雷如雄，吳昌志，屈 迅，顧連興，陳 剛，吾爾娜，孫洪濤，劉國寧

1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054 2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054 3.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210093 4.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，烏魯木齊 830000 5.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007

中天山天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖年代學(xué)、地球化學(xué)和鋯石Hf同位素
——對于中天山早古生代構(gòu)造演化的啟示

雷如雄1,2，吳昌志3，屈 迅4，顧連興3，陳 剛4，吾爾娜4，孫洪濤5，劉國寧3

1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054 2.西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710054 3.南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210093 4.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，烏魯木齊 830000 5.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，南京 210007

以中天山東段的天湖東鐵鉬礦含礦花崗巖為例，在LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)測定其為早古生代花崗巖((445.3±4.6) Ma)基礎(chǔ)上，通過巖相學(xué)、地球化學(xué)及鋯石原位Hf同位素組成等多方面研究，探討該巖體的成巖作用及其構(gòu)造背景。天湖東含礦片麻狀花崗巖的主要礦物為斜長石、石英、鉀長石，并含少量黑云母和角閃石等。全巖地球化學(xué)分析結(jié)果表明，該片麻狀花崗巖高硅、弱富鋁、富鈣、富鈉而貧鉀，ASI值為0.68～0.82，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖，總體上富集大離子親石元素(LILE)Rb、Ba等和輕稀土元素La、Ce、Nd等，而虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、Yb等，輕重稀土分異明顯，輕稀土分異較為明顯，而重稀土分異不明顯，表現(xiàn)出典型島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征。鋯石的εHf(445 Ma)值為-6.31～-1.77，二階段Hf模式年齡(TDM2)為1.538～1.825 Ga，表明該花崗巖的源區(qū)主要為殼源物質(zhì)。綜合分析上述資料，認(rèn)為天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖是由俯沖過程中地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物。結(jié)合前人的研究和本課題組的新近研究成果認(rèn)為，在早古生代時，中天山為巖漿弧構(gòu)造環(huán)境，形成一系列的鈣堿性巖漿巖，而該巖漿弧的形成可能是受到介于吐哈陸塊和塔里木板塊之間的古天山大洋在早古生代時期向南俯沖而形成的。

鋯石U-Pb年代學(xué)；Hf同位素；地球化學(xué)；花崗巖；中天山;天湖東鐵鉬礦

0 前言

中天山是位于吐哈地塊與塔里木板塊之間的一個狹長構(gòu)造帶，屬于中亞造山帶(CAOB)的一部分，也是塔里木、吐哈和準(zhǔn)噶爾等地塊之間的連接紐帶，在中亞造山帶的地殼演化和碰撞造山過程中有著重要作用[1-4]。因此，中天山的巖漿活動、構(gòu)造演化和成礦作用一直是國內(nèi)外地質(zhì)界關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著國家經(jīng)濟(jì)和測試技術(shù)的長足發(fā)展，近年來在中天山地區(qū)獲得了不少花崗巖體可靠的早古生代同位素年齡，發(fā)現(xiàn)了較多的早古生代(加里東期)的花崗巖體[1,5-9]，并且對于中天山早古生代的巖漿活動和構(gòu)造熱事件的研究有了進(jìn)一步的深入。但是有關(guān)中天山早古生代花崗巖的構(gòu)造背景及中天山早古生代構(gòu)造演化的認(rèn)識一直都存在爭議:一種觀點(diǎn)認(rèn)為，中天山早古生代花崗巖的形成與南天山洋南支的擴(kuò)張有關(guān)[5]；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為這些花崗巖是早古生代碰撞造山作用的產(chǎn)物[1,5-6]；而另外一些學(xué)者則基于巖石地球化學(xué)研究認(rèn)為中天山早古生代花崗巖主要為形成于俯沖背景的鈣堿性島弧巖漿巖[7-10]。位于中天山東部的天湖東鐵鉬礦區(qū)的含礦片麻狀花崗巖是本課題組新近發(fā)現(xiàn)的早古生代侵入巖之一，筆者將以該巖體為例，通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)及鋯石原位Hf同位素組成等多方面研究，探討該巖體的成巖作用及其構(gòu)造背景，并結(jié)合前人的研究資料以及本課題組最近的研究成果,試圖為闡明中天山早古生代的大地構(gòu)造背景、構(gòu)造屬性提供新的依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

