新疆東天山中段玉林花崗巖體鋯石U-Pb測年及地球化學特征

常璨，韓瓊，李平，趙同陽，陳川，李航，孫耀鋒，鄭加行

(1.新疆大學，新疆 烏魯木齊 830049；2.新疆維吾爾自治區地質調查院，新疆 烏魯木齊 830011)

研究區位于東天山中段覺羅塔格構造帶，由于復雜的地質環境，覺羅塔格構造帶倍受前人關注。其中，對于古生代構造背景的認識，更受前人熱議，存在典型裂谷環境、島弧環境、弧后盆地、弧間盆地、被動陸緣的爭議[1-14]，前人的研究對象主要集中于火山巖與典型花崗巖，對于埃達克型花崗巖的研究較少。筆者與新疆地質調查院對研究區進行1∶5萬區調工作過程中，在研究區東部發現了玉林花崗巖體，通過后期對樣品地球化學數據的分析，確定其為埃達克巖。本文通過對玉林巖體花崗巖樣品中的鋯石年代學及巖石地球化學特征的研究，并結合前人研究成果，試圖探討該巖體的形成來源與構造背景，以期為大區域構造背景的研究提供一定的數據支持。

1 地質概況

東天山由北至南分為博格達-哈爾里克造山帶、準-吐-哈陸塊、覺羅塔格造山帶、中天山前寒武紀陸塊及南天山造山帶。覺羅塔格造山帶夾于準-吐-哈陸塊與中天山前寒武紀陸塊之間，并被康古爾-黃山韌性剪切帶分割成北部大南湖-頭蘇泉島弧帶與南部的阿奇山-雅滿蘇島弧帶[8]。研究區位于東天山覺羅塔格構造帶南部的阿奇山雅滿蘇島弧內，北鄰雅滿蘇斷裂，南為大面積分布的百靈山巖體(圖1)。區內巖漿活動可分為前碰撞階段(386.5～369.5 Ma)、主碰撞階段(349～330 Ma)、后碰撞階段(320～252 Ma)和板內演化階段(246～230 Ma)，其中尤以后碰撞階段花崗巖類的分布最廣泛、巖漿活動最強烈，同時在主碰撞階段與后碰撞階段內，與花崗巖有關的成礦作用也極顯著[23]。玉林巖體位于研究區東部，侵入到下石炭統雅滿蘇組凝灰質正常沉積碎屑巖中。近年來新疆地質調查院在該地區開展1∶5萬化探工作，在玉林巖體邊部新發現了玉林鉛鋅礦點，礦化作用與玉林巖體提供的熱液活動密不可分。

2 巖體地質及巖相學

研究區玉林巖體呈NW向帶狀展布，地表延伸近800 m，寬10～100 m，巖性為淺灰白色中細?；◢忛W長巖(圖2)。巖體邊部發育矽卡巖化、大理巖化、硅化蝕變，其中矽卡巖以石榴子石矽卡巖、透輝石矽卡巖、硅灰石矽卡巖為主；大理巖以含生物碎屑大理巖、大理巖為主，含石榴子石、硅灰石等矽卡巖礦物。

圖1 新疆東天山大地構造單元圖Fig.1 Tectonic units in eastern Tianshan

圖2 研究區地質圖及玉林地質草測圖Fig.2 Regional geological map of the research area and geological sketch map of the Yulin

本次研究的樣品采樣坐標為：91°28′28.09″E，41°53′53.44″N。巖石呈似斑狀結構，塊狀構造。由斑晶和基質組成，斑晶以斜長石為主，含量約為15%，呈半自形板狀，粒徑1.8 mm×0.9 mm～5.6 mm×3.0 mm，可見聚片雙晶，普遍發育輕度隱晶簾石化、絹云母化及高嶺土化；基質具細?；◢徑Y構，含量約85%，主要由斜長石、鉀長石、石英和暗色礦物組成，其中斜長石含量約63%，呈半自形板狀，粒徑約為0.2～0.6 mm，聚片雙晶發育，普遍輕度絹云母化、隱晶簾石化、高嶺土化雜亂分布；鉀長石與石英均呈他形粒狀，粒徑約為0.2～0.5 mm，鉀長石具有條紋結構，發生輕度泥化，石英含量約為20%，發生波狀消光；暗色礦物主要為普通角閃石，含量約為2%，呈柱狀，粒徑約為0.2～0.7 mm；可見微量榍石和磷灰石。

