新疆阿尔泰大喀拉苏花岗岩年代学、地球化学特征及其构造意义

李 强,杨富全,杨成栋

(中国地质科学院矿产资源研究所 自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室,北京 100037)

0 引 言

阿尔泰造山带是中亚造山带重要组成部分，是由一系列大陆块体、岛弧和增生杂岩构成的增生型造山带[1-2]，呈NW—SE向横贯于中国、俄罗斯、哈萨克斯坦、蒙古四国。中国新疆阿尔泰造山带构造上位于西伯利亚板块和哈萨克斯坦—准噶尔板块之间，其北接西伯利亚板块，南以额尔齐斯—布尔根板块缝合带为界与南部的哈萨克斯坦—准噶尔板块相接，经历了古生代地壳侧向增生和中新生代陆内造山作用，同时也是重要的多金属-稀有金属-白云母成矿带[1，3-10]。新疆阿尔泰侵入岩分布广泛，至少占40%的面积，以花岗岩类为主[11]。前人对阿尔泰侵入岩进行了深入研究，在侵入岩时空分布、壳幔相互作用、增生造山、陆壳生长和区域构造演化等方面都取得了重要成果[12-17]，极大地推动了阿尔泰乃至中亚造山带造山演化过程的认识。尽管如此，除泥盆纪阿尔泰发生了俯冲消减作用得到了大多数人的认同外[18-24]，俯冲开始时间、俯冲方向、碰撞开始和结束时间等都还未能很好地限定[2，7，10，15，25-29](如二叠纪阿尔泰构造环境存在增生造山和碰撞后伸展环境的争议[7，30-35])。新疆阿尔泰二叠纪岩浆侵入作用强烈，仅次于泥盆纪，主要分布于新疆阿尔泰南缘—额尔齐斯构造带，岩性以花岗岩为主，其年代学和地球化学研究对探讨阿尔泰二叠纪构造演化具有重要意义。因此，本文选取新疆阿尔泰南缘大喀拉苏稀有金属矿区花岗岩为研究对象，通过LA-Q-ICP-MS锆石U-Pb定年、地球化学和Sr-Nd同位素组成分析，探讨其来源、演化以及形成的大地构造背景，以期为阿尔泰造山带构造演化研究提供新资料。

1 区域地质概况

新疆阿尔泰划分为北阿尔泰、中阿尔泰和南阿尔泰(图1)。北阿尔泰位于红山嘴—诺尔特断裂以北，主要由中晚泥盆世—早石炭世火山-沉积岩组成。中阿尔泰即喀纳斯—可可托海一带，位于红山嘴断裂与阿巴宫断裂、巴寨断裂之间，主要为早古生代变质岩系，出露地层主要有震旦纪—中奥陶世浅变质巨厚陆源复理石建造(哈巴河群)、晚奥陶世火山-磨拉石及陆源碎屑岩建造、中—晚志留世变砂岩。南阿尔泰北以阿巴宫断裂为界，南以克兹加尔断裂为界与额尔齐斯构造带相邻，主要发育康布铁堡组和阿勒泰镇组变质火山-沉积岩系，其次为石炭系火山-沉积岩系和中—上志留统片岩、片麻岩、变粒岩。南阿尔泰变质火山-沉积岩系主要分布在4个NW向斜列的火山-沉积盆地中，从西北至东南依次为阿舍勒盆地、冲乎尔盆地、克兰盆地和麦兹盆地，其中克兰盆地是该区重要的矿产集中地，已发现了铁-磷灰石矿、铁锰矿、铅锌(铜)矿、铁铜矿、金矿、稀有金属矿等一系列与火山-侵入岩有关的矿产资源。