THD.天湖東巖體;XXX.星星峽花崗閃長巖;XYC.小鹽池巖體;HLH.紅柳河巖體。圖1 中天山東段地質(zhì)略圖(據(jù)文獻(xiàn)[11]修編)Fig. 1 Simplified geological map of the central Tianshan zone (modified after reference [11])

中天山南以紅柳河斷裂與北山構(gòu)造帶、塔里木板塊北緣相連, 北以沙泉子斷裂為界與北天山覺羅塔格構(gòu)造帶相接(圖1)，西起那拉提，東至星星峽以東[12-13]。中天山主要出露一套前寒武系中深變質(zhì)巖系，分屬中元古界星星峽群、卡瓦布拉克群和新元古界天湖群[11,14],并被不同時代的花崗巖侵入，侵入時代由元古宙、早古生代、晚古生代直至中生代，其中以晚古生代巖漿活動最為發(fā)育[15-20]。星星峽群主要由片麻巖、大理巖、片巖、混合巖、石英巖等組成，總體上為角閃巖相變質(zhì), 局部達(dá)到麻粒巖相。 Hu等[21]對星星峽群花崗質(zhì)片麻巖和斜長角閃巖樣品進(jìn)行了化學(xué)分析，認(rèn)為其原巖為中、酸至基性火山巖或相應(yīng)的深成侵入體。Li等[22]通過對星星峽群副變質(zhì)巖石的地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)研究，認(rèn)為它們形成于弧后盆地構(gòu)造環(huán)境, 形成時代為中元古代薊縣期, 其物質(zhì)來源于年輕的島弧和古元古代的地殼物質(zhì)。張遵忠等[20]的研究亦指出，這套變質(zhì)巖的原巖是一套以火山巖為主、碎屑巖為輔的巖石建造?？ㄍ卟祭巳簽榛◢徺|(zhì)片麻巖、巨厚鎂質(zhì)為主的碳酸鹽巖及少量的陸源碎屑巖、凝灰質(zhì)碎屑巖，碳酸鹽巖中疊層石豐富。天湖群的巖石組合主要為片巖、石英巖、大理巖和斜長角閃巖等, 其原巖以陸源碎屑巖為主，僅存有少量基性火山巖。舒良樹等[23-24]認(rèn)為中天山是一個多期活動的構(gòu)造帶，主要由奧陶紀(jì)鈣堿性玄武巖-安山巖、火山碎屑巖、I型花崗巖和前寒武紀(jì)角閃巖相變質(zhì)巖組成。垂向上由三大巖石構(gòu)造組合所組成：前寒武紀(jì)基底，奧陶紀(jì)—志留紀(jì)火山沉積單元和石炭紀(jì)及其以后的蓋層。前寒武紀(jì)基底主要由正片麻巖、片麻巖、云母片巖所組成。古生代火山巖包括奧陶紀(jì)玄武巖、安山巖、英安巖、流紋巖、雜砂巖和志留紀(jì)復(fù)理石，均遭受了區(qū)域綠片巖相變質(zhì)作用。

天湖東鉬礦位于新疆哈密市南東方向，距離天湖火車站北東方向20 km, 西面距天湖鐵礦約8 km，北距312 國道30 km，行政區(qū)隸屬哈密市星星峽鎮(zhèn)管轄。大地構(gòu)造位置處于中天山東段，北以沙泉子大斷裂為界與覺羅塔格晚古生代島弧相鄰，南以紅柳河斷裂為界與北山構(gòu)造帶及塔里木古板塊相鄰。礦區(qū)出露地層主要為中元古界星星峽群和第四系洪積物，地層走向總體呈北東東向展布。地層巖性主要為淺灰綠色條帶狀簾石石英片巖、淺灰黑色條帶狀角閃石英片巖、暗灰白色二云母石英片巖、淺灰黑色角閃石英片巖、灰黑綠色含磁鐵礦蛇紋巖和灰白--褐黃色白云質(zhì)大理巖。地層總體傾向143°～165°，傾角57°～78°。礦區(qū)內(nèi)侵入巖以中粗粒灰色片麻狀花崗巖為主，該花崗巖亦是主要的賦礦巖石(圖2)。

