新疆青河縣阿拉圖拜一帶晚石炭世侵入巖地球化學(xué)特征及就位機制淺析

賀永康,彭素霞,程建新,黑歡,李文明

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

新疆青河縣阿拉圖拜一帶晚石炭世侵入巖地球化學(xué)特征及就位機制淺析

賀永康,彭素霞,程建新,黑歡,李文明

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

新疆青河縣阿拉圖拜一帶晚石炭世二長花崗巖呈北西—南東向長條狀展布于瑪因鄂博斷裂南西側(cè)，整體分布嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，具明顯的糜棱巖化變形特征。巖石中K2O+Na2O為7.55%～9.09%，K2O/Na2O為1～1.88，里特曼組合指數(shù)σ為2.35～2.86，屬高鉀鈣堿性巖；CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物Q含量23.14%～31.41%，C含量0.54%～1.69%，屬SiO2過飽和的準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石，"I"型花崗巖類。稀土元素∑REE為227.04×10-6～326.42×10-6，L/H大多小于10，δEu為0.42～0.58，輕稀土富集程度中等，具有中等程度的Eu負異常，微量元素K、Rb、Th、Ce等呈正異常，Sr、Ba、Nb、P、Ti等為負異常，經(jīng)歷過一定程度的斜長石、磷灰石、鈦鐵礦等礦物分離結(jié)晶作用；全巖δ18O值4.4‰～4.6‰，巖石在亞固態(tài)條件下與沿裂隙滲入的低18O的大氣降水進行過氧同位素交換，87Sr/86Sr為0.704 34，具幔源巖漿的特征；全巖Rb-Sr等時線年齡為(300±4)Ma。晚石炭世中晚期，哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊與西伯利亞板塊碰撞對接后的伸展階段，深部幔源玄武質(zhì)巖漿以底僻方式沿斷裂構(gòu)造上升并部分熔融殼源物質(zhì)，最終以巖墻擴張的方式定位，后期具有中等程度的剝蝕。

晚石炭世侵入巖；后碰撞構(gòu)造環(huán)境；被動侵位；阿拉圖拜

新疆青河縣阿拉圖拜一帶晚石炭世侵入巖分布在阿爾泰山中段南坡與準(zhǔn)噶爾盆地交接部位，單個巖體規(guī)模較小，20世紀(jì)70年代出版的1∶20萬“二臺幅地質(zhì)礦產(chǎn)圖及說明書”*新疆地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊.二臺幅(1∶20萬)地質(zhì)礦產(chǎn)圖及說明書,1972.未將該巖體劃出。2004～2005年，筆者在新疆地礦局第四地質(zhì)大隊主持完成“新疆青河縣阿拉圖拜幅、哈依爾很幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”*新疆地礦局第四地質(zhì)大隊.新疆青河縣阿拉圖拜幅、哈依爾很幅1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報告,2006.，基本查明了該期侵入巖的巖性組合、地表分布等特征。筆者通過對該期侵入巖進行巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)等方面的研究，探討其形成的構(gòu)造環(huán)境、就位機制，為哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊與西伯利亞板塊碰撞對接后的巖漿活動與演化研究提供基礎(chǔ)資料。

1 巖體地質(zhì)特征

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾微型板塊北部瑪因鄂博構(gòu)造擠壓帶內(nèi)，北與西伯利亞板塊的哈龍-可可托海古生代巖漿弧帶相鄰，南接準(zhǔn)噶爾板塊喀拉通克晚古生代島弧帶。區(qū)內(nèi)晚石炭世侵入巖呈北西-南東向長條狀展布于瑪因鄂博斷裂(圖1中F1斷裂)南西側(cè)，整體分布嚴(yán)格受斷裂構(gòu)造控制，北東與下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組、南西與下石炭統(tǒng)姜巴斯套組均呈斷層接觸，與早石炭世侵入巖主要為斷層接觸，局部呈脈動接觸關(guān)系(圖1)。該期侵入巖巖性單一，為二長花崗巖，在研究區(qū)內(nèi)由斷續(xù)出露的7個大小不一的巖體(15、29、37、41、42、44、45)組成，總面積約12km2。侵入巖普遍遭受了韌性剪切變形作用的影響,巖石具明顯的糜棱巖化變形特征(圖2),糜棱面理走向大多呈北西—南東向,與巖體出露的長軸方向一致。

