東天山晚古生代構(gòu)造轉(zhuǎn)折:紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖年代學(xué)與地球化學(xué)的約束

袁修財(cái) 吳艷爽 吳昌志 陳衍景

中亞造山帶包括烏拉爾、阿爾泰-天山和蒙古-興安嶺等山系,位于東歐克拉通、西伯利亞克拉通、塔里木克拉通與華北克拉通之間,由多類地體或微陸塊組成,經(jīng)歷了長(zhǎng)期復(fù)雜的俯沖、增生和碰撞過程(eng?retal., 1993; Charvetetal., 2007; Windleyetal., 2007; Pirajnoetal., 2008; Xiaoetal., 2013, 2018; Han and Zhao, 2018; Wuetal., 2018; Chenetal., 2020; Xia and Li, 2020),是地球上顯生宙增生最為顯著的造山帶(Jiangetal., 2012; Xiaoetal., 2013; Zhengetal., 2020)。東天山位于中亞造山帶西南緣,區(qū)內(nèi)晚古生代巖漿巖極為發(fā)育(Wuetal., 2014, 2017; Wangetal., 2015, 2018c; Zhangetal., 2016a),蘊(yùn)藏豐富的金屬礦床,是我國重要的多金屬成礦帶(Wuetal., 2011; Wangetal., 2018b; Zhangetal., 2020)。

迄今為止,前人對(duì)東天山構(gòu)造帶晚古生代的構(gòu)造演化過程進(jìn)行了多方面的研究,取得了很多成果,但也還存在很多爭(zhēng)議,特別是對(duì)北天山洋的最終閉合時(shí)限存爭(zhēng)議較大,對(duì)于石炭紀(jì)東天山構(gòu)造背景,絕大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為其處于俯沖構(gòu)造體制中,但對(duì)于二疊紀(jì)的構(gòu)造背景則存在兩種不同的觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為,北天山洋的最終閉合完成于早二疊世之前,東天山在早二疊世之后已處于碰撞后構(gòu)造背景(李錦軼等, 2006; 吳昌志等, 2006; Duetal., 2018; Han and Zhao, 2018; Wangetal., 2018a; Zhaoetal., 2019a; Muhtaretal., 2020c; Leietal., 2021; Chenetal., 2022),持這種觀點(diǎn)的學(xué)者基于以下證據(jù): (1)二疊紀(jì)存在較多產(chǎn)于伸展環(huán)境的A型花崗巖記錄(Han and Zhao, 2018; Zhangetal., 2018; Muhtaretal., 2020c); (2)石炭紀(jì)晚期至早二疊世早期,東天山巖漿活動(dòng)有一個(gè)低谷期,但是290Ma之后東天山巖漿活動(dòng)記錄開始明顯增多(Muhtaretal., 2020b); (3)康古爾-黃山韌性剪切帶形成于290～260Ma(Holtgreweetal., 1992; Zhangetal., 2002; 陳文等, 2003),側(cè)面反映區(qū)域內(nèi)在石炭紀(jì)末到二疊紀(jì)初可能發(fā)生了地球動(dòng)力學(xué)背景轉(zhuǎn)變; (4)二疊紀(jì)初,東天山中一些發(fā)育逆沖和褶皺變形的俯沖板片參與了巖漿巖的形成,意味著東天山經(jīng)歷了從同碰撞擠壓到碰撞后伸展的構(gòu)造背景轉(zhuǎn)變(Chenetal., 2011); (5)覺羅塔格構(gòu)造帶內(nèi)存在二疊紀(jì)湖相沉積巖、陸相火山巖(Shuetal., 2011; 廖卓庭等, 2011); (6)部分學(xué)者收集東天山已報(bào)道巖漿巖的Ce/Y、Ho/Yb比值,發(fā)現(xiàn)二疊紀(jì)巖漿巖Ce/Y、Ho/Yb比值明顯高于石炭紀(jì)樣品,指示二疊紀(jì)東天山已發(fā)生碰撞(Zhangetal., 2018)。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為北天山洋的最終閉合時(shí)間為晚二疊世至中三疊世(Xiaoetal., 2013, 2020; Maoetal., 2014; Chenetal., 2019, 2020; Zhengetal., 2020; Aoetal., 2021),持這種觀點(diǎn)的學(xué)者是基于以下事實(shí):(1)石炭紀(jì)大南湖-頭蘇泉島弧碎屑鋯石年齡缺乏前寒武紀(jì)年齡的古老鋯石,三疊紀(jì)時(shí)大南湖-頭蘇泉島弧巖漿巖的碎屑鋯石開始有較多前寒武紀(jì)鋯石;同時(shí),石炭紀(jì)時(shí)大南湖-頭蘇泉島弧與阿齊山-雅滿蘇島弧鋯石Hf同位素有差別,阿齊山-雅滿蘇島弧碎屑鋯石年齡峰值與中天山類似(Chenetal., 2019, 2020; Aoetal., 2021; Maoetal., 2023);(2)二疊紀(jì)東天山、北山發(fā)育了一些可能屬于俯沖板片熔融形成的埃達(dá)克巖(Zhengetal., 2020)。為此,加強(qiáng)石炭紀(jì)-二疊紀(jì)巖漿巖的研究將是確定東天山構(gòu)造背景、解決上述爭(zhēng)議的重要課題。

東天山大南湖-頭蘇泉島弧帶以廣泛發(fā)育鈣堿性巖漿巖為特征,尤其發(fā)育石炭紀(jì)-二疊紀(jì)巖漿巖,是厘定北天山洋閉合過程的關(guān)鍵地區(qū)。本次對(duì)大南湖-頭蘇泉島弧帶南緣的紅山南-天木東地區(qū)晚古生代巖漿巖開展了詳細(xì)的野外地質(zhì)考查并進(jìn)行了系統(tǒng)采樣,通過年代學(xué)、巖相學(xué)和巖石地球化學(xué)分析,限定了研究區(qū)巖漿巖的時(shí)代、成因和大地構(gòu)造背景,進(jìn)而探討東天山的構(gòu)造演化過程。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

