賀昕宇方同輝薄賀天劉海鵬張忠義肖文進

1.有色金屬礦產地質調查中心,北京 100012;

2.河南省有色金屬地質礦產局第五地質大隊,河南 鄭州 450016

0 引言

造山帶研究一直是國內外地質學者們關注的焦點 (Bagas et al., 2010; Wang et al., 2016a, 2017;Deng et al., 2017a;Xiao et al., 2018;計文化等,2020),而中亞造山帶是全球最大規(guī)模的增生型造山帶和顯生宙大陸地殼生長最顯著的地區(qū)(秦克章等,2017;Xiao et al., 2020),伴隨多期次殼-幔相互作用與巖漿活動 (Jahn, 2004;Windley et al., 2007; Xiao et al., 2010; Muhtar et al., 2021)。東天山—北山地區(qū)位于中亞造山帶最南部,是中國重要的金屬成礦帶,相關學者在該區(qū)域大地構造格架與演化、巖漿與成礦作用等方面的研究取得了一系列成果和認識(韓春明等,2002;王宗秀等,2003,2008;方維萱等,2006a,2006b,2021;Deng and Wang, 2016;計文化等,2017;龍靈利等,2019;王國燦等,2019;張連昌等,2021)。研究多集中于古生代構造-巖漿-成礦事件和新生代構造演化,對于二疊紀—三疊紀構造演化的認識仍存在分歧,尤其是晚二疊世—中三疊世陸內構造背景,存在碰撞造山(吳艷爽等,2013)、碰撞向后碰撞過渡 (Deng et al., 2017b)、后碰撞環(huán)境(王玉往等,2008;王琦崧,2019)、板內環(huán)境 (朱江等,2013;王銀宏等,2015;Zhang et al., 2017; Lei et al., 2020; Feng and Zheng, 2021;張連昌等,2021)等不同觀點。近年來,東天山地區(qū)陸續(xù)報道了一系列晚二疊世—中三疊世侵入巖以及與之相關的金屬礦床,表明成礦作用與巖漿活動關系密切(張達玉等, 2009;吳艷爽等,2013;Deng et al., 2017b;李通國等,2018;賀昕宇,2019;吳昌志等,2021),造山帶的火成巖-構造組合為恢復造山帶演化歷史提供了依據(jù)和約束(莫宣學等,2001)。因此,晚二疊世—中三疊世巖漿巖的進一步工作對于厘清東天山—北山印支期大地構造演化和指導相關找礦工作至關重要。

東天山東段國寶山地區(qū)出露有一系列晚二疊世—中三疊世花崗質巖石,包括花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖、正長花崗巖和天河石花崗巖,是研究東天山晚二疊世—中三疊世花崗巖與構造背景的理想?yún)^(qū)域。相關學者對其中的二長花崗巖和天河石花崗巖進行了一定的年代學和地球化學工作(賈志磊,2014;張岱,2015;楊興武等,2017;Zhang et al., 2017;李通國等,2018;賀昕宇,2019;吳昌志等,2021),但對于其他花崗質巖石尚沒有進行深入研究。這一系列花崗質巖石之間是否具有成因上的聯(lián)系?整個印支期東天山地區(qū)是否處于同一構造背景之下?這些科學問題的解決,將有助于晚二疊世—中三疊世東天山大地構造演化的深入研究。

文章基于紅柳井、星星峽以及星星峽東山地區(qū)1∶5萬區(qū)域地質與礦產地質調查工作,以東天山東段國寶山地區(qū)花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖、正長花崗巖4種花崗質巖石為研究對象,進行鋯石U-Pb定年與巖石地球化學分析,并通過與天河石花崗巖在成巖年齡、巖石成因與巖漿演化、構造背景方面的對比研究,嘗試建立東天山晚二疊世—中三疊世構造演化機制,以期此次研究成果可為該區(qū)基礎地質研究提供參考。

