張治中，張博文，馮京，陳川，高丹

摘? 要：東準噶爾是中亞造山帶在新疆北部區(qū)域的重要組成單元，是晚古生代巖漿劇烈活動的區(qū)域，以發(fā)育卡拉麥里巨量富堿花崗巖帶為主要特征，也是中亞造山帶發(fā)育年輕地殼的典型地區(qū)。通過分析該地區(qū)巨量深成巖漿巖來重塑巖石圈拆沉作用及新生地殼生長機制成為新的研究熱點。近年來，眾多學者對卡拉麥里巖帶內(nèi)的6個主要巖體的巖相學、巖石地球化學、年代學及Nd-Hf同位素進行大量研究，認為該地區(qū)深成巖漿活動主要集中于330～280 Ma之間，形成于后碰撞伸展環(huán)境。由新生下地殼部分熔融演化，派生的大規(guī)模A2型花崗巖是研究該地區(qū)巖石圈拆沉作用最重要的巖石探針。結(jié)合前人研究成果綜合得出，該巖帶6個巖體的花崗巖自西北向東南，存在巖漿結(jié)晶年齡逐漸年輕，就位深度變大，巖漿分異程度降低，且?guī)r漿條件由還原-中等還原性向氧化性過渡的空間差異性，這種差異暗示該地區(qū)晚古生代巖石圈減薄可能是由西北向東南誘發(fā)的“階段式”拆沉機制造引起。

關鍵詞：東準噶爾;卡拉麥里花崗巖帶;A型花崗巖;“階段式”拆沉作用

拆沉作用是重要的地球動力學過程，是指巖石圈地幔因軟流圈侵入而與上覆地殼剝離的過程，其直接主導下地殼及巖石圈地幔向軟流圈陷落[1]，并引起軟流圈地幔物質(zhì)上涌，與下地殼、巖石圈地幔發(fā)生物質(zhì)交換，誘發(fā)一系列拆沉效應：如巖漿活動、地殼抬升、構(gòu)造松弛及造山帶垮塌等[2-6]。由于人們對拆沉作用過程難以直接觀察，而相應的大規(guī)模巖漿作用產(chǎn)物及巖石圈地球物理約束卻是記錄拆沉作用的最佳證據(jù)[1-3，6，7]，其中后碰撞伸展環(huán)境下形成的巨量花崗巖帶是拆沉作用引發(fā)巖漿活動的直接產(chǎn)物，故廣泛發(fā)育的A型花崗巖是研究造山帶拆沉作用及新生地殼生長最重要的巖石探針[8]。

新疆東準噶爾地區(qū)卡拉麥里花崗巖帶是一個NW向巨大巖基，由晚古生代330～280 Ma的后碰撞環(huán)境巖漿事件引發(fā)[9]，被認為是準噶爾陸塊東緣晚古生代陸殼生長的重要證據(jù)[10-24]。拆沉作用與新生地殼生長息息相關，東準噶爾晚古生代卡拉麥里花崗巖帶顯示該區(qū)域存在強烈的拆沉作用，且該巖帶中A型花崗巖自西向東具多樣性，在巖相學、巖石地球化學、形成時限等方面存在一定差異性，暗示該地區(qū)受特殊的巖石圈拆沉機制約束。因此，本文對該巖帶A型花崗巖進行系統(tǒng)對比研究，以期厘定準噶爾板塊東緣晚古生代巖石圈減薄的拆沉機制，同時深化對中亞造山帶巖石圈拆沉作用認識，為新生地殼生長時限、形成機制等一系列科學問題提供依據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

