王建中，魏立勇，段俊，趙軍，楊瀚文

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.西北政法大學(xué)，陜西 西安 710122；3. 中國地質(zhì)調(diào)查局西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100；4.中國地質(zhì)調(diào)查局烏魯木齊自然資源綜合調(diào)查中心，新疆 烏魯木齊 830057)

中亞造山帶廣泛分布有大量顯生宙花崗巖類。這些花崗巖類與通過先存大陸地殼循環(huán)演化所產(chǎn)生的花崗巖不同，普遍擁有低ISr高εNd(t)值和較年輕的Nd同位素模式年齡(周泰禧等，1996；吳福元等，1997；Chen et al.，2000；Jahn et al.，2000；Wu et al.,2002)。在新疆北部，大量侵位于310Ma前后的后碰撞花崗巖源于地?；蛘叩蒯７之愺w，對古生代末期新疆地區(qū)陸殼垂向增生起著至關(guān)重要的作用(Jahn et al.,2000;Wu et al.,2002;Chen et al.,2002,2004；劉志強等，2005)。

新疆阿拉套山位于西天山北部，是中亞造山帶的一部分，夾持于準噶爾板塊和伊犁中—天山板塊之間。阿拉套山大致呈東西向帶狀展布，米爾其克斷裂大致將其分為東西2段。區(qū)內(nèi)發(fā)育大量的S型、Ⅰ型及A2型花崗巖類，其侵位時代為324.7～290 Ma，巖漿活動與鎢、錫、銅、鐵、金、鉛、鋅等成礦作用關(guān)系密切(張作衡等，2008；江秀敏，2015；林濤等，2019)。部分學(xué)者認為阿拉套山東部的花崗巖是新生玄武質(zhì)下地殼巖石部分熔融及結(jié)晶分異形成的(周泰禧等，1995；林濤等，2019)，并且應(yīng)有古老地殼物質(zhì)的加入(林濤等，2019)。劉志強等(2005)認為這些花崗巖類可能是幔源玄武質(zhì)巖漿底侵的結(jié)果。而西部花崗巖相對東部花崗巖具有更低的εNd(t)值和更高的ISr值(周泰禧等，1996;Chen et al.，2000)，巖漿活動經(jīng)歷結(jié)晶分異和地殼混染作用，形成碰撞-后碰撞花崗巖類(周泰禧等，1995)。察哈烏蘇復(fù)式巖體位于阿拉套山南緣的西段，研究程度較低。巴斯坎山隘幅和霍城幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，對其中的灰白色中-細粒二云二長花崗巖開展了K-Ar法定年(1)劉保國，江有銘，林剛，等.中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(1∶200000)-巴斯坎山隘幅、霍城幅，1988.，測得白云母年齡為263.8 Ma。陳江峰等(1994)采用40Ar-39Ar法，獲得察哈烏蘇二長花崗巖(樣品編號P255)黑云母的總氣體年齡為267 Ma，認為該年齡是察哈烏蘇巖體的侵位年齡，但是樣品存在明顯的氬丟失，造成年齡偏年輕，其可靠性需要進一步研究。趙軍對察哈烏蘇二長花崗巖的鋯石進行定年(2)趙軍，關(guān)力偉，朱永勝，等. 中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告新疆溫泉縣扎冷木特幅(L44E018011)、柯克他烏幅(L44E018012)、牧區(qū)醫(yī)院幅(L44E019011)、牙馬特幅(L44E019012)1∶5萬地質(zhì)礦產(chǎn)綜合調(diào)查(1∶50 000).武警黃金第八支隊，2018.，獲得其U-Pb加權(quán)平均年齡為313 Ma，巖體侵位于上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組海相碎屑巖(含放射蟲化石)夾火山碎屑巖中。前人研究認為，察哈烏蘇二長花崗巖為造山后 “S”型花崗巖，具有低ISr高εNd(t)值特征，可能是張性環(huán)境下地殼垂向生長(殼幔相互作用)的結(jié)果，由幔源巖漿經(jīng)過同化地殼圍巖同時結(jié)晶分異形成(周泰禧等，1995，1996；Chen et al.，2000)，其區(qū)域構(gòu)造背景還有待進一步研究。筆者對察哈烏蘇巖體二長花崗巖進行巖石地球化學(xué)、全巖Sr、Nd元素分析和鋯石Hf同位素研究，并對輝特阿其進行比較研究，綜合分析其源區(qū)特征、巖石成因及區(qū)域構(gòu)造背景，探討古老地殼物質(zhì)的同化混染作用，揭示地幔物質(zhì)在阿拉套山大陸地殼的垂向增生過程中所起的作用①②。

