新疆北山地區(qū)清白山花崗巖體LA-ICP-MS鋯石 U-Pb年齡、地球化學特征及其地質意義

付鵬飛 夏冬

摘 ? 要：年代學和地球化學研究結果表明：清白山巖體LA-ICP-MS鋯石 U-Pb加權平均年齡為（411.6 ± 8.2） Ma，為晚古生代早期巖漿活動產物。在地球化學組成上，清白山花崗巖體總體呈現過鋁質高鉀鈣堿性 I 型花崗巖特征。微量元素總體分異程度較強，以富集Th，U和K，Rb，K等大離子親石元素，虧損P，Ti等高場強元素為特征，巖漿來源為殼?；旌蟻碓?。結合前人研究資料及區(qū)域地質特征，認為清白山花崗巖體是在晚古生代早期古亞洲洋板塊向塔里木板塊俯沖的同碰撞環(huán)境下形成的。

關鍵詞：新疆北山;清白山花崗巖;鋯石U-Pb測年;地球化學

新疆北山地區(qū)位于塔里木板塊東北緣，以紅柳河斷裂為界北與中天山地塊相鄰，呈NEE向展布，加里東期發(fā)生大規(guī)模的近EW向伸展-拉張作用，造成下部地殼高度減薄;上部地殼拉張，形成古生代北山復合裂谷海槽（圖1）。華力西期為北山裂谷裂解活動最為強烈時期，發(fā)生了強烈的NS向匯聚運動，并造成北山裂谷的閉合消亡、褶皺造山，結束了研究區(qū)的海相盆地發(fā)展演化歷史[1-6]。

由于本區(qū)存有大量含銅鎳礦的基性-超基性雜巖體，故積累了大量有關超基性-基性巖體資料[7-12]。對于北山地區(qū)花崗巖類的研究，大多集中在甘肅北山[13-15]，新疆北山地區(qū)已有的侵入巖資料主要集中在南部和中部地區(qū)，對于新疆北山地區(qū)北部及早古生代侵入巖的研究相對薄弱，多數資料為本地區(qū)的區(qū)域地質調查資料。屈翠俠在北山鹽灘一帶獲得的閃長巖同位素年齡為（296±4.1） Ma，由此認為北山裂谷在該區(qū)的閉合作用在早二疊世早期已結束。張文等從甘肅北山音凹峽南花崗巖體獲得的鋯石LA-ICP-MS年齡為 （281.7 ±2.9） Ma，被認為是后碰撞伸展環(huán)境下形成的花崗巖，并界定了塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊之間的主大洋閉合及碰撞時間的上限。認為在晚石炭世洋盆閉合進入碰撞作用階段，在早二疊世晚期進入后碰撞的裂谷伸展發(fā)育階段。對于北山地區(qū)廣泛分布的古生代花崗巖存在形成時代[16-17]，構造環(huán)境[12，18]，巖石成因及北山裂谷系閉合時間等問題的不同爭論[19-21]，選取新疆北山北部清白山東侵入巖體中的花崗巖為研究對象，通過清白山花崗巖鋯石LA-ICP-MS方法進行鋯石U-Pb定年，以及清白山花崗巖的巖石學和地球化學研究，探討清白山巖體的成因及構造意義，探究塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊之間碰撞結束時間 ，深化北山地區(qū)晚古生代時期的構造-巖漿演化過程的認識。

1 ?地質背景

清白山位于北山古生代裂谷系北部，北山造山帶內地質歷史上構造-巖漿活動十分頻繁[1-3，21，22]，造成區(qū)內出露大面積侵入巖類。由于多次強烈的地殼運動[23]，使北山古生代裂谷系遭受多次強烈的巖漿侵入活動[1-3，19-20，24-25]。根據哈密雅滿蘇鎮(zhèn)幅1∶25萬區(qū)域地質調查報告及前人研究資料，北山地區(qū)巖漿侵入活動包括前寒武紀鉀長花崗巖、二長花崗巖，同碰撞造山花崗巖組合;早古生代輝長巖、石英閃長巖、二長閃長巖、英云閃長巖、含角閃石花崗巖、二長花崗巖、正長花崗巖巖石單元;晚古生代早石炭世發(fā)育石英閃長巖、閃長巖、英云閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖組合，同時發(fā)育拉斑玄武質系列、鈣堿性系列巖石，存在“雙峰式”侵入巖特點;晚古生代晚石炭—早二疊世發(fā)育橄欖巖、輝長巖、輝綠巖，為幔源超鎂鐵巖、鎂鐵巖巖石組合4個期次。侵入巖面積約占北山帶基巖出露面積的20%。新疆北山裂谷系以前寒武紀變質巖構成基底，北部分布少量早古生代地層，中南部分布較多石炭紀裂谷沉積，北部分布少量二疊紀上疊地塹火山磨拉石。研究區(qū)位于北山北部清白山，地層上屬于穹塔格地層小區(qū)，出露最老地層為新太古—古元古界，中元古界、下古生界、上古生界、新生界均有出露12。