東準噶爾造山帶位于準噶爾盆地東北緣，是中亞造山帶西南部極為重要的構(gòu)造單元，毗鄰阿爾泰及天山造山帶。該區(qū)域自北向南分為3個主要構(gòu)造單元：①額爾齊斯斷裂帶。該帶北側(cè)是阿勒泰造山帶，南側(cè)為東準噶爾構(gòu)造帶;②扎河壩-阿爾曼蛇綠巖帶。該帶就位于烏倫古斷裂南側(cè)，為形成于晚寒武—早奧陶紀的古洋盆洋殼殘片[25-26];③卡拉麥里構(gòu)造帶。該帶位于東準噶爾最南側(cè)區(qū)域，以卡拉麥里斷裂帶為界與準噶爾盆地分割，主要由北部的晚古生代卡拉麥里花崗巖帶及南部的晚志留—早泥盆世卡拉麥里蛇綠巖帶組成 （圖1）[27-28]。

卡拉麥里構(gòu)造帶內(nèi)主要出露兩套地層，一套是被認為代表活動大陸邊緣弧環(huán)境的中泥盆統(tǒng)北塔山組，主要巖性為玄武安山巖、流紋質(zhì)火山角礫巖及凝灰質(zhì)砂巖[29];另一套地層是具板內(nèi)火山巖性質(zhì)的下石炭統(tǒng)松喀爾蘇組，主要巖性為中基性火山巖夾中酸性火山凝灰?guī)r[30]。另外，該區(qū)域內(nèi)新發(fā)現(xiàn)出露少量粗粒碎屑巖地層，被定義為上泥盆統(tǒng)克安庫都克組磨拉石建造[30]。

早石炭世開始，準噶爾洋開始閉合，西伯利亞板塊與哈薩克-準噶爾板塊發(fā)生陸陸碰撞[31]。隨后，在晚石炭—早二疊世期間，東準噶爾地區(qū)發(fā)生廣泛強烈的構(gòu)造-巖漿事件，后碰撞巖漿活動主要集中于330～310 Ma及305～280 Ma兩個峰期[9]。卡拉麥里構(gòu)造帶形成一系列規(guī)模各異的花崗巖巖體，最終組成一條NW向延伸長約130 km的花崗巖帶，總體面積可達1 068 km2，構(gòu)成區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的富堿花崗巖巖基[9，32-33]。該巨大花崗巖帶自西向東依次由327 Ma的卡姆斯特巖體、314～309 Ma老鴉泉巖體（未發(fā)表）、306～283 Ma 的貝勒庫都克巖體、313～306 Ma的薩北巖體、巴勒巴朵依巖體、305～300 Ma的黃羊山巖體及304 Ma的蘇吉泉巖體等多個大小不一的巖體組成[13，14，16， 19， 24， 27，34-36]。

2? 巖石地球化學特征

本文收集前人對帶內(nèi)6個主要出露巖體（自西向東依次為卡姆斯特、老鴉泉、貝勒庫都克、薩北、黃羊山、蘇吉泉）的巖石地球化學數(shù)據(jù)，并與該巖帶北側(cè)烏倫古斷裂帶南側(cè)的烏圖布拉克巖體進行對比（表1）。主量元素結(jié)果顯示，該巖帶花崗質(zhì)巖石SiO2含量總體為71.38%～79.83%，全堿Na2O+K2O為6.61%～10.37%，Al2O3為7.68%～12.98%，F(xiàn)e2O3介于0.04%～2.61%，總體呈現(xiàn)高硅、堿性-過堿性、準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)、貧鈣鎂特征，明顯區(qū)別于該巖帶北部烏圖布拉克巖體（360 Ma）SiO2（62.09%～74.82%），全堿Na2O+K2O（6.81%～9.52%），Al2O3（12.68%～16.6%）及TFeO（1.6%～5.06%）的地球化學特征[37]。由TAS圖解可知，該巖帶花崗質(zhì)巖石幾乎均集中投點于花崗巖區(qū)域（圖2-b）。從AR- SO2圖解可知，巖帶樣品數(shù)據(jù)分散投點于堿性-過堿性的寬泛區(qū)域，東部黃羊山巖體顯示強烈過堿性，區(qū)別于其他巖體集中分布于堿性區(qū)域。由圖2-c可見，卡拉麥里巖帶內(nèi)花崗巖均集中投點于明顯鐵質(zhì)花崗巖系列內(nèi)，不同于烏倫古斷裂南側(cè)的烏圖布拉克巖體鎂質(zhì)花崗巖系列。從A/NK-A/CNK圖解可看出（圖2-a），該巖帶樣品投點于過堿質(zhì)-弱過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)，東部黃羊山、蘇吉泉巖體多為過堿質(zhì)系列，有別于西部弱過鋁質(zhì)的卡姆斯特及老鴉泉巖體。