1 地質背景

研究區(qū)位于新疆和甘肅兩省交界處,星星峽鎮(zhèn)西南側,大地構造位置屬于中亞造山帶最南端的中天山地塊,夾持于南天山增生造山帶和北天山增生造山帶之間,南北分別以卡瓦布拉克斷裂和阿其克庫都克-沙泉子斷裂為界,整體呈東西向展布(圖1)。國寶山地區(qū)出露地層主要為新太古—古元古代天湖巖群、長城紀星星峽巖群、薊縣紀卡瓦布拉克巖群以及新生代沖洪積物(圖2)。研究區(qū)斷層較為發(fā)育,在天湖巖群、星星峽巖群、卡瓦布拉克巖群中褶皺發(fā)育,亦有新生代逆沖推覆構造和山體隆升記錄(舒良樹等,2004;王宗秀等,2008)。區(qū)內巖漿巖較為發(fā)育,主要出露新元古代英云閃長質片麻巖、泥盆紀花崗閃長巖、石炭紀二長花崗巖、早二疊世二長花崗巖、石英閃長巖、正長花崗巖、晚二疊世—中三疊世花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖、正長花崗巖以及天河石花崗巖,巖體整體呈北東—北東東走向(圖2)。

圖1 中亞造山帶和東天山地質簡圖Fig.1 Geological sketch map of the Central Asian Orogen Belt and the eastern Tianshan Mountains(a) The Central Asian Orogenic Belt (CAOB) (modified after Xiao et al., 2010); (b) The eastern Tianshan Mountains (modified after Zhang et al., 2016)

圖2 國寶山地區(qū)地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of the Guobaoshan area

2 巖石學特征

國寶山地區(qū)晚二疊世—中三疊世花崗質巖石主要包括花崗閃長巖(圖3a)、二長花崗巖(圖3b)、石英正長巖、正長花崗巖、天河石花崗巖5種。其中,花崗閃長巖包含中細?；◢忛W長巖以及斑狀花崗閃長巖2種巖相(圖3c、3d),巖體中亦可見暗色包體(圖3d);正長花崗巖包含中細粒正長花崗巖以及正長花崗質細晶巖2種巖相(圖3e);天河石花崗巖主體為中粒結構(圖3f),局部發(fā)育偉晶巖脈。晚二疊世—中三疊世花崗質巖石與天湖巖群、卡瓦布拉克巖群等前寒武紀地層以及泥盆紀花崗質巖石呈侵入接觸關系(圖3g),局部可見天湖巖群片麻巖和泥盆紀花崗閃長巖捕虜體,捕虜體邊部具有烘烤邊(圖3h),泥盆紀深灰色花崗閃長巖捕虜體受二疊世—中三疊世花崗巖改造,色率降低,呈淺灰色(3i)。

圖3 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石野外照片F(xiàn)ig.3 Photos of Late Permian-Middle Triassic granitoid outcrops in the Guobaoshan area(a) Granodiorite; (b) Medium-fine grained monzonitic granite; (c) Contact segment between porphyroid and medium-fine grained granodiorites; (d) Mafic microgranular enclave in porphyroid granodiorite; (e) Medium-fine grained granodiorite cut by aplitic syenogranite dyke; (f) Amazonite granite; (g) Contact segment between medium-fine grained granodiorite and gneiss of the Tianhu Complex; (h) Xenolith of gneiss of the Tianhu Complex in medium-fine grained granodiorite; (i) Xenolith of middle Devonian granodiorite in Permian porphyroid granodiorite

中細?；◢忛W長巖具半自形—他形粒狀結構,塊狀構造。巖石主要由斜長石、石英、鉀長石、黑云母、角閃石組成。斜長石呈半自形粒狀或柱狀,粒徑0.8～4.8mm,發(fā)育卡鈉復合雙晶和環(huán)帶,含量約47%～65%;鉀長石呈粒狀,粒徑0.45～4.8mm,含量約10%～15%;石英呈他形粒狀,粒徑0.56～4mm,含量約10%～25%;黑云母呈褐色,片徑0.16～2.4mm,含量約5%～8%;角閃石呈自形粒狀或柱狀,粒徑0.4～1.6mm,含量約2%～3%(圖4a)。斑狀花崗閃長巖的斑晶為斜長石、鉀長石,粒徑5～15mm,含量約占25%,基質礦物成分與中細?；◢忛W長巖近似。

二長花崗巖具中細粒結構,塊狀構造。巖石主要由石英、斜長石、鉀長石和少量角閃石、黑云母組成,副礦物為鋯石、磷灰石、榍石等。石英呈他形粒狀,粒徑0.2～4.5mm,含量約占24%～26%;斜長石呈半自形板狀,粒徑0.2～3.6mm,含量約占27%～48%,見聚片雙晶發(fā)育,偶見環(huán)帶狀結構;鉀長石呈他形粒狀,粒徑0.2～3.5mm,含量約占33%～40%,見格子雙晶發(fā)育;角閃石呈綠色柱狀,粒徑0.2～2.5mm,含量約占5%;黑云母呈褐色片狀,粒徑0.2～1.0mm,含量約占2%(圖4b)。

