伊犁地块阿腾套山“奥长花岗岩”锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成及意义

滕明耀，谢德胜，罗耀清，王伟宁

（1.长安大学 地球科学与资源学院，陕西 西安 710054；2.新疆地质矿产勘查开发局第九地质大队，新疆 乌鲁木齐 830000）

奥长花岗岩的定义为含钠长石或奥长石的英云闪长岩的浅色变种[1]。有效的识别方法有两种：①用火成岩QAP的实际矿物定量分类，将位于5区的色率（M）≤10的样品识别为奥长花岗岩；②用O’Connor的An-Ab-Or标准矿物分类方法[2]，将位于奥长花岗岩区域的样品识别为奥长花岗岩。富含富钠碱性长石（An0～5的钠长石、歪长石）的花岗岩同样会落入An-Ab-Or图解的奥长花岗岩区域，但不会位于QAP图解的5区，即不属于英云闪长岩的浅色变种，因此是否应识别为奥长花岗岩？

南天山洋作为伊犁—中天山地块和塔里木克拉通之间的古生代洋盆，一般认为在奥陶纪打开并在早志留世开始向北俯冲[3]，其争议的焦点是闭合时间。有研究者认为其在晚泥盆世闭合，伊犁地块南部石炭纪进入碰撞后裂谷环境[4]，更多的研究者认为伊犁地块南部早石炭世广泛的岩浆活动仍是俯冲作用的产物[5]。近期，关于南天山洋向北俯冲的起始时间也有人提出了不同观点，认为其在泥盆纪末期开始俯冲[6]。经锆石U-Pb定年，发现我们的花岗斑岩样品正处于泥盆纪末期这一关键时期，其地球化学特征对探究洋盆关闭和起始俯冲的时间均具重要意义。

1 地质背景及样品特征

阿腾套山位于伊犁地块南部（图1a），已有研究显示该地区岩浆作用集中于早石炭世[7-12]（图1b），其中大哈拉军山组火山岩是典型的弧火山岩[5]。A型球泡流纹岩[8]、双峰式火山岩[9]的发现被认为该地区早石炭世存在弧后拉张。同时沉积的阿克沙克组岩性主要为灰岩，少量陆缘碎屑岩，含腕足、植物等化石，说明形成于一个大陆边缘。

花岗斑岩样品取自阿腾套山塔勒德萨依岩体，呈肉红色，具斑状结构，块状构造。斑晶约占20%，主要成分为石英和碱性长石，粒径约1mm～4mm，石英呈无色圆状，碱性长石呈肉红色它形板状，可见少量黑云母。基质约占80%，微晶—隐晶质。（图2）。

图1 （a）伊犁地块构造位置示意图（据文献[3]修改）；（b）阿腾套山地质简图（据文献[8]修改）

图2 花岗斑岩样品野外照片

2 分析方法

样品的主、微量分析在长安大学成矿作用及其动力学实验室完成。采用X射线荧光光谱法（XRF）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）分析，分析精度一般优于3%。

锆石原位U-Pb和Lu-Hf同位素测定在中国地质调查局西安地质调查中心岩浆作用成矿与找矿重点实验室采用Neptune型多接收ICP-MS联合Geolas Pro型激光剥蚀系统完成。年龄测试采用锆石91500作为外标，锆石微量元素测定采用NIST610作为外标，29Si作为内标。U-Th-Pb比值用Glitter 4.4计算，年龄计算和协和图采用Isoplot/Excel3完成。Hf同位素测试以锆石GJ-1作为参考标准。

3 花岗斑岩样品地球化学特征

3.1 主、微量元素地球化学特征

主、微量元素分析结果见表1。样品高SiO2（77.01%）、TFeO（2.38%），低Al2O3（12.01%）、MgO（0.47%）、Mg#（26），富钠贫钾，Na2O含量为4.89%，K2O含量为2.64%，Na2O/K2O=1.85。AR=4.29，属碱性系列。A/CNK=1.09，为过铝质岩石。样品石英标准分子31%，在TAS图解上位于花岗岩区域（图略），在图3上位于奥长花岗岩区域。

样品低Sr（21.4×10-6），高Y（36.7×10-6）、Yb（4.46×10-6）、Nb（27.1×10-6）、Zr（471×10-6）、Ga（21.3×10-6），轻重稀土分馏程度低（LaN/YbN=3.83），具有显著的Eu负异常（δEu=0.19），10000Ga/Al=3.4，锆石饱和温度900℃，表现出A型花岗岩的特征。

图3 花岗斑岩样品的O’Connor[2]An-Ab-Or分类图解

3.2 锆石U-Pb年龄

花岗斑岩样品锆石阴极发光图像显示（图4），选取的锆石呈自形长柱状，长宽比为2：1～3：1，均表现出典型的岩浆韵律环带。锆石U-Pb年龄分析结果表中（表2），Th含量为10×10-6～361×10-6，U含 量 为17×10-6～506×10-6，Th/U比值在0.5～1.3，具较好的正相关关系，反应了锆石岩浆成因。206Pb/238U年龄的最小值为362±7Ma，最大值为369±7Ma。样品21个测点多落在谐和线上（图4），加权平均年龄为366.4±1.6Ma（MSWD=0.18），属晚泥盆世末期。

