...ICP-MS锆石U-Pb年龄、岩石地球化学特征及构造意
新疆地质
XINJIANG GEOLOGY
2018年3月Mar.2018
第36卷第1期V ol.36No.1
中图分类号:P534.46；P597文献标识码:A
文章编号：1000-8845(2018)01-038-06新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩
LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄、岩石地球
化学特征及构造意义
邸晓辰，舍建忠，贾建
(新疆维吾尔族自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000)
摘要：新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩处于准噶尔盆地西北缘，是西伯利亚板块、哈萨克斯
坦板块和塔里木板块交汇处的中亚增生造山带关键部位，哈尔加乌组玄武岩为青灰气孔或杏仁状玄武岩，属中低钾安山玄武岩，锆石年龄为(298.2±4.7)Ma ，属早二叠世。该玄武岩大离子亲石元素Ba ，Th ，K ，Sr 相对富集，高场强元素Nb ，Ta 相对亏损，Zr ，Hf 轻微富集，不相容元素丰度整体相对较低，反映与俯冲带相关的大陆岩浆作用的地球化学特征。哈尔加乌组玄武岩以板内大陆环境为主，并形成于活动造山环境，推测该玄武岩形成于与俯冲带有关的碰撞后陆内环境，且出现在俯冲造山期后的伸展背景下。关键词：谢米斯台山；哈尔加乌组；年代学；地球化学
新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩位于新疆西准噶尔西北缘的谢米斯台山中段阿克布拉克一带，准噶尔西北缘地处于西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块交汇处，是中亚增生造山带的关键部位[1]，晚古生代是准噶尔盆地构造体制的重要转折阶段[2-3]，随着残余洋盆的消亡，发生了多期陆相火山喷发、大规模富碱岩浆侵入，与幔源岩浆作用有关的成矿作用使之成为准噶尔西北缘的重要成矿期[4-5]。二叠纪火山作用是准噶尔地区晚古生代最晚一期火山作用，研究该地区基性火山岩对重新认识该地区火山作用特征、构造演化特征具重要意义，目前对该地区基性火山岩研究程度较低，且缺乏年代学研究数据。本文选取谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩为研究对象，通过对谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩的岩石学、同位素年代学、地球化学研究，对其地球动力学和大地构造环境进行探讨(图1)，更新对谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩的认识，为进一步研究该地
项目资助：新疆谢米斯台山中段阿克尔布拉克一带1∶5万L45E008009等3幅区域地质矿产调查项目
收稿日期:2017-08-04；修订日期:2017-09-28；作者E-mail:124810147@qq 第一作者简介：邸晓辰(1988)，男，新疆昌吉人，2015级新疆大学地质矿产专业在读硕士，
主要从事区域地质矿产调查研究工作
图1新疆西准主要构造图(a)；研究区地质简图(b)
Fig.1Main tectonic map of theWestern Junggar(a)and
the geological sketch map of study area(b)
1.第四系；
2.新近纪；
3.侏罗纪；
4.下二叠统哈尔加乌组；
5.下二叠统卡拉岗组；
6.下石炭统黑山头组；
7.上泥盆—下石炭统洪古勒楞组；
8.上泥盆统朱鲁木特组；
9.中泥
盆统呼吉尔斯特组；10.泥盆纪角闪二长花岗岩；11.晚石炭—早二叠正长
花岗岩；12.蛇绿混杂岩；13.地层界线；14.凝灰质砾岩；15.断层；16.采样位置；17.花岗岩；18.蛇绿岩；19.逆断层；20.走滑断层
第36卷第1期
