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2 0 1 7年 6月 J u n e 2 0 1 7 岩 矿 测 试 R O C KA N DM I N E R A LA N A L Y S I S V o l . 3 6 ,N o . 3 3 1 8- 3 2 5 收稿日期 2 0 1 7- 0 4- 0 6 ;修回日期 2 0 1 7- 0 5- 2 0 ;接受日期 2 0 1 7- 0 6- 0 1 基金项目国家自然科学基金资助项目( 4 1 2 0 2 1 6 1 , 4 1 6 7 2 2 1 7 ) ; 中央高校基本科研业务费项目( N 1 4 0 1 0 4 0 0 3 ,N 1 4 0 1 0 4 0 0 4 ) 作者简介陈家富, 副教授, 从事大地构造学教学与科研工作。E m a i l c h e n j i a f u @m a i l . n e u . e d u . c n 。 陈家富,马旭,李超, 等. 西准噶尔谢米斯台山西北段中志留世火山岩地球化学与 S r - N d - O s 同位素特征及其地质意义[ J ] . 岩矿测试, 2 0 1 7 , 3 6 ( 3 ) 3 1 8- 3 2 5 . C H E NJ i a f u ,M AX u ,L IC h a o ,e t a l . G e o c h e m i c a l a n dS r N d O sI s o t o p i cC h a r a c t e r i s t i c so f M i d d l eS i l u r i a nV o l c a n i cR o c k si n N o r t h w e s t o f t h eX i e m i s i t a i M o u n t a i n s ,We s t J u n g g a r a n dI t sT e c t o n i cI m p l i c a t i o n s [ J ] . R o c ka n dM i n e r a l A n a l y s i s , 2 0 1 7 , 3 6 ( 3 ) 3 1 8- 3 2 5 . 【 D O I 1 0 . 1 5 8 9 8 / j . c n k i . 1 1- 2 1 3 1 / t d . 2 0 1 7 0 4 0 6 0 0 5 1 】 西准噶尔谢米斯台山西北段中志留世火山岩地球化学与 S r -N d - O s 同位素特征及其地质意义 陈家富1 , 2,马旭1,李超3,屈文俊3,都厚远1,赵然1,韩宝福2 ( 1 . 东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 1 1 0 8 1 9 ; 2 . 北京大学地球与空间科学学院,北京 1 0 0 8 7 1 ; 3 . 中国地质科学院 R e - O s 同位素重点实验室,北京 1 0 0 0 3 7 ) 摘要西准噶尔谢米斯台山火山岩近期报道形成于志留纪而非之前认为的中泥盆世, 但有关中志留世火山 岩特征及构造意义研究较弱。本文对西准噶尔谢米斯台山西北段乌兰浩特中志留世玄武岩、 玄武安山岩样 品进行了系统的地球化学主量、 微量元素与 S r -N d-O s 同位素特征分析。火山岩样品表现出高 M g O ( 5 . 1 5 % ~ 7 . 8 1 %) 、 镁值( 5 6 . 0~ 6 0 . 7 ) 和低 C a O ( 4 . 5 6 % ~5 . 0 9 %) 、 F e O T/ M g O ( 1 . 1 5~ 1 . 4 0 ) 的特征, 属于 高镁火山岩类。玄武岩的 ε N d ( t ) 值为 + 2 . 6 5 , 8 7S r /8 6S r 和1 8 7O s /1 8 8O s 初始比值分别为 0 . 7 0 4 3 9和 0 . 4 9 0 1 。 略显富集的同位素比值与高 T h / Y b 值( 2 . 2~ 2 . 7 ) 、 低 B a / L a 值( 1 7 . 4~ 3 3 . 4 ) 表明其可能是受洋底沉积物熔 体交代地幔部分熔融的产物, 并遭受了一定程度地壳混染。火山岩样品为钙碱性, 具有轻稀土和大离子亲石 元素富集、 N b 和 T a 亏损等弧岩浆特征, 推测乌兰浩特中志留世火山岩形成于与准噶尔洋板片由南向北俯冲 有关的弧后环境。 