準(zhǔn)噶爾盆地阿克巴斯陶巖體地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

徐工耀, 劉劍平, 周　潔, 高　麗

(1.中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.中國海洋大學(xué) 海洋地球科學(xué)學(xué)院，青島 266100； 3.中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081)

阿克巴斯陶巖體處于巴爾喀什-準(zhǔn)噶爾-蒙古南戈壁華力西期巨型陸緣構(gòu)造活動(dòng)帶之中[1-3]。其構(gòu)造位置位于哈薩克斯坦-準(zhǔn)噶爾板塊的唐巴勒-卡拉麥里晚古生代溝-弧帶的西段，屬于準(zhǔn)噶爾海西期火山島弧區(qū)。巖體發(fā)育于北東走向的達(dá)爾布特?cái)嗔褞П眰?cè)(圖1)，其形成與該斷裂帶的構(gòu)造演化密切相關(guān)。以往的研究主要針對(duì)周邊斷裂特征及其對(duì)阿克巴斯陶巖體的影響[4-7]，涉及到花崗巖的侵位機(jī)制及形態(tài)[8-10]。本文通過對(duì)該巖體的年代學(xué)和地球化學(xué)特征研究，判斷該巖體形成時(shí)的構(gòu)造背景，以期從地球化學(xué)角度為該區(qū)構(gòu)造演化提供約束。

1　基本特征

1.1　區(qū)域地質(zhì)背景

該區(qū)地層較為發(fā)育，主要有泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、新近系、第四系出露。巖漿侵入活動(dòng)較為強(qiáng)烈，主要形成于海西階段中期，由第一侵入次的超基性巖至第五侵入次的花崗斑巖，均有分布。火山巖主要賦存于泥盆系、石炭系之中，這些火山巖主要由中基性火山巖、火山碎屑巖等組成。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主要以北東向?yàn)橹鳌?/p>

1.2　阿克巴斯陶巖體分布

阿克巴斯陶巖體出露面積較大，約375 km2，呈近東西向橢圓形展布(圖1)。巖體侵位于石炭系包古圖組的一套遠(yuǎn)洋細(xì)碎屑巖地層中，在邊緣處和圍巖發(fā)生了混染作用。巖體與圍巖的接觸界線不規(guī)則，接觸面外傾，傾角20°～50°。

1.3　巖石類型

經(jīng)采集樣品進(jìn)行鑒定分析，結(jié)果表明巖體主要為灰紅色細(xì)中粒花崗閃長巖、灰紅色花崗斑巖和灰黑色細(xì)粒斑狀石英二長閃長巖作為包體，圍巖則是灰黑色橄欖玄武巖。從侵位關(guān)系判斷，由老到新依次是灰紅色的花崗斑巖(圖2-A)、紅色中細(xì)?；◢忛W長巖(圖2-B)、灰黑色細(xì)粒斑狀石英二長閃長巖(圖2-C)。

根據(jù)樣品地化分析結(jié)果進(jìn)行TAS圖解投點(diǎn)(圖3)，19個(gè)樣品分別落入閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖區(qū)，與鏡下鑒定結(jié)果一致。

圖1　研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1　Simplified geological map of the study area

圖2　各巖性鏡下特征Fig.2　Microphotographs showing different rock types(A)花崗斑巖,正交偏光; (B)細(xì)中?；◢忛W長巖,正交偏光; (C)石英二長閃長巖,正交偏光。Qtz.石英；Kfs.鉀長石；Hb.角閃石；Prx.輝石；Bt.黑云母；Pi.斜長石

圖3　阿克巴斯陶巖體全堿-硅圖Fig.3　TAS classification for Akebasitao pluton1.橄欖輝長巖；2a.堿性輝長巖；2b.亞堿性輝長巖；3.輝長閃長巖；4.閃長巖；5.花崗閃長巖；6.花崗巖；7.硅英巖；8.二長輝長巖；9.二長閃長巖；10.二長巖；11.石英二長巖；12.正長巖；13.副長石輝長巖；14.副長石二長閃長巖；15.副長石二長正長巖；16.副長正長巖； 17.副長深成巖； 18.霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖

2　鋯石U-Pb年代學(xué)

花崗閃長巖樣品中鋯石大都是無色透明的，呈現(xiàn)玻璃光澤，自形長柱狀，長寬比約為2∶1?；◢忛W長巖中鋯石的25個(gè)分析數(shù)據(jù)(表1)，去掉誤差過大的8個(gè)數(shù)據(jù)，剩下的17個(gè)分析數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于諧和線及其附近(圖4)，其207Pb/235U年齡加權(quán)平均值為 (309.2±3.7)Ma(n=18，MSWD=3.5)。U-Pb年齡頻率直方圖(圖5)也顯示206Pb/238U年齡大約在313 Ma左右，即阿克巴斯陶巖體的花崗閃長巖形成于中石炭世晚期。

圖4　花崗閃長巖中鋯石鈾鉛諧和圖Fig.4　Concordia diagrams of zircon U-Pb dating of granodiorite

圖5　花崗閃長巖中鋯石鈾鉛年齡直方圖Fig.5　Histogram distribution of zircon U-Pbfrequency of the granodiorite

3　地球化學(xué)特征

3.1　主元素

阿克巴斯陶巖體地球化學(xué)數(shù)據(jù)見表2和表3。其中花崗斑巖樣品的ALK值為7.73%～8.37%，為偏堿性，平均值為8.00%；巖石的長英指數(shù)(FL)為91.57～94.59，平均值為92.73；巖石的鎂鐵指數(shù)(MF)為98.89%～99.75%，平均值為99.36%；巖石固結(jié)指數(shù)(SI)為0.05～0.21；巖石的堿度率(AR)為1.53～4.87，平均值為3.07；里特曼指數(shù)σ為1.73～2.02[11]。綜合長英指數(shù)(FL)、鎂鐵指數(shù)(MF)和固結(jié)指數(shù)(SI)的范圍和平均值，表明阿克巴斯陶巖體中花崗斑巖的分異演化程度高。

阿克巴斯陶巖體中花崗斑巖的化學(xué)成分和化學(xué)分析參數(shù)都與A型花崗巖相近。A型花崗巖是由M.C.Loiselle等[12]提出來的一種以堿性、貧水、非造山為特征的花崗巖。雖然這種花崗巖的類型曾經(jīng)受到質(zhì)疑，但是憑借其獨(dú)特的巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)的性質(zhì)而受到地質(zhì)界的廣泛關(guān)注并一直使用到今天。除了傳統(tǒng)的堿性A型花崗巖以外，它還有一種包括中等堿質(zhì)、含少量水而不含堿性暗色礦物的鋁質(zhì)A型花崗巖。阿克巴斯陶巖體花崗巖的巖石化學(xué)特征與福建沿海和澳大利亞東南部的鋁質(zhì)A型花崗巖一樣，都具有SiO2含量較高、Al2O3含量較低、偏堿性、存在準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)的特征(表3)。

阿克巴斯陶巖體花崗閃長巖樣品的ALK值為5.42%～7.17%，為偏堿性，平均值為6.52%；巖石的堿度率(AR)為1.72～2.38，平均值為2.03；里特曼指數(shù)σ為1.48～2.26。

圖6　阿克巴斯套巖體A/NK-A/CNK圖解Fig.6　A/NK-A/CNK diagram for Akebasitao pluton作圖方法據(jù)P.D.Mania(1989) [14]

阿克巴斯陶巖體總體上鋁質(zhì)偏高(圖6)，為過鋁質(zhì)。花崗斑巖樣品中Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)值大部分大于1.1，為過鋁質(zhì)花崗巖。雖然鋁飽和指數(shù)對(duì)于I型花崗巖和S型花崗巖的區(qū)分有著重要的意義，但是有時(shí)也不能僅憑這個(gè)來區(qū)分，需要使用其他的地球化學(xué)圖解來判定[13]。

