靳 松,張兆祎,陳志彬,楊紅賓,楊進(jìn)京,康貴軍
1)河北省地質(zhì)調(diào)查院,河北石家莊 050081;
2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院,地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074
新疆吉木乃縣恰其海A型花崗巖的地球化學(xué)特征、年代學(xué)及構(gòu)造意義*
靳 松1,2),張兆祎1),陳志彬1),楊紅賓1),楊進(jìn)京1),康貴軍1)
1)河北省地質(zhì)調(diào)查院,河北石家莊 050081;
2)中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地球科學(xué)學(xué)院,地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074
新疆西準(zhǔn)噶爾北部發(fā)育大量堿性花崗巖,其形成時(shí)代為早二疊世,巖石類型為鉀長(zhǎng)花崗巖和石英鉀長(zhǎng)正長(zhǎng)巖。恰其海巖體的形成年齡為280 Ma,SiO2為66.83%~68.44%,高鋁(14.46%~15.41%);富含堿質(zhì),里特曼指數(shù)(δ)均大于3.3,介于4.47~4.61之間;富鉀貧鈉,K2O/Na2O為1.10~1.25;鐵高而鎂低,FeOt/MgO為4.06~7.85。其稀土配分模式右傾,輕重稀土分餾明顯,具有中等-強(qiáng)烈銪負(fù)異常。地球化學(xué)特征表明:巖石形成于造山晚期伸展體制的構(gòu)造環(huán)境中,應(yīng)為后碰撞演化的晚期階段,早于東準(zhǔn)噶爾后碰撞的時(shí)間(二疊紀(jì)末)。構(gòu)造圖解判別巖體為A2型花崗巖,可能受到與俯沖有關(guān)的流體交代的影響,為探索區(qū)域晚古生代地殼演化提供了約束。
西準(zhǔn)噶爾;A型花崗巖;堿性花崗巖;二疊紀(jì);后碰撞
新疆北部廣泛發(fā)育晚古生代酸性侵入巖,對(duì)這些侵入巖的地球化學(xué)特征及年代學(xué)研究對(duì)于新疆北部古生代的構(gòu)造演化有著重要作用(周濤發(fā)等,2006a;袁峰等,2006;譚綠貴,2008)。研究發(fā)現(xiàn),后碰撞巖漿活動(dòng)是新疆北部陸殼增長(zhǎng)和成礦的重要原因,有關(guān)后碰撞巖漿活動(dòng)時(shí)限,前人認(rèn)為主體時(shí)限為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)(王京彬等,2006)。但是,新疆北部地區(qū)后碰撞階段時(shí)限的厘定還需要更廣泛的年代學(xué)證據(jù),有關(guān)侵入巖的巖石成因和構(gòu)造屬性還需要進(jìn)一步研究。本文擬從西準(zhǔn)噶爾薩吾爾地區(qū)恰其海巖體的地球化學(xué)特征、年代學(xué)入手,探討本區(qū)地球動(dòng)力學(xué)背景,為巖石成因、構(gòu)造演化和成礦提供依據(jù)。
研究區(qū)位于西準(zhǔn)噶爾北部,新疆吉木乃縣恰其海鄉(xiāng)南東,大地構(gòu)造劃分上屬于不成熟的加里東期新生陸殼之上發(fā)展起來的晚古生代島弧帶(何國(guó)琦等,1995)。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育,依據(jù)變形特征、空間組合關(guān)系及相互切割順序等可歸納為近東西向高角度仰沖斷裂系和走滑剪切斷裂系,主要斷裂為薩吾爾斷裂系。在本研究區(qū)主要表現(xiàn)為北西西向和北東東向兩組壓扭性斷裂系(如圖1)。
區(qū)內(nèi)出露的地層主要為石炭系巴塔瑪依內(nèi)山組組和二疊系哈爾加烏組。巴塔瑪依內(nèi)山組主要巖性為巖屑凝灰?guī)r和中酸性火山熔巖,夾少量砂巖、粉砂巖、沉凝灰?guī)r。哈爾加烏組巖性為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)礫巖以及酸性火山巖。
侵入巖主要分布在薩吾爾大斷裂以北,區(qū)內(nèi)侵入巖由早到晚分別為:森塔斯巖體、沃肯薩拉巖體→塔斯特巖體→喀爾交巖體→闊依塔斯巖體、恰其海巖體(周濤發(fā)等,2006b)。恰其海巖體以巖枝、巖脈狀產(chǎn)出,出露面積約 35km2。巖體南西側(cè)侵入到二疊系卡拉崗組二段地層中,并在巖體的外接觸帶形成寬50~100 m的角巖帶,內(nèi)接觸帶花崗巖顆粒變細(xì),有程度不同的混合巖化作用。巖體南東側(cè)侵入到石炭紀(jì)吉木乃組二段地層中。巖體北側(cè)為新生界覆蓋。
