西天山阿吾拉勒東南部晚石炭世—中二疊世中酸性小巖體成因及地質(zhì)意義

黃棟 張成立 馬中平++何賢英++高曉峰 魏強(qiáng) 楊蓉 孫吉明 李平

陜西 西安710054； 3中國(guó)石油新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠，新疆 阜康831511）

摘要：西天山阿吾拉勒東南部艾肯達(dá)坂花崗巖和2752高地閃長(zhǎng)玢巖淺成小巖體侵入于石炭系火山沉積巖中，巖石無(wú)變形，呈均一塊狀，具斑狀/似斑狀結(jié)構(gòu)，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖類，富集Rb、Th、U、K和Pb等大離子親石元素，貧Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，顯示中等到弱的負(fù)Eu異常，虧損Nb、Ta、P、Ti和Sr等元素，具殼源島弧區(qū)巖漿作用的地球化學(xué)特征。這兩個(gè)巖體鋯石均為正εHf（t）值和新元古代Hf陸殼模式年齡，指示其主要源自新元古代陸殼物質(zhì)的部分熔融，個(gè)別鋯石εHf（t）值明顯高表明巖體形成過(guò)程還有幔源巖漿物質(zhì)的加入。LAICPMS鋯石UPb定年分別獲得2752高地閃長(zhǎng)玢巖307 Ma和艾肯達(dá)坂花崗巖282 Ma的形成年齡，與區(qū)域上同期小巖體一同對(duì)應(yīng)于西天山大規(guī)模殼?；◢弾r漿活動(dòng)末期，證明在晚石炭世—中二疊世期間，伴隨著西天山大規(guī)模花崗巖漿活動(dòng)的減弱，出現(xiàn)一期重要的小規(guī)模中酸性巖漿活動(dòng)。綜合分析西天山晩石炭世—中二疊世各類巖漿作用，該時(shí)期中酸性小巖體為后碰撞向陸內(nèi)伸展拉張過(guò)渡階段巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，指示西天山晚石炭世晚期深部動(dòng)力學(xué)背景和構(gòu)造環(huán)境發(fā)生了重要轉(zhuǎn)折。

關(guān)鍵詞：中酸性小巖體；鋯石UPb年齡；地球化學(xué)；Hf同位素；成因；后碰撞；西天山

中圖分類號(hào)：P597+.3；P595文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Origin and Its Geological Significance of Late CarboniferousMiddle

Permian Intermediateacid Small Plutons in the Southeastern Awulale Area of West Tianshan， China

HUANG Dong1， ZHANG Chengli1， MA Zhongping2， HE Xianying3， GAO Xiaofeng2，

WEI Qiang1， YANG Rong1， SUN Jiming2， LI Ping2

（1. State Key Laboratory of Continental Dynamics， Northwest University， Xian 710069， Shaanxi， China；

2. Xian Center of Geological Survey， China Geological Survey， Xian 710054， Shaanxi， China；

3. Zhundong Oil Production Plant， Xinjiang Oilfield Company， PetroChina， Fukang 831511， Xinjiang， China）

Abstract： Aikendaban granite and 2752 Gaodi dioritic porphyrite in the southeastern Awulale area of West Tianshan intrude into Carboniferous volcanicsedimentary sequences， showing undeformed uniform massive structures and porphyric/porphyriclike textures. Geochemically， they are enriched in large ion lithophile elements （Rb， Th， U， K， Pb， etc.）， poor in high field strength elements （Zr， Hf， etc.）， depleted in Nb， Ta， P， Ti， Sr， etc.， Eu anomalies are weakmedium negative， displaying the feature similar to those of crustderived magmatism in island arc. The zircons from Aikendaban granite and 2752 Gaodi dioritic porphyrite have positive εHf（t） and Neoproterozoic continental crust model age， suggesting that they result from the partial melting of Neoproterozoic continental crust materials； however， individual zircons have higher εHf（t）， indicating the involvement of mantlederived magmatic materials during the formation of granitic pluton. LAICPMS zircon UPb ages of Aikendaban granite and 2752 Gaodi dioritic porphyrite are 282 Ma and 307 Ma， respectively； the ages correspond to the forming period of regional small plutons and the late period of largescale crustmantle granitic magmatism in West Tianshan， suggesting a smallscale intermediateacid magmatism with the weakening of largescale granitic magmatism from Late Carboniferous to Middle Permian. Based on the comprehensive analysis of Late CarboniferousMiddle Permian magmatism， the occurrence of these small plutons indicates an intermediateacid magmatism， implying a decreasing of largescale magmatism in the transitional stage from postcollision to intracontinental extension， and indicating an important turning point of the deep dynamical background and the tectonic environment in West Tianshan.

