李 強,楊富全,楊成棟

(中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所 自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室,北京 100037)

0 引 言

阿爾泰造山帶是中亞造山帶重要組成部分，是由一系列大陸塊體、島弧和增生雜巖構成的增生型造山帶[1-2]，呈NW—SE向橫貫于中國、俄羅斯、哈薩克斯坦、蒙古四國。中國新疆阿爾泰造山帶構造上位于西伯利亞板塊和哈薩克斯坦—準噶爾板塊之間，其北接西伯利亞板塊，南以額爾齊斯—布爾根板塊縫合帶為界與南部的哈薩克斯坦—準噶爾板塊相接，經(jīng)歷了古生代地殼側向增生和中新生代陸內(nèi)造山作用，同時也是重要的多金屬-稀有金屬-白云母成礦帶[1，3-10]。新疆阿爾泰侵入巖分布廣泛，至少占40%的面積，以花崗巖類為主[11]。前人對阿爾泰侵入巖進行了深入研究，在侵入巖時空分布、殼幔相互作用、增生造山、陸殼生長和區(qū)域構造演化等方面都取得了重要成果[12-17]，極大地推動了阿爾泰乃至中亞造山帶造山演化過程的認識。盡管如此，除泥盆紀阿爾泰發(fā)生了俯沖消減作用得到了大多數(shù)人的認同外[18-24]，俯沖開始時間、俯沖方向、碰撞開始和結束時間等都還未能很好地限定[2，7，10，15，25-29](如二疊紀阿爾泰構造環(huán)境存在增生造山和碰撞后伸展環(huán)境的爭議[7，30-35])。新疆阿爾泰二疊紀巖漿侵入作用強烈，僅次于泥盆紀，主要分布于新疆阿爾泰南緣—額爾齊斯構造帶，巖性以花崗巖為主，其年代學和地球化學研究對探討阿爾泰二疊紀構造演化具有重要意義。因此，本文選取新疆阿爾泰南緣大喀拉蘇稀有金屬礦區(qū)花崗巖為研究對象，通過LA-Q-ICP-MS鋯石U-Pb定年、地球化學和Sr-Nd同位素組成分析，探討其來源、演化以及形成的大地構造背景，以期為阿爾泰造山帶構造演化研究提供新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

新疆阿爾泰劃分為北阿爾泰、中阿爾泰和南阿爾泰(圖1)。北阿爾泰位于紅山嘴—諾爾特斷裂以北，主要由中晚泥盆世—早石炭世火山-沉積巖組成。中阿爾泰即喀納斯—可可托海一帶，位于紅山嘴斷裂與阿巴宮斷裂、巴寨斷裂之間，主要為早古生代變質(zhì)巖系，出露地層主要有震旦紀—中奧陶世淺變質(zhì)巨厚陸源復理石建造(哈巴河群)、晚奧陶世火山-磨拉石及陸源碎屑巖建造、中—晚志留世變砂巖。南阿爾泰北以阿巴宮斷裂為界，南以克茲加爾斷裂為界與額爾齊斯構造帶相鄰，主要發(fā)育康布鐵堡組和阿勒泰鎮(zhèn)組變質(zhì)火山-沉積巖系，其次為石炭系火山-沉積巖系和中—上志留統(tǒng)片巖、片麻巖、變粒巖。南阿爾泰變質(zhì)火山-沉積巖系主要分布在4個NW向斜列的火山-沉積盆地中，從西北至東南依次為阿舍勒盆地、沖乎爾盆地、克蘭盆地和麥茲盆地，其中克蘭盆地是該區(qū)重要的礦產(chǎn)集中地，已發(fā)現(xiàn)了鐵-磷灰石礦、鐵錳礦、鉛鋅(銅)礦、鐵銅礦、金礦、稀有金屬礦等一系列與火山-侵入巖有關的礦產(chǎn)資源。