1 地質(zhì)概況

察哈烏蘇巖體是阿拉套山巖漿巖帶的重要組成部分，南部以博爾塔拉河斷裂為界與賽里木地塊的別珍套山、汗吉尕為鄰。區(qū)內(nèi)出露地層有上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組(D3t)、侏羅系、上新統(tǒng)昌吉河群獨山子組(N2d)和第四系(Q)(圖1)。上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組整體逆沖推覆于侏羅系之上，以粉砂巖夾長石巖屑砂巖為主，夾少量硅質(zhì)巖、流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r、紫紅-灰綠色粉砂質(zhì)泥巖。其中，下段巖石為酸性火山凝灰?guī)r與含放射蟲泥巖共生(圖2a)，部分流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r中同樣含放射蟲，局部夾少量長石巖屑砂巖，巖石板劈理發(fā)育(圖2b)，發(fā)生淺變質(zhì)作用，局部形成粉砂質(zhì)板巖和絹云板巖，分布在阿拉套山復(fù)向斜的核部。上段巖性主體為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖夾巖屑砂巖，局部夾少量含放射蟲凝灰?guī)r和砂巖透鏡體(圖2c)，粉砂巖大多具有紋層狀構(gòu)造，主要由粉砂、泥質(zhì)或細砂組成，部分地段槽模發(fā)育(圖2d)，分布在阿拉套山復(fù)向斜的兩翼。碎屑鋯石測年結(jié)果表明，其沉積時代在晚泥盆世晚期(365.4 Ma)之后(趙軍等，2018)，沉積環(huán)境為半深海-淺海相，靠近活動大陸邊緣。侏羅系呈條帶狀分布于阿拉套山前麓，底部被第三系和第四系覆蓋，頂部被上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組以逆沖推覆構(gòu)造型式覆蓋，僅在庫村一帶見相對連續(xù)的露頭。主要出露中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)和頭屯河組(J2t)。其中，西山窯組夾煤線，為含煤地層，沉積環(huán)境為沼澤相；頭屯河組(J2t)以雜色礫巖、紅褐色砂礫巖為主，兼有少量砂巖，夾少量紅褐色、雜色粉砂質(zhì)泥巖(扎冷木特和哈日賽一帶)，整體沉積環(huán)境為河流相、湖沼相山間盆地沉積環(huán)境(趙軍等，2018)。

區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強烈，北東東—南西西向和近東西向褶皺、斷裂構(gòu)造極為發(fā)育，主要表現(xiàn)為阿拉套山褶皺和博爾塔拉河斷裂等，次級褶皺包括扎勒木圖保日格背斜和喀日賽向斜。斷裂以一系列北東東向(北傾)疊瓦狀逆沖斷層為主，部分地段發(fā)育南傾逆沖斷層，形成對沖斷裂，共同構(gòu)成阿拉套逆沖推覆構(gòu)造系統(tǒng)。其中，博爾塔拉河斷裂是一條區(qū)域性的深大斷裂，嚴格控制兩側(cè)的構(gòu)造環(huán)境及沉積建造。區(qū)內(nèi)中酸性巖漿活動強烈，發(fā)育石炭紀侵入巖和少量火山巖。侵入巖主要有察哈烏蘇、輝特阿其巖基以及閃長巖脈、花崗斑巖脈等脈巖。上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組中，發(fā)育少量夾層狀流紋質(zhì)火山塵凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、蝕變火山塵凝灰?guī)r等，發(fā)育低綠片巖相甚至更低的區(qū)域變質(zhì)作用。

2 樣品特征及其測試方法

2.1 樣品特征

察哈烏蘇復(fù)式巖體呈巖基狀產(chǎn)出，巖體侵位于上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組海相碎屑巖中，剝蝕程度較深，未見殘留蓋層。巖性以灰白色似斑狀粗中粒二長花崗巖為主，少量中-細粒二云二長花崗巖，局部地段可見碎裂正長花崗巖。整體巖性較均一，無明顯的巖相變化。圍巖蝕變以角巖化為主，在巖體的圍巖裂隙中見有褐鐵礦化的石英脈。

1.上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組下段;2.上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組上段;3.中侏羅統(tǒng)頭屯河組;4.中侏羅統(tǒng)西山窯組;5. 上新統(tǒng)昌吉河群獨山子組;6.第四系;7.二長花崗巖;8.正長花崗巖; 9.逆斷層;10.正斷層;11.逆沖推覆構(gòu)造;12.深大斷裂;13.接觸變質(zhì)相;14.金礦點;15.采樣位置圖1 新疆察哈烏蘇地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of Chahawusu area, Xinjiang

樣品采自察哈烏蘇巖體的新鮮露頭(東經(jīng)：80°30′48.3″，北緯：45°03′47.9″)，巖性為灰白色似斑狀二長花崗巖。巖石新鮮面呈灰白色，似斑狀花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；斑晶為鉀長石，呈粗大板狀自形晶，粒徑以0.5 cm～2 cm×1 cm～4 cm為主，具明顯的卡氏雙晶，晶體中含少量細粒石英和黑云母(圖3)；基質(zhì)為細中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，主要礦物組分為石英、正長石、斜長石和黑云母。石英呈他形粒狀、集合體狀，粒徑為0.2～2 mm，含量為20%～30%；正長石以條紋長石為主，呈半自形板狀，具條紋結(jié)構(gòu)，粒徑為2～45 mm，含量為25%～30%；斜長石呈自形-半自形板狀，發(fā)育聚片雙晶，具環(huán)帶結(jié)構(gòu)，粒徑為1.5～3 mm，含量為25%～35%；黑云母呈片狀、集合體狀，片徑為0.2～3.5 mm，含量為5%～10%。副礦物以榍石、鋯石和石榴子石為主。