圖2 中天山天湖東鐵鉬礦地質(zhì)略圖Fig. 2 Simplified geological map of the Tianhudong iron-molybdenum ore deposit in the central Tianshan

2 巖體地質(zhì)特征和巖相學(xué)特征

天湖東鐵鉬礦礦區(qū)內(nèi)主要出露的片麻狀花崗巖為主要的含礦巖體，也是本次工作的研究巖體。巖體呈近北東向展布，侵入中元古代星星峽群的變質(zhì)巖，又被第四系沉積物所覆蓋而切斷成兩部分。巖體長約2 km，寬150～300 m(范圍較小)。

片麻狀花崗巖為灰白色，具有中粗?；◢徸兙ЫY(jié)構(gòu)或細(xì)粒鱗片變晶結(jié)構(gòu)，巖體成分比較均一，片麻狀構(gòu)造為主(圖3a, b)。主要礦物有斜長石(An=16，40%～50%)，鉀長石(15%～20%)，石英(35%～40%)，黑云母(3%～5%，局部達(dá)5%～15%)，角閃石(3%～5%)(圖3c, d)；同時巖石還含有微量的磷灰石、鋯石、磁鐵礦、榍石、褐簾石。在接觸帯邊上片麻狀花崗巖裂隙面上偶爾能見黃鐵礦、磁黃鐵礦等礦物，裂隙面多見一些薄膜狀綠泥石化、蛇紋石化。黑云母呈細(xì)鱗片變晶狀，定向分布。石英呈花崗變晶狀集合體，分布不均勻,集合體呈不規(guī)則透鏡狀、斷續(xù)條帶狀。斜長石呈不規(guī)則的花崗變晶狀，結(jié)晶粗細(xì)不等，粗晶狀呈不規(guī)則透鏡狀、眼球狀，顯絹云母化，大部分為較細(xì)的集合體。

3 分析測試方法

鋯石分離：首先將野外采集的樣品粉碎至0.2～0.5 mm，經(jīng)常規(guī)的磁選和重力分選后，在雙目鏡下仔細(xì)挑選透明、無裂隙和無包裹體之鋯石粘在雙面膠上，再將其用環(huán)氧樹脂膠住，待環(huán)氧樹脂充分固化后拋光至鋯石露出核部。對拋光后的鋯石進(jìn)行透射光和反射光顯微照相以及陰極發(fā)光圖像分析，以觀察研究鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和選定最佳的鋯石顆粒進(jìn)行LA-ICP-MS測年。

陰極發(fā)光圖像在西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，采用安裝有Mono CL3+型(Gatan，U.S.A.)陰極熒光探頭的掃描電鏡(Quanta 400FEG)進(jìn)行。單顆粒鋯石LA-ICP-MS定年在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)用Agilent 7500a型ICP-MS，激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213。工作參數(shù)為：等離子氣體Ar16 L/min，輔助氣體Ar 1 L/min，剝蝕物質(zhì)載氣He 0.9～1.2 L/min。激光脈沖頻率5 Hz，寬度5 ns，剝蝕孔徑35 μm，剝蝕時間80 s，背景測量時間40 s，脈沖能量為10～20 J/cm。實(shí)驗(yàn)原理和詳細(xì)測試方法見文獻(xiàn)[25]。樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用 GLITTER(ver4.0，Macquarie University)程序，普通鉛校正采用文獻(xiàn)[26]的方法進(jìn)行，年齡及諧和圖的的繪制采用Isoplot3.0軟件完成。

全巖樣品細(xì)碎至200目以上后進(jìn)行主量和微量元素分析。全巖的氧化物和燒失量(LIO)由南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心用螢光光譜儀(XRF)分析, 分析精度優(yōu)于5%。微量元素由內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京大學(xué))采用Finnigan Element II型高分辨等離子質(zhì)譜(ICP-MS)完成，測試精度大部分優(yōu)于5%，總體優(yōu)于10%。詳細(xì)的分析流程參見文獻(xiàn)[27]。