東天山是指中國新疆88°E以東的天山區(qū)域(圖1a,b),構(gòu)造位置上處于準(zhǔn)噶爾盆地與塔里木盆地之間(圖1b,c),由北向南依次為博格達(dá)-哈爾里克島弧(部分被吐哈盆地覆蓋)、覺羅塔格構(gòu)造帶和中天山地塊(陳衍景等, 1995;Xiaoetal., 2004; Charvetetal., 2007; Chenetal., 2012;Zhangetal., 2016b, c; Wuetal., 2018),其分界斷裂分別是卡拉麥里斷裂、康古爾斷裂、阿奇克庫都克斷裂和星星峽或紅柳河斷裂。其中,覺羅塔格構(gòu)造帶被雅滿蘇斷裂分為康古爾盆地(或康古爾-黃山剪切帶)和阿齊山-雅滿蘇島弧帶(Zhangetal., 2004, 2016c; Suetal., 2011; Dengetal., 2017)。博格達(dá)-哈爾里克島弧巖漿巖主要沿吐哈盆地北緣的博格達(dá)-哈爾里克山脈發(fā)育,在吐哈盆地南緣(大南湖等)以及吐哈盆地內(nèi)的局部地區(qū)也有出露,后者又被稱為大南湖-頭蘇泉島弧帶(Chenetal., 2012; Dengetal., 2016; Wuetal., 2017)。

圖1 中亞造山帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖(a)、新疆北部構(gòu)造格架簡(jiǎn)圖(b)和東天山地質(zhì)及礦產(chǎn)分布圖(c)(據(jù)Deng et al., 2016修改)Fig.1 Sketch tectonic map of Central Asian Orogenic Belt (a), sketch map showing the tectonic framework of the Northern Xinjiang (b) and geological map of the East Tianshan with distribution of mineral deposits (c) (modified after Deng et al., 2016)

大南湖-頭蘇泉島弧帶主要發(fā)育火山巖、火山碎屑巖和增生雜巖(Charvetetal., 2007; Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2013; Zhangetal., 2016c, 2018; Chenetal., 2019),其時(shí)代跨越奧陶紀(jì)至二疊紀(jì),但以石炭紀(jì)最為發(fā)育。該區(qū)最古老地層為中奧陶統(tǒng)大柳溝組,為一套海相鈣堿性基性-酸性火山巖,主要出露在大草灘斷裂以北(Dengetal., 2016; 張方方, 2016; Zhangetal., 2018; Chaietal., 2019)。志留系紅柳峽組為一套火山巖及火山碎屑巖,主要分布在吐哈盆地南緣(Xiaoetal., 2017; 趙浩, 2018; 郭偉東, 2019)。下泥盆統(tǒng)大南湖組由火山碎屑巖及火山碎屑沉積巖組成,夾火山熔巖和碳酸鹽巖,主要分布在吐哈盆地南部(Zhangetal., 2006, 2014; 李寧等, 2019)。中、上泥盆統(tǒng)康古爾塔格組為一套陸相火山-沉積建造并有煤線發(fā)育,主要分布在康古爾-黃山剪切帶北部及大南湖-頭蘇泉島弧帶南部(王銀宏等, 2014; Duetal., 2018)。下石炭統(tǒng)干墩組為一套深海-半深海相復(fù)理石建造,由變形砂巖、灰?guī)r、礫巖和凝灰?guī)r等組成,分布在康古爾-黃山剪切帶及兩側(cè)(張洪瑞等, 2010; 周濤發(fā)等, 2010; Zhangetal., 2016a)。上石炭統(tǒng)企鵝山組主要由火山熔巖、火山碎屑巖及火山沉積巖組成,分布在康古爾-黃山剪切帶附近(李永軍等, 2008; 趙澤南等, 2014; Zhangetal., 2016b)。上石炭統(tǒng)梧桐窩子組為一套火山-沉積建造,由海相火山巖、火山碎屑巖及沉積巖組成,主要分布在康古爾-黃山剪切帶及附近區(qū)域(Wangetal., 2018a; 鄧宇峰等, 2021)。下二疊統(tǒng)阿其克布拉克組為一套陸相火山熔巖夾少量火山碎屑巖,主要分布在康古爾-黃山剪切帶及兩側(cè)(傅飄兒, 2012; 張達(dá)玉, 2012)。

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

紅山南-天木東地區(qū)位于大南湖-頭蘇泉島弧帶南部,南距康古爾大斷裂約6km。該地區(qū)已發(fā)現(xiàn)天木東和紅山南兩個(gè)金礦點(diǎn)(圖2)。

圖2 紅山南-天木東地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)鄧剛等,2011修改)Fig.2 Simplified geologic map of the Hongshannan-Tianmudong area (modified after Deng et al., 2011)

研究區(qū)出露地層為上石炭統(tǒng)梧桐窩子組及第四系松散沉積物。梧桐窩子組包括3個(gè)巖性段,其中下巖性段(C2w1)由凝灰?guī)r、安山巖及英安巖(圖3a)組成,出露于研究區(qū)中部;中巖性段(C2w2)主要為英安巖、安山巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r,夾硅質(zhì)巖(圖3b),分布于研究區(qū)東北及西南部;上巖性段(C2w3)主要為安山巖、英安巖(鄧剛等, 2011),分布于研究區(qū)西南部。梧桐窩子組巖層總體傾向?yàn)?00°～210°,傾角65°～80°,呈北西-南東向展布。

圖3 紅山南-天木東地區(qū)巖石野外及顯微照片(a)梧桐窩子組下巖性段安山巖(下巖性段);(b)梧桐窩子組硅質(zhì)巖及凝灰?guī)r;(c)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;(d)黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵入梧桐窩子組安山巖;(e)安山巖可見斜長(zhǎng)石斑晶;(f)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;(g)黑云母二長(zhǎng)花崗巖;(h)石英閃長(zhǎng)巖. Bt-黑云母;Hbl-角閃石;Kfs-鉀長(zhǎng)石;Pl-斜長(zhǎng)石;Qz-石英Fig.3 Photographs showing occurrence and micrographs of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area(a) andesite of the Wutongwozi Formation (lower unit); (b) siliceous rock and tuff of the Wutongwozi Formation; (c) gabbro-diorite; (d) tuff of the Wutongwozi Formation intruded by biotite monzogranite; (e) andesite with plagioclase phenocryst; (f) gabbro-diorite; (g) biotite monzogranite; (h) quartz diorite. Bt-biotite; Hbl-hornblende; Kfs-K-feldspar; Pl-plagioclase; Qz-quartz

