贾健,舍建忠，邸晓辰，王庆军，刘阁

(新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000)

中亚造山带是全球最大的造山带，位于中亚造山带西南部的西准噶尔为重要组成部分，经历了多期复杂的构造演化过程[1,2]，其构造演化与中亚造山带的形成过程密切相关。

西准噶尔地区广泛发育泥盆—石炭纪火山岩、火山碎屑岩和二叠纪火山岩。晚石炭—早二叠世期间形成的哈尔加乌组、卡拉岗组火山岩在西准噶尔的北部及南部有着广泛的分布，其中在北部卡拉岗组集中产出于萨吾尔山及谢米斯台山地区。西准噶尔地区发育大量晚石炭—早二叠世A型花岗岩，从北向南依次有谢米斯台((299±1)Ma)[3]、铁厂沟、哈图、阿克巴斯陶、塔尔根、庙尔沟等[4-11]。上述A型花岗岩被认为是后碰撞地壳垂向增长的物质表现[4]，因此认为准噶尔与相邻的阿尔泰和北天山等块体最晚在晚石炭—早二叠世就已完成了碰撞和拼贴[12]。西准噶尔晚石炭—早二叠世侵入岩及火山岩的成因有壳幔混合说，年轻地壳部分熔融说等不同观点[13,14]。对于其成岩构造环境在早期有着岛弧环境、洋脊俯冲-板片窗构造及后碰撞构造环境等不同观点[3,8,15-18]。

随着野外勘查开展，在研究区谢米斯台山中段的玛门特地区卡拉岗组火山岩内部发现有铀、钼矿化线索，同时在西准噶尔的托里地区及科克加依拉克地区核工业216队也发现了多处存在于晚石炭—早二叠世酸性火山岩中与铀矿伴生的钼矿化点。因此对于卡拉岗组的火山岩岩石组合、岩石地球化学及年代学的研究，不仅对探讨西准噶尔后碰撞演化过程及古生代地壳增生作用和动力学背景提供新的证据，对分析区域成矿背景、成矿类型及组合也有重要意义。

1 地质背景

西准噶尔地区地处哈萨克斯坦板块与准噶尔盆地交汇处，额尔齐斯-斋桑缝合带以南、北天山缝合带以北，西准噶尔主要由一系列的增生杂岩带、古生代岩浆弧构成。研究区位于新疆西准噶尔造山带东段(图1)，除局部分布奥陶—志留系外，主要发育古生代泥盆—石炭系浅海相、大陆斜坡相、海湖盆地相的沉积岩及火山岩地层，二叠系发育各类陆相火山岩及沉积岩类，山麓边缘分布有中—新生代地层。

研究区主要出露泥盆—二叠系，由老到新依次为上泥盆统朱鲁木特组(砂岩、粉砂岩)、上泥盆—下石炭统洪古勒楞组(砂岩、粉砂岩、灰岩)、下石炭统黑山头组(砂岩、粉砂岩)、下二叠统哈尔加乌组(玄武岩、流纹岩、流纹质火山碎屑岩)及卡拉岗组(流纹岩、霏细岩、球粒流纹岩)，侵入岩较发育，以酸性岩为主。

图1 新疆西准主要构造图(a);研究区地质简图(b)Fig.1 Main tectonic map of the Western Junggar(a)；Geologica map in study area(b)

2 岩石学特征

研究样品采自于和什托洛盖镇以北20 km的布林村北卡拉岗组内，卡拉岗组火山岩整合覆盖在哈尔加乌组基性火山岩之上。卡拉岗组主要岩性为流纹岩、球粒流纹岩、霏细岩等。流纹岩呈浅肉红色，流纹构造十分发育，岩石具斑状结构，斑晶为钠长石和正长石，含量不高，约12%。岩石中次生蚀变作用较强，除斑晶内部具泥化及被次生石英沿边缘交代外，基质中的火山玻璃已完全脱玻蚀变为隐晶质长英集合体，并叠加赤铁矿化现象。长石斑晶以正长石为主，呈半自形粒状、板状分布，粒径细，多为0.4～0.8 mm，内部具明显泥化及被石英交代。基质具流纹构造，流纹细而密集，围绕斑晶呈环状分布，经脱玻化作用形成隐晶质长英矿物、铁质集合体。部分样品具球粒构造，球粒主要由钾长石及石英呈规则交生形成，形态不规则，集合成条带状分布。长英质矿物由火山玻璃经脱玻化作用形成，具定向分布，其中含少量粘土矿物。次生石英他形粒状，粒径细，呈团块状产出。