Key words： intermediateacid small plutons； zircon UPb age； geochemistry； Hf isotope； origin； postcollision； West Tianshan

0引言

天山造山帶為中亞造山帶在中國(guó)境內(nèi)的重要組成部分，以東經(jīng)88°為界，可分為東、西兩個(gè)部分[1]。古生代期間，該造山帶經(jīng)歷了俯沖、增生和碰撞的復(fù)雜演化過(guò)程，于不同階段形成不同成因的侵入巖和火山巖。其中，一個(gè)顯著的特點(diǎn)是西天山廣泛發(fā)育晚古生代不同類型侵入巖和火山巖，前人對(duì)此已有大量研究，然而有關(guān)這些晚古生代巖漿作用成因、形成環(huán)境及其演化過(guò)程至今還存在較大分歧。夏林圻等依據(jù)該區(qū)下石炭統(tǒng)底部出現(xiàn)的區(qū)域不整合及其早石炭世大哈拉軍山組火山巖的成因研究，提出天山造山帶早石炭世已轉(zhuǎn)入與造山后裂谷有關(guān)的構(gòu)造演化階段，且認(rèn)為這些石炭紀(jì)—早二疊世形成的大量裂谷火山巖構(gòu)成一與地幔柱有關(guān)的大火成巖省[27]。西天山與該階段相關(guān)的、形成于280～350 Ma的花崗巖類目前也多被認(rèn)為是后碰撞環(huán)境巖漿作用的產(chǎn)物[813]；這意味著西天山早石炭世后可能進(jìn)入了與造山后伸展有關(guān)的構(gòu)造階段。然而，趙振華等根據(jù)大哈拉軍山組火山巖巖石地球化學(xué)特征，提出其形成于島弧環(huán)境的不同觀點(diǎn)[1316]，并認(rèn)為西天山與洋盆消減有關(guān)的火山活動(dòng)可持續(xù)到晚石炭世[1718]，這說(shuō)明西天山晚古生代構(gòu)造演化的復(fù)雜性。

西天山地區(qū)除出露晚古生代火山巖和花崗巖類之外，在其中段的阿吾拉勒東南部還出露很多晚古生代中酸性小巖株/巖體，但至今鮮有這些小巖體成因的詳細(xì)報(bào)道。造山帶小巖株/巖體的出現(xiàn)意味著大規(guī)模巖漿活動(dòng)已結(jié)束，可能開(kāi)始轉(zhuǎn)入新的構(gòu)造演化階段，并預(yù)示了深部動(dòng)力學(xué)背景的改變，因此，對(duì)西天山這些小巖體成因研究不僅能為上述問(wèn)題的解決提供證據(jù)，也能為西天山晚古生代構(gòu)造演化過(guò)程的探討提供重要約束?；诖?，本文選取阿吾拉勒東南部艾肯達(dá)坂及獨(dú)庫(kù)公路2752高地兩個(gè)代表性巖體開(kāi)展巖石學(xué)、地球化學(xué)及鋯石UPb年代學(xué)和Hf同位素綜合研究，并結(jié)合同期巖漿作用的成因特征，討論晚石炭世—中二疊世西天山地區(qū)中酸性小巖體成因和地質(zhì)意義，為進(jìn)一步探討該階段西天山的構(gòu)造演化過(guò)程提供新證據(jù)。

1區(qū)域地質(zhì)概況及巖體特征

西天山造山帶分別由南、北天山兩大斷裂帶分割為北天山、中天山及南天山3個(gè)構(gòu)造帶。其中，中天山構(gòu)造帶屬高海拔山地區(qū)，地層出露良好，并大量發(fā)育古生代不同時(shí)期各類侵入巖和噴出巖類。阿吾拉勒山脈區(qū)位于中天山構(gòu)造帶伊犁地塊東南部，除北部出露下古生界志留系碎屑巖外，主要發(fā)育石炭系和二疊系火山沉積巖，大致呈近EW向展布，區(qū)內(nèi)斷裂呈NWW—SEE向切割這些地層（圖1）。區(qū)內(nèi)石炭系地層由下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組和上石炭統(tǒng)伊什基里克組構(gòu)成。其中，大哈拉軍山組廣布全區(qū)，不整合于前石炭紀(jì)不同地層之上，為一套雜色中酸性熔巖、火山碎屑巖、砂巖、礫巖夾少量灰?guī)r，其上不整合覆蓋上石炭統(tǒng)伊什基里克組玄武巖、流紋巖和少量安山巖及火山碎屑巖。二疊系火山碎屑巖為艾肯達(dá)坂組，出露于中部，以熔巖、角礫巖、集塊巖為主，為一套以紫紅、暗紫紅為主色調(diào)的陸相火山巖建造，呈不整合覆蓋在伊什基里克組之上。該組中酸性火山巖獲得260～270 Ma的形成年齡，因而被限定為早二疊世[1920]。

此外，這些火山沉積巖層中侵入有不同時(shí)期和不同類型的巖漿侵入體，較大的花崗巖體多形成于石炭紀(jì)，并呈橢圓狀出露于中北部，其長(zhǎng)軸方向基本與區(qū)域構(gòu)造線一致。南部主要出露小巖株/巖體，其長(zhǎng)軸呈SN向或NE向斜切區(qū)域構(gòu)造線（圖1）。其中，東南部艾肯達(dá)坂花崗巖和中西部2752高地閃長(zhǎng)玢巖最具代表性，二者均侵入于石炭系火山沉積巖中。位于東南部的艾肯達(dá)坂巖體出露于新疆維吾爾自治區(qū)和靜縣鞏乃斯林場(chǎng)東南部，巖體平面上呈橢圓形，長(zhǎng)約7 km，寬約4 km，面積約28 km2，長(zhǎng)軸走向呈NE向，內(nèi)部無(wú)任何變形，巖石具均一塊狀和具似斑狀結(jié)構(gòu)。位于中西部的2752高地巖體出露于鞏乃斯林場(chǎng)西北部，呈小巖株產(chǎn)出，由3個(gè)長(zhǎng)軸呈SN向延伸的小巖體構(gòu)成。其中，東部較大的巖體呈分叉狀產(chǎn)出，西部分支被獨(dú)庫(kù)公路橫穿，出露良好，巖體內(nèi)無(wú)任何變形，巖石亦為均一塊狀，并發(fā)育典型的斑狀結(jié)構(gòu)。

