尹繼元 ,陳 文袁 超,肖文交 ,龍曉平,蔡克大

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所,同位素?zé)崮甏鷮W(xué)實(shí)驗(yàn)室,大陸構(gòu)造與動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100037;2.中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所,巖石圈演化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100029;3.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所,礦床地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,貴州 貴陽(yáng) 550002;4.中國(guó)科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所,同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510640;5.中國(guó)科學(xué)院 青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心,北京 100101;6.中國(guó)科學(xué)院 新疆礦產(chǎn)資源研究中心,新疆 烏魯木齊 830011)

中亞造山帶是世界上最大的增生型造山帶之一,發(fā)生了強(qiáng)烈的殼幔相互作用,保存從中元古代至中生代古亞洲洋形成和演化的關(guān)鍵信息(Seng?r et al.,1993;Windley et al.,2007)。它是由不同時(shí)期的島弧、蛇綠巖、洋島、海山、增生楔、洋底高原和微陸塊等地體增生造山而成(Yakubchuk,2004;Xiao et al.,2008)。西準(zhǔn)噶爾位于西伯利亞、哈薩克斯坦和塔里木三個(gè)大陸板塊的交接處,是中亞造山帶的一個(gè)重要組成部分(Jahn et al.,2004),大量發(fā)育有古生代巖漿巖(Chen and Jahn,2004;韓寶福等,2006;Geng et al.,2009;Chen et al.,2010;Yin et al.,2010,2013;尹繼元等,2013a)。前人對(duì)西準(zhǔn)噶爾地區(qū)巖漿巖的研究集中于蛇綠巖、花崗巖和中-基性巖墻等(Tang et al.,2010,2012a,2012b,2012c;尹繼元等,2012,2013a,2013b;Yin et al.,2015a,2015b;Yang et al.,2012,2014a;Liu et al.,2014)。對(duì)西準(zhǔn)噶爾南部早石炭世火山巖和西準(zhǔn)噶爾北部的晚志留-早泥盆世火山巖也有一定的研究(Geng et al.,2011;Shen et al.,2013;王金榮等,2013;王章棋等,2014;Yang et al.,2014b)。而對(duì)西準(zhǔn)噶爾北部早石炭世火山則關(guān)注較少。另外,西準(zhǔn)噶爾地區(qū)早石炭世的構(gòu)造背景仍然存在較大爭(zhēng)議,如:島弧環(huán)境(Geng et al.,2011;易善鑫等,2014;Yang et al.,2014b)、弧后盆地(Shen et al.,2013)、洋內(nèi)弧(Zhang et al.,2011)和后碰撞環(huán)境(韓寶福等,2006;Zhou et al.,2008)等。

本文將以西準(zhǔn)噶爾北部早石炭世火山巖作為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行同位素年代學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)研究,以探討西準(zhǔn)噶爾北部早石炭世的構(gòu)造背景,為古亞洲洋的構(gòu)造演化提供約束。

1 地質(zhì)背景和樣品來(lái)源

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)斷裂(如達(dá)拉布特?cái)嗔选⒅x米斯臺(tái)和薩吾爾斷裂等)十分發(fā)育,表現(xiàn)為多組、多期次的時(shí)空分布特征,對(duì)區(qū)內(nèi)地層、巖漿巖、構(gòu)造形態(tài)及礦化類(lèi)型起著重要的控制作用。以謝米斯臺(tái)斷裂為界,將西準(zhǔn)噶爾分成南部和北部(圖1)。南部由晚古生代的火山沉積巖系、蛇綠巖帶等增生雜巖、花崗質(zhì)侵入巖和中-基性巖墻組成(尹繼元等,2011)。北部的巖漿作用受扎爾瑪-薩吾爾火山弧和博什庫(kù)爾-成吉思火山弧控制(圖1,Chen et al.,2010)。扎爾瑪-薩吾爾火山弧主要由泥盆紀(jì)-早石炭世弧火山巖和侵入其中的早石炭世的I型花崗巖和閃長(zhǎng)質(zhì)巖墻以及早二疊世的堿性花崗巖組成(陳家富等,2010;尹繼元等,2013a;Yin et al.,2015a)。博什庫(kù)爾-成吉思火山弧由志留紀(jì)-早石炭世火山巖和侵入其中的晚志留世-早泥盆世侵入巖和晚石炭世-早二疊世的侵入巖組成(Chen et al.,2010;Shen et al.,2012;尹繼元等,2013a;Yin et al.,2015c)。

本文所研究樣品采自謝米斯臺(tái)山東段的下石炭統(tǒng)哈爾加烏組中(圖2)。哈爾加烏組以中性火山巖為主,主要由玄武玢巖、凝灰?guī)r和角礫巖等組成。上伏與上石炭統(tǒng)卡拉崗組呈整合接觸,下伏與中志留統(tǒng)沙爾布爾組呈不整合接觸。巖相學(xué)研究表明,該樣品為斑狀結(jié)構(gòu)、似輝綠結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造,由斑晶(20%)和基質(zhì)(80%)組成(圖3)。斑晶由斜長(zhǎng)石、輝石或橄欖石假像組成,雜亂分布,粒度0.5~2.2 mm。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀、絹云母化、綠泥石化、黝簾石化,多見(jiàn)聚片雙晶。暗色礦物已全部被綠泥石交代呈假象?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石、暗色礦物組成。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,雜亂分布,粒度一般 0.2~0.5 mm,少數(shù)0.05~0.2 mm,絹云母化、綠泥石化、黝簾石化,粒內(nèi)聚片雙晶發(fā)育。暗色礦物部分為單斜輝石,呈半自形柱粒狀,填隙狀分布于斜長(zhǎng)石粒間;部分被次閃石、綠泥石、碳酸鹽交代呈假象,粒度<0.25 mm,填隙狀分布。該樣品定名為蝕變玄武安山巖。