关键词中志留世;火山岩;S r - N d - O s 同位素;弧后;西准噶尔 中图分类号P 5 9 7 . 3 ;P 5 8 8 . 1 4文献标识码A 虽然有关西准噶尔北部中古生代构造 - 岩浆演 化研究取得了若干重要进展, 例如, 锆石 U-P b年 代学研究表明谢米斯台地区火山岩主要形成于志留 纪[ 1 - 5 ]而并非之前认为的中泥盆世, 地球化学研究 表明早志留世岩浆活动具有典型的弧岩浆特征[ 4 ], 而晚志留世发育 A型花岗岩为代表的碱性岩浆[ 1 ], 代表俯冲[ 3 ]或后碰撞环境[ 5 ], 但对于该区中志留世 岩浆性质与构造背景仍缺乏必要讨论, 导致对于中 亚造山带西南部中古生代增生造山过程认识仍不够 系统、 完整。 另外, 由于尚没有在西准噶尔地区发现古老的 前寒武纪基底, 该区内的火山岩、 侵入岩均具有类似 亏损地幔的 S r 、 N d 、 H f 同位素特征, 其岩石成因被解 释为可能源自幔源岩浆的直接分异[ 6 ]或新生地壳 ( 或洋壳) 的重熔[ 7 ], 但对于是否有地壳物质的混染 或混合作用仍缺乏有效的同位素限定。R e -O s 不 同于 R b - S r 、 S m-N d等亲石元素构成的同位素体 系, 在地幔部分熔融过程中, R e 作为中等不相容元 素优先进入熔体相, O s 作为强相容元素则富集在残 留相中。经过长期演化, 地幔与地壳储库的 O s 同位 素组成差别巨大, 是研究幔源岩浆性质, 判别幔源岩 浆有无古老地壳混染或壳源熔体混合的理想示踪 剂[ 8 - 9 ], 将为揭示西准噶尔古生代地幔性质与解决 是否存在古老地壳等重要科学问题提供关键证据。 813 ChaoXing 本文对研究程度较弱的西准噶尔谢米斯台山西 北段中 -基性火山岩进行全岩主微量元素与 S r 、 N d 、 O s 同位素比值的系统测试, 试图准确限定其岩 石成因与构造背景, 加深对西准噶尔北部中古生代 构造 - 岩浆演化的理解。 1 地质背景与样品 西准噶尔作为中亚造山带西南部重要的增生型 造山带, 由一系列的岛弧、 蛇绿岩、 古海山及增生杂 岩构成[ 1 0 - 1 2 ]。谢米斯台山位于西准噶尔北部, 大地 构造划分隶属于博什库尔成吉斯弧[ 1 ]( 图 1 a ) , 广 泛发育中古生代基性 -酸性火山岩、 火山碎屑岩及 侵入岩。最新锆石 U-P b测年结果表明谢米斯台 山的 岩 浆 活 动 主 要 形 成 于 中 志 留 世中 泥 盆 世[ 1 - 5 ]。中志留世火山岩及侵入岩为钙碱性, 形成 于俯冲环境[ 4 ], 晚志留世岩浆岩为高钾钙碱性 -碱 性, 可能形成于后碰撞伸展环境[ 5 ]或俯冲环境[ 2 , 1 3 ]。 图 1 谢米斯台山西北段地质简图与采样点位置( 修改自 C h e n 等[ 5 ]) F i g . 1 S i m p l i f i e ds a m p l i n gl o c a t i o na n dg e o l o g i c a l m a po f n o r t h w e s t e r nX i e m i s i t a i M o u n t a i n s ( M o d i f i e da f t e r C h e n ,e t a l . [ 5 ]) 本文采集样品位于谢米斯台山西北段的乌兰浩 特村东南约 1k m处。该处主要出露志留纪火山角 砾岩、 凝灰岩、 玄武岩及玄武安山岩, 火山岩地层产 状整体倾向北, 倾角 4 0 ~ 5 0 , 被晚志留世闪长岩 侵入( 图 1 a ) 。最新在附近火山岩层位内得到的安 山岩锆石 U-P b年龄为 4 2 9M a [ 1 4 ]。玄武岩样品 ( 编号 0 8 7 1 1 B- 2 ) 为黑色、 块状, 细粒结构、 发育气 孔构造、 杏仁构造, 中度蚀变( 图 2 b ) 。显微镜下显 示斑状结构, 见半自形的辉石、 斜长石斑晶( 含量约 2 0 %) , 辉石斑晶边部绿泥石化, 斜长石斑晶局部绢 云母化。基质为微晶斜长石和辉石( 含量约 8 0 %, 图 2 b ) 。玄武安山岩样品( 编号 0 8 7 1 1 B- 3 ) 为灰绿 色, 致密块状, 发育杏仁构造。显微镜下观察见半自 形的辉石、 斜长石斑晶( 含量约 2 5 %) , 部分绿泥石 化、 绢云母化蚀变, 基质为微晶斜长石和辉石( 含量 约 7 5 %) 。 