艾肯達(dá)坂花崗巖以均一塊狀和發(fā)育似斑狀結(jié)構(gòu)為特征，對(duì)該巖體采集5件代表性樣品，采樣點(diǎn)地理坐標(biāo)為（43°14′34.2″N，84°53′32″E）。巖石主要由鉀長(zhǎng)石（體積分?jǐn)?shù)為45%～50%）、石英（30%～35%）、斜長(zhǎng)石（5%～8%）和少量黑云母（5%～8%）及角閃石（約3%）組成，副礦物有鋯石、磷灰石和榍石等。斑晶主要為鉀長(zhǎng)石，多呈板狀，不同程度發(fā)生泥化，部分斑晶呈熔蝕球狀，并出現(xiàn)白色鈉長(zhǎng)石環(huán)邊[圖2（a）]。暗色礦物黑云母及角閃石呈半自形晶，多發(fā)生綠泥石化；斜長(zhǎng)石呈自形或半自形板狀；石英呈不規(guī)則他形粒狀，產(chǎn)于其他礦物之間[圖2（b）]。

圖2中酸性小巖體野外及顯微照片

Fig.2Field Photographs and Microphotographs of Intermediateacid Small Plutons

2752高地閃長(zhǎng)玢巖具典型斑狀結(jié)構(gòu)，巖體內(nèi)部巖石也很均一。獨(dú)庫(kù)公路穿過(guò)東部小巖株的西部分支，出露良好，因而沿公路在（43°24′35″N，84°23′47″E）位置及其附近采集5件樣品。該巖體巖石斑晶體積分?jǐn)?shù)為25%～30%，主要為1～3 cm大小不等的自形斜長(zhǎng)石，部分斑晶已不同程度絹云母化。其基質(zhì)礦物為半自形或自形斜長(zhǎng)石（體積分?jǐn)?shù)為20%～25%）、半自形單斜輝石（約15%）、鉀長(zhǎng)石（10%～12%）、石英（15%～18%）、黑云母（約3%）及少量不透明金屬礦物（2%），副礦物為鋯石、磷灰石等。其中，輝石和黑云母多呈半自形晶，被包裹于長(zhǎng)石礦物中，大多不同程度發(fā)生綠泥石化，特別是黑云母多已被蝕變?yōu)榫G泥石，并析出少量鐵[圖2（d）]。

2分析方法

鋯石單礦物分離在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊(duì)實(shí)驗(yàn)室采用常規(guī)重力與磁選方法完成。此后，在雙目鏡下挑選結(jié)晶好、透明度高、無(wú)裂隙、無(wú)包裹體的鋯石，將其置于厚約0.8 cm的PVC圓管中充入環(huán)氧樹(shù)脂固結(jié)制成樣靶；待固結(jié)后，打磨、拋光至所有鋯石顆粒出露約一半即可。鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像分析和UPb定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。鋯石UPb定年的激光剝蝕斑束直徑為32 μm，激光脈沖寬度為15 ns，能量為32～36 mJ，剝蝕深度為20～40 μm。試驗(yàn)中使用氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，采用單點(diǎn)剝蝕方式，每完成6個(gè)分析點(diǎn)的測(cè)定，加測(cè)標(biāo)樣一次。鋯石年齡測(cè)試用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，元素含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）采用NIST RM610作為外標(biāo)，采用29Si作為內(nèi)標(biāo)，詳細(xì)測(cè)試過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)[21]。N（207Pb）/N（206Pb）、n（206Pb）/n（238U）、n（207Pb）/n（235U）、n（208Pb）/n（232Th）等以及同位素含量由GLITTER4.0軟件計(jì)算獲得，應(yīng)用ISOPLOT3.0軟件完成年齡計(jì)算和諧和曲線的繪制。鋯石LuHf同位素分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室使用Neptune Plus多接收等離子質(zhì)譜儀（Thermo Fisher Scientific，德國(guó)）和 GeoLas 2005激光剝蝕系統(tǒng)（LAMCICPMS）（Lambda Physik，德國(guó)）測(cè)試完成，測(cè)試過(guò)程采用單點(diǎn)剝蝕模式，所用斑束直徑為44 μm，用氦氣作為剝蝕物質(zhì)載氣，以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500、GJ1、TEM為標(biāo)樣，詳細(xì)儀器操作條件和分析方法見(jiàn)Hu等的描述[22]。

主量、微量元素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素含量采用日本理學(xué)RIX2100X熒光光譜儀玻璃熔餅法測(cè)試，使用BCR2和GBW07105為標(biāo)樣進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控，分析誤差優(yōu)于5%，燒失量用重量法獲得。微量元素含量由Agilent 7500a 等離子體質(zhì)譜儀（ICPMS）測(cè)試獲得，測(cè)試中使用AGV1、BCR2、G2和RGM1國(guó)際標(biāo)樣監(jiān)控。Rb、Y、Zr、Nb、Hf、Ta和稀土元素（除Hf和Lu）等分析相對(duì)誤差低于5%，其他元素相對(duì)誤差介于5%～10%之間。

