黃 崗，牛廣智，王新錄，郭 俊，宇 峰

(陜西區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，陜西 咸陽 712000)

新疆東準(zhǔn)噶爾早志留世弧巖漿巖：來自姜格爾庫都克石英二長閃長巖巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年齡和Hf同位素證據(jù)

黃 崗，牛廣智，王新錄，郭 俊，宇 峰

(陜西區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，陜西 咸陽 712000)

新疆東準(zhǔn)噶爾姜格爾庫都克石英二長閃長巖體被下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組不整合覆蓋，其形成時代一直缺乏精確的年代學(xué)約束。采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年方法，獲得石英二長閃長巖鋯石U-Pb年齡為 (432.8±1.2) Ma，表明侵位時限為早志留世。巖石地球化學(xué)顯示，石英二長閃長巖具低硅(SiO2=55.64% ～ 58.68%)、低鈦(TiO2=0.54%～0.71%)、高鋁(Al2O3=16.99%～18.05%)的特征，屬高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)(A/CNK=0.85～1.00)系列，富集輕稀土元素(LREE)(LREE/HREE=2.88～3.26)和大離子親石元素(LILE，如K、Rb、Ba和Sr)，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE: Nb、Ta、Ti)及P，反映出明顯的消減帶巖漿巖的特征。鋯石具正εHf(t)值，介于+10.8～+13.6之間，兩階段Hf模式年齡(TDM2)為726～560 Ma，大于其形成年齡，表明源區(qū)可能為新元古代晚期至早古生代早期的新生島弧陸殼物質(zhì)。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，認(rèn)為姜格爾庫都克石英二長閃長巖可能由俯沖洋殼和沉積物的含水流體引起上覆地幔楔以新元古代晚期至早古生代早期的新生島弧陸殼物質(zhì)部分熔融形成的，代表了古亞洲洋在早志留世時期向南俯沖消減的陸緣弧巖漿產(chǎn)物。

石英二長閃長巖；早志留世；LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡；Hf同位素；陸緣?。粬|準(zhǔn)噶爾

0 引 言

新疆東準(zhǔn)噶爾造山帶是由古生代時期古亞洲演化過程中形成的俯沖-增生雜巖、蛇綠巖和巖漿弧等地體共同構(gòu)成的典型增生型造山帶[1-7]，為中亞造山帶的重要組成部分，是認(rèn)識與了解中亞造山帶構(gòu)造演化與成礦作用的關(guān)鍵性地區(qū)之一。該造山帶以出露晚古生代地質(zhì)體為主，早古生代地質(zhì)體出露相對局限。大量研究資料表明，東準(zhǔn)噶爾造山帶經(jīng)歷了早古生代穩(wěn)定大陸邊緣和晚古生代活動大陸邊緣兩個不同地質(zhì)演化階段共同形成[8-11]，早古生代被認(rèn)為是東準(zhǔn)噶爾造山帶構(gòu)造演化的重要階段，但是由于該時期的地質(zhì)體被晚期強(qiáng)烈的地質(zhì)作用所改造而保存較差，致使其研究難度增大。近年來，盡管部分研究者先后在該造山帶內(nèi)巴里坤、瓊河壩及和爾賽地區(qū)識別出了早古生代花崗巖[12-16]，但對這些巖體的形成構(gòu)造環(huán)境依然存在有形成于古亞洲洋洋盆俯沖過程中的島弧環(huán)境[12-13]及大陸邊緣弧[15-16]等不同認(rèn)識。正是這些不同認(rèn)識導(dǎo)致了對于早古生代時期古亞洲洋俯沖方向及閉合時限存在爭議[4, 11, 15]，從而進(jìn)一步制約了人們對古亞洲洋演化過程的認(rèn)識。所以，對東準(zhǔn)噶爾分布局限的早古生代巖漿巖開展系統(tǒng)研究，不僅可為揭示古生代巖漿作用與古亞洲洋的演化歷史提供直接證據(jù)，同時為合理認(rèn)識東準(zhǔn)噶爾造山帶構(gòu)造演化提供巖漿演化證據(jù)。本文選擇對東準(zhǔn)噶爾造山帶姜格爾庫都克石英二長閃長巖體為研究對象，對其開展系統(tǒng)的鋯石U-Pb年代學(xué)、Hf同位素及巖石地球化學(xué)研究，分析該巖體的形成時代及成因，旨在為東準(zhǔn)噶爾乃至中亞造山帶早古生代構(gòu)造演化過程提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