鋯石原位Lu-Hf 同位素測定在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所配有NewwaveUP213激光剝蝕系統(tǒng)的Finnigan Neptune型多接收等離子質(zhì)譜(MC-ICP-MS)上完成的，其分析方法類似于文獻(xiàn)[28]，相關(guān)儀器運(yùn)行條件及詳細(xì)分析流程可參見文獻(xiàn)[29]。激光束斑直徑為55 μm，剝蝕頻率為10 Hz，激光束脈沖能量為100 mJ。樣品測定時使用鋯石國際標(biāo)樣GJ1和 Plesovice作為參考物質(zhì)，分析點(diǎn)與U-Pb定年分析點(diǎn)為同一位置。分析過程中鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ1的176Hf/177Hf測試加權(quán)平均值分別為0.282 007±0.000 007 (2σ,n=36)，與文獻(xiàn)報(bào)道值[29-30]在誤差范圍內(nèi)完全一致。采用179Hf/177Hf=0.732 5對Hf同位素比值進(jìn)行指數(shù)歸一化質(zhì)量歧視校正，采用173Yb/172Yb=1.352 7對Yb同位素比值進(jìn)行指數(shù)歸一化質(zhì)量歧視校正。176Lu衰變常數(shù)采用1.867×10-11a-1[31]，球粒隕石現(xiàn)今的176Hf/177Hf=0.282 772 和176Lu/177Hf=0.033 2。虧損地幔Hf 模式年齡(TDM1)計(jì)算采用的現(xiàn)今虧損地幔176Hf/177Hf=0.283 25和176Lu/177Hf=0.038 42；二階段Hf 模式年齡采用平均大陸殼176Lu/177Hf=0.015進(jìn)行計(jì)算。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

研究鋯石采自天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖(N41°41′16.5″，E94°44′22.5″)，鋯石多呈淺褐色，透明至半透明，顆粒大小多數(shù)在100 μm以上，主要為150～250 μm，多呈柱狀、短柱狀，長寬比為1∶1～1∶3，大多晶形較好，部分晶形不完整。由陰極發(fā)光圖像(圖4)可知，鋯石大多具有振蕩環(huán)帶，并且普遍發(fā)育陰極發(fā)光很亮寬度較小(多為10 μm左右)的變質(zhì)邊，暗示鋯石形成后受到變質(zhì)作用發(fā)生了變質(zhì)增生。另外，部分鋯石還可見裂隙發(fā)育。本次測試選取了10顆鋯石，進(jìn)行了15個測點(diǎn)的年齡測定，測試結(jié)果列于表1，并表示于圖5。所測鋯石的w(Th)為(38.51～974.36) ×10-6，w(U)為(58.05～746.18)×10-6，平均值分別為315×10-6和308×10-6。Th 與U 質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間呈較好的正相關(guān)關(guān)系。Th/U值為0.66～1.48，平均值為0.92， 與變質(zhì)成因鋯石Th/U值(通常小于0.1[32-34])明顯不同，再加上其發(fā)育振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，表明所測鋯石為巖漿成因鋯石。U-Pb 表面年齡諧和性較好, 多數(shù)點(diǎn)落在諧和曲線上或者在其附近，剔除4個協(xié)和度小于90%的測試點(diǎn)，剩余的11個協(xié)和度高于90%且相對集中的數(shù)據(jù)所得出的206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為(445.3±4.6)Ma(可信度為95%，MSWD=0.4)，精度較高，可以解釋為巖體形成的年齡，表明天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖為早古生代(加里東期)奧陶紀(jì)的產(chǎn)物。

