西昆侖上其木干花崗巖鋯石飽和溫度和Ti溫度的地質(zhì)意義

陳海云，孫曉東，張 志

(1.中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)第九地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，內(nèi)蒙古 錫林浩特 026000；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球物理與空間信息學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

西昆侖造山帶原系塔里木古陸的一部分，呈巨型反“S”型褶皺山系，屹立于塔里木盆地西南緣，是古亞洲構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域的結(jié)合部位，經(jīng)歷了從古生代到中生代多期次張開、閉合的長期構(gòu)造演化，導(dǎo)致前寒武紀(jì)結(jié)晶基底與不同時(shí)代、不同構(gòu)造環(huán)境下形成的地質(zhì)單元并列、疊加。西昆侖造山帶被奧依塔格—柯崗斷裂、喬拉克克—蘇蓋特—阿加爾東斷裂劃分成塔里木陸塊、北昆侖地體以及南昆侖地體3個(gè)主要構(gòu)造單元(圖1)。由于大地構(gòu)造位置特殊，自然環(huán)境惡劣，野外工作極為艱難，西昆侖造山帶是目前中國造山帶研究程度最低的地區(qū)之一。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置及侵入巖分布圖(改自汪玉珍等[4])Fig.1 Geotectonic map of the study area showing the intrusive rock distributions[4]TLM.塔里木地體；NKL.北昆侖地體；SKL.南昆侖地體；TSH.甜水海地體；KL.喀喇昆侖地體；①奧依塔格—柯崗斷裂；②庫地?cái)嗔?；③喬拉克克—蘇蓋特—阿加爾東斷裂；④康西瓦斷裂；⑤喀喇昆侖斷裂

西昆侖造山帶花崗巖類十分發(fā)育，主要有前寒武紀(jì)、加里東期、華力西期和喜馬拉雅期花崗巖，但以華力西期花崗巖為主，其巖漿很多是下地殼部分熔融或殼、幔巖漿混合的產(chǎn)物。因?yàn)槿狈囟茸銐蛎舾械牡V物溫度計(jì)，并且?guī)r漿在冷卻過程中礦物會(huì)和熔漿重新達(dá)到熱平衡，所以巖漿的初始溫度計(jì)算一般比較困難?；◢弾r巖漿大多是以絕熱式機(jī)制上升侵位的，巖漿早期的溫度近似代表巖漿形成時(shí)的溫度[1]。因此可以計(jì)算巖漿的早期結(jié)晶溫度，進(jìn)而來近似獲得其初始溫度。因?yàn)閹r漿鋯石結(jié)晶溫度較高，是花崗質(zhì)巖漿體系中較早結(jié)晶的副礦物，并且通常被鎂鐵質(zhì)礦物、長英質(zhì)礦物等所包裹，其晶體能夠在很長時(shí)間上保持穩(wěn)定和具有較強(qiáng)的抗干擾性，最重要的是鋯石中Zr的分配系數(shù)對溫度非常敏感，而其他因素對其沒有明顯的影響[2]，因此可以認(rèn)為鋯石飽和溫度近似代表花崗質(zhì)巖石的近液相溫度。利用鋯石Ti含量溫度計(jì)所得到的溫度，結(jié)合鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)、鋯石U-Pb定年、Hf同位素和微量元素組分等方面指標(biāo)，可以對其形成時(shí)所記錄的溫度進(jìn)行正確解釋。所以鋯石飽和溫度和Ti溫度可以用來估算巖漿結(jié)晶時(shí)的初始溫度，進(jìn)而用來反演鋯石形成的地質(zhì)環(huán)境信息、重建巖漿歷史、反演巖漿源區(qū)的性質(zhì)。

