新疆阿爾泰克蘭河中游泥盆紀花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡及地球化學特征*

劉國仁, 董連慧, 高福平, 陳劍祥, 趙 華,王定勝, 宋志勇, 何立新, 秦紀華

1)中國地質大學, 北京 100083;

2)新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊, 新疆阿勒泰 836500;

3)新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 新疆烏魯木齊 830000;

4)陜西省地礦局漢中地質大隊, 陜西漢中723000

新疆阿爾泰克蘭河中游泥盆紀花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡及地球化學特征*

劉國仁1,2), 董連慧3), 高福平4), 陳劍祥4), 趙 華2),王定勝4), 宋志勇4), 何立新2), 秦紀華2)

1)中國地質大學, 北京 100083;

2)新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質大隊, 新疆阿勒泰 836500;

3)新疆維吾爾自治區(qū)地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 新疆烏魯木齊 830000;

4)陜西省地礦局漢中地質大隊, 陜西漢中723000

克蘭河中游英云閃長巖和二長花崗巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分別為400±2.3Ma(MSDW=1.1)和401±3.3 Ma(MSDW=1.2), 表明巖體侵位于早泥盆世早期, 同時也暗示了巖體圍巖康布鐵堡組地層的形成時代早于 401 Ma。所有花崗質巖石具有高的 SiO2(67.80%～76.54%)和 Al2O3(12.39%～16.07%)含量, 低 P2O5(0.02%～0.17%)和MgO+FeO(2.22%～5.12%)含量, 富堿(K2O+Na2O=5.58%～8.25%), 具有低的CaO/Na2O (＜0.3)比值和高的 A/CNK值(0.96～1.39); 富集 LREE和 Th、U, 貧 Ba、P、Sr、Ti、Nb, 呈現(xiàn)明顯的 Eu負異常(δEu=0.22～0.73)。以上特征表明該巖體屬鈣堿性準鋁質-過鋁質巖類, 具有島弧花崗巖的典型特征。結合阿爾泰南緣的區(qū)域地質背景綜合分析, 推測巖體形成于活動大陸邊緣環(huán)境, 是在俯沖作用過程中由變泥質巖和變質雜砂巖脫水熔融的產(chǎn)物, 在部分熔融過程中有磷灰石、斜長石、鈦鐵礦等礦物的殘留。

花崗巖; LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡; 地球化學; 克蘭河中游; 阿爾泰

阿爾泰造山帶是中亞造山帶的重要組成部分(Seng?r et al., 1993; Xiao et al., 2004), 經(jīng)歷了古生代地殼雙向增生和中新生代陸內造山作用, 由一系列大陸塊體、島弧和增生雜巖構成(肖序常等, 1992;何國琦等, 1994)。阿爾泰造山帶花崗巖類廣泛分布,前人對其形成時代和環(huán)境方面進行了大量的研究工作(王廣耀和許培春, 1983; 芮行健和吳玉金, 1984;鄒天人等, 1988; 劉偉, 1990; 岳永君等, 1990; 趙振華等, 1993; 王中剛等, 1998; 袁峰等, 2001; 王登紅等, 2002), 特別是近年來許多學者(Windley et al., 2002; 袁超等, 2005; 王濤等, 2005; 童英等, 2005, 2006; 2007; Sun et al., 2006; Wang et al., 2006; Zhang er al., 2006; 曾喬松等, 2007; 周剛等, 2007a, b; Yuan et al., 2007; 楊富全等, 2008)利用鋯石 SHRIMP U-Pb法和鋯石LA-ICP MS U-Pb法精確測定了阿爾泰花崗巖類的形成時代, 表明阿爾泰有多次強烈的巖漿侵入活動, 其峰值在460 Ma、408 Ma、375 Ma和265 Ma(Wang et al., 2006; 曾喬松等, 2007), 這些最新成果大大促進了對阿爾泰造山帶大地構造環(huán)境、構造演化、造山作用和陸殼增生的研究。

2006年～2008年, 新疆地礦局第四地質大隊在阿爾泰山克蘭河中游一帶開展1: 5萬區(qū)域地質礦產(chǎn)調查期間, 發(fā)現(xiàn)了泥盆紀花崗巖。本文對該區(qū)的泥盆紀花崗巖進行了詳細的巖相學、地球化學及年代學研究, 探討其巖石成因及形成的構造背景, 為進一步探討阿爾泰地區(qū)的造山作用和大陸地殼的形成與演化提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質背景

