東天山阿拉塔格花崗巖體地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

余吉遠，孟 勇，李建星，郭 琳，王 健

中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054

0 引言

阿拉塔格花崗巖巖體位于新疆哈密大黑山地區(qū)。20世紀(jì)70年代1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時認為該巖體的時代為華力西早期①新疆地質(zhì)局第一區(qū)測大隊.1∶20萬喀拉塔格幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.烏魯木齊：新疆自治區(qū)國土資源廳資料館，1973.，而最新的1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查將其時代厘定為新元古代②郭華春，吳玉門，董富榮，等.1∶25萬大黑山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.烏魯木齊：新疆自治區(qū)國土資源廳資料館，2003.，但都缺乏詳細的地球化學(xué)分析。該巖體是古生代還是太古宙巖漿活動的產(chǎn)物，直接影響到對東天山構(gòu)造－巖漿作用的重建和成礦作用的認識；而天山古生代洋盆閉合后，大規(guī)模后碰撞環(huán)境中形成的石炭－二疊紀(jì)花崗巖，其源區(qū)性質(zhì)、與地殼生長和成礦作用的關(guān)系，是目前研究關(guān)注的熱點。因此，作者在進行“新疆哈密大黑山地區(qū)1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”項目時，對該巖體做了大量的巖石地球化學(xué)樣品測試，以期為該區(qū)的構(gòu)造－巖漿演化研究提供一些可靠的數(shù)據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)

阿拉塔格花崗巖巖體所處的大地構(gòu)造位置為中天山卡瓦布拉克地塊，北鄰康古爾塔格碰撞帶和吐哈盆地南緣古生代島弧，南鄰南天山碰撞帶和敦煌地塊［1－2］，是大黑山地區(qū)規(guī)模最大、出露最好的巖體，附近有阿拉塔格鐵礦（圖1）。

2 巖體地質(zhì)與巖相學(xué)特征

阿拉塔格巖體為一個多期次侵入的雜巖體。在前人研究的基礎(chǔ)上，通過1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，對該巖體進行了綜合調(diào)查和研究，將該巖體分解為基性巖體、中性巖體和酸性巖體。此次所研究的是雜巖體最北端規(guī)模最大的酸性巖體（圖2），巖性主要為似斑狀花崗巖、二長花崗巖和花崗閃長巖。巖體內(nèi)部發(fā)育大量的、規(guī)模不等、大小不一的東西向和南北向的基性脈巖，其中，南北向脈巖形成較早，被東西向脈巖切割。巖體與圍巖呈明顯的侵入接觸關(guān)系，各巖相之間為漸變過渡關(guān)系。圍巖為薊縣系卡瓦布拉克巖群，該巖群以碎屑巖為主，夾有碳酸鹽巖和部分火山巖；主要巖性為大理巖、黑云石英片巖、火山碎屑巖等，為低綠片巖相變質(zhì)，其原巖為碳酸鹽巖、碎屑巖夾火山巖。

花崗閃長巖（圖3a）：肉紅色，塊狀構(gòu)造，花崗結(jié)構(gòu)，主要組成礦物為斜長石（體積分數(shù)30%～40%）、鉀長石（10%～15%）、石英（25%～35%）、黑云母（10%～15%）。另外，方解石體積分數(shù)為5%～10%，應(yīng)是后期碳酸鹽化所致。方解石細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，礦物粒度為0.5～1.5mm，斜長石為半自形板柱狀，石英、鉀長石為他形粒狀。局部地方石英聚集成團塊狀，部分鉀長石與石英組成文象結(jié)構(gòu)。

二長花崗巖（圖3b）：肉紅色，塊狀構(gòu)造，花崗結(jié)構(gòu)，主要組成礦物為鉀長石（30%～40%）、斜長石（30%～40%）、石英（20%～30%）、黑云母（5%～10%）。鉀長石和斜長石呈巨大的晶體，橢球狀，粒徑為10～15mm，局部有斜長石與鉀長石形成的蠕蟲結(jié)構(gòu)，有少量團塊狀黑云母殘留。在粗晶長石之間，粗晶長石與石英集合體之間都分布蠕蟲狀的長石，粒徑一般為1～2mm，還有微粒集合體的礦物粒徑小于0.2mm。

