吳功成,張宏遠
(中國地質大學(北京)地球科學與資源學院,北京 100083)
新疆東準噶爾紅山口鉀長花崗巖形成時代、成因及地質意義
吳功成,張宏遠
(中國地質大學(北京)地球科學與資源學院,北京 100083)
東準噶爾地區晚古生代構造環境一直存在爭議,但該地區發育的大量晚古生代巖漿巖可作為約束。本文報道了新疆東準噶爾巴里坤縣紅山口鉀長花崗巖及其中發育的黑云母花崗閃長質包體的LA-ICPMS鋯石U-Pb年代學和地球化學分析結果。鉀長花崗巖的206Pb/238U加權平均年齡為(295.2±3.6)Ma(MSWD=0.74),黑云母花崗閃長質包體的206Pb/238U加權平均年齡為(296.8±3.4)Ma(MSWD=0.81),二者在誤差范圍內一致。地球化學研究表明,紅山口鉀長花崗巖具高硅、高鉀、弱過鋁、富集輕稀土、Eu負異常特征,微量元素蛛網圖上整體表現出Br,Sr,P,Ti負異常,Ba,Sr含量較高。鉀長花崗巖中包體的化學成分與鉀長花崗巖差別不明顯,特別是稀土和微量元素組成基本一致。包體主要沿巖漿流動方向展布,與鉀長花崗巖接觸邊界模糊,部分包體呈彌散狀;包體中常見石英和鉀長石大斑晶,薄片下可見針狀磷灰石。因此,認為紅山口鉀長花崗巖應為早二疊世后造山伸展環境下巖漿混合產物。
東準噶爾;鋯石U-Pb年齡;包體;后造山;巖漿混合
準噶爾盆地位于中亞造山帶南緣[1],夾持于北部阿爾泰造山帶和南部天山造山帶之間。關于準噶爾盆地基底性質,因盆內沉積厚度大,鉆探未能揭露,一直存在爭論,制約了對整個中亞造山帶演化的認識。然而準噶爾盆地以東地區(東準噶爾)相對露頭較好,顯著特點是自北向南發育多條蛇綠巖帶和堿性巖帶[2-7]。前人對這些堿性巖進行了較深入研究,但對東準噶爾東南部地區發育的大量非堿性花崗巖研究較少。本文對巴里坤縣紅山口鉀長花崗巖及發育的包體進行了研究,確定其時代為早二疊世,屬后造山環境下產物,為進一步限定東準噶爾演化提供了新依據。

圖1 新疆東準噶爾巴里坤紅山口花崗巖體地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Hongshankou granite from the Balikun,Eastern Junggar,Xinjiang
研究區位于東準噶爾東南部巴里坤縣境內(圖1),區內主要地層為中奧陶—下志留統荒草坡群和下石炭統雅滿蘇組。荒草坡群主要為一套含大理巖、火山巖、砂巖、粉砂巖的片巖,包括黑云母片巖、綠泥石石英片巖、陽起石黑云母片巖等。雅滿蘇組主要為一套沉積-火山巖系,包括灰黑色、暗綠色薄層凝碳質砂巖、碳質頁巖、凝灰角礫巖夾安山玢巖、凝灰巖、生物灰巖、鈣質砂巖、礫巖,凝灰砂巖等。紅山口巖體位于巴里坤縣以東前山哈薩克族鄉紅山口一帶,近NW向展布,呈顯眼的紅色山頭立于巴里坤盆地東北側。巖體向東北侵入奧陶到志留系的荒草坡群中,南西部被第四系覆蓋,未發生顯著構造變形,主要巖性為一套中-中粗粒肉紅色鉀長花崗巖,似斑狀結構,塊狀構造,斑晶為鉀長石,長0.5~1cm(圖2-a),局部顯示巖漿流動面理(圖2-b)。鉀長花崗巖中可見大量大小不等的呈長橢球狀的黑云母花崗閃長巖包體,有的個體較大(圖2-c),橢球體長軸方向與巖漿流動方向相一致(圖2-d),個別包體形態完整(圖2-e)。多數包體邊界不清楚(圖2-e,f),有些鉀長石晶體直接長在二者接觸面上,伸向包體之中(圖2-g),有些包體難以看出輪廓,僅局部黑云母明顯增多(圖2-h)。局部還可見二長花崗巖,無明顯過渡。

