刘国仁, 董连慧, 高福平, 陈剑祥, 赵 华,王定胜, 宋志勇, 何立新, 秦纪华

1)中国地质大学, 北京 100083;

2)新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队, 新疆阿勒泰 836500;

3)新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局, 新疆乌鲁木齐 830000;

4)陕西省地矿局汉中地质大队, 陕西汉中723000

新疆阿尔泰克兰河中游泥盆纪花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄及地球化学特征*

刘国仁1,2), 董连慧3), 高福平4), 陈剑祥4), 赵 华2),王定胜4), 宋志勇4), 何立新2), 秦纪华2)

1)中国地质大学, 北京 100083;

2)新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队, 新疆阿勒泰 836500;

3)新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局, 新疆乌鲁木齐 830000;

4)陕西省地矿局汉中地质大队, 陕西汉中723000

克兰河中游英云闪长岩和二长花岗岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为400±2.3Ma(MSDW=1.1)和401±3.3 Ma(MSDW=1.2), 表明岩体侵位于早泥盆世早期, 同时也暗示了岩体围岩康布铁堡组地层的形成时代早于 401 Ma。所有花岗质岩石具有高的 SiO2(67.80%～76.54%)和 Al2O3(12.39%～16.07%)含量, 低 P2O5(0.02%～0.17%)和MgO+FeO(2.22%～5.12%)含量, 富碱(K2O+Na2O=5.58%～8.25%), 具有低的CaO/Na2O (＜0.3)比值和高的 A/CNK值(0.96～1.39); 富集 LREE和 Th、U, 贫 Ba、P、Sr、Ti、Nb, 呈现明显的 Eu负异常(δEu=0.22～0.73)。以上特征表明该岩体属钙碱性准铝质-过铝质岩类, 具有岛弧花岗岩的典型特征。结合阿尔泰南缘的区域地质背景综合分析, 推测岩体形成于活动大陆边缘环境, 是在俯冲作用过程中由变泥质岩和变质杂砂岩脱水熔融的产物, 在部分熔融过程中有磷灰石、斜长石、钛铁矿等矿物的残留。

花岗岩; LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄; 地球化学; 克兰河中游; 阿尔泰

阿尔泰造山带是中亚造山带的重要组成部分(Sengör et al., 1993; Xiao et al., 2004), 经历了古生代地壳双向增生和中新生代陆内造山作用, 由一系列大陆块体、岛弧和增生杂岩构成(肖序常等, 1992;何国琦等, 1994)。阿尔泰造山带花岗岩类广泛分布,前人对其形成时代和环境方面进行了大量的研究工作(王广耀和许培春, 1983; 芮行健和吴玉金, 1984;邹天人等, 1988; 刘伟, 1990; 岳永君等, 1990; 赵振华等, 1993; 王中刚等, 1998; 袁峰等, 2001; 王登红等, 2002), 特别是近年来许多学者(Windley et al., 2002; 袁超等, 2005; 王涛等, 2005; 童英等, 2005, 2006; 2007; Sun et al., 2006; Wang et al., 2006; Zhang er al., 2006; 曾乔松等, 2007; 周刚等, 2007a, b; Yuan et al., 2007; 杨富全等, 2008)利用锆石 SHRIMP U-Pb法和锆石LA-ICP MS U-Pb法精确测定了阿尔泰花岗岩类的形成时代, 表明阿尔泰有多次强烈的岩浆侵入活动, 其峰值在460 Ma、408 Ma、375 Ma和265 Ma(Wang et al., 2006; 曾乔松等, 2007), 这些最新成果大大促进了对阿尔泰造山带大地构造环境、构造演化、造山作用和陆壳增生的研究。

2006年～2008年, 新疆地矿局第四地质大队在阿尔泰山克兰河中游一带开展1: 5万区域地质矿产调查期间, 发现了泥盆纪花岗岩。本文对该区的泥盆纪花岗岩进行了详细的岩相学、地球化学及年代学研究, 探讨其岩石成因及形成的构造背景, 为进一步探讨阿尔泰地区的造山作用和大陆地壳的形成与演化提供新的依据。

