塔里木盆地西北缘二叠纪基性岩浆侵入事件及其构造意义*

程小鑫 吴鸿翔 孙大亥 黄伟康 陈汉林 林秀斌 朱孔阳 章凤奇

1.浙江大学地球科学学院，浙江省地学大数据与地球深部资源重点实验室，杭州 310027 2.教育部含油气盆地构造研究中心，杭州 310027 3.浙江省地质调查院，杭州 311203

塔里木二叠纪大火成岩省一直受到国内外地质学家们的高度关注。一方面，对大火成岩省的研究有助于完善和检验地幔柱、地幔对流、岩石圈拆沉等深部动力学假说，揭示地球深部壳幔作用和动力学过程(Ernst and Buchan, 2003; Bryan and Ernst, 2008; 励音骐, 2013)及其与地史时期多次生物大灭绝事件、全球气候环境突变事件之间可能的成因联系(Wignall, 2001, 2007; Zhouetal., 2002)，因此具有重要的地质理论意义。另一方面，大火成岩省的发育往往伴随着大规模的成矿作用，如大型钒钛磁铁矿、铜镍硫化物矿床等的形成(Zhouetal., 2008; Lietal., 2012a)，因而也具有十分重要的经济价值。当前对塔里木二叠纪大火成岩省的研究主要集中在巴楚和柯坪等二叠纪地层发育地区以及油田利用钻井从古生代地层中获得的岩芯，而对前寒武系等古老地层中是否有大规模的二叠纪岩浆侵入还未引起足够的重视。

阿克苏地区是塔里木盆地四个主要的前寒武纪基底出露区之一，不仅发育有著名的前寒武纪阿克苏群蓝片岩(Liouetal., 1989, 1996; Nakajimaetal., 1990; 张立飞等, 1998; 张健等, 2014; Xiaetal., 2019)，而且在阿克苏群之上还连续沉积了新元古代中-晚期(南华纪-震旦纪)沉积盖层(高振家等, 1986; 朱文斌等, 2017)。前人研究表明，阿克苏群及其上覆的南华系-震旦系中发育了玄武岩、辉绿岩岩墙等较多类型的基性岩，多数研究者认为其主要形成于前寒武纪，并与罗迪尼亚超大陆裂解作用过程相联系(高振家等, 1981, 1986; 杨树锋等, 1998; 贾承造等, 2004; Zhangetal., 2009, 2012; 王飞等, 2010; Xuetal., 2013a)，然而也有学者提出部分基性侵入岩可能形成于寒武纪(Luetal., 2019)或者更晚(肖莹莹等, 2011)，但对其准确的形成时代和岩石成因仍有分歧。作者研究团队通过前期野外地质调查和锆石U-Pb年代学研究，率先将阿克苏西南地区什艾日克剖面的下震旦统基性岩确定为二叠纪顺层侵入的辉绿岩岩床(吴鸿翔等, 2020)。除此以外，作者在阿克苏地区北部及西南部剖面中也识别出较多的基性岩床和岩墙。本文在野外地质调查及岩石学研究的基础上，重点开展了锆石U-Pb年代学、全岩地球化学及Sr-Nd-Pb同位素等相关研究，明确基性侵入岩的侵位时代及岩浆源区，进而探讨其地球动力学含义。

1 区域地质概况

塔里木盆地是在前寒武纪结晶基底上发育起来的一个大型海-陆相多期叠合型盆地，也是中国陆上面积最大的含油气盆地(贾承造, 1997; Heetal., 2019)。研究表明，塔里木发现的最古老大陆地壳为始太古代(约3.7Ga)片麻岩(Geetal., 2018, 2020)；古元古代晚期(2.0～1.8Ga)发育的结晶岩系以岛弧岩浆岩和高级变质岩为特点(Geetal., 2015; 朱文斌等, 2018; Wuetal., 2019)；新元古代早期(1.0～0.9Ga)岩浆岩则非常有限(Zhouetal., 2021)；新元古代中-晚期(830～740Ma、650～630Ma)广泛发育花岗岩、基性岩墙群、超镁铁质-镁铁质岩石以及塔里木二叠纪(290～270Ma)大火成岩省等(陈汉林等, 2006; Zhangetal., 2013; 杨树锋等, 2014; Yangetal., 2017; 朱文斌等, 2018)。但由于塔里木盆地大部分地区被沙漠所覆盖(大于85%)，前寒武纪基底岩石出露较少，仅在盆地周缘盆山结合部有断续出露，主要分布在是西北缘的阿克苏-乌什地区、东北缘的库鲁克塔格地区、西南缘的铁克里克地区和东南缘的阿尔金山地区(图1a)。

图1 塔里木盆地及其邻区地质构造格架与前寒武系分布简图(a，据Ge et al., 2012; 杨树锋等, 2014修改)和塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区地质简图(b，据He et al., 2014修改)

本文研究区位于塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区(图1b)，区内发育包含前寒武纪蓝片岩的阿克苏群(Liouetal., 1989, 1996; 张立飞等, 1998; 张健等, 2014; Xiaetal., 2019)，在阿克苏群片岩之上又连续发育了新元古代晚期(南华纪-震旦纪)沉积盖层，以及大量侵入阿克苏群变质基底的基性岩墙群和震旦系中发育的玄武岩等多种基性岩浆岩(高振家等, 1981, 1986; 杨树锋等, 1998; 贾承造等, 2004; Zhangetal., 2009; 王飞等, 2010)。

阿克苏群是本区出露的主要古老变质基底单元，岩石类型主要包括绿片岩、蓝片岩及石英片岩等(张健等, 2014)，并在后期被一组北西走向未变质的前寒武纪基性岩墙群所切割(图2; 杨树锋, 1998; 贾承造等, 2004; Zhangetal., 2009; Heetal., 2014)；南华系包括巧恩布拉克群及其上部的尤尔美那克组，其中巧恩布拉克群主要发育浅灰色中-粗砂岩、灰绿色中-薄层状粉砂岩、暗绿-灰色厚层块状冰碛砾岩、灰黄色中粗砂岩夹红紫色砂砾岩等，并且其自下而上划分为西方山组、东巧恩布拉克组、牧羊滩组和冬屋组(图2; 高振家等, 1981, 1986)。尤尔美那克组为一套典型的冰碛岩建造，主要为暗紫红色厚层块状冰碛砾岩夹灰绿色中层状砂岩、粉砂岩，与下伏巧恩布拉克群呈角度不整合接触关系(高振家等, 1981, 1986)。震旦系则呈平行不整合覆盖在尤尔美那克组之上，或者不整合超覆在南华系或者阿克苏群变质岩之上，自下而上可分为苏盖特布拉克组和奇格布拉克组。苏盖特布拉克组下部主要为暗紫红色砾岩、砂砾岩、中薄层状中-细砂岩，局部发育玄武岩夹层(Xuetal., 2013a)和辉绿岩岩床(吴鸿翔等, 2020)，上部逐渐过渡为浅海相泥页岩和少量的碳酸盐岩夹层，岩性主要为灰色薄层状泥岩及浅灰色竹叶状灰岩(图2)。奇格布拉克组岩性较为稳定，以灰色中厚层状白云岩为主，顶部与下寒武统底部的玉尔吐斯组平行不整合接触(高振家等, 1981, 1986)。

