阿爾金山北緣喀臘大灣地區(qū)早古生代中酸性侵入巖巖石地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

劉牧，陳柏林，李松彬

（1.俄克拉荷馬大學(xué)地球與能源學(xué)院，美國 俄克拉荷馬州 73072；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081）

阿爾金山北緣喀臘大灣地區(qū)早古生代中酸性侵入巖巖石地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

劉牧1，陳柏林2，李松彬2

（1.俄克拉荷馬大學(xué)地球與能源學(xué)院，美國 俄克拉荷馬州 73072；2.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081）

喀臘大灣地區(qū)位于阿爾金山脈東北緣，當(dāng)?shù)卦绻派鷷r期構(gòu)造環(huán)境復(fù)雜并且伴隨劇烈的花崗質(zhì)巖漿活動.通過對區(qū)域內(nèi)早古生代中酸性侵入巖5個巖體（大平溝巖體、阿北銀鉛礦巖體、阿北巖體、4337北花崗巖體、喀臘大灣南巖體）的巖石學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)特征研究，探討早古生代區(qū)域重大構(gòu)造事件和構(gòu)造環(huán)境.南部的喀臘大灣南巖體表現(xiàn)低鉀性質(zhì)，其余4個巖體樣本為中高鉀鈣堿性中酸性巖，并且有向高鉀演變的趨勢，鋁飽和指數(shù)在1.0～1.1之間，數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析大部分樣品具有I型花崗巖特征，少部分顯示了I型向S型過渡的性質(zhì)，代表了洋殼-陸殼活動性大陸邊緣的環(huán)境.結(jié)合喀臘大灣周邊地質(zhì)背景，本地區(qū)應(yīng)該是阿爾金古洋殼和塔里木地塊南北向碰撞作用的火山島弧區(qū)域.

阿爾金山；早古生代；花崗巖；地球化學(xué)；構(gòu)造環(huán)境

1 區(qū)域研究背景及地質(zhì)概況

阿爾金山北緣地區(qū)是阿爾金北東向構(gòu)造帶與北祁連構(gòu)造帶西段的交匯復(fù)合部位，北接塔里木地塊南緣，位于阿爾金走滑斷裂東北緣地區(qū)（圖1a）.喀臘大灣地區(qū)地層屬于阿爾金山地層小區(qū)，是塔里木地層區(qū)中的塔南地層分區(qū)（圖1b）.本區(qū)內(nèi)地層自老到新依次出露太古宇米蘭巖群達格拉格布拉克組（Ardg）的一套中、高溫變質(zhì)的高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)巖系；中元古界震旦系金雁山組（Zj）一套碳酸鹽巖；上寒武統(tǒng)卓阿布拉克組（C3zh）的復(fù)雜巖石組合，包括泥巖、泥灰?guī)r、碳質(zhì)千枚巖、千枚巖化粉砂巖、板巖、英安斑巖結(jié)晶灰?guī)r、大理巖和流紋巖、英安巖、安山質(zhì)玄武巖、中-酸性火山凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r、鈉長霏細斑巖、輝綠巖，并且其中夾有鐵礦層；上寒武統(tǒng)斯米爾布拉克組（C3s）的片巖、千枚巖和板巖；上古生界上石炭統(tǒng)因格布拉克組（C3y），主要由石英砂巖、砂礫巖、粉砂巖組成；新生界漸新統(tǒng)下干柴溝組（E3g）；新近系中新統(tǒng)上干柴溝組（N1g）；第四系（Q）.

圖1 喀臘大灣地區(qū)地質(zhì)圖及采樣位置Fig.1Geologic map of Kaladawan area with locations of sampling

本區(qū)巖漿巖的主要類型、巖性特點和構(gòu)造環(huán)境已成為近20余年來研究熱點之一.研究區(qū)花崗巖即屬于沿紅柳溝-拉配泉俯沖碰撞雜巖帶分布的一條中酸性巖漿巖帶，呈近東西向集中而不連續(xù).圍繞這條近東西向分布的巖漿巖帶，學(xué)者從不同角度進行了很多細致研究.