邸晓辰等：新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄、
岩石地球化学特征及构造意义
区构造演化提供可靠证据。1地质背景
新疆西准噶尔西北缘谢米斯台山中段位于哈萨克斯坦板块、塔里木板块和西伯利亚板块交汇的中亚增生造山带关键部位[6-7]。受古亚洲洋和周边造山带发展演化及构造运动影响，经历了多阶段不同性质的构造叠加[8]。该地区地质条件复杂，主要由一系列增生杂岩带、古生代岩浆弧构成[6-8]，NE 向断裂构造发育。下二叠统整体为陆相安山岩-霏细岩组合，发育磨拉石沉积建造；早二叠世开始发育强烈火山活动，该时期伴随大陆初始裂谷发育。
研究区二叠系哈尔加乌组出露于布龙果尔西侧和查干哈木一带，可分为上、下两段，下段以酸性流纹质火山岩为主，上段以中基性火山岩夹火山碎屑岩组合为主(图1)。下段岩性主要为石英正长斑岩、流纹质晶屑凝灰岩、流纹质含角砾晶屑玻屑凝灰岩、流纹质火山角砾岩，火山机构发育，围绕火山机构，岩性具环带状分带特征。上段岩性主要为青灰玄武岩、灰玄武质火山灰凝灰岩、灰蚀变杏仁状玄武岩、杂玄武安山岩，基性火山岩以发育杏仁状玄武岩为特征，气孔特征较典型，可指示出熔岩的顶底构造，底部气孔较少不规则，顶部气孔较多，大而圆沿熔岩流动方向气孔被拉长成弯曲管状，拉长方向主要为NE 向。
2岩石学
谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩具斑状结构，斑晶矿物为辉石和斜长石，但含量较低。辉石呈
半自形粒状，粒径细，约0.3~0.6mm ，被次生蚀变矿物绿泥石取代。斜长石半自形板状、粒
状分布，被帘石和石英交代。基质具间粒结构，由板条状微晶斜长石、辉石、磁铁矿及蚀变矿物等构成，斜长石微晶杂乱或交织状分布，其间充填辉石和磁铁矿，多具泥化或被帘石交代。磁铁矿半自形-他形粒状，粒径很细，小于0.06mm ，分布在长石粒间。辉石半自形粒状，粒径很细，少部分被绿泥石取代。岩石中次生蚀变作用较明显，主要为绿泥石化和帘石化，交代辉石及斜长石。杏仁体不规则状，被帘石和绿泥石充填。
3制样及分析方法
用于LA-ICP-MS(激光剥蚀电感耦合等离子体质谱)锆石U-Pb 测年的样品均为较新鲜的谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩。对野外采集的4件样品进行了全岩分析，并选取1件新鲜的玄武岩样品进行锆石U-Pb 测年。测试样品均采自较新鲜的基岩露头，采样位置避开了研究区内断裂构造破碎带、蚀变带和接触带等，蚀变程度低，杏仁和气孔构造少。
LA-ICP-MS 锆石原位U-Pb 定年在西安地质调查中心实验测试中心完成，主量元素分析在新疆地质矿产开发局中心实验室采用X 射线荧光光谱仪(XRF)进行测定，稀土和微量元素在新疆地质矿产开发局中心实验室采用等离子体质谱仪进行测定。具体仪器参数、样品制备方法、分析流程及数据处理方法参考实验室官方文献。
4锆石LA-ICP-MS U-Pb 年龄
从玄武岩样品中选取锆石为浅黄-无透明呈正方双锥状、纽柱状及半截锥状的自形晶体，晶体长约0.10mm ，宽约0.05mm ，长宽比约为2∶1，阴极
图2锆石LA-ICP-MS 年龄谐和曲线图
Fig.2Concordia diagrams of LA-ICP-MS zircon U-Pb
dating
39
新疆地质2018年
发光图像反映锆石具典型岩浆锆石环带特征，但环带较宽，环带密度较稀疏，属于岩浆结晶的产物[9]。对所选玄武岩样品锆石进行LA-ICP-MS U-Pb 锆石测年分析，锆石年龄为(298.2±4.7)Ma(MSWD=0.86，probability=0.52)，属早二叠世(图2)。
5岩石地球化学特征
5.1主量元素地球化学
谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩w (SiO 2)为48.03%~51.34%，平均49.43%，属于基性玄武岩。岩浆喷溢过程，可能未经一定的结晶分异过程，w (TiO 2)为1.18%~1.66%，与MORB(洋中脊玄武岩)平均值(w (TiO 2)=1.5%)近似。w (P 2O 5)为0.40%~0.50%，平均0.44%；w (CaO)=3.73%~8.28%，平均6.06%；w (MgO)=4.39%~7.95%，平均5.53%；与板内类型玄武岩(w (CaO)=9.70%，w (MgO)=5.90%)较为
