曹小紅，韓瓊，趙同陽，鄭加行

(1.新疆工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000)

阿爾泰造山帶位于中亞造山帶的西南部(圖1a)，呈北西—南東向橫貫于中、俄、哈、蒙4國。是中亞造山帶的典型區(qū)域(于淑艷等，2011；曾祥武等，2017)。是有一系列大陸塊體、島弧和增生雜巖帶的顯生宙增生型造山帶(SENG?R A M C el al.，1993；胡靄琴等，2002)，該顯生宙造山帶對廣泛分布的花崗巖類的形成和成礦作用具有重要的控制作用。該造山帶內(nèi)的花崗巖占基巖出露面積的50%以上，前人對其形成時代，成因類型，形成的構(gòu)造環(huán)境開展過大量的研究和探討。以前一般認(rèn)為該花崗巖主要形成于晚古生代(鄒天人等，1988；王中剛等，1998；程裕淇，2004)，阿爾泰也被認(rèn)為是華力西造山帶(肖序常等，1992；王中剛等，1988)。近年來，通過高精度的鋯石U-Pb定年，獲得了一批可靠的同位素測年數(shù)據(jù)，在阿爾泰識別出大量的早—中古生代花崗巖體(肖慶輝等，2009)，形成于460～375 Ma，大致分為460 Ma、400 Ma、375 Ma(童英等，2007)，根據(jù)鋯石年齡和形成環(huán)境分為3個階段5個期次，認(rèn)為早古生代(470～360 Ma)為鈣堿性I型花崗巖類，具有不同程度的變形，其中在470～440 Ma的巖體一般片麻狀較為發(fā)育，為造山俯沖增生的產(chǎn)物，形成于陸源俯沖(470～440 Ma)、繼續(xù)俯沖-弧后盆地伸展(420～390 Ma)到聚合碰撞(380～360 Ma)過程的陸緣裂解增生演化的構(gòu)造模式(王濤等，2010)。

對于喀拉加熱克巖體的形成時代及形成環(huán)境存在爭議。根據(jù)1∶20萬瓊庫爾幅(M-45-XXXIV)認(rèn)為該巖體的巖性為花崗斑巖，為華力西晚期的侵入巖漿的產(chǎn)物。據(jù)1∶25萬沖乎爾幅(M45E004003構(gòu)造建造圖)，認(rèn)為該巖體為偏鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列的正?；◢弾r，為混源巖漿的產(chǎn)物，形成于活動大陸邊緣的弧。通過區(qū)域侵入巖年齡對比，認(rèn)為該巖體為早泥盆世巖漿活動的產(chǎn)物。陳毓川院士編制的1∶50幅阿勒泰成礦省成礦系列圖中，將該劃分為泥盆紀(jì)二長花崗巖類型。鑒于以上不同的爭議，本次研究選擇出露于喀納斯湖東南側(cè)的小黑湖一帶的喀拉加熱克巖體開展研究，其巖性為片麻狀花崗閃長斑巖，至今未見其年齡的研究報道。因此筆者對該片麻狀花崗閃長斑巖進(jìn)行測年和巖石地球化學(xué)測試分析，對該巖體的研究為阿爾泰造山帶的構(gòu)造演化以及建立該區(qū)的構(gòu)造-巖漿事件序列提供資料依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中亞造山帶(圖1a)，阿爾泰造山帶北部(圖1b)，阿爾泰弧盆系(圖1c)，阿爾泰古生代陸緣弧之喀納斯被動陸緣帶。研究區(qū)內(nèi)為一套中深變質(zhì)巖系，為原厘定的震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群(Z∈1K)，為一套巨厚復(fù)理石建造(圖1b)，其上被上奧陶統(tǒng)東錫勒克組(O3d)變質(zhì)火山碎屑巖-火山熔巖建造不整合覆蓋。新疆地質(zhì)調(diào)查院(2016)將震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群(Z∈1K)進(jìn)行解體，并結(jié)合同位素測年，對其進(jìn)行了重新厘定和劃分，自下而上解體為中寒武—下奧陶統(tǒng)依列克塔斯巖組(∈2O1y.)、貝留特巖組(∈2O1b.)、蘇木代爾格組(∈2O1s)和哲里開特組(∈2O1z)(王樂民等，2016；趙同陽等，2016；韓瓊等，2016)。本次研究對象喀拉加熱克巖體與地層之間的侵入界限很模糊，不易確定，巖體侵入的地層?xùn)|側(cè)為下奧陶統(tǒng)東錫勒克組二段；南側(cè)與中寒武—下奧陶統(tǒng)貝留特巖組三段為斷層接觸關(guān)系，斷層走向近東西向；巖體西側(cè)為第四系冰磧堆積層，與巖體之間為掩蓋接觸關(guān)系，接觸界限模糊。侵入的最新地層為上奧陶統(tǒng)東錫勒克組第二巖性段(O3d2)。形狀呈條帶狀，該巖體出露面積為2.82 km2。巖體風(fēng)化破碎嚴(yán)重，在地表基本為碎塊狀，棱角清晰，碎塊大小在1 cm×2 cm～10 cm×50 cm，巖體中綠簾石化普遍發(fā)育，呈黃綠色、綠色，呈薄膜狀，部分巖石裂隙中可見薄膜狀褐鐵礦化，但規(guī)模不大。在巖體中常見有石英細(xì)脈，脈寬多在3～5 cm，石英脈顏色純凈，為灰白色，以集合體形式產(chǎn)出。

