李航，赵同阳，朱志新,，常璨，孙耀锋，李平，韩琼，郑加行

(1.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830049；2.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830011)

东天山位于新疆东部，西起小热泉子，东至甘新交界，位于西伯利亚南构造带和塔里木地块的结合部位。一直以来，其大地构造位置的重要性和复杂性是众多学者研究和争论的热点。觉罗塔格构造带是以石炭系火山-沉积地层广泛出露为标志的火山岩条带，其南邻中天山地块，北接大南湖古生代岛弧，构造上位于塔里木板块和准噶尔板块的交接部位，是中亚造山带的重要组成部分。对于觉罗塔格地区的大地构造演化有弧后盆地、岛弧、裂谷及后碰撞等不同认识[1-10]。本文对觉罗塔格地区内上石炭统土古土布拉克组火山岩锆石U-Pb年代学、岩石地球化学特征及构造属性进行研究，为觉罗塔格地区的构造演化提供依据。

1 地质概况

土古土布拉克组主要分布在觉罗塔格构造带中部，总体上具近EW向带状分布特点。研究区位于土古土布拉克组西侧，北部为康古尔韧性剪切带，南部为百灵山岩体(图1)。

研究区自南向北主要分布百灵山岩体、上石炭统土古土布拉克组、下石炭统雅满苏组(图2)。上石炭统土古土布拉克组为一套浅海相火山沉积岩系列，其中下部为一套凝灰质碎屑岩建造，发育底砾岩；中部为一套安山质火山碎屑岩建造，主要岩性有灰色-灰褐色安山质、英安质火山尘凝灰岩、晶屑岩屑凝灰岩、灰褐色安山质火山角砾岩、灰褐色安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩；上部为一套杏仁状玄武岩建造，主要岩性有浅褐-灰褐色杏仁状玄武岩、蚀变玄武岩夹安山质晶屑岩屑凝灰岩。土古土布拉克组被百灵山岩体侵位，该岩体主要岩性为斜长花岗岩、花岗闪长岩和石英闪长岩，与下伏雅满苏组之间为不整合接触关系，不整合接触界线处大量出露灰岩砾石。下石炭统雅满苏组为一套以酸性(中酸性)火山碎屑岩、火山碎屑沉积岩、碳酸盐岩为特征的(中酸性)火山-沉积岩系。

2 样品采集及分析测试

本研究采集了下石炭统土古土布拉克组第二、三岩性段火山岩样品，据镜下薄片鉴定确认土古土布拉克组第二岩性段火山岩岩石类型主要为英安岩(TG1-3)、安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩(TG4-6)第三岩性段火山岩的岩石类型主要为玄武岩(TG7-8)，采样位置见图2。

英安岩 主要分布于土古土布拉克中部，浅褐色，斑状基质包含霏细结构，块状构造。斑晶主要为半自形板状斜长石，可见聚片双晶，泥化较强。基质均由长英质组成，具包含霏细结构。

图1 区域地质略图(a)；东天山觉罗塔格地区大地构造分区及石炭系分布图(b)Fig.1 Regional geological map(a)and Regional division and Carboniferous distribution map(b)of the eastern Tianshan Mountains

图2 研究区地质简图Fig.2 Geological sketch of the study area

安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩 主要分布于土古土布拉克构成的向斜北翼，灰褐色，晶屑塑变玻屑结构，假流纹构造。玻屑普遍脱玻蚀变为隐晶状长英质、沸石集合体，显假流纹构造。岩屑主要为棱角状安山岩、安山质凝灰岩岩屑。晶屑主要为棱角状、熔蚀状斜长石。

玄武岩 主要分布于土古土布拉克构成的向斜核部，灰绿色，交代假象结构，残留杏仁状构造。岩石多被隐晶帘石、少量葡萄石、石英集合体取代，杏仁石残留为圆形，内充填石英、方解石集合体(图3)。

图3 土古土布拉克组玄武岩照片Fig.3 Photos of basalt from Tugutubulake Formation

样品全岩分析在新疆维吾尔自治区矿产实验研究所完成。锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，样品制靶和显微照相拍摄在重庆宇劲科技有限公司完成。对样品靶上的锆石进行光学显微镜下的透射光、反射光和电子显微镜下的阴极发光照相，以便在进行测定时作为选取分析部位的依据。

测年在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室的激光剥蚀等离子质谱LA-ICP-MS上进行U-Pb测年。测年所有激光剥蚀系统为193 nm ArF-excimer激光器的Geo-Las2005，激光束直径为30 μm，以He作为剥蚀物质载气。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择，仪器灵敏度漂移校正、元素含量及UTh-Pb同位素比值和年龄计算)采用中国地质大学(武汉)开发的软件ICPMS Data完成。加权平均年龄和谐和图的制作采用Ludwig的Isopiot 3.0完成。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

