韓瓊，趙同陽，鄭加行，孫耀鋒，唐智

(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國、蒙古、俄羅斯和哈薩克斯坦4國交界處，是中亞造山帶的重要組成部分[1]，發(fā)育大量侵入巖，古生代中酸性巖漿侵入活動頻繁，中酸性侵入巖研究一直是近幾十年來地球科學(xué)研究的熱點(diǎn)及重點(diǎn)，作為造山帶的重要組成部分其記錄了造山過程的各種重要信息，為研究中亞造山帶的重要窗口[2]，對于探討區(qū)域構(gòu)造巖漿演化具重要意義。前人對中國阿爾泰侵入巖做了很多研究工作，積累了豐富的資料，并對其基本特征進(jìn)行了初步總結(jié)[3]。認(rèn)為阿爾泰花崗巖類形成時代主要為海西期，印支、燕山期的花崗巖類很少，具多成因、多來源、多類型特征[4-6]。近年來通過定年方法對阿爾泰的侵入巖類進(jìn)行了大量分析測試，獲得了一大批年齡數(shù)據(jù)[7-11]，認(rèn)為阿爾泰造山帶不僅存在海西期花崗巖，還存在大量加里東期侵入巖類。本次研究在1∶20萬資料綜合研究基礎(chǔ)上?? 地質(zhì)部第十三地質(zhì)大隊.1∶20萬瓊庫爾幅地質(zhì)圖，1957.，結(jié)合1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作?? 新疆地質(zhì)調(diào)查院.新疆阿爾泰1∶5萬M45E021013、M45E021014、M45E022013、M45E022014四幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報，2017.，在研究區(qū)識別出大量加里東期侵入巖類，該發(fā)現(xiàn)對阿爾泰地區(qū)早古生代大地構(gòu)造演化、構(gòu)造-巖漿事件等具重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于中亞造山帶(圖1-a)，阿爾泰造山帶北部(圖1-b)，阿爾泰弧盆系(圖1-c)，阿爾泰古生代陸緣弧之喀納斯被動陸緣帶。區(qū)內(nèi)為一套中深變質(zhì)巖系震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群，為一套巨厚復(fù)理石建造(圖1-b)。新疆地質(zhì)調(diào)查院將震旦系—下寒武統(tǒng)喀納斯群進(jìn)行解體，并結(jié)合同位素測年，對其進(jìn)行了重新劃分，自下而上為中寒武—下奧陶統(tǒng)依列克塔斯巖組、中寒武—下奧陶統(tǒng)貝留特巖組。中寒武—下奧陶統(tǒng)喀納斯群解體為中寒武—下奧陶統(tǒng)喀納斯群蘇木代爾格組、中寒武—下奧陶統(tǒng)喀納斯群哲里開特組[12-14]。結(jié)特庫勒巖體侵入的最新地層為中寒武—下奧陶統(tǒng)貝留特巖組第二巖性段(圖1-d)，為一套結(jié)晶片巖建造，主要為灰色紅柱石黑云母石英片巖、灰色蝕變條帶狀長石黑云母紅柱石片巖、含紅柱石斜長綠泥石英片巖、含綠泥石黑云母石英紅柱石片巖、灰色紅柱石二云母石英片巖、含紅柱石綠泥二云母石英片巖、含綠泥石紅柱石白云母石英片巖等。在巖體與地層接觸帶上石英脈較發(fā)育。

2 巖體特征

巖體位于禾木鄉(xiāng)南側(cè)約20 km的結(jié)特庫勒一帶，分布形態(tài)近圓形，面積約2.85 km2，巖體出露較好，受后期風(fēng)化作用影響，呈峰林狀產(chǎn)出(圖2-a，b)，由于其形態(tài)各異，當(dāng)?shù)啬撩穹Q之為“怪石頭”，巖體球形風(fēng)化明顯，局部以巖墻形式產(chǎn)出，巖石直立，發(fā)育多組節(jié)理。巖體風(fēng)化面為深灰、灰色，新鮮面為淺灰色，巖體與地層間為侵入接觸，接觸面烘烤現(xiàn)象明顯，地層中多見花崗巖脈侵入。巖體中常見電氣石，以短柱狀產(chǎn)出，局部較集中分布于白云母之間。巖體因風(fēng)蝕作用形成洼坑，大小不等，半徑多為5～10 cm，在洼地處發(fā)生鉀化和褐鐵礦化。鉀化呈肉紅色，浸染狀，褐鐵礦化為薄膜狀，巖體與第四系接觸部位高嶺土化明顯。巖體內(nèi)部石英脈發(fā)育，受構(gòu)造運(yùn)動影響呈碎塊狀，顏色較純凈，無礦化現(xiàn)象(圖 1-d)。