1.第四系；2.上古生界；3.下古生界；4.喀納斯群；5.前寒武系；6.中酸性侵入巖；7.地質(zhì)界線；8.斷裂；9.位置示意圖；10.縫合帶；11.第四系；12.上奧陶統(tǒng)東錫勒克組二段；13.上奧陶統(tǒng)東錫勒克組一段；14.中寒武—下奧陶統(tǒng)蘇木代爾格組二段；15.中寒武—下奧陶統(tǒng)蘇木代爾格組一段；16.中寒武—下奧陶統(tǒng)貝留特巖組三段；17.中寒武—下奧陶統(tǒng)貝留特巖組二段；18.晚奧陶世花崗閃長斑巖；19.同位素/全巖樣取樣位置；20.不整合界線圖1 研究區(qū)喀拉加熱克巖體綜合地質(zhì)圖Fig.1 Compsivial Geology map of Kalajiareke rock mass

2 巖石學(xué)特征及分析方法

2.1 樣品特征

本次工作采集同位素樣品1件，編號為16TW6-4005，采樣位置：X：5 390 616，Y：511 443，采集全巖分析樣品4件，編號為：14YQ6-4005～4008。筆者通過鏡下鑒定，巖性為花崗閃長斑巖，其顯微特征如下。

巖石風(fēng)化面為灰白、黃綠、灰綠色(圖2b)，新鮮面為灰色、灰白色，巖石為殘余斑狀-鱗片微粒變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由斑晶和基質(zhì)組成，斑狀結(jié)構(gòu)還有殘留，斑晶大小為0.4～2.4 mm，由石英、斜長石組成(圖2a)。石英斑晶有的呈溶圓狀，有的呈溶蝕港灣狀，并有重結(jié)晶現(xiàn)象，具波狀消光，其含量約為3%，斜長石呈微粒狀分布，另外有個別暗色礦物斑晶和斜長石聚斑狀分布，以黑云母為主組成，分布少量鐵質(zhì)，原礦物已不能分辨，其含量約為2%?；|(zhì)主要由長石、石英和黑云母組成，長石發(fā)生重結(jié)晶，可能為鉀長石，其粒徑大小在0.01～0.1 mm，其含量約為59%；石英為粒狀，粒徑在0.01～0.1 mm，其含量約為25%。此外含有少量的細(xì)鱗片狀黑云母，黑云母呈細(xì)小鱗片狀，其含量約為10%。磷灰石呈他形粒狀、柱狀，分散在基質(zhì)中，此外含有少量的磁鐵礦，其粒徑為0.04～0.4 mm。

Qz.石英；Pl.斜長石；Bi.黑云母圖2 喀拉加熱克巖體鏡下(50×正交偏光)及巖石照片F(xiàn)ig.2 Mirror (50× Orthogonal polarized light) and rock photos of Kalajiareke rock mass

2.2 測試方法

為保證樣品測試的需要，鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。用鹽酸擦拭樣品后破碎，用常規(guī)重力和磁選方法分選出鋯石，在雙目鏡下挑純。樣品靶制和顯微照相拍攝在重慶宇勁科技有限公司完成，對制成的樣品靶上的鋯石進(jìn)行光學(xué)顯微鏡下的透射光、反射光和電子顯微鏡下的陰極發(fā)光照相，以便在進(jìn)行測定時作為選取分析部位的依據(jù)，以及在測定完成后進(jìn)行合乎邏輯的數(shù)據(jù)解釋。

