Permian Formation Characteristics and Petroleum Geological Significance of Well MSD1 in Suhongtu Depression, Yin’e Basin
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摘要:
长久以来,由于银额盆地覆盖区二叠系地层特征认识不清，致使盆地内钻井揭示的油气产层地质时代存在争议。本次研究利用银额盆地苏红图坳陷MSD1井下部井段岩心样品开展了孢粉学、矿物学、锆石年代学等研究工作，结合盆地内钻井、地震测线及地表露头资料开展地层对比，取得了以下认识：①苏红图坳陷MSD1井
2669.00 ～2726.00 m井段内发现的Florinites，Vesicaspora，Striatoabieites，Vittatina和Hamiapollenites等孢粉分子，且碎屑岩薄片显微镜下见腕足、海百合、苔藓虫等零散生物碎屑分布，均指示该段地层为上二叠统哈尔苏海组，时代为二叠纪晚期。②结合钻井时井深标定及地震层位追踪，明确银额盆地二叠系在盆地覆盖区广泛分布，二叠系地震反射呈现弱反射–空白反射、中–弱振幅、层内连续性差、底界偶见强振幅连续界线的特征，反映二叠系沉积后经历了多期构造改造作用。③盆地内多口钻井发现白垩系、二叠系的两套含油气系统，钻井烃源岩地球化学特征显示银额盆地二叠系具有丰富的油气勘探潜力。综合研究认为，银额盆地二叠系原型盆地分布范围广、油气资源潜力丰富，后期构造改造分区性强，局部地区构造破坏严重，MSD1井二叠系古生物地层学、锆石年代学、岩石矿物学及地球物理学地层特征的发现，实现了盆地露头区与覆盖区二叠系特征对比统一，明确了银额盆地二叠系的油气勘探前景。Abstract:For a long time, due to the unclear understanding of the characteristics of Permian residual strata in the coverage area of yin'e basin, the geological age of oil and gas production layers revealed by drilling in the basin is controversial. In this study, palynology, mineralogy, zircon chronology and other research work were carried out by using the core samples of the lower well section of well msd1 in Suhongtu depression of yine basin, and stratigraphic correlation was carried out in combination with the drilling, seismic survey line and surface outcrop data in the basin. The following understandings were obtained: ① sporopollen molecules such as florinites, vesicaspora, stratoabieites, vittatina and hamiapollenites found in the
2669.00 ～2726.00 m well section of well msd1 in Suhongtu depression, The scattered bioclastic distribution of brachiopods, crinoids and bryozoans can be seen under the thin section microscope of clastic rock, indicating that the stratum of this section is the upper Permian halsuhai formation, which is in the Late Permian. ② Combined with drilling time depth calibration and seismic horizon tracking, it is clear that the Permian in yine basin is widely distributed in the coverage area of the basin. The seismic reflection of the Permian presents the characteristics of weak reflection blank reflection, medium weak amplitude, poor continuity in the layer and occasional strong amplitude continuous boundary at the bottom, reflecting that the Permian has experienced multi-stage structural transformation after sedimentation. ③ Two sets of oil and gas systems of Cretaceous and Permian have been found in many wells in the basin. The geochemical characteristics of drilling source rocks show that the Permian in yine basin has rich oil and gas exploration potential. It is comprehensively considered that the Permian prototype basin in yine basin has a wide distribution range, rich oil and gas resource potential, strong zoning of late structural transformation, and serious structural damage in some areas. The discovery of Permian paleontostratigraphic evidence in well msd1 further strengthens the exploration prospect of Permian.-
Keywords:
- Upper Permian /
- Haersuhai Formation /
- palynological paleontology /
- zircon dating /
- Yin’e basin
