雅滿蘇地區(qū)中酸性巖漿巖同位素年代學特征及意義

黎 嬌，王 高，劉 祥，王 哲，鳳 駿

(1.贛中南地質礦產勘查研究院，江西 南昌 330000；2.江西省地質局工程地質大隊，江西 南昌 330000；3.新疆大學地質與礦業(yè)工程學院，新疆 烏魯木齊 830000；4.新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引言

雅滿蘇地區(qū)跨越多個區(qū)域構造帶，前人對雅滿蘇地區(qū)區(qū)域構造帶的形成、帶內中酸性巖漿巖的成因存在不同認識。曹銳等[1]認為苦水混雜巖帶為晚石炭世形成的弧后盆地；王華星等[2]認為苦水混雜巖帶是黃山地體與星星峽地塊的匯聚拼合構造帶；楊震等[3]認為早石炭世侵入體為造山初期形成的高鉀鈣堿性I型花崗巖，早二疊世侵入體為碰撞后期形成的鈣堿性I型花崗巖，中二疊世侵入體為造山后形成的高鉀鈣堿性A型花崗巖；熊雙才等[4]認為在包含了苦水混雜巖帶的東準噶爾板塊內，堿性花崗巖的成因是由于大量幔源巖漿底侵到下地殼，使該區(qū)仍在垂向增生而產生的巖漿巖；趙宏剛等[5]認為雅滿蘇花崗巖的形成與幔源巖漿內新地殼物質的部分熔融有關，形成于印支中期板內伸展環(huán)境；雷如雄等[6]認為在包含了巴侖臺—星星峽微地塊在內的東天山雅滿蘇地區(qū)，印支期巖漿活動能量源與中—晚石炭世天山陸殼整體進入板內階段有關；羅婷等[7]認為東天山雅滿蘇島弧帶的形成與東天山在石炭紀的俯沖事件有關，且東段早于中段和西段，由東到西的俯沖形式類似于“剪刀”閉合的過程。本文分析研究了雅滿蘇地區(qū)3個構造帶內的中酸性巖漿巖，期望為研究東天山造山帶的構造物質組成、大地構造格局與發(fā)展演化歷史提供新的參考。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)跨越3個區(qū)域構造帶，北部為苦水混雜巖帶，中部為阿齊山—雅滿蘇晚古生代島弧帶，東南部為巴侖臺—星星峽微地塊(圖1)。

①．北天山南緣深斷裂帶；②．吐—哈盆地南緣大斷裂；③．康古爾塔格斷裂帶；④．苦水斷裂；⑤．雅滿蘇大斷裂；⑥．阿奇克庫都克—沙泉子斷裂；⑦．阿克塔格—尖山子大斷裂；⑧．卡拉塔格—石英灘大斷裂；⑨．庫都克塔格—星星峽大斷裂；⑩．大水—紅柳河斷裂；I1．博格達—哈爾力克裂谷-島弧帶；I2．大南湖晚古生代島弧帶；II1．塔里木板塊；II2．覺羅塔格晚古生代溝弧帶；II3．巴侖臺—星星峽微地塊；II4．北天山弧后裂谷褶皺帶。圖1 研究區(qū)構造地質簡圖[2]Fig.1 Tectonic and geological map of the study area[2]

苦水混雜巖帶在大地構造位置上處于塔里木板塊北部活動的邊緣。構造帶內的巖漿巖以華力西期閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖等侵入體為主，華力西晚期還出露有鉀長花崗巖及少量超基性巖[8]。阿齊山—雅滿蘇晚古生代島弧帶為中天山陸塊北部的邊緣弧，廣泛發(fā)育石炭紀至三疊紀的侵入體[9]。巴侖臺—星星峽微地塊又稱為中天山地塊，地塊內發(fā)育華力西早期構造巖漿巖帶，以鈣堿性I型花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖為主，華力西中期以同熔型花崗巖為主，部分陸殼改造型，華力西晚期還發(fā)育堿長花崗巖[6，10]。

