陳士海 鐘文 張健仁

摘要： 位于新疆南天山和碩縣北部的景汗花崗質巖體，為研究南天山造山帶構造演化提供了重要信息。巖體巖性以二長花崗巖為主，石英二長閃長巖和二云母花崗巖次之。LAICPMS鋯石UPb定年結果表明，巖體成巖年齡為（3113±44） Ma～（2972±42） Ma，屬晚石炭世巖漿活動的產物。巖體SiO2含量為5420%～7422%，全堿（ALK）為512%～925%，具有高鉀鈣堿性系列巖石的特征。A/CNK值為077～107，屬于準鋁質弱過鋁質花崗巖類。∑REE為（44～288）×10-6，（La/Yb）N值為183～4475，表明輕稀土元素富集較為明顯。δEu值為054 ～093，整體表現(xiàn)為弱虧損特征?；◢徺|巖漿可能是地殼的部分熔融的產物，并與幔源基性巖漿發(fā)生過混合作用。該巖體形成于塔里木板塊與伊犁—哈薩克斯坦板塊碰撞造山作用晚期階段，屬于碰撞后碰撞構造環(huán)境，南天山晚古生代殘余海盆在晚石炭世最終閉合。

關鍵詞： 構造環(huán)境;高鉀鈣堿性系列;鋯石UPb定年;新疆南天山

中圖分類號：P58812

文獻標識碼：A

文章編號：20961871（2020）0212814

南天山造山帶位于中亞造山帶中南部，是由塔里木板塊與伊犁—哈薩克斯坦板塊之間的碰撞造山作用形成的[15]。隨著塔里木板塊與伊犁—哈薩克斯坦板塊的碰撞拼合，晚石炭世—早二疊世，南天山一帶形成了較大規(guī)模的花崗質侵入體。目前，多數學者認為相對于中亞造山帶內的其他塊體，塔里木板塊是最后完成拼接的。所以，該區(qū)花崗巖的研究對揭示南天山乃至整個中亞造山帶的構造巖漿熱事件具有重要意義。近年來，隨著1∶5萬區(qū)域地質調查工作及相關科研工作的開展，一些學者對南天山造山帶晚石炭世—早二疊世花崗巖進行了研究[614]，為進一步揭示南天山造山帶的巖漿演化提供了重要信息。但有關花崗巖的地球化學特征、成因機制及構造屬性仍缺乏全面了解，對南天山洋閉合時限的認識也存在較大分歧，多數學者認為南天山造山帶的碰撞時間為晚古生代[1519]，但也有部分學者認為南天山造山帶的碰撞時間為三疊紀[2022]。前人對景汗花崗質巖體東段進行了巖相學及巖石地球化學研究，認為該花崗巖為I型花崗巖，形成于由擠壓向伸展環(huán)境轉變的碰撞后碰撞造山期[23]，但其年代學和巖體成因機制等研究相對薄弱。因此，本文在新疆和碩克爾古提一帶1∶5萬區(qū)域地質調查的基礎上，對景汗花崗質巖體開展了系統(tǒng)的野外地質調查、巖石學、巖石地球化學和鋯石UPb年代學研究，探討其成因機制、構造環(huán)境及形成時代，從而為全面認識南天山西段晚古生代的構造巖漿作用提供了新的巖石學依據。

1地質背景

研究區(qū)位于新疆和碩縣北部克爾古提—烏什塔拉一帶，以中天山南緣斷裂為界，南部屬于南天山造山帶，出露早泥盆世阿爾皮什麥布拉克組、中泥盆世阿拉塔格組和景汗花崗質巖體。泥盆系變質變形強烈，褶皺發(fā)育，片理化明顯，局部形成強片理化帶。景汗花崗質巖體侵入泥盆系中，變質變形不發(fā)育。北部為中天山地塊，出露晚志留世、晚泥盆世中酸性侵入巖，中奧陶世中基性侵入巖零星產出，巖石均變質變形強烈，以片麻巖化為主，多呈NW向、SE向，局部形成糜棱巖化帶（圖1）。