花崗閃長巖為鈣堿性系列，花崗斑巖為鈣堿性-堿性(圖7)。

根據(jù)哈克圖解(圖8)可以看出，花崗斑巖和花崗閃長巖的SiO2與Al2O3、MgO、CaO、FeOT、TiO2、Na2O明顯呈負(fù)相關(guān)，而與K2O呈正相關(guān)?；◢忛W長巖與花崗斑巖雖然巖石化學(xué)成分變化較大，但具有良好的線性關(guān)系，可能存在巖漿的混合作用。

表2　阿克巴斯陶巖體巖石化學(xué)成分測試數(shù)據(jù)(w/%)Table 2　Petrochemical analysis for Akebasitao pluton

FJ表示福建沿海9個(gè)鋁質(zhì)A型花崗巖平均值，Gabo表示澳大利亞東南部Gabo巖體9個(gè)鋁質(zhì)A型花崗巖的平均值[16]。

表3　阿克巴斯陶巖體主要巖石化學(xué)參數(shù)Table 3　Chemical parameters of main rocks from Akebasitao pluton

SI=MgO×100/(MgO+FeO+Fe2O3+Na2O+K2O); FL=100(Na2O+ K2O)/(Na2O+K2O+CaO); MF=100×(FeO+Fe2O3)/(MgO+FeO+Fe2O3);A/NK=Al2O3/(Na2O+K2O);A/CNK= Al2O3/(Na2O+K2O+CaO);σ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)

圖7　阿克巴斯套巖體巖石SiO2-AR圖解Fig.7　SiO2-AR diagram for Akebasitao pluton rock 作圖方法據(jù)J.B.Wright(1969) [15]

3.2　痕量元素

3.2.1花崗斑巖

花崗斑巖中大離子親石元素Rb、Cs等較為富集(表4)，表明在阿克巴斯陶巖體的花崗斑巖形成過程中，出現(xiàn)了流體。高場強(qiáng)元素Zr、Th、Hf等也相對(duì)富集，Ba、Sr、Nb、Ti虧損嚴(yán)重。其中親鐵元素Sr和Ti虧損嚴(yán)重，指示在花崗斑巖形成過程中，巖漿從地幔當(dāng)中向上部侵入時(shí)，可能受到了地殼下部硅鎂層和上部硅鋁層的熱交換作用的影響，使得地幔富集的一些親鐵元素在熱交換過程中一部分交換到了地殼中。

圖8　阿克巴斯陶巖體巖石哈克圖解Fig.8　Hark diagram for Akebasitao pluton

花崗斑巖的痕量元素含量具有REE四重效應(yīng)，并且呈現(xiàn)出“M”形的特點(diǎn)，具有低度低共熔的高演化淺色花崗巖的特征，和A型花崗巖的特征吻合。結(jié)合痕量元素和主元素特征分析，花崗斑巖為典型的鋁質(zhì)A型花崗巖。Rb、CS等大離子親石元素較Nb、Y、Yb相對(duì)富集；Rb和Th的標(biāo)準(zhǔn)化豐度值很高，Ba相對(duì)比較低；Sr、P和Ti普遍比相鄰元素富集；Y和Yb值低于或接近于標(biāo)準(zhǔn)化成分(圖9)。

3.2.2花崗閃長巖

花崗閃長巖的痕量元素特征與花崗斑巖類似，但是Ce、Ba、Sr明顯比花崗斑巖富集(表4、圖10)；同時(shí)，高強(qiáng)場元素Nb、P、Ti等以及部分重稀土元素也明顯虧損。

圖9　花崗斑巖痕量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.9　Primitive normalized trace element spidergram of granite porphyry

圖10　花崗閃長巖痕量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.10　Primitive normalized trace element spidergram of granodiorite

