西准噶尔石炭纪洋中脊俯冲岩浆活动:以玛里雅蛇绿岩为例

玛里雅蛇绿岩位于新疆准噶尔西缘达拉布特断裂东侧的弧前增生楔内,形成于石炭纪,出露岩石类型齐全,其中硅质岩与火山岩相间出露,多表现为非构造接触。地球化学特征表明,它们大致可以分为四个系列:(1)A系列为岛弧英安岩,Th强烈富集,可能有洋壳沉积物参与,高场强元素Nb亏损,与洋壳的俯冲有关;(2)M系列与典型洋中脊玄武岩的稀土元素配分模式一致,不过Ba强烈富集,可能受到俯冲流体的影响;(3)E系列位于地幔序列N-MORB和E-MORB之间,表明它可能是地幔岩浆的混合产物,未受到地幔岩浆源区之外物质的影响;(4)O系列与典型的洋岛玄武岩基本一致,只是Ta、La和Th含量略偏低,但都处于地幔序列范围内,可能与其他岩浆源有轻微的混合。这种岩浆特征与智利洋中脊俯冲环境下所产生的岩浆特征一致;由于西准噶尔晚古生代仍然发生俯冲消减,因此推测玛里雅蛇绿岩可能形成于洋中脊俯冲环境。     

西准噶尔海山俯冲的地质效应:来自泥盆纪—石炭纪火山岩地球化学证据

海山或火山岛链俯冲与洋壳俯冲具有明显不同的动力学和岩浆效应,主要表现在俯冲带的地貌、发生地震的频度和烈度及火山弧岩浆作用和资源效应。西准噶尔地区泥盆纪—石炭纪火山岩分布有限,多以夹层产出,岩性主要为玄武岩和安山岩,地球化学特征显示:钙碱性和碱性系列均有发育,具有E-MORB或OIB特征,较高的Nd/Sm及~(206)Pb/~(204)Pb比值,明显亏损Nb、Ta、Ti,具有岛弧岩浆特点。结合西准噶尔蛇绿混杂岩中不断识别出OIB特征玄武岩并认为其形成于大洋板内海山的地质事实,提出泥盆纪—石炭纪火山岩具有E-MORB和OIB特征很可能是受早期形成海山在俯冲带内部部分熔融的影响,即为海山俯冲的地质效应,而这种海山俯冲的地质效应可能在整个古亚洲洋的演化过程中都存在,然而需要后续进一步工作。海山俯冲模式的提出不仅丰富了西准噶尔火山岩成因理论,而且为研究西准噶尔构造岩浆事件提供了新思路。     

西准噶尔洋中海山及其俯冲带处地质效应

随着研究的不断深入,在中亚造山带(CAOB)不断有不同时代的洋岛玄武岩(OIB)被识别出来。在中亚造山带西南缘的西准噶尔地区的多条蛇绿混杂岩带中,也存在具有OIB特征的玄武岩。这些玄武岩呈枕状,与超基性岩、辉长岩、块状玄武岩、灰岩及紫红色硅质岩等紧密共生。地球化学研究表明枕状玄武岩均为碱性系列,具有较高的TiO2含量(大多>2.5%)、强烈富集轻稀土元素、无明显Nb、Ta负异常,与典型的OIB极为相似,认为其可能形成于大洋板内与地幔柱有关的海山环境。通过对海山的发展阶段分析认为,西准噶尔地区海山应该发展到爆炸海山阶段,因为其中发育大量的枕状熔岩。海山中火山岩或火山碎屑沉积物富集大离子亲石元素和高场强元素,海山的俯冲将对弧及弧后地区火山岩地球化学产生明显影响,而西准噶尔地区泥盆纪-石炭纪火山岩中恰恰存在海山的信号。因此,海山俯冲模式可能能更好地解释西准噶尔地区火山岩中存在OIB特征火山岩的成因。另外,海山俯冲还存在潜在的资源效应,因此应该寻找和研究古海山及火山岛链俯冲的迹象,将对进一步找金铜等矿提供可靠依据。     