研究區(qū)主要發(fā)育兩組斷裂,走向分別為NWW和NE向,NWW向斷裂規(guī)模較大,局部顯示韌性變形特征,并被晚期規(guī)模較小的NE向斷裂錯(cuò)斷(圖2)。NWW向剪切帶附近巖石均存在不同程度的片理化及糜棱巖化,可見云母和長(zhǎng)石等礦物變形,且與金礦化關(guān)系密切。

研究區(qū)侵入巖較為發(fā)育,主要有輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(圖3c)、黑云母二長(zhǎng)花崗巖(圖3d)和石英閃長(zhǎng)巖,均與梧桐窩子組地層呈侵入接觸(圖3d)。輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖在研究區(qū)東南部出露長(zhǎng)度大于6km,寬度約300～1000m;在研究區(qū)西部有兩處小范圍露頭,呈長(zhǎng)橢圓形,出露面積均小于0.3km2。黑云母二長(zhǎng)花崗巖出露于東北部,呈橢圓形,出露面積約0.2km2。石英閃長(zhǎng)巖出露于西北部,呈橢圓形展布,出露面積約0.3km2。

3 樣品及分析方法

3.1 樣品特征

本文對(duì)梧桐窩子組安山巖以及侵入梧桐窩子組的輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)巖進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集和薄片觀察(圖3e-h)。樣品具體特征分述如下。

安山巖(18KH169～175)新鮮面為灰黑色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶含量少(<5%),主要為自形-半自形斜長(zhǎng)石,另有少量角閃石。基質(zhì)呈交織結(jié)構(gòu),主要為斜長(zhǎng)石,并見少量磁鐵礦(圖3e)。安山巖中部分斜長(zhǎng)石斑晶發(fā)生綠簾石化。

輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(18KH186～192)新鮮面呈灰綠色(圖3c),中-粗粒結(jié)構(gòu)(1～10mm),塊狀構(gòu)造,主要由斜長(zhǎng)石(60%)、角閃石(35%)和輝石(3%)等礦物組成;副礦物主要為鐵氧化物及磷灰石。斜長(zhǎng)石呈自形板狀,2～10mm不等,多發(fā)生泥化及絹云母化;角閃石為自形-半自形,粒徑1～3mm,部分發(fā)生綠泥石化;輝石呈他形,粒徑小于0.5mm(圖3f)。

黑云母二長(zhǎng)花崗巖(18KH155～161)新鮮面呈灰白-灰黃色(圖3d),中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)(0.5～3mm),塊狀構(gòu)造。主要礦物包括斜長(zhǎng)石(35%)、鉀長(zhǎng)石(25%)、石英(30%)及黑云母(8%);副礦物有磷灰石和鋯石。斜長(zhǎng)石自形-半自形,板狀或長(zhǎng)板狀,粒徑1～2mm;鉀長(zhǎng)石半自形板狀,粒徑為0.5～2mm;石英呈他形粒狀,粒徑1～3mm;黑云母呈半自形片狀,0.5～1mm(圖3g)。

石英閃長(zhǎng)巖(18KH177～183)新鮮面呈灰綠色,中-細(xì)粒結(jié)構(gòu)(0.5～3mm),塊狀構(gòu)造。主要礦物為斜長(zhǎng)石(60%)、角閃石(25%)和石英(10%),另有少量黑云母(2%);副礦物有磁鐵礦、磷灰石和鋯石。斜長(zhǎng)石呈自形板狀,粒徑0.5～3mm不等,部分發(fā)生泥化;角閃石呈半自形-他形,粒徑0.5～2mm,部分發(fā)生綠泥石化;石英他形粒狀,1～2mm,充填于斜長(zhǎng)石顆粒間(圖3h)。

3.2 鋯石樣品制備及分析

重礦物分選在廊坊誠信地質(zhì)服務(wù)公司完成。首先將所采樣品洗凈后破碎,待樣品粉碎至0.2～0.5mm后,利用電磁和重液方法分選,將鋯石從磨碎的樣品中分離,并在雙目鏡下挑選無色透明、無裂隙及包裹體少的鋯石。每組樣品挑選出200顆左右鋯石,將這些鋯石顆粒粘在無色透明的環(huán)氧樹脂上,待鋯石固定之后,拋光鋯石至露出核部。

鋯石的陰極發(fā)光圖像(CL)拍攝工作在南京宏創(chuàng)地質(zhì)勘查技術(shù)服務(wù)有限公司的掃描電鏡室完成(儀器型號(hào):JEOLJSM-7000F)。鋯石的透射光、反射光顯微圖像拍攝和鋯石U-Pb同位素定年工作在內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京大學(xué))完成。鋯石U-Pb定年實(shí)驗(yàn)所用儀器為GeoLas Pro 193nm 激光剝蝕系統(tǒng)和Thermal iCAP RQ型ICP-MS,實(shí)驗(yàn)所采用的激光束直徑為32μm,激光脈沖頻率是5Hz,剝蝕時(shí)間為70s,背景測(cè)量時(shí)間為40s,脈沖能量為6.5J/cm2。選取美國地質(zhì)調(diào)查局(GEMOC)的GJ-1作為標(biāo)樣,其207Pb/206Pb的年齡為608.5±0.4Ma,206Pb/238U的年齡為599.8±4.5Ma(Jacksonetal., 2004),每測(cè)試10顆鋯石打兩次標(biāo)樣,測(cè)試過程中標(biāo)樣年齡始終與推薦值一致。普通鉛校正采用Andersen (2002)的方法,年齡諧和圖的繪制基于ISOPLOT軟件(Ludwig, 2003)完成。

