高山林

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

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西天山巴爾蓋提花崗巖體年齡、地球化學(xué)特征與構(gòu)造意義

高山林

(中國(guó)石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083)

巴爾蓋提花崗巖體位于伊犁盆地北緣西天山博羅霍洛構(gòu)造帶。鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡(374±7.0) Ma顯示巖體侵位于晚泥盆世。巖石為斑狀黑云母花崗巖，其主量元素SiO2、Al2O3、K2O、Na2O的含量分別為70.72%～79.12%，9.87%～14.51%，4.13%～5.54%，2.87%～4.35%，富堿、高鉀、低鎂鈦，屬高鉀鈣堿性系列；輕稀土相對(duì)富集，(La/Yb)N為7.61～16.31，具有顯著的負(fù)Eu異常；相對(duì)富集大離子親石元素Rb、U和Th等，虧損Nb、Ta和 Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，地球化學(xué)特征總體顯示了I-A花崗巖過渡特征。區(qū)域上地層不整合關(guān)系、沉積特征及地球化學(xué)構(gòu)造圖解特征綜合分析表明，巴爾蓋提花崗巖體形成于晚泥盆世區(qū)域性造山后伸展背景，與石炭紀(jì)火山—沉積建造構(gòu)成了晚古生代完整的開合構(gòu)造演化旋回。

巴爾蓋提花崗巖體；鋯石U-Pb年齡；I-A型花崗巖；造山后伸展；西天山

巴爾蓋提花崗巖體位于伊犁盆地北部的西天山博羅霍洛構(gòu)造帶。該構(gòu)造帶晚古生代巖漿活動(dòng)持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從泥盆紀(jì)—早中二疊世，既有噴發(fā)巖又有侵入巖[1-5]。噴發(fā)巖以分布較為廣泛的下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組為代表；侵入巖占據(jù)著博羅霍洛山的主體，面積超過1 000 km2，整體呈北西向帶狀巖基產(chǎn)出；圍巖有古元古界、長(zhǎng)城系、中—上志留統(tǒng)及大哈拉軍山組。侵入最新地層為石炭系，巖性主要為閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗巖、鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)斑巖和花崗斑巖等。

1 樣品特征及分析方法

樣品采自博羅霍洛構(gòu)造帶尼勒克縣科克浩特浩爾蒙古族鄉(xiāng)巴顏郭愣河上游巴爾蓋提巖體，面積約40 km2，總的面貌呈褐色、肉紅色；圍巖為中志留統(tǒng)基夫克組灰色、灰綠色片理化中薄層狀碳酸鹽質(zhì)粉砂巖夾極薄層鈣質(zhì)泥巖和上志留統(tǒng)庫(kù)茹爾組片理化凝灰質(zhì)鈣質(zhì)粉砂巖，邊緣有角巖化和陽(yáng)起石化，與石炭系接觸處未見角巖化，巖體邊緣相為花崗閃長(zhǎng)斑巖。野外采樣主要為巖體中心相粗粒似斑狀黑云母花崗巖(圖1)，樣品新鮮、結(jié)構(gòu)清晰、未風(fēng)化，無蝕變礦化，采樣點(diǎn)在43°54′51″和83°07′20″附近500 m范圍內(nèi)。樣品呈肉紅色，塊狀構(gòu)造，中細(xì)粒半自形、它形粒狀結(jié)構(gòu)；由石英(25%～35%)、鉀長(zhǎng)石(35%～40%)、斜長(zhǎng)石(15%～20%)、黑云母(5%～15%)及少量的角閃石(0～2%)組成；長(zhǎng)石局部見輕度的高嶺土化，石英多裂紋，黑云母呈顯微鱗片狀集合體，角閃石半自形板狀，大小不一，零星分布；副礦物有磁鐵礦、磷灰石、鋯石等。

