東昆侖西段落雁山花崗閃長斑巖年代學、地球化學特征及地質(zhì)意義

邢浩　艾薩·伊斯馬伊力　擺翔　張鵬偉　藺如喜

摘? 要：東昆侖造山帶發(fā)育大量花崗質(zhì)巖漿巖，對其研究不僅能為東昆侖的巖漿、構(gòu)造提供新的信息，且對探討古特提斯的構(gòu)造-演化過程具重要意義。本文報道東昆侖西段落雁山花崗閃長斑巖體的兩組鋯石U-Pb年齡和地球化學數(shù)據(jù)，并對其成因及構(gòu)造意義進行探討。兩組落雁山花崗閃長斑巖體鋯石206Pb/238U-年齡分別為（312.4±2.0）? Ma、（312.4±2.2） Ma，形成于晚石炭世。巖石地球化學特征顯示，該巖體具高鉀鈣堿性準鋁質(zhì)花崗巖特征，稀土元素標準分布曲線呈右傾，富集輕稀土，輕、重稀土分異明顯，微量元素中大離子親石元素（LILE：Rb，Ba）相對富集;高場強元素（HFSE：Nb，P，Ti）虧損。鋯石Hf同位素特征和巖石成因物源研究表明，落雁山花崗閃長斑巖為少量幔源巖漿參與的殼幔混源I型花崗巖。據(jù)區(qū)域構(gòu)造研究，落雁山花崗閃長斑巖形成于晚石炭世古特提斯洋殼俯沖作用背景下的島弧晚期巖漿活動。

關鍵詞：年代學;地球化學;花崗閃長斑巖;落雁山;東昆侖西段

隨著“特提斯”研究的不斷深入，其大體位置，活動階段，閉合時代及演化歷史不斷豐富，現(xiàn)有證據(jù)表明，東昆南構(gòu)造帶是古特提斯洋的重要組成部分 [1-6]。落雁山花崗閃長斑巖體位于新疆且末縣甘泉河一帶，落雁山東南坡，大地構(gòu)造位置屬東昆南構(gòu)造帶西段，位于古特提斯域北部。東昆侖地區(qū)保存了相對完整的古特提斯演化的證據(jù)鏈，為古特提斯造山運動、巖漿演化過程研究提供了物質(zhì)基礎[7-8]，特別是東昆侖造山帶出露的許多花崗質(zhì)巖漿巖，記錄了古特提斯洋的陸陸（?。┡鲎?、后碰撞及俯沖等構(gòu)造事件，成為地質(zhì)學家研究的重點。早期一些學者對東昆侖地區(qū)花崗質(zhì)巖石做了大量研究工作[9-15]，積累了一定的同位素年代學數(shù)據(jù)，并對花崗質(zhì)巖漿的源區(qū)、成因、構(gòu)造環(huán)境作出了不少論斷，但缺乏系統(tǒng)性，特別是東昆侖西段地區(qū)的巖漿、構(gòu)造特征研究較為薄弱，早-晚古生代的構(gòu)造演化問題不是很明確，與俯沖作用相關的花崗質(zhì)巖石同位素年齡數(shù)據(jù)不足，其演化時限和動力學過程不是很明晰。本文在野外工作的基礎上，首次對東昆侖西段甘泉河一帶落雁山花崗閃長斑巖進行地球化學特征和鋯石U-Pb的定年研究，揭示巖石的成因和構(gòu)造背景，準確厘定花崗閃長斑巖的形成年齡，為東昆侖古特提斯的構(gòu)造-演化提供地質(zhì)依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體地質(zhì)特征