图2 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区新元古代地层柱状图(据Zhang et al., 2019修改)

2 基性侵入岩的野外宏观产出和岩相学特征

本次研究以阿克苏-乌什地区南华系和震旦系为对象，重点对研究区东部的什艾日克剖面和水泥厂剖面、北部的南山驼奶厂剖面、西南部的其格勒克阔坦剖面和尤尔美那克剖面等五条剖面中的基性侵入岩(详见图1b)开展了详细的野外露头地质调查和岩石发育特征研究。

2.1 基性侵入岩的野外宏观产出

野外调查发现，南华系和震旦系的基性侵入岩主要有顺层侵入的岩床和高角度切层侵入的岩墙两种类型，其中岩床主要广泛发育在震旦系，而岩墙则零星见于南华系。岩床、岩墙与围岩之间均显示出典型的侵入接触关系，如岩床顶底面局部显著的凹凸或斜切层现象、岩体内部结晶粗、边部结晶细的淬冷边结构以及局部包裹围岩沉积砂岩团块等。此外，作者发现各个剖面的基性侵入岩附近均无断层发育，说明基性岩的局部切层现象与岩浆侵入作用有关。

2.1.1 基性岩床

作者在南山驼奶厂剖面观察到两层基性岩床侵入下震旦统砂岩中，第一层岩床厚度约15～20m，发育在下震旦统红色砂岩中段；第二层岩床厚度约8m，两层岩床之间夹着黄褐色砂岩(图3a)。岩床呈层状产出、顺层侵入至砂岩中，与砂岩接触面较为平整，但局部也可见岩床顶面凹凸不平截切砂岩的现象。此外，基性岩呈致密块状、气孔杏仁构造不发育，并且岩床内部结晶粗、边部结晶细，岩床顶面常出现淬冷边(图3b)。

在其格勒克阔坦剖面的露头观测中，作者发现了两层基性岩床侵入到下震旦统砂岩中，第一层岩床厚度约20～30m(图3c)，岩床底部与震旦系砂岩和页岩交互层相接触(图3d)；第二层岩床厚度约10～15m(图3c)，岩床底部与震旦系薄层细砂岩接触，接触面较平整并且存在砂岩被烘烤的现象，部分地方可见岩床顶底面截切砂岩层。

图3 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区震旦系及南华系中的辉绿岩典型野外露头照片及岩石薄片照片

在什艾日克剖面和水泥厂剖面，作者研究团队前期通过遥感影像识别和野外观测也识别出大量基性岩床(吴鸿翔等, 2020)。这些岩床呈层状产出、顺层发育，岩床顶底面也不同程度地截切砂岩层，并且岩床同样具有内部结晶粗、边部结晶细以及顶部发育淬冷边等特点(吴鸿翔等, 2020)。

2.1.2 基性岩墙

作者在尤尔美那克剖面南华系地质调查中主要发现了四条基性岩墙。第一条基性岩墙出露在剖面最东侧，宽约4～6m、产状近直立的岩墙侵入南华系西方山组下段紫红色长石粗砂岩中，砂岩产状为251°∠42°(图3e)；第二条基性岩墙出露在剖面中部，岩墙走向340°、产状近直立、宽约0.5m，侵入到西方山组灰绿色中粗砂岩中，砂岩产状为258°∠45°(图3f)；第三条基性岩墙出露在剖面西侧，岩墙走向310°、产状近直立、宽约0.3m，侵入到西方山组灰绿色中粗砂岩中，砂岩产状为250°∠40°；第四条基性岩墙出露位置与第三条岩墙接近，岩墙走向315°、产状近直立、宽约0.3m，侵入到西方山组灰绿色中粗砂岩中，砂岩产状为260°∠48°。

2.2 基性侵入岩的岩相学特征

基性岩床、岩墙均呈致密块状、气孔杏仁构造不发育。岩石薄片观察表明，这些基性岩的主要矿物成分是基性斜长石和辉石(90%以上)，辉石矿物晶形差、粒径大并且包含着多个斜长石晶体，斜长石呈板条状、晶形好、结晶较粗，大多数粒径为0.2～0.6mm，为典型的辉绿结构和嵌晶含长结构(图3g)；次要矿物为磁铁矿，磁铁矿形态不规则、在反射光下为钢灰色，充填在交叉生长的斜长石格架间隙中，局部可以看到不同程度的绿泥石化蚀变(图3g)；岩石的基质主要为斜长石微晶及火山玻璃(图3h)。此外，岩床、岩墙中部基性岩的斜长石晶形好、数量多、结晶程度高且晶粒粗大，而边部基性岩的斜长石斑晶数量相较于岩床中部明显减少且晶粒细小，反映了基性岩在冷却结晶时边部经历了淬冷，而内部冷却则较为缓慢、结晶时间较长。

3 测试方法

3.1 锆石U-Pb测年方法

锆石挑选和提纯工作在廊坊市诚信地质服务有限公司完成。首先将岩石样品进行粗碎和细碎，利用标准密度法和磁学等方法进行轻、重矿物的分离，然后在显微镜下对锆石进行人工挑选提纯。锆石的制靶以及透射光、反射光和阴极发光(CL)拍照在北京锆年领航科技有限公司完成。通过多种锆石显微照片综合分析锆石的形态和内部结构，从而选出和确定最佳的测年点位置。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年实验在浙江大学地球科学学院激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验室完成，测试仪器为Thermofisheri CAP RQ型ICP-MS及与之配套的Cetea Analyte HE激光剥蚀系统。实验中激光束斑直径为35μm，采用单点剥蚀法。锆石分析外部标样为91500锆石，元素含量分析外部标样为NIST SRM610和NIST SRM612玻璃，并且每2组样品测试完后加测一次标样PLE(ca.360Ma)用于监测91500锆石标样的稳定性。锆石数据处理运用ICP-MS DATACal软件计算U-Pb同位素比值(Liuetal., 2008; Linetal., 2016)。锆石U-Pb年龄谐和图根据同位素比值通过Isoplot 4.15程序制作(Ludwig, 2001, 2012)，单个测点误差为1σ，年龄计算采用206Pb/238U加权平均值，误差为2σ(95%的置信度)。

3.2 全岩主量、微量元素测试方法

全岩的主量和微量元素的分析测试在广州澳实分析检测有限公司矿物实验室完成，主量元素测试仪器为Axios，采用熔片X射线荧光光谱法(XRF)测定，并使用等离子体光谱和化学法测定进行相互检验，分析精度和准确度均优于5%；微量元素及稀土元素测试仪器为美国Perkin Elmer公司生产的Elan9000型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，分析精度和准确度均优于10%(郭宇飞等, 2016; 张伟等, 2018)。

