新疆阿奇山花岗岩体岩石地球化学特征及其形成的构造环境①

田明明，何建国，张 松，高洪雷

（核工业北京地质研究院，中核铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029）

1 阿奇山花岗岩体地质概况

阿奇山花岗岩体位于新疆鄯善县南部的东天山地区，侵入于下二叠统阿尔巴萨依组火山岩中，出露面积318km2。岩体剥蚀深度浅，主要包括东北部的正长花岗岩体与二长花岗岩体、西部的碱长花岗岩体、西南部的黑云母二长花岗岩体，以及南部的正长花岗岩体与黑云母二长花岗岩体 （图1）。其中，东北部的正长花岗岩体侵入时代稍早于二长花岗岩体，东南部正长花岗岩体与黑云母二长花岗岩体也显示为脉动侵入接触关系。岩体的锆石LA－ICP－MS测年结果为269.5±1.6～271.1±1.3Ma，表明该岩体形成于海西晚期 （晚二叠世）。岩体内部发育细粒花岗岩脉体及细晶岩脉体，在其中西部还发育近SN向的辉绿玢岩脉和花岗斑岩脉。

2 岩石化学组分特征

对阿奇山花岗岩体样品进行岩石化学成分分析 （表1）。从表1中可以看出，该岩体各种岩性的岩石化学成分没有太大差别。正长花岗岩：SiO2含量为74.41%～75.88%，平均值为75.15%；MgO含量较低，为0.125%～0.291%，CaO含量为0.643%～1.15%，TFeO／（TFeO＋MgO）值为0.85～0.93；K2O含量为4.6%～4.8%，Na2O为3.6%～3.72%，K2O／Na2O值为1.28～1.32，岩石铝饱和指数A／CNK变化范围为1.017～1.019，碱铝指数A／NK变化于1.12～1.21。

图1 阿奇山花岗岩体地质图Fig.1 The geologic map of Archie mountain granite pluton

碱长花岗岩：SiO2含量为77.39%～77.48%，平均值为77.44%，MgO 为0.058%～0.072%，CaO含量为0.484%～0.529%，TFeO／（TFeO＋MgO）值为0.932～0.95，K2O含量为4.6%～4.7%，Na2O为3.45%～3.68%，K2O／Na2O 值为1.25～1.37，岩石铝饱和指数 A／CNK为0.999～1.09，碱铝指数A／NK为1.013～1.09。

黑云母二长花岗岩：SiO2含量为73.24%～75.97%，平均值为74.58%，MgO 为0.213%～0.562%，CaO含量为0.81%～2.14%，TFeO／（TFeO＋MgO）值为0.84～0.95，K2O含量为3.43%～4.47%，Na2O为3.61%～3.94%，K2O／Na2O 值为0.79～1.24，岩石铝饱和指数 A／CNK为0.978～1.19，碱铝指数A／NK为0.975～1.42。

岩石里特曼指数σ介于1.63～2.31，平均值为2.04，指示其为钙碱性。在SiO2与碱度率 （A.R.）关系图 （图2a）上，该岩体样品均落在碱性花岗岩区域，且从黑云母二长花岗岩、二长花岗岩、正长花岗岩到碱长花岗岩，SiO2含量和碱度率 （A.R.）依次增高，显示其明显的演化关系，也说明这些侵入体的同源性。在 A／CNK－A／NK图中 （图2b），样品均落在准铝质与过铝质分界线上，显示其为准铝质－弱过铝质花岗岩。

研究区花岗岩岩浆的分异程度较高，其中正长花岗岩的分异指数DI为90.73～94.17，平均值为92.45；黑云母二长花岗岩分异指数为84.68～93.04，平均值为88.98，这表明正长花岗岩岩浆分异程度比黑云母二长花岗岩岩浆的分异程度高。

图2 阿奇山花岗岩体岩石化学特征图Fig.2 The diagram of chemical characteristics in Archie mountain granite pluton

表1 阿奇山花岗岩体岩石化学组分分析结果及相关参数 （wt%）Table 1The chemical composition（wt%）of the dike samples and some related parameters in Archie mountain granite pluton

续表1

3 微量元素特征

阿奇山花岗岩体岩石微量元素含量分析结果 （表2）和据数据平均值制作的原始地幔标准化蛛网图 （图3）显示，各种岩性的曲线形态比较相似，均具有Rb、Th、U、Pb正异常，而Sr、Ba、Nb、Ta、P、Ti、Zr负异常的特点，表明形成阿奇山花岗岩体的物源具有大陆地壳的特点[1]。

各种岩性的Zr／Hf值为20.53～35.27，平均值为27.51，与地壳平均值 （33）比较接近；Nb／Ta值为1.13～12.31，平均值为8.52，接近地壳平均值 （12～13）[2]；Rb／Sr值为0.79～40.33，平均值为7.89，明显高于全球上地壳平均值 （0.32），K／Rb值较高，为115.86～238.55，Sr／Ba值为0.12～4.87。这均反映了壳源物质的贡献。结合各种岩性均亏损Nb、Ta、P、Zr等高场元素和富集Pb的特点，说明研究区花岗岩岩浆来源可能与地壳物质的部分熔融有关。

