新疆西天山尼新塔格铁矿区石炭纪火山岩地球化学特征及其成因研究

荆德龙, 张 博, 汪帮耀,2, 王子玺, 姜常义,2,李永军,2, 李新光

(1. 长安大学 地球科学与资源学院, 陕西 西安 710054; 2. 长安大学 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室, 陕西 西安710054; 3. 新疆地质矿产局 第九地质大队, 新疆 乌鲁木齐 830000)

0 引 言

阿吾拉勒成矿带位于新疆西天山伊犁板块东北缘, 是近年来发现的一条极其重要的铁、铜、金多金属成矿带[1–4]。通过近年的地质勘查工作, 在该成矿带内相继发现和重新评价了查岗诺尔、备战、智博、敦德等大型铁矿床, 以及松湖、雾岭、尼新塔格-阿克萨依等中型铁矿床[4–11], 累计探获铁矿资源量 11.7亿吨[4]和巨大的铁矿资源勘查潜力。研究发现, 这些铁矿床大多数都赋存于下石炭统大哈拉军山组火山岩地层中。由于分布广泛并赋存有大量的铁矿床, 该组火山岩对于研究西天山地区构造演化及矿产分布都具有重要意义, 尽管对该组火山岩的进行了众多研究, 但是其形成的构造环境仍存在争议。本文选取阿吾拉勒成矿带内研究程度相对较低的尼新塔格铁矿区内火山岩作为研究对象, 进行详细的岩石学及岩石地球化学研究, 探讨该区大哈拉军山组火山岩的成因和构造背景, 以期对认识西天山地区晚古生代构造演化有所帮助, 进一步限定该矿床的成因类型。

1 地质背景

新疆西天山是中亚造山带的重要组成部分,它位于中亚造山带的西南部, 北以依连哈比尔尕断裂为界, 南以长阿吾子-乌瓦门缝合带为界, 向西延入哈萨克斯坦, 向东止于库米什北东, 总体上向东呈楔形展布(图 1a)。高俊等[13]将西天山地区划分为北天山弧增生体、伊犁地块北缘活动陆缘、伊犁地块、伊犁地块南缘活动陆缘、中天山复合弧地体和塔里木北部被动大陆边缘(如图1a)。伊犁地块夹于天山主干断裂(中天山北缘断裂)和那拉提北坡断裂之间, 呈楔形向东尖灭。石炭纪-二叠纪时期该区经历了从俯冲-碰撞造山向后碰撞伸展-拉张环境的构造转变[13–18], 形成了广泛分布的石炭纪-二叠纪火山岩和火山碎屑岩地层。阿吾拉勒铁成矿带内的铁矿床均赋存于该阶段形成的火山岩地层内(图 1b)。

尼新塔格铁矿床位于阿吾拉勒山中部、阔尔库岩体南侧的火山岩分布区域, 矿区内出露的地层主要为下石炭统大哈拉军山组(C1d)、阿克沙克组(C1a)和上石炭统伊什基里克组(C2y)及第四系(如图 1b、1c)。其中赋矿的大哈拉军山组(C1d)主要出露于矿区北西部, 区域上该组划分为三段, 矿区仅出露大哈拉军山组的第三段(C1d3)地层。整体上为一套浅海相中基性火山岩、火山碎屑岩组合, 呈北西-南东向带状展布。

矿区范围内出露的侵入岩主要为早二叠世侵位的黑云母二长花岗岩, 出露面积较广, 分布于矿区的北部(如图1b)。

2 样品及测试

尼新塔格铁矿区范围内出露的火山岩岩石组合为: 安山岩、玄武安山岩、玄武岩等火山熔岩, 岩屑晶屑凝灰岩、晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩、磁铁矿化火山角砾岩、含集块火山角砾岩、沉火山角砾岩以及浆屑沉凝灰岩等火山碎屑岩。由于火山碎屑岩中碎屑物成分及来源具有多样性, 使得其化学组成变化较大、特征不明显, 对岩石的成因及源区不具有讨论价值, 故本次研究工作仅在尼新塔格铁矿区大哈拉军山组第三段火山岩地层中部及下部层位采集火山熔岩样品进行化学分析。在对大量样品进行详细的手标本和光、薄片显微镜下观察后, 挑选出 15件相对新鲜并具有代表性的样品进行主元素和微量元素分析。主要岩性特征描述如下。

(1) 安山岩 斑状结构, 块状构造。岩石主要由斜长石、钠长石和少量角闪石及磁铁矿组成, 偶见辉石。斑晶以斜长石为主(图2d), 少量的钠长石、角闪石和黑云母, 偶见辉石。岩石中局部具气孔发育(图2a), 偶见有磁铁矿和玄武岩角砾。

(2) 玄武安山岩 斑状结构, 块状构造。斑晶成分主要为自形、半自形的斜长石, 少量角闪石、黑云母和辉石(图 2b、2e)。基质由斜长石、钠长石微晶及填隙的暗色矿物集合体、玻璃质和磁铁矿组成。该类岩石基质中普遍见有磁铁矿化, 见有一系列玄武安山岩-弱矿化玄武安山岩-矿化玄武安山岩-浸染状矿石, 它们反应出一种特征: 磁铁矿矿可以以任何比例存在于该类岩石的基质中。

图1 尼新塔格铁矿区大地构造位置(根据文献[12–13]修改)及矿区地质简图Fig.1 Tectonic location (modified after references [12–13]) and simplified geological map of Nixintage iron deposit

(3) 玄武岩 灰黑色、灰绿色, 斑状结构, 块状构造。斑晶成分主要为斜长石, 角闪石和辉石次之(图2c、2f)。斑晶斜长石呈自形板条状、宽板状, 多被绿泥石和绢云母交代。斑晶角闪石很少能保留完好, 多被绿泥石交代, 仅保留菱形晶形。斑晶辉石呈六边形, 大多数都被绿泥石、透闪石不同程度交代。基质由微晶斜长石、辉石、磁铁矿和玻璃质组成, 具间粒结构和间隐结构。

