新疆溫泉地區(qū)晚石炭世古老地殼重熔：花崗斑巖脈侵位年齡及其Sr、Nd同位素證據(jù)

楊瀚文，王建中，趙 軍，段 俊，王榮敏，高文彬，魏文昊，鄭延河

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；3.長(zhǎng)安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；4.西北政法大學(xué)，陜西 西安 710122；5.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 烏魯木齊自然資源綜合調(diào)查中心，新疆 烏魯木齊 830057；6.長(zhǎng)慶油田分公司油田事業(yè)開發(fā)部，陜西 西安 710018)

0 引 言

新疆阿拉套山位于西天山北部，大致呈東西向帶狀展布，北西向的米爾其克斷裂和保爾德蘇斷裂將其劃分為西、中、東三段。沿山脈南緣分布一中酸性巖漿巖帶，火山巖和侵入巖廣泛發(fā)育，巖漿活動(dòng)發(fā)育于325～264 Ma之間[1-10]，巖漿作用與鎢、錫、銅、鐵、金、鉛、鋅等礦物的成礦關(guān)系密切[8,11]?；鹕綆r在中、東兩段比較發(fā)育，“雙峰式”火山巖的噴發(fā)時(shí)代為320～270 Ma[6-8]。在西部地區(qū)的上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組中，發(fā)育少量夾層狀流紋質(zhì)火山塵凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖和蝕變火山塵凝灰?guī)r。侵入巖發(fā)育廣泛，以花崗巖類為主，同時(shí)發(fā)育各種脈巖，巖(脈)體侵位于上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組碎屑巖、下石炭統(tǒng)阿克沙克組碳酸鹽巖、碎屑巖及下二疊統(tǒng)烏郎組火山碎屑巖中，侵位時(shí)代為325～264 Ma[1-6]，巖漿侵入與火山噴發(fā)幾乎同步。其中，脈巖數(shù)量多、規(guī)模小、巖性復(fù)雜，成群成帶分布組成巖墻群，形成年齡集中于300～275 Ma[8]，部分巖墻與成礦作用密切相關(guān)[11]。

近年來，羅照華等將與造山帶大規(guī)?；◢徺|(zhì)巖漿活動(dòng)(巖基)同時(shí)或之后產(chǎn)出的一期區(qū)域性脈巖定義為一種新的火成巖組合，稱之為造山后脈巖組合或?qū)捵V系巖墻群[12-14]。這種巖墻群具有近同時(shí)形成、寬成分譜系、小體積的特點(diǎn)[15-18]。構(gòu)造熱體制分析和透巖漿流體成礦理論表明，寬譜系巖墻群的形成要求巨量流體活動(dòng)的參與，可能伴隨著大規(guī)模成礦作用，可作為有利的宏觀找礦標(biāo)志和區(qū)域成礦預(yù)測(cè)的指示器[13,19-20]，因此，它不僅是區(qū)域造山作用(旋回階段)結(jié)束的標(biāo)志，也是成礦預(yù)測(cè)和靶區(qū)定位的有效標(biāo)志[8,20-21]。

阿拉套山南緣廣泛且密集分布有大量巖墻(巖脈)，其成分包括煌斑巖質(zhì)、玄武質(zhì)、安山質(zhì)、英安質(zhì)和流紋質(zhì)。巖墻(脈)主要沿北西向及北東向成群成帶分布，在火山口附近呈放射狀分布[11]。主要巖性有細(xì)粒花崗巖、花崗斑巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖、閃長(zhǎng)玢巖、閃長(zhǎng)巖、正長(zhǎng)斑巖、輝綠巖、輝綠玢巖、輝長(zhǎng)巖、煌斑巖等，具有寬成分譜系的特征[19]。大部分巖墻侵位于花崗類及其外接觸帶圍巖中，是區(qū)內(nèi)最晚一期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物[8-11,19]。其中，中、東兩段出露一套二疊紀(jì)巖墻群，江秀敏等2011年的研究表明，閃長(zhǎng)質(zhì)小巖體和各類巖墻不僅是阿爾夏提矽卡巖型鐵銅礦床含礦流體的通道，也是該礦床真正的致礦侵入體[11]。相對(duì)于中、東兩段，前人對(duì)阿拉套山西段出露的脈巖研究較少，其形成年齡和巖漿源區(qū)也鮮有報(bào)道。因此本文對(duì)溫泉地區(qū)察哈烏蘇—輝特阿其一帶的花崗斑巖進(jìn)行研究，分析其鋯石U-Pb年齡和Sr、Nd同位素組成，探討其形成時(shí)代、巖漿源區(qū)及構(gòu)造背景，了解該地區(qū)地殼生長(zhǎng)過程，結(jié)合近年來最新的年齡數(shù)據(jù)和研究成果，為該區(qū)晚古生代構(gòu)造演化和北天山洋的閉合時(shí)限提供新的佐證。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 新疆阿拉套山南緣地質(zhì)簡(jiǎn)圖(底圖及年齡數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[9])Fig.1 Geological sketch map of the southern margin in the Alataw Mountains in Xinjiang(base map after ref.[9])