圖1 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Xu et al.,2012修改,鋯石U-Pb數(shù)據(jù)來(lái)自相關(guān)文獻(xiàn)韓寶福等,2006;蘇玉平等,2006;Zhou et al.,2008;Geng et al.,2009;魏榮珠,2010;Chen et al.,2010;宋彪等,2011;Tang et al.,2012a;尹繼元等,2013a)Fig.1 Simplified geological map of the West Junggar

圖2 西準(zhǔn)噶爾北部謝米斯臺(tái)和賽爾山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)Yin et al.,2015c 修改)Fig.2 Simplified geological map of the Xiemisitai and Saier mountains in the northern West Junggar

圖3 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖的顯微鏡照片F(xiàn)ig.3 Microscopic photos of the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

2 實(shí)驗(yàn)方法

40Ar/39Ar同位素定年分析、主量、微量元素分析和Sr-Nd 同位素比值分析在中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

2.1 40Ar/39Ar測(cè)年

將用于年代學(xué)測(cè)定的玄武安山巖全巖樣品用鋁箔包裝,標(biāo)準(zhǔn)樣品用銅箔包裝。每 5個(gè)樣品間插 1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品(底頂各有 1個(gè)標(biāo)樣)裝入石英玻璃管中,幾根石英玻璃管樣品組成1批樣品,外用鋁罐密封,再用鎘包裹,送入核反應(yīng)堆輻照。樣品在中國(guó)原子能科學(xué)研究院49.2堆照射54 h。Ar同位素校正參數(shù)(39Ar/37Ar)Ca、(36Ar/37Ar)Ca和(40Ar/39Ar)K分別為:8.98×10–4、2.67×10–4和 5.97×10–3。40Ar/39Ar同位素定年測(cè)試在GV 5400Ar稀有氣體質(zhì)譜計(jì)上完成。實(shí)驗(yàn)流程參見(jiàn)邱華寧(2006)和Qiu and Jiang (2007)。

2.2 主量、微量元素分析

對(duì)于進(jìn)行主量、微量元素分析的樣品,選取蝕變較弱的樣品,經(jīng)清除表面雜質(zhì)后破碎成巖屑,然后放到稀鹽酸中浸泡一個(gè)小時(shí),去掉次生的碳酸鹽礦物,用去離子水在超聲波中清洗樣品,并重復(fù)2~3次,烘干后用磨樣機(jī)磨至200目供化學(xué)分析。主量元素分析在 XRF上完成,分析誤差小于 2%,所用儀器為日本理學(xué) Rigaku100e型 X-熒光光譜儀。微量元素分析在ICP-MS上完成,分析精度優(yōu)于3%,所用儀器為Finnigan MAT公司ELEMENT型高分辨等離子體質(zhì)譜儀;詳細(xì)的分析流程見(jiàn)劉穎等(1996)。

2.3 Sr-Nd同位素分析

Sr-Nd同位素的測(cè)定使用 Micro Mass Isoprobe型多接受電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)。Sr同位素用國(guó)際標(biāo)樣 NBS987和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn) Sr-GIG進(jìn)行監(jiān)控,87Sr/86Sr 值用87Sr/86Sr=0.1194 標(biāo)準(zhǔn)化。Nd同位素用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)Jndi-1 和實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)Nd-GIG進(jìn)行監(jiān)控,143Nd/144Nd值用143Nd/144Nd=0.7219標(biāo)準(zhǔn)化。詳細(xì)的分析流程見(jiàn)梁細(xì)榮等(2003)和韋剛健等(2002)。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品 NBS987 的87Sr/86Sr 比值和Jndi-1 的143Nd/144Nd 比值分別為 0.710288±28(2σ)和 0.512109±12(2σ),所有測(cè)量的143Nd/144Nd 比值和87Sr/86Sr 比值分別用146Nd/144Nd=0.7219 和86Sr/88Sr=0.1194 校正。

3 分析結(jié)果

3.1 Ar-Ar 年代學(xué)

玄武安山巖樣品 HB01-5采自謝米斯臺(tái)山東側(cè)的早石炭世地層中,19個(gè)階段加熱分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1及圖4。年齡譜線除早期四個(gè)階段年齡偏高外,其余15個(gè)階段形成穩(wěn)定的年齡坪,譜線較平坦,與此相對(duì)應(yīng)的39Ar釋出量占總量的 81%,坪年齡tP=338.7±6.9 Ma (圖4a)。該坪包含的15組數(shù)據(jù)得到的等時(shí)線年齡ti=332.5±27.2 Ma,40Ar/36Ar初始比值為297.1±7.4 Ma,接近于尼爾值(295.5)(圖4b),表明樣品中沒(méi)有過(guò)剩Ar的存在。該坪年齡與等時(shí)線年齡在誤差范圍內(nèi)一致。