大喀拉苏花岗伟晶岩型稀有金属矿床位于克兰盆地南部，新疆阿勒泰东南57°直距约36 km处，赋存于花岗伟晶岩中的铌钽矿储量为中型，铍矿为小型，已闭坑多年[36]。矿区出露地层为中—上泥盆统阿勒泰镇组，岩性为片岩和变质粉砂岩等(图2)。以1号矿脉为代表的数十条稀有金属矿化伟晶岩脉呈板状脉或分支复合脉密集侵位于大喀拉苏岩体南端(图3)，少量分布于阿勒泰镇组中。大喀拉苏岩体岩性为似斑状黑云母二长花岗岩，呈岩株和岩脉状分布，东北及西北侧岩体产状较陡，西南及东南侧产状较缓，接触带岩体多呈锯齿状且混合岩发育[37]。

2 样品采集及分析方法

2.1 样品采集

用于锆石U-Pb定年和地球化学分析的样品均采自大喀拉苏铍铌钽矿区1号Be-Nb-Ta矿化伟晶岩脉的围岩(岩性为似斑状黑云母二长花岗岩，坐标为(47°37′32″N，88°28′30″E))。锆石U-Pb定年样品采自大喀拉苏岩体南部(图2)，为岩体的主体。5件地球化学样品采自岩体的不同部位(样品KLSH16-1～KLSH16-5坐标分别为(47°37′32.1″N，88°28′30.3″E)、(47°37′32″N，88°28′30.6″E)、(47°37′33″N，88°28′30.3″E)、(47°37′31.8″N，88°28′29.3″E)、(47°37′31.5″N，88°28′30.7″E))，均为相对新鲜无蚀变岩石。岩石新鲜面呈灰白色，具块状构造、似斑状结构。斑晶主要为斜长石和少量钾长石，粒径为5～10 mm，解理清晰可见，斑晶体积分数约为10%。基质为显晶质，主要由石英(体积分数约为30%)、斜长石(30%～35%)、钾长石(20%～25%)和黑云母(约10%)组成(图3)。石英呈他形粒状，粒径为0.3～3.0 mm，多为集合体，呈镶嵌状分布，粒内可见轻波状、带状消光。斜长石呈半自形板状、他形粒状等，粒径为1～4 mm，杂乱分布，多见聚片双晶，晶体内略显波状消光，局部被白云母交代。钾长石呈半自形板状、他形粒状等，粒径为0.2～2.0 mm，部分颗粒内部嵌布板条状斜长石、他形粒状石英。黑云母呈片状，片径为0.2～1.0 mm，多色性明显(Ng为深绿色，Np为浅绿色)，杂乱分布在岩石内。副矿物为不透明矿物、磷灰石、锆石等。

图件引自文献[38]图1 新疆阿尔泰造山带区域地质简图Fig.1 Geological Sketch Map of Altay Orogenic Belt,Xinjiang

图件引自文献[37]图2 大喀拉苏铍铌钽矿区地质略图Fig.2 Simplified Geological Map of Dakalasu Be-Nb-Ta Ore District

2.2 锆石U-Pb定年

定年样品的破碎和锆石挑选工作由河北省区域地质矿产调查研究所(廊坊)实验室完成。样品经过严格的粉碎、重液分离和磁选，再在双目镜下挑选出晶形好、无裂缝、干净透明的锆石晶体。锆石样品靶的制作和锆石阴极发光(CL)图像在北京锆年领航科技有限公司完成。

锆石U-Pb定年利用北京科荟测试技术有限公司的LA-Q-ICP-MS分析仪完成。激光剥蚀系统为ESI NWR 193 nm，ICP-MS为Analytikjena Plasma Quant MS Elite ICP-MS。激光剥蚀过程中采用He作载气、Ar为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个Y型接头混合。每个时间分辨分析数据包括15～20 s的空白信号和45 s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal完成[39]。锆石U-Pb定年中采用锆石标样GJ-1作外标进行同位素分馏校正，每5～10 个分析点后，分析2次GJ-1。对于与分析时间有关的U-Th-Pb 同位素比值漂移，利用GJ-1的变化采用线性内插的方式进行校正[39]。锆石U-Pb 年龄谐和曲线绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot 3.0程序完成。

