王伟宁，滕明耀，罗耀清，罗 鑫，李宇航

（长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054）

天山造山带位于中亚造山带西南缘，由一系列古生代岛弧、蛇绿岩套、增生楔、大洋高原和微板块等俯冲增生型 块 体 组 成（图1a）(Windley et al.，1990;Allen et al.，1993;Gao et al.，1998;Xiao et al.，2004)。处于天山造山带腹地的伊宁地块，是一个被北界NWW向博罗科努断裂和南界NEE向那拉提北缘断裂围限的近三角形区域（图1b）（李永军，2019）。伊宁地块位于天山造山带西部，中亚造山带西南缘，是一个重要的晚古生代碰撞造山带和典型的增生型造山带。长久以来，学者们伊宁地块晚古生代构造环境和动力学背景存在很大争议，有学者认为其产于大陆裂谷、地幔柱有关的裂谷环境，（夏林圻等，2004；夏林圻等，2002；王广瑞等，1996），也有学者认为其产于岛弧环境、大陆弧、非典型裂谷等（朱永峰等，2005；郭璇等，2006；邵铁全等，2006；孙林华等，2007；王博等，2006）。

在最新的研究中，伊宁地块西南部的阿腾套山一带早石炭世大哈拉军山组中发现有成因特殊的（346～338Ma）球泡流纹岩（李永军等，2018）、双峰式玄武安山岩和流纹岩（Wang et al.，2018）以及高镁安山岩（Wang et al.，2019），而在阿腾套山一带大哈拉军山组中普遍存在的流纹岩的地球化学特征却不明确。据此，本文通过对阿腾套山一带大哈拉军山组中普遍存在的流纹岩进行地球化学特征研究，以期为该地区大哈拉军山组岩石成因与构造背景提供参考资料及地球化学约束条件。

1 区域地质特征

阿腾套山位于新疆昭苏县南部，呈NE向分布，大地构造属于伊宁地块，地层出露以石炭系为主，并被早石炭世～早二叠世花岗岩类和早二叠世基性岩枝岩脉侵入（图1c）。阿腾套山一带石炭纪地层从下到上依次为早石炭世大哈拉军山组（C1d）火山岩建造、早石炭世阿克沙克组（C1a）陆源碎屑岩-碳酸岩建造、晚石炭世伊什基里克组（C2y）火山岩建造。其中，大哈拉军山组与阿克沙克组呈断层或相不整合接触，并非是区域上前人划分的角度不整合接触，研究区内未见下伏地层，但1：20万昭苏幅内可见与下伏地层震旦纪水泉组呈角度不整合接触；阿克沙克组与伊什基里克组之间为区域性角度不整合接触。本文所研究的流纹岩样品取自于阿腾套山东北部的大哈拉军山组PM203和PM204剖面。

阿腾套山一带的大哈拉军山组火山岩普遍比较新鲜，爆发相和喷溢相均有出现。根据火山岩相特征，将其分为火山熔岩、火山碎屑岩两大类。火山熔岩岩石类型主要为流纹岩、球泡流纹岩、安山岩，玄武岩出露较少；火山碎屑岩有中酸性凝灰岩、火山角砾岩、含角砾凝灰岩。总体为一套浅海相-海陆交互相火山熔岩、火山碎屑岩、潜火山岩组合。大哈拉军山组火山岩在研究区内以火山碎屑岩厚度最大，其次是流纹岩及安山岩，该组地层厚度在区内从西向东有依次递减的趋势。

图1 a-中亚造山带构造位置示意图（据Jahn et al.，2000c；李永军等，2017）

2 样品特征

本次用于分析的7件样品均采自大哈拉军山组的基岩露头，岩性均为流纹岩。流纹岩为肉红色，无斑状结构，基质具微粒-包含霏细结构，流纹构造。岩石无斑晶，基质具微粒-包含霏细结构，主要为潜晶状的石英中包含霏细状的长石质点，构成包含霏细结构，其间分布微粒状石英、长石，二者聚集呈不同结构的细长条带平行定向排列，岩石显示流纹构造。磁铁矿：粒状，粒径0.04mm～0.3mm。岩石后期发育少量细裂隙，宽0.04mm～0.1mm，内充填石英。

3 测试方法

样品主、微量元素在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。主量元素在Shimadzu XRF-1700/1500上采用外标法测定，分析精度优于1%；微量元素采用Thermo-X7电感耦合等离子体质谱仪进行样品测定，分析精度和准确度优于10%。分析方法详见Liang等（2000）。

U-Pb锆石测年在西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成。ICP-MS为Agilent公司的Agilent7700x，激光剥蚀系统为Micro Las公司的Geo Las 200M。数据处理采用软件Glitter 4.4和Isoplot ver 3.0完成。具体分析步骤与处理方法详见Yuan等(2004)。

图2 锆石阴极发光图像及锆石U-Pb谐和图

4 锆石U-Pb测定结果

测年所用锆石取自阿腾套山东北部PM204剖面第24层的流纹岩，本次所测锆石均为无色、透明，大小不超过185μm，长宽比值为1.2：1～3：1，大多为正方双锥晶体且发育有良好的震荡环带结构，阴极发光图像上亦未见到继承核（图2），表明锆石为岩浆成因(Compston et al.，1992)。分析结果见表，锆石Th/U比值平均值为1.2，且Th/U呈正相关，也进一步说明了属岩浆锆石。

