南阿爾金晚泥盆世構造體制轉換：來自索爾庫里二長花崗巖年代學和地球化學的制約

袁亞平，劉向東，張振凱，曾忠誠，何元方

(1.陜西省水工環(huán)地質調查中心，陜西 西安 710068；2.陜西省礦產地質調查中心，陜西 西安 710068)

0 引 言

阿爾金山位于青藏高原北緣，呈東西向分別與祁連山和昆侖山相連，分隔塔里木板塊與柴達木微板塊，是我國西部地區(qū)重要的構造帶，其造山過程及時限對探討中國西部構造演化具有重要意義。阿爾金地區(qū)發(fā)育大規(guī)模與造山過程相關的花崗質巖石[1-4]，對其巖漿活動時限、物源性質、形成機制的探討，對全面理解該地區(qū)大陸深俯沖、殼幔相互作用、造山帶及大陸地殼演化等地球動力學過程具有重要的科學意義。

近年來，有不少學者對南阿爾金地區(qū)的古生代巖漿活動進行了研究[1-9]。Kang等[9]將早古生代南阿爾金地區(qū)的構造-巖漿演化劃分為3個階段：(1)505～472 Ma(陸-陸碰撞階段)；(2)467～450 Ma(俯沖陸殼板片斷離階段)；(3)432～385 Ma(碰撞后伸展階段)。

前人的研究區(qū)域主要集中于阿爾金南緣及北阿爾金。受惡劣的自然環(huán)境及野外地質條件的影響，南阿爾金東部的索爾庫里地區(qū)仍是我國西部研究程度較低的地區(qū)之一，區(qū)內眾多巖漿巖體尚未開展詳細的巖石學和地球化學研究。近年來，筆者及所在項目組在索爾庫里地區(qū)進行了詳細的野外地質調查工作。本研究選取索爾庫里地區(qū)的二長花崗巖作為研究對象，進行了詳細的巖相學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學和巖石地球化學研究，以期明確二長花崗巖的成巖時代、巖石成因及構造環(huán)境，為進一步探討阿爾金晚古生代巖漿作用特征和區(qū)域構造演化提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質概況及巖相學特征

阿爾金山位于青藏高原北緣，北側為塔里木板塊，南側為柴達木微板塊，為不同構造層次、不同時期和不同構造環(huán)境的地質體所組成的復合造山帶[7, 10-15]。

阿爾金造山帶由北到南分別劃為5個構造單元[11, 16-17]：阿北變質地體(Ⅰ)、紅柳溝—拉配泉構造混雜巖帶(Ⅱ)、米蘭河—金雁山地塊(Ⅲ)、南阿爾金高壓-超高壓變質帶(V)和阿帕—茫崖早古生代蛇綠混雜巖帶(Ⅳ)(圖1(a))。

以阿爾金左行走滑斷裂為界可將研究區(qū)劃分為米蘭河—金雁山阿中地塊和柴達木盆地(圖1(b))。索爾庫里巖體位于柴達木盆地西北緣，主要出露在研究區(qū)東南部大通溝一帶，呈帶狀展布，面積約為124 km2。其巖性相對復雜，為一套閃長巖-石英閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖-正長花崗巖的巖石組合。巖石中礦物無明顯定向，且整體較為新鮮。巖體南部與寒武—奧陶系灘間山巖群呈侵入接觸關系，且發(fā)育大量的大理巖捕虜體，二者接觸界面發(fā)生接觸熱變質，表現(xiàn)為透輝石及透閃石化。巖體北部受阿爾金斷裂控制，接觸界線被第四系覆蓋，局部與寒武—奧陶系灘間山巖群呈侵入接觸關系。將該套巖體劃分為8個單位，分別為閃長巖(δD3)、石英閃長巖(δοD3)、花崗閃長巖(γδD3)、二長花崗巖(ηγD3)、斑狀二長花崗巖(πηγD3)、正長花崗巖(ξγD3)、斑狀正長花崗巖(πξγD3)和英云閃長巖(γδοD3)。該期巖體內部還發(fā)育更晚一期的閃長巖及閃長玢巖脈體。研究區(qū)內二長花崗巖出露廣泛，呈不規(guī)則狀零星分布，出露總面積約20 km2，與花崗閃長巖和正長花崗巖之間呈侵入接觸關系，與斑狀二長花崗巖之間漸變過渡，無明顯的分界線。

