西准噶尔谢米斯台山西缘中志留世火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及构造意义

孙勇，李永军，杨高学，易善鑫，张胜龙，孙羽，王军年

（1.长安大学地球科学与资源学院，西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西 西安 710054；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第七地质大队，新疆 乌苏 833000）

西准噶尔谢米斯台山西缘中志留世火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及构造意义

孙勇1，李永军1，杨高学1，易善鑫1，张胜龙1，孙羽1，王军年2

（1.长安大学地球科学与资源学院，西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，陕西 西安 710054；2.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第七地质大队，新疆 乌苏 833000）

西准噶尔博什库尔-成吉斯岩浆弧内谢米斯台山西缘沙尔布尔组出露一套安山岩-辉石安山岩组合，通过1∶5万区域地质调查对其中的辉石安山岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，获得年龄为（428.7±2.7）Ma（n=17，MSWD= 0.07，95%置信度）。据此确定该辉石安山岩形成于中志留温洛克世霍姆期，为沙尔布尔组年龄时限提供了科学依据，证实博什库尔-成吉斯岩浆弧的岛弧建造起始时间可能至少提前至中志留世，而非晚志留世。

西准噶尔；谢米斯台山西缘；沙尔布尔组；LA-ICP-MS锆石U-Pb测年；中志留世

新疆西准噶尔是中亚古生代俯冲-增生复合造山带的主要组成部分［1-7］，主要由一系列增生杂岩带、古生代岩浆弧构成［8-10］。其中，博什库尔-成吉斯岩浆弧的岛弧建造时代被认为是早古生代，但缺乏确切依据［11］。Chen et al.认为其形成时代为晚志留—早泥盆世［12］，近年来陆续发现了晚志留世与洋壳俯冲有关的流纹岩和早泥盆世埃达克岩［13-14］，有学者在该弧中发现早石炭世岛弧火山岩，推测该火山弧岩浆活动一直持续到早石炭世［15］。其构造动力学演化是当今国内外地学界的研究热点［12］。作者通过1∶5万区域地质调查，在该火山弧内的谢米斯台山西缘沙尔布尔组中发现一套具岛弧性质的中基性火山岩，通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年确定其形成于中志留世。表明博什库尔-成吉斯岩浆弧的岛弧建造起始时间至少提前至中志留世，而非前人认为的晚志留世。沙尔布尔组中志留世火山岩的发现，为进一步认识博什库尔-成吉斯岩浆弧建造时限和演化历史提供了新证据。

1 地质背景及岩石特征

西准噶尔位于哈萨克斯坦板块、塔里木板块和西伯利亚板块交汇的中亚增生造山带关键部位［4，7，16-17］，受古亚洲洋和周边造山带的发展演化及构造运动影响，经历了多阶段不同性质的构造变革［5，18-20］。其中，早古生代博什库尔-成吉斯岩浆弧位于西准噶尔北缘，向西延伸至哈萨克斯坦东部地区（图1-a）［14］，南侧与西准噶尔增生杂岩带以谢米斯台断裂为界，北侧与晚古生代扎尔玛-萨吾尔岩浆弧大致以库吉拜-和布克赛尔-洪古勒楞蛇绿岩带为界［8，9，11，12，21］。该弧在中国境内主要由中奥陶—早泥盆世火山岩、火山碎屑沉积岩构成，并出露晚志留—早泥盆世中基性侵入岩［22］。研究区最新发现的火山岩位于博什库尔-成吉斯岩浆弧之谢米斯台山西缘一带的中志留世沙尔布尔组内。沙尔布尔组与泥盆系以谢米斯台断裂为界，与下志留统恰尔尕也组（采集到珊瑚化石：Mesofavositessp.，Halysitessp.等；三叶虫：Encrinurussp.；腕足：Atrypasp.及层孔虫、短剑类等）呈整合接触关系，上与早石炭世江孜尔库都克组呈角度不整合接触（图1-b，c）。经详细的野外地质调查了解到沙尔布尔组在研究区内分布较广，并向东延伸展布。