圖1 新疆薩吾爾地區(qū)地質(zhì)略圖Fig.1 Sketch geological map of Sawuer area,Xinjiang
恰其海巖體可分解為2種巖石類型的侵入體,即細(xì)中粒石英鉀長(zhǎng)正長(zhǎng)巖及中粒鉀長(zhǎng)花崗巖。巖體內(nèi)各巖性單元時(shí)空關(guān)系密切,細(xì)中粒石英鉀長(zhǎng)正長(zhǎng)巖與中粒鉀長(zhǎng)花崗巖間為涌動(dòng)接觸關(guān)系,其邊緣與圍巖交代同化混染作用較強(qiáng)烈,往往出現(xiàn)細(xì)粒石英正長(zhǎng)巖等。
細(xì)中粒石英鉀長(zhǎng)正長(zhǎng)巖:肉紅色,細(xì)中粒粒狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由鉀長(zhǎng)石、石英組成。鉀長(zhǎng)石,它形粒狀,粒徑0.8~5.0mm,具條紋結(jié)構(gòu),為條紋長(zhǎng)石,含量88%;斜長(zhǎng)石,半自形板狀,粒徑0.5~2.0mm,聚片雙晶發(fā)育,含量2%;石英它形粒狀,粒徑 0.4~2.4mm,波狀消光,含量 10%;黑云母半自形片狀,片徑 0.3~0.6mm,多色性顯著,含量少;副礦物有磁鐵礦、磷灰石、榍石。
中粒鉀長(zhǎng)花崗巖:肉紅色,中?;◢徑Y(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由鉀長(zhǎng)石、石英組成。鉀長(zhǎng)石,半自形粒狀,粒徑 0.8~5.2mm,具條紋結(jié)構(gòu),為條紋長(zhǎng)石,含量78%;石英它形粒狀,粒徑0.5~1.4mm,波狀消光,分布不均勻,含量 20%;斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,粒徑0.4~0.8mm,聚片雙晶發(fā)育,含量2%;黑云母半自形片狀,片徑0.3~0.8mm,少量;副礦物有磁鐵礦、磷灰石、榍石。
全巖主量元素在新疆地礦局第一區(qū)地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室完成,采用可見分光光度計(jì)和原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定,分析精度優(yōu)于5%。微量元素在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所采用等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定,分析精度優(yōu)于5%。
鋯石 U-Pb定年在國(guó)土資源部天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所利用LA-ICP-MS完成。所用等離子體質(zhì)譜儀為Thermo Fisher公司制造的Neptune,采用193nm激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕,斑束直徑為35 μm,采用 He作為剝蝕物質(zhì)的載氣,鋯石TEMORA作為年齡外標(biāo),元素含量用NIST612作為外標(biāo)標(biāo)定。鋯石測(cè)定點(diǎn)的Pb同位素比值、U-Pb表面年齡和U-Th-Pb含量采用ICPMSDataCal程序和 Isoplot程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采用208Pb校正法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正(李懷坤等,2009)。
如表1所示,恰其海巖體的w(SiO2)為66.83%~68.44%。w(Al2O3)值為14.46%~15.41%;全堿值w(K2O+Na2O)為10.41%~10.80%,里特曼指數(shù)(δ)均大于 3.3,介于 4.47~4.61之間;富鉀貧鈉,K2O/Na2O為1.10~1.25;鐵高而鎂低,FeOt/ MgO為4.06~7.85,與 A 型花崗巖普遍具有富鐵貧鎂的特征相一致(Anderson et al.,2003;Kebede et al.,2003;Whalen et al.,1987);鋁飽和指數(shù)(A/CKN)變化在0.83~0.98(<1.1)之間;在侵入巖 TAS圖解上(圖2),投影點(diǎn)落在堿性花崗巖區(qū);在 A/CKN-A/KN圖上(圖3),樣品全部落在準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)。因此樣品具有堿性和準(zhǔn)鋁質(zhì)的巖石化學(xué)特征。在K2O-SiO2判別圖解(圖4)上,所有樣品均富鉀,巖石樣品落在含鉀較高的鉀玄巖系列,這與其形成的地質(zhì)背景相一致。