新疆阿拉套山位于西天山北部，山脈近東西走向，北西向的米爾其克斷裂和保爾德蘇斷裂將其劃分為西、中、東三段[22]。本文的研究區(qū)地理位置上屬于阿拉套山晚古生代活動(dòng)陸緣帶、阿拉套山南緣泥盆—石炭紀(jì)弧后盆地[23]，南部以博爾塔河斷裂為界，與賽里木地塊的別珍套山和汗吉尕山為鄰(圖1)。元古宙變質(zhì)基底主要出露在賽里木地塊的別珍套山一帶[25]，由中元古界溫泉巖群(西伯提巖組、牙馬特巖組和托克賽巖組)和中元古界長(zhǎng)城系特克斯巖群莫合西薩依巖組構(gòu)成[25-26]。區(qū)內(nèi)缺失早古生代地層，主要發(fā)育上古生界泥盆系、石炭系和二疊系以及新生界沉積物[27-28]。其中，上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組以碎屑巖為主，夾火山碎屑巖夾層；石炭系零星出露，巖性為下石炭統(tǒng)阿克沙克組濱-淺海相碎屑巖、火山碎屑巖和碳酸鹽巖，以及上石炭統(tǒng)東圖津河組淺海相碳酸鹽巖夾碎屑巖沉積；下二疊統(tǒng)烏郎組分布在阿拉套山的東段，主要為安山巖、安山玄武巖和流紋巖陸相火山巖；新生代地層以第四系沉積物和冰磧物為主[29]。區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有阿拉套山復(fù)向斜及其次級(jí)褶皺(扎勒木圖保日格背斜和達(dá)爾加河南向斜)以及一系列斷裂構(gòu)造。斷裂展布的方向以北西向、東西向和近南北向?yàn)橹鳌０群嗔押筒査顢嗔?，是次?jí)單元的分界斷裂，深達(dá)莫霍面，控制巖體的分布(圖1)，是本區(qū)的控巖構(gòu)造。米爾其克斷裂和保爾德蘇斷裂等北西向斷裂，是阿拉套山整體推覆過程中差異性水平運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，呈現(xiàn)明顯的右行剪切性質(zhì)。南北向斷裂與東西向張性斷裂分別控制著巖基與巖株產(chǎn)出的位置和火山巖分布的范圍，使巖基長(zhǎng)軸近南北向，巖株、巖脈呈東西向。除上述斷裂之外的斷裂構(gòu)造均屬蓋層斷裂，主要形成于燕山期南北向擠壓和喜馬拉雅期差異性升降運(yùn)動(dòng)過程中，其特點(diǎn)是規(guī)模較小，深度較小，且對(duì)含礦巖體及礦脈的空間分布起改造作用[22]。

2 巖石學(xué)和巖相學(xué)特征

圖2 新疆阿拉套山西段地質(zhì)簡(jiǎn)圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[10])Fig.2 Geological sketch map of the western Alataw Mountains in Xinjiang(after ref.[10])1.第四系;2.上新統(tǒng)昌吉河群獨(dú)山子組;3.中侏羅統(tǒng)頭屯河組;4.中侏羅統(tǒng)西山窯組;5.上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組上段;6.上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組下段;7.二長(zhǎng)花崗巖;8.鉀長(zhǎng)花崗巖;9.典型金礦點(diǎn);10.地質(zhì)界線;11.斷裂;12.國(guó)界線