3 測試方法

樣品的全巖分析在新疆礦產研究所完成，鋯石分選由河北省區域地質礦產調查研究所完成，鋯石的陰極發光在重慶宇勁科技有限公司完成。樣品的鋯石LA-ICP-MS法測年在中國科學院廣州地球化學研究所的ArF-excimer上完成，該激光儀光源直徑為30 μm，波長為193 nm，以He作為剝蝕物質載氣。有關年齡的數據處理采用中國地質大學(武漢)開發的ICPMSDataCal軟件[15-16]及Ludwig開發的Isoplot軟件[17]完成。

圖3 玉林花崗巖樣品16TW6-YL-1鋯石陰極發光圖像Fig.3 Zircons CLimages of sample 16TW6-YL-1 of the Yulin granite

4 鋯石年代學

本文對樣品(16TW6-YL-1)進行了鋯石U-Pb定年，分析結果見表1，鋯石陰極發光圖像見圖3。鋯石呈短柱狀，長寬比多為2∶1，個別接近1∶1，多為無色透明，少數呈淺黃色，顆粒大小為100～200 μm。通過鋯石陰極發光圖像，發現13顆鋯石中均見明顯震蕩環帶，說明此次測試的鋯石均為巖漿鋯石。通過年齡諧和圖發現(圖4)，鋯石點的206Pb/238U加權平均年齡為(327.1±6.6)Ma(可信度為95%，MSWD=0.59)，能準確反映巖體形成的年齡，表明玉林巖體形成于早石炭世。

表1 玉林花崗巖樣品的鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of the Yulin granite sample

圖4 玉林花崗巖16TW6-YL-1樣品鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagram of zircons from sample 16TW6-YL-1 of the Yulin granite

5 地球化學

5.1 主量元素

玉林巖體斜長花崗巖樣品的地球化學分析結果顯示(表2)，樣品中SiO2變化較小，含量為66.34%～67.52%，Al2O3含量為15.21%～15.7%，Na2O含量為4.47%～5.96%，K2O含量為0.46%～1.93%；Na/K值為2.92～12.96，均值 5.92，其中樣品 16YQ6-YL-3 與16YQ6-YL-4的K2O含量極低，均小于1%，A/CNK值為0.88～0.99(小于1.1)；里特曼指數(σ)為1.2～2.43(小于3.3)。反映玉林巖體具富硅、鋁、鈉，低鉀、鎂、鈣，同時貧TiO2、MnO、P2O5的特點。通過TAS圖解(圖5)，反映花崗巖樣品均為花崗閃長巖類；在K2OSiO2圖解上(圖6左)，顯示樣品為低鉀系列至鈣堿性系列巖石；在A/NK-A/CNK圖解上(圖6右)，樣品均落入準鋁質花崗巖中，玉林巖體主量元素特征反映該花崗巖為準鋁質-低鉀鈣堿性系列的花崗閃長巖。

表2 玉林花崗巖主量元素和微量元素測試結果Table 2 Major and trace element contents of the Yulin granite

圖5 玉林花崗巖TAS圖解Fig.5 TAS diagram of the Yulin granite(據Middlemost，1994)

5.2 微量元素

從表2中可見，玉林巖體的稀土元素總量低，ΣREE 為 37.91×10-6～46.43×10-6。LREE/HREE 為6.44～7.54，均值為7，同時在稀土元素球粒隕石標準化分布圖中(圖7)，分布曲線呈明顯的右傾型，表明花崗巖樣品具有LREE富集，HREE相對虧損的特點。除樣品(16YQ6-YL-1)顯示較弱的負Eu異常(δEu=0.96)外，其余3件樣品均顯示弱的正Eu異常(δEu=1～1.14)，表明巖漿演化過程中斜長石的分離結晶作用較弱或熔融后的巖漿混入了源區的斜長石。在微量元素原始地幔標準化蛛網圖解中(圖7)，花崗巖樣品均顯示相似的變化特征，均富集K，Sr等大離子親石元素，相對虧損Nb，Th，Ti等高場強元素，整體表現出火山弧花崗巖的特征。

6 討論

6.1 巖石成因

玉林花崗閃長巖屬低鉀鈣堿性巖石系列，富集K，Sr等大離子親石元素，相對虧損Nb，Th，Ti等高場強元素。同時，玉林花崗閃長巖具相對高Sr(平均594×10-6)、低Y(5.1×10-6～7.3×10-6)、低Yb(0.48×10-6～0.67×10-6)的地球化學特征，可與前人總結的有關埃達克巖地球化學判別標志進行對比(表3)[18]。在埃達克巖(La/Yb)N-YbN和Sr/Y-Y判別圖中，玉林花崗閃長巖所有樣品均落在埃達克巖區域(圖8)。

