新疆西準噶爾北部布爾津縣木斯塔巴巖體年代學、地球化學特征及其地質意義

滕宇翔 薛曉峰 穆利修

摘? ?要：準噶爾是新疆北部古生代造山帶的重要組成部分，以廣泛發育晚古生代花崗巖為特征，是中亞造山帶總顯生宙陸殼生長作用非常顯著的地區之一。根據最新獲得的LA-ICP-MS U-Pb鋯石年齡，木斯塔巴巖體鋯石年齡為（303±2.0） Ma（晚石炭世），巖石地球化學分析，巖石具高硅（66.04%～70.4%），高堿（2.26～2.87），高鋁（13.25%～15.46%），高鉀（3.4%～4.58%），低鎂，A/CNK=1.06～1.22，低固結（6.34～12.87），高分異（78.35～84.5），富輕稀土（LREE/HREE=3.57～12.97）和大離子親石元素K，Rb，Ba，Sr，虧損高場強元素Nb，Ta，Ti，P，為過鋁質高鉀鈣堿性系列花崗巖，具碰撞花崗巖特征，屬額爾齊斯構造帶的重要組成部分，其形成與板塊俯沖作用關系密切。本區石炭紀花崗巖的數據與北準噶爾地區對比，顯示晚石炭世額爾齊斯構造帶閉合，進入后碰撞階段。

關鍵詞：石炭紀花崗巖;木斯塔巴巖體;鋯石U-Pb測年;地球化學;巖石成因

準噶爾是新疆北部古生代造山帶的重要組成部分，以廣泛發育晚古生代花崗巖為特征，是中亞造山帶總顯生宙陸殼生長作用非常顯著的地區之一。近年高精度鋯石U-Pb年代學資料表明，北準噶爾地區花崗巖以古生代為主。無論在東準噶爾還是西準噶爾，由古蛇綠巖代表的古洋盆可能不止一個，閉合期限也存在差異[1-3]。在額爾齊斯縫合帶多處發育晚古生代蛇綠巖，按最新的國際地質年代表關于石炭紀和二疊紀劃分方案[4-6]，準噶爾后碰撞深成巖漿活動從早石炭世中—晚期開始，于早二疊世末結束，對于花崗巖的動力學環境和源區研究也成為當代花崗巖的研究前沿[7]。有學者認為，阿勒泰造山帶與準噶爾地體拼合時間可能發生在晚石炭—早二疊世[8]，也有學者認為，早石炭世俯沖接近尾聲額爾齊斯洋盆已閉合，局部可能存在較小的陸表海盆，晚石炭世末—早二疊世初發生強烈巖漿作用[9]。更有學者認為，阿勒泰造山帶與準噶爾地體拼合時間發生在三疊晚期[10]。因此，對于額爾齊斯構造帶巖漿的研究，不僅可以對古亞洲洋的演化歷史提供依據，同時也對北準噶爾造山帶的構造演化提供巖漿演化依據。本文選擇對北準噶爾造山帶北緣額爾齊斯構造帶黑云母二長花崗巖巖體作為研究對象（圖1），對其開展鋯石U-Pb年代學及巖石地球化學研究，分析該巖體的形成時代及成因，旨在為北準噶爾乃至中亞造山帶構造演化過程提供依據。

1? 地質概況及巖相學特征

木斯塔巴巖體位于布爾津縣西南部3 km處，出露于薩吾爾-二臺地塊的西南部，額爾齊斯構造帶南界，空間上呈串珠狀或巖瘤狀分布，出露連續，基巖出露較好（圖1）。主要巖性為黑云母二長花崗巖、二長花崗巖、花崗巖，巖體南界侵入泥盆系蘊都喀拉組砂巖、長石巖屑砂巖，接觸帶圍巖一側發育角巖化和20～50 cm烘烤邊，巖體中出現少量捕擄體，巖體西界侵入晚泥盆世片麻巖化英云閃長巖，可見巖枝伸入圍巖，同化混染較明顯，英云閃長巖出現褪色現象。