圖3 溫泉地區(qū)上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組上段巖石地層中砂巖透鏡體(a)和槽模(b)露頭特征Fig.3 Outcrop photos of sandstone lenticular body (a) and trough model (b) of the Upper Devonian Tuskultaw Formation (upper part) in Wenquan area

圖4 溫泉地區(qū)閃長(zhǎng)巖(a)、花崗斑巖野外露頭(b)和花崗斑巖(正交偏光)顯微特征(c) Fig.4 Field photos of diorite (a) and granite porphyry (b) and microscopic photo (crossed polar)(c) of the granite porphyry in Wenquan area

阿拉套山南緣西段為阿拉套巖漿巖帶的重要組成部分，南部以博爾塔拉河斷裂為界與賽里木地塊的別珍套山為鄰。區(qū)內(nèi)主要出露晚古生代、中生代及新生代地層，晚古生代地層主要為上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組(D3t)，中生代地層主要為侏羅系，新生代地層為新近系上新統(tǒng)昌吉河群獨(dú)山子組(N2d)和第四系(Q)(圖2)。上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組地層以粉砂巖夾長(zhǎng)石巖屑砂巖為主，夾少量硅質(zhì)巖、流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r、紫紅-灰綠色粉砂質(zhì)泥巖，沉積環(huán)境為半深海-淺海相，靠近活動(dòng)大陸邊緣。上段巖石以粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾巖屑砂巖為主，局部夾少量含放射蟲凝灰?guī)r和砂巖透鏡體(圖3(a))，粉砂巖大多具有紋層狀構(gòu)造，主要由粉砂、泥質(zhì)或細(xì)砂組成，部分地段槽模發(fā)育(圖3(b))，分布在阿拉套山復(fù)向斜的兩翼。碎屑鋯石測(cè)年結(jié)果表明，其沉積時(shí)代在晚泥盆世晚期(365 Ma)之后[29]。侏羅系主要出露中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)和頭屯河組(J2t)，呈條帶狀分布于阿拉套山前麓，底部被第三系和第四系覆蓋，頂部被上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組以逆沖推覆構(gòu)造形式覆蓋。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，NEE—SWW向和近東西向褶皺、斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主要表現(xiàn)為阿拉套山褶皺和博爾塔拉河斷裂等，次級(jí)褶皺包括扎勒木圖保日格背斜和喀日賽向斜。斷裂以一系列北東東向(北傾)疊瓦狀逆沖斷層為主，部分地段發(fā)育南傾逆沖斷層，形成對(duì)沖斷裂，共同構(gòu)成阿拉套逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)(圖2)。區(qū)內(nèi)中酸性巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，發(fā)育泥盆紀(jì)火山巖和石炭紀(jì)晚期侵入巖，侵入巖有察哈烏蘇和輝特阿其巖基，閃長(zhǎng)巖脈和花崗斑巖脈等脈巖也有大量出露。泥盆紀(jì)火山巖出露較少，察哈烏蘇至輝特阿其一帶的上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組中，發(fā)育少量夾層狀流紋質(zhì)火山塵凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、蝕變火山塵凝灰?guī)r等。

溫泉地區(qū)察哈烏蘇—輝特阿齊一帶出露的脈巖類型比較單一，以閃長(zhǎng)巖脈為主，含少量花崗斑巖脈和霏細(xì)巖脈，通常侵入到上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組沉積地層中。其中，閃長(zhǎng)巖脈數(shù)量較多，但規(guī)模小，寬多小于5 m，延伸不超過50 m，大多沿層理侵入上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組沉積地層中，部分截切層理。巖脈無固定展布方向，整體蝕變較強(qiáng)。巖石新鮮面為深灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，個(gè)別巖脈中含少量斑晶，斑晶以斜長(zhǎng)石和角閃石為主(圖4(a))。主要礦物組分為斜長(zhǎng)石和暗色礦物，斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，含量為50%～55%，粒徑0.5 mm×0.3 mm～2.2 mm×1.3 mm，聚片雙晶發(fā)育；普遍中強(qiáng)度蝕變，絹云母化、綠泥石化、高嶺土化雜亂分布；暗色礦物均完全綠簾石化、綠泥石化蝕變，殘留角閃石細(xì)柱狀假象，粒徑0.15 mm×0.35 mm～1.4 mm×0.35 mm，雜亂分布于斜長(zhǎng)石粒間。部分巖脈含少量石英，粒徑<0.2 mm，它形粒狀，填隙狀分布于斜長(zhǎng)石粒間。偶見黃鐵礦星點(diǎn)狀分布，粒徑0.01～0.20 mm。副礦物以微量針柱狀磷灰石為主。