2 巖石地球化學特征

2.1 樣品采集與巖性特征

苦水混雜巖帶中部的巖株樣品TW-1為弱蝕變斜長花崗斑巖、具斑狀結構，斑晶主要由斜長石組成，基質主要由微晶粒狀斜長石組成，具泥化。

阿齊山—雅滿蘇晚古生代島弧帶中部的巖脈樣品TW-7為蝕變花崗閃長巖，具花崗結構，主要由斜長石和石英組成；南部的巖脈樣品YQ-27為泥化花崗斑巖，具斑狀結構，斑晶主要由斜長石組成，基質主要由微粒狀正長石組成。

巴侖臺—星星峽微地塊西北部的樣品YQ-29為花崗斑巖，具斑狀結構，斑晶和基質主要由鉀長石組成。西北部的巖脈樣品TW-9為蝕變花崗閃長巖，具花崗結構，由斜長石、石英、角閃石等組成。

2.2 巖石地球化學特征

樣品的主量元素、微量元素以及稀土元素的測試分析由新疆維吾爾自治區(qū)礦產實驗研究所完成，每個樣品重約0.5 kg。主量元素采用X射線熒光法測定，樣品熔成玻璃餅后用X射線熒光光譜測試，于烘烤箱中高溫烘烤1.5 h，得到巖石的燒失量，測試精度高于1%。微量元素和稀土元素采用兩酸高壓反應釜溶樣方法進行溶解，使用等離子質譜儀測定其元素含量。巖石地球化學圖解使用Geokit軟件制作[11]。各樣品主量元素、微量元素、稀土元素數(shù)據(jù)及特征參數(shù)見表1。

表1 研究區(qū)樣品主量元素、微量元素和稀土元素含量及特征參數(shù)Tab.1 Content and characteristic parameters of major,trace elements and REE from samples of the sudy area

在TAS圖解(圖2)上，TW-9落入花崗閃長巖系列中，其余樣品都落入花崗巖系列中。在巖石系列SiO2-K2O圖解(圖3)上，TW-1落入鈣堿性系列，TW-9落入高鉀鈣堿性系列和鈣堿性系列的過渡界線上，其余樣品落入高鉀鈣堿性系列。

圖2 研究區(qū)花崗巖TAS圖解Fig.2 TAS classification diagram of granites in the study area

圖3 研究區(qū)花崗巖SiO2-K2O圖解Fig.3 SiO2-K2O diagram of granites in the study area

樣品的Al2O3含量為13.68%～15.94%，具有準鋁質-過鋁質特征。巖石的成巖物質主要來源于地殼中上部，軟流圈或拆沉的巖石圈部分熔融產生的巖漿，一部分沿殼幔界面?zhèn)认蚵餍纬傻浊郑硪徊糠稚仙笤诘貧ぶ猩喜總认蚵餍纬蓛惹?，內侵熱量造成地殼巖石發(fā)生部分熔融分凝和上升[12]。其中TW-1的A/CNK值最高，指示其成巖來源中可能混入了少量幔源物質。在A/CNK-A/NK圖解(圖4)上，TW-1表現(xiàn)出過鋁質特征，其余樣品都落在準鋁質-過鋁質的過渡界線上。SiO2-Zr花崗巖分類圖解(圖5)顯示TW-1樣品落入I型花崗巖，其他樣品均落入S型花崗巖。

圖4 研究區(qū)花崗巖A/CNK-A/NK圖解Fig.4 A/CNK-A/NK diagram of granites in the study area

圖5 研究區(qū)花崗巖SiO2-Zr圖解Fig.5 SiO2-Zr diagram of granites in the study area

TW-9的分異指數(shù)(DI)最小，為69.29，其他樣品的分異指數(shù)處于8.17～90.54之間，說明TW-9花崗閃長巖的結晶分異時間短，不夠充分，不同構造帶之間和同一構造帶內的巖漿分異演化特征均存在差異。TW-1樣品的里特曼指數(shù)σ為1.41，說明TW-1花崗斑巖的物質來源中可能有幔源物質，與SiO2-Zr花崗巖分類圖解的分類一致(圖5)。

