東昆侖西段箭峽山巖體鋯石U-Pb年代學、地球化學特征

孟李奇，何峻嶺，張鵬偉，馬斌，朱永勝

(中國地質調查局烏魯木齊自然資源綜合調查中心， 新疆 烏魯木齊 830057)

0 引言

東昆侖造山帶是我國一條重要的構造巖漿活動帶，巖漿作用具多期次、多類型的特點，巖漿巖分布范圍較為廣泛，活動頻繁，其中侵入巖分布最為廣泛，并以花崗巖為主(莫宣學等，2007)。不同時期、構造環境下形成的花崗巖，其屬性特點均有所不同。通過對花崗巖的研究，能夠反映出其形成的地質背景、構造演化等信息，進而探討大陸地殼的形成與演化(肖慶輝等，2007)。

東昆侖地區花崗巖的形成主要經歷了4個構造演化階段，分別為前寒武紀、早古生代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代，其中以晚古生代—早中生代旋回的巖漿活動為主，并且東昆侖地區在晚古生代—早中生代進入了古特提斯洋的演化階段(楊杰，2014)，并保存了完整的演化記錄，而花崗質巖石正是其構造演化的物質記錄，為研究東昆侖古特提斯洋構造演化提供了物質基礎(熊富浩，2014)。然而，隨著對東昆侖造山帶研究的深入，不斷為古特提斯洋的演化提供更多的證據，對于東昆侖地區古特提斯洋的演化存在著不同的觀點。有人認為東昆侖地區在早泥盆世就已經進入了陸—陸碰撞階段(龍曉平等，2004)；陳靜等(2013)認為東昆侖地區在早泥盆世已進入陸內伸展階段；劉戰慶等(2011a，2011b)根據布青山地區的洋中脊型輝長巖鋯石U-Pb年齡(332.8±3.1)Ma認為古特提斯洋于早石炭世就已存在；較多學者認為阿尼瑪卿洋于晚二疊世閉合(袁萬明等，2000；陳守建等，2008；趙振明等，2010)。可以看出已有較多學者通過對東昆侖地區的構造演化進行了研究，并提供了證據，但是缺乏對東昆侖地區晚古生代—早中生代花崗巖的研究，尤其是東昆侖西段晚古生代花崗巖的研究，并且對古特提斯洋的構造演化還缺乏系統性。本次調查研究的箭峽山巖體位于東昆侖造山帶西段昆中斷裂帶，地理位置特殊，其形成與東昆侖地區古特提斯洋的構造演化有密切關系，對其開展花崗巖成因、構造環境等研究，可進一步為東昆侖地區晚古生代構造演化提供依據。

本次依托新疆且末縣阿克蘇河一帶區域地質礦產調查項目，通過鋯石U-Pb年代學、地球化學分析等方法對箭峽山巖體進行研究，探討分析其形成時代、成因與構造環境，為該區的構造—巖漿演化提供依據，豐富古特提斯洋在晚古生代—早中生代所處的構造環境。

1 地質背景

東昆侖造山帶主要發育有三條深大斷裂，由北向南分別為昆北斷裂、昆中斷裂、昆南斷裂，并且昆中斷裂貫穿整個研究區；三條深大斷裂又將東昆侖造山帶分為昆北、昆中、昆南與巴顏喀拉構造單元。研究區位于昆北(祁曼塔格)弧后盆地，南側為昆中大斷裂。區內出露下元古界、古生界、中生界和新生界地層。地層從老到新依次為下元古界苦海巖群，中元古界阿爾金巖群，石炭系托庫孜達坂群，三疊系鄂拉山組，侏羅系大煤溝組、采石嶺組，白堊系犬牙溝組。

研究區內巖漿巖分布廣泛，侵入巖較發育，侵入巖多呈巖基、巖株產出，受控于區域構造，以中酸性侵入巖為主，巖石類型以二長花崗巖和花崗閃長巖為主，見少量鈣堿性—低鉀拉斑系列超基性—酸性巖出露，基性巖也有一定程度的發育。箭峽山巖體位于東昆侖西段，區域上主要受昆中斷裂與阿爾金南緣斷裂控制，沿昆中斷裂帶呈近東西向展布(校培喜等，2014)(圖1a)。

