新疆昭苏叶勒门特地区石英二长岩锆石U-Pb年龄年代学与地球化学及构造意义①

邓宇飞 白龙 赵磊 李欢 刘军省 鞠林雪 杨宏图 武奕立

1 中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072750

2 乌兰察布市地质勘查项目管理中心，内蒙古 乌兰察布市 012000

3 北京市地质勘察技术院，北京 100120

西天山昭苏县叶勒门特地区位于伊犁-中天山地块南缘活动带，中天山隆起带内古生代中性和酸性岩浆侵入体广泛出露，早古生代侵入体包括夏特地区闪长岩、森木塔斯地区闪长岩和黑云母花岗闪长岩[1]；晚古生代侵入体出露更为广泛，如科克苏河东岸黑云母花岗岩（锆石 U-Pb年龄（407±12）Ma）、石英二长岩（锆石 U-Pb年龄（352.4±9）Ma）、那拉提地区石英二长岩（锆石U-Pb年龄（366±11）Ma）、恰布河北岸花岗闪长岩（锆石U-Pb年龄（349±7）Ma）以及穹库什台地区石英二长岩（锆石 U-Pb年龄（336.9±1.1）Ma）[2-4]；学者对其形成背景及区域构造演化尚存有诸多分歧，本文对叶勒门特地区石英二长岩岩体形成年代、地球化学特征、构造环境进行了讨论，希望能够对探讨西天山构造环境演化提供基础资料支撑。

1 区域地质背景

研究区位于天山造山带西段，跨伊利板块南缘活动带、中天山地块和南天山地块（塔里木北部被动陆缘）。研究区出露的地层有古元古界木扎尔特岩群（Pt1M），中元古界长城系阿克苏岩群（ChA）、志留系科克特科达坂组（S3kk）、第四系晚更新统-全新统坡洪积物[（Qp3-Qh）spl]、第四系全新统冰碛物（Qhgl）、第四系全新统冰川及雪被区（Qhsn）（图 1）。研究区内的侵入岩主要由位于南部的片麻状（似斑状）花岗闪长岩和位于北部的（似斑状）石英二长岩、（似斑状）花岗闪长岩组成。在岩体中分布有伟晶岩脉、闪长岩脉及白色石英脉等脉岩。本文研究对象为区内北部大面积出露的（似斑状）石英二长岩岩体。

2 岩体地质和岩相特征

似斑状石英二长岩在西天山昭苏县西南部地区大面积出露，呈岩床或岩株状。呈近东西向展布，其与北侧灰白色花岗闪长岩为侵入接触（冷接触）。

似斑状石英二长岩呈浅肉红色，块状构造，似斑状中粗粒结构，块状构造。斑晶主要由斜长石（10%～15%）组成，基质主要为斜长石（15%～20%）、钾长石（35%～42%）和石英（10%～15%）及少量黑云母（约5%）。副矿物见磁铁矿、磷灰石、榍石和锆石等。斑晶中的斜长石呈半自形板状，3～5mm，星散状分布于岩石内部，沿晶体长轴方向基本一致，存在定向性，另有少量石英斑晶成团块状，3～4mm；基质中的斜长石，粒状结构，粒径 1～3mm，钾长石呈半自形粒状，粒径0.5～2.8mm，可见格子双晶；石英呈它形粒状，粒径主要在0.5～2mm，充填于斜长石之间缝隙内，波状消光显著，表面较干净；黑云母半自形片状晶形，断续定向分布，可见一组完全节理，大小为 0.4～1.5×0.35mm。

图1 研究区地质图Fig.1 Geological map of the study area

3 样品采集和分析方法及结果

笔者采集全分析样品3件，分别为XWG19、XWG20、XWG21。同位素样品1件，挑选20颗锆石进行测年，其中16个测点数据协和度比较好。所涉及的硅酸盐、稀土、微量、同位素等样品均采集于叶勒门特附近的石英二长岩岩体内部，所采集样品新鲜并具有代表性，避开了接触带、蚀变带、构造带等对岩石化学特征有后期局部性改造的区域。

岩石的元素组成分析在中化地质矿山总局中心实验室完成，同位素样品的锆石挑选、制靶以及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年均在北京中科院进行。主量元素、微量元素、稀土元素分析结果见表1，锆石CL图像及L锆石U-Pb测年结果见表2及图 2、图3。20颗锆石中，TW06-3、TW06-17、TW06-19、TW06-20这4颗锆石谐和度太差，不做研究。

表1 西天山叶勒门特石英二长岩元素组成Table 1 Elemental composition of Yelemente quartz monzonite in west Tianshan mountains

续表1

表2 西天山叶勒门特石英二长岩锆石U-Pb法测年结果Table 2 Results of Zircon U-Pb dating of Yelermante quartz monzonite in west Tianshan

图2 西天山昭苏县叶勒门特地区石英二长岩中锆石CL图像及206Pb/238UFig.2 Zircon CL image and 206Pb/238U in Yelermante quartz monzonite in west Tianshan mountains, Zhaosu county

图3 西天山叶勒门特石英二长岩谐和图和加权平均年龄[6]Fig.3 Concordia diagram and weighted average age of Yelermante quartz monzonite in west Tianshan Mountain

