， ，

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局，北京100037； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037)

東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖的地球化學(xué)及地質(zhì)意義

董慶吉1，叢源2，肖克炎2

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局，北京100037； 2.中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037)

東天山吐哈盆地南緣至喀拉塔格—星星峽地塊，晚古生代花崗質(zhì)侵入巖巖石類型主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、石英閃長巖、石英二長閃長巖。巖石地球化學(xué)特征表明：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.3%～77.76%，全堿(K2O+Na2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.14%～10.49%，CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.49%～6.56%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.39%～14.76%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.77～1.04，屬于高鉀鈣堿性系列—鉀玄質(zhì)系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖。稀土總量較高且輕稀土富集，富集Rb、Th、U、K、Pb，而虧損Nb、Ta、Ti、P，無明顯負(fù)Eu異常。區(qū)域構(gòu)造背景、巖石學(xué)和地球化學(xué)特征綜合分析顯示，東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖，是后碰撞構(gòu)造演化階段巖漿活動的產(chǎn)物，主要由幔源巖漿底侵引起的地殼物質(zhì)部分熔融所形成的鈣堿性花崗閃長質(zhì)巖漿經(jīng)高度演化及分異結(jié)晶作用而成。

花崗巖；地球化學(xué)；構(gòu)造環(huán)境；石炭紀(jì)—二疊紀(jì)；吐哈盆地；東天山；新疆

0 引 言

天山造山帶位于準(zhǔn)噶爾陸塊和中朝—塔里木陸塊之間、中亞巨型復(fù)合造山帶的東端，是古亞洲洋在形成、演化和消亡過程中諸多陸塊拼合、增生-俯沖、碰撞造山的產(chǎn)物。我國學(xué)者常以烏魯木齊為界，以東稱為東天山。東天山是西伯利亞板塊與塔里木克拉通的匯聚地區(qū)(李錦軼等，2002)，古生代是東天山巖漿活動活躍的時期，其中石炭紀(jì)—二疊紀(jì)巖漿巖極為發(fā)育，不僅巖體數(shù)量多，分布面積也廣。

前人對東天山巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等進(jìn)行過諸多分析研究，獲得了大量的數(shù)據(jù)(楊浩等，1991；李文明等，2002；宋彪等，2002；劉德權(quán)等，2003；孫桂華等，2005，2006；陳富文等，2005；徐學(xué)義等，2005；李文鉛等，2006；王德貴等，2006；吳昌志等，2006；吳華等，2006；郭召杰等2007；李永軍等，2007；唐俊華等，2007，2008；童英等，2010；周濤發(fā)等，2010；曾凱等，2013)，目前已經(jīng)開展的侵入巖研究多數(shù)是針對單個地區(qū)的巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)研究。本次研究詳細(xì)考察了東天山吐哈盆地南緣—北山裂谷區(qū)域，沿大體垂直于東天山北緣阿奇克庫都克斷裂的方向系統(tǒng)采集侵入巖樣品，開展大尺度的地質(zhì)剖面研究，通過剖面侵入巖的巖石學(xué)、地球化學(xué)特征研究，對比前人的研究成果，探討東天山晚古生代侵入巖的成因。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上可以劃分為康古爾塔格石炭紀(jì)晚期碰撞造山帶(圖1中的KG)、喀拉塔格—星星峽地塊或古島弧(KX)和南天山石炭紀(jì)晚期—二疊紀(jì)初期碰撞造山帶(ST)(李錦軼等，2006b)。東天山地區(qū)廣泛分布石炭紀(jì)島弧火山-沉積巖系及少量二疊系、侏羅系、第三系。出露的地層主要有企鵝山群、干墩組、梧桐窩子組、雅滿蘇組、底坎兒組等。區(qū)內(nèi)巖漿巖活動強(qiáng)烈，侵入巖十分發(fā)育，從深成巖到淺成巖，從巖基、巖株到巖墻均有出露，有超基性、基性、中性和酸性各類巖體，其中東天山石炭紀(jì)中酸性巖漿侵入活動強(qiáng)烈，以花崗巖類分布最為廣泛，其次為二疊紀(jì)花崗巖類和泥盆紀(jì)中酸性侵入巖零星分布，并受深斷裂控制。