花崗斑巖脈數(shù)量較少，侵入上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組上段巖石中。巖脈規(guī)模較小，寬幾十厘米到幾米不等，延伸多小于50 m，斜切地層。巖石呈淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由斑晶和基質(zhì)組成。斑晶為石英和正長(zhǎng)石，石英呈它形粒狀，粒徑0.4～0.8 mm，含量1%～3%；正長(zhǎng)石呈半自形板條狀，具泥化，粒徑0.5～0.8 mm，含量3%～5%?；|(zhì)為顯微粒狀花崗結(jié)構(gòu)，主要由長(zhǎng)英質(zhì)礦物組成，含量90%～95%(圖4(b)和(c))。

3 樣品采集和分析方法

用于鋯石U-Pb測(cè)年和Sr、Nd同位素測(cè)試的花崗斑巖樣品采自溫泉扎冷木特地區(qū)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)80°43′11.53″、北緯45°07′51.17″，在同一個(gè)位置采集了5件(PM4-96-TM1、PM4-96-YQ1、PM4-96-YQ2、PM4-96-YQ3和PM4-98-YQ1)樣品，其中，PM4-96-TM1重15 kg，挑選鋯石以備U-Pb定年使用，其它4件樣品用于Sr、Nd同位素測(cè)試。

圖5 溫泉地區(qū)花崗斑巖脈樣品鋯石陰極發(fā)光照片和年齡Fig.5 Cathodoluminescence images and ages of zircons from the Wenquan granite porphyry dykes sample

巖石經(jīng)破碎、重選和磁選后，在雙目鏡下挑選鋯石單礦物顆粒，將挑選出的鋯石制靶，選取分析點(diǎn)位，然后用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)原位分析技術(shù)，對(duì)待測(cè)鋯石進(jìn)行微區(qū)測(cè)定。鋯石原位U-Pb定年分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室Agilent7700x上完成。詳細(xì)的測(cè)試原理、儀器參數(shù)和測(cè)試流程見參考文獻(xiàn)[30]。激光剝蝕的樣品氣溶膠由氦氣作為載氣輸送到質(zhì)譜儀中進(jìn)行測(cè)試，為了調(diào)節(jié)和提高儀器靈敏度，氣路中間引入了氫氣和少量氮?dú)?。每分?0個(gè)樣品測(cè)點(diǎn)分析一次標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1作為監(jiān)控，GJ-1的測(cè)試精準(zhǔn)度為0.282 030±0.000 020(2σ)。使用29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正，使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)使用NIST SRM610作為外標(biāo)。利用CU LITTER 4.0程序進(jìn)行U-Pb年齡處理，采用Andersen方法對(duì)普通Pb進(jìn)行校正[41]，利用Isoplot(3.0版)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理[32]。

Sr、Nd同位素測(cè)試工作在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所和核工業(yè)北京地質(zhì)研究所完成，詳細(xì)測(cè)試流程參照文獻(xiàn)[33-34]。將用于Sr、Nd同位素分析的全巖粉末充分溶解，然后摻入87Rb-84Sr和149Sm-150Nd混合示蹤劑進(jìn)行稀釋。使用經(jīng)典的兩步離子交換色譜法分離出Rb、Sr、Sm和Nd，并利用IGGCAS的多收集器熱電離質(zhì)譜儀(Thermo Fisher Scientific Triton Plus)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試過程中使用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)樣品NBS-987和JNdi-1作為監(jiān)控以評(píng)估數(shù)據(jù)收集期間儀器的穩(wěn)定性，其測(cè)試精度分別為87Sr/86Sr=0.710 251±0.000 022(n=8)和143Nd/144Nd=0.512 111±0.000 012(n=8)。同時(shí)，測(cè)量USGS參考材料BCR-2以監(jiān)測(cè)分析程序的準(zhǔn)確性，結(jié)果如下：87Sr/86Sr=0.705 010±0.000 012和143Nd/144Nd=0.512 626±0.000 010；BCR-2的87Sr/86Sr和143Nd/144Nd數(shù)據(jù)與前人通過TIMS技術(shù)公布的數(shù)據(jù)顯示出很好的一致性[33-34]，說明本研究的測(cè)試數(shù)據(jù)可靠。

