新疆西準(zhǔn)噶爾北部布爾津縣木斯塔巴巖體年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

滕宇翔 薛曉峰 穆利修

摘? ?要：準(zhǔn)噶爾是新疆北部古生代造山帶的重要組成部分，以廣泛發(fā)育晚古生代花崗巖為特征，是中亞造山帶總顯生宙陸殼生長作用非常顯著的地區(qū)之一。根據(jù)最新獲得的LA-ICP-MS U-Pb鋯石年齡，木斯塔巴巖體鋯石年齡為（303±2.0） Ma（晚石炭世），巖石地球化學(xué)分析，巖石具高硅（66.04%～70.4%），高堿（2.26～2.87），高鋁（13.25%～15.46%），高鉀（3.4%～4.58%），低鎂，A/CNK=1.06～1.22，低固結(jié)（6.34～12.87），高分異（78.35～84.5），富輕稀土（LREE/HREE=3.57～12.97）和大離子親石元素K，Rb，Ba，Sr，虧損高場強(qiáng)元素Nb，Ta，Ti，P，為過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列花崗巖，具碰撞花崗巖特征，屬額爾齊斯構(gòu)造帶的重要組成部分，其形成與板塊俯沖作用關(guān)系密切。本區(qū)石炭紀(jì)花崗巖的數(shù)據(jù)與北準(zhǔn)噶爾地區(qū)對(duì)比，顯示晚石炭世額爾齊斯構(gòu)造帶閉合，進(jìn)入后碰撞階段。

關(guān)鍵詞：石炭紀(jì)花崗巖;木斯塔巴巖體;鋯石U-Pb測年;地球化學(xué);巖石成因

準(zhǔn)噶爾是新疆北部古生代造山帶的重要組成部分，以廣泛發(fā)育晚古生代花崗巖為特征，是中亞造山帶總顯生宙陸殼生長作用非常顯著的地區(qū)之一。近年高精度鋯石U-Pb年代學(xué)資料表明，北準(zhǔn)噶爾地區(qū)花崗巖以古生代為主。無論在東準(zhǔn)噶爾還是西準(zhǔn)噶爾，由古蛇綠巖代表的古洋盆可能不止一個(gè)，閉合期限也存在差異[1-3]。在額爾齊斯縫合帶多處發(fā)育晚古生代蛇綠巖，按最新的國際地質(zhì)年代表關(guān)于石炭紀(jì)和二疊紀(jì)劃分方案[4-6]，準(zhǔn)噶爾后碰撞深成巖漿活動(dòng)從早石炭世中—晚期開始，于早二疊世末結(jié)束，對(duì)于花崗巖的動(dòng)力學(xué)環(huán)境和源區(qū)研究也成為當(dāng)代花崗巖的研究前沿[7]。有學(xué)者認(rèn)為，阿勒泰造山帶與準(zhǔn)噶爾地體拼合時(shí)間可能發(fā)生在晚石炭—早二疊世[8]，也有學(xué)者認(rèn)為，早石炭世俯沖接近尾聲額爾齊斯洋盆已閉合，局部可能存在較小的陸表海盆，晚石炭世末—早二疊世初發(fā)生強(qiáng)烈?guī)r漿作用[9]。更有學(xué)者認(rèn)為，阿勒泰造山帶與準(zhǔn)噶爾地體拼合時(shí)間發(fā)生在三疊晚期[10]。因此，對(duì)于額爾齊斯構(gòu)造帶巖漿的研究，不僅可以對(duì)古亞洲洋的演化歷史提供依據(jù)，同時(shí)也對(duì)北準(zhǔn)噶爾造山帶的構(gòu)造演化提供巖漿演化依據(jù)。本文選擇對(duì)北準(zhǔn)噶爾造山帶北緣額爾齊斯構(gòu)造帶黑云母二長花崗巖巖體作為研究對(duì)象（圖1），對(duì)其開展鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)研究，分析該巖體的形成時(shí)代及成因，旨在為北準(zhǔn)噶爾乃至中亞造山帶構(gòu)造演化過程提供依據(jù)。

