anomalies (δEu=0.89～0.93), but relatively depleted in Nb, Ta, Th, Sr and Ti. These characteristics of volcanic rocks indicate that the basalts have geochemical features indicative of intraplate basalts that formed within a continent and originated from high-degree partial melting of the transition product from depleted spinel phase mantle peridotite to garnet phase mantle peridotite，and suffered from a slight degree of crustal contamination during the rising process. Their geodynamic regime may be related with oblique subduction of the ancient Asian oceanic crust beneath the pre-existing Junggar-Turpan-Hami continental block, which produced a lateral tearing force to stretch the continental block resulting in a rift zone. The study results further confirm the view that the Carboniferous Bogda orogenic belt was situated in a continental rift and provide the geology and chronology evidence for understanding the Carboniferous tectonic magmatic evolution process of the Bogda orogenic belt.

Bogda orogenic belt, early Carboniferous volcanic rocks, petrogenesis, continental rift, tectonomagmatic evolution

2014-09-16；

2014-11-12；[責(zé)任編輯]郝情情。

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“西北基礎(chǔ)地質(zhì)綜合調(diào)查與片區(qū)總結(jié)”(編號(hào)1212011220649)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“西天山伊犁地塊早石炭世典型沉積序列及對(duì)天山古生代洋陸轉(zhuǎn)換時(shí)限的制約”(編號(hào)41202077)聯(lián)合資助。

汪曉偉(1988年-)，男，博士生，主要從事火山巖巖石學(xué)相關(guān)研究。E-mail：wxw04121555@163.com。

P618

A

0495-5331(2015)01-0108-15