接近。Mg #值为34~51，平均42，其值较小，表明经历了较弱的分离结晶作用；全碱丰度(w (Na 2O+K 2O)为3.3%~5.71%，平均4.37%)较高，整体呈越偏酸性全
碱丰度越高的趋势；w (Na 2O)=2.74%~4.46%，平均3.26%；w (K 2O)=0.56%~1.39%，平均1.15%，具相对富钠的特征。
根据不活动高场强元素分类图，反映该玄武岩为安山玄武岩、亚碱性玄武岩(图3-a)，在w (K 2O)-w (SiO 2)图解中(图3-b)，主要落入中低钾区域。综上所述，该玄武岩具中低钾安山玄武岩特征。5.2稀土元素和微量元素地球化学
谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩稀土分布曲线呈向右下缓倾斜曲线分布模式，轻、重稀土含量依次降低(图4-a)。稀土元素总量为93.98×10-6~124.09×10-6，平均为116.69×10-6，轻稀土总量为77.59×10-6~124.49×10-6，平均99.32×10-6，重稀土总量为16.32×10-6~20.36×10-6，平均17.36×10-6，∑LREE/∑HREE 为4.73×10-6~6.35×10-6，平均为5.70×10-6，显示两者分异明显。(La/Yb)N 值为3.81~
5.77，平均为4.95，因而分布曲线具较平直并略为右倾的特征，属轻稀土富集型。δCe 值为0.84~0.89，平均为0.86，Ce 负异常不明显，表明火山岩受表生作
图4谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组球粒陨石标准化的稀土元素分布模式(a)和原始地幔标准化多元素蛛网图(b)
Fig.4Chondrite-normalized REE distribution patterns (a)and primitive mantle-normalized
multi-elements spider diagram (b)in Haerjiawu Formation
图3谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩TAS 图解(a)和K 2O-SiO 2图解
Fig.3TAS diagram (a)and K 2O-SiO 2diagram (b)of Haerjiawu Formation in the middle of Xiemisitai
mountain
40
第36卷第1期邸晓辰等：新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、
岩石地球化学特征及构造意义
用改造较弱，δEu值为1.06~1.25，平均为1.14，表现出微弱的Eu正异常，说明岩浆的斜长石结晶分离较弱[11]。
由图4-b可见，大离子亲石元素Ba，Th，K，Sr轻微富集，其中两个样品Rb，K含量低，为测年样品，可能与岩石较新鲜及气孔和杏仁体较少有关，也从侧面反映了测年样品遭受后期热液改造、变质作用及地表的影响较小。蛛网图总体呈隆起型的微量元素分布形式。高场强元素Zr，Hf，Nb，Ta在蚀变和变质作用过程中具良好的稳定性，是岩石成因和源区性质的良好示踪剂。样品高场强元素Nb，Ta相对亏损，Zr，Hf轻微亏损，总体表现出与俯冲带相关的大陆或岛弧岩浆作用特征。以上特征可能与岩浆上升过程中地幔楔形体等消减组分加入或陆壳混染作用有关。陆壳的混染作用往往会造成不相容元素(ICE)Gd，Tb，Dy，Y，Ho，Yb，Lu的升高，而研究区哈尔加乌组玄武岩的ICE丰度相对较低。因此，可否定样品的Nb，Ta亏损和Zr，Hf的轻度亏损与陆壳混染作用有关，而是岩浆上升过程中地幔楔形体等消减组分加入的结果。
