东天山大南湖岛弧带石炭纪岩石地层与构造演化

详细的地质解剖工作表明,东天山地区大南湖岛弧带石炭纪出露4套岩石地层组合,即早石炭世小热泉子组火山岩、晚石炭世底坎儿组碎屑岩和碳酸盐岩、晚石炭世企鹅山组火山岩、晚石炭世脐山组碎屑岩夹碳酸盐岩。根据其岩石组合、岩石地球化学、生物化石、同位素资料以及彼此的产出关系,认为这4套岩石地层组合的沉积环境分别为岛弧、残余海盆、岛弧和弧后盆地。结合区域资料重塑了大南湖岛弧带晚古生代的构造格架及演化模式。早、晚石炭世的4套岩石地层组合并置体现了东天山的复杂增生过程。

东天山大南湖-头苏泉岛弧带古生代侵入岩浆活动期次及基底性质

锆石U Pb定年结果显示:东天山大南湖头苏泉岛弧带中酸性侵入岩形成时代为古生代,处于465~265 Ma,可划分为4个期次。分别为:中奥陶世—晚志留世465~413 Ma、中—晚泥盆世391~377 Ma、石炭纪327~308 Ma,以及早—中二叠世284~269 Ma。锆石Hf同位素分析显示,锆石εHf(t)值为6.81~15.73,Hf同位素二阶段模式年龄为839~355 Ma,主要集中在598~429 Ma;465~413 Ma的侵入岩分布在卡拉塔格和大南湖,其εHf(t)值为11.34~15.20,相应的Hf同位素二阶段模式年龄为633~467 Ma;391~377 Ma的侵入岩分布于卡拉塔格,其εHf(t)值为6.81~13.32,相应的Hf同位素二阶段模式年龄为839~497 Ma;327~308 Ma的侵入岩分布在黄山西以及沁城南,其εHf(t)值为11.36~15.73,相应的Hf同位素二阶段模式年龄为575~429 Ma;284~269 Ma的侵入岩分布在土屋西和推克曼塔什,其εHf(t)值为8.94~14.51,相应的Hf同位素二阶段模式年龄是671~355 Ma。再结合前人的研究成果揭示,在大南湖头苏泉岛弧带底部可能存在老的地壳基底,并对这些岩浆活动有所贡献;该区古生代期间存在大约465 Ma早奥陶世以及330 Ma左右中石炭世2期地壳增生事件,并存在晚奥陶世—晚志留世、中—晚泥盆世和早—中二叠世三期地壳再造事件。

早古生代古亚洲洋俯冲记录:来自东天山卡拉塔格高镁安山岩的年代学、地球化学证据

吐哈盆地南缘荒草坡群大柳沟组火山岩出露于大草滩断裂以北的彩霞山、土屋铜矿北和卡拉塔格地区。该组火山岩主要为基性、中酸性熔岩及火山碎屑岩组合。LA-ICP MS锆石U-Pb分析获得安山岩和英安岩的年龄分别为434.8±3.8Ma和438.4±4.9Ma,表明大柳沟组火山岩形成于早志留世。安山岩Si O2含量为54.35%~60.70%;Al2O3含量为11.8%~16.3%,Mg O含量为4.94%~8.27%,Ti O2含量为0.38%~0.52%,Na2O和K2O的含量分别为0.50%~3.83%和0.08%~1.26%,铝饱和指数（A/CNK）为0.77~1.37,低ΣREE（43×10-6~70×10-6）,为具有亏损源区特征的高镁安山岩。英安岩较安山岩Si O2含量高（63.74%~75.35%）,具有相似的Al2O3（12.3%~16.0%%）和Ti O2（0.32%~0.52%）含量;Na2O和K2O含量分别为2.01%~5.53%和0.16%~2.19%,ΣREE含量较安山岩略高（61×10-6~84×10-6）,铝饱和指数（A/CNK）为0.77~5.74。安山岩和英安岩均轻重稀土分异明显,具有中等的Eu负异常;富集大离子亲石元素（LILE）,亏损高场强元素（HFSE）,具有明显的Nb-Ta-Ti负异常。相似的岩石地球化学特征表明安山岩和英安岩可能为同源岩浆,英安岩是安山质岩浆经过角闪石等矿物结晶分异作用形成的,安山岩的母岩岩浆很可能来自亏损大洋岩石圈地幔。基于该组岩石组合、地球化学特征和区域地质资料,推测研究区高镁安山岩可能形成于洋内弧环境,这表明东天山吐哈盆地南缘卡拉塔格地区在早古生代已经存在古亚洲洋的俯冲。