2 测试分析方法 全岩主要氧化物分析实验在北京大学造山带与 地壳演化教育部重点实验室的 A R LA D V A N T X P+ 扫描型波长色散顺序式 X射线荧光光谱仪( X R F ) 上完成。准确称取4g 分析级助熔剂和烘干的0 . 4g 样品, 置于铂金坩埚中搅拌均匀, 再添加 3~ 4滴溴 化氨饱和溶液。在 1 2 0 0 ℃的高温下熔融, 制成玻璃 片后, 采用 X R F法测定主要氧化物组成, 分析精度 优于 5 %。 全岩微量元素和稀土元素测试在西北大学大陆 动力学国家实验室的 I C P-M S上完成。样品粉末 化学预处理采用两酸( 硝酸 +氢氟酸) 高压反应釜 溶样方法, 详细的化学溶解方法和微量元素含量分 析过程可参见 Q i 等[ 1 5 ]和贾双琳等[ 1 6 ]。通过标准 样品 A G V- 1 、 B C R- 2 、 B H V O- 2与 G- 2监测溶 样和分析过程, 分析精度优于 1 0 %。 全岩 R b - S r 同位素测试在中国地质科学院地 质研究所的 M A T 2 6 2固体同位素质谱计上完成, S r 913 第 3期 陈家富, 等 西准噶尔谢米斯台山西北段中志留世火山岩地球化学与 S r - N d - O s 同位素特征及其地质意义 第 3 6卷 ChaoXing 图 2 玄武岩样品的( a ) 野外照片与( b ) 显微照片( 正交偏光) F i g . 2 ( a )O u t c r o pp h o t oo f b a s a l t a n d( b )i t s m i c r o s c o p i cf e a t u r e 同位素质量分馏采用8 8S r / 8 6S r = 8 . 3 7 5 2 1校正, 标样 S R M的8 7S r / 8 6S r 比值为 0 . 7 1 0 2 4 3 1 2 ( 2 σ ) 。全岩 S m- N d 同位素测试在中国地质科学院地质研究所 的 N uP l a s a m高分辨多接收器电感耦合等离子体质 谱仪( M C-I C P-M S ) 上完成, N d同位素质量分馏 采用1 4 6N d / 1 4 4N d= 0 . 7 2 1 9校正, 标样 J M C的1 4 6N d / 1 4 4N d 比值为 0 . 5 1 1 1 2 7 1 0 ( 2 σ ) 。详细的分析测试 流程见何学贤等[ 1 7 ]和唐索寒等[ 1 8 ]。 全岩 O s 同位素测试在国家地质实验测试中心 R e - O s 重点实验室的 T r i t o n - P l u s 型热表面电离质 谱仪上完成。样品的溶样、 微蒸馏等前处理过程见 李超等[ 1 9 ], 采用热表面电离质谱仪负离子模式 ( N T I M S 法) 测定同位素比值, 采用 S E M跳峰模式 测定 O s O 3的 7个质量数, 积分时间为 4s 。对测量 数据利用仪器测量的氧同位素组成和统计学中的等 概率模型采用逐级剥谱法进行氧同位素干扰扣除, 迭代法质量分馏校正。1 8 7O s / 1 8 8O s 值的测量精度在 0 . 2 %以内。 3 测试结果 3 . 1 主要氧化物地球化学特征 对火山岩样品的主要氧化物进行分析的结果表 明 由于后期蚀变影响, 样品的烧失量( L O I ) 较高 ( 2 6 5 % ~4 4 1 %) , 不 适 合 进 行 T A S分 类, 在 Z r / T i O 20 0 0 0 1- N b / Y火山岩微量元素分类图解 ( 图 3 a ) 中, 2个样品分别落于玄武岩和玄武安山岩 区域内。S i O 2含量为 5 0 8 3 % ~ 5 6 2 3 %, N a2O 含量 为 3 7 5 % ~ 3 7 8 %, T i O 2( 0 6 3 % ~ 0 7 0 %) 、 A l2O3 ( 1 5 4 3 % ~ 1 6 4 9 %) 和 C a O ( 4 5 6 % ~ 5 0 9 %) 的 含量较低, M g O含量非常高( 5 1 5 % ~ 7 8 1 %) , 同 时具有高 M g 值( 56.0 60.7 ) 、 低 F e O T/ M g O值 ( 1 1 5~ 1 4 0 ) 的特征( 表 1 ) , 属于比较典型的高镁 火山岩类。 