新疆謝米斯臺地區(qū)晚古生代俯沖作用：來自塞勒肯特巖體的巖石學(xué)、年代學(xué)及地球化學(xué)證據(jù)

張望 王居里 胡洋

1. 大陸動力學(xué)國家重點實驗室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 7100692. 商洛西北有色七一三總隊有限公司，商洛 7260001.

謝米斯臺地區(qū)位于西準(zhǔn)噶爾的北部，是博什庫爾-成吉斯火山弧在中國境內(nèi)的東延部分，呈近東西向展布(Shenetal., 2012)(圖1a)。區(qū)內(nèi)出露大量中性-酸性火山巖和火山碎屑巖以及中酸性侵入體(圖1)。前人將本區(qū)的火山巖劃歸于泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)，其中以泥盆紀(jì)火山巖地層為主，稱為中泥盆統(tǒng)呼吉爾斯特組；區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖的形成時代定為晚古生代石炭紀(jì)(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1993; 成守德和王元龍, 1998; 何國琦等, 2004)。近年來，本區(qū)的基礎(chǔ)地質(zhì)研究工作取得了較大的進展。不同學(xué)者對巖漿巖特征的研究揭示了早古生代巖漿作用在謝米斯臺山廣泛存在，區(qū)內(nèi)的酸性火山巖、侵入巖主體的形成時代為中志留世-早泥盆世早期(Chenetal., 2010; 孟磊等, 2010; Shenetal., 2012; 王章棋等, 2014; 孫勇等, 2015; Yinetal., 2017; 王敏等, 2018; 王居里等, 2019; 胡洋, 2019)。目前區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)形成最早的花崗巖類是形成于晚奧陶世的伊尼薩拉花崗閃長巖(Wangetal., 2017)。有關(guān)中-晚泥盆世的巖漿活動也有發(fā)現(xiàn)，舍建忠等(2019)在謝米斯臺中段吉根泰一帶原華里西中期花崗巖中解體出一套晚泥盆世花崗巖；在謝米斯臺中東部的布拉特地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了形成于中泥盆-晚泥盆世的流紋巖(Wangetal., 2021)。目前的研究結(jié)果顯示，絕大部分學(xué)者認為謝米斯臺地區(qū)形成于中志留世-晚泥盆世的巖漿巖/火山巖具I型花崗巖的性質(zhì)。部分學(xué)者對哈勒蓋特賽巖體中的堿長花崗巖及堿性花崗巖研究顯示其為A型花崗巖(Chenetal., 2010, 2015; 楊鋼等, 2015; 楊亞琦等, 2018a, b; 胡洋, 2019)，王敏等(2018)的研究顯示烏蘭薩拉巖體中的堿長花崗巖為A2型花崗巖。這些成果對西準(zhǔn)噶爾北部構(gòu)造巖漿演化研究具有非常重要的意義。但復(fù)雜的構(gòu)造演化和巖漿活動，使人們對該地區(qū)有不同的認識，對于一些重要的科學(xué)問題存在一定的爭議，主要集中于中志留世-早泥盆世酸性火山巖、侵入巖的形成構(gòu)造環(huán)境，區(qū)內(nèi)同時期形成的A型和I型花崗巖所代表的早泥盆世構(gòu)造環(huán)境成為主要的爭論焦點。一些學(xué)者認為謝米斯臺地區(qū)志留世末期-早泥盆世已處于后碰撞階段(Chenetal., 2010, 2015; 楊鋼等, 2015; 楊亞琦等, 2018a, b)；大部分學(xué)者認為該時期為俯沖背景比較合理，孟磊等(2010)認為謝米斯臺地區(qū)是準(zhǔn)噶爾洋殼向北俯沖形成的島??；也有學(xué)者認為謝米斯臺地區(qū)是額爾齊斯-齋桑蛇綠巖所代表的大洋(古亞洲洋)向南俯沖而形成的島弧/陸緣弧(董連慧等, 2009; Shenetal., 2012; 王金榮等, 2013; 楊維等, 2015; Wangetal., 2017, 2021; 王敏等, 2018; 王居里等, 2019; 胡洋, 2019; 舍建忠等, 2019)。

本文對謝米斯臺中東段的塞勒肯特巖體進行了較詳細的地質(zhì)和鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)和鋯石Hf同位素研究，以查明巖體特征及其形成時代，探討其形成構(gòu)造環(huán)境和巖石成因，為進一步認識本區(qū)的構(gòu)造-巖漿演化提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 西準(zhǔn)噶爾及鄰區(qū)哈薩克斯坦的構(gòu)造分區(qū)(a, 據(jù)Chen et al., 2010修改)和西準(zhǔn)噶爾北部地質(zhì)簡圖(b, 據(jù)Shen et al., 2012修改)年齡數(shù)據(jù)來源：(1) Chen et al., 2010；(2) Shen et al., 2012；(3)張元元和郭召杰, 2010；(4)趙磊等, 2013；(5)孫勇等, 2015；(6)楊鋼等, 2015；(7)楊維等, 2015；(8) Yin et al., 2017；(9) Wang et al., 2017；(10)王敏等, 2018；(11)王居里等, 2019；(12)本文Fig.1 Simplified tectonic frame work of West Junggar and adjacent Kazakhstan (a, modified after Chen et al., 2010) and region simplified geological map of the northern West Junggar Region (b, modified after Shen et al., 2012)

