西天山阿吾拉勒西段早二疊世粗安巖年代學和地球化學特征

丁振信 ，薛春紀 ，趙曉波，田建吉，閆永紅，羅 暉

(1. 北京大學出版社有限公司， 北京 100871； 2. 中國地質大學 地質過程與礦產資源國家重點實驗室， 中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院， 北京 100083； 3. 核工業北京地質研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室， 北京 100029； 4. 中信礦業科技發展有限公司， 北京 100004; 5. 甘肅省地質調查院, 甘肅 蘭州 730000)

阿吾拉勒構造巖漿帶(ATMB)是西天山重要Fe-Cu多金屬礦帶(駱文娟等, 2018)，尤其阿吾拉勒西段尼勒克一帶與二疊紀構造-巖漿-熱液相關的Cu礦床/礦點多見，地質找礦突破令人期待(蔣宗勝等， 2012; 薛春紀等， 2015； Zhaoetal., 2018)。阿吾拉勒地區已有的構造-巖漿-成礦作用多發生在二疊紀 (姜常義等， 1996; 陳根文等， 2011; 張賀等， 2012; 趙軍等， 2012， 2013)，該時期巖漿活動的時空分布特征、巖石成因以及巖石圈動力學背景等對于揭示區域成礦作用至關重要，但是已有的研究成果存在較大的分歧。部分學者認為阿吾拉勒西段火山巖是碰撞后巖石圈拆沉作用的結果(李寧波等， 2012; 趙軍等， 2013; 陳根文等， 2015)或者可能與塔里木二疊紀地幔柱作用有關(葉海敏等， 2013)；也有部分學者認為西天山早二疊世北天山洋殼巖石圈發生板片斷離作用，伴隨新生地幔物質底侵作用，造成阿吾拉勒地區大規模巖漿活動(Hanetal.， 2010; Longetal.，2011; 丁振信等， 2014)。目前關于西天山晚古生代末期的巖石圈動力學背景的觀點可歸納為巖石圈拆沉作用、地幔柱作用和板片斷離作用3種。

阿吾拉勒西段廣泛出露石炭-二疊紀火山巖，以下二疊統烏郎組陸相火山巖為主。本文在阿吾拉勒西段群吉薩依地區烏郎組火山巖剖面下部發現一套粗安巖，明顯與剖面上部雙峰式火山巖石組合不同，于是對其開展了年代學、巖石學、元素和同位素地球化學研究，探討其巖石成因和巖漿起源，試圖揭示西天山二疊紀的巖石圈背景和成礦環境。

1 區域背景

阿吾拉勒構造巖漿帶(ATMB)位于伊犁板塊東北部(圖1a)。阿吾拉勒西段發現較多銅礦/礦點(如群吉薩依、群吉、奴拉賽等， 蔣宗勝等， 2012)。阿吾拉勒西段元古宙變質結晶基底與上古生界陸生火山巖和磨拉石序列不整合接觸(圖1b)。元古宙變質結晶基底主要由中元古界特克斯群花崗片麻巖、二長片麻巖和黑云母麻粒巖變質復合體組成(圖1b)。特克斯群復合體中的麻粒巖相花崗片麻巖的鋯石U-Pb年齡為1 609±40 Ma(李繼磊等， 2009)。上古生界從下到上主要包括上石炭統伊什基里克組海相火山巖夾粉砂巖，下二疊統烏郎組陸相火山巖和火山碎屑巖，中二疊統曉山薩依組、哈密斯特組和鐵木里克組陸源礫巖和砂巖以及上二疊統巴斯爾干組砂巖和泥巖(圖1b、1c、圖2)。

