北山聚源侵入巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

孫耀鋒 趙同陽 鄭加行 韓瓊 曹江宇 劉亞楠 劉洋

摘? 要：聚源巖體主體以花崗巖、堿長花崗巖、富石英花崗巖等為主，鋯石U-Pb同位素年齡為（237.7±2.3） Ma、（232.4±4.1） Ma，為中三疊世侵入巖。SiO2含量71.72%～77.87%，Al2O3含量12.45%～14.38%，全堿（Na2O+K2O）含量4.97%～8.50%，里特曼指數(shù)σ為0.71～2.24，為高鉀鈣堿性巖石系列;稀土元素總量25.65×10-6～209.19×10-6;稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線顯示，輕稀土元素富集、重稀土元素相對(duì)虧損，負(fù)銪異常呈較為顯著的右傾型分布模式;巖石富Al，K，而Nb，Ta，Ti虧損，LILE富集;暗示該中三疊世酸性侵入巖屬增生弧，為同造山晚期或后造山花崗巖類。說明在中三疊世，洋殼俯沖基本結(jié)束，但侵入巖及構(gòu)造仍然受到俯沖板塊、地殼下部及軟流圈的影響。

關(guān)鍵詞：北山;中生代;侵入巖;增生弧

北山地區(qū)地處西伯利亞、哈薩克斯坦和塔里木三大板塊匯集部位，區(qū)內(nèi)前寒武紀(jì)和古生代地層出露廣泛，構(gòu)造形跡復(fù)雜，侵入巖發(fā)育[1];具有漫長的地質(zhì)演化歷史和復(fù)雜的造山帶結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖案，為一多旋回復(fù)合造山帶，是了解中亞地區(qū)古大陸構(gòu)造演化歷史的重要窗口[2]。北山侵入巖以加里東期及海西期為主，研究較為充分，區(qū)域造山過程與金屬成礦作用主要發(fā)生在古生代[3-4]。而海西晚期及燕山期由于分布范圍較為有限、以往識(shí)別程度較低等因素，研究相對(duì)滯后。近年來，隨著地質(zhì)研究的不斷深入，在新疆-甘肅交界處的北山地區(qū)多個(gè)中生代侵入巖與礦床被發(fā)現(xiàn)，引起了人們的關(guān)注[5-10]，如花牛山、大泉、長流水、白峽尼山、金場(chǎng)溝、小西宮等。巖石成因類型主要為高分異“I”型、“A”型花崗巖，巖漿起源于伸展背景下幔源巖漿的底侵（受到混染改造的富集地幔）導(dǎo)致的年輕地殼物質(zhì)（可能為早期洋殼和島弧建造）重熔。而對(duì)北山地區(qū)中生代侵入巖的認(rèn)識(shí)存在不同的觀點(diǎn)，有學(xué)者認(rèn)為屬造山背景[5，11]，也有觀點(diǎn)認(rèn)為北山地區(qū)存在印支運(yùn)動(dòng)[12]，還有研究認(rèn)為是太平洋構(gòu)造域演化產(chǎn)物[13]。雖然這些中生代巖體規(guī)模有限，但多與鎢、鉬、金、鉛等礦床相關(guān)，如東戈壁鉬礦、白山鉬礦、花黑山鉬礦、金場(chǎng)溝金（鉬）礦等[14]。通過對(duì)這些酸性侵入巖的研究，可為北山地區(qū)中生代時(shí)期構(gòu)造演化史及鎢、鉬、金、鉛等礦床的礦床成因研究提供支持。本次在新疆-甘肅交界處新識(shí)別出了聚源中三疊世侵入巖，通過對(duì)其巖石地球化學(xué)及U-Pb同位素年齡分析研究，可為今后北山地區(qū)中生代構(gòu)造演化及相關(guān)金屬礦床的成因提供新的證據(jù)支持。