圖6 玉林花崗巖K2O-SiO2判別圖(左)和A/NK-A/KNC判別圖(右)Fig.6 K2O-SiO2discrimination for the Yulin granite(left)and A/NK-A/KNC discrimination(right)(據Peccerillo，1976 and Middlemost，1985)

圖7 玉林花崗巖稀土元素球粒隕石標準化分布圖及微量元素原始地幔標準化蛛網圖Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and Primitive mantle-normalized spidergrams of the Yulin granite(球粒隕石及原始地幔值據Sun and McDonough，1989)

埃達克巖的成因模型主要有俯沖洋殼的熔融、增厚的下地殼鐵鎂質巖石熔融、拆沉下地殼的熔融及幔源巖漿在厚地殼底部巖漿庫中分離結晶和混染作用4種[19]。玉林巖體A/CNK的值偏低，為0.88～0.99，Al2O3/TiO2的值為48～60，均小于60，CaO/Na2O的值大于0.3，判定其原巖成熟度較低而成巖溫度較高，且微量元素呈較低的Nd/Th，Ti/Y，Ti/Zr和Nb/Ta比值，認為其為殼源巖漿演化的產物[20]。通過巖漿巖成因類型的角閃石Ca-Fe-Mg判別圖解(圖9)，發現樣品基本落在殼-殼幔源區，進一步確定本區花崗巖為殼源巖漿演化的產物，而非幔源巖漿。

表3 埃達克巖地球化學標志Table 3 Geochemical attribute of adakites

圖8 玉林花崗巖(La/Yb)N-YbN和Sr/Y-Y判別圖Fig.8(La/Yb)N-YbNand Sr/Y-Y discriminations of the Yulin granite(據Defant and Drummond，1990)

圖9 玉林花崗巖Ca-Fe-Mg判別圖和Zr-SiO2判別圖Fig.9 Ca-Fe-Mg discriminations granite and Zr-SiO2discriminations of the Yulin granite(據Collis et al.，1982)

另外本區花崗巖Na2O含量較高，K2O含量很低，Na2O/K2O的值均大于2，顯示本區花崗巖為富鈉的O型花崗巖[21]，為典型的與板片俯沖有關的埃達克巖，同時樣品Mg#值偏高，均大于40，推測其可能產生于俯沖洋殼的部分熔融[19]。而Mg#值偏高的原因可能是由于洋殼熔融后形成的埃達克質巖漿在上升過程中受到了地幔楔或殼源物質的影響[22]。

6.2 構造意義

對于區內古生代構造背景的認識，有學者認為覺羅塔格地區于早石炭世已進入陸內拉張階段，覺羅塔格構造帶形成于裂谷環境[1-3]。較多學者認為覺羅塔格地區在早石炭世仍處于俯沖階段[4-14]，覺羅塔格構造帶形成于俯沖環境，而對于俯沖極性及產生的板塊部位，有觀點認為其與南天山洋向北俯沖的作用有關，形成于弧后盆地[4,7]；還有觀點認為其與阿其克庫都克一帶的古洋盆向南俯沖的作用有關，產生于弧間盆地[10-11]；也有學者認為其產生于早石炭世北天山洋向北俯沖的被動陸緣[12]。本文玉林巖體的年齡為(327.1±6.6)Ma，與其附近的紅云灘巖體(328.5±9.3 Ma)、百靈山巖體(317.7±3.7 Ma)的年齡基本一致[8,23]。在花崗巖Y+Nb-Rb構造環境判別圖中，所有樣品均落在火山弧花崗巖區域(圖10)。通過對比研究，筆者認為覺羅塔格地區在早石炭世仍處于俯沖階段，玉林花崗巖體可能形成于俯沖階段的火山弧環境，巖漿在上升過程中為玉林鉛鋅礦點的形成提供了熱液活動的支持。

7 結論

(1)玉林花崗巖體的年齡為(327.1±6.6)Ma，為早石炭世巖漿作用的產物。

圖10 構造環境Rb-Y+Nb判別圖Fig.10 Rb-Y+Nb discriminations of tectonic setting(據Pearce et al.，1984)

(2)主量元素表明玉林巖體為準鋁質-低鉀鈣堿性系列的花崗閃長巖，屬于I型花崗巖，與埃達克巖具有相似的地球化學性質。

(3)玉林巖體形成于俯沖作用下的火山弧環境，可能來源于俯沖洋殼的部分熔融，為玉林鉛鋅礦點的形成提供了熱液活動的支持。

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