研究區(qū)位于西準(zhǔn)噶爾北部謝米斯臺山中東段，區(qū)內(nèi)出露的地層主要為前人所劃的中泥盆統(tǒng)呼吉爾斯特組(新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊, 1980(1)新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊. 1980. 1:20萬烏爾禾幅(L-45-ⅩⅣ)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告, 1983(2)新疆地礦局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊. 1986. 1:20萬和布克賽爾幅(L-45-Ⅷ)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)，為一套基性-中基性-中性-中酸性-酸性火山巖、火山碎屑巖組合，總體為一套島弧火山巖組合。孟磊等(2010)獲得謝米斯臺中段火山巖的形成時代為晚志留世(422.5±1.9Ma)；龔一鳴和縱瑞文(2015)獲得區(qū)內(nèi)火山巖的形成年齡為436±13Ma～421.7±5.8Ma，并將其改為謝米斯臺組(S1-4x)；王居里等獲得區(qū)內(nèi)酸性火山巖、次火山巖的形成時代為早志留世-晚泥盆世(英安斑巖434.9±2.3Ma，流紋斑巖423±1.8Ma，流紋巖383.1±5.0Ma、370.9±4.8Ma)(王居里等, 2015(3)王居里, 胡洋, 王敏, 王建其, 安芳, 董少峰. 2015. 《巴爾魯克-謝米斯臺大型礦床找礦靶區(qū)優(yōu)選與評價》研究報告及附圖. 國家三〇五項目辦公室; Wangetal., 2021)。中酸性侵入巖在區(qū)內(nèi)(尤其是謝米斯臺中部)大范圍出露，主要為花崗巖類和閃長巖，前人將其形成時代定為晚古生代石炭紀(jì)，近來獲得的年代學(xué)資料表明其形成時代主要為中志留世-早泥盆世(427～405Ma)。晚期基性巖脈在謝米斯臺地區(qū)大范圍出露，侵入于火山巖、次火山巖和早期侵入巖中。謝米斯臺地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，主要呈近東西向、北東向和北西向展布，其中以近東西向和北東向為主，規(guī)模最大者為近東西向斷裂，以謝米斯臺南坡斷裂和謝米斯臺北坡斷裂為代表，控制著區(qū)內(nèi)地層的分布(圖1)。

圖2 塞勒肯特地質(zhì)略圖(據(jù)新疆地礦局第七地質(zhì)大隊, 2010(4)新疆地礦局第七地質(zhì)大隊. 2010. 1:5萬和布克賽爾蒙古自治縣南半幅(L45E008007)、巴音布拉克北半幅(L45E009007)地質(zhì)圖修改)

圖4 賽勒肯特巖體顯微鏡下照片(a)二長花崗巖XM7-75(-)；(b)二長花崗巖XM7-75(+)；(c)石英閃長巖XM7-72(+)；(d)花崗閃長巖XM7-70(+)；(e)閃長質(zhì)包體XM7-70(-)，(f)閃長質(zhì)包體XM7-70(+)可見針狀磷灰石. Q-石英；Kfs鉀長石；Pl-斜長石；Hb-角閃石；Ap-磷灰石；Bi-黑云母Fig.4 Microscopic photos of the Sailekente pluton

1.2 巖體地質(zhì)簡況

塞勒肯特巖體位于和布克賽爾縣城南約16km，地理坐標(biāo)為46°37′～46°38.5′N、85°38.5′～85°48.5′E。巖體侵位于區(qū)內(nèi)志留系謝米斯臺組火山巖、火山碎屑巖中，呈近東西向帶狀展布 (圖2)， 分布范圍約8km2， 主要由二長花崗巖

(圖2、圖3a)、石英閃長巖(圖2、圖3b)及花崗閃長巖(圖2、圖3c)組成。花崗閃長巖與二長花崗巖及石英閃長巖均呈侵入接觸關(guān)系(圖3d, e)。花崗閃長巖中可見暗色微粒包體(閃長質(zhì))(圖3f)。包體主要呈次棱角狀、橢球狀，也可見長條狀。包體大小不一，多數(shù)為3～5cm，小到0.5cm，大到8cm，零星分布于花崗閃長巖中，局部分布較為集中，與寄主巖石主要為截然接觸關(guān)系，但也有少量的呈漸變過渡關(guān)系。

1.3 巖石學(xué)特征

二長花崗巖：淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，半自形-他形粒狀結(jié)構(gòu)。主要由斜長石(35%～40%)、鉀長石(30%～35%)、石英(25%±)、黑云母(3%±)及少量角閃石(<2%)組成，副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石(約2%)。斜長石呈半自形板狀，聚片雙晶發(fā)育，鉀長石呈半自形-他形，石英呈他形粒狀，云母呈片狀，部分長石邊部被石英交代(圖4a, b)。長石具較強烈的高嶺石化，角閃石及黑云母發(fā)生較強烈的綠泥石化。

石英閃長巖：淺灰紅色，塊狀構(gòu)造，半自形柱狀、粒狀結(jié)構(gòu)，似斑狀結(jié)構(gòu)；主要由角閃石(20%±)、斜長石(55%±)、鉀長石(10%±)、石英(10%±)、黑云母(3%±)組成，副礦物為磁鐵礦、鋯石、磷灰石(約2%)。斜長石呈半自形板狀，部分顆粒發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)，石英呈他形，黑云母呈片狀，角閃石呈長柱狀-針狀，長達1～1.5cm，長寬比達10:1～15:1，無定向性(圖3b、圖4c)。長石發(fā)生高嶺石化，角閃石具較強烈的綠泥石化。

