靳 松,张兆祎,陈志彬,杨红宾,杨进京,康贵军

1)河北省地质调查院,河北石家庄 050081;

2)中国地质大学(武汉)地球科学学院,地质过程与矿产资源国家重点实验室,湖北武汉 430074

新疆吉木乃县恰其海A型花岗岩的地球化学特征、年代学及构造意义*

靳 松1,2),张兆祎1),陈志彬1),杨红宾1),杨进京1),康贵军1)

1)河北省地质调查院,河北石家庄 050081;

2)中国地质大学(武汉)地球科学学院,地质过程与矿产资源国家重点实验室,湖北武汉 430074

新疆西准噶尔北部发育大量碱性花岗岩,其形成时代为早二叠世,岩石类型为钾长花岗岩和石英钾长正长岩。恰其海岩体的形成年龄为280 Ma,SiO2为66.83%～68.44%,高铝(14.46%～15.41%);富含碱质,里特曼指数(δ)均大于3.3,介于4.47～4.61之间;富钾贫钠,K2O/Na2O为1.10～1.25;铁高而镁低,FeOt/MgO为4.06～7.85。其稀土配分模式右倾,轻重稀土分馏明显,具有中等-强烈铕负异常。地球化学特征表明:岩石形成于造山晚期伸展体制的构造环境中,应为后碰撞演化的晚期阶段,早于东准噶尔后碰撞的时间(二叠纪末)。构造图解判别岩体为A2型花岗岩,可能受到与俯冲有关的流体交代的影响,为探索区域晚古生代地壳演化提供了约束。

西准噶尔;A型花岗岩;碱性花岗岩;二叠纪;后碰撞

新疆北部广泛发育晚古生代酸性侵入岩,对这些侵入岩的地球化学特征及年代学研究对于新疆北部古生代的构造演化有着重要作用(周涛发等,2006a;袁峰等,2006;谭绿贵,2008)。研究发现,后碰撞岩浆活动是新疆北部陆壳增长和成矿的重要原因,有关后碰撞岩浆活动时限,前人认为主体时限为石炭纪—二叠纪(王京彬等,2006)。但是,新疆北部地区后碰撞阶段时限的厘定还需要更广泛的年代学证据,有关侵入岩的岩石成因和构造属性还需要进一步研究。本文拟从西准噶尔萨吾尔地区恰其海岩体的地球化学特征、年代学入手,探讨本区地球动力学背景,为岩石成因、构造演化和成矿提供依据。

1 地质背景

研究区位于西准噶尔北部,新疆吉木乃县恰其海乡南东,大地构造划分上属于不成熟的加里东期新生陆壳之上发展起来的晚古生代岛弧带(何国琦等,1995)。区内断裂发育,依据变形特征、空间组合关系及相互切割顺序等可归纳为近东西向高角度仰冲断裂系和走滑剪切断裂系,主要断裂为萨吾尔断裂系。在本研究区主要表现为北西西向和北东东向两组压扭性断裂系(如图1)。

区内出露的地层主要为石炭系巴塔玛依内山组组和二叠系哈尔加乌组。巴塔玛依内山组主要岩性为岩屑凝灰岩和中酸性火山熔岩,夹少量砂岩、粉砂岩、沉凝灰岩。哈尔加乌组岩性为粉砂岩、砂质泥岩、细砾岩以及酸性火山岩。

侵入岩主要分布在萨吾尔大断裂以北,区内侵入岩由早到晚分别为:森塔斯岩体、沃肯萨拉岩体→塔斯特岩体→喀尔交岩体→阔依塔斯岩体、恰其海岩体(周涛发等,2006b)。恰其海岩体以岩枝、岩脉状产出,出露面积约 35km2。岩体南西侧侵入到二叠系卡拉岗组二段地层中,并在岩体的外接触带形成宽50～100 m的角岩带,内接触带花岗岩颗粒变细,有程度不同的混合岩化作用。岩体南东侧侵入到石炭纪吉木乃组二段地层中。岩体北侧为新生界覆盖。