圖2 阿拉套山地區(qū)上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組露頭特征圖Fig.2 Outcrops of the Upper Devonian Tuskultaw formation in the Alataw mountain area

Bt.黑云母；Or.正長石；Pe.條紋長石；Pl.斜長石圖3 (a)察哈烏蘇巖體二長花崗巖野外露頭和(b)顯微照片(正交偏光)Fig.3 (a)Outcrop in the field and(b)micrographs (bcross-polarized light) of the Chahawusu monzonitic granite

2.2 分析方法

全巖(主量元素、微量元素和稀土元素)分析測試在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心完成。先對樣品進行粗碎，然后在碳化鎢細碎機上進行細碎。主量元素中，F(xiàn)eO、燒失量使用濕化學(xué)法進行標準分析，其他主量元素均采用Xios 4.0kwX型熒光光譜儀(XRF)完成測試。微量元素、稀土元素使用X-SeriesⅡ型電感藕合等離子質(zhì)譜儀進行分析測試，檢測限優(yōu)于10-9。

Sr-Nd同位素測試工作在中科院地質(zhì)與地球物理研究所和核工業(yè)北京地質(zhì)研究所完成。詳細測試流程參照文獻(Li et al.,2012,2015)。將用于Sr、Nd同位素分析的全巖粉末放入Savillex Teflon裝樣管中，用HF + HNO3+ HClO4溶液進行充分溶解，然后摻入87Rb-84Sr和149Sm-150Nd混合示蹤劑進行稀釋。使用經(jīng)典的兩步離子交換色譜法分離出Rb，Sr，Sm和Nd，并使用IGGCAS的多收集器熱電離質(zhì)譜儀(Thermo Fisher Scientific Triton Plus)進行測量。整個過程中Rb-Sr和Sm-Nd的空白分別低于250 pg、100 pg。通過分別歸一化為88Sr/86Sr=8.375 209和146Nd /144Nd=0.721 9來校正同位素比率的質(zhì)量分數(shù)。測試過程中使用國際標準樣品NBS-987和JNdi-1作為監(jiān)控來評估數(shù)據(jù)收集期間儀器的穩(wěn)定性，其測試精度分別為87Sr /86Sr=0.710 251±0.000 022(n=8，2SD)和143Nd /144Nd=0.512 111±0.000 012(n=8，2SD) 。同時，測量USGS參考材料BCR-2以監(jiān)測分析程序的準確性，結(jié)果如下：87Sr/86Sr=0.705 010±0.000 012和143Nd/144Nd=0.512 626±0.000 010。 BCR-2的87Sr/86Sr和143Nd /144Nd數(shù)據(jù)與以前通過TIMS技術(shù)公布的數(shù)據(jù)顯示出很好的一致性(Li et al.,2012,2015)。

3 分析結(jié)果

筆者采集了4件察哈烏蘇似斑狀二長花崗巖樣品，對其開展巖石地球化學(xué)分析，分析結(jié)果見表1。

3.1 巖石地球化學(xué)特征

3.1.1 主量元素特征

從分析結(jié)果可以看出，察哈烏蘇和輝特阿其似斑狀二長花崗巖SiO2=73.73%～75.27%，Al2O3=13.25%～14.08%，TFeO=1.05%～1.27%，CaO=0.71%～0.95%，MgO=0.29%～0.34%；K2O>Na2O，K2O=4.08%～4.81%，Na2O=3.29%～3.87%，K2O+Na2O=7.95～8.37，K2O/Na2O值=1.05～1.46。而輝特阿其似斑狀二長花崗巖SiO2=72.76%，Al2O3=13.73%，TFeO=2.33%，CaO=1.28%，MgO=0.48%；K2O>Na2O，K2O=4.71%，Na2O=3.16%，K2O+Na2O=7.87%，K2O/Na2O值=1.52。因此，巖石具有高硅(SiO2>71)、高鋁、低鐵、低鈣、貧鎂和富堿的特點，化學(xué)成分兼具S型花崗巖和A型花崗巖的雙重特征(吳鎖平等，2007)，相對而言，輝特阿其似斑狀二長花崗巖基性程度更高，更富鐵和鎂。在SiO2-(K2O+Na2O)圖解(圖4a)中，巖石屬于亞堿性巖石系列，4件樣品都落在花崗巖區(qū)域；在標準礦物(CIPW)的An-Ab-Or圖解(圖4b)上，所有樣品也均落入花崗巖區(qū)域，這與野外定名及鏡下鑒定結(jié)果不一致，考慮到巖石中斜長石和正長石的含量大致相當，故定名為二長花崗巖。巖石的堿度率(AR)為3.31～3.69，表明巖石屬于鈣堿性系列；在SiO2-K2O圖(圖4c)中，所有樣品也同樣落在高鉀鈣堿性區(qū)域，與K2O/Na2O值大于1相一致，進一步說明巖石屬于高鉀鈣堿性系列。二長花崗巖的A/CNK值=1.08～1.14，3件樣品大于1.1，2件樣品介于1.0和1.1之間；在A/NK-A/CNK判別圖(圖4d)中，所有樣品均落入過鋁質(zhì)巖石區(qū)域，巖石屬于過鋁質(zhì)系列。巖石的固結(jié)指數(shù)(SI)較低，SI=2.92～4.21；分異指數(shù)(DI)大于90，DI=87.91～92.50；鎂鐵指數(shù)(MF)較高，MF=76.43～83.64。以上3個指數(shù)都表明巖漿經(jīng)歷了很大程度的結(jié)晶分異作用，察哈烏蘇二長花崗巖分離結(jié)晶程度更高。