東準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于新疆準(zhǔn)噶爾盆地的東北緣(圖1a)，其北側(cè)以額爾齊斯構(gòu)造帶為界與阿爾泰造山帶相鄰，南以卡拉麥里斷裂帶為界與準(zhǔn)噶爾盆地和天山造山帶毗連，主體為一套由古生代地質(zhì)體構(gòu)成的巨型增生混雜帶[5]。該造山帶內(nèi)分布有兩條沿北西—南東向延伸的蛇綠巖帶，北側(cè)的扎河壩—阿爾曼泰蛇綠巖帶是晚寒武世—早奧陶世古亞洲洋的殘片[17-20]，南側(cè)卡拉麥里蛇綠巖的形成時代為早泥盆世[21-23]。沿烏倫古大斷裂和卡拉麥里大斷裂分布著具有正εNd(t)值的晚古生代花崗巖，這些巖體具有A 型花崗巖的地球化學(xué)特征，主要形成于300 Ma左右的后碰撞構(gòu)造環(huán)境[24-25]。

圖1 準(zhǔn)噶爾及鄰區(qū)地質(zhì)簡圖(a，據(jù) Xiao等[1])和東準(zhǔn)噶爾姜格爾庫都克一帶地質(zhì)簡圖(b，據(jù)陜西區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院1∶25萬北塔山幅、滴水泉幅修編資料)Fig.1 Simplified geological map of the Junggar terrane (after Xiao et al.[1]) and simplified geological map of Yemaquan area in eastern Junggar of northern Xinjiang(b)

研究區(qū)位于東準(zhǔn)噶爾造山帶中西部的姜格爾庫都克一帶(圖1b)，區(qū)內(nèi)出露的地層主要為泥盆系及石炭系，其中泥盆系出露廣泛，下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組(D1zh)巖性以淺海相粗碎屑巖為主，夾少量安山質(zhì)火山碎屑巖和碳酸鹽，總體呈下部粗上部偏細(xì)，由灰綠—灰色中粗粒長石巖屑砂巖夾鈣質(zhì)礫砂巖組成頗為明顯韻律，上部以凝灰砂巖為主，產(chǎn)豐富珊瑚類、腕足類、三葉蟲、螺類等化石；中泥盆統(tǒng)烏魯巴斯陶組(D2w)為一套海陸交互相碎屑巖，下部為黃綠色砂礫巖及韻律狀砂巖，富含珊瑚化石，上部為硅質(zhì)條帶狀粉砂巖、細(xì)砂巖夾砂礫巖，產(chǎn)植物化石；上泥盆統(tǒng)克安庫都克組(D3k)為一套淺色或雜色的陸相碎屑巖，韻律性較差，下部為黃綠—黃白色條帶狀長石砂巖、細(xì)砂巖及硅質(zhì)粉砂巖，中上部為淺黃褐色中粒長石砂巖與黃綠色細(xì)砂巖互層，產(chǎn)斜方薄皮等植物化石。石炭系出露下石炭統(tǒng)姜巴斯陶組(C1j)和上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(C2bt)，前者為一套正常碎屑巖夾巖漿屑沉積巖建造，主要巖性為灰綠色硬砂巖、鈣質(zhì)砂巖、粉砂巖及砂礫巖，局部地區(qū)夾凝灰質(zhì)砂巖；后者主要為一套比較穩(wěn)定的陸相噴發(fā)中基性火山巖夾少量碎屑巖。下二疊統(tǒng)哈爾加烏組(P1h)為一套陸相火山碎屑巖夾少量中酸性熔巖，主要巖性為灰綠色、淺綠色中酸性凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)角礫巖等。區(qū)內(nèi)侵入巖分布較為廣泛，以早古生代石英二長閃長巖和晚古生代花崗巖為主，前者大多數(shù)地段被泥盆紀(jì)地層不整合覆蓋，而后者展布方向與區(qū)域構(gòu)造線基本一致，呈北西—南東向延伸，侵入石英二長閃長巖體及泥盆—石炭紀(jì)地層之中。

圖2 石英二長閃長巖野外照片及顯微特征照片F(xiàn)ig.2 Specimen and microphotographs of the quartz monzobiorite(a)下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組與石英二長閃長巖體不整合接觸關(guān)系；(b) 不整合界線附近的含石英二長閃長巖礫石粗砂巖；(c) 石英二長閃長巖野外宏觀照片；(d)-(f)石英二長閃長巖顯微鏡下單偏光照片；Pl.斜長石；Kf.鉀長石；Qz.石英；Hb.角閃石；Bi.黑云母