圖1 阿爾金造山帶地質構造圖((a)，據(jù)文獻[16])和研究區(qū)地質簡圖(b)

二長花崗巖具有中細?；◢徑Y構，塊狀構造(圖2(a))，主要由條紋長石、斜長石、石英和角閃石等組成。條紋長石含量約30%，粒徑0.65～5.90 mm，呈半自形寬板狀、它形粒狀，具細脈狀條紋，為次生條紋；客晶為鈉長石，主晶為鉀長石，晶體表面比較干凈，集晶形成團塊。斜長石含量約35%，粒徑0.50～2.06 mm，呈半自形板狀，具細密的聚片雙晶、機械雙晶，為更長石；部分晶體隱約可見環(huán)帶結構，為中長石，次生泥化強，晶體表面渾濁，布滿了黏土質礦物塵點，邊緣呈鋸齒狀，雜亂分布。石英含量約30%，粒徑0.05～2.85 mm，粒度變化較大，呈它形粒狀、不規(guī)則狀，晶體表面比較干凈，顯微裂紋發(fā)育，集晶形成團塊。黑云母含量約3%，粒徑0.06～0.25 mm，黃褐色、褐色，半自形片狀，一組解理發(fā)育，邊緣呈鋸齒狀，次生綠泥石化，析出鐵質，雜亂分布。角閃石含量約2%，粒徑0.10～0.87 mm，半自形柱狀、不規(guī)則狀，次生綠泥石化、綠簾石化較強，分布在其它礦物粒間。副礦物為磷灰石、鋯石、綠簾石和榍石等，微量，分布在其它礦物粒間。

圖2 二長花崗巖宏觀(a)及鏡下照片(b)(正交光下)

2 樣品采集和分析方法

本次研究采集了6件全巖地球化學分析樣品，采樣點位于索爾庫里大通溝東10 km處(圖1),其中鋯石U-Pb定年樣品為D6533/1和PM034/3。

鋯石分選在廊坊區(qū)域地質調查研究院進行。將樣品破碎至約100 μm，先用磁法和重液分選，然后在雙目鏡下手工挑選，將晶形好且無明顯包裹體及裂隙的鋯石作為本次鋯石測年的對象。首先將鋯石顆粒粘在雙面膠上，然后用無色透明的環(huán)氧樹脂固定，待環(huán)氧樹脂充分固化后，對其表面進行拋光至鋯石內部暴露。鋯石的陰極發(fā)光照相在西北大學大陸動力學國家重點實驗室掃描電鏡加載陰極發(fā)光儀上完成。鋯石U-Pb定年是在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成，定年儀器為Shield Torch Agilient7500a型LA-ICP-MS；激光剝蝕系統(tǒng)為德國 MicroLas 公司生產的GeoLas200M，激光器為Lambda Physik公司的ComPex102 ArF(工作物質ArF，波長為193 nm)；實驗室采用氦氣作為剝蝕物質的載氣，束斑直徑為30 μm，剝蝕深度為20～40 μm，頻率為10 Hz；方式為單點剝蝕，每個分析點的氣體背景采集時間為30 s，信號采集時間為40 s；用美國國家標準人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST SRM 610 進行儀器最佳化調試，數(shù)據(jù)采集選用質量峰采點的跳峰方式，每完成5個待測樣品測定，插入測標樣一次。年齡計算以國際標準鋯石91500作為外標物質，元素含量采用NIST SRM610作為外標；由于SiO2在鋯石中較為穩(wěn)定，故采用29Si作為內標。數(shù)據(jù)處理采用Glitter (ver4.0) 程序，年齡諧和圖和加權平均年齡計算及繪制均采用Isoplot完成[18]。詳細分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法以及儀器工作參數(shù)等參見文獻[19-20]。

樣品采集過程中，為保證樣品的質量，選取新鮮、純凈且無脈體的巖石。巖石地球化學分析在咸陽核工業(yè)203研究所分析測試中心分析完成。主量元素采用荷蘭帕納科制造的Axios X射線光譜儀分析，分析精度(相對標準差)一般小于1%，其中FeO含量通過濕化學方法測定；稀土元素用電感耦合等離子體質譜法(XSERIES2型 ICP-MS)分析，微量元素用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析，兩者的分析精度都優(yōu)于5%。

