新疆西天山科克賽巖體年代學(xué)、地球化學(xué)及地質(zhì)意義

江俊

摘 要：新疆西天山科克賽巖體位于西天山北部，主要發(fā)育巖石為二長(zhǎng)花崗斑巖，屬高鉀鈣堿性系列。根據(jù)元素地球化學(xué)組成， 該二長(zhǎng)花崗斑巖主量元素為SiO2、Al2O3和MgO，微量元素含Sr、Y和Yb，具有埃達(dá)克巖的化學(xué)特征，該二長(zhǎng)花崗斑巖歸屬于埃達(dá)克巖。依據(jù)元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)特征，判斷科克賽巖體為新元古代增生的地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，于晚石炭世后碰撞初期階段形成。

關(guān)鍵詞：新疆北部；埃達(dá)克巖；地球化學(xué)；西天山

引言

作為一種成因特征特殊的火成巖，埃達(dá)克巖的地球化學(xué)特征為：SiO2>56%， Al2O3>15%， MgO<3%；虧損重稀土，富集Sr，虧損Y和Yb。普遍認(rèn)為只有當(dāng)?shù)貧ず穸葷M足石榴角閃巖或榴輝巖最低深度時(shí)，埃達(dá)克巖才有產(chǎn)生的可能。21世紀(jì)以來(lái)，隨著學(xué)者們對(duì)西天山埃達(dá)克巖成因的深入研究，有研究認(rèn)為，西天山埃達(dá)克巖在二疊紀(jì)后的碰撞環(huán)境中形成，是底侵玄武巖的部分熔融；也有研究認(rèn)為還可能形成于泥盆紀(jì)-早石炭世的島弧環(huán)境，一直存在爭(zhēng)議。

一、地質(zhì)和巖體特征

西天山科克賽巖體位于賽里木地塊，屬于哈薩克斯坦板塊的巴爾喀什-準(zhǔn)爾微板塊之巴爾喀什南緣活動(dòng)陸緣。賽里木地塊位于中、哈邊境地區(qū)，形狀長(zhǎng)約350km（東西），寬60-80km（南北）。其東、北、西南面均被濱巴爾喀什泥盆紀(jì)一石炭紀(jì)殘余洋盆包圍，東南為博羅霍洛島弧。地塊為古元古代結(jié)晶基底，主要由角閃片巖、云母片巖、黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、云母石英片巖、眼球狀片麻巖等組成。中、新元古界，即結(jié)晶基底上的第一層為碳酸鹽巖-泥巖，由薊縣系庫(kù)松木切克群和青白口系開(kāi)爾塔斯群組成。往上，是不整合覆蓋的震旦系砂巖、砂質(zhì)泥巖和冰磧層；下古生界以灰?guī)r、泥質(zhì)-硅質(zhì)巖、粉砂巖及含磷巖層為主，出露寒武系和奧陶系，不整合或平行不整合覆蓋在震旦系之上；上古生界位于賽里木地塊北部，從基底往上為中泥籠統(tǒng)汗吉尕組礫巖、砂巖、粉砂巖，上泥盆統(tǒng)托斯庫(kù) 爾他烏組砂巖、粉砂巖、放射蟲(chóng)硅質(zhì)泥質(zhì)巖，下石炭統(tǒng)阿克薩克組砂巖、粉砂巖、含角礫晶屑巖屑凝灰?guī)r，上石炭統(tǒng)東圖津河組砂巖、粉砂巖，下二疊統(tǒng)輝石安山巖、玄武安山巖，上述巖種構(gòu)成了汗吉尕拗裙帶，而西天山的科克賽巖體處于該拗裙帶地形中。

科克賽巖體長(zhǎng)約600m（東西），寬約260m（南北），侵入于上泥盆統(tǒng)托斯庫(kù)爾他烏組沉凝灰?guī)r中。該巖體巖石類型與科克賽銅鉬礦床的成礦相關(guān)。該巖體呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶大概占總巖石量的80%，主要為石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和黑云母，其中石英斑晶占20%；斜長(zhǎng)石斑晶占30%，鉀長(zhǎng)石斑晶占25%，黑云母占5%。微晶約占巖石總量的20%。