2巖體特征

21野外地質特征

景汗巖體屬于中酸性酸性侵入巖，呈巖基產出，面積超過1 000 km2。巖體成SEE向展布，長軸方向與區(qū)域構造線基本一致。巖體侵入于中泥盆世阿拉塔格組與早泥盆世阿爾皮什麥布拉克組，侵入接觸面較平直，內接觸帶有寬05～2.0 m的冷凝邊，并發(fā)育較多的圍巖捕虜體，捕虜體均平行于接觸面走向分布（圖2（a）），圍巖主要為變質砂巖和碳酸鹽巖。變質砂巖角巖化明顯，角巖帶寬10～30 m;碳酸鹽巖具強烈大理巖化，形成塊狀粗晶結構，局部見矽卡巖化。巖體內部閃長質包體較發(fā)育，呈橢圓形、透鏡狀及水滴狀，大多數包體與寄主巖的界線明顯，少數呈過渡關系，部分鉀長石斑晶騎跨于包體與寄主巖之間（圖2（b））。景汗巖體是典型的復式巖體，有較明顯的成分與結構演化序列，巖性以二長花崗巖、石英二長閃長巖和二云母花崗巖為主，三者之間呈脈動接觸關系（圖2（c））。石英二長閃長巖與二云母花崗巖分別為巖體早期侵入體和補充期花崗巖，均呈巖滴狀零星分布。

22巖相學特征

（1）二長花崗巖。淺灰色，似斑狀結構，塊狀構造，斑晶主要由鉀長石和斜長石構成（圖2（d））。斜長石呈半自形板柱狀，粒徑18～40 mm，含量約25%;鉀長石呈半自形寬板狀，粒徑12～35 mm，含量約10%。基質由斜長石、鉀長石、石英、黑云母構成，具有中細粒花崗結構，含少量副礦物。

（2）石英二長閃長巖。新鮮巖石為灰色，風化面呈深灰色，中細粒似斑狀結構（圖2（e）），塊狀構造，主要由斜長石、鉀長石、石英、角閃石和黑云母組成。斜長石呈半自形板狀，粒徑一 般為1～2 mm，部分為2～4 mm，含量約53%;鉀長石呈半自形板狀，粒徑1～3 mm，含量約19%。石英呈它形粒狀，含量約12%。暗色礦物以黑云母、角閃石為主，含量約12%。副礦物主要有磁鐵礦、磷灰石、鋯石等。

（3）二云母花崗巖?；野咨?，中細粒半自形粒狀結構，塊狀構造，主要由斜長石、正長石、石英、黑云母、白云母組成。斜長石呈半自形板狀，粒徑一般為1～3 mm，含量約43%;鉀長石呈半自形板狀，粒徑1～3 mm，含量約20%;石英呈它形粒狀，填隙狀分布，粒徑05～2 mm，含量約25%;黑云母呈鱗片狀，粒徑05～1 mm，含量約4%。白云母呈鱗片狀，粒徑05～1 mm，含量約3%（圖2（f））。

3分析方法

在研究區(qū)采集了2件二長花崗巖樣品（編號分別為D5028和0843）用于鋯石UPb定年分析，具體采樣位置見圖1（c）。樣品在河北省廊坊市誠信地質服務有限公司粉碎并挑選鋯石，在雙目鏡下選取透明、無裂隙的鋯石并制成環(huán)氧樹脂靶，經拋光至鋯石中心部位出露，運用掃描電子顯微鏡進行鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像照相，依據CL圖像挑選合適的部位進行鋯石UPb年齡測定。

鋯石UPb定年在中國地質大學（武漢） 地質過程與礦產資源國家重點實驗室采用LAICPMS儀器完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005， ICPMS為Agilent 7500 a。激光剝蝕過程中載氣為氦氣，氬氣作為補償氣以調節(jié)靈敏度，在進入ICP之前兩種氣體通過一個T型接頭混合。少量N2被加入到等離子體中心氣流（Ar+He）中，用于提高儀器靈敏度，降低檢出限，改善分析精密度[30]。每個時間分辨分析數據中包括了50 s左右的樣品信號段和20～30 s左右的空白信號段。對分析數據的離線處理（樣品和空白信號選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及UThPb同位素比值和年齡計算） 采用軟件ICPMS DataCal完成[3133]。

