新疆東天山中段玉林花崗巖體鋯石U-Pb測年及地球化學(xué)特征

常璨，韓瓊，李平，趙同陽，陳川，李航，孫耀鋒，鄭加行

(1.新疆大學(xué)，新疆 烏魯木齊 830049；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830011)

研究區(qū)位于東天山中段覺羅塔格構(gòu)造帶，由于復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，覺羅塔格構(gòu)造帶倍受前人關(guān)注。其中，對于古生代構(gòu)造背景的認(rèn)識，更受前人熱議，存在典型裂谷環(huán)境、島弧環(huán)境、弧后盆地、弧間盆地、被動陸緣的爭議[1-14]，前人的研究對象主要集中于火山巖與典型花崗巖，對于埃達(dá)克型花崗巖的研究較少。筆者與新疆地質(zhì)調(diào)查院對研究區(qū)進(jìn)行1∶5萬區(qū)調(diào)工作過程中，在研究區(qū)東部發(fā)現(xiàn)了玉林花崗巖體，通過后期對樣品地球化學(xué)數(shù)據(jù)的分析，確定其為埃達(dá)克巖。本文通過對玉林巖體花崗巖樣品中的鋯石年代學(xué)及巖石地球化學(xué)特征的研究，并結(jié)合前人研究成果，試圖探討該巖體的形成來源與構(gòu)造背景，以期為大區(qū)域構(gòu)造背景的研究提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 地質(zhì)概況

東天山由北至南分為博格達(dá)-哈爾里克造山帶、準(zhǔn)-吐-哈陸塊、覺羅塔格造山帶、中天山前寒武紀(jì)陸塊及南天山造山帶。覺羅塔格造山帶夾于準(zhǔn)-吐-哈陸塊與中天山前寒武紀(jì)陸塊之間，并被康古爾-黃山韌性剪切帶分割成北部大南湖-頭蘇泉島弧帶與南部的阿奇山-雅滿蘇島弧帶[8]。研究區(qū)位于東天山覺羅塔格構(gòu)造帶南部的阿奇山雅滿蘇島弧內(nèi)，北鄰雅滿蘇斷裂，南為大面積分布的百靈山巖體(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿活動可分為前碰撞階段(386.5～369.5 Ma)、主碰撞階段(349～330 Ma)、后碰撞階段(320～252 Ma)和板內(nèi)演化階段(246～230 Ma)，其中尤以后碰撞階段花崗巖類的分布最廣泛、巖漿活動最強烈，同時在主碰撞階段與后碰撞階段內(nèi)，與花崗巖有關(guān)的成礦作用也極顯著[23]。玉林巖體位于研究區(qū)東部，侵入到下石炭統(tǒng)雅滿蘇組凝灰質(zhì)正常沉積碎屑巖中。近年來新疆地質(zhì)調(diào)查院在該地區(qū)開展1∶5萬化探工作，在玉林巖體邊部新發(fā)現(xiàn)了玉林鉛鋅礦點，礦化作用與玉林巖體提供的熱液活動密不可分。

2 巖體地質(zhì)及巖相學(xué)

研究區(qū)玉林巖體呈NW向帶狀展布，地表延伸近800 m，寬10～100 m，巖性為淺灰白色中細(xì)?；◢忛W長巖(圖2)。巖體邊部發(fā)育矽卡巖化、大理巖化、硅化蝕變，其中矽卡巖以石榴子石矽卡巖、透輝石矽卡巖、硅灰石矽卡巖為主；大理巖以含生物碎屑大理巖、大理巖為主，含石榴子石、硅灰石等矽卡巖礦物。

圖1 新疆東天山大地構(gòu)造單元圖Fig.1 Tectonic units in eastern Tianshan

圖2 研究區(qū)地質(zhì)圖及玉林地質(zhì)草測圖Fig.2 Regional geological map of the research area and geological sketch map of the Yulin