似斑狀花崗巖（圖3c）：淺褐色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶最大達18mm，可見環(huán)邊結(jié)構(gòu)。主要組成礦物為石英（15%～20%）、鉀長石（30%～40%）、斜長石（20%～30%）、黑云母（10%～15%）。巖石可分為3個粒級：＞3mm，1～2mm和0.1～0.3mm。大于3mm粗粒級由條紋長石組成，可見明顯環(huán)帶，內(nèi)有斜長石殘留和石英包體，在斑晶之間充填中、細粒石英和黑云母；1～2mm中粒級由斜長石和石英組成，石英呈粒狀集合體，斜長石呈半自形單體或集合體出現(xiàn)；0.1～0.3mm細粒級由石英、斜長石和微斜長石細粒集合體組成。

3 分析方法

全巖的主量和微量元素測試由中國地質(zhì)調(diào)查局西安地調(diào)中心實驗測試中心完成，利用X熒光光譜儀和等離子體質(zhì)譜儀進行測試。主量元素在X熒光光譜儀Axios4.0kW上測定。微量和稀土元素是在XseriesⅡ等離子質(zhì)譜儀（ICP－MS）上進行的。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造略圖Fig.1 Tectonic sketch map of the study area

圖2 阿拉塔格巖體地質(zhì)略圖① 李建星，余吉遠，孟勇，等.1∶5萬雙慶銅礦東幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.西安：西安地質(zhì)調(diào)查中心，2008.Fig.2 Alatage granitoid rock geological sketch map

圖3 研究區(qū)花崗巖體野外照片F(xiàn)ig 3 Granites photos of study area

Sr、Nd同位素分析在中國地質(zhì)調(diào)查局宜昌地質(zhì)調(diào)查中心同位素超凈實驗室完成。全巖樣品采用HF＋HClO4混合酸進行分解，Ф6mm×100mm的Dowex50×8陽離子樹脂交換柱，HCl作淋洗液分離Rb、Sr和 Ree、Sm、Nd，進一步的分離采用 Ф6 mm×120mmP204萃淋樹脂柱，HCl作淋洗液。全部化學(xué)分離流程均在超凈化實驗室中進行，全流程本底m（Sr）為1×10－9g，m（Nd）為2.13×10－9g，質(zhì)譜分析在MAT261多接收質(zhì)譜計上完成，用87Sr／86Sr＝8.375 2和143Nd／144Nd＝0.721 9對Sr和Nd作質(zhì)量分餾校正，計算機自動處理數(shù)據(jù)，采用國際標(biāo)準(zhǔn)樣NBS987（Sr）和本實驗室標(biāo)準(zhǔn)ZkbzNd（Nd）控制儀器工作狀態(tài)，國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW04411（Rb－Sr）和 GBW04419（Sm－Nd）監(jiān)控分析流程。

4 地球化學(xué)特征

主量和微量元素的分析結(jié)果見表1。巖體中w（SiO2）為 66.29% ～ 77.47%，全堿含量（w（Na2O＋K2O））為6.75%～9.93%，且 Na2O總體略高于 K2O，K2O／Na2O值為0.76～1.36，只有一件樣品較低（0.21）外，其余平均值為0.99，與標(biāo)準(zhǔn)花崗巖（1.06）相近［3］；巖石具低 Ti（w（TiO2）＝0.09%～0.62%）、富Al（w（Al2O3）＝10.97%～14.40%）等特征。Frost等［4］用w（SiO2）－TFeO／（TFeO＋ MgO）［3］圖劃分鐵質(zhì)和鎂質(zhì)花崗巖，并論述了鐵質(zhì)花崗質(zhì)巖石多形成于拉張環(huán)境下，鎂質(zhì)花崗質(zhì)巖石則常與消減作用有關(guān)；Barker等［5］用w（K2O）－w（Na2O）－w（CaO）圖區(qū)分鈣堿花崗巖系列和奧長花崗巖系列巖石類型；Maniar等［6］用 A／CNK－A／NK圖解中鋁飽和指數(shù)來區(qū)分偏鋁質(zhì)或過鋁質(zhì)巖石；Castro等［7］的w（SiO2）－w（K2O）圖劃分低鉀拉斑玄武巖系列、鈣堿性系列、高鉀鈣堿性系列及鉀玄巖系列，后碰撞期花崗巖主要屬于高鉀鈣堿系及鉀玄巖系列。w（SiO2）－TFeO／（TFeO＋MgO）和w（K2O）－w（Na2O）－w（CaO）圖解（圖4a、b）表明該巖體為鐵質(zhì)鈣堿性系列巖石類型。鋁飽和指數(shù)（A／CNK）＝1.19～1.50，為過鋁質(zhì)巖石系列（圖5a）。w（SiO2）－w（K2O）（圖5b）判斷巖石系列為高鉀鈣堿性－鉀玄巖系列。