巖石的巖漿初始溫度的估算傳統(tǒng)上采用實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)方法，即通過在An-Ab-Or-Q-H2O圖上投影，結(jié)合巖漿巖共生礦物對計(jì)算獲得[3]。近年來，隨著測試精度的提高以及微區(qū)分析技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得利用巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)計(jì)算方法所得的結(jié)果更加精確和接近地質(zhì)事實(shí)。本文擬通過對西昆侖上其木干巖體的花崗巖樣品中挑選出的鋯石顆粒進(jìn)行全巖和單顆粒鋯石主量和微量元素含量測試，在此基礎(chǔ)上計(jì)算鋯石飽和溫度和Ti地質(zhì)溫度；同時(shí)結(jié)合樣品巖石學(xué)特征和鋯石U-Pb年齡，分析所獲得的鋯石飽和溫度和Ti溫度的地質(zhì)意義。

1 地質(zhì)概況及樣品采集

西昆侖上其木干巖體位于新疆阿克陶縣克孜勒陶鄉(xiāng)上其木干村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)75°20′—75°40′，北緯38°25′—38°35′。巖體沿蘇克阿格孜—托爾色子—上其木干—蘇蓋特呈北西—南東向條帶狀連續(xù)分布(圖1)，出露面積超過200 km2。研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為古元古界庫浪那古巖群(Pt1K)、長城系賽圖拉巖群(ChST)、中泥盆統(tǒng)克孜勒陶組(D2kz)、下石炭統(tǒng)他龍群(C1T)和上石炭統(tǒng)—下二疊統(tǒng)特給乃奇克達(dá)坂組(C2P1tg)。區(qū)內(nèi)巖漿巖發(fā)育，主要為中三疊世慕士塔格巖體以及上其木干巖體。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年研究表明，上其木干花崗巖的侵位年齡為(225.4±1.9)Ma(MSWD=6.0)，屬于晚三疊世早期的巖漿產(chǎn)物；為板內(nèi)A型花崗巖，形成于后碰撞伸展階段的張性環(huán)境，標(biāo)志著西昆侖造山帶在晚三疊世早期造山作用的結(jié)束和板內(nèi)構(gòu)造演化的開始，為后碰撞環(huán)境向板內(nèi)伸展環(huán)境的過渡；同時(shí)也標(biāo)志著古特提斯洋在該區(qū)晚三疊世早期剛好完全閉合[5]。

本次研究共采集7件地球化學(xué)樣品和2件同位素測年樣品，其中同位素測年樣品編號(hào)分別為D141-2Zr、D145-2Zr，采集點(diǎn)的地理坐標(biāo)分別為N38°31′57.12″、E75°29′17.72″和N38°31′53.07″、E75°29′27.96″，采樣位置見圖1。經(jīng)野外觀察和鏡下鑒定，樣品巖性均為淺灰色中粗粒二長花崗巖，部分含有長石斑晶。

2 分析方法

7件地球化學(xué)樣品的主量、微量和稀土元素的測試是在自然資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。主量元素含量用X射線熒光光譜儀(XRF-1800)測試完成，先稱取0.7 g樣品，加入適量硼酸，高溫熔融成玻璃片，最后在XRF(儀器編號(hào)為27-HY-2009-001)上用外標(biāo)法測定氧化物含量，氧化物總量分析誤差為1%～4%。微量和稀土元素含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS(X7)完成，首先稱取50 mg樣品，用酸溶樣制成溶液，然后在ICP-MS(儀器編號(hào)為12-HY-2003-037)上用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行測定，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。

用于LA-ICP-MS U-Pb測年的鋯石是在河北省廊坊市誠信地質(zhì)服務(wù)公司進(jìn)行單礦物分選的，鋯石樣品在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源實(shí)驗(yàn)室完成制靶和進(jìn)行反射光、透射光和陰極發(fā)光顯微照相。鋯石U-Pb同位素定年在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(GPMR)利用LA-ICP-MS分析完成。在測試樣品時(shí)，將制好的靶置于剝蝕池中，高能量的激光使樣品被轟擊部分剝蝕并高溫蒸發(fā)，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005，ICP-MS為Agilent7500a。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，氨氣為補(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型接頭混和。由于樣品是放在密封的樣品室中的，樣品室有一個(gè)進(jìn)氣孔，一個(gè)出氣孔，這樣蒸發(fā)的樣品將被不斷流通的氣體(He、Ar氣等)運(yùn)送，通過管道帶至等離子炬管中電離，再通過透鏡系統(tǒng)由四極桿質(zhì)譜進(jìn)行同位素的測量。測試時(shí)，在等離子體中心氣流(He+Ar)中加入了少量氮?dú)?，以提高儀器靈敏度，降低檢出限和改善分析精密度[6]。每個(gè)時(shí)間分辨分析數(shù)據(jù)包括20～30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào)。采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ1(600 Ma)和91500(1 064 Ma)作為鋯石年齡的外部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，采用NIST SRNI610作為元素含量的外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號(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ICPMSDataCal完成。詳細(xì)的儀器操作條件同Liu等[7-9]，數(shù)據(jù)處理軟件采用GLITTER4.4。鋯石U-Pb諧和圖和計(jì)算的加權(quán)平均圖采用ISOPLOT程序(Ver3.23)繪制[10]。