2 巖石學(xué)特征

該期侵入形成的二長花崗巖呈淺肉紅色，半自形中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由鉀長石、斜長石、石英、黑云母、白云母、金屬礦物及副礦物組成。鉀長石呈半自形不規(guī)則板狀，粒徑大多為0.5～2.0mm，個別粒徑可達5mm，具卡斯巴雙晶，含量約40%～50%，在鉀長石中包裹有半自形板狀斜長石；斜長石呈半自形、他形不規(guī)則粒狀、板狀，粒徑多為0.5～1.5mm，具黏土化、絹云母化等蝕變，含量25%左右；石英呈他形粒狀，長軸具定向分布特征，并具波狀消光現(xiàn)象，含量20%～30%；黑云母呈片狀，大多已綠泥石化，集合體略呈不規(guī)則細條帶狀分布，含量3%～5%；白云母少量；金屬礦物主要為磁鐵礦，局部見黃鐵礦，呈他形粒狀，大多與云母、榍石分布在一起，含量約1%～2%；榍石呈自形、半自形晶，往往見于云母中及其附近，含量甚少；磷灰石呈細小的半自形短柱狀、他形粒狀，含量少。巖石糜棱巖化普遍較強，形成糜棱巖化二長花崗巖或

二長花崗質(zhì)糜棱巖。

3 地球化學(xué)特征

3.1 常量元素特征

1∶5萬區(qū)調(diào)工作中，筆者在該期侵入巖15、29、37、42、44、45等6個巖體中共采了8件巖石全分析樣，2件全巖氧同位素分析樣(圖1)，樣品受糜棱巖化變形影響較小，塊狀特征明顯。樣品測試在宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所中南實驗檢測中心完成，其中硅酸鹽主要元素全分析采用濕化學(xué)法， 稀土元素及Nb、Zr、Hf、Sr、Ba、V等元素采用ICP-AES法，氧同位素分析采用BrF5法。從巖體巖石化學(xué)成分表(表1)可以看出，該期侵入的中細粒二長花崗巖中除SiO2、TiO2、MgO含量變化略大外,其他元素在不同樣品中含量變化較小。其中鉀、鈉含量較高，K2O+Na2O為7.55%～9.09%，僅一個樣品K2O含量低于Na2O，其余樣品中K2O/Na2O值為1～1.88，里特曼組合指數(shù)σ為2.35～2.86，屬于鈣堿性系列，為正常太平洋型。

在堿度率圖解上，除一個樣品落在鈣堿性巖區(qū)外，其余樣品均落在堿性巖區(qū)，在K2O與SiO2關(guān)系圖解(圖4)上，全部樣品均落在高鉀巖系區(qū)，屬于高鉀鈣堿性巖。

1.第四系；2.下石炭統(tǒng)姜巴斯套組；3.中泥盆統(tǒng)白塔山組；4.下泥盆統(tǒng)康布鐵堡組；5.震旦系庫衛(wèi)群；6.花崗巖脈；7.花崗斑巖脈；8.花崗閃長斑巖脈；9.流紋斑巖脈；10.輝長巖脈；11.早二疊世第三侵入次輝長巖；12.早二疊世第二侵入次二長花崗巖；13.早二疊世第一侵入次片麻狀黑云母花崗巖；14.早二疊世第一侵入次石英閃長巖；15.晚石炭世混源二長花崗巖；16.早石炭世殼源石英閃長巖；17.脈動接觸界線；18.實測、推測性質(zhì)不明斷層；19.壓扭性斷層、平移斷層；20.多期 次復(fù)活斷層；21.糜棱巖化帶；22.巖體編號；23.氧同位素樣品位置；24.全分析樣品位置；25.同位素年齡樣品位置圖1 阿拉圖拜一帶地質(zhì)略圖(根據(jù)新疆地礦局第四地質(zhì)大隊資料修編，2006)Fig.1 Geological sketch map in Alatubai area of Xinjiang Qinghe country

CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中石英含量較高，為23.14%～31.41%，巖石化學(xué)類型均為SiO2過飽和型，多數(shù)樣品為正常巖石化學(xué)類型，少數(shù)樣品有剛玉出現(xiàn)，剛玉含量0.54%～1.69%，屬鋁過飽和類型，準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石。在ACF圖解上，樣品均落在“I”型花崗巖區(qū)(圖5)，屬“I”型花崗巖類。

3.2 稀土與微量元素特征

該期侵入巖中稀土元素含量較高，僅有一個樣品∑REE為157.84×10-6，其余樣品∑REE為227.04×10-6～326.42×10-6；輕、重稀土比值L/H大多小于10，以輕稀土中等程度富集為主；δEu為0.42～0.58，具有中等程度的Eu負異常。在稀土元素配分型式圖(圖6)上，不同樣品均呈輕稀土元素富集的右傾型, 且輕稀土元素傾斜度較高，重稀土元素較平緩，輕稀土分餾程度高于重稀土，同時都具有較明顯的Eu負異常。