Ⅳ-Ⅳ′号实测剖面中主要出露一套火山岩及火山碎屑岩组合（图1-c），岩性变化相对简单，其中火山岩主要为一套灰-灰紫色安山岩-辉石安山岩组合，野外露头较好且较连续，出露厚度大于437.6 m；火山碎屑岩主要为灰绿色安山质火山角砾岩，出露厚度大于356.4 m。地层产状变化复杂，发育宽缓的褶皱构造。Ⅳ-Ⅳ′号实测剖面第5层辉石安山岩为调查区分布最广、延伸最长的火山岩，具斑状结构，块状构造（图2-a）。斑晶主要为斜长石（30%～35%）及少量辉石（5%～10%），其中斜长石多呈半自形板状，粒径0.2 mm×0.4 mm～1.5 mm×1.9 mm，发生一定程度的绢云母化、黝帘石化、绿泥石化，双晶模糊，少量隐约可见环带构造，为中长石；辉石主要呈半自形柱状，粒径0.4～1.5 mm，局部被绿泥石、碳酸盐岩和绿帘石交代，分布不均。基质（45%～55%）主要为交织结构，主要组成为半自形板条状、板状斜长石（30%～45%），粒径多为0.01 mm×0.1 mm～0.05 mm×0.2 mm，发生一定程度蚀变，大致呈定向、半定向平行排列，其间充填褐色玻璃质和少量辉石（小于10%），副矿物主要为少量的磁铁矿（图2-b）。SiO2的平均含量为59.09%，介于安山岩变化范畴53%～66%。

图1 西准噶尔大地构造示意图（a），研究区地质简图（b）及沙尔布尔组Ⅳ-Ⅳ′号剖面图（c）Fig.1 Schematic tectonic map showing main tectonic units of the West Junggar（a），and geological map of study area（b），and numberⅣ-Ⅳ′section of the Shaerbuer Formation（c）

2 样品的采集、制样及分析方法

图2 谢米斯台山西缘火山岩宏观特征（a）和镜下（正交偏光）特征（b）Fig.2 Macroscopic（a）and microscopic（b）photos of volcanic rocks in the West of the Xiemisitai Mountain

用于LA-ICP-MS锆石U-Pb测年的样品采于辉石安山岩（Ⅳ-1）中，采样坐标为东经84°14′36″，北纬46°39′24″。样品首先由新疆地矿局中心实验室使用常规重液浮选和电磁分离方法挑选出锆石，然后在双目镜下据锆石颜色、自形程度、形态和透明度等特征初步分类，挑选出具代表性的锆石，将样品分别用双面胶粘在载玻片上，放上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后注入PVC环中，待树脂充分固化后将样品座从载玻片上剥离，并对其进行抛光，直到样品露出一个光洁的平面，进行锆石显微（反射光和透射光）照相。然后用体积百分比为3%的HNO3清洁样品并镀金作成样品靶。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LAICP-MS）原位U-Pb定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。实验采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent7500a，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas200 M，该系统由德国Lambda Physik公司的ComPex102 ArF准分子激光器（波长193nm）与MicroLas公司的光学系统组成。激光剥蚀斑束直径为30 μm，激光剥蚀样品的深度为20～40μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化，采样方式为单点剥蚀。数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式，每完成4～5个待测样品测定，插入测标样一次。在所测锆石样品10～15个点前后各测2次NIST SRM 610。锆石年龄采用标准锆石91500作为外部标准物质。元素含量采用NIST SRNI 610作为外标。由于SiO2在锆石中含量较恒定，选择29Si作为内标来消除激光能量在点分析过程中及分析点间的漂移，对大多数元素单点分析的相对标准偏差为5%～15%。具体分析步骤和数据处理方法见文献［23-27］。采用Glitter（ver4.0，Macquarie University）程序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算。并按照Anderson Tom的方法，用LAM-ICPMS Common Lead Correction（ver3.15）对其进行了普通铅校正［28］。年龄计算及谐和图采用Isoplot（ver3.0）完成［29-30］。

3 锆石特征及分析结果

图3 辉石安山岩的锆石阴极发光（CL）图像及测点年龄Fig.3 CL photos and ages of the zircon from the pyroxene andesite

