东准噶尔早泥盆世托让格库都克组火山岩SHRIMP锆石U-Pb测年及地质意义

王雅宁 朱志新 李咸阳 李平 郑飞 宫相宽

摘  要：新疆东准噶尔地区广泛分布晚古生代火山岩，对东准噶尔富蕴县一带托让格库都克组火山岩进行SHRIMP锆石U-Pb测年，获得锆石的206Pb/238U结晶年龄为（411.7±6） Ma，属早泥盆世。岩石地球化学分析表明，岩石具高钠（Na2O为3.13%～6.67%）、富铝（Al2O3为15.04%～17.01%）及弱过铝质（A/NCK为1.16～1.58）特征，属钙碱性系列;稀土元素含量整体偏低，REE为79.54×10-6～171.97×10-6，轻重稀土元素分馏不明显。富集Sr，Ce，Hf等元素，亏损Th，Sm等元素，属强不相容元素富集型，顯示出源区的较富集性。结合区域构造演化，认为东准噶尔托让格库都克组火山岩形成于活动大陆边缘向北俯冲作用的火山弧环境。

关键词：东准噶尔;早泥盆世;托让格库都克组;地球化学;岛弧环境

目前对中亚造山带研究成果显示，其具多缝合带、多块体连接、镶嵌的大地构造格局，发生了晚古生代地壳双向增生和新生代陆内造山等重要演化过程[1]。东准噶尔地区位于中亚造山带，古生代以来大地构造演化是显生宙增生造山带和古亚洲洋演化重要阶段[2]。其中，东准噶尔地区分布有两条蛇绿岩带，即卡拉麦里蛇绿岩带和扎河坝-阿尔曼泰蛇绿岩带[3]，该区出露广泛的火山岩。目前对东准噶尔地区俯冲作用时限尚无很好约束，对东准噶岛弧岩浆类型等也存在不同看法[4-5]。周红智等研究表明，东准噶尔地区晚古生代经板块俯冲、板块碰撞和板内拉张等演化过程[6]。近年来Xu对纸房地区奥陶—泥盆纪岩浆岩进行研究，表明东准噶尔在该时期发生了一系列向北俯冲的增生作用，早泥盆世发生了弧后裂解过程，岛弧岩浆作用由安第斯型陆缘弧转为大陆岛弧[7]。前人对古洋盆俯冲极性的研究主要有南向俯冲、北向俯冲、双向俯冲等观点[8-10]。

笔者认为对东准噶尔地区进行研究是认识东准噶尔地区泥盆纪岛弧岩浆活动及萨吾尔-谢米斯台多岛弧盆系形成演化的关键。火山岩是恢复古大地构造环境的重要组成部分，其形成和演化与构造演化息息相关。东准噶尔地区晚古生代火山岩十分发育，关注点多集中在石炭纪构造属性及火山岩源区方面[11]，还没有系统地对早泥盆世火山岩地球化学进行详细分析。为此，笔者对东准噶尔地区早泥盆世玄武岩进行了SHRIMP锆石U-Pb定年，对早泥盆世托让格库都克组火山岩进行地球化学分析，以期为本区晚古生代构造演化提供一些重要依据。

1  区域地质背景

东准噶尔地区位于新疆北部，其北缘是中亚造山带主要组成部分，东北为西伯利亚克拉通，西南为塔里木克拉通，东南为华北克拉通（图1-a）[12]，北与阿尔泰造山带相连，以额尔齐斯断裂为边界，南与塔里木地块相接，以卡拉麦里-莫钦乌拉断裂为界[2]。从大地构造位置看，研究区位于阿尔泰造山带与东准噶尔造山带之间，处于阿尔曼泰蛇绿岩带南侧附近（图1-b）。该区位于洪古勒楞-阿尔曼泰早古生代沟弧带和谢米斯台-库兰卡兹干古生代复合岛弧带结合处，泥盆纪火山岩出露广泛，形成一条NW向火山岩带。研究区出露地层自下而上依次为早泥盆世托让格库都克组、晚白垩世红砾山组、古—新近系沙湾组（图1-c）。古—新近系沙湾组岩体主要为灰白色砂岩、砾砂岩，该组角度不整合于托让格库都克组和晚白垩世红砾山组之上;晚白垩世红砾山组主要为灰黄色砾岩、长石石英砂岩，与托让格库都克组呈角度不整合接触;托让格库都克组整体以中基性岩为主，酸性岩次之的火山岩建造，分为2个岩性段，早泥盆世托让格库都克组火山岩最发育，形成玄武岩-安山岩-流纹岩建造。本次选该组为研究对象做进一步研究。