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板块构造体制之下，板块俯冲的动力学过程和机制一直是地学界研究的热点，古亚洲构造域相关的俯冲机制和俯冲时限研究也是长期以来工作的重点。中天山南缘构造混杂岩带已发现有一系列的蛇绿混杂岩和高压变质岩系，此缝合带被认为是古亚洲洋俯冲消减及碰撞造山的重要地质记录（肖文交 等, 2019；李舢等，2023；Wang et al., 2023；张向飞等，2023）。沿此缝合带北侧出露的具有不同形成时代和成因背景的岩浆岩（Gao et al., 2009; Long et al., 2011; Xu et al., 2013）具有十分重要的研究意义。夹持于那拉提北缘断裂与中天山南缘缝合带之间的伊犁–中天山地块南缘侵入岩带曾被认为是一条晚古生代复合型侵入岩带，沿此带出露的侵入岩类多为巨大的岩基且整体沿构造线以北东东向带状展布，亦有一定数量的岩体呈岩枝或岩株状产出。大量的同位素测年工作显示中天山南缘地区的岩浆活动期主要集中在石炭纪―早二叠世（李平等，2011，李平, 2012；Xu et al., 2013; Huang et al., 2020），而早古生代初期的侵入体和火山岩的出露却十分有限。
中天山南缘西段的那拉提北坡地区曾发现有少量形成于寒武纪―早奥陶世的岩浆岩（钱青等，2007；Qian et al., 2009; Long et al., 2011），该时期岩浆作用的研究可以作为揭示西天山早古生代初期构造岩浆演化的窗口。笔者在前人区域地质调查工作和区域岩石研究的基础上，选择中天山西段出露的早寒武世辉长岩为研究对象，结合锆石U-Pb年龄、Hf同位素和岩石地球化学特征，探讨了其岩浆演化过程，进而为南天山洋的早期俯冲消减事件提供依据。
1. 区域地质特征
中国西北部的天山造山带是一个古生代多地块与缝合带镶嵌、新生代盆山耦合体系下形成的中亚巨型复合造山系。它是由其北部西伯利亚板块和南部塔里木板块、华北板块（中朝地块）之间的古亚洲洋，在古生代由一系列的俯冲–增生–碰撞作用所形成。中国境内的天山造山带可由中天山北缘断裂、那拉提断裂和中天山南缘断裂这3条区域性断裂划分为北天山构造带、伊犁地块、中天山地块及南天山构造带（图1a）。
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图 1 中国西天山地质简图（a）（据Gao et al., 2009; Xu et al., 2013修）和夏特地区地质图（b）（据新疆维吾尔自治区地质局区域地质调查大队, 1981; Qian et al., 2009修）Figure 1. (a) Simplified geological map of Chinese western Tianshan and (b) the geological map of the Xiate研究区紧邻那拉提北缘断裂带北侧（图1a），大地构造位置上属于伊犁–中天山地块南缘地区。该区主要由前寒武纪木扎尔特岩群结晶基底和石炭纪火山–沉积岩系构成（新疆维吾尔自治区地质局，1981），另有少量的寒武系零星分布。区内的木扎尔特岩群分布于那拉提北缘断裂和中天山南缘断裂之间的狭长区域，主要为一套由二云母石英片岩、黑云母斜长片岩和二云斜长片麻岩等构成的结晶基底。石炭系是西天山地区晚古生代出露最广泛的地层单位，研究区内则主要由大哈拉军山组和阿克沙克组构成。阿克沙克组为一套岩性相对单一、厚度较大的碎屑岩建造，主要由砾岩、含砾岩屑砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩、岩屑晶屑凝灰岩、粉砂岩等组成，属于浅海陆棚碳酸盐沉积。大哈拉军山组则以火山碎屑岩、熔岩大量发育为特征，在火山岩中常出现厚薄不等、延伸不太稳定的沉积碎屑岩和碳酸盐岩夹层，二者构成一套火山–沉积岩系。前期工作发现，选区内原划定的早石炭世大哈拉军山组由灰绿色片岩、灰黑色糜棱岩以及变质火山岩构成且部分岩层具有明显的变形、变质特征，这与西天山大哈拉军山组多数典型剖面的岩石组合存有较为明显的差异（茹艳娇等，2012）。此外，晚石炭世阿克沙克组灰岩内发育褶皱、断层，Qian等（2009）也曾在原划定的石炭纪地层中解体出寒武纪的火山岩地层。
夏特辉长岩沿近NE−SW向呈狭长条带状展布，紧邻那拉提北缘断裂延伸约2.5 km （图1b），侵入于寒武纪围岩之中。岩体受风化作用较弱，呈暗灰绿色，具块状构造（图2a、图2b）。矿物组成主要包括斜长石、角闪石、辉石和少量的绿帘石和绿泥石等（图2c、图2d）。其中，角闪石含量为35%～40%，粒径为2～4 mm，矿物颗粒边界明显且多为半自粒状晶的结构，内部偶见少量的磁铁矿等副矿物。部分角闪石颗粒仍保留有明显的辉石节理。辉石含量为15%～20%，多为干涉色略高的单斜辉石。斜长石含量在20%至25%之间，呈半自形–他形柱状分布于角闪石和辉石之间，多发生有较为强烈的钠黝帘石化和绢云母化。其余为蚀变矿物绿帘石、绿泥石等，填充于斜长石和角闪石间隙之中。据以上岩石结构和矿物组成特征，可以将此岩体定名为角闪辉长岩。
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图 2 夏特辉长岩的野外产出及镜下特征a.辉长岩野外露头；b.辉长岩结构；c.正交偏光（CPL）矿物组成特征；d.单偏光（PPL）矿物组成特征；Pl.斜长石；Cpx.单斜辉石；Hbl.角闪石；Ep.绿帘石Figure 2. Outcrops and micro-structure features for the Xiate grabbo2. 样品分析及测试方法
本次研究挑选较为新鲜的样品（N42°37.492′, E80°36.776′）用于锆石分选和岩石地球化学测试分析。测年样品经粗碎、细碎后经人工淘选挑选出锆石，而后在双目镜下挑纯。样品粗碎在刚玉破碎机中进行，粗碎样品经缩分后用日本CMT公司生产的T1-100型钨化细碎机碎至200目以下，整个样品加工过程无污染。
锆石阴极发光图像、LA-ICPMS定年以及Hf同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。锆石的阴极发光图像在FEI公司的场发射环境扫描电子显微镜Quanta400 EFG上完成。锆石U-Pb原位定年分析所采用的ICP-MS为Elan 6100DRC，激光剥蚀系统为德国Lamda Physik公司生产的 Geolas 200M深紫外（DUV）193 nmArF准分子（excimer）激光剥蚀系统，该系统相对常规的266 nm或213 nm ND：YAG剥蚀系统具有较小的元素分馏效应。分析所采用的激光束直径为30 μm，剥蚀深度为20～40 μm。实验中采用He作为剥蚀物质的载气，用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器最佳化调试，采样方式为单点剥蚀，数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式，每完成4～5个待测样品测定，插入测标样一次。在所测锆石样品15～20个点前后各测2次NIST SRM610。锆石年龄采用标准锆石91 500作为外部标准物质，元素含量采用NIST SRM610作为外标。测试结果通过Glitter软件计算得出，获得的数据采用Andersen的方法（Andersen, 2002）进行Pb同位素比值校正，而后由Isoplot 3.23v程序（Ludwing, 2003）进行最终的年龄计算和图表绘制。分析点的同位素比值和同位素年龄的误差（标准偏差）为1σ, 206Pb/238U加权平均年龄按95%的置信度给出，分析结果见表1，详细分析参见文献（Yuan et al.，2004）。