从样品（Ⅳ-1）中选取的锆石为无色-浅黄褐色透明-半透明，锆石颗粒形状较规则，粒径多为60～100 μm，个别可达150 μm，长宽比为3∶1～3∶2。CL图像表现出典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构（图3-a），属岩浆结晶锆石。锆石群形态单一，多数为岩浆活动一次结晶形成，可代表沙尔布尔组火山岩成岩年龄。对全部样品中17颗粒径较大并符合测点要求的锆石进行U-Pb测年，由同位素比值和年龄数据可见（表1），锆石具较高的Th/U比值（0.578～0.911），属典型岩浆成因锆石范围［31-32］。17个测点的Th含量为68.63×10-6～177.59×10-6，U含量为108.07×10-6～221.66×10-6，且Th，U含量呈现出较好的正相关关系，与典型岩浆锆石特征一致。这些测点多位于明显的岩浆环带上，显示了岩浆成因锆石特点。由于235U的衰变比238U快6.3倍，放射成因的207Pb在地球早期历史中更丰富，显生宙以来207Pb生成率很低，这种变化是显生宙锆石的207Pb计数速率低，造成207Pb测定误差较大，使207Pb/206Pb和207Pb/235U比值可信度降低。因此，对于显生宙锆石，一般采用206Pb/238U年龄［33］。分析数据的206Pb/238U年龄最大值为（431±6）Ma，最小值为（427±6）Ma，样品所有数据点集中分布在谐和曲线附近（图3-b），17个锆石最终测定的加权平均206Pb/238U年龄为（428.7±2.7）Ma（MSWD=0.07；95%置信度），按照最新国际地质年代表和舒良树的划分方案［34-35］，属中志留温洛克世霍姆期，代表了辉石安山岩的形成年龄。

4 讨论与结论

谢米斯台山-赛尔山近EW向展布的博什库尔-成吉斯岩浆弧，主要由中奥陶—早泥盆世火山岩、火山碎屑沉积岩构成，并出露晚志留—早泥盆世中基性侵入岩［12］，有学者推测其岛弧建造发生在晚志留—早泥盆世［12，14，22］。博什库尔-成吉斯岩浆弧与北部晚古生代扎尔玛-萨吾尔岩浆弧间发育一条由库吉拜蛇绿岩、和布克赛尔蛇绿岩以及洪古勒楞蛇绿岩共同组成的近EW向的蛇绿岩带，库吉拜、洪古勒楞蛇绿岩的锆石U-Pb年龄为478～409 Ma［3，21，36］，代表曾存在的一个弧间洋盆［37，38］。在博什库尔-成吉斯岩浆弧中发现了晚志留世与洋壳俯冲作用有关而形成的火山岩［13］，同时还有早泥盆世具埃达克岩性质的阿克乔克岩体［14］，期间出现一系列与俯冲板片有关的岩石组合，说明博什库尔-成吉斯岩浆弧此时可能存在年轻的热洋壳俯冲作用。

图4 辉石安山岩的锆石U-Pb年龄谐和曲线图Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircons for pyroxene andesite

笔者通过对沙尔布尔组火山岩进行岩石地球化学研究表明，岩石属钙碱性系列，具富Na贫K，高Si，Sr，Mg#低Y，Yb值，高Sr/Y、Y/Yb比值，具有轻微的负Eu异常，并相对富集大离子亲石元素（Ba，Rb，Sr，Th）和LREE、强烈亏损高场强元素Nb-Ta，Ti和HREE的地球化学特征，呈现出消减带岩浆的特征，形成于俯冲岛弧环境，可能与俯冲板片熔体对地幔楔的交代作用有关。

分析样品锆石的Th/U比值属典型岩浆成因锆石的范围，表明沙尔布尔组辉石安山岩锆石是从岩浆结晶的，辉石安山岩样品的加权平均206Pb/238U年龄为（428.7±2.7）Ma，属中志留温洛克世霍姆期。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明，谢米斯台山西缘火山岩形成的时代与现在认识的博什库尔-成吉斯岩浆弧岛弧建造时代（晚志留-早泥盆世）很接近［12］，略早于前人所认为的该岩浆弧的形成时代，表明在中志留世该岩浆弧可能已进入洋内俯冲阶段。博什库尔-成吉斯岩浆弧岛弧建造可能至少提前至中志留世，而并非前人认为的晚志留世。对研究博什库尔-成吉斯岩浆弧的建造时限及沙尔布尔组年龄界定具重要意义。

［1］Zhu Y F，Ogasawara Y.Carbon recycled into the deep Earth:Evidenced by dolomite in subduction-zone rocks［J］.Geology，2002，30:947-950.

［2］Zhu Y F，Zhang L F，Gu L B，et al.The ziron SHRIMP chronology and trace element geochemistry of the Carboniferous volcanic rocks in westrn Tianshan Mountains［J］.Chinese Science Bulletin，2005，50:2201-2212.

［3］朱永峰，徐新.新疆塔尔巴哈台山发现早奥陶世蛇绿混杂岩［J］.岩石学报，2006，22（12）:2833-2842.