新疆东准噶尔克拉麦里蛇绿岩地球化学：洋脊俯冲的产物

新疆东准噶尔克拉麦里蛇绿岩中的镁铁质岩兼具有洋中脊玄武岩(MORB)和岛弧拉斑玄武岩(IAB)的特征,岩石地球化学特征表现为轻稀土(LREE)亏损、平坦或略微富集,不同程度地亏损高场强元素(HFSE)而富集大离子亲石元素(LILE),成分上非常相似于受洋脊俯冲影响的 Chile Ridge 和 Cocos Ridge 玄武岩。可以认为其可能形成于受洋脊俯冲影响的岛弧或弧前扩张环境。相对较高的ε_(Nd)(t)(7.2～9.8)、低 Nb/Zr、Ta/Yb 比值,说明在洋脊俯冲的影响下,其源区可能存在有至少三种组分:弧下地幔、来自消减板片流体和俯冲沉积物、MORB 地幔。     

新疆西准噶尔达拉布特蛇绿岩地幔橄榄岩成因

达拉布特蛇绿岩中地幔橄榄岩的主体为方辉橄榄岩,含少量纯橄岩和二辉橄榄岩,岩石遭受强烈蚀变。方辉橄榄岩单斜辉石、斜方辉石、橄榄石和尖晶石的主量元素特征均显示从深海地幔橄榄岩向SSZ地幔橄榄岩过渡的特征,与斜方辉石原位LA-ICP-MS微量元素特征一致,二辉橄榄岩具有深海地幔岩的性质。采用尖晶石-橄榄石平衡氧逸度计算方法,得出方辉橄榄岩的Δlog(fo2)FMQ在-0.14至+0.96log FMQ之间,具有MOR地幔橄榄岩向SSZ地幔橄榄岩过渡的特点或弧后盆地至岛弧过渡的特征。尖晶石Ga-Ti-Fe3+#图解显示纯橄岩成因可能和地幔橄榄岩与岛弧拉斑玄武岩的反应有关,而方辉橄榄岩可能为地幔橄榄岩与MOR熔体反应以及SSZ环境中含水熔体反应后的残余。纯橄岩和方辉橄榄岩∑REE都低于球粒陨石,且具有LREE富集的U型稀土元素配分模式,暗示了岩石和流体/熔体之间的相互作用。综合以上研究表明,达拉布特蛇绿岩形成于弧后扩张脊并受俯冲流体/熔体影响。     

新疆西准噶尔巴尔鲁克蛇绿岩形成时代及大地构造意义

新疆西准噶尔地区分布多条蛇绿岩带,通过对巴尔鲁克蛇绿岩中2个辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得比较准确的年龄数据512.3±7.2Ma、521.1±2.8Ma。确定了该蛇绿岩的形成时代为晚寒武世;结合混杂岩带内岩石组合特征及其与中—下泥盆统库鲁木迪组为不整合接触,推断该蛇绿混杂岩带与唐巴勒蛇绿岩带及玛依勒蛇绿岩为同一时代、同一构造带产物,就位时代不晚于早泥盆世。     

准噶尔北部蛇绿岩形成时限新证据及其东、西准噶尔蛇绿岩的对比研究

准噶尔北部出露有塔尔巴哈台库吉拜蛇绿岩、洪古勒楞-和布克赛尔蛇绿岩及扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩。洪古勒楞蛇绿岩中的堆晶辉长岩样品进行SHRIMP U-Pb定年,结果为472±8.4Ma(MSWD=1.4),限定洪古勒楞-和布克赛尔蛇绿岩形成于早奥陶世。对扎河坝蛇绿岩中斜长花岗岩采用SHRIMP U-Pb方法测定年龄为495.9±5.5Ma(MSWD=2.7),证实扎河坝蛇绿岩形成于晚寒武世-早奥陶世。塔尔巴哈台蛇绿岩、和布克赛尔-洪古勒楞蛇绿岩以及扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩均在早奥陶世已经形成,大部分以断层侵位的形式侵位于泥盆纪-石炭系火山-沉积地层中。准噶尔北部东西三段蛇绿岩在形成时代、区域地质以及地球物理特征等方面具有可对比性,认为它们构成一条贯穿东、西准噶尔的蛇绿岩带,这为新疆北部及邻区古生代构造格局的重建以及区域构造的对比连接提供了重要信息。     

