新疆北山地区清白山花岗岩体LA-ICP-MS锆石 U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义

付鹏飞 夏冬

摘   要：年代学和地球化学研究结果表明：清白山岩体LA-ICP-MS锆石 U-Pb加權平均年龄为（411.6 ± 8.2） Ma，为晚古生代早期岩浆活动产物。在地球化学组成上，清白山花岗岩体总体呈现过铝质高钾钙碱性 I 型花岗岩特征。微量元素总体分异程度较强，以富集Th，U和K，Rb，K等大离子亲石元素，亏损P，Ti等高场强元素为特征，岩浆来源为壳幔混合来源。结合前人研究资料及区域地质特征，认为清白山花岗岩体是在晚古生代早期古亚洲洋板块向塔里木板块俯冲的同碰撞环境下形成的。

关键词：新疆北山;清白山花岗岩;锆石U-Pb测年;地球化学

新疆北山地区位于塔里木板块东北缘，以红柳河断裂为界北与中天山地块相邻，呈NEE向展布，加里东期发生大规模的近EW向伸展-拉张作用，造成下部地壳高度减薄;上部地壳拉张，形成古生代北山复合裂谷海槽（图1）。华力西期为北山裂谷裂解活动最为强烈时期，发生了强烈的NS向汇聚运动，并造成北山裂谷的闭合消亡、褶皱造山，结束了研究区的海相盆地发展演化历史[1-6]。

由于本区存有大量含铜镍矿的基性-超基性杂岩体，故积累了大量有关超基性-基性岩体资料[7-12]。对于北山地区花岗岩类的研究，大多集中在甘肃北山[13-15]，新疆北山地区已有的侵入岩资料主要集中在南部和中部地区，对于新疆北山地区北部及早古生代侵入岩的研究相对薄弱，多数资料为本地区的区域地质调查资料。屈翠侠在北山盐滩一带获得的闪长岩同位素年龄为（296±4.1） Ma，由此认为北山裂谷在该区的闭合作用在早二叠世早期已结束。张文等从甘肃北山音凹峡南花岗岩体获得的锆石LA-ICP-MS年龄为 （281.7 ±2.9） Ma，被认为是后碰撞伸展环境下形成的花岗岩，并界定了塔里木板块和哈萨克斯坦板块之间的主大洋闭合及碰撞时间的上限。认为在晚石炭世洋盆闭合进入碰撞作用阶段，在早二叠世晚期进入后碰撞的裂谷伸展发育阶段。对于北山地区广泛分布的古生代花岗岩存在形成时代[16-17]，构造环境[12，18]，岩石成因及北山裂谷系闭合时间等问题的不同争论[19-21]，选取新疆北山北部清白山东侵入岩体中的花岗岩为研究对象，通过清白山花岗岩锆石LA-ICP-MS方法进行锆石U-Pb定年，以及清白山花岗岩的岩石学和地球化学研究，探讨清白山岩体的成因及构造意义，探究塔里木板块和哈萨克斯坦板块之间碰撞结束时间 ，深化北山地区晚古生代时期的构造-岩浆演化过程的认识。

1  地质背景

清白山位于北山古生代裂谷系北部，北山造山带内地质历史上构造-岩浆活动十分频繁[1-3，21，22]，造成区内出露大面积侵入岩类。由于多次强烈的地壳运动[23]，使北山古生代裂谷系遭受多次强烈的岩浆侵入活动[1-3，19-20，24-25]。根据哈密雅满苏镇幅1∶25万区域地质调查报告及前人研究资料，北山地区岩浆侵入活动包括前寒武纪钾长花岗岩、二长花岗岩，同碰撞造山花岗岩组合;早古生代辉长岩、石英闪长岩、二长闪长岩、英云闪长岩、含角闪石花岗岩、二长花岗岩、正长花岗岩岩石单元;晚古生代早石炭世发育石英闪长岩、闪长岩、英云闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩组合，同时发育拉斑玄武质系列、钙碱性系列岩石，存在“双峰式”侵入岩特点;晚古生代晚石炭—早二叠世发育橄榄岩、辉长岩、辉绿岩，为幔源超镁铁岩、镁铁岩岩石组合4个期次。侵入岩面积约占北山带基岩出露面积的20%。新疆北山裂谷系以前寒武纪变质岩构成基底，北部分布少量早古生代地层，中南部分布较多石炭纪裂谷沉积，北部分布少量二叠纪上叠地堑火山磨拉石。研究区位于北山北部清白山，地层上属于穹塔格地层小区，出露最老地层为新太古—古元古界，中元古界、下古生界、上古生界、新生界均有出露12。