4 結(jié)果分析

4.1 鋯石U-Pb定年

本次工作采集了1件花崗斑巖脈樣品PM4-96-TW1開展鋯石U-Pb同位素年代學(xué)研究。所挑選鋯石均為巖漿鋯石，CL影像較亮，粒徑多大于100 μm，多呈自形棱柱狀，振蕩環(huán)帶比較發(fā)育，大多較寬(圖5)。鋯石具有巖漿鋯石的典型特征，少量鋯石具破損和微弱磨圓。其Th、U含量分別為51.09×10-6～281.47×10-6和296.71×10-6～961.57×10-6，Th/U比值多大于0.2，分布范圍為0.12～0.54(表1)，算術(shù)平均值為0.21，也說明鋯石為巖漿成因鋯石[35]。總共挑選了35顆鋯石進(jìn)行年齡測(cè)試，剔除掉9個(gè)諧和度較差的年齡點(diǎn)之后，剩余的26個(gè)年齡值集中在兩個(gè)區(qū)間(表1)。前20個(gè)測(cè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡介于283.9～340.7Ma之間，加權(quán)平均年齡為(310.1±6.2) Ma，屬晚石炭世。后6個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡中有1個(gè)年齡值為490.9 Ma，其余5個(gè)年齡值介于384.9～439 Ma之間(圖5)。后者6顆鋯石具有較弱磨圓、且CL影像稍暗的特征，可能為繼承鋯石。

4.2 Sr、Nd同位素組成

本次工作采集4件花崗斑巖樣品開展了全巖Sr、Nd同位素示蹤研究，分析結(jié)果見表2。

由表2可以看出，花崗斑巖樣品的初始(87Sr/86Sr)i(ISr)比值偏高，并且集中于0.71左右，介于0.709 328～0.710 018之間，均大于0.706，小于0.712，屬于中等鍶花崗巖，指示巖漿可能源于殼?；烊刍蛳碌貧せ烊旧系貧の镔|(zhì)。樣品的εNd(t)值介于-3.92～-2.33之間，均小于-2.33，算術(shù)平均值為-3.12。值得注意的是，所有樣品的fSm/Nd值均介于-0.6～-0.3之間，表明Nd同位素測(cè)試結(jié)果可靠，一階段模式年齡TDM1就具有地質(zhì)意義。4件樣品的一階段模式年齡TDM1介于1 294～1 502 Ma之間(表2)，平均年齡為1 387 Ma，遠(yuǎn)大于巖脈(310 Ma)的形成年齡，表明花崗斑巖具有1.5～1.3 Ga的地殼存留年齡。

表1 溫泉地區(qū)花崗斑巖脈鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果

表2 溫泉地區(qū)花崗斑巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果

5 討 論

5.1 侵位年齡

圖6 溫泉地區(qū)花崗斑巖脈鋯石U-Pb年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡Fig.6 Zircon U-Pb concordia age and weighted average age of the Wenquan granite porphyry dyke