本次研究的樣品采樣坐標(biāo)為：91°28′28.09″E，41°53′53.44″N。巖石呈似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由斑晶和基質(zhì)組成，斑晶以斜長石為主，含量約為15%，呈半自形板狀，粒徑1.8 mm×0.9 mm～5.6 mm×3.0 mm，可見聚片雙晶，普遍發(fā)育輕度隱晶簾石化、絹云母化及高嶺土化；基質(zhì)具細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，含量約85%，主要由斜長石、鉀長石、石英和暗色礦物組成，其中斜長石含量約63%，呈半自形板狀，粒徑約為0.2～0.6 mm，聚片雙晶發(fā)育，普遍輕度絹云母化、隱晶簾石化、高嶺土化雜亂分布；鉀長石與石英均呈他形粒狀，粒徑約為0.2～0.5 mm，鉀長石具有條紋結(jié)構(gòu)，發(fā)生輕度泥化，石英含量約為20%，發(fā)生波狀消光；暗色礦物主要為普通角閃石，含量約為2%，呈柱狀，粒徑約為0.2～0.7 mm；可見微量榍石和磷灰石。

3 測試方法

樣品的全巖分析在新疆礦產(chǎn)研究所完成，鋯石分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成，鋯石的陰極發(fā)光在重慶宇勁科技有限公司完成。樣品的鋯石LA-ICP-MS法測年在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的ArF-excimer上完成，該激光儀光源直徑為30 μm，波長為193 nm，以He作為剝蝕物質(zhì)載氣。有關(guān)年齡的數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)開發(fā)的ICPMSDataCal軟件[15-16]及Ludwig開發(fā)的Isoplot軟件[17]完成。

圖3 玉林花崗巖樣品16TW6-YL-1鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 Zircons CLimages of sample 16TW6-YL-1 of the Yulin granite

4 鋯石年代學(xué)

本文對樣品(16TW6-YL-1)進(jìn)行了鋯石U-Pb定年，分析結(jié)果見表1，鋯石陰極發(fā)光圖像見圖3。鋯石呈短柱狀，長寬比多為2∶1，個別接近1∶1，多為無色透明，少數(shù)呈淺黃色，顆粒大小為100～200 μm。通過鋯石陰極發(fā)光圖像，發(fā)現(xiàn)13顆鋯石中均見明顯震蕩環(huán)帶，說明此次測試的鋯石均為巖漿鋯石。通過年齡諧和圖發(fā)現(xiàn)(圖4)，鋯石點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(327.1±6.6)Ma(可信度為95%，MSWD=0.59)，能準(zhǔn)確反映巖體形成的年齡，表明玉林巖體形成于早石炭世。

表1 玉林花崗巖樣品的鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of the Yulin granite sample

圖4 玉林花崗巖16TW6-YL-1樣品鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagram of zircons from sample 16TW6-YL-1 of the Yulin granite

5 地球化學(xué)

5.1 主量元素

玉林巖體斜長花崗巖樣品的地球化學(xué)分析結(jié)果顯示(表2)，樣品中SiO2變化較小，含量為66.34%～67.52%，Al2O3含量為15.21%～15.7%，Na2O含量為4.47%～5.96%，K2O含量為0.46%～1.93%；Na/K值為2.92～12.96，均值 5.92，其中樣品 16YQ6-YL-3 與16YQ6-YL-4的K2O含量極低，均小于1%，A/CNK值為0.88～0.99(小于1.1)；里特曼指數(shù)(σ)為1.2～2.43(小于3.3)。反映玉林巖體具富硅、鋁、鈉，低鉀、鎂、鈣，同時貧TiO2、MnO、P2O5的特點。通過TAS圖解(圖5)，反映花崗巖樣品均為花崗閃長巖類；在K2OSiO2圖解上(圖6左)，顯示樣品為低鉀系列至鈣堿性系列巖石；在A/NK-A/CNK圖解上(圖6右)，樣品均落入準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖中，玉林巖體主量元素特征反映該花崗巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)-低鉀鈣堿性系列的花崗閃長巖。