圖2 侵入巖TAS圖解Fig.2 TAS diagram
圖3 A/NK-A/NCK圖解Fig.3 A/NK-A/NCK diagram
表1 恰其海巖體主量元素、微量元素分析結(jié)果Table 1 Major and trace element compositions of Qiaqihai batholith
圖4 SiO2-K2O圖解Fig.4 SiO2-K2O diagram
恰其海巖體稀土元素配分型式表現(xiàn)為右陡傾斜式(圖5),輕稀土明顯富集,稀土元素總量較高,∑REE 變化范圍是 233.36~299.04 μg/g,平均達(dá)262.01 μg/g,w(LREE)為205.43~ 263.54 μg/g,w(HREE)為25.30~35.50 μg/g,w(LREE)/w(HREE)=6.98~8.22,(La/Yb)N比值變化在6.43~8.58之間(平均為7.10)表明輕重稀土之間分異明顯。δEu為0.54~0.77(平均0.64),具有中等-強(qiáng)烈銪負(fù)異常。輕稀土分餾程度(La/Sm)N為2.94~3.75,重稀土分餾程度(Gd/Yb)N為1.31~1.48,輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度。在蛛網(wǎng)圖上盡管個(gè)別高場(chǎng)強(qiáng)元素顯示略虧損的特征,但相對(duì)于I和S型花崗巖,仍具有較高的豐度,特別是富含稀土元素,因此樣品具有明顯的A型花崗巖的特征。
恰其海巖體微量元素蛛網(wǎng)圖特征總體表現(xiàn)為“先隆后凹”式、或“三隆三凹”式(圖6),富集大離子親石元素 Rb、(Th+U)、Ba、K、Pb、(Zr+Hf+Sm)和重稀土元素(Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Y+Yb+Lu);而虧損(Nb+Ta)、(Sr+P)和 Ti(沙淑清等;2007)。Nb和 Ta的相對(duì)虧損指示其巖漿可能來源于地殼重熔,也可能經(jīng)歷了富 Nb、Ta礦物的結(jié)晶分異作用。Sr負(fù)異常指示巖體在形成過程中,巖漿發(fā)生了斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用,或巖漿源區(qū)殘留有斜長(zhǎng)石。P,Ti偏低可能與磷灰石、鈦鐵氧化物的結(jié)晶分異有關(guān)。巖石樣品的Rb/Sr和Rb/Ba分別為0.601~0.923和0.089~0.162,略高于原始地幔的相應(yīng)比值(原始地幔Rb/Sr和Rb/Ba分別為0.029和0.088),說明巖漿經(jīng)歷了較高程度的分異演化(李洪英等,2009)。
圖5 稀土元素配分型式Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns
圖6 微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Primitive mantle-normalized trace element patterns
研究表明,不同成因鋯石具有不同的Th、U含量和Th/U比值:巖漿鋯石的Th、U含量較高,Th/U比值較大(一般>0.4);變質(zhì)鋯石的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對(duì)P6TW1樣品進(jìn)行了分析,共測(cè)定18個(gè)點(diǎn),分析結(jié)果如表2所示,其 Th含量為14~113 μg/g,U含量為14~104 μg/g,Th/U比值變化范圍為0.72~1.15(大于0.4),表明鋯石均為巖漿成因,U-Pb表面年齡諧和性好,所有鋯石均落在諧和線上,數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布(圖7),206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為280.1±3.2 Ma(MSWD=2.8),代表了巖體的結(jié)晶年齡,為早二疊世。