1? 地質(zhì)背景

北山造山帶位于新疆-甘肅交匯處，地處中亞造山帶南緣，塔里木、哈薩克斯坦與華北古板塊交匯部，區(qū)內(nèi)發(fā)育多條蛇綠混雜巖帶，構(gòu)造行跡復(fù)雜。研究區(qū)以紅柳河-洗腸井蛇綠巖帶為界劃分為兩個(gè)Ⅱ級(jí)構(gòu)造單元，北為哈薩克斯坦板塊，南為塔里木板塊;由北向南劃分為5個(gè)Ⅲ級(jí)構(gòu)造單元：雀兒泉弧、黑鷹山-旱山弧、馬鬃山地塊、雙鷹山-花牛山弧、石板山弧（圖1-b）[15-19]。地層屬塔里木-南疆地層大區(qū)，中南天山-北山地層區(qū)，紅柳河地層分區(qū)，穹塔格地層小區(qū)，與甘肅境內(nèi)相比，出露地層缺失晚古生代地層，主要為薊縣系平頭山組及寒武系雙鷹山組。平頭山組主要為一套碳酸鹽巖夾碎屑巖組合，巖性為石英巖、白云石大理巖、大理巖等;雙鷹山組為一套硅質(zhì)巖夾有變質(zhì)碎屑巖建造，呈NNW向帶狀分布，與平頭山組為斷層接觸，受斷裂構(gòu)造影響，發(fā)生較強(qiáng)的韌性變形。研究區(qū)侵入巖分布廣泛，以海西期中酸性巖為主，卷入有塔里木板塊結(jié)晶基底殘塊，巖性以花崗閃長巖、二長花崗巖為主，零星分布有小的中基性巖基。研究區(qū)附近分布有M1033鐵礦，平臺(tái)山、方山口磷礬礦，主要賦礦層位為下寒武統(tǒng)雙鷹山組。

2? 樣品特征及測(cè)試方法

2.1? 樣品特征

本次研究在聚源一帶采集同位素測(cè)年樣2件（18TW6-01、18TW6-02），全巖分析樣品7件（18QY6-01～18QY6-07），采樣位置見圖1-a。巖石薄片定名為絹云母化二云二長花崗巖（綠簾石化、絹云母化）、二云花崗巖等，礦物普遍具輕微的變質(zhì)重結(jié)晶作用（圖2-a，b），動(dòng)力變質(zhì)作用明顯，個(gè)別巖石已變質(zhì)為斜長淺粒巖，表面呈淺灰或淺肉紅色，中細(xì)粒重結(jié)晶結(jié)構(gòu)，鏡下石英呈他形粒狀，具波狀消光，粒徑約0.05～0.5 mm。長石呈板狀，雙晶不發(fā)育，粒徑約0.5 mm。長石基本具強(qiáng)烈絹云母化，絹云母呈細(xì)小鱗片狀，具鮮艷干涉色，粒徑約0.02 mm。白云母呈片狀，單片光下無色，閃突起明顯，一組解理，粒徑0.075 mm。黑云母呈片狀，單偏光下顯褐-黃褐色，多色性明顯，一組解理，粒徑約0.025～0.1 mm。綠泥石未見明顯晶型，單片光下黃綠色，正交光下顯靛藍(lán)色異常干涉色，粒徑約0.125 mm。金屬礦物呈六面體，不透明至半透明，粒徑約0.025 mm（圖2-c）。

2.2? 測(cè)試方法

鋯石微量元素含量和U-Pb同位素定年在西安兆年礦物測(cè)試技術(shù)有限公司LA-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室完成。激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213，ICP-MS為Agilent 7500ce。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)T型接頭混合。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括大約10 s的空白信號(hào)和40 s的樣品信號(hào)。對(duì)分析數(shù)據(jù)的離線處理（包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算）采用軟件Glitter 4.4完成。

U-Pb同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91 500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正。對(duì)于與分析時(shí)間有關(guān)的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用91 500的變化，采用線性內(nèi)插的方式進(jìn)行了校正。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均采用Isoplot/Ex_ver3完成。鋯石微量元素含量利用參考標(biāo)樣NIST610玻璃作為多外標(biāo)、Si作內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計(jì)算。這些USGS玻璃中元素含量的推薦值據(jù)GeoReM數(shù)據(jù)庫。