2  岩相学特征

玄武岩  拉长石斑晶为15%，半自形板粒状，0.5～1.7 mm，环带、聚片双晶发育，帘石化轻度。原辉石全被绿泥石取代，残余柱粒状晶形。基质主要由拉长石微晶（60%～70%）、玻璃质（20%）、辉石（10%）组成（图2-a，c）。

安山岩  斜长石斑晶为10%，板状，高岭土化轻度，裂纹发育，约95%为基质，微晶结构，内部密集包嵌了针状、霏细状钾长石客晶，泥化轻度（图2-b，d）。

流纹岩  斑状结构，流纹构造。斜长石斑晶含量8%，暗色矿物为2%，半自形板状，中轻度绢云母化、高岭土化。暗色矿物均绿泥石化，仅残留柱状形态。基质约占80%～90%，具霏细-包含霏细结构，主要由石英（70%～85%）及少量磁铁矿（10%～15%）组成。

3  岩石地球化学特征

3.1  主量元素特征

从托让格库都克组火山岩化学成分看出（表1），主量元素变化范围较大，SiO2含量48.78%～66.37%，Al2O3含量15.04%～17.01%，Na2O含量3.13%～6.67%，K2O含量0.41%～4.95%，Na2O/K2O为1.11～10.76，火山岩Na2O含量总体大于K2O，属Na富集型。里特曼指数为1.34～6.15，多小于3.3，属钙碱性。铝饱和指数1.15～2.40，均大于1，属弱过铝质岩石。从TAS图解看（图3-a），其集中分布于玄武安山岩中，由于安山岩等幔源岩浆活动记录了深部壳幔作用特征，是认识和探索地幔特征和壳幔作用的重要依据。TAS图解中（图3-a），安山岩多属亚碱性。SiO2-K2O图解中（图3-b），样品主要投在钙碱性系列至低钾系列范围内。

3.2  稀土元素特征

从表1可看出，早泥盆世托让格库都克组火山岩稀土元素总量变化为79.54×10-6～171.97×10-6，稀土总量较高。LREE含量68.70×10-6～151.00×10-6，HREE总含量10.84×10-6～20.97×10-6，LREE/HREE平均7.29，LREE较低。球粒陨石标准化REE分布曲线为右倾的LREE富集型（图4-a），（La/Yb）N=4.20～9.04，轻重稀土元素分异较强，具富集地幔性质。δEu平均0.978，基本无Eu异常;δCe均值0.899，小于1。研究区稀土元素含量整体偏低，轻重稀土元素分馏不明显。

3.3  微量元素特征

在原始地幔标准化微量元素图解上（图4-b），总体Sr，Ce等元素含量较高。由表1可知，分别为187×10-6～987×10-6、29.1×10-6～50.8×10-6;K，Th等含量较低，分别为13.6×10-6～64.37×10-6、1.9×10-6～5.9×10-6。原始地幔标准化图解中，不同时期火山岩样品曲线形态一致，表现为大离子亲石元素Sr、U、Ba富集强烈，高场强元素略富集，Nb元素亏损特征。Sr，Ce，Hf，Rb出现负异常，K，Sm，Ti等元素含量偏低。RbN/YbN比值大于1，属强不相容元素富集型。整体呈右倾型，高度富集不相容元素。