［4］肖序常，汤耀庆，冯益民，等.新疆北部及其邻区大地构造［M］.北京:地质出版社，1992.

［5］李锦轶.新疆东部新元古代晚期和古生代构造格局及其演变［J］.地质论评，2004，50（3）:304-322.

［6］李锦轶，何国琦，徐新，等.新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨［J］.地质学报，2006，80（1）:148-168.

［7］肖文交，韩春明，袁超，等.新疆北部石炭纪-二叠纪独特的构造-成矿作用:对古亚洲洋构造域南部大地构造演化的制约［J］.岩石学报，2006，22（5）:1062-1076.

［8］Windley B F，Alexeiev D，Xiao W J，et al.Tectonic models for accretion of the Central Asian Orogenic Belt［J］.Journal of the Geological Society of London，2007，164:31-47.

［9］Xiao W J，Han C M，Yuan C，et al.Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of northern Xinjiang，NW China:Im plications for the tectonic evolution of central Asia［J］.Journal of Asian Earth Sciences，2008.32:102-117.

［10］Han B F，Guo Z J，He GQ.Timing of major suture zones in North Xinjiang，China:Constraints from stitching plutons［J］.Acta Petrologica Sinica，2010，26（8）:2233-2246.

［11］Xu Z，Han B F，Ren R，et al.Ultramafic-mafic mélange，island arc and postcollisional intrusions in the Mayile Mountain，West Junggar，China:Implications for Paleozoic intra-oceanic subduction-accretion process［J］.Lithos，2012，132-133:141-161.

［12］Chen J F，Han B F，Ji J Q，et al.Zircon U-Pb ages and tectonic implications of Paleozoic plutons in northern West Junggar，North Xinjiang，China［J］.Lithos，2010，115（1-4）:137-152.

［13］孟磊，申萍，沈远超，等.新疆谢米斯台中段火山岩岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄及其地质意义［J］.岩石学报，2010，26（10）: 3047-3056.

［14］王金荣，贾志磊，李泰德，等.新疆西准噶尔发现早泥盆世埃达克岩:大地构造及成矿意义［J］.岩石学报，2013，29（3）:840-852.

［15］易善鑫，李永军，焦光磊，等.西准噶尔博什库尔—成吉斯火山弧早石炭世火山岩的确立及其构造意义［J］.新疆地质，2014，32（1）: 1-5.

［16］张驰，黄萱.新疆西准噶尔蛇绿岩形成时代和环境的探讨［J］.地质论评，1992，38（6）:509-52.

［17］何国琦，成守德，徐新，等.中国新疆及邻区大地构造图（1∶25万）［M］.北京:地质出版社，2004.

［18］冯益民.西准噶尔古板块构造特征［J］.中国地质科学院西安地质矿产研究所所刊，1987，18（4）:141-160.

［19］朱宝清，冯益民.新疆西准噶尔板块构造及演化［J］.新疆地质，1994，12（2）:91-105.

［20］韩宝福，季建清，宋彪，等.新疆准噶尔晚古生代陆壳垂向生长（Ⅰ）-后碰撞深成岩浆活动的时限［J］.岩石学报，2006，22（5）:1077-1086.

［21］韩宝福，郭召杰，何国琦.“钉合岩体”与新疆北部主要缝合带的形成时限［J］.岩石学报，2010，26（8）:2233-2246.

［22］陈家富，韩宝福，张磊.西准噶尔北部晚古生代两期侵入岩的地球化学、Sr-Nd同位素特征及其地质意义［J］.岩石学报，2010，26（8）:2317-2335.

［23］Horn I，Rudnick R L，Mcdonough W F.Precise elemental and isotope ratio determination by simultaneous solution nebulization and laser ablation-ICP-MS:Application to U-Pb geochronology［J］. Chemical Geology，2000，167:405-425.

［24］Ballard J R，Palin J M，Williams I S，et al.Two ages of porphyry intrusion resolved for the super-giant Chuquicamata copper deposit of northern Chile by ELA-ICP-MS and SHRIMP［J］.Geology，2001，29（5）:383-386.

［25］Koěler J，Fonnel H，Sylvester P，et al.U-Pb dating of detrital zircons for sediment provenance studies:A comparison of laser abla-tion ICPMS and SIMS techniques［J］.Chemical Geology，2002，182（2-4）:605-618.

［26］柳小明，高山，第五春荣，等.单颗粒锆石的20 μm小斑束原位微区LA-ICP-MS U-Pb年龄和微量元素的同时测定［J］.科学通报，2007，52（2）:228-235.