1 区域地质背景

阿尔泰造山带位于中亚造山带的东南部, 呈北西-南东向横贯于中、俄、哈、蒙四国, 全长2000 km,在中国境内约500 km。在大地构造上, 中国阿尔泰造山带位于额尔齐斯-布尔根板块缝合带以北的西伯利亚板块(何国琦等, 2004), 包括北阿尔泰早古生代陆缘活动带(包括诺尔特泥盆纪-石炭纪上叠火山-沉积盆地、喀纳斯-可可托海古生代岩浆弧)、南阿尔泰晚古生代活动陆缘(克兰泥盆纪-石炭纪弧后盆地、卡尔巴-纳雷姆石炭纪-二叠纪岩浆弧和西卡尔巴石炭纪弧前盆地)。

研究区属南阿尔泰, 区内北东部主要出露早泥盆世康布铁堡组和中泥盆世阿尔泰组火山-沉积岩系, 南西部出露早-中元古界克木齐群地层。花岗岩类广泛分布, 主要为早泥盆世的片麻状斜长花岗岩、片麻状花岗岩、片麻状花岗闪长岩、片麻状英云闪长岩等(图 1), 也见有晚石炭世(如阿舍勒岩体, 318±6 Ma, Yuan et al., 2007)、二叠纪(如喇嘛昭、塔克什肯口岸、富蕴县南、玛因鄂博等, 275～286 Ma,王涛等, 2005; 童英等, 2006; 周刚等, 2007a, b)、奥陶纪(如切木尔切克, 462±10Ma, Wang et al., 2006;阿巴宫岩体, 457.8～462.5Ma, 刘锋等, 2008, 2009)、三叠纪(如将军山, 245Ma, 王中刚等, 1998)和侏罗纪(如尚可兰, 181～177Ma, 王登红等, 2002)花岗岩类出露。

2 岩体地质及岩相学

2.1 岩体地质

克兰河中游泥盆纪花岗岩体呈北西-南东向长条状展布, 均侵位于中下元古界地层中, 向北西及南东延出研究区。岩体分两个侵入次, 第一侵入次为二长花岗岩, 第二侵入次为片麻状中细粒英云闪长岩、片麻状花岗岩(图2)。二长花岗岩多呈岩枝、岩脉状产出, 接触界线普遍不甚清晰, 混合岩化强烈; 岩体形态一般呈长条状, 其长轴方向与区域构造线方向一致; 岩体均呈现出不同程度的交代结构,条带状、眼球状、片麻状构造, 片麻理与围岩面理基本一致, 并见有长英质脉体顺片麻理注入。片麻状中细粒英云闪长岩, 呈楔形侵位于中下元古界地层中, 出露面积较大, 向北西大部延出研究区, 与南部克尔木齐群含矽线石榴黑云斜长片麻岩侵入接触, 其内细粒二长花岗岩呈岩脉和小岩株状产出,二者为脉动接触, 岩体具片麻状构造, 局部为斑杂状构造; 岩体内部可见黑云斜长片麻岩残留体, 局部发育条带状混合岩和伟晶岩囊、岩脉。片麻状花岗岩出露面积较小, 呈长条状产出, 主要与中粒二长花岗岩呈脉动接触, 局部与石炭纪中细粒二长花岗岩呈涌动接触。

2.2 岩相学特征

图1 阿尔泰造山带区域地质及花岗岩分布略图Fig. 1 Geological sketch map of the Altay orogenic belt, showing the distribution of granites

图2 研究区侵入岩分布简图(新疆地矿局第四地质大队, 2008)Fig. 2 The distribution of intrusive rocks in the study area (after No. 4 Geological Party of BGMRED, Xinjiang, 2008)