4  锆石测年

4.1  样品分析及方法

本次研究选取TWS-4杏仁状玄武岩进行SHRIMP锆石U-Pb定年。样品锆石分选在武汉地质调查中心实验室进行，在双目体视显微镜（OLYMPUS）下随机挑选一定数量锆石颗粒粘在双面胶上，以低温环氧树脂浇铸，过夜烘干，待环氧树脂充分固化后用5000目砂纸打磨。在偏光显微镜下查看确定磨到锆石最大截面，然后在自动抛光机上对锆石表面进行抛光，至锆石表面达到镜面效果。依次用酒精、洗涤剂和水在超声波中对靶表面进行清洗。制靶完成后在偏光显微镜下按最宽视域依次进行透射光和反射光照相，然后对锆石靶进行镀金处理。测试前在北京锆年领航科技有限公司实验室中准确分析锆石样品的制靶和阴极发光（CL）图像。锆石年龄数据利用ICP MSDataCal 3.5软件完成，给出Pb同位素组成、年龄、元素含量等相关参数，U-Pb锆石定年中年龄谐和图和加权平均年龄的计算使用Isoplot3.75软件[14]。

4.2  SHRIMP锆石U-Pb测年结果

玄武岩锆石Th，U含量较高，232Th/238U比值0.3～1.3，大于0.4，具岩浆成因锆石特征（表2）[15]。CL图像显示为自形半自形长柱状（图5-a），晶型完整，为50～200 μm，可见明显震荡环带。玄武岩共选取19颗锆石进行U-Pb定年，得到相对集中的谐和图年龄（图5-b），位于谐和线上或附近，加权平均年龄为（411.7±6） Ma，MSWD=0.23（图5-c），属早泥盆世，代表该岩体成岩年龄。

5  讨论

据早泥盆世托让格库都克组火山岩岩石地球化学特征，其总体属钙碱性，亚碱性岩石，Na富集型中基性-酸性火山岩。稀土元素含量较高，轻重稀土元素分馏较弱，无明显Eu异常，标准化曲线呈平滑右倾，曲线特征与大陆边缘弧安山岩曲线分布区间一致。对地球化学相关数据分析看出，其具富集大离子亲石元素（LILE）和轻稀土元素（LREE）、高場强元素（HFSE）和重稀土元素（HREE）相对亏损特征，稀土元素分布型式为右倾型，Eu，Ce出现异常，标准化曲线形态与岛弧火山岩的地球化学特征一致。Rb-Y+Nb图解中（图6-a），样品均落在岛弧花岗岩中;Hf/3-Th-Nb/16图解表明，该区为火山弧玄武岩（图6-b）。综上所述，托让格库都克组火山岩具典型钙碱性岛弧火山岩地球化学特征，形成成因与陆缘弧构造环境有关。

东准噶尔北缘火山岩主要分布于早泥盆世江孜尔库都克组、中泥盆世北塔山组、晚泥盆世托让格库都克组中，其中早泥盆世托让格库都克组火山岩极发育。区域资料显示，东准噶尔地区泥盆纪（约为400 Ma）发育较广泛火山岩[16]。前人对东准噶尔火山岩进行了详细研究，认为火山岩形成时期与俯冲作用的活动大陆边缘构造环境密切相关[17]。对阿尔泰南缘泥盆纪地层浅变质碎屑沉积岩主量元素、微量元素及相关Hf同位素定年分析，认为其形成于陆源弧构造环境[9];泥盆纪阿尔泰造山带南缘岩浆岩形成很可能与古亚洲洋板块向西伯利亚大陆板块俯冲-消减作用引起的地壳熔融具一定相关性[18]。在阿尔泰山东部阿尔沙特进行锆石U-Pb测年得出，该区岩浆岩形成时期与古亚洲洋向北俯冲消减作用的陆缘弧有关[19]。李现冰等认为阿尕什敖地区火山岩的形成是由于阿尔曼泰蛇绿岩带代表的洋壳向北侧西伯利亚板块俯冲作用过程中，俯冲带流体上升交代上部的地幔楔体导致部分熔融形成的[20]。北塔山一带泥盆纪岩浆岩形成于卡拉麦里小洋盆的洋壳向北俯冲作用过程中形成的陆缘弧构造环境[21]。本次研究通过对东准噶尔早泥盆世托让格库都克组分析，笔者认为与阿尔泰造山带南缘火山岩形成于活动大陆边缘陆缘弧构造环境具相似的成因背景，都是向北俯冲作用形成的岛弧环境[22]。

