東天山東段國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石成因與構(gòu)造意義
——年代學(xué)和地球化學(xué)約束

賀昕宇方同輝薄賀天劉海鵬張忠義肖文進(jìn)

1.有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心,北京 100012;

2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第五地質(zhì)大隊(duì),河南 鄭州 450016

0 引言

造山帶研究一直是國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn) (Bagas et al., 2010; Wang et al., 2016a, 2017;Deng et al., 2017a;Xiao et al., 2018;計(jì)文化等,2020),而中亞造山帶是全球最大規(guī)模的增生型造山帶和顯生宙大陸地殼生長(zhǎng)最顯著的地區(qū)(秦克章等,2017;Xiao et al., 2020),伴隨多期次殼-幔相互作用與巖漿活動(dòng) (Jahn, 2004;Windley et al., 2007; Xiao et al., 2010; Muhtar et al., 2021)。東天山—北山地區(qū)位于中亞造山帶最南部,是中國(guó)重要的金屬成礦帶,相關(guān)學(xué)者在該區(qū)域大地構(gòu)造格架與演化、巖漿與成礦作用等方面的研究取得了一系列成果和認(rèn)識(shí)(韓春明等,2002;王宗秀等,2003,2008;方維萱等,2006a,2006b,2021;Deng and Wang, 2016;計(jì)文化等,2017;龍靈利等,2019;王國(guó)燦等,2019;張連昌等,2021)。研究多集中于古生代構(gòu)造-巖漿-成礦事件和新生代構(gòu)造演化,對(duì)于二疊紀(jì)—三疊紀(jì)構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)仍存在分歧,尤其是晚二疊世—中三疊世陸內(nèi)構(gòu)造背景,存在碰撞造山(吳艷爽等,2013)、碰撞向后碰撞過(guò)渡 (Deng et al., 2017b)、后碰撞環(huán)境(王玉往等,2008;王琦崧,2019)、板內(nèi)環(huán)境 (朱江等,2013;王銀宏等,2015;Zhang et al., 2017; Lei et al., 2020; Feng and Zheng, 2021;張連昌等,2021)等不同觀點(diǎn)。近年來(lái),東天山地區(qū)陸續(xù)報(bào)道了一系列晚二疊世—中三疊世侵入巖以及與之相關(guān)的金屬礦床,表明成礦作用與巖漿活動(dòng)關(guān)系密切(張達(dá)玉等, 2009;吳艷爽等,2013;Deng et al., 2017b;李通國(guó)等,2018;賀昕宇,2019;吳昌志等,2021),造山帶的火成巖-構(gòu)造組合為恢復(fù)造山帶演化歷史提供了依據(jù)和約束(莫宣學(xué)等,2001)。因此,晚二疊世—中三疊世巖漿巖的進(jìn)一步工作對(duì)于厘清東天山—北山印支期大地構(gòu)造演化和指導(dǎo)相關(guān)找礦工作至關(guān)重要。

東天山東段國(guó)寶山地區(qū)出露有一系列晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石,包括花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖和天河石花崗巖,是研究東天山晚二疊世—中三疊世花崗巖與構(gòu)造背景的理想?yún)^(qū)域。相關(guān)學(xué)者對(duì)其中的二長(zhǎng)花崗巖和天河石花崗巖進(jìn)行了一定的年代學(xué)和地球化學(xué)工作(賈志磊,2014;張岱,2015;楊興武等,2017;Zhang et al., 2017;李通國(guó)等,2018;賀昕宇,2019;吳昌志等,2021),但對(duì)于其他花崗質(zhì)巖石尚沒(méi)有進(jìn)行深入研究。這一系列花崗質(zhì)巖石之間是否具有成因上的聯(lián)系?整個(gè)印支期東天山地區(qū)是否處于同一構(gòu)造背景之下?這些科學(xué)問(wèn)題的解決,將有助于晚二疊世—中三疊世東天山大地構(gòu)造演化的深入研究。