本次研究的姜格爾庫都克巖體出露總面積約45 km2(圖1b)，以巖基或巖株狀產(chǎn)出，共由3個巖體組成，近東西延伸，并被下泥盆統(tǒng)卓木巴斯套組(D1zh)平緩不整合覆蓋(圖2(a))，局部為斷層接觸，在不整合面附近斷續(xù)出露有石英二長閃長巖的礫石(圖2(b))、砂礫巖及生物灰?guī)r。該巖體主體巖性為中粒黑云石英二長閃長巖(圖2(c))，野外未見暗色包體發(fā)育和侵入地層。巖石呈灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物為斜長石和角閃石，次要礦物為鉀長石、石英和黑云母。其中斜長石呈半自形板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，粒徑為0.6～2.8 mm，含量為55%～60%；角閃石多呈半自形板狀，粒徑為0.6～2.8 mm，具綠—黃褐多色性，發(fā)育閃石式解理，輕微綠泥石化，含量10%～15%；鉀長石呈它形板狀，發(fā)育條紋結(jié)構(gòu)，多為條紋長石，粒徑為0.6～2.0 mm，含量約10%；石英呈它形粒狀，發(fā)育微裂紋，具波狀消光，粒徑為0.6～1.4 mm，含量為10%～15%；黑云母呈半自形片狀，均已綠泥石化、綠簾石化，片徑為0.4～2.6 mm，含量約為3%(圖2(d)、(e)和(f))。

2 分析方法

LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的樣品，在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室利用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)對鋯石進(jìn)行分選和制靶。鋯石的陰極發(fā)光(CL)顯微照相在西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點實驗室的Cameca電子探針儀器上完成，采用美國Gatan公司生產(chǎn)的陰極熒光譜儀進(jìn)行鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析，分析電壓為15 kV，電流為19 nA。LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定由西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點實驗室的激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)儀完成。激光剝蝕系統(tǒng)是配備有193nmArF-excimer激光器的Geolas200M，分析采用激光剝蝕孔徑30 μm，剝蝕深度20～40 μm，激光脈沖為10 Hz，能量為32～36 mJ，鋯石的同位素組成以鋯石91500為外標(biāo)進(jìn)行校正[26]，微量元素組成以玻璃標(biāo)樣NISTSRM610做外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正[27-28]。鋯石同位素數(shù)據(jù)采用GLITTER程序，年齡計算使用Isoplot(ver3.0) 完成[29]。

圖3 石英二長閃長巖鋯石陰極發(fā)光圖像、206Pb/238U年齡及εHf(t)值Fig.3 CL images of zircons from the quartz monzobiorite sample, and its 206Pb/238U ages and εHf(t)

鋯石的Lu-Hf同位素分析在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成，使用儀器為Nu Plasma HR(Wrexham, UK)多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICPMS)和GeoLas200M 激光剝蝕系統(tǒng)Neptune型，具體的分析步驟和流程見Yuan等[30]。采用176Lu/175Lu=0.026 69[31]和176Yb/172Yb=0.588 6[32]進(jìn)行樣品176Lu/177Hf 和176Hf/177Hf 比值同量異位干擾校正。在樣品測定期間，使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和GJ-1進(jìn)行儀器狀態(tài)監(jiān)控和樣品校正。91500的176Hf/177Hf 為0.282 295±0.000 029 (n=17, 2σ)，GJ-1 的176Hf/177Hf 為0.282 049±0.000 023 (n=10, 2σ)，與二者推薦值分別為0.282 307 5±0.000 058 (2σ)[33]和0.282 015±0.000 019(2σ)[34]基本吻合。計算εHf(t)時，176Lu的衰變系數(shù)為1.865×10-11a-1，球粒隕石176Hf/177Hf比值為0.282 772，176Lu/177Hf 比值為0.033 2[35]，單階段Hf模式年齡(tDM1)計算時，虧損地幔176Hf/177Hf 和176Lu/177Hf 分別為0.283 25和0.038 4[36]，兩階段Hf模式年齡(TDM2)計算時，下地殼176Lu/177Hf 比值為0.022[37]。

巖石主量和微量元素均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心完成，其中主量元素測試采用XRF法在PW2404X儀器上分析完成，分析精度優(yōu)于1%，微量元素測試?yán)肊LEMENTII 高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜分析儀分析完成，分析精度優(yōu)于5%～10%。