2 ?巖體地質特征

清白山巖體分布在紅柳河斷裂以南，呈巖基產出，面積約90 km2，平面上為長軸近EW向帶狀分布，由一系列大小不等的巖基組成，清白山花崗巖體主要由包括輝長巖、石英閃長巖、二長閃長巖、英云閃長巖、含角閃石花崗巖、含角閃石花崗巖、鉀長花崗巖巖石單元，以含角閃石花崗巖為主，輝長巖、石英閃長巖、含角閃石閃長巖、英云閃長巖呈小巖株與含角閃石花崗巖構成復式巖基，侵入時間為中基性較早、酸性較晚，脈動接觸。圍巖主要為長城系古硐井巖群、薊縣系愛爾基干巖群，接觸帶發(fā)育綠泥石化、綠簾石化、硅化等熱液蝕變。長城系古硐井巖群一套變質碳酸鹽巖，巖性以大理巖為主，色調為白、灰白、淺灰、淺黃色為主，有時灰白相間形成條帶狀，大理巖耐風化，尤其白云石大理巖耐風化，常形成陡峻的高山地貌，本巖組中還夾少量變質碎屑巖。薊縣系愛爾基干巖群為一套變質碎屑巖建造，以低級片巖為主，次為變砂巖。巖性為斜長黑云石英片巖，黑云石英片巖、斜長陽起石英片巖、長石綠泥石英片巖、陽起方解片巖、變砂巖、變質砂巖、白云質板巖、大理巖、變玄武巖、變輝長巖、變流紋巖、石英巖等。局部出露小面積閃長巖脈體，是晚于花崗巖的后期侵入產物。

3 ?花崗巖巖石學特征

本次采集樣品巖性為似斑狀含角閃石花崗巖，巖石具似斑狀結構，塊狀構造。巖石由斜長石（Pl）、石英（Qz）、普通角閃石（Hb）組成。斜長石53%：呈半自形板狀，粒徑大于6.4～2.6×1.6 mm，少部分顆粒較粗，粒徑達30.0×20.0 mm，為斑晶，約占巖石的10%，聚片雙晶不發(fā)育，絹云母化、泥化。石英25%：呈他形粒狀，粒徑大于4.0～1.6 mm，具波狀消光，表面較新鮮干凈。角閃石4%：呈半自形柱狀，片徑2.4～ ?0.8 mm，具褐-淺黃色多色性，多被綠泥石交代。微量磷灰石：呈粒狀，粒徑0.2～0.02 mm。巖石輕微破碎，沿破碎帶分布碾細的巖粉及蝕變礦物綠簾石、碳酸鹽（圖2-b）。

4 ?巖體地球化學特征

樣品主量元素、微量和稀土元素測試在新疆地礦局地質礦產實驗室完成。主量元素測試在X射線熒光光譜儀（XRF）測試。微量和稀土元素測試在ICP-MS ElementⅡ（電感藕合等離子體質譜儀）上進行測試，檢測限高于5×10-9相對標準偏差小于5%。

4.1 ?主量元素特征

主量元素特征分析結果顯示，在TAS分類圖解上（圖3-a），6件樣品全部落入花崗巖區(qū)域，酸性程度很高，SiO2含量為71.89%～75.4%，均值為73.94%;樣品全堿（Na2O+K2O）總體含量為8.05%～9.51%，平均值8.51%，里特曼指數為2.09～3.13，均值2.35，顯示含角閃石花崗巖具鈣堿性特征;巖石分異指數（DI）為90.92～93.06，顯示清白山巖體具分異演化明顯。在TAS分類圖中有5個樣品顯示亞堿性特征，1個樣品位于堿性與亞堿性過渡區(qū)，總體來看屬于亞堿性系列。在SiO2-K2O圖解顯示（圖3-b），樣品都落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域。清白山巖體含角閃石花崗巖樣品的A/NK值為1.20～1.27，均值1.24，A/CNK為0.97～1.12，均值1. 06，都顯示清白山巖體中含角閃石花崗巖為準鋁質系列。