文章基于紅柳井、星星峽以及星星峽東山地區(qū)1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)與礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作,以東天山東段國(guó)寶山地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖4種花崗質(zhì)巖石為研究對(duì)象,進(jìn)行鋯石U-Pb定年與巖石地球化學(xué)分析,并通過(guò)與天河石花崗巖在成巖年齡、巖石成因與巖漿演化、構(gòu)造背景方面的對(duì)比研究,嘗試建立東天山晚二疊世—中三疊世構(gòu)造演化機(jī)制,以期此次研究成果可為該區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)研究提供參考。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于新疆和甘肅兩省交界處,星星峽鎮(zhèn)西南側(cè),大地構(gòu)造位置屬于中亞造山帶最南端的中天山地塊,夾持于南天山增生造山帶和北天山增生造山帶之間,南北分別以卡瓦布拉克斷裂和阿其克庫(kù)都克-沙泉子斷裂為界,整體呈東西向展布(圖1)。國(guó)寶山地區(qū)出露地層主要為新太古—古元古代天湖巖群、長(zhǎng)城紀(jì)星星峽巖群、薊縣紀(jì)卡瓦布拉克巖群以及新生代沖洪積物(圖2)。研究區(qū)斷層較為發(fā)育,在天湖巖群、星星峽巖群、卡瓦布拉克巖群中褶皺發(fā)育,亦有新生代逆沖推覆構(gòu)造和山體隆升記錄(舒良樹(shù)等,2004;王宗秀等,2008)。區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育,主要出露新元古代英云閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖、泥盆紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖、石炭紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖、早二疊世二長(zhǎng)花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖、晚二疊世—中三疊世花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖以及天河石花崗巖,巖體整體呈北東—北東東走向(圖2)。

圖1 中亞造山帶和東天山地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of the Central Asian Orogen Belt and the eastern Tianshan Mountains(a) The Central Asian Orogenic Belt (CAOB) (modified after Xiao et al., 2010); (b) The eastern Tianshan Mountains (modified after Zhang et al., 2016)

圖2 國(guó)寶山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.2 Geological sketch map of the Guobaoshan area

2 巖石學(xué)特征

國(guó)寶山地區(qū)晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石主要包括花崗閃長(zhǎng)巖(圖3a)、二長(zhǎng)花崗巖(圖3b)、石英正長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖5種。其中,花崗閃長(zhǎng)巖包含中細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖以及斑狀花崗閃長(zhǎng)巖2種巖相(圖3c、3d),巖體中亦可見(jiàn)暗色包體(圖3d);正長(zhǎng)花崗巖包含中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖以及正長(zhǎng)花崗質(zhì)細(xì)晶巖2種巖相(圖3e);天河石花崗巖主體為中粒結(jié)構(gòu)(圖3f),局部發(fā)育偉晶巖脈。晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石與天湖巖群、卡瓦布拉克巖群等前寒武紀(jì)地層以及泥盆紀(jì)花崗質(zhì)巖石呈侵入接觸關(guān)系(圖3g),局部可見(jiàn)天湖巖群片麻巖和泥盆紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖捕虜體,捕虜體邊部具有烘烤邊(圖3h),泥盆紀(jì)深灰色花崗閃長(zhǎng)巖捕虜體受二疊世—中三疊世花崗巖改造,色率降低,呈淺灰色(3i)。

圖3 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石野外照片F(xiàn)ig.3 Photos of Late Permian-Middle Triassic granitoid outcrops in the Guobaoshan area(a) Granodiorite; (b) Medium-fine grained monzonitic granite; (c) Contact segment between porphyroid and medium-fine grained granodiorites; (d) Mafic microgranular enclave in porphyroid granodiorite; (e) Medium-fine grained granodiorite cut by aplitic syenogranite dyke; (f) Amazonite granite; (g) Contact segment between medium-fine grained granodiorite and gneiss of the Tianhu Complex; (h) Xenolith of gneiss of the Tianhu Complex in medium-fine grained granodiorite; (i) Xenolith of middle Devonian granodiorite in Permian porphyroid granodiorite