鋯石原位Hf同位素組成分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心地質(zhì)礦產(chǎn)研究所進(jìn)行,利用Thermo Fisher公司生產(chǎn)的Neptune多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)完成,同時(shí)利用美國ESI公司生產(chǎn)的New Wave 193 nm FX ArF激光剝蝕系統(tǒng)配合取樣。分析時(shí)激光束直徑為35μm,剝蝕頻率為8～10Hz,激光束脈沖能量為100mJ。利用Gj-1作為外標(biāo)樣品,本次實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的Gj-1標(biāo)樣的176Hf/177Hf平均值為0.282021±0.000019(2σ),與推薦值0.282010±0.000020(Elhlouetal., 2006)吻合較好。εHf(t)計(jì)算中采用的176Lu衰變常數(shù)為1.867×10-11yr-1,虧損地幔Hf模式年齡(tDM1)計(jì)算采用現(xiàn)今虧損地幔值(176Hf/177Hf=0.282772,176Lu/177Hf=0.03842),二階段Hf模式年齡(tDM2)利用平均大陸殼的176Lu/177Hf值0.015計(jì)算(Griffinetal., 2002)。

3.3 全巖化學(xué)成分和同位素分析

選取安山巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)巖各5件樣品進(jìn)行全巖主量元素和微量元素分析。全巖主量元素分析在廣州澳實(shí)公司的ME‐XRF‐06光譜儀上進(jìn)行,選用美國地質(zhì)調(diào)查局的BHVO‐2樣品校正元素濃度,樣品的分析精度優(yōu)于1%。制備過程中,先將全巖樣品細(xì)碎至200目以下,之后將樣品與Li2B4O7、LiBO2混合,在1050～1100℃條件下制成均勻的樣品,最后進(jìn)行主量元素測(cè)試。全巖微量元素測(cè)試在內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京大學(xué))進(jìn)行,利用高分辨率的HR-ICP-MS質(zhì)譜儀測(cè)試,儀器為Finnigan公司生產(chǎn)的Element Ⅱ型,分析精度優(yōu)于2%。詳細(xì)的分析步驟和條件參考高劍峰等(2003)。

選取新鮮的安山巖和石英閃長(zhǎng)巖樣品各3件,進(jìn)行全巖Sr-Nd同位素組成分析。樣品的前處理及分析均在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。先將樣品細(xì)磨至200目以下,稱量100mg樣品與50mg BCR-2標(biāo)樣共同溶解于HF和HNO3中。靜置7天至樣品完全溶解后,通過陽離子交換柱法分離和純化Sr、Nd同位素。Sr、Nd同位素測(cè)試在英國Nu Instrument公司生產(chǎn)的Nu Plasma II型多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)上完成。分別采用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219校正Sr、Nd同位素值。測(cè)試得到的USGS標(biāo)準(zhǔn)樣品BCR-2的87Sr/86Sr值為0.705029,與推薦值0.705020±0.000020一致,143Nd/144Nd測(cè)試值為0.512592,與推薦值0.512633±0.000020(Jwedaetal., 2016)一致。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年

本文對(duì)上述選自安山巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)巖樣品中的共120顆鋯石進(jìn)行U-Pb同位素年齡測(cè)試,相關(guān)年齡數(shù)據(jù)結(jié)果示于表1及圖4a-d。

表1 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖鋯石U-Pb定年分析結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb dating results for the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

圖4 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖鋯石U-Pb諧和圖及加權(quán)平均年齡圖(a)安山巖;(b)輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖;(c)石英閃長(zhǎng)巖;(d)黑云母二長(zhǎng)花崗巖. 代表性鋯石顆粒的陰極發(fā)光(CL)圖像列于對(duì)應(yīng)的圖中,實(shí)線與虛線圓圈分別為U-Pb測(cè)年點(diǎn)及Hf同位素測(cè)定點(diǎn),并標(biāo)示了對(duì)應(yīng)的值Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams and weighted mean ages of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area(a) andesite; (b) gabbro diorite; (c) quartz diorite; (d) biotite monzogranite. Cathodoluminescence (CL) images of representative zircon grains are shown as insets, the solid and dashed line circles represent the locations of U-Pb age and Hf isotopic composition determinations, respectively

安山巖中的鋯石透明-半透明,多為自形長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)50～160μm,長(zhǎng)寬比2:1～6:1,在CL圖上可見良好的振蕩環(huán)帶,Th/U值為0.28～0.56(表1),為典型的巖漿鋯石。除6顆鋯石年齡諧和度小于90%外,剩余24顆諧和度高的鋯石的206Pb/238U年齡集中分布于324～333Ma,加權(quán)平均值為328.8±2.0Ma(MSWD=0.32,n=24,圖4a),可代表該安山巖的成巖年齡。

輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中的鋯石透明-半透明,無色或淺黃色,多數(shù)呈自形程度較好的長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)100～300μm,寬35～80μm, 長(zhǎng)寬比為1.5:1～5:1,振蕩環(huán)帶較發(fā)育,Th/U值為0.47～0.80(表1),指示其為巖漿成因。剔除2顆年齡不諧和鋯石,其他28顆鋯石的206Pb/238U年齡范圍變化于326～332Ma,加權(quán)平均年齡為328.7±1.8Ma(MSWD=0.12,n=28,圖4b),可代表輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡。

石英閃長(zhǎng)巖中的鋯石透明-半透明,無色或黃褐色,呈長(zhǎng)柱狀,長(zhǎng)120～300μm,寬45～80μm,長(zhǎng)寬比為2:1～5:1,多見明顯振蕩環(huán)帶,結(jié)合鋯石較高的Th/U值(0.48～0.95,表1),指示其為巖漿成因。5顆鋯石年齡不諧和,另有一顆鋯石(28號(hào)鋯石)206Pb/238U年齡為454Ma,這顆鋯石呈雙錐狀,且發(fā)育溶蝕孔,應(yīng)是巖漿上侵時(shí)捕獲的鋯石或源區(qū)繼承鋯石(圖4c)。其他24顆鋯石206Pb/238U年齡范圍為287～294Ma,加權(quán)平均年齡為290.0±1.6Ma(MSWD=0.34,n=24,圖4c),可代表石英閃長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡。

