王建中，趙軍，段俊

1. 長安大學(xué) 地球科學(xué)與資源學(xué)院， 西安 710054；2. 西北政法大學(xué) 軍民融合發(fā)展研究院，西安 710122；3.中國地質(zhì)調(diào)查局 烏魯木齊自然資源綜合調(diào)查中心，烏魯木齊 830057

0 引言

天山造山帶位于中亞造山帶南緣，南北兩側(cè)分別為塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地[1]。西天山作為天山造山帶的重要組成部分，經(jīng)歷了極其漫長復(fù)雜的演化歷史[2--4]。早古生代，哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊經(jīng)歷了古陸殼由裂解到閉合、呈現(xiàn)多陸塊(微板塊)及多島弧古亞洲洋的演化，構(gòu)成了島弧系或隆升造山的格局；而后在晚古生代早期(中泥盆世)再一次裂解，北側(cè)的準(zhǔn)噶爾—巴爾喀什微板塊沿著依連哈比爾孕深斷裂發(fā)生裂解，形成北天山有限洋盆[5--6]，隨后北天山洋轉(zhuǎn)入俯沖消減、關(guān)閉縫合階段[4]。晚古生代是西天山地區(qū)構(gòu)造演化和構(gòu)造格局形成的重要時期[5--7]，發(fā)生在中泥盆世—早石炭世期間的板塊俯沖、大洋閉合和陸--陸碰撞造山事件，奠定了西天山造山帶的基本格架[8--10]。但北天山洋是在早石炭世末[2,11]、晚石炭世早期[12]，還是晚石炭世末[13--17]閉合，前人的認(rèn)識著存在一定的分歧。

新疆阿拉套山位于西天山北部，大致呈東西向帶狀展布，以米爾其克斷裂為界，分為東西兩段。沿山脈南緣分布一中酸性巖漿巖帶，巖漿活動強(qiáng)烈，侵入巖和火山巖廣泛發(fā)育[3,18--28]。其中，侵入巖以花崗巖類為主，以及少量中基性脈巖，侵位時代為324.7～263.8 Ma[3,18--26]，屬于早石炭世末到早二疊世[22]，巖漿作用與鎢、錫、銅、鐵、金、鉛、鋅等成礦關(guān)系密切?；鹕絿姲l(fā)與巖漿侵入幾乎同步，噴發(fā)時代為320～270 Ma[27--29]。察哈烏蘇侵入巖位于阿拉套山南緣的西段，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(xì)粒二云二長花崗開展了K--Ar法定年，測得白云母年齡為263.8 Ma[30]。陳江峰等[20]采用40Ar--39Ar法，獲得察哈烏蘇二長花崗巖黑云母的總氣體年齡為267 Ma，認(rèn)為總氣體年齡最接近礦物形成年齡，選取267 Ma作為察哈烏蘇侵位年齡的最佳估計(jì)，但是樣品(P255)存在明顯的氬丟失，造成年齡偏晚，其可靠性需要進(jìn)一步研究。前人研究認(rèn)為，察哈烏蘇巖體形成于267～263.8 Ma的后碰撞伸展環(huán)境[20--21]，尚未獲得精確的鋯石年齡數(shù)據(jù)。前人研究多集中于阿拉套山的東段[22--29]，而對西段的研究程度較低，系統(tǒng)對比研究也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。鑒于前人研究成果不夠統(tǒng)一，以及缺乏足夠的從碰撞到后碰撞轉(zhuǎn)換階段精確的年代學(xué)限定，筆者對察哈烏蘇巖體進(jìn)行LA--ICP--MS鋯石U--Pb同位素年代學(xué)和Hf同位素組成進(jìn)行研究，結(jié)合近年來最新的測年數(shù)據(jù)和研究成果，探討其形成時代和巖漿源區(qū)，為北天山洋的閉合時限提供新的佐證，對該區(qū)晚古生代構(gòu)造演化提供約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