中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖具半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、黑云母、角閃石組成。斜長(zhǎng)石呈半自形粒狀或柱狀,粒徑0.8～4.8mm,發(fā)育卡鈉復(fù)合雙晶和環(huán)帶,含量約47%～65%;鉀長(zhǎng)石呈粒狀,粒徑0.45～4.8mm,含量約10%～15%;石英呈他形粒狀,粒徑0.56～4mm,含量約10%～25%;黑云母呈褐色,片徑0.16～2.4mm,含量約5%～8%;角閃石呈自形粒狀或柱狀,粒徑0.4～1.6mm,含量約2%～3%(圖4a)。斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的斑晶為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石,粒徑5～15mm,含量約占25%,基質(zhì)礦物成分與中細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖近似。

二長(zhǎng)花崗巖具中細(xì)粒結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石和少量角閃石、黑云母組成,副礦物為鋯石、磷灰石、榍石等。石英呈他形粒狀,粒徑0.2～4.5mm,含量約占24%～26%;斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,粒徑0.2～3.6mm,含量約占27%～48%,見(jiàn)聚片雙晶發(fā)育,偶見(jiàn)環(huán)帶狀結(jié)構(gòu);鉀長(zhǎng)石呈他形粒狀,粒徑0.2～3.5mm,含量約占33%～40%,見(jiàn)格子雙晶發(fā)育;角閃石呈綠色柱狀,粒徑0.2～2.5mm,含量約占5%;黑云母呈褐色片狀,粒徑0.2～1.0mm,含量約占2%(圖4b)。

石英正長(zhǎng)巖具半自形—他形結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母組成。斜長(zhǎng)石呈半自形柱狀,粒徑0.2～1mm,有的具環(huán)帶,含量約20%～25%;堿性長(zhǎng)石包括鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石,呈他形粒狀,粒徑0.2～1.2mm,表面比較干凈,雙晶不發(fā)育,可見(jiàn)格子雙晶和條紋,含量約63%～68%;石英呈他形粒狀,粒徑0.1～2mm,具波狀消光,含量約5%～10%;黑云母呈褐色,片徑0.14～0.7mm,含量約2%;角閃石呈綠色,含量約1%～2%;另有少量金屬礦物,粒徑0.08～0.4mm(圖4c)。

正長(zhǎng)花崗巖具半自形粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石組成,含少量黑云母。鉀長(zhǎng)石呈他形粒狀,粒徑0.6～2mm,可見(jiàn)格子雙晶或者不發(fā)育雙晶,常包裹細(xì)粒的斜長(zhǎng)石,含量約60%～65%;斜長(zhǎng)石呈半自形柱狀或粒狀,粒徑0.3～1.8mm,卡鈉復(fù)合雙晶發(fā)育,含量約15%～20%;石英呈他形粒狀,粒徑0.8～4mm,波狀消光,含量約20%;黑云母呈褐綠色,片徑0.8～1.6mm,含量不足1%(圖4d)。正長(zhǎng)花崗巖局部以細(xì)晶巖脈形態(tài)產(chǎn)出,寬約0.5～1m,長(zhǎng)可達(dá)1km,切穿花崗閃長(zhǎng)巖。

圖4 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石鏡下照片F(xiàn)ig. 4 Microphotographs of the Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area(a) Granodiorite; (b)Monzogranite; (c) Quartz syenite; (d) Syenogranite Or-Orthoclase; Qtz-Quartz; Pl-Plagioclase; Bt-Biotite; Hbl-Hornblende

3 樣品加工與實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試用巖石樣品采集自國(guó)寶山南側(cè)、星星峽、紅柳井以及轉(zhuǎn)井一帶(圖2),巖性為花崗閃長(zhǎng)巖(樣品編號(hào):2-4、2-6、12-2、30-2、38-1、38-2)、二長(zhǎng)花崗巖(樣品編號(hào):2-1、12-4)、石英正長(zhǎng)巖(樣品編號(hào):11-14)、正長(zhǎng)花崗巖(樣品編號(hào):11-12),采樣時(shí)選取新鮮、未蝕變的巖石樣品。

對(duì)上述樣品進(jìn)行全巖主量、微量與稀土元素測(cè)試,分析在華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素測(cè)試儀器為PW2404 X射線熒光光譜儀,采用X-熒光光譜法(XRF),精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。微量元素測(cè)試儀器為ELEMENT XR等離子體質(zhì)譜分析儀,采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS),分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%。分析結(jié)果見(jiàn)表1。