1? 地質(zhì)概況及巖相學(xué)特征

木斯塔巴巖體位于布爾津縣西南部3 km處，出露于薩吾爾-二臺(tái)地塊的西南部，額爾齊斯構(gòu)造帶南界，空間上呈串珠狀或巖瘤狀分布，出露連續(xù)，基巖出露較好（圖1）。主要巖性為黑云母二長花崗巖、二長花崗巖、花崗巖，巖體南界侵入泥盆系蘊(yùn)都喀拉組砂巖、長石巖屑砂巖，接觸帶圍巖一側(cè)發(fā)育角巖化和20～50 cm烘烤邊，巖體中出現(xiàn)少量捕擄體，巖體西界侵入晚泥盆世片麻巖化英云閃長巖，可見巖枝伸入圍巖，同化混染較明顯，英云閃長巖出現(xiàn)褪色現(xiàn)象。

用于測年和巖石地球化學(xué)分析的樣品采自1∶5萬區(qū)調(diào)的實(shí)測剖面上（圖2）。經(jīng)鑒定，巖石主要由斜長石，含量35%～40%，粒度2～4.5 mm，鉀長石，含量25%～30%，粒度2～5mm，石英22%～30%，粒度1.2～2.2 mm，黑云母3%～5%，粒度0.24～1.6 mm，少量白云母組成、微量磷灰石、鋯石。斜長石、鉀長石都呈半自形板狀，具輕度泥化，斜長石中心部位微絹云母化，鉀長石由微條紋長石、微斜長石為主，分布微量正長石，個(gè)別較粗大的鉀長石中嵌布少量細(xì)板狀斜長石。石英呈他形粒狀分布于長石之間。黑云母呈他形葉片狀分布于長石、石英之間，微量黑云母多嵌布在鉀長石中。

測年樣品的鋯石核部為圓粒狀繼承鋯石。背散射圖像清晰地反映出鋯石具殼、核雙層結(jié)構(gòu)，二者影像灰度不同，界限清楚，結(jié)構(gòu)差異明顯，鋯石殼部基本為自形，多數(shù)為長柱狀，可見巖漿震蕩環(huán)帶，反映鋯石殼部為巖漿成因，有的環(huán)帶不清晰，可能主要與鋯石的退晶質(zhì)化和變質(zhì)作用有關(guān)。鋯石核部為圓粒狀繼承鋯石，具碎屑鋯石的一般特征，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在陰極發(fā)光圖像上反映得比較清楚，部分繼承鋯石可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，為巖漿成因，部分經(jīng)受過不同程度的變質(zhì)，變質(zhì)繼承鋯石的內(nèi)部還可見無分帶、弱分帶、面狀分帶、流動(dòng)狀分帶等結(jié)構(gòu)，有的繼承鋯石可分出兩個(gè)世代。

2? LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年方法

鋯石樣品在新疆國土資源廳礦物研究所經(jīng)過單礦物分選，鋯石U-Pb同位素定年利用北京科薈測試技術(shù)有限公司的LA-Q-ICP-MS同時(shí)分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為ESINWR193nm，ICP-MS為Analytikjena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理（包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算）采用軟件ICPMSDataCal完成[11]。

鋯石微量元素含量利用SRM610作為外標(biāo)、Si作內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計(jì)算[11]。玻璃中元素含量的推薦值根據(jù)GeoReM數(shù)據(jù)。U-Pb 同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1 作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，每分析5-10個(gè)樣品點(diǎn)，分析2次GJ-1。對(duì)于與分析時(shí)間有關(guān)的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用GJ-1的變化采用線性內(nèi)插的方式進(jìn)行校正。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot完成。

3? 分析測試成果

樣品的測試數(shù)據(jù)成果見表1，單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差為1σ，加權(quán)年齡具98%可信度，年齡數(shù)據(jù)采用206Pb/208U年齡，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致曲線統(tǒng)計(jì)分析。樣品16TWS-50共計(jì)25個(gè)測點(diǎn)，其中17個(gè)測點(diǎn)位于鋯石殼部，8個(gè)測點(diǎn)在核部，鋯石殼部17個(gè)分析點(diǎn)給出的206Pb/208U年齡加權(quán)平均值為（303±2.0） Ma，代表成巖年齡。分析結(jié)果如表1所示，其Th含量為60.3×10-6～542×10-6，U含量為149×10-6～2 945×10-6，Th/U比值變化范圍為0.12～0.57（大于0.1），表明鋯石均為巖漿淺變質(zhì)成因，其余8個(gè)測點(diǎn)偏離諧和線，未參與加權(quán)平均計(jì)算;核部分析點(diǎn)為巖漿鋯石，年齡代表結(jié)晶年齡（圖3）。

