楊 碩，劉 閣，靳劉圓，鄭海峰

(新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000)

0 引 言

東準噶爾造山帶位于準噶爾盆地東側，北接阿爾泰造山帶，南鄰天山造山帶。其古生代構造演化是中亞大陸地殼生長和古亞洲洋演化的重要組成部分，建立和完善該區(qū)完整的巖漿演化過程對恢復新疆北部古構造格局和研究中亞造山帶演化歷史有重要作用[1-8]。東準噶爾地區(qū)侵入巖以晚古生代花崗巖為主(占出露總面積85%以上)，早古生代(奧陶紀—志留紀)花崗巖多為零星分布小巖株，主要分布于瓊河壩地區(qū)，少量出露于紙房、老君廟(尚未發(fā)表)和野馬泉地區(qū)[9-16]。晚古生代花崗巖多由近橢圓狀大巖基組成，平行構造線分布成北西西向巖基鏈，時代以石炭紀—二疊紀為主，黃羊山、蘇吉泉、老鴨泉和貝勒庫都克等是其中典型巖體[17-21]；而泥盆紀時期花崗巖出露少、規(guī)模小，長期以來研究相對薄弱，鮮有報道。近年來不斷有學者解體出新的泥盆紀序列侵入體，時代既有早泥盆世也有晚泥盆世，導致學術界對其形成的構造背景認識不一[13-15,22-34]。研究區(qū)內新發(fā)現一處泥盆紀花崗巖，本文旨在通過對其巖漿成因和構造背景的研究，對東準噶爾地區(qū)古生代構造演化過程提出一些新的依據和認識。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于準噶爾盆地東緣卡拉麥里山一帶，構造位置上屬于準噶爾弧盆系與準噶爾—吐哈地塊交匯處(圖1(a))，卡拉麥里深大斷裂通過研究區(qū)，構成兩者分界線。區(qū)內出露有著名的卡拉麥里蛇綠混雜巖[28-32]，構成東準噶爾一條重要的縫合帶。同時，卡拉麥里構造帶內發(fā)育大量規(guī)模不等的金礦[33-34]，是新疆一條重要的區(qū)域性金礦帶。研究區(qū)構造單元由北向南依次劃分為三塘湖島弧帶、卡拉麥里增生混雜巖帶、東準噶爾被動陸緣、準噶爾中央地塊和博格達裂谷帶。區(qū)內地層主要為晚古生代地層，出露少量早古生代和中生代—新生代地層(圖1(b))。志留紀地層主要為白山包組(S2b)和紅柳溝組(S3D1h)，泥盆紀地層主要為卓木巴斯套組(D1z)、烏蘇魯巴斯套組(D2w)、克安庫都克組(D3k)、江孜爾庫都克組(D3C1j)和卡拉麥里組(D1-3k)，石炭紀地層主要為塔木崗組(C1t)、山梁礫石組(C1sl)、巴塔瑪依內山組(C2b)、石錢灘組(C2s)和六棵樹組(C2lk)。發(fā)育兩條區(qū)域性大斷裂，分別是卡拉麥里斷裂和清水—蘇吉泉斷裂。增生混雜巖帶由泥盆紀—石炭紀巖塊和基質組成，巖塊包括輝長巖、玄武巖、輝橄巖和硅質巖等，基質包括粉砂巖、巖屑砂巖和凝灰?guī)r等。區(qū)內侵入巖出露較少，規(guī)模一般較小，大致可以劃分為奧陶紀、泥盆紀和石炭紀，奧陶紀花崗巖包括老君廟序列和庫卡蘇序列，泥盆紀花崗巖包括松喀爾蘇序列和喀拉夏特序列，石炭紀花崗巖包括烏尊塔格序列和蘇吉泉序列。本次針對松喀爾蘇巖體進行重點研究。

圖1 研究區(qū)地質簡圖(據1:25萬北山煤窯幅地質圖[35]修改)