3 分析結果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

為厘定索爾庫里二長花崗巖的形成時代，本次研究選取樣品D6533/1及PM034/3進行了鋯石U-Pb定年，測試數(shù)據(jù)見表1。兩個樣品的鋯石陰極發(fā)光圖像如圖3所示，U-Pb諧和圖如圖4所示。鑒于研究區(qū)二長花崗巖鋯石年齡在顯生宙范圍內，因而采用206Pb/238U年齡作為鋯石的結晶年齡。

表1 索爾庫里二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學測試結果

樣品D6533/1中鋯石顏色為淡黃色至無色，CL圖像顯示鋯石均為自形，多為長柱狀，透明度較好，內部結構特征清晰，發(fā)育明顯生長振蕩環(huán)帶，具有典型巖漿成因鋯石特征(3(a))。同時也存在鋯石顆粒破碎情況，可能與分選時人為因素有關。結合CL圖像及鋯石的化學特征，該樣品所選的鋯石為巖漿鋯石。D6533/1的24個測點中，4個測點數(shù)據(jù)諧和性較差，考慮剔除，獲得20個有效數(shù)據(jù)，其中206Pb/238U的年齡數(shù)據(jù)集中在(377±3)～(378±4)Ma之間，所有鋯石分析點均分布在諧和線附近(圖4(a))，206Pb/238U加權平均年齡為(377.5±1.6) Ma(MSWD=0.006 8)(圖4(b))。

樣品PM034/3中鋯石顏色為淡黃色至無色，CL圖像顯示鋯石均為自形，多為長柱狀，透明度較好，內部結構特征清晰，發(fā)育明顯生長振蕩環(huán)帶，具有典型巖漿成因鋯石特征(圖3(b))。同時也存在鋯石顆粒破碎情況，可能與分選時人為因素有關。結合CL圖像及鋯石的化學特征，該樣品所選的鋯石為巖漿鋯石。樣品PM034/3的18個測點中，2個測點數(shù)據(jù)諧和性較差，考慮剔除，獲得16個有效數(shù)據(jù)，其中206Pb/238U的年齡數(shù)據(jù)集中在(377±4)～(378±4) Ma之間，所有鋯石分析點均分布在諧和線附近(圖4(c))，206Pb/238U加權平均年齡為(377.4±2.1) Ma(MSWD=0.004 2)(圖4(d))。

圖3 二長花崗巖樣品D6533/1(a)、PM034/3(b)鋯石CL圖像及測點位置和年齡

圖4 索爾庫里二長花崗巖樣品D6533/1 ((a)和(b))、PM034/3 ((c)和(d)) U-Pb年齡諧和圖及加權平均年齡圖

3.2 地球化學特征

3.2.1 主量元素

從花崗巖類的主量元素數(shù)據(jù)(表2)可以看出，二長花崗巖的SiO2含量高，為72.55%～76.41%，平均為74.62%。樣品堿含量較高，Na2O含量為3.08%～4.41%，K2O含量為3.66%～4.44%，全堿(Na2O+K2O)含量為7.32%～8.59%，平均值為7.73%，K2O/Na2O介于0.95～1.38之間，平均值為1.14。Al2O3含量較低，為12.10%～13.66%。TFeO含量為1.13%～2.13%。 CaO(0.42%～1.90%)、TiO2(0.17%～0.34%)、MgO(0.27%～0.71%)、MnO(0.03%～0.06%)和P2O5(0.02%～0.06%)的含量低。

表2 二長花崗巖樣品主量(%)、微量(10-6)和稀土(10-6)元素分析結果

樣品鎂值(Mg#)=22～41，平均值為34。巖石分異程度較高，DI指數(shù)為86.30～93.38，均值為90.51。將樣品投入TAS圖解(圖5(a))，樣品均落入花崗閃長巖區(qū)域內；在K2O-SiO2圖解中(圖5(b))，樣品落入高鉀鈣堿性系列；樣品A/NK=1.14～1.32，A/CNK=0.92～1.08，在A/NK-A/CNK圖解(圖5(c))中，樣品全部落入準鋁質-弱過鋁質范圍內。

圖5 索爾庫里二長花崗巖TAS圖解(a)、SiO2-K2O(b)和A/CNK-A/NK圖解(c)