4? 巖石地球化學(xué)特征

木斯塔巴黑云母二長花崗巖主元素和稀土、微量元素分析結(jié)果見表2。巖石化學(xué)總體特征是硅含量高，總堿量高，鋁、鉀含量高，磷、鎂、鈦含量低，SiO2含量為66.04%～70.4%，Al2O3含量為13.25%～15.46%，K2O含量為3.4%～4.58%（圖4），Na2O含量為3.23%～3.7%，K2O大于Na2O。里特曼指數(shù)（σ）為1.69～2.54，堿度率（AR）為2.26～2.87，為高鉀鈣堿性巖系（太平洋型）。固結(jié)指數(shù)（SI=6.34～12.87）較小，分異指數(shù)（DI=78.35～84.5）較高，反映巖漿分異程度較高。鋁質(zhì)指數(shù)（A/CNK）1.06～1.22，為過鋁質(zhì)（圖5）。綜上所述，本巖體屬于典型強(qiáng)過鋁花崗巖。

稀土總量較低，為78.94×10-6～179.23×10-6，輕、重稀土分餾明顯，稀土分布曲線呈右傾（圖6），斜率較一般，屬輕稀土富集型;δEu=0.34～0.69，具明顯負(fù)銪異常，銪谷較明顯。（La/Yb）N為3.39～17.29，LREE為61.66～162.27，HREE為10.23～23.01，LREE/HREE為3.57～12.97，表明輕重稀土之間分異明顯。輕稀土分餾程度（La/Sm）N為2.49～3.63，重稀土分餾程度（Gd/Yb）N為1.08～2.03，輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度。大離子親石元素K=28 020×10-6～? ?37 868×10-6、Rb=111×10-6～218×10-6，Ba=287×10-6～447×10-6，Sr=64×10-6～283×10-6，Ti=1 595×10-6～? ? ?4 888×10-6。放射性生熱元素Th=11.25×10-6～20.18×10-6，U=2.2×10-6～5.4×10-6。非活動(dòng)性元素Nb=11.36×10-6～17.78×10-6，Ta=1.1×10-6～2.44×10-6，P=415×10-6～1 107×10-6。不相容元素Zr=103×10-6～232×10-6，Hf=3.4×10-6～8.1×10-6。Zr/Hf=30.29～39.08，Ba/Rb=1.08～3.85，Nb/Ta=5.71～13.69，微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖7），Rb，Th，U，La，Ce顯示正異常，構(gòu)成峰，而K，P，Ti顯示負(fù)異常，構(gòu)成谷。Nb和Ta的關(guān)系指示其巖漿可能來源于上地殼，Nb，Ta礦物的結(jié)晶分異作用較弱。P，Ti和K偏低可能與磷灰石、鈦鐵氧化物和斜長石的結(jié)晶分異有關(guān)。巖漿分異程度較一般，多具混源特征。

5? 討論

5.1? 時(shí)代討論

木斯塔巴巖體，1∶20萬吉木乃-布爾津幅將其厘定為華力西中期，但缺少高精度年代學(xué)方面的約束。近年來在本地區(qū)相繼有多名學(xué)者取得同位素?cái)?shù)據(jù)，李成文獲得過一個(gè)U-Pb年齡（267±6 Ma）1，童英獲得過兩個(gè)U-Pb年齡（276±2 Ma、250±1 Ma），從李成文新疆準(zhǔn)噶爾盆地北緣卡拉先格爾-科克森套銅鎳礦遠(yuǎn)景調(diào)查中看，缺乏同位素?cái)?shù)據(jù)依據(jù)。童英阿勒泰晚古生代花崗巖年代學(xué)、成因及其地質(zhì)意義資料上看[9]，鋯石和諧年齡圖中多集中在（296±3） Ma附近，卻采用較新年齡，年齡數(shù)據(jù)仍存在爭議。本次通過LA-ICP-MS鋯石 U-Pb 測年方法，獲得二長花崗巖鋯石 U-Pb 年齡為（303±2.0） Ma，表明其巖體就位時(shí)代為晚石炭世。

5.2? 巖漿成因

在花崗巖類Q-Ab-Or 圖等溫等壓力圖解中，多數(shù)件樣品落入小于700℃～800℃，500～3 000 bar以上范圍內(nèi)（圖8），說明接觸溫度在700℃～800℃之間，壓力較高。表明巖體來源較淺，從組合特征說明，該套巖石成因類型與S型花崗巖相似。