3結(jié)果分析

3.1鋯石UPb定年

艾肯達(dá)坂花崗巖中鋯石為無(wú)色半透明—透明，呈長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比為2∶1～4∶1，粒徑為80～200 μm，鋯石內(nèi)部發(fā)育明顯的巖漿振蕩環(huán)帶[圖3（a）]。對(duì)23顆鋯石開(kāi)展LAICPMS鋯石UPb定年，結(jié)果見(jiàn)表1。所有鋯石Th、U含量變化較大，Th含量為（55.43～1 451.47）×10-6（平均為246.20×10-6），U為（5653～57367）×10-6（平均為17930×10-6），w（Th）/w（U）=070～269，鋯石顯示典型巖漿成因特征[23]。23顆鋯石中有1個(gè)分析點(diǎn)（分析點(diǎn)122A03）盡管獲得較差的諧和年齡，但明顯老于其他分析點(diǎn)的年齡[表1和圖4（a）、（b）]，應(yīng)代表巖漿源區(qū)繼承或捕獲鋯石年齡；其他22顆鋯石中有19個(gè)分析點(diǎn)的n（206Pb）/n（238U）年齡介于275～292 Ma之間，除1個(gè)分析點(diǎn)諧和度較低之外，其他鋯石年齡諧和度均介于90%～110%之間；另外3個(gè)分析點(diǎn)（分析點(diǎn)122A10、122A14、122A23）的n（206Pb）/n（238U）年齡為256～264 Ma（表1），其諧和度低于90%，年齡在誤差范圍內(nèi)也低于其他19個(gè)分析點(diǎn)，可能是后期構(gòu)造熱事件干擾所致。因此，由諧和度高、年齡相對(duì)集中較一致的19個(gè)分析點(diǎn)計(jì)算得到n（206Pb）/n（238U）加權(quán)平均年齡為（2820±35）Ma，平均標(biāo)準(zhǔn)權(quán)重偏差（MSWD）為0.32，解釋其為巖體冷凝結(jié)晶的形成年齡。

2752高地閃長(zhǎng)玢巖中鋯石以無(wú)色透明自形長(zhǎng)柱狀晶為主，長(zhǎng)寬比為3∶1～5∶1，粒徑為60～200 μm，陰極發(fā)光圖像發(fā)光較弱，但多數(shù)鋯石內(nèi)部仍不同程度可見(jiàn)巖漿振蕩環(huán)帶[圖3（b）]。所測(cè)定的20顆鋯石UPb定年結(jié)果見(jiàn)表1。所有鋯石具有較高和變化略大的Th、U含量，Th含量為（25501～1 16101）×10-6（平均為443.18×10-6），U為（304.47～793.20）×10-6（平均為443.18×10-6），w（Th）/w（U）值高（0.70～1.87），鋯石也反映出典型巖漿成因特征。鋯石UPb定年均獲得了很高的諧和度（95%～101%）。18個(gè)年齡集中的分析點(diǎn)n（206Pb）/n（238U）年齡為299～313 Ma，加權(quán)平均年齡為（306.6±2.0）Ma，MSWD值為1.3；其他2個(gè)分析點(diǎn)中，一個(gè)分析點(diǎn)（分析點(diǎn)39A9）的n（206Pb）/n（238U）年齡為（329.6±59）Ma（表1），在高于誤差范圍內(nèi)明顯老于18個(gè)年齡集中的分析點(diǎn)加權(quán)平均年齡，應(yīng)是早期巖漿活動(dòng)年齡的記錄，另一個(gè)分析點(diǎn)（分析點(diǎn)39A14）年齡誤差較大，具有明顯偏低的年齡（表1），顯然也是后期熱事件干擾的結(jié)果。18個(gè)年齡集中的分析點(diǎn)獲得的306.6 Ma加權(quán)平均年齡與其307 Ma的交點(diǎn)年齡（MSWD值為002）一致，因而該年齡代表巖體冷凝結(jié)晶的形成年齡。

3.2全巖主量、微量元素特征

艾肯達(dá)坂花崗巖5件代表性樣品的全巖主量、微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。SiO2含量為647%～699%，TiO2為0.49%～0.68%，Al2O3為148%～168%，K2O為465%～487%，Na2O為394%～479%，w（Na2O）+w（K2O）值為881%～961%，CaO為123%～258%，MgO為087%～114%；里特曼指數(shù)為289～425，A/CNK值為094～102，總體上該巖體具中等偏高的Si含量、相對(duì)高K、富堿、低CaO和MgO含量，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖類（圖5）。

2752高地閃長(zhǎng)玢巖5件代表性樣品的SiO2含量為569%～617%，TiO2為082%～097%，Al2O3為149%～184%，K2O為536%～632%，Na2O為371%～441%，CaO為183%～478%，MgO為134%～158%，w（Na2O）+w（K2O）值為907%～1034%；A/CNK值為085～089，里特曼指數(shù)為535～592（表2）。與艾肯達(dá)坂花崗巖相比，該巖體Si含量偏低，但仍然相對(duì)高堿、富K，略高CaO、TFe2O3、MgO含量，表現(xiàn)為準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列的閃長(zhǎng)巖類特征（圖5）。

兩個(gè)巖體的稀土元素特征表現(xiàn)出較高的相似性，稀土元素總含量都在中等水平，輕、重稀土元素明顯分餾，并具有弱到中等的負(fù)Eu異常（圖6）。艾肯達(dá)坂花崗巖稀土元素總含量為（175～206）×10-6，輕、重稀土元素分餾較高，w（La）N/w（Yb）N值為1370～1610，具弱的負(fù)Eu異常（0.69～093）[圖6（a）]；2752高地閃長(zhǎng)玢巖稀土元素總含量為（501～644）×10-6，輕、重稀土元素分餾相對(duì)較低，w（La）N/w（Yb）N值為606～826，具有略強(qiáng)的負(fù)Eu異常（0.57～0.71）[圖6（a）]。兩個(gè)巖體的微量元素特征也高度一致，均明顯富集Rb、Th、U、K和Pb等大離子親石元素，貧Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，虧損Nb、Ta、P、Ti和Sr等元素[圖6（b）]。