鋯石分選工作均在河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查所實(shí)驗(yàn)室完成，主要是在粗淘、電磁分選和細(xì)淘之后由手工挑選，在雙目鏡下挑選裂隙相對(duì)少、表面盡量潔凈、透明度相對(duì)較高的鋯石制作環(huán)氧樹脂樣品靶，然后打磨和拋光鋯石露出核部進(jìn)行CL圖像分析。激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA ICP-MS)、原位鋯石U-Pb定年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，詳細(xì)的測(cè)試流程和實(shí)驗(yàn)參數(shù)及計(jì)算過程見參考文獻(xiàn)[10]。

全巖主微量元素、Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究中心完成。主量元素組成用X射線熒光光譜法分析(XRF)方法,所用儀器為菲利普PW2404 X射線熒光光譜儀；微量元素測(cè)定采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)分析,儀器為HR-ICP-MS(Element I)型質(zhì)譜儀。同位素采用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜儀分析，測(cè)試條件：相對(duì)濕度20%，溫度 20 ℃。用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd /144Nd=0.721 9進(jìn)行Sr和Nd同位素質(zhì)量分餾校正，Sm和Nd的實(shí)驗(yàn)室全流程本底大約是10-11g，Rb和Sr的實(shí)驗(yàn)室全流程本底約(3～5)×10-10g，詳細(xì)的流程和計(jì)算見文獻(xiàn)[11]。

圖1 西天山巴爾蓋提花崗巖及鄰區(qū)地質(zhì)略圖

2 花崗巖體鋯石LA-ICP-MS年代學(xué)

鋯石為淺黃色或無色透明，自形程度好，具有清晰的核邊結(jié)構(gòu)和韻律環(huán)帶，為巖漿結(jié)晶產(chǎn)物。鋯石的Th含量變化為(32.16～363.17)×10-6，U含量為(69.42～407.84)×10-6；Th/U比值變化范圍在0.39～1.03之間，為典型的巖漿成因鋯石(表1)。樣品鋯石的24個(gè)分析點(diǎn)的206Pb/238U表觀年齡集中在353～410 Ma，較集中于諧和線上或稍偏諧和線(圖2)，加權(quán)平均年齡為(374±7.0) Ma(MSWD=0.79)，可以代表巴爾蓋提黑云母花崗巖巖體的結(jié)晶年齡，巖體形成于晚泥盆世。

前人在博羅霍洛侵入巖帶已發(fā)現(xiàn)眾多的晚泥盆世巖體，喇嘛蘇巖體SHRIMP鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果表明，石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖形成于(394.8±4.9) Ma，花崗閃長(zhǎng)斑巖和英云閃長(zhǎng)斑巖形成于(380.9±3.9) Ma[12]，花崗閃長(zhǎng)斑巖鋯石年齡為(366.3±1.9) Ma[2]。

表1 西天山巴爾蓋提花崗巖LA-ICP-MS鋯石定年結(jié)果

萊歷斯高爾巖體花崗閃長(zhǎng)斑巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(374±4) Ma[2]；花崗閃長(zhǎng)斑巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為(354±0.65) Ma[1]和(346±1.2) Ma[4]；輝鉬礦的Re-Os同位素模式等時(shí)線年齡為(359±8) Ma[13]；翟偉等[14]對(duì)阿希金礦圍巖大哈拉軍山組的鋯石SHRIMP定年為(363.2±5.7) Ma，這充分表明博羅霍洛構(gòu)造帶泥盆紀(jì)晚期存在較強(qiáng)的巖漿活動(dòng)。

3 元素地球化學(xué)

3.1 主量元素特征

巖體SiO2含量高，為70.72～79.12%，平均74.61%；堿含量 (Na2O+K2O)為7.00%～9.46%，平均8.55%，K2O/Na2O為1.1～1.44；TiO2為0.11%～0.27%，MgO、FeOT分別為0.19%～0.57%及0.98%～2.04%(表2)。堿度率AR為3.81～5.37，富硅、富堿、富鉀、貧鈦，在硅—堿圖上投點(diǎn)到花崗巖區(qū)域(圖3a)。Al2O3為9.87%～14.51%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.83～1.01，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)(圖3b)。分異指數(shù)DI較高，為88.84～94.42，AR-SiO2圖解中樣品投點(diǎn)到堿性巖區(qū)，在K2O-SiO2圖解中均落入高鉀鈣堿性區(qū)域。在哈克圖解中，Al2O3、MgO、TiO2、Na2O、K2O、P2O均與SiO2呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，堿度率AR、分異指數(shù)DI與SiO2大體呈正相關(guān)關(guān)系，較高分異指數(shù)和低固結(jié)指數(shù)表明巖漿具有分異程度高、淺部就位的特征。