中粒二长花岗岩: 呈灰-浅肉红色, 中细粒它形-半自形粒状结构, 块状构造。主要由石英、钾长石、斜长石、黑云母等组成。其中石英呈它形粒状, 含量约 35%, 大小 0.5～1.4 mm, 不均匀分布, 具强烈波状消光。钾长石呈半自形-不规则板状, 含量约30%, 大小 0.6～4.0 mm, 具条纹结构, 格子状双晶,为条纹长石、微斜长石, 多数发生轻度泥化, 局部蚀变强烈。斜长石呈自形-半自形板状, 含量约 32%,具聚片双晶, 环带构造, 发生轻度泥化, 环带中心部分蚀变强烈, 边缘较洁净。黑云母呈半自形片状,含量约 3%, 片径 0.3～1.5 mm。岩石中另见有磁铁矿、磷灰石、锆石等副矿物。锆石呈正方双锥状, 无色透明至浅灰褐色半透明, 晶体长0.04～0.1 mm, 宽0.015～0.06 mm, 长宽比值为2: 1、3: 1、3: 2、5: 3, 部分晶面上有小凹坑, 个别内含小锆石及暗色矿物包体。

片麻状花岗岩: 深灰色, 粒状结构, 眼球状、条带状构造。主要由钾长石(25%)、更长石(20%)、石英(30%)、黑云母(17%)、白云母(1%)和磁铁矿(＜1%)组成。黑云母和石英、长石呈现明显的条带分布, 石英多呈 0.05～0.1 mm 镶嵌集合体条带状, 个别呈0.3×1 mm2～1×2 mm2的眼球状, 黑云母多围绕眼球定向分布, 并见少量片状白云母和细粒磁铁矿。

片麻状中细粒英云闪长岩: 岩石呈浅灰色, 似斑状结构, 片麻状构造。岩石主要由斜长石(60%)、钾长石(5%)、石英(20%)、黑云母(15%)等组成。斑晶为斜长石, 呈半自形-它形板状、粒状, 含量约35%, 大小约为 1.2～3.0 mm, 呈眼球状和透镜状定向分布, 大多被黑云母等矿物环绕。基质主要由细粒它形粒状石英、钾长石、斜长石及黑云母等组成,并见有少量白云母。钾长石主要为微斜长石, 片状、片柱状黑云母呈条带状定向分布, 局部石英也呈长条状定向分布。岩石中见有少量磁铁矿、磷灰石(柱粒状, 0.02～0.3 mm)、榍石、锆石等副矿物。锆石呈浅粉色, 金刚光泽, 半透明至透明的粒状柱状双锥体, 多为0.02～0.2 mm, 少数0.1～0.3 mm, 长宽比为2:1～3:1。

3 样品及测试方法

样品均为采自新鲜的岩体露头。其中定年样品来自英云闪长岩(ⅩⅥTW2, E88°19′37″, N47°37′50″)和二长花岗岩(ⅡTW2, E88°24′17″, N47°32′20″)中的锆石。具体采样位置见图2。

锆石定年由西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。用常规方法从样品中分选出锆石, 在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒。锆石样品靶的制备, 首先将挑选好的无色透明无裂隙不含包裹体的锆石用环氧树脂固定, 待环氧树脂固化后抛光至锆石露出核部, 然后进行锆石的 CL显微成像及LA-ICP-MS分析。锆石的CL图像分析在西北大学扫描电镜实验室完成, 采用 FEI公司 XL30型SFEG电子束进行锆石内部结构显微照相分析。锆石的激光剥蚀电感偶合等离子体质谱(LA-ICP-MS)原位 U-Pb定年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。实验采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产的 Agilent7500a。激光剥蚀系统为德国 MicroLas公司生产的GeoLas200M, 激光剥蚀时, 斑束直径为20 μm, 频率为 10Hz。采样方式为单点剥蚀。每测定5个样品点测定一个锆石91500和每测定10个点测定一个NIST610。数据处理采用GLITTER(ver 4.0, Macyuarie University)程序, 年龄计算时以标准锆石91500为外标进行同位素比值分馏校正。各样品的加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用 Isoplot (ver2.49)。元素浓度计算采用 NIST610作外标, Si作内标。