本文對(duì)花崗斑巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb定年，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(310.1±6.2 Ma)(圖6)。由于鋯石U-Pb同位素體系的封閉溫度高達(dá)900 ℃[36]，所以310 Ma可以作為花崗斑巖的結(jié)晶年齡，代表花崗斑巖的侵位年齡。該年齡與研究區(qū)內(nèi)察哈烏蘇巖基的形成年齡(313 Ma)十分接近[29]，幾乎同時(shí)產(chǎn)出。區(qū)域上該年齡還可以與北天山同時(shí)期形成的沙灣地區(qū)晚石炭世“雙峰式”火山巖和四棵樹“釘合巖體”進(jìn)行對(duì)比，形成于孔吾薩依A2型花崗巖(293 Ma)侵位之前[6]。沙灣地區(qū)晚石炭世火山巖由火山碎屑巖和火山熔巖組成，其流紋巖的鋯石U-Pb年齡為310 Ma，產(chǎn)出于大陸板內(nèi)拉張環(huán)境[37]。作為北天山古生代造山帶科克琴—博羅科努侵入巖帶的一員[38]，四棵樹“釘合巖體”第二期鉀長(zhǎng)花崗巖的鋯石U-Pb年齡為312 Ma[39]。因此，本文所測(cè)年齡數(shù)據(jù)可信，代表了巖漿的侵位年齡，本文研究的花崗斑巖脈的形成時(shí)代為晚石炭世早期。

5.2 巖漿源區(qū)

圖7 溫泉地區(qū)花崗斑巖ISr-εNd(t)圖((a)，底圖據(jù)文獻(xiàn)[48])和ISr-143Nd/144Nd關(guān)系圖((b)，底圖據(jù)文獻(xiàn)[49]) Fig.7 ISr-εNd(t)((a), after ref.[48]) and ISr-143Nd/144Nd correlation plots ((b), after ref.[49]) of granite porphyry in the Wenquan areaDM.虧損地幔；MORB.現(xiàn)代洋中脊玄武巖；OIB.洋島玄武巖；PREMA.流行地幔；LC.下地殼；HIMU.高U/Pb比值地幔；BSE.全硅酸鹽地球；EMⅠ.富集地幔Ⅰ型；EMⅡ.富集地幔Ⅱ型

Sr、Nd等同位素是地球物質(zhì)來源的化學(xué)指紋，巖石或礦物的Sr、Nd同位素組成常用來判別樣品的源區(qū)類型及其成因。從上文可以看出，花崗斑巖4件樣品的ISr值比較集中，分布范圍為0.709 3～0.710 0，比大陸地殼的ISr值(0.719)略低，遠(yuǎn)高于幔源火成巖的ISr值(0.702 0～0.706 0)，指示花崗斑巖的母巖漿可能來源于大陸地殼。其fSm/Nd值(-0.43～-0.35)與一般地殼巖石的fSm/Nd值(-0.5～-0.3)范圍較為一致，進(jìn)一步佐證巖漿可能來源于地殼的部分熔融?；◢彴邘r具有變化范圍大的εNd(t)負(fù)值(-3.93～-2.33)，與阿拉套山南緣深成巖體的高εNd(t)明顯不同[3-5,40]，而與溫泉巖群基底變質(zhì)巖[3,24-25,41]和阿拉套山泥盆系[37]Nd同位素組成較為一致；溫泉巖群基底變質(zhì)巖[4，25-26,42]和阿拉套山泥盆系[35]均具有εNd(t)負(fù)值，εNd(t)值分布范圍為-8.8～1.1[3,24-25,41-49]，指示花崗斑巖可能來源于溫泉地區(qū)古老的變質(zhì)基底。在ISr-εNd(t)關(guān)系圖(圖7(a))中，ISr值與εNd(t)值無明顯的相關(guān)性，分布較散亂，所有樣品均落入第四象限內(nèi)，位于下部陸殼(LC)與球粒隕石之間，進(jìn)一步反映了巖漿可能來自大陸地殼的部分熔融。該花崗斑巖具有較低的Sr初始比值和負(fù)Nd初始比值，與中天山的部分花崗巖類和西南天山的前寒武紀(jì)基底較相似，后兩者具有更高的Sr初始比值和更低的負(fù)Nd初始比值，顯示源區(qū)物質(zhì)有較多的地殼物質(zhì)。中天山東段的平頂山、選礦場(chǎng)后山和天湖東巖體的ISr值和εNd(t)值分別為0.712 6～0.718 4和-7.8～-3.7，推斷它們可能是早、中元古代地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物[42]；而西南天山木扎爾特群花崗片麻巖具有低的εNd(t)值(-4.4～-7.1)、高的初始Sr比值0.707 6～0.709 6，表明花崗片麻巖的巖漿物質(zhì)來自成熟度很高的基底陸殼物質(zhì)[43]。區(qū)域上北鄰的準(zhǔn)噶爾盆地基底不是殘留洋殼[44]，推測(cè)準(zhǔn)噶爾盆地西部和北部可能為殘留有陸殼殘塊的古生代新生地殼[45]。研究區(qū)緊鄰中元古界溫泉巖群變質(zhì)巖系，其一階段模式年齡平均為1 387 Ma，與中元古界溫泉巖群片麻巖的模式年齡(1.4 Ga)十分接近[3]，進(jìn)一步佐證花崗斑巖與中元古界溫泉巖群具有密切的親緣關(guān)系。