研究區(qū)位于秦-祁-昆造山帶（I 級），昆侖陸塊（Ⅱ級），東昆南增生楔雜巖帶（Ⅲ級），北鄰昆中斷裂帶、南側(cè)為昆南斷裂帶（圖1）。東昆南增生楔雜巖帶物質(zhì)組成沿構(gòu)造帶變化大，空間差異明顯，近EW向斷續(xù)殘留，為不同時代和構(gòu)造環(huán)境下的物質(zhì)經(jīng)裂解-俯沖-拼貼等復雜過程形成的，其主體就位是南側(cè)特提斯洋在早古生代-晚古生代向北俯沖增生作用結(jié)果[16-17]。前人結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化資料，對東昆南增生楔構(gòu)造變形期次進行了初步劃分[18]：①俯沖期?！鞍皖伩蟆毕虮备_，該構(gòu)造過程的研究結(jié)果多集中于450～408 Ma[19-20]，②碰撞期。中晚二疊之交，東昆南增生楔雜巖帶增生作用結(jié)束， 巴顏喀拉地塊向北碰撞?？煽闯觯瑓^(qū)域地塊的形成是典型的陸緣造山過程，該過程中巖漿活動劇烈。落雁山花崗閃長斑巖體位于東昆南增生楔雜巖帶北部邊緣的落雁山地區(qū)，呈NEE向展布，出露長約7.3 km，寬0.9～2.2 km，出露面積約9.4 km2，巖體侵入到石炭紀地層中，其南部與下二疊統(tǒng)碧云山組為沉積接觸，接觸面圍巖為灰色礫巖。花崗閃長斑巖呈灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為微粒-霏細結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶由石英、斜長石、角閃石組成：石英為粒狀，熔蝕結(jié)構(gòu)，粒徑0.3～0.8 mm，含量3%;斜長石為自形-半自形板狀，粒徑0.3～3.2 mm，含量14%;角閃石為半自形板柱狀，具綠泥石化，粒徑0.2～2.0 mm，8%;基質(zhì)含量約75%。巖石主要蝕變?yōu)楦邘X土化、綠泥石化、少量綠簾石化（圖2）。

2? 測試方法

對樣品進行主微量元素分析。樣品磨碎至200目后，在原武警黃金第八支隊實驗室進行分析測試。主量元素使用X射線熒光光譜儀（AxiosMAX型-PW4400/SB51）測試。微量元素及稀土元素利用酸溶法制備樣品，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（iCAP Q/SB117） 測試。

鋯石分選、鋯石測試制靶及陰極發(fā)光（CL）照相均由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所完成。采用浮選和電磁選方法進行鋯石分選，在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒，粘貼在環(huán)氧樹脂表面，打磨拋光后制成樣靶，進行透射光、反射光和陰極發(fā)光顯微觀察及照相。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測試在西安地質(zhì)調(diào)查中心同位素實驗室完成，實驗儀器包括Agilent7700x型LA-ICP-MS及Geolas Pro準分子激光器。實驗過程使用193 nm激光器對鋯石進行剝蝕及U-Pb同位素原位測定，采用32 μm激光束斑直徑、6.0 J/cm2激光能量密度和9 Hz激光頻率及標準鋯石GJ-1作為外標進行元素分餾校正，數(shù)據(jù)及圖件處理采用ICP-MSDataCal程序和Isoplot3.0程序完成，采用Pb校正法對普通鉛進行校正，利用NIST610玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品中的U、Pb含量。

3? LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學特征

鋯石U-Pb測年結(jié)果見表1。本次工作采集了兩組樣品（PM28-TW41、PM28-TW45）進行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素年代學的研究，以互相驗證，確定落雁山花崗閃長斑巖的形成時代。采樣坐標位置：北緯37°14′08″，東經(jīng)86°07′09″和北緯37°13′55″，東經(jīng)86°07′06″。