石英正長巖具半自形—他形結構,塊狀構造。巖石主要由堿性長石、斜長石、石英、黑云母組成。斜長石呈半自形柱狀,粒徑0.2～1mm,有的具環(huán)帶,含量約20%～25%;堿性長石包括鈉長石和鉀長石,呈他形粒狀,粒徑0.2～1.2mm,表面比較干凈,雙晶不發(fā)育,可見格子雙晶和條紋,含量約63%～68%;石英呈他形粒狀,粒徑0.1～2mm,具波狀消光,含量約5%～10%;黑云母呈褐色,片徑0.14～0.7mm,含量約2%;角閃石呈綠色,含量約1%～2%;另有少量金屬礦物,粒徑0.08～0.4mm(圖4c)。

正長花崗巖具半自形粒狀結構,塊狀構造。巖石主要由斜長石、石英、鉀長石組成,含少量黑云母。鉀長石呈他形粒狀,粒徑0.6～2mm,可見格子雙晶或者不發(fā)育雙晶,常包裹細粒的斜長石,含量約60%～65%;斜長石呈半自形柱狀或粒狀,粒徑0.3～1.8mm,卡鈉復合雙晶發(fā)育,含量約15%～20%;石英呈他形粒狀,粒徑0.8～4mm,波狀消光,含量約20%;黑云母呈褐綠色,片徑0.8～1.6mm,含量不足1%(圖4d)。正長花崗巖局部以細晶巖脈形態(tài)產出,寬約0.5～1m,長可達1km,切穿花崗閃長巖。

圖4 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石鏡下照片F(xiàn)ig. 4 Microphotographs of the Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area(a) Granodiorite; (b)Monzogranite; (c) Quartz syenite; (d) Syenogranite Or-Orthoclase; Qtz-Quartz; Pl-Plagioclase; Bt-Biotite; Hbl-Hornblende

3 樣品加工與實驗方法

測試用巖石樣品采集自國寶山南側、星星峽、紅柳井以及轉井一帶(圖2),巖性為花崗閃長巖(樣品編號:2-4、2-6、12-2、30-2、38-1、38-2)、二長花崗巖(樣品編號:2-1、12-4)、石英正長巖(樣品編號:11-14)、正長花崗巖(樣品編號:11-12),采樣時選取新鮮、未蝕變的巖石樣品。

對上述樣品進行全巖主量、微量與稀土元素測試,分析在華北有色地質勘查局燕郊中心實驗室完成。主量元素測試儀器為PW2404 X射線熒光光譜儀,采用X-熒光光譜法(XRF),精度和準確度優(yōu)于5%。微量元素測試儀器為ELEMENT XR等離子體質譜分析儀,采用電感耦合等離子質譜法(ICP-MS),分析精度和準確度一般優(yōu)于10%。分析結果見表1。

同時,選取2件花崗閃長巖樣品(樣品編號:2-6、12-2)進行鋯石U-Pb定年測試。鋯石分選于河北省區(qū)域地質礦產調查研究所實驗室完成。首先將樣品粉碎,經(jīng)過淘洗、電磁、重液分選進行分離,再通過雙目鏡挑選粒度大、裂痕及包體較少的鋯石,將優(yōu)選的鋯石粘在環(huán)氧樹脂內并打磨拋光,露出鋯石表面,制作成靶。最后進行透射光、反射光、陰極發(fā)光(CL)圖像的采集。鋯石制靶、CL圖像采集由北京鋯年領航公司完成。參照鋯石CL圖像,進行鋯石LA-MC-ICP-MS測年分析點的選擇。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年實驗由北京科薈測試技術有限公司完成,采用儀器為Anlyitik Jena PQMS Elite ICP-MS及與之配套的ESI NWR 193 nm 準分子激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕斑束直徑為25 μm,頻率為10 Hz,能量密度約2.37 J/cm2,以He為載氣。鋯石U-Pb定年以標樣GJ-1為外標進行定量計算 (Liu et al., 2010)。數(shù)據(jù)處理采用ICPMS Data Cal程序,測量中絕大多數(shù)分析點206Pb/204Pb>1000,未進行普通鉛校正。鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。