由微量元素數(shù)據(jù)可知（表1），卡拉麥里巖帶花崗巖樣品整體強烈虧損Sr，Ba，Eu，Sc元素，富集Hf，Rb，Y，Zr元素，明顯區(qū)別于鄰區(qū)烏圖布拉克巖體（圖3-a，b），其中Ba含量為2.53×10-6～609.0×10-6（均值1.56×10-6），Sr含量為2.60×10-6～342.0×10-6（均值26.60×10-6），Rb含量為26.9×10-6～735.0×10-6（均值343.64×10-6），Zr含量為80.4×10-6～947.0×10-6（均值194.83×10-6），10000Ga/Al比值為1.71～6.42（4.12>2.6），Y/Nb比值為1.34～10.42（5.87）K/Rb比值為50.83～351.89（均值147.35）。該巖帶內(nèi)的花崗巖樣品∑REE為86.92×10-6～343.51×10-6（均值169.90×10-6），LREE/HREE值為1.23～10.32（均值3.37），LaN/YbN=0.05～1.0（均值0.25），δEu值為0.02～1.65（均值0.11），由稀土元素分布圖可知（圖3-c），曲線均呈微弱左傾，強烈負銪異常的深“V”型（兩組蘇吉泉數(shù)據(jù)除外），與烏圖布拉克巖體平坦且略微正銪異常的分布曲線區(qū)別明顯?？傮w來說，該巖帶6個巖體花崗巖樣品的微量、稀土元素分布曲線趨勢基本一致，顯示其地球化學性質(zhì)相近，指示可能產(chǎn)于同一巖漿源區(qū)。

3? 討論

3.1? 巖石成因

基于卡拉麥里巖帶花崗巖體野外分布及各巖體花崗巖侵位的接觸關系，結(jié)合地球化學親緣性及Nd-Hf同位素特征及前人年代學研究結(jié)果（圖2，3，表1），本文認為該巖帶花崗質(zhì)巖石為330～280 Ma期間同一個構(gòu)造-巖漿事件的產(chǎn)物，可整合進行成因及構(gòu)造背景討論，并進行下一步對比分析。

眾多國外學者認為，高硅、高FeOt/MgO值，富F，Ga，HFSE（Zr，Hf，Nb，Ta，Y，REE）元素，且明顯虧損CaO，Cr，Ni及Sr元素，是厘定A型花崗巖的重要地球化學證據(jù)[42-44]。可看出，卡拉麥里巖帶內(nèi)花崗巖高硅（71.378%～79.830%），高10000Ga/Al比值（4.12>2.6）[46]，富Zr（80.4×10-6～947.0×10-6），Hf（3.51×10-6～22.3×10-6），REE（86.92×10-6～343.51×10-6）及貧CaO，MgO，Sr元素（均值26.60×10-6）特征與A型花崗巖十分相近。另據(jù)Na2O+K2O-10000*Ga/Al圖解可知（圖4）[45，46]，卡拉麥里巖帶6個巖體樣品均投點于A型花崗巖區(qū)域內(nèi)，成因?qū)傩陨吓c被認為是I-S過渡型花崗巖的烏圖布拉克巖體具明顯區(qū)別 [47]。