圖1 研究區(qū)綜合地質(zhì)圖Fig.1 Comprehensive geological map of the study area

圖2 結(jié)特庫勒巖體宏觀照片F(xiàn)ig.2 Macro photo of Jietekule rock Mass

3 巖石學(xué)特征及測試方法

3.1 巖石學(xué)特征

本次研究共采集樣品7件，其中同位素測年樣1件，編號為14TW-0001，取樣位置為東經(jīng)：87°28′48″，北緯：48°20′50″。巖石地球化學(xué)樣6件，編號為14YQ1～14YQ6。巖體主要的巖性為片麻狀白云母斜長花崗巖，巖石風(fēng)化面為灰、灰白色(圖3-b)，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖石主要由斜長石和石英組成，此外，含少量石英、白云母、鉀長石，微量磷灰石及個別電氣石(圖3-a)。斜長石呈他形板狀，較干凈，粒徑為0.28～3.6 mm，含量約64%；鉀長石為微斜長石，局部分布于斜長石、石英之間，分布不均勻，含量約1%；石英呈他形粒狀，具波狀消光，石英、長石呈條帶狀分布，含量約30%；白云母呈鱗片狀，呈條帶狀分布于長石、石英之間，具片麻狀構(gòu)造，含量約5%?；沂仕瘟?、柱狀，分布于斜長石、石英之間或白云母、長石、石英之間。電氣石呈他形柱狀，分布于長石之間或長石、石英之間。

圖3 片麻狀白云母斜長花崗巖電子顯微照相（50×正交偏光）及巖石表面照片F(xiàn)ig.3 Electron photomicrograph(50×Orthogonal polarized light）and rock surface photos of gneissic muscovite plagiogranite

3.2 測試方法

鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。樣品靶制和顯微照相拍攝在重慶宇勁科技有限公司完成，對樣品靶上的鋯石進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光照相。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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測試使用與New Wave 213 nm激光取樣系統(tǒng)連接起來的Agilent 7500a ICP-MS完成。激光束斑直徑采用20～30 μm，頻率5 Hz。樣品經(jīng)剝蝕后，由He氣作為載氣，和Ar氣混合后進(jìn)入ICP-MS進(jìn)行分析，U-Pb分餾據(jù)澳大利亞鋯石標(biāo)樣GEMOC GJ-1(207Pb/206Pb age of 608±1.5Ma)校正[15]，鋯石標(biāo)樣Mud Tank(Inercept age of 732±5 Ma)為內(nèi)標(biāo)[16]，每個測試流程的開頭和結(jié)尾分別測試2個GJ標(biāo)樣，另測試1個MT標(biāo)樣和20個待測樣品點(diǎn)。U-Pb年齡和U、Th、Pb的計算由GLITTER軟件(ver.4.4)獲得，普通Pb校正和諧和圖的繪制運(yùn)用Isoplot完成[17]。

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

SiO2含量為69.4%～74%，TiO2含量為0.05%～0.14，全堿含量(Na2O+K2O)為7.5%～8.18%(表1)，里特曼指數(shù)σ為1.88～2.45，均小于3.3，堿度率AR為2.44～3.43(表2)。在AR-SiO2圖解中(圖4-a)，1個樣品落在鈣堿性區(qū)內(nèi)，其余樣品落在堿性區(qū)內(nèi)，表明巖石為鈣堿性-堿性巖石序列。Al2O3含量為15%～17.4%(表1)，在CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算中，出現(xiàn)剛玉，含量為3.27%～7.77%(表2)，在A/CNK-A/NK圖解中4個樣品落在過鋁質(zhì)范圍內(nèi)，表明結(jié)特庫勒巖體巖石為過鋁質(zhì)巖石系列(圖5-b)。

表1 片麻狀白云母斜長花崗巖主量元素測試結(jié)果表Table 1 Major elements test results table of gneissic muscovite plagiogranite

表2 片麻狀白云母斜長花崗巖CIPW計算Table 2 CIPW test results gneissic muscovite plagiogranite

圖4 片麻狀白云母斜長花崗巖巖石序列判別圖和A/CNK-A/NK圖解Fig.4 Rock Sequence discriminant and A/CNK-A/NK illustration of gneissic muscovite plagiogranite

圖5 片麻狀白云母斜長花崗巖微量元素和稀土元素蛛網(wǎng)圖Fig.5 Trace elements and Rare earth elements spider diagram of gneissic muscovite plagiogranite