［27］袁洪林，吴福元，高山，等.东北地区新生代侵入体的锆石激光探针U-Pb年龄测定与稀土元素成分分析［J］.科学通报，2003，48（14）:1511-1520.

［28］Andersen T.Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report204Pb［J］.Chemical Geology，2002，192（1-2）:59-79.

［29］Ludwig K R.Isoplot-A plotting and regression program for radiogenic-isotope data［J］.US Geological Survey Open-File Report，1991，39:91-445.

［30］Ludwig K R.Using Isop lot/EX，version 2，a geochronological toolkit for Microsoft Excel［M］.Berkeley Geochronological Center Special Publication，1999.

［31］Pidgeon R T，Nemchin A A，Hitchen G J.Internal structures of zirons from Archaean granites from the Dirling Range batholiths: Implications for ziron stability and the interpretation of zircon UPb ages［J］.Contributions to Mineralogy and Petrology，1998，132: 288-299.

［32］Claesson S，Vetrin V，Bayanova T.U-Pb zircon ages from a Devonian carbonatite dyke，Kola peninsula，Russia:A record of geological evolution from the Archaean to the Palaeozoic［J］.Lithos，2000，51（1-2）:95-108.

［33］Compston W，Williams I S，Kirschvink J L.Zircon U-Pb ages for the Early Cambrian time-scale［J］.Journal of the Geological Society，1992，149（2）:171-184.

［34］Gradstain FM，Ogg JG，Smith AG.A geological time scale［M］. Cambridge:Cambridge University Press，2004，589.

［35］舒良树.普通地质学［M］.北京:地质出版社，2010，1-292.

［36］张元元，郭召杰.准噶尔北部蛇绿岩形成时限新证据及其东、西准噶尔蛇绿岩的对比研究［J］.岩石学报，2010，26（2）:421-430.

［37］Xiao W J，Han C M，Yuan C，et al.Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of northern Xinjiang，NW China:Implications for the tectonic evolution of central Asia［J］.Journal of Asian Earth Sciences，2008，32:102-117.

［38］Filippova I B，Bush V A，Didenko A N.Middle Paleozoic subduction belts:The leading factor in the formation of the Central Asian fold-and-thrust belt［J］.Russian Journal of Earth Sciences，2001，3: 405-426.

［39］孙敏，龙晓平，蔡克大，等.阿尔泰早古生代末期洋中脊俯冲:锆石Hf同位素组成突变的启示［J］.中国科学（D辑），2009，39（7）:935-948.

Zircon LA-ICP-MS U-Pb Dating and Tectonic Settings Implication of the Middle Silurian Volcanic Rocks in the West of Xiemisitai Mountain，West Junggar

Sun Yong1，Li Yongjun1，Yang Gaoxue1，Yi Shanxin1，Zhang Shenglong1，
Sun Yu1，Wang Junnian2
（1.Earth Science&Resources College of Chang’an University，Key laboratory of Western China，Mineral Resources and Geological Engineering，Ministry of Education，Xi’an，Shaanxi，710054，China；2.No.7 Geological Survey Team，Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resource Exploration，Wusu，Xinjiang，833000，China）

The Shaerbuer Formation of the western part of Xiemisitai Mountains，northern West junggar located in the Boshchekul-Chingiz island arc，they composed of andesite and pyroxene andesite，LA-ICP-MS dating was used to determine the zircons from pyroxene andesite by the 1:50000 regional geological survey and yielded zircon U-Pb age value of（428.7±2.7）Ma（n=17，MSWD=0.07，95%confidence）.It confirms the volcanic rocks belongs to the Wenlock Epoch of Middle Silurian and restricts the date of Shaerbuer formation scientifically，and conforms the magmatic arc construction of Boshchekul-Chingiz island arc advance to the Middle Silurian，rather than the Late Silurian previously.

Shaerbuer Formation；LA-ICP-MS zircon U-Pb dating；Middle Silurian；The west of Xiemisitai Mountain；West Junggar

1000-8845（2015）01-27-06

P534.43P588.14

A

中国地质调查局地质矿产调查评价专项（1212011120516）项目资助

2014-03-04；

2014-03-31；作者E-mail：418261114@qq.com

孙勇（1990-），男，安徽利辛人，长安大学2012级在读硕士研究生，研究方向为构造地质学

李永军（1961-），男，教授，博士生导师，从事构造地质学、区域地质调查研究.E-mail：yongjunl@chd.edu.cn