3.3 全岩锶、钕、铅同位素测试方法

全岩的Sr-Nd-Pb同位素前处理和分析测试工作在武汉上谱分析科技有限责任公司完成。前处理是在配备100级操作台的千级超净室完成。

样品消解。首先，将200目样品置于105℃烘箱中烘干12h；接着，准确称取粉末样品50～200mg置于Teflon溶样弹中；然后，依次缓慢加入1～3mL高纯硝酸(HNO3)和1～3mL高纯氢氟酸(HF)；再将Teflon溶样弹放进钢套，拧紧后放入190℃烘箱中加热24h以上；待溶样弹冷却，开盖后放在140℃电热板上蒸干，然后加入1mL HNO3并再次蒸干；最后，用1.5mL的盐酸(HCl)(2.5M)溶解蒸干样品，待上柱分离。

Sr元素化学分离。首先用离心机将样品离心后，取上清液上柱。然后在柱子填充AG50W树脂。用2.5M HCl淋洗以便去除基体元素。最终用2.5M HCl将Sr从柱上洗脱并收集。收集的Sr溶液蒸干后等待上机测试。树脂残留物质通过4.0M HCl淋洗就可以获得REE溶液。接收的REE溶液蒸干后以0.18M HCl提取，用于Nd同位素分离。一次分离获得的溶液首先转换为3M HNO3介质，然后样品上柱。柱子填充Sr特效树脂。采用3M HNO3淋洗去除干扰元素。最终用MQ H2O将Sr从柱上洗脱并收集。收集的Sr溶液蒸干后等待上机测试。

全岩Sr同位素分析采用德国Thermo Fisher Scientific公司生产的MC-ICP-MS(Neptune Plus)。仪器配备9个法拉第杯接收器。83Kr+、167Er++、84Sr+、85Rb+、86Sr+、173Yb++、87Sr+、88Sr+同时被L4、L3、L2、L1、C、H1、H2、H3等8个接收器接收。其中，83Kr+、85Rb+、167Er++、173Yb++被用于监控并校正Kr、Rb、Er和Yb对Sr同位素的同质异位素干扰。MC-ICP-MS采用了H+S锥组合和干泵以提高仪器灵敏度。根据样品中的Sr含量，50～100μL/min两种微量雾化器可以被选择使用。Alfa公司的Sr单元素溶液被用于优化仪器操作参数。Sr国际标准溶液(NIST 987，200μg/L)的88Sr信号一般高于7V。数据采集由8个blocks组成，每个block含10个cycles，每个cycle为4.194秒。

Sr同位素的仪器质量分馏采用内标指数法则校正(Russelletal., 1978)：

公式中i和j指示同位素质量数，Rm和RT分别代表样品的测试比值和参考值(推荐值)，f指仪器质量分馏因子。88Sr/86Sr被用于计算Sr的质量分馏因子(8.375209，Linetal., 2016)。由于前期有效的样品分离富集处理，干扰元素Ca、Rb、Er、Yb被分离干净。残余的83Kr+、85Rb+、167Er++、173Yb++等干扰校正利用Linetal.(2016)校正方法，即实验流程采用两个Sr同位素标样(NIST 987和AlfaSr)之间插入7个样品进行分析。全部分析数据采用专业同位素数据处理软件“Iso-Compass”进行数据处理(Zhangetal., 2020)。NIST 987的87Sr/86Sr分析测试值为0.710242±14(2SD, n=345)，与推荐值0.710248±12(Zhang and Hu, 2020)在误差范围内一致，表明本仪器的稳定性和校正策略的可靠性满足高精度的Sr同位素分析。BCR-2(玄武岩)和RGM-2(流纹岩)(USGS)被选择作为流程监控标样。两个样品分别代表了基性岩和酸性岩，具有显著的物理化学差异。RGM-2的具有较高的Rb含量(149×10-6)和适中的Sr含量(108×10-6),可以有效监控Rb的分离过程和测试结果。BCR-2的87Sr/86Sr分析测试值为0.705012±22(2SD, n=63)，与推荐值0.705012±20(Zhang and Hu, 2020)在误差范围内一致。RGM-2的87Sr/86Sr分析测试值为0.704173±20(2SD, n=20)，与推荐值0.704184±10(Lietal., 2012c)在误差范围内一致。数据表明，本实验流程可以对样品进行有效分离，分析准确度和精密度满足高精度的Sr同位素分析需要。

钕元素化学分离。通过Sr分离流程获得的REE溶液经过介质转换后，直接上柱分离。柱子填充LN树脂。用0.18M HCl淋洗去除基体元素。最后，用0.3M HCl将Nd从柱上洗脱并收集，收集好的Nd溶液蒸干后等待上机测试。

Nd同位素分析采用德国Thermo Fisher Scientific公司生产的MC-ICP-MS(Neptune Plus)，仪器配备9个法拉第杯接收器。142Nd+、143Nd+、144Nd+、145Nd+、146Nd+、147Sm+、148Nd+、149Sm+、150Nd+同时被L4、L3、L2、L1、C、H1、H2、H3、H4等9个接收器接收。其中147Sm+被用于监控并校正Sm对Nd同位素的同质异位素干扰。MC-ICP-MS采用了H+S锥组合和干泵以提高仪器灵敏度。根据样品中的Nd含量，50～100μL/min两种微量雾化器被选择使用。Alfa公司的Nd单元素溶液被用于优化仪器操作参数。Nd标准物质(GSB 04-3258-2015，200μg/L)的142Nd信号一般高于2.5V。数据采集由10个blocks组成，每个block含8个cycles，每个cycle为4.194秒。

Nd同位素的仪器质量分馏采用内标指数法则校正(Russelletal., 1978)：

公式中i和j指示同位素质量数，Rm和RT分别代表样品的测试比值和参考值(推荐值)，f指仪器质量分馏因子。146Nd/144Nd被用于计算Nd的质量分馏因子(0.7219，Linetal., 2016)。由于前期有效的样品分离富集处理，干扰元素Sm被分离干净。残留的144Sm+干扰校正采用Linetal.(2016)校正方法。实验流程采用两个Nd同位素标样(GSB 04-3258-2015和AlfaNd)之间插入7个样品进行分析。全部分析数据采用专业同位素数据处理软件“Iso-Compass”进行数据处理(Zhangetal., 2020)。GSB 04-3258-2015的143Nd/144Nd分析测试值为0.512440±6(2SD, n=31)与推荐值0.512438±6(2SD)(Lietal., 2017)在误差范围内一致，表明本仪器的稳定性和校正策略的可靠性满足高精度的Nd同位素分析。BCR-2(玄武岩)和RGM-2(流纹岩)(USGS)被选择作为流程监控标样。两个样品分别代表了基性岩和酸性岩，具有显著的物理化学差异。BCR-2和RGM-2具有适中的Nd含量(28.7×10-6和19×10-6)。BCR-2的143Nd/144Nd分析测试值为0.512641±11(2SD, n=82)，与推荐值0.512638±15(Weisetal., 2006)在误差范围内一致。RGM-2的143Nd/144Nd分析测试值为0.512804±12(2SD, n=80)，与推荐值0.512803±10(Lietal., 2012c)在误差范围内一致。数据表明，本实验流程可以对样品进行有效分离，分析准确度和精密度可以满足高精度的Nd同位素分析需要。

