新疆东天山中段玉林花岗岩体锆石U-Pb测年及地球化学特征

常璨，韩琼，李平，赵同阳，陈川，李航，孙耀锋，郑加行

(1.新疆大学，新疆 乌鲁木齐 830049；2.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830011)

研究区位于东天山中段觉罗塔格构造带，由于复杂的地质环境，觉罗塔格构造带倍受前人关注。其中，对于古生代构造背景的认识，更受前人热议，存在典型裂谷环境、岛弧环境、弧后盆地、弧间盆地、被动陆缘的争议[1-14]，前人的研究对象主要集中于火山岩与典型花岗岩，对于埃达克型花岗岩的研究较少。笔者与新疆地质调查院对研究区进行1∶5万区调工作过程中，在研究区东部发现了玉林花岗岩体，通过后期对样品地球化学数据的分析，确定其为埃达克岩。本文通过对玉林岩体花岗岩样品中的锆石年代学及岩石地球化学特征的研究，并结合前人研究成果，试图探讨该岩体的形成来源与构造背景，以期为大区域构造背景的研究提供一定的数据支持。

1 地质概况

东天山由北至南分为博格达-哈尔里克造山带、准-吐-哈陆块、觉罗塔格造山带、中天山前寒武纪陆块及南天山造山带。觉罗塔格造山带夹于准-吐-哈陆块与中天山前寒武纪陆块之间，并被康古尔-黄山韧性剪切带分割成北部大南湖-头苏泉岛弧带与南部的阿奇山-雅满苏岛弧带[8]。研究区位于东天山觉罗塔格构造带南部的阿奇山雅满苏岛弧内，北邻雅满苏断裂，南为大面积分布的百灵山岩体(图1)。区内岩浆活动可分为前碰撞阶段(386.5～369.5 Ma)、主碰撞阶段(349～330 Ma)、后碰撞阶段(320～252 Ma)和板内演化阶段(246～230 Ma)，其中尤以后碰撞阶段花岗岩类的分布最广泛、岩浆活动最强烈，同时在主碰撞阶段与后碰撞阶段内，与花岗岩有关的成矿作用也极显著[23]。玉林岩体位于研究区东部，侵入到下石炭统雅满苏组凝灰质正常沉积碎屑岩中。近年来新疆地质调查院在该地区开展1∶5万化探工作，在玉林岩体边部新发现了玉林铅锌矿点，矿化作用与玉林岩体提供的热液活动密不可分。

2 岩体地质及岩相学

研究区玉林岩体呈NW向带状展布，地表延伸近800 m，宽10～100 m，岩性为浅灰白色中细粒花岗闪长岩(图2)。岩体边部发育矽卡岩化、大理岩化、硅化蚀变，其中矽卡岩以石榴子石矽卡岩、透辉石矽卡岩、硅灰石矽卡岩为主；大理岩以含生物碎屑大理岩、大理岩为主，含石榴子石、硅灰石等矽卡岩矿物。

图1 新疆东天山大地构造单元图Fig.1 Tectonic units in eastern Tianshan

图2 研究区地质图及玉林地质草测图Fig.2 Regional geological map of the research area and geological sketch map of the Yulin

本次研究的样品采样坐标为：91°28′28.09″E，41°53′53.44″N。岩石呈似斑状结构，块状构造。由斑晶和基质组成，斑晶以斜长石为主，含量约为15%，呈半自形板状，粒径1.8 mm×0.9 mm～5.6 mm×3.0 mm，可见聚片双晶，普遍发育轻度隐晶帘石化、绢云母化及高岭土化；基质具细粒花岗结构，含量约85%，主要由斜长石、钾长石、石英和暗色矿物组成，其中斜长石含量约63%，呈半自形板状，粒径约为0.2～0.6 mm，聚片双晶发育，普遍轻度绢云母化、隐晶帘石化、高岭土化杂乱分布；钾长石与石英均呈他形粒状，粒径约为0.2～0.5 mm，钾长石具有条纹结构，发生轻度泥化，石英含量约为20%，发生波状消光；暗色矿物主要为普通角闪石，含量约为2%，呈柱状，粒径约为0.2～0.7 mm；可见微量榍石和磷灰石。