对挑选出的样品进行清洗、粉碎、缩分, 将其在玛瑙研钵中研磨至过200目筛备用。样品分析在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。主元素分析采用XRF法, 在X射线荧光光谱仪上完成; 微量元素分析采用美国X-7型ICP-MS完成。仪器工作参数: Power: 1200w, Nebulizer gas:0.64 L/min, Auxiliarygas: 0.80 L/min, Plasmagas:13 L/min。岩石化学分析所获得数据结果如表1所示。

在对 15件样品的主微量元素地球化学特征进行分析以后, 又从中选取了 7件具代表性的样品进行 Nd-Sr同位素地球化学分析。样品分析测试试由中国科学院贵阳地球化学研究所漆亮研究员代为分析, 所用仪器为 Neptune公司生产的 MC-ICP-MS,所用的标液参考样品分别为 NISTSRM-987和JMC-Nd, 标样分别为BCR-1和BHVO-1。详细测试方法见Chuet al.[19]。分析结果如表2所示。

图2 尼新塔格铁矿区玄火山岩照片及显微特征Fig 2 Pictures and micrographs of volcanic rocks in Nixintage iron deposit

3 地球化学特征

3.1 岩石系列划分

由于本次研究工作主要针对铁矿区内的赋矿火山岩, 虽然在采集样品时尽可能的选取其中新鲜、蚀变弱的样品, 但是由于距离矿体较近, 所采集样品均遭受不同程度的蚀变, 故分析结果中大多数样品的烧失量(LOI)在3%以上。由于岩石中的K、Na、Ca等元素具有较强的活动性, 在岩石遭受蚀变后极易发生迁移, 故TAS图解不适用于本区火山岩的岩石地球化学定名。而岩石中的 Al、Ti、Nb、Zr、Y等元素活动性弱, 它们可以反应蚀变岩石及变质岩石的某些原岩性质, 故本文利用 Zr/TiO2-Nb/Y二元图解对本区火山岩进行地球化学定名(图 3)。由图 3可知, 15件样品中有9件样品落入玄武安山岩区域, 6件样品落入玄武岩区域, 均属于亚碱性玄武岩系列。

AFM图投影显示, 本区火山岩具有较为明显的钙碱性玄武岩特征(图 4a)。Ti-Zr图投影也显示, 所研究岩样品绝大部分落在钙碱性玄武岩区域内(图4b), 进一步确定本区火山岩属钙碱性系列。

3.2 主元素地球化学特征

整体来看, 本区火山岩具有明显的富碱特征,ALK含量大多数位于6%～9%之间, 平均值为6.48%,尤其富钠(Na2O 含量大多介于 4%～7%之间, 平均5.04%)。此外, 本区火山岩较同类岩石略微富钛,TiO2含量介于0.88%～1.28%之间, 平均为1.12%。在本区火山岩哈克图解(图5)上可以看出, 岩石中活动性较弱的Ti、Al氧化物含量与岩石中的SiO2含量具有较为明显的线性相关性, 表明它们在蚀变作用后未发生明显的迁移。此外, 岩石中的活动元素Na的氧化物与 SiO2之间也呈现出较好的线性相关性, 这就表明, 岩石本身即具有富Na特征。而其他活动性元素 K、Ca、Mg的氧化物与 SiO2之间则表现出非线性的规律性变化, 表明在蚀变过程中, 这些元素发生了迁移。

图3 尼新塔格铁矿区火山岩Zr/TiO2-Nb/Y二元图解(底图据Winchester et al.[20])Fig 3 Zr/TiO2-Nb/Y diagram for the volcanic rocks in Nixintage iron deposit (after Winchester et al.[20])

?

?

表2 尼新塔格铁矿区火山岩Sr-Nd同位素分析结果Table 2 Sr and Nd isotopic compositions of volcanic rocks in Nixintage iron deposit

图4 尼新塔格铁矿区火山岩AFM图(a)及Ti-Zr图解(b)Fig.4 AFM diagram (a) and Ti-Zr diagram (b) for the volcanic rocks in Nixintage iron deposit

3.3 微量元素地球化学特征

15件火山岩样品的微量元素分析结果见表 1。依据测试数据作稀土元素和微量元素分布图解(图6)。由图6可知, 矿区各类岩石的稀土元素分布模式相似, 均为右倾的轻稀土略富集型, 稀土元素总量变化较大, ∑REE = 38.9～130 μg/g, 大部分介于80.0～120 μg/g之间。有 9个样品表现出微弱的 Eu负异常, 6个表现出微弱Eu正异常,δEu = 0.85～1.15,综合来看, Eu异常不明显, 曲线较为平滑。大多数样品的轻、重稀土元素分馏较弱, (La/Yb)N多介于2～4之间。总体上, 轻稀土元素之间的分馏程度略强于重稀土元素之间的分馏, (La/Sm)N= 1.09～2.93, 平均为 1.93, (Gd/Yb)N= 1.02～2.34, 平均为 1.52。

整体上各类岩石的微量元素配分曲线也大致相似, 具富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、K)而相对亏损高场强元素特征。绝大多数样品都有明显的Nb、Ta亏损和较弱的 Ti亏损。此外大多数样品的

高场强元素曲线形态较为平滑, 而大离子亲石元素部分则相对波动较大, 这与大离子亲石元素在热液蚀变等过程中具有相对较高的活动性有关。

图5 尼新塔格铁矿区火山岩哈克图解Fig.5 Harker diagrams for volcanic rocks in Nixintage iron deposit