全巖主量與微量元素分析測試在新疆地礦局第三地質大隊實驗室完成測試。主量元素采用硅酸鹽銀坩堝系統(tǒng)分析濕法完成測試，微量和稀土元素采用電感耦合等離子體質譜法測試完成，分析精度符合《DZT 0130—2006地質礦產實驗室測試質量管理規(guī)范》[34]要求。

4測試結果

41鋯石UPb年齡

研究區(qū)2件花崗巖樣品的LAICPMS鋯石UPb定年結果見表1，相應的鋯石UPb年齡諧和圖如圖3所示。二長花崗巖（編號：D5028）獲得11個有效分析測試點數據，被測鋯石呈長柱狀或短柱狀自形晶，長寬比為15∶1～2∶1。樣品鋯石CL圖像顯示較清晰的振蕩環(huán)帶，且大多數鋯石的Th/U值> 03（表1），指示其巖漿成因，被測鋯石的206Pb/238U年齡大多分布在295～318 Ma之間，經計算獲得的年齡加權平均值為3113 ± 44 Ma（圖3（a））。二長花崗巖（編號：0843）獲得21個有效分析測試點數據，被測鋯石呈短柱狀，CL圖像具明顯核邊結構，振蕩環(huán)帶發(fā)育。由于核部區(qū)域相對較小，本次測試分析點主要集中在邊部。大部分鋯石年齡較年輕，其Th/U值相對較高，均>05（表1），指示鋯石為巖漿成因。206Pb/238U年齡集中在280～306 Ma（圖3（b）），經計算獲得加權平均年齡為2972 ± 42 Ma。

由鋯石UPb定年分析結果可知，景汗花崗質巖體的形成時代為（3113 ± 44）～（2972 ± 42） Ma，這與其西側同一構造背景的鐵列克巖體（306 Ma）和盲起蘇巖體（297～304 Ma）的侵位時間大體一致。

42地球化學特征

對景汗巖體14件樣品進行了主量、微量和稀土元素分析，分析結果及特征參數見表2。

421主量元素

景汗巖體是一套中酸性酸性巖石，SiO2含量

為5420%～7422%，富FeO、P2O5，貧Na2O、Al2O3、CaO， CIPW標準礦物中不含剛玉，鋁飽和指數（A/CNK）為077～107，屬準鋁弱過鋁質侵入巖。石英二長閃長巖（DI=4533 ～7624，SI=1222～3093）、二長花崗巖（DI=7146～8927，SI=400 ～1273）、二云母花崗巖（DI=8802～9348，SI=032～373）分異指數（DI）和固結指數（SI）顯示巖石結晶分異程度越來越高。

景汗巖體全堿（ALK）含量為512%～925%，萊特堿度率AR為155～382，里特曼指數σ為185～ 340，屬鈣堿性系列巖石。由ARSiO2關系圖解（圖4（a））可知，樣品投影點均落在鈣堿性堿性范圍內。由SiO2K2O關系圖解（圖4（b））可以進一步判斷景汗巖體屬于高鉀鈣堿性系列。由景汗花崗質巖體主量元素Harker圖解（圖5）可知，隨著SiO2含量升高，SiO2與Al2O3 、MgO、CaO、TiO2、FeO、P2O5呈明顯的負相關，SiO2與K2O呈明顯的正相關，SiO2與Na2O相關性不明顯。

422稀土及微量元素

景汗巖體球粒隕石標準化稀土元素配分曲線如圖6（a）所示。石英二長閃長巖稀土元素總量偏高，∑REE 為（204～265）×10-6，輕稀土元素富集，LREE/HREE 為 1037～1379，（La/Yb）N為1298～2561，稀土元素配分曲線右傾，Eu有弱的負異常（δEu=054～093）。二長花崗巖稀土元素總量偏高，∑REE 為（115～288）×10-6，輕稀土元素富集，LREE/HREE 為 674～1614，（La/Yb）N為656～2916，稀土元素配分曲線右傾，Eu有弱的負異常（δEu=056～086）。二云母花崗巖稀土元素總量偏低，∑REE為 （44～104）×10-6，輕稀土元素富集，重稀土元素變化較大，（La/Yb）N為 183～4475，稀土元素配分曲線呈右傾或呈“海鷗式”，Eu有較弱的負異常（δEu=059～084）。景汗花崗質巖體銪負異常較弱，δEu為054～093，表明巖漿源區(qū)有少量的斜長石殘留或巖漿演化過程中斜長石發(fā)生過較弱的分離結晶作用。