圖1 東天山地質(zhì)簡圖

2 樣品采集及巖相學(xué)特征

采集從吐哈盆地南緣至卡拉塔格—星星峽地塊的侵入巖樣品，野外路線大體垂直于東天山近東西向延伸主斷裂(大草灘斷裂、康古爾塔格斷裂、苦水—雅滿蘇斷裂、阿其克庫都克斷裂)的方向，由北向南穿越了吐哈地塊南緣巖漿弧→康古爾塔格碰撞帶→喀拉塔格—星星峽地塊。采樣位置見圖1。

研究區(qū)石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖巖石類型以二長花崗巖、花崗閃長巖為主，其次為石英閃長巖、石英二長閃長巖等。主要巖石類型與特征描述如下。

二長花崗巖：灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要礦物有斜長石、鉀長石、石英、黑云母等。斜長石為半自形結(jié)構(gòu)，聚片雙晶發(fā)育，鉀長石為微斜長石，半自形板狀，可見格子雙晶(圖2a)，石英呈他形粒狀，分布于長石顆粒之間，黑云母呈自形片狀。

花崗閃長巖：灰白色，花崗結(jié)構(gòu)，塊狀結(jié)構(gòu)，主要由斜長石、石英、角閃石、黑云母等礦物組成，斜長石呈半自形粒狀、柱狀，可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2b)，石英呈他形粒狀，充填于斜長石之間，黑云母呈片狀星點(diǎn)分布，角閃石暗綠色，半自形粒狀。

石英二長閃長巖：淺灰色，不等粒狀結(jié)構(gòu)，斑狀結(jié)構(gòu)，主要由斜長石、石英、鉀長石及少量暗色礦物組成，有時可含少量角閃石?；|(zhì)一般為細(xì)粒結(jié)構(gòu)，長石常有糙化(圖2c)。

石英閃長(玢)巖：灰褐色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶主要由斜長石、石英及少量暗色礦物組成，石英呈粒狀，分布于斜長石之中，暗色礦物主要為角閃石，呈星點(diǎn)狀產(chǎn)出?；|(zhì)為隱晶質(zhì)(圖2d)。

圖2 新疆東天山花崗質(zhì)侵入巖顯微照片Pl-斜長石；Q-石英；Bt-黑云母；Mi-微斜長石；Hb-角閃石

3 地球化學(xué)特征

挑選出的樣品粉碎至0.074 mm(200目)進(jìn)行全巖和微量元素地球化學(xué)分析，主量采用X射線熒光光譜法測定，測試儀器為荷蘭PANalytical公司(原Philips公司)生產(chǎn)的PW2404型X射線熒光光譜儀；微量元素和稀土元素采用ICP-MS方法測定，測試儀器為德國Finnigan MAT公司生產(chǎn)的ElementⅠ型HR-ICP-MS，測試精度優(yōu)于10%。侵入巖的化學(xué)成分及微量和稀土元素分析結(jié)果見表1。

3.1 主量元素

在火成巖Q-A-P圖解中(圖3)，根據(jù)Debon et al(1983)的分類標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)花崗質(zhì)侵入巖顯示主要由花崗閃長巖、二長花崗巖、石英二長閃長巖或石英二長輝長巖組成，這與其巖石學(xué)特征基本一致。

東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖的主量元素分析結(jié)果和CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算結(jié)果見表1。由表1可知，吐哈盆地南緣的石炭紀(jì)—二疊紀(jì)侵入巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.24%～72.61%， Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.42%～17.26%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.57%～2.20%；康古爾塔格石炭紀(jì)—二疊紀(jì)侵入巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66.93%～75.73%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.04%～14.76%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.52%～1.67%；雅滿蘇二疊紀(jì)侵入巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.07%～77.76%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.39%～14.01%，MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.098%～3.13%；喀拉塔格—星星峽石炭紀(jì)侵入巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.3%～72.36%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.96%～14.47%，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.46%～2.68%。