3.2.2 稀土元素

二長花崗巖的稀土元素總量較低，ΣREE為93.74×10-6～122.16×10-6，輕稀土(LREE)含量為86.24×10-6～110.69×10-6，重稀土(HREE)含量為7.29×10-6～11.47×10-6，(LREE/HREE)=9.08～12.51，均值為10.46，(La/Yb)N比值為7.17～12.06，反映出樣品具有不同程度富集輕稀土元素、虧損重稀土元素的特征，說明輕重稀土元素分餾明顯。稀土元素球粒隕石標準化配分模式(圖6)顯示，各樣品的稀土元素配分曲線大致平行，指示為同源巖漿演化的產物。稀土配分模式為右傾型，輕稀土較陡，重稀土較緩，表明輕稀土分餾程度高，而重稀土分餾程度低。樣品的δEu為0.59～0.82，顯示中等程度的Eu負異常，指示巖漿源區(qū)可能存在斜長石殘留或成巖過程中存在大量斜長石分離結晶。樣品δCe介于1.04～1.22之間，均值為1.11，異常不明顯，指示樣品基本未受低溫蝕變作用的影響[21]。鄧晉福[22]提出正常厚度陸殼或加厚陸殼的中上部部分熔融，可以產生具有Eu負異常的花崗巖巖漿，而加厚陸殼底部(深度大于50～60 km)部分熔融產生的為正長巖巖漿。索爾庫里二長花崗巖具有較明顯的Eu負異常，稀土元素配分模式顯示左高右低的較平滑的曲線(圖6(a))，富集輕稀土元素，虧損重稀土元素。

3.2.3 微量元素

二長花崗巖微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖6(b))顯示，索爾庫里二長花崗巖富集Rb、Th、K、Ta、Hf和Zr等元素，虧損Ba、Nb、Sr、P和Ti等元素。Ba和Sr的虧損指示可能存在堿性長石和斜長石的分離結晶，Ti的虧損說明可能存在鈦鐵礦的分離結晶[23]。

圖6 二長花崗巖樣品稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(a)及微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔數(shù)據(jù)據(jù)文獻[24])

4 討 論

4.1 鋯石飽和溫度計算

花崗巖絕大多數(shù)以絕熱式上升侵位，巖漿的早期結晶溫度可以近似地替代巖漿形成的源區(qū)溫度[25-26]，因而能夠根據(jù)巖漿早期結晶溫度來近似替代其初始溫度。鋯石中Zr的分配系數(shù)對溫度極為敏感，而其他因素對其配分系數(shù)幾乎無影響[27]，因此可以將鋯石飽和溫度代替為花崗質巖石的結晶溫度[28]。Watson 和 Harrison[29]給出了鋯石飽和溫度的計算公式tZr(℃)：

tZr=12900/(lnDZr+0.85M+2.95)-273.5

(1)

其中：DZr為鋯石中Zr與熔體中Zr的濃度比；M為全巖巖石化學參數(shù)，M=(Na+K+2Ca)/(Al×Si)(物質的量的比)。

可使用全巖Zr含量近似替代熔體中的Zr含量，鋯石中的Zr含量為4.96×105。鋯石飽和溫度的計算結果如表3所示，從表中可知，二長花崗巖的鋯石飽和溫度為763～857 ℃，平均為803 ℃，屬于高溫花崗巖類，其形成溫度明顯高于S型花崗巖的平均溫度764 ℃和I型花崗巖的平均溫度781 ℃，位于A型花崗巖800～883 ℃的平均溫度范圍[28]。

表3 二長花崗巖鋯石飽和溫度計算結果

Miller等[27]及Harrison等[30]的研究表明，利用全巖成分計算的鋯石飽和溫度顯著低于實際源區(qū)熔體形成時的初始溫度。因此，本文研究的索爾庫里二長花崗巖的形成溫度比計算值更高。前人研究認為高溫花崗巖的形成可能由鐵鎂質源巖演化而來[31]，或者有外來熱的加入[28]。研究區(qū)內未見大面積鐵鎂質巖體出露，因而可推測高溫花崗巖的形成與地幔物質上涌相關[32]。