新疆东准噶尔卡拉麦里蛇绿岩带研究现状

新疆东准噶尔卡拉麦里蛇绿岩带是一条重要的蛇绿岩带,其所代表的古大洋是中亚古生代构造框架中一个非常重要的构造单元。对于该带归属何古板块之间的缝合带存在着截然不同的认识,对卡拉麦里蛇绿岩前身洋盆俯冲闭合年限也存在多种观点。根据对前人研究资料的综合,简要地论述了该断裂带是准噶尔洋俯冲消亡的遗迹,其闭合年限在350Ma左右。     

西准噶尔达拉布特蛇绿岩中硼的分布特点及硼异常成因初探

在西准噶尔达拉布特蛇绿岩中，特别是其中作为上地幔部分熔残留相的变质橄榄岩中，具有异常高的硼含量。研究表明，变质橄榄岩中硼的含量与蛇纹石化程度有关；同时，硼在变质橄榄岩中的空间分布又受滑石菱镁岩的制约。这就是变质橄榄岩在蛇纹石过程中发生了硼的带入，之后的滑石岩酸盐化又使硼发生了活化和再分配。     

西准噶尔晚古生代岩浆活动和构造背景

西准噶尔作为中亚造山带的一部分,吸引了大量学者的关注。蛇绿混杂岩带、花岗岩、中基性岩墙在本地区广泛出现,表明西准噶尔晚古生代构造演化极为复杂。但是在许多方面仍存在很多争议,例如西准噶尔蛇绿混杂岩带的形成时代、岩石组合和岩石成因;I型和A型花岗岩的岩石成因,构造背景和热机制;中基性-酸性岩墙群的年代学、岩石成因、构造背景和古应力场;西准噶尔晚古生代年代学格架和构造背景;西准噶尔显生宙地壳增生;西准噶尔基底特征和西准噶尔晚古生代构造演化等。笔者通过搜集前人的资料和数据,对西准噶尔区域发育的蛇绿混杂岩带、地层、古地理环境、花岗岩体和中基性岩墙群的总结,结合项目组野外与室内数据的研究,得到以下认识:(1)达尔布特和克拉玛依蛇绿混杂岩的形成环境为与俯冲相关的弧后盆地,源区来自含尖晶石二辉橄榄岩高程度部分熔融作用;(2)早石炭世花岗岩形成于俯冲环境,晚石炭世-早二叠世花岗岩形成于后碰撞环境,中二叠世花岗岩形成于板内环境;(3)I型花岗岩的成因与俯冲密切相关,而A型花岗岩和中基性岩墙产于后碰撞环境下;(4)A型花岗岩是下地壳受地幔底侵发生部分熔融并高度分离结晶的产物,中基性岩墙群普遍具有埃达克质岩的地球化学特点,可能产于受流体(或熔体)交代的残余洋壳板片的部分熔融;(5)中基性岩墙群稍晚于寄主岩体而形成,但两者均形成于后碰撞构造背景。在晚石炭世-早二叠世,西准噶尔处于近南北向的拉张应力体系;(6)西准噶尔在泥盆纪为洋盆体系;早石炭世,俯冲-碰撞过程结束;晚石炭世-早二叠世属于后碰撞环境;中晚二叠世处于板内环境。     

基于小波变换的反射光谱分析在蛇绿岩识别中的应用研究——以西准噶尔地区为例

介绍了基于小波变换的反射光谱分析技术的基本理论和方法;运用此技术手段对克拉玛依市白碱滩区西侧地区40条岩石野外光谱曲线数据进行了定量处理,总结并分析了蛇绿岩套中常见典型岩石(基性混杂岩、辉长岩、橄榄岩、蛇纹石)的光谱特征及其产生原因.最后,结合ETM+波段范围提出了适用于西准噶尔地区多波段遥感影像光谱角(Spectral Angle Mapper,SAM)提取模型,从遥感影像上识别蛇绿岩分布奠定了良好的基础.     