Pb元素化学分离。利用离心机将样品离心后，取上清液上柱。柱子填充AG树脂。用1.0M HBr淋洗去除基体元素。最终用6.0M HCl将Pb从柱上洗脱并收集。收集好的Pb溶液蒸干后等待上机测试。

Pb同位素分析采用美国ThermoFisher Scientific公司生产的MC-ICP-MS(Neptune Plus)。仪器配备9个法拉第杯接收器。204(Pb+Hg)、206Pb、207Pb、208Pb、203Tl、205Tl和202Hg同时被7个接收器接收。其中202Hg被用于监控并校正204Hg对204Pb同位素的同质异位素干扰，204Hg/202Hg天然比值采用0.2301。MC-ICP-MS采用了Jet+X锥组合和干泵以便提高仪器的灵敏度。根据样品中的Pb含量，50～100μL/min两种微量雾化器可以被选择使用。Alfa公司的Pb单元素溶液被用于优化仪器操作参数。Pb国际标准溶液NBS SRM981(100μg/L)作为质量监控和外部校正标样，208Pb的信号一般高于6V。每个标样和样品中加入一定量的Tl溶液(NBS SRM 997)，205Tl信号控制在4～5之间。Tl拖尾对204Pb的干扰没有被观察到。数据采集由8个blocks组成，每个block含10个cycles，每个cycle为4.194秒。Pb同位素的仪器质量分馏采用假内标指数法则校正(Russelletal., 1978)：

公式中i和j指示同位素质量数，Rm和RT分别代表样品的测试比值和参考比值(推荐值)，f指仪器质量分馏因子。205Tl/203Tl被用于计算Pb的质量分馏因子(2.38714，NIST SRM 997证书值)。由于Tl的分馏行为与Pb分馏行为存在一定差别，因此NBS SRM 981被用作外标对数据进行二次校正。实验流程采用两个Pb同位素标样(NBS SRM 981和AlfaPb)之间插入7个样品进行分析。NBS SRM 981的20xPb/204Pb的外部测试精度达到0.03%(2RSD)。NBS SRM 981的推荐值采用208Pb/204Pb=36.7262±31，207Pb/204Pb=15.5000±13，206Pb/204Pb=16.9416±13(n=119，Bakeretal., 2004)。BCR-2(玄武岩)被选择作为流程监控标样。BCR-2的20xPb/204Pb分析测试值为208Pb/204Pb=38.743±17，207Pb/204Pb=15.624±3，206Pb/204Pb=18.763±8(2SD, n=4)，与推荐值208Pb/204Pb=38.752±22，207Pb/204Pb=15.628±5，206Pb/204Pb=18.765±11(Bakeretal., 2004-双稀释剂测试方法)在0.03%误差范围内一致。数据表明，本实验流程可以对样品进行有效分离，分析准确度和精密度满足高精度的Pb同位素分析。

4 测试结果

4.1 锆石U-Pb测年结果

本次研究对阿克苏-乌什地区3件辉绿岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测试，其中1件样品(编号18SK03-1)采自什艾日克剖面的第一层辉绿岩岩床，另1件样品(编号19AKS22)采自其格勒克阔坦剖面的辉绿岩岩床，还有1件样品(编号18YM07-1)采自尤尔美那克剖面中侵入南华系西方山组砂岩的第三条辉绿岩岩墙，详细的锆石测试结果见电子版附表1。

表1 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩锶、钕和铅同位素组成

4.1.1 什艾日克剖面辉绿岩岩床

样品18SK03-1的代表性锆石阴极发光(CL)图像见图4a。大多数锆石为无色透明短柱状或粒状，粒径约为40～100μm，长宽比约1:1～2:1，并且锆石自形程度高，具有明显的岩浆振荡环带结构，显示其为岩浆成因特征。锆石的Th/U比值为0.14～1.66，也指示了这些锆石为岩浆成因(Belousovaetal., 2002; 吴元保和郑永飞, 2004)。

图4 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区辉绿岩样品的代表性锆石阴极发光(CL)图像

对样品中57颗锆石开展了57个测点的U-Pb年代学分析，其中40颗锆石的206Pb/238U年龄和207Pb/235U年龄谐和度在90%以上，这40颗锆石的207Pb/235U与206Pb/238U年龄谐和图见图5a、U-Pb年龄频谱图见图6a，可以发现样品18-SK03-1的锆石U-Pb年龄主要有290Ma、450Ma、850Ma、920Ma的显著年龄峰以及1750Ma、2250Ma的弱年龄峰。其中最年轻的3颗锆石206Pb/238U加权平均年龄为290±6Ma，它可能代表了辉绿岩的结晶年龄(图5a)。

图5 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区辉绿岩锆石U-Pb年龄谐和图

样品中还存在17颗不谐和锆石，一方面是因为锆石颗粒较小、测定的207Pb数值偏低从而造成207Pb/235U比值系统性偏移，另一方面也可能存在Pb丢失或被后期地质事件改造。

4.1.2 其格勒克阔坦剖面辉绿岩岩床

样品19AKS22的锆石阴极发光(CL)图像见图4b，大部分锆石为无色透明短柱状及粒状，自形程度高、形态良好，粒径约为50～120μm，大部分锆石具有清晰的岩浆振荡环带结构。锆石的Th/U比值为0.19～1.99，指示这些锆石均为岩浆成因。对17颗锆石完成了17个测点的U-Pb年代学分析，有10颗锆石的206Pb/238U年龄和207Pb/235U年龄谐和度在90%以上，它们的207Pb/235U与206Pb/238U谐和图见图5b、U-Pb年龄频谱见图6c，这10颗锆石的U-Pb年龄从ca.285Ma至ca.2560Ma均有分布，其中最年轻的1颗锆石的206Pb/238U年龄为286±4Ma(图5b)，推测它可能代表了该辉绿岩的结晶年龄。

图6 塔里木西北缘阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩中的锆石U-Pb年龄谱与下震旦统砂岩碎屑锆石U-Pb年龄谱对比

