北阿爾金早古生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)限:來(lái)自花崗巖的證據(jù)

孟令通, 陳柏林*, 王 永, 孫 岳, 2, 吳 玉, 張文高, 何江濤, 2

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北阿爾金早古生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)限:來(lái)自花崗巖的證據(jù)

孟令通1, 陳柏林1*, 王 永1, 孫 岳1, 2, 吳 玉1, 張文高1, 何江濤1, 2

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京100083)

北阿爾金造山帶中的阿北花崗巖體出露于喀臘大灣與阿爾金北緣斷裂交叉部位的東南側(cè), 主要由黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖組成, 二者巖石地球化學(xué)特征較為相似。鋯石SHRIMP U-Pb定年結(jié)果表明黑云母二長(zhǎng)花崗巖結(jié)晶年齡為 427.3±5.7 Ma。阿北花崗巖體具有以下地球化學(xué)特征: ①高 SiO2(68.68%～72.83%)、高堿(Na2O+K2O= 6.52%～7.91%, Na2O>K2O)、準(zhǔn)鋁質(zhì)(A/CNK≈1); ②高Sr和LREE, 低Y(<10 μg/g)和Yb(<1 μg/g); ③高Sr/Y值(>40); ④非常弱甚至沒(méi)有Eu負(fù)異常。這些特征表明阿北花崗巖體形成于加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融, 其源區(qū)殘留了大量的石榴子石而不含斜長(zhǎng)石; 同時(shí), 巖漿在上升的過(guò)程中經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用。結(jié)合前人研究成果, 在440～420 Ma北阿爾金造山帶中殘留有加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼, 而在420 Ma之后發(fā)生了廣泛的下地殼拆離與減薄。也就是說(shuō), 北阿爾金造山帶構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)限為440～420 Ma, 伴隨著阿北花崗巖體的侵位。

北阿爾金造山帶; 早古生代; 阿北花崗巖體; 構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換; 下地殼部分熔融

0 引 言

阿爾金山位于青藏高原東北緣, 東接祁連山,西接西昆侖, 是我國(guó)塔里木盆地和柴達(dá)木盆地的分界線。近年來(lái), 位于阿爾金山北部的北阿爾金造山帶的早古生代構(gòu)造演化, 尤其是紅柳溝–拉配泉構(gòu)造帶中的蛇綠巖套、高壓變質(zhì)巖帶和巖漿巖組合吸引了國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。研究表明, 這套蛇綠混雜巖帶形成于SSZ構(gòu)造環(huán)境(楊經(jīng)綏等, 2008; 楊子江, 2012), 揭示了北阿爾金洋是受原特提斯洋俯沖影響形成的弧后盆地(吳峻等, 2002; 修群業(yè)等, 2007; 張志誠(chéng)等, 2009; 劉函等, 2013), 而紅柳溝一帶沉積地層的特征也印證了這一點(diǎn)(楊子江, 2012)。張建新等(2007, 2010)對(duì)北阿爾金高壓變質(zhì)帶的報(bào)道表明早古生代發(fā)生過(guò)洋殼的俯沖。同時(shí), 在紅柳溝–拉配泉一帶廣泛發(fā)育500～460 Ma的巖漿活動(dòng), 被認(rèn)為形成于俯沖過(guò)程中, 但俯沖極性爭(zhēng)議較大(Gehrels et al., 2003; 戚學(xué)祥等, 2005a; 吳才來(lái)等, 2005, 2007;韓鳳彬等, 2012; 楊子江, 2012; 郝瑞祥等, 2013; 李松彬, 2013), 郝杰等(2006)根據(jù)蛇綠混雜巖帶基質(zhì)中的絹云母 Ar-Ar測(cè)年結(jié)果將俯沖結(jié)束(碰撞開始)限定在450 Ma左右。而年齡為440～400 Ma的巴什考供盆地南北緣花崗雜巖體(吳才來(lái)等, 2005, 2007)、冰溝巖體(陳宣華等, 2003; 楊子江, 2012)和喀孜薩依巖體(戚學(xué)祥等, 2005b)被認(rèn)為形成于后碰撞階段,這些巖體的報(bào)道雖然對(duì)構(gòu)造環(huán)境有一定的指示意義,但主要探討的是巖漿演化和巖石成因方面的問(wèn)題,也未對(duì)北阿爾金構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換時(shí)間進(jìn)行限定。本文就喀臘大灣地區(qū)阿北花崗巖體的巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征、鋯石SHRIMP U-Pb 年齡進(jìn)行報(bào)道, 并結(jié)合巴什考供盆地南北緣花崗雜巖體和冰溝巖體的研究資料, 討論其巖石成因和構(gòu)造環(huán)境, 并限定北阿爾金構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)間。