新疆阿拉套山位于西天山北部，山脈近東西走向，米爾其克斷裂大致將其分為東西兩段，地理位置上屬于伊犁—中天山地塊的北緣，南部以博爾塔河斷裂為界，與賽里木地塊的別珍套山和汗吉尕山為鄰，東緣為北西向展布的艾比湖斷裂(圖1a)。元古代變質(zhì)基底主要出露在賽里木地塊的別珍套山一帶[31]，由中元古代溫泉巖群(包括西伯提巖組、牙馬特巖組和托克賽巖組)和新元古代長城系特克斯巖群莫合西薩依巖組構(gòu)成[32--33]。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育晚古生代泥盆系、石炭系和二疊系以及新生代沉積物，缺失早古生代地層[34--35]。其中，上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組以碎屑巖為主，夾火山碎屑巖夾層；石炭系零星出露，巖性為下石炭統(tǒng)阿克沙克組和上石炭統(tǒng)東圖津河組泥質(zhì)巖、石灰?guī)r和火山巖；下二疊統(tǒng)烏郎組分布在阿拉套山的東段，主要為安山巖、安山玄武巖和流紋巖。新生代地層以第四系沉積物及冰漬物為主[23,34--35]。區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要有阿拉套山復(fù)向斜及其次級褶皺(扎勒木圖保日格背斜和達(dá)爾加河南向斜)以及一系列斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)巖漿活動強(qiáng)烈，總體來看，區(qū)內(nèi)巖漿活動主要集中在新元古代早期、奧陶紀(jì)和晚石炭世[36]，巖性多樣。新元古代早期(950～910 Ma)片麻狀、眼球狀花崗巖在整個天山地區(qū)普遍發(fā)育[31,37]。早古生代中、酸性侵入巖廣泛分布于賽里木地塊，巖漿侵位高峰集中于奧陶紀(jì)(480～410 Ma)，巖性多為閃長巖或斜長角閃巖[38--41]。晚古生代巖漿活動集中分布于兩個時期，早期巖漿活動發(fā)生于早泥盆世(419～395 Ma)，在賽里木地塊形成二長花崗巖、鉀長花崗巖和流紋巖類火山巖[36]； 晚期巖漿活動發(fā)生于晚石炭世至早二疊世初(325～290 Ma)，在阿拉套山地區(qū)形成侵入巖和火山巖(圖1b)。其中，侵入巖以花崗巖類為主，呈巖基、巖株(巖枝)和巖墻狀產(chǎn)出，侵位于上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組碎屑巖，下石炭統(tǒng)阿克沙克組碳酸鹽巖、碎屑巖及下二疊統(tǒng)烏郎組火山碎屑巖，侵位時代為324.7～263.8 Ma。巖性包括花崗閃長巖、二長花崗巖、鉀長花崗巖、堿長花崗巖和石英閃長巖，其中，二長花崗巖分布最為廣泛，而石英閃長巖出露面積極小[3]。阿拉套山花崗巖類組成花崗閃長巖--二長花崗巖、二長花崗巖--鉀長花崗巖和二長花崗巖--堿長花崗巖3種組合，花崗閃長巖--二長花崗巖組合分布于本區(qū)北部，二長花崗巖--鉀長花崗巖組合分布在本區(qū)中東部和最西部，二長花崗巖--堿長花崗巖組合分布在本區(qū)中西部。西段大面積出露S型花崗巖，成礦以鎢、錫礦為主；東段火山巖發(fā)育，以I型及A2型花崗巖為主，成礦與鐵、銅、鉛、鋅、金礦等關(guān)系密切[25--26]?；鹕綆r分布廣泛，多出露于米爾其克斷裂以東地區(qū)，斷裂以西零星出露。巖性主要為安山玄武巖、玄武質(zhì)安山巖、火山角礫巖和流紋巖等[25--29]，具有雙峰式火山巖的特點(diǎn)?；鹕絿姲l(fā)主要發(fā)生在石炭紀(jì)和二疊紀(jì)，早期(320 Ma)俯沖階段形成少量埃達(dá)克巖和富鈮玄武巖[27--29]。

圖1 新疆西天山(a)和阿拉套山南緣(b)地質(zhì)簡圖(年齡數(shù)據(jù)來自文獻(xiàn)[3,18--23,25--26]和本文)Fig.1 Geological sketch map of West Tianshan (a) and southern margin of Alataw Mountains (b)

