東天山花崗巖的構造巖漿類型劃分

馬比阿偉，木合塔爾·扎日

（新疆大學，烏魯木齊 830000）

花崗巖的研究，是我們了解大地構造背景和區(qū)域構造演化的重要手段，也是我們了解地殼、上地幔、殼幔相互作用和地殼演化等眾多地質問題的重要窗口（隨振民，2007）?；◢弾r的構造成因及其分類是花崗巖研究的核心和基礎1闞澤忠.2010.巖漿巖調查工作方法。因此，花崗巖的研究，首先必然涉及花崗巖類的分類問題（陳建林等，2004；龐迎春等，2009）。

70年代以來，Chappell和White（1974）首先發(fā)現花崗巖成因受成巖物質源巖控制，將花崗巖劃分為I型和S型。板塊構造學說形成以來，人們把按源巖劃分的不同成因類型花崗巖與不同構造環(huán)境結合，提出了花崗巖形成的構造環(huán)境分類。90年代以來，法國學者Barbarin[1-3]一直致力于新的花崗巖類綜合性分類的研究。用花崗巖類分類學提供的資料探討了巖漿來源、地球動力學環(huán)境等，將花崗巖類的研究工作推向了一個更高階段[4]。

利用 Barbarin的花崗巖經典分類方案，對東天山地區(qū)不同時期花崗巖進行分類，根據其礦物組合、巖石特性、定位特點、地球化學和同位素特征，并在文獻匯總和討論的基礎上，將該區(qū)花崗巖類巖石劃分為了含角閃石鈣堿性花崗巖類（ACG），富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類（KCG），含堇青石及黑云母過鋁質花崗巖類（CPG），含白云母過鋁質花崗巖類（MPG）。結合近年來在現代大陸地殼生長理論上取得的一些成果，認為各自的巖漿來源分別為地幔橄欖巖區(qū)混熔了一部分楔形地幔上面的地殼；地殼安山質源巖混有部分幔源；硬砂質巖石以及泥質巖石的局部熔融。

1 東天山花崗巖類巖石研究現狀

廣義的東天山包括吐-哈盆地南緣，庫魯克塔格和北山北麓以及覺羅塔格山-南湖戈壁等，構造上處于西伯利亞、準噶爾-哈薩克斯坦和塔里木三大板塊的交匯處[5]。

區(qū)內以古生代地層分布最廣，其中又以石炭系火山地層為最。由于其多為東天山很多礦床的圍巖，故近年來對石炭系火山地層的研究、特別是巖石地球化學特征的研究比較活躍。中天山地塊作為古老陸核塔里木板塊的最北緣，分布了該區(qū)最古老的中元古界變質巖系。其上為上元古界變質碳酸鹽-碎屑巖。古生界地層較為復雜，總體以火山-沉積巖性為主。中生界零星出露侏羅紀含煤巖系，缺失三疊系，白堊系。新生界陸相碎屑沉積構成了廣闊的吐哈盆地。該區(qū)巖漿巖類型多樣，從基性-超基到酸性均可見，且與區(qū)內多種礦化關系密切。巖漿巖時代從新元古代到印支期均有同位素證據支持[6-8]。

新疆區(qū)調隊（1985）以槽臺理論為指導，認為天山地區(qū)只有I型花崗巖，而新疆地質礦產局地質礦產研究所(1985)將該區(qū)花崗巖類分為M型、I型和S型。王廷?。?985）通過分析該區(qū)花崗巖巖石學特征，認為區(qū)內存在I型，S型和A型三種花崗巖。南京大學和新疆地礦局第六地質大隊（1986）將該區(qū)花崗巖劃分為安第斯型陸緣活動帶中的花崗巖類，弧后盆地閉合帶蛇綠混雜巖帶中的花崗巖類，島弧帶同熔系列花崗巖類，弧后盆地閉合帶內同構造花崗巖類。劉成德等（1989）將該區(qū)大地構造屬性歸為地槽褶皺系，將區(qū)內花崗巖劃分為加里東、華力西期、印支-燕山期花崗巖類。李錦軼2李錦軼未出版報告等人認為東天山地區(qū)存在前泥盆紀到三疊紀的中酸性巖漿巖。張遵忠（2010）等人將該區(qū)花崗巖分為古生代碰撞前島弧階段，古生代碰撞后擠壓-伸展轉折階段，古生代碰撞后伸展階段，中生代板內階段分別描述。并且認為該區(qū)海西期主碰撞以后形成的花崗巖的成因與陸殼垂向增生過程中的底侵和內侵有關（顧連興等，2006，張遵忠等，2010）。