1 地質(zhì)背景

北阿爾金造山帶主要由敦煌地塊、紅柳溝–拉配泉早古生代蛇綠混雜巖帶和中阿爾金地塊組成(圖 1), 這些構(gòu)造單元可與柴北緣–祁連地區(qū)相對(duì)比, 指示阿爾金走滑斷裂錯(cuò)斷了400 km左右(許志琴等, 1999; Ritts and Biffi, 2000; 張建新等, 2001; 陳柏林等, 2009, 2010)。

其中, 阿爾金北緣斷裂分隔了敦煌地塊和紅柳溝–拉配泉早古生代蛇綠混雜巖帶。敦煌地塊主體為太古宇達(dá)格拉格布拉克組, 為一套中、高溫角閃巖–麻粒巖相變質(zhì)巖(Lu et al., 2008), 同時(shí)在拉配泉麻扎塔格一帶花崗片麻巖中發(fā)現(xiàn)了該區(qū)古老的繼承性鋯石, 其年齡為3605±43 Ma(李惠民等, 2001)。以構(gòu)造巖塊產(chǎn)出的蛇綠混雜巖在研究區(qū)分布較廣, 大多數(shù)巖體侵入其中(圖 2)。阿北花崗巖體出露于喀臘大灣與阿爾金北緣斷裂交叉部位的東南側(cè), 沿東西向展布, 侵位于蛇綠混雜巖中, 北部以阿北斷裂為界與太古宙地層分割。巖體由灰白色黑云母二長(zhǎng)花崗巖和淺紅色似斑狀二長(zhǎng)花崗巖組成, 野外可見(jiàn)似斑狀二長(zhǎng)花崗巖侵入黑云母二長(zhǎng)花崗巖之中(圖2)。

圖1 北阿爾金構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Geological map of the tectonic units in North Altun

2 巖石學(xué)特征

黑云母二長(zhǎng)花崗巖: 灰白色, 中粗粒等粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要由石英(25%～30%)、堿性長(zhǎng)石(35%～ 40%)、斜長(zhǎng)石(An=10～25, 25%～30%)、黑云母(3%～5%)組成, 副礦物為榍石、磷灰石和鋯石, 含量<2%。其中石英呈它形粒狀、弱波狀消光; 堿性長(zhǎng)石多發(fā)育卡斯巴雙晶和格子雙晶, 部分為條紋長(zhǎng)石; 斜長(zhǎng)石呈自形板狀, 粒徑主要為 2.5～4 mm, 部分發(fā)育聚片雙晶,多發(fā)生絹云母化; 黑云母為片狀, 多數(shù)發(fā)生綠泥石化,標(biāo)本照片和顯微照片見(jiàn)圖3a、c、d。

似斑狀二長(zhǎng)花崗巖: 中粗粒似斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 巖體未變形。斑晶含量約 30%～40%, 主要以正長(zhǎng)石為主, 粒徑為5～20 mm, 有的高達(dá)30 mm, 包括條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石?；|(zhì): 含量約 60%～70%,主要由石英(25%～30%)、堿性長(zhǎng)石(10%～15%)、斜長(zhǎng)石(15%～20%)、黑云母(<5%)和少量榍石、鋯石組成,野外照片和顯微照片見(jiàn)圖3b、e、f, 其中圖3e為巨大的正長(zhǎng)石斑晶, 粒徑可達(dá)10 mm; 圖3f為樣品基質(zhì)特征, 主要由石英、斜長(zhǎng)石、細(xì)粒正長(zhǎng)石組成。