阿爾泰造山帶位于中亞造山帶的東南部, 呈北西-南東向橫貫于中、俄、哈、蒙四國, 全長2000 km,在中國境內約500 km。在大地構造上, 中國阿爾泰造山帶位于額爾齊斯-布爾根板塊縫合帶以北的西伯利亞板塊(何國琦等, 2004), 包括北阿爾泰早古生代陸緣活動帶(包括諾爾特泥盆紀-石炭紀上疊火山-沉積盆地、喀納斯-可可托海古生代巖漿弧)、南阿爾泰晚古生代活動陸緣(克蘭泥盆紀-石炭紀弧后盆地、卡爾巴-納雷姆石炭紀-二疊紀巖漿弧和西卡爾巴石炭紀弧前盆地)。

研究區(qū)屬南阿爾泰, 區(qū)內北東部主要出露早泥盆世康布鐵堡組和中泥盆世阿爾泰組火山-沉積巖系, 南西部出露早-中元古界克木齊群地層?；◢弾r類廣泛分布, 主要為早泥盆世的片麻狀斜長花崗巖、片麻狀花崗巖、片麻狀花崗閃長巖、片麻狀英云閃長巖等(圖 1), 也見有晚石炭世(如阿舍勒巖體, 318±6 Ma, Yuan et al., 2007)、二疊紀(如喇嘛昭、塔克什肯口岸、富蘊縣南、瑪因鄂博等, 275～286 Ma,王濤等, 2005; 童英等, 2006; 周剛等, 2007a, b)、奧陶紀(如切木爾切克, 462±10Ma, Wang et al., 2006;阿巴宮巖體, 457.8～462.5Ma, 劉鋒等, 2008, 2009)、三疊紀(如將軍山, 245Ma, 王中剛等, 1998)和侏羅紀(如尚可蘭, 181～177Ma, 王登紅等, 2002)花崗巖類出露。

2 巖體地質及巖相學

2.1 巖體地質

克蘭河中游泥盆紀花崗巖體呈北西-南東向長條狀展布, 均侵位于中下元古界地層中, 向北西及南東延出研究區(qū)。巖體分兩個侵入次, 第一侵入次為二長花崗巖, 第二侵入次為片麻狀中細粒英云閃長巖、片麻狀花崗巖(圖2)。二長花崗巖多呈巖枝、巖脈狀產(chǎn)出, 接觸界線普遍不甚清晰, 混合巖化強烈; 巖體形態(tài)一般呈長條狀, 其長軸方向與區(qū)域構造線方向一致; 巖體均呈現(xiàn)出不同程度的交代結構,條帶狀、眼球狀、片麻狀構造, 片麻理與圍巖面理基本一致, 并見有長英質脈體順片麻理注入。片麻狀中細粒英云閃長巖, 呈楔形侵位于中下元古界地層中, 出露面積較大, 向北西大部延出研究區(qū), 與南部克爾木齊群含矽線石榴黑云斜長片麻巖侵入接觸, 其內細粒二長花崗巖呈巖脈和小巖株狀產(chǎn)出,二者為脈動接觸, 巖體具片麻狀構造, 局部為斑雜狀構造; 巖體內部可見黑云斜長片麻巖殘留體, 局部發(fā)育條帶狀混合巖和偉晶巖囊、巖脈。片麻狀花崗巖出露面積較小, 呈長條狀產(chǎn)出, 主要與中粒二長花崗巖呈脈動接觸, 局部與石炭紀中細粒二長花崗巖呈涌動接觸。

2.2 巖相學特征

圖1 阿爾泰造山帶區(qū)域地質及花崗巖分布略圖Fig. 1 Geological sketch map of the Altay orogenic belt, showing the distribution of granites

圖2 研究區(qū)侵入巖分布簡圖(新疆地礦局第四地質大隊, 2008)Fig. 2 The distribution of intrusive rocks in the study area (after No. 4 Geological Party of BGMRED, Xinjiang, 2008)