表2 玉林花崗巖主量元素和微量元素測試結(jié)果Table 2 Major and trace element contents of the Yulin granite

圖5 玉林花崗巖TAS圖解Fig.5 TAS diagram of the Yulin granite(據(jù)Middlemost，1994)

5.2 微量元素

從表2中可見，玉林巖體的稀土元素總量低，ΣREE 為 37.91×10-6～46.43×10-6。LREE/HREE 為6.44～7.54，均值為7，同時在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖中(圖7)，分布曲線呈明顯的右傾型，表明花崗巖樣品具有LREE富集，HREE相對虧損的特點。除樣品(16YQ6-YL-1)顯示較弱的負(fù)Eu異常(δEu=0.96)外，其余3件樣品均顯示弱的正Eu異常(δEu=1～1.14)，表明巖漿演化過程中斜長石的分離結(jié)晶作用較弱或熔融后的巖漿混入了源區(qū)的斜長石。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖解中(圖7)，花崗巖樣品均顯示相似的變化特征，均富集K，Sr等大離子親石元素，相對虧損Nb，Th，Ti等高場強元素，整體表現(xiàn)出火山弧花崗巖的特征。

6 討論

6.1 巖石成因

玉林花崗閃長巖屬低鉀鈣堿性巖石系列，富集K，Sr等大離子親石元素，相對虧損Nb，Th，Ti等高場強元素。同時，玉林花崗閃長巖具相對高Sr(平均594×10-6)、低Y(5.1×10-6～7.3×10-6)、低Yb(0.48×10-6～0.67×10-6)的地球化學(xué)特征，可與前人總結(jié)的有關(guān)埃達(dá)克巖地球化學(xué)判別標(biāo)志進(jìn)行對比(表3)[18]。在埃達(dá)克巖(La/Yb)N-YbN和Sr/Y-Y判別圖中，玉林花崗閃長巖所有樣品均落在埃達(dá)克巖區(qū)域(圖8)。

圖6 玉林花崗巖K2O-SiO2判別圖(左)和A/NK-A/KNC判別圖(右)Fig.6 K2O-SiO2discrimination for the Yulin granite(left)and A/NK-A/KNC discrimination(right)(據(jù)Peccerillo，1976 and Middlemost，1985)

圖7 玉林花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布圖及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and Primitive mantle-normalized spidergrams of the Yulin granite(球粒隕石及原始地幔值據(jù)Sun and McDonough，1989)

埃達(dá)克巖的成因模型主要有俯沖洋殼的熔融、增厚的下地殼鐵鎂質(zhì)巖石熔融、拆沉下地殼的熔融及幔源巖漿在厚地殼底部巖漿庫中分離結(jié)晶和混染作用4種[19]。玉林巖體A/CNK的值偏低，為0.88～0.99，Al2O3/TiO2的值為48～60，均小于60，CaO/Na2O的值大于0.3，判定其原巖成熟度較低而成巖溫度較高，且微量元素呈較低的Nd/Th，Ti/Y，Ti/Zr和Nb/Ta比值，認(rèn)為其為殼源巖漿演化的產(chǎn)物[20]。通過巖漿巖成因類型的角閃石Ca-Fe-Mg判別圖解(圖9)，發(fā)現(xiàn)樣品基本落在殼-殼幔源區(qū)，進(jìn)一步確定本區(qū)花崗巖為殼源巖漿演化的產(chǎn)物，而非幔源巖漿。

表3 埃達(dá)克巖地球化學(xué)標(biāo)志Table 3 Geochemical attribute of adakites

圖8 玉林花崗巖(La/Yb)N-YbN和Sr/Y-Y判別圖Fig.8(La/Yb)N-YbNand Sr/Y-Y discriminations of the Yulin granite(據(jù)Defant and Drummond，1990)

圖9 玉林花崗巖Ca-Fe-Mg判別圖和Zr-SiO2判別圖Fig.9 Ca-Fe-Mg discriminations granite and Zr-SiO2discriminations of the Yulin granite(據(jù)Collis et al.，1982)