中亞造山帶廣泛分布有大量顯生宙花崗巖類。這些花崗巖類與通過先存大陸地殼循環(huán)演化所產(chǎn)生的花崗巖不同，普遍擁有低ISr、高εNd(t)值和較年輕的Nd同位素模式年齡[45-47]。整個(gè)阿拉套山的花崗巖類均具有類似的Sr、Nd同位素特征[3-5]，反映出地幔物質(zhì)的加入對(duì)于阿拉套山大陸地殼的垂向增生有著巨大貢獻(xiàn)[5,43]。這個(gè)結(jié)果與整個(gè)新疆北部乃至中亞造山帶廣大地區(qū)在310 Ma左右主要通過地幔物質(zhì)的加入而導(dǎo)致地殼增生的認(rèn)識(shí)[47]相一致。同時(shí)，阿拉套山一帶的花崗巖類顯示出以幔源物質(zhì)為主，受到地殼物質(zhì)混染的特點(diǎn)，可以用幔源玄武質(zhì)巖漿底侵、發(fā)生巖漿的同化分離結(jié)晶過程或巖漿混合作用的模式解釋[29]。綜上所述，阿拉套山南緣西段的花崗斑巖具有中等ISr值，負(fù)的εNd(t)值和較大的Nd模式年齡，說明該巖脈的形成與阿拉套山的眾多花崗巖體具有完全不同的成因，不太可能是幔源巖漿底侵、演化的產(chǎn)物，更有可能是由成熟度比較高的前寒武紀(jì)基底巖石重熔形成的“S”型花崗巖。

5.3 構(gòu)造背景

區(qū)域上，艾比湖—巴音溝一帶在早石炭世重新開始拉張，形成北天山洋[50-51]；北天山洋洋區(qū)南緣的被動(dòng)陸緣上為別珍套—汗吉尕碳酸鹽巖淺海盆地，阿拉套地區(qū)則為淺海-半深海陸緣盆地，二者的沉積環(huán)境和巖石組合具有一定差異。另外，阿拉套地區(qū)上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組巖屑砂巖碎屑鋯石年齡出現(xiàn)多個(gè)位于500～2 200 Ma區(qū)間的年齡值[29]，而別珍套山一帶中泥盆統(tǒng)汗吉尕組和下石炭統(tǒng)阿克沙克組巖屑砂巖碎屑鋯石并無大于500 Ma的年齡值[29]，反映了兩地的物源存在差異。這些特征均表明，自晚古生代以來，阿拉套山和別珍套山地區(qū)發(fā)生了重要的洋陸轉(zhuǎn)換事件，經(jīng)歷了不同的構(gòu)造演化，分屬不同的構(gòu)造環(huán)境[30]。