3.2 主量、微量元素特征

研究區(qū)玄武安山巖樣品的主量、微量元素分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2,樣品的 SiO2含量在52.2%~52.7%之間,Al2O3含量在 18.1%~18.4%之間,CaO含量在4.36%~5.35%之間,Na2O>K2O(Na2O/K2O=6.7~12.0),Na2O+K2O的含量在6.17%~6.79%之間,MgO含量在4.70%~5.01%之間。其低的TiO2含量(0.99%~1.05%)和P2O5含量(0.21%~0.25%)明顯不同于富Nb玄武巖(王強(qiáng)等,2003)。玄武安山巖具有相對(duì)高的燒失量(LOI=2.91~3.20),可能受到一些后期蝕變或者流體的影響。因此,我們選擇一些稀土元素和不活動(dòng)元素對(duì)其進(jìn)行分類(lèi),在 Nb/Y-Zr/TiO2圖解中(圖5),顯示屬于玄武巖-安山巖的范圍。Mg#值在53~54之間,低于原生玄武巖(Mg#值為70,Dupuy and Dostal,1984),說(shuō)明玄武安山巖在形成過(guò)程中發(fā)生了結(jié)晶分異作用。

玄武安山巖的稀土元素總量ΣREE=60.5~67.6 μg/g。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式圖中(圖6a),顯示略富集 LREE,HREE相對(duì)平坦(Gd/Yb)N=1.8~1.9,輕重稀土分餾比較明顯(La/Yb)N=5.2~5.5。具弱的Eu正異常(δEu=1.15~1.25),其分配模式明顯不同于N-MORB,E-MORB和OIB。在微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖6b),玄武安山巖富集Ba,Sr,K等LILE,具有明顯的Nb和Ta負(fù)異常,而Zr和Ti的異常不明顯。相對(duì)于富 Nb玄武巖(王強(qiáng)等,2003),西準(zhǔn)噶爾早石炭世玄武安山巖具有相對(duì)低的 Nb含量(3.04~3.55 μg/g)和 Nb/La比值(0.33~0.35),其微量元素蛛網(wǎng)圖也明顯不同于N-MORB,E-MORB和OIB。

圖4 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖的40Ar/39Ar坪年齡譜圖(a)和反等時(shí)線圖(b)Fig.4 40Ar/39Ar plateau age (a) and inverse isochronal age (b) diagrams for the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

表1 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖(HB01-5)的40Ar/39Ar同位素測(cè)試結(jié)果Table 1 Argon isotopic results of the basaltic andesite (HB01-5) in the eastern part of the Xiemisitai mountain

表2 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖的主量(%)、微量(μg/g)和Sr-Nd同位素組分Table 2 Major (%),trace (μg/g) element and Sr-Nd isotope compositions of the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

續(xù)表2:

4 討論

4.1 巖漿源區(qū)特征

玄武安山巖樣品(HB-01-2)的(87Sr/86Sr)i值為0.7042,εNd(t)值為5.3(表2),顯示了虧損地幔特征。而西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖微量元素分布曲線與N-MORB,E-MORB和OIB存在明顯差異(圖6a,b),說(shuō)明巖漿源區(qū)可能受到俯沖組分的影響。Zr、Nb是不活動(dòng)元素,能有效地區(qū)別出巖漿源區(qū)屬性(Pearce and Cann,1973)。在Zr-Nb圖中(圖7),西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖同樣顯示了虧損地幔特征。在Ta/Yb-Th/Yb圖和 La-Y-Nb圖(圖8a,b)中,樣品全投在鈣堿性玄武巖區(qū)域。微量元素比值可以有效區(qū)分原始巖漿演化過(guò)程中受流體或地殼混染的程度,其地球化學(xué)特征指示源區(qū)性質(zhì)。在Nb/Yb-La/Yb圖中(圖8c),西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖落在地幔序列之外,表明這些元素受到俯沖組分的影響。相對(duì)于HFSE和HREE,西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖富集LILE和LREE,顯示受流體交代作用特征。另外,在 Nb/Y-Rb/Y 圖(圖9a)和Ba/La-Ba/Nb圖(圖9b)中,也顯示了流體在成巖過(guò)程中的重要作用。此外,地殼物質(zhì)強(qiáng)烈虧損 Nb,而高度富集Pb,因而具有較低的Nb/U 和Ce/Pb 比值。西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖的 Nb/U和Ce/Pb 比值分別為6.5~9.3 和 4.6~7.7,與大陸地殼的范圍基本一致(Nb/U=10,Ce/Pb=4,Hofmann et al.,1986),遠(yuǎn)低于大洋中脊玄武巖(MORB)和洋島玄武巖(OIB)(Nb/U=47±7,Ce/Pb=25±5),證明西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖的原始巖漿在上升過(guò)程中可能經(jīng)歷了地殼物質(zhì)的混染。

圖5 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖的Nb/Y-Zr/TiO2圖(據(jù)Winchester and Floyd,1977)Fig.5 Nb/Y vs.Zr/TiO2 diagram for the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

圖6 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化 REE配分模式圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石、原始地幔值、N-type MORB、E-type MORB和OIB值引自文獻(xiàn)Sun and McDonough,1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagram (b) for the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

圖7 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖的 Zr-Nb分類(lèi)圖(據(jù)Geng et al.,2011)。Fig.7 Zr vs.Nb diagram for the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

