新疆阿爾泰山西北部喀拉斯巖體鋯石U-Pb年齡及構造意義

加爾肯·吐爾得哈孜；德勒恰提·加娜塔依；趙同陽；韓瓊；吾克依拉·吾鐵樸(.新疆大學地質與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830046；.新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆阿爾泰山西北部喀拉斯巖體鋯石U-Pb年齡及構造意義

加爾肯·吐爾得哈孜1；德勒恰提·加娜塔依1；趙同陽2；韓瓊2；吾克依拉·吾鐵樸1
(1.新疆大學地質與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000)

新疆阿爾泰山西北部喀拉斯巖體位于喀納斯河以北，采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb法測得該巖體諧和年齡為(473.3±2.9)Ma(MSWD=0.36)，表明該巖體侵入時代為早奧陶世。巖石地球化學特征顯示巖體具高硅、富鈉、高鉀及鋁過飽和特征，屬高鉀鈣堿性高溫型強過鋁質花崗巖。微量元素Rb，Th，La等相對富集，Nb，Sr，Ti，Ba等虧損，LREE富集，HREE虧損，具較強的Eu負異常。綜合前人研究成果認為：該巖體是典型的S型花崗巖，形成于活動大陸邊緣的島弧環(huán)境。

喀拉斯巖體；強過鋁質花崗巖；奧陶紀；鋯石U-Pb

阿爾泰造山帶是中亞巨型造山帶的重要組成部分，呈SE走向。阿爾泰造山帶演化過程中形成多期巖漿活動，花崗巖在該造山帶占40%以上，記錄了其形成、演化史[1-5]。前人運用不同定年方法獲得了阿爾泰山花崗巖類大量年齡數據[6-9]，但由于測試方法、精度及取樣等的差異性和阿爾泰造山帶經歷的多期構造熱事件，使獲得的部分數據不能真實反映巖體侵位時代。同時，由于工作程度不均，以往工作主要集中于阿爾泰山中、東段，對西段研究較薄弱，對部分巖體尚無系統的年代學及地球化學研究[10]，因此，目前對新疆阿爾泰造山帶西段花崗巖類成巖時代無統一認識，對重建構造演化史具較大影響。本文在區(qū)調工作基礎上，選擇喀拉斯巖體開展研究，以期為重建阿爾泰構造演化史提供依據。

圖1　喀拉斯巖體區(qū)域地質圖Fig.1 Regional geological map of Kalas rock body

1　地質背景

阿爾泰造山帶位于西伯利亞克拉通和塔里木-華北克拉通之間，北鄰西薩彥嶺古島弧帶和烏列善-科布多古島弧帶，西南以額爾齊斯深斷裂與準噶爾地體相接，該造山帶西起俄羅斯、哈薩克斯坦，穿過新疆北部，直到蒙古南部，綿延兩千多公里(圖1)。該造山帶是中亞增生型造山帶的重要組成部分和典型代表，是研究增生型造山帶及顯生宙地殼生長的最佳地區(qū)之一，因此，該造山帶近年來引起了國內外眾多學者的廣泛研究興趣，并成為國際地學界研究的熱點地區(qū)之一[6,11-12]。該造山帶晚前寒武紀晚期到早古生代早期為穩(wěn)定大陸邊緣階段，古生代發(fā)生了俯沖、碰撞、增生。其中，早古生代(奧陶—泥盆紀)為洋殼俯沖階段，之后可能發(fā)生碰撞造山作用。額爾齊斯以南即準噶爾造山帶，在石炭紀可能仍發(fā)生俯沖碰撞作用[11]?？箮r體位于阿爾泰造山帶西北部，呈不規(guī)則狀分布于喀納斯河以北，出露面積約38 km2，深部侵入到震旦系—下寒武統喀納斯群(Z—∈1K)，為一套中淺變質巖系，主要巖性為深灰色含紅柱石黑云石英片巖、灰色二云母紅柱石片巖、深灰色黑云母石英片巖、深灰色含紅柱石黑云母石英片巖、深灰色二云母紅柱石片巖、灰綠色黑云母紅柱石石英片巖、深灰色黑云母紅柱石石英片巖等?？{斯群與巖體呈似整合接觸，巖性上漸變過渡。巖體與喀納斯群呈“交生”狀態(tài)，由巖體向喀納斯群，花崗質逐漸減少，圍巖殘留物迅速增多。

2　樣品特征及測試方法

2.1樣品特征

在野外工作基礎上，筆者沿喀拉斯巖體連續(xù)采樣，共采集同位素測年樣1件，全巖樣4件。編號為TW4004、YQ4001、YQ4002、YQ4003、YQ4004。

