木扎帕爾·木合塔爾

摘 ? 要：本文對覺羅塔格地區(qū)雅滿蘇組火山巖全巖地球化學進行了系統(tǒng)研究并比對前人數(shù)據(jù)，結果顯示這些巖石主體富集大離子親石元素Rb，Ba，Th和U，虧損高場強元素Nb，Ta，類似于島弧火山巖。對比發(fā)現(xiàn)玄武巖可分為兩類，I類玄武巖微量和稀土元素含量較低，輕重稀土元素分餾不明顯，具虧損地幔特征;Ⅱ類玄武巖稀土和微量元素含量較高，具大陸玄武巖特征，顯示出它們來自不同的巖漿源區(qū);中酸性火山巖漿主要由新生陸殼部分熔融而成，安山巖、英安巖和流紋巖為同源巖漿演化不同階段的產物，并在巖漿演化過程中經(jīng)歷幔源組分混染。結合區(qū)域地質背景資料，認為覺羅塔格地區(qū)晚古生代期間發(fā)生了洋殼的雙向俯沖作用。

關鍵詞：覺羅塔格地區(qū);石炭紀;雅滿蘇組火山巖;島弧環(huán)境;地球化學

中亞造山帶由挾持于西伯利亞板塊和塔里木-華北板塊之間的古亞洲洋在古生代俯沖閉合形成，以經(jīng)歷復雜多期次俯沖碰撞為特征[1-3]，是全球顯生宙陸殼增生與改造最顯著地區(qū)。天山造山帶東部位于我國西北地區(qū)，向西延伸至哈薩克斯坦和吉爾吉斯坦，是中亞造山帶的重要組成部分，其構造演化一直受到地質學家的廣泛關注[3-10]。覺羅塔格構造帶位于天山造山帶東段，是塔里木陸塊與古亞洲洋碰撞造山的關鍵部位，構造帶南部的阿奇山-雅滿蘇地區(qū)以發(fā)育大面積近同時代的石炭系火山巖為特征[11-13]。這些火山巖建造很可能是洋殼俯沖產生的巖漿弧[7，14-16]。但它們是同源巖漿演化產物還是來自不同巖漿源區(qū)[7，11-13，17-19]，以及洋殼發(fā)生了北向俯沖、南向俯沖還是雙向俯沖還存有爭議[14，19，20-22]。通過研究覺羅塔格構造帶石炭系雅滿蘇組火山巖巖石地球化學特征，探討了巖石成因，并為東天山石炭紀古亞洲洋洋殼的俯沖極性提供制約，對限定東天山古生代構造演化歷史具重要意義。

1 ?區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于天山造山帶東段的覺羅塔格地區(qū) ? （圖1），是塔里木板塊和古亞洲洋碰撞對接的關鍵部位。從北至南，由近EW向的康古爾斷裂、雅滿蘇斷裂和阿其克庫都克-沙泉子斷裂劃分為大南湖-頭蘇泉構造帶、康古爾塔格構造帶和阿奇山-雅滿蘇構造帶（圖1-b）[7，30]。區(qū)內出露地層主要有石炭系雅滿蘇組（C1y）、干墩組（C1g）、梧桐窩子組（C2w）和土古土布拉克組（C2tg）。其中，雅 滿蘇組出露于阿奇山-雅滿蘇構造帶內[23]，該帶南、北分別以阿其克庫都克-沙泉子斷裂和雅滿蘇斷裂為界。雅滿蘇組火山巖以中酸性火山巖為主，巖石類型主要包括玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖和少量火山碎屑巖[12]。因受到2條近EW向斷裂的控制，區(qū)內各類巖石近似呈帶狀分布[24]。前人對該組火山巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，獲得火山巖形成年齡348～319 Ma，結合其中碎屑巖夾層中早石炭世標準化石楞菊石的發(fā)現(xiàn)[11-13，25]，雅滿蘇組火山巖應形成于早石炭世。干墩組呈近弧形帶狀夾于雅滿蘇組和梧桐窩子組之間，為一套主要由海相細碎屑巖和夾于其中的雙峰式火山巖組成的海相火山-沉積巖系[17]，被認為形成于弧間盆地環(huán)境[26]，形成時代為早石炭世。梧桐窩子組分布在干墩組以北，以康古爾-黃山斷裂與南側的干墩組相隔，是一套海相基性火山巖-細碧巖-硅質巖-碳酸鹽巖建造，被認為形成于弧后盆地環(huán)境，形成時代為晚石炭世[27]。土古土布拉克組出露于雅滿蘇組南緣，近EW向帶狀分布，主要由互層產出的火山熔巖、砂巖和凝灰質砂巖組成，形成于島弧環(huán)境[7]，碎屑鋯石U-Pb年齡（314±4.2） Ma以及中晚石炭世珊瑚和蜓類化石的發(fā)現(xiàn)[28，29]，表明其應形成于晚石炭世。