中粒二長花崗巖: 呈灰-淺肉紅色, 中細粒它形-半自形粒狀結構, 塊狀構造。主要由石英、鉀長石、斜長石、黑云母等組成。其中石英呈它形粒狀, 含量約 35%, 大小 0.5～1.4 mm, 不均勻分布, 具強烈波狀消光。鉀長石呈半自形-不規(guī)則板狀, 含量約30%, 大小 0.6～4.0 mm, 具條紋結構, 格子狀雙晶,為條紋長石、微斜長石, 多數(shù)發(fā)生輕度泥化, 局部蝕變強烈。斜長石呈自形-半自形板狀, 含量約 32%,具聚片雙晶, 環(huán)帶構造, 發(fā)生輕度泥化, 環(huán)帶中心部分蝕變強烈, 邊緣較潔凈。黑云母呈半自形片狀,含量約 3%, 片徑 0.3～1.5 mm。巖石中另見有磁鐵礦、磷灰石、鋯石等副礦物。鋯石呈正方雙錐狀, 無色透明至淺灰褐色半透明, 晶體長0.04～0.1 mm, 寬0.015～0.06 mm, 長寬比值為2: 1、3: 1、3: 2、5: 3, 部分晶面上有小凹坑, 個別內含小鋯石及暗色礦物包體。

片麻狀花崗巖: 深灰色, 粒狀結構, 眼球狀、條帶狀構造。主要由鉀長石(25%)、更長石(20%)、石英(30%)、黑云母(17%)、白云母(1%)和磁鐵礦(＜1%)組成。黑云母和石英、長石呈現(xiàn)明顯的條帶分布, 石英多呈 0.05～0.1 mm 鑲嵌集合體條帶狀, 個別呈0.3×1 mm2～1×2 mm2的眼球狀, 黑云母多圍繞眼球定向分布, 并見少量片狀白云母和細粒磁鐵礦。

片麻狀中細粒英云閃長巖: 巖石呈淺灰色, 似斑狀結構, 片麻狀構造。巖石主要由斜長石(60%)、鉀長石(5%)、石英(20%)、黑云母(15%)等組成。斑晶為斜長石, 呈半自形-它形板狀、粒狀, 含量約35%, 大小約為 1.2～3.0 mm, 呈眼球狀和透鏡狀定向分布, 大多被黑云母等礦物環(huán)繞?；|主要由細粒它形粒狀石英、鉀長石、斜長石及黑云母等組成,并見有少量白云母。鉀長石主要為微斜長石, 片狀、片柱狀黑云母呈條帶狀定向分布, 局部石英也呈長條狀定向分布。巖石中見有少量磁鐵礦、磷灰石(柱粒狀, 0.02～0.3 mm)、榍石、鋯石等副礦物。鋯石呈淺粉色, 金剛光澤, 半透明至透明的粒狀柱狀雙錐體, 多為0.02～0.2 mm, 少數(shù)0.1～0.3 mm, 長寬比為2:1～3:1。

3 樣品及測試方法

樣品均為采自新鮮的巖體露頭。其中定年樣品來自英云閃長巖(ⅩⅥTW2, E88°19′37″, N47°37′50″)和二長花崗巖(ⅡTW2, E88°24′17″, N47°32′20″)中的鋯石。具體采樣位置見圖2。

鋯石定年由西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。用常規(guī)方法從樣品中分選出鋯石, 在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒。鋯石樣品靶的制備, 首先將挑選好的無色透明無裂隙不含包裹體的鋯石用環(huán)氧樹脂固定, 待環(huán)氧樹脂固化后拋光至鋯石露出核部, 然后進行鋯石的 CL顯微成像及LA-ICP-MS分析。鋯石的CL圖像分析在西北大學掃描電鏡實驗室完成, 采用 FEI公司 XL30型SFEG電子束進行鋯石內部結構顯微照相分析。鋯石的激光剝蝕電感偶合等離子體質譜(LA-ICP-MS)原位 U-Pb定年在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成。實驗采用的ICP-MS為美國Agilent公司生產(chǎn)的 Agilent7500a。激光剝蝕系統(tǒng)為德國 MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas200M, 激光剝蝕時, 斑束直徑為20 μm, 頻率為 10Hz。采樣方式為單點剝蝕。每測定5個樣品點測定一個鋯石91500和每測定10個點測定一個NIST610。數(shù)據(jù)處理采用GLITTER(ver 4.0, Macyuarie University)程序, 年齡計算時以標準鋯石91500為外標進行同位素比值分餾校正。各樣品的加權平均年齡計算及諧和圖的繪制采用 Isoplot (ver2.49)。元素濃度計算采用 NIST610作外標, Si作內標。