花崗閃長巖：巖石呈淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，細-中粒半自形-他形柱狀、粒狀結(jié)構(gòu)；主要由斜長石(45%～50%)、鉀長石(15%±)、石英(20%～25%)、角閃石(10%±)、黑云母(3%±)組成。副礦物為榍石、磁鐵礦、磷灰石、鋯石(約2%)。斜長石呈半自形板狀，聚片雙晶發(fā)育，鉀長石呈半自形-他形，石英呈他形粒狀，云母呈片狀，部分石英可見蠕英結(jié)構(gòu)(圖4d)。巖石中長石具微弱的高嶺石化，角閃石發(fā)生較強的綠泥石化。巖石中可見暗色微細粒閃長質(zhì)包體，塊狀構(gòu)造，微細粒-細粒半自形柱狀、粒狀結(jié)構(gòu)；主要由斜長石(60%～65%)、角閃石(20%～25%)和石英(3%～5%)組成，含少量不透明礦物(3%±)和磷灰石(2%)。磷灰石呈細長針狀，長寬比一般大于10:1，并穿過了不同礦物顆粒(圖4e, f)，長石具較強烈的高嶺石化。

2 分析方法

分析所用的樣品均采自巖體新鮮巖石。本次所有的實驗測試分析均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。

在巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，鋯石U-Pb定年所選用的樣品按照常規(guī)重力、磁選方法分選，并將分選出的鋯石在雙目鏡下選擇晶形較好、無裂隙、透明干凈的自形鋯石顆粒，用環(huán)氧樹脂固定后拋光，直至鋯石顆粒暴露出最大光潔面，然后進行鋯石的CL顯微圖像及LA-ICP-MS分析，鋯石U-Pb同位素組成采用德國Microlas公司的Geolas200M激光剝蝕系統(tǒng)與Agilent 7500a ICP-MS聯(lián)機進行測定，激光束直徑為30μm，頻率為10Hz，剝蝕深度為20～40μm。鋯石年齡測定采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作外標(biāo)，元素含量采用NIST610作外標(biāo)，29Si作內(nèi)標(biāo)。年齡計算及協(xié)和圖的繪制用Isoplot(ver.3)程序(Ludwig, 2003)。詳細分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見袁洪林等(2003)。

全巖主量與微量元素成分測定，分別用X熒光光譜儀(XRF)和電感藕合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測試完成，實驗誤差小于5%。

巖石樣品Sr、Nd同位素采用英國Nu Instrument公司生產(chǎn)的Nu Plasma多接收等離子體質(zhì)譜儀測定，儀器工作參數(shù)為Power 1300w、Nebulizer gas 0.1mL/min、Auxilliary gas 0.8mL/min、Plasma gas 13L/min。分析所用試劑 HNO3、HF、HCl均為由優(yōu)級純酸經(jīng)亞沸蒸餾裝置制得的高純試劑，水為18.2MΩ·cm-1的高純水(Millipore Element, Millipore Corporation, USA)。分析全程采用USGS標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BHVO-2、BCR-2、AGV-2進行質(zhì)量監(jiān)控。儀器測試利用86Sr/88Sr=0.1194、146Nd/144Nd=0.7219按照指數(shù)法則進行內(nèi)部校正，質(zhì)量監(jiān)控樣品分別選用NBS987(87Sr/86Sr=0.710248)及JNdi-1(143Nd/144Nd=0.512115)。本此測試的標(biāo)樣數(shù)據(jù)的結(jié)果為：NBS987(87Sr/86Sr)為0.710248±0.000011(2σ)；JNdi-1(143Nd/144Nd)為0.512070±0.000014(2σ)。

鋯石Lu-Hf同位素分析利用LA-MC-ICP-MS(激光剝蝕多接收電感藕合等離子體質(zhì)譜系統(tǒng))進行。實驗過程中用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500與鋯石樣品交叉分析對儀器漂移進行外部監(jiān)控。在本研究分析過程中，獲得標(biāo)準(zhǔn)鋯石樣品91500的176Hf/177Hf值為0.282279±0.000032～0.282354±0.000033(n=8，2σ)和Mud Tank的176Hf/177Hf值為0.282501±0.000020～0.282575±0.000020(n=5，2σ)。Hf同位素一階段模式年齡(tDM1)的計算以現(xiàn)今的虧損地幔值為參考，其中，176Hf/177Hf=0.28325，176Lu/177Hf=0.0384，兩階段模式年齡(tDM2)計算時，平均地殼值采用176Lu/177Hf=0.015。詳細分析步驟、處理方法及儀器參數(shù)見Yuanetal. (2008)和Baoetal. (2017)。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

用于測年的鋯石分別選自樣品XM7-75(二長花崗巖)、XM7-72(石英閃長巖)和XM7-70(花崗閃長巖)。

XM7-75中鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像顯示(圖5a)，鋯石可以分為兩類，一類以自形柱狀晶體為主，長80～100μm，寬40～50μm，長寬比為2:1；另一類呈自形短柱狀，長60～80μm，寬50～80μm，長寬比約為1:1。兩類鋯石邊界都清晰、平直，具金剛光澤，發(fā)育有較為清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，震蕩環(huán)帶較窄，具有典型巖漿鋯石的特征。

XM7-72中鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像顯示(圖5b)，鋯石大部分呈自形長柱狀，長120～160μm，寬60～90μm，長寬比約為2:1。鋯石邊界清晰、平直，部分鋯石具韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

XM7-70中鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像顯示(圖5c)，鋯石自形程度較好，呈短柱狀、豆?fàn)?，長50～100μm，寬20～45μm，邊界清晰、平直。多數(shù)鋯石具有明顯的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，顯示巖漿鋯石的特征(吳元保和鄭永飛, 2004)。