2.3 岩石地球化学

主量、微量和稀土元素分析在广州澳实分析测试中心完成。主量元素利用X荧光光谱仪(ME-XRF26)测试：Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5、SiO2、TiO2采用国家标准《硅酸盐岩石化学分析方法第28部分:16个主次成分量测定》(GB/T 14506.28—2010)[40];H2O+采用国家标准《硅酸盐岩石化学分析方法第2部分:化合水量测定》(GB/T 14506.2—2010)[41];CO2采用行业标准《土壤碳酸盐测定法》(NY/T 86—1988)[42];FeO采用滴定法测定，按照国家标准《硅酸盐岩石化学分析方法第14部分:氧化亚铁量测定》(GB/T 14506.14—2010)[43];烧失量(LOI)采用行业标准《森林土壤矿质全量元素(硅、铁、铝、钛、锰、钙、镁、磷)烧失量的测定》(LY/T 1253—1999)[44]。微量元素用四酸消解、质谱/光谱仪(ME-MS61)综合分析，稀土元素采用硼酸锂熔融、等离子质谱法(ME-MS81)测定。主量元素检出限为0.01%。微量和稀土元素检出限分别为：Th、Tb、Ho、Tm、Lu为0.01×10-6，Pr、Sm、Eu、Er、Yb为0.03×10-6，Be、Cs、Ga、Mo、Ta、Gd、Dy为0.05×10-6，Co、Nb、Rb、Sc、U、Y、Nd为0.1×10-6，Li、Ni、Sr、Hf为0.2×10-6，Pb、La、Ce为0.5×10-6，Cr、V为1×10-6，Ba为10×10-6。

2.4 同位素地球化学

Rb-Sr和Sm-Nd同位素的分离和分析在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成。同位素通过传统的阳离子交换柱法分离和纯化，同位素分析在英国Nu Instruments公司生产的多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICPMS)Nu Plasma Ⅱ上完成。在测试样品之前，仪器要用标准溶液来调试仪器参数，调试后还要稳定仪器40 min左右才能测定样品，测试过程中采取每测定5个未知样品，进行一次标样测试。测试标样为BCR-2，其143Nd/144Nd和87Sr/86Sr推荐值分别为0.512 633和0.705 020，未知样品和标样的精度要求范围均为±0.000 020。本次测试中获得标样BCR-2的143Nd/144Nd值为0.512 630～0.512 634，87Sr/86Sr值为0.705 016～0.705 020，满足精度要求。

3 结果分析

3.1 锆石U-Pb年龄

本次用于定年的锆石在透射光下多为无色或半透明，金属光泽，多呈半自形—自形长柱状及双锥状晶体，晶棱及晶面清楚，长轴为100～180 μm，长短轴比为1.2∶1.0～3.5∶1.0。在阴极发光图像中，大多数锆石均发育较好的振荡环带结构(图4)，显示了岩浆锆石的特点[45-46]。本次对20颗锆石进行了测试，获得18个有效数据，其LA-Q-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果见表1，锆石Th和U含量(质量分数，下同)分别为(47.5～225.8)×10-6和(105.1～1 112.7)×10-6,Th/U值为0.09～0.86，显示了岩浆锆石的特征[47]。18个分析点中，有2颗锆石206Pb/238U表面年龄为355.3～374.5 Ma，落在李彦等限定的阿勒泰镇组年龄范围(354～382 Ma)内[48]，与阿勒泰镇组白云母石英片岩(原岩为凝灰岩)和变质流纹岩锆石U-Pb年龄(354～376 Ma)[38，49]非常接近，可能是岩浆上升时捕获的阿勒泰镇组火山(碎屑)岩中锆石；3颗锆石206Pb/238U表面年龄为270.5～332.9 Ma，可能同样暗示了较老锆石的捕获；其余13颗锆石的206Pb/238U表面年龄数据比较集中，为254.1～267.3 Ma，在误差范围内有较一致的207Pb/206Pb、207Pb/235U和206Pb/238U值，数据点聚集在年龄谐和曲线两侧一个较小的区域范围内(图5)，其206Pb/238U加权平均年龄为(261.4±2.1)Ma(平均标准权重偏差(MSWD)为0.73)，与谐和年龄((261.5±2.9)Ma，MSWD值为11.1)一致，可代表黑云母二长花岗岩的侵位年龄。