二、元素與同位素地球化學(xué)

2.1元素地球化學(xué)

科克賽巖體主要為二長(zhǎng)花崗斑巖，其SiO2含量在70.56%～71.46%之間，Al2O3含量介于15.27%-16.01%之間，K2O/Na2O含量在0.92～1.66之間，絕大多數(shù)樣品含量大于1%；MgO含量較低，為0.77%-1.02%；Mg'在46-56之間。鋁指數(shù)（ASI）為1.23-1.39，均大于1.10。稀土元素總量介于64.87 *10-6～110.2*10-6之間。輕稀土富集，（La/Yb）N介于15.0-23.7之間，重稀土強(qiáng)烈虧損，Yb含量較低（0.60 × 10-6-0.72 × 10-6），δEu介于0.88～1.2，呈現(xiàn)微弱負(fù)銪異常和正銪異常。根據(jù)實(shí)際礦物含量QAP分類圖解，全部樣品落入二長(zhǎng)花崗巖區(qū)域；SIO2-K2O全部落入高鉀鈣堿性區(qū)域。

科克賽巖富集Rb、Th、U、K和LREE等大離子親石元素；虧損Nb、Ta、P、Ti、HREE等高場(chǎng)強(qiáng)元素；Sr呈弱富集特征，含量介于363 *10-6～577 *10-6之間；Y含量較低，介7.40*10-6～8.50 *10-6之間；Ba弱虧損；在微量元素蜘網(wǎng)圖上呈現(xiàn)Nb、Ta、P、Ti的強(qiáng)烈虧損。

2.2同位素地球化學(xué)

通過(guò)對(duì)測(cè)試二長(zhǎng)花崗斑巖樣品的同位素?cái)?shù)據(jù)，其ISr在0.705078-0.705572之間，主要落在0.7020-0.7060范圍內(nèi)，比大陸殼的ISr的平均值0.719低。二長(zhǎng)花崗斑巖的εNd（t）范圍為2.82-3.56，遠(yuǎn)高于華北克拉通古老下地殼的εNd（t）值（-44--32），而接近東北地區(qū)顯生市花崗巖的εNd（t）值 （介于O-3.0之間），相對(duì)的Nd模式年齡為774-835 Ma，稀土元素Sm、Nd分餾不明顯。

三、巖石成因

3.1巖石形成物質(zhì)源來(lái)

西天山科克賽巖鍶初始值較低，釹初始比值較高，推測(cè)出樣品地區(qū)物質(zhì)有較多的地幔成分或最近才增生的地殼物質(zhì)。所有樣品均從洋島玄武巖區(qū)區(qū)域獲取，研究區(qū)樣品均在中亞造山帶。因?yàn)橹衼喸焐綆э@生市花崗巖類普遍具有較高的εNd（t）正值，前研究人員就提出了一系列推測(cè)結(jié)論：古生代-中生代花崗巖由新生的新元古代地殼深熔形成；古老地殼物質(zhì)與高度分異的幔源巖漿混合，增生基性地殼物質(zhì)與古老地殼物質(zhì)混合；幔源基性巖漿同化古老地殼物質(zhì)，產(chǎn)生結(jié)晶分異；大洋巖石圈與古老大地陸売混合物的熔融；幔源巖漿底侵、巖漿直接分異等。普遍認(rèn)為，二長(zhǎng)花崗斑巖不太可能由地幔部分直接熔融形成。