表1 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖主量(10-2)與微量元素(10-6)含量表Tab. 1 The analytical results of Major(10-2) and trace(10-6) element of the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

續(xù)表1

巖石名稱二 長 花 崗 巖序號12345678樣品編號YQ-1YQ-2YQ-3YQ-4YQ-5YQ-6YQ-7YQ-8Pr11.615.214.810.511.410.67.2114.6Nd45.662.556.139.643.640.431.960.1Sm9.3112.411.58.28.988.426.8611.5Eu1.392.261.731.11.471.320.811.41Gd7.7610.99.997.657.447.044.387.06Tb1.411.831.781.361.371.260.741.14Dy9.5211.811.79.289.528.964.515.71Ho1.922.382.381.911.91.820.780.98Er5.616.516.516.135.95.332.452.79Tm0.860.990.990.960.810.810.360.42Yb5.256.316.316.365.265.162.152.41Lu0.660.840.840.90.750.720.290.3∑REE254.69326.42309.23228.75245.5227.04157.84291.72L/H6.726.856.645.626.456.309.0813.0δEu0.490.580.480.420.530.510.420.44La/Yb7.047.216.905.096.796.4510.417.7Cr5.478.076.765.236.097.284.618.5Ni7.858.0010.66.505.207.057.45.3Co8.558.6011.66.001.005.505.94.5Rb13992.3112146121132218202Sr203343264183224223106196Ba640719730600685633391951V32.281.843.526.340.531.915.427.8Nb20.624.821.922.019.616.719.516.7Ta1.832.121.821.882.011.682.121.47Zr275393303215249138104148Hf7.5410.08.326.476.954.094.266.41Ga16.420.417.716.317.016.019.617.9U2.003.243.122.182.301.721.621.31Th26.623.634.821.519.427.218.235.4Y44.653.056.049.343.640.720.023.7Rb/Sr0.680.270.420.800.540.592.061.03

圖2 花崗巖糜棱巖化變形特征Fig.2 The mylonited deformation characteristics of the intrusive Granite

CA.鈣堿性； A.堿性；PA.過堿性圖3 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖堿度率圖解Fig.3 AR diagram of in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks(After J.B.Wright,1969)

在微量元素比值蛛網(wǎng)圖(圖7)上，巖石中大離子親石元素和高場強元素富集，除Ti以外，其他元素與球粒隕石的比值均在10以上，不同樣品的曲線特征基本相同，均具有K、Rb、Th、Ce等元素正異常和Sr、Ba、Nb、P、Ti等元素的負異常。

3.3 同位素特征

在29、44兩個巖體中采取的全巖氧同位素分析

樣(圖1)，全巖δ18O(SMOW)值分別為4.4‰和4.6‰，按Taylor的劃分屬于低δ18O花崗巖(δ18O<6‰)；全巖Rb-Sr同位素測定結(jié)果(陳麗秋等，2008)，Sr同位素初始比值87Sr/86Sr較低，為0.704 34。

HK.高鉀巖系；MK.中鉀巖系；LK.低鉀巖系圖4 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖K2O-SiO2變異圖Fig.4 K2O-SiO2 variation diagram of the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

4 形成時代分析

該期侵入巖體均處于瑪因鄂博斷裂南側(cè)，空間分布嚴(yán)格受瑪因鄂博斷裂及其南側(cè)次級配套斷裂控制，說明侵入巖的形成與斷裂活動有密切關(guān)系，形成時間應(yīng)在斷裂形成之后。在42號巖體中采取的Rb-Sr同位素全巖樣品，Rb-Sr等時線擬合計算出的全巖Rb-Sr等時線年齡為(300±4)Ma(陳麗秋等，2008)，屬于晚石炭世中晚期，與位于研究區(qū)以南的烏倫古及西準(zhǔn)北部“A”型花崗巖形成時代基本一致(劉偉，1990;周剛等，2006)。從圖8可以看出，該等時線各點線性關(guān)系較好，擬合程度較高，計算的年齡誤差較小，結(jié)果較為可靠，可以代表該巖體的侵位冷卻年齡。

I.“I”型花崗巖； S.“S”型花崗巖圖5 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖ACF圖解Fig.5 ACF diagram of in the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

圖6 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖稀土元素分配型式圖Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

圖7 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖微量元素比值蛛網(wǎng)圖Fig.7 Diagram of the trace element spidergrams in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

圖8 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖全巖Rb-Sr等時線圖Fig.8 in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

