邢金春 白權(quán)金 郭新成 張建收 高軍 楊有生

摘? 要：察漢烏蘇鐵礦位于西天山阿吾拉勒晚古生代裂谷帶東段，礦體賦存于下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三段火山巖中。通過對察漢烏蘇鐵礦礦體頂板圍巖進(jìn)行巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、同位素年代學(xué)分析來探討火山巖形成的構(gòu)造環(huán)境、成巖時代及成巖物質(zhì)來源。地球化學(xué)分析表明，察漢烏蘇鐵礦礦體頂板圍巖為鈣堿性系列，構(gòu)造環(huán)境為島弧。通過鋯石U-Pb測年，獲得206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（324.3±3.4） Ma，屬早石炭世晚期。二階段模式年齡tMD2變化于618.40～903.84 Ma，具古老地殼的源區(qū)屬性，察漢烏蘇鐵礦成巖物質(zhì)來源于虧損地幔并有基底物質(zhì)的加入。

關(guān)鍵詞：中亞造山帶;阿吾拉勒晚古生代裂谷帶;大哈拉軍山組;地球化學(xué)特征;構(gòu)造背景;LA-ICP-MS 鋯石U-Pb;? Lu-Hf同位素

中亞造山帶是位于西伯利亞板塊和塔里木-中朝板塊之間的巨型造山帶，西天山造山帶是中亞巨型復(fù)合造山帶的重要組成部分，為西伯利亞板塊、塔里木板塊、古亞洲洋在演化過程中的多陸塊拼合增生、俯沖、碰撞的產(chǎn)物，是世界上最復(fù)雜的造山帶之一。西天山阿吾拉勒晚古生代裂谷帶自西向東依次分布有式可布臺、松湖、尼新塔格-阿克薩依、查崗諾爾、智博、敦德、備戰(zhàn)等一系列與石炭紀(jì)火山作用有關(guān)的鐵礦床，且絕大多數(shù)鐵礦床賦存于石炭紀(jì)大哈拉軍山組火山巖中[1-10]。對該組火山巖構(gòu)造環(huán)境還存在較大爭議：①與造山后巖漿作用有關(guān)的大陸裂谷環(huán)境;②與地幔柱有關(guān)的裂谷環(huán)境;③大陸邊緣或島弧環(huán)境;④大陸減薄拉張環(huán)境。察漢烏蘇鐵礦位于阿吾拉勒晚古生代裂谷帶東段，鐵礦產(chǎn)出于下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三段火山巖中，筆者對察漢烏蘇鐵礦開展了研究工作，收集和整理了大量的野外一手成果資料，本次重點對大哈拉軍山組第三段c巖層英安巖的主量元素、微量元素、稀土元素特征、LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年代學(xué)及Lu-Hf同位素示蹤進(jìn)行研究，為察漢烏蘇鐵礦勘查提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料，為進(jìn)一步對阿吾拉勒一帶晚古生代火山巖的研究乃至對整個西天山晚古生代火山巖的研究提供新的資料。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

察漢烏蘇鐵礦位于阿吾拉勒（裂谷帶）Fe-Au-Cu- Pb-Zn-煤-硫鐵-重晶石礦帶[11]，隸屬于天山興蒙造山系，伊寧-中天山地塊，伊犁裂谷-阿吾拉勒晚古生代裂谷[12]，受天山北緣斷裂與尼古拉耶夫線-那拉提北坡斷裂控制（圖1）。區(qū)域上出露地層主要有：上泥盆統(tǒng)艾爾肯組、下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三段、下石炭統(tǒng)阿克沙克組第二段、下石炭統(tǒng)艾肯達(dá)坂組、下—中侏羅統(tǒng)水西溝群及第四系等??。察漢烏蘇鐵礦賦存于下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組，該組為一套濱海相火山碎屑沉積建造，主要為中基性火山熔巖，酸性火山熔巖次之，少量火山碎屑巖、沉積巖的巖石組合。區(qū)域侵入巖較發(fā)育，時代有元古代、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)，泥盆、石炭系內(nèi)均有分布，多呈小型巖株、巖枝狀，延伸方向與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致。區(qū)域構(gòu)造處于阿吾拉勒晚古生代裂谷帶東部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，構(gòu)造形跡主要為脆性斷裂，多呈環(huán)狀，放射狀。