用于測年和巖石地球化學分析的樣品采自1∶5萬區調的實測剖面上（圖2）。經鑒定，巖石主要由斜長石，含量35%～40%，粒度2～4.5 mm，鉀長石，含量25%～30%，粒度2～5mm，石英22%～30%，粒度1.2～2.2 mm，黑云母3%～5%，粒度0.24～1.6 mm，少量白云母組成、微量磷灰石、鋯石。斜長石、鉀長石都呈半自形板狀，具輕度泥化，斜長石中心部位微絹云母化，鉀長石由微條紋長石、微斜長石為主，分布微量正長石，個別較粗大的鉀長石中嵌布少量細板狀斜長石。石英呈他形粒狀分布于長石之間。黑云母呈他形葉片狀分布于長石、石英之間，微量黑云母多嵌布在鉀長石中。

測年樣品的鋯石核部為圓粒狀繼承鋯石。背散射圖像清晰地反映出鋯石具殼、核雙層結構，二者影像灰度不同，界限清楚，結構差異明顯，鋯石殼部基本為自形，多數為長柱狀，可見巖漿震蕩環帶，反映鋯石殼部為巖漿成因，有的環帶不清晰，可能主要與鋯石的退晶質化和變質作用有關。鋯石核部為圓粒狀繼承鋯石，具碎屑鋯石的一般特征，結構較復雜，在陰極發光圖像上反映得比較清楚，部分繼承鋯石可見環帶結構，為巖漿成因，部分經受過不同程度的變質，變質繼承鋯石的內部還可見無分帶、弱分帶、面狀分帶、流動狀分帶等結構，有的繼承鋯石可分出兩個世代。

2? LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年方法

鋯石樣品在新疆國土資源廳礦物研究所經過單礦物分選，鋯石U-Pb同位素定年利用北京科薈測試技術有限公司的LA-Q-ICP-MS同時分析完成。激光剝蝕系統為ESINWR193nm，ICP-MS為Analytikjena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。對分析數據的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal完成[11]。

鋯石微量元素含量利用SRM610作為外標、Si作內標的方法進行定量計算[11]。玻璃中元素含量的推薦值根據GeoReM數據。U-Pb 同位素定年中采用鋯石標準GJ-1 作外標進行同位素分餾校正，每分析5-10個樣品點，分析2次GJ-1。對于與分析時間有關的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用GJ-1的變化采用線性內插的方式進行校正。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot完成。

3? 分析測試成果

樣品的測試數據成果見表1，單個數據點的誤差為1σ，加權年齡具98%可信度，年齡數據采用206Pb/208U年齡，并對數據進行一致曲線統計分析。樣品16TWS-50共計25個測點，其中17個測點位于鋯石殼部，8個測點在核部，鋯石殼部17個分析點給出的206Pb/208U年齡加權平均值為（303±2.0） Ma，代表成巖年齡。分析結果如表1所示，其Th含量為60.3×10-6～542×10-6，U含量為149×10-6～2 945×10-6，Th/U比值變化范圍為0.12～0.57（大于0.1），表明鋯石均為巖漿淺變質成因，其余8個測點偏離諧和線，未參與加權平均計算;核部分析點為巖漿鋯石，年齡代表結晶年齡（圖3）。

4? 巖石地球化學特征

木斯塔巴黑云母二長花崗巖主元素和稀土、微量元素分析結果見表2。巖石化學總體特征是硅含量高，總堿量高，鋁、鉀含量高，磷、鎂、鈦含量低，SiO2含量為66.04%～70.4%，Al2O3含量為13.25%～15.46%，K2O含量為3.4%～4.58%（圖4），Na2O含量為3.23%～3.7%，K2O大于Na2O。里特曼指數（σ）為1.69～2.54，堿度率（AR）為2.26～2.87，為高鉀鈣堿性巖系（太平洋型）。固結指數（SI=6.34～12.87）較小，分異指數（DI=78.35～84.5）較高，反映巖漿分異程度較高。鋁質指數（A/CNK）1.06～1.22，為過鋁質（圖5）。綜上所述，本巖體屬于典型強過鋁花崗巖。