5 構(gòu)造環(huán)境分析

研究區(qū)內(nèi)該期侵入巖石為高鉀鈣堿性巖，其中輕稀土富集，具有中等程度的銪負異常，微量元素比值蛛網(wǎng)圖上具有Nb、Sr、P、Ti負異常，其地球化學(xué)特征類似于島弧及活動大陸邊緣花崗巖。在微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖9)上，多數(shù)樣品落在板內(nèi)花崗巖區(qū)，少數(shù)樣品落在同碰撞花崗巖區(qū)，但都處于同碰撞、火山弧和板內(nèi)花崗巖三者分界線附近。在晚石炭世中、晚期，哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊與西伯利亞板塊已碰撞對接在一起形成統(tǒng)一的大陸(曹榮龍等,1993;成守德等,1998)，區(qū)域上這一時期為碰撞后的伸展階段(張招崇等，2005)，因此阿拉圖拜晚石炭世侵入巖的形成環(huán)境應(yīng)為后碰撞構(gòu)造環(huán)境。

6 就位機制分析

阿拉圖拜晚石炭世侵入巖體均呈長條狀分布于瑪因鄂博斷裂南側(cè)，夾持于2條斷裂之間，巖石普遍遭受了韌性剪切變形，侵入巖體巖性組成單一，巖石結(jié)構(gòu)以中細粒為主，巖體中未見大量的頂垂體及圍巖捕擄體；巖石具異常低的氧同位素特征，反映巖體侵位后，在亞固態(tài)條件下與低18O的大氣降水進行過氧同位素交換，初步分析認為與斷裂帶中裂隙發(fā)育，大氣降水沿裂隙滲入有關(guān)。以上特征說明該期巖體侵位于中帶。

VAG.火山弧花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；SPG.板內(nèi)花崗巖； COLG.同碰撞花崗巖圖9 阿拉圖拜晚石炭世侵入巖Rb-Yb+Ta圖解 (據(jù)Pearce，1984)Fig.9 Rb-Yb+Ta Diagram of in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

研究區(qū)位于西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊之準(zhǔn)噶爾微型板塊的接合部位，早泥盆世兩大板塊開始發(fā)生雙向俯沖(張湘炳等，1993)，在準(zhǔn)噶爾微板塊邊緣形成喀拉通克晚古生代島弧型中-基性火山巖建造(許繼峰等，2001)；早石炭世末期板塊全面對接碰撞，古亞洲洋殘余洋盆消失，在碰撞擠壓帶兩側(cè)形成一系列北西向的逆沖斷裂；晚石炭世末至早二疊世，板塊處于碰撞后弛張階段，區(qū)域上發(fā)生了廣泛的幔源基性巖漿底侵作用(周剛等，2007)。在瑪因鄂博構(gòu)造擠壓帶北部的西伯利亞板塊—阿勒泰活動大陸邊緣，幔源巖漿底侵導(dǎo)致地殼巖石熔融形成大面積的準(zhǔn)鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)花崗巖，構(gòu)成了可可托海巖漿弧帶的主體；在瑪因鄂博構(gòu)造擠壓帶南部的喀拉通克島弧帶內(nèi)，幔源巖漿侵位或部分熔融地殼中早期的島弧型中基性火山巖，形成了喀拉通克、哈旦孫等酸性-超基性復(fù)式巖體(楊文平等，2005)。在瑪因鄂博構(gòu)造擠壓帶內(nèi)，晚石炭世侵入巖屬于“I”型花崗巖，巖石中Sr的負異常說明巖石經(jīng)歷了斜長石的分離結(jié)晶作用，較低的Sr同位素初始比值具幔源巖漿的特征，說明其源巖來源較深；巖石化學(xué)成分總體富堿低鋁，稀土元素含量高，銪負異常較明顯，具有與A型花崗巖的某些相似特征，但其中鈣、鎂含量明顯高于A型花崗巖；巖石中較明顯的Nb的負異常和較高的稀土含量，具有“I”型花崗巖和“A”型花崗巖的過渡性地球化學(xué)特征。根據(jù)以上特征推斷，在晚石炭世區(qū)域拉張環(huán)境下，由于幔源基性巖漿底侵作用，使得泥盆紀(jì)形成的喀拉通克島弧帶內(nèi)中基性火山巖部分熔融，并經(jīng)過高度的結(jié)晶分異作用形成酸性巖漿，以底僻的方式順瑪因鄂博構(gòu)造帶貫入，并以巖墻擴張的方式定位，形成的侵入巖體與圍巖界線清楚，圍巖變質(zhì)程度較低。在早二疊世，隨著北東—南西向縮短變形難度加大，在區(qū)域性構(gòu)造應(yīng)力作用下，發(fā)生了規(guī)模較大的北西向剪切活動(張湘炳等，1993)，在瑪因鄂博-額爾齊斯構(gòu)造擠壓帶北側(cè)，區(qū)域上可可托海巖漿弧帶內(nèi)的二疊紀(jì)巖體群靠近瑪因鄂博-額爾齊斯擠壓帶變形較強，普遍形成片麻狀構(gòu)造，遠離擠壓帶變形趨于減弱或消失，在擠壓帶內(nèi)發(fā)育北西向滑動面理、礦物拉伸線理及線性剪切柔皺等構(gòu)造，晚石炭世侵入巖體發(fā)生了強烈的糜棱巖化變形，擠壓帶南側(cè)二疊紀(jì)巖體群變形不明顯。上述特征同時也說明，阿爾泰造山帶二疊紀(jì)發(fā)生的韌性剪切變形并非區(qū)域性的，而是主要集中在瑪因鄂博-額爾齊斯構(gòu)造帶內(nèi)。