4.2 ?微量元素特征

清白山花崗巖體稀土元素總量（ΣREE）較低且差異較大，為31.63×10-6～101.85×10-6，均值為64.26×10-6。輕重稀土的比值LREE /HREE為3.12～10.19，表明輕重稀土分異程度較強。在稀土分布曲線上 ? （圖4-a），樣品具相似的右傾特征，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，具中等的Eu負異常，輕重稀土具較強的分餾作用。18YQ6-31、18YQ6-32樣品表現出相同的變化趨勢，相對前3個樣品稀土總量偏小，雖然具重稀土相對虧損的趨勢，但趨勢較弱，輕重稀土分餾作用相對減弱，同時具較弱的Eu負異常。18YQ6-27樣品較特殊，輕重稀土分餾作用不明顯，但是具非常明顯的Eu負異常。總體上（La/Yb）N為1.81～8.61，均值為4.94。在微量元素蛛網圖上所有樣品都呈向右下傾的特征（圖4-b），各樣品微量元素特征大致相同。微量元素總體特征上清白山花崗巖體為Th，U和K，Rb富集，Nb ，P，Ti等虧損（表1）。

5 ?年代學特征

本文在野外剖面測量時采集1件新鮮的含角閃石花崗巖樣品進行 U-Pb同位素定年測試，測試由西安兆年礦物測試技術有限公司LA-ICP-MS實驗室完成，采用91500標樣進行校正。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot3完成。

清白山含角閃石花崗巖樣品中選取8個鋯石測年點做年齡諧和圖，8個鋯石顆粒為淺色透明短柱狀和不規(guī)則形狀，柱狀晶體長寬比為2.5∶1～1∶1。圖5-a中顯示出清白山斜長花崗巖樣品鋯石具清晰韻律結構，為典型的巖漿鋯石。8個測點分析數據見表2，樣品結果分布相對集中，顯示較好的諧和性 ? ?（圖5-b），可代表巖體的結晶年齡。清白山斜長花崗巖樣品的加權平均年齡為（411.6±8.2） Ma （MSWD =3.6），表明巖體侵位時間為早泥盆世。

6 ?討論

6.1 ?巖漿類型

清白山含角閃石花崗巖的副礦物中出現角閃石這無疑是I型花崗巖的特征之一。在主量元素特征中清白山含角閃石花崗巖屬于過鋁質高鉀鈣堿性系列，巖石中的含鋁指數A/CNK比為0.97～1.12，平均值1.06，小于1.1這個I型花崗巖與S型花崗巖的分界線，說明清白山地區(qū)含角閃石花崗巖具I型花崗巖特征[26]。S型花崗巖一般情況下P2O5大于 ? 0.20%[26]，清白山含角閃石花崗巖中P2O5為0.03%～0.08%，低于S型花崗巖一般值，所以與S型花崗巖特征不相符。微量元素總體特征上清白山花崗巖體為Th，U和K，Rb富集，P，Ti等虧損，且Nb，Zr元素相對并不富集，且具有弱的Eu虧損，與A型花崗巖虧損Sr和Eu元素，富集Nb，Ta，Zr等元素的特征不相符[27]。個別樣品具強的Eu虧損，與其他樣品有明顯差異，說明本地區(qū)花崗巖存在多期次演化特點。在1 000Ga/Al-Zr及1000Ga/Al-Nb判別圖解上 （圖6-a，b），樣品全部落入I&S型花崗巖范圍內;SiO2-Zr判別圖解上（圖6-c），6個樣品也全部落入左下的I型花崗巖區(qū)域內，綜合上述特征，清白山含角閃石花崗巖為I型花崗巖無疑。

巖體不相容元素具 Ta-Nb-Ti負異常特征，Nb和Ta，Zr和Hf兩個元素由于具相近的離子半徑和電負性，而具相似的地球化學性質，因此，Nb/Ta和Zr/Hf值很難隨著分離結晶和部分熔融等巖漿過程改變，可以較好的反映源區(qū)性質。清白山巖體的Nb/Ta為11.8～17.6，平均值15，位于幔源值（17.5±2）和陸殼巖石值（≈11）之間[28-29，31]，反映既有幔源組分又有殼源組分的參與。Zr/Hf值為13.34～27.21，平均值20.88，低于幔源值（36.27±2）及殼源值（≈33），表明除去原始巖漿物之外可能有其他流體參與演化成巖過程，主體為殼源物質。北山地區(qū)有許多基性-超基性巖體出露，且在巖體內部具暗色包體。故清白山巖體巖漿來源為殼?；旌蟻碓?。