4 實驗結果

4.1 巖石地球化學

國寶山正長花崗巖在R1-R2巖性判別圖解中落入堿性花崗巖范圍,與天河石花崗巖相似(賀昕宇,2019),其他二疊世—中三疊世花崗質巖石都落入二長花崗巖和花崗閃長巖范圍,判別結果與鏡下鑒定基本一致(圖5a)。

晚二疊世—中三疊世巖體整體以富硅(SiO2=69.2%～75.7%)、富堿(Na2O+K2O=6.99%～8.25%)為特征(圖5b)。其中花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖主要為鉀質(Na2O/K2O值在0.61～0.98;除1個花崗閃長巖為1.30),較為富鎂(FeOT/MgO值在2.91～8.14),分異指數(shù)較高(DI值在78.3～88.6),而正長花崗巖表現(xiàn)出鈉質(Na2O/K2O=1.14)和鐵質(FeOT/MgO=15.33)特征,分異指數(shù)更高(DI=94.3),與天河石花崗巖類似(Na2O/K2O值在1.35～1.55,FeOT/MgO值在4.11～57.77,DI值在94.0～95.8;表1)。

圖5 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石巖性判別圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.5 Geochemical discrimination diagrams for the Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) R1-R2 diagram (after De La Roche et al., 1980); (b) AR-SiO2 diagram (after Wright, 1969)1-Alkali gabbro; 2-Olivine gabbro; 3-Norite gabbro; 4-Syenogabbro; 5-Monzogabbro; 6-Gabbro; 7-Syenodiorite; 8-Monzonite; 9-Monzodiorite; 10-Diorite; 11-Nepheline syenite; 12-Syenite; 13-Quartz syenite; 14-Quartz monzonite; 15-Tonalite; 16-Alkali granite; 17-Syenogranite; 18-Monzogranite; 19-Granodiorite

表1 國寶山花崗質巖石主量元素(%)、微量元素(×10-6)分析結果Table 1 Major (%) and trace (×10-6) elements compositions of the granitoids in the Guobaoshan area

正長花崗巖的微量元素、稀土元素配分模式曲線與天河石花崗巖基本一致,但與花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖差異較大(圖6)。正長花崗巖與天河石花崗巖都富集Ta、Rb、Th以及重稀土元素,明顯虧損La、Ce、Sr、P、Eu、Ti、Y,輕稀土相對重稀土更富集(LREE/HREE=0.86),稀土配分曲線呈海鷗式分布,具明顯Eu負異常(δEu=0.03);花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖富集La、Eu,Y無明顯負異常,Ce、Sr、P、Ti虧損較前者不明顯,重稀土元素相對輕稀土更富集(LREE/HREE=5.11～17.17),稀土配分曲線整體右傾,呈弱Eu負異常(δEu=0.40～0.68)。

圖6 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石蜘蛛圖(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.6 Spidergrams of the Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) Primitive mantle normalized spidergram of Late Permian-Middle Tirassic granitoid (The primitive mantle normalization values are from Sun and McDonough, 1989); (b) Chondrite normalized REE distribution pattern of Triassic granitoid (The chondrite normalization values are from Boynton, 1984).

4.2 鋯石U-Pb年代學

根據(jù)鋯石透射光、反射光照片和鋯石CL圖像,將測試的鋯石分為2類:第1類鋯石整體呈長柱狀,少量短柱狀,震蕩環(huán)帶發(fā)育,顯示出巖漿鋯石特征,核-邊結構發(fā)育,樣品2-6鋯石主要為該類型(圖7a);第2類鋯石呈長柱狀—短柱狀,核-邊結構發(fā)育,部分鋯石邊部呈云霧狀,仍保留震蕩環(huán)帶,該類鋯石測年結果多數(shù)不理想,樣品12-2鋯石主要為該類型(圖7b)。

鋯石測點位置多位于巖漿鋯石邊部震蕩環(huán)帶處,個別位于核部繼承鋯石處,但由于部分巖漿鋯石發(fā)生蛻晶化,致使放射成因Pb丟失,原有U-Pb體系受到影響,獲得的有效鋯石年齡有限。通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年,樣品2-6獲得3個有效鋯石年齡,分別為250.0±3.9 Ma、250.9±3.3 Ma和255.4±4.0 Ma,同時獲得3個繼承鋯石年齡,分別為269.5±4.7 Ma、300.0±5.6 Ma和294.9±3.4 Ma(表2,圖7c);樣品12-2獲得4個有效年齡,表面年齡介于245.3～234.8 Ma之間(表2,圖7d),該年齡僅供參考。