3.3　稀土元素

3.3.1花崗斑巖

巖體中花崗斑巖的稀土元素含量較高(表4)，ΣREE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wΣREE)為249.37×10-6～302.13×10-6，大于中性巖的平均值?；◢彴邘r的wLREE/wHREE值在4.05～5.26之間，為輕稀土富集型。(wLa/wYb)N的值在2.92～4.08之間，輕稀土元素較重稀土元素富集。花崗斑巖有明顯的負(fù)銪異常，其δEu值大致都在0.04左右，表明在巖漿演化晚期具有較強(qiáng)的斜長石分離結(jié)晶作用。

圖11　花崗斑巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式Fig.11　Chondrite-normalized rare earth element pattern of granite porphyry

花崗斑巖稀土元素分配模式呈現(xiàn)明顯的“V”字形，且整體向右傾斜，其中重稀土元素傾斜程度較大，輕稀土元素傾斜的曲線相對(duì)平緩(圖11)。這也說明輕稀土較為富集，局部熔融程度比較高，并且也與福建沿海的鋁質(zhì)A型花崗巖的稀土元素分布型式一致。

3.3.2花崗閃長巖

相較于巖體中的花崗斑巖，花崗閃長巖的稀土含量較低(表4)，ΣREE的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.99×10-6～94.64×10-6，總量低于100×10-6，wLREE/wHREE值在6.03～7.62，為輕稀土富集型，(wLa/wYb)N值為5.54～6.77?；◢忛W長巖有輕微的負(fù)銪異常，δEu為0.81～1.01，反映巖漿在演化早期沒有經(jīng)歷明顯的斜長石分離結(jié)晶。

花崗閃長巖的稀土元素分布型式圖不具有明顯的負(fù)銪異常，具有明顯的右傾形態(tài)，輕稀土元素傾斜的程度大于重稀土元素(圖12)，輕稀土元素分餾程度比重稀土元素高，為I型花崗巖的特征[16]。

圖12　花崗閃長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式Fig.12　Chondrite-normalized rare earth element pattern of granodiorite

4　構(gòu)造環(huán)境、源巖及形成演化分析

4.1　阿克巴斯陶巖體形成的構(gòu)造環(huán)境

阿克巴斯陶巖體大體沿著達(dá)爾布特?cái)嗔逊植?，位于斷裂帶的北部。該巖體在石炭紀(jì)侵入，主要侵入到早、晚石炭世地層中，包括下石炭統(tǒng)包古圖組和上石炭統(tǒng)太勒古拉組。包古圖組和太勒古拉組都是以褶皺為主的地層，其中包古圖組的構(gòu)造特征為強(qiáng)烈緊閉，而太勒古拉組的構(gòu)造特征則是相對(duì)寬緩。區(qū)域上，二疊系中庫吉爾臺(tái)組以升降運(yùn)動(dòng)為主，說明二疊紀(jì)以后區(qū)域主要應(yīng)力為拉應(yīng)力。阿克巴斯陶巖體中花崗閃長巖主要形成于330 Ma B.P.，為早石炭紀(jì)；花崗斑巖則形成于晚石炭世[16]。阿克巴斯陶巖體的形成構(gòu)造背景應(yīng)為石炭紀(jì)的擠壓應(yīng)力作用。

根據(jù)阿克巴斯陶巖體的構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖13)，花崗斑巖樣品均落在造山期后A型花崗巖區(qū)，這說明其形成于造山期后構(gòu)造環(huán)境?；◢忛W長巖落在了破壞性活動(dòng)板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖區(qū)域，說明花崗閃長巖形成于活動(dòng)大陸邊緣。

圖13　阿克巴斯陶巖體R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.13　R1-R2 diagram of tectonic setting discrimination for Akebasitao pluton作圖方法據(jù)R.A.Batchelor(1985)[17]R1=4Si-11(Na+K)-2(Fe+Ti); R2=Al+2Mg+6Ca [18]①地幔斜長花崗巖；②破壞性活動(dòng)板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；③板塊碰撞后隆起期花崗巖；④晚造山期花崗巖；⑤非造山區(qū)A型花崗巖； ⑥同碰撞(S型)花崗巖；⑦造山期后A型花崗巖