下二疊統烏郎組主要由陸相火山巖和火山碎屑巖組成，其中火山巖主要為堿性玄武巖、玄武安山巖、流紋巖、粗安巖，火山碎屑巖包括火山角礫巖、火山集塊巖和凝灰質砂巖，厚度達約4 000 m(圖1c、圖2)。按照巖石組合的差異，烏郎組可劃分為3段(P1w1、P1w2、P1w3)(圖1c)，詳細的巖石描述見圖2。烏郎組火山巖中的玄武巖Rb-Sr等時線年齡為298±7 Ma (李華芹等， 1997)，流紋巖中相對年輕的鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為296.3±3.1 Ma和290.9± 3.3 Ma (丁振信等， 2014)。烏郎組火山巖是重要的賦礦圍巖，產出群吉薩依、群吉、109和黑山頭等銅礦床。

阿吾拉勒西段二疊紀淺成侵入體廣泛侵入于二疊紀火山-沉積巖序列中(圖1b)，巖石類型包括花崗斑巖、石英鈉長斑巖和輝綠巖體。這些侵入體與銅礦化有著密切的空間關系(圖1b)。前人對石英鈉長斑巖進行的Rb-Sr同位素、40Ar/39Ar同位素和鋯石U-Pb LA-ICP-MS定年得出268～248 Ma的年齡(李華芹等， 1998; 趙振華等， 2003; Zhaoetal.， 2008)和303 Ma(劉睿等， 2017)。花崗斑巖的SHRIMP 鋯石U-Pb年齡為302±4 Ma(閆永紅等， 2013)。阿吾拉勒西段受東西向到北西向破碎斷層控制，斷層經歷了右旋走滑改造，與區域內巖漿巖出露情況和銅礦化可能存在一定的關系(圖1b)。區內顯著發育一系列北東和北-北東向破碎斷層(趙軍等， 2012)。

圖 1 新疆西天山地質綱要圖[a， 據Biske等(2010)、Gao等(2011)和Xiao等(2013)修改]、阿吾拉勒西段地質圖[b， 據新疆維吾爾自治區地質局(1979)(1)新疆維吾爾自治區地質局. 1979. 1∶20萬區域地質調查報告(鞏留幅K-44-V).和宋志瑞等(2005)修改]及阿吾拉勒西段群吉薩依地區地質圖[c， 據邵行來等(2010)(2)邵行來等. 2010. 新疆尼勒克縣群吉薩依銅礦及外圍普詳查物探工作報告. 修改]

圖 2 西天山阿吾拉勒西段區域地層柱狀圖

群吉薩依地區二疊系主要為下二疊統烏郎組(P1w)和上二疊統曉山薩依組(P2x)，北部上二疊統曉山薩依組呈斷裂或角度不整合覆于烏郎組之上(圖1c)。烏郎組是本區最主要的火山巖地層，產狀穩定，傾角較小，主要為一套陸相火山熔巖-火山碎屑巖建造，包括橄欖玄武巖、杏仁狀安山巖、英安巖、流紋巖、粗安巖、霏細巖、火山角礫巖、熔凝灰巖、凝灰巖等。熔巖多為塊狀，層理不清，厚度變化大呈不均勻透鏡體產出(朱志新等， 2012)，酸性和基性地層韻律產出，具有典型的雙峰式火山巖特征。上覆曉山薩依組巖性主要包括中厚層礫巖、砂巖、粉砂巖、碎屑灰巖和晶屑凝灰巖，層理發育，巖層上部可見泥巖、頁巖等，可能代表了一個快速隆升的構造環境。區域構造主要表現為NWW向斷裂及托斯巴背斜。沿托斯巴背斜核部輝綠巖、花崗斑巖及石英鈉長斑巖呈巖株、巖脈狀侵入于下二疊統烏郎組火山巖中(圖1c)，侵入巖鋯石U-Pb年齡為300～290 Ma，形成于后碰撞伸展環境(閆永紅等， 2013； Zhaoetal., 2018)。

2 樣品采集和巖相學特征

本文樣品采自西天山阿吾拉勒西段群吉薩依地區下二疊統烏郎組下段(P1w1)出露的一套粗安巖，樣品新鮮，未見明顯的熱液蝕變和表生風化，采集位置見野外地質剖面圖(圖3)。對7件粗安巖樣品進行了全巖主量、微量元素分析，4件樣品進行了Sr-Nd同位素分析，1件樣品進行了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素定年和鋯石微量元素測定。