2 研究區(qū)地質(zhì)概況

阿拉套山西段為阿拉套巖漿巖帶的重要組成部分，南部緊鄰賽里木地塊。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(dú)山子組(N2d)和第四系(Q)。上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組整體逆沖推覆于侏羅系之上，是巖體和哈拉薩依金礦的圍巖，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[36]；巖性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和紫紅--灰綠色粉砂質(zhì)泥巖，沉積環(huán)境為半深海--淺海相，靠近活動大陸邊緣。侏羅系主要出露中侏羅統(tǒng)西山窯組(J2x)和頭屯河組(J2t)，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(圖2)，整體為河流相和湖沼相山間盆地沉積環(huán)境[36]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強(qiáng)烈，北東東向和近東西向褶皺、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(yán)格控制兩側(cè)的構(gòu)造環(huán)境及沉積建造[26]。區(qū)內(nèi)中酸性巖漿活動強(qiáng)烈，發(fā)育石炭紀(jì)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)砂巖和蝕變火山塵凝灰?guī)r等。發(fā)育低綠片巖相甚至更低的區(qū)域變質(zhì)作用。區(qū)內(nèi)金屬礦產(chǎn)有鎢、錫和金，非金屬礦產(chǎn)有煤。

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(dú)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(diǎn)；15.采樣位置；16.國界線。圖2 新疆察哈烏蘇地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Geological sketch map of Chahawusu area, Xinjiang

3 樣品描述與測試

3.1 樣品描述

察哈烏蘇巖體位于阿拉套山南坡，呈巖基狀產(chǎn)出，巖體侵入于上泥盆統(tǒng)托斯庫爾他烏組，剝蝕程度較深，未見殘留蓋層。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。巖性以灰白色似斑狀粗中粒二長花崗巖為主，少量中--細(xì)粒二云二長花崗巖，局部地段可見碎裂鉀長花崗巖。整體巖性較均一，無明顯的巖相變化。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?；|(zhì)為細(xì)中粒花崗結(jié)構(gòu)，主要礦物組份為石英、鉀長石、斜長石和黑云母。副礦物以榍石、鋯石和石榴石為主。

巖石樣品(CG--TW1)采自察哈烏蘇巖體的新鮮露頭，巖性為似斑狀二長花崗巖。所測鋯石呈透明自形棱柱狀，晶型較好，晶粒長軸多>100 μm。鋯石陰極發(fā)光(CL)影像明亮，發(fā)育典型的明暗相間的振蕩環(huán)帶，環(huán)帶多細(xì)而密，個別鋯石發(fā)育繼承核(圖3)。

3.2 測試方法

巖石樣品經(jīng)破碎、重選和磁選后，在雙目鏡下挑選鋯石單礦物顆粒，將挑選出的鋯石與一定數(shù)量TEM標(biāo)準(zhǔn)鋯石置于環(huán)氧樹脂中，然后鍍金拋光，直至鋯石完全暴露，隨后對鋯石進(jìn)行反射光和透射光顯微照相，以檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。制靶后結(jié)合陰極發(fā)光(CL)照片圈定自形、晶體完好、環(huán)帶清晰的鋯石(圖3)，選取分析點(diǎn)位，然后用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀(LA--ICP--MS)原位分析技術(shù)，對待測鋯石微區(qū)的206Pb/238U 、207Pb/235U和207Pb/206Pb比值進(jìn)行測定。在LA--ICP--MS U--Pb分析測試前分別用酒精和5%稀硝酸輕擦鋯石樣品表面，以除去可能的污染。鋯石原位U--Pb定年分析在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室Agilent7700x上完成。詳細(xì)的測試原理、儀器參數(shù)和測試流程見參考文獻(xiàn)[42]。

圖3 晚石炭世察哈烏蘇二長花崗巖鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.3 Zircon cathodoluminescence images of Late Carboniferous Chahawusu monzogranite