表 1 夏特辉长角闪石岩 LA-ICPMS 锆石 U-Pb 定年测试数据Table 1. Zircon La-ICPMS U-Pb analytical data of the Xiate gabbro样品 比值 年龄（Ma） 组成（×10−6） Th/U 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ 208Pb/232Th ±1σ 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ 208Pb/232Th ±1σ 204Pb 206Pb 207Pb 208Pb 232Th 238U 10XT01-01 0.0623 0.0028 0.71412 0.02924 0.08311 0.00219 0.02627 0.00082 684 45 547 17 515 13 524 16 0 173.21 40.34 518.80 940.69 868.61 1.08 10XT01-03 0.0586 0.00283 0.69377 0.03079 0.08584 0.00229 0.02616 0.00085 552 52 535 18 531 14 522 17 45.09 138.86 31.02 343.95 628.35 672.61 0.93 10XT01-04 0.06604 0.00315 0.77993 0.03414 0.08563 0.00229 0.03049 0.00108 808 49 585 19 530 14 607 21 36.71 127.20 31.92 171.75 265.41 617.16 0.43 10XT01-05 0.05859 0.00309 0.68918 0.03377 0.0853 0.00231 0.02511 0.00087 552 61 532 20 528 14 501 17 0 112.90 24.93 253.24 495.69 563.28 0.88 10XT01-06 0.05666 0.00374 0.66858 0.04165 0.08556 0.00244 0.0254 0.00103 478 88 520 25 529 14 507 20 0 67.49 14.86 142.22 262.07 335.28 0.78 10XT01-07 0.05824 0.00283 0.68717 0.03072 0.08557 0.00228 0.02557 0.00088 539 53 531 18 529 14 510 17 0 144.87 32.33 253.11 474.13 703.62 0.67 10XT01-08 0.05875 0.00265 0.69429 0.02843 0.0857 0.00225 0.02609 0.00085 558 46 535 17 530 13 521 17 3.95 208.02 46.05 395.91 719.86 1007.33 0.71 10XT01-09 0.05836 0.00314 0.68957 0.03451 0.08568 0.00232 0.02512 0.00089 543 63 533 21 530 14 501 18 50.93 114.31 25.59 260.77 504.86 565.03 0.89 10XT01-11 0.05707 0.00337 0.66172 0.0365 0.08408 0.00233 0.02531 0.00098 494 73 516 22 520 14 505 19 0 73.67 16.73 143.46 272.58 366.21 0.74 10XT01-14 0.06276 0.00317 0.71896 0.03339 0.08307 0.00223 0.02585 0.00088 700 55 550 20 514 13 516 17 38.42 222.70 52.82 712.09 1350.88 1136.37 1.19 10XT01-15 0.06023 0.00322 0.6766 0.03344 0.08147 0.00221 0.02378 0.00082 612 61 525 20 505 13 475 16 0 138.97 32.55 480.61 943.80 717.13 1.32 10XT01-16 0.05988 0.00312 0.68814 0.03307 0.08333 0.00224 0.02549 0.00091 599 59 532 20 516 13 509 18 32.74 106.48 24.33 273.43 518.86 529.13 0.98 10XT01-17 0.05833 0.00303 0.68165 0.03255 0.08474 0.00227 0.02538 0.0009 542 59 528 20 524 13 507 18 6.56 129.47 29.56 375.78 694.03 630.93 1.1 10XT01-18 0.05961 0.00331 0.69006 0.03553 0.08394 0.00229 0.02585 0.00097 589 65 533 21 520 14 516 19 31.67 95.15 21.92 227.71 425.71 469.38 0.91 10XT01-19 0.06089 0.00392 0.7208 0.04356 0.08584 0.00244 0.02597 0.00104 635 82 551 26 531 14 518 20 0 50.04 12.35 141.99 264.08 242.38 1.09 10XT01-20 0.06152 0.00378 0.71367 0.04095 0.08413 0.00236 0.02633 0.00109 657 76 547 24 521 14 525 21 22.11 65.99 15.76 130.72 247.99 334.09 0.74 10XT01-22 0.06039 0.00338 0.71072 0.03681 0.08534 0.00233 0.02629 0.00099 618 66 545 22 528 14 525 19 3.97 116.51 26.88 531.74 974.88 567.21 1.72 10XT01-23 0.05924 0.00361 0.70792 0.04018 0.08666 0.00241 0.0276 0.00112 576 76 544 24 536 14 550 22 8.80 87.68 20.21 