樣品的稀土元素總量偏低，稀土配分曲線整體右傾(圖6)。輕稀土相對富集，重稀土相對平坦，具有較高的(La/Yb)N值和LREE/HREE值，較低的負Eu異常。其中TW-1樣品的(La/Yb)N值和LREE/HREE值最高(表1)，表現(xiàn)出了一定的差異性。

圖6 研究區(qū)花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns from granites of the study area

樣品的原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7)顯示，TW-1中Rb、K、U、La、Zr、Hf、Yb、Y、Lu富集，Nb、Sr、P、Ti等虧損；TW-9中Rb、K、U、La、Zr、Sr、Hf、Yb、Y、Lu富集，Nb、Ti等虧損。樣品的Nd/Th值和Nb/Ta值與殼源巖石相當(Nd/Th≈3，Nb/Ta≈12)，而明顯低于幔源巖石(Nd/Th>15，Nb/Ta≈22)[13-14]，指示雅滿蘇地區(qū)的花崗類巖石是地殼物質部分熔融，而非幔源巖漿演化的產物。同時TW-1的Nd/Th值和Nb/Ta值高于其他樣品，其物質來源中可能混有少量的幔源物質。

圖7 研究區(qū)花崗巖原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element patterns from granies of the study area

5個樣品的主量元素、微量元素和稀土元素含量特征顯示3個構造帶內中酸性花崗巖樣品的地球化學特征存在差異，說明3個構造帶經(jīng)歷了不同性質的構造運動，導致后期形成巖體的物質來源、巖性特征、構造環(huán)境都有截然不同的特征。

3 年代學特征

鋯石中的Th、U含量和Th/U值可以指示鋯石的成因，巖漿鋯石的Th、U含量一般較高，Th/U值大于0.1[15-18]。本研究選取樣品TW-1和TW-7進行鋯石U-Pb同位素年代學分析，2組樣品的Th/U值均大于0.1，指示典型的巖漿成因。

原巖樣品經(jīng)分選等步驟后分離出鋯石單礦物，挑選透明、晶形完好、無裂隙、未蝕變的鋯石顆粒清洗拋光。鋯石制靶、鋯石激光原位U-Pb同位素分析測試均由武漢上譜分析科技有限責任公司完成。陰極發(fā)光圖像(圖8)顯示，鋯石結晶良好，內部結構較為清晰，具有明顯的生長震蕩環(huán)帶。

圖8 TW-1花崗斑巖(a)和TW-7花崗閃長巖(b)鋯石CL陰極發(fā)光圖像及年齡值Fig.8 CL images and ages of zircon from TW-1 granite porphyry (a)and TW-7 granodiorite (b)

測年結果和U-Pb年齡諧和圖見表4和圖9。TW-1花崗斑巖的206Pb/238U測年結果為307～285 Ma，加權平均年齡為(295.1±5.4)Ma(MSWD=5.7，n=10)；TW-7花崗閃長巖的206Pb/238U測年結果為290～272 Ma，加權平均年齡為(285.1±2.1)Ma(MSWD=7.9，n=20)(表4，圖9)。2個樣品的形成時代均為早二疊世，屬海西期巖漿巖。

表4 TW-1花崗斑巖和TW-7花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結果Tab.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic compositions and dating results of TW-1 granite porphyry and TW-7 granodiorite

(續(xù)表)

圖9 TW-1花崗斑巖(左)和TW-7花崗閃長巖鋯石(右)U-Pb年齡諧和圖Fig.9 U-Pb concordia diagrams of TW-1 granite porphyry (left)and TW-7 granodiorite (right)

4 討論

4.1 構造環(huán)境分析

C/MF-A/MF圖解(圖10)表明，研究區(qū)大部分花崗巖類為殼源變質碎屑巖和泥質巖部分熔融的產物，符合板塊縫合帶島弧消亡進入后造山階段的花崗巖類的主要特征。微量元素(Y+Nb)-Rb圖解和Rb/10-Hf-3Ta圖解表明3個構造帶內的花崗巖均為火山弧花崗巖；R1-R2構造環(huán)境判別圖解表明3個構造帶內的花崗巖均為同碰撞花崗巖類，TW-9為碰撞后隆起期花崗巖。