4.1.3 尤尔美那克剖面辉绿岩岩墙

样品18YM07-1的代表性锆石阴极发光(CL)图像见图4c，锆石大多具有良好的形态、自形程度高，多为无色透明短柱状，粒径约为50～150μm，大部分锆石可见清晰的岩浆振荡环带结构。锆石的Th/U比值变化范围在0.39～1.29之间，指示锆石为岩浆成因(Belousovaetal., 2002; 吴元保和郑永飞, 2004)。

对81颗锆石完成了81个测点的U-Pb年代学分析，有56颗锆石的206Pb/238U年龄和207Pb/235U年龄谐和度在90%以上，这56颗年龄谐和锆石的测点207Pb/235U与206Pb/238U谐和图见图5c、U-Pb年龄频谱见图6d，观测发现除了4颗锆石(年龄分别为852±10Ma、1862±18Ma、1836±18Ma、2452±17Ma)可能为捕获锆石，其余52颗锆石年龄均介于278～295Ma之间，它们的206Pb/238U加权平均年龄为287±2Ma，它可能代表了辉绿岩的结晶年龄(图5d)。

4.2 基性侵入岩的地球化学特征

4.2.1 全岩主量元素

本次研究对阿克苏-乌什地区内五条剖面共计31件辉绿岩样品进行了全岩的主量和微量元素测试，并对其中5件样品进行了全岩的Sr-Nd-Pb同位素分析。

辉绿岩样品的全岩主量元素分析结果见电子版附表2。这些样品的SiO2含量为38.82%～50.10%，平均45.97%；TiO2含量为2.11%～3.79%；Al2O3和Fe2O3T的含量分别为12.40%～16.96%和10.82%～17.82%；MgO含量较低，为1.71%～8.71%，平均5.53%；CaO含量变化较大，最低为0.83%，最高为14.06%；Na2O和K2O含量均较低，分别为2.13%～5.44%和0.05%～2.51%。Na2O+K2O含量为2.57%～6.33%。分析结果显示这些样品普遍存在较高的烧失量，这可能与岩石存在不同程度的绿泥石化蚀变作用有关(图3g)。鉴于部分样品的烧失量量较大，岩石后期蚀变对SiO2、CaO和Al2O3等主量元素和大离子亲石元素(LILE：Sr、Rb)产生了显著的影响，而高场强元素(HFSE：Zr、Nb、Ti、P、Th、Y和V)和稀土元素(REE)在风化、蚀变的过程中活动性较差，能够较好反映原来岩浆岩的性质和特点，因此文后将主要采用这些元素进行岩石类型和源区性质的分析和讨论。

4.2.2 全岩稀土与微量元素

辉绿岩样品的全岩稀土与微量元素分析结果见附表2。微量元素Zr/TiO2-Nb/Y岩性判别图解(图7)显示，辉绿岩岩墙样品落在亚碱性玄武岩区，岩床样品则接近或处在了碱性玄武岩区域。

图7 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩Nb/Y-Zr/TiO2岩性分类图解(据Winchester and Floyd, 1977修改)

样品的稀土总量(不含Y)介于114×10-6～256×10-6，平均为146×10-6，并且不同剖面的辉绿岩样品之间并无明显差异。轻重稀土总量比值LREE/HREE=3.44～7.12，显示了轻稀土(LREE)相对富集、重稀土(HREE)相对亏损的特征。在球粒陨石标准化稀土元素配分图(图8)上，辉绿岩岩床和岩墙样品的曲线都呈平缓右倾的轻稀土富集型，与洋岛玄武岩(OIB)以及塔里木大火成岩省玄武岩的稀土元素配分模式基本相似，而有别于塔里木大火成岩省中晚期形成的辉绿岩侵入体的稀土元素配分曲线(轻重稀土分异程度明显更高)。除个别样品具有弱的负铕异常以外，基本无铕异常(δEu=0.70～1.13)和铈异常(δCe=0.98～1.07)。此外，辉绿岩岩床样品的(La/Yb)N=3.56～9.02、(La/Sm)N=1.80～2.62、(Gd/Yb)N=1.54～2.85，而辉绿岩岩墙样品的分异程度相近，其(La/Yb)N=2.93～5.06、(La/Sm)N=1.50～1.86、(Gd/Yb)N=1.61～2.31，并且二者的稀土元素配分模式也相似。样品的微量元素蛛网图见图8，岩床样品总体上与洋岛玄武岩(OIB)的微量元素配分曲线比较相似；部分岩墙样品除显著亏损Nb和Ta外，还亏损Zr、Hf等高场强元素，反映了这些侵入岩之间微量元素特征存在一定的差异。

图8 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩球粒陨石标准化稀土元素配分图和原始地幔标准化微量元素蛛网图

4.2.3 全岩的锶、钕和铅同位素

5件辉绿岩岩床样品的全岩Sr-Nd-Pb同位素分析测试结果见表1。样品的87Rb/86Sr比值介于0.0283～0.2982之间，远小于7.5，所以测试的5个样品完全适合用于(87Sr/86Sr)i的讨论分析(Wuetal., 2002)。Sr同位素比值87Sr/86Sr介于0.705985～0.711500之间，使用年龄(290Ma)计算得到的(87Sr/86Sr)i比值结果为0.705572～0.710270；143Nd/144Nd比值为0.512098～0.512377，使用同样的年龄(290Ma)计算得到的εNd(t)值介于-8.83～-3.52之间，tDM年龄为1.74～2.83Ga。将5个样品点投入εNd(t)-(87Sr/86Sr)i关系图中可见，本次研究的辉绿岩在锶和钕同位素组成上具有富集性岩石圈地幔特点，与塔里木二叠纪超基性-基性岩、正长岩差异明显，而更加接近于塔里木二叠纪玄武岩的特点(图9)。

图9 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩(87Sr/86Sr)i-εNd(t)关系图(据Zhang et al., 2017修改)

5件辉绿岩样品的Pb同位素比值206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为17.0004～17.3601、15.4525～15.4839、37.3919～38.0013。在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb和207Pb/204Pb-206Pb/204Pb关系图(图10)中，所有样品点均落在富集地幔类型Ⅰ(EMⅠ)的范围内或周围。

图10 塔里木盆地西北缘阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩208Pb/204Pb-206Pb/204Pb和207Pb/204Pb-206Pb/204Pb关系图(据Zhou et al., 2009修改)

5 讨论

5.1 基性岩床和岩墙侵位的时代

本次研究中，作者对阿克苏-乌什地区的三个剖面(什艾日克剖面、其格勒克阔坦剖面和尤尔美那克剖面)共3件辉绿岩样品进行了锆石U-Pb年代学研究。测试结果表明，什艾日克剖面下震旦统中发育的第一层辉绿岩岩床形成时代可能为290±6Ma；其格勒克阔坦剖面下震旦统中的辉绿岩岩床可能形成于286±4Ma；尤尔美那克剖面辉绿岩岩墙基本形成于287±2Ma。其余谐和的锆石年龄表现出455Ma、750Ma、850Ma、910Ma、980Ma、1750Ma、2300Ma和2500Ma等年龄峰，作者将获得的辉绿岩前寒武纪年龄峰与其侵入的下震旦统苏盖特布拉克组砂岩中的碎屑锆石年龄峰(何景文等, 2015)进行对比后发现(图6e)，辉绿岩岩床中丰富的前寒武纪锆石很可能是其侵入下震旦统时从围岩砂岩中捕获所得，而455Ma这一显生宙年龄峰与塔里木北缘早古生代的岩浆热事件对应(Geetal., 2014)。