2 ?樣品采集及分析測試方法

本文研究的6件火山巖樣品均采自雅滿蘇鐵礦附近（圖1-b）。巖石主量元素分析在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成。采用X射線熒光光譜（XRF）方法進行測定，誤差小于1%。微量和稀土元素分析在中國地質大學（北京）地學實驗中心采用等離子質譜儀（ICP-MS;Agilent 7500a）來測定。含量大于10×10-6元素誤差小于5%，含量低于10×10-6元素誤差小于10%[7]。

3 ?地球化學特征

3.1 ?主量元素特征及巖石類型劃分

本次研究對雅滿蘇組火山巖樣品進行了全巖主量、微量和稀土元素分析，同時收集了前人的相關數(shù)據(jù)加以對比（表1）。

雅滿蘇組火山巖SiO2含量變化較大，為44.75%～74.68%，巖石類型包括玄武巖、安山巖、英安巖和流紋巖（圖2-a）[31]。在SiO2-FeOt/MgO判別圖解中，玄武巖主要顯示拉斑玄武巖地球化學特征，而中酸性巖石主體落入鈣堿性系列巖石范圍（圖2-b）[32]。其中，玄武巖SiO2含量為44.75%～51.95%，Al2O3含量較高，為13.77%～19.50%，F(xiàn)eOt含量為7.72%～13.21%，MgO含量變化范圍大，為1.66%～9.75%，Mg#為27.2～67.4。安山巖SiO2含量為53. 75% ～62.38%，Al2O3含量較高，為13.76%～20.04%，F(xiàn)eOt和MgO含量較低，分別為4.53%～8.20%和0.90%～4.57%，Mg#較高，為24.2～64.1，主體大于33，K2O和Na2O含量變化大，分別為0.74%～9.23%和0.16%～6.51%。英安巖SiO2含量為61.29% ～73.13%，Al2O3含量較高，為11.29%～16.15%，F(xiàn)eOt含量較低，為2.14%～7.4%，MgO含量為0.29%～3.33%，Mg#值變化范圍較大，為10.1～63.7，Na2O含量為1.90%～7.13%，K2O含量為0.08%～4.69%。流紋巖具高的SiO2含量，為70.39% ～74.68%，Al2O3含量為12.19%～14.03%，F(xiàn)eOt和MgO含量較低，分別為0.72%～3.78%和0.33%～1.78%，Mg#為19.6～53.9，K2O含量為0.41%～3.17%，Na2O含量為3.95%～6.41%。