图6 尼新塔格铁矿区火山岩稀土元素和微量元素分布模式(稀土元素球粒陨石标准化及微量元素原始地幔标准化数据引自Sun et al.[21])Fig.6 Chondrite-normalized REEs patterns and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram of volcanic rocks in Nixintage iron deposit (normalizing values after Sun et al.[21])

3.4 Nd-Sr同位素地球化学特征

笔者尚未直接获得矿区安山岩形成年龄, 结合前人对西天山地区火山岩年代学研究, 认为本次研究工作在距尼新塔格矿区西北约10 km的安山岩中获得的该套火山岩年龄(343.2±2.0) Ma (MSWD =1.8)1)汪帮耀，荆德龙，姜常义, 松湖铁矿床矿区地质和矿床地质特征研究报告, 西安, 2012。大致可代表本区火山岩的年龄(如图 7), 因此采用t= 343 Ma进行计算, 所有分析结果列于表2。

测试结果显示, 4件玄武安山岩样品的初始87Sr/86Sr值较低且变化范围较大, 为 0.7064～0.7086,εNd(t)值低且变化范围较小, 为+0.92～ +1.92。3 件玄武岩样品的初始87Sr/86Sr值为 0.7066～0.7095,εNd(t)值为 0.75～2.62。将本次研究所得的分析结果投在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相关图(图 8a)上, 所有样品点均落入了第一象限内, 数据点排列呈向(87Sr/86Sr)i富集趋势。在(87Sr/86Sr)i-SiO2图解(图8b)中, 各样品点未呈现出明显的相关性; 而在εNd(t)-SiO2图(图8c)上则表现出一定的相关性,εNd(t)值随SiO2含量的增加有增大的趋势。前人曾对西天山地区大哈拉军山组火山岩做过部分同位素地球化学研究, 本文选取距离本区较近的昭苏北部[22]以及新源城南部[16]火山岩做对比研究, 将其数据点一并投在图8a上, 其分布大致与本次分析所获数据点相同。

4 讨 论

4.1 构造环境判别

研究区位于伊犁地块东北缘、博罗科努山系主脊线上, 主要出露一套大哈拉军山组火山岩地层。由于该组火山岩对于认识西天山构造演化具有重要的地质意义, 长期以来, 该地区积累了大量对该组火山岩的研究成果, 但是对其形成的构造环境仍存在多种不同的认识。目前主要有以下三种不同的观点:(1) 岛弧环境[9,13,16,17,23–27]; (2) 大陆裂谷环境[28];(3) 与地幔柱有关的大火成岩省[29]。虽然随着研究程度的提高越来越多的学者倾向认同岛弧环境[9,13,16,17,23–27],但是又有活动大陆边缘弧后拉张环境[23,26]、活动大陆边缘弧环境[9,13,16,17]、弧后盆地一侧的内弧[24]、靠近大陆边缘的岛弧环境[25]等几种不同认识。构造环境认识分歧的核心是大哈军山组火山岩的形成是否与天山古生代洋盆活动有关, 是形成于挤压体制下还是伸展体制下。

图7 西天山“大哈拉军山组”火山岩形成年龄分布图(据茹艳娇[22]修改)Fig.7 Formation age distribution for the volcanic rocks of Dahalajunshan Formation in western Tianshan (after Ru[22])

图8 尼新塔格铁矿区火山岩εNd(t)-(87Sr/86Sr)i、εNd(t)-SiO2及(87Sr/86Sr)i-SiO2图解Fig.8 εNd(t)-(87Sr/86Sr)i, εNd(t)-SiO2 and (87Sr/86Sr)i-SiO2 diagrams for volcanic rocks in Nixintage iron deposit

如前所述, 本区火山岩稀土元素总体上具有相似的标准化曲线, 轻稀土元素相对富集, 重稀土元素相对亏损, 且轻重稀土分馏程度大, 具有弱的 Eu负异常。微量元素以富集大离子亲石元素, 相对亏损高场强元素为特征, 具有明显的Nb、Ta负异常、弱的Ti负异常, 显示活动大陆边缘火山岩或岛弧火山岩的特点。

该区火山岩具有相对较高的 Ti含量, TiO2=0.78%～1.29%, 大多数介于 1%～1.2%之间, 平均值为 1.09%, 而 Al2O3= 15.21%～21%, 大多数介于16%～19%之间, 平均值为 17.8%, 与现代典型的Andes活动大陆边缘弧火山岩[30]的 Al2O3(16.2%～18.4%)和 TiO2(0.73%～1.43%), 比较接近。

不同构造环境下形成的火山岩, 其微量元素地球化学特性不同, 故可利用微量元素判断火山岩的形成环境[31–32]。在 Th-Ta-Hf图解(图 9a)上, 本区火山岩样品大多数投在了火山弧玄武岩区域, 在Zr/Y-Zr图(图9b, 底图据Pearce[33])上所有样品都落在了活动大陆边缘弧区。而在不相容元素Th/Yb-Ta/Yb图(图 9c, 底图据 Pearceet al.[34])中,大多数样品点则投在了活动大陆边缘区域内靠近大洋岛弧区一侧。

通过以上分析可知, 本区火山岩的形成环境可能为活动大陆边缘环境。

伊犁-中天山板块南北两侧的南天山洋和北天山洋均发生向伊犁-中天山板块之下的俯冲消减直至最后关闭[13,15,35–36]。大量的蛇绿岩年代学资料指示北天山洋在晚奥陶世开始向南部的伊犁-中天山板块下俯冲。巴音沟蛇绿混杂岩中堆晶辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为344 Ma, 硅质岩、灰岩中产出大量晚泥盆世-早石炭世放射虫和牙形石化石[37–38],这就说明北天山洋盆在早石炭世还有一定规模。这一点刚好和本次研究工作获得的本区大哈拉军山组火山岩的形成时代吻合, 因此可以较好地解释本区大哈拉军山组火山岩可能是北天山洋盆在早石炭世早期向伊犁陆块之下俯冲过程中形成的。