Palaeozoic multiphase magmatism at Barleik Mountain,southern West Junggar,Northwest China: implications for tectonic evolution of the West Junggar

The West Junggar lies in the southwest part of the Central Asian Orogenic Belt (CAOB) and consists of Palaeozoic ophiolitic mélanges, island arcs, and accretionary complexes. The Barleik ophiolitic mélange comprises several serpentinite-matrix strips along a NE-striking fault at Barleik Mountain in the southern West Junggar. Several small late Cambrian (509–503 Ma) diorite-trondhjemite plutons cross-cut the ophiolitic mélange. These igneous bodies are deformed and display island arc calc-alkaline affinities. Both the mélange and island arc plutons are uncomfortably covered by Devonian shallow-marine and terrestrial volcano-sedimentary rocks and Carboniferous volcano-sedimentary rocks. Detrital zircons (n = 104) from the Devonian sandstone yield a single age population of 452–517 million years, with a peak age of 474 million years. The Devonian–Carboniferous strata are invaded by an early Carboniferous (327 Ma) granodiorite, late Carboniferous (315–311 Ma) granodiorites, and an early Permian (277 Ma) K-feldspar granite. The early Carboniferous pluton is coeval with subduction-related volcano-sedimentary strata in the central West Junggar, whereas the late Carboniferous–early Permian intrusives are contemporary with widespread post-collisional magmatism in the West Junggar and adjacent regions. They are typically undeformed or only slightly deformed.

Our data reveal that island arc calc-alkaline magmatism occurred at least from middle Cambrian to Late Ordovician time as constrained by igneous and detrital zircon ages. After accretion to another tectonic unit to the south, the ophiolitic mélange and island arc were exposed, eroded, and uncomfortably overlain by the Devonian shallow-marine and terrestrial volcano-sedimentary strata. The early Carboniferous arc-related magmatism might reflect subduction of the Junggar Ocean in the central Junggar. Before the late Carboniferous, the oceanic basins apparently closed in this area. These different tectonic units were stitched together by widespread post-collisional plutons in the West Junggar during the late Carboniferous–Permian. Our data from the southern West Junggar and those from the central and northern West Junggar and surroundings consistently indicate that the southwest part of the CAOB was finally amalgamated before the Permian.     

新疆西准噶尔北部谢米斯台山南坡蛇绿岩带 的发现及其意义

新疆西准噶尔和什托洛盖谷地以北,沿谢米斯台山南坡出露一套蛇绿混杂岩(查干陶勒盖蛇绿岩),岩石组合自下而上包括蛇纹石化橄榄岩、变质辉长岩、玄武岩、细碧岩及伴生的硅质岩、同源火山碎屑岩等,基质为蛇纹石化橄榄岩和绿片岩相变质玄武岩。蛇绿岩中辉长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为517Ma±3Ma和519Ma±3Ma,代表了蛇绿岩的形成年龄。蛇绿岩中不同组分(橄榄岩、辉长岩和细碧岩)的稀土元素和微量元素特征,以及细碧岩的Nb/Yb-Th/Yb图解均显示该蛇绿岩为洋中脊(MOR)型。查干陶勒盖蛇绿岩与西准噶尔北部的塔尔巴哈台(库吉拜)蛇绿岩、洪古勒楞蛇绿岩,邻区东哈克斯坦北部的扎乌尔-塔金蛇绿岩和巴尔克别克蛇绿岩可以很好地进行对比连接,为成吉斯-塔尔巴哈台构造带在西准境内的时空特征提供更多的约束。     

西准噶尔玛依勒蛇绿混杂岩中硅质岩的岩石化学特征及其成因

新疆玛依勒早古生代硅质岩一般产于蛇绿混杂岩带中,为探讨其成因类型和沉积环境,对其进行了岩相学和地球化学研究。硅质岩主要为紫红色,主要由微晶自生石英和隐晶质组成。地球化学分析结果显示样品均受到了酸性火山凝灰质的影响,一般具有高SiO2、Al2O3,低Fe2O3,中等高TiO2等特征,可能是火山和生物化学共同作用的产物。综合其地质产状、岩相学特征以及上述地球化学特征,认为该区硅质岩产于俯冲带之上的构造环境而非大洋环境。     