土古土布拉克组火山岩主量、微量、稀土元素含量及相关参数见表1。

英安岩与安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩的SiO2含量为67.85%～70.55%，主要为酸性岩石，MgO含量为0.41%～0.53%。K2O与Na2O含量较高分别为4.71%～5.29%、3.8%～4.63%。玄武岩的SiO2含量为46.94%～51.96%，为基性岩石，MgO含量为2.08%～2.52%。样品烧失量(LOI)较大，为4.66%～6.06%，表明岩石经过了较强的蚀变。K2O与Na2O含量极低，分别为0.09%～0.14%，0.10%～0.18%。酸性岩整体上比基性岩相对富K2O和Na2O，贫MgO。

在Zr/TiO2-Nb/Y图解上，样品主要落入流纹岩+英安岩及亚碱性玄武岩的区域，Nb/Y比值都小于0.8，属于亚碱性系列，在SiO2-K2O图解中，流纹岩+英安岩落入钾玄岩系列，玄武岩落入低钾(拉斑)系列(图 4)。

3.2 微量及稀土元素特征

从稀土元素球粒陨石标准化分布型式图可见，土古土布拉克组火山岩中英安岩与安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩稀土总量为77.17×10-6～106.84×10-6，均值92.11×10-6；δEu为0.59～0.88，均值0.70，Eu负异常较明显，表明岩浆经历过斜长石的分离结晶作用或源区有斜长石残留(图4)。稀土分布模式图显示轻稀土相对富集，重稀土相对平坦的微弱右倾型，LREE/HREE=3.56～4.31；(La/Yb)N=2.78～3.46。玄武岩的稀土总量为 88.87×10-6～97.74×10-6，均值为93.31×10-6；δEu为0.97～1.04，均值1.01，无Eu异常。稀土分布模式图显示轻稀土相对富集，重稀土相对亏损的右倾型，LREE/HREE=5.71～6.04；(La/Yb)N=5.64～6.3。总之，二者岩浆来源、分异程度及部分熔融结晶程度存在一定差异。

图4 土古土布拉克组火山岩岩石分类图Fig.4 Rock classification diagrams for volcanic rocks of Tugutubulake Formation

表1 土古土布拉克组火山岩主量和微量元素组成Table 1 Main and trace elements Composition of the volcanic rocksfrom TugutubulakeFormation

从微量元素原始地幔标准化蛛网图可见，土古土布拉克组火山岩中段英安岩与安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩富集Rb，Ba，Th，U等大离子亲石元素，相对亏损Nb，Ta，P，Ti等高场强元素(图5)。玄武岩相对亏损Nb，Ta，Ti等高场强元素，富集Ba，Th，U，Sr等大离子亲石元素。

4 锆石的LA-ICP-MS年代学

测试样品为TG-1英安岩在锆石阴极发光照片中，锆石形态不规则，粒径较大(约100 μm)，长宽比约为2∶1，具一定的岩浆振荡环带，判断其可能为岩浆型锆石。部分锆石中残留有母岩物质，在锆石上表现为暗点，反映锆石可能受热蚀变作用的影响。

在测试结果中，Th/U比值为0.44～0.98，均大于0.4，对应岩浆锆石较大的Th/U比值。因此，判断其为典型的岩浆型锆石(表2，图6)[14]。在谐和图中，年龄谐和性较好，呈现成群分布特征，年龄为306～311 Ma，个别锆石年龄为286 Ma，该年龄的测点为14，可能是由于测试误差引起(图7)。获得206Pb/238U年龄为(303.7±2.3)Ma(MSWD=1.11，n=21)，结合岩浆锆石特征，认为该年龄代表结晶年龄，说明其为晚石炭世岩浆活动的产物。

图5 土古土布拉克组稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(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 patterns for trace elements(b)of the volcanic rocks fromTugutubulake Formation

表2 土古土布拉克组火山岩锆石的LA-ICP-MS的U-Th-Pb同位素分析结果Table 2 LA-ICP-MS U-Th-Pb isotopic data of zircon from volcanic rocks in Tugutubulake Fromation

5 讨论

5.1 成岩构造环境

图6 土古土布拉克组火山岩中锆石的阴极发光（CL）图像Fig.6 CLimages of zircon from the volcanic rocks in Tugutubulake Formation

本次研究的土古土布拉克组主要由凝灰质碎屑岩，中酸性火山碎屑岩和(含)杏仁状玄武岩组成。其中火山岩岩石类型为玄武岩至流纹岩，以钾玄岩和低钾(拉斑)系列为主。其中酸性花岗质岩石(TG1-TG6英安岩与安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩)亏损Nb，P，Ti十分明显，具火山弧英安岩、流纹岩特征；玄武质岩石(TG7-TG8玄武岩)亏损Nb，Ti，具大陆拉斑玄武岩特征。从微量元素组合特征看，土古土布拉克组火山岩有较高的La/Ta(大于15)，Th/Yb(小于0.1)，Th/Nb(大于0.07)，以及较低的 Nb/La(小于0.8)，Hf/Th(小于8)呈碰撞型弧区火山岩特征，其中玄武岩中Zr/Y＞3(5.9～6.6)，Ta/Yb＞0.1(0.24～0.31)，显示大陆边缘弧钙碱性玄武岩(ARCB)特征[15]。