2 巖體及巖相學特征

松喀爾蘇巖體位于卡拉麥里斷裂帶南側地區(qū)(圖2)，規(guī)模較小，面積約為2.9 km2，由二長花崗巖和正長花崗巖兩個巖體組成。二長花崗巖呈北西西向脈狀展布，被塔木崗組(C1t)角度不整合覆蓋，侵入紅柳溝組(S3D1h)地層中，北側受卡拉麥里斷裂控制；正長花崗巖呈橢圓狀小巖株，被塔木崗組角度不整合覆蓋。巖體受后期構造破壞，碎裂巖化作用強烈，并伴有晚期花崗細晶巖脈貫入。

圖2 松喀爾蘇地區(qū)地質簡圖(據1∶25萬北山煤窯幅地質圖[35]修改)

肉紅色二長花崗巖具花崗結構，塊狀構造(圖3(a))，由條紋長石(48%)、斜長石(30%)、石英(21%)、黑云母(1%)及副礦物磷灰石、鋯石等組成。條紋長石明顯泥化，并沿一組解理方向有晚于泥化的碳酸鹽化，呈半自形-它形板狀晶；斜長石呈半自形板狀，具強烈絹云母化及泥化，個別在條紋長石中可見細小自形斜長石包體；石英為它形顆粒，粒徑0.48～5.6 mm，一般大于4 mm；黑云母已強烈綠泥石化，并被其集合體取代，構成黑云母假象。

圖3 松喀爾蘇巖體鏡下鑒定照片

3 樣品采集與分析

本次在二長花崗巖體中采集U-Pb同位素樣品1件(編號TK9-TWS08)，全巖樣品5件，編號為TK09QY01、TK09QY02、TK09QY03、TK09QY09和TK09QY10。同位素樣品坐標為N44°49′10″、E90°37′50″，全巖樣品分散采集于侵入體各個區(qū)域。鋯石分選、陰極發(fā)光(CL)圖拍攝在河北省廊坊市峰澤源巖礦檢測技術有限公司實驗室完成。U-Pb同位素測年在中國地質大學(北京)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成，測試儀器采用Agilent 7500a型等離子質譜儀，激光剝蝕光束直徑32 μm，載氣使用He，以標準鋯石91500作為外標，以SRM610作為內標。數據處理采用ICP-MS DataCa程序，并進行普通鉛校正[36]。年齡計算及諧和圖繪制采用ISOPLOT軟件完成[37]。全巖樣品測試在廣州澳實分析檢測公司完成，主量元素采用Axios儀器測定，微量元素和稀土元素采用Elan 9000型電感耦合等離子質譜儀測定，分析精度優(yōu)于5%，地球化學圖件繪制采用Geokit軟件完成[38]。

4 鋯石U-Pb年齡

樣品(TK9-TWS08)共分析23顆鋯石，得到了20組諧和鋯石年齡數據(表1)。LA-ICP-MS分析時，選擇無包裹體和裂隙的部位測定，所選位置多位于鋯石邊部。鋯石淺黃色-無色透明，陰極發(fā)光圖像(圖4)顯示鋯石自形-半自形，多為柱狀、長柱狀，長寬比1:1～3:1，韻律環(huán)帶結構清晰。Th含量變化范圍為82×10-6～553×10-6，U含量變化為243×10-6～1 207×10-6，均具有較高的 Th/U 比(0.32～1.18)，鋯石形態(tài)和元素特征值均具巖漿成因鋯石特征[39-40]。

圖4 泥盆紀二長花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖、測點及年齡(Ma)

表1 泥盆紀二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年結果

從鋯石U-Pb年齡諧和圖(圖5(a))可以看出，樣品測試點基本落在諧和線上或其附近，呈現較好諧和性，不存在明顯的鉛丟失，可信度高。20個測試點中15個數據相對集中(405～415 Ma)，諧和年齡為(409.5±2.4)Ma(MSWD=0.112)(圖5(b))，其加權平均年齡為(410.2±2.2)Ma(MSWD=0.30)，代表巖漿結晶年齡(圖5(c))。8號、18號數據點年齡值較大(466 Ma、471 Ma)，可能是巖漿上升過程中捕獲的深部鋯石，反映東準噶爾地殼可能存在奧陶紀甚至更古老的地質體，其年齡值與區(qū)內發(fā)現的早奧陶世老君廟巖體(尚未發(fā)表)具有相似性；4號、11號和14號數據點集中在350 Ma附近，可能反映了早石炭世的構造熱事件。因此，(410.2±2.2)Ma反映巖體形成年代，按照最新國際地質年代劃分方案，屬早泥盆世。

