中天山南缘伊尔根布鲁克石英闪长岩锆石U-Pb年龄和地球化学特征

朱彦菲，靳刘圆，杨硕，卞翔

（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000）

对中亚造山带构造演化、块体起源、陆壳生长及它们对区域成矿的制约等方面的研究，历来是国内外地质学界的热点。一般认为，中亚造山带记录了显生宙全球最显著的地壳增生事件，造山带的形成和演化过程中洋盆闭合、板块汇聚、陆内造山和地幔柱驱动均有大量地幔物质注入大陆地壳中，导致显著的陆壳生长[1-5]。中国中天山地块位于中亚造山带西南段中国天山山脉核心部位，该地块大量出露前寒武纪基底岩石，研究显示其裂解源自古老陆块[6-10]。古生代时期中天山地块构造演化与多个古洋盆演化及多次陆陆碰撞事件密切相关，该过程中形成大量的显生宙岩浆岩——花岗质岩石。因此，中国中天山地块被认为是研究中亚造山带西南段形成历史的窗口及探讨古亚洲体系中陆壳演化(生长或再循环)的天然实验室。

多数研究者认为，中天山北缘边界断裂带和中天山南缘边界断裂带具古板块缝合带性质，是中天山南、北缘古洋盆长期构造演化形成的。目前对中天山南、北缘古生代洋盆的性质、演化过程与时限、最终闭合时间等的研究，存在较大争议[11-18]。尤其是中天山南缘南天山洋盆发生俯冲作用的时间，一直存在早泥盆世[19]，晚泥盆世[16,20-24]，早石炭世[25,26]，晚石炭世[26-29]，三叠纪之认识[30]。

笔者对在巴伦台镇北伊尔根布鲁克发现的石英闪长岩体展开岩石学、岩石地球化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究，确定其形成时代及形成环境，为中天山南缘构造演化提供佐证，及天山造山带构造演化研究提供资料。

1 地质背景及样品特征

研究区位于新疆和静县西北100 km处，属中天山南缘侵入岩带的一部分。区内地层有中元古界蓟县系卡瓦布拉克岩群，主要岩性为斜长片麻岩、绢云母石英片岩、石英砂岩、粉砂岩、大理岩。区内出露大面积石炭纪二长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长岩和少量闪长玢岩。本次研究的石英闪长岩体呈EW向带状展布（图1），长约5 km，南北宽约3 km，东部侵入蓟县系卡瓦布拉克岩群中，北部和西部被第四系覆盖，南部被石炭纪二长花岗岩侵入。石英闪长岩，似斑状结构，基质细粒半自形粒状结构，块状构造，岩石主由斑晶、基质组成。斑晶为斜长石，近半自形板状，1～2 mm，定向分布。基质为斜长石、钾长石、石英、黑云母，0.2～0.5 mm，部分0.5～1 mm（细），少部分0.05～0.2 mm（微）。斜长石近半自形板状，定向分布，局部略显糜棱化，被绢云母及方解石交代。钾长石近半自形-它形粒状，星散状分布，局部可见钠质条纹。黑云母呈片状、星散状分布，被绿泥石及绿帘石交代，少部分为假象。岩石蚀变较弱，蚀变矿物为高岭土、绿泥石（图2）。

图1 伊尔根布鲁克地质简图Fig.1 Geological sketch map of Yiergenbuluke

2 分析方法

全岩分析在新疆维吾尔自治区矿产实验室完成。将测试样品粉碎，研磨至200目以下的粉末备用，样品前处理采用酸溶法，主量元素测试方法为X-射线荧光光谱法（XRF），微量元素测试方法为ICP-MS法，氧化物相对标准样品的偏差低于2%，微量元素分析数据相对标准样品的偏差低于5%。

图2 伊尔根布鲁克石英闪长岩岩相学特征Fig.2 Microphotographs of the Yiergenbuluke quartz diorite

锆石分选在河北省廊坊区调队试验室完成，锆石阴极发光(CL)图的拍摄、锆石微量元素测定和U-Pb同位素测年均在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。测试仪器采用等离子体质谱仪Agilent7500a，激光能量70 mJ，频率8 Hz，激光束斑直径32 μm，剥蚀物质的载气使用He，锆石年龄计算采用标准锆石91500作为外标，NIST610作为内标。数据处理采用ICP-MS Data⁃Ca8.3程序，并进行普通铅校正[31]，年龄计算及谐和图绘制采用ISOPLOT3.0软件完成[32]。全岩地球化学分析由国土资源部武汉综合岩矿测试中心完成，主量元素除H2O采用重量法、CO2采用非水滴定法分析以外，其余氧化物均采用XRF法测定，分析精度(除H2O外)优于1%，微量和稀土元素采用ICP-MS法测定，分析精度优于5%，地球化学图件绘制采用Geokit软件完成[33]。