大喀拉蘇花崗偉晶巖型稀有金屬礦床位于克蘭盆地南部，新疆阿勒泰東南57°直距約36 km處，賦存于花崗偉晶巖中的鈮鉭礦儲量為中型，鈹?shù)V為小型，已閉坑多年[36]。礦區(qū)出露地層為中—上泥盆統(tǒng)阿勒泰鎮(zhèn)組，巖性為片巖和變質(zhì)粉砂巖等(圖2)。以1號礦脈為代表的數(shù)十條稀有金屬礦化偉晶巖脈呈板狀脈或分支復合脈密集侵位于大喀拉蘇巖體南端(圖3)，少量分布于阿勒泰鎮(zhèn)組中。大喀拉蘇巖體巖性為似斑狀黑云母二長花崗巖，呈巖株和巖脈狀分布，東北及西北側巖體產(chǎn)狀較陡，西南及東南側產(chǎn)狀較緩，接觸帶巖體多呈鋸齒狀且混合巖發(fā)育[37]。

2 樣品采集及分析方法

2.1 樣品采集

用于鋯石U-Pb定年和地球化學分析的樣品均采自大喀拉蘇鈹鈮鉭礦區(qū)1號Be-Nb-Ta礦化偉晶巖脈的圍巖(巖性為似斑狀黑云母二長花崗巖，坐標為(47°37′32″N，88°28′30″E))。鋯石U-Pb定年樣品采自大喀拉蘇巖體南部(圖2)，為巖體的主體。5件地球化學樣品采自巖體的不同部位(樣品KLSH16-1～KLSH16-5坐標分別為(47°37′32.1″N，88°28′30.3″E)、(47°37′32″N，88°28′30.6″E)、(47°37′33″N，88°28′30.3″E)、(47°37′31.8″N，88°28′29.3″E)、(47°37′31.5″N，88°28′30.7″E))，均為相對新鮮無蝕變巖石。巖石新鮮面呈灰白色，具塊狀構造、似斑狀結構。斑晶主要為斜長石和少量鉀長石，粒徑為5～10 mm，解理清晰可見，斑晶體積分數(shù)約為10%?；|(zhì)為顯晶質(zhì)，主要由石英(體積分數(shù)約為30%)、斜長石(30%～35%)、鉀長石(20%～25%)和黑云母(約10%)組成(圖3)。石英呈他形粒狀，粒徑為0.3～3.0 mm，多為集合體，呈鑲嵌狀分布，粒內(nèi)可見輕波狀、帶狀消光。斜長石呈半自形板狀、他形粒狀等，粒徑為1～4 mm，雜亂分布，多見聚片雙晶，晶體內(nèi)略顯波狀消光，局部被白云母交代。鉀長石呈半自形板狀、他形粒狀等，粒徑為0.2～2.0 mm，部分顆粒內(nèi)部嵌布板條狀斜長石、他形粒狀石英。黑云母呈片狀，片徑為0.2～1.0 mm，多色性明顯(Ng為深綠色，Np為淺綠色)，雜亂分布在巖石內(nèi)。副礦物為不透明礦物、磷灰石、鋯石等。

圖件引自文獻[38]圖1 新疆阿爾泰造山帶區(qū)域地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological Sketch Map of Altay Orogenic Belt,Xinjiang

圖件引自文獻[37]圖2 大喀拉蘇鈹鈮鉭礦區(qū)地質(zhì)略圖Fig.2 Simplified Geological Map of Dakalasu Be-Nb-Ta Ore District

2.2 鋯石U-Pb定年

定年樣品的破碎和鋯石挑選工作由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所(廊坊)實驗室完成。樣品經(jīng)過嚴格的粉碎、重液分離和磁選，再在雙目鏡下挑選出晶形好、無裂縫、干凈透明的鋯石晶體。鋯石樣品靶的制作和鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像在北京鋯年領航科技有限公司完成。

鋯石U-Pb定年利用北京科薈測試技術有限公司的LA-Q-ICP-MS分析儀完成。激光剝蝕系統(tǒng)為ESI NWR 193 nm，ICP-MS為Analytikjena Plasma Quant MS Elite ICP-MS。激光剝蝕過程中采用He作載氣、Ar為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進入ICP之前通過一個Y型接頭混合。每個時間分辨分析數(shù)據(jù)包括15～20 s的空白信號和45 s的樣品信號。對分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件ICPMSDataCal完成[39]。鋯石U-Pb定年中采用鋯石標樣GJ-1作外標進行同位素分餾校正，每5～10 個分析點后，分析2次GJ-1。對于與分析時間有關的U-Th-Pb 同位素比值漂移，利用GJ-1的變化采用線性內(nèi)插的方式進行校正[39]。鋯石U-Pb 年齡諧和曲線繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot 3.0程序完成。