3.1.2 微量元素

察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖Cr、Ni的含量較低，分別為4.22×10-6～5.59×10-6、3.57×10-6～5.35×10-6和8.39×10-6、4.71×10-6。地幔(包括原始地幔、虧損地幔和富集地幔)的Th，Ta含量很低，Th /Ta值大致相等。地幔中Th的含量僅為0.05×10-6(Sun,1980)，島弧玄武巖Th的平均含量約0.27×10-6(Wilson,1989)，而陸殼(尤其是花崗巖)中的Th含量最高，達16×10-6～21×10-6(Pitcher,1985)。察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖Th和Ta的含量較高，分別為5.81×10-6～6.32×10-6、 0.72×10-6～0.99×10-6和12.37×10-6、1.05×10-6。巖石虧損Ba、Nb、Ta、Sr、P和Ti等高場強元素(HFSE)，相對富集Rb、Th、U、K、Hf等大離子親石元素(LILE)。在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5b)中，顯示強烈的Nb、Ta、P、Ti虧損。察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖相對富集輕稀土元素，虧損重稀土元素。Sm/Nd值為0.25～0.26，具備典型地幔源巖漿特征(Dilek et al.,2011)。在稀土元素配分曲線圖上，配分曲線呈低緩的右傾“V”型曲線(圖5a)，表明輕、重稀土分餾程度較低，與LREE/HREE值介于3.62～4.60，LaN/YbN值介于3.09～4.80比較一致；巖石Y含量較高，介于15.3×10-6～46.41×10-6，Eu=0.30～0.41，具有明顯的負Eu異常；δCe介于0.99～1.05，具有弱的Ce異常。

a.SiO2-(K2O +Na2O) 圖解(底圖據(jù)Zindler,1986)；b.An-Ab-Or圖解 (底圖據(jù)O’connor,1965)； c.SiO2-K2O圖解(底圖據(jù)Rickwood,1989)；d.A/CNK-A/NK圖解圖4 察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖系列判別圖解Fig.4 The discriminant diagram of Chahawusu and Huiteazite monzonite granite

3.2 Sr-Nd同位素

本次工作選擇了3件二長花崗巖樣品進行全巖Sr-Nd同位素示蹤研究，分析結(jié)果見表2。

從分析結(jié)果看，察哈烏蘇二長花崗巖的初始(87Sr/86Sr)i值(ISr)偏低，并且相對比較集中，介于0.701 460～0.702 566，均小于0.702 6，屬于低Sr花崗巖，暗示巖漿源區(qū)可能與新生地幔物質(zhì)有關(guān)。輝特阿其二長花崗巖的ISr比值為0.704 3，可能有更多的地幔物質(zhì)參與巖漿作用。察哈烏蘇二長花崗巖的εNd(t)值介于0.37～1.49，均大于0.37。值得注意的是，樣品的fSm/Nd值為-0.25～-0.11，明顯高于一般地殼巖石的fSm/Nd值(-0.5～-0.3)，顯示巖漿源區(qū)更富Sm貧Nd，單階段Nd模式年齡將明顯偏老，只能選用二階段tDM2模式年齡。其二階段tDM2模式年齡介于978～1 044Ma，平均年齡為1 001 Ma，遠遠大于巖體的形成年齡(313 Ma)(表2)。

a.球粒隕石數(shù)據(jù)來自Sun S S and Mcdonough W F.,1989;b.原始地幔數(shù)據(jù)來自Mcdonough W F.,1992圖5 (a)察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖稀土元素配分曲線和(b)微量元素蛛網(wǎng)圖 Fig.5 (a)The rare earth element distribution curve and (b) trace element spider diagramof Chahawusu and Huiteazite monzonitic granite

表2 察哈烏蘇和輝特阿其似斑狀二長花崗巖Sr-Nd同位素測試數(shù)據(jù)表Tab.2 Sr-Nd isotope data of Chahawusu and Huiteazite porphyritic monzonitic granite

4 討論

4.1 巖漿源區(qū)