另外，以下證據(jù)可進一步識別卡拉麥里巖帶內(nèi)花崗質(zhì)巖石主體為A型花崗巖系列：①A型花崗巖主要為鐵質(zhì)高硅系列[40]。有較高FeOt含量及FeOt/（FeOt+MgO）比值[46]，區(qū)別于I型花崗巖或高分異I型花崗巖的FeOt<1.0%。卡拉麥里巖帶花崗巖的FeOt均>1.0%（除貝勒庫都克巖體），且FeOt/（FeOt+MgO）=0.92（均值），顯示 A型花崗巖親緣性;②強烈虧損Sr通常是A型花崗巖區(qū)別于I型、高分異I型花崗巖識別標志[48]?？ɡ溊飵r帶花崗巖Sr元素含量為2.60×10-6～342.00×10-6（26.60×10-6），明顯低于典型I型花崗巖[49];③卡拉麥里巖帶花崗巖（除蘇吉泉1組數(shù)據(jù)）極度虧損Eu，顯示強烈負銪異常（δEu均值0.11），也被認為是約束于A型花崗巖系列最重要的地球化學指示[42，43，50，51];④該巖帶花崗巖鋯石Ti飽和溫度為775°C ～1013°C（均值845°C），明顯高于高分異I型花崗巖的平均值764°C[52]，且其部分熔融形成于巖漿源區(qū)的初始溫度也高于845°C[42，53]?？傮w上，卡拉麥里巖帶內(nèi)花崗巖多數(shù)顯示A型花崗巖屬性，雖部分巖體（老鴉泉、蘇吉泉、黃羊山巖體）顯示局部高分異I型花崗巖地球化學特征，但整體約束于A型花崗巖系列內(nèi)，明顯區(qū)別于該帶北側(cè)360 Ma的I-S過渡型烏圖布拉克巖體。

3.2? 構(gòu)造背景

從Ce/Nb-Y/Nb及Yb/Ta-Y/Nb辨別圖解可看出（圖5-a，b），卡拉麥里巖帶6個巖體的樣品絕大多數(shù)投點于島弧玄武巖（IAB）及A2區(qū)域，顯示該巖帶A型花崗巖可劃分為A2型花崗巖亞類，巖漿源區(qū)可能形成于俯沖作用或陸-陸碰撞背景，區(qū)別于烏圖布拉克巖體投點的洋島玄武巖（OIB）區(qū)域。同時，卡拉麥里巖帶花崗巖具高Y/Nb比值（1.34～10.42），均值5.8>1.2[24]，與A2型花崗巖特征一致[46，54]，暗示這些花崗巖形成于后碰撞構(gòu)造背景的伸展環(huán)境。另外，SiO2-Al2O3及Rb/30-Hf-3×Ta構(gòu)造辨析圖解直接指示該巖帶西部花崗巖主體形成于后碰撞環(huán)境（圖5-c，d），而東部花崗巖則多數(shù)投點于“非造山”拉張環(huán)境或火山弧環(huán)境，指示意義較模糊。

目前東準噶爾區(qū)域地質(zhì)證據(jù)表明，中泥盆世開始東準噶爾地區(qū)發(fā)生強烈的造山運動[26，28，55]，隨后從晚石炭世起，一直持續(xù)到早二疊世，該地區(qū)南部沿卡拉麥里深大斷裂出現(xiàn)強烈的巖漿活動。結(jié)合該帶內(nèi)花崗巖εNd（t）正值（+1～+8）及εHf（t）極高正值的Nd-Hf同位素特征[56]（圖6），如卡姆斯特巖體εNd（t）為3.5～6.0，εHf（t） 為10.5～15.24[22，24]，貝勒庫都克巖體εHf（t）為10.3～13.8[19]，薩北巖體εNd（t）為4.9～5.3[27]，黃羊山巖體εNd（t）為5.7～6.5[36]及蘇吉泉巖體εNd（t）為5.9～6.3[13]，可認為以上巖漿事件是由陸-陸碰撞加厚的新生地殼拆沉作用誘發(fā)引起，后碰撞背景下該作用直接導致幔源物質(zhì)的底侵作用及熱松弛現(xiàn)象，從而形成一系列高溫巖漿熔體上侵，自西北至東南形成巨量的A2型花崗巖體，組成1 068 km2的卡拉麥里花崗巖基。另外，卡拉麥里巖帶內(nèi)出露一系列超基性巖體（329.9～319 Ma）也暗示有早期玄武質(zhì)巖漿底侵作用的發(fā)生[57]。