5.3? 構(gòu)造背景

在R1-R2圖中（圖9）， 反映它們形成于同碰撞構(gòu)造環(huán)境。巖石富鋁（Al2O3多大于14%）是巖漿起源于弧環(huán)境的一個(gè)標(biāo)志，Rb/Sr=0.3～0.89，說明巖漿地殼混染程度較高，指示巖漿經(jīng)過了結(jié)晶分異，地殼沉積物低壓重熔重結(jié)晶形成，表明該巖體形成于島弧擠壓階段，結(jié)合本區(qū)多種數(shù)據(jù)說明，額爾齊斯構(gòu)造帶閉合于晚石炭世，經(jīng)石炭紀(jì)造山運(yùn)動(dòng)后由擠壓進(jìn)入伸展階段。

6? 結(jié)論

（1） 采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年方法，獲得木斯塔巴二長花崗巖體年齡（303±2.0） Ma，表明其成巖年齡為晚石炭世。

（2） 木斯塔巴二長花崗巖具高硅（66.04%～70.4%），高堿（2.26～2.87），高鋁（13.25%～15.46%）、高鉀（3.4%～4.58%），低磷、低鎂、低鈦，A/CNK=1.06～1.22，高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)系列。低固結(jié)（6.34～12.87），高分異（78.35～84.5），富輕稀土（LREE/HREE

=3.57～12.97）和大離子親石元素K，Rb，Ba，Sr。虧損高場強(qiáng)元素Nb，Ta，Ti，P，具“雙峰”式島弧特征，表明這些物質(zhì)特征來源于上地殼，為地殼沉積物受??俯沖作用影響，不斷增厚重熔的產(chǎn)物。

（3） 木斯塔巴二長花崗巖為額爾齊斯構(gòu)造帶所? ?代表的晚古生代亞洲洋在晚石炭世時(shí)期活動(dòng)大陸邊緣同碰撞時(shí)期的巖漿事件。

致謝：新疆地調(diào)院吉木乃恰勒什海一帶1∶5萬4幅區(qū)調(diào)項(xiàng)目對(duì)本文的支持。

參考文獻(xiàn)

[1]? ?何國琦.中國新疆古生代地殼演化及成礦[M].新疆人民出版社， 1994.

[2]? ?Windley B，Kr Ner A，Guo J，et al.Neoproterozoic to Paleozoic Geology of the Altai Orogen， NW China： New Zircon Age Data and Tectonic Evolution[J].The Journal of Geology，2002，110（6）：719-737.

[3]? ?王京彬，徐新.新疆北部后碰撞構(gòu)造演化與成礦[J].地質(zhì)學(xué)報(bào)， 2006，80（1）：23-31.

[4]? ?韓寶福，季建清，宋彪，等.新疆準(zhǔn)噶爾晚古生代陸殼垂向生長? ? ? ?（Ⅰ）——后碰撞深成巖漿活動(dòng)的時(shí)限[J].巖石學(xué)報(bào)，2005，22（5）.

[5]? ?王玉往，王京彬，王莉娟，等.新疆吐爾庫班套蛇綠混雜巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義[J].地學(xué)前緣，2011，18（3）：151-165.

[6]? ?Gradstein F，Ogg J，Smith A，et al.A new Geologic Time Scale， with special reference to Precambrian and Neogene[J].地質(zhì)幕：英文版，2004，27（2）：83-100.

[7]? ?Barbarin B.A review of the relationships between granitoid types， their origins and their geodynamic environments[J].Lithos，1999， 46（3）：605-626.

[8]? ?倪康.新疆額爾其斯縫合帶南側(cè)科克森套蛇綠巖的時(shí)代及其意義[J].西北地質(zhì)，2013，46（3）：64-69.

[9]? ?童英.阿爾泰造山帶晚古生代花崗巖年代學(xué)、成因及其地質(zhì)意 義[D].中國地質(zhì)科學(xué)院，2006.

[10] Xiao W J，Windley B F，Huang B C，et al.End-Permian to mid-Triassic termination of the accretionary processes of the southern Altaids：implications for the geodynamic evolution， Phanerozoic continental growth， and metallogeny of Central Asia[J].International Journal of Earth Sciences，2009，98（6）：1189-1217.

[11] Liu C L ， Layland J W . Scheduling Algorithms for Multiprogramming in a Hard-Real-Time Environment[J]. Journal of the ACM， 1973， 20（1）：46-61.