本次研究用样品的主量元素、稀土及微量元素分析由国土资源部中南矿产资源监督检测中心完成。主元素分析为湿化学法; 稀土元素及Nb、Zr、Hf、Sr、Ba、V等采用ICP—AES法测定, Cr、Ni、Co等元素采用原子吸收光谱法, Th采用光度法, U采用激光萤光法, Ga采用粉末发射法。内检样品比例大于20%。内检分析原始合格率为98%。符合相关质量规范要求。

4 分析结果

4.1 锆石LA-ICP-MS年龄

锆石颗粒多呈无色、浅灰褐色, 半自形-自形透明-半透明短柱状及双锥状晶体, 晶棱及晶面清楚,粒度较小, 长轴多变化于100 μm～200 μm之间, 长短轴比一般约为2: 1～5: 3。在阴极发光照片中, 大多数锆石具有清晰的岩浆振荡环带结构(图3、图4), 应为岩浆成因。通过透射光、反射光和阴极发光研究,选择英云闪长岩中 12个锆石颗粒和二长花岗岩中11个锆石锆石颗粒进行LA-ICP-MS U-Pb分析, 其结果列于表2。

图3 英云闪长岩中锆石的阴极发光图像Fig. 3 CL images of dated zircon crystal from tonalite (scale: 100um)

图4 二长花岗岩中锆石的阴极发光图像Fig. 4 CL images of dated zircon crystal from adamellite (scale: 100um)

英云闪长岩中锆石 Th/U比值为 0.31～1.06, 大于 0.1, 表明了锆石为岩浆成因(Belousova et al., 2002)。英云闪长岩中 12个分析结果年龄变化范围较小, 在误差范围内有一致的207Pb/206Pb,206Pb/238U和207Pb/235U比值, 其206Pb/238U年龄的加权平均值为 400±2.3Ma(MSWD=1.1)(图 5), 代表了该岩体的形成年龄。二长花岗岩中锆石 Th/U比值为 0.14～1,大于 0.1, 表明了锆石为岩浆成因(Belousova et al., 2002)。11个分析结果中的10个年龄变化范围较小,在误差范围内有一致的207Pb/206Pb,206Pb/238U 和207Pb/235U 比值, 其206Pb/238U 年龄的加权平均值为401.1±3.3Ma(MSWD=1.2)(图6), 代表了该岩体的形成年龄。

4.2 主量、微量元素地球化学

图5 英云闪长岩的U-Pb锆石谐和年龄图Fig. 5 U-Pb concordia for zircons from tonalite

图6 黑云母二长花岗岩的U-Pb锆石谐和年龄图Fig. 6 U-Pb concordia for zircons from biotite adamellite

片麻状花岗岩(3件)、二长花岗岩(1件)和英云闪长岩(1件)的主量、微量元素分析结果列于表1。可以看出, 中粒二长花岗岩和中细粒英云闪长岩的SiO2含量分别为 75.64%和 67.8%, 片麻状花岗岩的SiO2含量为72.8%～76.0%。在侵入岩TAS图解中(图7), 分别位于花岗岩和花岗闪长岩区, 与岩相学观察特征一致。其中, 中粒二长花岗岩和中细粒英云闪长岩的总碱含量低, K2O+Na2O分别为 6.90%和5.58%, 相对富钠(K2O/Na2O分别为0.31和0.34); 片麻状花岗岩全碱含量高, 相对富钾(K2O/Na2O＞1)。与中国花岗岩平均值相比, 中粒二长花岗岩的SiO2、MgO(1.14%)和 Na2O(5.26%)含量略偏高, Al2O3(12.71%)、CaO(0.49%)和K2O(1.64%)含量相对偏低, 其它氧化物含量基本相当; 片麻状花岗岩的MgO(0.14%～0.54%)偏低, Na2O(3.61%～4.49%)、Al2O3(12.39%～13.40%)含量接近平均值、略偏低, CaO(0.49%～1.40%)偏低, K2O(3.48%～4.41%)、K2O+Na2O含量与平均值基本相当。所有岩石的里特曼指数(σ)小于3.3, 属钙碱性岩。二长花岗岩、英