基于上述3件样品的锆石U-Pb年代学结果，再结合前人在什艾日克剖面第二层辉绿岩岩床292±5Ma的侵位年龄(吴鸿翔等, 2020)，作者认为阿克苏-乌什地区前寒武系中的辉绿岩岩床和岩墙的形成时代在测试误差范围内大体一致，约为290Ma。由此提出阿克苏地区下震旦统和南华系沉积地层中发育的辉绿岩并非全部都是新元古代岩浆作用形成，而是有相当一部分很可能是早二叠世侵位的。

前人研究表明，塔里木大火成岩省的岩浆岩可以大致分成早期喷发的大陆溢流玄武岩(ca.290Ma～ca.285Ma)和晚期侵入的超基性-基性侵入岩体以及正长岩类侵入岩体(ca.284Ma～ca.274Ma)(余星, 2009; Lietal., 2011; Yuetal., 2011; 杨树锋等, 2014)。以往报道的塔里木二叠纪辉绿岩时代总体偏晚，且年龄跨度大(280～225Ma)(李昌年等, 2001; 李勇等, 2007; Zouetal., 2015)，代表塔里木大火成岩省中晚期的岩浆活动产物(余星等, 2017)。本次研究确定的阿克苏侵入前寒武系的二叠纪辉绿岩岩床和岩墙，在侵位时代上比这些已发现的塔里木二叠纪辉绿岩要更早一些，并且更接近塔里木大火成岩省早期玄武岩的喷发时代。

5.2 基性侵入岩的岩浆源区

研究认为玄武质岩浆的源区一般为地幔(姜常义等, 2006)，但地幔成分具有显著的不均一性，存在多种类型的地幔端元，学术界通常使用Sr、Nd和Pb同位素联用对地幔端元进行识别。辉绿岩岩床具有较高的Nb/Y值(0.33～0.90)，接近于碱性玄武岩。本次测试的5件早二叠世辉绿岩岩床样品的(87Sr/86Sr)i比值(使用290Ma年龄进行计算)结果为0.705572～0.710270，εNd(t)值介于-8.83～-3.52之间，具有富集型岩石圈地幔特点，与塔里木二叠纪超基性-基性岩、正长岩差异明显，而更加接近于塔里木二叠纪玄武岩的特点(图9)。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)图中，样品的数据点排列与EMII趋势平行，前人研究认为有两种情况会导致这种Nd、Sr同位素的变化趋势：(1)岩浆源区经历了来自俯冲板片的交代作用；(2)岩浆对高Rb/Sr比值的沉积岩进行了同化(姜常义等, 2006)。5件样品中演化程度最低的18SK04-4样品有着最高的MgO含量(7.84%)，同时也有着高的εNd(t)(-3.58)和最低的(87Sr/86Sr)i(0.705985)，且5件样品的MgO含量与εNd(t)或(87Sr/86Sr)i值存在着一定的相关性(图略)，说明了地壳同化混染对5件样品的Sr、Nd同位素变化趋势起到了一定的作用。5件样品的Pb同位素比值206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为17.0004～17.3601、15.4525～15.4839、37.3919～38.0013，在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb和207Pb/204Pb-206Pb/204Pb关系图(图10)中，所有样品点均落在富集地幔类型Ⅰ(EMⅠ)的范围内或周围，指示岩浆来源于EMⅠ型地幔源区。辉绿岩岩床稀土及微量元素的特征显示与OIB十分相似、稀土元素配分模式也更接近于同样来源于富集型岩石圈地幔的塔里木大火成岩省早期产物Group1玄武岩(图8)，并且辉绿岩岩床具有Nb、Ta元素含量低，但Nb/Ta比值高(介于16.06～19.03之间、平均为17.22，和OIB值接近)，这与富集型岩石圈地幔的特征十分吻合(Sun and McDonough, 1989; Tangetal., 2006)；此外，本文辉绿岩的Ti/Zr值介于62.33～117.22(附表2)、平均为89.27，显著高于正常的OIB(～61; Sun and McDonough, 1989)和平均陆壳(～33; Rudnick and Gao, 2003)的Ti/Zr比值，表现出富Ti的特点，可能暗示着岩浆源区存在例如再循环洋壳的富Ti物质。

最新研究成果指示EMⅠ可能部分来源于再循环的古老含碳酸盐沉积物，并最终被地幔柱携带至浅部地幔熔融贡献玄武岩浆的组成(Wangetal., 2018)。目前许多研究指示早二叠世塔里木大火成岩省存在一个碳酸盐化的地幔源区。例如Chengetal.(2014)在塔里木二叠纪金伯利岩中发现了碳酸质球粒，表明金伯利岩的岩浆富集CO2，从而指示金伯利岩来源于碳酸盐化的地幔源区；王振朝(2019)在柯坪玄武岩观察到了原生的碳酸盐矿物，它们以不规则形状和球粒状两种形态存在于岩石基质中，说明岩浆源区具有较高含量的CO2，暗示柯坪玄武岩来源于碳酸盐化的地幔源区；王振朝(2019)还通过对柯坪玄武岩Zn同位素的研究发现塔里木二叠纪两类玄武岩相比于正常地幔都具有较高的δ66Zn值，在排除了地壳混染、分离结晶和热液蚀变导致岩石富集Zn以后，他认为塔里木二叠纪两类玄武岩来源于碳酸盐化的地幔源区。

辉绿岩墙相对于辉绿岩床有较低的Nb/Y值(0.12～0.15)，为亚碱性玄武岩。它们的微量元素特征不同与辉绿岩岩床，存在明显的Nb-Ta负异常(图8)，类似“弧”的地球化学特征，但其地球化学整体特征与弧玄武岩明显不同，基本落入板内玄武岩的判别范围(图11)。板内玄武岩中Nb、Ta相对La、Th的亏损可归因于不同的过程，包括：(1)钛磁铁矿等含钛矿物的结晶分异作用；(2)岩浆上升过程中地壳物质的混染作用；(3)继承自它们曾被俯冲相关的流体和/或熔体交代的地幔源区。辉绿岩岩墙具有高的TiO2含量(>2.4)，在微量元素蛛网图(图8)中并没有明显的Ti负异常，排除了钛磁铁矿的结晶分异作用；另外这些辉绿岩岩墙的Nb/La值(0.23～0.35)，显著低于地壳值(Nb/La=0.47～0.83: Rudnick and Fountain, 1995)，地壳同化混染不太可能是造成辉绿岩墙低Nb/La值的成因。因此，它们的Nb、Ta、Zr、Hf负异常有可能继承自曾被俯冲相关流体/熔体交代的岩石圈地幔源区。