3 样品分析方法

样品在分析前进行显微镜下矿物组成与结构观察，挑选未蚀变、风化的样品做进一步分析。适合分析的全岩样品委托广州澳实矿物实验室测试，样品多次鄂破/对辊至约1 mm以下，缩分出300 g研磨至75 μm(200目)。ME-MS81熔融法电感耦合等离子体质谱测定微量元素含量，分析精度和准确度优于5%；ME-XRF26d X荧光光谱仪熔融法测定岩石主量元素，分析精度和准确度优于5%。锆石U-Pb定年分析，锆石挑选由河北省区域地质矿产调查研究所完成，阴极发光由北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb同位素分析在西安地质矿产研究所国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成，通过激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)法锆石微区铀铅同位素地质年龄测定的分析方法，采用32 μm激光束斑直径、6.0 J/cm2的激光能量密度和9 Hz的激光频率；采用锆石标样91500作为外标进行U-Pb同位素分馏效应和质量歧视的校正计算，Plesovice锆石标样作为监控盲样来监视测试过程的稳定性；应用Glitter计算程序计算锆石的表面年龄及标准偏差，并对测试过程中产生的元素分馏和质量歧视进行校正；应用Isoplot计算程序对锆石样品的206Pb/238U年龄和207Pb/235U年龄在谐和图上进行投图，并计算年龄谐和测点的加权平均值[19]。

4 分析结果

4.1 锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄

卡拉岗组样品的锆石形态以短柱状为主，多为浅黄色、无色的透明晶体，长度为80～120 μm，晶体形态自形程度较高，多为100 μm，长宽比多数介于1:1～3:1。阴极发光图像上，锆石韵律环带结构清晰，具岩浆成因锆石特征(图2)。Th含量变化范围为 117.88×10-6～693.83×10-6，U 含量变化为 178.29×10-6～519.23×10-6，样品锆石均具有较高的 Th/U 比值为0.66～1.41，平均值为1.01，多数小于1(表1)，呈岩浆锆石U、Th成分特征[20]。测得的7颗锆石年龄数据均落于谐和线上或其附近，7个数据的206Pb/238U年龄加权平均值为(296±12)Ma(n=7，MSWD=4.9)，该流纹岩形成于早二叠世(图3)。

图2 卡拉岗组流纹岩锆石阴极发光图像及测点年龄Fig.2 CLimages and ages of zircons from rhyolite in Kalagang formation

图3 卡拉岗组流纹岩U-Pb谐和图Fig.3 U-Pb concordia plots of zircons from rhyolite in Kalagang formation

4.2 主量元素特征

流纹岩样品的主量、稀土和微量元素分析结果列于表2，由表2可见，布林北卡拉岗组流纹岩主量元素具有高硅(SiO2=76.49%～80.10%)；低钛(TiO2=0.10%～0.19%)；高铝(Al2O3=10.38%～12.42%)；富碱(K2O+Na2O=6.91%～9.00%)，富钾(K2O/Na2O=1.75～11.00，平均3.33)，贫钙(0.13%～0.26%)的特征；铁高而镁低(TFeO/MgO=9.13～15.75，平均值11.89)，与铝质A型花岗岩的TFeO/MgO变化范围(4.16～35.2)相近[21]，明显不同于一般I型(平均值2.27),S型(平均值2.38)和M型(平均值2.37)花岗岩[22]；在SiO2-Na2O+K2O图解中，样品主要落在流纹岩区域内(图4-a)，在SiO2-全碱图解上，所有样品均富钾，岩石样品落在高钾钙碱性系列(图4-b)，偏向于钾玄岩系列。铝饱和指数A/CNK=1.33～1.52，属过铝质系列，在A/CNK-A/NK图上样品全部落在过铝质区域内。因此，样品具有碱性和弱过铝质的岩石化学特征。

图4 卡拉岗组流纹岩岩石类型和系列划分图解Fig.4 Classification and series diagrams of the rhyolite from Kalagang formation