圖2 喀臘大灣地區(qū)阿北花崗巖體周邊地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Simplified geological map of the Kaladawan area with sampling locations of the Abei pluton

圖3 黑云母二長(zhǎng)花崗巖手標(biāo)本照片(a)和顯微照片(c、d)及似斑狀二長(zhǎng)花崗巖野外照片(b)和顯微照片(e、f)Fig.3 Photos of hand specimens(a、b) and micro-photographs (c、d、e、f) of the biotite monzonitic granite and porphyritic monzonitic granite

3 鋯石SHRIMP U-Pb年齡

本次研究采集了黑云母二長(zhǎng)花崗巖樣品 B-2進(jìn)行鋯石SHRIMP U-Pb年代學(xué)研究。采集的樣品用常規(guī)方法將其粉碎至300 μm, 用水淘洗粉塵后, 利用磁法和密度法分選出鋯石, 并在雙目鏡下挑選出結(jié)晶好、無(wú)包裹體、無(wú)裂隙的鋯石單礦物。然后將選出的鋯石和標(biāo)樣(TEM)粘在平坦的玻璃板上, 并上測(cè)定鋯石的U、Th和Pb同位素含量并測(cè)定年齡, 數(shù)據(jù)處理采用ISOPLOT及SQUID1.02程序。樣品的定年結(jié)果見(jiàn)表 1, 代表性鋯石陰極發(fā)光圖像見(jiàn)圖 4。

本文對(duì)B-2樣品分析了10顆鋯石, 鋯石多為自形晶, 為中等柱狀, 少為短柱狀, 長(zhǎng) 65～160 μm, 寬50～80 μm, 長(zhǎng)寬比為1∶1～3∶1。CL圖像顯示鋯石環(huán)帶清晰, 部分鋯石內(nèi)部可見(jiàn)繼承核(圖 4); 鋯石 Th含量為24～561 μg/g, U含量為436～1646 μg/g(表1), Th/U比值為0.02～0.76, 平均值為0.4, 指示其為巖漿成因。

在 CL圖像上, 顆粒 4.1內(nèi)部存在繼承鋯石核,分析點(diǎn)可能少量跨在了繼承鋯石之上, 而使結(jié)果混入了較老的年齡; 顆粒 2.1可能是混入的早期巖漿活動(dòng)的繼承鋯石, 故其年齡較老; 而顆粒5.1邊部較黑的特征表明其 U含量較高, 年齡結(jié)果誤差較大。因此, 這3個(gè)顆粒未參加年齡計(jì)算, 剩余7顆鋯石的分析數(shù)據(jù)在諧和曲線上集中成密集的一簇(圖5), 其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為427.3±5.7 Ma, 代表黑云母二長(zhǎng)花崗巖的結(jié)晶年齡, 而韓鳳彬等(2012)獲得該巖體似斑狀二長(zhǎng)花崗巖形成年齡為417±5 Ma, 略晚于黑云母二長(zhǎng)花崗巖。

表1 黑云母二長(zhǎng)花崗巖(B-2)鋯石SHRIMP U-Pb分析結(jié)果Table 1 Results of SHRIMP U-Pb dating for zircons from the biotite monzonitic granite (B-2)

圖4 黑云母二長(zhǎng)花崗巖(B-2)陰極發(fā)光圖像Fig.4 CL images of zircon grains from the biotite monzonitic granite (B-2)

圖5 黑云母二長(zhǎng)花崗巖中鋯石SHRIMP U-Pb年齡諧和圖Fig.5 SHRIMP U-Pb concordia diagram and histogram of zircon grains from the biotite monzonitic granite