2 造山帶花崗巖的分類方法

因為花崗質巖漿的成因、來源、演化過程和后續(xù)變化的多樣性，以及定位在不同的構造階段，不同的構造區(qū)和不同的地球動力學環(huán)境中，使得花崗質巖石顯示出極大的多樣性[3、9]。加上不同學者在分類過程中的側重點也有不同，使得國內外現有的花崗巖分類多達20余種（Shand，1927，1943；Lacroix，1933；Chappell and White，1974，1983；Collins et al.,1982；Whalen et al.，1987；La roche，1986；Bebon and lefort，1983，1988；Maniar and piccolo，1989；Tauson and Kozlov，1973；Pearce，1984；徐克勤，1982；Pitcher，1983 and 1987；Barbarin，1999）。

表1 花崗巖類及主要特征，來源和地球動力學環(huán)境表

針對花崗質巖石分類中存在的問題，Barbarin根據花崗巖類的礦物組合、野外出露和巖石特性、定位特點、地球化學和同位素特征，將花崗巖類巖石劃分為7種類型。這種分類方法為：1、首先根據不同礦物及其組合特征，化學成分，花崗巖類的標準樣品。加上深成巖體中礦物很容易被認出，以及花崗巖類巖石的實際礦物成分可以很快獲得，所以根據長英礦物的富集程度，給花崗質巖石一個準確的命名。2、當花崗巖類巖石被很好的定義并給予正確的命名后，考慮它們的AFM礦物組合和野外特征，巖相學和定位數據，黑云母及副礦物磷灰石和鋯石等進行核對分類[3]（表1）。

3 東天山地區(qū)花崗巖的時空分布

作為中亞造山帶的造山過程的表現，東天山地區(qū)在不同地質時期造山帶不同演化階段形成的花崗巖構造環(huán)境類型較多。

圖1 東天山花崗巖分布圖（據顧連興等，2006和周濤發(fā)等，2010 修編）

根據Barbarin花崗巖類類型劃分和構造巖漿環(huán)境（表1）研究方法，對東天山地區(qū)花崗巖可劃分為4個構造類型-花崗巖（表2）。不同類型的花崗巖產出明顯受制于不同地質歷史發(fā)展時期；空間上，本區(qū)各類型的花崗巖受區(qū)域構造格架控制而呈帶狀分布（圖1）?，F將東天山地區(qū)不同類型的花崗巖特征簡述如下。

含角閃石鈣堿性花崗巖類：泥盆紀的大南湖巖體（李錦軼②），鏡兒泉巖體[10]，四頂黑山巖體（李亞萍等），以及早-中石炭世的紅云灘、鐵嶺、白靈山、駱駝峰巖體（吳昌志，2006；張尊忠等，2010）等都屬于該類巖石。其中泥盆紀巖體斷續(xù)出露在康古兒塔格斷裂附近。早-中石炭世巖體則沿阿奇克庫都克-沙泉子斷裂呈線狀分布。現以大南湖巖體為泥盆紀巖體的代表，紅云灘巖體為石炭紀巖體的代表分別描述。