3 锆石U-Pb年龄

在石英闪长岩体中采集1件同位素测年样品，采样位置为北纬42°59′58.6″、东经 85°19′25.3″。伊尔根布鲁克石英闪长岩中分选出的锆石，多为无色透明，自形-半自形，多呈柱状，长宽比为1～3，粒径50～150 μm。测试选择内部纯净，没有包裹体和裂隙的部位测定（图3）。锆石CL图像显示具岩浆震荡环带。研究表明，不同成因的锆石有不同的232Th/238U比值，其中，变质成因的锆石232Th/238U比值一般小于等于0.1，岩浆成因的锆石232Th/238U比值一般大于0.4[34-35]。本次测定的样品的U-Pb同位素数据列于表1，样品的232Th/238U比值介于0.50～1.12，均大于0.4（表1），说明锆石为岩浆成因。8个数据的206Pb/238U年龄加权平均值为（313.3±5.7）Ma，代表了岩石的形成年龄（图4），表明岩石形成于晚石炭世。

图3 伊尔根布鲁克石英闪长岩锆石阴极发光图Fig.3 Zircon Cathodoluminescences(CL)image from quartz diorite in Yiergenbuluke

图4 伊尔根布鲁克石英闪长岩的锆石U-Pb谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircon in the quartz diorite in Yiergenbuluke

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素特征

伊尔根布鲁克石英闪长岩体样品主量元素分析结果见表2。

图5 伊尔根布鲁克石英闪长岩TAS图解Fig.5 TAS diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

CaO为3.68%～5.79%，均值4.57%；K2O为1.7%～2.79%，均值2.16%；SiO2为58.13%～66.74%，均值61.5%；Na2O为3.38%～5.33%，均值4.31%，含量较低。Al2O3为16.53%～17.84%，均值17.37%；TiO2为0.43%～0.74%，均值0.52%；MgO为1.35%～2.83%，均值2.0%，含量较高。里特曼指数（σ）均小于4，为钙碱性系列。碱质总量高，为6.36%～7.49%。TAS图解中石英闪长岩样品主要落入亚碱性系列闪长岩和花岗闪长岩区（图5）。SiO2-K2O图解中（图6），样品均落于钙碱性系列，表明石英闪长岩属钙碱性系列。镁指数（Mg#）为41.5～49.55，小于65，表明原始岩浆经一定的分异作用。

4.2 稀土和微量元素特征

石英闪长岩稀土元素总量（∑REE）较低，为51.78×10-6～143.96×10-6，LREE/HREE为4.46～18.48，（La/Yb）N为4.64～25.11，呈轻稀土强烈富集，重稀土强烈亏损特征。球粒陨石标准化曲线呈右倾型（图7-a）。δEu为 0.95～1.3，具弱正异常或无异常及HREE的亏损，反映源区残留相存在石榴子石的残余，基本无斜长石残留。

石英闪长岩微量元素原始地幔标准化分布曲线中（图7-b），表现为大离子亲石元素Ba，Sr，K相对富集，高场强元素Nb，Ta，Ti，P相对亏损，这一特征类似于岛弧火成岩特征。（Rb/Yb）N值23.15～75.92，为强不相容元素富集型，具交代地幔源特点，其蛛网图呈缓右倾多峰式，相当于岛弧性质分布曲线。Sr*异常值为1～2.84，为锶富集，反映岩石遭受构造，与消减作用有关。斜长石参加的堆积岩，遭后期热液作用蚀变较弱。Th*异常值为0.98～1.56，为正异常或无异常，反映岩石多为消减作用，抗风化能力较强，后期遭构造、热液作用影响，岩石蚀变较弱（表3）。

图6 伊尔根布鲁克石英闪长岩SiO2-K2O判别图Fig.6 SiO2-K2O diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

表1 石英闪长岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb 同位素数据Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data of quartz diorite from the Daijingquekeque