图9 尼新塔格铁矿区火山岩构造环境判别图Fig.9 Tectonic settings discrimination diagrams for volcanic rocks in the Nixintage iron deposit

4.2 不同火山岩的成因关联

矿区范围内主要出露地层及赋矿地层为大哈拉军山组第三段(C1d3), 其中玄武岩-玄武安山岩-安山岩均有分布, 以玄武安山岩为主。岩石学研究发现,随着岩石的基性程度降低, 岩石中辉石含量降低,斑晶中辉石逐渐减少, 而斜长石增多。这说明矿区火山岩可能由同源岩浆形成, 矿区内玄武安山岩以及少量安山岩均由玄武质岩浆分异演化形成, 并经历了一定程度的结晶分离作用过程。

虽然该区火山岩普遍遭受了不同程度的蚀变作用, 岩石中的活动性元素组分如 K2O、MgO、CaO等发生了迁移, 但是研究区火山岩的哈克图解(图5)显示, 岩石中的不活动元素TiO2、Al2O3及活动元素Na2O与SiO2呈现出较好的相关性, 并且各类岩石的稀土元素、微量元素配分形式也较为一致(如图6所示), 这也进一步证明本区火山岩具有同源性。

此外, 矿区各类火山岩的 Nd同位素组成差别不大,εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相关图(图 8a)上各样品点大致呈线性排列, 在(87Sr/86Sr)i-SiO2图解(图 8b)中, 各样品点未呈现出明显的相关性; 而在εNd(t)-SiO2图(图8c)上则表现出一定的相关性,εNd(t)值随SiO2含量的增加有增大的趋势。研究区火山岩的(87Sr/86Sr)i与SiO2无相关性, 暗示岩浆演化过程中遭受了明显的同化混染作用, 对同化混染作用较为敏感的Sr同位素体系受其影响较大而发生偏移。而εNd(t)值变化特征表明岩浆在演化过程中存在结晶分异作用, 同时也指示本区火山岩应具有相同的岩浆源区。

综合以上可知, 尼新塔格铁矿区内火山岩的地层学、岩石学及地球化学特征均显示, 它们是同源岩浆演化的产物。

4.3 同化混染与源区性质

在流体活动中, Zr、Y、Nb、La均为不迁移或难迁移元素, 故地幔交代作用不会导致岩浆中各元素含量及其比值的变化。相对于地幔物质而言, 地壳物质具有较高的Zr含量、Zr/Y比值、La/Nb比值, 如果幔源岩浆遭受到大陆地壳物质的混染, 必然会使其Zr含量、Zr/Y比值、La/Nb比值也相应升高。前人研究表明, 非常高的(Th/Nb)N比值(远大于 1)和低的Nb/La比值(小于1)是地壳物质混染作用可靠的微量元素指标[32]。本区火山岩样品普遍具有较高的Zr含量(66.89～171 μg/g, 大多数大于 100 μg/g, 平均为113 μg/g), Zr/Y 比值多大于(3.55～13.9, 平均 6.94);除一件样品的(Th/Nb)N小于 1以外, 其余样品的(Th/Nb)N比值均远大于1, 多介于3～8之间; 所有样品的 Nb/La比值均小于 1。以上微量元素特征均表明, 岩浆在演化过程中受到了较强的地壳物质混染作用。

从元素地球化学角度看, 总分配系数相同或相近的元素比值不受分离结晶作用和部分熔融程度的影响, 因此, 根据总分配系数相同或很相近、对同化混染作用又很敏感的不同元素比值(如 Ce/Pb、TiO2/Yb、La/Nb、Nb/Hf、Zr/Nb、Ta/Yb 等)之间的协变关系可以准确地检验岩浆在上升过程中同化混染作用是否存在及程度[39]。随机选取上述元素比值做二元协变图(图 10), 图中本区火山岩的 Ce/Pb-Zr/Nb、TiO2/Yb-La/Nb、Nb/Hf-Y/Nb、La/Nb-Nb/Hf均未显示相关性。如前文所述, 这些元素在热液蚀变过程中不活动或活动性很弱, 所以这些元素比值之间缺乏相关性与热液蚀变无关。这进一步说明尼新塔格铁矿区内火山岩在岩浆上升、演化过程中存在较强的同化混染作用。

在板块汇聚的地带, 可能的岩浆源区有 3个:①俯冲的大洋壳, 主要由玄武岩组成, 并有少量的深海沉积物; ②位于洋壳上面、火山弧下面的楔形地幔,主要由橄榄岩构成; ③火山弧下面的大陆地壳[40]。

研究表明, 俯冲板片脱水及由此引起的部分熔融是俯冲带、岛弧火山体系中最重要的地质作用过程。俯冲带的流体交代作用过程可概括为: 俯冲洋壳脱水, 产生富大离子亲石微量元素(K、Rb、Sr、U、Th和部分REE等)的流体进入俯冲带上方的地幔楔,发生交代作用, 继而使地幔楔的橄榄岩部分熔融,形成火山弧岩浆岩。如前所述, 尼新塔格铁矿区内火山岩样品均富集大离子亲石元素, 同时大多数样品表现出明显的Nb、Ta亏损和弱的Ti亏损, 而Nb、Ta亏损是湿地幔楔部分熔融的陆缘弧玄武岩的特征[41]。上述特征指示本区火山岩在成因上与俯冲板片脱水引起的湿地幔楔部分熔融有密切联系。