图1 新疆萨吾尔地区地质略图Fig.1 Sketch geological map of Sawuer area,Xinjiang

2 岩相学特征

恰其海岩体可分解为2种岩石类型的侵入体,即细中粒石英钾长正长岩及中粒钾长花岗岩。岩体内各岩性单元时空关系密切,细中粒石英钾长正长岩与中粒钾长花岗岩间为涌动接触关系,其边缘与围岩交代同化混染作用较强烈,往往出现细粒石英正长岩等。

细中粒石英钾长正长岩:肉红色,细中粒粒状结构,块状构造。岩石主要由钾长石、石英组成。钾长石,它形粒状,粒径0.8～5.0mm,具条纹结构,为条纹长石,含量88%;斜长石,半自形板状,粒径0.5～2.0mm,聚片双晶发育,含量2%;石英它形粒状,粒径 0.4～2.4mm,波状消光,含量 10%;黑云母半自形片状,片径 0.3～0.6mm,多色性显著,含量少;副矿物有磁铁矿、磷灰石、榍石。

中粒钾长花岗岩:肉红色,中粒花岗结构,块状构造。岩石主要由钾长石、石英组成。钾长石,半自形粒状,粒径 0.8～5.2mm,具条纹结构,为条纹长石,含量78%;石英它形粒状,粒径0.5～1.4mm,波状消光,分布不均匀,含量 20%;斜长石呈半自形板状,粒径0.4～0.8mm,聚片双晶发育,含量2%;黑云母半自形片状,片径0.3～0.8mm,少量;副矿物有磁铁矿、磷灰石、榍石。

3 分析方法

全岩主量元素在新疆地矿局第一区地质调查大队实验室完成,采用可见分光光度计和原子吸收分光光度计测定,分析精度优于5%。微量元素在河北省区域地质矿产调查研究所采用等离子质谱仪(ICP-MS)测定,分析精度优于5%。

锆石 U-Pb定年在国土资源部天津地质矿产研究所利用LA-ICP-MS完成。所用等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune,采用193nm激光器对锆石进行剥蚀,斑束直径为35 μm,采用 He作为剥蚀物质的载气,锆石TEMORA作为年龄外标,元素含量用NIST612作为外标标定。锆石测定点的Pb同位素比值、U-Pb表面年龄和U-Th-Pb含量采用ICPMSDataCal程序和 Isoplot程序进行数据处理,采用208Pb校正法对普通铅进行校正(李怀坤等,2009)。

4 分析结果

4.1 主量元素特征

如表1所示,恰其海岩体的w(SiO2)为66.83%～68.44%。w(Al2O3)值为14.46%～15.41%;全碱值w(K2O+Na2O)为10.41%～10.80%,里特曼指数(δ)均大于 3.3,介于 4.47～4.61之间;富钾贫钠,K2O/Na2O为1.10～1.25;铁高而镁低,FeOt/ MgO为4.06～7.85,与 A 型花岗岩普遍具有富铁贫镁的特征相一致(Anderson et al.,2003;Kebede et al.,2003;Whalen et al.,1987);铝饱和指数(A/CKN)变化在0.83～0.98(＜1.1)之间;在侵入岩 TAS图解上(图2),投影点落在碱性花岗岩区;在 A/CKN-A/KN图上(图3),样品全部落在准铝质区域内。因此样品具有碱性和准铝质的岩石化学特征。在K2O-SiO2判别图解(图4)上,所有样品均富钾,岩石样品落在含钾较高的钾玄岩系列,这与其形成的地质背景相一致。

图2 侵入岩TAS图解Fig.2 TAS diagram

图3 A/NK-A/NCK图解Fig.3 A/NK-A/NCK diagram

表1 恰其海岩体主量元素、微量元素分析结果Table 1 Major and trace element compositions of Qiaqihai batholith