表2 伊尔根布鲁克石英闪长岩主量元素组成Table 2 Major element compositions of quartz diorite in Yiergenbuluke

图7 伊尔根布鲁克石英闪长岩稀土元配分曲线（a）及微量元素蛛网图（b）Fig.7 REE pattern(a)and trace element spider(b)of qua rtz diorite in Yiergenbuluke

表3 伊尔根布鲁克石英闪长岩稀土、微量元素组成Table 3 Trace element(10-6)compositions of quartz diorite in Yiergenbuluke 单位：×10-6

5 讨论

伊尔根布鲁克闪长岩总体上具LREE富集，Eu弱负异常的稀土分布模式，大离子亲石元素Ba，Sr，K相对富集，高场强元素Nb，Ta，Ti，P相对亏损，显示了大陆边缘消减带弧钙碱性侵入岩类球化学特征[36-37]。在Y+Nb-Rb和Y+Ta-Rb图解中样品均落在火山弧花岗岩区（图8，9），在Yb-Ta图解中样品落在火山弧花岗岩区（图10），表明伊尔根布鲁克闪长岩形成于大陆消减带的火山弧环境。

图8 伊尔根布鲁克石英闪长岩Y+Nb-Rb图解Fig.8 Y+Nb-Rb diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

图9 伊尔根布鲁克石英闪长岩Y+Ta-Rb图解Fig.9 Y+Ta-Rb diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

图10 伊尔根布鲁克石英闪长岩Yb-Ta图解Fig.10 Yb-Ta diagram of quartz diorite in Yiergenbuluke

目前对南天山洋盆俯冲闭合时限及俯冲方向存在不同认识，杨天南等对研究区巴伦台镇以东糜棱岩化花岗岩研究表明[38]，岩石的SHRIMP U-Pb年龄为405～416 Ma，形成于火山弧环境。王守敬等获得巴伦台地区钾长花岗岩年龄为（369.6士2.6）Ma[22]，为陆缘火山弧花岗岩，表明南天山洋壳向伊犁中天山微板块之下的俯冲至少持续到晚泥盆世。陈义兵等对中天山南缘糜棱岩化花岗闪长岩年代学研究认为[39]，中天山南缘洋壳在中泥盆世向北俯冲形成陆缘岩浆弧，通过增生锆石年龄，认为中天山南缘洋盆闭合与碰撞造山的时代为晚泥盆世末期。高俊等根据分布于西天山和中天山南缘的岩浆岩（470～308 Ma）[29]、中天山南缘高压变质岩带同位素年龄（峰值年龄为320 Ma），认为南天山古洋盆于晚石炭世闭合，二叠纪期进入后碰撞演化阶段；李锦轶等在区域地质资料综合分析基础上[16]，得出同样结论。据塔里木板块、伊犁地块、哈萨克斯坦-北天山的古地磁研究结果，库车盆地上二叠统比尤勒包谷孜组陆相磨拉石沉积，天山早二叠世陆内大规模走滑断裂作用，中-南天山290～280 Ma的后碰撞花岗岩类、275～260 Ma的后造山碱性岩类、316～276 Ma的“钉合岩体”及早二叠世大量出现的基性岩脉、岩墙（群）同样辅证碰撞造山作用发生于晚石炭世。李曰俊等据西南天艾克提克群中出现的放射虫[28]，认为南天山西段残余古洋盆最终闭合的时间应为二叠纪末，此后进入周缘前陆盆地演化阶段；Zhang L F et al.根据西天山高压变质带榴辉岩的锆石U-Pb年龄233～226 Ma和263～243 Ma[40]，认为南天山碰撞作用发生于三叠纪。

本次对伊尔根布鲁克闪长岩体开展年代学研究，获得的年龄(313.3士5.7)Ma，表明该地区岩浆活动形成于晚石炭世。石英闪长岩体地球化学特征表明，其形成于俯冲消减环境，南天山洋在晚石炭世仍存在由南向北的俯冲活动，说明南天山洋盆闭合应晚于晚石炭世。

6 结论

(1)石英闪长岩SiO2含量58.13%～66.74%，具低CaO含量3.68%～5.79%和高Al2O3含量13.02%～13.68%特征。轻重稀土元素分馏明显，富集轻稀土元素，Eu弱正异常或无异常，δEu=0.95～1.3。岩石地球化学研究表明，石英闪长岩富集大离子亲石元素Ba，Sr，K和亏损高场强元素Nb，Ta，Ti，P，具火山弧花岗岩特征。