表2 東天山地區(qū)花崗巖類巖石劃分表

大南湖巖體的巖石組合為石英閃長巖，花崗閃長巖，二長花崗巖。據統(tǒng)計，黑云母含量約5.06%～10%，角閃石含量0.55%～15%，斜長石含量38.5%～71%，鉀長石含量15%～30.7%，多為條紋長石，微斜長石少。副礦物組合為磁鐵礦-榍石-鋯石，以磁鐵礦為主，并含少量鈦鐵礦。巖體中某些地段見有大量暗色礦物包體，成分為黑云角閃石英閃長巖。巖石化學成分表明，鋁飽和指數>1，可能是由于最終的角閃石分離作用、揮發(fā)反應或泥質巖石同化作用之后，獲得過鋁質成分（肖慶輝，2006）。K2O含量2.04%～3.36%，CaO含量1.23%～7.22%。富CaO貧K2O，表明巖漿來源以地幔成分為主[3]（肖慶輝，2006）。也是與KCG類巖石區(qū)別的重要參數[3、9、11]。隨著巖石酸性程度的增加，Rb、K、Ba、Nb、Ta、Th等元素含量及Rb/Sr比值逐漸增高；Sr、P、Ti則依次降低；表現出以結晶作用為主的巖漿演化機理。

紅云灘巖體的巖石組合為英云閃長巖，花崗閃長巖，二長花崗巖。主要礦物為角閃石（3%～10%），黑云母（1%～15%），斜長石（20%～75%），鉀長石（1%～30%）和石英（10%～45%）。副礦物為磷灰石，榍石，磁鐵礦，偶見金紅石（張遵忠等，2010）。主量元素中SiO2含量與TiO2、Al2O3、FeO、MgO、MnO、CaO、Na2O和P2O5等氧化物的含量呈負相關，特別是FeO和P2O5含量隨SiO2含量增加呈線形降低（張遵忠等，2010）。具有典型鈣堿性巖系的演化特征（Chappell and White,1992；張遵忠等，2010）。微量元素特征表明，該花崗巖類為典型的火山弧花崗巖，是與洋殼俯沖作用有關的下地殼物質部分熔融所產生的巖漿，經歷分離結晶和同化混染作用的產物（張遵忠等，2010）。

富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類：我們將本類巖石分為兩個帶加以區(qū)別，即哈爾里克帶和覺羅塔格帶。是因為KCG類巖石可以作為俯沖帶的產物和ACG類巖石一起出現，也可以作為造山結束的標志或者構造體制的轉化單獨出現[3、9、11]。因此，這樣劃分對于探求花崗巖的構造環(huán)境是有意義的。

通過我們的研究，我們認為，以西鳳山巖體，石英灘巖體，天目巖體，克孜爾卡拉薩依巖體等為代表的石炭紀[10]（李錦軼②）巖體沿覺羅塔格造山帶與同時期的ACG類巖石共生。通過對同位素年代學的研究[12]（張遵忠等，2010），奧莫爾塔格，八大石和小鋪東，伊吾等巖體的年齡在290Ma年左右。以它們?yōu)榇淼脑擃悗r石沿哈爾里克島弧呈圓弧狀分布。

