新疆昭蘇葉勒門特地區(qū)石英二長巖鋯石U-Pb年齡年代學(xué)與地球化學(xué)及構(gòu)造意義①

鄧宇飛 白龍 趙磊 李歡 劉軍省 鞠林雪 楊宏圖 武奕立

1 中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北 涿州 072750

2 烏蘭察布市地質(zhì)勘查項(xiàng)目管理中心，內(nèi)蒙古 烏蘭察布市 012000

3 北京市地質(zhì)勘察技術(shù)院，北京 100120

西天山昭蘇縣葉勒門特地區(qū)位于伊犁-中天山地塊南緣活動帶，中天山隆起帶內(nèi)古生代中性和酸性巖漿侵入體廣泛出露，早古生代侵入體包括夏特地區(qū)閃長巖、森木塔斯地區(qū)閃長巖和黑云母花崗閃長巖[1]；晚古生代侵入體出露更為廣泛，如科克蘇河?xùn)|岸黑云母花崗巖（鋯石 U-Pb年齡（407±12）Ma）、石英二長巖（鋯石 U-Pb年齡（352.4±9）Ma）、那拉提地區(qū)石英二長巖（鋯石U-Pb年齡（366±11）Ma）、恰布河北岸花崗閃長巖（鋯石U-Pb年齡（349±7）Ma）以及穹庫什臺地區(qū)石英二長巖（鋯石 U-Pb年齡（336.9±1.1）Ma）[2-4]；學(xué)者對其形成背景及區(qū)域構(gòu)造演化尚存有諸多分歧，本文對葉勒門特地區(qū)石英二長巖巖體形成年代、地球化學(xué)特征、構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行了討論，希望能夠?qū)μ接懳魈焐綐?gòu)造環(huán)境演化提供基礎(chǔ)資料支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于天山造山帶西段，跨伊利板塊南緣活動帶、中天山地塊和南天山地塊（塔里木北部被動陸緣）。研究區(qū)出露的地層有古元古界木扎爾特巖群（Pt1M），中元古界長城系阿克蘇巖群（ChA）、志留系科克特科達(dá)坂組（S3kk）、第四系晚更新統(tǒng)-全新統(tǒng)坡洪積物[（Qp3-Qh）spl]、第四系全新統(tǒng)冰磧物（Qhgl）、第四系全新統(tǒng)冰川及雪被區(qū)（Qhsn）（圖 1）。研究區(qū)內(nèi)的侵入巖主要由位于南部的片麻狀（似斑狀）花崗閃長巖和位于北部的（似斑狀）石英二長巖、（似斑狀）花崗閃長巖組成。在巖體中分布有偉晶巖脈、閃長巖脈及白色石英脈等脈巖。本文研究對象為區(qū)內(nèi)北部大面積出露的（似斑狀）石英二長巖巖體。

2 巖體地質(zhì)和巖相特征

似斑狀石英二長巖在西天山昭蘇縣西南部地區(qū)大面積出露，呈巖床或巖株?duì)?。呈近東西向展布，其與北側(cè)灰白色花崗閃長巖為侵入接觸（冷接觸）。

似斑狀石英二長巖呈淺肉紅色，塊狀構(gòu)造，似斑狀中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要由斜長石（10%～15%）組成，基質(zhì)主要為斜長石（15%～20%）、鉀長石（35%～42%）和石英（10%～15%）及少量黑云母（約5%）。副礦物見磁鐵礦、磷灰石、榍石和鋯石等。斑晶中的斜長石呈半自形板狀，3～5mm，星散狀分布于巖石內(nèi)部，沿晶體長軸方向基本一致，存在定向性，另有少量石英斑晶成團(tuán)塊狀，3～4mm；基質(zhì)中的斜長石，粒狀結(jié)構(gòu)，粒徑 1～3mm，鉀長石呈半自形粒狀，粒徑0.5～2.8mm，可見格子雙晶；石英呈它形粒狀，粒徑主要在0.5～2mm，充填于斜長石之間縫隙內(nèi)，波狀消光顯著，表面較干凈；黑云母半自形片狀晶形，斷續(xù)定向分布，可見一組完全節(jié)理，大小為 0.4～1.5×0.35mm。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area