3.2 ?稀土元素和微量元素特征

雅滿蘇組火山巖的稀土元素總量為19.31×10-6～364.82×10-6，在稀土元素球粒隕石標準化分布圖解中，主體表現(xiàn)為輕稀土元素相對富集，輕、重稀土分異明顯的右傾型分布曲線（圖3）。安山巖、英安巖和流紋巖稀土元素和微量元素分布曲線分布區(qū)域基本重疊。玄武巖的稀土元素總量變化范圍較大，介于19.31×10-6～364.82×10-6，LREE/HREE=1.86～8.69，在球粒隕石標準化分布圖解中，樣品表現(xiàn)為一組相似的右傾型或近平坦的分布曲線，無明顯Eu異常（δEu=0.83～1.10）或具有顯著Eu正異常（δEu=1.15～1.44），具島弧火山巖的曲線特征（圖3-a）。安山巖稀土元素總量為48.16×10-6～274.83×10-6，LREE/HREE=2.18～6.84，除個別樣品顯示較弱的Eu負異常（δEu=0.75）以外，其它樣品無明顯Eu異常（δEu=0.82～1.03）或顯示輕微Eu正異常（δEu=1.10～1.19），具典型島弧安山巖的稀土分布特征（圖3-c）[33]。英安巖的稀土元素總量為36.83×10-6～159.28×10-6，LREE/HREE=2.45～5.82，具較明顯的Eu負異常（δEu=0.62～0.88）。流紋巖稀土元素總量為30.86×10-6～220.85×10-6，LREE/HREE=3.63～9.92，稀土元素分布曲線顯示明顯的Eu負異常（δEu=0.62～0.83）。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖中，雅滿蘇組火山巖主體具右傾負斜率分布型式，大離子親石元素Rb，Ba，Th和U等相對富集，高場強元素Nb，Ta和Ti等相對虧損（圖3-b，d，h）[34]。

4 ?巖石成因及其地質意義

4.1 ?巖石成因

雅滿蘇組火山巖曾被認為是一套以玄武巖和英安巖類為主的雙峰式火山巖，玄武巖稀土及微量元素組成與大陸板內玄武巖相似，形成于陸內拉張環(huán)境[17，36]，可能與地幔柱活動有關[18]。但之后的研究發(fā)現(xiàn)，這些火山巖以安山巖為主，多數(shù)顯示了弧火山巖的地球化學特征，并在巖漿演化過程中受到了陸殼組分混染，更可能形成于活動大陸邊緣島弧環(huán)境[7，12-13，19，37]，與古亞洲洋殼向中天山地塊之下的俯沖有關。目前對于這些不同類型火山巖成因的認識依然存在分歧，有學者認為它們是同源巖漿演化不同階段的產物[7，38]，或玄武質巖石由受流體交代的巖石圈地幔部分熔融產物與軟流圈地?；旌虾蠼?jīng)歷一定程度結晶分異作用形成，酸性巖主要由玄武質巖漿底侵導致新生地殼熔融形成[12]。還有研究認為，雅滿蘇組火山巖中玄武巖和安山巖為受流體交代的富水地幔楔不同程度部分熔融的產物，英安巖和流紋巖來源于新生地殼[13]。

在前文的稀土元素分布圖與微量元素蛛網(wǎng)圖中，雅滿蘇組火山巖中的玄武巖可分為兩類。其中，I類玄武巖微量和稀土元素含量較低，輕重稀土元素分餾不明顯，與虧損地幔來源原始巖漿的稀土分布型式類似（圖3-a）。Zr含量（20.5×10-6～32.8×10-6）和Zr/Y比值低（1.64～2.08），并且Nb，Ta強烈虧損而Ti微弱負異常，表現(xiàn)出典型島弧火山巖的地球化學特征（Zr<130×10-6，Zr/Y<3）[36，39-40]，在構造環(huán)境判別圖中落入島弧玄武巖區(qū)域（圖4）。Ⅱ類玄武巖稀土和微量元素含量較高，Zr含量（97×10-6～533×10-6）和Zr/Y比值較高（4.04～8.49），顯示大陸玄武巖特征（Zr>70×10-6，Zr/Y>3）[36]。具中等的輕、重稀土分餾和明顯的Nb、Ta和Ti虧損，在構造環(huán)境判別圖中落入板內玄武巖區(qū)域（圖4）[35]。在主量元素Haker圖解中（圖5），兩類玄武巖SiO2與MgO、FeOt及Mg#值之間均不具明顯的線性關系，Mg#值變化范圍不大，平均值為52，未顯示同源演化巖漿特征，這種差異的產生應該并非受控于結晶分異作用。對比發(fā)現(xiàn)，雅滿蘇組火山巖中Ⅱ類玄武巖相對于I類，K2O和Rb，Ba，Zr，Th等元素含量有所增加，顯示地殼組分混染的特征[41-42]。本文認為，雅滿蘇地區(qū)發(fā)育的2種類型玄武巖是來自不同巖漿源區(qū)且經(jīng)歷了不同演化過程的產物。