測年在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點實驗室完成，測試使用與New Wave 213nm激光取樣系統(tǒng)連接起來的Agilent 7500a ICP-MS完成。分析過程中，激光束斑直徑采用20～30 μm，頻率5Hz。樣品經(jīng)剝蝕后，由氦氣作為載氣，再和氬氣混合后進(jìn)入ICP-MS進(jìn)行分析，U-Pb分餾根據(jù)澳大利亞鋯石標(biāo)樣GEMOC GJ-1(207Pb/206Pb 年齡為(608±1.5) Ma，JACKSON S E et al.，2004)來校正，鋯石標(biāo)樣Mud Tank(Inercept age of (732±5) Ma，BLACK L P et al.，1978)為內(nèi)標(biāo)，控制分析精度。每個測試流程的開頭和結(jié)尾分別測試2個GJ標(biāo)樣，另外測試1個MT標(biāo)樣和20個待測樣品點。U-Pb年齡和U、Th、Pb的的計算由GLITTER軟件(ver.4.4)獲得，普通Pb的校正及諧和圖的繪制運用Isoplot(ANDERSEN T，2002)完成。

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

SiO2的含量為63%～63.9%，TiO2含量為0.58%～1.07%，全堿(Na2O+K2O)的含量為5.7%～6.42%(表1)，里特曼指數(shù)σ為1.47～1.82，均小于3.3。堿度率AR為1.85～2.21(表1)，以上特征表明巖體具有鈣堿性地球化學(xué)特征。在AR-SiO2圖解中(圖3a)，多有樣品落在鈣堿性區(qū)內(nèi)；在SiO2-K2O圖解中(圖3b)，所有樣品落在高鉀鈣堿性區(qū)域，表明巖石具有鈣堿性巖石的特征。

圖3 喀拉加熱克巖體巖石序列判別圖Fig.3 Rock sequence discrimination chart of Kalajiareke Rock Mass

表1 喀拉加熱克巖體主量元素測試結(jié)果表(%)及CIPW計算表Tab.1 Main Elementsresults (%)and CIPW results of Kalajiareke rock mass

注：測試單位：新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)實驗研究所。

在A/CNK-A/NK圖解中(圖4)，所有樣品均落在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)，表明巖石為過鋁質(zhì)的巖石，同時，Al2O3的含量為14.7%～16.1%，在CIPW計算中出現(xiàn)了剛玉，也表明了巖石具有過鋁質(zhì)的特征。

綜上所述，認(rèn)為喀拉加熱克巖體為過鋁質(zhì)鈣堿性巖石系列。

圖4 喀拉加熱克巖體A/CNK-A/NK圖解Fig.4 A/CNK-A/NK diagram of Kalajiateke rock mass

3.2 微量元素

巖石中高場強(qiáng)元素(HFSE)元素的含量相對較高，Nb/Ta值較高為10～10.6。巖石還具有高的Y和Yb，其含量分別為33.3×10-6～41.5×10-6和2.6×10-6～3×10-6(表2)，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖5a)，總體上顯示了較為一致的分布模式，Ba、Nb、Sr、Ti元素呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常，Rb、U、La、Nd、Zr、Hf、Y的正異常。并且Nb的虧損不明顯，K、Rb等有明顯的增加。反映了碰撞花崗巖的基本特征。

3.3 稀土元素

喀拉加熱克巖體巖石稀土元素成分及特征見表2，ΣREE為152.17×10-6～179.11×10-6，LREE為129.2×10-6～151.2×10-6，HREE為21.57×10-6～27.91×10-6，LREE/HREE為5.42～6.91。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配形式圖上(圖5b)，曲線一致性較好，總體上表現(xiàn)為向右傾斜的曲線，表現(xiàn)為輕稀土富集，重稀土虧損，LaN/YbN為5.6～8.31，也反映了輕稀土富集，重稀土虧損的特點，δEu為0.63～0.75，在配分圖上Eu表現(xiàn)為負(fù)異常，而呈現(xiàn)出“V”的谷狀，表明巖漿在演化過程中存在斜長石的分離結(jié)晶作用。

綜上所述，喀拉加熱克巖體稀土元素整體上表現(xiàn)為輕稀土富集，重稀土虧損，輕重稀土分餾不明顯，并出現(xiàn)Eu的弱的負(fù)異常。

4 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

在陰極發(fā)光照片中(圖6)，鋯石形態(tài)大多為長柱狀，部分鋯石中含有不透明的包體，個別鋯石中發(fā)育有裂紋，鋯石環(huán)帶清晰，表面比較光滑，在樣品中的鋯石晶體內(nèi)部均發(fā)育有較好的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，環(huán)帶清楚，具有巖漿鋯石的基本特征。在測年時選擇環(huán)帶清晰的進(jìn)行測年，避免包體和裂紋對測年結(jié)果的影響。