同位素分析数据显示本区火山岩的初始87Sr/86Sr值变化大, 介于 0.7064～0.7095之间, 为富集型, 而εNd(t)值为+0.75～ +2.62, 属亏损型。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相关图(图 8a)上, 本区火山岩样品点均落入了第一象限内, 数据点排列呈向(87Sr/86Sr)i富集趋势, 明显偏离地幔组成。

图10 尼新塔格铁矿区火山岩Ce/Pb-Zr/Nb、TiO2/Yb-La/Nb、Nb/Hf-Y/Nb、La/Nb-Nb/Hf相关图解Fig.10 Ce/Pb vs. Zr/Nb, TiO2/Yb vs. La/Nb, Nb/Hf vs. Y/Nb, La/Nb vs. Nb/Hf diagrams for the volcanic Rocks in Nixintage iron deposit

由于俯冲流体的交代作用对岩石圈地幔的Nd、Sr同位素组成影响较大, 可以使其Nd、Sr同位素解耦[42]。因为岩浆在受到海水或俯冲流体交代时, Sr同位素过于敏感, 而Nd同位素的影响相对较小, 可以示踪源区的特征。此外, 岩浆在演化过程中遭受混染作用, 也必然改变其Nd、Sr同位素组成, 因为同化混染中的混染物质常常是花岗岩、沉积岩及其变质等价物等陆壳物质, 这些物质往往都具有较高的Sr丰度以及87Sr/86Sr比值。并且, Sr元素相对于Nd元素更容易进入岩浆, 故在同等条件下, 同化混染作用对Sr同位素组成的影响较大, 而Nd同位素组成受到的影响较小, 可以代表源区特征。在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相关图解(图 8a)中, 本区火山岩样品均落入了第一象限内, 其εNd(t)值为+0.75～ +2.62,变化范围较小, 说明其岩浆源区具亏损特征。受流体交代及同化混染作用影响, 本区火山岩样品的(87Sr/86Sr)i值较分散, 明显偏离地幔组成而表现为富集型。

前人对研究区周边的大哈拉军山组火山岩也做过大量的研究, 距该区最近的昭苏北部火山岩及新源城南火山岩的同位素结果投在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i相关图(图 8a)上, 与研究区火山岩的投点相近, 均在第一象限内。这说明了本次研究工作中所获取的该套火山岩的同位素数据是可靠的, 区域上该套火山岩的岩浆源区均具有亏损地幔特征。

通过以上讨论可知, 尼新塔格铁矿区内出露的火山岩应该来源于俯冲板片之上受流体交代的亏损地幔楔的部分熔融, 岩浆上升演化过程中, 有相当数量的地壳物质加入, 并经历了一定程度的结晶分离作用过程。

5 结 论

(1) 尼新塔格铁矿区内火山岩属亚碱性玄武岩中的钙碱性系列, 具有富Na特征, 略微富Ti。

(2) 微量元素以富集大离子亲石元素, 相对亏损高场强元素为特征, 具有明显的Nb、Ta负异常和弱的Ti负异常, 并且具有相对较高Th/Yb和Ta/Yb比值, 指示本区火山岩应形成于活动大陆边缘环境。

(3) 岩相学及地球化学特征均指示该套火山岩为同源岩浆演化的产物。Nb、Ta亏损显示其具有受流体交代的地幔楔部分熔融产生的陆缘弧玄武岩特征, 而其εNd(t)值为+0.75～ +2.62, 为亏损型, 这就指示本区火山岩的岩浆源区应为俯冲板片之上受流体交代的亏损地幔楔。

(4) 较高的Zr含量、Zr/Y比值、La/Nb比值以及较分散的(87Sr/86Sr)i值表明岩浆在演化过程中受到了较强的地壳物质混染作用。

:

[1] 陈毓川, 刘德权, 唐延龄, 王登红, 董连慧, 沙新, 王晓地.中国天山矿产及成矿体系[M]. 北京: 地质出版社, 2008:1–1063.Chen Yu-chuan, Liu De-quan, Tang Yan-ling, Wang Deng-hong, Dong Lian-hui, Sha Xin, Wang Xiao-di. Mineral Resources and Metallogenic System of Tianshan Mountains in China [M]. Beijing: Geological Publishing House, 2008:1–1063 (in Chinese).

[2] 毛景文, 胡瑞忠, 陈毓川, 王义天. 大规模成矿作用与大型矿集区[M]. 北京: 地质出版社, 2006: 1–533.Mao Jing-wen, Hu Rui-zhong, Chen Yu-chuan, Wang Yi-tian.Large Scale Mineralization and Ore Accumulating District[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2006, 1–533 (in Chinese).

[3] 李文渊, 牛耀龄, 张照伟, 张铭杰, 高永宝, 胡沛青, 张江伟, 谭文娟, 姜寒冰. 新疆北部晚古生代大规模岩浆成矿的地球动力学背景和战略找矿远景[J]. 地学前缘, 2012,19(4): 41–50.Li Wen-yuan, Niu Yao-ling, Zhang Zhao-wei, Zhang Ming-jie,Gao Yong-bao, Hu Pei-qing, Zhang Jiang-wei, Tan Wen-juan,Jiang Han-bing. Geodynamic setting and further exploration of magmatism-related mineralization concentrated in the Late Paleozoic in the northern Xinjiang Autonomous Region [J].Earth Sci Front, 2012, 19(4): 41–50 (in Chinese with English abstract).

[4] 张作衡, 洪为, 蒋宗胜, 段士刚, 王志华, 李凤鸣, 石福品,赵军, 郑仁乔. 新疆西天山晚古生代铁矿床的地质特征、矿化类型及形成环境[J]. 矿床地质, 2012, 31(5): 941–964.Zhang Zuo-heng, Hong Wei, Jiang Zong-sheng, Duan Shi-gang, Wang Zhi-hua, Li Feng-ming, Shi Fu-pin, Zhao Jun,Zheng Ren-qiao. Geological features, mineralization types and metallogenic setting of Late Paleozoic iron deposits in western Tianshan Mountains of Xinjiang [J]. Mineral Deposits,2012, 31(5): 941–964 (in Chinese with English abstract).