表 1 火山岩的主要氧化物测试结果( 单位为%) T a b l e 1 M a j o r o x i d e s c o m p o s i t i o n s ( %)o f v o l c a n i cr o c k s 元素 玄武岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 2 ) 玄武安山岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 3 ) 元素 玄武岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 2 ) 玄武安山岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 3 ) S i O25 0 . 8 35 6 . 2 3C a O4 . 5 65 . 0 9 T i O2 0 . 7 0 40 . 6 3 4 N a 2O 3 . 7 53 . 7 8 A l 2O3 1 6 . 4 91 5 . 4 3K2O0 . 9 42 . 5 5 F e 2O3 T 1 0 . 0 08 . 0 0 P 2O5 0 . 2 5 50 . 2 0 3 M n O0 . 1 3 50 . 1 4 8L O I4 . 4 12 . 6 5 M g O7 . 8 15 . 1 5总计9 9 . 8 89 9 . 8 6 3 . 2 微量元素和稀土元素地球化学特征 火山岩样品的微量元素分析结果见表 2 。样品 具有相似的稀土元素、 微量元素含量与配分模式。 稀土元素总含量偏低( 8 5 6~ 8 8 1μ g / g ) , 轻稀土元 素富集, ( L a / Y b ) N值为 4 9 5~ 5 8 0 , ( L a / S m )N值为 2 3 8~ 3 1 1 , 为显示明显的右倾配分模式。重稀土 配分比较平坦, ( S m/ Y b ) N值为 1 8 7~ 2 0 7 。无明 显 E u 异常( E u = 0 9 4~ 1 0 2 , 见图 3 c ) , 指示没有 发生斜长石的分异结晶。N i ( 9 4 8~1 8 6μ g / g ) 、 C r ( 8 9 3~ 3 6 1μ g / g ) 含量相比典型的富镁安山岩 略低, S r / Y值(~ 2 0 ) 低于典型的埃达克岩( S r / Y> 4 0 ) 。在Y- Z r 二元判别图解上( 图 3 b ) 均落入钙碱 性系列区域。在微量元素蛛网配分图上( 图 3 d ) , 大 离子亲石元素( K 、 R b 、 B a 、 L a ) 明显富集, S r 轻微富 集, 高场强元素( N b 、 T a ) 和 T i 强烈亏损。 023 第 3期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 表 2 火山岩的微量元素和稀土元素含量( 单位为 μ g / g ) 测 试结果 T a b l e 2 C o m p o s i t i o n s o f t r a c e e l e m e n t s a n dr a r e e a r t he l e m e n t s ( μ g / g )o f v o l c a n i cr o c k s 元素 玄武岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 2 ) 玄武安山岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 3 ) 元素 玄武岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 2 ) 玄武安山岩 ( 0 8 7 1 1 B- 0 3 ) L i2 8 . 91 2 . 9C e3 0 . 73 3 . 2 B e1 . 1 01 . 3 3P r3 . 9 24 . 0 1 S c2 4 . 12 2 . 0N d1 6 . 71 6 . 0 V2 1 81 6 8S m4 . 0 63 . 5 9 C r8 . 9 33 6 . 1E u1 . 2 21 . 1 8 C o2 6 . 02 0 . 3G d3 . 7 73 . 4 2 N i9 . 4 81 8 . 6T b0 . 6 00 . 5 3 C u6 4 . 97 5 . 1D y3 . 7 43 . 2 9 Z n7 9 . 78 1 . 5H o0 . 8 20 . 7 4 G a1 8 . 