圖5 泥盆紀二長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖及加權平均年齡

5 巖石地球化學特征

5.1 主量元素特征

松喀爾蘇泥盆紀二長花崗巖主量元素分析結果(表2)顯示富硅特征，SiO2含量為66.83%～74.49%，TiO2與CaO含量均較低，含量分別為0.24%～0.28%和0.31%～0.59%。鐵高鎂低(TFeO/MgO=5.58～77.60)，與鋁質A型花崗巖的TFeO/MgO變化范圍(4.16～35.20)相近，其中樣品TK09QY03全鐵含量明顯過高且SiO2含量波動明顯，可能是后期蝕變所導致。在TAS圖解(圖6(a))中，樣品主要落在花崗巖區(qū)域，僅樣品TK9QY03落在石英二長巖區(qū)域；Al2O3含量介于12.47%～13.74%之間，鋁過飽和指數A/CNK=1.02～1.10，屬弱過鋁質，A/CNK-A/NK圖(圖6(b))投影點均落在過鋁質內；巖石具堿性巖石特征，AR-SiO2圖解(圖6(c))樣品點落入堿性花崗巖內，富鈉(Na2O/K2O=1.10～1.98)富鉀，在SiO2-K2O判別圖解(圖6(d))中樣品落在高鉀鈣堿性-鉀玄系列?？傮w上顯示高硅、低鈦、高鋁、富堿、貧鈣的特點。與區(qū)域上零星出露的泥盆紀花崗巖對比，松喀爾蘇巖體樣品投影點在AR-SiO2和SiO2-K2O圖中較為分散，在A/CNK-A/NK圖中相對集中分布在A/CNK=1線附近，可以看出東準噶爾地區(qū)泥盆紀花崗巖主量元素特征差異較大，推測該巖體產出于不同構造背景。

圖6 東準噶爾地區(qū)泥盆紀花崗巖主量元素地球化學圖解

表2 泥盆紀花崗巖主量(wB/%)、微量(wB/10-6)和稀土元素(wB/10-6)分析結果

5.2 稀土、微量元素特征

泥盆紀花崗巖稀土元素配分曲線呈右傾“V”型(圖7(a))。稀土總量較高，∑REE為236.00×10-6～323.53×10-6，平均值為281.96×10-6，輕稀土(200.19×10-6～279.80×10-6)富集，重稀土(35.81×10-6～43.73×10-6)虧損。LREE/HREE=5.59～6.40，平均值6.05，(La/Yb)N=4.91～6.32，平均值5.63，輕重稀土分餾明顯。δEu為0.52～0.57，具中等銪負異常。微量元素蛛網圖顯示多峰多谷形態(tài)(圖7(b))。大離子親石元素Rb、Th、U、K及高場強元素Zr、Hf富集，強烈虧損Sr、P、Ti，略虧損Nb、Ta，不同于島弧花崗巖Nb、Ta明顯虧損的特點。Nb和Ta相對虧損指示巖漿可能源于地殼重熔，也可能經歷了富Nb、Ta礦物的結晶分異作用。Sr負異常指示巖體在形成過程中發(fā)生了斜長石的分離結晶作用，或巖漿源區(qū)殘留斜長石。P、Ti偏低可能與磷灰石、鈦鐵氧化物的分離結晶作用有關。Rb/Sr比值和Rb/Ba比值分別為0.18～1.05和0.11～0.19，遠高于原始地幔的相應比值(0.029和0.088)，顯示高分異巖漿特征。

