新疆阿舍勒盆地阿舍勒组火山岩锆石U-Pb测年及地球化学特征

高玲玲　夏芳　李顺达　陈川

摘  要：新疆阿舍勒盆地中阿舍勒组火山岩主要为英安质、流纹质火山角砾岩，凝灰岩、沉凝灰岩等火山角砾岩及火山熔岩，顶部为玄武岩及碧玉岩、灰岩。玄武岩亏损Nb，Ta，Ti等高场强元素，富集Ba，Th，U，Sr等大离子亲石元素，具岛弧玄武岩特征;英安岩为钙碱性系列，富集Rb，Ba，Th，U等大离子亲石元素，Nb，P，Ti亏损十分明显，具火山弧英安岩特征。玄武岩和英安岩中分别获得（387±2.8） Ma和（398.1±6.9） Ma的锆石U-Pb年龄。Hf同位素研究表明，玄武岩、英安岩物质主要来自亏损地幔，受部分熔融地壳的混染。地球化学特征显示，早中泥盆世阿舍勒组火山岩形成于俯冲构造环境。

关键词：阿尔泰;阿舍勒组;锆石U-Pb测年;地球化学;构造背景

阿舍勒盆地经历了震旦纪—古生代洋盆形成、俯冲、闭合演化阶段，中生—新生代陆内造山演化阶段，其中泥盆纪早期，陆缘边缘裂解，弧后盆地形成[1-7]。在构造背景方面仍存在较大争议，有些学者认为其形成于断裂大陆边缘[8];也有学者认为是一个活跃的弧后盆地或岛弧系统[9-11];或是在活动大陆边缘，洋脊俯冲[12-13]。本文通过阿舍勒盆地内阿舍勒组火山岩锆石U-Pb年代学、岩石地球化学、锆石Hf同位素研究，查明火山岩形成时代、物质来源及构造环境，以期对阿舍勒盆地及阿尔泰南缘的构造演化研究提供有益资料。

1  地质概况

阿舍勒盆地位于新疆西北部，构造位置处于中亚造山带西部，即西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块碰撞对接地区（如图1-a）。阿舍勒组分布于阿舍勒火山沉积盆地，总体近NW向分布。盆地出露地层主要有上志留—下泥盆统康布铁堡组;下—中泥盆统托克萨雷组;下—中泥盆统阿舍勒组;中—上泥盆统阿勒泰镇组;上泥盆统齐也组，与上覆及下伏地层均呈角度不整合接触;下石炭统红山嘴组和新生界。盆地内构造发育，玛尔卡库里断裂从研究区西南经过，且发育有阿舍勒复式向斜，北东部和东部分别有阿舍勒岩体和哈巴河岩体（图1-b）。

阿舍勒组分为两个岩性段：第一岩性段岩性主要为英安凝灰岩、沉凝灰岩、火山凝灰岩、含角砾晶屑凝灰岩、顶部夹灰岩透镜体;第二岩性段岩性主要以变凝灰岩、角砾凝灰岩为主，顶部为玄武岩及碧玉岩、灰岩。总的来说，阿舍勒组岩石由早到晚岩浆演化呈现出酸性-中性-基性的变化趋势。

2  样品采集及分析测试

样品采自阿舍勒组第一岩性段英安岩和第二岩性段玄武岩（图1）。玄武岩呈块状、斑状结构，岩石由斑晶和基质两部分组成，斑晶由半自形板状、板条状斜长石及半自形-他形柱粒状辉石组成，岩石内发育杏仁体，不规则状，定向分布;英安岩呈块状构造，斑状结构，基质为隐微晶状结构。斑晶为斜长石、钾长石、石英，局部可见暗色矿物假象。基质由长英质和新生矿物组成（图2）。