6.2 ?構造環(huán)境及地質意義

花崗巖的Rb，Y，Nb元素特征可很好的反應其形成時的構造環(huán)境。根據Nb-Y判別圖與Rb-Y+Nb判別圖（圖7），所有樣品全部落入VAG和VAG+syn-COLG（火山弧和同碰撞）區(qū)域。

清白山巖體北部為中天山地塊，兩者以紅柳河斷裂為界，在兩者之間清白山巖體的東北部存在紅柳河蛇綠巖帶（圖1）。北京大學張元元等在紅柳河一帶堆晶輝長巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡值為（516.2±7.1） Ma，花崗巖（404.8±5.2） Ma[32] 。中國石油大學于福生、長安大學李金寶等人采用鋯石U-Pb法，對紅柳河蛇綠巖中輝長巖進行測試，得到206Pb/238U表面年齡加權平均值為（425.5±2.3） Ma，代表輝長巖的侵入年齡[33]。星星峽幅1∶25萬區(qū)調在玄武巖中做鋯石U-Pb測年，測得年齡數據（489±63） Ma，二長花崗巖中做鋯石U-Pb測年，測得年齡數據（414±17） Ma，將紅柳河蛇綠構造混雜巖帶形成時代置于早古生代。因此該條蛇綠巖的形成時代應該早于早泥盆世，作為古亞洲洋一部分的中天山洋的閉合時間應為早泥盆世之前。清白山巖體的形成時間與侵入到紅柳河蛇綠巖中未變形變質的花崗巖形成時代基本一致，表明清白山巖體形成于塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊之間的碰撞末期。

結合區(qū)域地質背景，自寒武紀開始古亞洲洋向南側塔里木板塊俯沖 [2，20]。北山古生代裂谷系在古生代形成于古亞洲洋向南側塔里木板塊之下的俯沖-增生造山過程，這個過程誘發(fā)了大量巖漿活動，在碰撞過程中下地殼重新熔融并混合了幔源物質，巖漿上涌，最終形成清白山花崗巖體。

7 ?結論

（1） 清白山花崗巖加權平均年齡為（411.6±8.2） Ma，表明清白山花崗巖體的侵位時間為早泥盆世，為晚古生代早期加里東期巖漿活動產物。

（2） 清白山花崗巖為過鋁質、高鉀鈣堿性的 I型花崗巖，巖漿來源為殼?；旌蟻碓?。

（3） 清白山花崗巖體的形成構造環(huán)境為俯沖帶背景的同碰撞環(huán)境，形成原因是古亞洲洋在早古生代向塔里木板塊的俯沖作用。

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age， Geochemical Characteristics and ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Geological Significance of Qingbaishan Granite in ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?Beishan Area，Xinjiang

Fu Pengfei1，Xia Dong2，Gong Xiaoping1，Sun Qianlong1，Yang Yang1，Wei Jie1，Zhao Qi1

（1.Scholl of Geology and Exploration Engineering，XinJiang University，Urumqi，Xinjaing，830046，China;2.Xinjiang Uygur Autonomous Region geology survey institute.Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：The Qingbaishan rock mass is mainly composed of granite.The results of chronology and geochemistry show that the LA-ICP-MS zircon U-Pb weighted average age of the rock mass is （411.6±8.2） Ma，which is the product of the early Paleozoic magmatism. In terms of geochemical composition，the Qingbaishan granite body is characterized by a high-potassium-calcium-type I-type granite. The trace elements are generally highly differentiated，and are characterized by enrichment of large ion lithophile elements such as Th，U and K，Rb，K，and high-field strength elements such as P and Ti.The magma source is a mixed source of crust and mantle.Combined with the geological characteristics of the previous research data，this paper believes that the Qingbaishan granite body was formed in the same collision environment in the early Paleozoic Paleo-Asian ocean plate subduction to the Tarim board.

Key words：Beishan;Qingbaishan granite;Zircon U-Pb dating;Geochemistry