4.3 稀土元素特征

/%度和1.01 1.04 1.05 1.01 1.03 1.02 0.98谐1σ 8.22 6.39 7.34 4.75 6.48 5.77 5.18/238U 206Pb 7.9 28 5.4 28 7.1 28 2.1 28 8.1 30 7.8 30 0.7 31 a/M龄年1σ 4.67.032.7119 3723.8 2812.3 24.4 20.9 14 207Pb/235U 306.1 304.8 312.2 271.9 404.6 316.1 314.4据lts 1σ 1 33 1 04 1 19 0 77 1 05 0 94 0 84素resu 数0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00位同/238U 5 68 5 26 5 54 4 74 8 96 8 91 9 38 U-Pb石U-Pb dating值206Pb比0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04素锆 位S 同0 67 8 48 6 51 5 66 7 44 0 12-M 1σ-ICP S zircon 0.050 11 0.03 0.03 0.01 0.03 0.02 0.02-M LA /235U岩表Table 1 LA -ICP 1 88 0 06 9 93 7 03 9 58 5 22 2 88纹207Pb 0.35 0.35 0.35 0.30 0.48 0.36 0.36流1 Th/U 2 842 137 1.29 6 267 165 1.33 4 633 028 0.68 0 314 230 1.41 2 447 640 1.08 0 174 046 0.68 1 170 004 0.66 U/×10-6 6.56 26 9.23 51 7.76 28 1.47 34 5.92 25 2.14 60 8.29 17 10-6 Th/×344.62 693.83 197.01 481.58 277.02 409.56 117.88 10-6 12152233823022 Pb/×82点13567910.928.34344.28633.614 58 292739.4 27.5 58.8 16试测Cr 210.00 70.00 380.00 140.00 320.00 60.00 Ta 2.20 2.10 2.40 1.90 2.30 2.20 Ce 50.50 52.00 39.00 37.00 39.50 26.30 Sr 71.50 70.50 71.20 48.50 8.00 1062.50 Ba u 20.00 12 635.00 504.00 419.00 648.00 385.00 Sn 3.00 3.00 4.00 3.00 3.00 3.00 δE 0.34 g TFe/M 8.92 9.88 14.11.5 65 bN 9.13 Sm 4.42 1315.7 5.08 3.32 3.21 3.30 2.54 LaN/Y 3.38 K2O Na2O+9.00 7.38 Rb 7.54 7.80 6.91 8.28 3.00 RE 7.50 5.50 6.50 111.50 2.00/H EE 4.54 22.55 99.97 100.54 100.23量100.53 Pr 1715121212 100.26总100.54 5.54 6.13 4.37 5.27 3.88 2.83 EE HR FeO 0.53 0.43 0.52 0.63 0.50 0.35 Nd 21.50 15.10 19.00 17.00 13.10 10.40 EE LR 2.36 10据yo 0.85 lite LO I 0.88 0.45 0.69 0.53 00 1.02 Nb 00.100 181919161917.1数Rh .2.2.6.9 EE ΣR 124.91化学of地l data TiO2 0.19 0.17 0.17 0.14 0.18 0.10 Lu 0.77 0.66 0.59 0.51球0.63 149.00 93 00.9.45052 SiO2.1.2.00000.8 Table 2 Geochemica La 岩767778807779.4 222619271613.1.3.2.5.0 Yb 4.76流纹2 P2O5石表0.01 0.02 0.02 0.01 0.71Zr 0.01岩0.02 Hf 5.20 5.10 5.20 4.60 Y 39.70 3.60 4.60 2.70 0.75 2.51 2.23 Gd 2.77 4.37 4.29 5.50 3.43 3.00 3.30 2.55 W 2.00 0.09 Mg O 0.09 0.13 0.16 0.08 0.08 Ga 10.70 Na2O 13.00 8.10 9.700.2 119.10 V 21.00 K2O 5.03 8.25 4.40 4.68 5.15 Eu 4.84 0.50 0.45 0.28 0.26 0.24 0.13 U 3.91 1.16 e2O3 TF 1.22 1.27 1.26 0.73 Er 4.18 3.76 1.58 3.42 2.57 3.82 3.36 Tm 0.73 CaO 0.16 0.15 0.22 0.13 0.17 0.26 Dy 5.70 5.37 4.68 3.44 4.99 3.63 Th 17.15 11.01 10.38 Al2O3 12.42 12.12 11.73 10.50 Cs 3.67 2.36 1.80 3.86 3.66 1.52 Tb 0.78 45 Y1Y26编01-4-Q 45Y2-11-QY Y3编01-4-Q 01-5-Q 01-15-QY Y1 Y3 01-9-Q 6 01-17-QY LR号号Y1 01-5-Q-11-QY号编PM 品01-9-Q PM PM 0101-15-QY 01 01-17-QY品01-4-Q样AK AK AK 15AK 15AK PM PM品PM 样PM 15AK PM AK PM E PM PM PM 样PM 151515 151515 AK AK 15AK 15AK 15AK AK 15 0.29 4.58 5.39 20.73 111.66 132.39 152.00 4.15 36.30 1.00 7.00 3.86 0.63 18.70 0.75 Y2 01-5-Q PM AK 15 0.25 3.47 4.44 18.30 81.17 7.4 99 154.00 3.95 33.00 2.00 6.00 3.38 0.58 19.10 0.62 Y3 01-9-Q PM AK 15 0.25 6.20 6.25 14.40 90.04 104.44 132.00 3.16 24.70 1.00 13.00 2.77 0.44 15.05 0.52 4-11-QY 01 PM 15AK 0.22 2.63 3.90 19.56 76.22 8.7 95 153.00 4.41 34.80 2.00 13.00 3.52 0.66 19.20 0.65 5 01-15-QY PM 15AK 0.15 2.11 3.31 16.70 55.20 0.9 71 110.00 4.42 30.70 1.00＜5.00 2.50 0.62 10-6：×位单15.50素元土稀0.50和素元量6 01-17-QY ；微：%位单PM 物15AK 化：氧注