2.3 巖石地球化學

主量、微量和稀土元素分析在廣州澳實分析測試中心完成。主量元素利用X熒光光譜儀(ME-XRF26)測試：Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、TiO2采用國家標準《硅酸鹽巖石化學分析方法第28部分:16個主次成分量測定》(GB/T 14506.28—2010)[40];H2O+采用國家標準《硅酸鹽巖石化學分析方法第2部分:化合水量測定》(GB/T 14506.2—2010)[41];CO2采用行業(yè)標準《土壤碳酸鹽測定法》(NY/T 86—1988)[42];FeO采用滴定法測定，按照國家標準《硅酸鹽巖石化學分析方法第14部分:氧化亞鐵量測定》(GB/T 14506.14—2010)[43];燒失量(LOI)采用行業(yè)標準《森林土壤礦質(zhì)全量元素(硅、鐵、鋁、鈦、錳、鈣、鎂、磷)燒失量的測定》(LY/T 1253—1999)[44]。微量元素用四酸消解、質(zhì)譜/光譜儀(ME-MS61)綜合分析，稀土元素采用硼酸鋰熔融、等離子質(zhì)譜法(ME-MS81)測定。主量元素檢出限為0.01%。微量和稀土元素檢出限分別為：Th、Tb、Ho、Tm、Lu為0.01×10-6，Pr、Sm、Eu、Er、Yb為0.03×10-6，Be、Cs、Ga、Mo、Ta、Gd、Dy為0.05×10-6，Co、Nb、Rb、Sc、U、Y、Nd為0.1×10-6，Li、Ni、Sr、Hf為0.2×10-6，Pb、La、Ce為0.5×10-6，Cr、V為1×10-6，Ba為10×10-6。

2.4 同位素地球化學

Rb-Sr和Sm-Nd同位素的分離和分析在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成。同位素通過傳統(tǒng)的陽離子交換柱法分離和純化，同位素分析在英國Nu Instruments公司生產(chǎn)的多接收電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)Nu Plasma Ⅱ上完成。在測試樣品之前，儀器要用標準溶液來調(diào)試儀器參數(shù)，調(diào)試后還要穩(wěn)定儀器40 min左右才能測定樣品，測試過程中采取每測定5個未知樣品，進行一次標樣測試。測試標樣為BCR-2，其143Nd/144Nd和87Sr/86Sr推薦值分別為0.512 633和0.705 020，未知樣品和標樣的精度要求范圍均為±0.000 020。本次測試中獲得標樣BCR-2的143Nd/144Nd值為0.512 630～0.512 634，87Sr/86Sr值為0.705 016～0.705 020，滿足精度要求。

3 結果分析

3.1 鋯石U-Pb年齡

本次用于定年的鋯石在透射光下多為無色或半透明，金屬光澤，多呈半自形—自形長柱狀及雙錐狀晶體，晶棱及晶面清楚，長軸為100～180 μm，長短軸比為1.2∶1.0～3.5∶1.0。在陰極發(fā)光圖像中，大多數(shù)鋯石均發(fā)育較好的振蕩環(huán)帶結構(圖4)，顯示了巖漿鋯石的特點[45-46]。本次對20顆鋯石進行了測試，獲得18個有效數(shù)據(jù)，其LA-Q-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分析結果見表1，鋯石Th和U含量(質(zhì)量分數(shù)，下同)分別為(47.5～225.8)×10-6和(105.1～1 112.7)×10-6,Th/U值為0.09～0.86，顯示了巖漿鋯石的特征[47]。18個分析點中，有2顆鋯石206Pb/238U表面年齡為355.3～374.5 Ma，落在李彥等限定的阿勒泰鎮(zhèn)組年齡范圍(354～382 Ma)內(nèi)[48]，與阿勒泰鎮(zhèn)組白云母石英片巖(原巖為凝灰?guī)r)和變質(zhì)流紋巖鋯石U-Pb年齡(354～376 Ma)[38，49]非常接近，可能是巖漿上升時捕獲的阿勒泰鎮(zhèn)組火山(碎屑)巖中鋯石；3顆鋯石206Pb/238U表面年齡為270.5～332.9 Ma，可能同樣暗示了較老鋯石的捕獲；其余13顆鋯石的206Pb/238U表面年齡數(shù)據(jù)比較集中，為254.1～267.3 Ma，在誤差范圍內(nèi)有較一致的207Pb/206Pb、207Pb/235U和206Pb/238U值，數(shù)據(jù)點聚集在年齡諧和曲線兩側一個較小的區(qū)域范圍內(nèi)(圖5)，其206Pb/238U加權平均年齡為(261.4±2.1)Ma(平均標準權重偏差(MSWD)為0.73)，與諧和年齡((261.5±2.9)Ma，MSWD值為11.1)一致，可代表黑云母二長花崗巖的侵位年齡。

