阿尔金山喀拉大湾地区早古生代火山岩岩石学特征、U-Pb年龄及构造环境特征

摘" "要：阿尔金山喀拉大湾地区出露一套海相火山岩，据火山岩组构特点及岩性组合划分出6个喷发韵律、3个喷发亚旋回、1个火山喷发旋回。通过对铅锌赋矿层顶底板晶屑凝灰岩进行锆石U-Pb测年，获得年龄为487.9～489.8 Ma，时代为晚寒武—早奥陶世。与铅锌矿有关的火山岩主要为钙碱性高钾英安岩、流纹岩类火山岩， 岩石地球化学具Nb，Ta，Sr，Hf，Y相对亏损和Ba，Th，Zr，U相对富集及形成于俯冲带环境的钙碱性火山岩微量元素地球化学特征，即轻稀土富集，Eu极度亏损。结合前人研究成果，认为大地构造环境属拉张弧后盆地。

关键词：阿尔金山；锆石U-Pb测年；火山岩；岩石地球化学特征；构造环境

阿尔金山喀拉大湾研究区纵跨阿尔金北缘陆块、红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带和阿中地块3个Ⅲ级构造单元（图1）。红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带内的海相火山岩-碎屑岩夹碳酸盐岩建造为区域铅锌矿、铁矿的主要赋矿层[1-2]。20世纪完成的1∶20万索尔库里幅区调成果将区内火山岩定为震旦系，与相邻俄博梁幅地层划分相差较大，地层清理时改为元古界。陈宣华等运用锆石U-Pb稀释法对该区中酸性侵入岩进行测年，认为区域内岩浆活动发生于早古生代[3]。本文对研究区铅锌矿体顶底板中酸性火山岩开展锆石SHRIMP测年，获得年龄为487.9～489.8 Ma，为铅锌矿成矿时代的确定提供了依据。

１" 地质构造背景

研究区位于阿尔金北缘构造断裂带与红柳沟-拉配泉断裂带间，早古生代经历裂陷海槽-岛弧-碰撞造山演化过程[4]。寒武纪处于大洋阶段，早奥陶世大洋扩张仍未结束。早奥陶世末期，洋壳向南侧的阿中地块北部大陆边缘之下俯冲消减，随洋壳向南俯冲，在阿中地块前缘形成由北向南的俯冲带，并在上盘形成岛弧型基性火山岩浆喷发和闪长岩、石英闪长岩侵入活动。随着俯冲带的加深，岩浆逐渐向中酸性-碱性转化，形成从基性-中酸性-碱性岛弧火山岩增生[5-10]。志留纪末期敦煌地块南部被动大陆边缘与阿中地块北部活动大陆边缘（岛弧）相遇，形成挤压造山。区内除发育“S”型英云闪长岩外，还发育大量志留纪“S-I”过渡型碰撞型中酸性侵入岩类。敦煌地块南部陆缘和海沟沉积被后期构造作用改造，长城系和蓟县系变质岩被卷入岛弧北部蛇绿混杂岩带中，构成红柳沟-拉配泉构造蛇绿混杂岩带。

2" 火山岩特征

研究区火山岩受区域断裂系控制，呈近EW向带状展布；与含化石的海相地层共生，为典型海相火山岩系；与相应深成岩共生，具岛弧火山-岩浆建造特征；具不同程度蚀变作用；区域上属红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带中东段组成部分。空间上以阿尔金北缘断裂、红柳沟拉配泉断裂为界，将区内火山岩划分为3段：①自北向南分别为阿克达坂组第五岩性段内的中酸性-中基性火山熔岩夹火山碎屑岩；②第一岩性段至第四岩性段内的中酸性火山碎屑岩夹火山熔岩；③碎屑岩和拉配泉组下段内的基性火山熔岩（图1）[7-12]。

综合阿克达坂组内火山岩组构及组合特点，大致将阿克达坂组火山岩划分出1个火山喷发旋回、3个喷发亚旋回、6个喷发韵律（表1）[8，12]。喷出韵律自下至上为喷发相至喷溢相或沉积相，属单向正韵律模式。第一个喷出韵律喷发相由英安质晶屑凝灰岩构成，喷溢相由流纹岩构成，沉积相为灰岩；第二个喷出韵律喷发相由安山质晶屑凝灰岩构成，沉积相由粉砂岩和灰岩构成；第三个喷出韵律喷发相由安山质凝灰岩构成，喷溢相由流纹岩构成；第四个喷出韵律喷发相由安山质晶屑凝灰岩构成，喷溢相由流纹岩构成，沉积相由灰岩、砂屑灰岩构成；第五个喷出韵律喷发相由英安质含角砾熔岩构成，喷溢相由流纹岩、英安岩构成；第六个喷出韵律喷发沉积相由凝灰岩、灰岩和安山质晶屑凝灰岩构成，喷溢相由玄武岩构成。

