中天山南緣伊爾根布魯克石英閃長巖鋯石U-Pb年齡和地球化學特征

朱彥菲，靳劉圓，楊碩，卞翔

（新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000）

對中亞造山帶構造演化、塊體起源、陸殼生長及它們對區域成礦的制約等方面的研究，歷來是國內外地質學界的熱點。一般認為，中亞造山帶記錄了顯生宙全球最顯著的地殼增生事件，造山帶的形成和演化過程中洋盆閉合、板塊匯聚、陸內造山和地幔柱驅動均有大量地幔物質注入大陸地殼中，導致顯著的陸殼生長[1-5]。中國中天山地塊位于中亞造山帶西南段中國天山山脈核心部位，該地塊大量出露前寒武紀基底巖石，研究顯示其裂解源自古老陸塊[6-10]。古生代時期中天山地塊構造演化與多個古洋盆演化及多次陸陸碰撞事件密切相關，該過程中形成大量的顯生宙巖漿巖——花崗質巖石。因此，中國中天山地塊被認為是研究中亞造山帶西南段形成歷史的窗口及探討古亞洲體系中陸殼演化(生長或再循環)的天然實驗室。

多數研究者認為，中天山北緣邊界斷裂帶和中天山南緣邊界斷裂帶具古板塊縫合帶性質，是中天山南、北緣古洋盆長期構造演化形成的。目前對中天山南、北緣古生代洋盆的性質、演化過程與時限、最終閉合時間等的研究，存在較大爭議[11-18]。尤其是中天山南緣南天山洋盆發生俯沖作用的時間，一直存在早泥盆世[19]，晚泥盆世[16,20-24]，早石炭世[25,26]，晚石炭世[26-29]，三疊紀之認識[30]。

筆者對在巴倫臺鎮北伊爾根布魯克發現的石英閃長巖體展開巖石學、巖石地球化學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學研究，確定其形成時代及形成環境，為中天山南緣構造演化提供佐證，及天山造山帶構造演化研究提供資料。

1 地質背景及樣品特征

研究區位于新疆和靜縣西北100 km處，屬中天山南緣侵入巖帶的一部分。區內地層有中元古界薊縣系卡瓦布拉克巖群，主要巖性為斜長片麻巖、絹云母石英片巖、石英砂巖、粉砂巖、大理巖。區內出露大面積石炭紀二長花崗巖、花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖、閃長巖和少量閃長玢巖。本次研究的石英閃長巖體呈EW向帶狀展布（圖1），長約5 km，南北寬約3 km，東部侵入薊縣系卡瓦布拉克巖群中，北部和西部被第四系覆蓋，南部被石炭紀二長花崗巖侵入。石英閃長巖，似斑狀結構，基質細粒半自形粒狀結構，塊狀構造，巖石主由斑晶、基質組成。斑晶為斜長石，近半自形板狀，1～2 mm，定向分布。基質為斜長石、鉀長石、石英、黑云母，0.2～0.5 mm，部分0.5～1 mm（細），少部分0.05～0.2 mm（微）。斜長石近半自形板狀，定向分布，局部略顯糜棱化，被絹云母及方解石交代。鉀長石近半自形-它形粒狀，星散狀分布，局部可見鈉質條紋。黑云母呈片狀、星散狀分布，被綠泥石及綠簾石交代，少部分為假象。巖石蝕變較弱，蝕變礦物為高嶺土、綠泥石（圖2）。

圖1 伊爾根布魯克地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of Yiergenbuluke

2 分析方法

全巖分析在新疆維吾爾自治區礦產實驗室完成。將測試樣品粉碎，研磨至200目以下的粉末備用，樣品前處理采用酸溶法，主量元素測試方法為X-射線熒光光譜法（XRF），微量元素測試方法為ICP-MS法，氧化物相對標準樣品的偏差低于2%，微量元素分析數據相對標準樣品的偏差低于5%。

圖2 伊爾根布魯克石英閃長巖巖相學特征Fig.2 Microphotographs of the Yiergenbuluke quartz diorite

鋯石分選在河北省廊坊區調隊試驗室完成，鋯石陰極發光(CL)圖的拍攝、鋯石微量元素測定和U-Pb同位素測年均在中國地質大學(武漢)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成。測試儀器采用等離子體質譜儀Agilent7500a，激光能量70 mJ，頻率8 Hz，激光束斑直徑32 μm，剝蝕物質的載氣使用He，鋯石年齡計算采用標準鋯石91500作為外標，NIST610作為內標。數據處理采用ICP-MS Data?Ca8.3程序，并進行普通鉛校正[31]，年齡計算及諧和圖繪制采用ISOPLOT3.0軟件完成[32]。全巖地球化學分析由國土資源部武漢綜合巖礦測試中心完成，主量元素除H2O采用重量法、CO2采用非水滴定法分析以外，其余氧化物均采用XRF法測定，分析精度(除H2O外)優于1%，微量和稀土元素采用ICP-MS法測定，分析精度優于5%，地球化學圖件繪制采用Geokit軟件完成[33]。

