中天山南緣伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡和地球化學(xué)特征

朱彥菲，靳劉圓，楊碩，卞翔

（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000）

對(duì)中亞造山帶構(gòu)造演化、塊體起源、陸殼生長(zhǎng)及它們對(duì)區(qū)域成礦的制約等方面的研究，歷來是國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界的熱點(diǎn)。一般認(rèn)為，中亞造山帶記錄了顯生宙全球最顯著的地殼增生事件，造山帶的形成和演化過程中洋盆閉合、板塊匯聚、陸內(nèi)造山和地幔柱驅(qū)動(dòng)均有大量地幔物質(zhì)注入大陸地殼中，導(dǎo)致顯著的陸殼生長(zhǎng)[1-5]。中國(guó)中天山地塊位于中亞造山帶西南段中國(guó)天山山脈核心部位，該地塊大量出露前寒武紀(jì)基底巖石，研究顯示其裂解源自古老陸塊[6-10]。古生代時(shí)期中天山地塊構(gòu)造演化與多個(gè)古洋盆演化及多次陸陸碰撞事件密切相關(guān)，該過程中形成大量的顯生宙巖漿巖——花崗質(zhì)巖石。因此，中國(guó)中天山地塊被認(rèn)為是研究中亞造山帶西南段形成歷史的窗口及探討古亞洲體系中陸殼演化(生長(zhǎng)或再循環(huán))的天然實(shí)驗(yàn)室。

多數(shù)研究者認(rèn)為，中天山北緣邊界斷裂帶和中天山南緣邊界斷裂帶具古板塊縫合帶性質(zhì)，是中天山南、北緣古洋盆長(zhǎng)期構(gòu)造演化形成的。目前對(duì)中天山南、北緣古生代洋盆的性質(zhì)、演化過程與時(shí)限、最終閉合時(shí)間等的研究，存在較大爭(zhēng)議[11-18]。尤其是中天山南緣南天山洋盆發(fā)生俯沖作用的時(shí)間，一直存在早泥盆世[19]，晚泥盆世[16,20-24]，早石炭世[25,26]，晚石炭世[26-29]，三疊紀(jì)之認(rèn)識(shí)[30]。

筆者對(duì)在巴倫臺(tái)鎮(zhèn)北伊爾根布魯克發(fā)現(xiàn)的石英閃長(zhǎng)巖體展開巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，確定其形成時(shí)代及形成環(huán)境，為中天山南緣構(gòu)造演化提供佐證，及天山造山帶構(gòu)造演化研究提供資料。

1 地質(zhì)背景及樣品特征

研究區(qū)位于新疆和靜縣西北100 km處，屬中天山南緣侵入巖帶的一部分。區(qū)內(nèi)地層有中元古界薊縣系卡瓦布拉克巖群，主要巖性為斜長(zhǎng)片麻巖、絹云母石英片巖、石英砂巖、粉砂巖、大理巖。區(qū)內(nèi)出露大面積石炭紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖、花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖和少量閃長(zhǎng)玢巖。本次研究的石英閃長(zhǎng)巖體呈EW向帶狀展布（圖1），長(zhǎng)約5 km，南北寬約3 km，東部侵入薊縣系卡瓦布拉克巖群中，北部和西部被第四系覆蓋，南部被石炭紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖侵入。石英閃長(zhǎng)巖，似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石主由斑晶、基質(zhì)組成。斑晶為斜長(zhǎng)石，近半自形板狀，1～2 mm，定向分布。基質(zhì)為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母，0.2～0.5 mm，部分0.5～1 mm（細(xì)），少部分0.05～0.2 mm（微）。斜長(zhǎng)石近半自形板狀，定向分布，局部略顯糜棱化，被絹云母及方解石交代。鉀長(zhǎng)石近半自形-它形粒狀，星散狀分布，局部可見鈉質(zhì)條紋。黑云母呈片狀、星散狀分布，被綠泥石及綠簾石交代，少部分為假象。巖石蝕變較弱，蝕變礦物為高嶺土、綠泥石（圖2）。