表2 國寶山花崗質巖石鋯石U-Pb測年分析結果Table 2 Results of zircon U-Pb dating for the granitoids in the Guobaoshan area

圖7 國寶山花崗閃長巖鋯石CL圖像和測年結果Fig.7 Cathodoluminescence images and dating results of the granodiorites in the Guobaoshan area(a and b) CL images of the zircons; (c and d) Concordia diagrams for LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the granodiorites

5 討論

5.1 形成時代

對于東天山國寶山地區(qū)這一系列花崗質巖石年齡,相關學者報道的時代跨度較大,主要有志留紀—泥盆紀(427～406 Ma;賈志磊,2014;張岱,2015)、石炭紀(崔繼崗等,2014)、三疊紀(247～240 Ma;Zhang et al., 2017;李通國等,2018;賀昕宇,2019;吳昌志等,2021)。如此大的年齡范圍可能是由于該系列花崗質巖石分異程度較高,其溫度往往較低,溶解Zr含量有限,難以結晶巖漿鋯石,且受圍巖物質影響顯著(吳福元等,2017),因此有較多的古生代年齡。志留紀—泥盆紀的年齡(賈志磊,2014;張岱,2015)多來自鋯石核部測點,可能是繼承鋯石的年齡,代表志留系—泥盆系圍巖對花崗巖成巖的貢獻。而石炭紀的時代是通過與白石渡泉1∶5萬區(qū)調報告報道的二長花崗巖(李海峰和高平,2009)對比,參照其年齡而確定的(崔繼崗等,2014),缺乏直接的證據(jù)。同時,相關學者研究還獲得了288～262 Ma的年齡(賈志磊,2014;張岱,2015),與此次研究獲得的300～270Ma繼承鋯石年齡近似,表明成巖過程中晚石炭世—中二疊世花崗巖也有貢獻。因此,這一系列花崗質巖石形成時代應晚于古生代。此次工作獲得的花崗閃長巖255～250 Ma的鋯石U-Pb年齡,與之前報道的國寶山二長花崗巖年齡(246 Ma;Zhang et al., 2017)相近,為晚二疊世—早三疊世,早于國寶山天河石花崗巖中三疊世(247～240 Ma)的年齡(賀昕宇,2019;吳昌志等,2021)。

5.2 巖石成因

國寶山正長花崗巖與天河石花崗巖都具富堿、鐵質的特征 (圖8a、8b),Ga/Al>2.6,P、Ti、Co、Ni、V、Cr含量較低,稀土配分曲線整體呈右傾的海鷗式分布(圖6b),具A型花崗巖特征(Whalen et al., 1987; Frost et al., 2001; Wang et al., 2016b)。在A/I型花崗巖判別圖解中,落入A型花崗巖區(qū)域(圖8c),因此認為正長花崗巖屬于典型的A型花崗巖。在A型花崗巖判別圖解中,正長花崗巖與天河石花崗巖主要落入非造山A型花崗巖范圍(圖8d、8e)。而花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖則具有鎂質特征(圖8a、8b),在A/I型花崗巖判別圖解中,落入I型花崗巖區(qū)域(圖8c),P2O5隨SiO2增加而降低(表1),表明這3種巖石屬于I型花崗巖。

圖8 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石判別圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.8 Discrimination diagrams for Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) SiO2-FeO/(FeO+MgO) diagram (after Frost et al.,2001); (b) SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) diagram (after Frost et al., 2001); (c) SiO2-Zn diagram (after Collins et al., 1982); (d) 1000Ga/Al-R1 diagram (after Hong et al., 1995; PA-Post orogenic A-type granite; AA-Anorogenic A-type granite); (e) Nb-Y-3Ga diagram (after Eby, 1992); (f) Nb/Yb-Th/Yb diagram (after Condie, 2005; UC-Upper crust; MC-Middle crust; LC-Lower crust; PM-primary mantle; OIB-Oceanic island basalt; N-MORBNormal Mid-ocean ridge basalt; E-MORB-Enriched Mid-ocean ridge basalt)