雅滿蘇組安山巖、英安巖和流紋巖具一致的輕稀土元素相對富集的右傾型分布曲線，分布范圍基本重疊（圖3-c，e，g），并且顯示強烈的Nb，Ta和Ti的虧損（圖3-d，f，h），在構造環(huán)境判別圖中落入島弧火山巖區(qū)域（圖6）。而且，稀土元素分布曲線從安山巖的基本無Eu異常，到英安巖顯示輕微Eu負異常，再到流紋巖呈現(xiàn)的明顯Eu負異常，反映巖漿體系中富Eu礦物（如斜長石）的結晶分異作用不斷增強，暗示安山巖、英安巖和流紋巖可能為同源巖漿連續(xù)分異演化的產物。從整體來看，同樣形成于島弧環(huán)境且與中酸性火山巖互層產出的I類玄武巖具明顯區(qū)別于中酸性火山巖稀土和微量元素分布曲線型式[12]。而且，在Th/Yb-Zr/Nb和Zr/Yb-La/Sm相關圖解中，安山巖、英安巖和流紋巖分布范圍基本一致（圖7），而I類玄武巖位于不同的成分區(qū)域，反映玄武巖漿與中酸性火山巖漿源區(qū)的微量元素比值存在一定差異。結合雅滿蘇組火山巖以中酸性巖石為主，玄武巖所占比例有限以及缺少超鎂鐵質堆晶巖的事實[11-12，17]，可認為雅滿蘇組中酸性火山巖與玄武巖來自不同的巖漿源區(qū)。

雅滿蘇組火山巖中安山巖的化學組成變化范圍較大，顯示準鋁質-弱過鋁質、鈣堿性-高鉀鈣堿性系列巖石特征，SiO2含量為53. 75%～62.38%，MgO含量為2.03%～4.57%，Mg#值較高，為34.5～64.1，Cr和Ni含量較高，分別為61.9×10-6～129.0×10-6（平均82.62×10-6）和25.4×10-6～72.9×10-6（平均48.03×10-6）。隨著SiO2含量的降低，巖石MgO、Fe2O3t含量和Mg#值變化范圍不大（圖5），而且，其Sr和Sr/Y比值均較低，在Sr/Y-Y判別圖解中均落入典型島弧火山巖區(qū)域（圖8）[51]，全巖εNd（t）值較高5.52～6.7[11]，表明該安山巖漿來源主要與虧損地?；蛐律貧さ娜廴谟嘘P，或兩者均參與了安山巖的形成過程。雅滿蘇組英安巖與流紋巖的εNd（t）值均為正值，且具一定的變化范圍，分別為2.28～5.49和2.52～5.09[7，11]。較高且變化較大的εNd（t）值反映兩類巖石的形成主要與新生地殼物質的部分熔融有關。結合英安巖與流紋巖還具變化范圍較大的Mg#值和MgO含量（圖5），表明巖漿可能受到幔源物質混染。

綜上所述，雅滿蘇組火山巖中玄武巖和中酸性火山巖來自不同的巖漿源區(qū)：玄武巖來自相對虧損的地幔源區(qū)，主要與軟流圈地幔的上涌和巖石圈地幔的部分熔融有關;安山巖、英安巖與流紋巖主要為新生地殼部分熔融的產物，在巖漿的形成演化過程中有一定程度的幔源和殼源組分介入。

4.2 ?雅滿蘇組火山巖對東天山早石炭世構造演化 ? ? ? ? ? 過程的約束

如前所述，雅滿蘇組火山巖形成于活動大陸邊緣島弧環(huán)境，表明石炭紀早期古亞洲洋尚未閉合。但是，關于古亞洲洋俯沖帶位置和俯沖極性還存在爭議[7，19，26，52]。作為古亞洲洋的一部分，晚古生代中天山以北的古大洋被命名吐-哈大洋、康古爾塔格洋或覺羅塔格洋。部分學者認為康古爾洋沿康古爾斷裂或吐哈古大洋沿康-阿碰撞縫合帶在早石炭世的南北雙向俯沖作用[7，19，26]，分別形成了南側的阿奇山-雅滿蘇島弧和北側的大南湖-頭蘇泉（企鵝山）島弧。但也有學者提出，雅滿蘇島弧帶是由覺羅塔格洋在晚古生代期間的北向俯沖形成[52-53]。