3 鋯石的微量元素組成特征及其形成溫度

鋯石的微量元素和稀土元素以及同位素地球化學(xué)特征可以為巖石的形成提供豐富的地質(zhì)信息。鋯石中的大離子半徑、高價(jià)態(tài)元素Y、Th、U、Nb、Ta等，容易在殘余熔體中富集，而在許多硅酸鹽造巖礦物中顯示為虧損。在花崗巖鋯石中，Hf、U、Pb、Y和P呈類質(zhì)同象形式賦存，其中離子半徑最小的Hf以無序固溶體形式與Zr完全相容，而Y和P元素在較低溫度條件下呈磷釔礦形態(tài)存在，其與礦石不完全相容[11-13]。稀土元素可以廣泛存在于鋯石晶體中，所以鋯石經(jīng)常是巖石中U、Th、Hf、REE的主要寄存礦物。花崗巖中出現(xiàn)鋯石和含Ti副礦物，表明鋯石飽和溫度和Ti溫度既反映鋯石結(jié)晶溫度，也代表花崗巖巖漿的上限溫度；因此，鋯石的微量元素地球化學(xué)特征可以用來研究鋯石形成時(shí)所處的地質(zhì)環(huán)境信息、重建巖漿歷史，進(jìn)而反演巖漿源區(qū)的地質(zhì)性質(zhì)[14]。

3.1 鋯石的微量元素組成特征

樣品(D141-2Zr、D145-2Zr)中鋯石呈較自形的短-長柱狀，陰極發(fā)光圖像中鋯石均表現(xiàn)出典型的巖漿振蕩環(huán)帶，明顯屬于巖漿結(jié)晶產(chǎn)物。對兩個(gè)U-Pb定年鋯石樣品進(jìn)行同時(shí)原位鋯石微量元素分析，分析結(jié)果見表1，鋯石的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線如圖2所示。鋯石具有典型巖漿成因鋯石的稀土元素配分模式，即輕稀土元素(LREE)明顯虧損、重稀土元素(HREE)明顯富集，具有顯著的Ce正異常和Eu負(fù)異常[15-16]。鋯石中的Th/U比值常被作為判斷巖漿、變質(zhì)和熱液鋯石的主要標(biāo)志之一[17]，一般變質(zhì)和熱液成因中鋯石的Th/U<0.1，而巖漿成因中鋯石的Th/U>0.1[18]。

表1 上其木干花崗巖(D141-2Zr、D145-2Zr)鋯石中稀土元素分析結(jié)果(10-6)Table 1 Zircon REE compositions of the Shangqimugan granites (10-6)

(續(xù))表1 上其木干花崗巖(D141-2Zr、D145-2Zr)鋯石中稀土元素分析結(jié)果(10-6)(Continued)Table 1 Zircon REE compositions of the Shangqimugan granites (10-6)

(續(xù))表1 上其木干花崗巖(D141-2Zr、D145-2Zr)鋯石中稀土元素分析結(jié)果(10-6)(Continued)Table 1 Zircon REE compositions of the Shangqimugan granites (10-6)

對樣品D141-2Zr的16顆鋯石進(jìn)行了16個(gè)點(diǎn)的微量元素組成測定。在鋯石的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖(圖2(a))上，16個(gè)點(diǎn)的鋯石稀土元素配分模式大致相同，輕稀土元素含量相對較低，重稀土元素含量相對較高，輕、重稀土元素分餾明顯，表現(xiàn)為整體向左傾斜模式的輕稀土元素虧損型。