2  岩体地质特征

清白山岩体分布在红柳河断裂以南，呈岩基产出，面积约90 km2，平面上为长轴近EW向带状分布，由一系列大小不等的岩基组成，清白山花岗岩体主要由包括辉长岩、石英闪长岩、二长闪长岩、英云闪长岩、含角闪石花岗岩、含角闪石花岗岩、钾长花岗岩岩石单元，以含角闪石花岗岩为主，辉长岩、石英闪长岩、含角闪石闪长岩、英云闪长岩呈小岩株与含角闪石花岗岩构成复式岩基，侵入时间为中基性较早、酸性较晚，脉动接触。围岩主要为长城系古硐井岩群、蓟县系爱尔基干岩群，接触带发育绿泥石化、绿帘石化、硅化等热液蚀变。长城系古硐井岩群一套变质碳酸盐岩，岩性以大理岩为主，色调为白、灰白、浅灰、浅黄色为主，有时灰白相间形成条带状，大理岩耐风化，尤其白云石大理岩耐风化，常形成陡峻的高山地貌，本岩组中还夹少量变质碎屑岩。蓟县系爱尔基干岩群为一套变质碎屑岩建造，以低级片岩为主，次为变砂岩。岩性为斜长黑云石英片岩，黑云石英片岩、斜长阳起石英片岩、长石绿泥石英片岩、阳起方解片岩、变砂岩、变质砂岩、白云质板岩、大理岩、变玄武岩、变辉长岩、变流纹岩、石英岩等。局部出露小面积闪长岩脉体，是晚于花岗岩的后期侵入产物。

3  花岗岩岩石学特征

本次采集样品岩性为似斑状含角闪石花岗岩，岩石具似斑状结构，块状构造。岩石由斜长石（Pl）、石英（Qz）、普通角闪石（Hb）组成。斜长石53%：呈半自形板状，粒径大于6.4～2.6×1.6 mm，少部分颗粒较粗，粒径达30.0×20.0 mm，为斑晶，约占岩石的10%，聚片双晶不发育，绢云母化、泥化。石英25%：呈他形粒状，粒径大于4.0～1.6 mm，具波状消光，表面较新鲜干净。角闪石4%：呈半自形柱状，片径2.4～  0.8 mm，具褐-浅黄色多色性，多被绿泥石交代。微量磷灰石：呈粒状，粒径0.2～0.02 mm。岩石轻微破碎，沿破碎带分布碾细的岩粉及蚀变矿物绿帘石、碳酸盐（图2-b）。

4  岩体地球化学特征

样品主量元素、微量和稀土元素测试在新疆地矿局地质矿产实验室完成。主量元素测试在X射线荧光光谱仪（XRF）测试。微量和稀土元素测试在ICP-MS ElementⅡ（电感藕合等离子体质谱仪）上进行测试，检测限高于5×10-9相对标准偏差小于5%。

4.1  主量元素特征

主量元素特征分析结果显示，在TAS分类图解上（图3-a），6件樣品全部落入花岗岩区域，酸性程度很高，SiO2含量为71.89%～75.4%，均值为73.94%;样品全碱（Na2O+K2O）总体含量为8.05%～9.51%，平均值8.51%，里特曼指数为2.09～3.13，均值2.35，显示含角闪石花岗岩具钙碱性特征;岩石分异指数（DI）为90.92～93.06，显示清白山岩体具分异演化明显。在TAS分类图中有5个样品显示亚碱性特征，1个样品位于碱性与亚碱性过渡区，总体来看属于亚碱性系列。在SiO2-K2O图解显示（图3-b），样品都落入高钾钙碱性系列区域。清白山岩体含角闪石花岗岩样品的A/NK值为1.20～1.27，均值1.24，A/CNK为0.97～1.12，均值1. 06，都显示清白山岩体中含角闪石花岗岩为准铝质系列。