高場強元素(Zr、Nb、Ta、Hf和Th)含量整體較高，元素組合Zr+Nb+Ce+Y含量介于827.4×10-6～948.0×10-6之間，遠高于A型花崗巖的下限值(350×10-6)；具較高的Ga豐度(22.4×10-6～25.3×10-6)，10000Ga/Al值介于3.39～3.51之間，大于A型花崗巖的下限值(2.6)，明顯高于I型和S型花崗巖的平均值(分別為2.1和2.28)。Whalen等1987年總結大量數據后提出一系列A型花崗巖微量元素判別圖解[47]，在Ce-10000Ga/Al、TFeO/MgO-10000Ga/Al等圖解上均落入A型花崗巖區(qū)(圖8(a)—(d))。Clemens等實驗模擬限定了A型花崗巖形成的溫壓條件[48]，指出A型花崗質熔體的水含量為2.4%～4.3%。Eby于1990年提出了A型花崗巖主量元素界定范圍[49]，SiO2含量為70%左右，Na2O+K2O=7%～11%，CaO<1.8%，TFeO/MgO=8～20；研究區(qū)泥盆紀花崗巖樣品的主量元素(表2)與該范圍基本一致。Eby將A型花崗巖分為兩類[50]，A1型和A2型，其中A1型(Y/Nb<1.2)與大陸裂谷或板內環(huán)境有關，A2型(Y/Nb>1.2)形成于造山后或后碰撞環(huán)境；在Nb-Y-Ce圖解(圖8(e))中均落入A2型。分異的I型(Ackley巖套)或S型(Sandy Cape巖套)花崗巖Rb/Ba和Zr+Ce+Y之間具強烈的負相關關系，而在堿性A型花崗巖中無明顯關系。研究區(qū)泥盆紀花崗巖均落入A型(Topsails巖套)區(qū)域內(圖8(f))，具堿性A型花崗巖特征。對于A型花崗巖的定義、成因和構造背景，學術界一直有不同看法[51-53]，但其形成于伸展環(huán)境的觀點已得到普遍認同。花崗巖微量元素組成受成巖構造環(huán)境制約，在Y-Nb和(Y+Nb)-Rb圖解(圖9)中，研究區(qū)的所有樣品均落在板內區(qū)，據此推測巖體形成于伸展環(huán)境。

圖8 泥盆紀花崗巖A型花崗巖判別圖解

圖9 研究區(qū)泥盆紀花崗巖構造環(huán)境判別圖解(底圖據Pearce等[54])

6 討 論

準噶爾地區(qū)古生代經歷了多期次洋盆擴張、板塊俯沖、碰撞、后碰撞和后造山過程，巖漿活動與這些過程密切相關。本次研究的松喀爾蘇巖體位于卡拉麥里斷裂南側，其形成與卡拉麥里洋的演化具有耦合關系。關于卡拉麥里洋打開的具體時限，有研究[2,55-57]認為卡拉麥里洋于志留紀晚期—早泥盆紀期間打開。研究區(qū)內白山包組(S2b)、紅柳溝組(S3D1h)、卡拉麥里組(D1-3k)為連續(xù)沉積，區(qū)域上在研究區(qū)東南側紙房一帶紅柳溝組(S3D1h)不整合在荒草坡群(O2H)之上，這些地層記錄表明東準噶爾中部地區(qū)早古生代造山作用發(fā)生在中志留世之前，中志留世—泥盆紀時期屬于構造相對穩(wěn)定期，沒有發(fā)生可稱為碰撞造山的強烈地殼構造變動。本次在區(qū)內紅柳溝組玄武巖夾層中獲得其形成年齡為(428.1±2.5)Ma(尚未發(fā)表)，具島弧性質，巖性為富鈮玄武巖，代表一次初始俯沖，表明卡拉麥里洋盆至少在晚志留世已經打開。前人對卡拉麥里蛇綠混雜巖進行了大量研究，關于其形成時代主要存在早石炭世[28,58-60]、早泥盆世[29,31,61-62]和早古生代[32,63]三種觀點，本次紅柳溝組玄武巖研究成果支持早古生代的觀點。筆者認為造成卡拉麥里洋盆形成時代的爭議主要是由于洋盆擴張具有長期性，不斷有新生洋殼產生，因此造成其時代具多解性，這些結果并不矛盾，均具參考價值。這表明卡拉麥里洋從晚志留世至早石炭世一直伴隨有洋殼新生的過程。早泥盆世仍是卡拉麥里洋盆形成的初期，本文所研究的花崗巖形成于該時期，其地球動力學背景以伸展作用為特征，與區(qū)域演化特征吻合，是卡拉麥里洋盆早泥盆世持續(xù)擴張的佐證。

