中天山天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩年代学、地球化学和锆石Hf同位素——对于中天山早古生代构造演化的启示

雷如雄，吴昌志，屈 迅，顾连兴，陈 刚，吾尔娜，孙洪涛，刘国宁

1.长安大学地球科学与资源学院，西安 710054 2.西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，西安 710054 3.南京大学地球科学与工程学院，南京 210093 4.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，乌鲁木齐 830000 5.江苏省有色金属华东地质勘查局，南京 210007

中天山天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩年代学、地球化学和锆石Hf同位素
——对于中天山早古生代构造演化的启示

雷如雄1,2，吴昌志3，屈 迅4，顾连兴3，陈 刚4，吾尔娜4，孙洪涛5，刘国宁3

1.长安大学地球科学与资源学院，西安 710054 2.西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室，西安 710054 3.南京大学地球科学与工程学院，南京 210093 4.新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局，乌鲁木齐 830000 5.江苏省有色金属华东地质勘查局，南京 210007

以中天山东段的天湖东铁钼矿含矿花岗岩为例，在LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学测定其为早古生代花岗岩((445.3±4.6) Ma)基础上，通过岩相学、地球化学及锆石原位Hf同位素组成等多方面研究，探讨该岩体的成岩作用及其构造背景。天湖东含矿片麻状花岗岩的主要矿物为斜长石、石英、钾长石，并含少量黑云母和角闪石等。全岩地球化学分析结果表明，该片麻状花岗岩高硅、弱富铝、富钙、富钠而贫钾，ASI值为0.68～0.82，属于准铝质钙碱性花岗岩，总体上富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba等和轻稀土元素La、Ce、Nd等，而亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、Yb等，轻重稀土分异明显，轻稀土分异较为明显，而重稀土分异不明显，表现出典型岛弧岩浆岩的地球化学特征。锆石的εHf(445 Ma)值为-6.31～-1.77，二阶段Hf模式年龄(TDM2)为1.538～1.825 Ga，表明该花岗岩的源区主要为壳源物质。综合分析上述资料，认为天湖东铁钼矿片麻状花岗岩是由俯冲过程中地壳物质重熔的产物。结合前人的研究和本课题组的新近研究成果认为，在早古生代时，中天山为岩浆弧构造环境，形成一系列的钙碱性岩浆岩，而该岩浆弧的形成可能是受到介于吐哈陆块和塔里木板块之间的古天山大洋在早古生代时期向南俯冲而形成的。

锆石U-Pb年代学；Hf同位素；地球化学；花岗岩；中天山;天湖东铁钼矿

0 前言

中天山是位于吐哈地块与塔里木板块之间的一个狭长构造带，属于中亚造山带(CAOB)的一部分，也是塔里木、吐哈和准噶尔等地块之间的连接纽带，在中亚造山带的地壳演化和碰撞造山过程中有着重要作用[1-4]。因此，中天山的岩浆活动、构造演化和成矿作用一直是国内外地质界关注的焦点。随着国家经济和测试技术的长足发展，近年来在中天山地区获得了不少花岗岩体可靠的早古生代同位素年龄，发现了较多的早古生代(加里东期)的花岗岩体[1,5-9]，并且对于中天山早古生代的岩浆活动和构造热事件的研究有了进一步的深入。但是有关中天山早古生代花岗岩的构造背景及中天山早古生代构造演化的认识一直都存在争议:一种观点认为，中天山早古生代花岗岩的形成与南天山洋南支的扩张有关[5]；另一种观点认为这些花岗岩是早古生代碰撞造山作用的产物[1,5-6]；而另外一些学者则基于岩石地球化学研究认为中天山早古生代花岗岩主要为形成于俯冲背景的钙碱性岛弧岩浆岩[7-10]。位于中天山东部的天湖东铁钼矿区的含矿片麻状花岗岩是本课题组新近发现的早古生代侵入岩之一，笔者将以该岩体为例，通过LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩相学、地球化学及锆石原位Hf同位素组成等多方面研究，探讨该岩体的成岩作用及其构造背景，并结合前人的研究资料以及本课题组最近的研究成果,试图为阐明中天山早古生代的大地构造背景、构造属性提供新的依据。