鋯石樣品的U-Pb年齡分析結(jié)果見表1。

由表1可見，巖石樣品中鋯石Th/U比值均較高(0.80～2.43)，顯示巖漿鋯石的特征，U-Pb定年結(jié)果可代表巖漿的結(jié)晶年齡。剔除不諧和年齡數(shù)據(jù)后，206Pb/238U年齡數(shù)據(jù)點均集中分布在諧和線及其附近。XM7-75206Pb/238U表觀年齡介于392～405Ma，加權(quán)平均年齡為400.9±4.3Ma(n=21，MSWD=1.90)(圖6a)。XM7-72206Pb/238U表觀年齡可分為兩段，第一段介于427～436Ma，加權(quán)平均年齡為430.8±2.4Ma(n=18，MSWD=0.16)；第二段介于376～404Ma，加權(quán)平均年齡為398.1±4.5Ma(n=16，MSWD=2.90)(圖6b)。XM7-70206Pb/238U表觀年齡介于358～386Ma，加權(quán)平均年齡為381.7±2.9Ma(n=30，MSWD=0.13)(圖6c)，還有3顆鋯石206Pb/238U表觀年齡變化于428～431Ma，為捕獲的早期巖漿鋯石年齡。

表1 塞勒肯特巖體鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果

續(xù)表1Continued Table 1測點號含量(×10-6)206Pb238U232ThTh/U同位素比值同位素年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-1072.32473431.390.05580.00160.53320.01270.06920.00094453143484325-111214358261.900.05660.00200.49930.01550.06390.000947845411113995-121144369302.140.05890.00160.48780.01010.06000.00075632540373764-1353.11922251.170.05490.00190.48290.01420.06380.000940742400103995-1487.83104541.470.05620.00160.50030.01110.06450.00084602841284035-1559.52063311.600.05940.00200.56680.01600.06920.000958139456104316-1612345310992.430.05490.00180.48930.01350.06460.00084083840494035-171083957701.950.05730.00160.50560.01110.06400.00085022741574005-1877.12683701.380.05450.00160.48400.01110.06430.00083933040184025-1957.02043281.610.06020.00220.53430.01740.06430.000961146435124025-2011.843.735.20.810.06100.00430.48690.03270.05790.0012639108403223637-2197.43396932.050.06010.00180.57260.01450.06900.00096093346094305-2280.12764041.460.05490.00170.48890.01210.06460.00084073340484035-2384.42803941.400.05560.00150.53190.01140.06930.00094372743384325-2461.92052381.160.05940.00200.56460.01600.06890.000958038455104306-2572.02353491.480.06230.00220.60140.01790.07000.001068340478114366-2668.12373601.520.06080.00220.58270.01810.06950.001063243466124336-2777.42703901.440.05570.00160.49660.01100.06460.00084402840974045-281043617402.050.05600.00150.49970.01030.06460.00084522541274045-2984.02864071.420.05690.00170.53780.01270.06850.00094863043784275-3072.12463421.390.05600.00160.53390.01250.06910.00094533043484305-311013456381.850.06460.00190.57350.01410.06430.00087613046094025-3277.72544551.790.05540.00170.52790.01330.06900.00094303343094305-331133877091.830.05600.00150.53550.01090.06930.00094522443574325-3490.93315051.520.05610.00180.49210.01320.06350.00084563640693975-3588.42884991.730.05920.00170.56710.01310.06950.00095732945694335-3646.91611580.990.05550.00190.52720.01510.06890.000943140430104296XM7-70花崗閃長巖-0135.01211351.120.05600.00380.46940.02860.06080.00174521453912038110-0242.01431561.090.05660.00340.47600.02570.06100.0016476129395183829-0358.12022491.230.05580.00210.47070.01480.06120.001044282392103836-0436.51301190.920.05430.00290.45570.02150.06080.0014385115381153818-0540.51771841.040.07580.00780.61960.05670.05930.002810901934903637117-0658.32193201.460.05440.00230.46050.01690.06140.001138793385123847-0754.01932601.350.05500.00320.46510.02440.06140.0015410126388173849-0840.01521440.950.05610.00260.47380.01910.06120.0012456100394133837-0935.01321461.110.06090.00360.50830.02680.06050.0016636123417183799-1058.92032541.250.05750.00260.48590.01920.06130.001251098402133847-1138.11331351.020.05690.00430.47460.03230.06050.00194861593942237912-1245.11581701.080.05630.00210.47310.01430.06100.001046179393103826-1369.13147502.390.08410.00290.58780.01580.05070.0009129665469103195-1439.41431521.060.05540.00270.46980.01970.06150.0013429104391143858-1546.91571901.210.06150.00280.51640.02010.06100.001265595423133817-1639.71451751.210.06540.00250.55210.01780.06120.001178880446123837-1753.32022301.140.05760.00280.48210.02050.06070.0013514104400143808-1850.21831941.060.05830.00240.48870.01720.06080.001154089404123817-1947.81651771.070.05890.00280.56120.02280.06920.001456299452154319

續(xù)表1Continued Table 1測點號含量(×10-6)206Pb238U232ThTh/U同位素比值同位素年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ-2056.51982011.020.05640.00210.53440.01670.06870.001246882435114287-2140.61401841.310.06140.00230.58560.01850.06920.001265379468124317-2244.91802301.280.08860.00460.74770.03310.06120.00161396975671938310-2344.21581570.990.05670.00280.47690.02090.06100.0013479108396143828-2431.81071571.470.05610.00310.47470.02340.06140.0015456120394163849-2543.21431561.090.05610.00280.47440.02060.06130.0013456107394143848-2639.41411881.330.05430.00400.45670.03050.06100.00183821583822138211-2743.81471691.150.05420.00280.45590.02080.06100.0013381112381153818-2833.01191130.950.05430.00350.45380.02640.06060.00163841403801837910-2935.91161181.020.05710.00370.48120.02770.06110.00174971373991938210-3019.563.670.71.110.05520.00380.46980.02940.06170.00184201483912038611-3143.51491681.130.07160.00290.61250.02040.06200.001297680485133887-3231.01101161.050.05810.00270.48670.01930.06080.001253398403133807-3336.61251291.030.05660.00400.47800.02990.06130.00184751483972138311-3430.810995.40.870.05470.00260.45630.01890.06050.0012400103382133797-3548.61631871.150.05710.00210.48320.01500.06140.001049681400103846-3638.91381971.430.05460.00330.45930.02480.06110.001539476384173829