因此,我們認(rèn)為,這些玄武安山巖跟受到流體交代的地幔楔部分熔融有關(guān),并在上升過(guò)程中受到地殼物質(zhì)混染。

4.2 構(gòu)造意義

花崗巖在西準(zhǔn)噶爾地區(qū)廣泛分布,主要由 I型花崗巖、A型花崗巖和紫蘇花崗巖組成(Chen and Jahn,2004;Chen and Arakawa,2005;韓寶福等,2006;蘇玉平等,2006;Geng et al.,2009;Yang et al.,2012;尹繼元等,2013a)。前人對(duì)這些花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)研究認(rèn)為,西準(zhǔn)噶爾后碰撞巖漿活動(dòng)出現(xiàn)在340~265 Ma之間(韓寶福等,2006;Zhou et al.,2008)。然而,我們統(tǒng)計(jì)了西準(zhǔn)噶爾地區(qū)花崗巖的時(shí)空分布,結(jié)果顯示,早石炭世的I型花崗巖主要分布于西準(zhǔn)噶爾北部的扎爾瑪-薩吾爾火山弧上(尹繼元等,2013a;Yin et al.,2015a)。這些花崗巖富集LILE和 LREE,虧損 HFSE,顯示島弧巖漿的特征,可能是額爾齊斯-齋桑洋南向俯沖的產(chǎn)物(圖11,陳家富等,2010;尹繼元等,2013a;Chen et al.,2010)。而晚石炭世-早二疊世的花崗巖分布非常廣泛,遍及西準(zhǔn)噶爾全區(qū)(韓寶福等,2006;Chen et al.,2010;尹繼元等,2013a)。從巖石屬性上看,這些侵入巖不僅包含了A型花崗巖、紫蘇花崗巖,還有埃達(dá)克質(zhì)花崗閃長(zhǎng)巖和富鎂閃長(zhǎng)巖等(Geng et al.,2009;Tang et al.,2010,2012a;Yin et al.,2010,2013;Yang et al.,2014a)。本文對(duì)西準(zhǔn)噶爾北部早石炭世玄武安山巖研究顯示,其富集HFSE和LREE,虧損Nb和Ta,具有低的 Nb/La和 Nb/U比值,顯示島弧巖漿的親緣性。在Ta/Yb-Th/Yb圖(圖8a)和La-Y-Nb分類(lèi)圖(圖8b)中,所有樣品都投在鈣堿性玄武巖區(qū)域。此外,在Th-Hf/3-Nb/16的環(huán)境判別圖中(圖10),所有樣品都落在了島弧玄武巖區(qū)域。由此可見(jiàn),西準(zhǔn)噶爾北部早石炭世玄武安山巖可能形成于島弧環(huán)境。更重要的是,下石炭統(tǒng)太勒古拉組沉積相為半深海-深海相,發(fā)育濁流沉積特點(diǎn),其碎屑鋯石年齡集中在320~344 Ma(峰期為330 Ma)(高睿等,2013)。而古地理、古地磁數(shù)據(jù)顯示,準(zhǔn)噶爾洋不僅在早石炭世活動(dòng),直到晚石炭世也沒(méi)有停止(王福同,2006;Wang et al.,2007;Choulet et al.,2011;Yi et al.,2015)。上述證據(jù)表明,西準(zhǔn)噶爾在早石炭世不是后碰撞環(huán)境,而是島弧環(huán)境。然而,對(duì)于西準(zhǔn)噶爾早石炭世處于單一島弧環(huán)境(Geng et al.,2011;易善鑫等,2014;Yang et al.,2014b)、弧后盆地(Shen et al.,2013),還是洋內(nèi)弧環(huán)境(Zhang et al.,2011),目前仍然沒(méi)有定論。

圖8 Ta/Yb-Th/Yb圖(a)(據(jù)Hastie et al.,2007);La-Y-Nb圖(b) (據(jù)Cabanis and Lecolle,1989);Nb/Yb-La/Yb圖(c) (據(jù)朱永峰等,2007)(N-MORB,E-MORB和OIB數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)Sun and McDonough,1989)Fig.8 Plots of Ta/Yb vs.Th/Yb (a),La-Y-Nb (b) and Nb/Yb vs.La/Yb (c)

圖9 Nb/Y-Rb/Y圖(a)和Ba/La-Ba/Nb圖(b)(據(jù)Geng et al.,2011)Fig.9 Nb/Y vs.Rb/Y (a) and Ba/La vs.Ba/Nb (b) diagrams

圖10 謝米斯臺(tái)山東段玄武安山巖的構(gòu)造背景判別圖(據(jù)Wood,1980)Fig.10 Tectonic setting discrimination diagram for the basaltic andesite in the eastern part of the Xiemisitai mountain

圖11 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)早石炭世的構(gòu)造模式圖Fig.11 Tectonic model for the Early Carboniferous West Junggar