圖2 紅山口花崗巖及包體野外特征Fig.2 Field occurrence of the Hongshankou granite and the inclusions
2.1 樣品概況
樣品采自紅山口巖體西南部,大柳樹溝東溝和西溝,巖性為肉紅色似斑狀鉀長花崗巖,主要礦物為堿性長石(35%~40%)、斜長石(20%~25%)、石英(20%~25%)、黑云母(5%~10%)及少量角閃石。堿性長石主要為微斜長石、正長石,晶形多為自形。斜長石鏡下表面較臟,石英一般呈它形充填于長石空隙中,黑云母解理發育(圖3-a,b)。副礦物主要有榍石、鋯石和磁鐵礦。黑云母花崗閃長巖包體雖色度有所變化,局部出現黑云母聚集,但總體上成分變化不大,主要礦物為斜長石(35%~40%)、堿性長石(25%~30%)、石英(15%~20%)、黑云母(20%~25%),見少量角閃石(圖3-c,d)。石英顆粒較小,黑云母顆粒細小,含量較高,解理發育,呈細片狀散布。副礦物主要有磷灰石、鋯石和磁鐵礦,磷灰石呈細小針狀,長短不一(圖3-d)。

圖3 紅山口花崗巖及包體顯微特征Fig.3 Microscope petrography of the Hongshankou granite and the inclusions
2.2 測試方法
鋯石挑選在河北省廊坊區域地質調查研究所完成,經雙目鏡下挑純。將晶形相對完好的鋯石固定在DEVCON環氧樹脂靶上,打磨拋光,使鋯石內部充分暴露,進行鋯石顯微(反射光和透射光)照相和鋯石的陰極發光(CL)照相,陰極發光照相在中國地質科學院礦產資源所完成。
La-ICPMS鋯石U-Pb年齡測定在中國地質科學院國家地質實驗測試中心完成。鋯石數據分析采用Thermo Element II及配套的New Wave UP213激光剝蝕系統,激光斑束直徑為30 μm,脈沖頻率10 Hz,采用高純度He氣作為剝蝕物載體。測試過程中,每測定10個樣品,重復測定1個鋯石91500對樣品進行校正,并測量1個鋯石Plesovice,觀察儀器狀態保證測試精度。數據處理采用Glitter及ISPLOT程序[8-9],并進行普通鉛校正。詳細實驗原理和流程見文獻[10]。年齡結果采用206Pb/238U加權平均值,誤差為95%置信度。
樣品主量、微量和稀土元素分析在加拿大溫哥華Acme實驗室完成。首先精確選取0.2 g樣品粉末進行偏硼酸鋰-硼砂融合和硝酸稀釋溶解,將樣品與助溶劑的融合物于馬弗爐上在1 050°C的溫度下加熱15分鐘。提取熔融物,倒入100 ml由去離子水和ACS級純度硝酸配置的5%濃度的HNO3中。將溶液搖晃2小時使其充分溶解,取一部分置于聚丙分析管內。通過電感耦合等離子光譜分析(ICP-AES)進行主要氧化物和Ba,Sc,Cu,Zn,和Ni含量分析。在ICP-MS上進行其它微量元素及稀土元素含量分析。貴金屬的分析,先稱取0.5 g樣品,置于3 ml高溫的(95°C)王水中進行溶解,通過ICP-MS進行分析。所有分析以OS-18為標準樣,精度優于±3%。
3.1 鋯石U-Pb年齡
鉀長花崗巖樣品(H14825-1.1)中鋯石晶形較完整,透明長柱狀,長軸長100~300 μm,發育明顯震蕩環帶,呈典型巖漿鋯石特征。測試時依透射光、反射光和CL圖像,選擇無裂隙、無包裹體的鋯石進行。鋯石分析結果見表1和圖4-a,除點5,10,11,18嚴重偏離諧和線外,其余26個點均集中于諧和線附近,206Pb/238U年齡為(280±9.6)Ma~(307±10.0)Ma(表1),給出的206Pb/238U加權年齡為(295.2±3.6)Ma(MSWD=0.74)(圖4-a),可代表樣品形成年齡。包體黑云母花崗閃長巖樣品(H14825-1.7)中鋯石晶形完整,多為無色透明長柱狀,長軸長100~300μm,發育明顯震蕩環帶,呈典型巖漿鋯石特征。測試時選擇無裂隙、無包裹體的鋯石進行測試。鋯石分析結果見表1和圖4-b,8號點給出一個稍小年齡(265±7.7)Ma,偏離諧和線較遠,23號點偏離諧和線較多,給出一個較老的年齡(663±41.6)Ma,其余28個測點結果很集中,206Pb/238U年齡為(289±9.1)Ma~(318Ma±10.1)Ma(表1),給出的206Pb/238U加權年齡為(296.8±3.4)Ma(MSWD=0.81)(圖4-b),可代表包體形成時代。