4.2  微量元素特征

清白山花岗岩体稀土元素总量（ΣREE）较低且差异较大，为31.63×10-6～101.85×10-6，均值为64.26×10-6。轻重稀土的比值LREE /HREE为3.12～10.19，表明轻重稀土分异程度较强。在稀土分布曲线上   （图4-a），样品具相似的右倾特征，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，具中等的Eu负异常，轻重稀土具较强的分馏作用。18YQ6-31、18YQ6-32样品表现出相同的变化趋势，相对前3个样品稀土总量偏小，虽然具重稀土相对亏损的趋势，但趋势较弱，轻重稀土分馏作用相对减弱，同时具较弱的Eu负异常。18YQ6-27样品较特殊，轻重稀土分馏作用不明显，但是具非常明显的Eu负异常。总体上（La/Yb）N为1.81～8.61，均值为4.94。在微量元素蛛网图上所有样品都呈向右下倾的特征（图4-b），各样品微量元素特征大致相同。微量元素总体特征上清白山花岗岩体为Th，U和K，Rb富集，Nb ，P，Ti等亏损（表1）。

5  年代学特征

本文在野外剖面测量时采集1件新鲜的含角闪石花岗岩样品进行 U-Pb同位素定年测试，测试由西安兆年矿物测试技术有限公司LA-ICP-MS实验室完成，采用91500标样进行校正。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot3完成。

清白山含角闪石花岗岩样品中选取8个锆石测年点做年龄谐和图，8个锆石颗粒为浅色透明短柱状和不规则形状，柱状晶体长宽比为2.5∶1～1∶1。图5-a中显示出清白山斜长花岗岩样品锆石具清晰韵律结构，为典型的岩浆锆石。8个测点分析数据见表2，样品结果分布相对集中，显示较好的谐和性    （图5-b），可代表岩体的结晶年龄。清白山斜长花岗岩样品的加权平均年龄为（411.6±8.2） Ma （MSWD =3.6），表明岩体侵位时间为早泥盆世。

6  讨论

6.1  岩浆类型

清白山含角闪石花岗岩的副矿物中出现角闪石这无疑是I型花岗岩的特征之一。在主量元素特征中清白山含角闪石花岗岩属于过铝质高钾钙碱性系列，岩石中的含铝指数A/CNK比为0.97～1.12，平均值1.06，小于1.1这个I型花岗岩与S型花岗岩的分界线，说明清白山地区含角闪石花岗岩具I型花岗岩特征[26]。S型花岗岩一般情况下P2O5大于   0.20%[26]，清白山含角闪石花岗岩中P2O5为0.03%～0.08%，低于S型花岗岩一般值，所以与S型花岗岩特征不相符。微量元素总体特征上清白山花岗岩体为Th，U和K，Rb富集，P，Ti等亏损，且Nb，Zr元素相对并不富集，且具有弱的Eu亏损，与A型花岗岩亏损Sr和Eu元素，富集Nb，Ta，Zr等元素的特征不相符[27]。个别样品具强的Eu亏损，与其他样品有明显差异，说明本地区花岗岩存在多期次演化特点。在1 000Ga/Al-Zr及1000Ga/Al-Nb判别图解上 （图6-a，b），样品全部落入I&S型花岗岩范围内;SiO2-Zr判别图解上（图6-c），6个样品也全部落入左下的I型花岗岩区域内，综合上述特征，清白山含角闪石花岗岩为I型花岗岩无疑。

岩体不相容元素具 Ta-Nb-Ti负异常特征，Nb和Ta，Zr和Hf两个元素由于具相近的离子半径和电负性，而具相似的地球化学性质，因此，Nb/Ta和Zr/Hf值很难随着分离结晶和部分熔融等岩浆过程改变，可以较好的反映源区性质。清白山岩体的Nb/Ta为11.8～17.6，平均值15，位于幔源值（17.5±2）和陆壳岩石值（≈11）之间[28-29，31]，反映既有幔源组分又有壳源组分的参与。Zr/Hf值为13.34～27.21，平均值20.88，低于幔源值（36.27±2）及壳源值（≈33），表明除去原始岩浆物之外可能有其他流体参与演化成岩过程，主体为壳源物质。北山地区有许多基性-超基性岩体出露，且在岩体内部具暗色包体。故清白山岩体岩浆来源为壳幔混合来源。