圖2 上其木干巖體中鋯石稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(球粒隕石數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough[19] )Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns for the Shangqimugan granites

樣品D141-2Zr中，稀土元素總量變化范圍較大，介于611×10-6～1 868×10-6之間，輕稀土元素總量在9.0×10-6～261.4×10-6之間，重稀土元素總量在428×10-6～1 805×10-6之間。Eu的含量相對較低，在0.027×10-6～0.110×10-6之間；δEu值也較小，小于0.025 7，最小為0.003 8，平均為0.013 8，表明鋯石具有較為明顯的Eu負(fù)異常。鋯石中232Th的含量為115×10-6～883×10-6，238U含量為445×10-6～2 022×10-6，兩者之間具有較為明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖3(a))。Hf含量為9 632×10-6～12 157×10-6，Nb的含量為7.2×10-6～26.1×10-6，Ta含量為2.78×10-6～8.60×10-6；(Lu/Gd)N為9.86～40.21，Ce/Ce*為1.22～158.19，表明鋯石具有明顯的Ce正異常，Th/U的比值(0.26～0.65)都大于0.1，反映鋯石為典型的巖漿成因。從鋯石的Th/U比值、形態(tài)特征以及微量元素和稀土元素含量來看，鋯石應(yīng)為典型的巖漿成因。

圖3 上其木干巖體中鋯石Th/U圖解Fig.3 Th vs.U plots for the Shangqimugan granites

對樣品D145-2Zr的16顆鋯石進(jìn)行了16個(gè)點(diǎn)微量元素組成測定。在鋯石的稀土元素配分曲線圖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化(圖2(b))上，16個(gè)點(diǎn)的鋯石稀土元素配分模式基本一致，稀土元素總含量REE為746×10-6～2 850×10-6。(Yb/La)N=23～908 009，(Sm/La)N=0.69～16 207.00，表現(xiàn)為重稀土元素明顯富集；具有明顯的Ce正異常(Ce/Ce*=1.31～111.37)和Eu負(fù)異常(Eu/Eu*=0.000 7～0.131 5)。鋯石中232Th的含量為288×10-6～1 469×10-6，238U含量為523×10-6～2 703×10-6，兩者之間具有較為明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖3(b))。Hf的含量為7 179×10-6～11 145×10-6，Nb的含量為2.7×10-6～43×10-6，Ta的含量為1.07×10-6～8.2×10-6；(Lu/Gd)N為12.86～27.34。Th的含量為288×10-6～1 469×10-6，U的含量為523×10-6～2 743×10-6，Th/U的比值(0.35～0.75)均大于0.1，反映鋯石為典型的巖漿成因。從鋯石的Th/U比值、形態(tài)特征以及微量元素和稀土元素含量等來看，鋯石應(yīng)為典型的巖漿成因。

3.2 鋯石飽和溫度計(jì)算

巖漿從起源到結(jié)晶是一個(gè)不斷上升的過程，在此過程中壓力的變化相比溫度的變化要快，巖漿結(jié)晶時(shí)的壓力和巖漿起源時(shí)的壓力完全不同，所以主要研究巖漿的溫度，可以對壓力暫不考慮。Watson等[20]從高溫實(shí)驗(yàn)(700～1 300 ℃)得出鋯石溶解度的模擬公式，其原理是基于花崗巖副礦物鋯石中Zr在巖漿開始結(jié)晶狀態(tài)下固液兩相中的分配系數(shù)是溫度的函數(shù)，假設(shè)其活度系數(shù)為1，由Zr溶解度公式推導(dǎo)出鋯石飽和溫度：

In(496000/DZr)=[-3.8-0.85×(M-1)]+12900/T

(1)

式中：T為絕對溫度；DZr為鋯石的分配系數(shù)；M為全巖巖石化學(xué)參數(shù)。計(jì)算時(shí)，令Si+Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1(原子分?jǐn)?shù))，則全巖巖石化學(xué)參數(shù)M=(2Ca+K+Na)/(Si×Al)，其中Ca、K、Na、Si、Al為鋯石寄主巖石主量元素Si、Al、Fe、Mg、Ca、Na、K、P原子數(shù)歸一化計(jì)算后的原子分?jǐn)?shù)值。