圖4 紅山口花崗巖及包體LA-ICPMS鋯石CL照片及U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon CL photos and their LA-ICP MS U-Pb concordia diagram of the Hongshankou granite and the inclusions
3.2 主量、微量元素地球化學
紅山口鉀長花崗巖和黑云母花崗巖閃長巖包體的地球化學分析結果及有關參數見表2。從表中可看出,鉀長花崗巖富硅(67.05%~70.08%)、富鉀(3.95%~4.87%),顯示高鉀鈣堿性特點(圖5-a,表2)。Al2O3含量中等(14.55%~16.14%),鋁飽和指數ACNK集中于1.00~1.03,ANK為1.20~1.23,在ACNK-ANK圖解中,位于弱過鋁質區(圖5-b)。黑云母花崗閃長巖包體地球化學成分變化較大,硅含量總體低于鉀長花崗巖(64.20%~67.16%),鉀含量波動較大(3.29%~5.10%),從中鉀變化到鉀玄系列。鈉含量有所變化,含量較高(3.78%~5.19%)。Al2O3含量較高(15.69%~16.65%),鋁飽和指數ACNK集中于0.99~1.08,ANK為1.16~1.38,在ACNK-ANK圖解中,位于弱過鋁質區(圖5-b)。


9.7 10.910.49.19.1 10.09.07.78.69.48.8 10.08.29.68.9 10.19.58.49.08.38.99.1 41.68.1 10.59.28.88.18.98.8 287.0 303.0 289.0 289.0 293.0 294.0 307.0 265.0 303.0 299.0 288.0 305.0 295.0 301.0 289.0 318.3 307.0 292.09 28290 283 304 663 297 300 294 297 291 308 308 20.526.227.318.421.721.219.220.114.524.317.618.513.317.118.520.523.318.820.414.717.520.744.413.025.923.117.713.116.917.6298 343 326 294 320 338 340 461 303 330 276 301 291 287 307 333 296 318 313 288 261 319 781 301 302 307 308 274 312 301 198 222 231 176 202 173 119101 121 198 176 183 122 172 178 174 180 152 188 137 180 174 161 120 245 217 170 130 148 163 467 724 731 339 576 676 561 16037 28587 217 365 265 213 428 522 211461 520 276.9777 4110983 33389 506 346 109 309 232 0.001 6 0.001 8 0.001 7 0.001 5 0.001 5 0.001 6 0.001 5 0.001 2 0.001 4 0.001 5 0.001 4 0.001 6 0.001 3 0.001 6 0.001 4 0.001 6 0.001 5 0.001 4 0.001 5 0.001 3 0.001 4 0.001 5 0.007 1 0.001 3 0.001 7 0.001 5 0.001 4 0.001 3 0.001 4 0.001 4 0.045 5 0.048 1 0.045 9 0.045 9 0.046 5 0.046 7 0.048 8 0.042 0 0.048 1 0.047 4 0.045 7 0.048 5 0.046 8 0.047 8 0.045 8 0.050 6 0.048 7 0.046 4 0.045 9 0.046 1 0.044 8 0.048 3 0.108 3 0.047 2 0.047 6 0.046 6 0.047 1 0.046 2 0.048 9 0.049 0 0.027 0 0.036 1 0.037 1 0.024 2 0.029 3 0.029 2 0.026 4 0.031 2 0.019 2 0.033 1 0.022 7 0.024 5 0.017 4 0.022 3 0.024 6 0.028 0 0.030 7 0.025 3 0.027 3 0.019 2 0.022 3 0.028 0 0.094 2 0.017 2 0.034 4 0.030 8 0.023 6 0.016 8 0.022 6 0.023 3 0.341 6 0.402 2 0.379 1 0.335 3 0.370 2 0.395 6 0.397 2 0.574 0 0.347 8 0.384 1 0.312 7 0.345 6 0.331 7 0.326 7 0.353 5 0.387 5 0.338 0 0.367 9 0.360 6 0.328 3 0.292 9 0.369 1 1.157 2 0.344 6 0.346 9 0.353 1 0.354 5 0.310 0 0.360 1 0.344 9 0.004 8 0.006 6 0.006 9 0.004 1 0.005 5 0.005 0 0.004 1 0.005 4 0.002 9 0.005 4 0.003 8 0.004 4 0.002 7 0.003 7 0.004 4 0.004 6 0.004 3 0.003 8 0.004 8 0.003 1 0.004 0 0.004 3 0.006 1 0.002 7 0.005 7 0.005 6 0.004 0 0.002 7 0.003 4 0.003 6 0.054 7 0.063 5 0.063 7 0.053 2 0.059 3 0.062 1 0.058 9 0.098 9 0.052 1 0.059 5 0.050 5 0.053 9 0.051 5 0.050 4 0.055 4 0.057 5 0.050 1 0.056 2 0.057 7 0.051 7 0.047 4 0.055 2 0.076 1 0.051 7 0.054 2 0.057 4 0.053 4 0.048 2 0.052 6 0.050 8 825-1.7)1.850 0 0.000 0 0.000 0 0.121 1 5.770 0 0.000 0 0.000 0 3.860 0 1.690 0 0.760 0 0.000 0 0.980 0 0.420 0 0.000 0 1.340 0 0.000 0 2.500 0 2.230 0 0.064 0 0.740 0 0.920 0 0.160 0 0.690 0 0.220 0 0.000 0 0.190 0 4.670 0 0.000 0 0.000 0 0.000 0 14(H98.580.888.2239.0 241.0 157.0 330.0 368.0 609.0 137.0 218.0 123.0 456.0 162.0 221.0 174.0 181.0 273.0 135 605 133 265 104 625112 181 182 328 363211巖崗花.862.967.871106.0 144.02.0 11121.0 143.0 159.0 108.0 171.0.578239.0 120.0 246.0 104.0 105.0 155.0.076219.0 101.0 123.0.065255.0.883.671.989168.0 125.0 120.0 12345678*91011121314151617181920212223*24252627282930