圖1 伊爾根布魯克地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of Yiergenbuluke

2 分析方法

全巖分析在新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。將測(cè)試樣品粉碎，研磨至200目以下的粉末備用，樣品前處理采用酸溶法，主量元素測(cè)試方法為X-射線熒光光譜法（XRF），微量元素測(cè)試方法為ICP-MS法，氧化物相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的偏差低于2%，微量元素分析數(shù)據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品的偏差低于5%。

圖2 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖巖相學(xué)特征Fig.2 Microphotographs of the Yiergenbuluke quartz diorite

鋯石分選在河北省廊坊區(qū)調(diào)隊(duì)試驗(yàn)室完成，鋯石陰極發(fā)光(CL)圖的拍攝、鋯石微量元素測(cè)定和U-Pb同位素測(cè)年均在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試儀器采用等離子體質(zhì)譜儀Agilent7500a，激光能量70 mJ，頻率8 Hz，激光束斑直徑32 μm，剝蝕物質(zhì)的載氣使用He，鋯石年齡計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，NIST610作為內(nèi)標(biāo)。數(shù)據(jù)處理采用ICP-MS Data?Ca8.3程序，并進(jìn)行普通鉛校正[31]，年齡計(jì)算及諧和圖繪制采用ISOPLOT3.0軟件完成[32]。全巖地球化學(xué)分析由國(guó)土資源部武漢綜合巖礦測(cè)試中心完成，主量元素除H2O采用重量法、CO2采用非水滴定法分析以外，其余氧化物均采用XRF法測(cè)定，分析精度(除H2O外)優(yōu)于1%，微量和稀土元素采用ICP-MS法測(cè)定，分析精度優(yōu)于5%，地球化學(xué)圖件繪制采用Geokit軟件完成[33]。

3 鋯石U-Pb年齡

在石英閃長(zhǎng)巖體中采集1件同位素測(cè)年樣品，采樣位置為北緯42°59′58.6″、東經(jīng) 85°19′25.3″。伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖中分選出的鋯石，多為無色透明，自形-半自形，多呈柱狀，長(zhǎng)寬比為1～3，粒徑50～150 μm。測(cè)試選擇內(nèi)部純凈，沒有包裹體和裂隙的部位測(cè)定（圖3）。鋯石CL圖像顯示具巖漿震蕩環(huán)帶。研究表明，不同成因的鋯石有不同的232Th/238U比值，其中，變質(zhì)成因的鋯石232Th/238U比值一般小于等于0.1，巖漿成因的鋯石232Th/238U比值一般大于0.4[34-35]。本次測(cè)定的樣品的U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)列于表1，樣品的232Th/238U比值介于0.50～1.12，均大于0.4（表1），說明鋯石為巖漿成因。8個(gè)數(shù)據(jù)的206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為（313.3±5.7）Ma，代表了巖石的形成年齡（圖4），表明巖石形成于晚石炭世。

圖3 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖鋯石陰極發(fā)光圖Fig.3 Zircon Cathodoluminescences(CL)image from quartz diorite in Yiergenbuluke

圖4 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircon in the quartz diorite in Yiergenbuluke

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖體樣品主量元素分析結(jié)果見表2。

圖5 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖TAS圖解Fig.5 TAS diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

CaO為3.68%～5.79%，均值4.57%；K2O為1.7%～2.79%，均值2.16%；SiO2為58.13%～66.74%，均值61.5%；Na2O為3.38%～5.33%，均值4.31%，含量較低。Al2O3為16.53%～17.84%，均值17.37%；TiO2為0.43%～0.74%，均值0.52%；MgO為1.35%～2.83%，均值2.0%，含量較高。里特曼指數(shù)（σ）均小于4，為鈣堿性系列。堿質(zhì)總量高，為6.36%～7.49%。TAS圖解中石英閃長(zhǎng)巖樣品主要落入亞堿性系列閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)（圖5）。SiO2-K2O圖解中（圖6），樣品均落于鈣堿性系列，表明石英閃長(zhǎng)巖屬鈣堿性系列。鎂指數(shù)（Mg#）為41.5～49.55，小于65，表明原始巖漿經(jīng)一定的分異作用。