同時(shí),選取2件花崗閃長(zhǎng)巖樣品(樣品編號(hào):2-6、12-2)進(jìn)行鋯石U-Pb定年測(cè)試。鋯石分選于河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。首先將樣品粉碎,經(jīng)過(guò)淘洗、電磁、重液分選進(jìn)行分離,再通過(guò)雙目鏡挑選粒度大、裂痕及包體較少的鋯石,將優(yōu)選的鋯石粘在環(huán)氧樹(shù)脂內(nèi)并打磨拋光,露出鋯石表面,制作成靶。最后進(jìn)行透射光、反射光、陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。鋯石制靶、CL圖像采集由北京鋯年領(lǐng)航公司完成。參照鋯石CL圖像,進(jìn)行鋯石LA-MC-ICP-MS測(cè)年分析點(diǎn)的選擇。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年實(shí)驗(yàn)由北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司完成,采用儀器為Anlyitik Jena PQMS Elite ICP-MS及與之配套的ESI NWR 193 nm 準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕斑束直徑為25 μm,頻率為10 Hz,能量密度約2.37 J/cm2,以He為載氣。鋯石U-Pb定年以標(biāo)樣GJ-1為外標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)算 (Liu et al., 2010)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMS Data Cal程序,測(cè)量中絕大多數(shù)分析點(diǎn)206Pb/204Pb>1000,未進(jìn)行普通鉛校正。鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 巖石地球化學(xué)

國(guó)寶山正長(zhǎng)花崗巖在R1-R2巖性判別圖解中落入堿性花崗巖范圍,與天河石花崗巖相似(賀昕宇,2019),其他二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石都落入二長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖范圍,判別結(jié)果與鏡下鑒定基本一致(圖5a)。

晚二疊世—中三疊世巖體整體以富硅(SiO2=69.2%～75.7%)、富堿(Na2O+K2O=6.99%～8.25%)為特征(圖5b)。其中花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖主要為鉀質(zhì)(Na2O/K2O值在0.61～0.98;除1個(gè)花崗閃長(zhǎng)巖為1.30),較為富鎂(FeOT/MgO值在2.91～8.14),分異指數(shù)較高(DI值在78.3～88.6),而正長(zhǎng)花崗巖表現(xiàn)出鈉質(zhì)(Na2O/K2O=1.14)和鐵質(zhì)(FeOT/MgO=15.33)特征,分異指數(shù)更高(DI=94.3),與天河石花崗巖類(lèi)似(Na2O/K2O值在1.35～1.55,FeOT/MgO值在4.11～57.77,DI值在94.0～95.8;表1)。

圖5 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石巖性判別圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.5 Geochemical discrimination diagrams for the Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) R1-R2 diagram (after De La Roche et al., 1980); (b) AR-SiO2 diagram (after Wright, 1969)1-Alkali gabbro; 2-Olivine gabbro; 3-Norite gabbro; 4-Syenogabbro; 5-Monzogabbro; 6-Gabbro; 7-Syenodiorite; 8-Monzonite; 9-Monzodiorite; 10-Diorite; 11-Nepheline syenite; 12-Syenite; 13-Quartz syenite; 14-Quartz monzonite; 15-Tonalite; 16-Alkali granite; 17-Syenogranite; 18-Monzogranite; 19-Granodiorite

表1 國(guó)寶山花崗質(zhì)巖石主量元素(%)、微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 1 Major (%) and trace (×10-6) elements compositions of the granitoids in the Guobaoshan area

正長(zhǎng)花崗巖的微量元素、稀土元素配分模式曲線與天河石花崗巖基本一致,但與花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖差異較大(圖6)。正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖都富集Ta、Rb、Th以及重稀土元素,明顯虧損La、Ce、Sr、P、Eu、Ti、Y,輕稀土相對(duì)重稀土更富集(LREE/HREE=0.86),稀土配分曲線呈海鷗式分布,具明顯Eu負(fù)異常(δEu=0.03);花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖富集La、Eu,Y無(wú)明顯負(fù)異常,Ce、Sr、P、Ti虧損較前者不明顯,重稀土元素相對(duì)輕稀土更富集(LREE/HREE=5.11～17.17),稀土配分曲線整體右傾,呈弱Eu負(fù)異常(δEu=0.40～0.68)。