3.2 地球化學特征

本次研究共采集了5件大喀拉蘇礦區(qū)黑云母二長花崗巖樣品，對其進行主量、微量、稀土元素分析和Sr-Nd同位素分析，測試結果見表2、3。

3.2.1 主量元素

大喀拉蘇礦區(qū)黑云母二長花崗巖具有富Si(SiO2含量為69.03%～70.94%)、富Al(Al2O3為14.18%～14.71%)、中等Na(Na2O為3.53%～3.81%)、富K(K2O為4.23%～5.05%)、全堿含量較高(K2O+Na2O為7.92%～8.71%)的特征(表2)。Na2O含量低于K2O含量，Na2O/K2O值為0.70～0.87。巖石中Ca含量中等(CaO為1.40%～1.76%)，低Fe(TFe2O3為3.01%～3.92%)、Mg(MgO為0.58%～0.79%)、Ti(TiO2為0.43%～0.59%)，具有較高的P(P2O5為0.18%～0.25%)。在SiO2-K2O圖解[圖6(a)]上，SiO2和K2O含量顯示較好的正相關性，總體表現(xiàn)為高鉀鈣堿性特征。鋁飽和指數(shù)較高(A/CNK值為1.02～1.04)，屬于弱過鋁質(zhì)花崗巖(A/CNK值大于1.0)，在A/NK-A/CNK圖解[圖6(b)]中分析點大多數(shù)分布于過鋁質(zhì)區(qū)域。

圖4 代表性鋯石陰極發(fā)光圖像及對應年齡Fig.4 CL Images of Representative Zircons and the Corresponding Ages

表1 LA-Q-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果Tab.1 Analysis Results of LA-Q-ICP-MS Zircon U-Pb Isotope

3.2.2 微量和稀土元素

巖石高場強元素(HFSE)總體含量較高，Th含量為(7.42～18.65)×10-6，U為(1.2～1.7)×10-6，Zr為(398～535)×10-6，Hf為(10～13)×10-6，Pb為(36.6～48.7)×10-6。大離子親石元素(LILE)Rb(含量為(146.5～236.0)×10-6)和Ba((470～520)×10-6)高于地殼豐度，Sr((133.5～144.0)×10-6)則低于地殼豐度。巖石還具有較高的Y(含量為(32.7～45.8)×10-6)和Yb((3.30～5.66)×10-6)及低的Cr((11～15)×10-6)和Ni((2.9～4.6)×10-6)。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖[圖7(a)]中，各樣品微量元素分布模式基本一致，呈現(xiàn)Rb、Th、Pb、Nd、Sm的相對正異常，Ti、P、Sr和Ba的相對負異常。

表2 主量、微量及稀土元素分析結果Tab.2 Analysis Results of Major,Trace and Rare Earth Elements

圖5 LA-Q-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和曲線和年齡分布Fig.5 Concordia Diagram and Distribution of LA-Q-ICP-MS Zircon U-Pb Ages

圖(a)引自文獻[50];圖(b)引自文獻[51]圖6 SiO2-K2O圖解和A/NK-A/CNK圖解Fig.6 Diagrams of SiO2-K2O and A/NK-A/CNK

ws為樣品含量；wc為球粒隕石含量；wp為原始地幔含量；原始地幔標準化數(shù)據(jù)和球粒隕石標準化數(shù)據(jù)引自文獻[52]圖7 原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖和球粒隕石標準化稀土元素配分模式Fig.7 Primitive Mantle-normalized Trace Element Spider Diagram and Chondrite-normalized REE Pattern