落雁山花崗閃長斑巖的鋯石晶體呈淺黃-無色透明狀，晶形多呈長柱狀或錐柱狀，少量晶形不完整呈棱角狀，粒徑多為100～500 μm，長寬比為2∶1～4∶1。鋯石陰極發(fā)光（CL）影像看出，其生長震蕩環(huán)帶特征良好，多數(shù)核部震蕩環(huán)帶與邊部震蕩環(huán)帶相對較窄且密度高（圖3），說明巖漿鋯石形成于中低溫環(huán)境下，見少量鋯石含古老鋯石殘留核（如PM28-TW41-3，CL影像上呈黑色橢圓狀）。測點位置均選擇在明顯巖漿環(huán)帶上。兩組樣品各選取25個測點，鋯石Th含量166.56×10-6～950.25×10-6，U含量357.14×10-6～1 177.16×10-6，且Th，U具明顯的正相關性（圖4），Th/U比值為0.46～0.67，顯示典型的巖漿鋯石成因。兩組樣品除極少樣品點偏離諧和線，存在一定量的Pb丟失現(xiàn)象，絕大部分樣品點在206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖上呈較好的諧和性，年齡相對集中（圖5）。兩組樣品206Pb/238U加權(quán)平均年齡結(jié)果為（312.4±2.0） Ma（MSWD=0.36），（312.4±2.2） Ma（MSWD=0.69），結(jié)果基本一致，表明落雁山花崗閃長斑巖結(jié)晶形成時代為晚石炭世。

4? 巖石地球化學特征

4.1? 主量元素

落雁山花崗閃長斑巖主量元素測試結(jié)果見表2。巖石SiO2含量62.24%～62.36%，屬中酸性巖漿巖。Al2O3含量15.74%～15.91%，鋁含量高。TFeO 含量2.85%～3.04%。FeO/Fe2O3 比值為0.55～0.57。K2O（3.18%～3.50%）， CaO（3.86%～4.18%）、Na2O （3.18%～3.40%）， （K2O +Na2O）值6.43%～6.82%。K2O /Na2O為0.96～1.07，平均1.01，鉀質(zhì)巖石，里特曼指數(shù)σ為2.03～2.42，為鈣堿性系列。堿度率（AR）值為1.88～ 2.01 ， 分異指數(shù)（DI）值為64.26～66.55，巖漿分異程度為中等。鋁飽和指數(shù)（A/CNK =0.946～0.978）小于1。SiO2-（Na2O+K2O）圖解中， 樣品均落入亞堿性區(qū)域（圖6-a）。SiO2-K2O圖解中， 樣品均落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域（圖6-b）。ANK-ACNK圖解上， 樣品均落入準鋁質(zhì)范圍。綜上，落雁山花崗閃長斑巖體為準鋁質(zhì)高鉀鈣堿性，野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)較強的硅化、絹英巖化等圍巖蝕變現(xiàn)象，其高鉀中酸性巖的性質(zhì)可能由圍巖中鉀交代所引起。

4.2? 稀土元素、微量元素

落雁山花崗閃長斑巖稀土總量（ΣREE=140.71×10-6～152.52×10-6），LREE/HREE為10.00～10.48。 稀土元素標準分布曲線顯示：右傾型，輕稀土富集，輕、重稀土分異明顯（圖7），（La/Yb）N為13.79～14.73，平均14.33，樣品稀土分布曲線一致性較好，說明巖漿分異過程的一致性。δEu為0.90～0.94， Eu弱負異常明顯，說明落雁山花崗閃長斑巖經(jīng)歷了斜長石分離結(jié)晶作用，且源區(qū)可能有一定的斜長石殘留。從微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖看出：大離子親石元素（Rb，Ba）相對富集。高場強元素（Nb，P，Ti）虧損（圖8）。U，Zr，Hf元素相對富集。相對于Rb，Ba，虧損Th，其與俯沖作用相關的島弧型巖漿地球化學特征一致。K虧損表明巖石與消減作用無關;P虧損強烈代表可能存在磷灰石分離結(jié)晶，也說明巖漿物質(zhì)來源于虧損地?；蛘叩貧r石;Ti的虧損可能和分異演化過程中富Ti礦物，如鈦鐵礦、榍石、金紅石等分異結(jié)晶有關，指示巖漿物質(zhì)源于地殼， Ti不易進入熔體而殘留在源區(qū)[25];Nb虧損可能因為大陸殼物質(zhì)或者花崗質(zhì)巖石的混染引起，Nb-Ta虧損指示與陸殼關系密切，因原始地幔于陸殼第一階段形成，地幔中Nb-Ta優(yōu)先殘留，陸殼第二階段才出現(xiàn)Nb-Ta高度不相容現(xiàn)象。