1 区域地质背景

THD.天湖东岩体;XXX.星星峡花岗闪长岩;XYC.小盐池岩体;HLH.红柳河岩体。图1 中天山东段地质略图(据文献[11]修编)Fig. 1 Simplified geological map of the central Tianshan zone (modified after reference [11])

中天山南以红柳河断裂与北山构造带、塔里木板块北缘相连, 北以沙泉子断裂为界与北天山觉罗塔格构造带相接(图1)，西起那拉提，东至星星峡以东[12-13]。中天山主要出露一套前寒武系中深变质岩系，分属中元古界星星峡群、卡瓦布拉克群和新元古界天湖群[11,14],并被不同时代的花岗岩侵入，侵入时代由元古宙、早古生代、晚古生代直至中生代，其中以晚古生代岩浆活动最为发育[15-20]。星星峡群主要由片麻岩、大理岩、片岩、混合岩、石英岩等组成，总体上为角闪岩相变质, 局部达到麻粒岩相。 Hu等[21]对星星峡群花岗质片麻岩和斜长角闪岩样品进行了化学分析，认为其原岩为中、酸至基性火山岩或相应的深成侵入体。Li等[22]通过对星星峡群副变质岩石的地球化学和同位素地球化学研究，认为它们形成于弧后盆地构造环境, 形成时代为中元古代蓟县期, 其物质来源于年轻的岛弧和古元古代的地壳物质。张遵忠等[20]的研究亦指出，这套变质岩的原岩是一套以火山岩为主、碎屑岩为辅的岩石建造。卡瓦布拉克群为花岗质片麻岩、巨厚镁质为主的碳酸盐岩及少量的陆源碎屑岩、凝灰质碎屑岩，碳酸盐岩中叠层石丰富。天湖群的岩石组合主要为片岩、石英岩、大理岩和斜长角闪岩等, 其原岩以陆源碎屑岩为主，仅存有少量基性火山岩。舒良树等[23-24]认为中天山是一个多期活动的构造带，主要由奥陶纪钙碱性玄武岩-安山岩、火山碎屑岩、I型花岗岩和前寒武纪角闪岩相变质岩组成。垂向上由三大岩石构造组合所组成：前寒武纪基底，奥陶纪—志留纪火山沉积单元和石炭纪及其以后的盖层。前寒武纪基底主要由正片麻岩、片麻岩、云母片岩所组成。古生代火山岩包括奥陶纪玄武岩、安山岩、英安岩、流纹岩、杂砂岩和志留纪复理石，均遭受了区域绿片岩相变质作用。

天湖东钼矿位于新疆哈密市南东方向，距离天湖火车站北东方向20 km, 西面距天湖铁矿约8 km，北距312 国道30 km，行政区隶属哈密市星星峡镇管辖。大地构造位置处于中天山东段，北以沙泉子大断裂为界与觉罗塔格晚古生代岛弧相邻，南以红柳河断裂为界与北山构造带及塔里木古板块相邻。矿区出露地层主要为中元古界星星峡群和第四系洪积物，地层走向总体呈北东东向展布。地层岩性主要为浅灰绿色条带状帘石石英片岩、浅灰黑色条带状角闪石英片岩、暗灰白色二云母石英片岩、浅灰黑色角闪石英片岩、灰黑绿色含磁铁矿蛇纹岩和灰白--褐黄色白云质大理岩。地层总体倾向143°～165°，倾角57°～78°。矿区内侵入岩以中粗粒灰色片麻状花岗岩为主，该花岗岩亦是主要的赋矿岩石(图2)。

图2 中天山天湖东铁钼矿地质略图Fig. 2 Simplified geological map of the Tianhudong iron-molybdenum ore deposit in the central Tianshan

2 岩体地质特征和岩相学特征

天湖东铁钼矿矿区内主要出露的片麻状花岗岩为主要的含矿岩体，也是本次工作的研究岩体。岩体呈近北东向展布，侵入中元古代星星峡群的变质岩，又被第四系沉积物所覆盖而切断成两部分。岩体长约2 km，宽150～300 m(范围较小)。