圖7 恰其海巖體鋯石U-Pb一致曲線圖Fig.7 U-Pb concordia diagram of zircons from Qiaqihai batholith
世界上所發(fā)現(xiàn)的正長(zhǎng)巖多與 A型花崗巖伴生,二者在成因及地球化學(xué)特征上有很大聯(lián)系,因此學(xué)者常把正長(zhǎng)巖歸入A型花崗巖中(Eby,1992;洪大衛(wèi)等,1995;劉昌實(shí)等,2003)。A型花崗巖套常分為A1亞型和A2亞型,其中A1亞型主要與上地幔熱柱、裂谷作用有關(guān),源區(qū)物質(zhì)可能是虧損地幔和富集地幔的混合物;A2亞型其Y/Nb和Y/Ta比值則可由類似平均地殼變化至類似島弧玄武巖,巖漿起源于地殼或由島弧巖漿作用派生,產(chǎn)于地殼伸展或陸內(nèi)剪切作用,后碰撞或后造山的張性構(gòu)造環(huán)境(周宇章等,2006;胡建等,2010)。
恰其海巖體的堿性花崗巖屬富鉀堿性巖系,具有 A型花崗巖的特征,其鉀的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,落入鉀玄巖系列,所以它的源區(qū)應(yīng)高鉀,但地殼中的巖石很難熔出高鉀巖石(Robert et al.,1992)。堿性巖的高鉀有兩種原因,一種是和軟流圈地幔的小比例部分熔融產(chǎn)生的熔體的交代作用有關(guān)(Angelo,1992),另一種是和俯沖區(qū)的堿性、富集元素的流體交代作用有關(guān)。A型花崗巖類或A型花崗巖套的結(jié)晶分異作用對(duì)高場(chǎng)強(qiáng)元素 Y/Nb比值的影響很小,該比值常作為識(shí)別源區(qū)的標(biāo)志,在圖8顯示,堿長(zhǎng)花崗巖落入靠近IAB區(qū),而遠(yuǎn)離OIB區(qū),暗示它和軟流圈地幔沒有成因聯(lián)系,而與俯沖作用有關(guān)(Eby,1990;白云山等,2006)。巖石富鋁(Al2O3多大于14%),其原始巖漿應(yīng)富鋁,因?yàn)殛憵の镔|(zhì)為玄武巖漿富鋁創(chuàng)造了最有利的條件,Beard認(rèn)為這是巖漿起源于活動(dòng)大陸邊緣(或島弧環(huán)境)的一個(gè)標(biāo)志。
對(duì)于 A型花崗巖的成因,大多學(xué)者認(rèn)為起源于下地殼物質(zhì)的部分熔融,巖體可能受到與俯沖有關(guān)的流體交代的影響,生成相對(duì)高堿性高鋁的巖漿,早期生成了正長(zhǎng)巖,晚期受流體交代作用減弱,或斜長(zhǎng)石等礦物的分離結(jié)晶,進(jìn)而形成了堿性花崗巖。
圖8 Ce/Nb-Y/Nb圖解Fig.8 Ce/Nb-Y/Nb diagram
韓寶福等(1999)認(rèn)為新疆北部地區(qū)后碰撞巖漿活動(dòng)的時(shí)限為330~250 Ma。周濤發(fā)等(2006)認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾薩吾爾地區(qū)晚古生代侵入巖年齡在 328.2~290.7 Ma,時(shí)代上屬于晚石炭世至早二疊世,侵入巖由早到晚(森塔斯巖體、沃肯薩拉巖體→塔斯特巖體→喀爾交巖體→闊依塔斯巖體、恰其海巖體)具有明顯的地球化學(xué)演化特征,同時(shí),區(qū)內(nèi)哈爾加烏組、卡拉崗組火山巖年齡在 296.7~280 Ma之間,為早二疊世火山活動(dòng)產(chǎn)物。由此表明,這些花崗巖類是后碰撞巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。后碰撞階段通常伴隨大規(guī)模的花崗質(zhì)巖漿作用和剪切活動(dòng),以大規(guī)模的(鈣堿性-偏堿性)花崗質(zhì)巖漿活動(dòng)和剪切活動(dòng)結(jié)束(韓寶福等,1999)。
我們?cè)诳ɡ瓖徑M含礫粗砂巖及灰色粉砂巖中發(fā)現(xiàn)了大量的早二疊Paracalamites stenocostatusGu et Zhi (細(xì)肋副蘆木)植物化石。恰其海巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為280.1±3.2 Ma,為早二疊紀(jì),巖石具有偏堿性特點(diǎn),形成于造山晚期伸展體制的構(gòu)造環(huán)境中,應(yīng)為后碰撞演化的晚期階段,略晚于前人認(rèn)為的290.7±9.3 Ma(周濤發(fā)等,2006b),顯然早于東準(zhǔn)噶爾后碰撞的時(shí)間(二疊紀(jì)末)。因哈薩克斯坦板塊與西伯利亞板塊已連為一體,隨兩大板塊邊部擠壓應(yīng)力的消失,由擠壓變?yōu)閺埿?區(qū)內(nèi)處于拉張機(jī)制下,卡拉崗組火山巖顯示出“雙峰式”的特征,隨后該區(qū)進(jìn)入板內(nèi)演化階段。