圖5 塞勒肯特巖體鋯石CL圖像(a) XM7-75，二長花崗巖；(b) XM7-72，石英閃長巖；(c) XM7-70，花崗閃長巖Fig.5 Zircon CL graphics of Sailekente pluton

圖6 塞勒肯特巖體U-Pb定年結(jié)果(a) XM7-75，二長花崗巖；(b) XM7-72，石英閃長巖；(c) XM7-70，花崗閃長巖Fig.6 Zircon U-Pb dating concordia ages of Sailekente pluton

圖7 塞勒肯特巖體SiO2-K2O(a, 實線據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976; 虛線據(jù)Middlemost, 1985)及A/CNK-A/NK(b, 據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)Fig.7 SiO2 vs. K2O diagram (a, real line is after Peccerillo and Taylor, 1976; broken line after Middlemost, 1985) and A/CNK vs. A/NK diagram (b, after Maniar and Piccoli, 1989) of the Sailekente pluton

圖8 塞勒肯特巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a)及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素比值蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagrams (b) of the Sailekente pluton (normalized data after Sun and McDonough, 1989)

3.2 主量及微量元素

塞勒肯特巖體的主量及微量元素分析結(jié)果見表2。

二長花崗巖SiO2含量為69.58%～71.92%，富堿(Na2O+K2O為8.51%～8.95%)，Na2O/K2O=1.05～1.24，里特曼指數(shù)σ為2.54～2.98，在SiO2-K2O圖上均投點落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖7a)；Al2O3含量為14.12%～15.15%，在A/CNK-A/NK圖上投點位于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)系列(圖7b)。石英閃長巖SiO2含量59.68%～62.64%，中等含量MgO(1.68%～2.35%)，富堿(Na2O+K2O=7.37%～7.59%)，相對富鈉Na2O/K2O(1.57～3.06)，里特曼指數(shù)σ為2.99～3.33， 在SiO2-K2O圖上投點大部分落在高鉀鈣堿性系列(圖7a)；Al2O3含量略高(16.47%～16.56%)，在A/CNK-A/NK圖上投點位于準(zhǔn)鋁質(zhì)系列(圖7b)。花崗閃長巖SiO2含量67.50%～69.72%，全堿含量Na2O+K2O為8.68%～9.32%，Na2O/K2O=1.23～1.45，里特曼指數(shù)σ為3.06～3.25，在SiO2-K2O圖上投點均落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖7a)；Al2O3含量為15.00%～15.56%，在A/CNK-A/NK圖上投點位于準(zhǔn)鋁質(zhì)系列(圖7b)。

表2 塞勒肯特巖體主量(wt%)及微量元素(×10-6)分析結(jié)果

續(xù)表2

微量元素分析結(jié)果顯示該巖體的巖石具有較一致的演化趨勢，巖石稀土總量較低(∑REE=80.3×10-6～121×10-6，僅1個樣品較高為190×10-6)，輕重稀土分餾明顯((La/Yb)N=5.22～9.22)。相對富集輕稀土，虧損重稀土，LREE/HREE=5.76～9.66，輕稀土分異比重稀土明顯，(La/Sm)N=2.27～4.90，(Gd/Yb)N=1.13～1.67。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖顯示輕稀土富集的右傾型配分樣式(圖8a)，Eu整體具有較弱的負異?；驘o異常，個別具正異常，δEu=0.79～1.08。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖8b)顯示富集Rb、Ba、U、K等及LREE元素，虧損Nb、Ta、Ti等高場強元素。顯示了俯沖帶島弧相關(guān)的巖漿特征(Wilson, 1989)。

3.3 Sr、Nd同位素

塞勒肯特巖體的Sr、Nd同位素組成分析結(jié)果見表3。

表3數(shù)據(jù)表明，塞勒肯特巖體二長花崗巖巖石樣品的(87Sr/86Sr)i=0.7040～0.7043，(143Nd/144Nd)i=0.5124，εNd(t)=+4.85～+5.79，fSm/Nd值為-0.43～-0.42，介于-0.6～-0.2之間；表明這些花崗巖的一階段模式年齡有意義，不會由于高度分離結(jié)晶使得tDM太年輕而不準(zhǔn)或沒有意義(高睿等, 2013)；tDM1=663～732Ma。石英閃長巖的(87Sr/86Sr)i=0.7041，(143Nd/144Nd)i=0.5124，εNd(t)=+6.18，fSm/Nd=-0.34，tDM1=674Ma。花崗閃長巖的(87Sr/86Sr)i=0.7045～0.7046，(143Nd/144Nd)i=0.5124，εNd(t)=+4.61～+4.80，fSm/Nd值為-0.41～-0.40，tDM1=731～749Ma。

3.4 鋯石Hf同位素

對塞勒肯特巖體二長花崗巖(XM7-75)和花崗閃長巖(XM7-70)的鋯石進行原位Hf同位素測定，其Hf同位素組成、相關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果列于表4。

表4數(shù)據(jù)表明，二長花崗巖中鋯石的176Lu/177Hf為0.001750～0.002327，花崗閃長巖中鋯石的176Lu/177Hf為0.002095～0.003029，兩者的176Lu/177Hf值基本小于或略大于0.002，可以忽略鋯石形成后由176Lu衰變形成的放射成因176Hf，所測176Hf/177Hf值代表鋯石形成時巖漿體系的Hf同位素組成(吳福元等, 2007)。