[5] 董连慧, 冯京, 庄道泽, 李凤鸣, 屈迅, 刘德权, 唐延龄.新疆富铁矿成矿特征及主攻类型成矿模式探讨[J]. 新疆地质, 2011, 29(4): 416–422.Dong Lian-hui, Feng Jing, Zhuang Dao-ze, Li Feng-ming, Qu Xun, Liu De-quan, Tang Yan-ling. Discussion of metallogenic models, mineralization characteristic and main type of rich iron ore of Xinjiang [J]. Xinjiang Geol, 2011, 29(4): 416–422(in Chinese with English abstract).

[6] 李凤鸣, 彭湘萍, 石福品, 周昌平, 陈建中. 西天山石炭纪火山-沉积盆地铁锰矿成矿规律浅析[J]. 新疆地质, 2011,29(1): 55–60.Li Feng-ming, Peng Xiang-ping, Shi Fu-pin, Zhou Chang-ping, Chen Jian-zhong. Analysis on Fe-Mn mineralization regularity in carboniferous volcanic-sendimentary basin of West Tianshan [J]. Xinjiang Geol, 2011, 29(1): 55–60 (in Chinese with English abstract).

[7] 冯金星, 石福品, 汪帮耀, 胡建明, 王江涛, 田敬佺. 西天山阿吾拉勒成矿带火山岩型铁矿[M]. 北京: 地质出版社,2010: 1–132.Feng Jin-xing, Shi Fu-pin, Wang Bang-yao, Hu Jian-ming,Wang Jiang-tao, Tian Jing-quan. Volcanic Iron Deposits in the Awulale Metallogenic Belt, West Tianshan [M]. Beijing:Geological Publishing House, 2010: 1–132 (in Chinese).

[8] 卢宗柳, 莫江平. 新疆阿吾拉勒富铁矿地质特征和矿床成因[J]. 地质与勘探, 2006, 42(5): 8–11.Lu Zong-liu, Mo Jiang-ping. Geological characters and ore genesis of Awulale iron-rich deposit in Xinjiang [J]. Geol Prospect, 2006, 42(5): 8–11 (in Chinese with English abstract).

[9] 汪帮耀, 胡秀军, 王江涛, 邵青红, 凌锦兰, 郭娜欣, 赵彦锋, 夏昭德, 姜常义. 西天山查岗诺尔铁矿矿床地质特征及矿床成因研究[J]. 矿床地质, 2011, 30(3): 385–402.Wang Bang-yao, Hu Xiu-jun, Wang Jiang-tao, Shao Qing-hong, Ling Jin-lan, Guo Na-xin, Zhao Yan-feng, Xia Zhao-de, Jiang Chang-yi. Geological characteristics and genesis of Chagannur iron deposit in western Tianshan, Xinjiang [J]. Mineral Deposits, 2011, 30(3): 385–402 (in Chinese with English abstract).

[10] 荆德龙, 任毅, 汪帮耀, 宋艳芳, 王垚, 康珍. 新疆松湖铁矿地质特征与成矿期次划分[J]. 亚热带资源与环境, 2012,7(4): 10–15.Jing De-long, Ren Yi, Wang Bang-yao, Song Yan-fang, Wang Yao, Kang Zhen. Geological characteristics and metallogenic periods of Songhu iron deposit in Xinjiang [J]. J Subtrop Resour Environ, 2012, 7(4): 10–15 (in Chinese with English abstract).

[11] 荆德龙, 张博, 汪帮耀, 夏明哲, 夏昭德, 姜常义, 李新光.新疆西天山尼新塔格铁矿床地质特征与矿床成因[J]. 岩石矿物学杂志, 2014, 33(5): 841–858.Jing De-long, Zhang Bo, Wang Bang-yao, Xia Ming-zhe, Xia Zhao-de, Jiang Chang-yi, Li Xin-guang. Geological characteristics and ore genesis of the Nixintage iron deposit in the western Tianshan Mountains, Xinjiang, NW China [J]. Acta Petrol Mineral, 2014, 33(5): 841–858 (in Chinese with English abstract).

[12] 中国地质科学院地质研究所. 中国西部及邻区地质图 1∶2500000 [M]. 北京: 地质出版社, 2006: 1–32.Institute of Geology of Chinese Academy of Geological Sciences (IGCAGS). 1∶2500000 Geological Map of the WesternChina and Adjacent Regions [M]. Beijing: Geological Publishing House, 2006: 1–32 (in Chinese).

[13] 高俊, 钱青, 龙灵利, 张喜, 李继磊, 苏文. 西天山的增生造山过程[J]. 地质通报, 2009, 28(12): 1804–1816.Gao Jun, Qian Qing, Long Ling-li, Zhang Xi, Li Ji-lei, Su Wen. Accretionary or ogenic process of western Tianshan,China [J]. Geol Bull China, 2009, 28(12): 1804–1816 (in Chinese with English abstract).

[14] Gao Jun, Long Lingli, Klend R, Qian Qing, Liu Dun-yi, Xiong Xian-ming, Su Wen, Liu Wei, Wang Yitian, Yang Fuqun. Tectonic evolution of the South Tianshan orogen and adjacentregions, NW China: Geochemical and age constraints of granitoid rocks [J]. Int J Earth Sci, 2009, 98(6): 1221–1238.