鋯石原位微區(qū)Hf同位素測試在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，利用Neptune型多接收等離子體質(zhì)譜儀和Geolas Pro型激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)用的方法完成，詳細(xì)測試流程可參照文獻(xiàn)[43--44]。本次測試激光剝蝕束斑直徑為32飛秒，激光剝蝕的樣品氣溶膠由氦氣作為載氣輸送到質(zhì)譜儀中進(jìn)行測試，為了調(diào)節(jié)和提高儀器靈敏度，氣路中間引入了氫氣和少量氮?dú)?。每分?0個樣品測點(diǎn)分析一次標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ--1作為監(jiān)控，GJ--1的測試精準(zhǔn)度為0.282 030±0.000 020(2SD)。使用29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正，外標(biāo)使用的是國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500，元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)使用的是NIST SRM610作為外標(biāo)，使用CU LITTER 4.0程序進(jìn)行U--Pb年齡處理，采用Andersen方法對普通Pb進(jìn)行校正[45]，采用Isoplot(3.0版)軟件[46]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3.3 測試結(jié)果

本研究選取20顆鋯石進(jìn)行微區(qū)原位測年分析，共計(jì)20個點(diǎn)位，分析結(jié)果見表1。鋯石發(fā)育典型的振蕩環(huán)帶，說明其為巖漿成因鋯石。其Th、U含量分別為51.09×10-6～281.47×10-6和296.71×10-6～961.57×10-6，Th/U比值范圍為0.12～0.54(表1)，算術(shù)平均值為0.21，進(jìn)一步表明鋯石屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物[47--48]。剔除掉一個(17號點(diǎn))置信度較差的年齡值(352.4±5.95 Ma)后，19個數(shù)值的諧和度較好且比較集中，206Pb/238U年齡為326.25～298.4 Ma，18個點(diǎn)的年齡>305.1 Ma(表1)。在鋯石206Pb/238U-207Pb/235U年齡諧和圖中(圖4)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布在諧和線上，其中一個交點(diǎn)的年齡為311.4 Ma，MSWD=0.35，19個點(diǎn)的加權(quán)值為(312.7±3.6)Ma，MSWD=2.0(95%信度)，二者在誤差允許范圍內(nèi)非常一致。由于，鋯石U--Pb同位素體系的封閉溫度高達(dá)900℃[49]，所以，312.7 Ma可以作為二長花崗巖的結(jié)晶年齡，代表察哈烏蘇巖體的侵位年齡。

圖4 晚石炭世二長花崗巖鋯石U--Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U--Pb concordia plot of Late Carboniferous monzogranite

本研究在鋯石測年的基礎(chǔ)上，對其10顆鋯石進(jìn)行Lu--Hf同位素測試，剔除掉1件具有明顯錯誤的測試點(diǎn)后，測試結(jié)果見表2。從表2可以看出，鋯石的176Lu/177Hf值=0.000 399～0.001 785，平均值為0.001 063，均<0.002，顯示鋯石形成以后具有很低的放射性成因Hf的積累，因此，所測176Hf/177Hf值代表鋯石結(jié)晶時Hf同位素的組成特征[50]，鋯石的176Hf/177Hf值=0.282 864～0.283 018，平均值為0.282 936，相對比較集中。fLu/Hf值=-0.946 2～-0.988 0，平均值為-0.97，明顯小于硅鋁質(zhì)地殼fLu/Hf值=-0.72[51]和鎂鐵質(zhì)地殼fLu/Hf值=-0.34[52]，所以二階段模式年齡能夠更真實(shí)地反映其源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔抽取的時間或源區(qū)物質(zhì)在地殼平均存留時間[53]。依據(jù)鋯石U--Pb同位素年齡(299～330 Ma)，計(jì)算獲得εHf(t)值為10.07～14.93，平均為12.4。單階段Hf模式年齡(tDM1)為338～547 Ma，平均年齡為449 Ma；二階段Hf模式年齡(tDM2)為360～686 Ma，平均為530 Ma。

表2 察哈烏蘇二長花崗巖Lu--Hf同位素測試數(shù)據(jù)