4.3? 鋯石Hf同位素特征

對鋯石年齡測試點緊鄰位置進行Hf同位素測試：落雁山花崗閃長斑巖的176Lu/177Hf均在0.001以下（表3），說明鋯石在形成以后積累了具較低的放射性成因Hf，鋯石現(xiàn)今176Hf/177Hf可代表鋯石形成時的176Hf/177Hf[26]。176Hf/177Hf為0.282 491～0.28 2613，平均0.282 538;εHf（t）值為-3.18～1.15，平均-1.52;單階段Hf模式年齡（tDM）為0.895～1.062 Ga，平均1.000 Ga，兩階段Hf模式年齡（t2DM）為1.252～1.526 Ga，平均1.422 Ga。其中εHf（t）值主體小于0，（PM28-41-02）樣點εHf（t）值（1.15）大于0，表明巖漿的物源主要來自先存地殼組分的改造和再循環(huán)，同時也有少量幔源巖漿混入到了地殼，具殼幔混源特征。

5? 討論

5.1? 巖石成因類型與物源區(qū)

依據(jù)花崗巖的ISMA劃分方案，落雁山花崗閃長斑巖具“I”型花崗巖的指示性礦物角閃石，且在 CIPW標準礦物中有透輝石，地球化學特征顯示為中酸性（SiO2含量62.24%～62.36%），石英含量不高，K2O含量較高（3.18%～3. 50%），屬高鉀鈣堿性系列花崗巖。FeOT/MgO較低（1.14～1.29），輕稀土富集，A/CNK值（0.946～0.978）小于1 ，與“I”型花崗巖特征相符。據(jù)花崗巖類型判別圖解[27]，10000Ga/Al圖解中樣點均落入“I ”型和“S ”型花崗巖范圍（圖9-a，c）， Zr+Ce+Y+Nb 圖解中樣點均落入非分異的“I”、“S”型花崗巖范圍（圖9-b，d），說明落雁山花崗閃長斑巖未經(jīng)分異或分異作用不強。據(jù)吳福元等研究證實，高分異花崗巖判別中Whalen 指標是失效的，對于未分異或分異程度較低的花崗閃長斑巖體則可獲得更準確的判斷[28]。通過K2O-Na2O和Ga/Al-（Zr+Ce+Y+Nb）圖解分析，落雁山花崗閃長斑巖的樣點全部落入了“I ”型花崗巖范圍。

當前大多數(shù)學者相信“I”型花崗巖的形成有地幔的貢獻，并不是一個獨立的巖漿，而是殼源與幔源兩個端元巖漿的混合產(chǎn)物，且這些認識已被越來越多的研究所證實[30-32]。落雁山花崗閃長斑巖為輕稀土相對富集、重稀土元素相對平坦的“右傾型”，較弱的銪虧損暗示巖漿可能為殼幔混源[33]。落雁山花崗閃長斑巖Rb/Sr值（0.113～0.161），介于上地幔Rb/Sr值0.034與地殼Rb/Sr值0.35[34]，Nb/Ta值（11.49～11.64）接近地殼均值（12.5～13.5）[35]，低于地幔均值17.5[36]，顯示出殼?；煸吹奶攸c。同時，鋯石Hf同位素εHf（t）值特征也反映出巖漿物源的殼幔混源特性。

CaO/Na2O值可反映源區(qū)性質(zhì)，源于變雜砂巖或火成巖熔融的酸性花崗質(zhì)巖石CaO/Na2O值介于0.3～1.5[37]。落雁山花崗閃長斑巖CaO/Na2O值為1.16～1.29，在A/FM-C/FM圖解中顯示其源區(qū)為變質(zhì)中基性巖部分熔融（圖10），這可能與深部殼?；烊居嘘P的中基性變火成巖部分熔融有關。