云闪长岩的铝饱和指数 A/CNK均大于 1.1(分别为1.72, 1.66 ), 片麻状花岗岩的铝饱和指数A/CNK也大于 1.1(1.42～1.43), A/NK 介于 1.51～1.68之间。CIPW 标准矿物中出现有较高含量的石英(分别为37.24%和 26.19%), 刚玉含量较少(分别为 1.55%, 0.45%～0.5%和 0.5%)。在铝饱和指数图解中所有岩石均位于过铝质区(图8)。中粒二长花岗岩和英云闪长岩的分异指数(DI)分别为91.85、70.04, 反映中粒二长花岗岩的分异程度明显较英云闪长岩高。它们的镁铁指数(MF)分别为48.60、79.29, 长英指数(FL)分别为93.37、57.64, 可见它们的长英指数与镁铁指数的值都较大, 说明岩浆分离结晶程度较高。

表1 泥盆纪花岗岩类岩石主量元素(wt%)、微量及稀土元素(×10−6)化学成分Table 1 Abundances of major elements (wt%), trace elements and rare earth elements (×10−6) in Devonian granitoids

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图7 花岗岩TAS图解(据Middlemost, 1994)Fig. 7 TAS diagrams for granite (after Middlemost, 1994)

图8 Al2O3/(Na2O+K2O)- A12O3/(CaO+Na2O+K2O)图解(据Maniar and Piccoli 1989)Fig. 8 Al2O3/(Na2O+K2O)- A12O3/(CaO+Na2O+K2O) (after Maniar and Piccoli, 1989)

二长花岗岩的稀土元素总量(∑REE=158.67× 10−6)较英云闪长岩的稀土总量(∑REE=172.05×10−6)稍低, 片麻状花岗岩的稀土元素总量(∑REE)介于99.73～184.04×10−6之间。本区花岗质岩类轻重稀土元素之间分馏较强, 且轻稀土元素和重稀土元素内部的分馏较弱, 二长花岗岩的(La/Yb)N=4.27, (La/Sm)N=2.52, (Gd/Yb)N=1.18; 英云闪长岩的(La/Yb)N=2.15, (La/Sm)N= 1.49, (Gd/Yb)N=1.02; 片麻状花岗岩的(La/Yb)N=1.16～4.33, (La/Sm)N=1.56～2.86, (Gd/Yb)N=0.55～1.04。在稀土元素配分曲线图上(图9), 所有岩石显示了轻稀土富集重稀土相对平缓的右倾型特征, 并因有显著的负Eu异常(δEu分别为0.43, 0.47和0.22～0.73)而呈“V”型谷状, 暗示岩石可能经历了较强的斜长石的分离结晶作用或源区残留有斜长石。

图9 花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图Fig. 9 Chondrite-normalized REE patterns of granite

图10 花岗岩微量元素蛛网图(原始地幔数据取自Sun and McDonough, 1989)Fig. 10 Primitive mantle-normalized trace element spidergrams of granites (normalizing factors after Sun and McDonough, 1989)

本区岩石的高场强元素(HFSE, 如Th、U、Nb、Ta、Zr和Hf)含量较高, Th为4.4×10−6～15.2×10−6, U为1.16×10−6～1.67×10−6, Zr为69×10−6～203×10−6, Hf为3.66×10−6～6.08×10−6, 但Nb(7.84×10−6～15.7×10−6)与Ta(0.82×10−6～2.3×10−6)的含量相对较低, Nb/Ta比值较低(6.83～12.7); Sr的含量明显偏低, Sr为25×10−6～172×10−6。岩石还具有高的 Yb含量(4.58×10−6～7.32×10−6)和 Y(35.1×10−6～70×10−6)。在原始地幔标准化蛛网图中(图 10), 总体显示了较为一致的分布模式, Ti、P、Sr、Zr、Ba呈现明显的负异常, Th、K、La、Hf的正异常。Sr的负异常说明岩石经历了斜长石的分离结晶作用或源区残留有斜长石, 与稀土元素反映的特征一致; Zr、P、Ti的负异常表明可能有锆石、磷灰石、钛铁矿等的分离结晶, 或是源区有锆石、磷灰石和钛铁矿的残留。总之, 本区花岗岩类岩石体现了弧花岗岩的典型特征。