4 討論

4.1 察哈烏蘇巖體侵位時代

近年來獲得的鋯石U--Pb年齡數(shù)據(jù)表明，泥盆紀(jì)—早石炭世晚期(> 320 Ma)西天山地區(qū)仍處于洋殼俯沖階段[5]。晚石炭世開始，西天山地區(qū)出現(xiàn)了一期活動范圍廣、強(qiáng)度大的巖漿活動。天山北部地區(qū)石炭紀(jì)巴音溝蛇綠巖(344～325 Ma)的確定[54--55]，石炭紀(jì)埃達(dá)克巖--高鎂安山巖一富Nb玄武巖組合(334～320 Ma)的發(fā)現(xiàn)[56]，以及硅質(zhì)巖中晚泥盆世—早石炭世放射蟲的存在，說明北天山洋盆一直延續(xù)到早石炭世末。因此，有學(xué)者認(rèn)為西天山增生造山帶增生造山結(jié)束的時間可能是早石炭世末[10]。由于，北天山四棵樹“釘合巖體”侵入于巴音溝蛇綠巖中，其鋯石U--Pb年齡為(324.1±4.3)Ma～(311.5±3.9)Ma[57]；依連哈比尕巖基侵位于下石炭統(tǒng)大哈拉軍山組，其同碰撞花崗巖形成于晚石炭世(310～300 Ma)[58--59]；碰撞階段形成的超高壓變質(zhì)巖(315 Ma)[60]，共同限定了北天山洋的閉合時間應(yīng)在310 Ma之前[61]。

筆者對察哈烏蘇巖體的二長花崗巖進(jìn)行鋯石LA--ICP--MS測年，獲得其U--Pb加權(quán)平均年齡為(312.7±3.6)Ma，可以與區(qū)域上同時期形成的北天山四棵樹侵入體進(jìn)行對比。四棵樹巖體第一期花崗閃長巖的SHRIMP鋯石U--Pb年齡為(316±3)Ma[12]，而第二期二長花崗巖和鉀長花崗巖的鋯石U--Pb年齡分別為(314.9±4.1)Ma和(311.5±3.9)Ma[57]，四者在誤差(1%)允許范圍內(nèi)比較一致，同為北天山古生代造山帶科克琴一博羅科努侵入巖帶的一員[24，58]。西天山廣大范圍內(nèi)310 Ma±的巖漿活動也有報道[11]，其中，阿吾拉勒南正長巖和玉希莫勒蓋巖體石英閃長巖分別形成于312 Ma和310 Ma[62--63]。因此，所測年齡數(shù)據(jù)可信，代表了巖漿的侵位年齡，巖體形成時代為晚石炭世早期。準(zhǔn)噶爾洋自奧陶紀(jì)晚期開始向南俯沖于伊犁中天山地塊之下，至早石炭世晚期，準(zhǔn)噶爾洋繼續(xù)深俯沖。北天山在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(jìn)入后碰撞伸展階段。阿拉套山地區(qū)在泥盆紀(jì)時屬于海洋環(huán)境，而在晚石炭紀(jì)時屬于海陸交互環(huán)境，察哈烏蘇巖體侵位于313 Ma，該年齡與四棵樹“釘合巖體”侵位時間基本一致[57]，在孔吾薩依A2型花崗巖(293 Ma)侵位之前[25]，所以，察哈烏蘇巖體最有可能形成于同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換的過渡階段。

4.2 巖漿源區(qū)

鋯石Hf具有良好的穩(wěn)定性，鋯石Hf同位素比值不會隨著分離結(jié)晶或部分熔融發(fā)生改變，是目前探討示蹤巖石源區(qū)和地殼演化的重要工具[64--65]。負(fù)的εHf(t)值通常表明源區(qū)成分以地殼物質(zhì)占主導(dǎo)或來源于富集地幔；而正的εHf(t)值一般說明源區(qū)為虧損地幔。察哈烏蘇二長花崗巖的εHf(t)值為10.07～14.93，說明其巖漿源區(qū)應(yīng)為虧損地幔。在176Hf/177Hf --年齡圖解上(圖5a)，所有樣品都位于虧損地幔與球粒隕石之間，也說明巖漿源自虧損地幔；在εHf(t)--年齡圖解上(圖5b)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在虧損地幔線的下方，且具有向虧損地幔線靠近的趨勢，進(jìn)一步顯示了巖漿應(yīng)來源于虧損地幔。鋯石母巖漿如果直接源于未受任何影響的虧損地幔，鋯石結(jié)晶年齡應(yīng)該與其鋯石Hf的模式年齡相近[66]。由上可知，察哈烏蘇二長花崗巖二階段Hf模式年齡平均值為530 Ma，與巖石313 Ma的侵位年齡差別較大，也暗示了巖漿遭受了地殼物質(zhì)的混染[50,66]，但其具有較高的εHf(t)正值，說明虧損地幔在察哈烏蘇二長花崗巖的形成過程中起了重要作用。對比研究發(fā)現(xiàn)，察哈烏蘇二長花崗巖具有較低的ISr值(0.701 5～0.702 6)和較低的正εNd(t)值(+0.37～+1.18 )[36]，鍶、釹同位素組成低于拉套山地區(qū)石炭紀(jì)富鈮玄武巖的ISr值(0.701 07～0.706 58)和εNd(t)值(+6.4～+11.6)[28]，該特征應(yīng)是幔源巖漿受到地殼物質(zhì)同化混染的結(jié)果。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。察哈烏蘇二長花崗巖具巖漿成因的鋯石中有少量老的繼承核，進(jìn)一步佐證巖漿在底侵、上升的過程中受到地殼物質(zhì)的同化混染。綜上所述，察哈烏蘇二長花崗巖為虧損地幔部分熔融的產(chǎn)物，幔源巖漿在底侵、上升的過程中，受到地殼物質(zhì)的同化混染。