片麻状花岗岩为灰白色，具有中粗粒花岗变晶结构或细粒鳞片变晶结构，岩体成分比较均一，片麻状构造为主(图3a, b)。主要矿物有斜长石(An=16，40%～50%)，钾长石(15%～20%)，石英(35%～40%)，黑云母(3%～5%，局部达5%～15%)，角闪石(3%～5%)(图3c, d)；同时岩石还含有微量的磷灰石、锆石、磁铁矿、榍石、褐帘石。在接触帯边上片麻状花岗岩裂隙面上偶尔能见黄铁矿、磁黄铁矿等矿物，裂隙面多见一些薄膜状绿泥石化、蛇纹石化。黑云母呈细鳞片变晶状，定向分布。石英呈花岗变晶状集合体，分布不均匀,集合体呈不规则透镜状、断续条带状。斜长石呈不规则的花岗变晶状，结晶粗细不等，粗晶状呈不规则透镜状、眼球状，显绢云母化，大部分为较细的集合体。

3 分析测试方法

锆石分离：首先将野外采集的样品粉碎至0.2～0.5 mm，经常规的磁选和重力分选后，在双目镜下仔细挑选透明、无裂隙和无包裹体之锆石粘在双面胶上，再将其用环氧树脂胶住，待环氧树脂充分固化后抛光至锆石露出核部。对抛光后的锆石进行透射光和反射光显微照相以及阴极发光图像分析，以观察研究锆石的内部结构和选定最佳的锆石颗粒进行LA-ICP-MS测年。

阴极发光图像在西北大学大陆动力学教育部重点实验室完成，采用安装有Mono CL3+型(Gatan，U.S.A.)阴极荧光探头的扫描电镜(Quanta 400FEG)进行。单颗粒锆石LA-ICP-MS定年在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。实验用Agilent 7500a型ICP-MS，激光剥蚀系统为New Wave UP213。工作参数为：等离子气体Ar16 L/min，辅助气体Ar 1 L/min，剥蚀物质载气He 0.9～1.2 L/min。激光脉冲频率5 Hz，宽度5 ns，剥蚀孔径35 μm，剥蚀时间80 s，背景测量时间40 s，脉冲能量为10～20 J/cm。实验原理和详细测试方法见文献[25]。样品的同位素比值及元素含量计算采用 GLITTER(ver4.0，Macquarie University)程序，普通铅校正采用文献[26]的方法进行，年龄及谐和图的的绘制采用Isoplot3.0软件完成。

全岩样品细碎至200目以上后进行主量和微量元素分析。全岩的氧化物和烧失量(LIO)由南京大学现代分析中心用萤光光谱仪(XRF)分析, 分析精度优于5%。微量元素由内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室(南京大学)采用Finnigan Element II型高分辨等离子质谱(ICP-MS)完成，测试精度大部分优于5%，总体优于10%。详细的分析流程参见文献[27]。

锆石原位Lu-Hf 同位素测定在中国地质科学院矿产资源研究所配有NewwaveUP213激光剥蚀系统的Finnigan Neptune型多接收等离子质谱(MC-ICP-MS)上完成的，其分析方法类似于文献[28]，相关仪器运行条件及详细分析流程可参见文献[29]。激光束斑直径为55 μm，剥蚀频率为10 Hz，激光束脉冲能量为100 mJ。样品测定时使用锆石国际标样GJ1和 Plesovice作为参考物质，分析点与U-Pb定年分析点为同一位置。分析过程中锆石标准GJ1的176Hf/177Hf测试加权平均值分别为0.282 007±0.000 007 (2σ,n=36)，与文献报道值[29-30]在误差范围内完全一致。采用179Hf/177Hf=0.732 5对Hf同位素比值进行指数归一化质量歧视校正，采用173Yb/172Yb=1.352 7对Yb同位素比值进行指数归一化质量歧视校正。176Lu衰变常数采用1.867×10-11a-1[31]，球粒陨石现今的176Hf/177Hf=0.282 772 和176Lu/177Hf=0.033 2。亏损地幔Hf 模式年龄(TDM1)计算采用的现今亏损地幔176Hf/177Hf=0.283 25和176Lu/177Hf=0.038 42；二阶段Hf 模式年龄采用平均大陆壳176Lu/177Hf=0.015进行计算。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年代学