表3 Sr-Nd同位素組成Tab.3 Sr-Nd Isotope Compositions

巖石稀土元素總含量較高，但變化不大，為(184.1～342.2)×10-6，具有輕稀土元素相對富集(LREE/HREE值為6.97～11.27，(La/Yb)N值為6.84～12.51)，分餾較明顯((La/Sm)N值為3.45～4.73)，輕、重稀土元素輕微分餾((Gd/Yb)N值為1.22～1.84)的特征。在球粒隕石標準化配分模式[圖7(b)]中，所有樣品均表現(xiàn)出相似的輕稀土元素強富集、分餾較明顯，重稀土元素平緩、分餾不明顯的右傾型配分模式，且由于較明顯的負Eu異常(0.55～0.82)，呈現(xiàn)“V”型谷狀。樣品KLSH16-4輕稀土元素、重稀土元素和稀土元素總含量(184.1×10-6)均明顯低于其他樣品，可能是富含稀土元素的副礦物(如磷灰石)含量較少造成的。

3.2.3 Sr-Nd同位素

5件樣品的Sr-Nd同位素組成列于表3。計算時采用的年齡是本次測得的LA-Q-ICP-MS鋯石U-Pb年齡(261.4 Ma)。所有樣品的87Rb/86Sr值為2.956 3～4.798 8，(87Sr/86Sr)t值為0.716 250～0.722 901，變化較小，(87Sr/86Sr)i值低(0.705 055～0.706 086)，暗示它們的Rb-Sr同位素體系受到擾動不大;147Sm/144Nd值為0.107 534～0.127 500，143Nd/144Nd值為0.512 643～0.512 657，fSm/Nd值為-0.45～-0.35，表明它們沒有發(fā)生明顯的Sm、Nd同位素分異。兩階段模式年齡(TDM2)為0.79～0.80 Ga。εNd(t)值為2.66～3.10，與阿爾泰造山帶具有接近于0或高的正εNd(t)值的花崗巖[15]相似。

4 討 論

4.1 年代學意義

前人對新疆阿爾泰大喀拉蘇巖體進行過初步工作:新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量大隊第六分隊編制的《阿勒泰幅地質(zhì)圖》顯示其為華力西晚期(二疊紀)第一次侵入的巨斑狀黑云母花崗巖[53];新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七〇六隊編制的《克蘭盆地區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)圖》顯示其為華力西晚期第一次侵入的斑狀二長花崗巖[54];新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查研究院編制的《新疆阿勒泰市契別特—沙爾布拉克地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查成果報告》將其標為二疊紀巨粗斑中粒黑云母二長花崗巖[55];童英獲得大喀拉蘇似斑狀黑云母花崗巖1顆鋯石TIMS U-Pb年齡為(248±4)Ma[56];周汝洪獲得大喀拉蘇似斑狀黑云母花崗巖礦物-全巖Rb-Sr等時線年齡為221.7 Ma[57]。由于缺乏定年數(shù)據(jù)或早期實驗技術方法不能準確限定巖體侵位時代，所以上述結果并不能精確限定大喀拉蘇巖體的形成時代。