3.2 稀土元素和微量元素特征

巴爾蓋提巖體∑REE為(103.95～235.90)×10-6，總體含量較低，LREE/HREE為7.62～14.13，輕稀土相對(duì)富集，(La/Yb)N為7.61～16.32，(La/Sm)N為5.05～7.32，(Gd/Yb)N為1.08～1.55，輕重稀土元素分餾明顯；稀土配分曲線呈明顯的LREE富集的右傾型(圖4)，輕稀土相對(duì)重稀土分異作用更顯著，重稀土呈弱的“翹尾”現(xiàn)象，與我國(guó)許多地區(qū)的高分異Ⅰ型花崗巖特征非常相似。δEu 為0.27～0.48，有顯著的負(fù)銪異常，說明在部分熔融作用中，源區(qū)有長(zhǎng)石殘留或巖漿演化過程中發(fā)生了斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶。

微量元素組成上，樣品明顯富集大離子親石元素(LILE) K、Rb、U、Th等，Rb 為(118.79～175.36)×10-6，Th為(15.98～43.73)×10-6。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖5)，Ba、Nb、Ta相對(duì)虧損，Sr、P和Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)強(qiáng)烈虧損，Sr、Ba、P、Ti負(fù)異常程度具有隨巖漿演化程度增高而增大的趨勢(shì)。Y和 Yb相對(duì)較高，分別為(16.26～30.38)×10-6和(1.89～3.17)×10-6。貧Ti、虧損Nb、Ta以及Th、U、Hf、Zr等高場(chǎng)強(qiáng)元素富集，反映了巖漿受到地殼物質(zhì)的高度參與[18]。明顯的負(fù)Eu異常、Sr的強(qiáng)烈虧損以及平坦的HREE分布特征暗示,巖漿形成于富集斜長(zhǎng)石且無石榴石殘留的淺部低壓地區(qū)[19]。

表2 西天山巴爾蓋提花崗巖的主量和微量元素組成

注：主量元素含量單位為“%”，微量元素含量單位為10-6。

圖3 西天山巴爾蓋提花崗巖的主量元素相關(guān)圖解

圖4 西天山巴爾蓋提花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布模式[17]

圖5 西天山巴爾蓋提花崗巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖[17]

4 討論

4.1 巖石成因類型及源區(qū)討論

本次研究的花崗巖A/CNK值都小于1.1，P2O5含量為0.03%～0.07%,普遍低于0.1% ，且隨著分異作用增強(qiáng)而降低，與S型花崗巖P2O5含量隨分異演化作用而升高等特征差異明顯[20]。在Na2O-K2O圖解中所有樣品點(diǎn)落入A型花崗巖區(qū)(圖略)，樣品具有富集大離子親石元素及高場(chǎng)強(qiáng)元素，強(qiáng)烈虧損Sr、P、Ti等元素，與A型花崗巖較相似，然而其FeOT/MgO為3.58～5.44，雖高于一般Ⅰ型和S 型花崗巖的2.27和2.38[21]，但有別于A型花崗巖顯著富鐵的特征(FeOT/MgO大于10，Whalen 等[22])。10 000×Ga/Al為1.79～2.41，也明顯低于A型花崗巖的下限值2.6[24]，Zr,Ce,Y等元素的含量均低，Zr+Nb+Ce+Y=(212～376)×10-6，多數(shù)低于Whalen等[22]建議的A型花崗巖下限值350×10-6，10 000×Ga/Al-Nb圖解投點(diǎn)到Ⅰ、S型花崗巖區(qū)與A型花崗巖區(qū)邊界附近(圖6a)，在其他一些判別圖上也大多位于A型與Ⅰ型界限附近[22](圖6b)；鋯石飽和溫度變化于740～803 ℃，平均769 ℃，接近于高分異I型花崗巖的平均溫度764 ℃[23]。巴爾蓋提花崗巖的FeOT含量為0.98%～2.04%，Rb含量為(118～175)×10-6，與高分異的Ⅰ型花崗巖具有更低的FeOT含量(<1.00%)、更高的Rb含量(>270×10-6)[23]也不完全相同，總體顯示了Ⅰ-A型花崗巖過渡的特點(diǎn)。該類型花崗巖在中亞造山帶發(fā)育非常普遍[24]。