粗安巖樣品呈灰色或暗紅色(圖4a、4b)，具斑狀結構(圖4c)，塊狀構造，斑晶含量大約為25%，主要為斜長石和單斜輝石。斜長石斑晶呈長條狀，含量為20%，大小為0.3～0.7 cm；輝石斑晶呈五角狀或短柱狀，含量為5%，大小為0.1～0.2 cm。基質呈細晶狀，具交織結構，斜長石微晶呈平行排列或近似平行排列，輝石和磁鐵礦分布于其中，少見玻璃質及顯微隱晶質，斜長石表面發生輕微蝕變，主要為綠泥石化或絹云母化。

圖 3 新疆阿吾拉勒西段下二疊統烏郎組火山巖實測剖面圖

圖 4 粗安巖手標本(a、b)和顯微鏡下照片(c、d，正交偏光)

3 分析方法

鋯石分選在河北廊坊區域地質調查研究所采用浮選和電磁選等方法完成。鋯石的挑選工序為：先將樣品洗凈自然風干，粉碎至60～70目，通過重液法、磁法、電磁法、酒精淘洗、雙目鏡下手工挑選等工序，選擇其中均一、透明、顏色相同且在熒光下無礦物包裹的鋯石顆粒，然后使用環氧樹脂固定，制成鋯石靶。在進行LA-ICP-MS分析之前，需將鋯石靶樣表面拋光磨平并在酸容器中清洗。通過偏光顯微鏡透反射和陰極發光觀測、照相分析鋯石表面特征和內部結構并選擇測點位置。鋯石透反射觀測在中國地質大學(北京)顯微鏡實驗室完成，陰極發光照相在中國科學院地質與地球物理研究所電子探針與電鏡實驗室Cameca電子探針儀器上完成，分析電壓為50 kV，電流為15 nA，陰極發光照片被用來檢查鋯石的內部結構和選擇分析區域。

鋯石U-Pb同位素定年工作在西北大學大陸動力學國家重點實驗室使用帶有Geolas2005激光剝蝕系統的Agilent 7500a ICP-MS儀器上完成，測試時室內溫度為20℃，相對濕度30%，激光束斑直徑為30 μm，剝蝕深度為20～40 μm，載氣為He，氣流速度為270 mL/min，工作電壓為27.1 kV，激光能量密度為29 J/cm2。詳細分析步驟和定年數據處理方法詳見文獻(Yuanetal.， 2008; Wangetal.， 2012)。實驗過程采用Nist 610、GJ-1和91500內標控制的方法，每隔5個數據點分別用兩個91500標樣校正。采用軟件GLITTER4.0對分析數據進行離線處理，以29Si作為內標校正鋯石微量元素。采用Andersen(2002)進行普通鉛校正。鋯石U-Pb年齡諧和圖的繪制和MSWD的計算均采用Isoplot4.0(Ludwig， 2003)。對于年齡小于1 000 Ma的巖漿鋯石，采用206Pb/238U年齡，對大于1 000 Ma的鋯石，采用207Pb/206Pb年齡。

新鮮巖石樣品經去表皮、蒸餾水洗凈自然干燥后粉碎至200目以備主微量元素分析，所有樣品的全巖主微量地球化學分析均由核工業北京地質研究院分析測試中心完成。主量元素測試方法為固態X射線熒光光譜儀，測試儀器型號為飛利浦PW2404-X，分析精度優于3%。微量元素測試方法為溶液稀釋法電感耦合等離子質譜(ICP-MS)，測試儀器型號為Finnigan MAT的HR-ICP-MS(Element Ⅰ)，測試過程中分析精度優于6%。測試過程中每10個樣品選取一個進行重復測定。分析測試方法詳見聞欣等(2001)。