新疆北部及鄰區(qū)發(fā)育大量的花崗巖類，其中石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗巖類較為突出，主要集中在晚石炭世—早二疊世，特別是早二疊世，堿性巖最為發(fā)育，形成于伸展構(gòu)造背景[52]。北天山的花崗巖類主要集中在早石炭世 (355～345 Ma)和早二疊世兩個(gè)時(shí)期，而阿拉套山南緣的花崗巖類形成于早石炭世晚期—早二疊世(325～290 Ma)，和西準(zhǔn)噶爾晚石炭世—早二疊世(310～290 Ma)鋁質(zhì)A型花崗巖幾乎同步[52]。天山北部地區(qū)巴音溝蛇綠巖可以代表北天山洋，是新疆北部時(shí)代最年輕的蛇綠巖[53]，其斜長(zhǎng)花崗巖的鋯石U-Pb年齡為325 Ma[54]，侵位于巴音溝蛇綠巖的四棵樹“釘合巖體”形成于312 Ma[49]，所以北天山蛇綠混雜巖形成時(shí)代可能是在早—晚石炭世之交[55]。同時(shí)，埃達(dá)克巖-高鎂安山巖-富Nb玄武巖火山巖組合的噴發(fā)時(shí)間為334～320 Ma[52]，硅質(zhì)巖中存在法門階牙形石以及早石炭世放射蟲，碰撞階段形成的超高壓變質(zhì)巖年齡為315 Ma[56]，共同限定了北天山洋的閉合時(shí)間應(yīng)在310 Ma之前[57]。

阿拉套山地區(qū)西段出露上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組，該組砂巖最年輕的碎屑鋯石年齡為365 Ma，表明巖石在晚泥盆世晚期以后沉積[29]，屬于海洋環(huán)境；下石炭統(tǒng)阿克沙克組糜棱巖化砂巖碎屑鋯石的年齡為428～331 Ma，與其中的古生物化石時(shí)代一致，巖石形成于早石炭世晚期，屬于海陸交互環(huán)境，阿克沙克組形成于早石炭世晚期(331 Ma)[58]，而晚石炭世時(shí)期該地區(qū)已經(jīng)轉(zhuǎn)換為大陸環(huán)境。北天山在325～310 Ma期間處于同碰撞和同碰撞向后碰撞轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景，310 Ma以后阿拉套山地區(qū)逐漸進(jìn)入后碰撞伸展階段。巖墻群代表后造山伸展構(gòu)造環(huán)境巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物[16-18]，本文研究的花崗斑巖脈(脈巖)作為阿拉套山南緣巖墻群的一員，其形成時(shí)代為310 Ma，該年齡與沙灣地區(qū)晚石炭世(310 Ma)產(chǎn)于大陸板內(nèi)拉張環(huán)境的流紋巖噴發(fā)年齡[37]較為一致，也與察哈烏蘇巖基的侵位時(shí)代(313 Ma)比較吻合，推測(cè)它們可能具有相似的構(gòu)造地質(zhì)背景。從石炭紀(jì)到侏羅紀(jì)(332～174 Ma)新疆北部地區(qū)處在一個(gè)相似的地殼演化階段，為陸殼垂向生長(zhǎng)、區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)顯示拉張的構(gòu)造環(huán)境，并在時(shí)間、空間上具有相對(duì)統(tǒng)一的特征[59]。因此，本文研究的阿拉套山南緣西段的花崗斑巖脈侵位時(shí)代早于阿拉套山南緣中、東段巖墻群的最老年齡(300 Ma)，是阿拉套山西段最晚一期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，可能形成于同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換的過渡階段。

6 結(jié) 論

(1)阿拉套山南緣西段花崗斑巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為310 Ma，代表花崗斑巖的侵位年齡，反映巖脈形成于晚石炭世早期。

(2)Sr、Nd同位素組成顯示，阿拉套山南緣西段花崗斑巖具有中等ISr值、負(fù)的εNd(t)值和較大的Nd模式年齡，明顯不同于西天山乃至新疆北部廣泛發(fā)育的花崗巖巖類，后者普遍擁有低ISr值、正的高εNd(t)值和較年輕的Nd同位素模式年齡，說明阿拉套山南緣西段花崗斑巖脈與阿拉套山的眾多花崗巖體具有完全不同的成因，可能來自成熟度比較高的前寒武紀(jì)基底巖石重熔。

(3)花崗斑巖脈形成時(shí)代(310 Ma)與研究區(qū)阿拉套山南緣西段察哈烏蘇巖基的形成時(shí)代(313 Ma)十分接近，也與沙灣地區(qū)流紋巖的噴發(fā)時(shí)代(310 Ma)幾乎同步，后者形成于大陸板內(nèi)拉張環(huán)境，所以本文的花崗斑巖脈(脈巖)作為阿拉套山南緣巖墻群的一員，是阿拉套山西段最晚一期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物，可能形成于同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換的過渡階段。