覺羅塔格帶富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類：以克孜爾卡拉薩依巖體和北克孜爾卡拉薩依巖體為代表。李錦軼②的研究顯示，二巖體的同位素年齡分別為357.3±6.2Ma(鋯石SHPIMP年齡)，319～334Ma（U-Pb年齡）。巖石組合為石英閃長巖，花崗閃長巖，二長花崗巖，鉀長花崗巖。以二長花崗巖為主，次為鉀長花崗巖，閃長巖較少?？俗螤柨ɡ_依巖體內有共生巖石輝長巖。兩巖體內部都能見到大量以輝長灰綠玢巖為主的鐵鎂質脈巖。某些花崗巖具鉀長石斑狀結構。黑云母和角閃石含量少，斜長石變化幅度大，An值介于6～53不等。多數礦物具弱次生蝕變。副礦物組合為磁鐵礦-鈦鐵礦-鋯石-磷灰石-石榴石-榍石。巖體內某些單元見有暗色包體均勻分布，多為橢圓狀-圓狀，成分為石英閃長巖，邊界模糊。SiO2含量63%～76%；Al2O3含量12.18%～16.66%；Na2O含量3.17%～4.95%；K2O含量2.4%～4.44%，CaO除個別樣品含量較高外，多數集中在0.12%～2.64%之間，富K2O貧CaO，顯示以殼源為主的特征[11]。微量元素特征與區(qū)內ACG類巖石相似。稀土總量變化大，隨SiO2的增高，二長花崗巖和鉀長花崗巖內的稀土總量有所降低，其它巖性內稀土總量增高。北克孜爾卡拉薩依巖體Eu異常較明顯，稀土元素配分曲線上表現為右傾輕稀土富集型，表明巖漿曾發(fā)生過斜長石結晶分異[13]。

哈爾里克帶富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類：為二長花崗巖、花崗巖和花崗閃長巖組合，斜長石（20%～44%），鉀長石（21%～44%），石英（15%～40%），黑云母（1%～10%），角閃石（2%～4%）。副礦物為磁鐵礦、榍石、磷灰石、鋯石等。局部地段見有閃長質包體分布。主量元素SiO2含量為61%～75%，K2O+Na2O的含量為6.50%～8.32%。在SiO2-K2O圖上，絕大部分數據點投影在高鈣堿性區(qū)域。鋁飽和指數0.93～1.01，堿性指數NK/A為0.59～0.95，均投影在亞堿性準鋁質到略過鋁質區(qū)域（張遵忠等，2010）。

含堇青石及黑云母過鋁質花崗巖類：以河西站巖體和紅柳河巖體為代表。李伍平等（2001）根據胡靄琴的U-Pb年齡，結合巖體與圍巖侵入接觸關系，認為二巖體形成于晚二疊世。巖石組合為花崗閃長巖，二長花崗巖。石英（23%～29%），微斜長石（6%～34%），無輝石和角閃石，黑云母（3%～21%），部分白云母化；白云母（0～3%）。未見CPG花崗巖類的鑒別性礦物堇青石和夕線石，可能是黑云母容納了一定數量的過剩的 Al，因此，使得在弱剛玉標準分子的花崗巖中不能出現富Al的典型礦物（肖慶輝等，2002）。副礦物為鋯石-磷灰石-鈦鐵礦-榍石。鋁飽和指數>1.05。Al2O3變化較大（13.51%～15%）；CaO含量1.24%～2.12%；Na2O含量2.20%～4.02%；K2O含量2.13%～5.42%。微量元素含量較高，在原始地幔標準化微量元素蛛網圖上（圖略），Ba、Nb、Sr、P、Ti相對虧損，Zr、Hf弱虧損，Rb、Th、K相對富集，表明巖漿中斜長石、磷灰石、鋯石和鈦鐵礦等發(fā)生了結晶分異作用（李五平等，2001）。稀土配分形態(tài)右傾，出現Eu負異常，表明輕稀土富集，斜長石分離[13]。