所有樣品都具有相似的稀土分配模式（圖6a），巖石的LREE／HREE和（La／Yb）N分別為6.80～8.45和6.06～9.03，指示輕稀土分餾明顯，且為輕稀土富集型。δEu＝0.19～0.51，遠小于1，具明顯的銪負異常。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上（圖6b），所有樣品均明顯富集Rb、Th、K等大離子親石元素（LILE）、LREE和 Hf（Zr），虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素（HFSE）。巖石的Ba含量相對較低，呈低谷，Sr也具有明顯的負異常。在巖漿結(jié)晶分異過程中，性質(zhì)相近的元素在演化過程中不會造成分異，即其比值保持穩(wěn)定［9］。這些特征元素的比值如Zr／Hf、Nb／Ta變化趨勢完全一致，表明了該巖體為同源巖漿分異的產(chǎn)物。

5 討論

5.1 巖漿物質(zhì)來源

阿拉塔格花崗巖巖體為鐵質(zhì)的過鋁質(zhì)花崗巖。根據(jù)Pearce等［10］：火山弧花崗巖（VAG）和板內(nèi)花崗巖（WPG）的微量元素均具有Nb的負異常，而板內(nèi)花崗巖通常更富集 HREE，并且Ba、Sr、P、Eu和Ti的負異常更明顯，并在w（Y）－w（Nb）和w（Y＋Nb）－w（Rb）（圖7）等花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖中投點，全部樣品都落入板內(nèi)花崗巖區(qū)（WPG），這與w（K2O）－w（SiO2）分類圖一致（圖8）；同時，在微量元素蛛網(wǎng)圖中該套巖石組合中的微量元素值分布的峰值套合較好并有一定的規(guī)律，Rb、Th、U、K這些大離子半徑的元素較為富集，Zr、Hf、Sm等稀有元素也有一定富集，而Nb、Ta、P、Ti等這些元素呈現(xiàn)出負異常的特征，低Sr含量和Eu負異常說明在熔融過程中斜長石作為源區(qū)殘留相，指示了其在低的α（H2O）條件下發(fā)生了熔融［12］，但也可能是在巖漿分異過程中發(fā)生了斜長石的分離結(jié)晶作用。尤其是Sr的虧損表明該巖體物源來自于地殼［13］。而Th／U值為5.58～9.11，大多數(shù)與下地殼的Th／U值（6.00）相近［14］。

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圖4 阿拉塔格花崗巖體w（SiO2）－TFeO／（TFeO＋MgO）和w（K2O）－w（Na2O）－w（CaO）圖解Fig.4 w（SiO2）－TFeO／（TFeO＋MgO）and w（K2O）－w（Na2O）－w（CaO）diagram of Alatage granites

圖5 阿拉塔格花崗巖類A／CNK－A／NK（a）和w（SiO2）－w（K2O）（b）圖解Fig.5 A／CNK vs A／NK and w（SiO2）－w（K2O）diagram of Alatage granites

對該巖體的3件樣品作了Sr、Nd同位素測試（表2）。εNd（t）和（87Sr／86Sr）（t）計算時采用的年齡值為301.5Ma①李建星，余吉遠，孟勇，等.新疆哈密大黑山地區(qū)褲子山等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.西安：西安地質(zhì)調(diào)查中心，2008.，獲得εNd（t）＝1.70～1.85，全部為正值，顯示地幔物源或下地殼物質(zhì)部分熔融的源區(qū)特征，而初始鍶同位素比值（87Sr／86Sr）（t）＝0.705 615～0.712 574，明顯高于0.705 4，顯示地殼物源的特征或可能與大量殼源物質(zhì)混染有關(guān)。在εNd（t）－（87Sr／86Sr）（t）圖（圖9）上，樣品點都落入第二象限，表示該巖體可能為地幔與新地殼混染的產(chǎn)物。

圖6 阿拉塔格花崗巖類稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解（a）和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解（b）Fig.6 Chondrite－normalized REE－patterns（a）and primitive－mantle－normalized trace element patterns（b）for the Alatage granitic rocks

圖7 阿拉塔格花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖（底圖據(jù)文獻［10］）Fig.7 Tectonic discrimination diagrams for Alatage granites（the base map from reference［10］）