圖3 巖石類型Q-A-P圖(底圖據(jù)Le Maitre，1989)Q-石英；A-堿性長石；P-斜長石；1a-石英巖；1b-富石英花崗巖；2-堿長花崗巖；3a-正長花崗巖；3b-二長花崗巖；4-花崗閃長巖；5-石英閃長巖(斜長花崗巖、奧長花崗巖)；6-堿長正長巖；6*-石英堿長正長巖；7*-石英正長巖；7-正長巖；8*-石英二長巖；8-二長巖；9-二長閃長巖或二長輝長巖；9*-石英二長閃長巖或石英二長輝長巖；10-閃長巖或輝長巖或斜長巖；10*-石英閃長巖或石英輝長巖或石英斜長巖

表1 東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖化學(xué)成分

續(xù)表1

續(xù)表1

注：質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位：主量元素、燒失量為%，微量元素、ΣREE為g/t, 其他無量綱

4個巖體二疊紀(jì)—石炭紀(jì)侵入巖的里特曼指數(shù)為0.92～3.46，堿度率AR為1.50～7.32，顯示堿性與鈣堿性過渡的特點(diǎn)(圖4a)，在 SiO2-K2O圖解中(圖4b) 顯示高鉀鈣堿性系列—鉀玄質(zhì)系列的特征，暗示了巖漿源區(qū)陸殼物質(zhì)的參與。其 A/CNK 為 0.77～1.04，為準(zhǔn)鋁質(zhì)花崗巖的特點(diǎn)(圖4c)；分異指數(shù)DI為48.06～98.04，平均為81.44；固結(jié)指數(shù)SI為0.99～14.60，平均為 6.88；Mg#值在35.9～76.6之間，表明巖漿形成過程中經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分離作用?？傮w上，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)與大多數(shù)常量元素具有很好的相關(guān)性(圖5)，顯示出巖漿結(jié)晶分異演化的特征。

圖4 東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖AR-SiO2圖解(底圖據(jù)Wright等，1969)、SiO2-K2O圖解(底圖據(jù)Ewart，1982)、A/CNK-A/NK圖解

圖5 東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖Harker圖解

3.2 微量及稀土元素特征

圖6 東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式圖和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(據(jù)Sun et al，1989)

4 討 論

4.1 巖漿源區(qū)性質(zhì)

東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖樣品SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.3%～77.76%，全堿(K2O+Na2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.14%～10.49%，CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.49%～6.56%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 11.39%～14.76%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為 0.77～1.04，屬于高鉀鈣堿性系列—鉀玄質(zhì)系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)巖漿巖，具有后碰撞巖漿活動的主要特征 (Liegeios et al,1989)。在花崗巖的A-C-F成因分類圖上(圖7)，樣品投影在I型花崗巖范圍內(nèi)；SiO2與P2O5呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖5)，也顯示出似I型花崗巖的演化趨勢。分異指數(shù)DI為48.06～98.04，平均為81.44；固結(jié)指數(shù)SI為0.99～14.60，平均為 6.88；Mg#值在35.9～76.6之間，表明巖漿形成過程中經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分離作用?？傮w上，隨著SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的遞增，大多數(shù)主量元素、微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都表現(xiàn)出明顯有規(guī)律的線性變化趨勢。

圖7 花崗巖A-C-F圖解

研究區(qū)侵入巖樣品微量元素中虧損Nb、Ta、Ti、P，富集輕稀土元素Rb、Th、U、K和Pb，P和Ti的虧損說明巖漿經(jīng)歷了磷灰石及榍石、角閃石、黑云母等礦物的分離結(jié)晶作用。樣品的Nb/Ta比值為3.63～20.80，平均為12.10，低于幔源巖石(17.5±2.0)(Hofmann，1988；Green，1995)，非常接近陸殼巖石 (11±)(Taylor et al,1985；Green,1995；)；Zr/Hf比值為9.69～40.1，平均為29.6，低于幔源巖石 (36.3±2.0)，非常接近殼源巖石(33±) (Taylor et al，1985；Green，1995)。以上特征說明其源區(qū)有部分陸殼物質(zhì)的參與。