稀土總量較低，為78.94×10-6～179.23×10-6，輕、重稀土分餾明顯，稀土分布曲線呈右傾（圖6），斜率較一般，屬輕稀土富集型;δEu=0.34～0.69，具明顯負銪異常，銪谷較明顯。（La/Yb）N為3.39～17.29，LREE為61.66～162.27，HREE為10.23～23.01，LREE/HREE為3.57～12.97，表明輕重稀土之間分異明顯。輕稀土分餾程度（La/Sm）N為2.49～3.63，重稀土分餾程度（Gd/Yb）N為1.08～2.03，輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度。大離子親石元素K=28 020×10-6～? ?37 868×10-6、Rb=111×10-6～218×10-6，Ba=287×10-6～447×10-6，Sr=64×10-6～283×10-6，Ti=1 595×10-6～? ? ?4 888×10-6。放射性生熱元素Th=11.25×10-6～20.18×10-6，U=2.2×10-6～5.4×10-6。非活動性元素Nb=11.36×10-6～17.78×10-6，Ta=1.1×10-6～2.44×10-6，P=415×10-6～1 107×10-6。不相容元素Zr=103×10-6～232×10-6，Hf=3.4×10-6～8.1×10-6。Zr/Hf=30.29～39.08，Ba/Rb=1.08～3.85，Nb/Ta=5.71～13.69，微量元素蛛網圖上（圖7），Rb，Th，U，La，Ce顯示正異常，構成峰，而K，P，Ti顯示負異常，構成谷。Nb和Ta的關系指示其巖漿可能來源于上地殼，Nb，Ta礦物的結晶分異作用較弱。P，Ti和K偏低可能與磷灰石、鈦鐵氧化物和斜長石的結晶分異有關。巖漿分異程度較一般，多具混源特征。

5? 討論

5.1? 時代討論

木斯塔巴巖體，1∶20萬吉木乃-布爾津幅將其厘定為華力西中期，但缺少高精度年代學方面的約束。近年來在本地區相繼有多名學者取得同位素數據，李成文獲得過一個U-Pb年齡（267±6 Ma）1，童英獲得過兩個U-Pb年齡（276±2 Ma、250±1 Ma），從李成文新疆準噶爾盆地北緣卡拉先格爾-科克森套銅鎳礦遠景調查中看，缺乏同位素數據依據。童英阿勒泰晚古生代花崗巖年代學、成因及其地質意義資料上看[9]，鋯石和諧年齡圖中多集中在（296±3） Ma附近，卻采用較新年齡，年齡數據仍存在爭議。本次通過LA-ICP-MS鋯石 U-Pb 測年方法，獲得二長花崗巖鋯石 U-Pb 年齡為（303±2.0） Ma，表明其巖體就位時代為晚石炭世。

5.2? 巖漿成因

在花崗巖類Q-Ab-Or 圖等溫等壓力圖解中，多數件樣品落入小于700℃～800℃，500～3 000 bar以上范圍內（圖8），說明接觸溫度在700℃～800℃之間，壓力較高。表明巖體來源較淺，從組合特征說明，該套巖石成因類型與S型花崗巖相似。

5.3? 構造背景

在R1-R2圖中（圖9）， 反映它們形成于同碰撞構造環境。巖石富鋁（Al2O3多大于14%）是巖漿起源于弧環境的一個標志，Rb/Sr=0.3～0.89，說明巖漿地殼混染程度較高，指示巖漿經過了結晶分異，地殼沉積物低壓重熔重結晶形成，表明該巖體形成于島弧擠壓階段，結合本區多種數據說明，額爾齊斯構造帶閉合于晚石炭世，經石炭紀造山運動后由擠壓進入伸展階段。

6? 結論

（1） 采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年方法，獲得木斯塔巴二長花崗巖體年齡（303±2.0） Ma，表明其成巖年齡為晚石炭世。

（2） 木斯塔巴二長花崗巖具高硅（66.04%～70.4%），高堿（2.26～2.87），高鋁（13.25%～15.46%）、高鉀（3.4%～4.58%），低磷、低鎂、低鈦，A/CNK=1.06～1.22，高鉀鈣堿性過鋁質系列。低固結（6.34～12.87），高分異（78.35～84.5），富輕稀土（LREE/HREE

=3.57～12.97）和大離子親石元素K，Rb，Ba，Sr。虧損高場強元素Nb，Ta，Ti，P，具“雙峰”式島弧特征，表明這些物質特征來源于上地殼，為地殼沉積物受??俯沖作用影響，不斷增厚重熔的產物。

（3） 木斯塔巴二長花崗巖為額爾齊斯構造帶所? ?代表的晚古生代亞洲洋在晚石炭世時期活動大陸邊緣同碰撞時期的巖漿事件。

致謝：新疆地調院吉木乃恰勒什海一帶1∶5萬4幅區調項目對本文的支持。

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