主微量元素及稀土元素在澳实分析检测（广州）有限公司测试完成。主量元素和痕迹元素分析精度分别优于5%、10%。锆石CL阴极发光图像、U-Pb定年和Hf同位素在北京燕都中实检测技术有限公司测试。应用标准锆石91 500进行同位素质量分馏校正[14]。U-Pb谐和图分析数据误差为2σ，加权平均年龄的置信水平是95%[15]。基于Andersen提出的方法对普通铅进行校正[16]。Lu-Hf同位素分析标样使用GJ1作为参考物质，相关仪器运行条件及详细分析流程见文献[17]。

3  地球化学特征

3.1  主量元素

阿舍勒盆地由于受到复杂的构造运动，岩石普遍发育不同程度的变质和蚀变作用。因此，火山岩样品的烧失量较高，变化范围介于2.52%～6.43%之间，玄武岩因碳酸盐化强烈，烧失量最高，为5.85%～6.43%。在讨论主量元素地球化学特征时已合理说明，且重新百分化。

玄武岩和英安岩主量元素分析见表1。玄武岩SiO2含量为44.72%～46.25%，具较高的Cr（230×10-6～240×10-6）和Ni（62.9×10-6～64.6×10-6）含量。MgO（9.25×10-6～9.66×10-6）含量較高，镁指数值介于66.9～68.2之间。Al2O3含量为19.69%～20.02 %。Na2O的含量远高于K2O， 在TAS图解中，样品均落入玄武岩范围（图3-a）。A/CNK值为1.24%1.37，属过铝质。

英安岩SiO2含量为64.96%～65.71%，MgO（3.50%～3.74%）含量较高，镁指数为52.7～53.5。Al2O3含量为13.58%～14.36%。Na2O的含量远高于K2O。在TAS图解中，均落入英安岩范围内（图3-a），在SiO2 -K2O图解中属钙碱性系列（图3-b）。里特曼指数介于1.08～1.26，小于3.3，属钙碱性岩。A/CNK值为0.99～1.20。

3.2  微量及稀土元素特征

玄武岩为相对弱富集轻稀土、亏损重稀土元素的平坦型，（La/Yb）N和La/Yb比值分别为0.71～0.99和0.99～1.49。球粒陨石标准化稀土元素图解中，表现出弱的正铕异常（图4-a），Eu/Eu*=1.02～1.08。原始地幔标准化微量元素分布曲线图解显示（图4-b），玄武岩富集大离子亲石元素K，Ba，Sr，亏损高场强元素Ta，Nb，Ti。

英安岩相对富集轻稀土元素、亏损重稀土元素，（La/Yb）N和La/Yb比值分别为8.06～11.03和2.35～2.52。在球粒陨石标准化稀土元素图解中，表现出弱的负铕异常（图4-c），Eu/Eu*=0.96～1.02。在原始地幔标准化微量元素分布曲线图解中，英安岩富集大离子亲石元素K，Rb，Ba，Sr，亏损高场强元素Ta，Nb，Ti（图4-d）。

4  锆石U-Pb年代学

玄武岩、英安岩锆石颗粒呈无色短柱状或板状，长轴变化于50～200 μm，长短轴之比为1：1～3：1（图2）。大多数结晶较好，显示出岩浆锆石震荡环带特征[18]。玄武岩共有13个测点，分析结果列于表2。样品中Th，U含量低，Th/U比值变化范围在0.46～1.4之间，显示了岩浆锆石Th/U值的典型特征[19]。有效分析点206Pb/238U年龄比较集中，在383～390 Ma范围内，锆石的谐和图上谐和性较好，加权平均年龄（387±2.8） Ma（MSWD=0.19），代表玄武岩的成岩年龄（图5-a）。英安岩10个测点分析见表2。Th/U为0.39～1.02，206Pb/238U年龄在385～408 Ma范围内，加权平均年龄（398±6.9） Ma，代表英安岩的成岩年龄（图5-b）。

5  Hf同位素

锆石Hf同位素分析结果见表3。玄武岩共有10个分析点，176Yb/177Hf和176Lu/177Hf的值分别为0.031 605～0.115 235和0.001 130～0.004 132，