4.2 成因類型

明確花崗質巖石的成因類型是對花崗巖成因及其地質意義研究的基礎。Chappell[31]最初依據(jù)巖漿源區(qū)的性質，將花崗巖劃分為I型和S型。目前最為流行的花崗巖成因分類方案為I型、S型、M型和A型方案[26, 33]，I型、S型和M型的分類依據(jù)為源巖的不同，而A型花崗巖與源巖無關，其代表了伸展體制下的高溫、非造山、無水花崗巖。M型花崗巖由地幔玄武巖漿經結晶分異而成，如蛇綠巖套中的大洋斜長花崗巖。研究區(qū)內存在大規(guī)模的泥盆紀花崗巖巖漿活動，而未見大范圍的基性巖體出露，這無法用玄武巖漿結晶分異來解釋，因而不可能是M型花崗巖。

Loiselle和Wones[34]于1979年提出了A型花崗巖的概念，其指的是堿性(alkaline)、貧水(anhydrous)及非造山(anorogenic)的花崗巖類，不涉及成巖物質來源，一般為堿過飽和而鋁不飽和。近年來，隨著學者們對A型花崗巖研究的深入，A型花崗巖的概念不止堿性巖類，還包括鈣堿性、弱堿質-準鋁質、弱過鋁質甚至強過鋁質花崗巖類[35-36]。目前對A型花崗巖尚未有統(tǒng)一的定義，但是其化學成分上具有高SiO2、TFeO/MgO值、K2O/Na2O值和全堿含量，低CaO、MgO，富集Rb、Th、Ga、Y、Zr和Nb，虧損Sr、Ba、Cr、Co、Ni和Eu等特征[32, 37]。

索爾庫里二長花崗巖具有A型花崗巖的特征：(1)具有高的SiO2含量(72.55%～76.41%)，低的MgO和CaO含量(分別為0.27%～0.45%，0.42%～1.90%)；(2)高的全堿含量，Na2O+K2O=7.32%～ 8.59%，相對富鉀，K2O/Na2O=0.98～1.32，均值為1.14；(3)TFeO/MgO=2.57～6.47，均值為3.70；(4)富集Rb、Th、Y、Zr和Hf等元素，虧損Ba、Sr、P和Ti等元素；(5)具有中等程度的負Eu異常(δEu為0.59～0.82)，(La/Yb)N值為7.17～12.06，稀土元素配分模式表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型。由于微量元素的含量容易受到分離結晶作用的影響，因而選用主量元素判別圖解進行投圖。在Frost等[38]提出的(K2O+Na2O-CaO)-SiO2判別圖解(圖7(a))中，參數(shù)MALI值(K2O+Na2O-CaO)代表了巖石中長石的含量，且與巖漿的源區(qū)有關，所有樣品均落入A型花崗巖區(qū)域。在Collins等[37]提出的Na2O-K2O判別圖解(圖7(b))中，除一個樣品落入I型與A型花崗巖邊界之外，其余樣品均落入A型花崗巖區(qū)域內。

圖7 二長花崗巖樣品(K2O+Na2O-CaO)-SiO2圖解(a)與Na2O-K2O圖解(b)(底圖分別據(jù)文獻[38]和[37])

高分異I型、S型花崗巖在地球化學特征及礦物組成上與A型花崗巖很相似，因此很難將其進行區(qū)分[39]。高分異S型花崗巖具有較高的P2O5含量(平均為0.14%)，較低的Na2O含量(平均為2.81%)，P2O5的含量與SiO2含量呈正相關關系[40]；此外，S型花崗巖通常為過鋁質，A/CNK>1.1[28]。索爾庫里二長花崗巖的P2O5含量為0.02%～0.06%，Na2O含量為3.08%～4.41%，A/CNK<1.1，而且SiO2與P2O5的Harker圖解顯示SiO2與P2O5呈負相關(另文分析)。關于A型花崗巖與高分異I型花崗巖的區(qū)分至今仍是一個難題，王強和趙振華[41]通過對桐柏—大別造山帶燕山晚期A型花崗巖的研究，提出A型花崗巖的TFeO含量高，通常大于1.00%，而高分異I花崗巖通常小于1.00%。本次研究的樣品TFeO含量為1.13%～2.13%，均大于1.00%。綜合以上分析，可以確定索爾庫里二長花崗巖應當歸屬于A型花崗巖范疇。

4.3 巖石成因

關于A型花崗巖的成因一直存在諸多爭議，至今仍未達成統(tǒng)一的認識。國內外學者提出了至少9種A型花崗巖的成因模式[42]。Frost和Frost[43]通過總結前人認識，于2011年提出A型花崗巖主要存在5種成因，分別為：(1)存在或者不存在地殼混染作用下的幔源拉斑玄武質巖漿或堿性巖漿的分離結晶[33-34, 44]；(2)殼幔混合作用[45-47]；(3)富F或Cl的下地殼麻粒巖小比例部分熔融[28, 32, 37]；(4)中基性結晶基底的熔融作用[38, 48-50]；(5)基性巖漿底侵作用下的變沉積巖的熔融作用[51- 52]。