4 地球化學(xué)特征

4.1 測(cè)試方法

本文選取了 6件(2件為黑云母二長(zhǎng)花崗巖、4件為似斑狀二長(zhǎng)花崗巖)新鮮的、未見(jiàn)明顯風(fēng)化蝕變的巖石樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析。巖石主量元素、微量和稀土元素分析在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)中心完成。主量元素采用X熒光光譜儀(3080E)分析測(cè)定, 檢測(cè)下限為 0.05%。其中 FeO采用容量滴定法; 微量元素和稀土元素采用等離子質(zhì)譜(ICP-MS)分析測(cè)定, 檢測(cè)下限為 0.05 μg/g, 部分元素檢測(cè)下限為0.5 μg/g。

4.2 元素特征

在TAS分類圖中樣品點(diǎn)落在花崗巖區(qū)域內(nèi)部及附近, 與野外定名相近(圖6a)。主量元素、微量和稀土元素的測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2, 雖然野外樣品巖性有所差異, 但是表中數(shù)據(jù)所反映出的地球化學(xué)特征較相似。由表2可知, 阿北花崗巖體SiO2含量為68.68%～ 72.83%, 平均值為71.01%; 堿含量較高而CaO含量較低, K2O、Na2O含量分別變化于2.42%～3.62%、3.94%～4.35%, Na2O/K2O>1, 為鈉質(zhì)巖石; 其里特曼指數(shù)(σ)介于1.52～2.11之間, 平均值為1.83, 屬鈣性–鈣堿性巖石, 與硅堿圖(圖 6b)上反映的相一致; 同時(shí)在SiO2-K2O圖(圖6c)中, 樣品點(diǎn)散落在了中鉀鈣堿性–高鉀鈣堿性的邊界附近; Al2O3含量變化于14.73%～15.71%之間, 平均值為 15.23%, 鋁飽和指數(shù)(A/CNK)變化于 0.91～1.05, 大部分在 1.00附近,屬準(zhǔn)鋁質(zhì)–微過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖6d)。

阿北花崗巖體稀土元素的總含量較低(ΣREE= 95.7～136.35 μg/g), LREE/HREE值變化于5.73～8.20, (La/Yb)N值較高, 為 21.61～28.52, 其中黑云母二長(zhǎng)花崗巖稀土總量高于似斑狀二長(zhǎng)花崗巖。稀土配分曲線(圖7a)呈現(xiàn)出明顯的左陡右緩式及無(wú)明顯的Eu異常(δEu=0.77～1.02)的特點(diǎn), 表明輕重稀土分異較大; 在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖 7b)中, 富集大離子親石元素(如: Rb、Ba、Sr等), 虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(如: Nb、 Ta、Ti等)。

4.3 巖石類型

雖然巖體具有A型花崗巖高堿(Bonin, 2007)的特征, 但是樣品高場(chǎng)強(qiáng)元素含量較低(尤其是 Ga)使其都落在I&S的范圍內(nèi)(圖8), 而與A型花崗巖區(qū)別開來(lái)(Whalen et al., 1987)。同時(shí), 巖體準(zhǔn)鋁質(zhì)–微過(guò)鋁質(zhì)的特征(Chappell and White, 1992)及其P2O5隨SiO2增大而減少(表2)的特點(diǎn)使其與S型花崗巖相區(qū)別(Chappell, 1999)。綜合其暗色礦物主要為黑云母(Barbarin, 1999)、稀土配分曲線圖(圖7a)及微量元素蛛網(wǎng)圖(圖 7b)的特征, 我們認(rèn)為阿北花崗巖體為 I型花崗巖。

圖6 阿北花崗巖體TAS分類(a)、MALI (Na2O+K2O-CaO)-SiO2(b)、SiO2-K2O (c)和A/NK-A/CNK (d)圖Fig.6 TAS (a), MALI(Na2O+K2O-CaO) vs. SiO2(b), SiO2vs. K2O (c), and A/NK vs. A/CNK (d) diagrams for classification of meta-igneous rocks from the Abei granitic pluton