4.2 全巖地球化學(xué)特征

片麻狀花崗巖的主量元素和微量元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果列于表2。片麻狀花崗巖具有相對高的硅(w(SiO2)為63.63%～64.68%)和鈣(w(CaO)為7.09%～9.22%)，中等的鋁(w(Al2O3)為15.06%～15.85%)和堿(w(K2O+Na2O)為3.60%～5.02%)，較低的鉀、鈦、鐵、錳、鎂等。巖石的(K2O/Na2O)為0.11～0.38，堿度率為1.35～1.54，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為 0.68～0.82，表明巖石為準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖。片麻狀花崗巖的稀土總量(∑REE)為(66.06～136.62)× 10-6，(La/Yb)N值為3.72～7.55，(La/Sm)N值為1.77～3.26，表明輕稀土相對富集，輕重稀土分異明顯，輕稀土分異較為明顯，而重稀土分異不明顯。Eu具輕微負(fù)異常(δEu=0.82～1.00，平均值為0.89)，表明巖石未經(jīng)歷斜長石的分離結(jié)晶或源區(qū)不存在斜長石殘留。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖 6a)上[35]，樣品呈現(xiàn)右傾型分配型式。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖示于圖6b 。片麻狀花崗閃長巖總體上富集大離子親石元素(LILE)Rb、Ba及輕稀土元素La、Ce、Nd等，但虧損典型高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、Yb等，表現(xiàn)出典型島弧巖漿巖的特征。在花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解上，本文研究的所有樣品與區(qū)域上同時代的星星峽花崗閃長巖和星星峽石英閃長質(zhì)片麻巖一樣，都落入火山弧花崗巖區(qū)[36](圖7)，圖7b島弧花崗巖區(qū)域與同碰撞花崗巖區(qū)域重合，結(jié)合圖7a研究花崗巖為島弧花崗巖。

4.3 鋯石Hf同位素

在LA-ICP-MS 鋯石U-Pb原位定年的基礎(chǔ)上，選擇具有諧和年齡的10顆鋯石進(jìn)行了原位Hf同位素組成測定，測試結(jié)果列入表3。結(jié)果表明，鋯石的176Lu/177Hf為0.000 547～0.003 474，表明鋯石在形成以后具有較低的放射性成因Hf的積累，鋯石的Hf同位素組成可近似代表巖漿的原始Hf同位素組成。所測鋯石的176Hf/177Hf為0.282 325～0.282 465。根據(jù)鋯石的U-Pb加權(quán)平均年齡(445 Ma)計(jì)算的εHf(t)值為-6.31～-1.77，平均值為-3.97，總體比較均一，顯示巖體形成過程中主要為單一源區(qū)的物質(zhì)貢獻(xiàn)。單階段虧損地幔Hf模式年齡(TDM1)為1.155～1.319 Ga，而二階段Hf模式年齡(TDM2)為1.538～1.825 Ga。負(fù)的εHf(t)值和偏老的Hf模式年齡均反映了該巖體的殼源特征[38]，表明片麻狀花崗巖的源區(qū)應(yīng)該主要為殼源組分。

表1 天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)

表2 天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖主量元素和微量元素分析數(shù)據(jù)

Table 2 Major elements and trace elements analysis results of the Tianhudong gneiss granite associated with Fe-Mo mineralization

樣品號SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OTiO2MnOP2O5燒失量總計(jì)BaCeCsxj47664.4815.801.437.702.563.191.830.520.040.0231.1098.811085.040.80.83xj47763.6815.531.939.222.693.090.770.610.050.0811.0198.7098.330.80.63xj47864.6815.362.008.362.772.901.400.580.040.1171.3499.65566.059.10.72xj47963.6315.062.129.162.873.070.530.620.050.0671.6898.90123.023.20.20xj48064.4515.853.767.092.642.931.540.600.060.1091.14100.30831.048.20.77樣品號DyErEuGaGdHfHoLaLuNbNdPrRbSmSnxj4762.941.881.0815.83.324.40.6716.90.3310.717.84.9965.73.691xj4773.181.901.0215.53.654.50.6811.50.3210.617.54.4223.93.893xj4783.422.191.3015.94.104.90.7824.30.3510.125.87.4836.14.693xj4792.871.801.1115.13.284.10.639.70.309.513.83.4213.33.444xj4803.091.971.1016.23.704.20.6921.40.3210.121.36.0338.64.321樣品號SrTaTbThTmUVYYbZrASI∑REE(La/Sm)N(La/Yb)NδEuxj4762841.30.5013.200.294.858719.61.971410.7497.162.885.780.93xj4772770.90.5316.650.293.5811421.11.961600.6881.641.863.960.82xj4783000.80.6117.100.335.1312322.42.171660.71136.623.267.550.89xj4793010.70.4814.300.272.2211719.51.761450.6866.061.773.721.00xj4802920.90.5315.250.304.4112820.91.991480.82114.943.127.250.82