在Rb/10-Hf-3Ta和Rb/30-Hf-3Ta構(gòu)造成因判別圖中，它們的特征很相似，主要落入火山弧花崗巖的范圍(圖8)，說明這兩個時代侵入巖的巖石成因上可能存在繼承性。

東天山地區(qū)晚石炭世晚期—二疊世(305～270 Ma)花崗巖大量發(fā)育，巖石類型主要為I型，并且與大規(guī)模的同時期基性、超基性雜巖以及基性巖墻共生(吳華等，2005；李錦軼等2006b)，說明這個時期的花崗巖應(yīng)與幔源巖漿底侵有關(guān)，由于二長花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖是閃長質(zhì)巖漿演化的產(chǎn)物，因此，東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)侵入巖的形成很可能與幔源巖漿底侵引起地殼物質(zhì)部分熔融所形成的鈣堿性花崗閃長質(zhì)巖漿的高度演化及分異結(jié)晶作用有關(guān)，是后碰撞背景下的巖漿產(chǎn)物。

4.2 構(gòu)造意義

根據(jù)花崗巖R1-R2陽離子圖解(圖9)，東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖樣品主要集中在活動板塊邊緣、碰撞后隆起花崗巖和同碰撞花崗巖的區(qū)域，反映了其形成與板塊俯沖和碰撞作用有關(guān)。而在微量元素Nb-Y和Rb-(Y+Nb)圖解上(圖10)，樣品主要落在火山弧花崗巖和后碰撞花崗巖重疊區(qū)域內(nèi)，與Pearce等(1984)對一些已知后碰撞花崗巖投圖結(jié)果相似。在Rb-Hf-Ta構(gòu)造成因判別圖中(圖8)，石炭紀(jì)侵入巖樣品主要落在火山弧花崗巖、板內(nèi)花崗巖和碰撞后花崗巖區(qū)域內(nèi)；二疊紀(jì)侵入巖樣品主要落在火山弧花崗巖和碰撞后花崗巖區(qū)域內(nèi)，這也與本次研究的構(gòu)造環(huán)境判別研究一致，說明石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖形成于后碰撞環(huán)境。

圖8 東天山花崗質(zhì)侵入巖的Rb/10-Hf-3Ta和Rb/30-Hf-3Ta圖解(據(jù)Harris et al，1986)

圖9 花崗巖類R1-R2多陽離子圖解(據(jù)Batchelor et al，1985)1-幔源斜長花崗巖；2-活動板塊邊緣花崗巖；3-碰撞后隆起花崗巖；4-造山晚期花崗巖；5-非造山A型花崗巖；6-同碰撞花崗巖；7-造山期后的A型花崗巖

圖10 花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖(據(jù)Pearce et al，1984)VAG-火山弧花崗巖；WPC-板內(nèi)花崗巖；S-COLG-同碰撞花崗巖；ORG-洋中脊花崗巖；A-ORG-異常洋中脊花崗巖；Post-COLG-后碰撞花崗巖

在區(qū)域構(gòu)造演化上，石炭紀(jì)晚期天山古洋盆閉合(張良臣等，1985；姜常義等，1993；何國琦等，1994；陳哲夫等，1997)，結(jié)束了天山山脈板塊構(gòu)造演化歷史，將天山與準(zhǔn)噶爾、塔里木連結(jié)成統(tǒng)一的大陸(姜常義等，1993)。研究顯示，晚古生代新疆北部和東部經(jīng)歷了后碰撞構(gòu)造演化階段(龔全勝等，2002；顧連興等，2006；韓寶福等，2006)，石炭紀(jì)東天山地區(qū)已經(jīng)進(jìn)入后碰撞構(gòu)造演化階段，在石炭紀(jì)末期—早二疊紀(jì)轉(zhuǎn)向了后碰撞的伸展、拉張階段(王京彬等，2006)。

考慮到區(qū)域地質(zhì)背景和巖石地球化學(xué)征，認(rèn)為東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖形成的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)為同碰撞和碰撞后轉(zhuǎn)化階段。這里的同碰撞作用是一個廣義的概念，即把洋盆消失后的陸-陸碰撞及其后的繼續(xù)匯聚等與碰撞有關(guān)的作用均視為同碰撞過程(肖慶輝等，2002)，該研究結(jié)果進(jìn)一步支持石炭紀(jì)—二疊紀(jì)東天山處于后碰撞構(gòu)造演化階段。

