中天山南缘代京却克却二长花岗岩年代学研究及构造意义

热孜婉古丽·阿不力孜，靳刘圆，杨硕，李平，朱志新

（1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000）

中天山(伊犁-中天山)是在一系列具前寒武纪基底微陆块上形成的复合岩浆弧，西宽东窄呈楔形展布，向西延伸出境外，向东在库米什东部尖灭。大多研究者认为，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、最终闭合时间等重大问题还存在争议[1-8]。尤其是中天山南缘南天山洋盆发生俯冲作用的时间。

1 地质背景

研究区所在区域地段发现早古生代花岗岩类，有研究者认为是俯冲消减作用产物。前人所得结论主要依据中天山南缘巴伦台地区和那拉提以西的西南天山等地花岗岩类研究获得，两地间出露的一些花岗岩体，仅对个别花岗岩体开展研究，提出它们代表南天山洋向北俯冲消减产物的认识[9-12]，对该区部分岩体缺乏系统研究。

本文拟对中天山南缘代京却克却地区侵入岩体进行年代学、地球化学和同位素地球化学的相关研究，确定其形成年龄、成因及形成环境，旨在确立南天山洋盆的俯冲时限及俯冲极性，为中天山地球动力学背景提供新依据（图1）。

2 样品及分析方法

2.1 样品特征

二长花岗岩呈细粒花岗结构，块状构造。岩石主由斜长石（35%～40%）、钾长石（35%～40%）、石英（20%～25%）、黑云母（5%）组成。斜长石近半自形板状，被绢云母、绿帘石交代，表面略脏。钾长石近半自形板状。石英它形粒状，波状消光强烈。黑云母片状，被绿泥石、绿帘石交代，呈假象产出。岩石轻碎裂，沿裂隙有石英、绿帘石充填交代（图2）。

2.2 分析测试方法

采集的岩石样品在中国地质科学院国家地质实验测试中心进行测定。主量元素利用荧光光谱仪(XRF)测试分析，分析精度和准确度优于5%，微量元素分析采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析方法，分析精度和准确度优于10%。LA-ICP-MS锆石原位微区U-Pb定年在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成。ICPMS为Agilcnt 7 500 a，激光剥蚀系统为配备有193 nmArF准 分 子（Excimer）激 光 器 的 Geo-Las2005。分析中采用的激光斑束直径为30 μm，以氦气作为剥蚀物质的载气，同位素组成用标准锆石91500作为外标进行校正，元素含量用 NIST610作外标、Zr作内标进行校正。锆石测定数据经ICP MS Data Cal 3.5程序处理后，给出 Pb同位素组成、年龄、元素含量等参数[13]，年龄加权平均值计算及 U-Pb谐和图绘制使用 Isoplot 3.0程序完成[14]。

图1 新疆中天山区域地质简图（a）及中天山南缘代京却克却地区地质图(b)Fig.1 The Geological map of central Tianshan orogen in Xinjiang(a)and the geological sketch map of Daijingquekeque area(b)

图2 代京却克却地区二长花岗岩显微组构(正交偏光)Fig.2 The petrographical feature of monzonitic granite in the Daijingquekeque

3 测试结果

3.1 U-Pb年代学

对样品进行LA-ICP MS锆石同位素组成分析见表1。二长花岗岩锆石结构分析的阴极发光（CL）图像显示（图3-a），锆石多为长柱状，长宽比为1.5:1～2:1，晶型完整，可见明显韵律环带。二长花岗岩锆石232Th/238U值大于0.4，具岩浆成因特征[15]。二长花岗岩共选取12颗锆石进行U-Pb同位素定年，得出的谐和图年龄相对集中（图3-a），位于谐和线上或附近，加权平均年龄为（394.7±2.9）Ma，MSWD=1.2（图4），为中泥盆世，代表该岩体成岩年龄。

3.2 主量元素

主量元素分析结果见表2。二长花岗岩具较高的SiO2含量，68.78%～70.37%，均值69.38%，低的TiO2，0.45%～0.54%，均值0.49% ，Mg#42～44，均值43.2，MgO含量1.46%～1.64%，均值1.55%，CaO含量2.42%～2.60%，均值2.52%，全碱含量较高，K2O+Na2O=6.27%～6.89% 。SiO2-K2O图解上均落入高钾钙碱性系列内（图5-a）。铝饱和指数A/CNK值1.04～1.06，落入过铝质区域(图5-b)，属过铝质岩石。二长花岗岩属高钾钙碱性过铝质系列。

3.3 稀土、微量元素

图3 代京却克却地区二长花岗岩锆石阴极发光（CL）图Fig.3 Zircon cathodoluminescences(CL)image of monzonitic granite in the Daijingquekeque

图4 代京却克却地区二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图和表面加权平均年龄图Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb condordia diagram and weighted average ages of monzonitic granite in the Daijingquekeque

岩石地球化学稀土、微量元素分析结果见表3。二长花岗岩稀土元素总含量为146.06×10-6～164.24×10-6，LREE为132.4×10-6～149.70×10-6，HREE为13.66×10-6～14.54×10-6，LREE/HREE 为 9.69×10-6～11.97×10-6。（La/Yb）N值为11.94～12.93，均表现轻稀土强烈富集，重稀土强烈亏损特征。稀土元素球粒陨石标准化模式图上，样品模式图为右倾型(图6-a)。δEu介于0.76～0.81，具明显负异常，指示源区存在斜长石分离结晶作用，反映岩石形成于较低的氧化环境。δCe介于0.90～0.94，具弱负异常，反映岩石形成于较低的氧化环境，可能接受较弱的表生氧化作用，可能为弱氧化环境。

