阿吾拉勒地区伊什基里克组火山作用与构造背景

西天山北部的构造格架主要受北天山洋在石炭纪－二叠纪期间由洋壳俯冲、消亡、陆－陆碰撞及碰撞后造山带的崩塌等地质作用控制。晚石炭世－早二叠世应该是这段演化历史的转折期，同时也是天山地区十分重要的成矿期，长期以来一直是重点研究的对象，同时也存在较大的争议，特别是围绕该时期所处的构造位置及不同构造阶段形成的时间界限的讨论，分歧很大。因此正确认识和鉴定西天山地区石炭纪的构造背景对了解整个西天山地区石炭纪－二叠纪这段地质历史至关重要。目前有关西天山地区石炭系火山岩的研究主要集中在大哈拉军山组，而大哈拉军山组后的伊什基里克组火山岩研究得很少，但后者对揭示区内构造演化方面与前者具有同样重要的意义。另外，虽然部分研究者已经注意到了区内石炭纪－二叠纪的地质问题，并开展了一些研究工作，但仍存在分析数据或者研究深度等方面的局限性，因此在一定程度上限制了人们对西天山地区地质认识。朔拉克组在西天山地区确定为上石炭统，是一套主要由火山岩组成的岩石组合，具有双峰式火山岩的特征，通常认为双峰式火山岩形成于典型的伸展构造背景，如大陆裂谷带（Trua et al．，1999；Ayalew and Yirgu， 2003；Peccerillo et al．，2003）和弧后盆地（Shinjo and Kato，2000）。因此，通过对这套火山岩的研究，不仅可以正确鉴定这套火山岩形成的背景，同时也可以为进一步研究西天山地区构造演化历史提供有力的证据。

一、火山岩特征

石炭系是西天山地区分布最广的地层和最重要的赋矿层位之一，岩石建造复杂，空间上变化较大。区内石炭系自上而下依次为上石炭统伊什基里克组火山岩、下石炭统阿克沙克组碎屑岩－碳酸盐岩和大哈拉军山组火山岩。组间均以角度不整合接触。其中伊什基里克组（C2y）主要分布于伊犁盆地及博罗科努山一带，为一套海相的灰绿－紫红色流纹斑岩、霏细斑岩、钠长斑岩、安山玢岩、玄武玢岩、英安斑岩及同质火山碎屑岩。阿吾拉勒地区的伊什基里克组呈NE走向分布，上部被二叠系乌郎组地层不整合覆盖，主要由火山熔岩和火山碎屑岩组成。熔岩以玄武岩、流纹岩为主夹有少量安山岩。

二、地球化学特征

研究区伊什基里克组火山岩主、微量元素分析数据见附表3。所测大部分样品为英安岩和流纹岩，部分样品为玄武岩，在Si O2－K2O＋Na2O图 ［图3－22（a）］及Nb／Y－Zr／Ti O2图 ［图3－22（b）］中，这些火山岩组分均表现出双峰式分布的特征。玄武岩化学成分较为均匀，硅含量较低，Si O2含量在42．6％～45．8％之间，并含有较高的TFe2O3（11．1％～11．2％）、Al2O3（15．2％～15．3％）和中等含量的Mg O（4．13％～5．22％）、Ca O、Ti O2及较高的K2O＋Na2O和P2O5。

图3－22 伊什基里克组火山岩硅碱图 （a）（据Le Maitre，1989）和Nb／Y－Zr／Ti O2分类图 （b）（据Winchesterand Floyd，1976）

玄武岩略富集轻稀土元素，La的含量为球粒陨石的41．0～49．8倍，重稀土元素 （Gd－Lu）含量集中在10倍球粒陨石值水平。（La／Yb）N＝4．2～5．0，（Gd／Lu）N为1．6～2．0，在稀土配分图上表现为平坦型 ［图3－23（a）］，几乎不具Eu异常 ［Eu／Eu＊＝Eu N／（Sm N× Gd N）1／2＝0．85～1．00］。在微量元素蛛网图上 ［图3－23（c）］，表现为中度富大离子亲石元素 （LILE，如Th、U），而亏损Nb、Ta和Ti等高场强元素、以及变化较大的碱金属和碱土金属元素 （如Rb、Ba和K）。