將(1)式進(jìn)行整理并換算成攝氏溫度(℃)后可得到鋯石的飽和溫度TZr：

TZr={12900/[2.95+0.85×M+In(496000/Zr熔體)]}-273.15

(2)

式中：Zr熔體為熔體中Zr的含量。未進(jìn)行Zr、Hf校正時(shí)，純鋯石中Zr的含量為496 000×10-6，鋯石在花崗質(zhì)巖石中是副礦物，因此可以用全巖中的Zr含量近似代表熔體中Zr的含量。

由(2)式、全巖巖石化學(xué)參數(shù)M和Zr含量值計(jì)算得到熔體中鋯石飽和溫度如表2所示。上其木干二長花崗巖的鋯石飽和溫度介于772～829 ℃之間，平均值為800 ℃，屬于高溫花崗巖。由于花崗巖巖漿大多為絕熱方式上升侵位，巖漿早期的結(jié)晶溫度近似代表巖漿形成時(shí)的溫度[21]。本文鋯石飽和溫度和鋯石特征表明花崗巖中鋯石含量是飽和的。因此，鋯石溫度反映的是巖漿形成的上限溫度。巖漿巖巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，熔融需要一定的流體，這些流體一方面可由鋯石寄主巖石所含白云母脫水反應(yīng)獲得；另一方面，研究區(qū)幔源巖漿上侵帶來的含水礦物脫水也可能為巖漿熔融提供必要的流體。

表2 上其木干花崗巖鋯石飽和溫度計(jì)算結(jié)果Table 2 Zircon saturation temperatures for the Shangqimugan granites

3.3 鋯石Ti地質(zhì)溫度計(jì)算

高溫、高壓實(shí)驗(yàn)研究表明，溫度與鋯石中的Ti含量關(guān)系密切，其關(guān)系呈對數(shù)線性變化，可作為鋯石Ti地質(zhì)溫度計(jì)。由于鋯石Ti溫度計(jì)所表現(xiàn)出的簡單實(shí)用性，且誤差一般低于10 ℃，被許多研究者所運(yùn)用[22]。現(xiàn)在鋯石的Ti地質(zhì)溫度常用Watson等[23-25]修訂的鋯石Ti溫度(℃)計(jì)算公式：

T=(5080±30)/[(6.01±0.03)-lg(Ti)]-273

(3)

對2個(gè)樣品(D141-2Zr、D145-2Zr)的32個(gè)測點(diǎn)(分別為16個(gè))進(jìn)行了鋯石Ti地質(zhì)溫度計(jì)算。樣品的Ti含量變化相對穩(wěn)定，只有一個(gè)測點(diǎn)的Ti含量過高，予以剔除，故有31個(gè)測點(diǎn)可以用來計(jì)算巖漿結(jié)晶時(shí)的溫度。將樣品的Ti含量值代入公式(3)中，得到巖漿結(jié)晶的最低溫度在556～759 ℃之間，平均最低溫度為614 ℃；最高溫度在574～784 ℃之間，平均最高溫度為634 ℃。因此，初步估計(jì)樣品中鋯石形成的溫度在614～634 ℃之間(表1)。

上其木干二長花崗巖的鋯石飽和溫度為772～829 ℃，高于鋯石Ti溫度，這可能是因?yàn)殇喪械腡i含量對測定結(jié)果的影響。Ti含量是鋯石LA-ICP-MS的測定值，受鋯石的結(jié)構(gòu)、大小、激光剝蝕半徑等各方面的影響。上其木干二長花崗巖中鋯石顆粒相對較小，可能導(dǎo)致Ti的分餾，使得LA-ICP-MS測量值的Ti含量偏低，導(dǎo)致鋯石Ti溫度偏低[26-27]。

