吐拉苏盆地大哈拉军山组地质地球化学特征与构造背景

大哈拉军山组广泛分布于伊犁盆地两侧及博罗科努山一带，为一套以中性、酸性为主的火山岩建造。很多学者针对不同地区的大哈拉军山组火山岩进行过地质、地球化学及定年研究 （沙德铭等，2003b；杨志华等，2004；夏林圻等，2004；朱永峰等，2005a，2005b；翟伟等，2006），最近朱永峰等 （朱永峰等，2005；翟伟等，2006）根据大哈拉军山组内火山岩的锆石U－Pb定年认为大哈拉军山组形成时代为晚泥盆世－早石炭世。在产出构造背景方面，也存在大陆裂谷环境 （王广瑞，1996；夏林圻等，2002）、与地幔柱有关的裂谷环境（夏林圻等，2004）、岛弧环境 （朱永峰和何国琦，2004；朱永峰等，2005；郭璇和朱永峰， 2006；邵铁全等，2006）、大陆弧 （王博等，2006）、非典型裂谷环境 （钱青等，2006）等的争论。究其原因，可能与不同学者在不同地区的取样是否同一层位、或者不同地区的构造环境本身存在差异有关。本节研究的大哈拉军山组剖面主要位于吐拉苏盆地内伊尔曼得金矿区、阿希金矿区及其外围 （图3－9）。

图3－9 西北天山吐拉苏盆地区域地质略图

（据贾斌等，2004修改）

一、区域地质特征

吐拉苏盆地内大哈拉军山组底部在伊尔曼得金矿与泥盆系灰岩呈不整合接触，顶部被阿恰勒河组含火山组分的碎屑岩及碳酸盐岩不整合覆盖，地质界限十分清楚。该大哈拉军山组可分为五个岩性段，从下到上依次为角砾岩段、酸性凝灰岩段、下安山岩段、安山质角砾岩段和上安山岩段。角砾岩段的岩性主要为灰色或紫红色砾岩夹砂岩，基质发育绿帘石化，可细分为砾岩层和砂岩层；酸性凝灰岩段主要为一套凝灰质角砾岩、角砾熔岩、晶屑凝灰岩、熔结凝灰岩；下安山岩段由辉石安山岩组成；安山质角砾岩段包括下部熔结凝灰岩层、凝灰砂岩层、霏细斑岩层及上部熔结凝灰岩层。

二、地球化学特征

大哈拉军山组火山岩主、微量元素分析结果见附表1。在吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩的TAS图上（图3－10），吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩包括中基性的玄武安山岩、安山岩、粗安岩和酸性的流纹岩。其中玄武安山岩的Si O2含量在54．8％～56．9％之间，Na2O和Ca O分别为2．42％～4．14％和5．12％～8．40％，P2O5、Mg O、Fe2O3和Al2O3含量分别为0．12％～0．20％、2．84％～5．98％、4．86％～8．20％和12．65％～18．17％，全碱含量 （Na2O＋K2O）为3．30％～4．82％。安山岩、粗安岩的Si O2含量在57．0％～59．4％之间，Na2O和Ca O的含量变化较大，Ti O2和P2O5含量分别为0．68％～0．84％和0．16％～0．22％，Mg O、Fe2O3、Al2O3含量接近于玄武安山岩，但普遍偏高，全碱含量（Na2O＋K2O）为3．21％～7．55％。流纹岩的Si O2含量较稳定，为70．6％～74．1％，样品中Ca O为0．50％～2．11％，全碱含量为5．21％～7．74％。在哈克图解上 （图3－11），中基性岩与酸性岩在Si O2－Mg O、Si O2－Ca O及Si O2－K2O之间表现出较好的线型关系。Mg＃［100Mg／（Mg＋TFe）］值明显低于判别原始岩浆的参数值65（Wendlandt et al．，1995），说明岩浆发生过结晶分异。