3 結(jié)果分析

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

石英二長閃長巖27顆鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)見表1。樣品中的鋯石干凈、透明，在形態(tài)上以長柱狀和短柱狀為主，鋯石粒徑介于80～130 μm之間。陰極發(fā)光圖像分析顯示(圖3)，鋯石絕大部分具較好的晶形，呈現(xiàn)巖漿結(jié)晶韻律環(huán)帶，內(nèi)部無殘留老核，外部無變質(zhì)邊，表明它們?yōu)閹r漿成因的鋯石。27個測點顯示鋯石的U和Th含量分別為122×10-6～266×10-6和61×10-6～204×10-6，Th/U比值為0.43～0.82，均大于0.4，顯示巖漿成因特征。

在鋯石的U-Pb 諧和曲線圖中(圖4a)，27個數(shù)據(jù)分析點均位于U-Pb諧和線上或其附近的一個很小的區(qū)域內(nèi)，表面年齡變化于430～436 Ma，其加權(quán)平均年齡為(432.8±1.2) Ma (MSWD=0.17，圖4(b))，代表石英二長閃長巖的侵位時限為早志留世。

3.2 鋯石Hf同位素

對石英二長閃長巖樣品已獲得U-Pb年齡的鋯石進(jìn)行Hf同位素測定，其分析結(jié)果見表2。從測試結(jié)果可以看出，樣品的所有分析點均具有低176Lu/177Hf比值(絕大多數(shù)小于0.002)，表明鋯石在形成以后具有較低的放射成因Hf的積累，所測定的176Hf/177Hf基本代表了其形成時體系的Hf同位素組成[33]。27個分析點的176Hf/177Hf比值為0.282 809～0.282 883，εHf(t)值10.8～13.6，平均值為12.2，兩階段Hf模式年齡 (TDM2) 為726～560 Ma，表明源區(qū)可能為新元古代晚期至早古生代早期的新生島弧或底侵陸殼物質(zhì)。

表2 姜格爾庫都克石英二長閃長巖鋯石Hf同位素組成

3.3 巖石地球化學(xué)

姜格爾庫都克石英二長閃長巖主量元素和微量元素分析結(jié)果見表3。由表3可以看出，樣品SiO2含量變化范圍較小且較低，介于55.64%～58.68%之間，平均值為56.91%；TiO2含量較低(0.54%～0.71%)；富鈉貧鉀，Na2O含量為4.46%～4.62%，K2O含量為2.09%～2.83%，Na2O/ K2O比值為1.56～2.21，在K2O-SiO2圖解(圖5)上，樣品全部落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域內(nèi)；準(zhǔn)鋁質(zhì)，Al2O3含量為16.99%～18.05%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.86～0.92，在A/NK-A/CNK圖解(圖6)中，樣品均落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)；MgO含量及對應(yīng)的Mg#值分別為2.87%～3.43%和49.48～56.04，CaO含量較高，其值介于3.99%～5.80%之間。

圖5 石英二長閃長巖K2O-SiO2圖解(據(jù)Middlemost[38])Fig.5 K2O-SiO2 diagram of the quartz monzobiorite (after Middlemost[38])

圖6 石英二長閃長巖A/NK-A/CNK圖解(據(jù)Maniar和Piccoli[39])Fig.6 A/NK-A/CNK diagram of the quartz monzobiorite (after Maniar and Piccoli[39])

石英二長閃長巖稀土總量(∑REE)為110.66×10-6～170.34×10-6，輕重稀土元素比值(LREE/HREE)為2.88～3.26，(La/Yb)N和 (La/Sm)N分別為6.55～8.80和2.66～3.32，具輕稀土元素(LREE)富集及重稀土元素 (HREE)相對虧損的特征。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖上(圖7(a))，所有樣品均具有相似的配分模式，表現(xiàn)為輕稀土曲線右傾而重稀土相對平坦的特點。δEu為0.77～0.93，平均值為0.90，顯示微弱的鈾負(fù)異常，表明原始巖漿在演化過程中經(jīng)歷了微弱的斜長石分離結(jié)晶作用。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7(b))顯示，石英二長閃長巖樣品均具有相似的配分曲線模式，總體富集大離子親石元素(LILE，如K、Rb、Ba和Sr)，而虧損高場強(qiáng)元素(HFSE，如Ta、Nb和Ti)及P，總體表現(xiàn)出與俯沖帶相關(guān)的大陸或島弧巖漿相似的地球化學(xué)特征。樣品Sr、Yb含量分別為665×10-6～854×10-6和1.78×10-6～2.53×10-6，與典型的埃達(dá)克巖明顯不同。