Sr、Nd等同位素是地球物質(zhì)來源的化學(xué)指紋，巖石或礦物的Sr、Nd同位素組成常用來判別樣品的源區(qū)類型及其成因。從上文不難看出，察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖的ISr值分別為0.701 460、0.702 273 、0.702 566和0.704 286，與幔源火成巖的ISr值(0.702 0～0.706 0)相當，遠遠低于大陸地殼的ISr值(0.719)，暗示形成察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖的母巖漿可能來自地幔物質(zhì)。察哈烏蘇二長花崗巖具有正的εNd(t)值，εd(t)值變化范圍大，分別為0.37、1.15和1.18；輝特阿其二長花崗巖的εd(t)值為1.49，與前人對阿拉套山花崗巖帶的分析結(jié)果相近(Chen et al., 2000；劉志強等，2005；Wang et al.,2007)，而與溫泉巖群基底變質(zhì)巖和阿拉套山泥盆系均具有εd(t)負值(Chen et al., 2000；胡靄琴等，2008；曾祥武等，2020)明顯不同。察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖具有較低的Sr初始比值和較高的Rb初始比值，也顯示源區(qū)物質(zhì)有較多的地幔成分或新增生的地殼物質(zhì)。在ISr-εd(t)相關(guān)圖(圖6a)中，ISr值與εd(t)值無明顯的相關(guān)性，分布較散亂，所有樣品均落入第二象限內(nèi)，輝特阿其二長花崗巖落在洋島玄武巖(OIB)區(qū)域內(nèi)，而察哈烏蘇巖石樣品位于洋島玄武巖區(qū)域的左下方，進一步反映了其巖漿來源與虧損地幔物質(zhì)有關(guān)，輝特阿其二長花崗可能與洋殼俯沖有關(guān)。在ISr-(143Nd/144Nd)t圖中，樣品位于地幔排列線的左下方，遠離富集地幔，也證明其巖漿源區(qū)應(yīng)為虧損地幔。由于察哈烏蘇二長花崗較西天山石炭紀玄武巖和輝特阿其二長花崗具低的εd(t)值和低的ISr值(圖6a)，該特征應(yīng)是玄武質(zhì)巖漿受到阿拉套山古老地殼物質(zhì)不同程度同化混染的結(jié)果。

圖6 (a)察哈烏蘇二長花崗巖ISr-εNd(t)和(b)ISr-(143Nd/144Nd)t圖Fig.6 (a)The ISr-εNd(t)(Aafter Zindler A,1986) and (b)zircon ISr-(143Nd/144Nd)t diagram (After Hugt R R,1994) for the Chahawusu monzonitic granite

不相容元素具有相近的分配系數(shù)而不受分離結(jié)晶作用影響，且當幔源物質(zhì)在部分熔融過程時只產(chǎn)生微小的變化，因此常用來指示源區(qū)特征(Taylor et al.,1985)。察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖中Th和Ta的含量較高，Th/Ta值也高，分別為6.12～8.54和11.78，遠遠高于的地幔的Th/Ta值(1.1)(Plmf et al.,2014)，巖石明顯受到了陸殼混染作用的影響。其Zr/Nb值=6.01～9.36，La/Nb值=0.81～1.35，Th/Nb值=0.55～0.93，Th/La值=0.68～0.72，接近于大陸地殼的平均比值(16.2，2.2，0.44和0.204)(楊學(xué)明等，2000)，同樣顯示大陸地殼物質(zhì)的混染作用。古老地殼物質(zhì)的加入可能是巖漿上侵，同化混染基底巖石的結(jié)果，也可能是以基底巖石為源區(qū)與玄武質(zhì)下地殼一同熔融的方式加入。巖漿上侵同化混染基底巖石時，由于溫度降低會形成繼承鋯石。察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖具巖漿成因的鋯石中具有少量老的繼承核，進一步佐證巖漿在底侵、上升的過程中遭受到了古老地殼物質(zhì)(基底巖石)的同化混染。綜合以上分析，察哈烏蘇二長花崗巖的母巖漿最有可能源于虧損地幔，可能是殼幔(幔源玄武質(zhì)巖漿與地殼物質(zhì))相互作用的產(chǎn)物，幔源巖漿在上侵(底侵、上升)的過程中有少量古老地殼物質(zhì)混染，西部花崗巖相對東部花崗巖具有更低的-Nd(t)值和更高的ISr值，是否意味著更多的古老地殼物質(zhì)參與了殼幔相互作用？古老基底在西段花崗巖形成過程中的作用還值得深入研究。