將阿克巴斯陶巖體分別投點(diǎn)在Zr-SiO2判別圖解和 (K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)判別圖解中，花崗斑巖落入A型花崗巖區(qū)(圖14，圖15)，花崗閃長巖落在I型花崗巖區(qū)(圖14)。

圖14　A型與I型花崗巖Zr-SiO2判別圖Fig.14　Zr-SiO2 discrimination diagrams of A-type granite and I-type granite

圖15　(K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)判別圖Fig.15　 (K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y) discrimination diagrams of A-type granite and I-type granite作圖方法據(jù)J.B.Whalen(1987)[19]

王中剛等[20]對(duì)新疆的花崗巖研究后認(rèn)為，在堿性花崗巖中，非造山A型花崗巖(AA型)和后造山A型花崗巖(PA 型)在化學(xué)成分上差距不大，但是在化學(xué)參數(shù)上仍能夠表現(xiàn)出來：AA型花崗巖的R1參數(shù)為900～3 000；而PA型花崗巖的R1參數(shù)變化范圍較小，大都在2 000～3 000。另外，非造山的AR值一般大于8，而后造山的多數(shù)小于8，因此，可以通過R1和AR值來區(qū)分非造山與后造山A型花崗巖。通過計(jì)算，阿克巴斯陶巖體中的花崗斑巖屬于PA型。

綜上分析，我們可以得出阿克巴斯陶巖體的花崗斑巖為后造山堿性花崗巖，由痕量元素蜘蛛網(wǎng)圖(圖11)可以看出阿克巴斯陶巖體的花崗斑巖具有板內(nèi)花崗巖的特點(diǎn)；而通過對(duì)花崗斑巖的痕量元素特征及稀土配分曲線圖(圖11、圖13)，可以看出花崗斑巖來源較深，可能存在部分地殼物質(zhì)在深部巖漿上涌過程中被卷入。

對(duì)于I型花崗巖的成因分析，前人有很多不同的觀點(diǎn)：有人認(rèn)為是虧損地幔部分熔融而形成的[21]；有人認(rèn)為這類花崗巖是下地殼物質(zhì)部分熔融而形成的；還有人認(rèn)為這是地幔巖漿和地殼熔融形成的巖漿經(jīng)過混合作用而形成的[22]。

通過痕量元素和稀土元素的分析，我們發(fā)現(xiàn)阿克巴斯陶巖體的花崗閃長巖相對(duì)虧損高場強(qiáng)元素和重稀土元素，輕稀土富集，呈現(xiàn)出TNT模式，這說明巖體的花崗閃長巖的形成與俯沖殘留洋殼流體的交代或者島弧組分的參與有關(guān)系。在R1-R2圖解(圖15)中，阿克巴斯陶花崗閃長巖樣品均落入了碰撞前花崗巖區(qū)，這說明該巖體的花崗閃長巖具有火山弧花崗巖類型的特征。

4.2　阿克巴斯陶巖體的源巖性質(zhì)及演化

王中剛等[20]通過對(duì)西準(zhǔn)噶爾盆地出露的堿性花崗巖的研究后，發(fā)現(xiàn)在殼幔同熔型和殼源型花崗巖類中，只有二長花崗巖、花崗閃長巖及英云閃長巖等巖石才會(huì)含有角閃石，甚至輝石類礦物，而堿長花崗巖和鉀長花崗巖一般不會(huì)含有角閃石和輝石的。因此，他們認(rèn)為，含角閃石的堿長花崗巖可能屬于幔源重熔分異的堿性花崗巖(A 型花崗巖)，后者經(jīng)常含有角閃石和輝石類礦物(鈉閃石、霓石、霓輝石)。因而在堿長花崗巖中出現(xiàn)角閃石和輝石類礦物是其為幔源成因堿性系列巖石的一個(gè)標(biāo)志。伍建機(jī)等[23]對(duì)西準(zhǔn)噶爾廟爾溝花崗巖的痕量元素特征研究后認(rèn)為，達(dá)爾布特一帶的花崗巖是由于年輕的下地殼發(fā)生部分熔融而形成的，不同的巖石類型代表分離結(jié)晶的產(chǎn)物，這些年輕的地殼形成于早古生代期間準(zhǔn)噶爾洋發(fā)育階段，主要由洋殼和大洋島弧建造構(gòu)成。