4 地球化学特征

4.1 主量元素特征

叶勒门特石英二长岩中 SiO2质量分数为61.41%～65.98%；MgO质量分数为1.09%～1.34%（表 2），Mg#为（18.14%～20.16%）。岩石质量Al2O3质量分数为 14.27%～17.40%。岩石 Na2O含量为4.08%～6.34%，K2O含量为4.23%～5.94%，里特曼指数变化为3.93～5.95。

4.2 微量元素特征

对叶勒门特石英二长岩稀土元素进行球粒陨石标准化后发现稀土元素存在原子量越大标准化值越小的整体趋势；轻稀土 La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu相对含量较大，逐渐变小的趋势明显；重稀土 Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu 相对含量较小，逐渐变小的趋势较弱。

4.3 稀土元素特征

对叶勒门特石英二长岩微量元素进行原始地幔标准化后发现岩石中微量元素总量比较高，大多数元素远超标准值，仅个别元素比标准值低。K、Nb、Sr、P、Ti等5种元素存在一定程度的亏损，其中K、P、Ti亏损明显，Sr、Nd亏损程度较弱。

5 讨论

5.1 石英二长岩于早志留世侵位

叶勒门特石英二长岩中锆石粒径60～180μm，长宽比1.5～3，呈柱状，在透射光和反射光下均为无色、透明-半透明，锆石具有较典型的振荡环带结构（图2），岩浆成因特征明显；所测锆石中Th 含量 154.02×10-6～534.96×10-6，U 的含量为207.10×10-6～491.74×10-6（表2），Th/U介于0.57～1.30，均大于 0.4，岩浆成因特点显著[7-8]。16粒锆石样品U-Pb法测年结果显示（表2），206Pb/238U表面年龄与其对应的207Pb/238U具有很好的谐和性，加权平均年龄为（436.9±2.7）Ma（MSWD=0.59，n=16）（图 3），反映了叶勒门特石英二长岩于早志留世侵位。

5.2 石英二长岩为准铝质碱性岩石系列

叶勒门特石英二长岩中 Al2O3含量为14.27%～17.40%，铝饱和指数A/CNK介于0.81～0.87，在A/CNK-A/NK图解中所有样品落在准铝质范围内（图 4a）。岩石 Na2O含量为 4.08%～6.34%，K2O含量为4.23%～5.94%，里特曼指数为3.93～5.95，在硅-碱图解中所有样品落在碱性区域（图 4b）。综上，石英二长岩为准铝质碱性岩石系列。

图4 石英二长岩A/CNK-A/NK图解和硅-碱图解Fig.4 Diagram of A/CNK-A/NK and Si-Alkali in quartz monzonite

5.3 石英二长岩具有类似A型花岗岩的特征

在Zr+Nb+Ce+Y-(K2O+Na2O)/CaO图解[10]中，叶勒门特石英二长岩所有样品均落在了A型花岗岩区域（图5），反映该岩体主量元素有类似A型花岗岩的特征。ΣREE=595.70×10-6～723.47×10-6，LREE/HREE=15.8～16.0，轻重稀土分馏作用较高（图6），表明该岩石经历了程度较高的分异；样品δEu=0.59～0.64，Eu负异常明显，与斜长石的分离结晶作用有关。

图5 石英二长岩成因类型判别图解Fig.5 Discriminated graph of genetic type of quartz monzonite

图6 稀土元素标准化分布图Fig.6 Standardized distribution of REEs

根据石英二长岩原始地幔标准化蛛网图显示La、Nd等大离子亲石元素和Y、Zr等高场强元素富集，而Sr、Nb、Ti、P等元素亏损（图7），也表现出岩石具有类似A花岗岩特征[11]。

图7 石英二长岩微量元素标准化图Fig.7 Standardized distribution of trace elements in quartz monzonite

5.4 石英二长岩构造环境分析

在研究A型花岗岩构造环境时，学者大多采用的判别图解主要将成因类型划分为洋中脊花岗岩（ORG）、火山弧花岗岩（VAG）、板内花岗岩（WPG）和同碰撞花岗岩（syn-COLG）四类，本次研究的石英二长岩在应用较广的4个构造环境判别图解中均落在板内花岗岩区域，说明其最可能形成于非造山的稳定大陆板块内部拉张的构造环境（图8）。

图8 西天山叶勒门特石英二长岩构造环境判别图[12-16]Fig.8 Discriminated graph of tectonic setting of Yelemente quartz monzonite in west Tianshan mountain

6 结论

（1）LA-ICP MS锆石U-Pb定年结果显示叶勒门特石英二长岩的成岩年龄为（436.9±2.7)Ma，形成于早志留世。

（2）石英二长岩铝饱和指数 A/CNK介于0.81～0.87，岩石 Na2O含量为 4.08%～6.34%，K2O含量为4.23%～5.94%，里特曼指数为3.93～5.95，根据A/CNK-A/NK图解、K2O/SiO2比值和主量元素分析确定该岩石为准铝质碱性岩石系列。

（3）石英二长岩La、Nd等大离子亲石元素和Y、Zr等高场强元素富集，Sr、Nb、Ti、P等元素亏损，表现出类似A花岗岩特征。

（4）结合该地区构造环境演化过程以及石英二长岩形成时代及构造环境判别图解认为叶勒门特二长岩形成于大陆板块内部拉张的构造环境。