Sr-Nd同位素分離和測試均在中國科學技術大學地球與空間科學學院固體同位素地球化學實驗室進行。測試方法為熱電離質譜(TIMS)，測試儀器型號為德國Finnigan公司 MAT-262熱電離質譜儀，采用NBS987和BCR-1國際標樣進質量監控。全流程Sr和Nd實驗本底分別約為<300 pg和<50 pg，測試分析過程中分析精度優于0.5%。Sr和Nd同位素比值測定分別采用87Sr/86Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9進行標準化。標樣NBS987 Sr的平均87Sr/86Sr值為0.710 254±12 (n=27， 2 )，標樣JMC和AMES的平均143Nd/144Nd值分別為0.511 87±7(n=8， 2 )和0.512 145±12 (n=15， 2)。分析測試流程參考Chen等(2007)。

4 分析結果

4.1 鋯石LA-ICPMS U-Pb年代學和微量元素分析

粗安巖中大多數鋯石呈自形-半自形長條狀、短柱狀，長度50～150 μm左右，長寬比介于1～3之間。鋯石并沒有顯示典型的巖漿鋯石振蕩環帶的特征，而是呈現條帶狀，很多鋯石顆粒內部含有繼承內核(圖5a)。粗安巖樣品B054-7中所有鋯石顆粒的U-Pb測年數據列于表1，鋯石諧和圖見圖5b。25個測點的Th含量為32.11×10-6～305.10×10-6，U含量為62.73×10-6～923.12×10-6。鋯石的Th/U值為0.08～1.20，多數鋯石顆粒的Th/U值大于0.4，與巖漿成因鋯石一致(Hoskin and Schaltegger， 2003)。部分年齡較大的鋯石顆粒可能為巖漿房或者噴發過程中圍巖捕虜體中的繼承鋯石，部分鋯石顆粒年齡不諧和，選取7個鋯石顆粒得出LA-ICP-MS U-Pb加權平均年齡為300±11 Ma (n=7， MSWD=2.4)，與阿吾拉勒西段尼勒克縣銅礦區內烏郎組8件基性玄武巖Sr-Nd同位素年齡298±7 Ma(李華芹等， 1997)和同樣來自群吉薩依烏郎組火山巖中的流紋巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡290.9±3.3 Ma (MSWD=1.3)和296.3±3.1 Ma (MSWD=1.3)基本一致(丁振信等， 2014)，說明烏郎組火山巖噴發時代為早二疊世。

表 1 阿吾拉勒西段群吉薩依早二疊世粗安巖(B054-7)鋯石U-Pb年齡數據

注： 放射成因*Pb 同位素比值和年齡是通過普通Pb校正的數據，校正方法據文獻(Andersen， 2002)。

圖 5 群吉薩依粗安巖鋯石的陰極發光圖像(a)、鋯石U-Pb年齡協和圖(b)和鋯石稀土元素球粒隕石配分模式圖(c)

表 2 阿吾拉勒西段群吉薩依早二疊世粗安巖(B054-7)鋯石稀土元素分析數據wB/10-6

注： δEu=2 EuN/(SmN+GdN); δCe=2 CeN/(LaN+PrN); 下標N代表球粒隕石標準化; 所有球粒隕石標準化值參見文獻(Sun and McDonough， 1989)。

粗安巖中鋯石的稀土元素含量見表2。除少數測點外，多數測點的(Sm/La)N值在13～1 206之間，與巖漿成因的鋯石一致(Hoskin， 2005)。在鋯石稀土元素球粒隕石標準化圖解 (圖5c) 中，多數測點配分曲線向左陡傾，具明顯的Ce 正異常和Eu 負異常，少數測點具有輕微的Ce正異常和高的La含量，并沒有明顯的Eu虧損。

4.2 元素和同位素地球化學

粗安巖主量元素和微量元素分析結果見表3。從表3中可以看出，樣品燒失量相對較低(LOI)(1.04%～2.17%)，表明樣品均經歷了很小程度的蝕變。粗安巖樣品SiO2含量為54.93%～57.18%，具有相對低的TiO2含量(0.93%～1.07%)，MgO含量(3.24%～4.44%)，TFe2O3的含量為7.41%～9.66%，Mg#值為41.87～52.29。粗安巖的CaO含量為3.32%～4.22%，P2O5含量為0.32%～0.47%，均為準鋁質，具有較低的A/CNK值(0.77～0.85)和較高的A/NK值(1.16～1.31)，具有高的堿含量(Na2O+K2O=8.00%～9.52%，K2O/Na2O=0.02～0.92)，除個別樣品外，大多數樣品屬于中高鉀鈣堿性巖漿系列(圖6)。