5 讨论

5.1 岩体形成时代的意义

近年来许多学者(Windley et al., 2002; 袁超等, 2005; 童英等, 2005, 2007; Sun et al., 2006; Wang et al., 2006; Zhang et al., 2006; 曾乔松等, 2007; Yuan et al., 2007; 杨富全等, 2008)利用较为精确的定年方法识别出了大量晚志留世到早-中泥盆世(416～372Ma)花岗质岩石(图1)。这些花岗岩体广布于北阿尔泰、中阿尔泰和南阿尔泰, 多沿区域构造线分布, 主要岩石类型有花岗岩和花岗闪长岩, 多经历了区域变形作用, 发育程度不同的片麻状构造。其中北阿尔泰诺尔特花岗岩时代变化于 412～396Ma, 中阿尔泰的岩体时代主要集中在 409～398Ma, 南阿尔泰岩体年龄变化于413～372Ma(杨富全等, 2008)。400Ma左右花岗岩体在北阿尔泰、中阿尔泰和南阿尔泰最发育, 如北阿尔泰诺尔特地区的塔斯比克都尔根岩体(396～404 Ma)和哈龙-巴利尔岩体(401 Ma, 袁峰等, 2001); 中阿尔泰的喀纳斯(398±5 Ma)、铁列克(403±5 Ma)、琼库尔(399±4 Ma, 童英等, 2005, 2007); 南阿尔泰的阿维滩(400±6 Ma, Wang et al., 2006), 蒙库一带(404～400 Ma, 杨富全等, 2008), 本研究获得的英云闪长岩和二长花岗岩中锆石的 LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为400±2.3 Ma和401±3.3 Ma, 属早泥盆世早期岩浆活动的产物, 为阿尔泰造山带在400 Ma有一次强烈的岩浆侵入活动提供了新依据。由此可见早-中泥盆世是阿尔泰花岗岩类主要成岩时期, 特别是400 Ma花岗岩类极为发育, 暗示了这一时期是阿尔泰造山作用的鼎盛时期, 早-中泥盆世岩浆作用在中亚造山带演化中起着十分重要的作用。

由于这两个岩体均侵位于阿尔泰南缘地区最重要的含矿地层—康布铁堡组地层中, 因此可以间接地证明康布铁堡组地层形成应早于401 Ma, 这与杨富全等(2008)在蒙库矿区测得花岗岩年龄得出的结论基本一致。前人依据化石将康布铁堡组时代确定为早泥盆世, 近年来杨富全课题组对阿尔泰南缘冲乎尔、克兰和麦兹盆地康布铁堡组时代进行了系统研究, 获得克兰盆地该组变质流纹岩锆石 SHRIMP U-Pb为413±3.5 Ma、 409±5.3 Ma和406.7 ±4.3 Ma。考虑到413 Ma的样品并不是采自该组底部, 即底部地层时代大于413 Ma(Chai et al., 2009), 将康布铁堡组时代确定为晚志留世末-早泥盆世。

5.2 岩体形成的构造环境及成因探讨

本区花岗质岩体具有高硅、富碱, 准铝质-过铝质, 在A/CNK-A/NK图解上位于S型和I型过渡区。所有岩石的Th/U比值介于3.8～9.4之间, 与地壳的平均值3.8(Taylor and Mclenann, 1985)相近, 远低于A型花岗岩(肖庆辉等, 2002), 岩石的Sr/Ba比值均小于0.5, 体现了S型花岗岩的特征。此外, 岩石的Nb/Ta与Zr/Hf分别为8.13～12.68和18.85～36.7, 与地壳的相应值11和33(Taylor and Mclenann,1985)接近, 与原始地幔的相应值17.8与37(McDonough and Sun, 1995)相差较大, 表明岩石受地壳组分影响较大。因此, 本区花岗岩显示了由I型花岗岩向S型过渡的特征。所有岩石的轻稀土富集, 富集大离子亲石元素Rb、K, 亏损Ba, Sr, P, Ti, Nb, 并具有Eu的显著负异常, 显示了岛弧花岗岩的地球化学特征。这与该区400 Ma花岗岩的地球化学特征相一致(Wang et al., 2006; 童英等, 2007; 杨富全等, 2008),暗示它们可能处于相似的构造环境。在微量元素构建的花岗岩构造环境判别的图解上, 大部分样品落在火山弧区(图11)。