在哈克圖解中,花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖的SiO2與TiO2、FeO、CaO、MgO、P2O5展示出明顯的負相關性(圖9),而正長花崗巖、天河石花崗巖與上述巖石沒有明顯的線性關系,有明顯的成分間斷,表明正長花崗巖、天河石花崗巖組合與花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖組合不屬于同一巖漿演化序列,為兩期不同的巖漿活動產物。

圖9 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石哈克圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.9 Representative variation diagrams of major element compositions versus SiO2 for Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019)(a) SiO2-Fe2O3 diagram; (b) SiO2-TiO2 diagram; (c) SiO2-FeO diagram; (d) SiO2-CaO diagram; (e) SiO2-MgO diagram; (f) SiO2-P2O5 diagram

正長花崗巖顯著的Eu和Sr負異常指示巖漿房有較強的斜長石堆晶作用,Ti、Nb虧損和Ta富集指示榍石的分離結晶,較低的LREE值表明存在獨居石或褐簾石的分離結晶,與天河石花崗巖相似;螢石的出現(xiàn),以及較高的HREE及Ta含量,指示高分異的巖漿中含有大量F,因為HREE、Ta、Rb易與F形成絡合物遷移(Ponader and Brown, 1989;顧連興等,2007;趙振華,2016),同時Ta與F的絡合物相比于Nb更容易進入氣相(趙振華等,2008),因此Ta富集與巖漿分異程度呈正相關(賈志磊,2014)。北山地區(qū)巖漿成因的白頭山銣礦1∶1萬土壤地球化學測量結果表明Rb與F具有良好的相關性(于俊博,2015),顧連興等(2003,2007)在對東天山白石頭泉高銣花崗巖的研究中發(fā)現(xiàn),F含量與巖漿演化程度呈正比,因此高分異花崗巖F含量的增加可能是天河石花崗巖Rb富集的原因?；◢忛W長巖、二長花崗巖、石英正長巖組合SiO2與CaO負相關性以及弱Eu負異常表明有斜長石分離結晶,SiO2與FeO、TiO、CaO、MgO、P2O5負相關性表明有鎂鐵質礦物、磷灰石等的分離結晶;同時相對較低的HREE、Ta、Rb含量,以及Nb、Ta不明顯的正、負異常差異都表明巖漿中F含量較低,也說明了該組合巖漿與正長花崗巖、天河石花崗巖組合屬不同巖漿序列。

研究表明,Rb和F易富集于云母等片狀礦物中(Cerny et al., 1985),而相關學者的研究成果也認為東天山地區(qū)國寶山、白石頭泉天河石花崗巖源巖為中地殼的云母片麻巖,巖漿中Rb和F來自于云母的分解(顧連興等,2007;賈志磊,2014)。在Nb/Yb-Th/Yb圖解中(圖8f),正長花崗巖與天河石花崗巖主要落入下地殼和中地殼之間,表明物質來源主要是中地殼片麻巖和下地殼物質;花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖主要落入中地殼與上地殼之間,綜合巖體中天湖巖群片麻巖、泥盆紀花崗閃長巖殘留體 (圖3h、3i),以及志留紀—中二疊世繼承鋯石的出現(xiàn),表明其成巖物質來源除了中地殼天湖巖群片麻巖,還有上地殼的老花崗質巖體,如上所述,較低的F含量指示中地殼富含云母的片麻巖參與有限,巖漿主要是由上地殼貢獻。

5.3 構造背景

國寶山地區(qū)花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖組合在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)圖解中(圖10a),主要落入后造山范圍;正長花崗巖、天河石花崗巖組合主要落入裂谷+造陸抬升范圍,進一步判別屬于造陸抬升背景下的花崗巖(圖10b)。相似的,在SiO2-Nb圖解和Rb/10-Hf-3Ta圖解中,花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖組合主要落入碰撞背景范圍內;正長花崗巖、天河石花崗巖組合落入板內+洋脊花崗巖范圍(圖10c、10d),進一步判別前者屬于后碰撞環(huán)境下形成的花崗巖(圖10e),后者屬于板內花崗巖(圖10f),與其非造山屬性一致(圖8d、8e)。