4 Zr和Ti溫度推測花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境

上其木干花崗巖的鋯石飽和溫度為772～829 ℃(表2)，根據(jù)吳福元等的研究[1]，屬于高溫花崗巖，俯沖和碰撞造山帶地殼很難達(dá)到這個(gè)溫度；因此，從花崗巖的形成溫度角度看，上其木干二長花崗巖不太可能形成于俯沖或者同碰撞造山階段。上其木干花崗巖形成時(shí)的高熱可能產(chǎn)自羌塘地塊沿著康西瓦大斷裂和塔里木地塊碰撞拼貼結(jié)束后，于后碰撞板內(nèi)伸展體制下產(chǎn)生巖石圈拆沉作用，進(jìn)而導(dǎo)致的軟流圈上涌、幔源巖漿底侵[28]。因此，上其木干巖體的形成溫度與其形成于后碰撞伸展構(gòu)造背景[29]相吻合。

Claiborne等[30]應(yīng)用鋯石中的Zr/Hf值表示巖漿結(jié)晶分異過程。Zr比Hf更容易進(jìn)入鋯石中，這將導(dǎo)致殘留熔體中富集Hf而虧損Zr，因此在Zr/Hf-T圖中顯示出更好的線性關(guān)系。本次因?yàn)闆]測鋯石的Zr含量，因此用10000/Hf代替，韓軍等[31]也利用10000/Hf代替Zr含量來推導(dǎo)其與Ti飽和溫度的關(guān)系，進(jìn)而反演鋯石的結(jié)晶環(huán)境。

由于Th、U在鋯石-巖漿之間的分配系數(shù)之比(DTh/DU)鋯石/熔體約為0.2[13]，小于1，因此隨著巖漿溫度持續(xù)降低，Th/U將逐漸增高。封閉體系下，巖漿鋯石的Th/U將隨Ti溫度的降低而顯示逐漸增大的線性關(guān)系；Hf則在鋯石結(jié)晶時(shí)逐漸進(jìn)入固相中，且隨著溫度持續(xù)降低，熔體中Hf的含量從過飽和到不飽和，后期結(jié)晶的鋯石中Hf含量逐漸降低。

樣品D141-2Zr的Hf含量值隨Ti溫度的降低而逐漸增加(少數(shù)點(diǎn)除外)(圖4(a))；Th/U值則隨Ti溫度降低基本保持不變(圖4(b))，這很可能與巖漿結(jié)晶-分異或鋯石的重結(jié)晶作用有關(guān)。晶出鋯石中Hf含量連續(xù)增加，反映的是一種開放體系下鋯石的重結(jié)晶作用。

圖4 D141-2Zr花崗巖鋯石Ti飽和溫度與10000/Hf、Th/U關(guān)系圖Fig.4 Diagrams of 10000/Hf,Th/U versus Ti temperature for zircon extracted from D141-2Zr granite

樣品D145-2Zr的10000/Hf和Th/U與Ti溫度關(guān)系的規(guī)律性較差(圖5)，說明鋯石在結(jié)晶過程中有后期流體-熔體進(jìn)入，帶入一些Hf。10000/Hf、Th/U-T之間的關(guān)系更多地反映巖漿結(jié)晶時(shí)存在多期巖漿(熔體-流體)注入事件。

圖5 D145-2Zr花崗巖鋯石Ti飽和溫度與10000/Hf、Th/U關(guān)系圖Fig.5 Diagrams of 10000/Hf,Th/U versus Ti temperature for zircon extracted from D145-2Zr granite

由于長英質(zhì)巖漿的熔點(diǎn)溫度較低，較易于被再次加熱而使Th、U濃度較高的變化特征，尤其對可能存在后期大規(guī)模巖漿侵入而被再次熔融的巖體。上其木干花崗巖熱源可能來自高溫巖漿侵入或者地幔底侵，表現(xiàn)為10000/Hf、Th/U對Ti溫度關(guān)系的較差規(guī)律性或無規(guī)律性。上其木干花崗巖鋯石Ti溫度與Th/U和10000/Hf之間的規(guī)律性較差，其分布特征(圖4和圖5)指示隨著主要礦物和副礦物的飽和、增長和晶出，Hf、Th、U的濃度變化范圍較大，表現(xiàn)為一種開放系統(tǒng)下鋯石結(jié)晶的特征，其微量元素含量與熔體相關(guān)性降低[32]。結(jié)合個(gè)別鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像(圖6)，其邊部受到一定程度的溶蝕，呈港灣狀，顯示鋯石的結(jié)晶過程是在幕式構(gòu)造的熱流體或熱源的注入中發(fā)生的，不排除重結(jié)晶的可能。因此計(jì)算所得的Ti溫度可以代表這種開放環(huán)境下鋯石的結(jié)晶溫度。