景汗巖體原始地幔標準化微量元素蛛網圖如圖6（b）所示。與同類巖石微量元素豐度[3637]相比，景汗巖體大多數微量元素接近中國晚石炭世中酸性酸性巖元素豐度，富集大離子親石元素Rb、Th、U，貧高場強元素Ta、Nb、Ti，石英二長閃長巖（Rb/Sr=010～074， Rb/Ba=011～048）、二長花崗巖（Rb/Sr=043～284， Rb/Ba=012～088）、二云母花崗巖（Rb/Sr=168～440， Rb/Ba=046～623）的Rb/Sr、Rb/Ba值明顯增高，暗示巖漿分異演化程度越來越高。

5討論

51成因

前人對景汗巖體東段進行了相關研究，認為其巖相和巖性單一，為I型花崗巖，形成于由擠壓向伸展環(huán)境轉變的碰撞后碰撞造山期[23]。本次對景汗巖體西段進行調查，發(fā)現(xiàn)其巖相及巖性較復雜，但成因及構造環(huán)境與巖體東段大致相同。景汗巖體中石英二長閃長巖、二長花崗巖和二云母花崗巖密切共生，在Harker圖解（圖5）中，SiO2與主要氧化物之間多具有良好的相關性，指示它們具有成因聯(lián)系，可能為同源巖漿演化系列產物。

景汗巖體的鋁飽和指數為077～ 107，屬準鋁質—弱過鋁質花崗巖類。CIPW標準礦物計算結果表明，大部分樣品含透輝石標準分子，Na2O含量為273%～679%。原始地幔標準化微量元素蛛網圖（圖6（b））中Nb、Ta虧損明顯;球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖（圖6（a）中，曲線均向右傾，輕稀土元素較富集，與I型花崗巖相似，不同于S型花崗巖 “海鷗型”稀土元素配分型式和強過鋁質特征，與M型花崗巖的巖石學、地球化學特征及A型花崗巖高SiO2含量、顯著負銪異常特征也不同，巖相學觀察顯示副礦物為榍石，未見堇青石、紅柱石等過鋁質礦物，這也與I型花崗巖相似。在Harker圖解（圖5）中，P2O5與SiO2呈明顯負相關，進一步佐證其為I型花崗巖。綜上所述，景汗巖體應為準鋁弱過鋁質高鉀鈣堿性I型花崗巖。

在研究區(qū)乃至整個南天山造山帶內，花崗巖類巖石的體積遠大于輝長質巖石，因此，景汗巖體不可能是以輝長巖為代表的基性巖漿分離結晶的產物。根據La與Sm在固液相的分配系數可以對成巖過程進行鑒別，若巖石分布趨勢線呈斜線則為部分熔融成因;

若巖石分布趨勢線呈水平線則為分離結晶成因，景汗巖體在LaLa/Sm關系圖中均呈斜線分布（圖7（a）），表明它們應為地殼部分熔融成因。此外，石英二長閃長巖SiO2含量偏低，表明可能有幔源物質參與。因此，景汗巖體可能為地殼受到幔源巖漿影響而重熔，并與幔源巖漿發(fā)生混合。野外可見巖體中普遍出現(xiàn)閃長質包體，多呈橢圓形、透鏡狀或水滴狀的塑變形態(tài)，大多數包體與寄主巖界線清晰，少數呈過渡關系，部分鉀長石斑晶騎跨于包體與寄主巖之間。巖相學特征顯示，閃長質包體具有典型的火成巖結構，表明鎂鐵質包體巖漿與寄主長英質巖漿發(fā)生了混合作用，MgOTFeO關系圖解（圖7（b））也顯示巖漿混合趨勢。巖石具有較弱的負銪異常，表明源區(qū)殘留物中有少量斜長石。除1個樣品Y/Yb值為385外，其余樣品Y/Yb值均約為10，說明巖漿源區(qū)殘留物主要為角閃石，景汗巖體的源區(qū)殘留相主要是角閃石+斜長石。