表2 新疆東準噶爾紅山口花崗巖及包體地球化學分析結果Table 2 Geochemistry analysis results of granite and inclusion from Eastern Junggar,Xinjiang單位:%
無論是鉀長花崗巖還是黑云母花崗閃長巖包體,稀土元素總量較高,ΣREE=246.4×10-6~335.5×10-6。在球粒隕石標準化稀土分布圖解中(圖6-a),輕稀土富集,重稀土平坦,明顯右傾,具顯著負銪異常(Eu/Eu*=0.12~0.25)。在原始地幔標準化蛛網圖解中(圖6-b),所有樣品表現出富集大離子親石元素(LIEs,Rb,Th和K),虧損高場強元素(HFSEs,Nb,Ta,P,Ti),Ba,Sr表現出明顯負異常。

圖5 紅山口花崗巖及包體SiO2-K2O和ACNK-ANK圖解Fig.5 SiO2-K2O and ACNK-ANK diagrams of the Hongshankou granites and the inclusions

圖6 紅山口花崗巖及包體稀土分布曲線(a)和微量元素蛛網圖(b)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive-mantle normalized trace element patterns for the Hongshankou granites and the inclusions(b)
紅山口巖體相對孤立,除1∶20萬地質填圖確定為海西期產物外,尚未報道過精確年齡。本次LAICPMS鋯石U-Pb測年,給出該鉀長花崗巖(295.2± 3.6)Ma的成巖年齡,表明紅山口巖體形成于早二疊世,其中發育花崗閃長質包體的測年結果((296.8± 3.4)Ma)與鉀長花崗巖形成時代在誤差范圍內相一致,表明它們為同期產物。
紅山口鉀長花崗巖具高鉀、弱過鋁,富集輕稀土元素和大離子親石元素,虧損高場強元素,Eu負異常顯著,在微量元素蛛網圖上整體表現出的Br,Sr,P,Ti負異常,表明巖漿經明顯分離結晶作用,斜長石在源區殘留。同時,鉀長花崗巖表現出較高的Ba,Sr含量和Sr/Y比值,并具明顯的Nb,Ta虧損,顯示出類似Adakite的特征[14],但其較高的Y(36.9×10-6~50.9× 10-6)和Yb(3.77×10-6~5.36×10-6)含量則與Adakite有明顯差別。幔源基性巖漿與地殼酸性巖漿混合也可形成這種高Ba-Sr花崗巖[15-16]。紅山口鉀長花崗巖中發育大量包體為此提供了佐證:①圍巖和包體時代一致,為同期形成;②包體沿巖漿流動方向展布,與圍巖接觸邊界模糊(圖2),表明它們是在熔體-塑性狀態下進行定位的;③鉀長花崗巖中部分包體呈彌散狀,形成暗色礦物增多的“混雜帶”,包體中常見石英或鉀長石大斑晶(圖2),這些現象可能反映發生過巖漿混合(機械混合)的礦物交換;④不平衡的礦物結構,如包體中可見針狀磷灰石;⑤圍巖和包體在成分上差別不明顯,特別是稀土和微量元素組成基本一致,表明鉀長花崗巖為巖漿混合產物。
東準噶爾地區發育大量晚古生代堿性花崗巖及A型花崗巖[5,18-22],形成時代從320 Ma一直延續到270 Ma[6],不存在自北向南逐漸變年輕的趨勢。尤其在早二疊世顯示出同步性,這種堿性巖及A型花崗巖大規模侵位,表明區域處于大規模伸展狀態,紅山口巖體形成于(295.2±3.6)Ma,也應是這種伸展背景下的產物。據Pearce et al.構造環境判別圖解[17],紅山口鉀長花崗巖及黑云母花崗閃長巖包體都落在后碰撞花崗區(圖7)。綜上所述,東準噶爾地區在二疊紀已轉入后造山伸展背景,進一步證實新疆準噶爾晚古生代存在陸殼垂向生長規律[23-25]。

圖7 紅山口花崗巖及包體Nb-Yb和Rb-(Yb+Nb)構造判別圖Fig.7 Discrimination diagrams of Nb vs.Y and Rb vs.Yb+Nb of the Hongshankou granites and the inclusions
新疆東準噶爾紅山口鉀長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年給出206Pb/238U加權平均年齡為(295.2±3.6)Ma(MSWD=0.74),表明該巖體形成于早二疊世。其中發育的黑云母花崗閃長巖包體206Pb/238U加權平均年齡為(296.8±3.4)Ma(MSWD=0.81),二者在誤差范圍內一致,應屬同期產物。結合巖石學、地球化學和區域地質研究表明,東準噶爾在二疊紀應轉入后造山伸展背景,鉀長花崗巖是在后造山伸展背景下巖漿混合產物。