01 6 . 3E r2 . 2 32 . 0 6 G e1 . 2 51 . 1 8T m0 . 3 50 . 3 2 R b3 1 . 26 7 . 0Y b2 . 1 82 . 1 4 S r4 5 54 1 1L u0 . 3 40 . 3 4 Y2 2 . 32 0 . 4H f2 . 2 53 . 7 2 Z r8 9 . 41 7 3T a0 . 3 10 . 3 9 N b5 . 0 96 . 0 2P b1 2 . 32 6 . 7 C s2 . 2 41 . 2 7T h4 . 7 85 . 7 2 B a2 6 15 7 8U1 . 2 81 . 5 6 L a1 5 . 01 7 . 3 图 3 火山岩( a ) 微量元素分类图解、 ( b ) Z r - Y二元图解、 ( c ) 稀土配分图解和( d ) 微量元素蛛网图 F i g . 3 ( a )T r a c ee l e m e n t c l a s s i f i c a t i o n ,( b )Z r Ye l e m e n t p l o t ,( c )R E Ep a t t e r n sa n d( d )t r a c ee l e m e n t s p i d e r d i a g r a m so f v o l c a n i cr o c k s 3 . 3 S r - N d 同位素特征 对玄武岩样品( 编号 0 8 7 1 1 B- 2 ) 进行全岩 R b - S r 、 S m-N d同位素测试的结果见表 3 。该样品 的8 7R b / 8 6S r 比值为 0 1 9 8 1 5 , 用 4 2 9M a 的成岩年龄 计算得到8 7S r / 8 6S r 初始比值为 0 7 0 4 3 9 。1 4 7S m/1 4 4N d 比值为 0 1 4 7 2 7 , 用 4 2 9M a的成岩年龄计算得到 ε N d ( t ) 值为 + 2 6 5 , 低于亏损地幔值( 约 + 9 ) , N d 模式年龄( T D M) 为 1 1 8 5M a 。 表 3 火山岩样品 0 8 7 1 1 B- 0 2的同位素比值测试结果 T a b l e 3 T h ei s o t o p i cd a t ao ft h ev o l c a n i cr o c ks a m p l eN o . 0 8 7 1 1 B- 0 2 参数数值参数数值 8 7S r /8 6S r 0 . 7 0 5 6 0R e 含量( p g )3 9 . 4 8 7R b /8 6S r 0 . 1 9 8 2O s 含量( p g )1 3 . 4 7 2 ( 8 7S r /8 6S r ) i 0 . 7 0 4 3 9 1 8 7R e /1 8 8O s 1 4 . 9 6 2 1 4 3N d /1 4 4N d 0 . 5 1 2 6 3 5 1 8 7O s /1 8 8O s 0 . 5 9 7 5 1 4 7S m/1 4 4N d 0 . 1 4 7 2 7( 1 8 7O s /1 8 8O s ) i 0 . 4 9 0 1 ε N d ( t )2 . 6 5 γ O s ( t )2 9 5 T D M( M a ) 1 1 8 5TM A( G a )1 . 9 1 注 同位素初始值计算应用的岩石年龄为 4 2 9M a [ 1 4 ], 计算公式同 C h e n 等[ 5 ]。 123 第 3期 陈家富, 等 西准噶尔谢米斯台山西北段中志留世火山岩地球化学与 S r - N d - O s 同位素特征及其地质意义 第 3 6卷 ChaoXing 3 . 4 O s 同位素特征 对玄武岩样品( 编号 0 8 7 1 1 B-2 ) 进行全岩 R e - O s 同位素测试的结果见表 3 。该样品的 R e 和 O s 含量较低, 分别为 3 9 4p g / g 和 1 3 5p g / g , 1 8 7R e / 1 8 8O s 比值为 1 4 9 6 2 , 利用 4 2 9M a的成岩年龄计算 得到 1 8 7O s /1 8 8O s 初始比值为 0 4 9 0 1 , γ O s ( t ) 值为 2 9 4 9 , 模式年龄( T M A) 为 1 9 1G a 。 4 岩石成因 玄武岩、 玄武安山岩样品的地球化学特征表现 为富 M g O 、 低 A l 2O3和 T i O2, 符合富镁火山岩类的基 本特征。