5 討 論

5.1 巖石成因

阿北花崗巖體中的黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖具有相似的稀土配分模式和微量元素分布型式(圖7), 表明他們具有相似的演化過(guò)程。同時(shí),二者的主量元素特征如: 高 SiO2、中鉀–高鉀鈣堿性、Na2O>K2O、A/CNK≈1也佐證了這一點(diǎn)?？紤]到巖體的主要礦物為石英、斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石(圖 3),在這些礦物中Sr表現(xiàn)為相容元素(DSr≥1), Rb表現(xiàn)為親巖漿元素(0.2≤DRb≤0.4), 而Nb表現(xiàn)為極不相容元素, 即超巖漿元素(DNb≈0)。因此, 可以用 Rb-Rb/Sr、Nb-Nb/Rb圖解(Schiano et al., 2010)來(lái)綜合判別巖漿形成過(guò)程。

表2 阿北花崗巖體主量(%)和微量(μg/g)元素分析結(jié)果Table 2 Major (%) and trace element (μg/g) compositions of the Abei granitic pluton

圖7 阿北花崗巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值引自Sun and McDonough, 1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a), and primitive mantle-normalized spider diagram (b) for the Abei granitic pluton

在Rb-Rb/Sr圖解(圖9a)中, 樣品數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出曲線趨勢(shì), 表明黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖形成過(guò)程中可能經(jīng)歷了巖漿混合作用或者分離結(jié)晶作用, 而在Nb-Nb/Rb圖解(圖9b)中可以對(duì)巖漿混合作用和分離結(jié)晶作用做出一個(gè)區(qū)別。同樣地, 在La-La/Sm、Th-Th/Nd圖解(圖9)中, 樣品數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出的水平變化趨勢(shì)與分離結(jié)晶過(guò)程相吻合。同時(shí), 結(jié)合黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖REE、P、Sr的變化(表1), 我們認(rèn)為阿北花崗巖體中的黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖是“原始巖漿(parental magma)”不同程度分離結(jié)晶作用形成的,而黑云母二長(zhǎng)花崗低Si、高REE的特征表明其更接近“原始巖漿”的組分。

相對(duì)于主量元素, 樣品稀土元素變化較大, 表明副礦物的分離結(jié)晶對(duì)巖體地球化學(xué)特征(尤其是REE)具有十分重要的控制作用。REE隨著SiO2含量的增加而降低, 表明花崗質(zhì)巖石中常見(jiàn)的副礦物,例如: 磷灰石、榍石、鋯石、褐簾石、獨(dú)居石可能發(fā)生了分離結(jié)晶作用。對(duì)于黑云母二長(zhǎng)花崗巖(A1、A2)和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖(B1～B4)而言, 隨著REE含量或La的降低(從A1、A2到B1～B4), P2O5、Th的含量有所升高(表2), 表明巖漿結(jié)晶過(guò)程中褐簾石發(fā)生了分離結(jié)晶(Wang et al., 2007; He et al., 2011; Wu et al., 2011)。同時(shí), 鋯石的分離結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致(La/Yb)N和(Dy/Yb)N急劇升高(Bea et al., 1994); 榍石的分離結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致Nb/Ta比值升高(Prowatke and Klemme, 2005); 而獨(dú)居石的分離結(jié)晶會(huì)導(dǎo)致 Y含量降低和Sr/Y值升高(Wang et al., 2007)。在表2中, 隨著La的降低, (La/Yb)N(21.61～28.52)、Nb/Ta(8.81～13.87)、Sr/Y(49.13～68.04)并沒(méi)有發(fā)生明顯的變化, 說(shuō)明巖漿結(jié)晶過(guò)程中獨(dú)居石、榍石、鋯石沒(méi)有發(fā)生分離結(jié)晶。而La-(La/Yb)N圖解(圖10)也說(shuō)明從黑云母二長(zhǎng)花崗巖到似斑狀二長(zhǎng)花崗巖的演化過(guò)程中褐簾石的分離結(jié)晶起到十分重要的作用(Wu et al., 2011; Xiao et al., 2014)。