4.2 巖石成因

察哈烏蘇二長花崗巖以高硅、高鋁、低鐵、低鈣、貧鎂和富堿為特征，富集輕稀土元素和大離子親石元素，強烈虧損Ba、Nb、Ta、Sr、Eu、P高場強元素，具有“S”型花崗巖的巖石地球化學(xué)特征；同時，在高鋁、低鐵、低鈣、貧鎂和虧損高場強元素等方面也和A型花崗巖十分相似，可能暗示其整體形成于張性環(huán)境。察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖中Zr含量分別為57.7×10-6～57.7×10-6和184.89×10-6，遠遠低于A型花崗巖的Zr含量(>2 500×10-6)(Whalen et al.,1987)，其不太可能是A型花崗巖，而極有可能為S型花崗巖。S型花崗巖通常為過鋁質(zhì)巖石(A/CNK>1.1)，常出現(xiàn)白云母、堇青石、紅柱石、電氣石、尖晶石及石榴子石等典型特征礦物，且Na2O含量通常較低(均值為2.81%)，P2O5含量相對較高( Chappell et al.,1999)，SiO2與P2O5呈正相關(guān)關(guān)系(Chappell et al.,1992；楊多等，2017)。在察哈烏蘇和輝特阿其二長花崗巖的標準礦物(CIPW)中雖未發(fā)現(xiàn)上述富鋁特征礦物，但在其副礦物中發(fā)現(xiàn)有石榴子石存在，其中細粒二云二長花崗巖中也出現(xiàn)少量白云母，輝特阿其二長花崗巖局部含少量電氣石和石榴子石；其 Na2O含量為3.29%～3.87%，均大于S型花崗巖Na2O含量的均值；并且SiO2與P2O5呈弱的負相關(guān)性，但在花崗巖A-C-F圖解(圖7a)中，所有樣品均落入S型花崗巖范圍。因此，察哈烏蘇二長花崗巖并非正常的“S”型花崗巖。巖石具有低的固結(jié)指數(shù)和高的分異指數(shù)，均說明巖漿經(jīng)歷了較大程度的分離結(jié)晶作用；花崗巖的Zr/Hf值和Nb/Ta值分別為26.80～27.68和9.07～12.03，也證明二長花崗巖經(jīng)歷了明顯的結(jié)晶分異作用(Bau ,1996;Breiter et al.,2014;Ballouard et al.,2016)，少量黑云母和繼承鋯石的出現(xiàn)也支持其屬于高分異S型花崗巖(Wu et al.,2005；Reiter et al.,2014;吳福元等，2017)。在花崗巖判別(圖7b)上，察哈烏蘇二長花崗巖所有樣品全部落在高分異花崗巖區(qū)域內(nèi)，進一步證明了幔源玄武質(zhì)巖漿在遭受同化混染的同時，發(fā)生了顯著的分離結(jié)晶作用。長石是Sr和Eu2+的載體礦物，這些現(xiàn)象與二長花崗巖的顯微結(jié)構(gòu)、斑晶和基質(zhì)中出現(xiàn)大量長石相一致，巖石具有強烈的負Eu異常，進一步說明長石在巖漿演化過程中經(jīng)歷了顯著的結(jié)晶分異作用。低壓下斜長石、角閃石的分離結(jié)晶會使MREE和HREE之間產(chǎn)生向下凹的稀土配分模式，且Dy/Yb隨SiO2增高呈降低趨勢(圖8a)，而察哈烏蘇巖體具備此特征，且?guī)r體具有明顯的負Eu異常；在SiO2-δEu圖上，δEu隨SiO2增長而增長(圖8b)，也支持斜長石的分離結(jié)晶作用。因此，形成察哈烏蘇二長花崗巖的母巖漿經(jīng)歷了強烈的斜長石和鉀長石的結(jié)晶分異作用，極有可能屬于高分異“S”型花崗巖。

圖 7 (a)察哈烏蘇和輝特阿其巖體A-C-F圖解和(b)花崗巖判別圖解(據(jù)Whalen et al.,1987)Fig.7 (a)The A-C-F diagram and (b)the discriminant diagram of granite for the Chahawusu and Huiteaqi intrusion

圖8 (a)察哈烏蘇巖體SiO2-Dy/Yb和(b)SiO2-δEu圖解Fig.8 (a)The SiO2-Dy/Yb diagram and (b)the SiO2-δEu diagram for the Chahawusu intrusion