243.98 426.10 421.75 1.01 10XT01-24 0.05834 0.00364 0.67331 0.03916 0.08369 0.00234 0.02617 0.0011 543 79 523 24 518 14 522 22 6.30 87.32 21.28 195.61 366.56 436.64 0.84 10XT01-27 0.05926 0.00358 0.69413 0.03886 0.08494 0.00236 0.02528 0.00105 577 74 535 23 526 14 505 21 0 91.82 21.04 283.90 542.23 448.34 1.21 10XT01-28 0.06049 0.00347 0.69389 0.03671 0.08318 0.00228 0.02621 0.00107 621 68 535 22 515 14 523 21 10.14 130.16 29.37 428.91 790.50 641.71 1.23 10XT01-29 0.06065 0.00384 0.71196 0.042 0.08513 0.0024 0.02671 0.00115 627 79 546 25 527 14 533 23 14.08 78.48 19.14 229.51 412.28 377.53 1.09 岩石中锆石原位微区Hf同位素测试仪器为Nu Plasma HR （Wrexham, UK）多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS），测试工作在西北大学大陆动力学实验室完成，激光束斑直径同样为20～40 μm，激光脉冲宽度为15 ns，试验中以He气做为剥蚀物质载体。所测定样品的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf值以176Lu/175Lu = 0.02655和176Yb/172Yb = 0.5886（Lizuka et al., 2005）为标准进行校正计算。在样品测定期间，通过标准参考物91500和GJ-1的实时分析以对仪器状态进行监控，并对样品测试结果进行校正，最终测试结果见表2。176Lu 衰变系数为1.865×10−11a−1 （Scherer et al，2001），现今球粒陨石的176Hf/177Hf 值和176Lu/177Hf 值分别为0.282772和0.0332 （Blichert-Toft et al., 1997）；现今亏损地幔的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf值分别为0.283250和0.0384 （Griffin et al., 2000）。
表 2 夏特辉长岩锆石Hf同位素组分表Table 2. Zircons Hf isotopic compositions for the Xiate gabbro样品 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 176Hf/177Hf 2σ εHf（0） εHf（t） TDM1（Hf） fLu/Hf 10XT01-02 0.05382 0.001936 0.282737 0.282714 0.000028 −2.05 8.8 782 −0.94 10XT01-03 0.041586 0.001425 0.28262 0.282597 0.000022 −6.19 4.84 939 −0.96 10XT01-04 0.044278 0.00174 0.282795 0.282772 0.000025 −0.01 10.92 695 −0.95 10XT01-05 0.020027 0.000678 0.282588 0.282565 0.000021 −7.33 3.96 965 −0.98 10XT01-06 0.017006 0.000631 0.282714 0.282691 0.000019 −2.87 8.44 788 −0.98 10XT01-07 0.020814 0.000779 0.282783 0.28276 0.000018 −0.42 10.84 694 −0.98 10XT01-08 0.024405 0.000853 0.282799 0.282776 0.00002 0.13 11.37 673 −0.97 10XT01-09 0.025408 0.000928 0.28269 0.282667 0.000023 −3.7 7.51 827 −0.97 10XT01-10 0.034956 0.001253 0.282748 0.282725 0.00003 −1.66 9.43 753 −0.96 10XT01-11 0.014002 0.000508 0.282668 0.282645 0.000018 −4.5 6.85 850 −0.98 10XT01-12 0.021002 0.000769 0.28281 0.282787 0.000023 0.54 11.81 655 −0.98 10XT01-13 0.028995 0.000981 0.282721 0.282698 0.000029 −2.61 8.58 785 −0.97 10XT01-15 0.023846 0.00084 0.282799 0.282776 0.000023 0.16 11.4 672 −0.97 10XT01-16 0.046849 0.001636 0.282779 0.282756 0.000029 −0.58 10.38 716 −0.95 10XT01-17 0.058428 0.002052 0.282629 0.282605 0.000035 −5.89 4.92 942 −0.94 10XT01-18 0.03625 0.001255 0.282796 0.282773 0.000028 0.03 11.13 684 −0.96 10XT01-19 0.06274 0.002117 0.282565 0.282542 0.000035 −8.14 2.65 1036 −0.94 10XT01-20 0.013112 0.000489 0.282786 0.282763 0.000031 −0.33 11.03 685 −0.99 10XT01-21 0.053937 0.001939 0.282599 0.282576 0.000041 −6.92 3.93 982 −0.94 10XT01-22 0.025045 0.000947 0.282758 0.282735 0.000032 −1.3 9.9 732 −0.97 10XT01-23 0.020744 0.000762 0.282751 0.282728 0.000044 −1.57 9.69 739 −0.98 10XT01-24 0.024952 0.000896 0.282732 0.282709 0.000023 −2.24 8.98 769 −0.97 10XT01-25 0.028115 0.000933 0.28272 0.282697 0.000032 −2.66 8.54 786 −0.97 10XT01-26 0.032419 0.00109 0.282698 0.282675 0.000036 −3.44 7.71 821 −0.97 10XT01-27 0.052459 0.001858 0.282824 0.282801 0.000042 1.02 11.91 655 −0.94 10XT01-28 0.062645 0.001985 0.282551 0.282528 0.000038 −8.64 2.19 1053 −0.94 10XT01-30 0.045656 0.001551 0.282719 0.282696 0.000036 −2.68 8.31 800 −0.95 样品的主量、稀土和微量元素含量分析均由中国地质调查局西安地质调查中心的自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成。