本文利用高精度LA-Q-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法，獲得大喀拉蘇黑云母二長花崗巖13顆鋯石的加權平均年齡為(261.4±2.1)Ma(MSWD值為0.73)，表明其并非形成于三疊紀，而是中二疊世，遠晚于圍巖阿勒泰鎮(zhèn)組的形成時代(354～382 Ma)[38，48-49]，同時也晚于大喀拉蘇附近變泥質(zhì)麻粒巖變質(zhì)時代(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(271±5)Ma[58]，SHRIMP鋯石U-Pb年齡為(292.8±2.3)Ma[59])。這與大喀拉蘇巖體本身無變形變質(zhì)，侵位到阿勒泰鎮(zhèn)組變火山-沉積巖中的地質(zhì)現(xiàn)象一致。該巖體與同屬克蘭盆地的塔拉特村花崗閃長巖(年齡為(270.9±1.1)Ma，楊富全未發(fā)表數(shù)據(jù))、巴斯鐵列克鎢多金屬礦區(qū)黑云母二長花崗巖((263.3±2.1)Ma，楊富全未發(fā)表數(shù)據(jù))和喇嘛昭黑云母二長花崗巖((276±9)Ma)[56]相似，均為二疊紀巖漿侵入活動的產(chǎn)物。除此之外，二疊紀侵入巖還廣泛分布于區(qū)域上的阿爾泰—額爾齊斯構造帶，數(shù)量僅次于泥盆紀，巖性比較單一，主要為花崗巖，個別為花崗閃長巖和中基性巖脈。本文收集到該區(qū)域目前已發(fā)表的29個二疊紀代表性侵入巖年齡(257～289 Ma，表4)，其中額爾齊斯構造帶12個侵入巖年齡為267～287 Ma，南阿爾泰15個年齡為257～287 Ma，中阿爾泰2個年齡為267～289 Ma，北阿爾泰目前還未見二疊紀侵入巖報道，總體表現(xiàn)為由南向北數(shù)量減少的特點。另外，額爾齊斯構造帶內(nèi)部同時發(fā)育變形和未變形的二疊紀侵入巖，新疆阿爾泰南緣及造山帶內(nèi)部則主要發(fā)育未變形的二疊紀侵入巖。伴隨著二疊紀巖漿活動，新疆阿爾泰還形成了一系列礦床和礦化，如大喀拉蘇花崗偉晶巖型稀有金屬礦床、加爾巴斯島矽卡巖型鐵礦床[60]、巴斯鐵列克矽卡巖型鎢多金屬礦床[61]、喀拉通克巖漿型銅鎳硫化物礦床[62]、庫額爾齊斯巖漿-熱液型鐵礦化[63]等。綜上所述，大量發(fā)育的二疊紀侵入巖對研究阿爾泰巖漿活動、構造演化和金屬成礦作用具有重要意義。

4.2 巖石成因及來源

大喀拉蘇黑云母二長花崗巖具有高Si(SiO2含量大于69.03%)、富Al(Al2O3含量為14.18%～14.71%)、相對富K(Na2O/K2O值為0.70～0.87)的特點，A/CNK值稍大于1.0，為鋁過飽和型，在SiO2-K2O圖解上顯示高鉀鈣堿性特點，表明其屬于高鉀鈣堿性弱過鋁質(zhì)花崗巖(圖6)。A/CNK值均小于1.1，所有樣品位于I型花崗巖一側[圖6(b)]。從礦物組成來看，巖石中發(fā)育黑云母，未出現(xiàn)白云母、堇青石、石榴子石等S型花崗巖特征礦物，同樣暗示其不屬于S型花崗巖[74]。磷灰石在準鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)巖漿中的溶解度很低，在巖漿分異過程中與SiO2含量具有負相關性，在強過鋁質(zhì)巖漿中二者則具有正相關性，這種行為已經(jīng)成功地用于區(qū)分I型和S型花崗巖[75-77]。上已述及，大喀拉蘇黑云母二長花崗巖為弱過鋁質(zhì)巖石，在SiO2-P2O5圖解[圖8(a)]上，P2O5含量隨SiO2含量增加而降低，符合I型花崗巖的演化趨勢。SiO2-Pb圖解[圖8(b)]上所表現(xiàn)出的正相關性同樣支持該巖體為I型花崗巖。在FeO*/MgO-Zr+Nb+Ce+Y圖解[圖8(c)]和(K2O+Na2O)/CaO-Zr+Nb+Ce+Y圖解[圖8(d)]中，所有分析點則全部落在了A型花崗巖區(qū)域。盡管如此，大喀拉蘇黑云母二長花崗巖Ba、Sr、P、Ti、Nb虧損和高Al2O3含量等特征暗示其不同于典型A型花崗巖特點，K2O/Na2O值大于1、87Sr/86Sr值大于0.708等特征也區(qū)別于典型I型花崗巖，Rb/Sr值(1.0～1.6)高于典型I型花崗巖，而低于A型花崗巖[78-79]。在Nb-10 000Ga/Al圖解[圖8(e)]中，所有樣品位于I、S和A型花崗巖的界線附近，且Nb/Ta值除1個樣品外，均小于17,暗示其具有高分異花崗巖的特征[80]。因此，大喀拉蘇黑云母二長花崗巖可能是具有I-A過渡型特點的高分異高鉀鈣堿性花崗巖，與大量存在于中亞造山帶上的高分異花崗巖[38，77，82]類似。