球粒隕石標準化稀土配分模式圖解(圖7a)中，所有的粗安巖均顯示出一致的稀土元素配分模式，富集輕稀土元素，虧損重稀土元素，(La/Yb)N和(La/Sm)N值分別為3.34～6.79和1.92～3.65(表3)，存在一定程度的輕重稀土元素分餾。所有樣品均顯示出中等或輕微的Eu負異常(δEu=0.55～0.77)，表明粗安巖發生了一定程度的斜長石分離結晶作用，重稀土元素有一定程度的虧損。在原始地幔標準化蛛網圖(圖7b)，粗安巖樣品顯示虧損高場強元素Nb、Ta和Ti，富集大離子親石元素Rb、K。

4件粗安巖樣品的87Rb/86Sr和87Sr/86Sr值分別為0.240 7～0.945 9和0.706 227～0.709 225，147Sm/144Nd和143Nd/144Nd分別為0.132 5～0.140 7和0.512 744～0.512 779(表4)。群吉薩依粗安巖具有相對高的(87Sr/86Sr)i值(0.705 19～0.705 86)，正的εNd(t)值(+4.53～+4.90)(t=300 Ma)，其Nd同位素單階段模式年齡(tDM)為808～765 Ma，在εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(圖8)中，粗安巖均投影在地幔演化序列中。與伊犁板塊的古元古代花崗片麻巖基底[(87Sr/86Sr)i=0.720 0，εNd(t)=-7，胡靄琴等， 2010]相比，粗安巖有著更低的(87Sr/86Sr)i值和高的εNd(t)值。群吉薩依粗安巖數據位于西天山晚石炭世粗安巖區域中和右側(圖8)。

5 討論

5.1 巖石成因

群吉薩依地區下二疊統烏郎組火山巖經歷了不同程度的熱液蝕變，其中粗安巖表現出輕微蝕變(LOI=1.04%～2.17%)，顯微鏡下可見斜長石發生輕微的綠泥石化或絹云母化，但在這種低溫的蝕變過程中，一些元素如Fe、Al、Ca、Mg、REE和HFSE(如 Nb、Ta)是相對穩定的(Beswick， 1982; Barnesetal.， 1985)，另外如前文所述，除個別樣品外，大部分樣品的稀土和微量元素配分模式圖較為一致(圖7)，因此，可以認為蝕變過程并沒有對主量、稀土和高場強元素產生明顯的影響，這些穩定元素的變化很可能歸因于巖漿過程或源區的特征，可以用來限制巖石成因和構造環境。

群吉薩依粗安巖輕稀土元素富集、重稀土元素虧損，Ho、Yb輕微虧損(圖7a)，表明其源區殘留相富集尖晶石(Zhuetal.， 2008)。Nb、Ta和Ti的負異常(圖7b)可能暗示巖漿源區有金紅石等富Ti礦物殘留。群吉薩依粗安巖表現出富集大離子親石元素、虧損高場強元素的地球化學特征，并具有高的Th/Ta值(16.59～21.59)和La/Nb值(1.95～3.95)，暗示其原始巖漿起源于受俯沖板塊成因的流體或熔體交代的地幔楔(Conlyetal.， 2005)，其形成可能與大洋板塊俯沖釋放出的流體有關(Condie， 2003； Innocentietal.， 2005)。在稀土元素配分模式圖(圖7a)和微量元素蛛網圖(圖7b)中，群吉薩依粗安巖與大哈拉軍山組火山巖表現出相似的配分模式，指示兩者可能具有相似的巖漿源區，而在伊犁盆地兩側及博羅科努山一帶廣泛發育的下石炭統大哈拉軍山組，為一套以中酸性為主的火山巖建造，其形成被認為是與俯沖板片來源的流體交代的地幔楔發生部分熔融有關(朱永峰等， 2005; 羅勇等， 2009; zhuetal.， 2009; 夏換等， 2011; Anetal.， 2013; 寧文濤等, 2019)。