總體上,對(duì)于西準(zhǔn)噶爾地區(qū)早石炭世巖漿巖的研究還比較薄弱。結(jié)合前人和本文的研究,我們認(rèn)為在324 Ma以前,西準(zhǔn)噶爾地區(qū)無(wú)論是花崗巖還是火山巖,都具有鈣堿性的特征(陳家富等,2010;Geng et al.,2011;尹繼元等,2013a;Shen et al.,2013;Yang et al.,2014b)。如:本文研究的玄武安山巖為鈣堿性的特征,是正常俯沖島弧巖漿作用的產(chǎn)物。然而,到324 Ma后,達(dá)拉布特?cái)嗔盐鞅眰?cè)的哈圖玄武巖顯示MORB特征(Shen et al.,2013),被認(rèn)為是弧后盆地的產(chǎn)物。但是在315 Ma以后,在達(dá)拉布特?cái)嗔盐鞅眰?cè)又出現(xiàn)了MORB特征的玄武巖、A型花崗巖、埃達(dá)克巖和富 Nb玄武巖(Tang et al.,2012c;Zhang et al.,2014和作者未發(fā)表數(shù)據(jù))。當(dāng)洋脊與海溝相互作用后,軟流圈地幔沿著板片窗上涌,帶來(lái)巨大的熱能,促使廣泛的巖漿作用(DeLong et al.,1979;Thorkelson,1996)。因此,我們考慮晚石炭世巖漿作用可能不是弧后盆地的產(chǎn)物,而是準(zhǔn)噶爾洋中脊北西向俯沖作用的產(chǎn)物。在達(dá)拉布特?cái)嗔褨|南側(cè),早石炭世的火山巖具有鈣堿性的特征,是準(zhǔn)噶爾洋向南俯沖作用的產(chǎn)物(Geng et al.,2011)。然而,作者在克拉瑪依地區(qū)發(fā)現(xiàn)俯沖成因的的贊岐巖(321 Ma),可能暗示高溫巖漿作用的開(kāi)始(Yin et al.,2010;2015b),隨后,伴隨有大量的堿性花崗巖、埃達(dá)克巖、富鎂閃長(zhǎng)質(zhì)巖墻、堿性玄武巖、OIB和銅金礦床的形成(Tang et al.,2010;2012a,2012b;Zhang et al.,2011;尹繼元等,2013b;Yin et al.,2013;2015b)。我們考慮上述特殊巖石組合可能與西準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚石炭世的洋脊俯沖作用有關(guān)(Geng et al.,2009;Tang et al.,2010;Yin et al.,2010,2013,2015b)。另外,在早石炭世,古亞洲洋多個(gè)俯沖體系同時(shí)存在,如:額爾齊斯-齋桑洋往扎爾瑪-薩吾爾火山弧俯沖,北天山洋往伊犁-北天山弧俯沖,準(zhǔn)噶爾洋往哈圖火山弧俯沖等。Zhang et al.(2011)在達(dá)拉布特?cái)嗔褨|南側(cè)的野鴨溝地區(qū)識(shí)別出褶皺沖斷構(gòu)造,頂端指向北西的褶皺組合揭示達(dá)拉布特古洋盆發(fā)生向南的俯沖消減。這表明,在早石炭世,古亞洲洋發(fā)生雙向俯沖作用,分別俯沖到東南側(cè)的克拉瑪依火山弧和西北側(cè)的哈圖火山弧之下(圖11)。隨后,準(zhǔn)噶爾洋脊先后與達(dá)拉布特兩側(cè)的海溝相匯,產(chǎn)生了廣泛的巖漿作用和成礦作用。

5 結(jié)論

(1) 西準(zhǔn)噶爾北部早石炭世的火山巖為玄武安山巖,其噴發(fā)時(shí)間為338.7±6.9 Ma。

(2) 西準(zhǔn)噶爾玄武安山巖具有鈣堿性的特征,富集 LILE和 LREE,虧損HFSE(如Nb和Ta),具有高的Rb/Y和Ba/Nb比值,顯示島弧巖漿的特征。另外,其N(xiāo)b/U和Ce/Pb比值與大陸地殼的范圍基本一致,表明其可能受到陸殼的混染。

(3) 在Th-Hf/3-Nb/16的環(huán)境判別圖中,所有樣品都落在了島弧玄武巖區(qū)域。結(jié)合區(qū)域古地理,古地磁,巖漿巖以及大地構(gòu)造研究成果,我們認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾地區(qū)在早石炭世處于島弧環(huán)境。而準(zhǔn)噶爾洋殼早石炭世期間經(jīng)歷向西北側(cè)和東南側(cè)的雙向俯沖過(guò)程。而古亞洲洋的構(gòu)造演化過(guò)程中,可能經(jīng)歷多個(gè)洋內(nèi)俯沖系統(tǒng)。

致謝:長(zhǎng)安大學(xué)的李永軍教授和另一位匿名審稿人詳細(xì)審閱了全文,并提出寶貴的修改意見(jiàn),在此表示感謝。樣品的40Ar/39Ar定年分析、主量、微量元素和同位素分析過(guò)程中,分別得到中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邱華寧、劉穎、胡光黔和曾文等老師的熱心幫助。在野外樣品采集過(guò)程中,得到香港大學(xué)地球科學(xué)系耿紅艷博士的幫助。在此衷心的表示感謝！

陳家富,韓寶福,張磊.2010.西準(zhǔn)噶爾北部晚古生代兩期侵入巖的地球化學(xué)、Sr-Nd同位素特征及其地質(zhì)意義.巖石學(xué)報(bào),26(8):2317–2335.

高睿,肖龍,王國(guó)燦,賀新星,楊剛,鄢圣武.2013.西準(zhǔn)噶爾晚古生代巖漿活動(dòng)和構(gòu)造背景.巖石學(xué)報(bào),29(10):3413–3434.