（2）据LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试结果，伊尔根布鲁克石英闪长岩，其原岩岩浆结晶年龄为（313.3±5.7）Ma，表明岩石形成于晚石炭世。

（3）岩石地球化学和区域地质背景研究表明，伊尔根布鲁克石英闪长岩是俯冲消减作用的产物，它可能是中天山南缘大洋在晚奥陶世俯冲消减作用下形成的，表明中天山南缘大洋的俯冲消减作用至少延续到晚石炭世。

[1]Hu A,Jahn B M,Zhang G,et al.Crustal evolution and Phanerozoic crustal growth in northern Xinjiang:Nd isotopic evidence.Part I.Isotopic characterization of basement rocks[J].Tectonophysics,2000,328(1-2):15-51.

[2]Jahn B M,Wu F,Hong D.Important crustal growth in the Phanerozoic:Isotopic evidence of granitoids from east-central Asia[J].Journal of Earth System Science,2000,109(1):5-20.

[3]Jahn B M,Wu F Y,Chen B.Massive granitoid generation in Central Asia:Nd isotope evidence and implication for continental growth in the Phanerozoic.Episodes[J].Episodes,2000,23(2):82-92.

[4]洪大卫,王式洸,谢锡林,等.从中亚正ε_(Nd)值花岗岩看超大陆演化和大陆地壳生长的关系[J].地质学报,2003,77(2):203-209.

[5]Jahn B M.The Central Asian Orogenic Belt and growth of the continental crust in the Phanerozoic[J].Geological Society London Special Publications,2004,226(1):73-100.

[6]胡霭琴,韦刚健,江博明,等.天山0.9Ga新元古代花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄及其构造意义[J].地球化学,2010,39(3):197-212.

[7]Dong Y,Zhang G,Neubauer F,et al.Syn-and post-collisional granitoids in the Central Tianshan orogen:Geochemistry,geochronology and implications for tectonic evolution[J].Gondwana Research,2011,20(2-3):568-581.

[8]Lei R X,Wu C Z,Gu L X,et al.Zircon U-Pb chronology and Hf isotope of the Xingxingxia granodiorite from the Central Tianshan zone(NW China):Implications for the tectonic evolution of the southern Altaids[J].Gondwana Research,2011,20(2-3):582-593.

[9]陈义兵,张国伟,柳小明,等.中天山巴仑台地区变形花岗岩类LA-ICP-MSU-Pb年代学及其构造意义[J].地质论评,2012,58(1):117-125.

[10]He Z Y,Zhang Z M,Zong K Q,et al.Zircon U-Pb and Hf isotopic studies of the Xingxingxia Complex from Eastern Tianshan(NW China):Significance to the reconstruction and tectonics of the southern Central Asian Orogenic Belt[J].Lithos,2014,s 190-191(2):485-499.

[11]Gao J,Li M,Xiao X,et al.Paleozoic tectonic evolution of the Tianshan Orogen,northwestern China[J].Tectonophysics,1998,287(1-4):213-231.

[12]李锦轶,肖序常.对新疆地壳结构与构造演化几个问题的简要评述[J].地质科学,1999(4):405-419.

[13]Xiao W J.Paleozoic accretionary and collisional tectonics of the eastern Tianshan(China):Implications for the continental growth of central Asia[J].Social Compass,2004,304(1):85-98.

[14]董云鹏,周鼎武,张国伟,等.中天山北缘干沟蛇绿混杂岩带的地质地球化学[J].岩石学报,2006,22(1):49-56.

[15]高俊,龙灵利,钱青,黄德志,苏文,Klemd R.南天山:晚古生代还是三叠纪碰撞造山带?[J].岩石学报,2006,22(5):1049-1061.

[16]李锦轶,王克桌,李亚萍,孙桂花,褚春华,李丽群,朱志新.天山山脉地貌特征、地壳组成与地质演化[J].地质通报,2006,25(8):895-909.

[17]朱志新,李锦轶,董连慧,等.新疆西天山古生代侵入岩的地质特征及构造意义[J].地学前缘,2011,18(2):170-179.

[18]Ma X,Shu L,Meert J G.Early Permian slab breakoff in the Chinese Tianshan belt inferred from the post-collisional granitoids[J].Gondwana Research,2015,27(1):228-243.