圖 8 (Na2O+K2O)-10000×Ga/Al (a); FeOT/MgO-10000×Ga/Al (b); (Na2O+K2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y) (c); FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解(d) (底圖據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.8 Diagrams of (Na2O+K2O) vs. 10000×Ga/Al (a); FeOT/MgO vs. 10000×Ga/Al (b); (Na2O+K2O)/CaO vs. Zr+Nb+Ce+Y (c); FeOT/MgO vs. (Zr+Nb+Ce+Y) (d)

黑云母二長(zhǎng)花崗巖更接近“原始巖漿”, 而且在巖漿分離結(jié)晶過(guò)程中Sr、Y、Yb含量基本未發(fā)生變化, 表明“原始巖漿”具有高 Sr(≥400 μg/g)、低Y(≤19 μg/g)、低Yb(≤2 μg/g)、中鉀–高鉀鈣堿性(Na質(zhì)巖石)、準(zhǔn)鋁質(zhì)的埃達(dá)克質(zhì)巖石的地球化學(xué)性質(zhì)。一般認(rèn)為埃達(dá)克質(zhì)巖石的成因模式有3種: (1) 俯沖板片部分熔融(Defant and Drummond, 1990); (2) 加厚下地殼部分熔融(張旗等, 2001a, 2001b, 2008; Hou et al., 2004; Gao et al., 2004; 張旗, 2011); (3) 玄武質(zhì)巖漿高壓結(jié)晶分異(Castillo, 1999)。通過(guò)玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異形成的花崗巖是極少量的, 而研究區(qū)廣泛分布花崗巖而未見(jiàn)大量的鎂鐵質(zhì)巖石, 故而排除玄武質(zhì)巖漿高壓結(jié)晶分異成因。同時(shí), 巖體具有大陸下地殼(LCC)的地球化學(xué)特征(高 Na2O含量、高Na2O/K2O、低Rb/Ba; Rudnick and Gao, 2003), 排除了俯沖板片部分熔融成因。阿北花崗巖體表現(xiàn)出的輕重稀土強(qiáng)烈分餾(具高(La/Yb)N值)、無(wú)Eu異常的特點(diǎn), 表明部分熔融過(guò)程中源區(qū)主要?dú)埩羰褡邮?Klein et al., 2000; Bludy and Wood, 2004)而缺乏斜長(zhǎng)石, 導(dǎo)致熔體富Na2O(He et al., 2011)。實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明源區(qū)殘留石榴子石(不含斜長(zhǎng)石)是角閃巖或玄武巖(基性下地殼)在高壓(>1.5 GPa)下的脫水熔融形成的(Patino Douce et al., 1995; Rapp and Waston, 1995; Skjerlie and Johnston, 1996)。

圖9 阿北花崗巖體巖石成因圖解(據(jù)Schiano et al., 2010)Fig.9 Rb-Rb/Sr (a), Nb/Rb-Nb (b), La/Sm-La (c) and Th/Nd-Th (d) plots for the Abei granitic pluton

圖10 阿北花崗巖體(La/Yb)N-La圖解Fig.10 (La/Yb)Nvs. La diagram showing the treads of accessory mineral crystallization

有學(xué)者認(rèn)為L(zhǎng)CC高Sr/Y(>80, Moyen, 2009)的特征使其盡管在低壓下的部分熔融也會(huì)產(chǎn)生類似埃達(dá)克質(zhì)的巖漿, 但是其低(Dy/Yb)N(≤1.6, Rudnick and Gao, 2003)特點(diǎn)只能使低壓下LCC的部分熔融產(chǎn)生具更低(Dy/Yb)N值的熔體, 而并非是阿北花崗巖顯示的高(Dy/Yb)N值(He et al., 2011)。所以, 我們認(rèn)為阿北花崗巖體形成于加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融, 其源區(qū)以殘留石榴子石為特征, 表明當(dāng)時(shí)地殼厚度>50 km(Rapp and Watson, 1995; 張旗等, 2001a, 2001b, 2008, 2011; Zeng et al., 2011; He et al., 2011)。同時(shí), 巖漿在上升過(guò)程中經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用,形成了黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖。