本次研究用樣品的主量元素、稀土及微量元素分析由國土資源部中南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成。主元素分析為濕化學法; 稀土元素及Nb、Zr、Hf、Sr、Ba、V等采用ICP—AES法測定, Cr、Ni、Co等元素采用原子吸收光譜法, Th采用光度法, U采用激光螢光法, Ga采用粉末發(fā)射法。內檢樣品比例大于20%。內檢分析原始合格率為98%。符合相關質量規(guī)范要求。

4 分析結果

4.1 鋯石LA-ICP-MS年齡

鋯石顆粒多呈無色、淺灰褐色, 半自形-自形透明-半透明短柱狀及雙錐狀晶體, 晶棱及晶面清楚,粒度較小, 長軸多變化于100 μm～200 μm之間, 長短軸比一般約為2: 1～5: 3。在陰極發(fā)光照片中, 大多數(shù)鋯石具有清晰的巖漿振蕩環(huán)帶結構(圖3、圖4), 應為巖漿成因。通過透射光、反射光和陰極發(fā)光研究,選擇英云閃長巖中 12個鋯石顆粒和二長花崗巖中11個鋯石鋯石顆粒進行LA-ICP-MS U-Pb分析, 其結果列于表2。

圖3 英云閃長巖中鋯石的陰極發(fā)光圖像Fig. 3 CL images of dated zircon crystal from tonalite (scale: 100um)

圖4 二長花崗巖中鋯石的陰極發(fā)光圖像Fig. 4 CL images of dated zircon crystal from adamellite (scale: 100um)

英云閃長巖中鋯石 Th/U比值為 0.31～1.06, 大于 0.1, 表明了鋯石為巖漿成因(Belousova et al., 2002)。英云閃長巖中 12個分析結果年齡變化范圍較小, 在誤差范圍內有一致的207Pb/206Pb,206Pb/238U和207Pb/235U比值, 其206Pb/238U年齡的加權平均值為 400±2.3Ma(MSWD=1.1)(圖 5), 代表了該巖體的形成年齡。二長花崗巖中鋯石 Th/U比值為 0.14～1,大于 0.1, 表明了鋯石為巖漿成因(Belousova et al., 2002)。11個分析結果中的10個年齡變化范圍較小,在誤差范圍內有一致的207Pb/206Pb,206Pb/238U 和207Pb/235U 比值, 其206Pb/238U 年齡的加權平均值為401.1±3.3Ma(MSWD=1.2)(圖6), 代表了該巖體的形成年齡。

4.2 主量、微量元素地球化學

圖5 英云閃長巖的U-Pb鋯石諧和年齡圖Fig. 5 U-Pb concordia for zircons from tonalite

圖6 黑云母二長花崗巖的U-Pb鋯石諧和年齡圖Fig. 6 U-Pb concordia for zircons from biotite adamellite

片麻狀花崗巖(3件)、二長花崗巖(1件)和英云閃長巖(1件)的主量、微量元素分析結果列于表1?？梢钥闯? 中粒二長花崗巖和中細粒英云閃長巖的SiO2含量分別為 75.64%和 67.8%, 片麻狀花崗巖的SiO2含量為72.8%～76.0%。在侵入巖TAS圖解中(圖7), 分別位于花崗巖和花崗閃長巖區(qū), 與巖相學觀察特征一致。其中, 中粒二長花崗巖和中細粒英云閃長巖的總堿含量低, K2O+Na2O分別為 6.90%和5.58%, 相對富鈉(K2O/Na2O分別為0.31和0.34); 片麻狀花崗巖全堿含量高, 相對富鉀(K2O/Na2O＞1)。與中國花崗巖平均值相比, 中粒二長花崗巖的SiO2、MgO(1.14%)和 Na2O(5.26%)含量略偏高, Al2O3(12.71%)、CaO(0.49%)和K2O(1.64%)含量相對偏低, 其它氧化物含量基本相當; 片麻狀花崗巖的MgO(0.14%～0.54%)偏低, Na2O(3.61%～4.49%)、Al2O3(12.39%～13.40%)含量接近平均值、略偏低, CaO(0.49%～1.40%)偏低, K2O(3.48%～4.41%)、K2O+Na2O含量與平均值基本相當。所有巖石的里特曼指數(shù)(σ)小于3.3, 屬鈣堿性巖。二長花崗巖、英