有关富镁火山岩( 尤其是富镁安山岩) 的 岩石成因争议较大, 可能是俯冲板片熔体交代地幔 橄榄岩而发生的部分熔融[ 2 0 ], 富水熔体或流体与地 幔楔交代的结果[ 2 1 - 2 2 ], 也可能是几乎不含水的安山 质熔体与橄榄石反应的结果[ 9 , 2 3 ]。由板片熔体交代 地幔橄榄岩形成的高镁安山岩通常具有埃达克岩 ( S r / Y>4 0 ) 的地球化学特征[ 2 4 ], 而本文样品的 S r / Y 值仅 ~ 2 0 。安山质熔体与橄榄石的反应过程中 会生成石榴子石[ 2 3 ], 从而导致反应后熔体的重稀土 元素和 Y相对亏损, 但本文样品均显示相对富集且 平坦的重稀土配分模式。流体交代地幔形成的高镁 安山岩一般具有富水的特征, 以角闪石、 黑云母矿物 的大量出现为特征[ 2 2 , 2 5 ], 但样品中未发现含水的镁 铁质矿物。 玄武 岩 样 品 的 ε N d(t )值 虽 然 为 正 值 (+ 2 6 5 ) , 但明显低于当时亏损地幔平均值( 约 + 9 ) , 8 7S r /8 6S r 初始比值为 0 7 0 4 3 9 , 也略高于亏损 地幔平均值( 0 7 0 3~ 0 7 0 4 ) , 以上同位素特征表明 发生了同位素富集特征的端元与母岩浆混合作用及 ( / 或) 古老地壳的混染。因为地幔橄榄岩中的 O s 同位素体系不会受到俯冲板片流体或熔体的影 响[ 2 6 ]。样品的1 8 7O s / 1 8 8O s 初始比值为 0 4 9 0 1 , 高于 同区同时代的地幔橄榄岩的 1 8 7O s /1 8 8O s 初始比值 (~ 0 1 3 , 作者未发布数据) , 表明岩石形成过程中 遭受了地壳物质的混染。研究表明, 谢米斯台山中 部晚志留世早泥盆世辉长岩、 花岗岩的成岩过程 中也发生了地壳的混染, 虽然它们的1 8 7O s / 1 8 8O s 初始 比值较高( 0 7 8 8 7~2 1 2 5 ) , 但 ε N d ( t ) 值也较高 (+ 5~+ 6 ) [ 5 ], 说明该地区地壳混染对 N d同位素 的影响较小。花岗质岩浆上升速度远远低于玄武质 岩浆, 其发生壳源同化混染的可能性及程度均应高 于后者。本文玄武岩样品 ε N d ( t ) 值仅为 + 2 6 5 , 远 低于亏损地幔值和其他发生了地壳混染样品的花岗 质岩石的 ε N d ( t ) 值(+ 5~+ 6 , 见图 4 ) , 暗示中志 留世玄武质岩石相对富集的同位素特征代表源区可 能遭受了混合。实验岩石学表明洋底沉积物通常具 有相对 较 高 的 T h / Y b值 (>2 )和 低 B a / L a值 (< 4 0 ) , 其在一定条件下可以交代地幔生成类似 S e t o u c h i 高镁安山岩的成分[ 2 4 ]。样品的 T h / Y b值 为 2 2~ 2 7 , B a / L a 值为 1 7 4~ 3 3 4 , 结合以上同 位素特征, 说明早期洋底沉积物熔体很可能对地幔 进行了交代, 之后又发生了地壳混染作用, 从而形成 了本文高镁火山岩样品。样品较低的 N i 、 C r 含量表 明岩浆演化过程中大量橄榄石早期发生了分离结 晶, 无明显 E u负异常表明斜长石未发生明显的分 离结晶作用。 图 4 玄武岩样品的 N d-O s 同位素比值图( 晚志留世受 地壳混染的岩体数据据 C h e n 等[ 5 ]) F i g . 4 N d O si s o t o p ed a t ao fb a s a l t( d a t ao fL a t eS i l u r i a n p l u t o n s a r ef r o mC h e n ,e t a l . [ 5 ]) 5 中志留世弧后伸展构造背景 西准噶尔谢米斯台山位于博什库尔成吉斯弧 的东端, 普遍认为该弧的形成与早古生代准噶尔洋由 南向北( 当今方位) 俯冲作用有关[ 2 7 - 2 8 ]。近期的年代 学资料揭示谢米斯台地区志留纪泥盆纪岩浆活动 频繁[ 1 - 5 ], 从而为讨论该地区中古生代的构造演化提 供了重要依据。目前已知谢米斯台山最古老的岩浆 活动发生在晚奥陶世早志留世( 约 4 4 0~ 4 4 5M a ) , 形成于准噶尔洋俯冲至博什库尔成吉斯弧之下的 岛弧环境( 作者暂未发表数据) 。