韓寶福,季建清,宋彪,陳立輝,張磊.2006.新疆準(zhǔn)噶爾晚古生代陸殼垂向生長(zhǎng)(Ⅰ)——后碰撞深成巖漿活動(dòng)的時(shí)限.巖石學(xué)報(bào),22(5),1077–1086.

梁細(xì)榮,韋剛健,李獻(xiàn)華,劉穎.2003.利用MC-ICPMS精確測(cè)定143Nd/144Nd和Sm/Nd比值.地球化學(xué),32(1):91–96.

劉穎,劉海臣,李獻(xiàn)華.1996.用ICP-MS準(zhǔn)確測(cè)定巖石樣品中的40余種微量元素.地球化學(xué),25(6):552–558.

邱華寧.2006.新一代Ar-Ar實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與發(fā)展趨勢(shì):以中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所Ar-Ar實(shí)驗(yàn)室為例.地球化學(xué),35:133–140.

宋彪,李錦軼,張進(jìn),朱志新,王煜,徐新.2011.準(zhǔn)噶爾托里地區(qū)塔爾根二長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb年齡——托里斷裂左行走滑運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的時(shí)間約束.地質(zhì)通報(bào),30(1):19–25.

蘇玉平,唐紅峰,侯廣順,劉叢強(qiáng).2006.新疆西準(zhǔn)噶爾達(dá)拉布特構(gòu)造帶鋁質(zhì)A型花崗巖的地球化學(xué)研究.地球化學(xué),35(1):55–67.

王福同.2006．新疆維吾爾自治區(qū)古地理及地質(zhì)生態(tài)圖集.北京:中國(guó)地圖出版社.

王金榮,賈志磊,李泰德,馬錦龍,趙磊,何彥彬,張偉,劉昆鑫,王金榮.2013.新疆西準(zhǔn)噶爾發(fā)現(xiàn)早泥盆世埃達(dá)克巖:大地構(gòu)造及成礦意義.巖石學(xué)報(bào),29(3):840–852.

王強(qiáng),趙振華,白正華,熊小寧,梅厚鈞,許繼峰,包志偉,王一先.2003.新疆阿拉套山石炭紀(jì)埃達(dá)克巖,富Nb島弧玄武質(zhì)巖:板片熔體與地幔橄欖巖相互作用及地殼增生.科學(xué)通報(bào),48(12):1342–1349.

王章棋,江秀敏,郭晶,徐飛,鄧欣,張倩,李解,牛啟營(yíng),羅照華.2014.新疆西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺(tái)地區(qū)發(fā)現(xiàn)早古生代火山巖地層:野外地質(zhì)學(xué)和年代學(xué)證據(jù).大地構(gòu)造與成礦學(xué),38(3):670–685

韋剛健,梁細(xì)榮,李獻(xiàn)華,劉穎.2002.(LP) MC-ICPMS方法精確測(cè)定液體和固體樣品的Sr同位素組成.地球化學(xué),31(3):295–299.

魏榮珠.2010.新疆西準(zhǔn)噶爾拉巴花崗巖地球化學(xué)特征及年代學(xué)研究.巖石礦物學(xué)雜志,29(6):663–674.

易善鑫,李永軍,焦光磊,孫羽,楊高學(xué),王軍年,楊豐柱.2014.西準(zhǔn)噶爾博什庫(kù)爾——成吉斯火山弧中早石炭世火山巖的地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義.礦物巖石地球化學(xué)通報(bào),33(4):431–438.

尹繼元,陳文,喻順,龍曉平,袁超,張彥,李潔,孫敬博,劉新宇.2013b.西準(zhǔn)噶爾包古圖富鎂閃長(zhǎng)質(zhì)巖墻的時(shí)代,地球化學(xué)特征以及銅金成礦意義.中國(guó)地質(zhì),40(4):1030–1043.

尹繼元,陳文,袁超,張運(yùn)迎,龍曉平,喻順,張彥,李潔,孫敬博.2013a.新疆西準(zhǔn)噶爾晚古生代侵入巖的年齡和構(gòu)造意義——來(lái)自鋯石LA-ICP-MS定年的證據(jù).地球化學(xué),42(5):415–430.

尹繼元,袁超,孫敏,龍曉平,邱華寧,王毓婧,任江波,關(guān)義立.2012.新疆哈圖早二疊世富鎂閃長(zhǎng)巖的時(shí)代、地球化學(xué)特征和可能的成因機(jī)制.巖石學(xué)報(bào),28(7):2171–2184.

尹繼元,袁超,孫敏,王毓婧,龍曉平,關(guān)義立.2011.新疆西準(zhǔn)噶爾晚古生代的大地構(gòu)造演化的巖漿活動(dòng)記錄.大地構(gòu)造與成礦學(xué),35(2):275–288.

朱永峰,徐新,魏少妮,宋彪,郭璇.2007.西準(zhǔn)噶爾克拉瑪依OIB型枕狀玄武巖地球化學(xué)及其地質(zhì)意義研究.巖石學(xué)報(bào),23(7):1739–1748.

Cabanis B and Lecolle M.1989.Le diagramme La/10-Y/15-Nb/8:Un outil pour la discrimination des series volcaniques et la mise en evidence des processes de mélange et/ou de contamination crustale.Comptes Rendus de l Academie dés Sciences Série II,309,2023–2029.