圖6 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石蜘蛛圖(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.6 Spidergrams of the Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) Primitive mantle normalized spidergram of Late Permian-Middle Tirassic granitoid (The primitive mantle normalization values are from Sun and McDonough, 1989); (b) Chondrite normalized REE distribution pattern of Triassic granitoid (The chondrite normalization values are from Boynton, 1984).

4.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

根據(jù)鋯石透射光、反射光照片和鋯石CL圖像,將測(cè)試的鋯石分為2類(lèi):第1類(lèi)鋯石整體呈長(zhǎng)柱狀,少量短柱狀,震蕩環(huán)帶發(fā)育,顯示出巖漿鋯石特征,核-邊結(jié)構(gòu)發(fā)育,樣品2-6鋯石主要為該類(lèi)型(圖7a);第2類(lèi)鋯石呈長(zhǎng)柱狀—短柱狀,核-邊結(jié)構(gòu)發(fā)育,部分鋯石邊部呈云霧狀,仍保留震蕩環(huán)帶,該類(lèi)鋯石測(cè)年結(jié)果多數(shù)不理想,樣品12-2鋯石主要為該類(lèi)型(圖7b)。

鋯石測(cè)點(diǎn)位置多位于巖漿鋯石邊部震蕩環(huán)帶處,個(gè)別位于核部繼承鋯石處,但由于部分巖漿鋯石發(fā)生蛻晶化,致使放射成因Pb丟失,原有U-Pb體系受到影響,獲得的有效鋯石年齡有限。通過(guò)LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年,樣品2-6獲得3個(gè)有效鋯石年齡,分別為250.0±3.9 Ma、250.9±3.3 Ma和255.4±4.0 Ma,同時(shí)獲得3個(gè)繼承鋯石年齡,分別為269.5±4.7 Ma、300.0±5.6 Ma和294.9±3.4 Ma(表2,圖7c);樣品12-2獲得4個(gè)有效年齡,表面年齡介于245.3～234.8 Ma之間(表2,圖7d),該年齡僅供參考。

表2 國(guó)寶山花崗質(zhì)巖石鋯石U-Pb測(cè)年分析結(jié)果Table 2 Results of zircon U-Pb dating for the granitoids in the Guobaoshan area

圖7 國(guó)寶山花崗閃長(zhǎng)巖鋯石CL圖像和測(cè)年結(jié)果Fig.7 Cathodoluminescence images and dating results of the granodiorites in the Guobaoshan area(a and b) CL images of the zircons; (c and d) Concordia diagrams for LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the granodiorites

5 討論

5.1 形成時(shí)代

對(duì)于東天山國(guó)寶山地區(qū)這一系列花崗質(zhì)巖石年齡,相關(guān)學(xué)者報(bào)道的時(shí)代跨度較大,主要有志留紀(jì)—泥盆紀(jì)(427～406 Ma;賈志磊,2014;張岱,2015)、石炭紀(jì)(崔繼崗等,2014)、三疊紀(jì)(247～240 Ma;Zhang et al., 2017;李通國(guó)等,2018;賀昕宇,2019;吳昌志等,2021)。如此大的年齡范圍可能是由于該系列花崗質(zhì)巖石分異程度較高,其溫度往往較低,溶解Zr含量有限,難以結(jié)晶巖漿鋯石,且受?chē)鷰r物質(zhì)影響顯著(吳福元等,2017),因此有較多的古生代年齡。志留紀(jì)—泥盆紀(jì)的年齡(賈志磊,2014;張岱,2015)多來(lái)自鋯石核部測(cè)點(diǎn),可能是繼承鋯石的年齡,代表志留系—泥盆系圍巖對(duì)花崗巖成巖的貢獻(xiàn)。而石炭紀(jì)的時(shí)代是通過(guò)與白石渡泉1∶5萬(wàn)區(qū)調(diào)報(bào)告報(bào)道的二長(zhǎng)花崗巖(李海峰和高平,2009)對(duì)比,參照其年齡而確定的(崔繼崗等,2014),缺乏直接的證據(jù)。同時(shí),相關(guān)學(xué)者研究還獲得了288～262 Ma的年齡(賈志磊,2014;張岱,2015),與此次研究獲得的300～270Ma繼承鋯石年齡近似,表明成巖過(guò)程中晚石炭世—中二疊世花崗巖也有貢獻(xiàn)。因此,這一系列花崗質(zhì)巖石形成時(shí)代應(yīng)晚于古生代。此次工作獲得的花崗閃長(zhǎng)巖255～250 Ma的鋯石U-Pb年齡,與之前報(bào)道的國(guó)寶山二長(zhǎng)花崗巖年齡(246 Ma;Zhang et al., 2017)相近,為晚二疊世—早三疊世,早于國(guó)寶山天河石花崗巖中三疊世(247～240 Ma)的年齡(賀昕宇,2019;吳昌志等,2021)。