6  结论

（1） 东准噶尔托让格库都克组玄武岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为（411.7±6） Ma，属早泥盆世。

（2） 该套火山岩属钙碱性系列岩石，具Hf，Ce，Sr相对富集，Th，Sm，K相对亏损的地球化学特征;Th/Ta比值为0.16～7.87，显示与活动大陆边缘型火山岩相似的地球化学性质。

（3） 东准噶尔托让格库都克组火山岩形成于活动大陆边缘向北俯冲的火山弧环境。该火山岩可能是俯冲沉积物流体交代地幔楔物质部分熔融产物，并在岩浆上升过程中经一定的分离结晶作用和浅部地壳物质混染。结合区域同期（400～435 Ma）岩浆活动及相关事件分析认为，其应为早古生代末期古亚洲洋向准噶尔陆块方向俯冲消减作用的产物。

参考文献

[1]    肖序常，汤耀庆.古中亚复合巨型缝合带南缘构造演化[M].北京：科学出版社，1991.

[2]    Sengor， A. M. C.， Natal in， B. A.，Burtman， V. S. Evolution of the Altaid tectonic collage and Paleozoic crustal growth in Eurasia[J]. Nature，1993，364，299-307.

[3]    何国琦，李茂松.中国新疆北部奥陶-志留系岩石组合的古构造、古地理意义[J].北京大学学报（自然科学版），2001（1）：99-110.

[4]    Windley F B，Kroner A Gao J，Qu G et al. Neoproterozoic to Paleozoic geology of the Altai orogen，NW China New zircon age data and tectonic evolution[J]. The Journal of Geology，2002，110， 719-737.

[5]    Xiao W，Windley B F，Badarch G et al. Palaeozoic accretionary and convergent tectonics of the southern Altaids implications for the growth of Central Asia[J]. Journal of the Geological Society，London，2004， 161： 33-342.

[6]    周红智，魏俊浩，陈加杰，等.新疆东准噶尔北缘顿巴斯套地区晚泥盆世石英闪长玢岩地球化学特征及构造意义[J].地球科学，2019，44（4）：1248-1267.

[7]    Xu，X. W.， Tectonic Evolution of the East Junggar Terrane[M].CAOB.EGU General Assembly，Vienna， 2016.

[8]    Long， X.P.，Yuan，C.， et al. Geochemistry and U-Pb Detrital Zircon Dating of Paleozoic Graywackes in East Junggar， NW China： Insights into Subduction Accretion Processes in the Southern Central Asian Orogenic Belt. Gondwana Research，21（2-3）：637-653.https：//doi.org/10.1016/j.gr，2011，5，15.

[9]    Zhang， Z. C.， Yan， S. H.， Chen， B. L.， et al.，2006. SHRIMP Zircon U-Pb Dating for Subduction-Related Granitic Rocks in the Northern Part of East Jungaar， Xinjiang. Chinese Science Bulletin，51（8）：952-962.https：//doi. org/10.1007/s11434-008-0952-7.

[10]  Su， Y.P.， Zheng，J. P.， Griffin， W. L.， et al.， 2012. Geochemistry and Geochronology of Carboniferous Volcanic Rocks in the East Junggar Terrane， NW China： Implication for a Tectonic Transition. Gondwana Research，22（3-4）：1009-1029.https：//doi.org/10.1016/j.gr.2012.01.004.