表 3 群吉薩依早二疊世粗安巖全巖主量(wB/%)和微量元素(wB/10-6)地球化學數據

Table 3 Major (wB/%) and trace (wB/10-6) elements data of the Lower Permian trachyandensites in the western Awulale， Xinjiang

圖 6 群吉薩依粗安巖火山巖TAS分類圖解 (a， 據Le Maitre， 1989)和K2O-SiO2分類圖解(b， 據Rickwood， 1989)

在圖8中，粗安巖均投影在地幔演化序列中，與晚石炭世大哈拉軍山組粗安巖有著相似的巖漿源區特征。粗安巖同位素tDM值為808～765 Ma，與西天山晚石炭世玉希莫勒蓋達坂大哈拉軍山組火山巖(991～637 Ma)和拉爾敦達坂大哈拉軍山組火山巖(1 070～810 Ma)的tDM值非常相似(朱永峰等， 2006; Zhuetal.， 2009)，指示其具島弧火山巖地球化學特征，具有虧損地幔的巖漿特點。前人對西天山中tDM2為二階段模式年齡，參數據文獻(Keto and Jacobsen， 1987)， 計算(87Sr/86Sr)i和εNd(t)值使用年齡為300 Ma。

圖 7 群吉薩依粗安巖稀土元素球粒隕石標準化(a)和微量元素原始地幔標準化圖解(b)(標準化值據Sun 和McDonough， 1989)

表 4 群吉薩依早二疊世粗安巖Sr-Nd同位素分析結果

西部火山巖Sr-Nd同位素地球化學研究結果顯示，西天山中西部地區中酸性火山巖有兩種可能的成因： 一是幔源基性巖漿經歷廣泛結晶分異作用和同化混染作用的產物； 二是新生地殼部分熔融的產物(蔣宗勝， 2014)。而群吉薩依粗安巖樣品的(87Sr/86Sr)i值為0.705 20～0.705 86，εNd(t)值為+4.53～+4.90，具有相對較低的(87Sr/86Sr)i值和正的εNd(t)值，與研究區內玄武巖εNd(t)值(+5.05～+6.86) (作者未刊數據)相近，暗示粗安巖可能由玄武質巖漿結晶分異或由新生地殼部分熔融產生。然而，在哈克圖解中，群吉薩依玄武巖與粗安巖不存在分離結晶趨勢(圖9)(作者未刊數據)，意味著粗安巖不太可能由玄武質巖漿通過結晶分異而形成。粗安巖(808～765 Ma)與中亞造山帶北部出露的大量花崗巖具有相似的較年輕的tDM值(閆永紅等， 2013)，表明粗安巖的源區為新生下地殼。粗安巖與研究區內同期的流紋巖 (+4.66-+5.13， 丁振信等， 2014)、花崗斑巖 (+2.11～+2.70，閆永紅， 2013)和鈉長斑巖(+4.19～+5.19， 李睿等， 2017)的εNd(t)值在誤差范圍一致，表明這些粗安巖很可能由新生玄武質下地殼部分熔融而來。本區雙峰式火山巖的發育及二疊紀大量埃達克巖的產出，也同樣證實了該地區同期經歷了大量的玄武質地殼的部分熔融(熊小林等， 2001)。