5 結(jié) 論

(1) 東天山吐哈盆地南緣至喀拉塔格—星星峽地塊，晚古生代花崗質(zhì)侵入巖巖石類型主要有花崗閃長巖、二長花崗巖、石英閃長巖、石英二長閃長巖。

(2) 東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖樣品SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為57.30%～77.76%，全堿(K2O+Na2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.14%～10.49%，CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.49%～6.56%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.39%～14.76%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為 0.77～1.04，屬于高鉀鈣堿性系列—鉀玄質(zhì)系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)巖漿巖，具有后碰撞巖漿活動的主要特征，兼具I型花崗巖特征。分異指數(shù)DI為48.06～98.04，平均為81.44；固結(jié)指數(shù)SI為0.99～14.60，平均為 6.88；Mg#值在35.9～76.6之間，表明巖漿形成過程中經(jīng)歷了較高程度的結(jié)晶分離作用?？傮w上，隨著SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的遞增，大多數(shù)主量元素、微量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都表現(xiàn)出明顯有規(guī)律的線性變化趨勢。稀土總量較高且輕稀土富集，富集Rb、Th、U、K、Pb，而虧損Nb、Ta、Ti、P，無明顯負(fù)Eu異常。

(3) 區(qū)域構(gòu)造背景、巖石學(xué)和地球化學(xué)特征綜合分析顯示，東天山石炭紀(jì)—二疊紀(jì)花崗質(zhì)侵入巖是后碰撞構(gòu)造演化階段巖漿活動的產(chǎn)物，主要由幔源巖漿底侵引起的地殼物質(zhì)部分熔融所形成的鈣堿性花崗閃長質(zhì)巖漿經(jīng)高度演化及分異結(jié)晶作用而成。

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Geochemical and geological implications of granitic intrusive rocks in Carboniferous to Permian in eastern Tianshan of Xinjiang

DONGQing-ji1,CONGYuan2,XIAOKe-yan2

(1. China Geological Survey, Beijing 100037,China; 2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037,China)

The Carboniferous to Permian granitic rocks in eastern Tianshan were widespread and consisted of granodiorite, monzonitic granite, quartz diorite and quartz monzonitic granite. They were bounded to the southern Turfan-Hami Basin and the northern Kalatarge-Xingxingxia block. The data of rock geochemistry showed that granitic rocks were high-K calc-alkaline series and of I-type granite with peraluminous characteristics. Petrogeochemistry exhibited that SiO2content was of 57.3%～77.76%, total alkali (K2O+Na2O) content 4.14%～10.49%, Al2O3content 11.39%～14.76%, with A/CNK values of 0.77～1.04. The granitic rocks were characteristic of total rare earth,enrichment of the LREE, enriched in Rb, Th, U, K, Pb, depleted in Nb, Ta,Ti, P. In addition, granitic rocks were lack of negative anomaly in Eu. Combining with the integration analysis of regional geology and geochemical characteristics, the authors proposed that the Carboniferous to Permian granitic rocks were formed during post-collision period. The granitic magmas were probably originated from crystallization/differentiation of earlier calc-alkaline granodioritic magmas formed by partial melting of crust due to under plated mantle source magmas.

Granite; Geochemistry; Tectonic setting; Carboniferous-Permian period; Turpan-Hami Basin; Eastern Tianshan; Xinjiang

10.3969/j.issn.1674-3636.2014.04.517

2014-06-10；

：2014-07-06；編輯：詹庚申

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“全國重要礦產(chǎn)總量預(yù)測”(1212010733806)、國家科技支撐計劃項目“西部優(yōu)勢礦產(chǎn)資源潛力評價技術(shù)及應(yīng)用研究”(2006BAB01A01)資助

董慶吉(1978— ),男,高級工程師,礦產(chǎn)勘查專業(yè)，主要從事礦產(chǎn)資源評價研究，E-mail:dqj78@sina.com

P588.12；P59

：A

：1674-3636(2014)04-0517-13