陳宣華等（2001）對阿爾金北緣花崗巖類構(gòu)造環(huán)境分析和判別結(jié)果表明，阿爾金山北緣早古生代處在破壞性活動板塊邊緣，構(gòu)造環(huán)境可能經(jīng)歷了早古生代活動陸緣的（火山）島弧時期；同時對闊什布拉克巖體進行了鋯石U-Pb（TIMS）年代學(xué)研究，認為巖體的形成時代為443 Ma［1］.其研究區(qū)域位于喀臘大灣東側(cè)毗鄰地區(qū).戚學(xué)祥（2005）在對位于喀臘大灣西部毗鄰地區(qū)恰什坎薩依481.5 Ma的定年基礎(chǔ)上，認為該區(qū)在當(dāng)時確實存在島弧巖漿作用［2］；另外，通過同年在對位于恰什坎薩伊西部的喀孜薩依巖體進行研究后，將其定年為較為年輕的404.7 Ma［3］，而且認為并非形成于島弧環(huán)境，而是走滑過程中以地幔楔為源區(qū)的巖漿上升過程中同化部分殼源物質(zhì)形成具有島弧性質(zhì)的巖漿形成的.

2 早古生代中酸性巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特征

整體巖石樣本屬于中酸性至酸性巖漿巖區(qū)域.銀鉛礦巖體呈現(xiàn)斑狀結(jié)構(gòu)，南部巖體含有較高的斜長石，其他長石的含量較低，鉀鈉比值較低，而其他巖石的礦物成分和含量差別不大.整體巖石組合表現(xiàn)為含角閃石黑云母花崗巖-斜長花崗巖-正長花崗巖，可能與不同期次巖漿作用息息相關(guān).

韓鳳彬等（2012）經(jīng)過研究包括本文中5個巖體后發(fā)現(xiàn)喀臘大灣一帶的大部分中酸性侵入巖時期為早古生代，并將其劃分為碰撞前巖漿活動（520～500 Ma）、碰撞期巖漿活動（490～470 Ma）和碰撞后巖漿活動（440～410 Ma）階段［4］.3個階段均位于早古生代.

本次野外工作挑選具有代表性的14個樣本的元素分析是在國家地質(zhì)實驗測試中心完成的，采用X熒光光譜和等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）儀器測試得到結(jié)果.樣本H247-1、H248-1和K354-1采集于大平溝北段的大平溝巖體，劃分為第一組；K405-1、K272-2是阿北巖體的樣本，為第二組；K439-1、K480-1、K480-2采集自阿北銀鉛礦巖體，為第三組；K139-1、K140-1、K140-4采集自齊勒薩依溝的4337高地北緣，記做第四組；K484-1、K495-1、K901-2是采自喀臘大灣南花崗巖體樣本，劃分為第五組.

表1匯總了這14個樣本的地球化學(xué)元素測試數(shù)據(jù).

第一組，即大平溝巖體，其SiO2含量偏高且變化范圍較?。?3.42%～76.36%），主量元素顯示出低Mg、Ti，高K的特征，主量元素的變化均比較穩(wěn)定，表現(xiàn)高鉀鈣堿性巖石系列的特征.第二組阿北花崗巖體的SiO2變化范圍大，從花崗閃長巖到花崗巖均有分布，SiO2-K2O圖（圖2）投在鈣堿性系列區(qū)域內(nèi).第三組阿北銀鉛礦巖體的樣本SiO2變化范圍不大（68.01%～69.89%），具有富K低Na的特征，表現(xiàn)出鈣堿性特征.第四組4337北巖體的SiO2（67.00%～76.18%），Al和Ti等主量元素隨Si含量的增多而減少.第五組喀臘大灣南巖體SiO2的樣本含量變化范圍不大（74.12%～75.05%），主量元素的含量比較集中，基本無變化，另外顯示出了極強的低K的現(xiàn)象.眾所周知，洋脊花崗巖十分少見，另外該巖體Na含量相對其余4組巖體較高（6.92%～7.34%），可能與該巖體與7918鐵礦玄武巖圍巖和礦體夕卡巖化帶接近的緣故，由于鐵礦的形成與巖漿鈉化密切相關(guān)，說明這可能導(dǎo)致了該樣品的K、Na異常表現(xiàn).另外，巖石ORG（洋脊花崗巖）標準化的微量元素圖解（圖3）也顯示，喀臘大灣南部巖體原巖并不是洋脊花崗巖.

