西准噶尔阿克布拉克地区晚泥盆世朱鲁木特组火山岩地球化学、锆石U-Pb年代学特征及地质意义

邸晓辰 舍建忠 贾建

摘   要：新疆西准噶尔地区发育较丰富的古生代火山岩序列，对该地区古生代时期的构造演化有重要意义。朱鲁木特组火山岩主要为一套基性-酸性火山岩，岩石组合为安山岩-玄武岩-蚀变安山质英安斑岩，在火山沉积岩夹层中，古生物化石鉴定成果及LA-ICP-MS锆石原位U-Pb测年结果表明，LA-ICP-MS锆石年龄为（363.0±5.0） Ma，时代为晚泥盆世。岩石地球化学特征表明，该组火山岩具富铝、贫镁的特征，属钙碱性系列岩石，富集轻稀土和大离子亲石元素（Rb，Ba），亏损高场强元素（Nb，Ta）。具典型岛弧火山岩地球化学特征。

关键词：西准噶尔;朱鲁木特;地球化学;LA -ICP-MS锆石U-Pb测年

西准噶尔阿克布拉克地区朱鲁木特组火山岩位于西准噶尔西北缘的谢米斯台山中段，构造位置属准噶尔弧盆系[1]，研究区位于洪古勒楞-阿尔曼太蛇绿杂岩带与谢米斯台-三塘湖复合沟弧带的结合部位[2-3]。该地区主要以沉积岩、火山岩发育为特征。研究区内泥盆纪是准噶尔盆地构造体制的重要转折阶段[4-5]，通过收集资料、野外实际工作，对朱鲁木特组火山岩岩石学、岩石地球化学、同位素年代学等进行研究，确定该组火山岩形成时代，对形成环境及物质来源进行总结，结合地球化学判别图解与参数，讨论阿克布拉克地区晚泥盆世火山岩形成的构造环境及演化过程，为赛米斯台复合岛弧带演化特征提供可靠信息。

1  地质背景

研究区位于准噶尔弧盆系洪古勒楞-阿尔曼太蛇绿杂岩带与赛米斯台-三塘湖复合弧沟带的结合部，属北准噶尔地层区额敏-伊吾地层小区，区域上在这一地区主要以沉积岩、火山岩发育为特征（图1）。区内火山作用较强烈，火山岩主要发育在古生代地层中，其中，晚古生代泥盆纪主要为朱鲁木特组中基性火山岩-酸性火山岩组合[6]。其下部为火山岩组合，上部为碎屑岩组合。主要岩性有玄武玢岩、玄武岩、玄武质火山角砾岩、含集块火山角砾岩等火山熔岩夹英安质火山碎屑岩，岩石均发生不同程度的蚀变现象，与呼吉尔斯特组为断层接触，局部为不整合接触。其上与洪古勒楞组为整合接触。

2  岩石地球化学特征

2.1  主量元素地球化学

研究区朱鲁木特组火山岩中共采集5件全岩分析样品（表1，2）。朱鲁木特组火山岩SiO2含量为53.2%～55.47%，平均54.37%，Al2O3含量为17.70%～20.67%，平均含量18.93%，含量较高;全碱（K2O+Na2O）含量高，为6.10%～6.90%，平均6.48%，高于  N-MORB的2.51%;TiO2含量偏低，为1.07%～1.24% （平均1.17）。较之MORB平均值（1.5%）、洋岛碱性玄武岩值（TiO2=2.63%）和大陆溢流玄武岩值（TiO2=1%）均低。MgO含量较低，为2.21%～3.43%，平均2.77%，反映岩浆经历的结晶分异作用较高。CaO含量为5.57%～7.6%，平均为6.49%; P2O5含量较低，为0.4%～0.48%，平均0.44%。

与同类岩石相比，朱鲁木特组Al2O3、全碱含量偏高，TiO2、MgO含量偏低，其他含量与之略低或相当，反映研究区火山活动各期次、各阶段岩石成分的演化特征。该组火山岩SiO2测试值为53.2%～55.47%，平均54.37%，全碱（K2O+Na2O）含量为6.10%～6.90%，高于N-MORB的2.51%，为钙碱性岩石系列。在K2O-SiO2判别图中（图2），五个样品均落于高钾钙碱性岩石系列区域内;在火山岩TAS图解中，朱鲁木特组火山岩样品均落入S2区域（玄武质粗面安山岩区）样品均落入钙碱性-碱性区域，这与K2O-SiO2图解结果基本吻合。

2.2  稀土元素和微量元素地球化学

朱鲁木特组火山岩稀土总量∑REE变化范围130.17×10-6～161.23×10-6，∑LREE为112.13×10-6～140.85×10-6，∑HREE為16.98×10-6～20.38×10-6，       w（LREE）/w（HREE）为6.22～8.10，（La/Yb）N值为5.41～8.33，表明轻重稀土存在明显分异。δEu为0.89～0.99，具较弱的Eu负异常（表2，3）。朱鲁木特组火山岩稀土分布型式均为轻稀土富集右倾型，弱亏损Er元素，（LREE/HREE>1;La/Yb或（La/Yb）N>1），稀土分布图中相似斜率和近于平行的曲线特征表明本组样品属于同源岩浆演化形成的火山岩（图3）[8-9]。