一般認為由地幔部分熔融直接形成中-酸性巖的可能性極小(Martin, 1999)。大量的熔融實驗研究表明，花崗巖質(zhì)巖漿的主要物質(zhì)主要起源于(正?；蚣雍竦?地殼的中下部，尤其是殼幔過渡帶(Brown ,1994)，不同源巖和溫壓條件(尤其是壓力)對于部分熔體的組成、性質(zhì)和地球化學(xué)特征具有決定性的約束(Patio,1999)。除此之外，花崗巖類還可以通過幔源玄武質(zhì)巖漿的分離結(jié)晶及其混染地殼物質(zhì)或與殼源巖漿的混合作用而生成(Patio,1999;Petford,1995;Pitcher,1997)。前人針對中亞造山帶顯生宙花崗巖類普遍具有較高的εd(t)正值的原因提出了一系列模型:諸如由新生的新元古代地殼深熔形成古生代—中生代花崗巖(吳福元等，1997)；高度分異的幔源巖漿與古老地殼物質(zhì)混合，新生的基性地殼物質(zhì)與古老地殼物質(zhì)的混合(Jahn et al., 2000)；幔源基性巖漿同化地殼物質(zhì)并同時發(fā)生結(jié)晶分異(周泰禧等；1995)；幔源巖漿底侵作用和直接分異(Han et al.,1999)；大洋巖石圈及其派生物質(zhì)(與俯沖有關(guān)的弧巖漿巖及弧前沉積物)與古陸殼混合物的重熔(李錦軼等，2007)等。察哈烏蘇二長花崗巖具有正的εd(t)值，其Rb的二階段tDM2模式年齡介于978～104 4Ma，但溫泉巖群基底變質(zhì)巖和阿拉套山泥盆系均具有εd(t)負值(Chen et al., 2000；胡靄琴等，2008；曾祥武等，2020)，說明該巖體并非由地殼巖石的部分熔融直接分異形成。然而，變化較大的初始87Sr/86Sr值暗示著該巖體的形成可能與地殼物質(zhì)同化混染或巖漿混合作用有關(guān)。巖石地球化學(xué)特征顯示該巖體具有明顯的負Eu異常，強烈虧損Sr和Ba；εd(t)值，為+0.37～+1.18，說明其母巖漿也不大可能源于島弧玄武巖(εd(t)=+6～+8)。同時，該巖體并不具有埃達克巖的高鋁(>17%)、高Sr低Y的微量元素特征，也就不可能由洋殼熔融形成。整個阿拉套山的花崗巖類均具有類似的Sr-Nd同位素特征(Chen et al., 2000；劉志強等，2005)，反映出地幔物質(zhì)的加入對于阿拉套山大陸地殼的垂向增生有著巨大貢獻(韓寶福等，1999；劉志強等，2005)。這個結(jié)果與整個新疆北部乃至中亞造山帶廣大地區(qū)在310Ma左右主要通過地幔物質(zhì)的加入而導(dǎo)致地殼增生的結(jié)論(Jahn et al.，2000)一致。同時，阿拉套山一帶的花崗巖類顯示出以幔源物質(zhì)為主受到地殼物質(zhì)混染的特點，可以用幔源玄武質(zhì)巖漿底侵、發(fā)生ACF過程的模式解釋。輝特阿其巖體同樣位于阿拉套山南緣西段，出露面積約69 km2，其主體巖性也為灰白色似斑狀二長花崗巖，巖石在結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物組分(含量)等微觀特征方面及地球化學(xué)、Sr、Nd同位素特征同察哈烏蘇巖體比較一致，巖體局部含少量、分布極不均勻的電氣石、石榴子石和暗色鎂鐵質(zhì)包體，表明輝特阿其二長花崗巖為S型花崗巖，起源于虧損地幔，幔源玄武質(zhì)巖漿在上侵的過程中遭受了ACF作用，同時還發(fā)生了巖漿混合作用。綜上所述，察哈烏蘇二長花崗巖巖石地球化學(xué)特征和Sr、Nd同位素組成表明，二長花崗巖為低Sr高分異S型花崗巖；巖石具有較高的正εd(t)比值，顯示其母巖漿來源于虧損地幔的部分熔融，幔源玄武質(zhì)巖漿在上侵的過程中發(fā)生ACF混合作用，即巖漿在混染少量古老地殼物質(zhì)的同時，發(fā)生長石的分離結(jié)晶作用，在緩慢結(jié)晶形成鉀長石斑晶后，因陸殼的伸展、快速上升至近地表形成察哈烏蘇高分異的高鉀鈣堿性S型花崗巖。

4.3 構(gòu)造背景

輝特阿其二長花崗鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為(320.7±5.3)Ma，代表該巖體的結(jié)晶年齡，與張作衡等(2008)的測試結(jié)果一致；該年齡與阿拉套山石炭紀埃達克巖-高鎂安山巖-富Nb玄武巖組合(～320 Ma) 的噴發(fā)年齡也比較一致(Wang et al.，2006)，表明輝特阿其二長花崗巖為同碰撞花崗巖，可能形成于島弧環(huán)境。察哈烏蘇巖體侵位于313 Ma，該年齡與同一地區(qū)形成于后碰撞拉張條件下的花崗斑巖(310 Ma)的侵位年齡十分吻合(3)趙軍，關(guān)力偉，朱永勝，等. 中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告新疆溫泉縣扎冷木特幅(L44E018011)、柯克他烏幅(L44E018012)、牧區(qū)醫(yī)院幅(L44E019011)、牙馬特幅(L44E019012)1∶5萬地質(zhì)礦產(chǎn)綜合調(diào)查(1∶50 000). 武警黃金第八支隊，2018.；同時，和北天山晚石炭世(310 Ma)流紋巖的噴發(fā)時間與四棵樹“釘合巖體”侵位時間基本一致(劉飛等，2011；楊光華等，2014)；沙灣晚石炭世流紋巖產(chǎn)出于大陸板內(nèi)拉張環(huán)境(劉飛等，2011)，早于孔吾薩依A2型花崗巖(293 Ma)侵位(林濤等，2019)時代。

關(guān)于西天山及鄰區(qū)晚古生代的大地構(gòu)造背景，尤其是石炭紀巖漿巖的產(chǎn)出環(huán)境，一直存在較大爭議。一些研究者認為石炭紀火成巖形成于島弧和活動大陸邊緣環(huán)境(張增杰等，2003；朱志新等，2006；De Jonget et al.,2009)；另一些研究者指出早石炭世火成巖形成于島弧環(huán)境，而晚石炭世的火成巖形成于后碰撞背景(Sun et al.，2008；韓寶福等，2010；Han et al.，2010)；王京彬和徐新(2006)認為，早石炭世—晚二疊世期間新疆北部屬于后碰撞環(huán)境；還有部分研究者認為亞洲洋在早石炭世已經(jīng)閉合，早石炭世早期開始，天山及鄰區(qū)進人陸內(nèi)裂谷演化階段(顧連興等，2000；Xia et al.，2004)或發(fā)育地幔柱(夏林圻等，2008)。