4 討 論

4.1 東準(zhǔn)噶爾早古生代巖漿活動記錄及構(gòu)造背景

東準(zhǔn)噶爾姜孜爾庫都克石英二長閃長巖體被早泥盆世一套富含化石的碎屑巖不整合覆蓋，1∶20萬卡姆斯特幅將其厘定為加里東期，但缺少高精度年代學(xué)方面的約束，本次通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年方法，獲得石英二長閃長巖鋯石U-Pb年齡為(432.8±1.2) Ma，表明其侵位時代為早志留世，這與Xu等[15]在巴里坤塔黑爾巴斯套地區(qū)獲得變形花崗巖(431.7±1.4) Ma及石英二長閃長巖(431.8±1.5) Ma鋯石U-Pb年齡一致。

近年來在東準(zhǔn)噶爾其他地區(qū)相繼發(fā)現(xiàn)了早古生代火成巖活動的信息且均位于阿爾曼泰蛇綠混雜巖帶之南，我們曾獲得研究區(qū)東北的索爾巴斯塔烏一帶侵入中奧陶統(tǒng)烏列蓋組之中的石英閃長巖體鋯石U-Pb年齡為 (442.5±2.5) Ma和北塔山烏拉斯臺口岸一帶呈構(gòu)造巖塊產(chǎn)于蛇綠混雜巖帶中的變閃長巖年齡 (438.3±2.5) Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù))；郭麗爽等[12]也報道了伊吾縣銅華嶺巖體鋯石U-Pb年齡為418～427 Ma；張永等[13]在蒙西斑巖銅礦床含礦花崗斑巖中發(fā)現(xiàn)年齡為442 Ma的一組具有較老核年齡的鋯石；杜世俊等[14]獲得瓊河壩地區(qū)和爾賽斑巖銅礦成巖礦體中鉀長花崗巖CAMECA鋯石U-Pb年齡為 (429.4±6.4) Ma；Xu等[15]在巴里坤塔黑爾巴斯套地區(qū)發(fā)現(xiàn)了 432～454 Ma的早古生代巖漿巖；郭曉俊等[16]獲得紙坊北一帶侵入中晚奧陶世火山—沉積組合的荒草坡群并被晚志留世及早泥盆世地層不整合覆蓋的花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡為(440.6±3.7) Ma，同時徐芹芹等[41]獲得該巖體中黑云母二長花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡436～463 Ma。施文翔等[42]報道了老君廟東北部侵入早奧陶世變質(zhì)巖中的斜長花崗巖(可能為英云閃長巖)鋯石U-Pb年齡為 (468.1±5.5) Ma。

圖7 石英二長閃長巖稀土元素配分曲線圖 (a) 和微量元素蛛網(wǎng)圖 (b) (球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun和McDonough[40])Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spidergrams of trace elements (b) of the quartz monzobiorite (after Sun and McDonough[40])

從巖石組合上，這些早古生代巖漿巖構(gòu)成了阿爾曼泰蛇綠混雜巖帶之南的石英閃長巖/安山巖-石英二長閃長巖/粗安巖-花崗閃長巖-二長花崗巖等以中酸性為主的巖漿演化序列。巖石地球化學(xué)特征顯示，早志留世石英二長閃長巖屬高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)的花崗巖類。在稀土元素配分曲線上表現(xiàn)為輕稀土富集的右傾型特征，出現(xiàn)弱的銪負(fù)異常。在微量元素配分曲線上富集大離子親石元素(LILE，如K、Rb、Ba和Sr)，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE: Nb、Ta、Ti)及P，表現(xiàn)出與俯沖有關(guān)的島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征。所有樣品具相對較高Al2O3含量(16.99%～18.05%)及較低的TiO2含量(0.54%～0.71%)、Yb含量(1.78×10-6～2.65×10-6) 和Th/Yb比值(0.10～0.23)，指示其與俯沖帶有關(guān)的島弧環(huán)境[43]。與區(qū)域上發(fā)育中奧陶世—早志留世巖漿巖在巖石地球化學(xué)方面均表現(xiàn)為弧巖漿巖的特征并具相似的源區(qū)特征[11, 15-16]，在La/Yb-Sc/Ni圖解(圖8(a))中，所有樣品均投點于大陸邊緣弧區(qū)域；在Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖8(b))中，所有樣品均落入陸緣弧的區(qū)域內(nèi)，指示其可能形成于陸緣弧的環(huán)境[44-45]。這就意味著在東準(zhǔn)噶爾阿爾曼泰蛇綠混雜巖帶之南(野馬泉島弧帶)存在著由花崗巖類組成的早古生代深成侵入體及火山-沉積巖組合為代表的古火山-巖漿弧帶構(gòu)成的活動陸緣構(gòu)造格局，同時也暗示了東準(zhǔn)噶爾地區(qū)存在早古生代重要巖漿活動事件。東準(zhǔn)噶爾地區(qū)碎屑鋯石年代學(xué)研究也為該事件提供了年代學(xué)的依據(jù)，野馬泉地區(qū)志留紀(jì)地層存在大量的約440 Ma碎屑鋯石[4]，阿爾曼泰蛇綠混雜帶中沉積巖塊的碎屑鋯石主峰值年齡為447 Ma[46]，卡拉麥里地區(qū)泥盆紀(jì)卡拉麥里組碎屑鋯石主峰值年齡為450 Ma[47]。