3.3鋯石LuHf同位素特征

艾肯達(dá)坂花崗巖與2752高地閃長(zhǎng)玢巖鋯石UPb定年后，對(duì)獲得諧和年齡的鋯石分析點(diǎn)或其同結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行鋯石原位LuHf同位素分析（表3）。艾肯達(dá)坂花崗巖18個(gè)分析點(diǎn)的Hf同位素分析結(jié)果顯示初始N（176Hf）/N（177Hf）值為0.282 862～0282 968，n（176Lu）/n（177Hf）值為0.000 470～0001 527，低比值說(shuō)明由176Lu衰變出的177Hf極少，巖漿晶出的鋯石此后很少有放射性成因Hf的積累，說(shuō)明測(cè)定的N（176Hf）/N（177Hf）值代表鋯石形成時(shí)的N（176Hf）/N（177Hf）值[24]。計(jì)算獲得這些鋯石的Hf富集系數(shù)為-099～-095，顯著小于大陸鎂鐵質(zhì)地殼Hf富集系數(shù)（-034[25]），因此，其陸殼模式年齡可以較真實(shí)地代表其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔抽取的時(shí)間[26]。由該巖體282 Ma的形成年齡計(jì)算獲得εHf（t）值為32～118，陸殼模式年齡為548～879 Ma。2752高地閃長(zhǎng)玢巖鋯石17個(gè)分析點(diǎn)獲得的初始N（176Hf）/N（177Hf）值為0.282 863～0.282 940，n（176Lu）/n（177Hf）值為0.001 259～0.002 341，低n（176Lu）/n（177Hf）值也說(shuō)明所測(cè)定的N（176Hf）/N（177Hf）值可代表鋯石形成時(shí)的N（176Hf）/N（177Hf）值。依據(jù)該巖體3066 Ma的形成年齡計(jì)算獲得εHf（t）值為32～117，陸殼模式年齡為572～877 Ma。

4討論

4.1形成時(shí)代

艾肯達(dá)坂花崗巖及2752高地閃長(zhǎng)玢巖鋯石均為具巖漿韻律環(huán)帶的長(zhǎng)柱狀自形晶（圖3），為巖漿冷凝結(jié)晶而成。LAICPMS鋯石UPb定年獲得艾肯達(dá)坂花崗巖282 Ma和2752高地閃長(zhǎng)玢巖307 Ma的形成年齡，與其形成年齡相同的淺成小巖體在西天山其他地區(qū)也有發(fā)現(xiàn)。達(dá)巴特銅礦區(qū)花崗斑巖形成于279 Ma[27]；尼勒克地區(qū)花崗閃長(zhǎng)斑巖形成于292 Ma[28]；黑云母花崗斑巖形成于269 Ma[29]；查崗諾爾智博鐵礦區(qū)閃長(zhǎng)巖脈形成于303～305 Ma[30]；阿吾拉勒群吉薩依花崗斑巖形成于302 Ma[31]；色勒

兩個(gè)巖體均相對(duì)高K、富堿、低CaO和MgO含量，表現(xiàn)為準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖類特征（圖5）；均相對(duì)富集Rb、Th、U、K和Pb等大離子親石元素，貧Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，明顯虧損Nb、Ta、P、Ti和Sr等元素[圖6（b）]，具有殼源島弧區(qū)巖漿產(chǎn)物的地球化學(xué)特征。兩個(gè)巖體輕、重稀土元素具有中到較高的分餾[圖6（a）]、弱到中等的負(fù)Eu異常，指示陸殼物質(zhì)部分熔融過(guò)程中斜長(zhǎng)石為殘余相礦物或巖漿形成冷凝過(guò)程發(fā)生斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶。因?yàn)檫@些巖體發(fā)育的周邊未出現(xiàn)更為基性的巖體，所以排除它們是更為基性巖漿發(fā)生分離結(jié)晶作用的結(jié)果。在區(qū)別分離結(jié)晶與部分熔融的La/YbLa圖解中，兩個(gè)巖體均呈現(xiàn)部分熔融演化趨勢(shì)線，指示其主要為陸殼物質(zhì)部分熔融所形成（圖8）。

另一方面，艾肯達(dá)坂花崗巖輕、重稀土元素分餾程度較2752高地閃長(zhǎng)玢巖更高，但負(fù)Eu異常和Sr、Ba虧損程度明顯弱（圖6），表明源區(qū)殘余相少有或缺失富Sr的斜長(zhǎng)石，而重稀土元素含量高的石榴石可能成為其主要?dú)堄嘞嗟牡V物。熊小林等研究認(rèn)為，當(dāng)壓力為10～15 GPa或更高（相當(dāng)于33～50 km深度的角閃巖相榴輝巖過(guò)渡階段）時(shí)，基性玄武巖部分熔融可形成貧Y（含量不高于18×10-6）、富Sr（含量高于400×10-6）的花崗質(zhì)巖石[5457]。相比而言，艾肯達(dá)坂花崗巖Y含量為（18.6～20.2）×10-6，Sr為（297～491）×10-6（平均為354×10-6），較為接近上述條件下形成的花崗質(zhì)巖石；而2752高地閃長(zhǎng)玢巖則明顯不同，其具有高Y含量（（27.2～40.7）×10-6）和低Sr含量（（182～452）×10-6，平均為254×10-6）的特征。前者極有可能形成于深度大于33 km的增厚下地殼物質(zhì)的部分熔融，而后者則是深度淺于33 km正常下地殼物質(zhì)部分熔融的結(jié)果。