表3 塞勒肯特巖體Sr、Nd同位素組成

表4 塞勒肯特巖體鋯石Hf同位素組成

塞勒肯特巖體鋯石Hf同位素組成顯示：二長花崗巖的176Hf/177Hf=0.282774～0.282895，對應(yīng)的εHf(t)=+7.94～+12.12，tDM1=542～717Ma，tDM2=620～889Ma。花崗閃長巖176Hf/177Hf=0.282693～0.282896，對應(yīng)的εHf(t)=+4.26～+11.69，tDM1=543～853Ma，tDM2=631～1103Ma。

4 討論

4.1 成巖時代

巖體地質(zhì)、巖相學(xué)特征及鋯石測年結(jié)果表明，謝米斯臺地區(qū)塞勒肯特巖體是多次巖漿活動的產(chǎn)物。其中二長花崗巖形成年齡為400.9±4.3Ma，形成于早泥盆世。石英閃長巖中獲得兩組鋯石年齡，加權(quán)平均年齡分別為430.8±2.4Ma和398.1±4.5Ma。年齡為430.8Ma的鋯石Ti含量為7.58×10-6～60.9×10-6(剔除1個異常高值157×10-6)，鋯石Ti溫度計相當(dāng)于720.4～949.4℃(Ferry and Watson, 2007)，平均溫度為792.7℃。年齡為398.1Ma的鋯石Ti含量為6.40×10-6～15.3×10-6，鋯石Ti溫度計相當(dāng)于705.5～787.3℃(Ferry and Watson, 2007)，平均溫度為738.5℃；兩組鋯石之間約54℃以及32Ma的差異，表明兩組鋯石為兩期巖漿活動生長的鋯石(高曉英和鄭永飛, 2011)。兩組鋯石的稀土總量(表5)分別為1288×10-6～4988×10-6(平均值2387×10-6)和1250×10-6～4451×10-6(平均值為2781×10-6)，其微量元素含量的不同也指示它們?yōu)椴煌A段生長的鋯石(高曉英和鄭永飛, 2011)。因此，本文認為第一組為繼承鋯石的年齡，代表巖漿上侵過程中捕獲的早期巖漿鋯石的年齡，第二組為巖石的形成年齡，與二長花崗巖的結(jié)晶年齡基本一致，形成于早泥盆世?；◢忛W長巖的年齡為381.7±2.9Ma，形成于晚泥盆世。其中石英閃長巖和花崗閃長巖中均捕獲了430Ma±的早期巖漿鋯石，與前人研究本區(qū)存在436～420Ma(孟磊等, 2010; Shenetal., 2012; 王章棋等, 2014; 孫勇等, 2015; 楊鋼等, 2015; 楊維等, 2015; 龔一鳴和縱瑞文, 2015; Chenetal., 2010, 2015; Yinetal., 2017; 王敏等, 2018; 王居里等, 2019)的巖漿活動一致。目前已報道的區(qū)內(nèi)最早的酸性侵入巖是伊尼薩拉晚奧陶世花崗閃長巖，形成年齡為452.0±1.9Ma(Wangetal., 2017)，最晚的中性侵入巖的形成時代為中泥盆世(392±6Ma)(Chenetal., 2015)。塞勒肯特巖體中二長花崗巖、石英閃長巖的侵位時間較早(400.9～398.1Ma)，花崗閃長巖的侵位時間相對較晚(381.7Ma)，巖體的形成時代為早泥盆世和晚泥盆世。

表5 石英閃長巖(樣品XM7-72)鋯石稀土元素組成

圖9 塞勒肯特巖體10000×Ga/Al-Nb (a)和(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO (b)圖解(據(jù)Whalen et al., 1987)Fig.9 Nb vs. 10000×Ga/Al (a) and (Zr+Nb+Ce+Y) vs.(FeOT/MgO (b) diagrams (after Whalen et al., 1987) for the Sailekente pluton

圖10 塞勒肯特巖體的構(gòu)造環(huán)境判別圖解(a) Yb-Ta圖解(Pearce et al., 1984)；(b) (Yb+Nb)-Rb圖解(Pearce, 1996)；(c) (Yb+Ta)-Rb圖解(Pearce, 1996)；(d) Sc/Ni-La/Yb圖解(Condie et al., 1986). VAG-火山弧花崗巖；syn-COLG-同碰撞花崗巖；WPG-板內(nèi)花崗巖；ORG-洋中脊花崗巖Fig.10 Tectonic discrimination diagrams for the Sailekente pluton

圖11 塞勒肯特巖體t-εHf(t)圖(a,據(jù)吳福元等, 2007)及t-εNd(t)圖(b, 據(jù)鄭永飛等, 2015)Fig.11 εNd(t) vs. age diagram (a, after Wu et al., 2007) and εHf(t) vs. age diagram (b, after Zheng et al., 2015) for Sailekente pluton

4.2 巖石類型

I、S、A和M型是目前常用的花崗巖分類方案，已被大多數(shù)人所接受(吳福元等, 2007)。相對于S型花崗巖，I型花崗巖是準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)的巖石，A/CNK在0.69～1.1，具有高CaO、Na2O、Sr等特征，初始87Sr/86Sr比值為0.704～0.712(Chappell and White, 1992)。