主量元素含量由Panalytical公司产PW4400型Ｘ荧光光谱仪（XRF）测定，分析误差低于5%（其中，TFeO含量由XRF法直接测得，FeO含量由滴定法完成，Fe2O3含量则通过化学换算进一步得出）；微量元素、稀土元素含量采用Themrmo Fisher公司产X-series Ⅱ型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定，相对标准偏差优于10%。测试结果见表3。
表 3 夏特辉长岩主量元素（%）和微量元素（10−6）分析结果Table 3. Major elements (%) and trace elements (10−6) compositions of the Xiate gabbro样品号 10XT01-1 10XT01-3 10XT01-5 10XT01-6 10XT01-7 SiO2 49.57 49.20 49.25 50.54 49.52 Al2O3 16.86 17.10 16.15 17.39 17.02 Fe2O3 1.16 0.94 1.39 1.37 1.71 FeO 4.59 5.28 4.98 4.47 5.00 Fe2O3T 6.26 6.81 6.92 6.34 7.27 CaO 13.19 12.89 12.44 11.04 11.48 MgO 9.36 9.89 9.85 8.06 8.88 K2O 0.34 0.31 0.71 0.95 0.90 Na2O 1.69 1.77 1.69 2.46 1.84 TiO2 0.26 0.27 0.29 0.42 0.35 P2O5 0.04 0.03 0.03 0.05 0.05 MnO 0.11 0.11 0.12 0.11 0.12 LOI 2.74 2.14 2.98 2.99 3.04 Total 99.91 99.93 99.88 99.85 99.91 Cu 144.0 59.0 73.3 97.7 65.3 Pb 28.2 11.5 36.4 5.85 9.06 Zn 38.6 34.3 66.4 48.5 47.1 Cr 769 617 689 579 463 Ni 146 149 141 106 108 Co 38.2 36.5 38.0 31.8 37.3 Li 8.6 4.65 11.0 18.6 12.6 Rb 11.9 8.91 22.2 29.2 26.0 Cs 0.55 0.41 0.70 1.09 0.96 Mo 0.35 0.62 0.34 0.36 0.25 Sr 193 162 159 175 212 Ba 74.6 53.8 106 172 161 V 152 138 164 170 136 Sc 38.0 34.5 38.2 37.5 31.8 Nb 0.65 0.87 0.52 1.18 1.43 Ta 0.27 0.40 0.26 0.21 0.34 Zr 13.1 14.3 9.51 23.7 24.2 Hf 0.48 0.44 0.34 0.76 0.72 Ga 11.4 11.5 11.2 11.5 11.9 U 0.13 0.10 0.05 0.11 0.14 Th 0.67 0.70 0.31 0.59 0.64 La 1.61 1.45 0.91 2.46 2.31 Ce 3.47 4.17 2.25 5.40 5.16 Pr 0.48 0.46 0.40 0.73 0.69 Nd 2.39 2.22 1.98 3.94 3.16 Sm 0.76 0.75 0.72 1.01 0.94 Eu 0.37 0.33 0.39 0.53 0.47 注：Mg#=mol MgO/（MgO+FeOtot）, FeOtot=FeO+0.89Fe2O3（扣除烧失量后），表中标准化数据引自Sun et al. （1989）。 续表3 样品号 10XT01-1 10XT01-3 10XT01-5 10XT01-6 10XT01-7 Dy 1.28 1.35 1.39 1.77 1.51 Ho 0.32 0.32 0.37 0.49 0.34 Er 0.78 0.78 0.88 1.06 0.88 Tm 0.14 0.13 0.17 0.22 0.15 Yb 0.97 0.89 1.05 1.34 0.95 Lu 0.12 0.11 0.13 0.17 0.13 Y 7.77 7.93 8.90 11.50 9.02 Mg# 74.98 74.43 74.04 71.83 71.02 （La/Sm）N 1.37 1.25 0.82 1.57 1.59 （Gd/Yb）N 0.80 1.03 0.78 0.99 1.07 （La/Yb）N 1.20 1.18 0.63 1.33 1.76 REE 21.57 22.19 20.73 32.54 27.15 δEu 1.35 1.11 1.42 1.28 1.34 Sr/Y 24.84 20.43 17.87 15.22 23.5 Sr/Yb 198.97 182.02 151.43 130.6 223.16 注：Mg#=mol MgO/（MgO+FeOtot）, FeOtot=FeO+0.89Fe2O3（扣除烧失量后），标准化数据引自Sun et al. （1989）。 3. 测试结果
3.1 锆石LA-ICPMS U-Pb同位素定年
夏特辉长岩中的锆石大部分为无色透明的长柱状晶体，自形程度较好（图3中的1#、4#、和8# 锆石颗粒）；另有部分锆石可能由于碎样粒度过小而呈破碎粒状（图3中的6#、9#和14#锆石颗粒）。被测定锆石的Th/U值为0.43～1.72，均大于0.1，位于典型岩浆锆石比值范围之内（Belousova et al.，2002）。部分锆石的CL图像可以观察到典型岩浆锆石所具有的振荡环带，且这些环带多中等较宽（图3中的6#、8#和14#锆石），可能同基性岩浆所具有较低的锆饱和度有关（Hoskin et al.，2003）。因而，根据锆石阴极发光电子图像（CL）及其微量元素含量特征可以认为这些锆石属岩浆结晶锆石。在此基础上，笔者测定了22颗岩浆锆石，其测定点在206Pb/238U-207Pb/235U图中均位于谐和线上或其附近（图4a），206Pb/238U表面年龄为505～536 Ma（表1），加权平均值为（523±5） Ma（MSWD=0.32）（图4b），该年龄代表了此辉长岩的岩浆结晶年龄，即形成年龄。