由幔源基性巖漿結晶分異形成的A型花崗巖通常與同期大規(guī)?；?超基性巖共生[53]，而在研究區(qū)不存在大規(guī)?；?超基性巖體出露。因此，索爾庫里二長花崗巖不太可能是由幔源基性巖漿通過結晶分異和地殼混染而成。幔源基性巖漿與殼源巖漿通過混合作用形成的A型花崗巖中普遍發(fā)育大量暗色鐵鎂質微粒包體[46, 54]，索爾庫里二長花崗巖中未見暗色包體和捕獲鋯石，表明其也不是由巖漿混合作用形成的。下地殼麻粒巖熔融產生的熔體雖具有A型花崗巖低水逸度和高鹵特征[37]，但其地球化學特征通常表現(xiàn)為低SiO2和K2O含量，而索爾庫里二長花崗巖具有高的SiO2和K2O含量，因而，其也很難由下地殼麻粒巖部分熔融產生。

本次研究的索爾庫里二長花崗巖樣品均富集Rb、Th、Y、Zr和Hf等元素，虧損Ba、Sr、P和Ti等元素。巖石的Nb/Ta比值范圍為1.42～7.67，明顯低于幔源巖石的Nb/Ta比值(≈17.5)[55-56]，更接近陸殼巖石的Nb/Ta比值(≈11)[56-57]。Frost和 Frost[43]提出在低壓條件下，由地殼熔融形成的A型花崗巖為準鋁質，而在高壓條件下形成的為過鋁質。索爾庫里二長花崗巖低的Sr/Y、(La/Yb)N值以及重稀土元素平坦分布模式(圖6(a))，可以排除石榴子石作為殘留相[22, 58-59]的可能，Sr和Eu的虧損表明源區(qū)巖石在斜長石穩(wěn)定范圍內熔融，指示索爾庫里二長花崗巖的源區(qū)相對較淺(<30 km)。長英質地殼物質熔融實驗結果顯示，在相對低壓(如0.4 GPa)條件下形成的熔體通常為準鋁質-弱過鋁質，而在相對高壓(如0.8 GPa)條件下形成的為強過鋁質[49]。而索爾庫里二長花崗巖為準鋁質-弱過鋁質，指示其形成環(huán)境壓力較低，源區(qū)可能為地殼淺部。以上特征均指示索爾庫里二長花崗巖的源巖應為地殼物質。在K2O/Na2O-CaO/(MgO+TFeO)圖解(圖8(a))和A/MF-C/MF圖解(圖8(b))中，絕大多數(shù)樣品均投點于變雜砂巖部分熔融區(qū)域。源區(qū)物質部分熔融所需的水主要通過含水礦物的脫水反應提供[60]，其中角閃石和云母類礦物是地殼中最普遍的含水礦物，廣泛出現(xiàn)于變沉積巖、變中基性火成巖等源巖中[61]。由角閃石脫水形成的熔體通常富Na和Ca，并具有較低的K2O/Na2O值，而由云母類礦物脫水形成的熔體則富Rb并具有較高的K2O/Na2O值；由樣品的地球化學特征可知，索爾庫里二長花崗巖源區(qū)含水礦物主要為云母類。白云母是變泥質巖中常見的含水礦物，而黑云母則主要賦存于變雜砂巖中。由白云母脫水熔融通常形成強過鋁質熔體，而黑云母脫水熔融形成的熔體則具有較寬的組分范圍(準鋁質至強過鋁質)[62-64]。索爾庫里二長花崗巖的準鋁質至弱過鋁質的組成特征，較高的SiO2和Rb含量及高的K2O/Na2O值，排除了其來自變泥質源區(qū)或變玄武質源區(qū)的部分熔融的可能性，顯示其源區(qū)含有相當比例的黑云母。因此可以推測，索爾庫里二長花崗巖主要由變雜砂巖熔融形成。

圖8 二長花崗巖樣品K2O/Na2O-CaO/(MgO+TFeO)圖解((a)，底圖據(jù)文獻[65])和A/MF-C/MF圖解((b)，底圖據(jù)文獻[66])