云閃長巖的鋁飽和指數(shù) A/CNK均大于 1.1(分別為1.72, 1.66 ), 片麻狀花崗巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK也大于 1.1(1.42～1.43), A/NK 介于 1.51～1.68之間。CIPW 標準礦物中出現(xiàn)有較高含量的石英(分別為37.24%和 26.19%), 剛玉含量較少(分別為 1.55%, 0.45%～0.5%和 0.5%)。在鋁飽和指數(shù)圖解中所有巖石均位于過鋁質區(qū)(圖8)。中粒二長花崗巖和英云閃長巖的分異指數(shù)(DI)分別為91.85、70.04, 反映中粒二長花崗巖的分異程度明顯較英云閃長巖高。它們的鎂鐵指數(shù)(MF)分別為48.60、79.29, 長英指數(shù)(FL)分別為93.37、57.64, 可見它們的長英指數(shù)與鎂鐵指數(shù)的值都較大, 說明巖漿分離結晶程度較高。

表1 泥盆紀花崗巖類巖石主量元素(wt%)、微量及稀土元素(×10?6)化學成分Table 1 Abundances of major elements (wt%), trace elements and rare earth elements (×10?6) in Devonian granitoids

?

圖7 花崗巖TAS圖解(據(jù)Middlemost, 1994)Fig. 7 TAS diagrams for granite (after Middlemost, 1994)

圖8 Al2O3/(Na2O+K2O)- A12O3/(CaO+Na2O+K2O)圖解(據(jù)Maniar and Piccoli 1989)Fig. 8 Al2O3/(Na2O+K2O)- A12O3/(CaO+Na2O+K2O) (after Maniar and Piccoli, 1989)

二長花崗巖的稀土元素總量(∑REE=158.67× 10?6)較英云閃長巖的稀土總量(∑REE=172.05×10?6)稍低, 片麻狀花崗巖的稀土元素總量(∑REE)介于99.73～184.04×10?6之間。本區(qū)花崗質巖類輕重稀土元素之間分餾較強, 且輕稀土元素和重稀土元素內部的分餾較弱, 二長花崗巖的(La/Yb)N=4.27, (La/Sm)N=2.52, (Gd/Yb)N=1.18; 英云閃長巖的(La/Yb)N=2.15, (La/Sm)N= 1.49, (Gd/Yb)N=1.02; 片麻狀花崗巖的(La/Yb)N=1.16～4.33, (La/Sm)N=1.56～2.86, (Gd/Yb)N=0.55～1.04。在稀土元素配分曲線圖上(圖9), 所有巖石顯示了輕稀土富集重稀土相對平緩的右傾型特征, 并因有顯著的負Eu異常(δEu分別為0.43, 0.47和0.22～0.73)而呈“V”型谷狀, 暗示巖石可能經(jīng)歷了較強的斜長石的分離結晶作用或源區(qū)殘留有斜長石。

圖9 花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖Fig. 9 Chondrite-normalized REE patterns of granite

圖10 花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖(原始地幔數(shù)據(jù)取自Sun and McDonough, 1989)Fig. 10 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams of granites (normalizing factors after Sun and McDonough, 1989)

本區(qū)巖石的高場強元素(HFSE, 如Th、U、Nb、Ta、Zr和Hf)含量較高, Th為4.4×10?6～15.2×10?6, U為1.16×10?6～1.67×10?6, Zr為69×10?6～203×10?6, Hf為3.66×10?6～6.08×10?6, 但Nb(7.84×10?6～15.7×10?6)與Ta(0.82×10?6～2.3×10?6)的含量相對較低, Nb/Ta比值較低(6.83～12.7); Sr的含量明顯偏低, Sr為25×10?6～172×10?6。巖石還具有高的 Yb含量(4.58×10?6～7.32×10?6)和 Y(35.1×10?6～70×10?6)。在原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中(圖 10), 總體顯示了較為一致的分布模式, Ti、P、Sr、Zr、Ba呈現(xiàn)明顯的負異常, Th、K、La、Hf的正異常。Sr的負異常說明巖石經(jīng)歷了斜長石的分離結晶作用或源區(qū)殘留有斜長石, 與稀土元素反映的特征一致; Zr、P、Ti的負異常表明可能有鋯石、磷灰石、鈦鐵礦等的分離結晶, 或是源區(qū)有鋯石、磷灰石和鈦鐵礦的殘留?？傊? 本區(qū)花崗巖類巖石體現(xiàn)了弧花崗巖的典型特征。