4.2 微量元素和稀土元素

巖石中高場強(qiáng)元素(HFSE)含量較高，Nb/Ta為2.1～4.34。巖石具高的Y和Yb，含量分別11.9×10-6～20.3×10-6和1.4×10-6～2×10-6(表3)，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖5-a)，總體上顯示基本一致的分布模式，Ba，U，Nd，Sr，Ti元素呈明顯負(fù)異常，Rb，U，P，Hf，Y呈正異常，Nb的虧損不明顯，K，Rb等有明顯增加。巖石稀土元素成分及特征見表3，ΣREE含量為25.86×10-6～35.27×10-6，LREE含量為19.24×10-6～26.67×10-6，HREE為6.03×10-6～8.6×10-6，表明稀土總量較低，且以輕稀土為主；LREE/HREE為2.91～4.18，表明輕稀土富集，重稀土虧損，LaN/YbN為2.06～3.23，也表明輕重稀土分餾不均，且輕稀土富集，重稀土虧損的特點(diǎn)。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布形式圖上(圖5-b)，表現(xiàn)為較一致的分布曲線，總體上向右傾斜，表現(xiàn)為“V”型，5件樣品出現(xiàn)Gd的負(fù)異常，稀土元素表現(xiàn)為稀土總量較低，且以輕稀土為主，輕重稀土分餾作用明顯，輕稀土明顯富集，重稀土明顯虧損，出現(xiàn)Gd的負(fù)異常。

5 鋯石U-Pb年齡

在陰極發(fā)光照片中，鋯石形態(tài)不規(guī)則，且具熱液蝕變邊，說明鋯石受到后期巖漿熱液的影響較大，為了獲得其結(jié)晶年齡，選擇不受熱液蝕變、避免在包體和裂紋且環(huán)帶清晰的部位進(jìn)行測年。206Pb/238U年齡集中在417～503 Ma(表4，圖6)，在鋯石U-Pb年齡諧和圖上(圖7)，測點(diǎn)全部落在諧和線上及其附近，但有兩個明顯的中心：495～504 Ma和417～442 Ma，206Pb/238U 平 均 年 齡 (462±27)Ma(MSDW=1.5，n=11)，結(jié)合巖漿型鋯石特點(diǎn)，將該加權(quán)平均年齡解釋為片麻狀白云母斜長花崗巖的結(jié)晶年齡，說明為晚奧陶世巖漿侵入活動產(chǎn)物。

表3 片麻狀白云母斜長花崗巖微量元素和稀土元素測試結(jié)果及特征值表Table 3 Trace elements and Rare earth elements test results and eigenvalues of gneissic muscovite plagiogranite

表4 片麻狀白云母斜長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析結(jié)果Table 4 LA-ICP-MS zircon U-Pb ages test results of gneissic muscovite plagiogranite

圖6 片麻狀白云母斜長花崗巖鋯石CL照片F(xiàn)ig.6 Zircon CLphotos of gneissic muscovite plagiogranite

6 討論

6.1 成巖作用

巖石化學(xué)表明，該巖體為過鋁質(zhì)堿性系列巖石，在ACF圖解中(圖8-a)，所有樣品均落在“S”型花崗巖區(qū)內(nèi)，說明為地殼物質(zhì)部分熔融形成，原巖為沉積巖。在C/MF-A/FM圖解中(圖8-b)，4個樣品落在“A”區(qū)內(nèi)，為變質(zhì)泥巖部分熔融區(qū)，2個樣品落在“B”區(qū)，表明原巖為變質(zhì)砂巖的部分熔融，為“S”型花崗巖，是變質(zhì)泥巖和變質(zhì)砂巖部分熔融的產(chǎn)物。在標(biāo)準(zhǔn)礦物作花崗巖類Q-Ab-An等溫等壓力圖解中，所有樣品落在800℃附近，顯示結(jié)特庫勒片麻狀英云閃長巖侵入時的熔融溫度在800℃附近。壓力特征不明顯，顯示高溫低壓的特點(diǎn)，根據(jù)壓力推斷，應(yīng)為淺源物質(zhì)的部分熔融。該類花崗巖在阿爾泰一帶分布較廣泛，部分學(xué)者將該類“高溫、過鋁質(zhì)”的侵入巖稱為“SP”型花崗巖[18-20]。

圖7 片麻狀白云母斜長花崗巖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 U-Pb ages map and diagram of gneissic muscovite plagiogranite

圖8 片麻狀白云母斜長花崗巖成因判別圖Fig.8 Cause distinction diagram of gneissic muscovite plagiogranite