3 鋯石U-Pb年齡

在石英閃長巖體中采集1件同位素測年樣品，采樣位置為北緯42°59′58.6″、東經 85°19′25.3″。伊爾根布魯克石英閃長巖中分選出的鋯石，多為無色透明，自形-半自形，多呈柱狀，長寬比為1～3，粒徑50～150 μm。測試選擇內部純凈，沒有包裹體和裂隙的部位測定（圖3）。鋯石CL圖像顯示具巖漿震蕩環帶。研究表明，不同成因的鋯石有不同的232Th/238U比值，其中，變質成因的鋯石232Th/238U比值一般小于等于0.1，巖漿成因的鋯石232Th/238U比值一般大于0.4[34-35]。本次測定的樣品的U-Pb同位素數據列于表1，樣品的232Th/238U比值介于0.50～1.12，均大于0.4（表1），說明鋯石為巖漿成因。8個數據的206Pb/238U年齡加權平均值為（313.3±5.7）Ma，代表了巖石的形成年齡（圖4），表明巖石形成于晚石炭世。

圖3 伊爾根布魯克石英閃長巖鋯石陰極發光圖Fig.3 Zircon Cathodoluminescences(CL)image from quartz diorite in Yiergenbuluke

圖4 伊爾根布魯克石英閃長巖的鋯石U-Pb諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircon in the quartz diorite in Yiergenbuluke

4 巖石地球化學特征

4.1 主量元素特征

伊爾根布魯克石英閃長巖體樣品主量元素分析結果見表2。

圖5 伊爾根布魯克石英閃長巖TAS圖解Fig.5 TAS diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

CaO為3.68%～5.79%，均值4.57%；K2O為1.7%～2.79%，均值2.16%；SiO2為58.13%～66.74%，均值61.5%；Na2O為3.38%～5.33%，均值4.31%，含量較低。Al2O3為16.53%～17.84%，均值17.37%；TiO2為0.43%～0.74%，均值0.52%；MgO為1.35%～2.83%，均值2.0%，含量較高。里特曼指數（σ）均小于4，為鈣堿性系列。堿質總量高，為6.36%～7.49%。TAS圖解中石英閃長巖樣品主要落入亞堿性系列閃長巖和花崗閃長巖區（圖5）。SiO2-K2O圖解中（圖6），樣品均落于鈣堿性系列，表明石英閃長巖屬鈣堿性系列。鎂指數（Mg#）為41.5～49.55，小于65，表明原始巖漿經一定的分異作用。

4.2 稀土和微量元素特征

石英閃長巖稀土元素總量（∑REE）較低，為51.78×10-6～143.96×10-6，LREE/HREE為4.46～18.48，（La/Yb）N為4.64～25.11，呈輕稀土強烈富集，重稀土強烈虧損特征。球粒隕石標準化曲線呈右傾型（圖7-a）。δEu為 0.95～1.3，具弱正異?；驘o異常及HREE的虧損，反映源區殘留相存在石榴子石的殘余，基本無斜長石殘留。

石英閃長巖微量元素原始地幔標準化分布曲線中（圖7-b），表現為大離子親石元素Ba，Sr，K相對富集，高場強元素Nb，Ta，Ti，P相對虧損，這一特征類似于島弧火成巖特征。（Rb/Yb）N值23.15～75.92，為強不相容元素富集型，具交代地幔源特點，其蛛網圖呈緩右傾多峰式，相當于島弧性質分布曲線。Sr*異常值為1～2.84，為鍶富集，反映巖石遭受構造，與消減作用有關。斜長石參加的堆積巖，遭后期熱液作用蝕變較弱。Th*異常值為0.98～1.56，為正異?；驘o異常，反映巖石多為消減作用，抗風化能力較強，后期遭構造、熱液作用影響，巖石蝕變較弱（表3）。

圖6 伊爾根布魯克石英閃長巖SiO2-K2O判別圖Fig.6 SiO2-K2O diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

表1 石英閃長巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 同位素數據Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data of quartz diorite from the Daijingquekeque

表2 伊爾根布魯克石英閃長巖主量元素組成Table 2 Major element compositions of quartz diorite in Yiergenbuluke

圖7 伊爾根布魯克石英閃長巖稀土元配分曲線（a）及微量元素蛛網圖（b）Fig.7 REE pattern(a)and trace element spider(b)of qua rtz diorite in Yiergenbuluke