2 箭峽山巖體巖石學特征

巖體呈北東向凸起的狹長帶狀展布(圖1b)，巖性主要為黑云母二長花崗巖與花崗閃長巖，二者呈涌動接觸。其南部與下石炭統托庫孜達坂群下組呈斷層接觸，北部與白堊系犬牙溝組、三疊系鄂拉山組地層呈斷層接觸，在其內部可見少量的下元古界苦海巖群大型殘留頂蝕體，在接觸部位發育有片理和片麻理，走向與昆中斷裂大致平行。圍巖外接觸變質帶較小，變質巖石以角巖化、斑點狀板巖化及大理巖化為主。蝕變多見絹云母化、綠泥石化和綠簾石化等現象。

本次主要對研究區內新鮮細粒黑云母二長花崗巖樣品進行研究。巖石新鮮面呈灰白色，半自形—自形粒狀結構，塊狀構造。主要礦物由石英(40%)、斜長石(23%)、堿性長石(27%)、白云母(4%)、黑云母(6%)組成。石英呈他形粒狀，粒徑0.2～1.2 mm；斜長石呈他形粒狀，粒徑0.5～1.0 mm；堿性長石主要有條紋長石(12%)和正長石(15%)，前者呈半自形—自形板狀，后者呈半自形板狀、條狀、他形粒狀。

圖1 東昆侖地區大地構造位置圖(a)和箭峽山巖體分布略圖(b)(據校培喜等，2014修改)圖a：Ⅰ—塔里木地塊；Ⅱ—阿北—敦煌地塊；Ⅲ—阿爾金構造帶；Ⅲ-1—紅柳溝拉配泉蛇綠構造混雜巖帶；Ⅲ-2—阿中地塊；Ⅲ-3—阿帕—茫崖早古生代蛇綠構造混雜巖帶；Ⅳ—昆侖造山帶；Ⅳ-1—昆北(祁曼塔格)弧后盆地；Ⅳ-2—昆中微地塊；Ⅳ-3—昆南增生雜巖帶；Ⅴ—巴顏喀拉褶皺帶；Ⅵ—柴達木陸塊；Ⅵ-1—柴北(蛇綠)構造混雜巖帶；Ⅵ-2—柴達木盆地；Ⅶ—祁連造山帶；主要斷裂：①—阿爾金斷裂北緣；②—阿爾金斷裂南緣；③—昆北斷裂帶；④—黑山—那棱格勒河斷裂；⑤—白干胡斷裂；⑥—昆中斷裂帶；⑦—昆南斷裂帶；⑧—柴北緣斷裂帶圖b：1—第四系；2—白堊系犬牙溝組；3—侏羅系采石嶺組；4—侏羅系大煤溝組；5—三疊系鄂拉山組；6—石炭系托庫孜達坂上組；7—石炭系托庫孜達坂中組；8—石炭系托庫孜達坂下組；9—古元古界苦海巖群片巖組；10—古元古界苦海巖群大理巖組；11—古元古界苦海巖群片麻巖組；12—二長花崗巖單元；13—花崗閃長單元；14—斜長花崗巖單元；15—閃長玢巖脈；16—斷層；17—地質界線；18—巖相界線；19—同位素年齡樣品采集點；20—巖石全分析樣品采集點；21—薄片樣品采集點

3 樣品采集與測試方法

各類樣品均采自巖體中新鮮露頭。鋯石U-Pb樣品采自細粒黑云母二長花崗巖(D8333-TW1，GPS：N37°23′58"，E86°13′44")(圖2)。測試所需的鋯石單礦物分選、制靶工作在河北省區域地質調查院完成，鋯石的陰極發光圖像、透射光圖像、反射光圖像拍攝及鋯石U-Pb定年工作均由中國地質科學院地質研究所大陸動力學重點實驗室完成。

圖2 細粒黑云母二長花崗巖野外照片(a)及顯微照片(b)礦物縮寫：Qz—石英；Pl—斜長石；Or—鉀長石；Bt—黑云母；Mt—磁鐵礦

鋯石U-Pb定年采用Neptune Plus型多接收等離子體質譜儀和GeoLasPro 193 nm激光剝蝕系統(LA-MC-ICP-MS)。激光剝蝕的載氣為氦，剝蝕束斑直徑為32 μm，頻率為8 Hz。采用國際標準鋯石91500標準樣品作為外標進行同位素的分餾校正，選用GJ-1作為輔助標樣對數據的準確性進行驗證。

樣品主量元素、微量元素及稀土元素在中國地質調查局西安地質礦產研究所實驗測試中心完成。主量元素采用壓片法X射線熒光光譜(XRF)分析，微量(含稀土)元素采用電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)分析完成。主量元素分析精度和準確度優于5%，微量元素的分析精度和準確度優于10%。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年代學