5.2 北阿爾金構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換時(shí)限

區(qū)域上形成于～430 Ma左右的巴什考供盆地南北緣花崗雜巖體、冰溝巖體、白尖山東二長(zhǎng)花崗巖體被認(rèn)為是后碰撞階段的產(chǎn)物(陳宣華等, 2003; 吳才來(lái)等, 2005, 2007; 韓鳳彬等, 2012; 楊子江, 2012),而形成于404 Ma具有“滯留型弧火山巖”特征的喀孜薩依花崗巖也被認(rèn)為形成于這一階段(戚學(xué)祥等, 2005b; Lu et al., 2013)。韓鳳彬等(2012)獲得阿北巖體似斑狀二長(zhǎng)花崗巖SHRIMP鋯石 U-Pb年齡為417 Ma,本次研究獲得黑云母二長(zhǎng)花崗巖年齡(427.3±5.7 Ma)稍早于似斑狀二長(zhǎng)花崗巖, 與巖漿的分離結(jié)晶過(guò)程相吻合, 且二者均落入前人劃分的后碰撞階段。同時(shí), 阿北花崗巖體的地球化學(xué)特征和成因特征與張旗等(2001a, 2001b, 2008)和張旗(2011)提出的C型埃達(dá)克巖、趙振華等(2006)在新疆北部發(fā)現(xiàn)的底侵型埃達(dá)克巖和Zeng et al. (2011)在喜馬拉雅造山帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)的高 Sr/Y巖體有著相似之處, 是同碰撞階段(擠壓)向后碰撞階段(伸展)轉(zhuǎn)換的特征產(chǎn)物。

結(jié)合前人研究成果, 我們將北阿爾金造山帶后碰撞巖漿活動(dòng)(440～400 Ma)劃分成兩個(gè)階段: (1) 440～420 Ma, 高Sr/Y巖體與低Sr/Y巖體同時(shí)發(fā)育,以阿北巖體和巴什考供盆地南北緣花崗雜巖體為代表; (2) 420～400 Ma, 低Sr/Y巖體在區(qū)域內(nèi)廣泛分布,以冰溝巖體和大平溝金礦巖體為代表(圖 11)。這表明, 440～420 Ma北阿爾金造山帶處在構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換時(shí)期, 區(qū)域上的伸展導(dǎo)致地殼減壓熔融形成低 Sr/Y巖體, 但局部仍存在加厚(>50 km)的基性下地殼部分熔融的產(chǎn)物(阿北巖體)。當(dāng)然, 軟流圈物質(zhì)上涌產(chǎn)生的熱量是加厚下地殼部分熔融的重要原因; 420～400 Ma北阿爾金造山帶去根作用和地殼拆離、減薄以及軟流圈物質(zhì)上涌等作用加強(qiáng), 促使造山帶崩塌并使地殼發(fā)生廣泛的減壓熔融而形成一系列低Sr/Y巖體。雖然Keay et al. (2001)認(rèn)為可以把加厚地殼熔融作用開始的時(shí)間看作是伸展開始的時(shí)間, 但我們更傾向于加厚下地殼部分熔融向地殼減薄熔融過(guò)渡的時(shí)間是構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)間(He et al., 2011)。同時(shí), 在北祁連西段和中祁連地塊中也有類似的埃達(dá)克巖報(bào)道: 前者形成于俯沖板片折返過(guò)程中的減壓熔融, 后者形成于板片拆沉、地幔物質(zhì)上涌造成下地殼部分熔融; 二者形成年齡均在 440 Ma左右,屬后碰撞階段的產(chǎn)物(陳育曉等, 2012; Yang et al., 2015)。通過(guò)與北祁連的對(duì)比, 表明北阿爾金造山帶和北祁連造山帶在 440 Ma左右經(jīng)歷了俯沖板片的拆沉、折返, 地幔物質(zhì)的上涌, 下地殼部分熔融, 地殼減薄等事件。而阿北花崗巖體的發(fā)現(xiàn)和成因解釋,表明北阿爾金造山帶在 420 Ma仍殘留有加厚的下地殼, 為北阿爾金構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的時(shí)限問(wèn)題提供了有力證據(jù), 與北祁連造山帶略有差異, 希望通過(guò)進(jìn)一步的研究解釋這種差異存在的原因。綜上所述,北阿爾金造山帶構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換發(fā)生的時(shí)間為440～420 Ma左右, 即早志留世, 伴隨著阿北花崗巖體的侵入。

