新疆阿奇山花崗巖體巖石地球化學特征及其形成的構造環(huán)境①

田明明，何建國，張 松，高洪雷

（核工業(yè)北京地質研究院，中核鈾資源勘查與評價技術重點實驗室，北京100029）

1 阿奇山花崗巖體地質概況

阿奇山花崗巖體位于新疆鄯善縣南部的東天山地區(qū)，侵入于下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組火山巖中，出露面積318km2。巖體剝蝕深度淺，主要包括東北部的正長花崗巖體與二長花崗巖體、西部的堿長花崗巖體、西南部的黑云母二長花崗巖體，以及南部的正長花崗巖體與黑云母二長花崗巖體 （圖1）。其中，東北部的正長花崗巖體侵入時代稍早于二長花崗巖體，東南部正長花崗巖體與黑云母二長花崗巖體也顯示為脈動侵入接觸關系。巖體的鋯石LA－ICP－MS測年結果為269.5±1.6～271.1±1.3Ma，表明該巖體形成于海西晚期 （晚二疊世）。巖體內部發(fā)育細粒花崗巖脈體及細晶巖脈體，在其中西部還發(fā)育近SN向的輝綠玢巖脈和花崗斑巖脈。

2 巖石化學組分特征

對阿奇山花崗巖體樣品進行巖石化學成分分析 （表1）。從表1中可以看出，該巖體各種巖性的巖石化學成分沒有太大差別。正長花崗巖：SiO2含量為74.41%～75.88%，平均值為75.15%；MgO含量較低，為0.125%～0.291%，CaO含量為0.643%～1.15%，TFeO／（TFeO＋MgO）值為0.85～0.93；K2O含量為4.6%～4.8%，Na2O為3.6%～3.72%，K2O／Na2O值為1.28～1.32，巖石鋁飽和指數(shù)A／CNK變化范圍為1.017～1.019，堿鋁指數(shù)A／NK變化于1.12～1.21。

圖1 阿奇山花崗巖體地質圖Fig.1 The geologic map of Archie mountain granite pluton

堿長花崗巖：SiO2含量為77.39%～77.48%，平均值為77.44%，MgO 為0.058%～0.072%，CaO含量為0.484%～0.529%，TFeO／（TFeO＋MgO）值為0.932～0.95，K2O含量為4.6%～4.7%，Na2O為3.45%～3.68%，K2O／Na2O 值為1.25～1.37，巖石鋁飽和指數(shù) A／CNK為0.999～1.09，堿鋁指數(shù)A／NK為1.013～1.09。

黑云母二長花崗巖：SiO2含量為73.24%～75.97%，平均值為74.58%，MgO 為0.213%～0.562%，CaO含量為0.81%～2.14%，TFeO／（TFeO＋MgO）值為0.84～0.95，K2O含量為3.43%～4.47%，Na2O為3.61%～3.94%，K2O／Na2O 值為0.79～1.24，巖石鋁飽和指數(shù) A／CNK為0.978～1.19，堿鋁指數(shù)A／NK為0.975～1.42。

巖石里特曼指數(shù)σ介于1.63～2.31，平均值為2.04，指示其為鈣堿性。在SiO2與堿度率 （A.R.）關系圖 （圖2a）上，該巖體樣品均落在堿性花崗巖區(qū)域，且從黑云母二長花崗巖、二長花崗巖、正長花崗巖到堿長花崗巖，SiO2含量和堿度率 （A.R.）依次增高，顯示其明顯的演化關系，也說明這些侵入體的同源性。在 A／CNK－A／NK圖中 （圖2b），樣品均落在準鋁質與過鋁質分界線上，顯示其為準鋁質－弱過鋁質花崗巖。

研究區(qū)花崗巖巖漿的分異程度較高，其中正長花崗巖的分異指數(shù)DI為90.73～94.17，平均值為92.45；黑云母二長花崗巖分異指數(shù)為84.68～93.04，平均值為88.98，這表明正長花崗巖巖漿分異程度比黑云母二長花崗巖巖漿的分異程度高。

圖2 阿奇山花崗巖體巖石化學特征圖Fig.2 The diagram of chemical characteristics in Archie mountain granite pluton

表1 阿奇山花崗巖體巖石化學組分分析結果及相關參數(shù) （wt%）Table 1The chemical composition（wt%）of the dike samples and some related parameters in Archie mountain granite pluton