2? 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1? 地層

察漢烏蘇鐵礦區(qū)出露地層為?：下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三段、下石炭統(tǒng)阿克沙克組第二段及少量的第四系全新統(tǒng)。下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三段為一套濱海相火山碎屑巖、火山熔巖、沉積巖組成，巖性主要為深灰色英安質(zhì)凝灰?guī)r、黑色玄武巖、灰色（玄武）安山巖、灰白色英安巖、大理巖、礫巖、砂巖等。主要為一套爆發(fā)相火山碎屑巖→溢流相基性熔巖→溢流相中酸性熔巖→沉積巖相巖石組合，據(jù)火山噴發(fā)旋回及巖石組合特征將下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組第三段進(jìn)一步分解為4個層?：a巖層以爆發(fā)相英安質(zhì)凝灰?guī)r為主;b巖層以溢流相玄武巖為主;c巖層以溢流相英安巖為主;d巖層以沉積相碎屑巖為主（圖2-A，B）。a巖層與b巖層呈斷層接觸，b巖層、c巖層、d巖層呈整合接觸關(guān)系。區(qū)內(nèi)磁鐵礦體賦存于a、b層，b層內(nèi)磁鐵礦體直接出露地表，a層內(nèi)僅深部見磁鐵礦盲礦體。察漢烏蘇鐵礦共圈出磁鐵礦體14條，編號為L1～L14號，在大哈拉軍山組第三段a層內(nèi)共圈定磁鐵礦體共7條，編號依次為L8～L14號礦體;b層內(nèi)共圈定磁鐵礦體7條，編號依次為L1～L7號礦體。區(qū)內(nèi)主要礦體為L5、L6、L8。

2.2? 構(gòu)造

研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造較發(fā)育，察漢烏蘇鐵礦整體位于一倒轉(zhuǎn)向斜南翼，向斜核部地層為下石炭統(tǒng)阿克沙克組，兩翼為大哈拉軍山組，向斜軸面向北陡傾，傾角大于80°，向斜軸面走向約280°，向東西兩側(cè)均延出研究區(qū)，向斜核部整體呈負(fù)地形，巖石具強(qiáng)片理化。區(qū)內(nèi)規(guī)模較大斷裂為F5斷層，斷層走向約280°，傾向NE，傾角75°～85°，為左行走滑斷裂，斷層以北為阿克沙克組第二段，以南為大哈拉軍山組第三段，兩側(cè)巖石均發(fā)生強(qiáng)烈的劈理化和碎裂巖化，局部具糜棱巖化，石英網(wǎng)脈發(fā)育。不同規(guī)模的無根褶皺變形普遍存在，可見不同規(guī)模的拖曳褶皺，表現(xiàn)出脆性斷裂特點，該斷裂穿過察漢烏蘇鐵礦體，對礦體有較大破壞作用。

2.3? 英安巖特征

察漢烏蘇鐵礦大哈拉軍山組第三段主要為一套火山碎屑巖-火山熔巖-沉積巖組合，巖性主要為英安質(zhì)凝灰?guī)r、玄武巖、（玄武）安山巖、英安巖等，前人已對英安質(zhì)凝灰?guī)r、玄武巖、（玄武）安山巖進(jìn)行了深入研究[15-20]，但對英安巖研究較少，本次重點對礦體頂板英安巖進(jìn)行研究，英安巖巖石特征見圖3。

英安巖構(gòu)成大哈拉軍山組第三段c巖層主體，分布于礦區(qū)南部，構(gòu)成向斜的南翼的一部分，大哈拉軍山組第三段c巖層與b、d巖層均呈整合接觸關(guān)系，厚54～581 m，灰白色，細(xì)粒斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具球粒包含結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶以自形板狀更長石為主，長石斑晶以自形棱角狀、次棱角狀為主，蝕變強(qiáng)烈，基質(zhì)由球粒包含結(jié)構(gòu)的長英礦物組成;在球粒間有細(xì)小片狀的綠泥石、他形粒狀的石英、次生的方解石、半自形粒狀的黃鐵礦，黃鐵礦邊緣少量褐鐵礦化。顯微鏡下觀察斑晶中長石表面有次生絹云母，斑晶石英受構(gòu)造擠壓，表面多裂紋，巖石片理化，沿片理有定向分布的絹云母。