[19]张元元,郭召杰.准噶尔北部蛇绿岩形成时限新证据及其东、西准噶尔蛇绿岩的对比研究[J].岩石学报,2010,26(2):422-430.

[20]舒良树,卢华复,印栋豪,等.中、南天山古生代增生-碰撞事件和变形运动学研究[J].南京大学学报(自然科学),2003,39(1):17-30.

[21]Wang B,Chen Y,Zhan S,et al.Primary Carboniferous and Permian paleomagnetic results from the Yili Block(NW China)and their implications on the geodynamic evolution of Chinese Tianshan Belt[J].Earth&Planetary Science Letters,2007,263(3-4):288-308.

[22]王守敬,王居里.新疆巴伦台钾长花岗岩的地球化学及年代学[J].西北大学学报:自然科学版,2010,40(1):105-110.

[23]Dong Y,Zhang G,Neubauer F,et al.Syn-and post-collisional granitoids in the Central Tianshan orogen:Geochemistry,geochronology and implications for tectonic evolution[J].Gondwana Research,2011,20(2-3):568-581.

[24]Ma X,Shu L,Meert J G,et al.The Paleozoic evolution of Central Tianshan:Geochemical and geochronological evidence[J].Gondwana Research,2014,25(2):797-819.

[25]李向东,王克卓.塔里木盆地西南及邻区特提斯格局和构造意义[J].新疆地质,2000,18(2):113-120.

[26]刘楚雄,许保良,邹天人,等.塔里木北缘及邻区海西期碱性岩岩石化学特征及其大地构造意义[J].新疆地质,2004,22(1):43-49.

[27]姜常义,姜寒冰,叶书锋,等.新疆库鲁克塔格地区二叠纪脉岩群岩石地球化学特征,Nd、Sr、Pb同位素组成与岩石成因[J].地质学报,2005,79(6):823-833.

[28]李曰俊,孙龙德,吴浩若,等.南天山西端乌帕塔尔坎群发现石炭-二叠纪放射虫化石[J].地质科学,2005,40(2):220-226.

[29]Long L,Gao J,Klemd R,et al.Geochemical and geochronological studies of granitoid rocks from the Western Tianshan Orogen:Implications for continental growth in the southwestern Central Asian Orogenic Belt[J].Lithos,2011,126(3):321-340.

[30]Zhang L,Ai Y,Li X,et al.Triassic collision of western Tianshan orogenic belt,China:Evidence from SHRIMP U-Pb dating of zircon from HP/UHP eclogitic rocks[J].Lithos,2007,96(1):266-280.

[31]Andersen T.Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report 204Pb[J].Chemical Geology，2002，192(1-2):59-79.

[32]Ludwig KR.Isoplot/Ex version 2.49：A geochronological toolkit for Microsoft Excel[M].Berkeley：Berkeley Geochronology Center Special Publication，2003，La:1-56.

[33]路远发.Geotit：一个用VBA构建的地球化学工具软件包[J].地球化学，2004，33(5):459-464.

[34]Hsokin PWO and Black LP.Metamorphic ziron formation by solid-state recrystallization of protolith igneous zircon[J].Journal of Metamorphic Geology,2000,18:423-439

[35]吴元保，郑永飞.锆石成因矿物学研究及其对U-Pb年龄解释的制约[J].科学捅报，2004,49(16):1589-1604.

[36]Pearce J A,Harris N B W,Tindle A G.Trace Element Discrimination Diagrams for the Tectonic Interpretation of Granitic Rocks[J].Journal of Petrology,1984,25(4):956-983.

[37]Wilson M.Igneous Petrogenesis:AGlobal Approach[J].1989.

[38]杨天南,李锦轶,孙桂华,等.中天山早泥盆世陆弧:来自花岗质糜棱岩地球化学及SHRIMP-U/Pb定年的证据[J].岩石学报,2006,22(1):41-48.

[39]陈义兵,张国伟,柳小明,等.中天山巴仑台地区变形花岗岩类LA-ICP-MSU-Pb年代学及其构造意义[J].地质论评,2012,58(1):117-125.

[40]Zhang L,Ai Y,Li X,et al.Triassic collision of western Tianshan orogenic belt,China:Evidence from SHRIMP U-Pb dating of zircon from HP/UHP eclogitic rocks[J].Lithos,2007,96(1):266-280.