图3 阿奇山花岗岩体岩石微量元素原始地幔标准化蛛网图（据Sun＆McDonough等，1989）Fig.3 Primitive mantle normalized spidergram of trace elements of the rocks in Archie mountain granite pluton

表2 阿奇山花岗岩体岩石微量元素分析结果 （×10－6）Table 2 Trace element composition （×10－6）from rocks in Archie mountain granite pluton

4 稀土元素特征

从阿奇山花岗岩体岩石稀土元素含量分析结果 （表3）中可以看出，正长花岗岩、碱长花岗岩及黑云母二长花岗岩的稀土元素总量ΣREE变化较大，为 （113.23～268.48）×10－6，平均值为 198.44×10－6，轻稀土总量ΣLREE为 （90.49～222.13）×10－6，重稀土ΣHREE为 （19.42～65.44）×10－6，轻重稀土比值ΣLREE／ΣHREE为2.84～6.46，δEu介于0.03～0.59，平均值为0.27，δCe为0.95～1.12，均值为1.01，没有异常存在， （La／Yb）N值为2.05～5.46，平均值3.8，表明轻重稀土分馏不明显。

在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线上（图4），各种岩性均表现为富集轻稀土的右倾式，且右倾的程度不大，说明轻稀土相对于重稀土分异不是太明显；各种岩性均显示出较为明显的Eu负异常。其中，碱长花岗岩由于贫斜长石而具有相对更强的Eu负异常。

表3 阿奇山花岗岩体岩石稀土元素分析结果及特征值 （×10－6）Table 3 REE composition （×10－6）and parameters from rocks in Archie mountain granite pluton

续表3

图4 阿奇山花岗岩体岩石稀土元素配分曲线 （据Sun＆McDonough等，1989）Fig.4 Chondrite－normalized REE pattern of the samples in Archie mountain granite pluton

5 岩体成因类型与形成构造环境

5.1 岩体成因类型判别

阿奇山花岗岩体的岩石地球化学特征研究表明其为准铝质－弱过铝质的花岗岩。A／CNK值均小于1.1，且镜下观察仅偶尔出现白云母、石榴子石等过铝质矿物，岩石化学计算中刚玉分子的含量也较少。因此从矿物学特征上来看，研究区的花岗岩应归属为I型花岗岩类。

在岩石成因类型判别图 （图5）中，各种岩石样品均落在I型花岗岩区域，这也说明研究区花岗岩属于I型花岗岩类。

图5 阿奇山花岗岩体Zr－TiO2岩石成因类型判别图（据 Whalen et al，1987）Fig.5 Zr－TiO2diagrams of genetic classification for Archie mountain granite pluton

5.2 岩体形成构造环境

阿奇山花岗岩体侵入于下二叠统阿尔巴萨依组火山岩中，其形成时代应晚于早二叠世。区域上，阿奇山花岗岩体和东北部秋格明塔什岩体等组成NE向的二叠纪花岗岩带，与近东西向区域构造线呈大角度相交，说明该花岗岩带形成于造山期之后。

取自阿奇山花岗岩体不同岩性的5个锆石年龄样品的LA－ICP－MS U－Pb年龄为269.5±1.6～271.1±1.3Ma，说明该岩体为晚二叠世侵入。由于天山及其邻区在晚二叠世已进入板内变形阶段[3]，因此可以认为阿奇山花岗岩体形成于板内变形阶段，是在天山地区二叠纪区域性的地壳伸展背景下，由地幔物质上涌、壳幔相互作用引发中下地壳物质重熔，再由重熔岩浆上侵到上地壳并经结晶分异作用而形成的。

在微量元素构造环境判别图 （图6）中，研究区花岗岩样品大多数落在板内花岗岩区域，也佐证了阿奇山花岗岩体形成于板内构造环境。

6 结论

（1）阿奇山岩体的正长花岗岩、碱长花岗岩和黑云母二长花岗岩化学组分相差无几，均属于钙碱性准铝质－弱过铝质花岗岩类，表明其在成因上具有同源性，且岩浆分异程度均比较高。其中，正长花岗岩、碱长花岗岩岩浆分异程度高于黑云母二长花岗岩。

微量元素含量上，该岩体各种岩性均具有Rb、Th、U、Pb正异常，而高场元素 （如Nb、Ta、Ti、Zr、P）及部分大离子亲石元素 （如Sr、Ba）负异常的特征，说明研究区花岗岩岩浆来源可能与地壳物质的部分熔融有关。稀土元素分析表明，该岩体的各种岩性均富集轻稀土元素，其稀土元素配分曲线呈弱右倾式，Eu异常较为明显，同时轻重稀土分馏不明显。

（2）岩石成因类型方面：岩石矿物学及地球化学研究表明，阿奇山花岗岩体为I型花岗岩类。

（3）构造环境方面：岩体地质证据及同位素资料表明，阿奇山花岗岩体为晚二叠世陆壳伸展过程中板内变形阶段侵入的，因此其形成于板内构造环境。

图6 阿奇山花岗岩体构造环境判别图 （据Pearce，1984）Fig.6 The tectonic setting diagrams of Archie mountain granite pluton

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