3 测试方法

样品的全岩分析在新疆矿产研究所完成，锆石分选由河北省区域地质矿产调查研究所完成，锆石的阴极发光在重庆宇劲科技有限公司完成。样品的锆石LA-ICP-MS法测年在中国科学院广州地球化学研究所的ArF-excimer上完成，该激光仪光源直径为30 μm，波长为193 nm，以He作为剥蚀物质载气。有关年龄的数据处理采用中国地质大学(武汉)开发的ICPMSDataCal软件[15-16]及Ludwig开发的Isoplot软件[17]完成。

图3 玉林花岗岩样品16TW6-YL-1锆石阴极发光图像Fig.3 Zircons CLimages of sample 16TW6-YL-1 of the Yulin granite

4 锆石年代学

本文对样品(16TW6-YL-1)进行了锆石U-Pb定年，分析结果见表1，锆石阴极发光图像见图3。锆石呈短柱状，长宽比多为2∶1，个别接近1∶1，多为无色透明，少数呈浅黄色，颗粒大小为100～200 μm。通过锆石阴极发光图像，发现13颗锆石中均见明显震荡环带，说明此次测试的锆石均为岩浆锆石。通过年龄谐和图发现(图4)，锆石点的206Pb/238U加权平均年龄为(327.1±6.6)Ma(可信度为95%，MSWD=0.59)，能准确反映岩体形成的年龄，表明玉林岩体形成于早石炭世。

表1 玉林花岗岩样品的锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of the Yulin granite sample

图4 玉林花岗岩16TW6-YL-1样品锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagram of zircons from sample 16TW6-YL-1 of the Yulin granite

5 地球化学

5.1 主量元素

玉林岩体斜长花岗岩样品的地球化学分析结果显示(表2)，样品中SiO2变化较小，含量为66.34%～67.52%，Al2O3含量为15.21%～15.7%，Na2O含量为4.47%～5.96%，K2O含量为0.46%～1.93%；Na/K值为2.92～12.96，均值 5.92，其中样品 16YQ6-YL-3 与16YQ6-YL-4的K2O含量极低，均小于1%，A/CNK值为0.88～0.99(小于1.1)；里特曼指数(σ)为1.2～2.43(小于3.3)。反映玉林岩体具富硅、铝、钠，低钾、镁、钙，同时贫TiO2、MnO、P2O5的特点。通过TAS图解(图5)，反映花岗岩样品均为花岗闪长岩类；在K2OSiO2图解上(图6左)，显示样品为低钾系列至钙碱性系列岩石；在A/NK-A/CNK图解上(图6右)，样品均落入准铝质花岗岩中，玉林岩体主量元素特征反映该花岗岩为准铝质-低钾钙碱性系列的花岗闪长岩。

表2 玉林花岗岩主量元素和微量元素测试结果Table 2 Major and trace element contents of the Yulin granite

图5 玉林花岗岩TAS图解Fig.5 TAS diagram of the Yulin granite(据Middlemost，1994)

5.2 微量元素

从表2中可见，玉林岩体的稀土元素总量低，ΣREE 为 37.91×10-6～46.43×10-6。LREE/HREE 为6.44～7.54，均值为7，同时在稀土元素球粒陨石标准化分布图中(图7)，分布曲线呈明显的右倾型，表明花岗岩样品具有LREE富集，HREE相对亏损的特点。除样品(16YQ6-YL-1)显示较弱的负Eu异常(δEu=0.96)外，其余3件样品均显示弱的正Eu异常(δEu=1～1.14)，表明岩浆演化过程中斜长石的分离结晶作用较弱或熔融后的岩浆混入了源区的斜长石。在微量元素原始地幔标准化蛛网图解中(图7)，花岗岩样品均显示相似的变化特征，均富集K，Sr等大离子亲石元素，相对亏损Nb，Th，Ti等高场强元素，整体表现出火山弧花岗岩的特征。

6 讨论

6.1 岩石成因

玉林花岗闪长岩属低钾钙碱性岩石系列，富集K，Sr等大离子亲石元素，相对亏损Nb，Th，Ti等高场强元素。同时，玉林花岗闪长岩具相对高Sr(平均594×10-6)、低Y(5.1×10-6～7.3×10-6)、低Yb(0.48×10-6～0.67×10-6)的地球化学特征，可与前人总结的有关埃达克岩地球化学判别标志进行对比(表3)[18]。在埃达克岩(La/Yb)N-YbN和Sr/Y-Y判别图中，玉林花岗闪长岩所有样品均落在埃达克岩区域(图8)。