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图 3 夏特辉长岩锆石阴极发光照片（圆圈为测试位置，数字为测试点号）Figure 3. Cathodoluminescence (CL) images of typical zircons from the Xiate gabbro![]()
图 4 夏特辉长岩锆石LA-ICPMS U-Pb同位素年龄谐和图（a）及加权平均年龄图（b）Figure 4. (a) Zircon U-Pb age Concordia diagram and (b) the weighted average age diagram for Xiate grabbo3.2 地球化学特征
所测试的样品均具有相对略高的LOI值（LOI=2.14%～3.04%），表明该辉长岩可能经历有不同程度的风化和蚀变，以致相对较活泼的主量元素发生一定的迁移。故文中参与计算和讨论的主量元素数据均为扣除烧失量后重新换算结果。夏特辉长岩具有较低的SiO2含量（50.20%～52.10%）和TiO2含量（0.27%～0.43%），及较高的MgO含量（8.31%～10.15）、CaO含量（11.38%～13.6%）、Al2O3（16.65%～17.93）含量和Mg#值（71.02～74.98）。其全碱含量介于2.06%至3.52%之间、Na2O/K2O=2.59～5.51，里克曼指数均小于3.3（σ=0.54～1.36），结合岩石类型判别图（图5a、图5b）可以进一步判定此套辉长岩为钠质的钙碱性系列岩石。
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图 5 夏特辉长岩SiO2-（Na2O+K2O） 图解（a）（Irvine et al, 1971; Middlemost, 1994）和SiO2-FeOT/MgO图解（b）（Miyashiro, 1975）Figure 5. (a) SiO2 versus Na2O+K2O Diagram and (b) SiO2-FeOT/MgO Diagram for Xiate grabbo据岩石样品的稀土元素球粒陨石标准化图解（图6a、图6b），辉长岩稀土元素总含量较低，∑REE含量在20.73×10−6至32.54×10−6之间，为球粒陨石稀土总含量的6.2至9.8倍。除10XT01-5样品具轻稀土亏损的左倾型分配样式（（La/Sm）N=0.82, （La/Yb）N=0.63）外，所采样品的球粒陨石标准化分配样式为微弱右倾状（（La/Yb）N=1.18～1.76），轻稀土富集（（La/Sm）N=1.25～1.59）、重稀土轻微变化（（Gd/Yb）N=0.8～1.07）且无Eu负异常（δEu=1.11～1.35）。在微量元素组成上，所有样品均富集Rb、Ba、K和Sr等大离子亲石元素（LILE），且亏损Nb、Ti等高场强元素（HFSE），显示出典型的弧岩浆地球化学特征。
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图 6 稀土元素球粒陨石标准化图解（a）和微量元素原始地幔标准化图解（b）（标准化数据均自Sun et al., 1989）Figure 6. (a) Chondrite-normalized REE distribution patterns and (b) Primitive mantle-normalized multi-element variation diagram for the Xiate grabbo3.3 锆石 Hf同位素
对夏特辉长岩锆石中27个测点的Lu-Hf同位素成分分析（其中的18个测定微区同LA-ICP MS U-Pb同位素测点位置相一致）可以看出，其176Yb/176Hf和176Lu/177Hf值分别为0.013112～0.06274和0.489～2.117×10−3。结合其523 Ma的岩浆结晶年龄，可以测算εHf（t）=2.19～11.91，TDM1=655～1053 Ma（表3）。
4. 讨论
4.1 西天山地区早古生代初期岩浆活动特征
大量同位素测年工作表明，西天山地区侵入岩浆活动自中志留世开始大规模出现且集中于515～380 Ma、370～330 Ma和325～265 Ma等3个阶段（李平，2011），而基性侵入岩则主要集中形成于晚石炭―早二叠世阶段（Wang et al., 2023）。相较于整个中天山地块广泛存在的晚古生代岩浆活动（Huang et al., 2020；Long et al., 2011），区域上寒武纪岩浆活动却较为微弱，且主要分布在中天山西段。前人曾在那拉提北坡地区发现有形成时代为516 Ma的玄武岩和470 Ma的埃达质闪长岩（Qian et al., 2009），在夏特以东的森木塔斯地区也曾发现有497 Ma的晚寒武世I型花岗岩（李平，2011；Xu et al., 2013）。本次经LA-ICP MS锆石U-Pb同位素测定的夏特辉长岩，获得有523 Ma的同位素年龄，属于早寒武世侵入岩。
在中天山南缘断裂−那拉提北坡断裂之间，在中奥陶世之前形成的侵入岩主体分布在那拉提山西段（如夏特、森木塔斯等地），一般规模较小，多呈带状分布，显示有较强的区域变形特征，岩石组合为闪长岩−花岗闪长岩−花岗岩系列（徐学义等，2010）；而后形成的中酸性侵入岩主要分布在那拉提山中西段、巴伦台及那拉提山东段等地，岩石类型复杂。而且从形成时代上看，以夏特辉长岩为代表的中天山（那拉提）西段的侵入岩要略早于中天山构造带中–东段和巴伦台地区（李平，2011）。
4.2 岩石成因和构造背景
所测样品的Mg# 值介于70.8～74.8，虽然与地幔熔融而成的原生岩浆的Mg# 值（67～73）变化范围一致，但部分样品的Ni含量（106×10−6～149×10−6 ）仍低于原始岩浆的Ni含量（150×10−6～500×10−6）。根据Mg#与多元素的协变关系图（图7）可以看出，夏特辉长岩存有一定程度的结晶分离作用：①低温条件下Nb/Ta在熔体中的扩散分异可以结晶出Nb/Ta值高于整体熔体的金红石，以致堆晶岩中往往会存有较高的Nb/Ta值（～19）（Tang et al., 2019）。夏特辉长岩（Nb/Ta=2.18～5.62）低于典型岛弧（10～18）或陆缘弧（11～20）体系下的Nb/Ta值（Chen et al., 2021），表明其为岩浆结晶的结果而非镁铁质−超镁铁质岩浆堆晶体。②CaO含量变化与Mg#值的含量变化呈正相关性（图7a），指示其母岩浆在分离结晶过程中含钙的镁铁质矿物（单斜辉石）和橄榄石是重要的分离相；同时，随着Mg#值的降低，Cr、Ni元素含量也呈现出线性减少的趋势（图7b、图7c），也证明了橄榄石、尖晶石等矿物分离结晶的存在。③δEu、Sr含量与Mg#值几乎无相关性且在协变关系图中分布略微分散（图7d、图7e），δEu值也均大于1，反映了基性岩浆演化过程中可能存有斜长石的堆晶作用；同时，重稀土元素Dy/Yb值相对稳定，与Mg#值也不具有正线性变化关系，而且中等略低的Sr/Y值（15.22～24.84）也反映出形成过程中并未经历有石榴子石的结晶分离过程。