注：主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為%；微量元素和稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為10-6。

a、b.中天山天湖東鐵鉬礦含礦花崗巖野外露頭特征；c、d.中天山天湖東鐵鉬礦含礦花崗巖顯微特征及礦物組成。Bt.黑云母；Amp.角閃石；kfs.鉀長石；Pl.斜長石；Q.石英。圖3 中天山天湖東鐵鉬礦含礦花崗巖野外露頭照片和顯微圖片F(xiàn)ig. 3 Representative field photos and photomicrographs of the the Tianhudong gneiss granite associated with Fe-Mo mineralization

圖4 天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖鋯石代表性CL圖像及U-Pb年齡和Hf同位素測試位置Fig. 4 Cathodoluminescence (CL) images with LA-ICP-MS U-Pb ages (red circles, white words) and Hf isotope data of representative zircon grains from the Tianhudong gneiss granite associated with Fe-Mo mineralization

5 討論

5.1 巖體成因和構(gòu)造背景

圖5 含礦片麻狀花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig. 5 U-Pb concordia diagram for zircon grains from the Tianhudong gneiss granite

圖6 含礦片麻狀花崗巖稀土球粒隕石配分曲線(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig. 6 Chondrite-normalised REE distribution pattern(a) and the primitive mantle normalized spidergrams(b) Tianhudong gneiss granite

WPG.板內(nèi)花崗巖;ORG.洋中脊花崗巖;VAG.島弧花崗巖;Syn-COLG.同碰撞花崗巖。灰色區(qū)域?yàn)樾切菎{花崗閃長巖和星星峽石英閃長質(zhì)片麻巖，數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[8, 37]。圖7 天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖w(Y+Nb)-w(Rb)(a)和w(Y)-w(Nb)(b)構(gòu)造判別圖解Fig. 7 w(Y+Nb)-w(Rb)(a) and w(Y)-w(Nb)(b) discrimination diagrams for granites

研究巖體具有高硅、高鈣和相對中等質(zhì)量分?jǐn)?shù)的鋁和全堿以及準(zhǔn)鋁質(zhì)等主量元素特征，結(jié)合其發(fā)育角閃石等礦物學(xué)證據(jù)，表明天湖東片麻狀花崗巖為鈣堿性I型花崗巖。巖體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線普遍向右緩傾，且重稀土元素分配曲線比較平坦，具有典型鈣堿性巖漿巖的稀土配分特征。微量元素方面，天湖東片麻狀花崗巖主體上主要富集大離子親石元素(LILE)和輕稀土元素(Rb、Ba、La、Ce、Nd)而虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、Yb等，顯示典型島弧巖漿巖的特征。島弧巖漿巖中大離子親石元素的富集是由于巖石在形成過程中，由俯沖洋殼所釋出的水?dāng)y帶流體活動性元素進(jìn)入其上地幔源區(qū)或者巖漿在上升過程中被位于俯沖帶之上地殼物質(zhì)混染作用所致[39]。而高場強(qiáng)元素Nb、 Ta等的強(qiáng)烈虧損是因?yàn)檫@兩個元素屬于相對的流體不活動元素，或者在島弧巖漿形成過程中發(fā)生了富集Nb、Ta礦物的分離結(jié)晶。鋯石的Hf同位素研究，負(fù)的εHf(t)值，較老的Hf模式年齡，表明巖體原巖成分中含有相當(dāng)數(shù)量的古老大陸地殼物質(zhì)。這些殼源組分可以是板塊俯沖時帶入地幔的陸殼物質(zhì)，也可以是鈣堿性巖漿上升過程中同化古地殼的產(chǎn)物[40]，中元古代的Hf模式年齡(1.538～1.825 Ga)暗示區(qū)域上廣泛分布的中元古代變質(zhì)基底可能是巖漿原巖的重要組成部分。因此，筆者認(rèn)為天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖是由于俯沖過程中主要成分為地殼物質(zhì)的原巖熔融而形成的。而巖體發(fā)育片麻狀構(gòu)造及鋯石具有的變質(zhì)增生邊均表明天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖形成以后受到了后期的變質(zhì)作用影響。