圖2 喀臘大灣地區(qū)中酸性巖SiO2-K2O圖解Fig.2The SiO2-K2O diagram of the acid-intermediate intrusive rocks in Kaladawan area

圖3 喀臘大灣花崗巖微量元素ORG圖Fig.3The ORG-normalized diagram of trace elements in the Kaladawan granite

根據(jù)A/KNC-A/NK圖解，除阿北銀鉛礦，巖體顯示了較高的鋁飽和指數(shù).但筆者認為這種表現(xiàn)可能由于該巖體為銀鉛礦賦礦圍巖而導(dǎo)致的蝕變，其余巖體的鋁飽和指數(shù)均在1.0～1.1附近（圖4）.投圖數(shù)據(jù)選用了全部本地區(qū)花崗巖樣本而沒有按照巖體劃分.

圖4 喀臘大灣地區(qū)中酸性巖A/KNC-A/NK判別圖Fig.4The A/KNC-A/NK of the Kaladawan acid-intermediate intrusive rocks

鋁飽和指數(shù)小于1.0的為I型花崗巖特征，大于1.1為S型花崗巖特征，1.0～1.1之間的花崗巖同時具

有I、S型花崗巖特征，需要進一步確定［5］.

經(jīng)過Zr-TiO2投圖（圖5）顯示，絕大多數(shù)花崗巖樣本投在了I型花崗巖的區(qū)域內(nèi)，少部分位于S型或I-S型交界處呈現(xiàn)出過渡性質(zhì).這說明本地區(qū)花崗巖應(yīng)該大部分屬于I型花崗巖大類，可能代表著火山島弧花崗巖性質(zhì)［6］.

圖5 喀臘大灣地區(qū)花崗巖I-S型分類圖Fig.5Classification of I-and S-types of the granites in Kaladawan area

5個巖體的稀土元素總量均低于世界酸性巖平均稀土元素總量（288×10-6，維諾格拉多夫，1962）.它們的分布情況大致可以分為兩種類型，即有Eu虧損低谷的和無Eu低谷或Eu低谷不明顯的兩組.大平溝巖體、阿北銀鉛礦巖體、喀臘大灣南巖體為有Eu低谷虧損表現(xiàn)的，阿北花崗巖巖體和4337北巖體則為第二種型式.結(jié)合微量元素、稀土元素特征，具有Ba、Eu負異常，Th、K等的正異常，可能顯示出源區(qū)存在斜長石而缺少石榴子石和角閃石.鏡下觀察的結(jié)果是均有斜長石發(fā)現(xiàn)，而實驗數(shù)據(jù)顯示斜長石在大于1500 MPa的環(huán)境下不穩(wěn)定，因此推斷它們的源區(qū)應(yīng)該不會過深.

圖6 喀臘大灣地區(qū)中酸性巖體稀土元素分布型式圖（標準取自Sun and McDonough，1989）Fig.6REE distribution patterns of the acid-intermediate intrusive rocks in Kaladawan area（Standards from Sun and McDonough,1989）

大平溝巖體富集稀土元素，ΣREE=117.74×10-6～232.50×10-6，從球粒隕石標準化的分布圖（圖6a）中可以看出，大平溝巖體稀土元素表現(xiàn)為為輕稀土富集輕度右傾斜，呈較為平坦的“V”字型圖線.輕重稀土分餾，LREE/HREE范圍為5.39～11.12，（La/Yb）N介于2.60～12.23之間；δEu負異常明顯，型式圖中銪的尖銳低谷說明斜長石大量晶出導(dǎo)致了殘余熔體中的負異常.阿北巖體ΣREE=106.42×10-6～136.23×10-6，稀土元素呈右傾圖線（圖6b），輕重稀土分異程度較小，LREE/HREE =5.74～8.27，表明輕稀土富集，δEu輕微負異常（0.74～0.75）.球粒隕石標準化圖上并未有Eu元素的低谷.阿北銀鉛礦巖體稀土元素分布經(jīng)過球粒隕石標準化顯示右傾，角度較大（圖6c），稀土總量ΣREE=147.95×10-6～227.48×10-6，輕重稀土比LREE/HREE=8.16～11.29.分布型式圖上顯示Eu元素的低谷，δEu=0.46～0.53，為負異常.4337高地北巖體稀土元素總量從145.53×10-6～226.22×10-6不等，LREE/HREE=9.07～17.20，顯示曲線斜率較大，輕重稀土元素分異程度較大.分布型式圖（圖6d）顯示該巖體稀土元素?zé)o明顯富集和虧損跡象. δEu有弱負異常（0.70～0.92）.喀臘大灣南巖體REE總量范圍為155.28×10-6～195.38×10-6，輕重稀土元素比為7.91～13.60，曲線呈右傾，Eu元素低谷尖銳明顯（圖6e），δEu=0.29～0.44.