3.3? “階段式”拆沉機制

張旗就華北板塊北緣發(fā)生于170～120 Ma之間的大規(guī)模巖漿活動提出華北克拉通巖石圈減薄的大陸下地殼拆沉模式[58]，并指出下地殼拆沉是一個逐步、緩慢的過程，可能在時間空間上呈現(xiàn)“階段性”特征。同樣，在晚石炭—早二疊世期間，東準噶爾地區(qū)后碰撞深成巖漿活動主要集中在330～310 Ma和305～280 Ma兩個時段[9]，間斷持續(xù)50 Ma的巖漿作用大致有一個由西向東花崗質(zhì)巖石結(jié)晶年齡逐漸趨于年輕的演化，如最西端324 Ma的卡姆斯特巖體及最東端304 Ma的蘇吉泉巖體，暗示有可能存在一個緩慢持續(xù)的巖石圈拆沉過程。

對應于巖漿活動時限的演化趨勢，卡拉麥里巖帶花崗巖自西向東同樣存在巖相學及巖石地球化學特征的差異性分布。如：①由Gd/Yb-鋯石Ti飽和溫度圖解可知（圖7），卡拉麥里巖帶偏西端的花崗巖主要形成于低壓、相對淺部的地殼環(huán)境，如卡姆斯特、老鴉泉及貝勒庫都克巖體，而東端的花崗巖形成于相對高壓較深的地殼位置，如薩北、黃羊山及蘇吉泉巖體，總體顯示巖體侵位西深東淺的差異性;②該巖帶花崗巖巖漿分異程度呈由西向東逐漸降低的趨勢，從圖8-b可看出，西端卡姆斯特、老鴉泉及貝勒庫都克巖體投點于高分異區(qū)域，而東端薩北、黃羊山及蘇吉泉巖體大多數(shù)投點于中等分異區(qū)間內(nèi)，少數(shù)位于未分異區(qū)域，顯示巖漿分異程度不一致。同樣在巖相學上，也表現(xiàn)出卡姆斯特巖體極高硅且缺乏暗色礦物，而黃羊山巖體富含大量偉晶暗色包體的巨大差別（圖7）;③在巖漿還原氧化條件方面，西端的卡姆斯特及貝勒庫都克巖體呈現(xiàn)強-中等還原性，與錫礦化關系密切，發(fā)育重要錫礦床，而東端的薩北、黃羊山及蘇吉泉巖體則顯示強烈氧化性（圖8-a），與金礦化關系密切，在巖體周圍發(fā)育大量構(gòu)造蝕變巖型金礦床[60]。

卡拉麥里地區(qū)晚古生代巖漿活動自西向東的空間差異性，可能由晚古生代巖石圈長期的拆沉作用造成，且該作用并不是由巖石圈地殼整體發(fā)生，暗示存在一個自西向東的“階段式”拆沉機制。首先，后碰撞伸展背景下的巖石圈減薄事件先發(fā)于該巖帶西端較脆弱的下地殼，隨后新生地殼部分熔融形成高溫貧水熔體進入地殼較淺部位，結(jié)晶形成年齡較老的高分異卡姆斯特巖體、老鴉泉巖體等，之后隨拆沉作用向東推進，拆沉速率逐漸減低，巖漿逐漸侵位停滯于較深地殼，進而形成晚期含大量暗色包體、分異程度較低的黃羊山、蘇吉泉巖體等。