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图 7 西天山夏特辉长岩Mg#—多元素含量协变图Figure 7. the covariant diagram of Mg # versus multi-elements for Xiate hornblende gabbro夏特辉长岩锆石的176Hf/177Hf值为0.282 534～0.282824，对应的εHf（t） 值为+1.47～+11.91，εHf（t）值与锆石U-Pb年龄关系图（图8）显示所测的εHf（t）值都在亏损地幔线附近，显示有亏损源区的物质特征。同时，均具正εHf（t）值锆石的一阶段模式年龄TDM1介于655～1089 Ma，说明其母岩浆来源于中新元古代亏损地幔源区且在上升过程中很少受到壳源物质的混染。另外，这套辉长岩的Cr含量为247×10−6～769×10−6，Co含量为31.8×10−6～38.2 ×10−6，Ni含量为90.6×10−6～156.0×10−6，接近于亏损地幔的微量元素含量（Hoffmann, 1988），此结果也与其 Hf同位素组成所反映的源区组成相一致。
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图 8 夏特辉长岩εHf（t）-t图 （a） 和 176Hf/177Hf-t图 （b）Figure 8. (a) εHf(t) versus t Diagram and (b) 176Hf/177Hf versus t Diagram for the Xiate grabbo夏特地区钙碱性岩浆同时显示出HFSE元素的亏损和Th元素的相对富集（图6b），表明弧岩浆形成过程中可能存有地壳物质或俯冲环境下富集物质的加入（Ewart et al., 1998；Plank, 2005；Martin et al., 2005；徐义刚等，2020）。在俯冲消减带中，消减板片及其所携沉积物质的加入可以改变源区中微量元素的丰度，使得岩浆中活动性元素与活动性元素、活动性元素与高场强元素的比值发生不同程度的改变；但高场强元素HFSE （Nb、Ta、Zr、Hf、Ti和Y） 之间的相对惰性和相近的不相容性，使得HFSE之间的比值可以作为识别岩浆物质源区的有效工具（Marini et al., 2005; Handley et al., 2007；李平等，2014）。Niu等（2009）认为由仅由地幔熔融而来的洋中脊玄武岩（MORB）以（Nb/Th）PM＞1为显著特征，夏特辉长岩的（Nb/Th）PM值介于0.12～0.27，此与弧火山岩多数远小于1的（Nb/Th）PM标准化比值相类似，说明其物质源区并非由单一的亏损地幔物质构成。部分研究进一步发现，幔源岩浆经历地壳物质的卷入会致使基性岩浆体系中的不相容元素La相对于Nb明显增高，使得不相容元素Nb/La值（＜1）可以作为是否存有地壳物质加入的有效判别指标（Xia et al., 2004;Ernst, 2005；夏林圻等，2008；Xia，2014）。夏特辉长岩的（Th/Nb）PM=3.75～8.65、Nb/La=0.4～0.62，显示出基性侵入岩浆形成过程中存有地壳物质成分的加入。而且，夏特辉长岩锆石εHf（t） 值较大的跨度范围（+1.47～+11.91）和晚寒武世森木塔斯花岗闪长岩的εHf（t） 值（−5.22～+6.90）（图8），也进一步暗示此种岩浆过程的存在。
4.3 西天山早古生代构造格局
包括中国天山在内的中亚造山带是世界上典型的增生型造山带，是由古亚洲洋经历了长期而复杂的俯冲消减以及不同地体拼贴、碰撞和相关的火山-侵入岩浆作用下形成的（Allen et al., 1993；Windley et al., 2007；Xiao et al., 2008）。其中，不同阶段和成因类型的岩浆活动记录了天山地区岩浆弧、增生杂岩的生长、拼贴及碰撞造山岩浆响应等重大地质事件。自南华纪以来，天山及其邻区各微地块上开始出现一定数量的大陆裂谷火山岩（Xia，2014；2007），可以看作大陆裂解开始形成古生代洋盆的标志。进入古生代以来，中天山南缘蛇绿构造混杂岩带沿线断续出露大量包含基性−超基性岩和其它性质构造岩块的混杂岩，部分基性−超基性岩石组合具有蛇绿岩性质，并伴生有榴辉岩、蓝片岩及高压麻粒岩等高压−超高压变质岩类。碰撞造山事件大多被认为具有穿时特征，天山地区东西延伸约2500km的不同地段的同期构造事件也必然会出现有不同时代的年龄数据；已有的蛇绿岩、侵入岩和高压变质岩工作共同表明了天山碰撞造山事件表现有“西早−东晚”的剪刀差式闭合样式（高俊等，2006；Wang et al., 2023）。如前所述，中天山地区“西早−东迟”的古生代岩浆时空分布特征，也从一定程度上奠定了西天山剪刀差式的碰撞造山过程。
早寒武世夏特辉长岩（523 Ma）的微量元素原始地幔标准化图解表现出明显的大离子亲石元素富集和高场强元素亏损（图6b）的弧岩浆地球化学特征。在Hf/3-Th-Nb/16和TiO2-10×MnO-10×P2O5图解中（图9a、图9b），夏特辉长岩均落入火山弧玄武岩范围内；而在Th/Yb-Ta/Yb协变图中（图9c），样品也基本落入大洋岛弧或活动大陆边缘地区。此外，Th/La-Sm/La物质源区判别图中（图9d）也显示出火山弧中存有大洋沉积物质加入的趋势，也与前述的岩石地球化学成因相一致。森木塔斯494.2 Ma（李平，2011；李平等，2012）、比开河478.7 Ma的弧花岗岩（龙灵利等，2007）和夏塔470 Ma的埃达质闪长岩（Qian et al., 2009）的形成演化也与早寒武世—早奥陶世岛弧增生岩浆作用有关。此外，拉提北坡地区也曾出现有形成于516 Ma的T-MORB玄武岩（Qian et al., 2009）。
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图 9 夏特辉长岩构造环境判别图a.Hf/3-Th-Nb/16图（Pearce, 1983）; b.TiO2-10×MnO-10×P2O5图（Mullen, 1983）;c.Ta/Yb-Th/Yb（Wood, 1980 ）;d. Sm/La-Th/La图（McCarthy et al., 2021）Figure 9. Geotectonic discrimation diagrams for the Xiate grabbo大洋板块内部的薄弱带（洋中脊、转换断层、破碎带等）往往可以构成板块俯冲起始的有利地段（Frisch et al., 2011）。新近研究表明，微陆块的边缘更容易产生初始俯冲，而且相对于老的大洋板块，年轻的大洋板块更易发生初始俯冲。初始俯冲过程中，往往存有明显的软流圈上涌，微陆块的肢解破坏，且大部分被俯冲的大洋板片带到地球深部（Martin et al., 2005；Zhu et al., 2023）。具体到本工作区，古元古界木扎尔特岩群是那拉提构造活动带的重要组成部分，代表了中天山地块（那拉提微地块）的基底建造。自南华纪至早奥陶世阶段，南天山古生代洋盆的演化进程中存有三期显著的构造–岩浆事件：①在早寒武世，南天山洋已经开始向中天山地块发生初始俯冲。弧成因的夏特辉长岩（523 Ma）和森木塔斯花岗岩（494 Ma）的形成，表明了西天山地区在早寒武世已经形成有早期的弧岩浆作用。②伴随着初始俯冲过程，中天山地块消减至地壳深部；俯冲板片在石榴子石残余稳定区内发生熔融，并于那拉提山北坡形成～470 Ma的埃达克质岩类（图10）。③那拉提北缘断裂曾发现有形成于516 Ma的T-MORB玄武岩（Qian et al., 2009），却仍欠缺蛇绿岩套的其余物质构成，且其是否与境外的尼古拉耶夫线存有衔接关系仍具疑问（冯益民等，2021）。但根据目前岩浆岩组合特征来看，俯冲带微陆块后侧的构造薄弱带也可以是形成具T-MORB地球化学特征玄武岩的有利构造环境。④中天山南缘地区出现有形成于427 Ma的强过铝质同碰撞花岗岩（Xu et al., 2013），暗示着俯冲消减至地壳深部的中天山地块已于伊犁地块完成拼合，与早寒武世夏特地区的弧侵入岩浆活动一同构成中天山−伊犁地块广泛发育的陆缘弧体系。