研究锆石采自天湖东铁钼矿片麻状花岗岩(N41°41′16.5″，E94°44′22.5″)，锆石多呈浅褐色，透明至半透明，颗粒大小多数在100 μm以上，主要为150～250 μm，多呈柱状、短柱状，长宽比为1∶1～1∶3，大多晶形较好，部分晶形不完整。由阴极发光图像(图4)可知，锆石大多具有振荡环带，并且普遍发育阴极发光很亮宽度较小(多为10 μm左右)的变质边，暗示锆石形成后受到变质作用发生了变质增生。另外，部分锆石还可见裂隙发育。本次测试选取了10颗锆石，进行了15个测点的年龄测定，测试结果列于表1，并表示于图5。所测锆石的w(Th)为(38.51～974.36) ×10-6，w(U)为(58.05～746.18)×10-6，平均值分别为315×10-6和308×10-6。Th 与U 质量分数之间呈较好的正相关关系。Th/U值为0.66～1.48，平均值为0.92， 与变质成因锆石Th/U值(通常小于0.1[32-34])明显不同，再加上其发育振荡环带结构，表明所测锆石为岩浆成因锆石。U-Pb 表面年龄谐和性较好, 多数点落在谐和曲线上或者在其附近，剔除4个协和度小于90%的测试点，剩余的11个协和度高于90%且相对集中的数据所得出的206Pb/238U 加权平均年龄为(445.3±4.6)Ma(可信度为95%，MSWD=0.4)，精度较高，可以解释为岩体形成的年龄，表明天湖东铁钼矿片麻状花岗岩为早古生代(加里东期)奥陶纪的产物。

4.2 全岩地球化学特征

片麻状花岗岩的主量元素和微量元素数据分析结果列于表2。片麻状花岗岩具有相对高的硅(w(SiO2)为63.63%～64.68%)和钙(w(CaO)为7.09%～9.22%)，中等的铝(w(Al2O3)为15.06%～15.85%)和碱(w(K2O+Na2O)为3.60%～5.02%)，较低的钾、钛、铁、锰、镁等。岩石的(K2O/Na2O)为0.11～0.38，碱度率为1.35～1.54，铝饱和指数(A/CNK)为 0.68～0.82，表明岩石为准铝质钙碱性花岗岩。片麻状花岗岩的稀土总量(∑REE)为(66.06～136.62)× 10-6，(La/Yb)N值为3.72～7.55，(La/Sm)N值为1.77～3.26，表明轻稀土相对富集，轻重稀土分异明显，轻稀土分异较为明显，而重稀土分异不明显。Eu具轻微负异常(δEu=0.82～1.00，平均值为0.89)，表明岩石未经历斜长石的分离结晶或源区不存在斜长石残留。在稀土元素球粒陨石标准化配分图(图 6a)上[35]，样品呈现右倾型分配型式。微量元素原始地幔标准化蛛网图示于图6b 。片麻状花岗闪长岩总体上富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Ba及轻稀土元素La、Ce、Nd等，但亏损典型高场强元素Nb、Ta、Ti、Yb等，表现出典型岛弧岩浆岩的特征。在花岗岩微量元素构造环境判别图解上，本文研究的所有样品与区域上同时代的星星峡花岗闪长岩和星星峡石英闪长质片麻岩一样，都落入火山弧花岗岩区[36](图7)，图7b岛弧花岗岩区域与同碰撞花岗岩区域重合，结合图7a研究花岗岩为岛弧花岗岩。

4.3 锆石Hf同位素

在LA-ICP-MS 锆石U-Pb原位定年的基础上，选择具有谐和年龄的10颗锆石进行了原位Hf同位素组成测定，测试结果列入表3。结果表明，锆石的176Lu/177Hf为0.000 547～0.003 474，表明锆石在形成以后具有较低的放射性成因Hf的积累，锆石的Hf同位素组成可近似代表岩浆的原始Hf同位素组成。所测锆石的176Hf/177Hf为0.282 325～0.282 465。根据锆石的U-Pb加权平均年龄(445 Ma)计算的εHf(t)值为-6.31～-1.77，平均值为-3.97，总体比较均一，显示岩体形成过程中主要为单一源区的物质贡献。单阶段亏损地幔Hf模式年龄(TDM1)为1.155～1.319 Ga，而二阶段Hf模式年龄(TDM2)为1.538～1.825 Ga。负的εHf(t)值和偏老的Hf模式年龄均反映了该岩体的壳源特征[38]，表明片麻状花岗岩的源区应该主要为壳源组分。

表1 天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩锆石U-Pb测年数据

表2 天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩主量元素和微量元素分析数据

Table 2 Major elements and trace elements analysis results of the Tianhudong gneiss granite associated with Fe-Mo mineralization