εHf（t）值介于4.69～9.45，对应TDM2模式年龄为775～1081 Ma。英安岩共有6个分析点，176Yb/177Hf和176Lu/177Hf的值分别为0.027 714～0.067 268和0.001 070～0.002 409，εHf（t）值介于2.87～3.73，对应TDM2模式年龄为1 140～1 195 Ma。

在地壳和地幔中Lu/Hf比值不同，因此，来自地壳和地幔的岩浆就具有不同的Hf同位素组成[20]。εHf（t）值指示了亏损地幔与古老地壳的混合情况，其变化程度是由古老地壳和亏损地幔混合比决定[21]。另外，基性岩Hf同位素模式年龄与其形成年龄接近，说明基性岩来源于亏损地幔，若Hf模式年龄明显大于其形成年龄，说明岩浆源区受到地壳物质混染或来自于富集型地幔。花岗质岩石成岩物质主要来自地壳岩石部分熔融，所以Hf模式年龄要远大于成岩年龄。若Hf模式年龄与成岩年龄相近，则表明地壳源区是新生的[22]。锆石的Lu-Hf同位素系统可以对岩浆来源及岩石成因有很好的解释[23，24]。由此可以看出，玄武岩、英安岩的物质来源于亏损地幔并受部分熔融地壳的混染。

6  讨论

6.1  成岩构造环境

阿舍勒组玄武岩、英安岩具岛弧火山岩的典型特征，微量元素和稀土元素蛛网图显示，玄武岩属低钛拉斑玄武岩。其中玄武岩Ti/V为2.43～2.87，Zr/Y为1.81～1.97和Zr/Nb为36.3～41.1，与岛弧玄武岩的特征一致（Ti/V<20，Zr/Y<3和25

前人研究发现，阿舍勒组海相火山岩中有一套富镁火山岩系[25-26]。英安岩具高硅、富钠、钙碱性特征，与高镁安山岩有相似特征。在SiO2-MgO图解中，样品数据都落在高镁安山岩附近（图7-a）。高镁安山岩的形成常常被认为与年轻的或热的板片俯冲有关[27-28]，高镁安山岩可以分为赞岐岩、埃达克岩、玻安岩等[29-32]。在判别图解中，英安岩的所用样品均落在赞岐岩范围内（图7-b，c），赞岐岩被认为是地幔橄榄岩与俯冲洋壳板片或沉积物部分熔融的硅质流体所产生的[33]。所以，英安岩具沉积物流体与俯冲板片流体的共同特征。

阿舍勒组英安岩与俯冲带岛弧岩浆岩的地球化学性质相似。在英安岩Rb-Yb+Ta的判别图解中，数据点都落入火山弧花岗岩区域中（圖7-d），说明英安岩形成于岛弧环境。另外，考虑到阿舍勒组火山岩与沉凝灰岩、正常沉积的碎屑岩、大理岩、硅质岩等共生，后者岩石的存在显示，它们形成于一个海底沉积盆地环境。综上所述，早—中泥盆世阿舍勒组岩石形成于一个大洋弧的前弧盆地。

6.2  物质来源

阿舍勒组玄武岩和英安岩均属亚碱性拉斑系列，Al2O3含量较高，为铝过饱和，为一套富镁系列的火山岩。稀土元素具相对富集轻稀土元素、亏损重稀土元素，铕异常均不明显，Th/Ta比值高等特点。据玄武岩、英安岩微量元素及稀土元素分布模式图，可推测其具同源区特点，可能都起源于富集地幔，为玄武岩岩浆经结晶分异的产物。另外，据玄武岩锆石Hf同位素测试结果可知，玄武岩来源于亏损地幔，且岩浆源区受到过地壳物质的混染。

7  结论

（1） 阿尔泰南缘阿舍勒盆地中阿舍勒组第二岩性段玄武岩锆石U-Pb年龄为（387±2.8） Ma，第一岩性段英安岩年龄为（398.1±6.9） Ma。

（2） 锆石Hf同位素表明，阿舍勒组火山岩源于亏损地幔，并受部分熔融地壳的混染。

（3） 岩石地球化学表明，在早—中泥盆世，阿舍勒盆地构造为大洋岛弧环境。

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