長期以來關于東準噶爾地區(qū)泥盆紀侵入巖的研究相對較少，其多以小型脈狀、不規(guī)則塊狀獨立出露，或與早古生代志留紀侵入巖伴生。根據近年來東準噶爾地區(qū)泥盆紀花崗巖同位素年齡數據(表3)，巖體形成時期大致有早泥盆世和晚泥盆世兩種認識。周剛等[22-23]所研究的巖體位于東準噶爾北緣瑪因鄂博地區(qū)，其形成環(huán)境與額爾齊斯—庫爾提蛇綠巖所代表的額爾齊斯洋的演化相關，這些花崗巖記錄了瑪因鄂博地區(qū)板塊俯沖以及后碰撞過程。由于位于不同構造帶，因此與此次研究的泥盆紀花崗巖存在明顯差異。唐紅峰等[24]所研究的巖體是與卡拉麥里蛇綠巖伴生的斜長花崗巖，是大洋成因的M型花崗巖，具有特殊性，不能與陸殼型花崗巖進行類比，只能證明晚泥盆世時期洋殼仍然有生長的記錄。早泥盆世侵入巖[13-15,25-27,64-65]均位于卡拉麥里構造帶(表3)，其形成過程具相似的影響因素，均是卡拉麥里洋盆演化過程中的巖漿響應。

表3 東準噶爾地區(qū)泥盆紀花崗巖同位素年齡數據

準噶爾洋的打開是呈剪刀狀自西向東發(fā)展的[66-69]，閉合亦呈剪刀狀自東向西閉合，此時準噶爾洋以瑪依勒—唐巴勒—達拉布特—卡拉麥里—紙房—大黑山蛇綠巖為代表，因此造成了同一條構造帶上的巖漿活動顯示不同的構造背景。本次成果與前人資料表現的卡拉麥里—巴里坤北—瓊河壩早泥盆世(約410 Ma巖漿活動)花崗巖形成于不同構造環(huán)境，可以用“剪刀式”模型來解釋。早泥盆世時期卡拉麥里地區(qū)早古生代造山事件結束，卡拉麥里洋盆已經打開，而巴里坤北—瓊河壩地區(qū)早古生代造山事件繼續(xù)延續(xù)，以紙房—大黑山蛇綠巖為代表洋盆還未打開，仍處于古洋殼俯沖的島弧環(huán)境。

7 結 論

(1)在東準噶爾卡拉麥里山松喀爾蘇地區(qū)新發(fā)現泥盆紀花崗巖，由二長花崗巖和正長花崗巖組成，二長花崗巖鋯石U-Pb測年結果為(410.2±2.2)Ma(MSWD=0.30)，證明該區(qū)早泥盆世存在一期重要的巖漿活動。

(2)地球化學特征顯示松喀爾蘇巖體為堿性花崗巖，具高硅、低鈦、高鋁、富堿、貧鈣特征，弱過鋁質；稀土元素含量較高，具銪負異常；不相容元素Rb、Th、U、K富集，具Sr、P、Ti明顯負異常，Nb、Ta負異常不明顯，區(qū)別于典型島弧花崗巖。地球化學特征顯示巖體為A型花崗巖，進一步判別屬于A2型花崗巖，表明該地區(qū)早泥盆世時期地殼處于伸展環(huán)境。

(3)松喀爾蘇巖體形成于東準噶爾早古生代造山期結束后板內構造環(huán)境，結合卡拉麥里洋盆演化的時限，該巖體形成于卡拉麥里洋盆打開后不斷擴張生長的階段，即陸殼不斷伸展裂解的時期。同時，準噶爾洋剪刀狀自西向東打開的模式造成了卡拉麥里構造帶早泥盆世花崗巖沿東西走向不同的構造背景。

致謝：論文寫作過程中得到新疆地質調查院總工程師朱志新同志的大力支持和幫助，趙同陽對本文提出了寶貴的意見和建議，在此一并感謝。