關(guān)于“SP”型花崗巖，在20世紀(jì)80年代，與碰撞有關(guān)的“SP”型花崗巖往往被劃分為同碰撞花崗巖，后來的研究發(fā)現(xiàn)，大量“SP”型花崗巖是后碰撞的產(chǎn)物。后碰撞作用環(huán)境下，根據(jù)地殼加厚程度和巖漿底侵程度的不同可分為高溫型和高壓型，相應(yīng)地“SP”型花崗巖可分為高溫型和高壓型[21]。高壓型“SP”花崗巖是指在“高壓”碰撞過程中由超厚地殼(大于50 km)的后碰撞折返作用形成，具較高的Al2O3/TiO2比值。而高溫型“SP”花崗巖是形成于巨型褶皺帶的“高溫”碰撞中。在這類碰撞造山過程中，地殼加厚不明顯，形成不了高壓環(huán)境，但在后碰撞階段，巖石圈可發(fā)生拆沉作用與熱流圈上涌，使有關(guān)地殼發(fā)生深熔作用，形成高溫型“SP”花崗巖，以具相對低的Al2O3/TiO2比值為特征，以富黑云母含堇青石的英閃巖、花崗閃長巖和二長花崗巖為主[21-22]。結(jié)特庫勒巖體巖石A/CNK為1.18～1.67，均小于1.1，Al2O3/TiO2為124.36～326.96，該值相對較低，其形成溫度在800℃左右，且具高溫低壓特點(diǎn)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，認(rèn)為該巖體為高溫型“SP”花崗巖類，為碰撞階段巖石圈發(fā)生拆沉，地殼物發(fā)生深熔，上涌混合成巖。

6.2 形成環(huán)境

阿爾泰造山帶花崗巖發(fā)育，主要形成于加里東晚期和華力西期，而華力西期巖體多為中晚期[5,9]。最新研究結(jié)果表明：阿爾泰造山帶(包含哈、俄、中、蒙4國的阿爾泰地區(qū))的古生代花崗巖集中形成于4個階段：①中晚奧陶世(470～440 Ma)花崗巖；②晚志留世—泥盆紀(jì)(425～360 Ma)花崗巖；③早石炭世(355～318 Ma)花崗巖；④早二疊世(290～270 Ma)侵入巖[1]，其中阿爾泰造山地帶的碰撞造山活動主要形成于450～370 Ma[23]。結(jié)特庫勒巖體的成巖時代為(462±27)Ma，在誤差范圍內(nèi)，反映該巖體形成于碰撞造山環(huán)境。在R1-R2圖解中(圖9-a)，所有樣品落在“⑥”附近，反映其為碰撞型花崗巖；在Yb+Nb-Rb構(gòu)造判別圖解中(圖9-b)，所有樣品落在“syn-COLG”，為同碰撞環(huán)境。

圖9 結(jié)特庫勒巖體構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.9 Tectionic discriminant diagram of Jietekule Mass

結(jié)合研究區(qū)的侵入巖特點(diǎn)，認(rèn)為在中晚奧陶世期間，隨著古亞洲洋向北側(cè)西伯利亞板塊之下俯沖，構(gòu)造環(huán)境向活動大陸邊緣轉(zhuǎn)變，洋殼不斷向大陸塊體下俯沖，伴隨著流體活動，帶入大量揮發(fā)分，形成了高溫高壓環(huán)境，深部上地幔巖石圈發(fā)生部分熔融作用，隨著熔漿不斷上升運(yùn)移，為地殼物質(zhì)的部分熔融提供了熱源，同時隨著地殼物質(zhì)的不斷加入，也使幔源巖漿發(fā)生了同化混染作用，顯示出了準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性系列巖石的特征。在幔源巖漿加熱過程中，巨厚復(fù)理石建造的地殼沉積巖發(fā)生云母類礦物脫水熔融，形成強(qiáng)過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列中酸性侵入體，巖石成因類型主體為“S”型花崗巖。隨著俯沖作用的持續(xù)，形成了同碰撞-后碰撞環(huán)境下的鈣堿性-堿性花崗巖體。此時在深部流體作用形成的高溫中低壓條件下，下地殼物質(zhì)(泥質(zhì))發(fā)生部分熔融，形成大量過鋁質(zhì)堿性系列巖石，總體呈現(xiàn)由同碰撞向后碰撞花崗巖演化的特點(diǎn)。通過上述分析，認(rèn)為結(jié)特庫勒巖體形成于同碰撞-后碰撞環(huán)境。

7 結(jié)論

(1)結(jié)特庫勒巖體片麻狀白云母斜長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(462±27)Ma，為晚奧陶世巖漿侵入活動的產(chǎn)物。

(2)結(jié)特庫勒巖體為高溫型“SP”花崗巖類，可能是在碰撞造山過程中發(fā)生巖石圈拆沉與熱流圈上涌，使地殼發(fā)生深熔，上涌混合成巖。

(3)結(jié)特庫勒巖體形成于碰撞造山環(huán)境，很可能為同碰撞-后碰撞的環(huán)境。