布林村北卡拉岗组流纹岩稀土元素分布型式表现为稀土分布曲线呈右倾“V”字型(图5-a)，轻稀土明显富集，稀土元素总量中等，ΣREE=71.90×10-6～132.29×10-6，LREE为55.20×10-6～111.66×10-6，HREE为14.40～20.73，LREE/HREE=3.31～6.25，(La/Yb)N比值为2.11～6.20，表明轻重稀土之间分异明显。δEu=0.15～0.34，具中等-强烈Eu负异常。Eu元素强烈负异常说明岩浆演化过程中发生了较强的斜长石的分离结晶作用。

在原始地慢标准化蛛网图上(图5-b)，样品整体富集大离子亲石元素Rb，Th，U，高场强元素Zr和Hf，亏损Ba，Sr，Eu，Nb。Sr负异常指示岩体在形成过程中，岩浆发生了斜长石的分离结晶作用，或岩浆源区残留有斜长石。岩石样品的Rb/Sr和Rb/Ba分别为0.14～0.30和1.17～2.59，远高于原始地幔的相应比值(原始地慢Rb/Sr和Rb/Ba分别为0.029和0.088)，表明了它是一种高程度分异演化的岩浆[23]。

图5 卡拉岗组流纹岩稀土元素球粒陨石标准化分布曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and Primitive mantle normalized trace element patterns(b)of rhyolite from Kalagang formation

5 讨论

5.1 早二叠世岩浆活动

晚石炭—早二叠世花岗岩在西准噶尔地区尤为发育，遍布西准噶尔，岩石类型多样，包括石英闪长岩，钾长花岗岩，紫苏花岗岩和碱长花岗岩等，以钾长花岗岩为主,大量的A型花岗岩在该时期集中发育[8,18,24-26]。已有年代学数据表明，北疆在早二叠世经历了大规模的岩浆活动事件，即从东疆地区到西准噶尔乃至西天山，均发育与卡拉岗组流纹岩岩浆活动同期的岩浆事件，且持续到整个二叠纪甚至更晚，幔源岩浆活动以及壳幔相互作用(如基性岩脉，花岗岩及暗色包体等)明显增强。

5.2 岩石类型和成因

最早Loiselle and Wones将A型花岗岩定义为碱性、贫水和非造山的花岗岩，它一般是碱过饱和而铝不饱和。但近年来研究发现，A型花岗岩不仅包括碱性岩类，还扩大到钙碱性、弱碱-准铝、弱过铝甚至强过铝质岩石[27-29]。同时，一些流纹岩也显示出A型花岗岩特征，一般认为它们是A型花岗岩喷出相的产物。卡拉岗流纹岩具A型花岗岩特征：①高硅富碱，贫镁，具高的Fe2O3T/(Fe2O3T+MgO)；②富集大离子亲石元素Rb，Th，U和高场强元素Zr，Hf，亏损 Ba，Sr，Eu，Nb。在 Zr+Nb+Ce+Y-(K2O+Na2O)/CaO图解中，本区流纹岩总体落在A型花岗岩区，与铝质A型花岗岩相一致(图6)。一般来说，高硅的铝质A型花岗岩与高分异的S型或I型花岗岩具有相似的特征。卡拉岗流纹岩样品具低的P2O5(0.01%～0.02%)，平均 0.015%，且随着分异SiO2的增加，P2O5含量减小，区别于高分异的S型花岗岩[21]。铝质A型花岗岩与S型花岗岩富铝的原因存在本质差别，其低Ti，P的特点反映岩浆经历了高程度的钛铁矿和磷灰石等矿物的结晶分异。