5 討論

5.1 巖體形成時代的意義

近年來許多學者(Windley et al., 2002; 袁超等, 2005; 童英等, 2005, 2007; Sun et al., 2006; Wang et al., 2006; Zhang et al., 2006; 曾喬松等, 2007; Yuan et al., 2007; 楊富全等, 2008)利用較為精確的定年方法識別出了大量晚志留世到早-中泥盆世(416～372Ma)花崗質巖石(圖1)。這些花崗巖體廣布于北阿爾泰、中阿爾泰和南阿爾泰, 多沿區(qū)域構造線分布, 主要巖石類型有花崗巖和花崗閃長巖, 多經(jīng)歷了區(qū)域變形作用, 發(fā)育程度不同的片麻狀構造。其中北阿爾泰諾爾特花崗巖時代變化于 412～396Ma, 中阿爾泰的巖體時代主要集中在 409～398Ma, 南阿爾泰巖體年齡變化于413～372Ma(楊富全等, 2008)。400Ma左右花崗巖體在北阿爾泰、中阿爾泰和南阿爾泰最發(fā)育, 如北阿爾泰諾爾特地區(qū)的塔斯比克都爾根巖體(396～404 Ma)和哈龍-巴利爾巖體(401 Ma, 袁峰等, 2001); 中阿爾泰的喀納斯(398±5 Ma)、鐵列克(403±5 Ma)、瓊庫爾(399±4 Ma, 童英等, 2005, 2007); 南阿爾泰的阿維灘(400±6 Ma, Wang et al., 2006), 蒙庫一帶(404～400 Ma, 楊富全等, 2008), 本研究獲得的英云閃長巖和二長花崗巖中鋯石的 LA-ICP-MS U-Pb年齡分別為400±2.3 Ma和401±3.3 Ma, 屬早泥盆世早期巖漿活動的產(chǎn)物, 為阿爾泰造山帶在400 Ma有一次強烈的巖漿侵入活動提供了新依據(jù)。由此可見早-中泥盆世是阿爾泰花崗巖類主要成巖時期, 特別是400 Ma花崗巖類極為發(fā)育, 暗示了這一時期是阿爾泰造山作用的鼎盛時期, 早-中泥盆世巖漿作用在中亞造山帶演化中起著十分重要的作用。

由于這兩個巖體均侵位于阿爾泰南緣地區(qū)最重要的含礦地層—康布鐵堡組地層中, 因此可以間接地證明康布鐵堡組地層形成應早于401 Ma, 這與楊富全等(2008)在蒙庫礦區(qū)測得花崗巖年齡得出的結論基本一致。前人依據(jù)化石將康布鐵堡組時代確定為早泥盆世, 近年來楊富全課題組對阿爾泰南緣沖乎爾、克蘭和麥茲盆地康布鐵堡組時代進行了系統(tǒng)研究, 獲得克蘭盆地該組變質流紋巖鋯石 SHRIMP U-Pb為413±3.5 Ma、 409±5.3 Ma和406.7 ±4.3 Ma?？紤]到413 Ma的樣品并不是采自該組底部, 即底部地層時代大于413 Ma(Chai et al., 2009), 將康布鐵堡組時代確定為晚志留世末-早泥盆世。

5.2 巖體形成的構造環(huán)境及成因探討

本區(qū)花崗質巖體具有高硅、富堿, 準鋁質-過鋁質, 在A/CNK-A/NK圖解上位于S型和I型過渡區(qū)。所有巖石的Th/U比值介于3.8～9.4之間, 與地殼的平均值3.8(Taylor and Mclenann, 1985)相近, 遠低于A型花崗巖(肖慶輝等, 2002), 巖石的Sr/Ba比值均小于0.5, 體現(xiàn)了S型花崗巖的特征。此外, 巖石的Nb/Ta與Zr/Hf分別為8.13～12.68和18.85～36.7, 與地殼的相應值11和33(Taylor and Mclenann,1985)接近, 與原始地幔的相應值17.8與37(McDonough and Sun, 1995)相差較大, 表明巖石受地殼組分影響較大。因此, 本區(qū)花崗巖顯示了由I型花崗巖向S型過渡的特征。所有巖石的輕稀土富集, 富集大離子親石元素Rb、K, 虧損Ba, Sr, P, Ti, Nb, 并具有Eu的顯著負異常, 顯示了島弧花崗巖的地球化學特征。這與該區(qū)400 Ma花崗巖的地球化學特征相一致(Wang et al., 2006; 童英等, 2007; 楊富全等, 2008),暗示它們可能處于相似的構造環(huán)境。在微量元素構建的花崗巖構造環(huán)境判別的圖解上, 大部分樣品落在火山弧區(qū)(圖11)。