巖體為灰白色片麻狀黑云母二長花崗巖。巖石風化面呈深灰色，新鮮面呈淺灰色，半自形粒狀，片麻狀構造。巖石主要礦物有：石英(25%±)、斜長石(35%±)、鉀長石(20%±)、黑云母(20%±)及少量白云母。巖石中礦物定向排列明顯，具明顯的拉伸線理，且長英質礦物條帶略彎曲變形，呈似片麻狀構造，巖體表面受后期變質作用影響顯著，節(jié)理發(fā)育，風化破碎嚴重，球形風化特征明顯。

標本鏡下鑒定特征表明，巖石由碎斑、碎基組成。碎斑由鉀長石、石英為主，分布個別斜長石，碎斑呈眼球狀平行定向分布，并具波狀消光，大部分石英由微粒集合體組成，呈長條狀、透鏡狀定向分布（圖2）。

糜棱基質主要由很細的長石、石英、黑云母組成，并呈紋線條帶狀平行定向分布，呈假流動構造，少量黑云母、白云母呈云母魚狀定向分布，在黑云母之間分布少量他形微粒、微柱狀綠簾石，據殘留碎斑成分看，相當于花崗巖成分。

2.2測年方法

全巖分析在新疆維吾爾自治區(qū)礦產實驗研究所完成，鋯石挑選在河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室完成，制靶和CL及反射光和透射光拍照在重慶宇勁科技有限公司完成，測年在南京大學礦物礦床研究國家重點實驗室完成，測試使用與New Wave 213 nm激光取樣系統連接起來的Agient 7500a ICP-MS完成。分析過程中，激光束斑直徑采用20~30 μm。樣品經剝蝕后，由He氣作為載氣，再和Ar氣混合后進入ICP-MS分析，U-Pb分餾據澳大利亞鋯石標本GEMOC GJ-1(207Pb/206Pb age of(608± 1.5)Ma，Jackson et al.,2004)來校正，鋯石標樣Mud Tank(Inercept age of(732±5)Ma，Buck and Gulson, 1978)為內標，控制分析精度。每個測試流程的開頭和結尾分別測試2個GJ標樣，另外測試1個MT標樣和20個待測樣品點。U-Pb年齡和U，Th，Pb的計算由GLITTER軟件(ver 4.4)獲得，普通Pb校正和及和諧圖繪制運用Isoplot(Andersen，2002)完成。

3　測試結果

圖2　喀拉斯巖體樣品的巖體宏觀（a）及正交偏光（b）照片Fig.2 Macro and orthogonal polarized photo of Kalas rock body

CL照片顯示鋯石形態(tài)復雜(圖3-a)，有短柱狀、長柱狀、長板狀。振蕩環(huán)帶結構較發(fā)育，為典型的巖漿型鋯石。選擇環(huán)帶清晰、無裂紋的鋯石進行LA-ICP-MS打點，獲得19個點數據。測試數據經普通鉛校正后得到208Pb/232Th比值約0.02(表1)，在UPb諧和圖上，數據點都集中在諧和線上及其附近較小區(qū)域內(圖3-b)，諧和度較高，年齡集中在466~ 479 Ma，密集分布。19個測點的206Pb/238U諧和年齡為(473.3±2.9)Ma(MSWD=0.36)，代表巖漿的結晶年齡，說明喀拉斯巖體形成時代為早奧陶世。

圖3　喀拉斯巖體樣品鋯石陰極發(fā)光圖（a）和鋯石U-Pb和諧圖（b、c）Fig.3 Cathode light images of representative zircon（a）and U-Pb Concordia diagram（b、c）for zircons from Kalas rock body

表1　喀拉斯巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating of Kalas rock body

4　地球化學特征

4.1主量元素特征

巖石化學分析結果顯示(表2)，喀拉斯巖體具高硅(70.26%~71.68%)、富鈉(3.06%~3.2%)、高鉀特征。Si2O-K2O圖解上樣品點落在高鉀鈣堿性系列區(qū)內(圖4-a)。巖石具中等Al2O3(41.16%~14.96%)。鋁過飽和指數A/CNK為1.185~1.26，均大于1.1，A/NK 為2.03~2.17，在A/CNK-A/NK圖解中所有樣品均落在過鋁質區(qū)(圖4-b)。CIPW標準礦物計算結果出現較多剛玉，綜上認為喀拉斯巖體為高鉀鈣堿強過鋁質花崗巖。