3? 英安巖巖石地球化學(xué)特征

3.1? 主量元素

筆者在察漢烏蘇鐵礦區(qū)礦體頂板采集6件巖石化學(xué)樣品（表1）。據(jù)火山巖TAS圖解（圖4），樣點均落入英安巖中，與野外定名及巖礦鑒定成果基本一致，且均落入Irvine分界線下方，屬亞堿性巖。

SiO2含量66.91%～73.82%，平均70.24%;Al2O3含量高，變化大，為12.96%～15.33%，平均14.32%;全堿含量（K2O+Na2O）2.56%～5.84%，平均4.84%，里特曼指數(shù)0.21～1.26<4，屬鈣堿性巖系（太平洋型）;TiO2含量0.26%～0.48%，平均0.38%，含量相對較低;MgO含量0.41%～1.57%，平均1.07%。在巖石系列判別圖中（圖4），樣品落入鈣堿系列，屬鈣堿巖石系列。

3.2? 稀土元素

從樣品的稀土元素分析結(jié)果和特征參數(shù)可知（表1），英安巖稀土總量88.75×10-6～129.57×10-6，均值100.89×10-6;輕稀土總量均值84.03×10-6;重稀土總量均值16.86×10-6;LREE/HREE為3.39～7.52，平均5.48，大于地殼平均值1.15，說明巖石分異程度較強(qiáng) [21];（La/Yb）N均值5.03，稀土分布曲線為右傾式較陡，呈現(xiàn)輕稀土富集、重稀土虧損的特點;（La/Sm）N均值5.04，反映輕稀土之間分餾程度較好;（Gd/Yb）N平均1.36，說明重稀土之間分餾一般;δCe均小于1，平均0.94，顯示負(fù)異常特征，與海洋環(huán)境特征相同;δEu平均0.73，小于1，顯示負(fù)異常特征，且普遍虧損Sr，說明巖漿形成時斜長石作為殘留相存在，在巖漿演化過程中發(fā)生了斜長石分離結(jié)晶作用[22]。

經(jīng)對比前人對區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r、（玄武）安山巖、玄武巖研究成果資料 [15-20]，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖趨勢基本相似，說明其成巖物質(zhì)來源具一定的相關(guān)性，且與OIB 分布模式近似一致（圖5）。

3.3? 微量元素

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布圖上，呈近似一致的鋸齒狀分布（ 圖5）。富集大離子親石元素K，Rb，Ba，虧損高場強(qiáng)元素Nb，Ta，P，Ti。K/Rb在177.52～1 313.33，平均391.83;Rb/Sr一般在0.01～0.29，平均0.19（小于0.5），屬巖漿早期偏晚演化階段形成;Ba/Rb一般在3.10～27.60，平均8.66;Nb/Ta平均8.27。

經(jīng)對比前人對區(qū)內(nèi)凝灰?guī)r、（玄武）安山巖、玄武巖的研究成果資料[15-20]，由玄武巖→（玄武）安山巖→英安巖微量元素Ba減少而Rb增加，Ba/Rb逐漸減少，Nb/Ta逐漸降低，說明巖漿分異作用增強(qiáng)，這也印證了區(qū)內(nèi)火山巖演化是由玄武巖→（玄武）安山巖→英安巖的成巖過程。

4? 英安巖鋯石U-Pb年齡和Lu-? ? ? Hf同位素示蹤

4.1? 鋯石U-Pb年齡

筆者在大哈拉軍山組第三段c巖層針對英安巖采集1件U-Pb同位素測年樣品，采樣位置見圖2。挑選的鋯石大多呈無色透明，以粒狀為主，粒徑約為100～250 μm，較破碎，韻律環(huán)帶清晰，Th/U 比值為0.45～0.95（均值0.4），顯示具巖漿成因特性。選擇其中較完整的25顆鋯石進(jìn)行測定， 206Pb/238U表面年齡在313～362 Ma（圖6），數(shù)據(jù)點中有15個數(shù)據(jù)點諧和性較好，206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（324.3±3.4） Ma，MSWD =0.61，代表其形成年齡屬早石炭世（圖7，表2）。