3 構(gòu)造環(huán)境討論

在Pearce的花崗巖微量元素比值構(gòu)造環(huán)境圖解（圖7）中，大平溝巖體、阿北銀鉛礦巖體和4337高地北部巖體的點在同碰撞環(huán)境和火山弧環(huán)境交界處，阿北花崗巖體和喀臘大灣南部巖體則更偏向火山島弧的構(gòu)造環(huán)境.

圖7 喀臘大灣地區(qū)中酸性巖體微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解（據(jù)J.A.Pearce et al.，1984）Fig.7Tectonic environment discrimination by trace elements for the acid-intermediate intrusive rocks in Kaladawan area（After J.A.Pearce et al.,1984）

在Rb/30-Hf-Ta×3花崗巖構(gòu)造環(huán)境圖解（圖8）中，喀臘大灣南巖體顯示出Rb元素十分虧損的特點，Rb和K同族且均為大離子親石元素，有相似的活動性質(zhì).基于前文對于南部巖體K元素的推測，筆者認為，喀臘大灣南巖體花崗巖的原巖K元素和Rb元素的含量比當(dāng)下含量要高，在Rb/30-Hf-Ta×3圖中喀臘大灣南巖體的投點應(yīng)該相對向火山弧區(qū)域靠攏，該巖體的性質(zhì)可能更偏向火山島弧性質(zhì)而不是板內(nèi)花崗巖.這樣看來，這5個巖體的構(gòu)造環(huán)境特征處于火山弧和碰撞作用的交界處，與Pearce相關(guān)圖解反映出的結(jié)論類似.從整體看，5個巖體處于同碰撞環(huán)境和火山島弧環(huán)境的過渡轉(zhuǎn)換時期.

圖8 喀臘大灣地區(qū)Rb/30-Hf-Ta×3花崗巖構(gòu)造環(huán)境圖解Fig.8The Rb/30-Hf-Ta×3 tectonic setting diagram of granite in Kaladawan area

阿爾金地區(qū)存在兩條高壓變質(zhì)相帶（阿爾金北緣高壓變泥質(zhì)巖帶和阿爾金榴輝巖帶）和兩條蛇綠混雜堆積巖帶（阿爾金北部蛇綠混雜巖帶和阿帕-茫崖蛇綠混雜巖帶）.研究區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)許多典型的枕狀玄武巖以及同時的遠洋硅質(zhì)巖沉積，是新元古代早期海相沉積的證據(jù)，兩條蛇綠巖是古洋后期閉合后的痕跡.中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所提出了紅柳溝-拉配泉早古生代溝-弧-盆的構(gòu)造體系演化??陳柏林，等.阿爾金山東段紅柳溝礦帶大型銅鐵金鉛鋅礦床找礦靶區(qū)優(yōu)選與評價.地質(zhì)力學(xué)研究所專題研究報告，2010.，認為在新元古代末期至早古生代，由于俯沖作用的發(fā)展和影響，形成與俯沖作用有關(guān)火山島弧和弧后盆地.位于紅柳溝-拉配泉一帶的喀臘大灣地區(qū)具有火山島弧性質(zhì)的早古生代花崗巖，特征較為明顯，是進行阿爾金主斷裂兩盤尋找對應(yīng)地質(zhì)單元的一個選擇.