從各圖解看，3個構造帶內的花崗巖類成巖構造環(huán)境相似，結合同位素年代學特征，反映了一個碰撞俯沖—隆起—碰撞俯沖—板內伸張的過程。

(a) C/MF-A/MF圖解[19] (b) (Y+Nb)-Rb圖解[20]

4.2 地質意義

根據(jù)同位素年代學特征與構造判別圖解，分析了研究區(qū)構造演化歷史(圖11)。從雅滿蘇地區(qū)北部的苦水混雜巖帶到南部的巴侖臺—星星峽微地塊可能存在一個連續(xù)的花崗質巖漿演化帶。巖石地球化學分析顯示這個連續(xù)的花崗質巖漿演化帶所屬的構造特征存在差異，體現(xiàn)了該地區(qū)構造演變的復雜性。

圖11 研究區(qū)構造演化歷史Fig.11 Tectonic evolution history of the study area

早二疊世早期，古康古爾洋向南側的阿齊山—雅滿蘇晚古生代島弧帶俯沖[22]，在接觸帶形成了消減帶雜巖體，同時也形成了大量的輝長巖巖體[8]。該巖體表現(xiàn)出俯沖背景I型花崗巖的地球化學特征，形成于大陸邊緣島弧環(huán)境。在早二疊世碰撞造山階段(如TW-1，295.1 Ma)，花崗斑巖的侵入成型。

隨著古特提斯洋向北天山地塊俯沖碰撞造山，古康古爾洋的俯沖基本結束[23]，阿齊山—雅滿蘇帶進入碰撞后伸展階段。山根拆沉作用導致軟流圈地幔上升，板塊俯沖熔融，在阿齊山—雅滿蘇構造帶形成大量玄武巖[24-25]，同時使該帶內的沉積砂巖重熔，形成地殼重熔S型花崗巖類(如TW-7，285.1 Ma)。

早三疊世印支早期，古特提斯洋向北的俯沖和碰撞基本結束，中天山板塊板內發(fā)生伸展作用，由于伸展作用容易發(fā)生在造山帶與古陸的斂合部位，在阿奇克庫都克—沙泉子斷裂周邊形成大量的碰撞后花崗巖類(如TW-9，248.8 Ma，未發(fā)表)，該花崗巖類巖石的地球化學特征既不是幔源巖漿分異的產物，也不是幔源巖漿與殼源的酸性巖漿在深部巖漿房混合的產物，而是由原生的下陸殼中-高鉀的變質玄武巖在高溫和高壓條件下部分熔融的結果[5,26-28]。

從整個區(qū)域的地質情況可以看出，古特提斯洋向北俯沖碰撞的能級和影響范圍遠大于康古爾洋向南的俯沖碰撞。

5 結論

(1)巖石年代學研究顯示在295.1 Ma和285.1 Ma研究區(qū)發(fā)生了2次構造巖漿作用，從北部的苦水混雜巖帶到南部的巴侖臺—星星峽微地塊可能存在一個連續(xù)的花崗質巖漿演化帶。巖石地球化學分析顯示這個連續(xù)的花崗質巖漿演化帶所屬的構造特征存在差異，體現(xiàn)了該地區(qū)構造演變的復雜性。

(2)區(qū)域內巖石地球化學和同位素年代學特征表明在雅滿蘇地區(qū)附近，古特提斯洋向北俯沖碰撞的能級和影響范圍可能遠大于康古爾洋向南的俯沖碰撞。

致謝：在野外地質調查過程中，得到了新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院穆利修主任和新疆大學弓小平教授的精心指導，新疆大學的學生一起參與了野外地質調查。武漢上譜分析科技有限責任公司協(xié)助進行了U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)處理。在此一并表示衷心感謝。