综上所述，作者认为阿克苏-乌什地区早二叠世辉绿岩是碳酸盐化的富集型岩石圈地幔源区和被俯冲相关流体/熔体交代的岩石圈地幔源区部分熔融的产物，这些碳酸盐物质很可能是早期洋壳沉积物被地幔柱携带至浅部过程中通过脱水和去气等作用后形成流体从而交代岩石圈地幔的结果，是地幔柱和岩石圈地幔相互作用的产物。

5.3 基性侵入岩发育的构造背景

作为地球深部各圈层之间相互作用的产物，岩浆岩反映了特定的大地构造背景下的地球动力学过程，而通过对岩浆岩产出特征和地球化学特征的分析，可以判别其形成时的板块构造背景(赵振华, 2007)。这些大地构造背景大致可以分成三大类：离散型板块构造背景、汇聚型板块构造背景以及板内构造背景(Ramos, 1999; 汪云亮等, 2001)。

对于塔里木北缘在二叠纪时期所处的构造环境，主要有俯冲型活动大陆边缘、被动大陆边缘、造山后伸展和地幔柱有关的裂谷多种不同的观点。早期有学者在塔里木北部发现二叠纪中酸性火成岩带，获得流纹岩40Ar/39Ar年龄约为278Ma，正长岩的K-Ar年龄约为287Ma，提出这些中酸性岩是二叠纪时中天山岛弧向塔里木盆地“A”型俯冲的结果，塔里木北缘在二叠纪期间应处于活动大陆边缘的岛弧环境(陈汉林等, 1998)；而后有学者综合了弧岩浆记录、蛇绿岩带、古地磁、古生物、高压-超高压变质记录和塔里木北缘晚古生代碳酸盐岩夹碎屑岩沉积建造等地质证据，提出塔里木北缘在石炭纪-二叠纪处于被动大陆边缘并不断向北漂移，至二叠纪末期-三叠纪中期才与中天山-伊犁地块对接，古亚洲洋就此闭合(Xiaoetal., 2008, 2009)；但也有学者认为晚石炭世塔里木克拉通北部就与中天山-伊犁地块碰撞，塔里木北缘在二叠纪期间处于造山期后的伸展构造背景(Hanetal., 2011)；近些年，随着塔里木二叠纪大火成岩省相关研究的开展，部分学者认为二叠纪时期塔里木盆地北缘处于陆内伸展环境，塔北大规模溢流玄武岩及中酸性岩石的形成与深部地幔柱作用有关(姜常义等, 2004; 余星, 2009; Tianetal., 2010; Yuetal., 2011; Liuetal., 2014, 2019; Chengetal., 2018)；最近还有学者在前人工作的基础上，重点开展了塔里木和天山地块西部地区330～360Ma的岩浆岩地球化学研究，并提出塔里木北缘在二叠纪时期处于地幔柱和造山运动两者相互作用的背景下(Hanetal., 2019)。

本次研究的早二叠世辉绿岩主要以岩墙和岩床的形式分别侵入到南华系和震旦系之中，既有亚碱性又有碱性系列，但未发现同期的酸性或中酸性的岩石组合。一般地，基性岩墙和岩床的侵入常与岩石圈构造伸展作用密切相关(Windley, 1995; 李献华等, 1997; 张家辉等, 2020)；此外，在Zr-Ti/100-Y×3和Zr-Zr/Y构造判别图解(图11)中，研究区早二叠世辉绿岩几乎全部落在D区(即为板内玄武岩区)或WPB(板内玄武岩区)区域，表明这些辉绿岩形成环境与板内玄武岩喷发构造环境相似。基于辉绿岩的野外产出特点和岩石特征，综合分析认为本文研究的早二叠世辉绿岩应形成于板内伸展构造环境，受控于大陆板块内部深部地质过程。

5.4 二叠纪基性岩浆侵入事件与塔里木大火成岩省的关系

前人对于塔里木大火成岩省的研究已经取得了许多重要的进展，基本厘定了塔里木大火成岩省多种岩石组合的发育特征与演化序列(余星等, 2009, 2017; Tianetal., 2010; Yuetal., 2011; Lietal., 2014, 2011, 2012a, b; 励音骐, 2013; 杨树锋等, 2014; Liuetal., 2014, 2019)。这些岩石组合大致可以分为早期形成的大陆溢流玄武岩及流纹岩和中晚期形成的镁铁-超镁铁质侵入岩(如辉石岩、辉长岩、辉绿岩)、中酸性岩(如正长岩、花岗岩、闪长岩、流纹岩等)。其中大陆溢流玄武岩可以分成Group1(柯坪)玄武岩和Group2(塔北)玄武岩：前者来源于富集岩石圈地幔，具有高的(87Sr/86Sr)i比值、负的εNd(t)值并且富集大离子亲石元素和高场强元素；后者系富集岩石圈地幔与地幔柱相互作用的产物，具有低的(87Sr/86Sr)i比值和相对较高的εNd(t)值，地化特征表现出更多的地幔柱信息(余星等, 2009, 2017; Yuetal., 2011; 杨树锋等, 2014)。早期形成的低Nb-Ta型流纹岩是由富集岩石圈地幔部分熔融形成基性岩浆后加热地壳诱发地壳重熔形成的，具有Nb-Ta负异常、低的εNd(t)和εHf(t)值、高的(87Sr/86Sr)i比值和δ18Ozircon值，显示大陆地壳属性；晚期形成的高Nb-Ta型流纹岩是镁铁质-超镁铁质岩浆结晶分异再经历地壳混染的产物，具有弱的Nb-Ta正异常、高的εNd(t)和εHf(t)值、低的(87Sr/86Sr)i比值以及与OIB特征相似的微量元素比值，显示地幔源区属性(Liuetal., 2014, 2019)。而中晚期形成的镁铁-超镁铁质侵入岩是地幔柱自身部分熔融形成，具有较低的(87Sr/86Sr)i比值和高的εNd(t)值，并且这些基性岩浆进一步演化分异形成了大量的中酸性岩及碱性岩(Lietal., 2014, 2011, 2012a, b; 励音骐, 2013; 余星等, 2017)。