圖5 喀拉加熱克巖體微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖和稀土元素球標(biāo)準(zhǔn)化分配形式圖Fig.5 Trace elements standardized spider diagram and REE chondirite standardized diagram of Kalajiareke rock mass

表2 喀拉加熱克巖體微量元素測和稀土元素試結(jié)果表(10-6)及其特征值表Tab.2 Trace elements and REE elementstest results(10-6) and Eigenvalues of Kalajiareke rock mass

注：δEu=2EuN/(SmN+GdN); δCe=2CeN/(LaN+PrN)；測試單位：新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)實驗研究所。

圖6 喀拉加熱克巖體鋯石CL照片F(xiàn)ig.6 Zircon CL photos of Kalajiareke rock mass

在鋯石U-Pb年齡諧和圖上(圖7)，測點全部落在諧和線上，表現(xiàn)出成群集中分布的特點，給出一致的206Pb/238U，集中在446～451 Ma(表3)，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(450.6±3) Ma(MSDW=0.091，n=18)，結(jié)合巖漿型鋯石的特點，將該加權(quán)平均年齡解釋為花崗閃長斑巖的結(jié)晶年齡，說明其為晚奧陶世巖漿侵入活動的產(chǎn)物。

5 討論

5.1 巖石成因

CHAPPELL B W(2000)對澳大利亞拉克蘭褶皺帶中的花崗巖研究，認(rèn)為不僅強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖，即使是弱過鋁質(zhì)花崗巖，其大部分也是部分熔融形成的，而不是分離結(jié)晶作用形成的。CLEMENS JD(2003)結(jié)合地球化學(xué)、同位素和實驗巖石學(xué)證據(jù)認(rèn)為：大多數(shù)巨型的S型花崗巖是變沉積巖為主的巖石通過部分熔融形成的。

巖石化學(xué)表明，喀拉加熱克巖體為過鋁質(zhì)鈣堿性系列的巖石，且有高SiO2含量(63%～63.9%)，其不可能直接來源于地幔(蔡克大等，2007)。該過鋁質(zhì)花崗巖具有較高的Al2O3、K2O含量及較高的CaO，說明其巖漿可能來源于年輕地殼物質(zhì)中云母類物質(zhì)的脫水熔融。較高的K、Rb含量以及K2O/Na2O、Rb/Sr值進(jìn)一步表明源區(qū)有大量的云母類物質(zhì)存在，稀土配分模式也表明云母類礦物的脫水熔融，并且源區(qū)有斜長石的殘留，推斷該強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖巖漿是在中等地殼深度由地殼物質(zhì)中的云母類礦物熔融所形成的。在ACF圖解中(圖8a)，所有樣品均落在“S”型花崗巖區(qū)內(nèi)，說明其為地殼物質(zhì)部分熔融形成的，其原巖為沉積巖，CaO/Na2O為0.7～1.16，均大于0.3，表明其原巖為砂巖或者副變質(zhì)巖，進(jìn)一步說明其物質(zhì)來源為砂巖或者副變質(zhì)巖。在C/MF-A/FM圖解中(圖8b)，3個樣品落在“B”區(qū)，1個樣品落在“C”，說明原巖為變質(zhì)砂巖的部分熔融，僅有少部分為基性巖的部分熔融，在Q-Ab-An圖解中(圖9)，顯示其熔融的溫度在750～800℃，為高溫熔融的。該巖石Rb/Sr值為0.97～1.47，在0.7～1.6的范圍內(nèi)，Sr/Ba為0.22～0.39，在0.2～0.5，表明其具有高Rb/Sr，中低Sr/Ba的特點，結(jié)合其過鋁質(zhì)、高鉀以及高溫熔融的特點，推斷其形成是地?；詭r漿以底侵方式就位于年輕地幔底部，大量的熱量促使上覆地殼物質(zhì)部分熔融形成殼-?；旌匣◢弾r質(zhì)巖漿，在不飽和水的條件下，由富含白云母和黑云母的變質(zhì)砂巖脫水熔融形成的。

圖7 喀拉加熱克巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖及統(tǒng)計直方圖Fig.7 LA-ICP-MS zircon ages diagram and statistical histogram of Kalajiareke rock mass

A.變質(zhì)泥巖部分熔融區(qū)；B.變質(zhì)砂巖部分熔融區(qū)；C.基性巖部分熔融圖8 喀拉加熱克巖體成因判別圖Fig.8 Genetic discrimination chart of Kalajiareke rock mass