對(duì)阿克巴斯陶巖體花崗斑巖和花崗閃長巖的主元素和痕量元素特征差異的分析表明，堿長花崗巖可以由花崗閃長質(zhì)巖漿經(jīng)分離結(jié)晶作用形成，主要證據(jù)有：從花崗閃長巖到花崗斑巖，隨著SiO2的遞增，大多數(shù)主元素、痕量元素的含量及地球化學(xué)參數(shù)都表現(xiàn)出明顯有規(guī)律的線性變化趨勢，表明兩者是同源巖漿不同演化階段的產(chǎn)物；花崗斑巖的Ba、Sr、Eu元素的含量明顯低于花崗閃長巖，顯示出斜長石的分離結(jié)晶趨勢；如果A型花崗巖是 I型花崗閃長質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物，那么A型花崗巖的痕量元素富集程度就應(yīng)是結(jié)晶分異程度的指示；隨著銪負(fù)異常的增大，本區(qū)花崗巖類的痕量元素Th及Ga/Al值出現(xiàn)了明顯增大的趨勢；在空間上，花崗閃長巖往往以小巖體的形式發(fā)育于巨大巖基狀堿長花崗巖體的邊緣相中。盡管同位素地質(zhì)年代學(xué)很可能不能區(qū)分花崗閃長巖和堿長花崗巖形成的早晚，但通過野外實(shí)地考察和室內(nèi)檢測發(fā)現(xiàn)花崗閃長巖體含有較多的暗色包體，且從花崗閃長巖到偏中心相的花崗斑巖，暗色包體及角閃石含量遞減，而黑云母和鉀長石含量逐漸增加。因此，可以認(rèn)為花崗閃長巖比花崗斑巖形成稍早，花崗斑巖是花崗閃長質(zhì)巖漿結(jié)晶分異作用的產(chǎn)物。

5　結(jié) 論

a.阿克巴斯陶巖體的花崗斑巖具有硅質(zhì)含量高、鋁含量相對(duì)比較低、弱過鋁質(zhì)、堿性等特點(diǎn)；高場強(qiáng)元素例如Zr、Th、Hf等相對(duì)富集，Ba、Sr、Nb、Ti等虧損嚴(yán)重。痕量和稀土元素分布型式圖表明，花崗斑巖為典型的鋁質(zhì)A型花崗巖。

b.阿克巴斯陶巖體中的花崗閃長巖屬于過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖，在Na2O-K2O圖解上落在I型花崗巖中；花崗閃長巖的痕量元素地球化學(xué)特征和花崗斑巖相似，但Ce、Ba、Sr等元素較花崗斑巖富集；高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti等及部分重稀土元素明顯虧損；稀土元素配分型式圖右傾，為典型的I型花崗巖。

c.阿克巴斯陶巖體中花崗斑巖形成于造山期后，為造山期后A型花崗巖，即PA型花崗巖，形成于290～310 Ma B.P.，可能是由花崗閃長巖經(jīng)過一系列的分離結(jié)晶作用而形成的。

d.阿克巴斯陶巖體中花崗閃長巖為I型花崗巖，形成于活動(dòng)大陸邊緣，根據(jù)其地球化學(xué)特征，認(rèn)為花崗閃長巖可能是由地幔楔以下的熱流和地幔楔共同作用，使年輕地殼發(fā)生熔融作用而形成的；花崗閃長巖中鋯石U-Pb同位素年齡為(309.2±3.7)Ma，說明形成于中石炭世早期。

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