綜合主量、微量元素特征和Sr、Nd同位素特征，認為該巖體物質(zhì)來源為殼幔混源，可能反映其源區(qū)為巖石圈和軟流圈相互作用的產(chǎn)物，并遭受了地殼物質(zhì)的強烈混染。

5.2 巖體形成的環(huán)境

長阿吾子－科克蘇河蛇綠混雜巖和銅花山蛇綠混雜巖被認為是南天山洋俯沖消減的縫合帶位置。而本文研究的阿拉塔格巖體處于中天山南緣（緊鄰縫合帶的北側(cè)），前者的形成時代對研究該區(qū)構(gòu)造－巖漿演化有著相當(dāng)重要的影響。

Gao等［16］獲得長阿吾子－科克蘇河蛇綠混雜巖套中含藍閃石榴輝巖的Sm－Nd等時線年齡為（343±43）Ma，藍閃片巖中多硅白云母和鈉質(zhì)角閃石的40Ar－39Ar年齡為364～401Ma；銅花山蛇綠混雜巖基質(zhì)中藍閃石的40Ar－39Ar坪年齡為（360.7±1.6）Ma［17］。這些年齡值指示烏拉爾－南天山洋盆的消減時代可能為晚志留世－泥盆紀(jì)。從早古生代初期至泥盆紀(jì)，天山古生代洋盆體系經(jīng)歷了十分復(fù)雜的形成→擴張→消減→閉合→碰撞過程，并伴隨有醒目的溝－?。柘祹r漿的形成，于晚泥盆世－早石炭世初期閉合［18］。

圖8 阿拉塔格花崗巖體w（K2O）－w（SiO2）圖解（底圖據(jù)文獻［11］）Fig.8 w（K2O）－w（SiO2）diagram of Alatage granites（the base map from reference［11］）

圖9 阿拉塔格花崗巖體εNd（t）－（87Sr／86Sr）（t）圖（底圖據(jù)文獻［15］）Fig.9 εNd（t）－（87Sr／86Sr）（t）diagram of Alatage granites（the base map from reference［15］）

天山地區(qū)經(jīng)歷了早古生代洋陸轉(zhuǎn)化及之后的石炭－二疊紀(jì)大規(guī)模裂谷拉伸事件［19－23］。石炭－二疊紀(jì)天山正好處于后碰撞構(gòu)造環(huán)境，是一個復(fù)雜的時期，十分發(fā)育鐵質(zhì)富鉀鈣堿性花崗質(zhì)巖石［24］。綜合分析圖6、7以及圖10［25］，認為該巖體主體應(yīng)為后碰撞構(gòu)造環(huán)境的產(chǎn)物，并且是一個經(jīng)歷了多期次巖漿活動的復(fù)合巖體，這與物質(zhì)來源較為復(fù)雜相吻合。區(qū)域上出露300Ma左右的巖體最多①李建星，余吉遠，孟勇，等.新疆哈密大黑山地區(qū)褲子山等4幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.西安：西安地質(zhì)調(diào)查中心，2008.，預(yù)示著該時期是東天山構(gòu)造帶碰撞造山作用過程中巖漿活動最強、規(guī)模最大的時段。結(jié)合地球化學(xué)特征可知，南天山洋向北發(fā)生過俯沖造山作用，為完善天山東段構(gòu)造帶溝弧盆體系演化提供了佐證。

圖10 阿拉塔格花崗巖體R1－R2圖解（底圖據(jù)文獻［25］）Fig.10 R1vs R2discrimination diagrams showing the tectonic settings for Alatage granites（the base map from reference［25］）

6 結(jié)論

1）阿拉塔格花崗巖巖體以鐵質(zhì)高鉀鈣堿性系列為主，形成于晚石炭世的后碰撞構(gòu)造環(huán)境。

2）巖石的Sr、Nd同位素顯示，形成該花崗巖的巖漿來源于殼?；旌显磪^(qū)；野外觀察及巖石地球化學(xué)研究表明，該巖體為一同源巖漿多期次演化的產(chǎn)物。

3）區(qū)域上出露石炭－二疊紀(jì)的巖體最多，預(yù)示著該時期是東天山構(gòu)造帶碰撞造山作用過程中巖漿活動最強、規(guī)模最大的時段。

該巖體的研究對建立和完善天山古生代構(gòu)造－巖漿演化具有十分重要的借鑒和指導(dǎo)意義。

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