[11]  Xiao，Y.， Zhang， H. F.， Shi， J. A.，et al.2011.Late Paleozoic Magmatic Record of East Junggar， NW China and Its Significance： Implication from Zircon U-Pb Dating and Hf Isotope.Gondwana Research，20（2-3）：532-542.https：//doi.org/10.1016/j.gr.2010.12.008.

[12]  趙浩，廖群安，罗婷，等.东准噶尔南缘两套泥盆纪火山岩地球化学特征对比及其地质意义[J].地球科学，2018，43（2）：371-388.

[13]  Sun S S， McDonough W F.Chemical and isotopic systemadcs of oceanic basalts： Implications for manle composition process[M].In：Saunders A D，Norry M J，eds.Magmatism in the Ocean Basins.Geological Society ，London， Special Publication，1989，42： 313-345.

[14]  Ludwig KR. Isoplo/Ex Version 2.02， A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel. Berkeley Geochronology Center Special Publication，la.2002.

[15]  张元元，陈石，郭召杰，等.东准噶尔扎河坝地区古生代晚期火山岩的锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义[J].岩石学报，            2009，25（3）：506-514.

[16]  牛賀才，许继锋，于学元，等.新疆阿尔泰富镁火山岩系的发现及其地质意义[J].科学通报，1999（9）：1002-1004.

[17]  陈汉林，杨树锋，厉子龙，等.阿尔泰晚古生代早期长英质火山岩的地球化学特征及构造背景[J].地质学报，2006（1）：38-42.

[18]  单强，曾乔松，罗勇，等.新疆阿尔泰康布铁堡组钾质和钠质流纹岩的成因及同位素年代学研究[J].岩石学报，2011，27（12）：3653-3665.

[19]  蔺新望，王星，张亚峰，等.阿尔泰山东部阿尔沙特地区酸性火山岩锆石U-Pb定年及地质意义[J].西北地质，2015，48（04）：61-69.

[20]  李现冰，徐学义，陈隽璐，等.新疆东准噶尔阿尕什敖包地区火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征[J].地质通报，       2012，31（12）：2052-2062.

[21]  肖鸿，李科，王璐.新疆东准噶尔北塔山一带泥盆纪火山岩地球化学特征及构造意义[J].新疆地质，2017，35（3）：267-272.

[22]  张亚峰，蔺新望，王星，等.阿尔泰造山带南缘昆格依特岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石成因及其地质意义[J].现代地质，2014，28（1）：16-28.

The SHRIMP Zircon U-Pb Dating of the Volcanic Rocks of the Tuoranggekuduke Formation in the Early Devonian，

Eastern Junggar and Geological Implications

Wang Yaning1，Zhu Zhixin2，Li Xianyang2，Li Ping2，Zheng Fei2，Gong Xiangkuan1

（1.College of Geology and mining engineering，Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830046，China;2. Xinjiang Institute of Geological Survey，Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： Late Paleozoic volcanic rocks are widely distributed in Eastern Junggar，Xinjiang.The SHRIMP zircon U-Pb dating of volcanic rocks of Tuoranggekuduke Formation in Fuyun county of Eastern Junggar， shows that the206Pb/238U crystal age is （411.7±6）Ma，belonging to Early Devonian. According to petrogeochemical analysis， it is characterized by high Sodium content （Na2O：3.13%～6.67%）， rich Aluminum content （Al2O3：15.04%～17.01%） and weak Superalumina content （A/NCK：1.16～1.58）.The content of rare earth elements is generally low （REE： 79.54×10-6～171.97×10-6）， and the fractional distillation of heavy rare earth elements is not obvious. Enrichment of Sr， Ce， Hf and other elements， depletion of Th， Sm and other elements as well as strong incompatible elements， showed relatively high enrichment in the source area. Based on the regional tectonic evolution， the author believes that the volcanic rocks of Tuoranggekuduke Formation in the Eastern Junggar were formed in the volcanic arc environment of the northward subduction of the active continental margin.

Key words： Eastern Junggar;Early Devonian;Tuoranggekuduke Formation;Geochemistry; Island arc environment.