表3 伊爾根布魯克石英閃長巖稀土、微量元素組成Table 3 Trace element(10-6)compositions of quartz diorite in Yiergenbuluke 單位：×10-6

5 討論

伊爾根布魯克閃長巖總體上具LREE富集，Eu弱負異常的稀土分布模式，大離子親石元素Ba，Sr，K相對富集，高場強元素Nb，Ta，Ti，P相對虧損，顯示了大陸邊緣消減帶弧鈣堿性侵入巖類球化學特征[36-37]。在Y+Nb-Rb和Y+Ta-Rb圖解中樣品均落在火山弧花崗巖區（圖8，9），在Yb-Ta圖解中樣品落在火山弧花崗巖區（圖10），表明伊爾根布魯克閃長巖形成于大陸消減帶的火山弧環境。

圖8 伊爾根布魯克石英閃長巖Y+Nb-Rb圖解Fig.8 Y+Nb-Rb diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

圖9 伊爾根布魯克石英閃長巖Y+Ta-Rb圖解Fig.9 Y+Ta-Rb diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

圖10 伊爾根布魯克石英閃長巖Yb-Ta圖解Fig.10 Yb-Ta diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

目前對南天山洋盆俯沖閉合時限及俯沖方向存在不同認識，楊天南等對研究區巴倫臺鎮以東糜棱巖化花崗巖研究表明[38]，巖石的SHRIMP U-Pb年齡為405～416 Ma，形成于火山弧環境。王守敬等獲得巴倫臺地區鉀長花崗巖年齡為（369.6士2.6）Ma[22]，為陸緣火山弧花崗巖，表明南天山洋殼向伊犁中天山微板塊之下的俯沖至少持續到晚泥盆世。陳義兵等對中天山南緣糜棱巖化花崗閃長巖年代學研究認為[39]，中天山南緣洋殼在中泥盆世向北俯沖形成陸緣巖漿弧，通過增生鋯石年齡，認為中天山南緣洋盆閉合與碰撞造山的時代為晚泥盆世末期。高俊等根據分布于西天山和中天山南緣的巖漿巖（470～308 Ma）[29]、中天山南緣高壓變質巖帶同位素年齡（峰值年齡為320 Ma），認為南天山古洋盆于晚石炭世閉合，二疊紀期進入后碰撞演化階段；李錦軼等在區域地質資料綜合分析基礎上[16]，得出同樣結論。據塔里木板塊、伊犁地塊、哈薩克斯坦-北天山的古地磁研究結果，庫車盆地上二疊統比尤勒包谷孜組陸相磨拉石沉積，天山早二疊世陸內大規模走滑斷裂作用，中-南天山290～280 Ma的后碰撞花崗巖類、275～260 Ma的后造山堿性巖類、316～276 Ma的“釘合巖體”及早二疊世大量出現的基性巖脈、巖墻（群）同樣輔證碰撞造山作用發生于晚石炭世。李曰俊等據西南天艾克提克群中出現的放射蟲[28]，認為南天山西段殘余古洋盆最終閉合的時間應為二疊紀末，此后進入周緣前陸盆地演化階段；Zhang L F et al.根據西天山高壓變質帶榴輝巖的鋯石U-Pb年齡233～226 Ma和263～243 Ma[40]，認為南天山碰撞作用發生于三疊紀。

本次對伊爾根布魯克閃長巖體開展年代學研究，獲得的年齡(313.3士5.7)Ma，表明該地區巖漿活動形成于晚石炭世。石英閃長巖體地球化學特征表明，其形成于俯沖消減環境，南天山洋在晚石炭世仍存在由南向北的俯沖活動，說明南天山洋盆閉合應晚于晚石炭世。

6 結論

(1)石英閃長巖SiO2含量58.13%～66.74%，具低CaO含量3.68%～5.79%和高Al2O3含量13.02%～13.68%特征。輕重稀土元素分餾明顯，富集輕稀土元素，Eu弱正異?；驘o異常，δEu=0.95～1.3。巖石地球化學研究表明，石英閃長巖富集大離子親石元素Ba，Sr，K和虧損高場強元素Nb，Ta，Ti，P，具火山弧花崗巖特征。

（2）據LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試結果，伊爾根布魯克石英閃長巖，其原巖巖漿結晶年齡為（313.3±5.7）Ma，表明巖石形成于晚石炭世。

（3）巖石地球化學和區域地質背景研究表明，伊爾根布魯克石英閃長巖是俯沖消減作用的產物，它可能是中天山南緣大洋在晚奧陶世俯沖消減作用下形成的，表明中天山南緣大洋的俯沖消減作用至少延續到晚石炭世。

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