總體來說，該地區(qū)早泥盆世晚期—中泥盆世早期（404 Ma）形成的中-高K、中Ti及低Al的北塔山組火山巖地層，顯示為洋殼俯沖階段的陸緣弧環(huán)境[29]，且最新識別的上泥盆統(tǒng)磨拉石建造證實，晚泥盆世開始發(fā)生大規(guī)模造山運動[30]，早石炭世雙峰式火山巖沉積地層及上覆扇三角洲沉積地層指示地質(zhì)進程已由盆地開裂轉(zhuǎn)化為拗陷沉積[30，62]。而后，拉開序幕的伸展事件并未停止，反而持續(xù)至晚石炭世，甚至于二疊紀仍有響應。在330～280 Ma持續(xù)地伸展作用下[9]，巖石圈發(fā)生了大尺度減薄事件，在卡拉麥里構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)育出一系列深成花崗巖體，這些A2型花崗巖在空間分布上極具差異性，暗示該地區(qū)古老巖石圈自西北向南東可能存在“階段式”拆沉機制。

4? 結(jié)論

（1）卡拉麥里巖帶花崗質(zhì)巖石表現(xiàn)出高硅、鐵質(zhì)、堿性-過堿性、過堿質(zhì)-弱過鋁質(zhì)及貧鈣鎂的特征，富Hf，Rb，Hf，強烈虧損Sr，Eu，為A2型花崗巖。

（2）卡拉麥里花崗巖帶巖漿活動時限大致為320～280 Ma，Nd-Hf同位素顯示，源區(qū)為晚古生代新生下地殼。

（3）卡拉麥里巖帶A2型花崗巖自西向東在空間分布上極具差異性，西部巖體年齡較老，形成于地殼淺部，分異程度高，以還原性為主，與錫礦化關系密切，而東部巖體年齡較新，形成深度較深，分異程度低，具強氧化性，與金礦化關系密切。

（4）準噶爾東緣卡拉麥里構(gòu)造帶晚古生代古老巖石圈可能存在一個自西向東“階段式”拆沉機制。

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"Stage type" Delamination Mechanism of Late Paleozoic Lithosphere in Kalamaili， East Junggar——Evidence from Isotopic Chronology and Geochemistry of A Type Granite Belt

Zhang Zhizhong1，2， Zhang Bowen1，2， Feng Jing3， Chen Chuan1，2， Gao Dan1，2

1.College of Geology and Mining Engineering Xinjiang University，Urumqi，Xinjiang，830049，China; 2. Laboratory of Continental Dynamics and Metallogenic Prognosis of Central Asian Orogenic Belt， Urumqi，Xinjiang，830049，China;

3.Xinjiang Uygur Bureau of Geology and Mineral Resources， Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：The Eastern Junggar in Northern Xinjiang province is an important component unit of the Central Asian Orogenic Belt， and is a significant area of Late Paleozoic magmatism. It is characterized by the development of Karamari massive alkali rich granite belt， and also a typical area where the Central Asian Orogenic Belt develops juvenile crust. At present， it has become a new research hotspot to reconstruct the lithosphere delamination and the growth mechanism of the juvenile crust by analyzing the huge amount of plutonic magmatite in this area. In recent years， many scholars have done a lot of research on petrography， petrochemistry， geochronology and Nd-Hf isotopes of six main plutons in the Karamari belt. It is concluded that the plutonic magmatism in the area is mainly concentrated in 330-280 Ma. The large-scale A2 type granite formed in the post collisional extensional environment and evolved from the partial melting of the newborn lower crust is the most important rock probe to study the lithospheric delamination in this area. Combined with the results of previous research， it is concluded that there are six granite plutons in the belt from northwest to southeast， with magma crystallization age gradually younger， emplacement depth deeper， the degree of magma differentiation decreasing， and the spatial difference of the transition of magma conditions from reducibility to medium-reducibility to oxidizability. This difference suggests that the lithospheric thinning in the late Paleozoic period may be caused by a “staged” delamination? triggered from west to east.

Key words： Eastern Junggar; Karamari granite belt; A-type granite; Staged delamination