4.2 稀土和微量元素特征

石英閃長(zhǎng)巖稀土元素總量（∑REE）較低，為51.78×10-6～143.96×10-6，LREE/HREE為4.46～18.48，（La/Yb）N為4.64～25.11，呈輕稀土強(qiáng)烈富集，重稀土強(qiáng)烈虧損特征。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線呈右傾型（圖7-a）。δEu為 0.95～1.3，具弱正異?；驘o異常及HREE的虧損，反映源區(qū)殘留相存在石榴子石的殘余，基本無斜長(zhǎng)石殘留。

石英閃長(zhǎng)巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線中（圖7-b），表現(xiàn)為大離子親石元素Ba，Sr，K相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb，Ta，Ti，P相對(duì)虧損，這一特征類似于島弧火成巖特征。（Rb/Yb）N值23.15～75.92，為強(qiáng)不相容元素富集型，具交代地幔源特點(diǎn)，其蛛網(wǎng)圖呈緩右傾多峰式，相當(dāng)于島弧性質(zhì)分布曲線。Sr*異常值為1～2.84，為鍶富集，反映巖石遭受構(gòu)造，與消減作用有關(guān)。斜長(zhǎng)石參加的堆積巖，遭后期熱液作用蝕變較弱。Th*異常值為0.98～1.56，為正異常或無異常，反映巖石多為消減作用，抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，后期遭構(gòu)造、熱液作用影響，巖石蝕變較弱（表3）。

圖6 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖SiO2-K2O判別圖Fig.6 SiO2-K2O diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

表1 石英閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素?cái)?shù)據(jù)Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data of quartz diorite from the Daijingquekeque

表2 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖主量元素組成Table 2 Major element compositions of quartz diorite in Yiergenbuluke

圖7 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖稀土元配分曲線（a）及微量元素蛛網(wǎng)圖（b）Fig.7 REE pattern(a)and trace element spider(b)of qua rtz diorite in Yiergenbuluke

表3 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖稀土、微量元素組成Table 3 Trace element(10-6)compositions of quartz diorite in Yiergenbuluke 單位：×10-6

5 討論

伊爾根布魯克閃長(zhǎng)巖總體上具LREE富集，Eu弱負(fù)異常的稀土分布模式，大離子親石元素Ba，Sr，K相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb，Ta，Ti，P相對(duì)虧損，顯示了大陸邊緣消減帶弧鈣堿性侵入巖類球化學(xué)特征[36-37]。在Y+Nb-Rb和Y+Ta-Rb圖解中樣品均落在火山弧花崗巖區(qū)（圖8，9），在Yb-Ta圖解中樣品落在火山弧花崗巖區(qū)（圖10），表明伊爾根布魯克閃長(zhǎng)巖形成于大陸消減帶的火山弧環(huán)境。

圖8 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖Y+Nb-Rb圖解Fig.8 Y+Nb-Rb diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

圖9 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖Y+Ta-Rb圖解Fig.9 Y+Ta-Rb diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

圖10 伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖Yb-Ta圖解Fig.10 Yb-Ta diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

