西准噶尔阿尔木强地区奥陶纪布鲁克其组火山岩地质特征和锆石U-Pb年代学及构造意义

邸晓辰 杨晨

摘   要：新疆西准噶尔阿尔木强地区发育有较丰富的古生代火山岩序列，对构建该地区古生代构造演化格局具重要科学意义。布鲁克其组火山岩主要为一套中基性火山岩，据LA-ICP-MS锆石原位U-Pb测年结果，锆石U-Pb年龄为（468±49） Ma，时代为中奥陶世。地球化学特征表明，布鲁克其组火山岩富集大离子亲石元素Ba，U，相对亏损Nb，Ta等元素，具富铝特征，属钙碱性系列岩石。该组火山岩轻稀土相对富集、重稀土相对平坦，与俯冲带火山岩富铝特征一致，具典型岛弧火山岩特征，总体构造背景与俯冲造山作用有关。

关键词：西准噶尔;布鲁克其组;中奥陶世;地球化学;锆石U-Pb年龄

西准噶尔阿尔木强地区布鲁克其组火山岩位于新疆准噶尔盆地西北缘沙尔布尔提山西段，准噶尔西北缘，地处西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块交汇处，为中亚造山带关键部位[1-2]。研究区构造位置处于准噶尔弧盆系、谢米斯台-库兰卡兹干古生代复合岛弧带内[3]。本文选取区域内奥陶纪布鲁克其组火山岩为研究对象，通过收集资料、野外实际工作，对布鲁克其组火山岩岩石学、同位素地质年代学、岩石地球化学进行研究，对该组形成环境及物质来源进行总结，对大地构造环境进行探讨，为进一步研究该地区构造演化提供科学证据。

1  地质背景

研究区位于准噶尔弧盆系、谢米斯台-库兰卡兹干古生代复合岛弧带内，属北准噶尔地层分区额敏-伊吾地层小区[4]。区内火山作用强烈，火山岩主要发育于古生代地层中。奥陶纪主要为布鲁克其组中基性熔岩-火山角砾岩-火山碎屑岩组合。该组火山岩地表呈似层状产出，出露宽4～10 km，长约8 km，呈团块状产出，空间形态呈“L”型（图1）。岩体分上下两段，二者间呈断层或整合接触关系，下段为一套火山碎屑岩夹熔岩组合，上段为一套中基性火山岩、火山角砾岩夹火山碎屑岩组合，与其密切共生的有火山集块岩、凝灰岩、含角砾凝灰熔岩等，阿尔木强铜矿就产出于该套地层中[5]。布鲁克其组南部与下二叠统卡拉岗组呈断层接触，北部被文洛克统（中志留统）沙尔布尔组不整合覆盖，野外基岩出露良好，断层和褶皱较发育。

2  岩石学特征

布鲁克其组火山岩岩性较复杂，地表主要为灰褐色安山玢岩、安山岩、安山质火山角砾岩、火山集块岩等，沉积夹层中可见青灰色砂砾岩、凝灰质砂岩、豹皮灰岩等（图2-a～d），主要岩性岩石学特征如下：

安山玢岩  斑状结构，块状构造。地表岩石风化破碎严重，节理不发育，硅化较发育，岩石风化面呈灰褐色。斑晶主要为斜长石和少量角闪石，斜长石呈灰白色半自形，粒径0.4～20 mm，含量约15%，角闪石，呈长柱状，灰绿色，含量约3%。少量斜长石钾化，呈灰红色。

青灰色安山岩  呈灰色，斑晶为自形和半自形板状中长石，含量20%，中长石微显环带结构，长石表面有次生细粒绿帘石。基质为细板条状中长石，定向分布，组成交织结构，含量43%。长石间有玻璃质，含量25%，玻璃质脱玻蚀变为绿泥石和少量方解石。玻璃质间有半自形粒状磁铁矿，含量6%。岩石中杏仁构造为不规则圆形和椭圆形，杏仁构造由绿泥石和方解石充填。沿岩石裂隙有方解石脉，脉宽0.1 mm。