阿爾泰南緣康布鐵堡組火山巖形成時代在413～400 Ma(楊富全等未刊資料), 略早本區(qū)花崗巖類侵入時代, 二者形成的大地構造背景類似。流紋巖具有高的 SiO2(72.46%～80.07%)、全堿(6.38%～11.34%), 低的鋁(9.68%～12.19%)、鈦(0.17%～0.35%),極低的 MgO(0.08%～0.48%)、CaO(0.14%～0.73%)、TFeO(0.34%～0.55%)等亞堿性流紋巖的一般特征。具有明顯的Ti、P、Sr、Ba負異常, Th、U、Pb的正異常, HFSE元素(Nb、Ta、Zr、Hf)和LREE 略富集, 個別樣品表現(xiàn)為LREE 負異常的微量及稀土元素特征, δEu=0.51～0.71。 地球化學特征表明流紋巖形成于活動大陸邊緣環(huán)境 (柴鳳梅等, 2009)。熔結凝灰?guī)r具有過鋁質(A/CNK=1.01～1.36)、高硅(SiO2=69%～80%)、高鉀(K2O=5%～11%)、高鉀鈉比值, 并富集大離子親石元素(Rb、Ba、K、La), 虧損高場強元素(Nb、Ta、Ti、P), 低Nb/Y比值, 富輕稀土, 虧損 Eu, 表明康布鐵堡組熔結凝灰?guī)r形成于活動大陸邊緣的島弧環(huán)境(單強等, 2007)。

前人研究表明, 對SiO2含量在67%～77%之間的準或強過鋁質花崗巖而言, 其 CaO/Na2O 比值反映其源區(qū)成分特征。泥巖生成的過鋁質花崗巖所含的CaO/Na2O比一般小于 0.3, 而砂屑巖生成的過鋁質花崗巖所含的CaO/Na2O比一般大于0.3 (Sylvester, 1998)。中粒二長花崗巖和英云閃長巖CaO/Na2O比值(0.39～0.55)均大于 0.3, 而一件片麻狀花崗巖的CaO/Na2O比值大于0.3, 兩件樣品的則小于0.3。在A/FM-C/FM圖解中, 中粒二長花崗巖和兩件片麻狀花崗巖投影在較高成熟度的變質泥巖部分熔融區(qū),英云閃長巖和一件片麻狀花崗巖投影在了變質砂巖部分熔融區(qū)(圖 12)。此外, 樣品具有高的 Y和 Yb含量以及高的Zr/Sm(13.29～26.06)比值, 表明部分熔融位于石榴石穩(wěn)定區(qū)之上(Defant et al., 2002)。巖石具有Sr和Eu的負異常以及Ti、P的負異常, 暗示源區(qū)殘留有富鈣斜長石、鈦鐵礦和磷灰石。

圖11 花崗巖Rb-Yb+Ta圖解(Pearce, 1996)Fig. 11 Rb-Yb+Ta diagrams for granite(Pearce, 1996)

圖12 花崗巖A/FM-C/FM圖解(Altherr et al., 2000)Fig. 12 A/FM-C/FM diagrams for granite (after Altherr et al., 2000)

前人研究已證明, 阿爾泰造山帶大致從晚寒武紀開始發(fā)生俯沖、碰撞、增生, 至中石炭世才基本奠定了阿爾泰造山帶的構造格架(Windley et al., 2002; Xiao et al., 2004; Wang et al., 2006; 牛賀才等, 2006)。在阿爾泰南部地區(qū), 廣布著具有弧特征的早古生代中晚期的I型和S型花崗巖。本區(qū)花崗巖的過渡性質的特征可能體現(xiàn)了早古生代晚期古亞洲洋板塊向西伯利亞板塊俯沖、阿爾泰地區(qū)地殼處于過渡殼的特點(韓寶福和何國琦, 1991; 王京彬等, 1998;曾喬松等, 2007)。