黑云母二長(zhǎng)花崗巖中鋯石無色透明,自形柱狀或雙錐狀,鋯石長(zhǎng)60～200μm,寬40～120μm,長(zhǎng)寬比為1:1～3:1,振蕩環(huán)帶發(fā)育。除6號(hào)鋯石Th/U值較低外(0.02),其他鋯石Th/U值范圍為0.18～1.22(表1),屬于巖漿鋯石。除去9顆年齡不諧和鋯石,其余21顆鋯石U-Pb同位素年齡均諧和,年齡范圍為235～844Ma,其中6顆鋯石年齡較老(357～844Ma),應(yīng)為繼承鋯石;年齡為235Ma的6號(hào)鋯石,核部較亮,振蕩環(huán)帶不發(fā)育,且Th/U值為0.02(表1),指示其為熱液鋯石,其235Ma的年齡代表巖漿侵位后的熱液作用事件時(shí)間;另外14顆鋯石U-Pb年齡諧和度高且相對(duì)集中,206Pb/238U年齡范圍為282～296Ma,加權(quán)平均年齡為290.3±2.1Ma(MSWD=1.13,n=14,圖4d),可代表黑云母二長(zhǎng)花崗巖的結(jié)晶年齡。

4.2 全巖元素地球化學(xué)

本區(qū)安山巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、黑云母二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)巖各5件樣品的全巖主量元素和微量元素地球化學(xué)分析結(jié)果示于表2、圖5及圖6。

表2 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)含量Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) element contents of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

圖5 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖地球化學(xué)特征(a)全堿(Na2O+K2O)-SiO2圖解(Middlemost, 1994);(b)Zr/TiO2×0.0001-Nb/Y圖解(Winchester and Floyd, 1977);(c)K2O-SiO2圖解(Peccerillo and Taylor, 1976);(d)A/CNK-A/NK圖解(Maniar and Piccoli, 1989)Fig.5 Geochemical characteristics of igneous rocks in the Hongshannan-Tianmudong area(a) total alkali (Na2O+K2O) vs. SiO2 diagram (Middlemost, 1994); (b) Zr/TiO2×0.0001 vs. Nb/Y diagram (Winchester and Floyd, 1977); (c) K2O vs. SiO2 diagram (Peccerillo and Taylor, 1976); (d) A/CNK vs. A/NK (Maniar and Piccoli, 1989)

圖6 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a、c,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)McDonough and Sun, 1995)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b、d,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element spider grams (a, c, normalization values after McDonough and Sun, 1995) and chondrite-normalized REE patterns (b, d, normalization values after Sun and McDonough, 1989) for the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

安山巖樣品的SiO2含量為62.1%～63.7%,全堿(Na2O+K2O)含量為7.0%～7.1%,在TAS圖解中落入堿性-亞堿性線下的安山巖-英安巖過渡區(qū)(圖5a)。安山巖Zr/TiO2比值為0.027～0.030,Nb/Y比值為0.224～0.227,在Zr/TiO2-Nb/Y圖解中,落入安山巖區(qū)域(圖5b)。安山巖樣品富集Rb、Ba和La等大離子親石元素(LILE),虧損Nb、Ta和Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE,圖6a),其微量元素配分模式顯示了Nb、Ta虧損和Pb富集。安山巖總稀土含量(ΣREE)為157.1×10-6～165.5×10-6,富集輕稀土(LREE),虧損重稀土(HREE),球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖右傾,(La/Yb)CN值為3.95～4.39(表2),指示LREE與HREE之間分異較強(qiáng),HREE分異不明顯(圖6b),Eu顯示弱負(fù)異常(Eu/Eu*=0.73～0.76,表2)。

輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖樣品SiO2含量為53.1%～56.1%,Na2O+K2O含量為5.5%～5.9%,在TAS圖解中落入輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)域(圖5a)。樣品的Zr/TiO2比值為0.008～0.012,Nb/Y比值為0.133～0.135,在Zr/TiO2-Nb/Y圖解中,落入玄武安山巖(輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖)區(qū)域(圖5b)。輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖微量元素及稀土元素特征與安山巖類似(圖6a,b),ΣREE為45.98×10-6～63.77×10-6,Eu異常不明顯(Eu/Eu*=0.98～1.06,表2)。

4.3 全巖Sr-Nd同位素

石炭紀(jì)安山巖和二疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖的Sr和Nd同位素組成見表3及圖7a,全巖初始Sr和Nd同位素值利用樣品各自的鋯石U-Pb年齡計(jì)算。安山巖與石英閃長(zhǎng)巖樣品的87Sr/86Sr值(0.70503～0.70633)接近,初始87Sr/86Sr(Isr)同位素值(0.703750～0.704575)相近。兩組樣品的143Nd/144Nd值范圍為0.512690～0.512921,εNd(t)值均為正值(3.10～7.67),二階段模式年齡tDM2較年輕(430～850Ma,表3)。安山巖與石英閃長(zhǎng)巖的Sr、Nd同位素值與軟流圈地幔(Zhangetal., 2016c)熔融形成的巖漿巖數(shù)值接近,與洋內(nèi)弧(Morris and Hart, 1983)熔融形成的巖漿巖值一致,與土屋-延?xùn)|斑巖銅礦(Zhangetal., 2006; Xiaoetal., 2017; 郭嘉偉, 2021)成礦巖體的同位素組成基本一致(圖7a)。

表3 紅山南-天木東地區(qū)全巖Sr-Nd同位素組成Table 3 Whole-rock Sr-Nd isotopic composition of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

圖7 東天山巖漿巖全巖Sr-Nd同位素及鋯石Hf同位素組成(a)紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖εNd(t)-ISr圖解. 數(shù)據(jù)來源:軟流圈地幔(Zhang et al., 2016c);洋內(nèi)弧(Morris and Hart, 1983);土屋-延?xùn)|銅礦(Xiao et al., 2017;Zhang et al., 2006;郭嘉偉, 2021);(b)東天山巖漿巖全巖Nd同位素組成(數(shù)據(jù)源見電子版附表1);(c)紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖鋯石εHf(t)與U-Pb年齡圖;(d)東天山巖漿巖的鋯石Hf同位素組成(數(shù)據(jù)源見附表2)Fig.7 Whole-rock Sr-Nd and Zircon Hf isotopic compositions of magmatic rocks in East Tianshan(a) εNd(t) vs. ISr diagram for the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area. Data sources: asthenospheric mantle (Zhang et al., 2016c); oceanic arc (Morris and Hart, 1983); Tuwu-Yandong copper deposits (Xiao et al., 2017; Zhang et al., 2006; Guo, 2021); (b) whole rock Nd isotopic compositions of magmatic rocks in the East Tianshan (data are listed in Appendix Table 1); (c) zircon εHf(t) vs. U-Pb age diagram for the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area; (d) zircon Hf isotopic compositions of magmatic rocks in the East Tianshan (data are listed in Appendix Table 2)