3.2 地球化学特征

本次研究共采集了5件大喀拉苏矿区黑云母二长花岗岩样品，对其进行主量、微量、稀土元素分析和Sr-Nd同位素分析，测试结果见表2、3。

3.2.1 主量元素

大喀拉苏矿区黑云母二长花岗岩具有富Si(SiO2含量为69.03%～70.94%)、富Al(Al2O3为14.18%～14.71%)、中等Na(Na2O为3.53%～3.81%)、富K(K2O为4.23%～5.05%)、全碱含量较高(K2O+Na2O为7.92%～8.71%)的特征(表2)。Na2O含量低于K2O含量，Na2O/K2O值为0.70～0.87。岩石中Ca含量中等(CaO为1.40%～1.76%)，低Fe(TFe2O3为3.01%～3.92%)、Mg(MgO为0.58%～0.79%)、Ti(TiO2为0.43%～0.59%)，具有较高的P(P2O5为0.18%～0.25%)。在SiO2-K2O图解[图6(a)]上，SiO2和K2O含量显示较好的正相关性，总体表现为高钾钙碱性特征。铝饱和指数较高(A/CNK值为1.02～1.04)，属于弱过铝质花岗岩(A/CNK值大于1.0)，在A/NK-A/CNK图解[图6(b)]中分析点大多数分布于过铝质区域。

图4 代表性锆石阴极发光图像及对应年龄Fig.4 CL Images of Representative Zircons and the Corresponding Ages

表1 LA-Q-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Tab.1 Analysis Results of LA-Q-ICP-MS Zircon U-Pb Isotope

3.2.2 微量和稀土元素

岩石高场强元素(HFSE)总体含量较高，Th含量为(7.42～18.65)×10-6，U为(1.2～1.7)×10-6，Zr为(398～535)×10-6，Hf为(10～13)×10-6，Pb为(36.6～48.7)×10-6。大离子亲石元素(LILE)Rb(含量为(146.5～236.0)×10-6)和Ba((470～520)×10-6)高于地壳丰度，Sr((133.5～144.0)×10-6)则低于地壳丰度。岩石还具有较高的Y(含量为(32.7～45.8)×10-6)和Yb((3.30～5.66)×10-6)及低的Cr((11～15)×10-6)和Ni((2.9～4.6)×10-6)。在原始地幔标准化微量元素蛛网图[图7(a)]中，各样品微量元素分布模式基本一致，呈现Rb、Th、Pb、Nd、Sm的相对正异常，Ti、P、Sr和Ba的相对负异常。

表2 主量、微量及稀土元素分析结果Tab.2 Analysis Results of Major,Trace and Rare Earth Elements

图5 LA-Q-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和曲线和年龄分布Fig.5 Concordia Diagram and Distribution of LA-Q-ICP-MS Zircon U-Pb Ages

图(a)引自文献[50];图(b)引自文献[51]图6 SiO2-K2O图解和A/NK-A/CNK图解Fig.6 Diagrams of SiO2-K2O and A/NK-A/CNK

ws为样品含量；wc为球粒陨石含量；wp为原始地幔含量；原始地幔标准化数据和球粒陨石标准化数据引自文献[52]图7 原始地幔标准化微量元素蛛网图和球粒陨石标准化稀土元素配分模式Fig.7 Primitive Mantle-normalized Trace Element Spider Diagram and Chondrite-normalized REE Pattern