3? ?地球化學(xué)特征

3.1? 主量元素

主量元素分析結(jié)果見表1。SiO2含量71.72%～77.87%，屬酸性巖類;Al2O3含量12.45%～14.38%，鋁飽和指數(shù)（A/CNK）在1.03～2.42之間，A/NK值1.19～2.57，雖均屬過鋁質(zhì)巖石系列，但變化范圍較大，兼具“I”型與“S”型花崗巖特征;Na2O含量0.24%～4.20%，變化較大，其中兩個(gè)樣品Na2O含量小于1%，分別為0.24%和0.89%，其余均在3.3%以上，K2O含量2.98%～4.73%;全堿（Na2O+K2O）含量4.97%～8.50%，里特曼指數(shù)σ在0.71～2.24，平均1.65，屬鈣堿性巖石系列;堿度率AR在2.06～3.86。從QAP圖解中可看出（圖3-a），7件樣品中有4件落入“3a”區(qū)內(nèi)，屬花崗巖，1件落入“1”區(qū)，屬富石英花崗巖，2件樣品中落入“2”區(qū)，屬堿長花崗巖。在SiO2-AR圖解中（圖3-b），樣品均落入“6”區(qū)內(nèi)，屬花崗巖。在SiO2-K2O圖解中均顯示為高鉀鈣堿性巖石系列。

3. 2? 稀土元素

聚源巖體稀土元素特征見表2。稀土元素總量為25.65×10-6～209.19×10-6，變化區(qū)間較大，平均107.18×10-6，而SiO2含量較高，反襯稀土元素較為虧損;LREE值為20.72×10-6～203.36×10-6，HREE值為4.93×10-6～34.86×10-6，輕重稀土比為2.94～34.86，輕稀土富集較強(qiáng)烈;（La/Yb）N值為2.18～63.70，輕重稀土比分異明顯;巖石δEu值為1.05～0.20，其中2件樣品，δEu值分別為0.96、0.97，屬正常型，說明在巖漿分離結(jié)晶過程中，未能形成大量斜長石的晶體晶出;另有3件樣品δEu值介于0.66～0.77，說明在巖漿分離結(jié)晶過程中，有少量斜長石的晶體析出;剩余2件樣品δEu值為0.26、0.29，具較強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常，暗示巖漿在形成過程中存在斜長石的分離結(jié)晶作用或源區(qū)有殘留斜長石。從稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化分布曲線圖中可看出（圖4-a），巖石具輕稀土富集，重稀土相對(duì)虧損，負(fù)銪異常較為顯著的右傾型分布模式，這與典型島弧、火山弧環(huán)境下鈣堿性、酸性火成巖的特征相似。聚源巖體相對(duì)富集Th，U，La，Ce，Nd，Hf等元素，虧損Ba，Nb，Sr，P，Ti等元素，顯示正常島弧火山巖特征（圖4-b）。

4? ?同位素測(cè)年

本次在聚源地區(qū)采集2件U-Pb同位素定年樣品，樣品薄片鑒定巖性分別為云英巖化霏細(xì)斑巖（18TW6-01）、細(xì)粒二長花崗巖（18TW6-02）。所采樣品中鋯石顆粒在反光和投射光下大多為無色或淺黃褐色，半透明狀，部分顆粒邊部略有磨圓，包裹體較多，呈暗色不透明狀，鋯石長寬比為1∶1～3∶1，鋯石顆粒普遍為自形晶、長軸狀，長軸為100～300 μm，裂隙較少，其中18TW6-01樣品鋯石晶型較差，鋯石顆粒較小。在陰極發(fā)光圖中（圖5），鋯石環(huán)帶為酸性巖特有的環(huán)帶，且Th/U大于0.1，說明為典型的巖漿型鋯石[20-21]。本次所采兩個(gè)樣品Pb206/U238年齡分別為（237.7±2.3） Ma，（232.4±4.1） Ma（圖6，7、表3），將其解釋為酸性巖的結(jié)晶年齡。在18TW6-01、18TW6-02均存在殘留體形成的繼承鋯石，年齡區(qū)間為2 600～380 Ma不等（圖6-c，7-c），推測(cè)古老結(jié)晶基底及古生代殘留體的繼承年齡。