目前對(duì)南天山洋盆俯沖閉合時(shí)限及俯沖方向存在不同認(rèn)識(shí)，楊天南等對(duì)研究區(qū)巴倫臺(tái)鎮(zhèn)以東糜棱巖化花崗巖研究表明[38]，巖石的SHRIMP U-Pb年齡為405～416 Ma，形成于火山弧環(huán)境。王守敬等獲得巴倫臺(tái)地區(qū)鉀長(zhǎng)花崗巖年齡為（369.6士2.6）Ma[22]，為陸緣火山弧花崗巖，表明南天山洋殼向伊犁中天山微板塊之下的俯沖至少持續(xù)到晚泥盆世。陳義兵等對(duì)中天山南緣糜棱巖化花崗閃長(zhǎng)巖年代學(xué)研究認(rèn)為[39]，中天山南緣洋殼在中泥盆世向北俯沖形成陸緣巖漿弧，通過增生鋯石年齡，認(rèn)為中天山南緣洋盆閉合與碰撞造山的時(shí)代為晚泥盆世末期。高俊等根據(jù)分布于西天山和中天山南緣的巖漿巖（470～308 Ma）[29]、中天山南緣高壓變質(zhì)巖帶同位素年齡（峰值年齡為320 Ma），認(rèn)為南天山古洋盆于晚石炭世閉合，二疊紀(jì)期進(jìn)入后碰撞演化階段；李錦軼等在區(qū)域地質(zhì)資料綜合分析基礎(chǔ)上[16]，得出同樣結(jié)論。據(jù)塔里木板塊、伊犁地塊、哈薩克斯坦-北天山的古地磁研究結(jié)果，庫車盆地上二疊統(tǒng)比尤勒包谷孜組陸相磨拉石沉積，天山早二疊世陸內(nèi)大規(guī)模走滑斷裂作用，中-南天山290～280 Ma的后碰撞花崗巖類、275～260 Ma的后造山堿性巖類、316～276 Ma的“釘合巖體”及早二疊世大量出現(xiàn)的基性巖脈、巖墻（群）同樣輔證碰撞造山作用發(fā)生于晚石炭世。李曰俊等據(jù)西南天艾克提克群中出現(xiàn)的放射蟲[28]，認(rèn)為南天山西段殘余古洋盆最終閉合的時(shí)間應(yīng)為二疊紀(jì)末，此后進(jìn)入周緣前陸盆地演化階段；Zhang L F et al.根據(jù)西天山高壓變質(zhì)帶榴輝巖的鋯石U-Pb年齡233～226 Ma和263～243 Ma[40]，認(rèn)為南天山碰撞作用發(fā)生于三疊紀(jì)。

本次對(duì)伊爾根布魯克閃長(zhǎng)巖體開展年代學(xué)研究，獲得的年齡(313.3士5.7)Ma，表明該地區(qū)巖漿活動(dòng)形成于晚石炭世。石英閃長(zhǎng)巖體地球化學(xué)特征表明，其形成于俯沖消減環(huán)境，南天山洋在晚石炭世仍存在由南向北的俯沖活動(dòng)，說明南天山洋盆閉合應(yīng)晚于晚石炭世。

6 結(jié)論

(1)石英閃長(zhǎng)巖SiO2含量58.13%～66.74%，具低CaO含量3.68%～5.79%和高Al2O3含量13.02%～13.68%特征。輕重稀土元素分餾明顯，富集輕稀土元素，Eu弱正異?；驘o異常，δEu=0.95～1.3。巖石地球化學(xué)研究表明，石英閃長(zhǎng)巖富集大離子親石元素Ba，Sr，K和虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb，Ta，Ti，P，具火山弧花崗巖特征。

（2）據(jù)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果，伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖，其原巖巖漿結(jié)晶年齡為（313.3±5.7）Ma，表明巖石形成于晚石炭世。

（3）巖石地球化學(xué)和區(qū)域地質(zhì)背景研究表明，伊爾根布魯克石英閃長(zhǎng)巖是俯沖消減作用的產(chǎn)物，它可能是中天山南緣大洋在晚奧陶世俯沖消減作用下形成的，表明中天山南緣大洋的俯沖消減作用至少延續(xù)到晚石炭世。

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