根据多种岩石组合的成因分析结果，众多学者先后提出了多种塔里木二叠纪大火成岩省多阶段岩浆作用与演化模型(余星, 2009; Zhangetal., 2010; Weietal., 2014; Xuetal., 2014; 程志国, 2016; 邹思远, 2016; 余星等, 2017)。这些演化模型大致可以分成两类，即两阶段熔融模型和三阶段熔融模型。塔里木大火成岩省两阶段熔融模型认为大火成岩省主要由两个岩浆作用阶段组成，即第一阶段(～290Ma)由高热地幔柱加热下的富集岩石圈部分熔融产生Group1(柯坪)玄武岩，而后上涌的地幔柱沿着岩石圈底部侧向流动至厚度较薄的部位发生小规模部分熔融，并与岩石圈地幔熔融的产物发生混合作用形成Group2(塔北)玄武岩；到了第二阶段(～280Ma)，是由地幔柱自身部分熔融产生超基性-基性侵入岩以及中酸性岩石(余星等, 2009, 2017; Zhangetal., 2010; Lietal., 2011, 2012b)。而三阶段熔融模型认为第一阶段岩浆作用(～300Ma)是地幔柱引起已被交代的岩石圈地幔部分熔融从而形成金伯利岩，第二阶段岩浆作用(～290Ma)是岩石圈地幔部分熔融形成的岩浆与地幔柱部分熔融形成的岩浆混合后产生大规模的大陆溢流玄武岩，第三阶段岩浆作用(～280Ma)主要为地幔柱部分熔融形成了基性-超基性侵入岩以及中酸性侵入岩(Xuetal., 2014; Weietal., 2014; 程志国, 2016; Chengetal., 2015)。但上述这两类演化模型并不矛盾，只不过后者将金伯利岩视为塔里木大火成岩省最早期岩浆作用的产物，并且认为塔里木岩石圈地幔在古生代时期受到了洋壳的俯冲交代(Xuetal., 2014; Weietal., 2014; 程志国, 2016; Chengetal., 2015; 王振朝, 2019)。

本文研究的阿克苏-乌什地区前寒武系中的辉绿岩侵位时代大致为290Ma，岩石地球化学特征表明辉绿岩岩床具有与洋岛玄武岩(OIB)相似的稀土及微量元素配分模式，形成于板内构造背景；Sr-Nd-Pb同位素结果和区域上同时期基性岩的研究成果表明，它们来源于碳酸盐化的富集型岩石圈地幔部分熔融。而同期同样形成于板内构造环境的辉绿岩岩墙具有Nb-Ta负异常的地球化学特征，其很有可能继承自曾被俯冲相关流体/熔体交代的岩石圈地幔源区。辉绿岩岩床的形成时代、岩浆源区和演化特征、构造背景均与塔里木大火成岩省早期喷出的Group1(柯坪)玄武岩十分相似，二者在空间发育上也相互毗邻(图1a)，因此这些辉绿岩侵入体应属于塔里木二叠纪大火成岩省早期基性岩浆的一部分。

根据本次研究结果，再结合前人研究，认为塔里木西北缘阿克苏地区前寒武系中大量的侵入型辉绿岩岩床和岩墙是塔里木大火成岩省第二阶段岩浆作用的重要组成部分，并对塔里木二叠纪大火成岩省的岩浆活动序列完善如下：

第一阶段(～300Ma)，地幔柱向上侵位至塔里木克拉通并交代岩石圈地幔使其碳酸盐化，加热岩石圈地幔使其易熔组分如碳酸盐矿物发生熔融形成金伯利岩质岩浆并最终生成金伯利岩(图12a)。

图12 塔里木大火成岩省的岩浆演化模型(据Liu et al., 2019修改)

第二阶段(～290Ma)，高温地幔柱持续加热富集岩石圈地幔，使其发生部分熔融形成Group1(柯坪)玄武岩以及阿克苏辉绿岩岩床和岩墙，这两类岩石都具有高的(87Sr/86Sr)i比值、负的εNd(t)值并且富集大离子亲石元素。而后因为岩石圈存在厚度差异，地幔柱会沿着岩石圈底部侧向流动至厚度较薄的区域，而且自身会发生局部小规模部分熔融，并与岩石圈地幔熔融的产物发生混合作用形成Group2(塔北)玄武岩，这类玄武岩相较于前面两者具有低的(87Sr/86Sr)i比值和高的εNd(t)值，是地幔柱和岩石圈地幔相互作用的产物(图12b)。

第三阶段(～270Ma)，由于第二阶段大规模溢流玄武岩的喷发，为地幔柱进一步上侵提供了更大的空间，也造成了地幔柱在绝热减压的条件下自身发生部分熔融，形成具有亏损地幔属性的基性-超基性侵入岩以及由基性岩浆演化而来的酸性碱性岩，并且地幔柱减压熔融形成基性岩浆向上侵位时可能在一定程度上加热了塔里木北缘地壳中的碳酸盐储库，使其部分熔融形成阿克苏壳源碳酸岩(程小鑫等, 2021)(图12c)。

6 结论

本文对塔里木西北缘阿克苏-乌什地区侵入南华系的辉绿岩岩墙和侵入下震旦统的辉绿岩岩床开展了详细的岩石学、年代学和地球化学等研究，取得了如下认识：

(1)在塔里木西北缘阿克苏地区南华系和震旦系识别的基性侵入岩有岩墙和岩床两种类型。侵入岩与围岩之间均显示出典型的侵入接触关系，包括岩体内部结晶粗、边部结晶细的淬冷边结构、岩床顶底面显著的切层以及局部包裹围岩团块等现象；显微镜下，辉绿岩主要表现为典型的辉绿结构和嵌晶含长结构。锆石U-Pb年代学研究表明，辉绿岩岩床和岩墙发育时代可能十分接近，均大约为290Ma，与塔里木二叠纪大火成岩省的玄武岩喷发时代相当。

(2)岩石地球化学特征表明，辉绿岩岩床属于具有与洋岛玄武岩(OIB)相似的稀土及微量元素配分模式，Pb同位素表明其源区属于EMⅠ富集型地幔，它们来源于碳酸盐化的富集型岩石圈地幔部分熔融；而同期共生的辉绿岩岩墙Nb-Ta负异常的地球化学特征是继承自曾被俯冲相关流体/熔体交代的岩石圈地幔源区。

(3)塔里木西北缘阿克苏地区前寒武系中的辉绿岩岩床和岩墙，其形成时代、岩浆源区和演化特征、构造背景均与塔里木大火成岩省岩石相似，同时两者在空间发育上毗邻，因此认为这些基性侵入岩应是塔里木二叠纪大火成岩省早期岩浆活动的重要组成部分。

致谢浙江大学地球科学学院杨少梅、李春阳、严佳凯等研究生在野外工作中提供了帮助；浙江大学地球科学学院郝艳涛副教授、邱素文老师和刘艳老师在锆石U-Pb测年和地球化学分析方面提供了帮助；广州澳实分析检测有限公司以及武汉上谱分析科技有限责任公司在样品处理及全岩和同位素分析测试方面提供了帮助；南京大学葛荣峰教授、一名匿名审稿人和俞良军副主编对本文进行细致而全面的评审，并提出了许多重要的修改意见和建议，极大提升了本文的质量。在此，对上述个人和单位表示由衷的感谢！