研究认为，A型花岗岩形成于地幔玄武质岩浆高度结晶分异或壳内中基性岩或变质岩部分熔融，再或形成于壳幔物质混合[30]。在野外，卡拉岗组流纹岩与玄武岩密切共生，未见大量典型的安山岩存在，可排除其形成于地幔玄武岩浆高度结晶分异的可能性。流纹岩中绝大多数样品具明显的Eu负异常，另外样品具低的Nb含量(10.4×10-6～21.5×10-6)，Nb/La(0.81～1.38)和Th＞Ta,La＞Ta及Nb-Ta亏损，以上特征与塔里木北缘壳源流纹岩相似。Th/U比值为4.39～6.2，平均5.33，与下地壳Th/U(≈ 6)比值相接近[31]。

5.3 卡拉岗A型流纹岩的构造意义

卡拉岗早二叠世酸性岩明显具有铝质A型流纹岩的特征。一般来说，铝质A型花岗岩的产出能够指示一定的构造意义。Eby根据地球化学特征将A型花岗岩分为A1和A2型，并认为A1型是地幔来源，且侵位于大陆裂谷或板内的构造环境，而A2型则来源于大陆地壳或板内下地壳，主要形成于后碰撞环境。卡拉岗组流纹岩在Nb-Y-Ce判别图解中

落入A2区(图7-a)。样品在Y-Nb构造环境判别图中显示其构造背景具板内和火山弧特征(图7-b)。中亚造山带西段在石炭纪晚期就已形成统一的大陆，准噶尔和塔里木板块在此时期碰撞拼贴在一起。北疆未见年龄晚于320 Ma的蛇绿岩或蛇绿混杂岩。Chen and Arakawa通过对西准噶尔出露的庙尔沟和克拉玛依岩体微量元素和同位素研究，认为西准噶尔晚古生代时期(300 Ma)为后碰撞伸展环境[26]。周涛发等在西准噶尔萨乌尔地区识别出I型(337～302.6 Ma)和A2型(297.9～290.7 Ma)两类花岗岩岩体，其中I型花岗岩形成于由挤压向伸展转换的后碰撞环境，而A2型花岗岩形成于伸展环境，揭示在晚石炭—早二叠世期间准噶尔地区逐渐由挤压环境转变为后碰撞伸展环境[32]。在Rb-Y+Nb和Rb-Ta-Hf图解中(图7-c，d)，所有样品落入后碰撞区域，进一步证实了流纹岩的后碰撞伸展环境。此外，韩宝福等、苏玉平等及高睿等也分别通过对西准噶尔地区花岗岩岩体的研究，证明了该地区在早石炭世为俯冲环境，晚石炭—早二叠世为后碰撞环境[4,8,33]。龚一鸣等和纵瑞文等对西准噶尔地区沉积古地理演化研究认为，石炭纪末西准噶尔地区海水全部退去，进入了统一的陆内造山演化阶段[34,35]。后碰撞期是俯冲碰撞期和板内期的过渡阶段，岩石圈处于伸展背景且壳幔相互作用强烈，常见大规模岩浆活动。目前，北疆多数地区上石炭统—二叠系玄武岩均揭示了伸展构造环境[32,36-40]。由此可见，在晚石炭—早二叠世，西准噶尔地区洋盆已关闭。

图6 卡拉岗组流纹岩岩石类型和系列划分图解Fig.6 Classification and series diagrams of the rhyolite from Kalagang formation

图7 西准噶尔朱鲁木特花岗岩判别图解Fig.7 Discrimination diagrams of the rhyolite from Kalagang formation

6 结论

(1)对卡拉岗组流纹岩进行了LA-ICP-MS U-Pb定年，获得流纹岩加权平均年龄(296±12)Ma。

(2)卡拉岗组火山岩以流纹岩、霏细岩为主，岩石学和矿物学组成显示其具A型花岗岩相似的特点，岩石地球化学判别显示该岩体属A型花岗岩，进一步判别应为A2型花岗岩。

(3)卡拉岗组流纹岩形成于后碰撞环境，岩石圈伸展促使软流圈上涌并加热年轻的下地壳物质，导致下地壳物质部分熔融，源区部分熔融残留物可能以斜长石为主。

(4)晚石炭—早二叠世期间准噶尔地区逐渐由挤压环境转变为后碰撞伸展环境。

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