4.4 鋯石Hf同位素

本文選擇具有諧和年齡的鋯石,參照鋯石透射光、反射光及陰極發(fā)光圖像(CL圖),避開包裹體及裂隙部位,進(jìn)行鋯石Hf同位素原位測(cè)試,相關(guān)結(jié)果示于表4及圖7c。前人研究發(fā)現(xiàn),176Yb/177Hf值與εHf(t)值存在相關(guān)性,當(dāng)鋯石Yb含量較高時(shí)(176Yb/177Hf>0.05),會(huì)導(dǎo)致εHf(t)值明顯偏高(吳福元等, 2007b; Fisheretal., 2014)。本研究中樣品176Yb/177Hf值與εHf(t)值明顯正相關(guān),部分鋯石176Yb/177Hf高于0.05,導(dǎo)致εHf(t)值高于虧損地幔演化線,多數(shù)鋯石εHf(t)值在虧損地幔演化線附近,與東天山大南湖-頭蘇泉島弧帶石炭紀(jì)巖漿εHf(t)值大體一致(Chenetal., 2011; Suetal., 2011; Maetal., 2015; Zhangetal., 2016a; Wangetal., 2018a)。四組樣品的176Lu/177Hf值為0.000924～0.004011,176Hf/177Hf值為0.281835～0.283304,176Yb/177Hf值為0.025264～0.093040。

表4 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖鋯石原位Hf同位素組成Table 4 In-situ zircon Hf isotopic composition of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

8顆安山巖鋯石的εHf(t)值介于13.90～19.14之間,tDM1為202～405Ma;11顆輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖鋯石的εHf(t)值為11.38～18.63,tDM1為206～510Ma;黑云母二長(zhǎng)花崗巖共有11顆鋯石進(jìn)行了Hf同位素組成測(cè)試,其中8顆290Ma左右的鋯石εHf(t)值為14.54～18.69,tDM1為177～346Ma,其他3顆年齡較大的繼承鋯石的Hf同位素變化大,εHf(t)值為-15.12～8.90,tDM2為1148～2669Ma(表4、圖7c);4顆石英閃長(zhǎng)巖鋯石的εHf(t)值為17.67～19.04,tDM1為165～220Ma,該組樣品高的εHf(t)值是由高的176Yb/177Hf含量導(dǎo)致的(吳福元等, 2007b; Fisheretal., 2014)。

5 討論

5.1 蝕變影響

野外觀察表明,本區(qū)巖石均經(jīng)歷了一定程度的熱液蝕變。在礦化石英脈兩側(cè),硅化、黃鐵絹英巖化和青磐巖化等熱液蝕變尤為明顯。顯微觀察顯示,部分樣品的長(zhǎng)石發(fā)生了綠簾石化、泥化和絹云母化,角閃石有時(shí)發(fā)生綠泥石化(圖3)。除采樣時(shí)盡可能避開熱液蝕變之外,本文有必要評(píng)估樣品所記錄的成因信息的可靠性。

Zr是典型的高場(chǎng)強(qiáng)元素和化學(xué)穩(wěn)定元素,在流體交代及淺變質(zhì)作用過程中不易遷移(Hastieetal., 2013),因此Zr與其他元素的相關(guān)性是判斷這些元素受蝕變影響程度的重要依據(jù)。由Zr與其他元素的相關(guān)性圖解(圖8)可見,在幾組巖漿巖中,除K、Na和Sr等活動(dòng)性元素外,相容性元素、REE和HFSE等與Zr相關(guān)性明顯,指示后期蝕變對(duì)多數(shù)元素含量影響不大。

圖8 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖Zr與部分元素含量二元圖解Fig.8 Binary diagrams of selected elements vs. Zr for the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

本次研究樣品具有較為一致且虧損的Sr同位素組成(ISr值范圍為0.7037～0.7046),指示熱液蝕變沒有明顯改變樣品的同位素體系,其化學(xué)組成可用于巖石成因和構(gòu)造背景判別。

5.2 石炭紀(jì)巖漿巖成因

本次對(duì)研究區(qū)梧桐窩子組安山巖及與之伴生輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中鋯石的U-Pb定年結(jié)果表明,兩者形成時(shí)代一致,是同期巖漿作用的產(chǎn)物。

安山巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的主量元素含量與SiO2含量呈正相關(guān)(圖9)。它們均富集LILE,虧損HFSE(圖6a),同時(shí)二者的La/Yb和Zr/Nb值較為接近(圖10a,b),二者球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式相似(圖6b),鋯石Hf同位素組成一致(圖7c)。由此可見,石炭紀(jì)安山巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有連續(xù)變化的主量和微量元素組成,相似的同位素組成,表明兩者是同源巖漿分異演化的產(chǎn)物。

圖9 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖SiO2與主量元素氧化物含量二元圖解Fig.9 Binary diagrams for selected major oxides vs. SiO2 contents of the igneous rocks from Hongshannan-Tianmudong area

圖10 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖La-La/Yb(a,據(jù)Liu et al., 2014)及Zr-Zr/Nb(b,據(jù)Pearce and Peate, 1995)相關(guān)關(guān)系圖解Fig.10 Binary diagrams of La vs. La/Yb (a, Liu et al., 2014) and Zr vs. Zr/Nb (b, after Pearce and Peate, 1995) of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area

本區(qū)石炭紀(jì)安山巖和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖富集LILE、虧損HFSE,在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素圖解上出現(xiàn)Nb-Ta-Ti谷和Pb峰(圖6a),加之富含角閃石、斜長(zhǎng)石的特征,顯示它們是典型的島弧鈣堿性巖系(Chappell and White, 1992; Roberts and Clemens, 1993; 吳昌志等,2006; Zhangetal., 2016c)。