4.2 巖石成因

圖8 石英二長閃長巖La/Yb-Sc/Ni圖解(a，據(jù)Bailey[44])和Th/Yb-Ta/Yb圖解(b，據(jù)Pearce[45])Fig.8 La/Yb-Sc/Ni (a，after Bailey[44]) and Th/Yb-Ta/Yb (b, after Pearce[45]) diagrams of the quartz monzobiorite

圖9 C/MF-A/MF圖解(據(jù)Alther等[53])Fig.9 C/MF-A/MF diagram (after Alther et al.[53])

圖10 Al2O3/(MgO+FeOt)-CaO/(MgO+FeOt)和Rb/Ba-Rb/Sr圖解(據(jù)Sylvester[54])Fig.10 Al2O3/(MgO+FeOt)-CaO/(MgO+FeOt) and Rb/Ba-Rb/Sr diagrams (after Sylvester[54])

研究表明，弧巖漿主要由洋殼及其沉積物在俯沖過程中形成的流體或熔體交代過的上覆地幔楔發(fā)生部分熔融形成[48-50]。所有樣品Zr/Nb比值(24.11～37.75) 遠(yuǎn)高于OIB 中Zr /Nb比值(5.8)，處于島弧火山巖Zr/Nb 值(10～60)變化范圍之內(nèi)[51]；Hf/Ta為12.71～28.26，遠(yuǎn)大于OIB 的相應(yīng)比值(Zr/Nb=5.8; Hf/Ta=2.9)，與N-MORB的比值較為接近(Zr/Nb=30; Hf/Ta=15.5)，指示其原始巖漿可能由虧損型地幔部分熔融產(chǎn)生[52]，與鋯石具高的εHf(t)值(10.8～13.6)相吻合，與C/FM-A/FM圖解(圖9)和Rb/Ba-Rb/Sr圖解(圖10)中所有樣品均落入變玄武巖的范圍內(nèi)一致。石英二長閃長巖Th/Nb比值為1.70～2.06，不但高于原始地幔(0.12)和EMⅡ型洋島玄武巖(0.16)，而且還遠(yuǎn)高于陸殼的平均值(0.44)[55]，高的Th/Nb比值往往與俯沖洋殼上沉積物的熔融有關(guān)[56]。俯沖沉積物往往具有較高的Th含量和較低的Ce/Th(≈8)及Ba/Th(≈111)比值[57]。石英二長閃長巖Ce/Th比值為5.68～9.42(平均值為7.02)，Ba/Th比值為77.12～117.42(平均值為94.34)，在微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示Th和Ce呈不同程度的富集特征，表明俯沖洋殼上的沉積物可能參與了石英二長閃長巖的成巖過程。在地幔楔中，Zr、Hf在俯沖板片析出流體中相對于板片熔體中具有更低的溶解度，而Nd和Sm在流體中具有更高的溶解度，因此可以用(Ta/La)N和(Hf/Sm)N來區(qū)分弧巖漿來源于流體交代地幔還是熔體交代地幔[58]。在(Ta/La)N-(Hf/Sm)N圖解(圖11)中，大部分樣品投影在俯沖流體交代地幔區(qū)域內(nèi)，暗示了與俯沖作用有關(guān)的消減板片的流體對地幔交代作用對其源區(qū)成分有重要貢獻(xiàn)，而大多數(shù)樣品較高的Ba/La比值(23.94～37.00)，進(jìn)一步指示俯沖帶流體對巖漿源區(qū)的作用強(qiáng)烈。上述分析表明姜格爾庫都克石英二長巖可能來自俯沖洋殼和沉積物的含水流體引起上覆地幔楔物質(zhì)的部分熔融形成的。