Chen B and Arakawa Y.2005.Elemental and Nd-Sr isotopic geochemistry of granitoids from the West Junggar fold-belt (NW China),with implications for Phanerozoic continental growth.Geochimica et Cosmochimica Acta,69:1307–1320.

Chen B and Jahn B M.2004.Genesis of post-collisional granitoids and basement nature of the Junggar terrane,NW China:Nd-Sr isotope and trace element evidence.Journal of Asian Earth Sciences,23:691–703.

Chen J F,Han B F,Ji J Q,Zhang L,Xu Z,He G Q and Wang T.2010.Zircon U-Pb ages and tectonic implications of Paleozoic plutons in northern West Junggar,North Xinjiang,China.Lithos,115:137–152.

Choulet F,Chen Y,Wang B,Faure M,Cluzel D,Charvet J,Lin W and Xu B.2011.Late Paleozoic paleogeographic reconstruction of Western Central Asia based upon paleomagnetic data and its geodynamic implications.Journal of Asian Earth Sciences,42:867–884.

Delong S E,Schwarz W M and Anderson R N.1979.Thermal effects of ridge subduction.Earth and Planetary Science Letters,44:239–246.

Dupuy C and Dostal J.1984.Trace element geochemistry of some continental tholeiites.Earth and Planetary Science Letters,67(1):61–69.

Geng H Y,Sun M,Yuan C,Xiao W J,Zhao G C,Zhang L F,Wong K and Wu F Y.2009.Geochemical,Sr-Nd and zircon U-Pb-Hf isotopic studies of Late Carboniferous magmatism in the West Junggar,Xinjiang:Implications for ridge subduction? Chemical Geology,266:364–389.

Geng H Y,Sun M,Yuan C,Zhao G C and Xiao W J.2011.Geochemical and geochronological study of early Carboniferous volcanic rocks from the West Junggar:Petrogenesis and tectonic implications.Journal of Asian Earth Sciences,42:854–866.

Hastie A R,Kerr A C,Pearce J A and Mitchell S F.2007.Classification of altered volcanic island arc rocks using immobile trace elements:Development of the Th-Co discrimination diagram.Journal of Petrology,48:2341–2357.

Hofmann A W,Jochum K P,Seufert M and White W M.1986.Nb and Pb in oceanic basalts:New constraints on mantle evolution.Earth and Planetary Science Letters,79(1–2):33–45.

Jahn B M.2004.The Central Asian orogenic Belt and growth of the continental crust in the Phanerozoic//Malpas J,Fleteher C J N,Ali J R,Aitehison J C.Aspects of the Tectonic Evolution of China.Gological Society,London,Special Publications,226:73–100.

Liu X J,Xu J F,Castillo P R,Xiao W J,Shi Y,Feng Z H and Guo L.2014.The Dupal isotopic anomaly in the southern Paleo-Asian Ocean:Nd-Pb isotope evidence from ophiolites in Northwest China.Lithos,189:185–200.

Qiu H N and Jiang Y D.2007.Sphalerite40Ar/39Ar progressive crushing and stepwise heating techniques.Earth and Planetary Science Letters,256:224–232.

Seng?r A M C,Natal’in B A and Burtman V S.1993.Evolution of the Altaid tectonic collage and Palaeozoic crustal growth in Eurasia.Nature,364(6435):299–307．

Shen P,Pan H D,Xiao W J,Li X H,Dai H W and Zhu H P.2013.Early Carboniferous intra-oceanic arc and back-arc basin system in the West Junggar,NW China.International Geology Review,doi:10.1080/00206814.2013.810385.

Shen P,Shen Y C,Li X H,Pan H D,Zhu H P,Meng L and Dai H W.2012.Northwestern Junggar Basin,Xiemisitai Mountains,China:A geochemical and geochronological approach.Lithos,140–141:103–118.Tang G J,Wang Q,Wyman D A,Li Z X,Xu Y G and Zhao Z H.2012b.Recycling oceanic crust for continental crustal growth:Sr-Nd-Hf isotope evidence from granitoids in the western Junggar region,NW China.Lithos,128:73–83.

Tang G J,Wang Q,Wyman D A,Li Z X,Zhao Z H and Yang Y H.2012a.Late Carboniferous high εNd(t)-εHf(t)granitoids,enclaves and dikes in western Junggar,NW China:Ridge-subduction-related magmatism and crustal growth.Lithos,84:86–102.

Tang G J,Wang Q,Wyman D A,Li Z X,Zhao Z H,Jia X H and Jiang Z Q.2010.Ridge subduction and crustal growth in the Central Asian Orogenic Belt:Evidence from Late Carboniferous adakites and high-Mg diorites in the western Junggar region,northern Xinjiang (west China).Chemical Geology,277:281–300.

Tang G J,Wyman D A,Wang Q,Li J,Li Z X,Zhao Z H andSun W D.2012c.Asthenosphere-lithosphere interaction triggered by a slab window during ridge subduction:Trace element and Sr-Nd-Hf-Os isotopic evidence from Late Carboniferous tholeiites in the western Junggar area (NW China).Earth and Planetary Science Letters,329:84–96.

Thorkelson D J.1996.Subduction of diverging plates and the principles of slab window formation.Tectonophysics,255:47–63.