圖5 察哈烏蘇二長花崗巖鋯石176Hf/177Hf--年齡關(guān)系圖[67]和εHf(t)--年齡關(guān)系圖(b)Fig.5 Zircon 176Hf/177Hf-age diagram (a) [67] and εHf(t)-age diagram (b) for Chahawusu monzogranite

4.3 巖漿活動

20世紀(jì)90年代，前人采用Rb--Sr或K--Ar同位素體系，對阿拉套山花崗巖類的全巖或黑云母進(jìn)行了測年，獲得了一組年齡數(shù)據(jù)(307～267 Ma)[18--20]。由于，Rb--Sr同位素體系全巖和黑云母的封閉溫度分別為650℃和350℃，K--Ar同位素體系黑云母的封閉溫度為300±50℃，而鋯石U--Pb同位素體系的封閉溫度高達(dá)900℃，所以，Rb--Sr和K--Ar同位素體系容易受到后期巖漿熱液事件的干擾[20,68]，其合理性需要進(jìn)一步研究。因此，筆者搜集了阿拉套山南緣從西向東13個巖體的34個年齡數(shù)據(jù)，比較利用3種同位素體系獲得的年齡值，發(fā)現(xiàn)不同方法得到的結(jié)果之間存在較大的差異。根據(jù)以下原則：①以鋯石的U--Pb年齡作為參考和評價標(biāo)準(zhǔn)，有鋯石U--Pb年齡的巖體優(yōu)先選擇該鋯石U--Pb年齡；②如果其他兩種方法獲得的年齡與鋯石U--Pb年齡比較一致(1%誤差)，則保留這些與鋯石U--Pb年齡比較接近的年齡值；③如果巖體沒有鋯石U--Pb年齡，則對其他兩種方法獲得的測試結(jié)果進(jìn)行比較，選擇比較合理的年齡作為該巖體的形成年齡。通過綜合分析，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了取舍，最終選取23個年齡數(shù)據(jù)作為巖體的形成年齡(圖1)。江秀敏[26]指出阿拉套山深成巖體侵位發(fā)生在310～280 Ma，從圖1和圖6可以看出，阿拉套山花崗巖類形成于324.7～290 Ma，相當(dāng)于早石炭世晚期和早二疊世。這些年齡數(shù)據(jù)明顯集中在324.7～310 Ma和310～290 Ma兩個區(qū)間，23個年齡值中只有3個(2個巖體)年齡值>310 Ma，而在20個<310 Ma的年齡值中，有13個(占比56.5%以上)年齡值<300 Ma，花崗巖巖漿活動開始和結(jié)束的時間均比江秀敏[26]得出的結(jié)論提前至少10 Ma(圖6a)。同時，阿拉套山西段花崗巖巖漿活動發(fā)生在324.7～290 Ma(圖6b)，東段花崗巖巖漿侵位于307～290 Ma(圖6c)，具有從西往東逐漸變年輕的趨勢，與陳江峰等[20]總結(jié)的巖漿活動中心遷移趨勢剛好相反，暗示北天山洋在石炭紀(jì)發(fā)生側(cè)向俯沖，阿拉套山一帶的洋盆由西往東逐漸閉合。如果以310 Ma作為北天山洋關(guān)閉的時限[24,57]，阿拉套山地區(qū)的花崗巖類絕大多數(shù)為后碰撞花崗巖類，尤其是東段后碰撞花崗巖類中發(fā)育孔吾薩依A2花崗巖，標(biāo)志著造山作用的結(jié)束[25]。