表3 Sr-Nd同位素组成Tab.3 Sr-Nd Isotope Compositions

岩石稀土元素总含量较高，但变化不大，为(184.1～342.2)×10-6，具有轻稀土元素相对富集(LREE/HREE值为6.97～11.27，(La/Yb)N值为6.84～12.51)，分馏较明显((La/Sm)N值为3.45～4.73)，轻、重稀土元素轻微分馏((Gd/Yb)N值为1.22～1.84)的特征。在球粒陨石标准化配分模式[图7(b)]中，所有样品均表现出相似的轻稀土元素强富集、分馏较明显，重稀土元素平缓、分馏不明显的右倾型配分模式，且由于较明显的负Eu异常(0.55～0.82)，呈现“V”型谷状。样品KLSH16-4轻稀土元素、重稀土元素和稀土元素总含量(184.1×10-6)均明显低于其他样品，可能是富含稀土元素的副矿物(如磷灰石)含量较少造成的。

3.2.3 Sr-Nd同位素

5件样品的Sr-Nd同位素组成列于表3。计算时采用的年龄是本次测得的LA-Q-ICP-MS锆石U-Pb年龄(261.4 Ma)。所有样品的87Rb/86Sr值为2.956 3～4.798 8，(87Sr/86Sr)t值为0.716 250～0.722 901，变化较小，(87Sr/86Sr)i值低(0.705 055～0.706 086)，暗示它们的Rb-Sr同位素体系受到扰动不大;147Sm/144Nd值为0.107 534～0.127 500，143Nd/144Nd值为0.512 643～0.512 657，fSm/Nd值为-0.45～-0.35，表明它们没有发生明显的Sm、Nd同位素分异。两阶段模式年龄(TDM2)为0.79～0.80 Ga。εNd(t)值为2.66～3.10，与阿尔泰造山带具有接近于0或高的正εNd(t)值的花岗岩[15]相似。

4 讨 论

4.1 年代学意义

前人对新疆阿尔泰大喀拉苏岩体进行过初步工作:新疆维吾尔自治区地质局区域地质测量大队第六分队编制的《阿勒泰幅地质图》显示其为华力西晚期(二叠纪)第一次侵入的巨斑状黑云母花岗岩[53];新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七〇六队编制的《克兰盆地区域地质矿产图》显示其为华力西晚期第一次侵入的斑状二长花岗岩[54];新疆维吾尔自治区有色地质矿产勘查研究院编制的《新疆阿勒泰市契别特—沙尔布拉克地区矿产地质调查成果报告》将其标为二叠纪巨粗斑中粒黑云母二长花岗岩[55];童英获得大喀拉苏似斑状黑云母花岗岩1颗锆石TIMS U-Pb年龄为(248±4)Ma[56];周汝洪获得大喀拉苏似斑状黑云母花岗岩矿物-全岩Rb-Sr等时线年龄为221.7 Ma[57]。由于缺乏定年数据或早期实验技术方法不能准确限定岩体侵位时代，所以上述结果并不能精确限定大喀拉苏岩体的形成时代。