表2　喀拉斯巖體主量元素、微量元素、稀土元素測試結果Table 2 Main elementsTrace elements and Rare earth elements of kalas rock body

4.2稀土、微量元素特征

喀拉斯巖體的稀土元素總量較低(84.80×10-6~ 150.20×10-6)，平均103.597 5×10-6。LREE/HREE= 4.31~6.36，(La/Yb)N=3.84~8.95。在稀土元素分布模式圖上，整體右傾，說明輕稀土富集，重稀土虧損。負銪異常明顯，δEu=0.61~0.67，呈“V”型谷狀(圖5-a)，在分布模式圖左側，曲線陡峻，說明輕稀土內部分餾程度強，而右側曲線較平緩，表明重稀土內部分餾較弱。負銪異常表明喀拉斯巖體在巖漿演化過程中，斜長石、磷灰石、鈦鐵礦等發(fā)生了分離結晶作用。

微量元素特征表明(表2，圖5-b)，Rb，Th等元素含量相對較高，分別為132×10-6~170×10-6、3×10-6~ 5.6×10-6；Rb，Th，La等元素相對富集，具相對正異常；Nb，Sr，P，Ti，Ba等元素虧損，具明顯負異常。Sr，Ti負異常特別明顯，表明源區(qū)具較多斜長石殘留或斜長石分離結晶。

5　討論

5.1巖石成因

喀拉斯花崗巖中含石英、黑云母、鉀長石和斜長石的組合。富SiO2、富堿、高鉀,CaO含量較低。A/CNK大于1.1，CIPW標準化計算中剛玉分子含量在2.62%~3.43%，均大于1%，說明喀拉斯巖體為強過鋁質花崗巖。Na2O大于3%，Al2O3大于(Na2O+ K2O+CaO)，均大于1.1，認為該巖體為過鋁質花崗巖，可能由于巖石中含黑云母、電氣石，矽線石等特征礦物所致。強過鋁質花崗巖主要是富鋁的地殼物質部分熔融的產物，其Al2O3/TiO2比值可反映部分熔融時的溫度。與具高Al2O3/TiO2比值的強過鋁花崗巖相比，具低Al2O3/TiO2比值的強過鋁花崗巖是在更高溫度下形成的?？箮r體的Al2O3/TiO2比值為32.52~35.76，變化不大，為具較低Al2O3/TiO2比值的強過鋁花崗巖，因此，屬高溫型強過鋁花崗巖。在R1-R2圖解中(圖6-a)，樣品均落在S型花崗巖區(qū)，推斷該巖體可能為S型花崗巖，在A/CNK-A/NK圖解中(圖4-b)，樣品均落在過鋁質區(qū)，說明喀拉斯巖體為典型的S型花崗巖。綜上認為該巖體為高鉀鈣堿性高溫強過鋁質S型花崗巖。

5.2物質來源

喀拉斯巖體具較高K，Rb，Cs含量及K2O/Na2O、Rb/Sr比值，表明源區(qū)有大量云母類礦物存在，較高的CaO/Na2O比值(大于0.4)，以及在Rb/Ba-Rb/Sr判別圖中(圖略)，樣品落在雜砂巖區(qū)域，表明喀拉斯強過鋁花崗巖源區(qū)主要為年輕低成熟度的變質雜砂巖。

圖4　喀拉斯巖體Si2O-K2O圖解(a)和A/CNK-A/NK圖解(b)Fig.4 Si2O-K2O diagram(a)and A/CNK-A/NK diagrams of Kalas rock body(b)

圖5　喀拉斯巖體稀土球粒隕石標準化圖解(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網圖解(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized spidergrams patterns(b)of Kalas rock body

關于阿爾泰花崗巖的物質來源，目前尚存不同看法。諸多學者通過Sr，Nd，Pb同位素分析，認為阿爾泰花崗巖成因復雜，具多成巖、多類型特征[13-14]。部分學者認為阿爾泰地區(qū)花崗巖主要來自地殼沉積物，其主體是S型花崗巖[15]；巖漿侵位期間有不同程度的殼幔混染[16]，亦有學者因花崗巖Pb同位素(206Pb/204Pb、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb)比值較低且變化幅度小、未顯示空間分帶性等特征，認為花崗巖源區(qū)可能為上地?；蛏畈康貧17]。本次研究結果表明，上部陸殼Rb/Sr比值約0.32，大陸殼平均為0.24[18]，該巖體中Rb/Sr比值為1.8~2.1，平均1.94，高于上部陸殼和大陸殼的平均值，判斷該巖體物質源區(qū)很可能是上部陸殼范圍。結合野外調查，推斷該巖體巖漿源巖可能為地殼沉積物。