另外本區(qū)花崗巖Na2O含量較高，K2O含量很低，Na2O/K2O的值均大于2，顯示本區(qū)花崗巖為富鈉的O型花崗巖[21]，為典型的與板片俯沖有關(guān)的埃達(dá)克巖，同時樣品Mg#值偏高，均大于40，推測其可能產(chǎn)生于俯沖洋殼的部分熔融[19]。而Mg#值偏高的原因可能是由于洋殼熔融后形成的埃達(dá)克質(zhì)巖漿在上升過程中受到了地幔楔或殼源物質(zhì)的影響[22]。

6.2 構(gòu)造意義

對于區(qū)內(nèi)古生代構(gòu)造背景的認(rèn)識，有學(xué)者認(rèn)為覺羅塔格地區(qū)于早石炭世已進(jìn)入陸內(nèi)拉張階段，覺羅塔格構(gòu)造帶形成于裂谷環(huán)境[1-3]。較多學(xué)者認(rèn)為覺羅塔格地區(qū)在早石炭世仍處于俯沖階段[4-14]，覺羅塔格構(gòu)造帶形成于俯沖環(huán)境，而對于俯沖極性及產(chǎn)生的板塊部位，有觀點認(rèn)為其與南天山洋向北俯沖的作用有關(guān)，形成于弧后盆地[4,7]；還有觀點認(rèn)為其與阿其克庫都克一帶的古洋盆向南俯沖的作用有關(guān)，產(chǎn)生于弧間盆地[10-11]；也有學(xué)者認(rèn)為其產(chǎn)生于早石炭世北天山洋向北俯沖的被動陸緣[12]。本文玉林巖體的年齡為(327.1±6.6)Ma，與其附近的紅云灘巖體(328.5±9.3 Ma)、百靈山巖體(317.7±3.7 Ma)的年齡基本一致[8,23]。在花崗巖Y+Nb-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖中，所有樣品均落在火山弧花崗巖區(qū)域(圖10)。通過對比研究，筆者認(rèn)為覺羅塔格地區(qū)在早石炭世仍處于俯沖階段，玉林花崗巖體可能形成于俯沖階段的火山弧環(huán)境，巖漿在上升過程中為玉林鉛鋅礦點的形成提供了熱液活動的支持。

7 結(jié)論

(1)玉林花崗巖體的年齡為(327.1±6.6)Ma，為早石炭世巖漿作用的產(chǎn)物。

圖10 構(gòu)造環(huán)境Rb-Y+Nb判別圖Fig.10 Rb-Y+Nb discriminations of tectonic setting(據(jù)Pearce et al.，1984)

(2)主量元素表明玉林巖體為準(zhǔn)鋁質(zhì)-低鉀鈣堿性系列的花崗閃長巖，屬于I型花崗巖，與埃達(dá)克巖具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)。

(3)玉林巖體形成于俯沖作用下的火山弧環(huán)境，可能來源于俯沖洋殼的部分熔融，為玉林鉛鋅礦點的形成提供了熱液活動的支持。

[1]秦克章,方同輝,王書來,等.東天山板塊構(gòu)造分區(qū)、演化與成礦地質(zhì)背景研究［J］.新疆地質(zhì),2002,20(4):302-308.

[2]馮益民,朱寶清,楊軍錄,等.東天山大地構(gòu)造及演化——1:50萬東天山大地構(gòu)造圖簡要說明[J].新疆地質(zhì),2002,20(4):309-314.

[3]陳富文,何國琦,李華芹.論東天山覺羅塔格造山帶的大地構(gòu)造屬性［J］.中國地質(zhì),2003,30(4):361-366.

[4]孫桂華,李錦軼,王德貴,等.東天山阿其克庫都克斷裂南側(cè)花崗巖和花崗閃長巖鋯石SHRIMP U-Pb測年及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)通報,2006,25(8):945-952.