晚石炭世早期西天山北緣的伸展裂陷活動導(dǎo)致了不同程度的火山噴發(fā)和巖漿侵位活動[69]，阿拉套山地區(qū)發(fā)育晚石炭—早二疊世((320±1)Ma～(270.7±6.5)Ma)火山巖[22--23,28]，主體噴發(fā)時間發(fā)生在320～300 Ma，大致與阿拉套山花崗巖帶諸巖體侵位時間(325～290 Ma)同時[3]。阿拉套山地區(qū)在早期(320 Ma)洋殼俯沖階段，由于大洋板片可能只在頂部發(fā)生小部分熔融[70]，形成少量同碰撞花崗巖類和埃達(dá)克巖、富鈮玄武巖火山巖[21--23,28]；該地區(qū)在320～310 Ma時，處于同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換階段，消減作用減弱，形成少量同碰撞花崗巖類(兼具后碰撞花崗巖的特征)和少量火山碎屑巖；310 Ma以后，阿拉套山地區(qū)逐漸向后碰撞伸展環(huán)境轉(zhuǎn)換，形成大量花崗巖類和雙峰式火山巖，這些花崗巖類具有后碰撞花崗巖特征、低Sr值、正的εNd(t)值[21--23]和相對年輕的Hf模式年齡。晚石炭紀(jì)末(310～300 Ma)，該地區(qū)由同碰撞擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹笈鲎采煺弓h(huán)境，消減作用極弱，形成英安巖、流紋巖組合和大量的后碰撞花崗巖類；300～290 Ma形成“雙峰式”陸相火山巖[28--29],包括A2花崗巖在內(nèi)數(shù)量眾多的后碰撞花崗巖類和閃斜煌斑巖等脈巖[22,26]， 290 Ma±造山作用結(jié)束。270 Ma±巖漿再次活動形成流紋巖和花崗斑巖巖脈[22,26]，另一期巖漿活動開始[22]。構(gòu)造背景從擠壓環(huán)境向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)變，在區(qū)域性的伸展背景下玄武質(zhì)巖漿的底侵至下地殼底部或直接垂向上升加入地殼之中[71]、俯沖相關(guān)的新生地殼物質(zhì)的重熔混合占據(jù)主導(dǎo)地位[72--73]，幔源巖漿在上升的過程發(fā)生同化混染或巖漿混合作用[74]，具體表現(xiàn)為跨越整個中亞造山帶大規(guī)模后碰撞花崗巖的侵入和火山噴發(fā)。

圖6 阿拉套山南緣花崗巖類年齡直方圖Fig.6 Age histograms of granitoids in southern margin of Alataw Mountains

5 結(jié)論

(1)察哈烏蘇巖體二長花崗巖的的εHf(t)值為10.07～14.93，表明巖漿來源于虧損地幔，是幔源玄武質(zhì)巖漿底侵同化混染地殼物質(zhì)的產(chǎn)物。其鋯石U--Pb加權(quán)平均年齡為(312.7±3.6)Ma，代表了巖漿的侵位年齡，巖體的形成時代屬于晚石炭世早期。

(2)阿拉套山地區(qū)在320～310 Ma期間處于同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換階段，晚石炭紀(jì)末(310～300 Ma)，該地區(qū)由同碰撞擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)楹笈鲎采煺弓h(huán)境，巖體可能侵位于同碰撞擠壓向后碰撞伸展轉(zhuǎn)換的過渡階段。

(3)阿拉套山花崗巖類形成于324.7～290 Ma，相當(dāng)于早石炭世末和早二疊紀(jì)世，基本上與本區(qū)中酸性火山活動同時。從西往東，年齡具有逐漸變年輕的趨勢，暗示北天山洋在石炭紀(jì)發(fā)生側(cè)向俯沖，阿拉套山一帶的洋盆由西往東逐漸閉合。