Nb與Ta以及Zr與Hf等成對(duì)元素離子半徑和電負(fù)性相近，表現(xiàn)出相似的地球化學(xué)性質(zhì)[58]，在分離結(jié)晶或部分熔融等巖漿過(guò)程中均難以造成w（Nb）/w（Ta）值和w（Zr）/w（Hf）值的明顯改變，因而這些比值可有效示蹤源區(qū)性質(zhì)。艾肯達(dá)坂花崗巖與2752高地閃長(zhǎng)玢巖w（Nb）/w（Ta）值和w（Zr）/w（Hf）值十分類似：前者w（Nb）/w（Ta）值為116～127，w（Zr）/w（Hf）值為411～457；后者w（Nb）/w（Ta）值為140～145，w（Zr）/w（Hf）值為408～418；它們均與大陸地殼w（Nb）/w（Ta）值（11.4）和w（Zr）/w（Hf）值（35.8）[59]相當(dāng)，但明顯低于原始地幔w（Nb）/w（Ta）值（17.6），高于其w（Zr）/w（Hf）值（36.3）[60]，這說(shuō)明兩個(gè)巖體主要源自大陸地殼物質(zhì)的部分熔融。

根據(jù)艾肯達(dá)坂花崗巖282 Ma和2752高地閃長(zhǎng)玢巖體307 Ma的形成年齡獲得的εHf（t）值均為正，所有點(diǎn)落在球粒隕石演化線之上（圖9），反映它們來(lái)自相對(duì)年輕的地殼。艾肯達(dá)坂花崗巖εHf（282 Ma）值為32～118（主要為319～690），陸殼模式年齡為548～879 Ma；2752高地閃長(zhǎng)玢巖εHf（307 Ma）值為32～117（主要為32～59），陸殼模式年齡為572～877 Ma；這證明兩個(gè)巖體均源自相對(duì)年輕的新元古代陸殼物質(zhì)。[KG-30x]與此類似，西天山晚石炭世以來(lái)花崗巖類也大多顯示了正εHf（t）值（圖9），一致表明它們的源區(qū)存在相當(dāng)數(shù)量的年輕陸殼物質(zhì)。值得注意的是，兩個(gè)巖體中大多數(shù)鋯石εHf（t）值均變化不大且相對(duì)集中，但個(gè)別鋯石εHf（t）值（>11）明顯高于其他鋯石，且更接近于虧損地幔演化線，并與大致同期的基性侵入巖εHf（t）值相當(dāng)（圖9），說(shuō)明巖體形成過(guò)程還有幔源物質(zhì)的加入。

數(shù)據(jù)引自本文以及文獻(xiàn)[28]、[29]、[47]、[49]和[52]

圖9εHf（t）t圖解

Fig.9Diagram of εHf（t）t

試驗(yàn)巖石學(xué)研究表明，鈣堿性花崗質(zhì)巖漿是大陸地殼物質(zhì)在780 ℃脫水熔融形成的[5757，61]。通常情況下，大陸造山帶正常地殼厚度條件下其自身放射性元素提供的熱量難以達(dá)到這一溫度。大陸碰撞造山帶PTt軌跡計(jì)算結(jié)果指出，陸殼物質(zhì)達(dá)到這一溫度發(fā)生脫水熔融產(chǎn)生鈣堿性花崗質(zhì)巖漿不但需要特定的構(gòu)造環(huán)境，還需持續(xù)不斷熱能的輸入[62]。這種高溫度和持續(xù)熱量的供給往往是由深部幔源物質(zhì)上涌所提供的。利用Zr飽和溫度計(jì)算獲得的艾肯達(dá)坂花崗巖鋯石飽和溫度為823 ℃～840 ℃，2752高地閃長(zhǎng)玢巖鋯石飽和溫度為752 ℃～809 ℃，基本都超過(guò)陸殼物質(zhì)發(fā)生脫水熔融形成鈣堿性花崗質(zhì)巖漿所需的最低溫度。但2752高地閃長(zhǎng)玢巖鋯石飽和溫度略低，很可能是其形成深度淺、壓力較低的緣故。另外，從兩個(gè)巖體的礦物組合來(lái)看，其含水礦物（如角閃石和黑云母）含量都不高，特別是艾肯達(dá)坂花崗巖長(zhǎng)石斑晶有被熔蝕的現(xiàn)象，說(shuō)明其很可能形成于一個(gè)相對(duì)低水高溫的環(huán)境，因而需有其他熱源的供給。西天山地區(qū)晚古生代在320 Ma前就出現(xiàn)基性巖漿活動(dòng)，并一直持續(xù)到280 Ma以后（圖7），艾肯達(dá)坂花崗巖和2752高地閃長(zhǎng)玢巖也形成于這一時(shí)期。