3 樣品采集和分析方法及結(jié)果

筆者采集全分析樣品3件，分別為XWG19、XWG20、XWG21。同位素樣品1件，挑選20顆鋯石進(jìn)行測年，其中16個測點(diǎn)數(shù)據(jù)協(xié)和度比較好。所涉及的硅酸鹽、稀土、微量、同位素等樣品均采集于葉勒門特附近的石英二長巖巖體內(nèi)部，所采集樣品新鮮并具有代表性，避開了接觸帶、蝕變帶、構(gòu)造帶等對巖石化學(xué)特征有后期局部性改造的區(qū)域。

巖石的元素組成分析在中化地質(zhì)礦山總局中心實(shí)驗(yàn)室完成，同位素樣品的鋯石挑選、制靶以及LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年均在北京中科院進(jìn)行。主量元素、微量元素、稀土元素分析結(jié)果見表1，鋯石CL圖像及L鋯石U-Pb測年結(jié)果見表2及圖 2、圖3。20顆鋯石中，TW06-3、TW06-17、TW06-19、TW06-20這4顆鋯石諧和度太差，不做研究。

表1 西天山葉勒門特石英二長巖元素組成Table 1 Elemental composition of Yelemente quartz monzonite in west Tianshan mountains

續(xù)表1

表2 西天山葉勒門特石英二長巖鋯石U-Pb法測年結(jié)果Table 2 Results of Zircon U-Pb dating of Yelermante quartz monzonite in west Tianshan

圖2 西天山昭蘇縣葉勒門特地區(qū)石英二長巖中鋯石CL圖像及206Pb/238UFig.2 Zircon CL image and 206Pb/238U in Yelermante quartz monzonite in west Tianshan mountains, Zhaosu county

圖3 西天山葉勒門特石英二長巖諧和圖和加權(quán)平均年齡[6]Fig.3 Concordia diagram and weighted average age of Yelermante quartz monzonite in west Tianshan Mountain

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

葉勒門特石英二長巖中 SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.41%～65.98%；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.09%～1.34%（表 2），Mg#為（18.14%～20.16%）。巖石質(zhì)量Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 14.27%～17.40%。巖石 Na2O含量為4.08%～6.34%，K2O含量為4.23%～5.94%，里特曼指數(shù)變化為3.93～5.95。

4.2 微量元素特征

對葉勒門特石英二長巖稀土元素進(jìn)行球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后發(fā)現(xiàn)稀土元素存在原子量越大標(biāo)準(zhǔn)化值越小的整體趨勢；輕稀土 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu相對含量較大，逐漸變小的趨勢明顯；重稀土 Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 相對含量較小，逐漸變小的趨勢較弱。

4.3 稀土元素特征

對葉勒門特石英二長巖微量元素進(jìn)行原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化后發(fā)現(xiàn)巖石中微量元素總量比較高，大多數(shù)元素遠(yuǎn)超標(biāo)準(zhǔn)值，僅個別元素比標(biāo)準(zhǔn)值低。K、Nb、Sr、P、Ti等5種元素存在一定程度的虧損，其中K、P、Ti虧損明顯，Sr、Nd虧損程度較弱。

5 討論

5.1 石英二長巖于早志留世侵位

葉勒門特石英二長巖中鋯石粒徑60～180μm，長寬比1.5～3，呈柱狀，在透射光和反射光下均為無色、透明-半透明，鋯石具有較典型的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖2），巖漿成因特征明顯；所測鋯石中Th 含量 154.02×10-6～534.96×10-6，U 的含量為207.10×10-6～491.74×10-6（表2），Th/U介于0.57～1.30，均大于 0.4，巖漿成因特點(diǎn)顯著[7-8]。16粒鋯石樣品U-Pb法測年結(jié)果顯示（表2），206Pb/238U表面年齡與其對應(yīng)的207Pb/238U具有很好的諧和性，加權(quán)平均年齡為（436.9±2.7）Ma（MSWD=0.59，n=16）（圖 3），反映了葉勒門特石英二長巖于早志留世侵位。