鋯石晶體粒晶型較為完好，少量存在顆粒破碎現象，根據陰極發光CL圖來看(圖3)，鋯石多呈半自形—自形板柱狀，極少量的呈棱柱狀，沒有明顯的核幔結構，巖漿振蕩環帶發育，Th/U比值范圍為0.45～0.92，比值均大于0.4，具有典型的巖漿鋯石特點。分別對細粒黑云母二長花崗巖25個鋯石顆粒進行LA-ICP-MS U-Pb分析，測試結果見表1。鋯石除4號點位于鋯石核部年齡諧和性較差外，其余24點在諧和曲線中基本一致，且分布較集中，206Pb/238U表面年齡范圍在(343.2±5.4)～(371.2±6.0)Ma，加權平均年齡為(354.8±2.6)Ma(MSWD=0.8)(圖4)，代表了巖漿鋯石的結晶年齡。

圖3 箭峽山花崗巖鋯石陰極發光圖像

表1 二長花崗鋯石U-Pb同位素測試結果統計表

圖4 黑云母二長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

4.2 元素地球化學特征

本次對箭峽山巖體進行巖石地球化學分析，共采集細粒黑云母二長花崗巖樣品4件(表2)。巖石地球化學分析結果顯示，K2O+Na2O值介于6.66%～8.06%之間，里特曼指數(σ)介于1.19～2.24，具有富堿的特征，SiO2含量為74.64%～77.38%，據花崗巖TAS分類圖解，樣品均落在花崗巖區域；K2O/Na2O值為0.60～1.32，樣品相對富鉀，根據SiO2-K2O圖解，樣品顯示為鈣堿性—高鉀鈣堿性巖石系列(圖5)；Al2O3值為12.15%～12.98%，A/CNK值為1.18～1.20，A/CNK-A/NK圖解顯示樣品均為過鋁質。

細粒黑云母二長花崗巖的稀土總量變化在111.0×10-6～168.8×10-6之間(表3)，LREE/HREE在3.0～6.7，平均為4.1，稀土元素配分模式呈明顯的右傾型(圖6a),(La/Yb)N=2.5～7.8,平均為4.0，重稀土相對平坦，輕、重稀土分餾較明顯，具有較強的銪負異常(δEu=0.1～0.3)，說明巖漿在結晶過程中，可能經歷了強烈的斜長石分離結晶作用(靳擁護等，2020)。

表2 主量元素分析結果表/%

續表2

表3 稀土元素分析結果表/×10-6

圖5 箭峽山巖體黑云母二長花崗巖主量元素圖解a—花崗巖TAS分類圖(底圖據Middlemost，1994)；b—SiO2-K2O圖解(底圖據Peccerillo and Taylor，1976)；c—A/CNK-A/NK圖解(底圖據Maniar and Piccoli，1989)圖a：1—橄欖輝長巖；2a—堿性輝長巖；2b—亞堿性輝長巖；3—輝長閃長巖；4—閃長巖；5—花崗閃長巖；6—花崗巖；7—硅英巖；8—二長輝長巖；9—二長閃長巖；10—二長巖；11—石英二長巖；12—正長巖；13—副長石輝長巖；14—副長石二長閃長巖；15—副長石二長正長巖；16—副長正長巖；17—副長深成巖；18—霓方鈉巖/磷霞巖/粗白榴巖

圖6 二長花崗巖球粒隕石標準化稀土元素配分曲線(a)及原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)(底圖據Sun and McDonough，1989)

5 討論

5.1 巖體成因

研究認為S型花崗巖通常具有過鋁質的特征，其鋁飽和指數A/CNK值大于1(王德滋和舒良樹，2007)；S型花崗巖富Si(SiO2>67%)、略富堿(Na2O+K2O>6%)(王國輝等，2019)。本次采集二長花崗巖樣品的A/CNK值介于1.18～1.20；SiO2值74.64～77.38；Na2O+K2O值6.66%～8.06%(表2)，均大于6%，具有S型花崗巖的特點，結合花崗巖A-C-F圖解，樣品點均落于S型花崗巖區域內(圖7)。因此，認為箭峽山巖體成因類型為S型花崗巖。

圖7 二長花崗巖A-C-F圖解(底圖據Setsuya and Masaki，1979)