圖2 花崗巖類巖石與殼幔物質比例圖（據Barbarin,1999）

含白云母過鋁質花崗巖類（MPG）：包括形成于晚二疊世，分布于黃山-鏡兒泉一帶的圖拉爾根、鏡兒泉、黃山南等巖體；以及東天山地區(qū)印支期花崗巖類巖石[14]。該類型的花崗質巖石中，前人對白石頭泉巖體的礦物學、巖石學、地球化學方面的研究資料非常豐富。據王銀喜（2001）、顧連興（2003）、朱永峰（2007）等，巖體形成于印支期(209Ma)，類型為淺色花崗巖，含富Al的黃玉及天河石。以高含量的白云母（3%～10%）和出現獨居石為典型特征。石英（15%～35%），鈉長石（22%～60%），鉀長石（20-35%）。副礦物為石榴石、錫石、螢石、綠簾石、磷灰石、榍石、獨居石、鋯石。δ18O／‰值 7.32～10.75（顧連興等，2003），多數集中在9.5±0.5，明顯低于Barbarin的劃分參數。未獲得87Sr／86Sr值，但同期形成的尾亞巖體內為0.704～0.706。鋁飽和指數>1，Al2O3含量12.46%～17.44%；CaO為0.24%～0.88%；Na2O含量4.32%～8.28%；K2O含量1.86%～4.64%；Na2O>K2O的特征與法國中央高原的黃玉花崗巖相似。微量元素上，巖體富含 F、Li、Rb、Cs、Pb、Zn、W、Sn、Nb、Hf、Th 和 Y，而貧 Cl、S、B、CO2、Sr、Ba、Co、Ni、Cr、V、Cu 和 Zr[12]。

4 東天山花崗巖類的源巖

一些巖石學家認為大部分的花崗巖類巖石均來自于大陸地殼（Chappell and White,1974,1992a,b;Chappell et al.,1987）。不同的花崗巖類巖石不是來源于不同的源區(qū)（Origins）而是來自于大陸地殼熔融成多樣的花崗質巖漿（Chappell,1979）。然而他們無法解釋一些沒有大陸地殼存在的地區(qū)中花崗巖類的成因[3]，如在印度洋的中部，Kerguelen花崗巖類與大陸地殼沒有聯(lián)系（Lameyre et al.,1976;Giret,1990）。此外，大量的科迪勒拉（cordilleran）花崗巖類顯示的同位素特征介于大陸地殼和地幔物質之間（Depaolo,1981）。實際上，大多數巖石學家認為巖漿來源可能有三種：殼源，幔源和殼?；旌显矗˙arbarin,1999）。Barbarin（1999）根據不同的巖石的元素特征和同位素地球化學數據總結出了不同花崗巖類巖石中不同的地殼及地幔物質的比例（圖2）。

現代大陸地殼生長理論認為，大陸地殼是從地幔中分離生長出來的。從地幔中分離出大陸地殼而留下的難熔殘余地幔為巖石圈地幔。這樣，總結出了陸殼形成的三個階段：①由地幔橄欖巖局部熔融形成玄武質地殼；②由玄武質殼的局部熔融產生早期陸殼的奧長花崗巖、英云閃長巖、花崗閃長巖組合（TTG）；③由奧長花崗巖、英云閃長巖的局部熔融形成鉀質花崗巖(G1G2)的上地殼[13]。

根據上述對東天山地區(qū)花崗巖類巖石的研究成果，本區(qū)不同時代花崗巖的源巖各不相同：

泥盆紀到早石炭世含角閃石鈣堿性花崗巖類（ACG）可能來源于地幔橄欖巖區(qū)混熔了一部分楔形地幔上面的地殼。但是，富CaO貧K2O的巖石化學特征表明巖漿來源以地幔成分為主（肖慶輝等，2002）。

晚石炭世到早二疊世富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類（KCG）可能來源于陸殼物質的鈣堿性和高鉀鈣堿性的安山質源巖形成的高鉀鈣堿性花崗巖巖漿，結合富K2O貧CaO的巖石地球化學特征，可能混有部分幔源組分[11]。

晚二疊世含堇青石及黑云母過鋁質花崗巖類（CPG）來源于大陸地殼的沉積巖區(qū)。w(CaO)/w(Na2O)值接近0.5，為硬砂巖的局部熔漿組成。晚二疊世到三疊紀含白云母過鋁質花崗巖類（MPG）明顯來源于陸殼物質泥質巖石或硬砂質巖石的局部熔融。w(CaO)/w(Na2O)值等于0.1左右，表明源巖為泥質巖[15]。

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