樣品P、Nb、Ti、Ba和Sr等元素顯著虧損，分異指數(shù)(DI)為86～93，這些特征表明，樣品經歷了一定程度的分離結晶[67]。由于地殼物質部分熔融形成的巖漿本身就虧損高場強元素[68]，因此Nb、Ti和P等高場強元素的虧損在一定程度上反映了源巖的特征；而另一方面，Nb和Ti的虧損程度較高，反映了可能存在富鈦礦物(如鈦鐵礦和榍石等)的分離結晶，而P的虧損反映了磷灰石的分離結晶[69]，Ba和Sr的虧損則表明可能存在堿性長石和斜長石的分離結晶。

由索爾庫里二長花崗巖的鋯石飽和溫度研究可知，其屬于高溫花崗巖，形成機制與地幔物質上涌底侵有關。綜上所述，筆者認為索爾庫里二長花崗巖是在地幔物質上涌提供熱源的背景下，引發(fā)長英質地殼(變雜砂巖)部分熔融產生的母巖漿，繼而經歷鈦鐵礦、磷灰石和長石等礦物的分離結晶作用而形成的。

4.4 構造意義

Loiselle和Wones[34]最初認為A型花崗巖形成于板內裂谷的非造山環(huán)境，其后隨著對A型花崗巖研究的不斷深入，學者們認識到其形成環(huán)境并不僅局限于非造山環(huán)境。例如，King等[28]通過對Lachalen褶皺帶中A型花崗巖的研究，得出其可形成于造山期的各個環(huán)境，而非僅存在于非造山環(huán)境；Bonin[33]提出A型花崗巖與造山事件在空間上并無關聯(lián)，僅在時間上存在聯(lián)系，A型花崗巖并非僅形成于傳統(tǒng)認識的板內環(huán)境，也可形成于板塊匯聚的活動邊緣環(huán)境。A型花崗巖雖然可以出現(xiàn)在多種構造背景下，但是其形成均與伸展構造背景相關[5, 32, 70]；因此，A型花崗巖成為判別伸展背景的重要巖石學標志[26]。

根據(jù)A型花崗巖化學特征的不同，Eby[71]將A型花崗巖劃分為A1和A2兩個亞類；吳鎖平等[5]也將其稱為AA型(Anorogenic Type)與PA型(Post-orogenic Type)，并認為A1型形成于板內的裂谷環(huán)境，與洋島玄武巖(OIB)具有相似性，代表了大陸裂谷或板內環(huán)境下的巖漿作用；A2型形成于后碰撞或后造山環(huán)境，與地殼平均值和島弧玄武巖(IAB)具有一定的相似性，代表了陸-陸碰撞或島弧巖漿作用后的地殼物質的部分熔融[72]。在Eby[71]提出的A1-A2花崗巖判別圖解中，樣品主要投點于A1區(qū)域(圖9(a))；但在Nb-Y-3Ga圖解(圖9(b))中，部分樣品分布于A1-A2邊界，顯示出A1-A2過渡型特點，表明索爾庫里二長花崗巖具有從造山后向板內裂谷環(huán)境過渡的特點。

圖9 索爾庫里二長花崗巖Ce/Nb-Y/Nb圖解(a)和Nb-Y-3Ga三角圖解(b)(底圖據(jù)文獻[71])

南阿爾金中酸性巖漿巖類型多樣(包括二長花崗巖、正長花崗巖、石英二長閃長巖和石英閃長巖等)，分布廣泛，總體呈NEE向展布。楊文強等[3]、康磊等[73]及Wang等[74]依據(jù)對區(qū)域地質、變質過程和巖漿活動特征綜合分析，提出將區(qū)內中酸性巖漿活動劃分為4個期次。第1期以侵位于蛇綠巖套中的黃土泉埃達克巖為代表(約517 Ma)，為洋殼俯沖的產物；第2期以長沙溝片麻狀花崗閃長巖、魚目泉混合花崗巖和茫崖二長花崗巖為代表(約500 Ma)，為陸殼深俯沖階段加厚的基性下地殼部分熔融的產物；第3期以玉蘇普阿勒克塔格花崗閃長巖、塔特勒克布卡克二長花崗巖、吐拉鉀長花崗巖及江尕勒薩依二長花崗巖為代表(約460 Ma)，為深俯沖板片斷離階段中上地殼物質部分熔融的產物；第4期以吐拉鋁質A型花崗巖、玉蘇普阿勒克塔格A型花崗巖、柴水溝A型正長花崗巖+二長花崗巖和常春溝A型正長花崗巖為代表(約400 Ma)，認為是造山后伸展減薄階段殼源物質部分熔融的產物。