較高的鋯石飽和溫度以及Hf同位素特征揭示，艾肯達(dá)坂花崗巖和2752高地閃長(zhǎng)玢巖形成過(guò)程曾有幔源物質(zhì)的貢獻(xiàn)，說(shuō)明該時(shí)期一定存在幔源基性巖漿活動(dòng)為這兩個(gè)巖體的產(chǎn)生提供了必要的熱源。西天山250～330 Ma期間幔源鐵鎂質(zhì)巖漿引發(fā)的底侵作用[13，6364]證明的確有大量幔源巖漿活動(dòng)的發(fā)生。此外，西天山地區(qū)還發(fā)育大量在285～320 Ma期間與幔源巖漿作用密切相關(guān)的殼幔型花崗巖類[3738，6566]，這也充分證明幔源巖漿活動(dòng)誘發(fā)了大規(guī)模陸殼物質(zhì)的部分熔融，并在幔源巖漿活動(dòng)即將結(jié)束的后期，大規(guī)模殼幔型花崗巖漿活動(dòng)即將結(jié)束時(shí)，仍持續(xù)有小規(guī)模中酸性小巖株/巖體的產(chǎn)生（圖7）。

4.3形成構(gòu)造環(huán)境

西天山地區(qū)大范圍廣泛出露一套以流紋巖、粗面巖、粗面安山巖、中酸性凝灰?guī)r和少量玄武巖為主體的大哈拉軍山組火山沉積巖。朱永峰等基于同位素年代學(xué)發(fā)現(xiàn)其主體形成于早石炭世（325～350 Ma），同時(shí)存在晚泥盆世和晚石炭世的形成年齡[14，16，4143]。夏林圻等通過(guò)詳細(xì)的區(qū)域地質(zhì)及地球化學(xué)特征研究，指出大哈拉軍山組形成于造山后裂谷環(huán)境[2]，并構(gòu)成與地幔柱有關(guān)的大火成巖省[34，7，6768]，但朱永峰等認(rèn)為這套火山沉積巖形成于火山弧[14，16，32，6970]或弧后環(huán)境[44]。大哈拉軍山組火山沉積巖與下伏地層之間存在區(qū)域性角度不整合，大哈拉軍山組底部下石炭統(tǒng)地層由下而上呈礫巖、粗砂巖、砂巖、粉砂巖、泥巖和碳酸鹽巖的充填序列；該套地層極有可能是區(qū)域擠壓變形后，在裂陷拉伸背景下由陸相轉(zhuǎn)為海相地層的一套沉積建造[42]，因而代表了碰撞造山后、區(qū)域伸展環(huán)境下的裂谷火山沉積序列。顯然，侵入于大哈拉軍山組中的艾肯達(dá)坂花崗巖和2752高地閃長(zhǎng)玢巖斜交區(qū)域構(gòu)造線，巖體無(wú)任何變形，巖石具均一塊狀，表明其是區(qū)域擠壓之后伸展背景下巖漿侵入的產(chǎn)物。

艾肯達(dá)坂花崗巖和2752高地閃長(zhǎng)玢巖地球化學(xué)特征有較高的類似性。在Rb/30Hf3Ta和Y+NbRb圖解中，兩個(gè)巖體均落入火山弧或后碰撞區(qū)域（圖10），表現(xiàn)出與島弧巖漿產(chǎn)物有很高的地球化學(xué)親緣性[71]。兩個(gè)巖體鋯石有正εHf（t）值和新元古代的陸殼模式年齡，其陸殼模式年齡明顯老于形成年齡，指示其來(lái)自與弧巖漿有關(guān)的新元古代陸殼物質(zhì)的部分熔融，這也證明早在新元古代天山地區(qū)就已有與板塊俯沖相關(guān)的弧巖漿活動(dòng)發(fā)生。盡管迄今為止在天山地區(qū)并未發(fā)現(xiàn)新元古代大洋巖石圈殘片，并且該時(shí)期洋、陸格局也不清楚，但塔里木地塊西北緣柯坪地區(qū)阿克蘇群新元古代（09～10 Ga）藍(lán)閃石片巖的發(fā)現(xiàn)[34]，無(wú)疑表明新元古代早期確曾已有古洋盆俯沖消減的發(fā)生，伴隨該過(guò)程有與弧巖漿有關(guān)的新生地殼形成，并成為西天山古生代陸殼巖漿活動(dòng)的主要物源區(qū)，

因此，兩個(gè)巖體表現(xiàn)出的弧巖漿特征只是繼承了其母巖區(qū)的地球化學(xué)特征，并非代表其形成于弧巖漿的構(gòu)造環(huán)境。目前，有關(guān)西天山地區(qū)南天山構(gòu)造帶的蛇綠巖研究顯示，該帶蛇綠巖主體形成于439～516 Ma[72]，伴隨洋殼俯沖形成的高壓峰期變質(zhì)年齡主要為320～400 Ma[7376]，其西延至吉爾吉斯斯坦和哈薩克斯坦的南天山高壓—超高壓變質(zhì)巖年齡也多集中于350～410 Ma[74，77]，證明南天山洋盆在泥盆世已發(fā)生消減，局部可能持續(xù)到早石炭世。即便是北天山巴音溝蛇綠巖中斜長(zhǎng)花崗巖獲得325 Ma的年齡[45]指示早石炭世仍有洋盆的存在，但后期侵入該蛇綠巖中的花崗巖獲得316 Ma的年齡[46]也確切地說(shuō)明晚石炭世前西天山地區(qū)的洋盆均已閉合，因此，西天山晚石炭世—早二疊世期間形成的小巖體顯然是西天山洋盆閉合、碰撞造山區(qū)域擠壓事件后巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