本文利用高精度LA-Q-ICP-MS锆石U-Pb定年方法，获得大喀拉苏黑云母二长花岗岩13颗锆石的加权平均年龄为(261.4±2.1)Ma(MSWD值为0.73)，表明其并非形成于三叠纪，而是中二叠世，远晚于围岩阿勒泰镇组的形成时代(354～382 Ma)[38，48-49]，同时也晚于大喀拉苏附近变泥质麻粒岩变质时代(LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(271±5)Ma[58]，SHRIMP锆石U-Pb年龄为(292.8±2.3)Ma[59])。这与大喀拉苏岩体本身无变形变质，侵位到阿勒泰镇组变火山-沉积岩中的地质现象一致。该岩体与同属克兰盆地的塔拉特村花岗闪长岩(年龄为(270.9±1.1)Ma，杨富全未发表数据)、巴斯铁列克钨多金属矿区黑云母二长花岗岩((263.3±2.1)Ma，杨富全未发表数据)和喇嘛昭黑云母二长花岗岩((276±9)Ma)[56]相似，均为二叠纪岩浆侵入活动的产物。除此之外，二叠纪侵入岩还广泛分布于区域上的阿尔泰—额尔齐斯构造带，数量仅次于泥盆纪，岩性比较单一，主要为花岗岩，个别为花岗闪长岩和中基性岩脉。本文收集到该区域目前已发表的29个二叠纪代表性侵入岩年龄(257～289 Ma，表4)，其中额尔齐斯构造带12个侵入岩年龄为267～287 Ma，南阿尔泰15个年龄为257～287 Ma，中阿尔泰2个年龄为267～289 Ma，北阿尔泰目前还未见二叠纪侵入岩报道，总体表现为由南向北数量减少的特点。另外，额尔齐斯构造带内部同时发育变形和未变形的二叠纪侵入岩，新疆阿尔泰南缘及造山带内部则主要发育未变形的二叠纪侵入岩。伴随着二叠纪岩浆活动，新疆阿尔泰还形成了一系列矿床和矿化，如大喀拉苏花岗伟晶岩型稀有金属矿床、加尔巴斯岛矽卡岩型铁矿床[60]、巴斯铁列克矽卡岩型钨多金属矿床[61]、喀拉通克岩浆型铜镍硫化物矿床[62]、库额尔齐斯岩浆-热液型铁矿化[63]等。综上所述，大量发育的二叠纪侵入岩对研究阿尔泰岩浆活动、构造演化和金属成矿作用具有重要意义。

4.2 岩石成因及来源

大喀拉苏黑云母二长花岗岩具有高Si(SiO2含量大于69.03%)、富Al(Al2O3含量为14.18%～14.71%)、相对富K(Na2O/K2O值为0.70～0.87)的特点，A/CNK值稍大于1.0，为铝过饱和型，在SiO2-K2O图解上显示高钾钙碱性特点，表明其属于高钾钙碱性弱过铝质花岗岩(图6)。A/CNK值均小于1.1，所有样品位于I型花岗岩一侧[图6(b)]。从矿物组成来看，岩石中发育黑云母，未出现白云母、堇青石、石榴子石等S型花岗岩特征矿物，同样暗示其不属于S型花岗岩[74]。磷灰石在准铝质到弱过铝质岩浆中的溶解度很低，在岩浆分异过程中与SiO2含量具有负相关性，在强过铝质岩浆中二者则具有正相关性，这种行为已经成功地用于区分I型和S型花岗岩[75-77]。上已述及，大喀拉苏黑云母二长花岗岩为弱过铝质岩石，在SiO2-P2O5图解[图8(a)]上，P2O5含量随SiO2含量增加而降低，符合I型花岗岩的演化趋势。SiO2-Pb图解[图8(b)]上所表现出的正相关性同样支持该岩体为I型花岗岩。在FeO*/MgO-Zr+Nb+Ce+Y图解[图8(c)]和(K2O+Na2O)/CaO-Zr+Nb+Ce+Y图解[图8(d)]中，所有分析点则全部落在了A型花岗岩区域。尽管如此，大喀拉苏黑云母二长花岗岩Ba、Sr、P、Ti、Nb亏损和高Al2O3含量等特征暗示其不同于典型A型花岗岩特点，K2O/Na2O值大于1、87Sr/86Sr值大于0.708等特征也区别于典型I型花岗岩，Rb/Sr值(1.0～1.6)高于典型I型花岗岩，而低于A型花岗岩[78-79]。在Nb-10 000Ga/Al图解[图8(e)]中，所有样品位于I、S和A型花岗岩的界线附近，且Nb/Ta值除1个样品外，均小于17,暗示其具有高分异花岗岩的特征[80]。因此，大喀拉苏黑云母二长花岗岩可能是具有I-A过渡型特点的高分异高钾钙碱性花岗岩，与大量存在于中亚造山带上的高分异花岗岩[38，77，82]类似。

