阿尔泰山中段南缘强罕岩体成因分析

贺永康 彭素霞

（中国地质调查局西安地质调查中心西安710054）

阿尔泰山中段南缘强罕岩体成因分析

贺永康 彭素霞

（中国地质调查局西安地质调查中心西安710054）

强罕岩体分布在玛因鄂博断裂北东侧,主体岩石片麻状构造特征明显,岩石化学成分为铝过饱和、SiO2过饱和类型,高钾（或近高钾）钙碱性系列,是在早二叠世后碰撞拉张环境下,因岩浆底侵上涌，由地壳砂屑岩类高温熔融形成的,岩体就位与玛因鄂博断裂的走滑剪切活动密切相关。

强罕岩体后碰撞拉张环境砂屑岩类高温熔融

强罕岩体分布在阿尔泰山中段南缘,前人仅将该岩体的局部地段划为侵入岩体,而将大部分作为片麻岩划归早泥盆世和中晚奥陶世地层。2003～2005年,新疆地矿局第四地质大队在青河县阿拉图拜与青格里河下游一带开展的两个1∶5万区域地质矿产调查项目,通过较为详细的地质填图结合镜下鉴定结果,确定该套片麻状岩石为侵入体，其岩石化学及锆石形态等特征亦具有显著的岩浆成因特征。

1 岩体地质特征

强罕岩体分布于玛因鄂博大断裂北东侧,为一呈北西-南东向不规则展布的单一岩体,延伸方向与区域构造线方向一致,规模较大,出露面积超过200 km2（图1）。岩体侵位于震旦系库卫群地层中,其中零星见有库卫群地层残留体,北东边部库卫群片麻岩普遍遭受了同化混染;南西与下泥盆统康布铁堡组呈断层接触.组成该岩体的主体岩石为片麻状花岗岩,包括片麻状黑云母花岗岩和片麻状二长花岗岩,少量脉状、不规则状的二云二长花岗岩和辉长岩等.片麻状黑云母花岗岩与片麻状二长花岗岩中含有较多的黑云母,并可见矽线石、堇青石、电气石等矿物,岩石变形强,具有明显的片麻理构造,二者的分界线不清楚,呈渐变过渡关系;二云二长花岗岩规模较小,呈脉状、不规则岩株和岩枝分布于片麻状黑云母花岗岩中,其中暗色矿物含量少,属于淡色花岗岩,岩石变形程度低,片麻理构造不明显,与片麻状花岗岩和辉长岩接触界线清楚,为脉动接触;辉长岩大多沿断层分布,呈脉状、不规则状岩株和岩瘤,规模小,岩石呈块状,基本上无变形.根据岩石相互穿插关系、产出状态以及变形特征判断,岩体内片麻状花岗岩形成时间相对较早,次为二云二长花岗岩,辉长岩形成时间最晚。

图1 青格里河下游一带地质略图

2 岩石化学特征

2.1常量元素特征

从表1中可以看出,岩体内片麻状黑云母花岗岩、片麻状二长花岗岩与二云二长花岗岩中Q值为25.64%～33.08%,A/NKC为1.05～1.23，C值为1.12%～2.85%,岩石化学成分均为铝过饱和、SiO2过饱和类型,辉长岩为SiO2不饱和的正常岩石化学类型组合指数为1.25～2.25,属钙碱性岩系,在SiO2与K2O关系图解（图2）上,仅辉长岩样品落入中钾岩系区内,其它样品均落在高钾岩系区,属于高钾钙碱性岩,与后碰撞花岗岩的特征一致［1］［2］;在ACF图解（图3）上,绝大多数样品均落入“S”型花岗岩区。

表1 强罕岩体主量与微量元素含量表（10-6）

续表1

图2 强罕岩体岩石中SiO2-K2O图解

图3 强罕岩体岩石ACF图解

2.2稀土元素特征

岩体中片麻状花岗岩稀土元素含量较高,∑REE=126.8～218.1×10-6;次为辉长岩,∑REE=74.61× 10-6,二云二长花岗岩最低,∑REE=67.61×10-6;除辉长岩具有较弱的正铕异常外,其它岩石均具有中等程度的铕负异常,δEu值为0.52～0.64,说明岩石经历了一定程度的结晶分异作用［3］［4］［5］。在稀土元素配分型式图（图4）上,两种片麻状花岗岩稀土元素配分曲线基本一致,均向右缓倾,轻稀土曲线倾斜程度略高于重稀土,并具有明显的铕负异常,说明其为同源岩浆,二云二长花岗岩的配分曲线较片麻状花岗岩平缓,辉长岩的稀土配分曲线明显不同,为具有正铕异常的右倾型,轻稀土明显富集。

图4 强罕岩体岩石稀土元素配分型式图

2.3微量元素特征

岩体中不同类型花岗岩微量元素变化不大（表1）,仅二云二长花岗中Cr、Ni、Co及V等相容元素含量相对较低,辉长岩中相容元素及Sr等含量明显高于酸性岩.在微量元素比值蛛网图（图5）上,不同花岗岩曲线特征基本相同,都具有K、Rb、Th、Ce等元素正异常和Sr、Ba、Nb、Ti等元素负异常,大多数样品还具有较弱的P负异常,说明其为同源岩浆的产物,辉长岩曲线特征明显不同,除具有明显的Ti负异常和较弱的Ba、Nb负异常外,无Sr、P元素异常,曲线较平缓。