5.2 構造背景和動力演化模式

阿吾拉勒西段群吉薩依烏郎組剖面下部的中高鉀鈣堿性粗安巖，富集大離子親石元素(Rb、Ba、K、Pb)和Th、U等微量元素，相對虧損高場強元素(Nb、Ta和Ti)，這些特征類似形成于俯沖帶火山巖的地球化學特征(McCullochetal.， 1991)。在Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3和Ce/P2O5-Zr/TiO2圖解中(圖10)，粗安巖的投影點比較集中，均投影在大陸弧環境，暗示群吉薩依粗安巖可能為北天山洋殼南向哈薩克斯坦-伊犁板塊之下俯沖背景下的大陸島弧巖漿產物。前人對于西天山洋陸俯沖過程已有很多的認識和研究(Zonenshainetal.， 1990; Mossakovskyetal.， 1993; Seng?retal.，1993; 姜常義等， 1995； Seng?r and Natal’in， 1996; Jahnetal.， 2000; Kovalenkoetal.， 2004; 朱永峰， 2005; Windleyetal.， 2007; Xiaoetal.， 2013)。西天山在晚古生代發生了典型的洋陸俯沖-碰撞造山過程，北天山洋在晚石炭世(325～316 Ma)已經關閉，西天山在早二疊世已經進入后碰撞演化階段(Gaoetal.， 2009，2011; Hanetal.， 2010， 2011; Longetal.， 2011)。由于在先前的俯沖碰撞過程中源區受板塊來源的流體或熔體所交代(Turneretal.， 1996; Wangetal.， 2004; Zhangetal.， 2009)，后碰撞的巖漿一般都繼承了與俯沖作用有關的地球化學特征。趙軍等(2013)通過對阿吾拉勒西段下二疊統火山巖的研究，提出烏郎組火山巖形成于板內裂谷環境；烏郎組上部的流紋巖和流紋斑巖均顯示了板內花崗質巖漿的特征(丁振信等， 2014)；晚期侵入于烏郎組的早二疊世花崗斑巖顯示了富硅準鋁質、低(87Sr/86Sr)i、正εNd(t)值等堿性的板內花崗巖特征(閆永紅等， 2013)；群吉鈉長斑巖與下二疊統玄武巖呈侵入接觸關系，巖體具有A型花崗巖的特征(劉睿等， 2017)，表明早二疊世烏郎組下部的高鉀鈣堿性粗面安山質巖漿很可能形成于板內環境，而非島弧環境。

圖 8 群吉薩依粗安巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解

前人通過大量年代學、地球化學和同位素研究，提出巖石圈拆沉(李寧波等， 2012; 趙軍等， 2013; 陳根文等， 2015)、地幔柱(葉海敏等， 2013)和板片斷離模型(Chen Betal.， 2005; Hanetal.， 2010; Longetal.， 2011; Lietal.， 2015; Wangetal.，2018; Heetal.， 2018)來解釋早二疊世新疆西天山巖漿事件。巖石圈拆沉模型并不能很好地解釋早二疊世西天山阿吾拉勒地區大量I型和A型花崗巖侵位、缺失S型花崗巖的現象(閆永紅等， 2013; 劉睿等， 2017)。西天山阿吾拉勒地區尼勒克大規模玄武質火山巖的形成可能和塔里木二疊紀地幔柱活動有關，但是這些玄武巖在地球化學特征上與塔里木同時代二疊紀玄武巖有顯著差別( Zhangetal.， 2010)，并且塔里木二疊紀地幔柱的影響區域范圍仍有爭議(Liuetal.， 2014; Lietal.， 2015)。與其他幾種地球動力學背景相比，筆者認為板片斷離模型更為合理，主要有以下幾個方面的原因： ① 新疆西天山阿吾拉勒下二疊統烏郎組火山巖出露于一個與北天山晚古生代縫合帶平行的相對狹窄的東西向的構造帶內(圖1)； ② 大陸碰撞發生之后，火山巖的噴發幾乎與區域抬升事件同時發生，該地區中二疊統與下二疊統之間、中二疊統各組地層之間和中二疊統與上二疊統之間均為平行不整合或角度不整合接觸，結合中二疊統的巖性構造特征，均表明中二疊世以后該地區進入了抬升剝蝕的構造體制中，構造應力從區域拉伸轉為擠壓，火山活動減弱，接受了陸相沉積(趙軍等， 2013)； ③ 后碰撞的火山巖作用時間大概為20～15 Ma，這與筆者采集火山巖測試的年齡(作者未刊數據)和區域地層化石的研究也是相對一致的(朱志新等，2012)； ④ 火山巖受到強烈的地殼混染作用(葉海敏等， 2013; 趙軍等， 2013)； ⑤ 烏郎組火山巖投圖在堿性巖與亞堿性巖之間(葉海敏等， 2013)，隨著噴發的進行，堿性的火山巖逐漸增加； ⑥ 研究區內大規模具成分多樣性的同期巖漿作用(包括高鉀鈣堿性粗安巖、流紋巖，石英鈉長斑巖、花崗斑巖等堿性侵入巖體(脈)及板內玄武巖特征的鎂鐵質巖漿作用)是鑒別板片斷離的巖石學標志(朱弟成等， 2017)； ⑦ 阿吾拉勒西段下二疊統烏郎組中上部出現了雙峰式火山巖組合和磨拉石建造(二疊系鐵木里克組)。因此，筆者認為烏郎組下部的這套高鉀鈣堿性粗安巖和中上部的雙峰式火山巖組合的出現(趙軍等， 2013; 陳根文等， 2015)，標志著阿吾拉勒西段在早二疊世已經進入了造山帶的最后演化階段，而板片斷離很可能是造成這種特殊地球動力學背景的可能機制。