新疆西准噶尔地区赞岐岩(sanukite)的地球化学特征、成因机制及其与铜金矿化的关系

西准噶尔地区广泛发育高镁质闪长质岩墙。对全岩样品的Ar-Ar测年获得了321Ma的坪年龄,显示其主要形成于石炭纪末。这些岩墙样品以富Si（SiO2 52．3％～56．9％）、Mg（Mg〉60）、Cr（134—204μg／g）、Ni（59,141μg／g）、Sr（468～724pg／g）、Ba（316～676μg／g）为特征且K／Na比值在0．38—0．63之间,类似于日本中新世Setouehi火山岩带中的赞岐岩。这些岩墙大多具有不同程度的Eu正异常并具有高的Ba／La比值（27～124）,反映其主要来自消减带环境下受流体交代的地幔源区的部分熔融。赞岐岩和区内同时代埃达克质岩石的共生组合意味着该区在晚石炭世末曾受到热消减机制的影响。这种热的洋壳俯冲机制,不仅在石炭纪末期产生了大量的岩浆活动,而且也导致了铜金等成矿元素的富集。深入了解赞岐岩-埃达克岩共生组合与铜金矿化之间的密切关系将有助于正确评价区内成矿潜力。     

新疆西准噶尔玛依勒蛇绿岩中镁铁-超镁铁质岩的地球化学、年代学及其地质意义

玛依勒蛇绿岩出露于玛依勒蛇绿混杂岩带中,该带位于西准噶尔造山带西南缘,是区内规模较大的一条蛇绿混杂岩带,蛇绿岩中镁铁-超镁铁质岩研究对探讨古亚洲洋古生代构造演化具有重要意义。本文选取玛依勒蛇绿岩中的镁铁-超镁铁质岩进行系统的岩石学、地球化学和年代学研究。结果表明,玛依勒蛇绿混杂岩中超镁铁质岩以富集Al_2O_3、CaO为特征,TiO_2含量与俯冲带之上地幔橄榄岩中含量相当,稀土配分曲线为轻稀土富集型,微量元素受蚀变作用影响,呈现出两种不同的曲线特征。镁铁质岩石可分为两组:I组镁铁质岩具有高MgO、低Al_2O_3,LREE轻微富集,富集大离子亲石元素,亏损Nb、Ta的特征,形成于消减带相关的岛弧环境;Ⅱ组镁铁质岩具有富碱、TiO_2,且呈LREE显著富集的右倾稀土配分曲线特征,富集大离子亲石元素,Nb、Ta正异常特征,代表了洋盆中海山或洋岛的残片。I组镁铁质岩中两个辉长岩岩块的LA-ICP-MS锆石UPb年龄分别为512.1±7.2Ma(MSWD=0.014)和531±12Ma(MSWD=0.17),与巴尔鲁克蛇绿岩、唐巴勒蛇绿岩中镁铁质岩岩块获得的锆石U-Pb年龄相吻合,且这三条蛇绿岩都具有SSZ型蛇绿岩的地球化学特征,可能为不同环境下同一洋盆的演化产物。     

Petrogenesis and tectonic implications of the middle Silurian volcanic rocks in northern West Junggar,NW China