由微量元素蛛网图可知，本组火山岩样品相对富集大离子亲石元素（LILE），Rb，Ba，Th，U，相对亏损Nb，Ta等高场强元素，地壳重熔或富Nb，Ta矿物的结晶分异可能是造成Nb，Ta亏损的原因（表4）[10]。

3  年代学特征

3.1  锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄

本次采集了区内安山岩为LA-ICP-MS锆石U-Pb测年样品。为确保锆石测年的准确性，采样位置均为区内新鲜的基岩露头，采样时有意避开了区内接触带、蚀变带及断裂构造破碎带，采集的样品受到蚀变作用程度较低，同时不含安山岩典型的气孔构造及杏仁体。 锆石U-Pb测年在中国地质调查局西安地质调查中心完成测试。

从安山岩样品中选取锆石颜色为无色透明-浅黄色，锆石多为自形-半自形，形状多为粒状，锆石晶体长宽比约为2∶1，锆石粒径为50～130 μm。

在进行LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年时，避免锆石内部的裂隙及包裹体影响，选择了锆石晶形较好、内部较干净、环带相对清晰的锆石进行测定，阴极发光图像显示锆石环带宽而稀疏，且清晰，表明其为典型的岩浆锆石[7]。

在安山岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（363.0±5.0） Ma，MSWD=0.86（95%置信度）（图4），为晚泥盆世火山岩无误。

3.2  古生物学特征

通过野外实地调查，在朱鲁木特组砂岩夹层中发现了大量植物化石（图5），经南京古生物所鉴定为晚泥盆世典型植物化石，阿弗兰斯冷岸蕨Svalbadia avalinesisna Stockmans、菱形拟鳞木Lepidodendropsis rhoncbica Dou。此外，在平行不整合于该套地层之上的洪古勒楞组中产有丰富的晚泥盆—早石炭世动物化石。因此，其归属应为晚泥盆世。

4  构造环境分析

阿克布拉克地区朱鲁木特组火山岩组合主要为一套中基性-酸性火山岩，岩性主要为安山岩、玄武岩、流纹英安岩、英安质火山碎屑岩。岩石化学分析结果表明，朱鲁木特组火山岩样品均为钙碱性-碱性系列。轻重稀土之间分异明显。δEu 为0.89～0.99，具较弱的Eu负异常，说明朱鲁木特组火山岩形成于活动大陆边缘环境[11-12]。总体构造背景与俯冲造山作用有关[13]。朱鲁木特组火山岩相对富集大离子亲石元素（LILE）、Rb、Ba、Th、U，相对亏损Nb、Ta等高场强元素，地壳重熔或富Nb、Ta矿物的结晶分异可能是造成Nb、Ta亏损的原因。

朱鲁木特组火山岩在玄武岩TFe/MgO-TiO2成因图解中（图6-a），样品多数落在IAT区域（岛弧拉斑玄武岩区），在Adakite Sr/Y-Y图解中（图6-b），样品均落在了经典岛弧岩石区，说明朱鲁木特组火山岩为与俯冲作用有关的岛弧火山岩[14]。

综上所述，研究区出露的朱魯木特组火山岩以钙碱性-碱性系列为主，岩石相对富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U，相对亏损Nb、Ta等高场强元素，具岛弧火山岩特征。结合区域地质特征及构造环境判别图解，认为朱鲁木特组火山岩为活动大陆边缘岛弧带的构造环境。总体构造背景与俯冲造山作用有关。

5  结论

（1） 朱鲁木特组火山岩主要为一套中基性-酸性火山岩，岩性主要为安山岩-玄武岩-流纹英安岩-英安质火山碎屑岩组合，岩石地球化学特征表明，该组火山岩具富铝、贫镁的特征，属于钙碱性系列岩石，富集轻稀土和大离子亲石元素（Rb，Ba），亏损高场强元素（Nb，Ta）。

（2） 通过古生物化石样品鉴定成果以及LA-ICP-MS锆石原位U-Pb测年结果表明，西准噶尔阿克布拉克地区朱鲁木特组火山岩形成年龄为（363.0±5.0） Ma，时代为晚泥盆世。

（3） 结合前人研究资料，认为西准噶尔阿克布拉克地区火山岩形成于大陆边缘岛弧环境。在中泥盆世之后，伴随准噶尔洋向准噶尔拉巴地块的俯冲，开始出现大规模的岩浆侵入活动[15]，同时在研究区形成了具有大陆边缘弧性质的火山岩。

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Abstact：Paleozoic volcanic rocks developed in the Western Junggar are critical for the understanding of regional evolution history during this period. Paleofossil identification and LA-ICP-MS zircon in-situ U-Pb dating show that the volcanic rocks of Zhulumute Formation were formed at ac. 363 Ma.Volcanic rocks in Zhulumute group are rich in Al2O3 contents but depleted MgO contents，resembling this calcalkaline-subakaline volcanic series.In addition，Zhulumute rocks show enriched LREE，large-ion lithophile element ＼（LILE），but depleted Nb，Ta，Ti，high field strength elements （HSFE），typical of those volcanic rocks in continental arcs.

Key words：Western Junggar;Zhulumute;Geochemistry;Zircon LA--ICP-MS U-Pb dating