巖石地球化學(xué)特征表明，塞勒肯特巖體二長花崗巖和花崗閃長巖均為高鉀鈣堿性系列準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石，富集大離子親石元素(LILE)，虧損高場強元素(HFSE)，顯示殼源特征，而不具有M型花崗巖的幔源分異特征(吳福元等, 2007)。二長花崗巖、石英閃長巖和花崗閃長巖的礦物組成均包含有石英、斜長石、角閃石及黑云母等，巖石均含有I型花崗巖的典型礦物角閃石，同時巖石地球化學(xué)特征顯示Na2O/K2O分別為1.05～1.24、1.57～3.06和1.23～1.45，A/CNK均小于1.1，初始87Sr/86Sr比值為0.7040～0.7046，明顯不同于S型花崗巖，與謝米斯臺地區(qū)的A型花崗巖的也具有明顯的區(qū)別。已有研究表明，在準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)Ⅰ型花崗巖中P2O5與SiO2含量呈負相關(guān)(Chappell, 1999; Wuetal., 2003)，塞勒肯特巖體巖石P2O5與SiO2呈負相關(guān)，表明了其具有I型花崗巖的特征。在10000×Ga/Al-Nb圖中巖石均落入I&S型花崗巖系列(圖9a)，在(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO中也都落入未分異I型花崗巖系列區(qū)域(圖9b)。二長花崗巖、石英閃長巖和花崗閃長巖均顯示出I型花崗巖特征。

4.3 構(gòu)造背景

前人認為謝米斯臺地區(qū)在晚奧陶-早泥盆世出露的大量火山巖和侵入巖具有俯沖帶火成巖特征(孟磊等, 2010; Shenetal., 2012; 孫勇等, 2015; Yinetal., 2017; 王敏等, 2018; 王居里等, 2019; 胡洋, 2019)；本文對塞勒肯特巖體研究顯示二長花崗巖和花崗閃長巖均為I型花崗巖，I型花崗巖通常被認為與俯沖作用有關(guān)的巖漿弧建造的產(chǎn)物(Zhouetal., 2008; 蘇玉平等, 2006; 韓寶福等, 2006, 2010; Chen and Jahn, 2004; Chen and Arakawa, 2005; Chenetal., 2010)；在構(gòu)造環(huán)境判別圖解Yb-Ta(圖10a)、(Y+Nb)-Rb(圖10b)和(Y+Ta)-Rb(圖10c)中，巖石樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)域，顯示其具弧花崗巖特征；巖體地球化學(xué)顯示其相對富集LREE和大離子親石元素(Rb、Ba、K)，虧損高場強元素(Nb、Ta、Ti)，具有俯沖帶島弧相關(guān)的巖漿特征；與俯沖相關(guān)的島弧火山巖均具有較高Ba/La、Ba/Nb、Ba/Zr值，這種大離子親石元素與高場強元素的分離是俯沖消減帶火山巖的典型特征(Wilson, 1989; Ajajietal., 1998; 王方正等, 2002)，塞勒肯特巖體的Ba/La(16.0～69.3，平均42.7，巖石中僅有1個樣品小于30，為16.0)、Ba/Nb(41.4～111，平均值為66.2)和Ba/Zr(3.78～6.06，平均值為4.56)均顯示出俯沖帶弧巖漿巖的地球化學(xué)特征；巖石具有低TiO2，高K2O的特征，總體屬高鉀鈣堿性系列，顯示其形成與大陸地殼密切相關(guān)，并非形成于洋內(nèi)弧環(huán)境，而應(yīng)形成于活動大陸邊緣弧靠內(nèi)陸一側(cè)的火成巖弧的內(nèi)帶(Feininger, 2001; 鄧晉福等, 2007; 吳楚等, 2016)；在Sc/Ni-La/Yb圖解中，二長花崗巖和花崗閃長巖基本都落入大陸邊緣弧區(qū)域以及大陸邊緣弧向安山巖弧過度的區(qū)域(圖10d)；前人通過對準(zhǔn)噶爾盆地及其周緣的地球物理資料分析和地質(zhì)研究(沉積建造、地層接觸關(guān)系、盆地內(nèi)碎屑鋯石定年分析等)認為準(zhǔn)噶爾盆地存在前寒武紀(jì)陸殼性質(zhì)的結(jié)晶基底(陳新等, 2002; 張季生等, 2004; 李亞萍等, 2007; 董連慧等, 2009; 楊主恩等, 2011; 宋繼葉等, 2015)；謝米斯臺地區(qū)新近發(fā)現(xiàn)的晚奧陶世花崗閃長巖形成于活動大陸邊緣弧環(huán)境(Wangetal., 2017)，王敏等(2018)報道了形成于晚志留-早泥盆世的烏蘭薩拉巖體形成于俯沖背景下的陸緣弧環(huán)境，王居里等(2019)通過對謝米斯臺布拉特地區(qū)礦化次火山巖的研究認為晚志留世本區(qū)處于俯沖背景下的活動大陸邊緣弧(陸緣弧)環(huán)境。

綜上所述，筆者認為謝米斯臺塞勒肯特巖體形成于俯沖背景下的活動大陸邊緣弧(陸緣弧)環(huán)境，這種環(huán)境在謝米斯臺地區(qū)至少從晚奧陶世一直延續(xù)至晚泥盆世。

4.4 巖石成因

4.4.1 巖漿源區(qū)

塞勒肯特巖體的Sr-Nd同位素結(jié)果顯示：二長花崗巖和石英閃長巖都具有低的Sr初始值(0.7040～0.7043)，正的εNd(t)值(+4.85～+6.18)，較年輕的一階段模式年齡tDM(663～732Ma)。因此，巖漿可能來自虧損地幔(Hanetal., 1997; Shellnutt and Jahn, 2010)或者新生地殼(鄭永飛等, 2015)。二長花崗巖正的εHf(t)(+7.94～+12.12)值指示本區(qū)中酸性巖石的源區(qū)具有虧損地幔的性質(zhì)，但如果二長花崗巖和石英閃長巖是幔源巖漿直接的分異產(chǎn)物，巖石的周圍應(yīng)有大量基性巖出露，而事實上，區(qū)內(nèi)大面積分布的是中酸性侵入巖和火山巖，玄武質(zhì)巖石相對較少。因此，幔源巖漿直接結(jié)晶分異形成二長花崗巖和石英閃長巖的可能性較小。鄭永飛等(2015)認為具有低(87Sr/86Sr)i，正εNd(t)值的花崗質(zhì)巖石，多數(shù)來自新生下地殼，這種新生下地殼帶有一部分地幔的性質(zhì)。二長花崗巖鋯石Hf同位素的二階段模式年齡(tDM2)為620～889Ma，與鋯石結(jié)晶年齡較為接近，也表明巖漿源區(qū)為新生下地殼(吳福元等, 2007)。在t-εHf(t)圖(圖11a)及t-εNd(t)圖(圖11b)中樣品投點主要落在虧損地幔和球粒隕石演化線之間，具有新生地殼的演化趨勢。因此，其巖漿源區(qū)應(yīng)為新生下地殼的部分熔融。