表4 新疆阿爾泰二疊紀代表性侵入巖年齡統(tǒng)計結果Tab.4 Statistical Results of Ages of the Representative Permian Intrusions in Altay of Xinjiang

圖(a)和(b)引自文獻[81];圖(c)～(e)引自文獻[78];FG為分異花崗巖;OGT為未分異花崗巖(I-S過渡型)圖8 花崗巖類型判別圖解Fig.8 Discrimination Diagrams of Granite Type

花崗巖的Nd模式年齡代表著源區(qū)物質(zhì)的平均地殼存留年齡。大喀拉蘇黑云母二長花崗巖樣品Nd的兩階段模式年齡集中分布于0.79～0.80 Ga，故推斷其源區(qū)可能為一套新元古代物質(zhì)。巖石的Nb/Ta值為12.5～20.1，平均為15.7，介于原始地幔和地殼的相應值(分別為17.8和11.0)[83-84]之間，偏向于原始地幔;Zr/Hf值為40.3～41.5，與原始地幔值(37)[83]更為接近;εNd(t)值為正(2.66～3.10)，反映了年輕地幔源對花崗巖的重要貢獻，表明巖石受地幔組分影響較大。然而，La/Nb值均大于1.0，不同于地幔來源的巖漿[85]，Nb虧損、Rb富集、負Eu異常等說明巖漿有地殼物質(zhì)貢獻。因此，大喀拉蘇黑云母二長花崗巖可能是幔源與殼源物質(zhì)混合產(chǎn)物。Ta相比Nb更難溶于流體，因此，巖漿體系中發(fā)生高度分異演化形成流體時，花崗巖中更富集Ta，使Nb/Ta值明顯降低[86-88]。Ballouard等總結出以Nb/Ta值為5劃分界線，可將過鋁質(zhì)花崗巖分為正常結晶分異成因和巖漿-熱液相互作用成因[89]。大喀拉蘇黑云母二長花崗巖Nb/Ta值遠大于5，暗示其與熱液作用關系不大。在巖漿演化過程中，一些含鈦氧化物(如金紅石、鈦鐵礦、榍石等)同時也是Nb、Ta的載體礦物，其分離結晶對Nb、Ta的分異有一定的影響[90]。Nb在這些含鈦氧化物/硅酸鹽熔體間的分配系數(shù)小于Ta，因此，殘余巖漿中的Nb/Ta值會隨著這些礦物的分離結晶而升高[91]；與之相反，殘余巖漿中的Nb/Ta值則會在巖漿分異晚期的低溫階段隨著黑云母分離結晶而降低[92]。大喀拉蘇黑云母二長花崗巖隨著分異程度增加，Nb和Ti含量降低，Nb/Ta值降低，暗示Nb、Ta的分異與含鈦氧化物的分離結晶相關性不大，黑云母分離結晶才是主要控制因素。所有樣品顯示了Ba、Ti、P、Sr、Nb虧損以及負Eu異常，暗示了斜長石作為熔融殘留相或結晶分離相的存在[93-94]，且花崗巖源區(qū)殘留有磷灰石[95]，而Ti虧損與含鈦氧化物(如鈦鐵礦)的分離結晶作用有關。