研究区哈尔加乌组火山岩Nb丰度为5.50×10-6~ 10.50×10-6(表1)，平均8.81×10-6，Ta丰度0.40×10-6~ 1.05×10-6，平均0.73×10-6，明显高于岛弧拉斑玄武岩Nb，Ta丰度(w(Nb)为1.70×10-6~2.70×10-6，w(Ta)为0.10×10-6~0.18×10-6)，高于洋脊拉斑玄武岩(w(Nb)为4.46×10-6，w(Ta)为0.29×10-6)；Nb/Ta值为7.62~ 15.00，平均为12.12，低于原始地幔(Nb/Ta=17)[20]，Zr 丰度为111.00×10-6~174.00×10-6，平均139.22×10-6，Hf丰度2.80×10-6~4.20×10-6，平均为3.32×10-6，明显高于火山弧拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩和钾玄岩的Zr、Hf丰度(Zr的丰度分别为40×10-6、71×10-6、87×10-6，Hf的丰度分别为1.17×10-6、2.23×10-6、2.24×10-6)；
Zr/Hf比值(39.64~43.23，平均41.98)接近原始地幔(Zr/Hf=36)。
6构造环境分析
大陆地壳或岩石圈混染作用显示出近似消减带影响效果，并导致将受到混染的大陆玄武岩误判为岛弧玄武岩。Zr和Y在大陆玄武岩中遭受地壳或岩石圈混染时相对其他元素受到的影响较小，其浓度基本保持稳定，使用这两种元素作为判别因子的构造环境判别图可有效规避由地壳或岩石圈混染造成的误判[23]。在Zr/Y-w(Zr)判别图解中，大部分点落在板内玄武岩区域内，而与岛弧玄武岩和洋中脊玄武岩区域相距甚远(图5-a)。在Nb/U-w(Nb)判别图解中(图5-b)，大部分点落入大陆玄武岩范围内，表明研究区哈尔加乌组玄武岩具板内大陆火山活动的特征。
研究区玄武岩样品的LILE富集和Nb，Ta亏损，表现出火山弧火山岩的部分特征。一般认为，岛弧岩浆主要为洋壳及沉积物在俯冲过程中形成的流体或熔体交代过的上覆地幔楔发生部分熔融所形成[26]，哈尔加组玄武岩样品Th丰度较低(1.62×10-6~ 3.25×10-6，平均为2.24×10-6)，Ce/Th值(16.79~27.10，平均为19.97)，和Ba/Th值(70.98~323.46，平均为184.83)，总体高于消减沉积物(Ce/Th≈8，Ba/Th≈表1哈尔加乌组玄武岩主量元素与微量元素化学成分Table1Major and trace element contents of basalt from
Permian Haerjiawu Formation
样品
主量元素/%
SiO2
Al2O3
BaO
CaO
Cr2O3
TFe2O3
K2O
MgO
MnO
Na2O
P2O5
SO3
SrO
TiO2
LOI
FeO
Fe3+
微量元素/×10-6
Ba
Ce
Cr
Cs
Dy
Er
Eu
Ga
Gd
Hf
Ho
La
Lu
Nb
Nd
Pr
Rb
Sm
Sn
Sr
Ta
Tb
Th
Tm
U
V
W
Y
Yb
Zr
15AKPM03
-2-QY01
49.18
16.74
0.07
8.28
0.02
10.08
1.39
5.33
0.18
2.84
0.43
0.01
0.08
1.47
3.21
5.67
2.64
640.00
46.80
dnf狱岩石武器
140.00
1.03
4.74
2.84
1.93
18.90
5.26
3.60
0.92
21.40
0.36
10.50
24.60
6.07
24.90
5.60
2.00
750.00
0.70
0.77
2.12
0.39
0.62
272.00
1.00
25.70
2.41
153.00
15AKPM03
-
6-QY02
49.21
16.90
0.06
4.92
0.02
11.68
1.25
5.67
0.15
4.46
0.50
0.01
0.06
1.66
3.75
4.10
4.98
524.00
43.90
140.00
1.24
4.43
2.48
1.95
17.70
5.00
3.20
0.82
20.00
0.34
10.40
22.60
5.52
25.60
5.32
2.00
563.00
0.70
0.72
1.62
0.37
0.47
267.00