安山质火山角砾岩  由安山岩组成，具斑状结构，基质具交织结构，少量碳酸盐化。角砾间有安山岩岩屑及方解石。方解石呈脉状充填于角砾间，方解石为火山热液充填。

英安质晶屑玻屑凝灰岩  浅灰绿色蚀变英安岩质晶屑玻屑凝灰岩，蚀变晶屑玻屑凝灰结构，块状构造，巖石由碎屑、胶结物组成。碎屑主要由玻屑组成，少量晶屑、岩屑。岩屑由安山岩组成，具强高岭土化。晶屑主要由斜长石组成，具高岭土化，少量暗色矿物晶屑，具强暗化。从外形看为角闪石。玻屑呈长条状、弓状、弧面棱角状，已脱玻蚀变，由隐晶长英质组成。胶结物火山灰已蚀变，由绿泥石组成。

青灰色砂砾岩  砂砾结构，块状构造。地表岩石风化破碎严重，节理不发育，岩石风化面呈灰褐色，砾石成分较复杂，主要为安山岩、安山玢岩和凝灰岩，粒径5～8 cm。岩石为钙质胶结，含有长石和石英等粗砂粒。

3  制样及分析方法

用于LA-ICP-MS（激光剥蚀电感耦合等离子体质谱）锆石U-Pb测年样品为阿尔木强地区曼吉一带布鲁克其组组安山岩。野外采集6件样品进行全岩分析，选取新鲜安山岩样品进行锆石U-Pb测年。采样位置为区内新鲜基岩露头，采集的样品避开区内接触带、蚀变带及断裂构造破碎带，所采样品受蚀变作用程度较低，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。LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年在西安地质调查中心实验测试中心完成，主量元素分析在新疆地质矿产开发局中心实验室采用X射线荧光光谱仪（XRF）进行测定，稀土和微量元素在新疆地质矿产开发局中心实验室采用等离子体质谱仪进行测定。具体仪器参数、样品制备方法、分析流程及数据处理方法参考实验室官方文献。

4  岩石地球化学特征

4.1  主量元素地球化学特征

研究区布鲁克其组火山岩中共采集6件全岩分析样品，分析结果见表1。CIPW标准矿物成份见表2。

布鲁克其组火山岩SiO2含量51.68%～53.5%，平均52.85%， Al2O3含量14.48%～17.85%，平均16.72%。

全碱（K2O+Na2O）含量较高，为3.9%～6.46%，平均5.01%，高于N-MORB的2.51%。TiO2含量偏低，为0.62%～1.07%，平均0.89。MORB平均1.5%、洋岛碱性玄武岩值TiO2=2.63%，大陆溢流玄武岩值TiO2=1%[5]。MgO含量较低，为1.82%～3.01%，平均2.27%，反映岩浆经一定的结晶分异作用。CaO含量6.54%～10.63%，平均8.49%。P2O5含量较低，为0.14%～0.34%，平均0.21%。与同类岩石相比，布鲁克其组Al2O3、CaO和全碱含量偏高，TiO2含量偏低，其他含量略低或相当，反映该组火山岩在火山活动各阶段岩石成分的演化特征。在K2O-SiO2判别图中（图3），布鲁克其组火山岩6件样品均落于钙碱性-低钾（拉斑）岩石系列区域。Al2O3含量14.48%～17.85%，说明该组岩石富铝，与俯冲带火山岩富铝特征一致[6]。火山岩TAS图解中（图3），样品均落入S2区域（玄武质粗面安山岩区），与K2O-SiO2图解结果基本吻合。

4.2  微量元素和稀土元素地球化学特征

布鲁克其组火山岩微量元素丰度值见表3，稀土元素含量值见表4。

在原始地幔标准化蛛网图上（图4-a），所有样品相对富集大离子亲石元素Ba，U等，相对亏损Nb，Ta。样品La/Nb比值为1.97～6.2，Ba/La比值为11.84～45.51，与N-MORB相比明显偏高，指示其地幔源区受到流体影响，显示俯冲带火山典型特征[6]。

布鲁克其组火山岩稀土总量∑REE为52.42×10-6～76.92×10-6，∑LREE为36.30×10-6～62.90×10-6，∑HREE

为12.25×10-6～20.22×10-6，w（LREE）/w（HREE）=2.25～5.13，（La/Yb）N比值变化为1.97～6.20，表明轻重稀土间分异明显[7]。稀土元素分布型式表现为轻稀土相对富集、重稀土相对平坦的右倾斜式。其相似斜率和近于平行的曲线特征，表明本组样品属同源岩浆演化形成的火山岩（图4-b）[8]。