酸性岩样品属高钾钙碱性系列，为偏铝质到过铝质，A／CNK为1．03～1．40，A／NK为1．05～1．57，Si O2含量在64．2％～72．1％之间，大部分样品超过70％，Al2O3和Ca O的含量变化较大，分别为10．6％～14．3％和0．49％～5．5％，并含有低－中等的碱含量，K2O＋Na2O为3．01％～8．15％，大部分样品钾含量高于钠。在球粒陨石标准化稀土配分图上，酸性岩样品稀土总含量较高 （∑REE＝53．0～173），并表现出较强的轻稀土富集 （La N／Yb N＝1．1～7．6），重稀土元素 （Gd－Lu）含量集中在22倍球粒陨石值水平 ［图3－23（b）］，（Gd／Lu）N＝0．74～1．02，在稀土配分图上表现为平坦型，具有强烈的负Eu异常 （Eu／Eu＊＝0．22～0．52）。在微量元素蛛网图上 ［图3－23（d）］，岩石均富大离子亲石元素Rb、K、Th、U，而亏损Ba、Sr、Nb、Ta、P、Ti。

三、结晶分异作用对岩石成分的影响

阿吾拉勒地区石炭系伊什基里克组玄武岩的Mg＃较低，仅42．1～48．2，表明岩石并不代表原生岩浆的成分，而是原生岩浆发生过较大的结晶分异作用后形成的。另外岩石中的Co（20．0×10－6～37．0×10－6）、Cr（11．0×10－6～28．7×10－6）、Ni（10．0×10－6～13．0×10－6）含量很低。地幔二辉橄榄岩在1％～20％的部分熔融时原始岩浆中过渡族相容元素Co、Ni含量分别为27×10－6～80×10－6和90×10－6～670×10－6（Frey et al．1987），其含量随熔融程度的增大而增大。许多学者提出了鉴别与地幔橄榄岩平衡的原生岩浆的标志：Mg＝0．63～0．73（Green，1975）；Ni＝235×10－6～400×10－6（Sato，1977）；Mg＝0．68～0．73（Freg et al．，1978）；Mg＞0．68，Ni＝300×10－6～400×10－6（Hess，1992）。按照上述标准，阿吾拉勒地区伊什基里克组玄武岩在上升过程中发生过分异作用。

图3－23 伊什基里克组火山岩稀土元素配分及微量元素蛛网图（a），（c）玄武岩；（b），（d）英安岩和流纹岩

（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）

四、构造环境分析

双峰式岩浆作用形成于典型的伸展构造背景，如大陆裂谷带 （Pin et a1．，1993）和弧后盆地 （Hochstaedter et al．，1990）。刘静等 （2006）认为阿吾拉勒地区伊什基里克火山岩形成于大陆板内构造环境。伊什基里克组的基性岩呈碱性，部分样品具有较低的Si O2含量 （如CS06将烧失组分扣除后的值为46．2％），与一般的成熟岛弧火山岩主要以安山岩为主不同，后者的基性端元成分通常为安山岩，似乎不大可能形成于岛弧环境。但研究表明，在岛弧演化晚期由挤压转化为伸展过程中，在不稳定的应力场及构造减压、熔融过程中完全可能造成上地幔不同程度的部分熔融，常形成基性至酸性火山岩 （Andrew et a1．，2005）。成熟岛弧可发生周期性伸展－裂谷作用，在弧间伸展阶段形成中酸性火山岩喷发或溢流，伸展末期形成酸性熔结凝灰岩喷发；弧间裂谷阶段形成大规模岩脉和强烈基性火山岩喷发 （Busby，2004）。Th－Hf－Ta三角判别图解中［图3－24（a）］，伊什基里克组火山熔岩的投影点相对集中，均落投在D区下半部，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）。玄武岩在Ti O2－Mn O－P2O5图解中落于岛弧钙碱性玄武岩区 ［图3－24 （b）］，对研究区的构造环境的判断也可以通过另一套岩石 （酸性岩）来加以佐证。酸性岩的Y－Nb判别图上［图3－25（a）］，样品落在火山弧及同碰撞区，进一步通过Y＋Nb－Rb图解 ［图3－25（b）］发现，所有样品均落在火山弧区，与通过另一组玄武岩得出的结论一致。因此可以认为伊什基里克组火山岩形成于弧后盆地背景。

图3－24 伊什基里克组玄武岩Th－Hf－Ta（a）及Mn O－Ti O2－P2O5（b）图解

图3－25 伊什基里克组酸性火山岩构造环境判别图