阿尔泰南缘康布铁堡组火山岩形成时代在413～400 Ma(杨富全等未刊资料), 略早本区花岗岩类侵入时代, 二者形成的大地构造背景类似。流纹岩具有高的 SiO2(72.46%～80.07%)、全碱(6.38%～11.34%), 低的铝(9.68%～12.19%)、钛(0.17%～0.35%),极低的 MgO(0.08%～0.48%)、CaO(0.14%～0.73%)、TFeO(0.34%～0.55%)等亚碱性流纹岩的一般特征。具有明显的Ti、P、Sr、Ba负异常, Th、U、Pb的正异常, HFSE元素(Nb、Ta、Zr、Hf)和LREE 略富集, 个别样品表现为LREE 负异常的微量及稀土元素特征, δEu=0.51～0.71。 地球化学特征表明流纹岩形成于活动大陆边缘环境 (柴凤梅等, 2009)。熔结凝灰岩具有过铝质(A/CNK=1.01～1.36)、高硅(SiO2=69%～80%)、高钾(K2O=5%～11%)、高钾钠比值, 并富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K、La), 亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti、P), 低Nb/Y比值, 富轻稀土, 亏损 Eu, 表明康布铁堡组熔结凝灰岩形成于活动大陆边缘的岛弧环境(单强等, 2007)。

前人研究表明, 对SiO2含量在67%～77%之间的准或强过铝质花岗岩而言, 其 CaO/Na2O 比值反映其源区成分特征。泥岩生成的过铝质花岗岩所含的CaO/Na2O比一般小于 0.3, 而砂屑岩生成的过铝质花岗岩所含的CaO/Na2O比一般大于0.3 (Sylvester, 1998)。中粒二长花岗岩和英云闪长岩CaO/Na2O比值(0.39～0.55)均大于 0.3, 而一件片麻状花岗岩的CaO/Na2O比值大于0.3, 两件样品的则小于0.3。在A/FM-C/FM图解中, 中粒二长花岗岩和两件片麻状花岗岩投影在较高成熟度的变质泥岩部分熔融区,英云闪长岩和一件片麻状花岗岩投影在了变质砂岩部分熔融区(图 12)。此外, 样品具有高的 Y和 Yb含量以及高的Zr/Sm(13.29～26.06)比值, 表明部分熔融位于石榴石稳定区之上(Defant et al., 2002)。岩石具有Sr和Eu的负异常以及Ti、P的负异常, 暗示源区残留有富钙斜长石、钛铁矿和磷灰石。

图11 花岗岩Rb-Yb+Ta图解(Pearce, 1996)Fig. 11 Rb-Yb+Ta diagrams for granite(Pearce, 1996)

图12 花岗岩A/FM-C/FM图解(Altherr et al., 2000)Fig. 12 A/FM-C/FM diagrams for granite (after Altherr et al., 2000)

前人研究已证明, 阿尔泰造山带大致从晚寒武纪开始发生俯冲、碰撞、增生, 至中石炭世才基本奠定了阿尔泰造山带的构造格架(Windley et al., 2002; Xiao et al., 2004; Wang et al., 2006; 牛贺才等, 2006)。在阿尔泰南部地区, 广布着具有弧特征的早古生代中晚期的I型和S型花岗岩。本区花岗岩的过渡性质的特征可能体现了早古生代晚期古亚洲洋板块向西伯利亚板块俯冲、阿尔泰地区地壳处于过渡壳的特点(韩宝福和何国琦, 1991; 王京彬等, 1998;曾乔松等, 2007)。