在Rb-Y+Nb与Rb-Y+Ta图解中，样品中英安岩与安山质晶屑玻屑熔结凝灰岩均落入VAG区(火山弧花岗岩)中，从图解上看，具PCG(后碰撞花岗岩)的构造事件特征(图8)。在2Nb-Zr/4-Y图解上，样品中玄武岩均落入A2+C区(板内拉斑玄武岩中)；在Ti/100-Zr-Y×3图解上，样品玄武岩落入CAB区(钙碱性玄武岩)与WPB区(板内玄武岩)中，总体上为板内环境，显示其应形成于伸展的构造环境(图9)。结合二者的图解构造环境及地球化学特征，认为该套火山岩应形成于俯冲末期后碰撞开始阶段，英安岩具火山弧火山岩特征，玄武岩具板内火山岩特征，总体呈碰撞型弧区火山岩特征。

图7 土古土布拉克组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Fig.7 LA-ICP-MS U-Pb zircon concordia diagram of the volcanic rocks from the Tugutubulake Formation

5.2 地质意义

研究区位于东天山觉罗塔格构造带内，对于觉罗塔格地区的大地构造演化有不同认识，主要包括弧后盆地、岛弧、裂谷及后碰撞等不同观点[1-10]。问题焦点在于觉罗塔格地区是否存在俯冲带，俯冲过程在何时结束？其中弧后盆地观点认为东天山地区的俯冲碰撞事件可能结束于晚石炭世，觉罗塔格弧后盆地为晚古生代塔里木大洋往北向中天山岛弧俯冲的产物[1]。岛弧观点认为阿奇山-雅满苏岛弧带是一个石炭纪岛弧带，是觉罗塔格洋晚古生代向北俯冲的产物，与其有关的俯冲带为阿其克库都克-沙泉子断裂[2-3]；也有学者认为，康古尔断裂为塔里木板块和准噶尔板块的缝合带，阿奇山-雅满苏岛弧带是由康古尔塔格古洋盆沿康古尔断裂向南俯冲而形成，与北侧大南湖-头苏泉岛弧相对应，是康古尔塔格古洋盆在古生代发生双向俯冲的结果[4-5]。裂谷观点认为古亚洲洋在泥盆纪就已完全关闭，石炭纪火山岩是大陆板内裂谷背景的产物，属双峰式火山岩组合[6]。后碰撞观点认为觉罗塔格地区为裂陷槽环境，晚石炭—早二叠世东天山已进入后碰撞构造演化阶段[7-9]。

图8 上石炭统土古土布拉克组安山岩一流纹岩构造环境判别图解Fig.8 Discrimination diagram of tectonic environment of andesite rhyolite for Late Carboniferous from Tugutubulake Formation

图9 上石炭统土古土布拉克组玄武岩构造环境判别图Fig.9 Discrimination diagram of tectonic environment of basalt for Late Carboniferous from Tugutubulake Formation

尽管东天山石炭纪的构造演化仍存在争议，但大量研究表明，东天山石炭纪存在俯冲过程[1-13,16-19]，晚古生代新疆北部地区存在后碰撞构造演化阶段，俯冲碰撞事件可能结束于晚石炭世[1,7-10]。王京彬等认为晚石炭—早二叠世东天山觉罗塔格地区已进入后碰撞构造演化阶段[9]。董连慧认为觉罗塔格构造带为东天山后碰撞造山期的构造带[10]。袁峰对区内十里坡自然铜矿化点玄武岩进行研究得出玄武岩属板内玄武岩，形成于伸展构造环境，区域构造演化为后碰撞构造阶段的伸展期[7]。

本文获得土古土布拉克组TG-1(英安岩)的成岩年龄为(303.7±2.3)Ma，与前人在研究区内十里坡矿化点所测玄武岩成岩年龄(307±4 Ma)基本一致[8]，都对应于晚石炭世。这反映土古土布拉克组火山岩的成岩时间为晚石炭世，意味着该套火山岩可能经历了上述后碰撞构造演化阶段。

6 结论

(1)东天山土古土布拉克组火山岩岩石类型为玄武岩至流纹岩，以钾玄岩和低钾(拉斑)系列为主。

(2)土古土布拉克组火山岩中锆石LA-ICP-MS的U-Pb年龄为(303.7±2.3)Ma，对应于晚石炭世。基性岩为板内玄武岩，具拉张环境特征，酸性岩为火山弧花岗岩，具后碰撞花岗岩特征。

(3)结合已有研究成果，认为该时期觉罗塔格构造带内的俯冲挤压过程已结束，进入后碰撞的构造演化阶段，土古土布拉克组火山岩应形成于后碰撞构造阶段的伸展期。

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