图4 SiO2-K2O图解Fig.4 SiO2-K2O diagram

4.2 稀土及微量元素特征

恰其海岩体稀土元素配分型式表现为右陡倾斜式(图5),轻稀土明显富集,稀土元素总量较高,∑REE 变化范围是 233.36～299.04 μg/g,平均达262.01 μg/g,w(LREE)为205.43～ 263.54 μg/g,w(HREE)为25.30～35.50 μg/g,w(LREE)/w(HREE)=6.98～8.22,(La/Yb)N比值变化在6.43～8.58之间(平均为7.10)表明轻重稀土之间分异明显。δEu为0.54～0.77(平均0.64),具有中等-强烈铕负异常。轻稀土分馏程度(La/Sm)N为2.94～3.75,重稀土分馏程度(Gd/Yb)N为1.31～1.48,轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度。在蛛网图上尽管个别高场强元素显示略亏损的特征,但相对于I和S型花岗岩,仍具有较高的丰度,特别是富含稀土元素,因此样品具有明显的A型花岗岩的特征。

恰其海岩体微量元素蛛网图特征总体表现为“先隆后凹”式、或“三隆三凹”式(图6),富集大离子亲石元素 Rb、(Th+U)、Ba、K、Pb、(Zr+Hf+Sm)和重稀土元素(Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Y+Yb+Lu);而亏损(Nb+Ta)、(Sr+P)和 Ti(沙淑清等;2007)。Nb和 Ta的相对亏损指示其岩浆可能来源于地壳重熔,也可能经历了富 Nb、Ta矿物的结晶分异作用。Sr负异常指示岩体在形成过程中,岩浆发生了斜长石的分离结晶作用,或岩浆源区残留有斜长石。P,Ti偏低可能与磷灰石、钛铁氧化物的结晶分异有关。岩石样品的Rb/Sr和Rb/Ba分别为0.601～0.923和0.089～0.162,略高于原始地幔的相应比值(原始地幔Rb/Sr和Rb/Ba分别为0.029和0.088),说明岩浆经历了较高程度的分异演化(李洪英等,2009)。

图5 稀土元素配分型式Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns

图6 微量元素蛛网图Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element patterns

4.3 年代学

研究表明,不同成因锆石具有不同的Th、U含量和Th/U比值:岩浆锆石的Th、U含量较高,Th/U比值较大(一般＞0.4);变质锆石的Th、U 含量低,Th/U比值小(一般＜0.1)(Wu et al.,2004)。本文利用LA-ICP-MS对P6TW1样品进行了分析,共测定18个点,分析结果如表2所示,其 Th含量为14～113 μg/g,U含量为14～104 μg/g,Th/U比值变化范围为0.72～1.15(大于0.4),表明锆石均为岩浆成因,U-Pb表面年龄谐和性好,所有锆石均落在谐和线上,数据点成群分布(图7),206Pb/238U年龄加权平均值为280.1±3.2 Ma(MSWD=2.8),代表了岩体的结晶年龄,为早二叠世。

5 讨论

5.1 岩石成因

图7 恰其海岩体锆石U-Pb一致曲线图Fig.7 U-Pb concordia diagram of zircons from Qiaqihai batholith

世界上所发现的正长岩多与 A型花岗岩伴生,二者在成因及地球化学特征上有很大联系,因此学者常把正长岩归入A型花岗岩中(Eby,1992;洪大卫等,1995;刘昌实等,2003)。A型花岗岩套常分为A1亚型和A2亚型,其中A1亚型主要与上地幔热柱、裂谷作用有关,源区物质可能是亏损地幔和富集地幔的混合物;A2亚型其Y/Nb和Y/Ta比值则可由类似平均地壳变化至类似岛弧玄武岩,岩浆起源于地壳或由岛弧岩浆作用派生,产于地壳伸展或陆内剪切作用,后碰撞或后造山的张性构造环境(周宇章等,2006;胡建等,2010)。