综上所述, 推测本区花岗质岩石可能是在洋壳俯冲过程中, 主要由源自地壳的泥质沉积物和少量变质杂砂岩部分熔融形成, 源区残留有富钙的斜长石、钛铁矿和磷灰石等。

6 结论

(1) 研究区英云闪长岩和二长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为400±2.3 Ma和401±3.3 Ma,均为早泥盆世早期岩浆活动的产物, 限定了康布铁堡组时代早于401 Ma, 赋存其中的VMS型铅锌矿可能生成于早泥盆世。

(2) 岩石具高硅(SiO2＞72%)、高A/NCK值(＞1.1),低 CaO/Na2O比值(＜0.3), 属过铝质花岗岩; 明显亏损Ti、P、Sr、Ba, 具有Nb、Ta的负异常, 富集Th、U、Pb和轻稀土元素, 有显著的Eu负异常, 表现了典型的岛弧花岗岩的特征。

(3) 岩体形成于活动大陆边缘挤压背景下, 由泥质沉积物和少量变质杂砂岩组成的地壳物质部分熔融形成, 源区残留有富钙的斜长石、钛铁矿和磷灰石等。

致谢：本文成文过程中承蒙新疆大学柴凤梅教授、中国地质科学院矿产资源研究所杨富全研究员悉心指导和修改、南京地质矿产研究所张传林研究员及新疆地矿局第四地质大队周刚教授级高级工程师提供修改意见和帮助。在此一并表示诚挚的谢意。

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LA-ICP-MS U-Pb Zircon Dating and Geochemistry of the Devonian Granites from the Middle Kelan River Valley of Altay in Xinjiang

LIU Guo-ren1,2), DONG Lian-hui3), GAO Fu-ping4), CHEN Jian-xiang4), ZHAO Hua2), WANG Ding-sheng4), SONG Zhi-yong4), HE Li-xin2), QIN Ji-hua2)
1) China University of Geosciences, Beijing 100083;
2) No. 4 Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Altay, Xinjiang 836500;
3) Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Urumqi, Xinjiang 830000;
4) Hanzhong Geological Party, Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration and Development, Hanzhong, Shaanxi 723000

LA-ICP-MS zircon U-Pb ages and whole rock geochemical data are reported in this paper for granitoid rocks in the Middle Kelan River valley on the southern margin of the Altay orogenic belt. Zircons with well-defined oscillatory zoning from tonalite and adamellite yielded mean206Pb/238U ages of 400±2.3 Ma (MSDW=1.1) and 401±3.3 Ma (MSDW=1.2), respectively, which indicate that the Kangbutiebao Formation was formed prior to 401Ma. The granitoid rocks have high SiO2(67.8% to 76.8%), total alkali (Na2O+K2O) (5.58% to 8.25%) and Al2O3(12.39% to 16.07%), and low P2O5(0.02% to 0.17%) and MgO+FeO (2.22% to 5.12%). In addition, they are characterized by high A/CNK values (0.96 to 1.34) and low CaO/Na2O(＜0.3)ratios, thus defined ascalc-alkaline peraluminious granitoid rocks. They assume obvious negative anomalies of Ti, P, Sr, Ba and Eu (δEu=0.22～0.73) and obvious enrichment of LREE and Th, U, thus resembling granitoid rocks formed in an active continental margin. Combined with the tectonic evolution of the southern margin of Altay, the authors suggest that these granitoid rocks were generated by partial melting of the crust in an active continental margin, with the residues being plagioclase, ilmenite and apatite.

granite; La-ICP-MS U-Pb zircon dating; geochemistry; Altay

P597; P588.12; P581

A

1006-3021(2010)04-519-13

本文由新疆维吾尔自治区1∶5万区调专项资金项目(编号XJQDZ2006-01)资助。

2010-02-03; 改回日期: 2010-05-07。

刘国仁, 男, 1965年生。教授级高级工程师, 在读博士。主要从事矿产勘查工作。电话: 0906-2156063。E-mail: altliuguoren@163.com。