图3－10 吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩TAS图解

岩石的稀土配分模式表明，安山岩、粗安岩与流纹岩具有较弱－明显的负铕异常，而玄武安山岩则无明显的铕异常 （图3－12），随着岩石酸性程度的增加，铕异常越明显，这可能与岩石中斜长石分异有关。所有样品均无Ce异常或具有微弱Ce正异常 （δCe＝1．24～1．35）。在稀土配分图上，除了流纹岩具有较明显的Eu亏损外，几类岩石的稀土配分型式基本一致。除流纹岩外，其他岩石的过渡元素Sc、Ti、V、Cr、Co、Ni含量基本相同，Sc、Ti、V和Co的含量相对较稳定，其值分别为10×10－6～30×10－6，0．36×10－6～0．58× 10－6，85×10－6～192×10－6和14×10－6～35×10－6，而Cr和Ni的含量变化较大，其值分别为68×10－6～310×10－6和6×10－6～113×10－6。流纹岩的Sc、Ti、V、Cr、Ni含量相对其他岩石要少，其值分别为2．33×10－6～3．71×10－6、0．14×10－6～0．16×10－6、11．5 ×10－6～15．2×10－6、4．55×10－6～8．99×10－6和2．5×10－6～5．1×10－6，Co含量相差不大，为8．44×10－6～13．3×10－6，Ni含量变化很大，为2．53×10－6～113×10－6，明显低于原始岩浆的250×10－6，而Cr的含量为4．55×10－6～310×10－6，除少量样品接近原始岩浆含量 （300×10－6）外，其余大部分样品都远低于原始岩浆的Cr含量。样品都具有明显的Nb、Ta亏损，并且在微量元素分配上酸性岩与中基性之间表现出非常好的一致性，其中酸性岩具有明显的Sr亏损，Sr、Eu亏损表明岩浆曾在低压下经历过斜长石的分离结晶。

图3－11 大哈拉军山组火山岩哈克图解

三、岩浆演化过程分析

本区两套岩石具有相似的稀土配分型式及微量元素分布特征，说明两者之间可能具有同源性。同时，在哈克图解上，中基性岩与酸性岩在Si O2－Mg O、Si O2－Ca O及Si O2－K2O之间表现出较好的线型关系，也说明区内的酸性岩可能是由中基性岩通过AFC（幔源岩浆同化围岩和结晶分异联合作用）过程演化形成的。这样的线性关系还表现在Nb－Ta、Th－Ta、Ce－Nb、Zr－Hf的关系上 （图3－13）。由于这几个元素对具有相似的地球化学性质，它们在部分熔融和结晶分异过程中不会发生明显的分异，这些元素间的比值特征基本代表了源岩的特征。因此如果大哈拉军山组的几类火山岩在Nb－Ta、Th－Ta、Ce－Nb、Zr－Hf的关系图上位于同一直线上，那么它们可能是同源岩浆演化形成。

图3－12 吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩的稀土元素与微量元素标准化图（a），（c）玄武安山岩、安山岩、粗安岩；（b），（d）流纹岩

（球粒陨石标准值据Boynton，1984，微量元素原始地幔标准值据Mc Donough et al．，1992）

另外，岩浆在上升过程中可能还受到地壳物质同化混染的影响。地壳物质的加入可以同时引起La／Nb比值和Sr、Nb／Ta比值和La／Yb比值快速增加，表现在La／Nb－Sr和Nb／Ta－La／Yb图上将形成正相关的线型关系。将本区不同类型的岩石投在图上，可以看出本区玄武安山岩及安山岩的La／Nb－Sr、Nb／Ta－La／Yb之间表现出比较明显的正相关（图3－14），表明这些岩石还受到过一定程度的同化混染作用 （Mecdonald et a1．，2001；Barker et a1．，1997）。

四、岩石源区特征

本区岩浆岩的Th／Ta比值为5．36～9．83，明显高于原始地幔的比值，考虑到该区岩石形成于弧后背景的条件，研究认为源区岩浆可能是由受俯冲流体交代的地幔部分熔融，同时岩浆上升过程中受到上覆地壳混染作用。通过Nb／Yb－Th／Yb构成的图解 ［图3－15（a）］可以很好地反映岩浆源区受俯冲流体影响，原始地幔或亏损的岩浆通常形成于图中的MORB分布区，而受俯冲流体影响的地幔源岩浆分布在MORB的上部，本区几类岩石均投影在MORB分布区的上方，说明大哈拉军山组火山岩形成于受俯冲板片释放流体交代的富集地幔熔融。