圖11 (Hf/Sm)N-(Ta/La)N圖解(據(jù)Fleche等[58])Fig.11 (Hf/Sm)N-(Ta/La)N diagram (after Fleche et al[58])

4.3 源區(qū)特征

對巖漿巖鋯石Hf同位素的研究表明，具有低的176Hf /177Hf 以及εHf值的巖石往往指示其源區(qū)為地殼或經(jīng)過地殼的混染，而具有較高的176Hf /177Hf 以及εHf值(>0)的巖石直接來自地幔或由幔源物質(zhì)分異的新生殼源物質(zhì)[59]。姜格爾庫都克石英二長閃長巖鋯石εHf(t)值(10.8～13.6)較高且變化范圍小，εHf(t)位于虧損地幔演化線和球粒隕石線之間，并更靠近虧損地幔演化線，指示其源區(qū)具有虧損地幔的性質(zhì)(圖12)。兩階段Hf模式年齡 (TDM2) 為560～726 Ma，大于其形成年齡，可能代表了新元古代晚期至早古生代結(jié)晶基底從地幔分離的年齡。石英二長閃長巖所表現(xiàn)的鋯石Hf同位素特征與扎河壩蛇綠巖中形成于494～498 Ma的斜長花崗巖[20]和東準(zhǔn)噶爾早古生代花崗巖體相似[13,15-16]，暗示了早志留世石英二長閃長巖可能為以新元古代晚期至早古生代早期的新生島弧陸殼物質(zhì)的產(chǎn)物。同時佐證了東準(zhǔn)噶爾可能是由新元古代至早古生代早期由虧損地幔演化來洋殼和島弧建造組成的年輕地殼，這也印證了準(zhǔn)噶爾東部是中亞造山帶從新元古代以來形成新的陸殼和發(fā)生多期弧-陸碰撞拼貼、陸殼增生過程形成的古生代增生造山帶[3-4, 16]。

圖12 石英二長閃長巖t-εHf(t)圖解Fig.12 The t-εHf(t) diagram for the quartz monzobiorite

4.4 構(gòu)造意義

目前對于東準(zhǔn)噶爾早古生代的巖漿活動事件或洋盆俯沖極性存在著阿爾曼泰蛇綠巖帶[6, 9]或額爾齊斯[13]代表的古亞洲洋向南俯沖和卡拉麥里蛇綠巖代表的古亞洲洋向北俯沖[1-4, 60]有關(guān)的兩種截然不同的認(rèn)識。近年來的研究表明，位于研究區(qū)南側(cè)的卡拉麥里蛇綠巖的形成時代為早泥盆世[21-23]，而北側(cè)的阿爾曼泰蛇綠混雜巖帶是晚寒武世—早奧陶世古亞洲洋的殘片[17-20]。顯然，東準(zhǔn)噶爾地區(qū)早古生代巖漿活動事件很可能與阿爾曼泰蛇綠巖帶所代表的古亞洲洋俯沖消減相關(guān)。因此，我們推測東準(zhǔn)噶爾地區(qū)在中奧陶世—中志留世期間，以阿爾曼泰蛇綠巖帶為代表的古亞洲洋向南俯沖至準(zhǔn)噶爾地塊形成巖漿弧，并可能經(jīng)歷了由島弧到陸緣弧的演化過程[8, 11, 15]，而早志留世姜格爾庫都克石英二長閃長巖所表現(xiàn)出高鉀鈣堿性的地球化學(xué)特征可能代表陸緣弧演化到成熟階段的產(chǎn)物。中晚志留世期間，可能發(fā)生了弧陸或陸陸碰撞，區(qū)域上中—頂志留統(tǒng)地層與下伏奧陶紀(jì)火山-沉積地層[61]和下泥盆統(tǒng)地層與早古生代花崗巖之間的區(qū)域性的角度不整合[10]的接觸關(guān)系應(yīng)是此次構(gòu)造事件在東準(zhǔn)噶爾的具體表現(xiàn)?？傊瑬|準(zhǔn)噶爾早志留世弧巖漿巖的厘定和發(fā)現(xiàn)，對于認(rèn)識區(qū)域構(gòu)造演化具有重要的意義。