样品号SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2OK2OTiO2MnOP2O5烧失量总计BaCeCsxj47664.4815.801.437.702.563.191.830.520.040.0231.1098.811085.040.80.83xj47763.6815.531.939.222.693.090.770.610.050.0811.0198.7098.330.80.63xj47864.6815.362.008.362.772.901.400.580.040.1171.3499.65566.059.10.72xj47963.6315.062.129.162.873.070.530.620.050.0671.6898.90123.023.20.20xj48064.4515.853.767.092.642.931.540.600.060.1091.14100.30831.048.20.77样品号DyErEuGaGdHfHoLaLuNbNdPrRbSmSnxj4762.941.881.0815.83.324.40.6716.90.3310.717.84.9965.73.691xj4773.181.901.0215.53.654.50.6811.50.3210.617.54.4223.93.893xj4783.422.191.3015.94.104.90.7824.30.3510.125.87.4836.14.693xj4792.871.801.1115.13.284.10.639.70.309.513.83.4213.33.444xj4803.091.971.1016.23.704.20.6921.40.3210.121.36.0338.64.321样品号SrTaTbThTmUVYYbZrASI∑REE(La/Sm)N(La/Yb)NδEuxj4762841.30.5013.200.294.858719.61.971410.7497.162.885.780.93xj4772770.90.5316.650.293.5811421.11.961600.6881.641.863.960.82xj4783000.80.6117.100.335.1312322.42.171660.71136.623.267.550.89xj4793010.70.4814.300.272.2211719.51.761450.6866.061.773.721.00xj4802920.90.5315.250.304.4112820.91.991480.82114.943.127.250.82

注：主量元素质量分数单位为%；微量元素和稀土元素质量分数单位为10-6。

a、b.中天山天湖东铁钼矿含矿花岗岩野外露头特征；c、d.中天山天湖东铁钼矿含矿花岗岩显微特征及矿物组成。Bt.黑云母；Amp.角闪石；kfs.钾长石；Pl.斜长石；Q.石英。图3 中天山天湖东铁钼矿含矿花岗岩野外露头照片和显微图片Fig. 3 Representative field photos and photomicrographs of the the Tianhudong gneiss granite associated with Fe-Mo mineralization

图4 天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩锆石代表性CL图像及U-Pb年龄和Hf同位素测试位置Fig. 4 Cathodoluminescence (CL) images with LA-ICP-MS U-Pb ages (red circles, white words) and Hf isotope data of representative zircon grains from the Tianhudong gneiss granite associated with Fe-Mo mineralization

5 讨论

5.1 岩体成因和构造背景

图5 含矿片麻状花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig. 5 U-Pb concordia diagram for zircon grains from the Tianhudong gneiss granite

图6 含矿片麻状花岗岩稀土球粒陨石配分曲线(a)和微量元素蛛网图(b)Fig. 6 Chondrite-normalised REE distribution pattern(a) and the primitive mantle normalized spidergrams(b) Tianhudong gneiss granite

WPG.板内花岗岩;ORG.洋中脊花岗岩;VAG.岛弧花岗岩;Syn-COLG.同碰撞花岗岩。灰色区域为星星峡花岗闪长岩和星星峡石英闪长质片麻岩，数据引自文献[8, 37]。图7 天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩w(Y+Nb)-w(Rb)(a)和w(Y)-w(Nb)(b)构造判别图解Fig. 7 w(Y+Nb)-w(Rb)(a) and w(Y)-w(Nb)(b) discrimination diagrams for granites