島弧鈣堿性巖漿產(chǎn)出位置有大陸弧和洋內(nèi)弧之分( Zhengetal., 2015; Muhtaretal., 2020c)。研究區(qū)早石炭世巖漿巖為洋內(nèi)弧,證據(jù)如下:(1)巖漿巖鋯石定年分析中未見前寒武紀(jì)繼承鋯石,研究區(qū)最老地層為奧陶系大柳溝組;(2)研究區(qū)及外圍(研究區(qū)西南側(cè))發(fā)育深海相硅質(zhì)巖;(3)研究區(qū)早石炭世安山巖及輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖總體相對(duì)富Na2O而貧K2O(Na2O/K2O=1.6～3.0),安山巖具有虧損的全巖Sr-Nd同位素組成,安山巖與輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖均具有虧損的鋯石Hf同位素組成;(4)兩組樣品具有較低的La/Yb值(3.80～5.75),在La/Yb-Sc/Ni圖解中(圖11a)落入洋內(nèi)弧區(qū)域(Bailey, 1981)。綜上所述,本區(qū)石炭紀(jì)巖漿巖形成于洋內(nèi)弧背景,由地幔楔部分熔融產(chǎn)生,成巖巖漿經(jīng)歷了不同程度結(jié)晶分異。

圖11 紅山南-天木東地區(qū)巖漿巖構(gòu)造判別圖解(a)La/Yb-Sc/Ni相關(guān)關(guān)系圖解(Bailey, 1981);(b)Rb-(Nb+Y)和(c)Nb-Y相關(guān)關(guān)系圖解(Pearce and Peate, 1995)Fig.11 Tectonic discrimination diagrams of the igneous rocks from the Hongshannan-Tianmudong area(a) Sc/Ni vs. La/Yb (Bailey, 1981); (b) Rb vs. Nb+Y, (c) Nb vs. Y (Pearce and Peate, 1995)

5.3 二疊紀(jì)侵入巖成因

本次對(duì)研究區(qū)內(nèi)侵入梧桐窩子組中的黑云母二長(zhǎng)花崗巖與石英閃長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示,二者形成年齡一致。在黑云母二長(zhǎng)花崗巖與石英閃長(zhǎng)巖之間,主量元素相關(guān)性不明顯,微量元素和稀土元素配分形式不一致(圖6c,d),La-La/Yb及Zr-Zr/Nb相關(guān)關(guān)系顯示了二者不同源(圖10a,b)。因此,二疊紀(jì)黑云母二長(zhǎng)花崗巖與石英閃長(zhǎng)巖巖石成因存在較大差異,需要分別討論。

5.3.1 黑云母二長(zhǎng)花崗巖

I型花崗巖可以有以下成因:(1)基性巖高度的結(jié)晶分異而形成(Chappell and White, 1992; Rapp and Watson, 1995; Chen and Arakawa, 2005);(2)地殼內(nèi)基性-中性巖漿部分熔融而來(Liuetal., 2015; Papoutsaetal., 2016; Sunetal., 2020a);(3)由殼源巖漿與部分幔源巖漿混合而成(Castroetal., 1991; Dongetal., 2011; Xiaetal., 2015)。在野外地質(zhì)調(diào)查中,未發(fā)現(xiàn)與黑云母二長(zhǎng)花崗巖伴生的二疊紀(jì)基性巖,排除了樣品由更基性的巖漿巖結(jié)晶分異形成的可能。在樣品礦物中未發(fā)現(xiàn)不均衡結(jié)構(gòu),也未在樣品中發(fā)現(xiàn)基性巖暗色包體,指示殼幔混源成因的可能性較低。黑云母二長(zhǎng)花崗巖高的SiO2和K2O含量,低的MgO、Ni、Co和Cr含量,低的Mg#,指示樣品物質(zhì)源自地殼。樣品鋯石Hf同位素模式年齡非常年輕(tDM1為177～346Ma,表4),指示源區(qū)以新生地殼為主。樣品Sr/Y、(La/Yb)CN值較低(表2),指示其形成于中、上地殼(Chapmanetal., 2015; Profetaetal., 2016; Huetal., 2017; Yangetal., 2020)。

考慮到黑云母二長(zhǎng)花崗巖虧損的同位素特征,低的MgO、Mg#值和及相容元素含量,筆者認(rèn)為黑云母二長(zhǎng)花崗巖熔融自新生地殼,其富集LILE,虧損HFSE(圖6c,d),指示其熔融自先存的島弧鈣堿性巖漿。綜上,筆者認(rèn)為黑云母二長(zhǎng)花崗巖是由新生(石炭紀(jì))中、上地殼貯存的島弧鈣堿性巖漿巖部分熔融形成的。

5.3.2 石英閃長(zhǎng)巖

前人提出了多種模式來解釋閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿的成因,包括:(1)由幔源巖漿結(jié)晶分異演化而來(Reinersetal., 1995; Muhtaretal., 2020a);(2)由鎂鐵質(zhì)下地殼部分熔融作用形成(Rapp and Watson, 1995; 姜辛等, 2020);(3)由殼源巖漿與幔源巖漿混合而成(Kempetal., 2007; Lietal., 2020)。野外地質(zhì)調(diào)查表明,與石英閃長(zhǎng)巖伴生的基性巖并不發(fā)育,說明基性巖漿結(jié)晶分異形成石英閃長(zhǎng)巖的可能性不大。同時(shí),石英閃長(zhǎng)巖中未見暗色包體,薄片顯微觀察過程中也未發(fā)現(xiàn)礦物的不均衡結(jié)構(gòu),且其全巖Sr、Nd同位素及鋯石Hf同位素組成相對(duì)均一,可排除其殼?；煸闯梢?。但是,相對(duì)于研究區(qū)石炭紀(jì)巖漿巖較高的Mg#和更加虧損的同位素特征表明,石英閃長(zhǎng)巖形成時(shí)有一定數(shù)量地幔物質(zhì)的參與(Branquetetal., 2012; Wangetal., 2014)。二疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖較高的SiO2含量,較低的MgO、Cr和Ni含量(表2),與源自下地殼的閃長(zhǎng)質(zhì)巖漿巖的地球化學(xué)特征一致(Rapp and Watson, 1995; Sen and Dunn, 1995; Rappetal., 1999)。此外,二疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖的Th/La比值為0.27～0.37,明顯高于原始地幔值(0.12),而與地殼值(0.3)(Anderson, 1983; Hofmann, 1988; Freyetal., 1994)一致,其較低的Ti/Zr(32～37)值,與地殼值(30)(Hergtetal., 1991; Wedepohl, 1995)相近。綜合考慮到石英閃長(zhǎng)巖中等的SiO2含量,富集LILE、LREE,虧損HFSE、HREE(圖6c,d)的地球化學(xué)特征,虧損的同位素組成,同時(shí)未見繼承鋯石,本文認(rèn)為,研究區(qū)二疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖源自新生下地殼部分熔融,并有少量地幔物質(zhì)的加入。