图3－13 吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩Nb－Ta、Th－Ta、Zr－Hf和Th－Hf相关关系图△ 流纹岩，其他 玄武安山岩及安山岩

图3－14 吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩La／Nb－Sr和Nb／Ta－La／Yb图解△－流纹岩，其它 中基性火山岩

一些性质相近的元素对的特征常常是揭示岩石源区性质的重要手段，如Nb与Ta、Th与Ta、Zr与Nb及Th与U等。由于这些元素对在地幔部分熔融过程中只有很小的变化，在岩浆分离结晶过程基本不变。因此它们的比值基本上与源区相近，从而可以利用这些元素对的比值特征来示踪火成岩的源区。表3－2列出了吐拉苏盆地大哈拉军山组火山岩部分元素对的比值。通过与原始地幔、大陆地壳及正常大洋中脊玄武岩的比值对比可以发现，本区几类岩石的元素比值相近，但与原始地幔及N－MORB相比相差较大，而与陆壳比值更为相近，从这些比值特征可以推断岩浆受过明显的陆壳物质的混染。本区的绝大部分岩石的Nb／Ta比值 （11．5～18．1，平均14．0）均低于原始地幔的比值 （17±2），通常认为由于在俯冲带下插洋壳脱水作用产生一个上升的流体相，该流体相与金红石平衡时，金红石对Ta的分配系数（＝160）明显小于金红石对Nb的分配系数（＝200），形成一个富Nb金红石难熔相 （以金红石榴辉岩出现），和一个相应的富Ta、Th流体，这一流体长期作用于上覆岩石圈板块，使其Nb／Ta、Zr／Hf比下降。

图3－15 Th／Yb－Nb／Yb图解 （a）（据Pearce和Peate，1995）和Hf－Th－Ta判别图解 （b）（据Wood et al．，1979）

A．N－MORB；B．E－MORB和板内玄武岩；C．板内碱性玄武岩；D．火山弧玄武岩

表3－2 大哈拉军山组火山岩与典型源区的元素对比值对比

注：PM 原始地幔，CC 大陆地壳，N－MORB 正常大洋中脊玄武岩，数据来源于Rollinson（1993）。

五、构造环境分析

微量元素地球化学研究表明，吐拉苏盆地大哈拉军山组火山熔岩的显著特征是，几乎所有的岩石均表现出大离子亲石元素和轻稀土元素明显富集，同时所有样品的高场强元素（Nb、Ta和Ti）明显亏损，且Pb明显富集，显示其形成与大洋板块俯冲作用有关 （Inno－centi et al．，2005）。

大哈拉军山组几类熔岩均具较高的La／Nb值，也显示出其形成与板块俯冲过程有关（Condie，2003）。在Th－Hf－Ta三角判别图解中，吐拉苏盆地大哈拉军山组火山熔岩的投影点相对集中，均落投在D区下半部 ［图3－15（b）］，反映了一致的汇聚 （岛弧）大地构造背景，也反映了岩石具有岛弧钙碱性火山岩的特征 （Doebrich et al．，2007）。图上显示样品有从岛弧型拉斑玄武岩向钙碱性玄武岩演化的线性趋势，表明这些火山岩可能形成于会聚板块边缘，即与俯冲作用有关的岩浆弧环境。在不相容元素Yb标准化的Th－Nb坐标系中，大部分玄武安山岩样品落在大陆边缘岩浆弧火山岩和大洋岛弧火山岩的重叠区域，但明显偏向大陆边缘弧区域。粗安岩和安山岩样品及两个流纹岩样品投影于大陆边缘弧火山岩区域，另外还有一个流纹岩样品由于过高的Th含量而投影于偏向大陆边缘弧火山岩的区域，表明它具有大陆火山弧亲缘性。