5.3構造環(huán)境

喀拉斯花崗巖體為早奧陶世((473.3±2.9)Ma)巖漿活動產物，同位素上具與阿爾泰造山帶內早古生代晚期花崗巖(如阿維灘巖體、瓊庫爾巖體)相似的特征[19-20]。微量元素呈貧Zr，Hf，明顯虧損Nb，Sr，P，Ti，Ba，具明顯Eu負異常，富集Rb，Th，La，U和輕稀土元素，具大陸邊緣陸緣弧特征[21-22]；在花崗巖微量元素Ta-Yb圖解上(圖6-b)，樣品均落在火山弧花崗巖區(qū)內，說明喀拉斯巖體屬火山弧花崗巖。在微量元素蛛網圖中，喀拉斯巖體明顯虧損Nb，Sr，P，Ti，Ba等元素，相對富集Rb，Th，La等元素，表明該巖體存在明顯大陸地殼物質的加入。因此，認為喀拉斯巖體形成于活動大陸邊緣的島弧環(huán)境。

阿爾泰造山帶花崗巖發(fā)育，主要形成于加里東晚期和華力西期，而華力西期巖體大多為晚期[13]。對阿爾泰花崗巖最新的研究成果表明，阿爾泰造山帶的碰撞造山活動主要形成于450~370 Ma，布爾根堿性花崗巖的形成(350 Ma)可能代表了主體造山活動的結束[17]。阿爾泰造山帶大多數華力西早期花崗巖應為碰撞前期產物，其中有相當一部分具過鋁及強過鋁質花崗巖的報道[5-6,13]。在中亞造山帶中碰撞前強過鋁鈣堿性花崗巖少量分布，因此，碰撞前強過鋁鈣堿性花崗巖或為阿爾泰造山帶及中亞造山帶的一種重要巖石成因類型。喀拉斯強過鋁鈣堿性花崗巖的確認，為研究阿爾泰造山后階段巖漿作用及大陸地殼生長方式提供了新資料[4,23-24]。

圖6　喀拉斯巖體R1-R2圖解(a)和Ta-Yb圖解(b)Fig.6 R1-R2diagram(a)and Ta-Yb diagram for Kalas rock body(b)

6　結論

綜合阿爾泰造山帶西段花崗巖巖石學研究、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、花崗巖分布特征及區(qū)域構造分析，可得如下推斷：

(1)喀拉斯巖體形成巖年齡為(473.3±2.9)Ma，為早奧陶世。

(2)由高鉀鈣堿性高溫強過鋁質S型花崗巖推斷該巖體巖漿源巖可能為地殼沉積物。

(3)該巖體形成于活動大陸邊緣的島弧環(huán)境。

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Zircon U-Pb Ageand Tectonic Significanceof KalasRock Body in Western Altay Mountain,Xinjiang

Jia Erken·Tu Erdehazi1,De Leqiati·Jia Natayi1,Zhao Tongyang2,Han Qiong2,Wu Keyila·Wu Tiepu1
(1.Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Geological Research Academe of Xinjiang, Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Kalas rock,which is in the northwest of Xinjiang Altai,is located in the north of Kanas River,LA-ICP-MS zircon U-Pb result indicate that the concordant age of rock is(473.3±2.9)Ma(MSWD=0.36),it represents that the intrusive time is Early Ordovicia.Geochemistry shows a high silica,sodium-rich,high potassium and aluminum over-saturation characteristics,belonging to high-K calc-alkaline high temperature SPGs.Trace elements show Rb,Th,La and other elements are enriched,Nb,Sr,P,Ti,Ba and other elements loss,LREE enrichment,HREE loss,a strong negative Eu anomalies.Based on the previous research results,this paper suggests that Kalas rock is a typical S-type granites,and the rock formed in active continental margin arc environment.

Kalas Rock;SPGs;Ordovician;zircon U-Pb dating

1000-8845(2016)03-338-07

P597+.3，P541

A

項目資助:新疆阿爾泰1∶5萬M45E021013等四幅區(qū)域地質礦產調查項目（12120114040701）資助

2015-11-16；

2016-01-05；作者E-mail:jarken229@126.com

加爾肯·吐爾得哈孜（1989-），男，新疆伊犁人，新疆大學地質資源與地質工程專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向為礦產資源預測

德勒恰提·加娜塔依（1962-），女，新疆大學地質與礦業(yè)工程學院研究員，主要從事石油天然氣地質綜合研究。E-mail:jdeleqiati@sina.com