近年來獲得的鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)均表明，晚古生代(D—C1)北天山洋盆形成與發(fā)展，石炭紀(C1—C2)北天山晚古生代洋盆全面閉合，伊犁微板塊與準噶爾微板塊碰合，形成天山碰撞造山帶；晚石炭世(C2—P)逐漸進入碰撞后板內(nèi)演化階段(王宗秀等，2017)。因此，北天山地區(qū)在325～310 Ma期間處于同碰撞和同碰撞向后碰撞轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景，310 Ma以后，該地區(qū)逐漸進入后碰撞伸展階段。在后碰撞伸展階段，中亞造山帶以垂向地殼生長為特征(韓寶福等，1999)。阿拉套山地區(qū)在泥盆紀時屬于海洋環(huán)境，而在晚石炭紀時已經(jīng)轉(zhuǎn)換為活動大陸邊緣環(huán)境。310 Ma左右發(fā)生了洋盆閉合、碰撞造山，阿拉套山地區(qū)開始進入到后碰撞演化階段(劉志強等，2005；陳必和等，2007；張作衡等，2008)。在Rb/30-Hf-3Ta構(gòu)造環(huán)境判別圖中(圖9a)，輝特阿其樣品投影在火山弧花崗巖區(qū)域，輝特阿其二長花崗巖可能為同碰撞花崗巖類，巖體可能形成于島弧環(huán)境，而察哈烏蘇二長花崗巖則落在火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖區(qū)域的交界處，更有可能為碰撞后花崗巖類；在Y+Nb-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖9b)中，所有樣品均集中在火山弧花崗巖和同碰撞花崗巖的交界部位，更靠近同碰撞花崗巖區(qū)域，也說明察哈烏蘇二長花崗巖可能為后碰撞花崗巖，與巖體具有A型花崗巖(形成于張性構(gòu)造環(huán)境)特征比較一致。從巖體的多元構(gòu)造環(huán)境判別結(jié)果來看，察哈烏蘇二長花崗巖既有火山弧花崗巖的特點，又有后碰撞花崗巖的特點。所以，察哈烏蘇巖體巖體最有可能形成于由同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換的過渡階段，構(gòu)造背景為活動大陸邊緣，巖體整體就位于張性構(gòu)造應(yīng)力條件之下。在構(gòu)造位置上，察哈烏蘇地區(qū)是屬于阿拉套山晚古生代活動陸緣帶的阿拉套山南緣泥盆—石炭紀弧后盆地(王宗秀等，2017)，還是屬于晚古生代陸緣盆地(4)趙軍，關(guān)力偉，朱永勝，等. 中華人民共和國區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告新疆溫泉縣扎冷木特幅(L44E018011)、柯克他烏幅(L44E018012)、牧區(qū)醫(yī)院幅(L44E019011)、牙馬特幅(L44E019012)1∶5萬地質(zhì)礦產(chǎn)綜合調(diào)查(1∶50 000). 武警黃金第八支隊，2018.還需要進行深入研究。

a.Rb/30-Hf-3Ta判別圖(據(jù)Harris et al.，1986)； b.Y+Nb-Rb判別圖(據(jù)Pearce et al.,1984)； c.Y+Nb判別圖(據(jù)Ahrris et al；1986)；d.R1-R2判別圖(據(jù)Pearce et al；1984)；圖9 察哈烏蘇似斑狀二長花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.9 The tectonic environment discriminant map for the Chahawusu porphyritic monzonitic granite

5 結(jié)論

(1)巖石以高硅、高鋁、低鐵、低鈣、貧鎂和富堿為特征，富集輕稀土元素和大離子親石元素，強烈虧損Ba、Nb、Ta、Sr、 Eu、 P高場強元素，巖石地球化學(xué)特征表明察哈烏蘇二長花崗巖為高分異的“S”型花崗巖，部分地球化學(xué)特征與A型花崗巖相似。

(2)察哈烏蘇二長花崗巖具有較低的ISr值和較高的正εd(t)值，Sr、Nd同位素組成一致表明，二長花崗巖屬于低Sr花崗巖，其母巖漿來源于虧損地幔的部分熔融，幔源(玄武質(zhì))巖漿在底侵、上升的過程中發(fā)生ACF作用，即巖漿在混染少量古老地殼物質(zhì)的同時，發(fā)生長石的分離結(jié)晶作用，形成察哈烏蘇二長花崗巖。

(3)北天山洋盆閉合時限早于晚石炭世末，310 Ma以后，阿拉套山地區(qū)逐漸進入后碰撞伸展階段。多種構(gòu)造判別圖解顯示，察哈烏蘇二長花崗巖應(yīng)為后碰撞花崗巖，巖體可能形成于同碰撞擠壓-后碰撞伸展轉(zhuǎn)換階段的張性環(huán)境。綜合區(qū)域地質(zhì)背景和最新年代學(xué)成果，巖體的構(gòu)造位置屬于阿拉套山南緣泥盆紀—石炭紀弧后盆地，其構(gòu)造背景應(yīng)為活動大陸邊緣。