圖11 北阿爾金后碰撞花崗質(zhì)巖石Sr/Y-Y (a, Defant and Drummond, 1990)和Sr/Y-年齡圖解(b)Fig.11 Sr/Y vs. Y (a), and Sr/Y vs. age (b) diagrams for the post-collisional granitoids in North Altun

6 結(jié) 論

形成于 427.3±5.7 Ma的阿北花崗巖體具有高SiO2、Sr含量, 低HREE和Y含量, 明顯的輕重稀土元素分餾及高 Sr/Y比值, 且具有 Sr正異常和無(wú)Eu異常的特征。巖石地球化學(xué)性質(zhì)顯示其形成于加厚的鎂鐵質(zhì)下地殼的部分熔融, 源區(qū)以殘留大量石榴子石而不含斜長(zhǎng)石為特征, 巖漿在上升過(guò)程中經(jīng)歷分離結(jié)晶作用, 形成了黑云母二長(zhǎng)花崗巖和似斑狀二長(zhǎng)花崗巖。結(jié)合區(qū)域上同期發(fā)生的巖漿活動(dòng),我們認(rèn)為北阿爾金造山帶構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換發(fā)生在440～420 Ma。

致謝： 論文審稿過(guò)程中, 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所張建新研究員和另一位匿名審稿人提出了寶貴的建議和意見(jiàn), 在此表示感謝。

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Timing of Early Paleozoic Tectonic Regime Transition in North Altun: Evidence from Granite

MENG Lingtong1, CHEN Bailin1*, WANG Yong1, SUN Yue1, 2, WU Yu1,
ZHANG Wengao1and HE Jiangtao1, 2
(1. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China; 2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China)

The Abei granite is exposed on the intersection of the Kaladawan and North Altun faults in the North Altun orogenic belt. The pluton consists of biotite monzonitic granite and porphyritic monzonitic granite, both of which have similar geochemical features. Zircon SHRIMP U-Pb dating indicates that the biotite monzonitic granite was formed at 427.3±5.7 Ma. The granitic rocks are metaluminous (A/CNK≈1) and characterized by high SiO2(68.68%～72.83%) and ALK (Na2O+K2O=6.52%～7.91%, Na2O>K2O), relatively high Sr and LREE, and low Y (<10 μg/g) and Yb (<1 μg/g) with high Sr/Y (>40) ratios and very weak or no Eu anomalies. The geochemical features of the pluton are best explained by partial melting of the thickened mafic lower continental crust with garnet-dominant, plagioclase-poor remnant. Moreover, trace element variation of the granites is controlled by separation of accessory minerals such as apatite, allanite. Features similar to those of the Abei granite are not observed in post-collisional granitoids younger than ca.420 Ma, which indicates that the detachment of thickened mafic lower crust occur at 440 420- Ma. Transition of tectonic regimes from compression to extension in this stage led to the formation of the Abei granite in the North Altun orogenic belt.

North Altun orogenic belt; Early Paleozoic; Abei granitic pluton; tectonic transition; partial melting of the thickened mafic lower continental crust

P595; P597

A

1001-1552(2016)02-0295-013

10.16539/j.ddgzyckx.2016.02.008

2015-03-12; 改回日期: 2015-06-10

項(xiàng)目資助: “十一五”、“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2006BAB07B02-04、2011BAB06B08-04)、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查專項(xiàng)(1212011085043)和國(guó)家自然科學(xué)基金(41502086)聯(lián)合資助。

孟令通(1991–), 男, 碩士研究生, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。Email: tone18@sina.com

陳柏林(1962–), 男, 研究員, 從事區(qū)域構(gòu)造、礦田構(gòu)造和成礦預(yù)測(cè)研究。Email: cblh6299@263.net