研究岩体具有高硅、高钙和相对中等质量分数的铝和全碱以及准铝质等主量元素特征，结合其发育角闪石等矿物学证据，表明天湖东片麻状花岗岩为钙碱性I型花岗岩。岩体的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线普遍向右缓倾，且重稀土元素分配曲线比较平坦，具有典型钙碱性岩浆岩的稀土配分特征。微量元素方面，天湖东片麻状花岗岩主体上主要富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(Rb、Ba、La、Ce、Nd)而亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、Yb等，显示典型岛弧岩浆岩的特征。岛弧岩浆岩中大离子亲石元素的富集是由于岩石在形成过程中，由俯冲洋壳所释出的水携带流体活动性元素进入其上地幔源区或者岩浆在上升过程中被位于俯冲带之上地壳物质混染作用所致[39]。而高场强元素Nb、 Ta等的强烈亏损是因为这两个元素属于相对的流体不活动元素，或者在岛弧岩浆形成过程中发生了富集Nb、Ta矿物的分离结晶。锆石的Hf同位素研究，负的εHf(t)值，较老的Hf模式年龄，表明岩体原岩成分中含有相当数量的古老大陆地壳物质。这些壳源组分可以是板块俯冲时带入地幔的陆壳物质，也可以是钙碱性岩浆上升过程中同化古地壳的产物[40]，中元古代的Hf模式年龄(1.538～1.825 Ga)暗示区域上广泛分布的中元古代变质基底可能是岩浆原岩的重要组成部分。因此，笔者认为天湖东铁钼矿片麻状花岗岩是由于俯冲过程中主要成分为地壳物质的原岩熔融而形成的。而岩体发育片麻状构造及锆石具有的变质增生边均表明天湖东铁钼矿片麻状花岗岩形成以后受到了后期的变质作用影响。

5.2 中天山早古生代构造演化

对于中天山早古生代的构造演化，早在20世纪90年代初，顾连兴等[11]和马瑞士等[41]就认为中天山加里东构造活动表现强烈，并存在加里东期岛弧热事件。Shu等[42]对尾亚麻粒岩的角闪石进行了40Ar-39Ar 年龄测定，获得主坪年龄值(432.0±0.72) Ma和等时线年龄值(434.67±2.45) Ma，认为它们代表麻粒岩形成后的退变质年龄，反映加里东期构造热事件在研究区表现强烈，但是中天山的加里东期构造-岩浆-热事件以往一直缺乏精确的同位素年龄约束。

本文研究的岩体高精度锆石U-Pb定年证明其形成于奥陶纪((445.3±4.6)Ma)，为加里东期花岗岩。同时本课题组通过多年的野外考察以及高精度的同位素测年研究，在中天山东段地区发现了不少的同期(加里东期)岩浆岩(表4)，比如星星峡花岗闪长岩体((424.9±5.8)Ma)[8]、天湖铁矿南部片麻状花岗岩岩体((476.7±4.2)Ma，本课题组未发表资料)以及天湖铁矿变质酸性火山岩((452.0 ±2.8)Ma，本课题组未发表资料)等。这些研究表明加里东期构造热事件在中天山表现强烈，同时这些资料也为探讨中天山早古生代的构造属性和构造演化提供了有力证据。结合前人已发表的资料，笔者发现在中天山东段构造带分布一批年龄主要为480～420 Ma的早古生代花岗岩体(表4)。虽然不同学者对于这些花岗岩的成因和构造背景的认识还存在争议,但是根据花岗岩类岩石的元素地球化学和同位素特征研究, 显示中天山大多数早古生代花岗岩具有钙碱性岛弧岩浆岩特征，表明这些花岗岩岩体应该形成于岩浆弧构造环境。

结合区域地质特征，如中天山发育奥陶纪钙碱性安山岩、玄武岩和火山碎屑岩系[42]及早古生代的火山沉积岩系[2]，笔者认为在中奥陶世到中志留世时，中天山为岩浆弧构造环境，形成一系列的钙碱性岩浆岩，包括本文研究的天湖东铁钼矿片麻状花岗岩。结合前人的研究和区域地质资料，在中天山北缘的阿其克库都克—沙泉子断裂发育洋壳板块向南俯冲产生的混杂岩；中天山南部的库米什和红柳河地区，分布着志留纪和泥盆纪的蛇绿岩构造混杂岩，区域地质构造和岩石地球化学研究表明其具有边缘海盆地的地质特征；最近新发现南天山发育早古生代弧后盆地背景的玄武岩[7，24，41-42，46]。综合分析，笔者认为中天山早古生代岩浆弧可能是受到介于吐哈陆块和塔里木板块之间的古天山大洋(或中蒙大洋)在奥陶—志留纪时期沿着中天山北缘向南俯冲而形成的(图8)。

表3 天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩锆石Hf同位素分析数据

表4 中天山地区早古生代岩浆岩锆石年代学数据表

图8 中天山早古生代构造模式简图Fig. 8 Simplified cross section showing the Early Paleozoic tectonic setting of the central Tianshan