表4 新疆阿尔泰二叠纪代表性侵入岩年龄统计结果Tab.4 Statistical Results of Ages of the Representative Permian Intrusions in Altay of Xinjiang

图(a)和(b)引自文献[81];图(c)～(e)引自文献[78];FG为分异花岗岩;OGT为未分异花岗岩(I-S过渡型)图8 花岗岩类型判别图解Fig.8 Discrimination Diagrams of Granite Type

花岗岩的Nd模式年龄代表着源区物质的平均地壳存留年龄。大喀拉苏黑云母二长花岗岩样品Nd的两阶段模式年龄集中分布于0.79～0.80 Ga，故推断其源区可能为一套新元古代物质。岩石的Nb/Ta值为12.5～20.1，平均为15.7，介于原始地幔和地壳的相应值(分别为17.8和11.0)[83-84]之间，偏向于原始地幔;Zr/Hf值为40.3～41.5，与原始地幔值(37)[83]更为接近;εNd(t)值为正(2.66～3.10)，反映了年轻地幔源对花岗岩的重要贡献，表明岩石受地幔组分影响较大。然而，La/Nb值均大于1.0，不同于地幔来源的岩浆[85]，Nb亏损、Rb富集、负Eu异常等说明岩浆有地壳物质贡献。因此，大喀拉苏黑云母二长花岗岩可能是幔源与壳源物质混合产物。Ta相比Nb更难溶于流体，因此，岩浆体系中发生高度分异演化形成流体时，花岗岩中更富集Ta，使Nb/Ta值明显降低[86-88]。Ballouard等总结出以Nb/Ta值为5划分界线，可将过铝质花岗岩分为正常结晶分异成因和岩浆-热液相互作用成因[89]。大喀拉苏黑云母二长花岗岩Nb/Ta值远大于5，暗示其与热液作用关系不大。在岩浆演化过程中，一些含钛氧化物(如金红石、钛铁矿、榍石等)同时也是Nb、Ta的载体矿物，其分离结晶对Nb、Ta的分异有一定的影响[90]。Nb在这些含钛氧化物/硅酸盐熔体间的分配系数小于Ta，因此，残余岩浆中的Nb/Ta值会随着这些矿物的分离结晶而升高[91]；与之相反，残余岩浆中的Nb/Ta值则会在岩浆分异晚期的低温阶段随着黑云母分离结晶而降低[92]。大喀拉苏黑云母二长花岗岩随着分异程度增加，Nb和Ti含量降低，Nb/Ta值降低，暗示Nb、Ta的分异与含钛氧化物的分离结晶相关性不大，黑云母分离结晶才是主要控制因素。所有样品显示了Ba、Ti、P、Sr、Nb亏损以及负Eu异常，暗示了斜长石作为熔融残留相或结晶分离相的存在[93-94]，且花岗岩源区残留有磷灰石[95]，而Ti亏损与含钛氧化物(如钛铁矿)的分离结晶作用有关。