對康古爾塔格斷裂帶的研究表明，其為覺羅塔格構造帶的邊界斷裂，具韌性兼走滑特征[27，54]。地球物理探測結果顯示，該斷裂切穿地殼并延伸至上地幔，并且斷裂帶北側重力場較高，地殼具二層結構，具類似于準噶爾板塊地殼結構特征，上地殼有高密度、強磁性的鎂鐵質巖發(fā)育，可能為殘余洋殼;南側重力場低，地殼為三層結構，發(fā)育較厚的花崗質層和低速層，與塔里木陸塊相近[55]。結合康古爾塔格斷裂帶從變形特征上具有的由北向南俯沖所形成的擠壓構造[27]，康古爾塔格洋殼至少發(fā)生了南向的俯沖作用。此外，考慮到覺羅塔格地區(qū)石炭紀構造環(huán)境由北向南呈空間和時間上的分帶性，以及康古爾塔格斷裂帶北側晚古生代企鵝山群火山巖形成于島弧環(huán)境[19，27]，梧桐窩子組形成于弧后盆地環(huán)境及干墩組形成于弧間盆地的認識[26，27]，這種“弧-盆-弧”連續(xù)演化的構造體系，反映古覺羅塔格地區(qū)古亞洲洋在晚古生代發(fā)生了南北雙向俯沖作用。

5 ?結論

（1） 雅滿蘇組火山巖具富集Ba，Rb，Th，U等大離子親石元素，相對虧損Nb，Ta等高場強元素的地球化學特征，可能形成于活動大陸邊緣島弧環(huán)境。

（2） 雅滿蘇組火山巖中玄武巖可以分2類：I類玄武巖微量和稀土元素含量較低，輕重稀土元素分餾不明顯，虧損地幔特征;Ⅱ類玄武巖稀土和微量元素含量較高，顯示大陸玄武巖特征。它們是來自不同巖漿源區(qū)且經(jīng)歷了不同演化過程的產物。雅滿蘇組中酸性火山巖主要為新生地殼物質部分熔融的產物，并經(jīng)歷了幔源巖漿和殼源組分的混染。

（3） 結合區(qū)域地質資料判斷，覺羅塔格地區(qū)早石炭世發(fā)生了古亞洲洋殼的雙向俯沖作用。

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Geochemical Characteristics and Tectonic Significance of Volcanic Rocks of the Lower Carboniferous Yamansu Formation in the Jueluotage Area

Muzhapaer·Muhetaer1，2，Gong XiangKuan1，2，Nijiati·Abuduxun1，2

（1.College of Geology and Mining Engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830046，China;

2.Xinjiang Key Laboratory for Geodynamic Processes and Metallogenic Prognosis of

the Central Asian Orogenic Belt，Urumqi，Xinjiang，830046，China）

Abstract：In this paper， the whole rock geochemistry of the volcanic rock of the yamansu formation in zhuorotag region is systematically studied and compared with the previous data.Rock geochemical analysis shows that these rocks are rich in large ion lithophilic elements Rb，Ba，Th and U， and depleted in high field strength elements Nb and Ta， similar to island arc volcanic rocks.Basalts can be divided into two types，Class I basalt has relatively low contents of trace and rare earth elements， and the fractionation of light and heavy rare earth elements is not obvious，which shows the characteristics of deficient mantle， while class Ⅱ basalt has relatively high contents of rare earth and trace elements，which shows the characteristics of continental basalt，they come from different magma source areas;intermediate-acidic volcanic magma is mainly formed by partial melting of the new continental crust;andesite，dacite and rhyolite are products of different stages of the same magma evolution，and undergo contamination of mantle-derived components in the process of magma evolution.Combined with the regional geological background data，it is considered that the oceanic crust was subducted in two directions during the Late Paleozoic in Jueluotage area.

Key words：Jueluotage;Carboniferous;Volcanic rocks of Yamansu Formation;Island arc setting;Geochemistry