圖 9 Al2O3、MgO和 TiO2 對SiO2共變關系圖

圖 10 中性巖大地構造判別圖解(據Muller and Groves， 1997)

綜合上述研究來看，早二疊世新疆西天山阿吾拉勒西段處于碰撞造山后板內構造環境，推測北天山洋俯沖關閉后，伴隨北天山洋殼巖石圈向南持續俯沖，板塊不斷變陡，俯沖洋殼的尾部很可能發生斷離，出現伸展背景，地幔軟流圈物質和能量從斷離窗上涌(Chenetal.， 2005; Hanetal.，2010; Longetal.， 2011; 丁振信等， 2014; Lietal.， 2015; Wangetal.， 2018; Heetal.， 2018)，俯沖板片斷裂后，其下部熱的軟流圈上涌，觸發新生玄武質下地殼發生部分熔融，經歷結晶分異作用形成高鉀鈣堿性粗安質巖漿。該巖漿在地球化學上繼承了前期洋-陸俯沖過程中被改造的地幔楔的元素和同位素特征。此時的構造體制已開始由陸-陸碰撞的俯沖擠壓環境轉換為碰撞造山階段后伸展背景(Mulleretal.，1992; 羅勇等， 2009)。

6 結論

(1) 在西天山阿吾拉勒西段群吉薩依烏郎組下部發現了粗安巖， LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年得到其206Pb/238U加權平均年齡為300±11 Ma，鋯石微量元素具有典型的巖漿鋯石特征，表明這套粗安質火山巖大概噴發于早二疊世早期。

(2) 巖石學和地球化學數據表明，該粗安巖屬于中高鉀鈣堿性巖漿系列；巖石的εNd(t)值為+4.5～+4.9，并與中亞造山帶北部出露的大量花崗巖有著相似的較為年輕的tDM值，與研究區內酸性巖火山巖有著相似的同位素地球化學特征，巖漿很可能來源于新生玄武質下地殼的部分熔融。

(3) 早二疊世北天山洋殼南向伊犁板塊之下俯沖過程中，很可能在300～291 Ma發生板片斷離并使得上覆巖石圈板塊處于伸展背景，板片斷離事件觸發的軟流圈地幔巖漿底侵作用導致新生玄武質下地殼發生重熔，形成群吉薩依中高鉀鈣堿性粗安質巖漿，此時構造體制也相應地開始由俯沖擠壓轉換為伸展背景。

致謝工作中得到中國地質大學(北京)地質過程和礦產資源國家重點實驗室的大力資金支持，測試工作得到西北大學大陸動力學國家重點實驗室、核工業北京地質研究院分析測試中心的大力協助，審稿人和編輯為論文修改提出建設性建議，在此一并表示誠摯感謝。