續(xù)表1

3 微量元素特征

阿奇山花崗巖體巖石微量元素含量分析結果 （表2）和據(jù)數(shù)據(jù)平均值制作的原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖 （圖3）顯示，各種巖性的曲線形態(tài)比較相似，均具有Rb、Th、U、Pb正異常，而Sr、Ba、Nb、Ta、P、Ti、Zr負異常的特點，表明形成阿奇山花崗巖體的物源具有大陸地殼的特點[1]。

各種巖性的Zr／Hf值為20.53～35.27，平均值為27.51，與地殼平均值 （33）比較接近；Nb／Ta值為1.13～12.31，平均值為8.52，接近地殼平均值 （12～13）[2]；Rb／Sr值為0.79～40.33，平均值為7.89，明顯高于全球上地殼平均值 （0.32），K／Rb值較高，為115.86～238.55，Sr／Ba值為0.12～4.87。這均反映了殼源物質的貢獻。結合各種巖性均虧損Nb、Ta、P、Zr等高場元素和富集Pb的特點，說明研究區(qū)花崗巖巖漿來源可能與地殼物質的部分熔融有關。

圖3 阿奇山花崗巖體巖石微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（據(jù)Sun＆McDonough等，1989）Fig.3 Primitive mantle normalized spidergram of trace elements of the rocks in Archie mountain granite pluton

表2 阿奇山花崗巖體巖石微量元素分析結果 （×10－6）Table 2 Trace element composition （×10－6）from rocks in Archie mountain granite pluton

4 稀土元素特征

從阿奇山花崗巖體巖石稀土元素含量分析結果 （表3）中可以看出，正長花崗巖、堿長花崗巖及黑云母二長花崗巖的稀土元素總量ΣREE變化較大，為 （113.23～268.48）×10－6，平均值為 198.44×10－6，輕稀土總量ΣLREE為 （90.49～222.13）×10－6，重稀土ΣHREE為 （19.42～65.44）×10－6，輕重稀土比值ΣLREE／ΣHREE為2.84～6.46，δEu介于0.03～0.59，平均值為0.27，δCe為0.95～1.12，均值為1.01，沒有異常存在， （La／Yb）N值為2.05～5.46，平均值3.8，表明輕重稀土分餾不明顯。

在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線上（圖4），各種巖性均表現(xiàn)為富集輕稀土的右傾式，且右傾的程度不大，說明輕稀土相對于重稀土分異不是太明顯；各種巖性均顯示出較為明顯的Eu負異常。其中，堿長花崗巖由于貧斜長石而具有相對更強的Eu負異常。

表3 阿奇山花崗巖體巖石稀土元素分析結果及特征值 （×10－6）Table 3 REE composition （×10－6）and parameters from rocks in Archie mountain granite pluton

續(xù)表3

圖4 阿奇山花崗巖體巖石稀土元素配分曲線 （據(jù)Sun＆McDonough等，1989）Fig.4 Chondrite－normalized REE pattern of the samples in Archie mountain granite pluton

5 巖體成因類型與形成構造環(huán)境

5.1 巖體成因類型判別

阿奇山花崗巖體的巖石地球化學特征研究表明其為準鋁質－弱過鋁質的花崗巖。A／CNK值均小于1.1，且鏡下觀察僅偶爾出現(xiàn)白云母、石榴子石等過鋁質礦物，巖石化學計算中剛玉分子的含量也較少。因此從礦物學特征上來看，研究區(qū)的花崗巖應歸屬為I型花崗巖類。

在巖石成因類型判別圖 （圖5）中，各種巖石樣品均落在I型花崗巖區(qū)域，這也說明研究區(qū)花崗巖屬于I型花崗巖類。

圖5 阿奇山花崗巖體Zr－TiO2巖石成因類型判別圖（據(jù) Whalen et al，1987）Fig.5 Zr－TiO2diagrams of genetic classification for Archie mountain granite pluton

5.2 巖體形成構造環(huán)境

阿奇山花崗巖體侵入于下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組火山巖中，其形成時代應晚于早二疊世。區(qū)域上，阿奇山花崗巖體和東北部秋格明塔什巖體等組成NE向的二疊紀花崗巖帶，與近東西向區(qū)域構造線呈大角度相交，說明該花崗巖帶形成于造山期之后。

取自阿奇山花崗巖體不同巖性的5個鋯石年齡樣品的LA－ICP－MS U－Pb年齡為269.5±1.6～271.1±1.3Ma，說明該巖體為晚二疊世侵入。由于天山及其鄰區(qū)在晚二疊世已進入板內變形階段[3]，因此可以認為阿奇山花崗巖體形成于板內變形階段，是在天山地區(qū)二疊紀區(qū)域性的地殼伸展背景下，由地幔物質上涌、殼幔相互作用引發(fā)中下地殼物質重熔，再由重熔巖漿上侵到上地殼并經(jīng)結晶分異作用而形成的。