3" 分析结果

3.1" 锆石U-Pb年龄

2件火山岩锆石测年样品分别采自第四岩性段铅锌矿层顶底板内，岩性为晶屑凝灰岩（PI-27和PI-26）。用于U-Pb年龄测试的锆石挑选由廊坊诚信地质服务有限公司完成。将原岩碎至约100 μm，先由重液和磁法分选，后在双目境下人工挑选出。

在电子显微镜下拍摄锆石阴极发光图像（CL），与锆石U-Pb同位素激光剥蚀熔融等离子质谱分析（LA-ICP-MS）及锆石微量元素分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成。激光剥蚀使用德国相干公司（Coherent）准分子激光器COMPexPro102，质谱分析使用Agilent ICP-MS7500ce电感耦合等离子质谱仪。激光束斑32 μm，剥蚀深度30～40 μm，能量密度20 J/cm2，频率5 Hz，采用He气将激光剥蚀物质带入等离子质谱仪。采用标准玻璃样品NIST进行仪器优化，91 500标准锆石做外部校正，U，Th，Pb含量由内标29Si与外标NIST610校准。采集信号前先用激光剥蚀3 s去除表面可能存在的污染，进行15 s空白信号采集和75 s激光剥蚀。年龄数据处理采用GLITTER4.4软件，普通铅校正参考，后期采用Isoplot（ver3.0）进行年龄计算和U-Pb谐和图绘制。

2件样品锆石特征相似，晶体较小，长50～90 μm，宽35～60 μm，长宽比为1.2∶1～1.8∶1，锆石自形较好，呈中等柱状，振荡环带较明显，属岩浆成因。PI-26号样品共测试23个点（图2，表2），得出206Pb/238U加权平均年龄为（487.9±3.6）Ma，MSWD=3.8。在U-Pb年龄谐和图上分布在谐和线附近，具良好的谐和性（图2）。PI-27号样品共测试25个点（图3，表3），206Pb/238U加权平均年龄为（489.8±3.9） Ma，MSWD=4.2（图3），与样品PI-26结果基本一致。在U-Pb年龄谐和图上分布在谐和线附近，表现出良好的谐和性。

3.2" 主量元素特征

该地区铅锌矿主要与中-酸性火山岩关系密切，岩石化学以选择中-酸性火山岩及火山凝灰岩为主。样品采自喀拉大湾铜多金属矿区3号坑道、7号坑道口、15-47线剖面、PI号地质剖面、XDHⅢ号地化剖面，共8件。岩石地球化学分析由国家地质实验测试中心完成，分析结果见表4～表6。

火山岩样品主量元素数据见表4。SiO2含量61.66%～76.99%，平均71.14%；TiO2含量0.15%～1.19%，平均0.43%；MgO含量0.3%～3.31%，平均1.28%；Al2O3含量浮动较大，较高者为15.21%，低者为11.03%，平均12.69%；K2O含量0.1%～5.45%，平均2.67%；（K2O+Na2O）含量4.10%～8.45%，平均6.37%。结合野外、镜下观察及主量元素特征，初步推断该组火山岩以酸性火山岩为主，主要为钙碱性高钾英安岩、流纹岩类火山岩。

3.3" 微量元素地球化学特征

喀拉大湾地区火山岩微量元素分析数据见表5。微量元素分析显示，Rb含量3.71×10-6～153×10-6，平均75.55×10-6。其他元素分布模式较一致（图4），具Nb，Ta，Sr，Hf，Y相对亏损和Ba，Th，Zr，U相对富集特征，微量元素显示具俯冲带环境钙碱性火山岩地球化学特征。Pb，Zr，Hf元素富集反映陆壳物质对岩浆源区影响作用增强，陆壳强烈富集Pb。