由二長(zhǎng)花崗斑巖元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)，及同期幔源巖漿形成的基性、超基性雜巖很難找到的實(shí)況，推測(cè)該巖主要由地殼物質(zhì)部分熔融形成。巖石的鍶初始比值較低，釹初始比值較高，具有正的εNd（t）值，虧損地幔Nd模式年齡較低，同古亞洲洋大規(guī)模擴(kuò)張的時(shí)間（蛇綠巖和島弧雜巖時(shí)代）大致相同，故該二長(zhǎng)花崗斑巖可能是由虧損地幔在新元古代衍生。

3.2巖石成因

科克賽二長(zhǎng)花崗斑巖的SiO2較高，Mg0、Cr、Ni含量較低，說(shuō)明形成原因不會(huì)是拆沉下地殼的部分熔融，而可能是加厚下地売部分的熔融，高的Sr/Y和La/Yb值，重稀土元素的強(qiáng)烈虧損，加上中、重稀土之間無(wú)向下凹的分布特征，說(shuō)明在熔融過(guò)程中，源區(qū)殘留沒(méi)有斜長(zhǎng)石，導(dǎo)致Eu異常。由新生下地売部分熔融產(chǎn)生這種巖漿存在基本條件：地殼厚度必須能保持石榴石穩(wěn)定。同時(shí)地売部分熔融需保證有一定的熱度。西天山科克賽巖體具有地殼加厚背景，在石榴石殘留相的穩(wěn)定范圍內(nèi)。其次，軟流圈地幔上涌的加熱作用以及地殼增厚引發(fā)的熱產(chǎn)生熱量足夠促使地殼部分熔融。

3.3成巖背景

前人認(rèn)為西天山火成巖形成于裂谷或地幔柱環(huán)境，后來(lái)在在天山北部地區(qū)發(fā)現(xiàn)了石炭紀(jì)埃達(dá)克巖-高鎂安山巖名-富Nb玄武巖組合，以及石炭紀(jì)巴音溝蛇綠巖，表明西天山地區(qū)在泥盆紀(jì)一早石炭世晚期仍處于洋殼俯沖階段。在天山北蛇綠雜巖中發(fā)現(xiàn)的年齡為316Ma鋯石U-Pb，表明北天山縫合帶可能是在早一晚石炭世之交形成（325-316Ma）。北天山同碰撞構(gòu)造背景介于325-316Ma之間，316～270Ma間屬于后碰撞構(gòu)造背景。在研究喇嘛蘇-達(dá)巴特地區(qū)巖漿巖時(shí)，發(fā)現(xiàn)西北天山地區(qū)在晚泥盆世硪石炭世為大陸弧環(huán)境，在早二疊世為后碰撞階段。還有學(xué)者認(rèn)為該地區(qū)晚泥盆世一早石炭世的火山弧是從西向東漸漸消滅，并由晚石炭世的碰撞后富鉀巖漿噴發(fā)取代。晚石炭世至后二疊紀(jì)，天山地區(qū)發(fā)育二疊紀(jì)雙嶧式火山巖，最后形成特色的大陸裂谷結(jié)構(gòu)。

由上述研究可知該巖體不是俯沖洋売部分熔融的產(chǎn)物，所以不可能存在俯沖背景。二長(zhǎng)花崗斑巖為主要巖石，研究巖石鋁飽和指數(shù)較高，卻并未愛(ài)薄片中發(fā)現(xiàn)白云母、堇青石、紅柱石等富鋁礦物，認(rèn)為絹云母化蝕變導(dǎo)致了該巖體的過(guò)鋁性。又因?yàn)榭瓶速悗r體形成“釘合巖體”之后，先于北達(dá)巴特A型花崗巖，因此科克賽巖體于后碰撞初期階段形成最有可能。

四、結(jié)論

西天山科克賽巖鍶初始值較低，釹初始比值較高，Mg0、Cr、Ni含量較低，形成原因很可能是加厚下地売部分的熔融?？瓶速悗r體鋁飽和指數(shù)較高，卻并未愛(ài)薄片中發(fā)現(xiàn)白云母、堇青石、紅柱石等富鋁礦物，于后碰撞初期階段形成最有可能。

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