[15] Charvet J, Wang Bo, Faure M, Shu Liangshu, Cluzel D, Chen Yan, Laurent-Charvet S. Paleozoic tectonic and geodynamic evolution of Chinese Tianshan and east Junggar (NW China):Accretion of the southern central Asian orogenic belt[C]//33rd International Geological Congress: Abstracts. 2008:Abstract 1309017.

[16] 朱永峰, 周晶, 郭璇. 西天山石炭纪火山岩岩石学及 Sr-Nd同位素地球化学研究[J]. 岩石学报, 2006, 22(5): 1341–1350.Zhu Yong-feng, Zhou Jing, Guo Xuan. Petrology and Sr-Nd isotopic geochemistry of the Carboniferous volcanic rocks in the western Tianshan Mountians, NW China [J]. Acta Petrol Sinica, 2006, 22(5): 1341–1350 (in Chinese with English abstract).

[17] 龙灵利, 高俊, 钱青, 熊贤明, 王京彬, 王玉往, 高立明.西天山伊犁地区石炭纪火山岩地球化学特征及构造环境[J].岩石学报, 2008, 24(4): 699–710.Long Ling-li, Gao Jun, Qian Qing, Xiong Xian-ming, Wang Jing-bin, Wang Yu-wang, Gao Li-ming. Geochemical characteristics and tectonicsettings of Carboniferous volcanic rocks from Yili region, western Tianshan [J]. Acta Petrol Sinica,2008, 24(4): 699–710 (in Chinese with English abstract).

[18] 朱志新, 董连慧, 王克卓, 赵同阳, 许仕琪, 陈邦学, 李平,靳留圆. 西天山造山带构造单元划分与构造演化[J]. 地质通报, 2013, 32(2/3): 297–306.Zhu Zhi-xin, Dong Lian-hui, Wang Ke-zhuo, Zhao Tong-yang,Xu Shi-qi, Chen Bang-xue, Li Ping, Jin Liu-yuan. Tectonic division and regional tectonic evolution of West Tianshan organic belt [J]. Geol Bull China, 2013, 32(2/3): 297–306 (in Chinese with English abstract).

[19] Chu Zhuyin, Chen Fukun, Yang Yueheng, Guo Jinhui. Precise determination of Sm, Nd concentrations and Nd isotopic compositions at the nanogram level in geological samples by thermal ionization mass spectrometry [J]. J Anal Atom Spectrom, 2009, 24: 1534–1544.

[20] Winchester J A, Floyd P A. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements [J]. Chem Geol, 1977, 20: 325–343.

[21] McDonough W F, Sun S-s. The composition of the Earth [J].Chem Geol, 120(3/4): 223–253.

[22] 茹艳娇. 西天山大哈拉军山组火山岩地层序列、岩石成因与构造环境[D]. 西安: 长安大学, 2012.Ru Yan-jiao. The stratigraphic sequanence, petrogenesis and tectonic setting of the volcanic rocks of the Dahalajunshan Formation, western Tianshan Mountain, China [D]. Xi’an:Chang’an University (in Chinese with English abstract).

[23] 钱青, 高俊, 熊贤明, 龙灵利, 黄德志. 西天山昭苏北部石炭纪火山岩的岩石地球化学特征、成因及形成环境[J]. 岩石学报, 2006, 22(5): 1307–1323.Qian Qing, Gao Jun, Xiong Xian-ming, Long Ling-li, Huang De-zhi. Petrogenesis and tectonic settings of Carboniferous volcanic rocks from north Zhaosu, western Tianshan Mountains: Constraints from petrology and geochemistry [J]. Acta Petrol Sinica, 2006, 22(5): 1307–1323 (in Chinese with English abstract).

[24] 姜常义, 吴文奎, 张学仁, 崔尚森. 从岛弧向裂谷的变迁——来自阿吾拉勒地区火山岩的证据[J]. 岩石矿物学杂志,1995, 14(4): 289–300.Jiang Chang-yi, Wu Wen-kui, Zhang Xue-ren, Cui Shang-sen.The change from island act to rift valley: Evidence from volcanic rocks in Awulale Area [J]. Acta Petrol Mineral, 1995,14(4): 289–300 (in Chinese with English abstract).

[25] 李注苍, 李永军, 李景宏, 栾新东, 郭文杰. 西天山阿吾拉勒一带大哈拉军山组火山岩地球化学特征及构造环境分析[J].新疆地质, 2006, 24(2): 120–125.Li Zhu-cang, Li Yong-jun, Li Jing-hong, Luan Xin-dong, Guo Wen-jie. Geochemical characteristics of the Dahalajunshan Formation volcanic rocks and their implications on the tectonic setting in Awulale area [J]. Xinjiang Geol, 2006, 24(2):120–125 (in Chinese with English abstract).

[26] 李继磊, 钱青, 高俊, 苏文, 张喜, 刘新, 江拓. 西天山昭苏东南部阿登套地区大哈拉军山组火山岩及花岗岩侵入体的地球化学特征、时代和构造环境[J]. 岩石学报, 2010,26(10): 2913–2924.Li Ji-lei, Qian Qing, Gao Jun, Su Wen, Zhang Xi, Liu Xin,Jiang Tuo. Geochemistry, ziron U-Pb ages and tectonic settings of the Dahalajunshan volcanics and granitic intrusions from the Adengtao area in the Southeast Zhaosu, western Tianshan Mountains [J]. Acta Petrol Sinica, 2010, 26(10):2913–2924 (in Chinese with English abstract).

[27] 朱永峰, 张立飞, 古丽冰, 郭璇, 周晶. 西天山石炭纪火山岩 SHRIMP年代学及其微量元素地球化学研究[J]. 科学通报, 2005, 50(18): 2004–2014.Zhu Yongfeng, Zhang Lifei, Gu Libing, Guo Xuan, Zhou Jing.Study on trace elements geochemistry and SHRIMP chronology of Carboniferous lava, West Tianshan [J]. Chinese Sci Bull, 2005, 50(18): 2004–2014 (in Chinese).