綜上所述, 推測本區(qū)花崗質巖石可能是在洋殼俯沖過程中, 主要由源自地殼的泥質沉積物和少量變質雜砂巖部分熔融形成, 源區(qū)殘留有富鈣的斜長石、鈦鐵礦和磷灰石等。

6 結論

(1) 研究區(qū)英云閃長巖和二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為400±2.3 Ma和401±3.3 Ma,均為早泥盆世早期巖漿活動的產(chǎn)物, 限定了康布鐵堡組時代早于401 Ma, 賦存其中的VMS型鉛鋅礦可能生成于早泥盆世。

(2) 巖石具高硅(SiO2＞72%)、高A/NCK值(＞1.1),低 CaO/Na2O比值(＜0.3), 屬過鋁質花崗巖; 明顯虧損Ti、P、Sr、Ba, 具有Nb、Ta的負異常, 富集Th、U、Pb和輕稀土元素, 有顯著的Eu負異常, 表現(xiàn)了典型的島弧花崗巖的特征。

(3) 巖體形成于活動大陸邊緣擠壓背景下, 由泥質沉積物和少量變質雜砂巖組成的地殼物質部分熔融形成, 源區(qū)殘留有富鈣的斜長石、鈦鐵礦和磷灰石等。

致謝：本文成文過程中承蒙新疆大學柴鳳梅教授、中國地質科學院礦產(chǎn)資源研究所楊富全研究員悉心指導和修改、南京地質礦產(chǎn)研究所張傳林研究員及新疆地礦局第四地質大隊周剛教授級高級工程師提供修改意見和幫助。在此一并表示誠摯的謝意。

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LA-ICP-MS U-Pb Zircon Dating and Geochemistry of the Devonian Granites from the Middle Kelan River Valley of Altay in Xinjiang

LIU Guo-ren1,2), DONG Lian-hui3), GAO Fu-ping4), CHEN Jian-xiang4), ZHAO Hua2), WANG Ding-sheng4), SONG Zhi-yong4), HE Li-xin2), QIN Ji-hua2)
1) China University of Geosciences, Beijing 100083;
2) No. 4 Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Altay, Xinjiang 836500;
3) Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Urumqi, Xinjiang 830000;
4) Hanzhong Geological Party, Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Hanzhong, Shaanxi 723000

LA-ICP-MS zircon U-Pb ages and whole rock geochemical data are reported in this paper for granitoid rocks in the Middle Kelan River valley on the southern margin of the Altay orogenic belt. Zircons with well-defined oscillatory zoning from tonalite and adamellite yielded mean206Pb/238U ages of 400±2.3 Ma (MSDW=1.1) and 401±3.3 Ma (MSDW=1.2), respectively, which indicate that the Kangbutiebao Formation was formed prior to 401Ma. The granitoid rocks have high SiO2(67.8% to 76.8%), total alkali (Na2O+K2O) (5.58% to 8.25%) and Al2O3(12.39% to 16.07%), and low P2O5(0.02% to 0.17%) and MgO+FeO (2.22% to 5.12%). In addition, they are characterized by high A/CNK values (0.96 to 1.34) and low CaO/Na2O(＜0.3)ratios, thus defined ascalc-alkaline peraluminious granitoid rocks. They assume obvious negative anomalies of Ti, P, Sr, Ba and Eu (δEu=0.22～0.73) and obvious enrichment of LREE and Th, U, thus resembling granitoid rocks formed in an active continental margin. Combined with the tectonic evolution of the southern margin of Altay, the authors suggest that these granitoid rocks were generated by partial melting of the crust in an active continental margin, with the residues being plagioclase, ilmenite and apatite.

granite; La-ICP-MS U-Pb zircon dating; geochemistry; Altay

P597; P588.12; P581

A

1006-3021(2010)04-519-13

本文由新疆維吾爾自治區(qū)1∶5萬區(qū)調專項資金項目(編號XJQDZ2006-01)資助。

2010-02-03; 改回日期: 2010-05-07。

劉國仁, 男, 1965年生。教授級高級工程師, 在讀博士。主要從事礦產(chǎn)勘查工作。電話: 0906-2156063。E-mail: altliuguoren@163.com。