Zircon U–Pb geochronological and geochemical analyses are reported for a suite of the middle Silurian volcanic rocks from northern West Junggar (NW China), southern Central Asian Orogenic Belt (CAOB), with the aim to investigate the sources, petrogenesis, and tectonic implications. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) U–Pb analysis from an andesite yielded a concordant weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U age of 429 ± 3 Ma, indicating the presence of middle Silurian volcanic rocks in northern West Junggar. The andesite is tholeiite series and characterized by minor variations in compositions (SiO₂ = 55.68–59.17 wt.%, Al₂O₃ = 14.56–17.7 wt.%, TiO₂ = 0.55–1.23 wt.%, Na₂O + K₂O = 3.46–7.16 wt.%, and P₂O₅ = 0.15–0.37 wt.%), with wider MgO content (2.18–6.48 wt.%) and Mg# (57.4–77.9). All andesitic rocks are enriched in large-ion lithophile elements (LILEs; e.g. Rb, Ba, K, and Th) and light rare earth elements (LREEs), but strongly depleted in some high field strength elements (HFSEs; e.g. Nb, Ta and Ti), with slight negative Eu anomalies (Eu/Eu* = 0.8–1). These features suggest that the andesitic magmas were derived from 2–8% partial melting of a garnet lherzolite depleted mantle source with subducted sediments metasomatized by slab-derived fluids. Combining the current study with those data in existing literature, we conclude that the middle Silurian volcanic rocks formed in an intra-oceanic subduction setting during consumption of the Irtysh–Zaysan Ocean, and further confirm the eastern extension of the early Palaeozoic Boshchekul–Chingiz volcanic arc of East Kazakhstan in China.     

Petrogenesis and tectonic implications of early Carboniferous alkaline volcanic rocks in Karamay region of West Junggar,Northwest China

ABSTRACT

Zircon U–Pb geochronological and geochemical analyses are reported for a suite of the early Carboniferous volcanic rocks from West Junggar (Northwest China), southern Central Asian Orogenic Belt (CAOB), with the aim to investigate the sources, petrogenesis, and tectonic implications. Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) U–Pb analysis from an andesite yielded concordant weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U age of 345 ± 3 Ma, indicating the presence of early Carboniferous volcanic rocks in West Junggar. The early Carboniferous volcanic rocks consist of basalt, basaltic andesite, and andesite. Geochemically, all the samples bear the signature of ocean island basalt (OIB), and are characterized by alkaline affinity with minor variations in SiO₂ compositions (45.13–53.05 wt.%), high concentrations of Na₂O + K₂O (5.08–8.89 wt.%) and TiO₂ (1.71–3.35 wt.%), and LREE enrichment and HREE depletion ((La/Yb)_N = 7.1–12.4), with weak Eu anomalies (Eu/Eu* = 0.9–1.1) and no obvious Nb, Ta, and Ti negative anomalies. These features suggest that the early Carboniferous volcanic rocks were derived from an OIB-related source that consists of oceanic lithosphere with ~1–3% degree partial melting of garnet lherzolite. From these observations, in combination with previous work, we conclude that the early Carboniferous alkaline volcanic rocks in Karamay region formed by upwelling of asthenospheric mantle through a slab window in a forearc setting during consumption of the West Junggar Ocean. Meanwhile, seamounts, which formed in the Late Devonian and were accreted and subducted in Karamay arc, also brought geological effects in the subduction zone.     

西准噶尔南部玛依勒洋盆开启、闭合时限:来自中泥盆统与下伏地质体之间角度不整合关系的证据

新疆西准噶尔南部地区出露多条蛇绿岩,其中玛依勒蛇绿岩是该地区比较重要的蛇绿岩之一,其所代表的古洋盆的开启、闭合时限一直是地学界争论的焦点。详细的野外调查发现:玛依勒蛇绿混杂岩呈构造岩块的形式就位于中-上志留统玛依拉山岩群复理石基质中或与寒武纪杂岩体在空间上密切共生,表明玛依勒蛇绿岩所代表的古洋盆至少在寒武纪时期就已经开启,一直持续到中-晚志留世;中泥盆统库鲁木迪组分别角度不整合于中-上志留统玛依拉山岩群和寒武纪杂岩体之上,从而限定了玛依勒洋盆闭合时限的上限为中泥盆世之前。地层剖面分析发现库鲁木迪组与玛依拉山岩群之间在岩性特征、地层序列、沉积环境等方面均存在显著差异,表明晚古生代早期是西准噶尔地区构造演化发展的重要转换时期,库鲁木迪组下部的陆相沉积序列是对玛依勒早古生代洋盆闭合过程的沉积学响应。这将对进一步研究西准噶尔的构造演化和古生代中亚地区的构造格局提供了重要的制约。