中志留世( 4 2 9M a ) 安山岩最近在谢米斯台山以南的吾尔喀什尔山被发 现, 具有弧岩浆的地球化学特征[ 4 ]。本文的中志留世 玄武岩、 玄武安山岩样品出露于谢米斯台山西北侧, 表现出富集大离子亲石元素和轻稀土, 亏损 N b 、 T a 的 弧岩浆特征。其洋底沉积物熔体交代地幔的岩石成 223 第 3期 岩 矿 测 试 h t t p ∥w w w . y k c s . a c . c n 2 0 1 7年 ChaoXing 因模式, 也说明形成于与俯冲相关的环境。在 H f / 3 - T h - T a 微量元素构造判别图解中, 样品均落入钙 碱性火山弧区域内。值得一提的是, 4 2 8M a 的 Ⅰ 型、 A 型花岗岩同样出露于谢米斯台山北部, 代表当时的伸 展体制[ 2 9 ]。谢米斯台山西北部的火山碎屑岩夹碳酸 盐岩地层中发现大量中志留世珊瑚和层孔虫等生物 化石, 反映一种开阔台地相沉积环境[ 3 0 ]。以上中志 留世岩浆岩岩石组合、 空间分布及沉积相特征说明中 志留世谢米斯台山南段可能处于与俯冲相关的弧前 - 弧环境, 而北段则处于与俯冲相关的弧后伸展环 境。晚志留世地层出现的不整合面表明与周围块体 拼贴事件的完成。志留纪末期(~ 4 2 0M a ) 谢米斯台 山、 萨吾尔山高钾钙碱性、 碱性岩浆岩的大量涌现代 表进入后碰撞伸展环境[ 5 ]。 6 结论 本研究对西准噶尔谢米斯台山西北段中志留世 玄武岩、 玄武安山岩进行主量、 微量元素地球化学与 全岩 S r - N d - O s 同位素比值系统测定, 揭示其具有 高镁火山岩类的典型地球化学特征, S r 、 N d 、 O s 略显 富集的同位素特征表明其可能形成于俯冲板片沉积 物熔体对上覆地幔的交代作用, 随后经历了一定程度 的地壳混染作用。在中志留世, 谢米斯台地区发育于 准噶尔洋由南向北俯冲有关的弧 - 弧后体系, 北部地 区的该期岩浆活动主要形成于弧后伸展的环境。 致谢 野外采样工作得到了中国地质科学院张磊博 士、 北京大学徐钊博士的帮助, 全岩 S r 、 N d 同位素测 试得到了中国地质科学院地质研究所唐索寒研究员 的帮助, 在此一并感谢。 7 参考文献 [ 1 ] C h e nJ F , H a nBF , J i J Q , e t a l . Z i r c o nU P ba g e sa n d t e c t o n i ci m p l i c a t i o n so fp a l e o z o i cp l u t o n si nn o r t h e r n We s t J u n g g a r , n o r t hX i n j i a n g , C h i n a [ J ] . L i t h o s , 2 0 1 0 , 1 1 5 1 3 7- 1 5 2 . [ 2 ] 孟磊, 申萍, 沈远超, 等. 新疆谢米斯台中段火山岩岩 石地球化学特征、 锆石 U-P b年龄及其地质意义 [ J ] . 岩石学报, 2 0 1 0 , 2 6 ( 1 0 ) 3 0 4 7- 3 0 5 6 . M e n gL ,S h e n P ,S h e n Y C ,e ta l .I g n e o u sr o c k s g e o c h e m i s t r y ,z i r c o n U P b a g e a n d i t s g e o l o g i c a l s i g n i f i c a n c ei nt h ec e n t r a ls e c t i o no fX i e m i s i t a ia r e a , X i n j i a n g [ J ] . A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a , 2 0 1 0 , 2 6 ( 1 0 ) 3 0 4 7- 3 0 5 6 . [ 3 ] S h e nP , S h e nYC , L i XH , e t a l . N o r t h w e s t e r nJ u n g g a r b a s i n , X i e m i s i t a im o u n t a i n s , C h i n a A g e o c h e m i c a la n d g e o c h r o n o l o g i c a l