2.00
25.40
2.16
134.00
15AKPM03
-16-QY04
48.03
16.54
0.04
8.34
0.04
10.52
0.56
7.95
0.21
2.74
0.47
<0.01
0.06
1.40
2.98
4.11
4.16
359.00
46.90
320.00
2.17
4.33
2.48
1.98
18.30
5.37
2.80
0.84
20.70
0.32
5.50
24.10
5.75
19.30
5.57
1.00
514.00
0.40
0.70
2.41
0.36
0.57
305.00
1.00
24.70
2.13
111.00
15AKPM03
-20-QY05
51.34
16.89
0.07
7.31
0.01
9.24
1.26
5.07
0.24
3.00
0.40
0.01
0.05
1.18
3.71
3.55
3.70
611.00
55.60
130.00
5.10
5.27
3.13
1.99
20.50
6.18
4.20
1.04
26.50
0.44
10.40
27.20
6.94
43.80
6.26
2.00
527.00
0.70
0.83
3.25
0.47
0.83
266.00
1.00
30.60
3.00
174.00
41
新疆地质2018年
111)，表明研究区火山岩岩浆源区基本没有消减沉积物的加入。因此，研究区火山岩的弧火山岩特征可能与俯冲流体交代过的岩石圈地幔参与岩浆形成有关。在TFeO-Mg-Al 2O 3构造环境图解中，样品落于板内拉斑玄武岩和钙碱性玄武岩区(图6-a)；在2Nb-Zr/4-Y 构造环境判别图解主要投于造山带环境区域内(图6-b)。
综上所述，研究区发育的二叠系哈尔加乌组火山岩地球化学特征以板内大陆环境为主，兼具弧火山岩的部分特征，形成于与俯冲带有关的碰撞后陆内环境，一般出现在俯冲造山期后的伸展背景下，火山岩样品所表现出的岛弧特征是对碰撞前混染弧组分的继承，而非岛弧环境。
7结论
(1)新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩为青灰气孔或杏仁状玄武岩，属中低钾安山
玄武岩。锆石年龄为(298.2±4.7)Ma(MSWD=0.86，probability=0.52)，属于早二叠世。
(2)新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩的大离子亲石元素Ba ，Th ，K ，Sr 相对富集，高场强元素Nb ，Ta 相对亏损，Zr ，Hf 轻微富集，不相容元素丰度整体相对较低，总体表现出与俯冲带相关的大陆岩浆作用的特征。
(3)新疆谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组玄武岩以板内大陆环境为主，并形成于活动造山环境，推测该玄武岩形成于与俯冲带有关的碰撞后陆内环境，且出现在俯冲造山期后的伸展背景下。
参考文献
[1]肖文交，舒良树，高俊，等.中亚造山带大陆动力学过程与成矿作
用[J].新疆地质，2008,26(1):4-8.
[2]尹继元，袁超，王毓婧，等.新疆西准噶尔晚古生代大地构造演化
的岩浆活动记录[J].大地构造与成矿学,2011,35(2):278-291.[3]徐新，周可法，王煜.西准噶尔晚古生代残余洋盆消亡时间与构
造背景研究[J].岩石学报,2010,26(11):3206-3214.
[4]王京彬，徐新.新疆北部后碰撞构造演化与成矿[J].地质学报,
图5谢米斯台山中段二叠纪哈尔加乌组构造判别图
Fig.5Tectonic discrimination diagrams of Haerjiawu Formation
a ——Zr/Y-Zr 图；
b ——Nb/U-Nb 图
图6TFeO-MgO-Al 2O 3图解(a)和2Nb-Zr/4-Y 构造判别图解(b)
Fig.6TFeO-MgO-Al 2O 3(a)and 2Nb-Zr/4-Y (b)discrimination
diagram
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