7 結(jié)論

瑪因鄂博構(gòu)造帶內(nèi)晚石炭世的巖漿活動，標(biāo)志著阿爾泰同造山階段巖漿活動的結(jié)束和后造山階段巖漿活動的開始，為晚石炭世末至早二疊世，西伯利亞板塊與哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊處于碰撞對接后的馳張階段提供了佐證，對深入認識阿爾泰造山作用具有一定的啟示作用。阿爾泰造山帶是中亞造山帶的重要組成部分，但受研究范圍和方向的制約，尤其是缺少境外阿爾泰資料，與中亞增生造山帶的晚石炭世巖漿活動無法進行對比，對瑪因鄂博-額爾齊斯擠壓帶內(nèi)韌性剪切活動的具體時限研究認識不足。

致謝:感謝中國地質(zhì)科學(xué)院張作衡研究員審稿提出的寶貴建議。

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Geochemical Characteristics and Emplacement Mechanism of the Late Carboniferous Intrusive Rocks in Alatubai of Qinghe County, Xinjiang

HE Yongkang, PENG Suxia, CHENG Jianxin, HEI Huan, LI Wenming

(Xi’an Geological Survey Center, China Geological Survey，Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The late Carboniferous adamellite spread to the southwest of Mayin’ebo fracture on a NW-SE long strip in Alatubai area of Xinjiang Qinghe County. They have obvious mylonitized deformation characteristics and are strictly controlled by faults. The grade of the rock K2O + Na2O is 7.55%-9.09%,the ratio of K2O/Na2O is 1-1.88, the Rittman combination index σ is 2.35-2.86. The data suggest that the late Carboniferous adamellite is high-K calc-alkaline rocks; the CIPW standard mineral Q content of 23.14%-31.41% and C content of 0.54%-1.69% indicate that the intrusive body is supersaturated SiO2metaluminous-peraluminous rock, known as type I granite. The ∑REE value of late Carboniferous adamellite is (227.04-326.42)×10-6, with most L/H values less than 10. The enrichment of light REE is middle, with medium δEu anomaly of 0.42-0.58. The trace elements took on positive anomaly of K, Rb, Th, Ce and negative anomaly of Sr, Ba, Nb, P, Ti, and experienced some degree of plagioclase, apatite, ilmenite and other minerals fractional crystallization. The whole-rock δ18O value is 4.4‰-4.6‰, a strong oxygen isotopic exchange occurred between the rock and low 18O meteoric water along fissures infiltration under subsolidus conditions. Together with87Sr/86Sr ratio of 0.70434, it is speculated that the adamellite would be variants of mantle-derived magma. The Rb-Sr isochron age of whole rock minerals is (300±4) Ma. In the middle-late period of Neo-Carboniferons epoch, after the extension stage colliding and connecting between Kazakstan-Junggar and Siberia Plate, the deep mantle-derived basaltic magma raised along faults with partial melting of crustal material, and eventually emplaced by dike spreading with moderate erosion in the latter stage.

late Carboniferous intrusive rocks; tectonic setting of post collision; passive emplacement; Alatubai

2015-04-13；

2015-05-15

中國地質(zhì)調(diào)查局“阿爾泰-準(zhǔn)噶爾北緣成礦帶礦產(chǎn)資源調(diào)查”(12120113041900)

賀永康(1970-)，男,四川省廣安市人,地質(zhì)礦產(chǎn)高級工程師,從事礦產(chǎn)勘查及區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。E-mail：1094855876@qq.com

P588.12

A

1009-6248(2015)03-169-09