5.2 巖石成因

國(guó)寶山正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖都具富堿、鐵質(zhì)的特征 (圖8a、8b),Ga/Al>2.6,P、Ti、Co、Ni、V、Cr含量較低,稀土配分曲線整體呈右傾的海鷗式分布(圖6b),具A型花崗巖特征(Whalen et al., 1987; Frost et al., 2001; Wang et al., 2016b)。在A/I型花崗巖判別圖解中,落入A型花崗巖區(qū)域(圖8c),因此認(rèn)為正長(zhǎng)花崗巖屬于典型的A型花崗巖。在A型花崗巖判別圖解中,正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖主要落入非造山A型花崗巖范圍(圖8d、8e)。而花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖則具有鎂質(zhì)特征(圖8a、8b),在A/I型花崗巖判別圖解中,落入I型花崗巖區(qū)域(圖8c),P2O5隨SiO2增加而降低(表1),表明這3種巖石屬于I型花崗巖。

圖8 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石判別圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.8 Discrimination diagrams for Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) SiO2-FeO/(FeO+MgO) diagram (after Frost et al.,2001); (b) SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) diagram (after Frost et al., 2001); (c) SiO2-Zn diagram (after Collins et al., 1982); (d) 1000Ga/Al-R1 diagram (after Hong et al., 1995; PA-Post orogenic A-type granite; AA-Anorogenic A-type granite); (e) Nb-Y-3Ga diagram (after Eby, 1992); (f) Nb/Yb-Th/Yb diagram (after Condie, 2005; UC-Upper crust; MC-Middle crust; LC-Lower crust; PM-primary mantle; OIB-Oceanic island basalt; N-MORBNormal Mid-ocean ridge basalt; E-MORB-Enriched Mid-ocean ridge basalt)

在哈克圖解中,花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖的SiO2與TiO2、FeO、CaO、MgO、P2O5展示出明顯的負(fù)相關(guān)性(圖9),而正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖與上述巖石沒(méi)有明顯的線性關(guān)系,有明顯的成分間斷,表明正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖組合與花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖組合不屬于同一巖漿演化序列,為兩期不同的巖漿活動(dòng)產(chǎn)物。

圖9 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石哈克圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.9 Representative variation diagrams of major element compositions versus SiO2 for Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019)(a) SiO2-Fe2O3 diagram; (b) SiO2-TiO2 diagram; (c) SiO2-FeO diagram; (d) SiO2-CaO diagram; (e) SiO2-MgO diagram; (f) SiO2-P2O5 diagram