圖10 國寶山晚二疊世—中三疊世花崗質巖石構造環(huán)境判別圖解(天河石花崗巖數(shù)據(jù)引自賀昕宇,2019)Fig.10 Tectonic setting discrimination diagrams for Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) diagram (after Maniar and Piccoli, 1989; RRG-Rift-related granitoids; CEUG-Continental epeirogenic uplift granitoids; POG-Postorogenic granitoids; IAG-Island arc granitoids; CAG-Continental arc granitoids; CCGContinental collision granitoids); (b) SiO2-TiO2 diagram (after Maniar and Piccoli, 1989); (c) SiO2-Nb diagram (after Pearce et al., 1984; WPG-Within plate granites; ORG-Ocean ridge granites; VAG-Volcanic arc granites; COLG-Collision granites); (d) Rb/10-Hf-3Ta diagram (after Harris et al., 1986); (e) Y+Nb-Rb diagram (after Pearce et al., 1984; syn-COLG-Syn-collision granites; post-COLG-Post-collision granites); (f) SiO2-Rb diagram (after Pearce et al., 1984)

考慮到花崗巖微量元素判別構造環(huán)境的局限性,還需要結合地質學和巖石學證據(jù)來共同約束(鄧晉福等,1999)。吐哈盆地北部博格達山梧桐溝組發(fā)育河流相-湖相砂巖,沉積巖獲得了254 Ma的碎屑鋯石年齡 (Yang et al., 2010),表明254 Ma之后東天山地區(qū)已經(jīng)開始沉積,而非同碰撞環(huán)境。巖石構造組合分析是恢復古板塊構造格局和歷史的最有效手段之一,也是研究造山帶火山作用與大地構造關系的基本方法(莫宣學等,2001)。大陸裂谷內形成的A型花崗巖常與堿性輝長巖共生,而造山后垮塌階段伸展環(huán)境下的A型花崗巖則與鈣堿性花崗巖或鈣堿性輝長巖緊密共生(鄧晉福等,1996,1999),東天山中三疊世尾亞復式巖體中正長花崗巖(238 Ma)具A型花崗巖特征,與同期堿性輝長巖 (242 Ma;Zhang et al., 2005;Feng and Zheng, 2021)共生,表明在中三疊世東天山地區(qū)已進入板內構造環(huán)境。

因此,認為國寶山正長花崗巖與天河石花崗巖形成于板內構造環(huán)境,不同于花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖組合所處的后碰撞環(huán)境。隨著古亞洲洋的閉合,北山造山帶與天山造山帶的碰撞造山作用發(fā)生于二疊紀—早三疊世(苗來成等,2014)。東天山地區(qū)北西走向的星星峽斷裂切穿了東西走向的天山造山帶和北山造山帶,其左行剪切發(fā)生于240～235 Ma(Wang et al., 2010),表明天山造山帶與北山造山帶在～240 Ma已經(jīng)拼合完畢,國寶山花崗閃長巖255～250 Ma的年齡指示東天山東段地區(qū)在晚二疊世—早三疊世仍處于后碰撞環(huán)境,造山活動接近尾聲。天河石花崗巖247～240 Ma的年齡(賀昕宇,2019;吳昌志等,2021)表明東天山地區(qū)在中三疊世造山活動已經(jīng)結束,進入板內伸展構造環(huán)境。

6 結論

(1)國寶山花崗閃長巖的形成時代為晚二疊世—早三疊世(255～250 Ma),早于中三疊世天河石花崗巖。

(2)正長花崗巖與天河石花崗巖類似,屬A型花崗巖,巖漿分異程度高,巖漿源于中、下地殼物質;花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖屬I型花崗巖,分異程度相對較低,巖漿為上地殼物質貢獻,中地殼參與有限。正長花崗巖、天河石花崗巖與花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖2個巖石組合屬于不同的巖漿系列,二者沒有成因關系。

(3)正長花崗巖與天河石花崗巖形成于板內環(huán)境,花崗閃長巖、二長花崗巖、石英正長巖形成于后碰撞環(huán)境。東天山地區(qū)在255～250 Ma仍處于后碰撞階段,～247 Ma進入板內伸展構造環(huán)境。

致謝:感謝中國地質調查局西安地質調查中心計文化老師,河北省區(qū)域地質調查院李強、鄧邵穎、馮桂星、朱本鴻、白春東、李典,有色金屬礦產地質調查中心鄭小明、李偉、楊國龍、王宏偉、潘東、高軍輝,中國地質大學(北京)鄭文皓在野外工作中的支持,成文過程中得到了方維萱研究員、王宗秀研究員、王長明教授、朱更新教授和王行軍博士的指導和幫助,在此一并表示感謝。謹以此文慶祝有色金屬礦產地質調查中心成立20周年。