Wang Q,Wyman D A,Zhao Z H,Xu J F,Bai Z H,Xiong X L,Bai T M,Li C F and Chu Z Y.2007.Petrogenesis of Carboniferous adakites and Nb-enriched arc basalts in the Alataw area,northern Tianshan Range (western China):Implications for Phanerozoic crustal growth in the Central Asia orogenic belt.Chemical Geology,236:42–64.

Winchester J A and Floys P A.1977.Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements.Chemical Geology,20:325–343.

Windley B F,Alexeiev D,Xiao W J,Kr?ner A and Badarch G.2007.Tectonic models for accretion of the Central Asian Orogenic Belt.Journal of the Geological Society,164:31–47.

Wood D A.1980.The application of a Th-Hf-Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and to establishing the nature of crustal contamination of basaltic lavas of the British Tertiary volcanic province.Earth and Planetary Science Letters,50:11–30.

Xiao W J,Han C M,Yuan C,Sun M,Lin S F,Chen H L,Li Z L,Li J L and Sun S.2008.Middle Cambrian to Permian subduction-related accretionary orogenesis of North Xinjiang,NW China:Implications for the tectonic evolution of Central Asia.Journal of Asian Earth Sciences,32:102–117.

Xu Z,Han B F,Ren R,Zhou Y Z,Zhang L,Chen J F,Su L,Li X H and Liu D Y.2012.Ultramafic-mafic mélange,island arc and post-collisional intrusions in the Mayile Mountain,West Junggar,China:Implications for Paleozoic intra-oceanic subduction-accretion process.Lithos,132:141–161.

Yakubchuk A.2004.Architecture and mineral deposit settings of the Altaid orogenic collage:A revised model.Journal of Asian Earth Science,23:761–779.

Yang G X,Li Y J,Safonova I,Yi S X,Tong L L and Seltmann R.2014b.Early Carboniferous volcanic rocks of West Junggar in the western Central Asian Orogenic Belt:Implications for a supra-subduction system.International Geology Review,DOI:10.1080/00206814.2014.902757

Yang G X,Li Y J,Santosh M,Yang B K,Yang J,Zhang B and Tong L L.2012.Geochronology and geochemistry of basaltic rocks from the Sartuohai ophiolitic mélange,NW China:Implications for a Devonian mantle plume within the Junggar Ocean.Journal of Asian Earth Sciences,59:141–155.

Yang G X,Li Y J,Yan J,Tong L L,Han X and Wang Y B.2014a.Geochronological and geochemical constraints on the origin of the 304±5 Ma Karamay A-type granites from West Junggar,Northwest China:Implications for understanding the Central Asian Orogenic Belt.International Geology Review,56:393–407.

Yi Z Y,Huang B C,Xiao W J,Yang L K and Qiao Q Q.2015.Paleomagnetic study of Late Paleozoic rocks in the Tacheng Basin of West Junggar (NW China):Implications for the tectonic evolution of the western Altaids.Gondwana Research,27:868-877.

Yin J Y,Chen W,Xiao W J,Yuan C,Sun M,Tang G J,Yu S,Long X P,Cai K D,Geng H Y,Zhang Y and Liu X Y.2015b.Petrogenesis of Early-Permian Sanukitoids from West Junggar,Northwest China:Implications for Late Paleozoic crustal growth in Central Asia.Tectonophysics,doi:10.1016/j.tecto.2015.01.005.

Yin J Y,Chen W,Yuan C,Yu S,Xiao W J,Long X P,Li J and Sun J B.2015a.Petrogenesis of Early Carboniferous adakitic dikes,Sawur region,northern West Junggar,NW China:Implications for geodynamic evolution.Gondwana Research,27(4):1630–1645.

Yin J Y,Long X P,Yuan C,Sun M,Zhao G C and Geng H Y.2013.A Late Carboniferous slab window:Geochronological and geochemical evidence from mafic to intermediate dykes in West Junggar,NW China.Lithos,175–176:146–162.

Yin J Y,Yuan C,Sun M,Long X P,Zhao G C and Geng H Y.2010.Late Carboniferous High-Mg dioritic dykes in Western Junggar,NW China:Geochemical features,petrogenesis and tectonic implications.Gondwana Research,17:145–152.

Yin J Y,Chen W,Xiao W J,Yuan C,Windley B F,Yu S,Cai K D.2015c.Late Silurian-early Devonian adakitic granodiorite,A-type and I-type granites in NW Junggar,NW China:Partial melting of mafic lower crust and implications for slab roll-back.Gondwana Research,doi:10.1016/j.gr.2015.06.016.

Zhang J E,Xiao W J,Han C M,Mao Q G,Ao S J,Guo Q Q and Ma C.2011.A Devonian to Carboniferous intra-oceanic subduction system in Western Junggar,NW China.Lithos,125:592–606.

Zhang X and Zhang H.2014.Geochronological,geochemical,and Sr-Nd-Hf isotopic studies of the Baiyanghe A-type granite porphyry in the Western Junggar:Implications for its petrogenesis and tectonic setting.Gondwana Research,25:1554–1569.

Zhou T F,Yuan F,Fan Y,Zhang D Y,Cooke D and Zhao G C.2008.Granites in the Sawuer region of the west Junggar,Xinjiang Province,China:Geochronological and geochemical characteristics and their geodynamic significance.Lithos,106:191–206.