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图 10 中天山南缘地区早古生代早期构造岩浆模式图Figure 10. Tectonic magmatic model of the south margin of the Central Tianshan mountains in the Early Paleozoic5. 结论
（1）夏特辉长岩LA-ICP MS锆石U-Pb同位素测年结果为（523±5）Ma，为西天山地区早寒武世岩浆记录。西天山早古生代初期“西早−东晚”的岩浆时空分布特征也奠定了南天山洋晚古生代剪刀差式的闭合过程。
（2）夏特辉长岩具有明显的弧地球化学特征，其εHf（t）值均大于0并具有较高的（Th/Nb）PM和较低的Nb/La比值，反映出幔源物质为其主要物质源区，且形成过程中存有富集的俯冲物质的卷入。
（3）夏特辉长岩的发现表明了南天山洋在早寒武世已经开始向中天山地块发生初始俯冲，并沿中天山地块北缘形成有早期的弧岩浆作用。
致谢：中国地质科学院地质研究所黄河、付长垒副研究员和审稿老师给予了许多有益建议，在此感谢。
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图 1 银额盆地及周缘地质简图（a）、银额盆地研究区亚洲主要基底地块位置图（Zhang et al., 2022）（b）、银额盆地周缘中亚造山带南部构造轮廓图（Chen et al., 2019）（c）
Figure 1. (a) The tectonic sketch of Yin’e Basin, (b) major Asian cratons and smaller basement blocks location of Yin’e Basin study region, (c) Tectonic outlines of the southwestern CAOB in Northwest China
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图 2 银额盆地苏宏图坳陷MSD1井孢粉组合综合柱状图
Figure 2. The palynostratigraphy of Haersuhai Formation MSD1 Yin’e Basin
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图 3 银额盆地MSD1井二叠系岩性特征
a、b.杂色凝灰质角砾岩（取样井段为2 389.18～2 389.34 m）；c. 砾质不等粒砂状结构（−）20×；d.砂质砾状结构（−）20×；e、f.绿灰色凝灰岩（取样井段为2 756.72~2 756.79 m）；g. 含砾粗粒砂状结构（+）20×；h. 砂质砾状结构（−）20×；i. 砂质砾状结构（−）20×；j. 砂质砾状结构（−）20×；Qm.单晶石英；Qp.多晶石英；Lv.火成岩岩屑；Lm.变质岩岩屑；Ls.沉积岩岩屑；P.斜长石
Figure 3. Lithology characteristics of Permian in well MSD1 in Yin’e Basin
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图 4 银额盆地二叠系哈尔苏海组MSD1井孢粉化石
1. 中大光面单缝孢Laevigatosporites medius Kosanke，1950（井深：
2720.00 m）；2～4、7. 弗氏粉（未定种）Florinites sp.（2、3. 井深2697.00 m；4、7. 井深2719.00 m）；5. 苍白开通粉Vitreisporites pallidus（Reissinger）Nilsson，1958（井深2695.00 m）；6. 四方十字粉.Crucisaccites quadratoides（Zhou）Hou and Song，1995（井深2719.00 m）；8、9、13. 聚囊粉（未定种）Vesicaspora sp.（8、9. 井深2725.00 m；13. 井深2697.00 m）；10. 冷杉型多肋粉（未定种）Striatoabieites sp.（井深2697.00 m）；11. 叉肋粉（未定种）Vittatina sp.（井深2725.00 m）；12. 葵鳞羊齿粉（未定种）Pteruchipollenites sp.（井深2697.00 m）；14、16. 松型粉（未定种）Pityosporites sp.（井深2697.00 m）；15. 蝶囊粉（未定种）Platysaccus sp.（井深2697.00 m）；17. 逆沟粉（未定种）？Anticapipollis sp.（井深2697.00 m）；18. 单束多肋粉（未定种）Protohaploxypinus sp.（井深2697.00 m）；19～25. 不能鉴定的类型（19、 20. 井深2720.00 m；21、22. 井深2697.00 m；23～25. 井深2719.00 m）Figure 4. Sporopollen fossils of Well MSD1 in Haersuhai Formation, Yin’e Basin
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图 5 MSD1井二叠系碎屑岩（MSD1-Tw1、Tw2）锆石CL图像
Figure 5. The CL images of the zircons from clastic rocks of Permian System of well MSD1
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图 6 苏红图坳陷MSD1井哈尔苏海组碎屑岩同位素年龄分布图
Figure 6. Zircons U-Pb age and isotopic age distribution diagram of the MSD1 in Suhongtu sag
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