图4 花岗斑岩样品锆石U-Pb年龄协和图

3.3 锆石Hf同位素特征

花岗斑岩样品18粒锆石的Lu-Hf同位素测试结果见表3。测点的176Lu/177Hf小于0.002，所测定的176Hf/177Hf可以表示锆石形成时的Hf同位素组成。样品的fLu/Hf平均值为-0.96，小于镁铁质下地壳的fLu/Hf（-0.34）和硅铝质上地壳的fLu/Hf（-0.72），二阶段模式年龄更能反映其源区物质从亏损地幔被抽取的时间。

花岗斑岩样品的176Hf/177Hf=0.282761～0.282975，均值0.282863 ；εHf（t）=+7.3～+15.1，均值 +11.03，具有较亏损的Hf同位素组成；二阶段模式年龄为409Ma～902Ma，均值665Ma，且多集中于此。

图5 花岗斑岩样品的锆石Hf同位素图解

4 讨论

4.1 花岗斑岩样品成因

花岗斑岩样品具斑状结构，斑晶较小，应未经历强烈的结晶分异作用，同时具有极其亏损的Hf同位素组成，富钠贫钾，因此应来源于贫钾的新生玄武质洋壳或陆壳的部分熔融。样品低MgO和Mg#，无地幔组分加入的印记，更可能来源于陆壳而非洋壳，因板片熔体底侵上升过程中通常会与地幔橄榄岩发生相互作用。且Hf同位素的二阶段模式年龄约665Ma与伊犁地块780Ma～580Ma伸展背景下显著的岩浆作用相吻合，该阶段的碎屑锆石Hf同位素强烈亏损，有新生地壳的形成。780Ma形成的辉长岩、闪长岩具OIB的特征，为低K2O玄武岩类，除1件样品外其余11件样品均具有较高的Na2O/K2O（平均3.6），该阶段形成的玄武质陆壳应为花岗斑岩样品源岩。样品低Al2O3（12.01%）、Sr（21.4×10-6），高 Y（36.7×10-6）、Yb（4.46×10-6），轻重稀土分馏不明显（LaN/YbN=3.83），Eu负异常强烈，源区斜长石稳定存在，缺乏石榴子石残留。高Nb（27.1×10-6）、Ta（1.92×10-6），更无金红石残留，形成于一个低压区。因此，花岗岩来源于贫钾的新生玄武质陆壳低压条件下的部分熔融，具低压型TTG的特征。

4.2 分类意义

Jahn基于O’Connor的An-Ab-Or标准矿物分类[2]将英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩用“TTG”来表示富钠花岗岩类，其意义在于富钠贫钾，来源于新生的贫钾玄武岩，代表不成熟的陆壳。O’Connor在做An-Ab-Or标准矿物分类时并未将歪长石和An0～5的钠长石从奥长花岗岩区域剔除，富钠碱长花岗岩与奥长花岗岩（狭义）在TTG意义上并无差异，是否形成斜长石与不同温压条件下的结晶历史有关[2]，同时可能与部分熔融程度和原始固相中斜长石号数有关。因此，讨论TTG时奥长花岗岩的概念应扩大到包含富钠碱长花岗岩。

4.3 构造意义

如前所述，花岗斑岩样品表现出A型花岗岩的特征，形成于一个高温低压环境，正是具裂谷特征的岩浆岩的发现，南天山洋被认为在石炭纪之前已经关闭[4]。而伊宁地块广泛分布的早石炭世大哈拉军山火山岩具明显的弧火山岩特征[5]，更多的研究者认为从晚泥盆世到早石炭世南天山洋持续向北俯冲，因此高温低压的环境只是弧后的局部拉张。乌孙山360Ma～362Ma的花岗岩被认为是弧后拉张的产物，并认为弧后拉张是由南天山洋向北初始俯冲造成[6]。但是伊犁—中天山南缘志留纪俯冲岩浆作用即被广泛报道，认为南天山向北俯冲起始于430Ma左右[3]。阿腾套山、乌孙山等弧后地区岩浆岩集中于早石炭世，作者认为约366Ma是拉张的开始，但并非起始俯冲的时间。南天山洋在约430Ma开始向北俯冲，俯冲过程中由于板片密度较高，在约366Ma造成板片后撤（并可能发生断离[10]）、弧后拉张，造成地温梯度升高，进而出现板片、地幔、陆壳同时广泛熔融的现象，使得早石炭世不同岩浆岩同时具弧和裂谷的特征。因此，约366Ma是伊犁地块南部由弧向弧—盆体系转换的关键时期，但非俯冲开始的时间，也非洋盆闭合的时间。

5 结论

（1）阿腾套山花岗斑岩样品形成于366.4±1.4Ma，具A型花岗岩的特征，来源于新生的贫钾玄武质陆壳高温低压条件下的部分熔融，是伊犁地块南部弧向弧—盆体系开始转换的标志。

（2）在讨论TTG时，应将奥长花岗岩的概念扩大到包含富钠碱长花岗岩。

表1 花岗斑岩样品主（wt.%）、微量元素（×10-6）分析结果及计算

表2 花岗斑岩样品锆石U-Pb同位素分析结果

表3 花岗斑岩样品锆石Lu-Hf同位素分析结果