5.2? 構(gòu)造背景

花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖顯示，樣品均落入火山島弧花崗巖或同碰撞型花崗巖區(qū)域（圖11）?？膳袆e落雁山花崗閃長斑巖大地構(gòu)造背景為島弧環(huán)境，與前述島弧巖漿巖特征一致。單憑微量元素構(gòu)造圖解來判斷巖體構(gòu)造環(huán)境具有一定局限性，應結(jié)合巖石的形成時代、區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造演化等制約條件[39]。

東昆侖地區(qū)經(jīng)歷了多期次的陸緣造山過程，其中華力西-印支早期為古特提斯構(gòu)造演化階段，具完整的溝-弧-盆體系。據(jù)研究表明，古特提斯洋的演化起始可追溯到372～374 Ma[40]，并在345～308 Ma開始快速擴張成洋，即早石炭世早期陸殼開始拉裂，出現(xiàn)洋殼，分別形成了古特提斯洋和弧后盆地;早石炭世晚期洋殼開始向北俯沖形成陸緣弧與前緣島弧，洋殼逐漸消減消亡，從晚石炭—晚二疊世進入俯沖造山-碰撞造山階段，三疊紀為巴彥喀拉盆地發(fā)展階段[41]。

落雁山花崗閃長斑巖形成時代為312 Ma，此時正處于洋殼俯沖-碰撞造山階段，結(jié)合東昆侖區(qū)域構(gòu)造演化成果，可說明研究區(qū)從晚古生代開始，隨古特提斯洋向北俯沖形成與之有關的巖漿侵入活動。

6? 結(jié)論

（1） 落雁山花崗閃長斑巖兩組LA-ICP-MS 鋯石樣品U-Pb年齡為：（312.4±2.0） Ma和（312.4±2.0）? Ma，表明巖石形成于晚石炭世。巖石屬高鉀鈣堿性準鋁質(zhì)系列。巖石為輕稀土元素相對富集、重稀土元素呈相對平坦且典型的“右傾型”。巖石大離子親石元素相對富集，高場強元素相對虧損。

（2） 巖石具“I”型花崗巖特征，據(jù)Rb/Sr，CaO/Na2O比值及鋯石Hf同位素特征等，表明巖漿物源主要為地殼物質(zhì)部分熔融，且有少量幔源物質(zhì)混入，為形成于晚石炭世與古特提斯洋殼俯沖作用相關背景下的島弧晚期巖漿活動。

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Abstract：A large number of granitic magmatic rocks are developed in the East Kunlun orogenic belt， and its research can not only provide new information for the magma and structure of the East Kunlun， but also has important significance for exploring the tectonic-evolution process of Paleo-Tethys. This article reports two sets of zircon U-Pb age and geochemical data of the Yanshan granodiorite porphyry in the western section of the East Kunlun Mountains， and discusses its genesis and tectonic significance. The two sets of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the Luoyanshan granodiorite porphyry body are （312.4±2.0） Ma and （312.4±2.2） Ma respectively， which were formed in the Late Carboniferous. The rock geochemical characteristics show that the rock body has the characteristics of high-potassium calcium-alkaline quasi-aluminum granite. The standard distribution curve of rare earth elements is right-leaning. It is rich in light rare earths and has obvious differentiation between light and heavy rare earths. Among the trace elements， large ion lithophile elements （LILE： Rb， Ba） are relatively enriched; high field strength elements （HFSE： Nb， P， Ti） are depleted. Studies on zircon Hf isotopic characteristics and petrogenesis and provenance indicate that the Luoyanshan granodiorite porphyry is a type I granite with a small amount of mantle-derived magma. According to regional tectonic research， the Luoyanshan granodiorite porphyry was formed in the late Carboniferous Paleo-Tethys oceanic crust subduction-related background during the late island arc magmatic activity.

Key words：Chronology; Geochemistry; Granodiorite porphyry; Luoyan Mountain; West part of eastern Kunlun