在微量元素構造環(huán)境判別圖 （圖6）中，研究區(qū)花崗巖樣品大多數(shù)落在板內花崗巖區(qū)域，也佐證了阿奇山花崗巖體形成于板內構造環(huán)境。

6 結論

（1）阿奇山巖體的正長花崗巖、堿長花崗巖和黑云母二長花崗巖化學組分相差無幾，均屬于鈣堿性準鋁質－弱過鋁質花崗巖類，表明其在成因上具有同源性，且?guī)r漿分異程度均比較高。其中，正長花崗巖、堿長花崗巖巖漿分異程度高于黑云母二長花崗巖。

微量元素含量上，該巖體各種巖性均具有Rb、Th、U、Pb正異常，而高場元素 （如Nb、Ta、Ti、Zr、P）及部分大離子親石元素 （如Sr、Ba）負異常的特征，說明研究區(qū)花崗巖巖漿來源可能與地殼物質的部分熔融有關。稀土元素分析表明，該巖體的各種巖性均富集輕稀土元素，其稀土元素配分曲線呈弱右傾式，Eu異常較為明顯，同時輕重稀土分餾不明顯。

（2）巖石成因類型方面：巖石礦物學及地球化學研究表明，阿奇山花崗巖體為I型花崗巖類。

（3）構造環(huán)境方面：巖體地質證據(jù)及同位素資料表明，阿奇山花崗巖體為晚二疊世陸殼伸展過程中板內變形階段侵入的，因此其形成于板內構造環(huán)境。

圖6 阿奇山花崗巖體構造環(huán)境判別圖 （據(jù)Pearce，1984）Fig.6 The tectonic setting diagrams of Archie mountain granite pluton

[1]張本仁，傅家謨 .地球化學進展 [C].北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[2]Barth M.G，McDonough W.F.and Rudnick R.L.Trac－king the budget of Nb and Ta in the continental crust[J].Chemical Geolocy，2000，165：197－213.

[3]夏祖春，徐學義，等 .天山石炭－二疊紀后碰撞花崗質巖石地球化學研究 [J].西北地質，2005，38 （1）：1－14.

[4]B.Ronald Frost.A geochemical classification for feldspathic igneous rocks [J].Journal of Petrology，2008，49 （11）：1955－1969.

[5]B.Ronald Frost.A geochemical classification for granitic rocks [J].Journal of Petrology，2001，42 （11）：2033－2048.

[6]Barbarin.A review of the relationships between granitoid types，their origins and their geodynamic environments[J].Lithos，1999，46：605－626.

[7]Pearce J.A，N.B.W Harris，A.G.Tindle.Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks [J].Petrology，1984，54 （4）：956－983.

[8]北京大學地質學系巖礦教研室 .光性礦物學[M].北京：地質出版社，1978.

[9]常麗華，陳曼云，等 .透明礦物薄片鑒定手冊[M].北京：地質出版社，2006.

[10]鄧晉福，羅照華，等 .巖石成因、構造環(huán)境與成礦作用 [C].北京：地質出版社，2004.

[11]韓寶福 .后碰撞花崗巖類的多樣性及其構造環(huán)境判別的復雜性 [J].地學前沿，2007，14（3）：64－72.

[12]李文明，任秉琛，等 .東天山中酸性侵入巖漿作用及地球動力學意義 [J].西北地質，2002，35 （4）：41－64.

[13]路鳳香，桑隆康 .巖石學 [M].北京：地質出版社，2002.

[14]王德滋，周金成 .我國花崗巖研究的回顧與展望 [J].巖石學報，1999，15 （2）：161－169.

[15]王京彬，等 .新疆北部后碰撞構造演化與成礦[J].地質學報，2006，80 （1）：23－31.

[16]肖慶輝，鄧晉福，等 .花崗巖研究思維與方法[M].北京：地質出版社.2002.

[17]徐夕生，邱檢生，等 .火成巖石學 [M].北京：科學出版社，2010.

[18]楊學明，楊曉勇，等 .巖石地球化學 [M].合肥：中國科學技術大學出版社，2000.

[19]朱增伍，毛歸來，等 .東天山阿奇山地區(qū)匯宇島弧花崗巖的厘定及意義 [J].陜西地質，2006，24 （1）：27－36.