图6 玉林花岗岩K2O-SiO2判别图(左)和A/NK-A/KNC判别图(右)Fig.6 K2O-SiO2discrimination for the Yulin granite(left)and A/NK-A/KNC discrimination(right)(据Peccerillo，1976 and Middlemost，1985)

图7 玉林花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布图及微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and Primitive mantle-normalized spidergrams of the Yulin granite(球粒陨石及原始地幔值据Sun and McDonough，1989)

埃达克岩的成因模型主要有俯冲洋壳的熔融、增厚的下地壳铁镁质岩石熔融、拆沉下地壳的熔融及幔源岩浆在厚地壳底部岩浆库中分离结晶和混染作用4种[19]。玉林岩体A/CNK的值偏低，为0.88～0.99，Al2O3/TiO2的值为48～60，均小于60，CaO/Na2O的值大于0.3，判定其原岩成熟度较低而成岩温度较高，且微量元素呈较低的Nd/Th，Ti/Y，Ti/Zr和Nb/Ta比值，认为其为壳源岩浆演化的产物[20]。通过岩浆岩成因类型的角闪石Ca-Fe-Mg判别图解(图9)，发现样品基本落在壳-壳幔源区，进一步确定本区花岗岩为壳源岩浆演化的产物，而非幔源岩浆。

表3 埃达克岩地球化学标志Table 3 Geochemical attribute of adakites

图8 玉林花岗岩(La/Yb)N-YbN和Sr/Y-Y判别图Fig.8(La/Yb)N-YbNand Sr/Y-Y discriminations of the Yulin granite(据Defant and Drummond，1990)

图9 玉林花岗岩Ca-Fe-Mg判别图和Zr-SiO2判别图Fig.9 Ca-Fe-Mg discriminations granite and Zr-SiO2discriminations of the Yulin granite(据Collis et al.，1982)

另外本区花岗岩Na2O含量较高，K2O含量很低，Na2O/K2O的值均大于2，显示本区花岗岩为富钠的O型花岗岩[21]，为典型的与板片俯冲有关的埃达克岩，同时样品Mg#值偏高，均大于40，推测其可能产生于俯冲洋壳的部分熔融[19]。而Mg#值偏高的原因可能是由于洋壳熔融后形成的埃达克质岩浆在上升过程中受到了地幔楔或壳源物质的影响[22]。

6.2 构造意义

对于区内古生代构造背景的认识，有学者认为觉罗塔格地区于早石炭世已进入陆内拉张阶段，觉罗塔格构造带形成于裂谷环境[1-3]。较多学者认为觉罗塔格地区在早石炭世仍处于俯冲阶段[4-14]，觉罗塔格构造带形成于俯冲环境，而对于俯冲极性及产生的板块部位，有观点认为其与南天山洋向北俯冲的作用有关，形成于弧后盆地[4,7]；还有观点认为其与阿其克库都克一带的古洋盆向南俯冲的作用有关，产生于弧间盆地[10-11]；也有学者认为其产生于早石炭世北天山洋向北俯冲的被动陆缘[12]。本文玉林岩体的年龄为(327.1±6.6)Ma，与其附近的红云滩岩体(328.5±9.3 Ma)、百灵山岩体(317.7±3.7 Ma)的年龄基本一致[8,23]。在花岗岩Y+Nb-Rb构造环境判别图中，所有样品均落在火山弧花岗岩区域(图10)。通过对比研究，笔者认为觉罗塔格地区在早石炭世仍处于俯冲阶段，玉林花岗岩体可能形成于俯冲阶段的火山弧环境，岩浆在上升过程中为玉林铅锌矿点的形成提供了热液活动的支持。

7 结论

(1)玉林花岗岩体的年龄为(327.1±6.6)Ma，为早石炭世岩浆作用的产物。

图10 构造环境Rb-Y+Nb判别图Fig.10 Rb-Y+Nb discriminations of tectonic setting(据Pearce et al.，1984)

(2)主量元素表明玉林岩体为准铝质-低钾钙碱性系列的花岗闪长岩，属于I型花岗岩，与埃达克岩具有相似的地球化学性质。

(3)玉林岩体形成于俯冲作用下的火山弧环境，可能来源于俯冲洋壳的部分熔融，为玉林铅锌矿点的形成提供了热液活动的支持。

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