4 結(jié)論

通過對5個巖體的化學(xué)特征的研究，初步認為這5個巖體中阿北巖體和喀臘大灣南巖體物源為較為低溫的中酸性巖漿，可能與下地殼密切相關(guān)，化學(xué)性質(zhì)主要表現(xiàn)為I型花崗巖，具有島弧性質(zhì)，可能與北祁連的加里東期火山島弧花崗巖[7]為同時期的巖漿活動作用產(chǎn)物，從整體看，5個巖體處于同碰撞環(huán)境和火山島弧環(huán)境的過渡轉(zhuǎn)換時期，與周邊地區(qū)如北祁連以及東部敦煌地塊中酸性巖在地球化學(xué)角度呈現(xiàn)相似特征.

［1］陳宣華，王小鳳，楊風(fēng)，等.阿爾金山北緣早古生代巖漿活動的構(gòu)造環(huán)境［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報,2001,7（3）:193—200.

［2］戚學(xué)祥，李海兵，吳才來，等.北阿爾金恰什坎薩依花崗閃長巖的鋯石SHRIMP U-Pb定年及其地質(zhì)意義［J］.科學(xué)通報,2005,50（6）: 571—576.

［3］戚學(xué)祥，吳才來，李海兵.北阿爾金喀孜薩依花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb定年及其構(gòu)造意義［J］.巖石學(xué)報,2005,21（3）:859—866.

［4］韓鳳彬，陳柏林，崔玲玲，等.阿爾金山喀臘大灣地區(qū)中酸性侵入巖SHRIMP年齡及其意義［J］.巖石學(xué)報,2012,28（7）:2277—2291.

［5］肖慶輝.花崗巖研究思維與方法［M］.北京：地質(zhì)出版社,2002.

［6］王德滋，舒良樹.花崗巖構(gòu)造巖漿組合［J］.高校地質(zhì)學(xué)報,2007（3）: 362—370.

［7］許志琴，楊經(jīng)綏，張建新，等.阿爾金斷裂兩側(cè)構(gòu)造單元的對比及巖石圈剪切機制［J］.地質(zhì)學(xué)報,1999（3）:193—205.

GEOCHEMISTRY AND TECTONIC IMPLICATION OF THE EARLY PALEOZOIC INTRUSIVE ROCKS IN THE KALADAWAN AREA,NORTHERN ALTUN MOUNTAINS

LIU Mu,CHEN Bai-lin,LI Song-bin
（1.ConocoPhilips School of Earth and Energy,University of Oklahoma,Norman,OK 73072,USA;2.Institute of Geomechanics,CAGS,Beijing 100081,China）

The Kaladawan area is located in the northeast of Altun Mountains,where the Early Paleozoic tectonic settings were complicated,accompanied by intense granitic magmatism.Based on the research of petrology,geochemistry and geochronology of the Early Paleozoic acid-intermediate intrusive rocks in this area,the regional geological events and tectonic settings are discussed.Four of the five plutons in this study are characterized by high-K calc-alkaline.The other presents low-K character.Most of the samples analyzed show the characteristics of I-type granite,with a few as transitional products from I-type to S-type,indicating the active continental margin environment of oceanic-continental crust.Regards Combining the surrounding geological background,this region should be the volcanic island arc when the ancient Altun oceaniccrustcollidedwithTarimmassif.

Altun Mountains;Early Paleozoic era;granite;geochemistry;tectonic setting

1671-1947（2014）04-0369-07

P588.12；P595

A

2013－09－02；

2014-01-17.編輯：張哲．

“十二五”國家科技支撐計劃項目新疆跨境成礦帶戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源預(yù)測與靶區(qū)評價專題“阿爾金成礦帶多元信息成礦預(yù)測與找礦示范”（編號2011BAB06B08-04）、中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查專項“阿爾金喀臘大灣地區(qū)鐵多金屬礦構(gòu)造控礦研究與找礦預(yù)測”（編號1212011085043）聯(lián)合資助.

劉牧（1990—），男，現(xiàn)為美國俄克拉荷馬大學(xué)在讀碩士，通信地址Department of Geology and Geophysics,University of Oklahoma,Norman,OK 73072，USA.E-mail//Mu.Liu-1@ou.edu