5.2 中天山早古生代構(gòu)造演化

對于中天山早古生代的構(gòu)造演化，早在20世紀(jì)90年代初，顧連興等[11]和馬瑞士等[41]就認(rèn)為中天山加里東構(gòu)造活動表現(xiàn)強(qiáng)烈，并存在加里東期島弧熱事件。Shu等[42]對尾亞麻粒巖的角閃石進(jìn)行了40Ar-39Ar 年齡測定，獲得主坪年齡值(432.0±0.72) Ma和等時線年齡值(434.67±2.45) Ma，認(rèn)為它們代表麻粒巖形成后的退變質(zhì)年齡，反映加里東期構(gòu)造熱事件在研究區(qū)表現(xiàn)強(qiáng)烈，但是中天山的加里東期構(gòu)造-巖漿-熱事件以往一直缺乏精確的同位素年齡約束。

本文研究的巖體高精度鋯石U-Pb定年證明其形成于奧陶紀(jì)((445.3±4.6)Ma)，為加里東期花崗巖。同時本課題組通過多年的野外考察以及高精度的同位素測年研究，在中天山東段地區(qū)發(fā)現(xiàn)了不少的同期(加里東期)巖漿巖(表4)，比如星星峽花崗閃長巖體((424.9±5.8)Ma)[8]、天湖鐵礦南部片麻狀花崗巖巖體((476.7±4.2)Ma，本課題組未發(fā)表資料)以及天湖鐵礦變質(zhì)酸性火山巖((452.0 ±2.8)Ma，本課題組未發(fā)表資料)等。這些研究表明加里東期構(gòu)造熱事件在中天山表現(xiàn)強(qiáng)烈，同時這些資料也為探討中天山早古生代的構(gòu)造屬性和構(gòu)造演化提供了有力證據(jù)。結(jié)合前人已發(fā)表的資料，筆者發(fā)現(xiàn)在中天山東段構(gòu)造帶分布一批年齡主要為480～420 Ma的早古生代花崗巖體(表4)。雖然不同學(xué)者對于這些花崗巖的成因和構(gòu)造背景的認(rèn)識還存在爭議,但是根據(jù)花崗巖類巖石的元素地球化學(xué)和同位素特征研究, 顯示中天山大多數(shù)早古生代花崗巖具有鈣堿性島弧巖漿巖特征，表明這些花崗巖巖體應(yīng)該形成于巖漿弧構(gòu)造環(huán)境。

結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，如中天山發(fā)育奧陶紀(jì)鈣堿性安山巖、玄武巖和火山碎屑巖系[42]及早古生代的火山沉積巖系[2]，筆者認(rèn)為在中奧陶世到中志留世時，中天山為巖漿弧構(gòu)造環(huán)境，形成一系列的鈣堿性巖漿巖，包括本文研究的天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖。結(jié)合前人的研究和區(qū)域地質(zhì)資料，在中天山北緣的阿其克庫都克—沙泉子斷裂發(fā)育洋殼板塊向南俯沖產(chǎn)生的混雜巖；中天山南部的庫米什和紅柳河地區(qū)，分布著志留紀(jì)和泥盆紀(jì)的蛇綠巖構(gòu)造混雜巖，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和巖石地球化學(xué)研究表明其具有邊緣海盆地的地質(zhì)特征；最近新發(fā)現(xiàn)南天山發(fā)育早古生代弧后盆地背景的玄武巖[7，24，41-42，46]。綜合分析，筆者認(rèn)為中天山早古生代巖漿弧可能是受到介于吐哈陸塊和塔里木板塊之間的古天山大洋(或中蒙大洋)在奧陶—志留紀(jì)時期沿著中天山北緣向南俯沖而形成的(圖8)。

表3 天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖鋯石Hf同位素分析數(shù)據(jù)

表4 中天山地區(qū)早古生代巖漿巖鋯石年代學(xué)數(shù)據(jù)表

圖8 中天山早古生代構(gòu)造模式簡圖Fig. 8 Simplified cross section showing the Early Paleozoic tectonic setting of the central Tianshan