5  年代学特征

5.1  LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄

LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年时，为避免锆石内部裂隙及包裹体影响，选择锆石晶形较好，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，表明为典型岩浆锆石[9]。样品中分选出的安山岩锆石呈长柱状，晶形自形至半自形，晶面整洁光滑，无裂纹。晶体长100～200 μm，宽50～70 μm，长宽比为2∶1～3∶1。阴极发光图像为典型岩浆振荡环带和明暗相间的条带结构（图5），属岩浆结晶产物。测得年龄为（468±49） Ma（LA-ICP-MS）（图5，表5），时代为中奥陶世。

5.2  古生物学特征

布鲁克其组沉积岩夹层中发现少量腹足类、腕足类和三叶虫化石（图6）。其中17JS-HS-23-1号样品，经鉴定为三叶虫Remopleurides qilangensis Zhang（其浪浆肋虫），时代为中奥陶世;Dinorthis cf.flabellulum Sowerby（扇形恐正形贝（相似种）），时代为奥陶纪;17JS-HS-23-2号样品，经鉴定为腕足类Orthis sp.（正形贝（相似种）），时代为奥陶纪;17JS-HS-24-1号样品，经鉴定为腕足类Lingulella sp.（小舌形贝（未定种）），时代为寒武—奥陶纪;17JS-HS-24-2号样品，经鉴定为腹足类Maclurites basitawuensis Qiao（巴斯塔乌马氏螺），时代为中奥陶世。据1∶20万托斯特幅（L-45-Ⅸ）报告成果，布鲁克其组灰岩夹层中发现三叶虫Remopleusrides、Sphaerexochus sp.、Illaenus sp.，珊瑚Primitiphyllum？sp.，腕足类Plectocamara sp.、Parallelelasma？ sp.、Plectambonites？ sp.，上述化石是我国或国外中晚奥陶世常见分子，珊瑚化石是中晚奥陶世常见属，腕足类化石是国外中奥陶世常见属[10]。

综上所述，本次工作所采集的有鉴定意义的宏体化石，指示该组时代为奥陶纪，以中—晚奥陶世为主。据本次调查获得的岩石组合、沉积环境、层序特征和同位素年龄值，认为该套地层时代为中奥陶世。

6  构造环境分析

阿尔木强地区布鲁克其组岩石组合主要为一套中基性火山岩、火山角砾岩夹火山碎屑岩组合，岩性主要为安山玢岩、安山岩、安山质火山角砾岩、砂岩、砂砾岩、灰岩等。岩石地球化学分析结果表明，布鲁克其组火山岩样品为碱性-亚碱性系列。轻重稀土分异较明显，相对富集大离子亲石元素Ba，U等，相对亏损Nb，Ta。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[11]。在玄武岩TFe/MgO-TiO2成因图解中（图7），样品均落在IAT区域（岛弧拉斑玄武岩区）;在Ta/Hf-Th/Hf图解中（图7），样品均落在陆缘岛弧与大洋岛弧玄武岩区。结合主微量元素分布特征，我们认为构造环境为火山岛弧海环境。

该组岩性组合上部主要为安山玢岩、安山岩、凝灰岩、火山角砾岩、集块岩夹陆源碎屑岩，下部为火山碎屑岩夹熔岩组合，主要为一套浅海相火山碎屑岩组合，主要是凝灰质杂砂岩、钙质砂岩，碎屑粒度较粗，分选性较差，磨圆度差，表明为快速堆积形成。该组局部夹有豹皮灰岩，含少量腕足类、双壳类化石，所采集化石门类主要为底栖生物，生活环境为浅海，指示该组沉积环境为水动力变化不大的滨-浅海环境。该段从底到顶，岩石颜色由深变浅，说明沉积环境由还原到氧化，海水由深到浅。推测该组沉积环境应为滨-浅海相，为海退型沉积。岩石岩性特征显示，火山活动具增强趋势，受加里东构造运动影响，岛弧活动逐渐增强[12。

综上所述，研究区出露的布鲁克其组火山岩以碱性-亚碱性系列为主，相对富集大离子亲石元素Ba，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，认为布鲁克其组火山岩形成于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[13]。

7  结论

（1） 布鲁克其组火山巖主要为一套中基性熔岩、火山角砾岩夹火山碎屑岩组合，岩性以火山熔岩为主，次为火山碎屑岩，主要为安山玢岩、安山岩、安山质火山角砾岩、火山集块岩等。岩石地球化学特征表明，该组火山岩具富铝特征，属钙碱性-亚碱性系列岩石，富集轻稀土和大离子亲石元素Ba，U，亏损高场强元素Nb，Ta。