圖6 上其木干花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.6 Zircon CL images for the Shangqimugan granites

鋯石的Hf含量較高，這可能是在高溫熔漿條件下，后期超臨界流體熔解了更多難熔的Hf。根據(jù)研究區(qū)西昆侖地區(qū)具有地幔底侵的特點(diǎn)[33]，地幔源超臨界流體熔解副礦物如金紅石、褐簾石等會(huì)造成Hf含量升高；因此鋯石中較高Hf含量指示著幔源巖漿的底侵。這與研究區(qū)慕士塔格巖體形成的大地構(gòu)造環(huán)境是一致的[34]。

區(qū)內(nèi)花崗巖富含生熱元素Th(平均為36.72×10-6)和K(K2O平均為4.74%)，與地殼克拉克值(Th=13×10-6)[35]和世界A型花崗巖中的Th含量(Th=23×10-6)[36]相比均明顯富集。因此，推測在巖石圈之下存在一個(gè)富含Th、U、K等生熱元素的富集圈，結(jié)合西昆侖造山帶地區(qū)中生代的大地構(gòu)造演化特征[37-38]，晚三疊世早期隨著古特提斯洋向北消減并最終閉合[39-40]，巖石圈發(fā)生拆沉作用[41-43]，地幔上升，地殼減薄，導(dǎo)致等溫線上移，熱軟流圈上涌；大量地幔物質(zhì)注入到下地殼區(qū)，與下地殼物質(zhì)在廣闊的空間范圍內(nèi)相互作用，迫使下地殼發(fā)生部分熔融，并于下地殼巖漿房產(chǎn)生完全混合作用，這種混合巖漿順著經(jīng)過上其木干地區(qū)的喬拉克克—蘇蓋特—阿加爾東斷裂、其木干斷裂帶被動(dòng)侵入，形成沿?cái)嗔褞Х植嫉木吒叻艧嵩氐幕◢弾r。

5 結(jié) 論

本文對西昆侖造山帶上其木干花崗巖中鋯石微量元素、鋯石飽和溫度及Ti溫度進(jìn)行計(jì)算分析，得到以下認(rèn)識(shí)：

(1)從鋯石的Th/U比值、形態(tài)特征、微量元素和稀土元素含量等來看，上其木干花崗巖中的鋯石應(yīng)為典型的巖漿成因。

(2)上其木干花崗巖的鋯石飽和溫度介于772～829 ℃之間，平均值為800 ℃，代表巖漿的形成溫度，屬于高溫花崗巖；鋯石Ti地質(zhì)溫度介于614～634 ℃之間，代表了鋯石的形成溫度，反映一種開放體系下鋯石的結(jié)晶作用。

(3)上其木干花崗巖形成于晚三疊世早期，隨著古特提斯洋向北消減并最終閉合，羌塘地塊與塔里木地塊碰撞拼貼結(jié)束后，在后碰撞板內(nèi)伸展體制下導(dǎo)致軟流圈上涌，巖漿形成的熱源使得西昆侖造山帶增厚的巖石圈下部發(fā)生拆沉作用進(jìn)而導(dǎo)致幔源巖漿底侵。底侵的巖漿沿著區(qū)內(nèi)斷裂帶被動(dòng)侵入形成具高放熱元素的花崗巖。

致謝:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)廖群安教授在論文撰寫過程中給予指導(dǎo)和幫助，劉嶸教授在論文修改過程中提出針對性問題，審稿專家及責(zé)任編輯為完善本文提出了寶貴的意見和建議，在此一并致以誠摯的謝意!