[28] 车自成, 刘良, 刘洪福, 罗金海. 论伊犁古裂谷[J]. 岩石学报, 1996, 12(3): 478–490.Che Zi-cheng, Liu Liang, Liu Hong-fu, Luo Jin-hai. Review on the Ancient Yili Rift, Xinjiang, China [J]. Acta Petrol Sinica, 1996, 12(3): 478–490 (in Chinese with English abstract).

[29] 夏林圻, 夏祖春, 徐学义, 李向民, 马中平, 王立社. 天山石炭纪大火成岩省与地幔柱[J]. 地质通报, 2004, 23(9/10):903–910.Xia Lin-qi, Xia Zu-chun, Xu Xue-yi, Li Xiang-min, Ma Zhong-ping, Wang Li-she. Carboniferous Tianshan igneous megaprovince and mantle plume [J]. Geol Bull China, 2004,23(9/10): 903–910 (in Chinese with English abstract).

[30] Schnurr W B, Trumbull R B. Twenty-five million years of silicic volcanism in the southern central volcanic zone of the Andes: Geochemistry and magma genesis of ignimbrites from 25 to 27°S, 67 to 72°W [J]. J Volcanol Geotherm Res, 2007,166: 17–46.

[31] Pearce J A, Cann J R. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses [J]. Earth Planet Sci Lett, 1973, 19(2): 290–300.

[32] 夏林圻, 夏祖春, 徐学义, 李向民, 马中平. 利用地球化学方法判别大陆玄武岩和岛弧玄武岩[J]. 岩石矿物学杂志,2007, 26(1): 77–89.Xia Lin-qi, Xia Zu-chun, Xu Xue-yi, Li Xiang-min, Ma Zhong-ping. The discrimination between continental basalt and island arc basalt based on geochemical method [J]. Acta Petrol Mineral, 2007, 26(1): 77–89 (in Chinese with English abstract).

[33] Pearce J A. Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margins [M]//Hawkesworth C J,Norry M J. Continental Basalts and Mantle Xenoliths. Nantwich: Shiva Publications, 1983: 230–249.

[34] Pearce J A, Peate D W. Tectonic implications of the composition of volcanic arc magmas [J]. Ann Rev Earth Planet Sci,1995, 23: 251–285.

[35] Qian Qing, Gao Jun, Klemd R. Early Paleozoic tectonic evolution of the Chinese South Tianshan Orogen: Constraints from SHRIMP zircon U-Pb geochronogy and geochemistry of basaltic and dioritic rocks from Xiate, NW China [J]. Int J Earth Sci, 2009, 98: 551–569.

[36] 涂光炽. 初议中亚成矿域[J]. 地质科学, 1999, 34(4):397–404.Tu Guang-zhi. Review on the central Asian metallogenic domain [J]. Sci Geol Sinica, 1999, 34(4): 397–404 (in Chinese with English abstract).

[37] 李生虎, 杜青. 乌苏县莫托沟—古尔图蛇绿岩特征[J]. 新疆地质, 1994, 12(3): 265–271.Li Sheng-hu, Du Qing. The ophiolites in Motuogou-Gurt of Wusu county [J]. Xinjiang Geol, 1994, 12(3): 265–271 (in Chinese with English abstract).

[38] 程裕淇, 赵一鸣, 林文蔚. 中国铁矿床[M]. 北京: 地质出版社, 1994: 386–479.Cheng Yu-qi, Zhao Yi-ming, Lin Wen-wei. The Iron Deposits in China [M]. Beijing: Geological Publishing House, 1994:386–479 (in Chinese).

[39] 姜常义, 夏明哲, 钱壮志, 余旭, 卢荣辉, 郭芳放. 新疆喀拉通克镁铁质岩体群的岩石成因研究[J]. 岩石学报, 2009,25(4): 749–764.Jiang Chang-yi, Xia Ming-zhe, Qian Zhuang-zhi, Yu Xu, Lu Rong-hui, Guo Fang-fang. Petrogenesis of Kalatongke mafic rock intrustions, Xinjiang [J]. Acta Petrol Sinica, 2009, 25(4):749–764 (in Chinese with English abstract).

[40] 邓晋福, 罗照华, 苏尚国, 莫宣学, 雨炳松, 赖兴运, 谌宏伟. 岩石成因、构造环境与成矿作用[M]. 北京: 地质出版社, 2004, 3–50.Deng Jin-fu, Luo Zhao-hua, Su Shang-guo, Mo Xuan-xue, Yu Bing-song, Lai Xing-yun, Shen Hong-wei. Petrogenesis, Tectonic Settings and Mineralization [M]. Beijing: Geological Publishing House, 2004: 3–50 (in Chinese).

[41] McCulloch M T, Gamble J A. Geochemical and geodynamical constraints on subduction zone magmatism [J]. Earth Planet Sci Lett, 1991, 102: 358–374.

[42] 姜常义, 钱壮志, 姜寒冰, 唐冬梅, 张蓬勃, 朱士飞. 云南宾川-永胜-丽江地区低钛玄武岩和苦橄岩的岩石成因与源区性质[J]. 岩石学报, 2007, 23(4): 777–792.Jiang Chang-yi, Qian Zhuang-zhi, Jiang Han-bing, Tang Dong-mei, Zhang Peng-bo, Zhu Shi-fei. Petrogenesis and source characteristics of low-Ti basalts and picrites at Binchuan-Yongsheng-Lijiang region, Yunnan, China [J]. Acta Petrol Sinica,2007, 23(4): 777–792 (in Chinese with English abstract).