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Age and Origin of the Hongshankou Granite from the Balikun,Eastern Junggar,Xinjiang,and its Implication
Wu Gongcheng,Zhang Hongyuan
(School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing,100083,China)
The late Paleozoic tectonic setting of Eastern Junggar has been a highly debated issue,and many late Paleozoic magmatite can provide good constraint to the environment.The Hongshankou pluton locates in the south of the Eastern Junggar and is composed mainly of K-spar granite with biotite granodioritic inclusions.LA-ICPMS zircon U-Pb dating yielded206Pb/238U age of 295.2±3.6 Ma(MSWD=0.74)and 296.8±3.4 Ma(MSWD=0.81)for the granite and inclusion,respectively,which are interpreted as their formation age.All granites from the pluton are characterized by high values of SiO2,K2O,belonging to weakly peraluminous,showing a relative enrichment of LREE as well as negative anomalies of Eu.In the trace element spider diagram,elements such as Br,Sr,P and Ti are shown to be negative anomalies,however,contents of Ba and Sr are much higher.On the other hand,the granodioritic inclusions have the similar geochemical compositions with the granites,especially the basically consistent features of rare earth elements and trace elements in between them.These inclusions distribute along the magma flow direction.Most of them have fuzzy contact boundary with the granite and some of them are ispersive.Quartz and/or potassium feldspar phenocrysts can be found in the inclusions. Apatites are found from the granodioritic inclusion thin sections through microscope instrument.These characters suggest that the Hongshankou pluton was generated by the magma mixing process in an Early Permian post-collisional setting.
Eastern Junggar;Zircon U-Pb age;Inclusion;Post-collisional;Magma mixing
1000-8845(2015)02-181-09
P588.12+1
A
項目資助:中國地質大學(北京)個人科研發展基金(F02018)和國土資源部公益項目(201211024)資助
2015-05-04;
2015-05-11;作者E-mail:526511949@qq.com
吳功成(1992-),男,新疆哈密人,中國地質大學(北京)地質學專業在讀本科
張宏遠(1977-),男,構造地質學專業博士,講師,E-mail:zhang-hong-yuan@263.net