在锆石U-Pb年龄谐和图（图2）上，16个测点全部落在谐和曲线上，等时线年龄为（355.5±4.1）Ma(MSWD=0.073)，与206Pb/238U加权平均年龄(355.5±2.5)Ma(MSWD=0.23)在误差范围内一致，置信度为95%，时代为早石炭世。

5 岩石地球化学

5.1 主量元素及参数特征

主量元素分析可看出，岩石SiO2含量较高，介于73.30%～80.53%，平均76.81%，Al2O3含量Al2O3=10.69%～13.05%，富碱（Na2O+K2O=6.33%～9.24%）平均7.84%。贫镁（MgO=0.01%～0.59%）、贫钙（CaO=0.02%～0.14%）。利用碱度率（AR）值判别流纹岩的岩浆系列，样品AR=2.50～5.69，部分为钙碱性，部分为碱性。TiO2含量0.17%～0.55%，按Riley划分方案，属于低钛流纹岩。Mg#值（1.16～38.07）明显低于判别原始岩浆的参数值65，说明岩浆发生了结晶分异。

图3 球粒陨石标准化的稀土元素配分曲线图和原始地幔标准化的多元素配分曲线图（标准化值据Sun and McDonough，1989）

5.2 稀土和微量元素地球化学特征

阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩稀土元素总量（ΣREE）较低变化较大，介于64.78×10-6～205.53×10-6，∑LREE/∑HREE=1.88～11.40，（La/Yb）N=1.34～14.09，(Gd/Yb)N=0.88～2.91，轻重稀土分馏较为明显，重稀土分布总体较平坦。在原始地幔标准化蛛网图（图3）中，微量元素显示出大离子亲石元素(LILE)K、R b、Th、U的相对富集和高场强元素(HFSE)Nb、Ta相对亏损，显著亏损Sr、P和Ti，这与阿腾套山西南部大哈拉军山组球泡流纹岩和早石炭世A型花岗岩具有相似的蛛网图配分特征。

6 讨论

6.1 岩石成因

关于流纹岩成因目前主要有以下认识：地壳（俯冲洋壳、镁铁质下地壳、长英质下地壳）深熔作用形成；幔源玄武质岩浆分离结晶作用形成；幔源玄武质岩浆与地壳物质混合形成[7]。不同构造环境中形成的花岗岩-酸性火山岩微量元素的地球化学特征存在明显不同，它们的化学成分基本由源区成分控制（Förster，1997）。阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩不相容元素Nb/Ta为7.74～14.36比值较高且变化较大，平均值接近上地壳的相应值11.4（Taylor，1985），而偏离原始地幔相应值17.8较大（McDonough，1995），另岩石中Cr和Ni的含量极低（分别为0.49～8.59，平均值2.25，0.54～7.63，平均值2.49），说明岩浆体系没有地幔组分的参与。Ti/Zr值（2.87～4.16，平均3.29）小于20，Ti/Y值（13.74～77.82，平均38.0）小于200，表明大哈拉军山组流纹岩为典型的壳源岩浆系列，是陆壳岩石局部熔融的产物，非幔源基性岩浆分异演化的结果。

在阿腾套山一带大哈拉军山组火山岩中，熔岩岩石类型主要为流纹岩、球泡流纹岩、安山岩，玄武岩出露非常少，也从侧面证明流纹岩并非通过于幔源基性岩浆的结晶分异作用形成。

6.2 构造环境分析

不同构造环境中的岩石在微量元素组成上存在差异性（Pearce and Cann，1973）。在阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩中，大离子亲石元素(LILE)K、R b、Th、U较为富集，而Nb、Ta、Ti、P负异常明显，表现出陆源弧火山岩的性质。在典型构造环境判别图Rb-Y+Nb图解与Nb-Y图解中，样品均表现出火山弧花岗岩特征，指示其形成与俯冲作用有关。

阿腾套山西南部发现的（346Ma～338Ma）球泡流纹岩和早石炭世A型花岗岩被确定为弧后拉张环境的产物。在最新的研究中，阿腾套一带新发现地质时代约为345Ma的赞岐质高Mg安山岩、双峰式火山岩及其对应的双峰式镁铁质-长英质二端元组合(Wang et al.，2018，2019a、b)，这些特殊岩浆作用被认为与局部高温拉张环境下的洋壳熔融及其软流圈物质的灌入有关，是南天山大洋板片向北深俯冲过程中发生板片断离所致[1，2]。因此，阿腾套一带的早石炭世火山岩应是由板片断离（早期回撤）导致的弧后盆地岩浆产物[1，2]。而本次采集样品的年龄为355.5Ma±2.5 Ma，早于上述特殊岩浆作用发生时期。据此推测，早石炭世阿腾套山一带的构造环境处于不断变化的过程中，某一时期形成的火山岩并不能代表整个时期。在早石炭早期，阿腾套山一带处于南天山洋向北低角度逆冲变为高角度逆冲期间，属于弧后拉张早期，因此阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩地球化学表现以陆源弧特征为主。

图4 阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩Rb-(Y+Nb)及Nb-Y构造环境判别图（据Pearce et al.，1984）

7 结论

（1）伊宁地块阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩锆石U-Pb定年结果表明，其火山岩的年龄为355.5Ma±2.5 Ma，确定其形成时代为早石炭世早期。

（2）阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩具富硅、富铝、富碱、贫钙、低钛特征，相对富集LILE和LREE，亏损HFSE，为地壳部分熔融产物。

（3）早石炭世早期阿腾套山一带大哈拉军山组流纹岩形成与弧后拉张早期，地球化学表现以陆源弧特征为主。