2.4同位素特征

岩体中片麻状黑云母花岗岩δ18O（SMOW）值为13～14.1‰,属于高δ18O花岗岩（＞10‰）,与S型花岗岩和“含堇青石过铝质花岗岩类（CPG）”一致;锆石中U和Th含量较低,分别为58～400μg/g和23～275μg/g,Th/U比值为0.17～1.53,显示出岩浆锆石的特点.锆石SHRIMP年龄测定,片麻状黑云母花岗岩中由14个点参与计算获得的锆石U-Pb年龄为283±4 Ma，MSWD= 1.5（图6）,其中一个测点年龄为527 Ma,可能是原岩中继承锆石的年龄②;二云二长花岗岩中由13个点计算获得的锆石U-Pb年龄为281±4 Ma,MSWD=0.64③（图7）.两个年龄值基本一致,年龄数据集中,精度高、误差小,所挑选的锆石大多为发育振荡环带的岩浆锆石,反映强罕岩体的主体岩石形成于早二叠世。

图5 强罕岩体岩石微量元素比值蛛网图

图6 片麻状黑云母花岗岩中锆石U-PbSHRIMP年龄谐和图

图7 二云二长花岗岩中锆石U-PbSHRIMP年龄谐和图

3 构造环境分析

强罕岩体岩石化学成分属高钾（或近高钾）钙碱性系列,具有与后碰撞花岗岩相似的岩石化学特征.阿尔泰山南缘及准噶尔北缘出露最新的海相地层时代为早石炭世中晚期,到早二叠世发育有陆相火山沉积地层,普遍缺失上石炭统地层,说明区内在早古生代时期存在的古亚洲洋于早石炭世晚期已经闭合,到晚石炭世,北部的西伯利亚板块与南部的哈萨克斯坦-准噶尔板块碰撞对接在一起,形成了统一的大陆［6］［7］。岩体中片麻状黑云母花岗岩与二云二长花岗岩U-Pb SHRIMP年龄测定结果均属于早二叠世,反映强罕岩体形成于板块碰撞对接之后,属于后碰撞环境,与玛因鄂博断裂南侧的哈旦逊岩体近于同期形成.区域上在华力西中晚期至华力西晚期有区域性的伸展作用存在［8］,由此判断,强罕岩体是形成于后碰撞拉张环境的强过铝花岗岩类。

4 成因讨论

强罕岩体主体岩石片麻状花岗岩高的氧同位素值（δ18O＞10‰）,说明其源区为沉积岩类,而不是玄武岩类;片麻状花岗岩中Al2O3/TiO2比值变化较大,为17.28～42.84,多数样品小于30,接近页岩和杂砂岩Al2O3/TiO2平均比值（分别为21和22）,属高温强过铝花岗岩;CaO/Na2O比值较高,为0.37～0.73,且多数样品大于0.5,说明其源区岩石为成熟度较低的砂屑岩类;Rb/Sr比值大多为0.3～0.7,Rb/Ba比值大多为0.2左右,与源岩为砂屑岩的强过铝花岗岩的比值一致［5］.上述特征说明,强罕岩体主体岩石是由砂屑岩类高温熔融形成岩浆后侵位形成的.岩体位于玛因鄂博断裂北东侧,与位于玛因鄂博断裂南侧的哈旦孙后碰撞混源花岗岩形成时代(281±7 Ma)②相近,说明发生于华力西晚期的幔源基性岩浆的底侵作用不仅影响到准噶尔盆地周边,而且波及到了玛因鄂博断裂以北的阿尔泰山南缘地区,强罕岩体主体岩石可能是在早二叠世早期区域性伸展环境下,岩浆底侵上涌,地壳温度大幅上升,地壳砂屑质岩石发生“干的”熔融形成岩浆,之后侵入到一定深度形成的高温型强过铝花岗岩体.岩石普遍发生了剪切变形,说明玛因鄂博大型走滑剪切活动可能紧随伸展构造活动之后或相伴产生,岩体的侵位可能与剪切活动密切相关.较晚形成的细粒二云二长花岗岩属于淡色花岗岩,其Al2O3/TiO2比值高,而CaO/Na2O比值较低,反映其形成温度较低,岩石变形变质程度较弱,可能是伸展作用晚期或之后的大型剪切作用过程中,随着地壳的不断加厚,压力增加,且受剪切生热作用和含水流体的加入影响,而使地壳发生“湿的”熔融,形成了由高温型向高压型转变的强过铝花岗岩.岩体中的基性岩脉和岩株,则可能是底侵于下地壳的玄武质岩浆在剪切作用发生后或晚期沿断裂等构造薄弱处直接贯入形成的。

［1］韩宝福,何国琦,王式洸.后碰撞幔源岩浆活动、底垫作用及准噶尔盆地基底的性质.中国科学(D辑),1999,29(1):16-21.

［2］王京彬,徐新.新疆北部后碰撞构造演化与成矿.地质学报,2006，8(1):23-31.

［3］林广春,马昌前.过铝花岗岩的成因类型与构造环境研究综述.华南地质与矿产,(2003,1):65-70.

［4］刘伟.中国新疆阿尔泰花岗岩的时代及成因类型特征.大地构造与成矿学,1990，14(1):43-56.

［5］芮行健!吴玉金.中国阿尔泰花岗岩的成因.见:花岗岩地质与成矿关系国际学术会议论文集.南京江苏科学技术出版社,1984,180-190.

［6］张湘炳等.阿尔泰地区大地构造演化体制及其形成机理,见涂光炽主编:新疆北部固体地球科学新进展［J］.科学出版社,1993,173-184.

［7］成守德,王元龙.新疆大地构造演化基本特征.新疆地质,1998,16(2):98-107.

［8］张湘炳，杨新岳.阿尔泰地区大地构造演化体制及其形成机理.见:涂光炽主编,新疆北部固体地球科学新进展,科学出版社:1993,173-184.

收稿：2014-05-12

项目资助：阿尔泰-准噶尔北缘成矿带矿产资源调查（12120113041900）