在標(biāo)準(zhǔn)礦物作花崗巖類Q-Ab-An等溫等壓力圖解中(圖9)，在溫度方面，4件樣品落為750～800℃的范圍內(nèi)，表明喀拉加熱克巖體在侵入時的熔融溫度為750～800℃；在壓力方面，1件樣品在大于3 000bar，其為高壓的環(huán)境，其余3件在500bar附近，為相對低壓環(huán)境。壓力的特征與巖石成因保持一致。反映原巖主要為變質(zhì)砂巖的部分熔融，摻雜有少量的熔融基性巖。

5.2 構(gòu)造環(huán)境探討

阿爾泰造山帶古生代構(gòu)造演化模式一直是研究重點，存在被動大陸邊緣和活動大陸邊緣環(huán)境的爭議。近年來的研究成果表明，阿爾泰造山帶為早古生代造山而不是晚古生代造山(WANG Tao el al.,2006；童英等，2007；韓瓊等，2006)。在新元古代末期—寒武紀(jì)，在阿爾泰地體與西伯利亞板塊之間薩伊爾洋盆分開(也稱西薩彥嶺-蒙古西部湖區(qū)洋盆)，可能屬于早期古亞洲洋的北支。在震旦—寒武紀(jì)蒙古湖洋盆封閉拼貼在西伯利亞板塊的西南緣，形成巨厚的復(fù)理石沉積(即：喀納斯群)，之后由于齋桑洋盆(古亞洲洋的分支)開始向北俯沖，發(fā)生大規(guī)模的花崗巖化，形成片麻-花崗巖穹窿。晚古生代的俯沖與碰撞生成花崗偉晶巖。本次工作在喀納斯湖—禾木一帶厘定出大量的中奧陶世—泥盆世花崗巖，并對其進(jìn)行了劃分，分別為中晚奧陶世堿性碰撞型侵入構(gòu)造巖石組合和晚志留—早泥盆世俯沖型侵入巖構(gòu)造巖石組合。中奧陶世花崗巖為“S”型花崗巖，形成于同碰撞構(gòu)造環(huán)境(韓瓊等，2006)；晚志留—早泥盆世花崗巖為“I-S”型花崗巖，形成于俯沖的構(gòu)造環(huán)境(鄭加行等，2006)。并且認(rèn)為同碰撞花崗巖形成于460～360 Ma，460 Ma為古亞洲洋向北俯沖的下限，中奧陶世至早石炭世處于造山階段。中奧陶世為早古生代亞洲洋洋殼俯沖向阿爾泰微陸塊轉(zhuǎn)化的時限。

圖9 喀拉加熱克巖體溫壓圖解Fig.9 Worm pressure diagram of Kalajiareke rock mass

喀拉加熱克巖體形成于晚奧陶世，在花崗巖R1-R2圖解中(圖10a)，2個樣品落在“6”區(qū)，顯示其為同碰撞花崗巖，另外2號樣品落在“2”區(qū)，為俯沖花崗巖，在Rb30-Hf-Ta×3圖解中(圖10b)，所有樣品落在“火山弧”區(qū)內(nèi)。因此，認(rèn)為喀拉加熱克花崗閃長斑巖巖體所處的環(huán)境為同碰撞-俯沖，為同碰撞-俯沖轉(zhuǎn)換的環(huán)境。

①.地幔斜長花崗巖；②.破壞性活動板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；③.板塊碰撞后隆起期花崗巖；④.晚造山期花崗巖；⑤.非造山區(qū)A型花崗巖；⑥.同碰撞(S型)花崗巖；⑦.造山期后A型花崗巖；syn-COLG.同碰撞花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；VAG.火山弧花崗巖；ORG.洋脊花崗巖圖10 喀拉加熱克巖體構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.10 Tectonic setting discriminant of Kalajiareke rock mass

6 結(jié)論

(1)喀拉加熱克巖體為過鋁質(zhì)鈣堿性巖巖石，推斷其形成是地?；詭r漿以底侵方式就位于年輕地幔底部，大量的熱量促使上覆地殼物質(zhì)部分熔融形成殼-?；旌匣◢弾r質(zhì)巖漿，在不飽和水的條件下，由富含白云母和黑云母的變質(zhì)砂巖脫水熔融形成的。

(2)喀拉加熱克花崗閃長斑巖巖體的形成時代為(450.6±3) Ma，為晚奧陶世侵入巖。

(3)喀拉加熱克花崗閃長斑巖的形成環(huán)境為同碰撞-俯沖轉(zhuǎn)換的環(huán)境。