5.2 石英二長巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)堿性巖石系列

葉勒門特石英二長巖中 Al2O3含量為14.27%～17.40%，鋁飽和指數(shù)A/CNK介于0.81～0.87，在A/CNK-A/NK圖解中所有樣品落在準(zhǔn)鋁質(zhì)范圍內(nèi)（圖 4a）。巖石 Na2O含量為 4.08%～6.34%，K2O含量為4.23%～5.94%，里特曼指數(shù)為3.93～5.95，在硅-堿圖解中所有樣品落在堿性區(qū)域（圖 4b）。綜上，石英二長巖為準(zhǔn)鋁質(zhì)堿性巖石系列。

圖4 石英二長巖A/CNK-A/NK圖解和硅-堿圖解Fig.4 Diagram of A/CNK-A/NK and Si-Alkali in quartz monzonite

5.3 石英二長巖具有類似A型花崗巖的特征

在Zr+Nb+Ce+Y-(K2O+Na2O)/CaO圖解[10]中，葉勒門特石英二長巖所有樣品均落在了A型花崗巖區(qū)域（圖5），反映該巖體主量元素有類似A型花崗巖的特征。ΣREE=595.70×10-6～723.47×10-6，LREE/HREE=15.8～16.0，輕重稀土分餾作用較高（圖6），表明該巖石經(jīng)歷了程度較高的分異；樣品δEu=0.59～0.64，Eu負(fù)異常明顯，與斜長石的分離結(jié)晶作用有關(guān)。

圖5 石英二長巖成因類型判別圖解Fig.5 Discriminated graph of genetic type of quartz monzonite

圖6 稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化分布圖Fig.6 Standardized distribution of REEs

根據(jù)石英二長巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示La、Nd等大離子親石元素和Y、Zr等高場強(qiáng)元素富集，而Sr、Nb、Ti、P等元素虧損（圖7），也表現(xiàn)出巖石具有類似A花崗巖特征[11]。

圖7 石英二長巖微量元素標(biāo)準(zhǔn)化圖Fig.7 Standardized distribution of trace elements in quartz monzonite

5.4 石英二長巖構(gòu)造環(huán)境分析

在研究A型花崗巖構(gòu)造環(huán)境時，學(xué)者大多采用的判別圖解主要將成因類型劃分為洋中脊花崗巖（ORG）、火山弧花崗巖（VAG）、板內(nèi)花崗巖（WPG）和同碰撞花崗巖（syn-COLG）四類，本次研究的石英二長巖在應(yīng)用較廣的4個構(gòu)造環(huán)境判別圖解中均落在板內(nèi)花崗巖區(qū)域，說明其最可能形成于非造山的穩(wěn)定大陸板塊內(nèi)部拉張的構(gòu)造環(huán)境（圖8）。

圖8 西天山葉勒門特石英二長巖構(gòu)造環(huán)境判別圖[12-16]Fig.8 Discriminated graph of tectonic setting of Yelemente quartz monzonite in west Tianshan mountain

6 結(jié)論

（1）LA-ICP MS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示葉勒門特石英二長巖的成巖年齡為（436.9±2.7)Ma，形成于早志留世。

（2）石英二長巖鋁飽和指數(shù) A/CNK介于0.81～0.87，巖石 Na2O含量為 4.08%～6.34%，K2O含量為4.23%～5.94%，里特曼指數(shù)為3.93～5.95，根據(jù)A/CNK-A/NK圖解、K2O/SiO2比值和主量元素分析確定該巖石為準(zhǔn)鋁質(zhì)堿性巖石系列。

（3）石英二長巖La、Nd等大離子親石元素和Y、Zr等高場強(qiáng)元素富集，Sr、Nb、Ti、P等元素虧損，表現(xiàn)出類似A花崗巖特征。

（4）結(jié)合該地區(qū)構(gòu)造環(huán)境演化過程以及石英二長巖形成時代及構(gòu)造環(huán)境判別圖解認(rèn)為葉勒門特二長巖形成于大陸板塊內(nèi)部拉張的構(gòu)造環(huán)境。