綜上所述，景汗巖體為地殼部分熔融成因，與幔源基性巖漿發(fā)生過混合作用，源區(qū)殘留相主要是角閃石+斜長石。

52構造環(huán)境及地質意義

碰撞后碰撞花崗巖類屬于中—高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列，加厚地殼在不斷減壓過程中發(fā)生部分熔融形成高鉀鈣堿性巖漿，巖石類型包括石英二長巖、花崗閃長巖和二長花崗巖，屬鈣堿性巖系，暗色礦物為黑云母和普通角閃石，鋁飽和指數不高[4043]。景汗巖體巖石類型為石英二長閃長巖、二長花崗巖，屬于準鋁質弱過鋁質高鉀鈣堿性花崗巖，礦物組合與碰撞后碰撞花崗礦物組合一致。

在構造環(huán)境判別圖解（圖8）中，景汗巖體樣品點投影于島弧花崗巖與后碰撞花崗巖區(qū)，但在原始地幔標準化微量元素蛛網圖（圖6（b））上， Ba 并不富集，且Ba/Th值<53，說明俯沖帶流體對巖漿源區(qū)貢獻不明顯，景汗巖體為后碰撞花崗巖可能性更大。巖體具有較弱的Eu負異常，δEu值為054 ～093，平均值為075。研究表明[45]，無負Eu異常的中酸性火成巖標志著加厚陸殼的存在，或代表具有山根的造山帶環(huán)境，其形成于加厚陸殼的底部或造山帶山根的底部。在R1R2構造環(huán)境判別圖解（圖9）中，景汗巖體樣品點均落入碰撞后碰撞區(qū)，進一步證明景汗巖體形成于碰撞后碰撞構造環(huán)境。

朱志新等[47]認為南天山造山帶在晚石炭世—早二疊世，塔里木板塊與伊犁—哈薩克斯坦板塊發(fā)生對接、碰撞。伴隨地殼縮短、加厚， 陸殼重熔形成了同碰撞花崗巖，如鐵列克巖體和盲起蘇巖體[11，25]。景汗巖體與鐵列克巖體和盲起蘇巖體具有相似的地球化學特征，表明它們均形成于陸陸碰撞構造環(huán)境。根據研究區(qū)構造變形特征，景汗巖體圍巖阿拉塔格組與阿爾皮什麥布拉克組發(fā)育大量NW向強片理化帶、韌性剪切帶、緊閉同斜褶皺、劍鞘褶皺、剪切褶皺等，表明圍巖參與了強烈的碰撞造山作用。景汗巖體沿碰撞帶呈帶狀分布，未出現(xiàn)明顯的構造變形，表明其侵位晚于主碰撞期，形成于碰撞晚期后碰撞階段。因此，推斷南天山晚古生代殘余洋盆在晚石炭世閉合。

6結論

（1）景汗巖體LAICPMS鋯石UPb年齡為（3113±44） Ma～（2972±42） Ma，形成于晚石炭世。

（2）景汗巖體具有高鉀鈣堿性系列Ⅰ型花崗巖特征，巖漿源自地殼部分熔融，并與幔源基性巖漿發(fā)生混合作用，源區(qū)殘留相主要是角閃石+斜長石。

（3）景汗巖體形成于塔里木板塊與伊犁—哈薩克斯坦板塊碰撞造山作用晚期，屬碰撞晚期后碰撞構造環(huán)境巖漿活動的產物，推斷南天山晚古生代殘余海盆閉合時間為晚石炭世。

致謝：本文屬于“新疆和碩縣克爾古提一帶1∶5萬區(qū)域地質調查”項目組集體成果。成文過程中得到了江西省地質調查研究院張芳榮教授級高級工程師、南京大學邱檢生教授及孫俊俊博士的悉心指導，在此表示感謝！

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