恰其海岩体的碱性花岗岩属富钾碱性岩系,具有 A型花岗岩的特征,其钾的质量分数高,落入钾玄岩系列,所以它的源区应高钾,但地壳中的岩石很难熔出高钾岩石(Robert et al.,1992)。碱性岩的高钾有两种原因,一种是和软流圈地幔的小比例部分熔融产生的熔体的交代作用有关(Angelo,1992),另一种是和俯冲区的碱性、富集元素的流体交代作用有关。A型花岗岩类或A型花岗岩套的结晶分异作用对高场强元素 Y/Nb比值的影响很小,该比值常作为识别源区的标志,在图8显示,碱长花岗岩落入靠近IAB区,而远离OIB区,暗示它和软流圈地幔没有成因联系,而与俯冲作用有关(Eby,1990;白云山等,2006)。岩石富铝(Al2O3多大于14%),其原始岩浆应富铝,因为陆壳物质为玄武岩浆富铝创造了最有利的条件,Beard认为这是岩浆起源于活动大陆边缘(或岛弧环境)的一个标志。

对于 A型花岗岩的成因,大多学者认为起源于下地壳物质的部分熔融,岩体可能受到与俯冲有关的流体交代的影响,生成相对高碱性高铝的岩浆,早期生成了正长岩,晚期受流体交代作用减弱,或斜长石等矿物的分离结晶,进而形成了碱性花岗岩。

图8 Ce/Nb-Y/Nb图解Fig.8 Ce/Nb-Y/Nb diagram

5.2 年代学

韩宝福等(1999)认为新疆北部地区后碰撞岩浆活动的时限为330～250 Ma。周涛发等(2006)认为西准噶尔萨吾尔地区晚古生代侵入岩年龄在 328.2～290.7 Ma,时代上属于晚石炭世至早二叠世,侵入岩由早到晚(森塔斯岩体、沃肯萨拉岩体→塔斯特岩体→喀尔交岩体→阔依塔斯岩体、恰其海岩体)具有明显的地球化学演化特征,同时,区内哈尔加乌组、卡拉岗组火山岩年龄在 296.7～280 Ma之间,为早二叠世火山活动产物。由此表明,这些花岗岩类是后碰撞岩浆活动的产物。后碰撞阶段通常伴随大规模的花岗质岩浆作用和剪切活动,以大规模的(钙碱性-偏碱性)花岗质岩浆活动和剪切活动结束(韩宝福等,1999)。

我们在卡拉岗组含砾粗砂岩及灰色粉砂岩中发现了大量的早二叠Paracalamites stenocostatusGu et Zhi (细肋副芦木)植物化石。恰其海岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为280.1±3.2 Ma,为早二叠纪,岩石具有偏碱性特点,形成于造山晚期伸展体制的构造环境中,应为后碰撞演化的晚期阶段,略晚于前人认为的290.7±9.3 Ma(周涛发等,2006b),显然早于东准噶尔后碰撞的时间(二叠纪末)。因哈萨克斯坦板块与西伯利亚板块已连为一体,随两大板块边部挤压应力的消失,由挤压变为张性,区内处于拉张机制下,卡拉岗组火山岩显示出“双峰式”的特征,随后该区进入板内演化阶段。

图9 Zr+Nb+Ce+Y-(Na2O+K2O)/CaO图解Fig.9 Zr+Nb+Ce+Y-(Na2O+K2O)/CaO diagram

5.3 构造意义

在Zr+Nb+Ce+Y-(Na2O+K2O)/CaO图解上(图9),数据落入A型花岗岩区,在划分A型花岗岩亚类的Nb-Y-Ce等判别图上(图 10),数据均落入A2花岗岩区,在 Rb-Y+Nb环境判别图(图 11)上,显示出后造山期花岗岩特征。A2(即PA)型花岗岩浆起源于经历了陆陆碰撞或岛弧岩浆作用的陆壳或下地壳,标志着造山作用不久后的拉张,是造山作用结束的标志。结合同位素年龄(LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为早二叠世),表明在早二叠世萨吾尔地区处于拉张的构造背景,应力环境由挤压转变为张性,是后碰撞阶段的伸展期。