圖10中酸性小巖體Rb/30Hf3Ta圖解和Y+NbRb圖解

Fig.10Diagrams of Rb/30Hf3Ta and Y+NbRb of Intermediateacid Small Plutons

西天山晚古生代以來(lái)各類巖漿活動(dòng)期次揭示，晚古生代大規(guī)?；◢弾r漿活動(dòng)早在360 Ma已經(jīng)發(fā)生，多形成大花崗巖基，然而在320 Ma前幔源基性巖漿活動(dòng)未曾出現(xiàn)（圖7）。至310 Ma左右，花崗巖漿活動(dòng)出現(xiàn)短暫間歇后，在西天山地區(qū)的北天山、中天山及南天山構(gòu)造帶均出現(xiàn)大規(guī)?；◢弾r漿活動(dòng)，同時(shí)伴有幔源基性巖漿活動(dòng)的發(fā)生（圖7）。這一時(shí)期形成的花崗巖無(wú)任何變形，在平面上呈圓形斜切區(qū)域構(gòu)造線，侵入于早石炭世及其更老地層中，這是非擠壓環(huán)境侵位的結(jié)果。很多巖體中大量出現(xiàn)與區(qū)域幔源基性巖漿活動(dòng)同期的暗色閃長(zhǎng)質(zhì)微粒包體，指示了一期與陸殼伸展有關(guān)的殼幔巖漿作用（內(nèi)部資料）。這些花崗巖體主要由鈣堿性高鉀鈣堿性花崗巖類構(gòu)成，地球化學(xué)特征呈現(xiàn)輕、重稀土元素中度分餾，弱到中度的負(fù)Eu異常，富集大離子親石元素，貧高場(chǎng)強(qiáng)元素，不同程度虧損Nb、Ta、P、Ti和Sr等元素，被認(rèn)為是后碰撞階段年輕陸殼物質(zhì)部分熔融形成的花崗巖類[9，37，47，78]。

在285～296 Ma以來(lái)的早二疊世，西天山大規(guī)?；◢弾r漿活動(dòng)明顯減弱，多形成規(guī)模不大的小巖體或侵入于前二疊系地層中，或作為大復(fù)式花崗巖體晚期的產(chǎn)物出現(xiàn)。這些巖體以富鉀堿長(zhǎng)花崗巖為主[38，4851，79]，并有向堿性花崗巖過(guò)渡的地球化學(xué)特征[12]，預(yù)示了地殼活動(dòng)性已明顯減弱，陸殼物質(zhì)部分熔融也相應(yīng)降低，因此，形成的花崗巖除一些中酸性淺成斑巖或玢巖外，同時(shí)出現(xiàn)低程度部分熔融形成的堿性花崗巖或發(fā)生高度分異的富鉀花崗巖類。事實(shí)上，與伸展環(huán)境有關(guān)的后碰撞晚期A2型花崗巖類早在297 Ma就已出現(xiàn)[9]，并在280 Ma左右達(dá)到峰值[49，52，7981]，此后一直持續(xù)到250 Ma的晚二疊世[82]（圖7）。與西天山晚石炭世開(kāi)始出現(xiàn)的大量后碰撞環(huán)境侵入巖相對(duì)應(yīng)，晚石炭世—中二疊世期間伸展拉張背景下的火山噴發(fā)作用在西天山地區(qū)也廣為出現(xiàn)，上石炭統(tǒng)伊什基里克組火山巖[53]以玄武巖和流紋巖為特征，顯示雙峰式裂谷火山巖的成因特征[2，70，83]，不整合覆蓋其上的二疊世火山巖也形成于陸內(nèi)伸展拉張裂谷環(huán)境[1920，33，84]。這些巖漿活動(dòng)一致表明，西天山地區(qū)晚石炭世洋盆已經(jīng)閉合，并轉(zhuǎn)入后碰撞演化階段，至二疊世開(kāi)始由后碰撞向陸內(nèi)伸展拉張過(guò)渡階段轉(zhuǎn)換。晚石炭世晚期—中二疊世西天山各類中酸性小巖體的形成正是這一階段巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，反映了深部動(dòng)力學(xué)背景及構(gòu)造環(huán)境的重要轉(zhuǎn)折。

5結(jié)語(yǔ)

（1）LAICPMS鋯石UPb定年分別獲得西天山阿吾拉勒東南部2752高地閃長(zhǎng)玢巖307 Ma及艾肯達(dá)坂花崗巖282 Ma的形成年齡。結(jié)合區(qū)域同期小巖體的形成，揭示西天山晚石炭世—中二疊世期間發(fā)生了規(guī)模不大的中酸性巖漿活動(dòng)。

（2）艾肯達(dá)坂花崗巖和2752高地閃長(zhǎng)玢巖中巖石無(wú)變形，呈均一塊狀，屬高K、富堿的準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性花崗巖類，顯示富集Rb、Th、U、K和Pb等大離子親石元素，貧Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素，虧損Nb、Ta、P、Ti和Sr等元素，具殼源島弧區(qū)巖漿作用的地球化學(xué)特征。兩個(gè)巖體鋯石具正εHf（t）值，陸殼模式年齡為新元古代，證明其主要源自新元古代新生島弧陸殼物質(zhì)；個(gè)別鋯石εHf（t）值明顯高，指示其有幔源巖漿活動(dòng)的參與。

（3）綜合分析西天山晚古生代各類巖漿作用，西天山晚石炭世—中二疊世期間形成的淺成小巖體為該時(shí)期由后碰撞向陸內(nèi)伸展拉張過(guò)渡階段巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，反映西天山深部動(dòng)力學(xué)背景和構(gòu)造環(huán)境的重要轉(zhuǎn)折。

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