5? 巖石成因及形成機(jī)制討論

從Rb-Y+Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖中可看出（圖8-a），7個(gè)樣品點(diǎn)中4個(gè)點(diǎn)落入同碰撞環(huán)境中，1個(gè)點(diǎn)落入火山弧環(huán)境，2個(gè)位于兩種環(huán)境界線附近，總體上屬同碰撞環(huán)境;SiO2-Al2O3圖解顯示（圖9-a），6個(gè)樣品屬造山期后花崗巖類，僅1個(gè)樣品屬弧巖火山環(huán)境;R1-R2圖解顯示（圖9-b），3件樣品屬晚造山期花崗巖，2件樣品屬同碰撞花崗巖（“S”型），另有兩件樣品由于R1值大于3 000，未在圖面上顯示，推斷該侵入巖為晚造山期或造山期后花崗巖。在Na2O-K2O巖石類型判別圖中（圖8-b），除2件樣品因Na2O含量偏低，未在圖中顯示外，3件樣品落入“I”型花崗巖區(qū)，1件樣品位于“A”型花崗巖區(qū)，1件樣品位于其兩者界線附近，屬“I-A”型花崗巖，“A”型花崗巖特征不顯著。此外，有兩件樣品的Na2O含量小于1，未在圖上顯示，Na2O含量的變化巨大，可從側(cè)面說明花崗巖物源的復(fù)雜性。在“A”型花崗巖FeOT/MgO vs Zr+Nb+Ce+Y判別圖中（圖10-b），4個(gè)點(diǎn)均不屬于“A”型花崗巖，3個(gè)數(shù)據(jù)因FeOT/MgO小于1，未能在圖面上顯示。在10 000Ga/Al-Ce圖解中可看出（圖10-a），所有樣品均屬“I”型或“S”型花崗巖，而未落入“A”型花崗巖區(qū)。綜上，研究區(qū)花崗巖屬晚造山期或造山期后“I”型花崗巖，不具“A”型花崗巖特征。

本次研究發(fā)現(xiàn)，聚源巖體具分布面積有限，以酸性侵入巖為主，巖石組分具有明顯的不均一性：Na2O變化范圍大、微量元素含量變化大、δEu值變化幅度大、同位素年齡顯示有較多的繼承鋯石，巖石類型以高鉀鈣堿性“I”型巖石系列為主，富Al，K，而Nb，Ta，Ti虧損，LILE富集等特征，顯示出增生弧的巖石特點(diǎn)[22]。增生弧是指在增生造山過程中，形成于增生楔之上的巖漿弧。近年來，廣大學(xué)者對(duì)北山造山帶的構(gòu)造演化提出了多種模型，有多旋回“手風(fēng)琴”式模式，經(jīng)過了多期裂解-匯聚-碰撞作用[2，23-26];還有多島洋模式，經(jīng)過多島洋、多塊體拼合作用[5，27-30]。有學(xué)者認(rèn)為，北山南部洋盆閉合于志留紀(jì)末-泥盆紀(jì)初[24，26，31-32];也有觀點(diǎn)認(rèn)為，早二疊世的洋殼俯沖依然未結(jié)束，古亞洲洋中段可能于晚二疊世或更晚通過俯沖在北山南部最終閉合[15，33]，說明北山古生代構(gòu)造多樣且復(fù)雜。結(jié)合本次研究的花崗巖屬晚造山期或造山期后“I”型花崗巖的特點(diǎn)，中三疊世為后碰撞（或碰撞晚期）的擠壓環(huán)境，是形成增生弧的理想環(huán)境。因此，認(rèn)為在中三疊世洋殼俯沖基本結(jié)束，但侵入巖及構(gòu)造特征仍受到俯沖板塊、地殼下部及軟流圈之間相互擠壓的影響。

6? 結(jié)論

（1） 在新疆-甘肅交界處新發(fā)現(xiàn)聚源中生代酸性侵入巖，鋯石U-Pb同位素年齡為（237.7±2.3） Ma，（232.4±4.1） Ma。

（2） 巖石類型以高鉀鈣堿性“I”型巖石系列為主，巖石組分具明顯的不均一性，巖石富Al，K，而Nb，Ta，Ti虧損，LILE富集，暗示該中三疊世酸性侵入巖屬增生弧，屬同造山晚期或后造山花崗巖類。說明在中三疊世，洋殼俯沖基本結(jié)束，但仍然受到俯沖板塊、地殼下部及軟流圈的影響。

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