4.2? 鋯石Lu-Hf同位素

本次對英安巖U-Pb年齡諧和性較好的15顆鋯石進(jìn)行Lu-Hf同位素分析測試，測點位置位于鋯石U-Pb定年的同一顆鋯石相同部位同一巖漿震蕩環(huán) 。通過測試數(shù)據(jù)可看出（表3），鋯石176Lu/177Hf值為0.000 989～0.002 470 4，平均0.001 481。Hf元素的組成比較單一，176Hf/177Hf（t）值為0.282 773～0.282 899;鋯石年齡計算的εHf（t）為6.731 024～11.252 046，單階段模式年齡tMD1位于512.65～689.12 Ma ;二階段模式年齡tMD2變化于618.40～903.84 Ma，具古老地殼源區(qū)屬性[24]，二階段模式年齡更能反映源區(qū)物質(zhì)在地殼中的平均年齡[25]，εHf（t）變化范圍較大-0.052 797～4.430 697， 176Hf/177Hf 均大于0.282 7，176Lu/177Hf值低于上地殼0.009 3，單顆鋯石二階段模式年齡均遠(yuǎn)大于單階段模式年齡，表明源區(qū)物質(zhì)在地殼中存在較長時間。由圖8可知，點都集中分布在球粒隕石Hf同位素演化線之上與虧損地幔之間，代表成巖物質(zhì)來源于虧損地幔并有基底物質(zhì)的加入。

5? 討論

5.1 巖石構(gòu)造環(huán)境

英安巖具相對較高的Al2O3，Na2O，K2O，低MgO，CaO，TiO2，屬鈣堿性巖石系列;微量元素富集大離子親石元素K，Rb，Ba，虧損高場強(qiáng)元素Nb，Ta，P，Ti，顯示典型島弧環(huán)境特征。通過微量元素地球化學(xué)研究認(rèn)為，其類似于OIB。在花崗巖的構(gòu)造環(huán)境（Rb）-（Yb）+ （Nb）判別圖中（圖9），樣點投入火山弧花崗巖區(qū)域。綜上確定察漢烏蘇鐵礦火山巖成巖構(gòu)造環(huán)境為島弧環(huán)境。

5.2? 成巖時代

本次筆者在大哈拉軍山組第三段c巖層采集鋯石U-Pb年齡測試樣一件，選擇較完整的25顆進(jìn)行測定，其中有15個數(shù)據(jù)點諧和性較好，206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（324.3±3.4） Ma，MSWD =0.61，代表其形成年齡，屬早石炭世。英安巖的年齡基本代表察漢烏蘇鐵礦火山巖年齡，屬早石炭世。

5.3? 成巖物質(zhì)來源

Hf同位素單階段模式年齡、二階段模式年齡表明，巖石源區(qū)物質(zhì)在地殼中存在較長時間。同時，Hf模式年齡遠(yuǎn)大于成巖年齡表明，其巖漿源區(qū)受到過地殼物質(zhì)的混染[25]。察漢烏蘇鐵礦火山巖成巖物質(zhì)來源具一定的相關(guān)性，英安巖成巖物質(zhì)來源基本能代表察漢烏蘇鐵礦火山巖物質(zhì)來源，察漢烏蘇鐵礦成巖物質(zhì)來源于虧損地幔并有基底物質(zhì)的加入。

6? 結(jié)論

（1） 察漢烏蘇鐵礦大哈拉軍山組火山巖產(chǎn)出構(gòu)造環(huán)境為島弧環(huán)境。

（2） 察漢烏蘇鐵礦英安巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為（324.3±3.4） Ma，屬早石炭世。

（3） 察漢烏蘇鐵礦成巖物質(zhì)來源于虧損地幔并有基底物質(zhì)的加入。

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