花崗閃長巖具弱的負Eu異常到無Eu異常，這可能是反映了巖漿富含水導(dǎo)致斜長石的分離結(jié)晶作用受到抑制。巖石內(nèi)發(fā)育大量的中-基性包體(暗色微粒閃長質(zhì)包體)，包體中發(fā)育針狀磷灰石(圖4d)。另外，鋯石εHf(t)值(+4.26～+11.69)和tDM2值(631～1103Ma)變化范圍較大，這些特征暗示可能有兩種或兩種以上不同性質(zhì)的巖漿發(fā)生了混合(Kempetal., 2007; 吳福元等, 2007)。而中等含量的SiO2和39.72～42.88的Mg#值也表明巖漿源區(qū)為下地殼與地幔的混合來源。正的εNd(t)值(+4.61～+4.80)和低的(87Sr/86Sr)i值(0.7045～0.7046)，表明其源區(qū)可能為新生下地殼或者虧損地幔。巖石正的鋯石εHf(t)值，在t-εHf(t)圖(圖11a)及t-εNd(t)圖(圖11b)中樣品投點主要落在虧損地幔和球粒隕石演化線之間，顯示了新生地殼在花崗巖中起主導(dǎo)作用(Bolharetal., 2008; Gagnevinetal., 2011; 孫立新等, 2012)。Hf單階段和兩階段模式年齡具有顯著差異，反映其可能經(jīng)歷過地殼的重熔。兩階段模式年齡代表了地殼從原始地幔分異的年齡，該年齡遠大于成巖年齡，說明原始巖漿從地幔分異后經(jīng)歷了較長時間的地殼滯留?；◢忛W長巖巖漿源區(qū)也主要為新生下地殼的部分熔融，并受到源自楔形地幔的玄武質(zhì)巖漿的混合作用。相較于二長花崗巖的鋯石Hf同位素二階段模式年齡(tDM2=620～889Ma)，花崗閃長巖的鋯石Hf同位素的二階段模式年齡tDM2=631～1103Ma相對較大，表明其源區(qū)物質(zhì)在地殼平均停留時間相對較長。

綜上分析，塞勒肯特巖體中的二長花崗巖和石英閃長巖是新生下地殼的部分熔融的產(chǎn)物，花崗閃長巖的巖漿主要起源于新生下地殼的部分熔融，并可能受到源自地幔楔部分熔融產(chǎn)生的玄武質(zhì)巖漿的混合作用。

4.4.2 形成過程

晚奧陶世-晚泥盆世，古亞洲洋(齋桑洋)殼向南俯沖。隨著持續(xù)的俯沖作用，俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體導(dǎo)致地幔楔部分熔融形成玄武質(zhì)巖漿，隨之熔體向上遷移，上升的熔體誘發(fā)新生下地殼部分熔融。

區(qū)內(nèi)二長花崗巖、石英閃長巖及花崗閃長巖相似的微量和稀土元素特征顯示出這些巖石應(yīng)具有相同的形成環(huán)境及過程，但主量元素的明顯差異則顯示出不同的巖石應(yīng)該是由不同的巖漿演化的產(chǎn)物。早階段形成的二長花崗巖和石英閃長巖可能是玄武質(zhì)巖漿上侵導(dǎo)致新生下地殼發(fā)生部分熔融，由于源區(qū)物質(zhì)熔融比例的不同最終導(dǎo)致形成了具有正的εNd(t)和低的(87Sr/86Sr)i值的的I型二長花崗巖和石英閃長巖；晚階段形成的花崗閃長巖，其巖漿源區(qū)主要為新生下地殼的部分熔融，但有少量幔源物質(zhì)加入，花崗閃長巖中的閃長質(zhì)包體可能是由于幔源巖漿與新生下地殼部分熔融形成的巖漿未完全混合，最終冷凝結(jié)晶形成暗色微粒包體。

5 結(jié)論

(1)塞勒肯特巖體是一個由二長花崗巖、石英閃長巖和花崗閃長巖構(gòu)成的復(fù)式巖體，二長花崗巖(400.9±4.3Ma)、石英閃長巖(398.1±4.5Ma)均形成于早泥盆世，花崗閃長巖(381.7±2.9Ma)形成于晚泥盆世。

(2)塞勒肯特巖體形成于俯沖背景下的活動大陸邊緣弧(陸緣弧)環(huán)境。古亞洲洋(齋桑洋)殼向南俯沖的時限至少應(yīng)該持續(xù)至381.7Ma(晚泥盆世)。

(3)塞勒肯特巖體二長花崗巖和石英閃長巖是新生下地殼部分熔融產(chǎn)生的巖漿侵位、冷凝結(jié)晶的產(chǎn)物，花崗閃長巖是新生下地殼部分熔融形成的巖漿與少量幔源玄武質(zhì)巖漿混合后，侵位、冷凝結(jié)晶的產(chǎn)物。

致謝參加野外工作的還有吳彥佳；作者就有關(guān)問題與第五春榮教授進行了有益的討論；兩位審稿專家提出了建設(shè)性的修改意見；在此一并表示衷心的感謝!