5.3.3 黑云母二長(zhǎng)花崗巖與石英閃長(zhǎng)巖成因差別

5.4 構(gòu)造背景的轉(zhuǎn)變

本文研究確定礦區(qū)內(nèi)早石炭世巖漿巖主要是交代地幔楔部分熔融的產(chǎn)物,同時(shí)研究區(qū)梧桐窩子組地層中發(fā)育海相硅質(zhì)巖(圖3b),指示研究區(qū)在早石炭世晚期仍為海相環(huán)境(圖12a)。

圖12 東天山晚古生代構(gòu)造演化卡通圖(a)早石炭世:北天山洋雙向俯沖分別形成大南湖-頭蘇泉島弧和阿齊山-雅滿蘇島弧;(b)早二疊世:北天山洋閉合,覺羅塔格構(gòu)造帶碰撞匯聚完成階段Fig.12 Schematic cartoons for the Late Paleozoic tectonic evolution process of the East Tianshan(a) Early Carboniferous formation the Dananhu-Tousuquan and Aqishan-Yamansu arcs induced by the subduction of the Northern Tianshan Ocean; (b) formation of the Early Permian intrusive rocks, showing post-collision extension and the Northern Tianshan Ocean closure

礦區(qū)內(nèi)二疊紀(jì)兩組侵入巖為新生加厚地殼部分熔融的產(chǎn)物(圖12b),石炭紀(jì)巖漿巖不見古老殘留鋯石,而二疊紀(jì)黑云母二長(zhǎng)花崗巖中則發(fā)現(xiàn)少量前寒武紀(jì)繼承鋯石,因此,二疊紀(jì)巖漿巖源區(qū)已有古老物質(zhì)參與,暗示大南湖-頭蘇泉島弧此前已經(jīng)接收到前寒武紀(jì)基底物質(zhì)供給(Dongetal., 2011; 雷如雄等, 2014; 楊德樂, 2020; Chenetal., 2022)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史,我們推測(cè)二疊紀(jì)初北天山洋已基本閉合。在280Ma之后,東天山開始有大量較老地殼物質(zhì)參與成巖,導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)巖漿巖同位素虧損程度降低(圖7b,d;附表1、附表2)。此外,東天山二疊紀(jì)廣泛發(fā)育基性-超基性侵入體(顧連興等, 2006, 2007; Hanetal., 2010; 夏明哲等, 2010; 錢壯志等, 2012; Wangetal., 2014, 2018c, 2021; 陳繼平等, 2016; Wuetal., 2018; 趙冰冰等, 2018; Renetal., 2021),A型花崗巖(童英等, 2010; Chenetal., 2011; Shuetal., 2011; Zhangetal., 2014; Han and Zhao, 2018)和鈣堿性-高鉀鈣堿性花崗巖(顧連興等, 2006; 汪傳勝等, 2009; Chenetal., 2011; 雷如雄等, 2011; Muhtaretal., 2020c),被解釋為碰撞后的基性巖與富堿花崗巖組合(韓寶福等,2004; 舒良樹等,2004; 顧連興等,2006; Hanetal., 2007; Chenetal., 2011, 2013; Shuetal., 2011)。

La/Yb、Sc/Ni值受結(jié)晶分異影響小,可用來反映中性巖漿巖的源區(qū)性質(zhì)(Bailey, 1981)。在La/Yb-Sc/Ni判別圖中,本區(qū)石炭紀(jì)樣品落入洋內(nèi)弧區(qū)域,而二疊紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖落入大陸弧區(qū)域(圖11a)。在Rb-(Nb+Y)及Nb-Y構(gòu)造判別圖(圖11b,c)中,黑云母二長(zhǎng)花崗巖及石英閃長(zhǎng)巖落入碰撞后區(qū)域,進(jìn)一步證明研究區(qū)石炭紀(jì)巖漿巖形成于俯沖背景下的洋內(nèi)弧環(huán)境,而二疊紀(jì)巖漿巖形成于碰撞后構(gòu)造背景之下。

本文認(rèn)為紅山南-天木東一帶早石炭世與早二疊世巖漿巖的巖石地球化學(xué)上存在顯著差異,指示東天山從大洋俯沖向碰撞后背景轉(zhuǎn)折的時(shí)間發(fā)生于晚石炭世-早二疊世之間(圖12)。

6 結(jié)論

(1)紅山南-天木東地區(qū)至少發(fā)育兩期巖漿巖,分別為石炭紀(jì)中性火山巖及侵入巖,以安山巖(328.8±2.0Ma)和輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(328.7±1.8Ma)為代表;二疊紀(jì)中酸性侵入巖,以黑云母二長(zhǎng)花崗巖(290.3±2.1Ma)和石英閃長(zhǎng)巖(290.0±1.6Ma)為代表。

(2)石炭紀(jì)巖漿巖的元素和同位素地球化學(xué)特征均顯示了幔源特征,特別是ISr值低,εNd(t)和εHf(t)值高,是在北天山洋板塊俯沖背景下交代地幔楔部分熔融所產(chǎn)生的巖漿巖,巖漿上升過程中經(jīng)歷了不同程度結(jié)晶分異。

(3)二疊紀(jì)巖漿巖主要為中酸性侵入巖,比石炭紀(jì)巖漿巖更加富集SiO2、Na2O和K2O,且Nd同位素更加虧損,鋯石εHf(t)值變化范圍大,顯示了物質(zhì)來源的不均一性和陸殼-虧損地幔的雙源特點(diǎn),是碰撞后背景下地幔巖漿上涌誘使新生地殼部分熔融的產(chǎn)物。

(4)東天山晚古生代從俯沖向碰撞構(gòu)造轉(zhuǎn)折的時(shí)間是晚石炭世-早二疊世期間。

致謝感謝幾位審稿人的認(rèn)真評(píng)閱和寶貴修改意見,讓作者受益頗豐!