5 結(jié) 論

(1)采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年方法，獲得新疆東準(zhǔn)噶爾姜格爾庫都克石英二長閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(432.8±1.2) Ma，表明侵位時限為早志留世。

(2)姜格爾庫都克石英二長閃長巖體具低硅(SiO2= 55.64%～58.68%)、低鈦(TiO2=0.54%～0.71%)、高鋁(Al2O3=16.99%～18.05%)的特征，屬高鉀鈣堿性、準(zhǔn)鋁質(zhì)(A/CNK=0.85～1.00)系列，富集輕稀土元素(LREE)(LREE/HREE=2.88～3.26)和大離子親石元素(LILE，如K、Rb、Ba和Sr)，虧損高場強(qiáng)元素(HFSE: Nb、Ta、Ti)及P，具島弧巖漿巖的特征。鋯石具高的正εHf(t)值(10.8～13.6)，兩階段Hf模式年齡 (TDM2=560～726 Ma)大于其形成年齡，這些特征表明其可能由俯沖洋殼和沉積物的含水流體引起上覆地幔楔以新元古代晚期至早古生代早期的新生島弧陸殼物質(zhì)部分熔融形成的。

(3)東準(zhǔn)噶爾姜孜爾庫都克石英二長閃長巖為阿爾曼泰蛇綠巖帶所代表的早古生代古亞洲洋在早志留世時期向南俯沖消減的陸緣弧巖漿記錄。

致謝：本文在成稿過程中得到了中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)張東陽博士、西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所陳雋璐研究員及陜西區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究院李海平教授級高級工程師的意見和建議，在此表示衷心的感謝！

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The Early Silurian Arc Magmatic Rocks of East Junggar, Xinjiang:Evidences from Geochemistry, Zircon U-Pb Age and Hf Isotopes of the Jianggeerkuduke Quartz Monzobiorite

HUANG Gang, NIU Guangzhi, WANG Xinlu, GUO Jun, YU Feng

(The Regional Institute of Shaanxi Bureau of Geological Exploration, Xianyang, Shaanxi 712000, China)

There is few high-precision geochronological data of the Jianggeerkuduke quartz monzobiorite covered in angular unconformity by the Lower Devonian Zhuomubasitao Formation, East Junggar. The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the quartz monzobiorite is (432.8±1.2) Ma, indicating that magmas emplaced during the Early Silurian. Geochemical analyses suggest that the quartz monzobiorite has low SiO2(55.64%-58.68%), TiO2(0.54%-0.71%) and high Al2O3(16.99%-18.05%) contents. The quartz monzobiorite samples have characteristics of enrichment of LILE(K, Rb, Ba, Sr) and depletion of HFSE(Nb, Ta, Zr, Hf). These geochemical features imply a similar origin with subduction-related tectonic setting. The rocks have positiveεHf(t) (+10.8-+13.6) andTDM2ages of 726-560 Ma slightly older than their formation ages, which prove that they were products derived by the partial melting of juvenile island arc materials formed from the Late Neoproterozoic to the early stage of Early Paleozoic. Combining with the regional geological background, we propose that the Jianggeerkuduke quartz monzobiorite was formed by the partial melting of the Late Neoproterozoic to the early stage of Early Paleozoic juvenile island arc materials of the mantle wedge by hydrous fluid originated from subducted oceanic crust and sediments, which was the product of the continental marginal arc magmatic formed by the southward subduction of the Paleo-Asian oceanic crust in the Early Silurian.

quartz monzobiorite; Early Silurian; LA-ICP-MS zircon U-Pb age; Hf isotope; continental marginal arc; East Junggar

2016-03-03；改回日期：2016-10-23；責(zé)任編輯：戚開靜。

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“新疆滴水泉幅(L45C003004)、北塔山牧場幅(L46C003001)1∶25萬區(qū)調(diào)修測”(1212011120500)；中央返還兩權(quán)價款資金項目“新疆東準(zhǔn)噶爾卡拉麥里金礦帶控礦構(gòu)造調(diào)查研究及靶區(qū)優(yōu)選”(Y15-1-LQ02)。

黃 崗，男，工程師，1984年出生，地質(zhì)學(xué)專業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作及造山帶巖漿作用的相關(guān)研究。

Email：huangg523@163.com。

P588.121; P597.3

A

1000-8527(2016)06-1219-15