正長(zhǎng)花崗巖顯著的Eu和Sr負(fù)異常指示巖漿房有較強(qiáng)的斜長(zhǎng)石堆晶作用,Ti、Nb虧損和Ta富集指示榍石的分離結(jié)晶,較低的LREE值表明存在獨(dú)居石或褐簾石的分離結(jié)晶,與天河石花崗巖相似;螢石的出現(xiàn),以及較高的HREE及Ta含量,指示高分異的巖漿中含有大量F,因?yàn)镠REE、Ta、Rb易與F形成絡(luò)合物遷移(Ponader and Brown, 1989;顧連興等,2007;趙振華,2016),同時(shí)Ta與F的絡(luò)合物相比于Nb更容易進(jìn)入氣相(趙振華等,2008),因此Ta富集與巖漿分異程度呈正相關(guān)(賈志磊,2014)。北山地區(qū)巖漿成因的白頭山銣礦1∶1萬(wàn)土壤地球化學(xué)測(cè)量結(jié)果表明Rb與F具有良好的相關(guān)性(于俊博,2015),顧連興等(2003,2007)在對(duì)東天山白石頭泉高銣花崗巖的研究中發(fā)現(xiàn),F含量與巖漿演化程度呈正比,因此高分異花崗巖F含量的增加可能是天河石花崗巖Rb富集的原因?；◢忛W長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖組合SiO2與CaO負(fù)相關(guān)性以及弱Eu負(fù)異常表明有斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶,SiO2與FeO、TiO、CaO、MgO、P2O5負(fù)相關(guān)性表明有鎂鐵質(zhì)礦物、磷灰石等的分離結(jié)晶;同時(shí)相對(duì)較低的HREE、Ta、Rb含量,以及Nb、Ta不明顯的正、負(fù)異常差異都表明巖漿中F含量較低,也說(shuō)明了該組合巖漿與正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖組合屬不同巖漿序列。

研究表明,Rb和F易富集于云母等片狀礦物中(Cerny et al., 1985),而相關(guān)學(xué)者的研究成果也認(rèn)為東天山地區(qū)國(guó)寶山、白石頭泉天河石花崗巖源巖為中地殼的云母片麻巖,巖漿中Rb和F來(lái)自于云母的分解(顧連興等,2007;賈志磊,2014)。在Nb/Yb-Th/Yb圖解中(圖8f),正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖主要落入下地殼和中地殼之間,表明物質(zhì)來(lái)源主要是中地殼片麻巖和下地殼物質(zhì);花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖主要落入中地殼與上地殼之間,綜合巖體中天湖巖群片麻巖、泥盆紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖殘留體 (圖3h、3i),以及志留紀(jì)—中二疊世繼承鋯石的出現(xiàn),表明其成巖物質(zhì)來(lái)源除了中地殼天湖巖群片麻巖,還有上地殼的老花崗質(zhì)巖體,如上所述,較低的F含量指示中地殼富含云母的片麻巖參與有限,巖漿主要是由上地殼貢獻(xiàn)。

5.3 構(gòu)造背景

國(guó)寶山地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖組合在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)圖解中(圖10a),主要落入后造山范圍;正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖組合主要落入裂谷+造陸抬升范圍,進(jìn)一步判別屬于造陸抬升背景下的花崗巖(圖10b)。相似的,在SiO2-Nb圖解和Rb/10-Hf-3Ta圖解中,花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖組合主要落入碰撞背景范圍內(nèi);正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖組合落入板內(nèi)+洋脊花崗巖范圍(圖10c、10d),進(jìn)一步判別前者屬于后碰撞環(huán)境下形成的花崗巖(圖10e),后者屬于板內(nèi)花崗巖(圖10f),與其非造山屬性一致(圖8d、8e)。

圖10 國(guó)寶山晚二疊世—中三疊世花崗質(zhì)巖石構(gòu)造環(huán)境判別圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.10 Tectonic setting discrimination diagrams for Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) diagram (after Maniar and Piccoli, 1989; RRG-Rift-related granitoids; CEUG-Continental epeirogenic uplift granitoids; POG-Postorogenic granitoids; IAG-Island arc granitoids; CAG-Continental arc granitoids; CCGContinental collision granitoids); (b) SiO2-TiO2 diagram (after Maniar and Piccoli, 1989); (c) SiO2-Nb diagram (after Pearce et al., 1984; WPG-Within plate granites; ORG-Ocean ridge granites; VAG-Volcanic arc granites; COLG-Collision granites); (d) Rb/10-Hf-3Ta diagram (after Harris et al., 1986); (e) Y+Nb-Rb diagram (after Pearce et al., 1984; syn-COLG-Syn-collision granites; post-COLG-Post-collision granites); (f) SiO2-Rb diagram (after Pearce et al., 1984)