（2） 通过LA-ICP-MS锆石原位U-Pb测年结果，结合古生物化石成果，西准噶尔阿尔木强地区布鲁克其组火山岩形成时间为（468±49） Ma，时代为中奥陶世。

（3） 研究區位于位于洪古勒楞-阿尔曼太早古生代沟弧带、谢米斯台-库兰卡兹干古生代复合岛弧带聚合部位，地质构造复杂。通过对布鲁克其组岩石地质特征分析，该组岩石分上下两段，下段为一套火山碎屑岩，上段为一套中基性熔岩、火山角砾岩夹火山碎屑岩组合，上下两段为断层或整合接触关系，结合区域构造演化，推测中奥陶世早期西准噶尔洋向北俯冲，使谢米斯台山进一步抬升，物源较近，快速堆积，海水逐步变浅，期间有含生物化石的灰岩形成，至中奥陶世晚期，该地区发生火山喷发作用形成火山岩。

致谢：中国地质大学（武汉）龚一鸣教授、纵瑞文副教授、俎波副教授仔细阅读了文稿并提出建设性修改意见及建议，特此表示感谢！感谢新疆维吾尔自治区地质调查院的同事，感谢你们在论文写作过程中给予的关心和无私帮助。

参考文献

[1]    蔡士赐.新疆维吾尔自治区岩石地层[M].新疆维吾尔自治区地质矿产局，1999.

[2]    陈哲夫.新疆维吾尔自治区区域地质志[M].新疆维吾尔自治区地质矿产局，1993.

[3]    黄汲清，任纪舜，姜春发，等.中国大地构造及其演化[M].北京：科学出版社，1980.

[4]    新疆维吾尔自治区域地层表编写组（CGRST）.西北地区区域地层表新疆维维吾尔自治区分册[M].北京：地质出版社，1981，1-496.

[5]    孟磊，申萍，沈远超，等. 新疆谢米斯台地区中段火山岩岩石学、地球化学及其含矿性研究[C].中国科学院地质与地球物理研究所第十届论文集，2010，1496-1508.

[6]    邓晋福，刘翠.关于火成岩常用图解的正确使用：讨论与建议[J].地质评论，2015，61（4）：718-732.

[7]    王中刚，于学远，赵振华，等.稀土元素地球化学[M].北京：科学出   版社，1989.

[8]    赵振华.稀土元素地球化学研究方法[J].地质地球化学，1982，（1）：26-33.

[9]    吴元保，郑永飞.锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J].科学通报，2004，49（16）：1589-1604

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

[11]  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.

[12]  冯益民. 新疆北部及其邻区构造格局的变迁史[J].西北地质科学，1989， （1）： 115-126.

[13]  尹继元， 袁超，王毓婧，等.新疆西准噶尔晚古生代大地构造演化的岩浆活动记录[J].大地构造与成矿学， 2011，35（2）：278-291.

Geological Characteristics and Zircon U-Pb Chronology of Volcanic Rocks of Ordovician Bulukeqi Formation and Its Tectonic Significance in Almuqiang Area， West Junggar

Di Xiaochen， Yang Chen

（Xinjiang Geological Survey Institute， Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract： Paleozoic volcanic piles are well developed in the Almuqiang area of West Junggar， which are of great significance for reconstructing the tectonic framework and geodynamic evolution in the Paleozoic. The volcanic rocks of the Bulukeqi Formation mainly consist of a set of intermediate to basic volcanic lavas. LA-ICP-MS in situ zircon U-Pb dating results reveal that they are formed in the Middle Ordovician， with zircon age at 468 ± 49 Ma. The volcanic rocks are enriched in aluminum and belong to the calc-alkaine series with remarked enriched large ion lithosphile elements （such as Ba and U） and depleted HFSE elements， including Nb and Ta. The relatively enriched LREE and flat HREE patterns are consistent with aluminum rich characteristics of volcanic rocks in subduction zone， which are typical of those volcanic rocks in continental arcs. The overall tectonic setting is related to subduction orogeny.

Key words：West Junggar; Bulukeqi Formation; Middle Ordovician; Geochemistry; Zircon U-Pb age