a p p r o a c h [ J ] . L i t h o s , 2 0 1 2 , 1 4 0- 1 4 1 1 0 3- 1 0 8 . [ 4 ] Y a n gGX , L i YJ , X i a oW J , e t a l . P e t r o g e n e s i sa n d t e c t o n i c i m p l i c a t i o n s o f t h e m i d d l e s i l u r i a nv o l c a n i c r o c k s i nn o r t h e r nWe s t J u n g g a r , N W C h i n a [ J ] . I n t e r n a t i o n a l G e o l o g yR e v i e w , 2 0 1 4 , 5 6 8 6 9- 8 8 4 . [ 5 ] C h e nJ F , H a nBF , Z h a n g L , e t a l . M i d d l e p a l e o z o i c i n i t i a l a m a l g a m a t i o na n dc r u s t a lg r o w t hi nt h eWe s tJ u n g g a r ( N W C h i n a ) C o n s t r a i n t sf r o m g e o c h r o n o l o g y , g e o c h e m i s t r ya n d S r N d H f O si s o t o p e so fc a l c a l k a l i n e a n d a l k a l i n ei n t r u s i o n si nt h eX i e m i s i t a i S a i e rM o u n t a i n s [ J ] .J o u r n a lo fA s i a n E a r t h S c i e n c e s ,2 0 1 5 ,1 1 3 9 0 - 1 0 9 . [ 6 ] H a nBF , Wa n gSG , J a h nBM. D e p l e t e d m a n t l es o u r c e f o rt h e U l u n g u rR i v e rA t y p e g r a n i t e s f r o m n o r t h X i n j i a n g ,C h i n a G e o c h e m i s t r y a n d N d S r i s o t o p i c e v i d e n c e , a n di m p l i c a t i o n s f o r p h a n e r o z o i cc r u s t a l g r o w t h [ J ] . C h e m i c a l G e o l o g y , 1 9 9 7 , 1 3 8 1 3 5- 1 5 9 . [ 7 ] C h e nB , J a h nBM. G e n e s i s o f p o s t c o l l i s i o n a l g r a n i t o i d s a n db a s e m e n t n a t u r eo f t h eJ u n g g a r t e r r a n e , N W C h i n a N d S r i s o t o p ea n dt r a c ee l e m e n t e v i d e n c e [ J ] . J o u r n a l o f A s i a nE a r t hS c i e n c e s , 2 0 0 4 , 2 3 6 9 1- 7 0 3 . [ 8 ] 史仁灯, 支霞臣, 陈雷, 等. R e - O s 同位素体系在蛇绿 岩应用研究中的进展[ J ] . 岩石学报, 2 0 0 6 , 2 2 ( 6 ) 1 6 8 5- 1 6 9 5 . S h i R D , Z h iX C , C h e nL , e ta l . C o m m e n t so nt h e
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