南阿爾金地區(qū)晚古生代巖漿活動以發(fā)育典型的A型花崗巖[6-7, 70]和雙峰式火山作用[9]為特征，代表了該時期以伸展為特征的大地構造背景。吳鎖平等[70]通過對吐拉正長花崗巖的地球化學和鋯石年代學的研究，認為該巖體為A2型花崗巖，其形成時代為(385.2±8.1) Ma，構造背景為造山后的伸展環(huán)境。王超等[6]認為玉蘇普阿勒克塔格二長花崗巖具有A型花崗巖的特征，成因為幔源巖漿與下地殼的相互作用，引發(fā)地殼連續(xù)伸展減薄的過程，指示阿爾金南緣在早古生代末期存在造山后伸展背景下的幔源巖漿底侵作用。吳才來等[7]提出南阿爾金茫崖地區(qū)404～411 Ma形成的花崗閃長巖+二長花崗巖+正長花崗巖具有A型花崗巖的地球化學特征，形成機制或與板塊碰撞后造山帶塊體均衡調整有關。Kang等[9]測得南阿爾金雙峰式火山巖的鋯石U-Pb年齡為(406±1)Ma，并認為雙峰火山巖套中的英安巖及流紋巖為A2型花崗巖，形成于造山后的伸展構造環(huán)境。

碰撞造山作用一直是地學研究的熱點，特別是對于碰撞后向板內環(huán)境過渡期間的構造背景和相應巖漿活動的研究，一直存在爭議[75-77]。Liegeois[78]按時間順序將碰撞造山過程劃分為：活動大陸邊緣階段、同碰撞階段、后碰撞階段及板內作用階段。后碰撞階段發(fā)生在大陸板塊初始碰撞擠壓之后，存在較大的塊體位移，并伴隨強烈的巖漿作用。當匯聚的大陸板塊完全拼接在一起，標志著后碰撞階段的結束，進入板內構造體制。板內構造體制包括通常意義上的后造山階段和非造山階段，后造山階段是從碰撞到板內階段轉換的重要時期?？道诘萚79]在總結近年來發(fā)表的巖漿巖年代學數(shù)據(jù)的基礎上，提出424.0～385.2 Ma期間南阿爾金地區(qū)已經為后造山伸展階段。本文所獲取的鋯石U-Pb年齡為(377.5±1.6) Ma及(377.4±2.1) Ma，比南阿爾金地區(qū)A2型花崗巖時代晚了約10 Ma，并且顯示從A2型向A1型過渡的特征，進一步說明在晚泥盆世南阿爾金地區(qū)已由后造山構造環(huán)境轉變?yōu)榘鍍确窃焐綐嬙祗w制。

5 結 論

通過對南阿爾金索爾庫里地區(qū)二長花崗巖的鋯石U-Pb年代學、巖石地球化學的研究，得到如下認識：

(1)索爾庫里二長花崗巖中的鋯石為巖漿鋯石，兩個樣品的LA-ICP-MS定年結果分別為(377.5±1.6) Ma和(377.4±2.1) Ma，表明其形成時代為晚泥盆世。

(2)索爾庫里二長花崗巖具有富硅和堿、貧Ca和Mg的特征，屬高鉀鈣堿性系列、準鋁質-弱過鋁質巖石；輕重稀土分餾明顯，具有明顯Eu負異常；微量元素富集Rb、Th、Y、Zr和Hf等元素，虧損Ba、Sr、P和Ti等元素。以上地球化學特征指示其巖漿源區(qū)為長英質地殼物質(變雜砂巖)，并且經歷了斜長石和鈦鐵礦等礦物的分離結晶作用。

(3)索爾庫里二長花崗巖為A型花崗巖，屬板內伸展型花崗巖(A1型花崗巖)，并顯示從A2型向A1型過渡的特征，表明晚泥盆世南阿爾金地區(qū)已由后造山構造環(huán)境轉變?yōu)榘鍍确窃焐綐嬙祗w制。