6 結(jié)論

1)鋯石U-Pb年代學(xué)測定天湖東鐵鉬礦含礦花崗巖形成于(445.3±4.6) Ma，為早古生代花崗巖。

2)天湖東含礦片麻狀花崗巖高硅、富鈣、富鈉而貧鉀，富集大離子親石元素和輕稀土元素，而虧損高場強(qiáng)元素，輕重稀土分異明顯，表現(xiàn)出典型島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征。鋯石的εHf(445 Ma)值為-6.31～-1.77，二階段Hf模式年齡(TDM2)為1.538～1.825 Ga，表明該花崗巖的源區(qū)主要為殼源物質(zhì)。天湖東鐵鉬礦片麻狀花崗巖是由俯沖過程中地殼物質(zhì)重熔的產(chǎn)物。

3)在早古生代時，中天山為巖漿弧構(gòu)造環(huán)境，其可能是受到介于吐哈陸塊和塔里木板塊之間的古天山大洋在早古生代時期向南俯沖而形成的。

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Geochronology, Geochemistry and Zircon Hf Isotope Compositions of the Ore-Bearing Gneiss Granite in the Tianhudong Iron-Molybdenum Ore Deposit in the Central Tianshan, West China: Implications for the Early Paleozoic Tectonic Evolution of Central Tianshan

Lei Ruxiong1, 2, Wu Changzhi3, Qu Xun4, Gu Lianxing3, Chen Gang4,Uerna Amy4, Sun Hongtao5, Liu Guoling3

1.CollegeofEarthSciencesandResource,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China2.KeyLaboratoryofWesternChina’sMineralResourcesandGeologicalEngineeringMinistryofEducation,Xi’an710054,China3.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,China4.XinjiangBureauofGeologyandMineralResources,Urumqi830000,China5.EasternChinaGeoexploration&DevelopmentBureauforNon-FerrousMetals,JiangsuProvince,Nanjing210007,China

We present a case study of the Early Paleozoic ore-bearing gneiss granite in the Tianhudong iron-molybdenum ore deposit in the central Tianshan in an attempt to provide new insights for the early Paleozoic tectonic setting and tectonic evolution of the central Tianshan. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating yields (445.3±4.6) Ma for the studied granite. The granite is composed mainly of biotite, amphibole, quartz, plagioclase and K-feldspar. Geochemical analyses show the granite belongs to subaluminous calc-alkaline granite. The granite is generally enriched in large ion lithophile elements (LILEs) such as Rb, Ba and LREEs, but depleted in typical high field strength elements (HFSEs) such as Nb, Ta, Ti, Y and HREEs, consistent with the geochemical characteristics of typical arc igneous rock. The zircon Hf isotope compositions (εHf(445 Ma)) of the studied granite vary from -6.30 to -1.77, and theTDM2ranges from 1.538 to 1.825 Ga, indicating the source rocks of the granite contain significant crustal materials. Integrating all the available data, we suggest that the granite is produced by melting of the mainly crustal protolith during a subduction process. Combined with the previous studies and our recent study results, it is suggested that the central Tianshan zone was a magmatic arc tectonic environment during the Early Paleozoic. The mechanism of the Early Paleozoic central Tianshan arc can be ascribed to the southern subduction of the ancient Tianshan ocean located between the Tuha block and Tarim block.

zircon U-Pb dating; Hf isotope; geochemistry; granites; central Tianshan；Tianhudong iron-molybdenum ore deposit

10.13278/j.cnki.jjuese.201405112.

2013-10-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41302069,41272098)；中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查工作項(xiàng)目(1212011140056)

雷如雄(1982--)，男，講師，博士，主要從事巖石學(xué)和礦床學(xué)研究，E-mail:lrxly11@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201405112

P581;P618.65

A

雷如雄，吳昌志，屈迅,等.中天山天湖東鐵鉬礦含礦片麻狀花崗巖年代學(xué)、地球化學(xué)和鋯石Hf同位素——對于中天山早古生代構(gòu)造演化的啟示.吉林大學(xué)學(xué)報(bào):地球科學(xué)版,2014,44(5):1540-1552.

Lei Ruxiong, Wu Changzhi, Qu Xun,et al.Geochronology, Geochemistry and Zircon Hf Isotope Compositions of the Ore-Bearing Gneiss Granite of the Tianhudong Iron-Molybdenum Ore Deposit in the Central Tianshan, West China: Implications for the Early Paleozoic Tectonic Evolution of Central Tianshan.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(5):1540-1552.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201405112.