[5]李文鉛,夏斌,王克卓,等.新疆東天山彩中花崗巖體鋯石SHRIMP年齡及地球化學(xué)特征[J].地質(zhì)學(xué)報,2006,80(1):43-52.

[6]羅婷,廖群安,陳繼平,等.東天山雅滿蘇組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義[J].地球科學(xué)—中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報,2012,37(6):1339-1352.

[7]Xu X W,Ma T L,Shu L Q,et al.Characteristics and dynamic origin of the large-scale Jiaoluotage ductile compressional zone in the eastern Tianshan Mountains,China[J].Journal of Structural Geology,2003,25:1901-1915.

[8]吳昌志,張遵忠,Khin Zaw等.東天山覺羅塔格紅云灘花崗巖年代學(xué)、地球化學(xué)及其構(gòu)造意義[J].巖石學(xué)報,2006,22(5):1121-1134.

[9]張遵忠,顧連興,吳昌志,等.東天山巖漿活動與碰撞造山過程和成礦作用[M].南京:南京大學(xué)出版社,2010:1-329.

[10]馬瑞士,王賜銀,葉尚夫,等.東天山構(gòu)造格架及地殼演化[M]南京:南京大學(xué)出版社,1993:1-225.

[11]馬瑞士,舒良樹,孫家齊.東天山構(gòu)造演化與成礦[M]北京:地質(zhì)出版社,1997:1-202.

[12]李華芹,謝才富,常海亮,等.新疆北部有色貴金屬礦床成礦作用年代學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1998:1-263.

[13]李錦軼,王克卓,李文鉛,等.東天山晚古生代以來大地構(gòu)造與礦產(chǎn)勘查[J].新疆地質(zhì),2002,20(4):295-301.

[14]李錦軼,王克卓,孫桂華,等.東天山吐哈盆地南緣古生代活動陸緣殘片:中亞地區(qū)古亞洲洋板塊俯沖的地質(zhì)記錄[J].巖石學(xué)報,2006,22(5):1087-1102.

[15]Liu YS,Gao S et al.In situ analysis of major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS without applying an inernal standard[J].Chem.Geol.,2008,257(1-2):34-43.

[16]Liu YS,Gao S,Hu Z et al.Continental and oceanic crust recyclinginduced melt-peridotite ineractions in the Trans-North China Orogen:U-Pb dating,Hf isotopes and trace elements in zircons of mantle xenoliths[J].Journal of Petrology,2010,51(1-2):537-571.

[17]Ludwig,K.R.,2003.User’s manual for Isoplot 3.00 a geochronological toolkit for Microsoft Excel.Berkeley Geochronology Center,Special Publication No.4a,Berkeley,California.

[18]楊建國,王小紅,謝燮,等.東天山—北山地區(qū)埃達(dá)克巖與斑巖型銅、金、鉬礦床研究現(xiàn)狀綜述[J].西北地質(zhì),2012,45(2):65-72.

[19]熊小林,蔡志勇,牛賀才,等.東天山晚古生代埃達(dá)克巖成因及銅金成礦意義[J].巖石學(xué)報,2005,21(3):967-976.

[20]雷如雄,吳昌志,張遵忠,等.東天山雅滿蘇北巖體的年代學(xué)、地球化學(xué)及其構(gòu)造意義[J].巖石學(xué)報,2013,29(8):2653-2664.

[21]張旗,王焰,錢青,等.中國東部燕山期埃達(dá)克巖的特征及其構(gòu)造-成礦意義[J].巖石學(xué)報,2001,17(2):236-244.

[22]Drummond M S,Defant M J,Kepezhinskas P.Peteogenesis of slabderived trondhjemite-lonalite-dacite/adakite magmas.Transactions of the Royal society of Edinbnrgh,Earth Sciences,1996 87,205-215.

[23]周濤發(fā),袁峰,張達(dá)玉,等.新疆東天山覺羅塔格地區(qū)花崗巖類年代學(xué)、構(gòu)造背景及其成礦作用研究[J].巖石學(xué)報,2010,26(2):478-502.