3.4" 稀土元素地球化学特征

喀拉大湾地区火山岩类稀土元素分析数据见表6。样品稀土总量高，为141.38×10-6～333.73×10-6，平均266.90×10-6；轻重稀土比值变化大，∑LREE/∑HREE介于1.46～7.44，平均5.05，LaN/YbN为1.28～7.42，平均4.77，反映轻重稀土分异较弱。样品H365-12具极强轻重稀土分异，H365-10轻重稀土分异最弱。δEu为0.46～0.93，平均0.62，La/Sm为1.94～3.67，平均2.98；δCe为0.91～1.08，平均1.00。研究区8个酸性火山岩稀土元素球粒陨石分布图中，除H365-1样品未出现Eu异常且稀土元素有漂移外，其他7个样品分布趋势均一致，呈一致的Eu负异常，曲线呈轻稀土弱富集右倾斜“V”型（图5），H365-1出现上述结果，推测是硅化现象导致[11]。

4" 讨论

4.1" 火山岩时代

本次在火山岩中测得约490 Ma的锆石U-Pb年龄。天津地矿所在调查区东部拉配泉岩群火山岩组中变流纹英安岩进行SHARMP年龄测试，获得（503±14） Ma的锆石U-Pb同位素年龄，代表流纹英安岩成岩时代。对拉配泉东粗安岩采用TIMS法进行U-Pb同位素年龄测试获得（466.2±1.5） Ma，对原样进行SHARMP年龄测试获得（494±23） Ma的锆石U-Pb年龄。因此，阿克达坂岩组火山岩形成年龄下限为晚寒武世，上限年龄为早奥陶世。

4.2" 构造环境分析

研究区中酸性火山岩岩石类型主要为英安岩、流纹岩类，分布面积较广，与铅锌矿关系密切。地球化学特征表明，该套中酸性火山岩属钙碱性系列，表现出轻稀土富集，重稀土趋于平坦的右陡倾型式，Eu负异常。具较明显的Nb，Ta，Sr，Hf，Y相对亏损和Ba，Th，Zr，U相对富集，微量元素显示具俯冲带环境钙碱性火山岩地球化学特征，说明该套中酸性火山岩具火山弧特征。据（Y+Nb）-Rb和（Yb+Ta）-Rb图解（图6），本区8个中酸性火山岩样品均落入WPG（板内）区域，整体构造环境属板内性质，可能形成于大洋俯冲带靠近岛弧-侧偏板内的大地构造环境[11-12]。

5" 结论

阿尔金山喀拉大湾地区被阿尔金北缘断裂和红柳沟-拉配泉断裂所夹持，多位于红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带内。本文运用锆石SHRIMP U-Pb方法对区内海相火山岩中的中酸性火山岩进行测年，获得487.9～489.8 Ma的年龄，据岩石化学特征认为大地构造环境属弧后拉张盆地。

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Petrological Characteristics， U-Pb Age and Tectonic Environment Characteristics of the Early Paleozoic Volcanic Rocks in the Kaladawan Area of the Altun Mountains

Liu Bing1， Wang Lei2， Liu Wei1， Chen Wei1

（1.The First Geological Survey Party，Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development，

Urumqi，Xinjiang，830013，China;2.The 7th Geological Brigade of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral

Resources，Wusu，Xinjiang，833000，China）

Abstract： A set of marine volcanic rocks are exposed in the Kaladawan area of Altun Mountain. Based on the volcanic rocks' structural characteristics and lithological associations， they are divided into six eruption rhythms， three eruption sub-cycles， and one volcanic eruption cycle. By conducting zircon U-Pb dating on the crystal tuff at the top and bottom of the Pb-Zn Ore bearing stratum， an age of 487.9-489.8 Ma formed during the Late Cambrian-Early Ordovician （∈3-O1） was obtained. The volcanic rocks related to the Pb-Zn deposit are mainly the high potassium calc alkali dacite， rhyolite， etc. It has apparent relative depletion of Nb， Ta， Sr， Hf， Y， and relative enrichment of Ba， Th， Zr， and U， and has trace element geochemical characteristics of calc-alkaline volcanic rocks formed in subduction zone environments characterized by light rare earth enrichment and extreme Eu depletion. Combined with previous research results， we speculate that the tectonic environment belongs to the spreading back-arc basin.

Key words： Zircon U-Pb age; Volcanic rocks; Geochemical characteristics; Tectonic Environment; Altun tagh