6.2  构造环境及地质意义

花岗岩的Rb，Y，Nb元素特征可很好的反应其形成时的构造环境。根据Nb-Y判别图与Rb-Y+Nb判别图（图7），所有样品全部落入VAG和VAG+syn-COLG（火山弧和同碰撞）区域。

清白山岩体北部为中天山地块，两者以红柳河断裂为界，在两者之间清白山岩体的东北部存在红柳河蛇绿岩带（图1）。北京大学张元元等在红柳河一带堆晶辉长岩锆石SHRIMP U-Pb年龄值为（516.2±7.1） Ma，花岗岩（404.8±5.2） Ma[32] 。中国石油大学于福生、长安大学李金宝等人采用锆石U-Pb法，对红柳河蛇绿岩中辉长岩进行测试，得到206Pb/238U表面年龄加权平均值为（425.5±2.3） Ma，代表辉长岩的侵入年龄[33]。星星峡幅1∶25万区调在玄武岩中做锆石U-Pb测年，测得年龄数据（489±63） Ma，二长花岗岩中做锆石U-Pb测年，测得年龄数据（414±17） Ma，将红柳河蛇绿构造混杂岩带形成时代置于早古生代。因此该条蛇绿岩的形成时代应该早于早泥盆世，作为古亚洲洋一部分的中天山洋的闭合时间应为早泥盆世之前。清白山岩体的形成时间与侵入到红柳河蛇绿岩中未变形变质的花岗岩形成时代基本一致，表明清白山岩体形成于塔里木板块和哈萨克斯坦板块之间的碰撞末期。

结合区域地质背景，自寒武纪开始古亚洲洋向南侧塔里木板块俯冲 [2，20]。北山古生代裂谷系在古生代形成于古亚洲洋向南侧塔里木板块之下的俯冲-增生造山过程，这个过程诱发了大量岩浆活动，在碰撞过程中下地壳重新熔融并混合了幔源物质，岩浆上涌，最终形成清白山花岗岩体。

7  结论

（1） 清白山花岗岩加权平均年龄为（411.6±8.2） Ma，表明清白山花岗岩体的侵位时间为早泥盆世，为晚古生代早期加里东期岩浆活动产物。

（2） 清白山花岗岩为过铝质、高钾钙碱性的 I型花岗岩，岩浆来源为壳幔混合来源。

（3） 清白山花岗岩体的形成构造环境为俯冲带背景的同碰撞环境，形成原因是古亚洲洋在早古生代向塔里木板块的俯冲作用。

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LA-ICP-MS Zircon U-Pb Age， Geochemical Characteristics and                            Geological Significance of Qingbaishan Granite in                      Beishan Area，Xinjiang

Fu Pengfei1，Xia Dong2，Gong Xiaoping1，Sun Qianlong1，Yang Yang1，Wei Jie1，Zhao Qi1

（1.Scholl of Geology and Exploration Engineering，XinJiang University，Urumqi，Xinjaing，830046，China;2.Xinjiang Uygur Autonomous Region geology survey institute.Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract：The Qingbaishan rock mass is mainly composed of granite.The results of chronology and geochemistry show that the LA-ICP-MS zircon U-Pb weighted average age of the rock mass is （411.6±8.2） Ma，which is the product of the early Paleozoic magmatism. In terms of geochemical composition，the Qingbaishan granite body is characterized by a high-potassium-calcium-type I-type granite. The trace elements are generally highly differentiated，and are characterized by enrichment of large ion lithophile elements such as Th，U and K，Rb，K，and high-field strength elements such as P and Ti.The magma source is a mixed source of crust and mantle.Combined with the geological characteristics of the previous research data，this paper believes that the Qingbaishan granite body was formed in the same collision environment in the early Paleozoic Paleo-Asian ocean plate subduction to the Tarim board.

Key words：Beishan;Qingbaishan granite;Zircon U-Pb dating;Geochemistry