4.3 构造意义

二叠纪作为阿尔泰造山带构造演化的关键阶段，其构造背景研究至关重要，前人对此有非造山环境[11]、俯冲环境[30-31，96-97]和后造山伸展环境[7，33]等认识，后两种认识支持者相对较多。其中主张阿尔泰造山带二叠纪处于俯冲环境的观点主要在于额尔齐斯构造带发育一些麻粒岩和片麻岩，原岩为钙碱性玄武岩和英安岩，地球化学显示其具有岛弧特征[96，98]。但是具有弧火山岩地球化学特征的火成岩并不局限于弧背景，其他构造环境下的大陆岩石圈地幔来源的岩浆同样会残留有早期俯冲事件的地球化学信息[69]。目前阿尔泰造山带二叠纪处于后造山伸展环境得到了更多人的认可，大量的区域地质证据表明阿尔泰造山带在石炭纪已经由早期俯冲构造环境变化为晚造山或后造山阶段[15，33]。大喀拉苏黑云母二长花岗岩侵位于阿勒泰镇组中，在小比例尺区域地质图上呈近圆形分布，自身未发生变形变质作用，暗示其形成于区域变质变形期之后。与之类似，除额尔齐斯构造带发育少数几个变形岩体外，广泛分布于阿尔泰—额尔齐斯构造带的二叠纪侵入岩多呈不规则圆形、椭圆形，且切割区域构造线，与同造山线性、长条状花岗岩形成鲜明对比[70]。额尔齐斯构造带中的个别变形岩体则可能与构造带在早二叠世的走滑变形有关[66]。与野外地质特征一致，大喀拉苏黑云母二长花岗岩具有较高的Rb、Nb、Y含量，不同于弧花岗岩，也不同于洋脊花岗岩，在Pearce构造判别图解(图9)中均落在后碰撞花岗岩区间，表明其属于后碰撞花岗岩。后碰撞花岗岩岩石类型具有多样性，可以为中—高钾钙碱性I型花岗岩、S型花岗岩、碱性A型花岗岩、钾玄岩系列岩石等[99]。造山带中发育的碱性A型花岗岩或与钙碱性花岗岩类具有相同的时代，或者与同期的镁铁—超镁铁质岩石构成双峰式岩石组合[99]。阿尔泰—额尔齐斯构造带二叠纪花岗岩成因类型多样，以I-A过渡型、A型花岗岩为主，岩体内部常发育基性岩包体，区域上伴生同期的基性岩(脉)(表4)，显示了一种“双峰式”岩浆组合，暗示了大规模的幔源岩浆底侵伸展环境[15]。因此，野外地质特征、岩石成因类型、岩石组合和地球化学特征等均表明大喀拉苏黑云母二长花岗岩和区域上的二叠纪侵入岩形成于后造山伸展环境。新疆阿尔泰二叠纪侵入岩εNd(t)值为较大的正值，基性岩(脉)的广泛发育均表明大量地幔物质提供了物源和可能的热源。因此，在二叠纪伸展构造背景下，地幔物质减压熔融形成玄武质岩浆并上涌，底侵于地壳，使其部分熔融形成花岗质岩浆，两种岩浆经过不同比例混合，在上升过程中经过黑云母、斜长石、磷灰石、钛铁矿等矿物的分离结晶作用，形成大喀拉苏黑云母二长花岗岩和新疆阿尔泰其他二叠纪侵入岩。

图件引自文献[100]图9 构造判别图解Fig.9 Tectonic Discrimination Diagram

5 结 语

(1)新疆阿尔泰南缘大喀拉苏似斑状黑云母二长花岗岩的LA-Q-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(261.4±2.1)Ma，形成于中二叠世。

(2)黑云母二长花岗岩具有高Si(SiO2含量大于69.03%)、富Al(Al2O3含量大于14%)、相对富K(Na2O/K2O值小于0.9)的特点，A/CNK值稍大于1，显示高钾钙碱性，属于高钾钙碱性弱过铝质花岗岩。

(3)岩石Ba、Sr、P、Ti亏损，富集Rb、Th、Pb、Nd、Sm和轻稀土元素，显示负Eu异常，εNd(t)值大于2.7，暗示岩石受地幔组分影响较大。结合区域资料，认为其形成于二叠纪后造山伸展环境。

野外期间得到新疆维吾尔自治区有色地质勘查局七〇一队和七〇六队的大力支持，Sm-Nd同位素前处理和分析得到了北京大学朱文萍老师和黄宝玲老师的指导和帮助，在此一并表示感谢!