圖6 西天山巴爾蓋提花崗巖成因類型判別圖解[22]

Ⅰ-A型花崗巖過渡的特點(diǎn)表明巖漿來源可能較為復(fù)雜。該巖體Nb/Ta值為9.47～12.79，平均為10.82，接近陸殼巖石(11±)[25]；Zr/Hf比值為29.91～32.28，平均為31.33，與殼源巖石(33±)[25]相近，全巖εNd(t)值為0.1～0.4，Nd模式年齡(tDM)為960～1 022 Ma，具有新生地殼的特征。巖體相對(duì)富集LREE、LILE元素而虧損HFSE，Nb為(17.90～32.08)×10-6(大于16×10-6)，Nb/La值較低( 0.45～0.88)，說明巖漿來源主要與地殼物質(zhì)密切相關(guān)[26]。樣品Mg#值為26.68～35.65，同時(shí)巖體周緣未見同期的鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖，巖體中也沒有明顯的殼幔巖漿混合作用發(fā)生，新生幔源物質(zhì)直接參與了花崗巖漿形成的可能性很小，巖體的形成可能與幔源巖漿的底侵導(dǎo)致上覆年輕陸殼物質(zhì)部分熔融形成的巖漿經(jīng)進(jìn)一步演化結(jié)晶有關(guān)。

4.2 構(gòu)造意義討論

對(duì)于中天山晚古生代伊犁盆地北部博羅霍洛構(gòu)造帶的演化主要從地球化學(xué)和成礦關(guān)系進(jìn)行研究，地層和沉積學(xué)相關(guān)研究較少。下泥盆統(tǒng)在伊犁盆地周緣均缺失，上古生界地層不整合于元古界—下古生界不同巖性和變形、變質(zhì)程度的地層之上。博羅霍洛山奧陶系呼獨(dú)克達(dá)坂組分別與志留系庫(kù)茹爾組、上泥盆統(tǒng)艾爾肯組及大哈拉軍山組角度不整合接觸，在大哈拉軍山組命名剖面，大哈拉軍山組與新元古界庫(kù)什臺(tái)群不整合接觸。伊犁盆地伊寧凹陷內(nèi)地震剖面顯示，上、下古生界之間為明顯的角度不整合，上古生界構(gòu)造層反射界面連續(xù)性好，可橫向追蹤；而下古生界為雜亂反射，層位難以橫向穩(wěn)定追蹤。這都說明了早古生代晚期伊犁盆地北部有一次較為明顯的構(gòu)造隆升，可能與早古生代中天山北緣洋盆消減乃至碰撞造山有關(guān)，這也得到一些巖石學(xué)等證據(jù)的支持。如中天山北緣望峰地區(qū)(439.9±2.2) Ma同碰撞花崗巖[27]、天格爾山脈烏庫(kù)公路糜棱巖化花崗巖(441.6±3.8) Ma[28]、(428±10) Ma的干溝眼球狀碰撞型花崗巖[29]、勝利達(dá)坂的變形花崗巖體(440.9±3.3) Ma鋯石變質(zhì)增生邊[30]以及志留紀(jì)前陸盆地的發(fā)育[31]，都表明了在中天山北緣早古生代晚期發(fā)育過較明顯的碰撞造山作用。上古生界沉積序列中碎屑巖地層厚度及其所占比例較高，與下古生界以碳酸鹽巖組合為主的沉積序列具有明顯差異；泥盆系—下石炭統(tǒng)碎屑巖在Q-F-L三角圖解中大多落入多旋回造山帶物源區(qū)[9]，這些都表明晚古生代早期火山沉積盆地是在加里東晚期造山作用之后發(fā)育的新構(gòu)造旋回，雖然在具體地區(qū)其時(shí)限上有一定差異[32—33]。