本文样品普遍富集轻稀土(LREE)和Cs,Rb,Th,U等大离子亲石元素(LILE),亏损Sr,P,Ti,Nb和Ta等元素,指示这些岩石的岩浆源区具有显著的弧岩浆活动特点,其形成机制很可能与陆块俯冲-地壳增生事件有关。Chen et al.(2005)认为,后碰撞岩浆活动是中亚造山带(包括西准格尔)陆壳增生的主要原因。因此,萨吾尔地区 A型花岗岩的研究对于探索区域晚古生代地壳演化有重要意义。

图10 A1-A2型花岗岩判别图Fig.10 Triangular plot of A1 and A2 granitoids

图11 Rb-Y+Nb图解Fig.11 Rb-Y+Nb discriminant diagram

6 结论

(1)恰其海岩体具有碱性和准铝质的岩石化学特征。

(2)恰其海岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为280.1±3.2 Ma,为早二叠纪初,形成于造山晚期伸展体制的构造环境中,应为后碰撞演化的晚期阶段,早于东准噶尔后碰撞的时间(二叠纪末)。

(3)恰其海岩体可能为与俯冲有关的流体交代的产物,岩浆源区具有显著的弧岩浆活动特点,其形成机制很可能与陆块俯冲-地壳增生事件有关。

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Geochemical Characteristics,Geochronology and Tectonic Implications of A-type Granite from Qiaqihai Intrusion in Jeminay County,Xinjiang

JIN Song1,2),ZHANG Zhao-yi1),CHEN Zhi-bin1),YANG Hong-bin1),YANG Jin-jing1),KANG Gui-jun1)
1)Hebei Institute of Geological Survey,Shijiazhuang,Hebei050081;
2)State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources,Faculty of Earth Science,China University of Geosciences,Wuhan,Hubei430074

Large-size alkali granites are distributed in the northern part of western Junggar,Xinjiang,belonging to early Permian.Rock types include moyite and quartz syenite.The Qiaqihai intrusion is one of these granites.The SiO2content of Qiaqihai intrusion ranges from 66.83% to 68.44%,and the intrusion is also characterized by high content of Al (14.46%～15.41%)and alkali,rich K,depleted Na,and low MgO.Rittmann values vary between 4.47 and 4.61,whereas K2O/Na2O values between 1.10 and 1.25,and FeOt/MgO values between 4.06 and 7.85.The REE patterns are characterized by LREE enrichment and medium to strong negative Eu anomalies with obvious fractionation between LREE and HREE.These geochemical characteristics suggest that the Qiaqihai intrusion formed in a post-collisional extensional tectonic environment and occurred earlier than the collision time of East Junggar.The trace element features suggest that this intrusion belongs to A2-type granite and was possibly influenced by subduction-related fluid metasomatism.A-type granite can provide important constraints for late Paleo-zoic crustal evolution in this region.

western Junggar;A-type granite;alkali granite;Permian;post-collision

P588.121;P597.1

A

1006-3021(2010)06-803-10

本文由新疆国土资源厅地质调查项目(编号:XJQDZ2008-01,XJQDZ2008-03)联合资助

2010-05-05;改回日期:2010-08-25。责任编辑:魏乐军。

靳松,男,1982年生。博士研究生,助理工程师。主要从事岩石地球化学和区域地质矿产调查研究。通讯地址:050081,河北省石家庄市桥西区工农路515号。电话:0311-85921637。E-mail:js521@163.com。

致谢:本文的研究得到了新疆国土资源厅地质调查项目管理办公室、河北省地质调查院和河北省地球物理勘查院的支持,成文过程中得到了中国地质大学(武汉)钟增球教授,吴元保教授和河北地质调查院夏国礼教授级高工的指导,参加野外工作的还有河北省地质调查院孙志国,许肖斌,马燕冰,李峰,李晓峰,陶光活等同志,在此一并致谢。