S型花崗巖通常是以殼源沉積物為源巖，經部分熔融、結晶形成(王國輝等，2019)。樣品Nb/Ta的值(12.86～14.20，平均值13.40)(表4)與地幔值(17.39～17.78)相差較遠，更接近地殼值(10.91)(王國燦等，2007)；Th/Nb值為1.1～1.29、Th/La值為0.45～0.7，比值均位于殼源巖石值一側，反映出殼源巖漿的特點(大陸地殼和原始地幔的平均值：Th/Nb分別為0.44和0.177，Th/La分別為0.204和0.125)(Saunders et al.，1988；Weaver，1991)；Rb/Sr值為0.98～4.28，同樣位于殼源巖石一側(地幔Rb/Sr平均值約為0.034，地殼Rb/Sr平均值約為0.35)(Taylor and Mclennan，1985)。綜上，表明箭峽山巖體中細粒黑云母二長花崗巖巖漿來源于下地殼巖石的部分熔融。

表4 微量元素分析結果表/×10-6

5.2 源區分析

研究認為源區物質只有泥砂質沉積巖類才能形成體積較大的過鋁質花崗巖體，而基性源巖則不能(Chappell and White，1974)。化學成分偏酸性過鋁質花崗巖的形成，其源區物質通常為地殼中砂泥質巖石(Alberto et al.，1998)。

箭峽山巖體細粒黑云母二長花崗巖Al2O3/TiO2值為86.5～243，平均值為188.33，說明二長花崗巖具有貧黏土、富長石的特點(Sylvester,1998)；根據Rb/Sr-Rb/Ba圖解(圖8a)可以看出，除樣品PM6-YQ18落在了貧黏土源區與富黏土源區邊緣外，其余均落在了貧黏土源區范圍內。由C/MF-A/MF圖解(圖8b)可以看出，樣品均落在了變質雜砂巖部分熔融區域；對樣品微量元素分析得出樣品具有較低的Rb/Sr(0.98～4.28，平均值2.29)和Rb/Ba(0.33～1.19，平均值0.71)。綜上，認為箭峽山巖體可能形成于砂質巖石的部分熔融。

5.3 構造環境分析

東昆侖西段晚古生代盆地演化可劃分為盆地擴張階段和弧陸碰撞階段，盆地擴張階段始于晚泥盆世，主要擴張階段相當于早石炭世(尹福光和潘桂堂，2008)。前人對昆南增生雜巖帶中不同地段的蛇綠巖開展了較多研究，其形成于晚泥盆—晚石炭世(368±1.4 Ma～308±4.9 Ma)，進一步為阿尼瑪卿—布青山洋在晚古生代的俯沖提供了證據(陳亮等，2001；楊經綏等，2004；劉戰慶等，2011b)。劉戰慶等(2011c)在布青山地區發現一期早石炭世(332.8±3.1)Ma蛇綠巖，是洋殼擴張而形成的洋殼殘余。王疆濤(2017)在東昆侖西段石英閃長巖中獲得的巖漿鋯石年齡為(345±2.6)Ma，認為是形成于阿尼瑪卿—布青山洋向北俯沖消減作用背景下。以上研究均表明研究區早石炭世古特提斯洋仍處于向北俯沖階段。高鉀鈣堿性花崗巖通常是在俯沖作用下形成(陳光庭等，2016)。結合本次研究獲得的鋯石U-Pb年齡為(354.8±2.6)Ma，認為箭峽山巖體成因可能與早石炭世古特提斯洋持續向北俯沖密切相關。結合構造環境判別圖解Y-Nb(圖9a)、Rb-Yb+Ta(圖9b)，樣品均落在了島弧花崗巖區域。Rb/30-Hf-3Ta圖解(圖9c)中，樣品均落在火山弧花崗巖區域。結合區域構造演化，綜合分析認為箭峽山巖體形成于與俯沖有關的活動大陸邊緣環境。

圖8 黑云母二長花崗巖Rb/Sr-Rb/Ba圖解a(底圖據Sylvester，1998)及C/MF-A/MF圖解b(底圖據Alther et el.，2000)

圖9 箭峽山序列二長花崗巖構造環境判別圖解a—Nb-Y圖解；b—Rb-(Yb+Ta)圖解(底圖據Pearce et al.，1984)；c—Rb/30-Hf-3Ta圖解(底圖據Harris et al.，1986)

6 結論

(1)箭峽山巖體中細粒黑云母二長花崗巖中鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(354.8±2.6)Ma (MSWD=0.80)。

(2)巖石地球化學分析結果顯示，過鋁質鈣堿性—高鉀鈣堿性S型花崗巖，呈現富堿、相對富鉀的特征。δEu=0.1～0.3，具有顯著的銪負異常。

(3)根據構造環境判別圖解，結合東昆侖區域地質背景分析，巖體形成于大陸邊緣弧環境，認為是古特提斯洋向北俯沖于昆侖地體之下的產物。