考慮到花崗巖微量元素判別構(gòu)造環(huán)境的局限性,還需要結(jié)合地質(zhì)學(xué)和巖石學(xué)證據(jù)來(lái)共同約束(鄧晉福等,1999)。吐哈盆地北部博格達(dá)山梧桐溝組發(fā)育河流相-湖相砂巖,沉積巖獲得了254 Ma的碎屑鋯石年齡 (Yang et al., 2010),表明254 Ma之后東天山地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始沉積,而非同碰撞環(huán)境。巖石構(gòu)造組合分析是恢復(fù)古板塊構(gòu)造格局和歷史的最有效手段之一,也是研究造山帶火山作用與大地構(gòu)造關(guān)系的基本方法(莫宣學(xué)等,2001)。大陸裂谷內(nèi)形成的A型花崗巖常與堿性輝長(zhǎng)巖共生,而造山后垮塌階段伸展環(huán)境下的A型花崗巖則與鈣堿性花崗巖或鈣堿性輝長(zhǎng)巖緊密共生(鄧晉福等,1996,1999),東天山中三疊世尾亞復(fù)式巖體中正長(zhǎng)花崗巖(238 Ma)具A型花崗巖特征,與同期堿性輝長(zhǎng)巖 (242 Ma;Zhang et al., 2005;Feng and Zheng, 2021)共生,表明在中三疊世東天山地區(qū)已進(jìn)入板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。

因此,認(rèn)為國(guó)寶山正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖形成于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境,不同于花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖組合所處的后碰撞環(huán)境。隨著古亞洲洋的閉合,北山造山帶與天山造山帶的碰撞造山作用發(fā)生于二疊紀(jì)—早三疊世(苗來(lái)成等,2014)。東天山地區(qū)北西走向的星星峽斷裂切穿了東西走向的天山造山帶和北山造山帶,其左行剪切發(fā)生于240～235 Ma(Wang et al., 2010),表明天山造山帶與北山造山帶在～240 Ma已經(jīng)拼合完畢,國(guó)寶山花崗閃長(zhǎng)巖255～250 Ma的年齡指示東天山東段地區(qū)在晚二疊世—早三疊世仍處于后碰撞環(huán)境,造山活動(dòng)接近尾聲。天河石花崗巖247～240 Ma的年齡(賀昕宇,2019;吳昌志等,2021)表明東天山地區(qū)在中三疊世造山活動(dòng)已經(jīng)結(jié)束,進(jìn)入板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。

6 結(jié)論

(1)國(guó)寶山花崗閃長(zhǎng)巖的形成時(shí)代為晚二疊世—早三疊世(255～250 Ma),早于中三疊世天河石花崗巖。

(2)正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖類(lèi)似,屬A型花崗巖,巖漿分異程度高,巖漿源于中、下地殼物質(zhì);花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖屬I(mǎi)型花崗巖,分異程度相對(duì)較低,巖漿為上地殼物質(zhì)貢獻(xiàn),中地殼參與有限。正長(zhǎng)花崗巖、天河石花崗巖與花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖2個(gè)巖石組合屬于不同的巖漿系列,二者沒(méi)有成因關(guān)系。

(3)正長(zhǎng)花崗巖與天河石花崗巖形成于板內(nèi)環(huán)境,花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、石英正長(zhǎng)巖形成于后碰撞環(huán)境。東天山地區(qū)在255～250 Ma仍處于后碰撞階段,～247 Ma進(jìn)入板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。

致謝:感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心計(jì)文化老師,河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院李強(qiáng)、鄧邵穎、馮桂星、朱本鴻、白春東、李典,有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心鄭小明、李偉、楊國(guó)龍、王宏偉、潘東、高軍輝,中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)鄭文皓在野外工作中的支持,成文過(guò)程中得到了方維萱研究員、王宗秀研究員、王長(zhǎng)明教授、朱更新教授和王行軍博士的指導(dǎo)和幫助,在此一并表示感謝。謹(jǐn)以此文慶祝有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心成立20周年。