樣品的 Sr含量為(48.24～134.88)×10-6，平均86.53×10-6，多數(shù)小于100×10-6；Yb含量為(1.89～3.17)×10-6，大于1.5×10-6；δEu多小于0.4；Al2O3除個(gè)別樣品(BZ5)外其余均小于14%，集中分布在10%～13%之間，按照張旗[34]的分類屬南嶺型花崗巖，源區(qū)深度較淺，為伸展環(huán)境的產(chǎn)物。在Maniar(1989)的SiO2-Al2O3圖解中樣品落入POG區(qū)域內(nèi)，即為造山后花崗巖類。Rb-(Y+Nb)和Yb-Ta構(gòu)造判別圖解中均落入后碰撞區(qū)域(圖7a)，在R1-R2圖解中落入碰撞隆起后區(qū)域，在Rb/10-Hf-3Ta和Rb/30-Hf-3Ta圖解中落入碰撞后區(qū)域和板內(nèi)區(qū)域(圖7b)。在鄰區(qū)尼勒克北水泥廠(367±3) Ma流紋巖以及科克蘇河大哈拉軍山組(367.5±5.7) Ma玄武質(zhì)安山巖地球化學(xué)特征均指示了晚泥盆世的伸展構(gòu)造環(huán)境[9,37]，與中天山北緣370 Ma的造山后花崗巖[29]的分析是一致的。盆地邊緣科克蘇河剖面、盆地北部的精河剖面、盆地東南部鞏留縣恰甫其海水庫(kù)等均在上泥盆統(tǒng)或下石炭統(tǒng)地層中見到大量的同沉積正斷層[9]。綜合巖石地球化學(xué)特征和區(qū)域背景，巴爾蓋提晚泥盆世花崗巖形成于海西早期造山后陸內(nèi)伸展環(huán)境，與石炭紀(jì)火山沉積建造構(gòu)成了晚古生代早期完整的開合構(gòu)造演化旋回。

圖7 西天山巴爾蓋提花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖

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(編輯 徐文明)

Geochronology, geochemical properties and tectonic significance of Baergaiti granitoid in western Tianshan Mountain, NW China

Gao Shanlin

(SINOPECPetroleumExplorationandProductionResearchInstitute,Beijing100083,China)

The Baergaiti granitoid is located in the Boluohuoluo tectonic belt in the western Tianshan Mountain of the Yili Basin. LA-ICP-MS zircon U-Pb shows age of 374±7.0 Ma, corresponding to the Late Devonian. Petrogeochemical analyses suggest that the intrusion belong to calc-alkaline metaliferous rocks characterized with high silica, potassium, and alkalinity, low magnesium and titanium. The contents of SiO2, Al2O3, K2O, Na2O range 70.72%-79.12%, 9.87%-14.51%, 4.13%-5.54%, 2.87%-4.35%, respectively. Meanwhile, the REE contents show an obvious rich LREE pattern ((La/Yb)Nranges 7.61-16.31) with negative Eu anomalies. Large ion lithophile elements such as Rb, Th and U are relatively enriched, whereas high strength field elements such as Nb, Ta and Ti are relatively depleted. Geochemical and isotope characteristics show a transition feature of high-K calc-alkaline I-A type granite. The analyses of a regional angular unconformity and sedimentary features suggest that the Baergaiti granitoid was deposited under a post-orogenic intra-continental extensional tectonic setting during the Late Devonian, and formed a complete tectonic evolution cycle coupling with the Carboniferous volcanic-sedimentary strata.

Baergaiti granitoid; zircon U-Pb dating; I-A type granite; post-orogenic extension; western Tianshan

1001-6112(2017)03-0362-08

10.11781/sysydz201703362

2016-12-25；

2017-03-25。

高山林(1966—)，男，高級(jí)工程師，從事油氣盆地構(gòu)造分析。E-mail: gaosl.syky@sinopec.com。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)( 2011ZX05005-004) 資助。

TE121.2

A