表1 代京却克却地区二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素数据Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data formonzonitic granite in the Daijingquekeque

表2 代京却克却地区二长花岗岩主量元素组成Table 2 Major element data for monzonitic granitein theDaijingquekeque 单位：×10-6

图5 代京却克却地区二长花岗岩SiO2-K2O图解（a）及A/CNK-A/NK图解(b)Fig.5 SiO2-K2O（a）and A/CNK-A/NK（b）plots for monzonitic granite in the Daijingquekeque

微量元素原始地幔标准化分布曲线上，二长花岗岩表现为大离子亲石元素Rb，Th，K相对富集，高场强元素Nb，Ta，Ti，P相对亏损特征，类似岛弧花岗岩特征（图6-b）。（Rb/Yb）N值介于7.8～51.56，为强不相容元素富集型，具交代地幔源特点，蛛网图呈缓右倾多峰式，相当于岛弧性质的分布曲线。Sr*异常值为0.16～0.54，为锶强烈亏损，反映岩石遭构造、热液作用影响，受到后期热液蚀变，导致Sr元素亏损。Th*异常值为0.08～0.96，为钍强亏损，指示岩石受后期构造作用和热液影响，遭强烈蚀变导致Th元素亏损。

4 讨论

4.1 岩石成因及构造环境

图6 代京却克却地区二长花岗岩稀土元素分布曲线（a）及微量元素蛛网图（b）Fig.6 REE patterns(a)and trace element spider diagram(b)for monzonitic granite in the Daijingquekeque

代京却克却二长花岗岩属高钾钙碱性过铝质岩石，为大离子亲石元素相对富集，高场强元素相对亏损，显示大陆边缘消减带弧钙碱性花岗岩类地球化学特征[16]。Mg#小于45，表明原始岩浆经一定分异作用，为下地壳部分熔融产物[17]。样品Nb/Ta比值为11.1～12.4，接近于地壳平均值 12.5～13.5[18]。Rb/Sr=0.37～0.46，略接近地壳 Rb/Sr值。Nd/Th 值为2.05～2.25，低于壳源岩石Nd/Th值（～3），远低于幔源岩石（大于15）[19]。总之，该岩体是幔源岩浆底侵带来的大量热能使得晚古生代下地壳物质发生部分熔融的产物。Rb-Y+Nd及Rb/30-Hf-3Ta图解中，样品均落于火山弧花岗岩区（图7-a，b），显示二长花岗岩形成于火山弧环境。稀土元素地球化学特征显示，岩石标准化曲线为“右倾型”，微量元素地球化学特征显示，岩石富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，进一步指示岩石具火山弧花岗岩特点，与前述成因及源区中具岛弧岩浆岩特征一致。

表3 代京却克却地区二长花岗岩稀土、微量元素组成Table 3 Rare earth element data for the monzonitic granite in the Daijingquekeque 单位：×10-6

4.2 对南天山洋盆俯冲时限的约束

对南天山洋盆的俯冲闭合时限及俯冲方向仍存在很多主张，Zhang et al.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，认为南天山碰撞作用发生于三叠纪[20]；李曰俊等据西南天艾克提克群中出现的放射虫，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[21]；舒良树等学者据黑英山蛇绿混杂岩，辉长岩锆石U-Pb年龄为（392±5）Ma，巴伦台古生代花岗岩类研究，认为塔里木板块与伊犁-中天山地块碰撞作用发生在早石炭世[22]。泥盆纪中晚期阶段，中天山形成大规模花岗质侵入岩，可能代表中天山造山作用结束，南天山洋盆发生闭合[23-24]。李平等对长城系星星峡岩群黑云斜长片麻岩中白云母进行 Ar-Ar年代学研究，获得年龄为（363±2）Ma，认为中天山造山结束时间，即南天山洋盆的闭合时限为晚泥盆世末期。不少学者以中天山南缘花岗岩中天山东段马鞍桥-阿格尔布拉克-巴伦台-桑树园子等地晚泥盆世（368～361Ma）花岗岩类的研究[25-26]，认为南天山碰撞作用发生于晚泥盆世，于石炭纪转入碰撞后的陆内造山演化阶段。本次对中天山南缘代京却克却地区泥盆纪二长花岗岩体开展的年代学研究，表明该地区岩浆活动在中泥盆世已开始，这与陈义兵等在中天山南缘巴伦台地区识别出中泥盆世糜棱岩化花岗闪长岩年龄(390±3)Ma)结论一致[27]。综合上述年代学研究认为，区域上识别出的岩浆活动表明，泥盆世期间为南天山洋盆俯冲阶段，中泥盆世二长花岗岩是南天山洋盆向中天山微地块之下俯冲形成陆缘岩浆弧的产物。

图7 不同构造环境花岗岩的非活动性元素的判别图Fig.7 Tectonic discrimination diagram for for monzonitic granite in the Daijingquekeque

5 结论

（1）中天山南缘代京却克却地区二长花岗岩LA-ICP-MS 锆石 U-Pb年龄为（394.7±2.9）Ma，属中泥盆世。

（2）二长花岗岩属于高钾钙碱性过铝质岩石，具Rb，Th，K相对富集，Nb，Ta，Ti，P相对亏损的地球化学特征。Nb/Ta、Rb/Sr比值反映下地壳部分熔融成因特点。

（3）据岩石地球化学特征及区域构造演化，认为中天山南缘代京却克却地区二长花岗岩形成于火山弧环境，是南天山洋盆向中天山微地块之下俯冲形成岛弧岩浆产物。