圖9 Zr+Nb+Ce+Y-(Na2O+K2O)/CaO圖解Fig.9 Zr+Nb+Ce+Y-(Na2O+K2O)/CaO diagram
在Zr+Nb+Ce+Y-(Na2O+K2O)/CaO圖解上(圖9),數(shù)據(jù)落入A型花崗巖區(qū),在劃分A型花崗巖亞類的Nb-Y-Ce等判別圖上(圖 10),數(shù)據(jù)均落入A2花崗巖區(qū),在 Rb-Y+Nb環(huán)境判別圖(圖 11)上,顯示出后造山期花崗巖特征。A2(即PA)型花崗巖漿起源于經(jīng)歷了陸陸碰撞或島弧巖漿作用的陸殼或下地殼,標(biāo)志著造山作用不久后的拉張,是造山作用結(jié)束的標(biāo)志。結(jié)合同位素年齡(LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為早二疊世),表明在早二疊世薩吾爾地區(qū)處于拉張的構(gòu)造背景,應(yīng)力環(huán)境由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)閺埿?是后碰撞階段的伸展期。
本文樣品普遍富集輕稀土(LREE)和Cs,Rb,Th,U等大離子親石元素(LILE),虧損Sr,P,Ti,Nb和Ta等元素,指示這些巖石的巖漿源區(qū)具有顯著的弧巖漿活動(dòng)特點(diǎn),其形成機(jī)制很可能與陸塊俯沖-地殼增生事件有關(guān)。Chen et al.(2005)認(rèn)為,后碰撞巖漿活動(dòng)是中亞造山帶(包括西準(zhǔn)格爾)陸殼增生的主要原因。因此,薩吾爾地區(qū) A型花崗巖的研究對(duì)于探索區(qū)域晚古生代地殼演化有重要意義。
圖10 A1-A2型花崗巖判別圖Fig.10 Triangular plot of A1 and A2 granitoids
圖11 Rb-Y+Nb圖解Fig.11 Rb-Y+Nb discriminant diagram
(1)恰其海巖體具有堿性和準(zhǔn)鋁質(zhì)的巖石化學(xué)特征。
(2)恰其海巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為280.1±3.2 Ma,為早二疊紀(jì)初,形成于造山晚期伸展體制的構(gòu)造環(huán)境中,應(yīng)為后碰撞演化的晚期階段,早于東準(zhǔn)噶爾后碰撞的時(shí)間(二疊紀(jì)末)。
(3)恰其海巖體可能為與俯沖有關(guān)的流體交代的產(chǎn)物,巖漿源區(qū)具有顯著的弧巖漿活動(dòng)特點(diǎn),其形成機(jī)制很可能與陸塊俯沖-地殼增生事件有關(guān)。
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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
本文由新疆國(guó)土資源廳地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào):XJQDZ2008-01,XJQDZ2008-03)聯(lián)合資助
2010-05-05;改回日期:2010-08-25。責(zé)任編輯:魏樂軍。
靳松,男,1982年生。博士研究生,助理工程師。主要從事巖石地球化學(xué)和區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究。通訊地址:050081,河北省石家莊市橋西區(qū)工農(nóng)路515號(hào)。電話:0311-85921637。E-mail:js521@163.com。
致謝:本文的研究得到了新疆國(guó)土資源廳地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目管理辦公室、河北省地質(zhì)調(diào)查院和河北省地球物理勘查院的支持,成文過程中得到了中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)鐘增球教授,吳元保教授和河北地質(zhì)調(diào)查院夏國(guó)禮教授級(jí)高工的指導(dǎo),參加野外工作的還有河北省地質(zhì)調(diào)查院孫志國(guó),許肖斌,馬燕冰,李峰,李曉峰,陶光活等同志,在此一并致謝。