4.3 構造意義

二疊紀作為阿爾泰造山帶構造演化的關鍵階段，其構造背景研究至關重要，前人對此有非造山環(huán)境[11]、俯沖環(huán)境[30-31，96-97]和后造山伸展環(huán)境[7，33]等認識，后兩種認識支持者相對較多。其中主張阿爾泰造山帶二疊紀處于俯沖環(huán)境的觀點主要在于額爾齊斯構造帶發(fā)育一些麻粒巖和片麻巖，原巖為鈣堿性玄武巖和英安巖，地球化學顯示其具有島弧特征[96，98]。但是具有弧火山巖地球化學特征的火成巖并不局限于弧背景，其他構造環(huán)境下的大陸巖石圈地幔來源的巖漿同樣會殘留有早期俯沖事件的地球化學信息[69]。目前阿爾泰造山帶二疊紀處于后造山伸展環(huán)境得到了更多人的認可，大量的區(qū)域地質(zhì)證據(jù)表明阿爾泰造山帶在石炭紀已經(jīng)由早期俯沖構造環(huán)境變化為晚造山或后造山階段[15，33]。大喀拉蘇黑云母二長花崗巖侵位于阿勒泰鎮(zhèn)組中，在小比例尺區(qū)域地質(zhì)圖上呈近圓形分布，自身未發(fā)生變形變質(zhì)作用，暗示其形成于區(qū)域變質(zhì)變形期之后。與之類似，除額爾齊斯構造帶發(fā)育少數(shù)幾個變形巖體外，廣泛分布于阿爾泰—額爾齊斯構造帶的二疊紀侵入巖多呈不規(guī)則圓形、橢圓形，且切割區(qū)域構造線，與同造山線性、長條狀花崗巖形成鮮明對比[70]。額爾齊斯構造帶中的個別變形巖體則可能與構造帶在早二疊世的走滑變形有關[66]。與野外地質(zhì)特征一致，大喀拉蘇黑云母二長花崗巖具有較高的Rb、Nb、Y含量，不同于弧花崗巖，也不同于洋脊花崗巖，在Pearce構造判別圖解(圖9)中均落在后碰撞花崗巖區(qū)間，表明其屬于后碰撞花崗巖。后碰撞花崗巖巖石類型具有多樣性，可以為中—高鉀鈣堿性I型花崗巖、S型花崗巖、堿性A型花崗巖、鉀玄巖系列巖石等[99]。造山帶中發(fā)育的堿性A型花崗巖或與鈣堿性花崗巖類具有相同的時代，或者與同期的鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖石構成雙峰式巖石組合[99]。阿爾泰—額爾齊斯構造帶二疊紀花崗巖成因類型多樣，以I-A過渡型、A型花崗巖為主，巖體內(nèi)部常發(fā)育基性巖包體，區(qū)域上伴生同期的基性巖(脈)(表4)，顯示了一種“雙峰式”巖漿組合，暗示了大規(guī)模的幔源巖漿底侵伸展環(huán)境[15]。因此，野外地質(zhì)特征、巖石成因類型、巖石組合和地球化學特征等均表明大喀拉蘇黑云母二長花崗巖和區(qū)域上的二疊紀侵入巖形成于后造山伸展環(huán)境。新疆阿爾泰二疊紀侵入巖εNd(t)值為較大的正值，基性巖(脈)的廣泛發(fā)育均表明大量地幔物質(zhì)提供了物源和可能的熱源。因此，在二疊紀伸展構造背景下，地幔物質(zhì)減壓熔融形成玄武質(zhì)巖漿并上涌，底侵于地殼，使其部分熔融形成花崗質(zhì)巖漿，兩種巖漿經(jīng)過不同比例混合，在上升過程中經(jīng)過黑云母、斜長石、磷灰石、鈦鐵礦等礦物的分離結晶作用，形成大喀拉蘇黑云母二長花崗巖和新疆阿爾泰其他二疊紀侵入巖。

圖件引自文獻[100]圖9 構造判別圖解Fig.9 Tectonic Discrimination Diagram

5 結 語

(1)新疆阿爾泰南緣大喀拉蘇似斑狀黑云母二長花崗巖的LA-Q-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(261.4±2.1)Ma，形成于中二疊世。

(2)黑云母二長花崗巖具有高Si(SiO2含量大于69.03%)、富Al(Al2O3含量大于14%)、相對富K(Na2O/K2O值小于0.9)的特點，A/CNK值稍大于1，顯示高鉀鈣堿性，屬于高鉀鈣堿性弱過鋁質(zhì)花崗巖。

(3)巖石Ba、Sr、P、Ti虧損，富集Rb、Th、Pb、Nd、Sm和輕稀土元素，顯示負Eu異常，εNd(t)值大于2.7，暗示巖石受地幔組分影響較大。結合區(qū)域資料，認為其形成于二疊紀后造山伸展環(huán)境。

野外期間得到新疆維吾爾自治區(qū)有色地質(zhì)勘查局七〇一隊和七〇六隊的大力支持，Sm-Nd同位素前處理和分析得到了北京大學朱文萍老師和黃寶玲老師的指導和幫助，在此一并表示感謝!