6 结论

1)锆石U-Pb年代学测定天湖东铁钼矿含矿花岗岩形成于(445.3±4.6) Ma，为早古生代花岗岩。

2)天湖东含矿片麻状花岗岩高硅、富钙、富钠而贫钾，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，而亏损高场强元素，轻重稀土分异明显，表现出典型岛弧岩浆岩的地球化学特征。锆石的εHf(445 Ma)值为-6.31～-1.77，二阶段Hf模式年龄(TDM2)为1.538～1.825 Ga，表明该花岗岩的源区主要为壳源物质。天湖东铁钼矿片麻状花岗岩是由俯冲过程中地壳物质重熔的产物。

3)在早古生代时，中天山为岩浆弧构造环境，其可能是受到介于吐哈陆块和塔里木板块之间的古天山大洋在早古生代时期向南俯冲而形成的。

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Geochronology, Geochemistry and Zircon Hf Isotope Compositions of the Ore-Bearing Gneiss Granite in the Tianhudong Iron-Molybdenum Ore Deposit in the Central Tianshan, West China: Implications for the Early Paleozoic Tectonic Evolution of Central Tianshan

Lei Ruxiong1, 2, Wu Changzhi3, Qu Xun4, Gu Lianxing3, Chen Gang4,Uerna Amy4, Sun Hongtao5, Liu Guoling3

1.CollegeofEarthSciencesandResource,Chang’anUniversity,Xi’an710054,China2.KeyLaboratoryofWesternChina’sMineralResourcesandGeologicalEngineeringMinistryofEducation,Xi’an710054,China3.SchoolofEarthSciencesandEngineering,NanjingUniversity,Nanjing210093,China4.XinjiangBureauofGeologyandMineralResources,Urumqi830000,China5.EasternChinaGeoexploration&DevelopmentBureauforNon-FerrousMetals,JiangsuProvince,Nanjing210007,China

We present a case study of the Early Paleozoic ore-bearing gneiss granite in the Tianhudong iron-molybdenum ore deposit in the central Tianshan in an attempt to provide new insights for the early Paleozoic tectonic setting and tectonic evolution of the central Tianshan. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating yields (445.3±4.6) Ma for the studied granite. The granite is composed mainly of biotite, amphibole, quartz, plagioclase and K-feldspar. Geochemical analyses show the granite belongs to subaluminous calc-alkaline granite. The granite is generally enriched in large ion lithophile elements (LILEs) such as Rb, Ba and LREEs, but depleted in typical high field strength elements (HFSEs) such as Nb, Ta, Ti, Y and HREEs, consistent with the geochemical characteristics of typical arc igneous rock. The zircon Hf isotope compositions (εHf(445 Ma)) of the studied granite vary from -6.30 to -1.77, and theTDM2ranges from 1.538 to 1.825 Ga, indicating the source rocks of the granite contain significant crustal materials. Integrating all the available data, we suggest that the granite is produced by melting of the mainly crustal protolith during a subduction process. Combined with the previous studies and our recent study results, it is suggested that the central Tianshan zone was a magmatic arc tectonic environment during the Early Paleozoic. The mechanism of the Early Paleozoic central Tianshan arc can be ascribed to the southern subduction of the ancient Tianshan ocean located between the Tuha block and Tarim block.

zircon U-Pb dating; Hf isotope; geochemistry; granites; central Tianshan；Tianhudong iron-molybdenum ore deposit

10.13278/j.cnki.jjuese.201405112.

2013-10-10

国家自然科学基金项目(41302069,41272098)；中国地质调查局地质调查工作项目(1212011140056)

雷如雄(1982--)，男，讲师，博士，主要从事岩石学和矿床学研究，E-mail:lrxly11@163.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201405112

P581;P618.65

A

雷如雄，吴昌志，屈迅,等.中天山天湖东铁钼矿含矿片麻状花岗岩年代学、地球化学和锆石Hf同位素——对于中天山早古生代构造演化的启示.吉林大学学报:地球科学版,2014,44(5):1540-1552.

Lei Ruxiong, Wu Changzhi, Qu Xun,et al.Geochronology, Geochemistry and Zircon Hf Isotope Compositions of the Ore-Bearing Gneiss Granite of the Tianhudong Iron-Molybdenum Ore Deposit in the Central Tianshan, West China: Implications for the Early Paleozoic Tectonic Evolution of Central Tianshan.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2014,44(5):1540-1552.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201405112.