东天山东段国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石成因与构造意义 ——年代学和地球化学约束

贺昕宇方同辉薄贺天刘海鹏张忠义肖文进

1.有色金属矿产地质调查中心,北京 100012;

2.河南省有色金属地质矿产局第五地质大队,河南 郑州 450016

0 引言

造山带研究一直是国内外地质学者们关注的焦点 (Bagas et al., 2010; Wang et al., 2016a, 2017;Deng et al., 2017a;Xiao et al., 2018;计文化等,2020),而中亚造山带是全球最大规模的增生型造山带和显生宙大陆地壳生长最显著的地区(秦克章等,2017;Xiao et al., 2020),伴随多期次壳-幔相互作用与岩浆活动 (Jahn, 2004;Windley et al., 2007; Xiao et al., 2010; Muhtar et al., 2021)。东天山—北山地区位于中亚造山带最南部,是中国重要的金属成矿带,相关学者在该区域大地构造格架与演化、岩浆与成矿作用等方面的研究取得了一系列成果和认识(韩春明等,2002;王宗秀等,2003,2008;方维萱等,2006a,2006b,2021;Deng and Wang, 2016;计文化等,2017;龙灵利等,2019;王国灿等,2019;张连昌等,2021)。研究多集中于古生代构造-岩浆-成矿事件和新生代构造演化,对于二叠纪—三叠纪构造演化的认识仍存在分歧,尤其是晚二叠世—中三叠世陆内构造背景,存在碰撞造山(吴艳爽等,2013)、碰撞向后碰撞过渡 (Deng et al., 2017b)、后碰撞环境(王玉往等,2008;王琦崧,2019)、板内环境 (朱江等,2013;王银宏等,2015;Zhang et al., 2017; Lei et al., 2020; Feng and Zheng, 2021;张连昌等,2021)等不同观点。近年来,东天山地区陆续报道了一系列晚二叠世—中三叠世侵入岩以及与之相关的金属矿床,表明成矿作用与岩浆活动关系密切(张达玉等, 2009;吴艳爽等,2013;Deng et al., 2017b;李通国等,2018;贺昕宇,2019;吴昌志等,2021),造山带的火成岩-构造组合为恢复造山带演化历史提供了依据和约束(莫宣学等,2001)。因此,晚二叠世—中三叠世岩浆岩的进一步工作对于厘清东天山—北山印支期大地构造演化和指导相关找矿工作至关重要。

东天山东段国宝山地区出露有一系列晚二叠世—中三叠世花岗质岩石,包括花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩、正长花岗岩和天河石花岗岩,是研究东天山晚二叠世—中三叠世花岗岩与构造背景的理想区域。相关学者对其中的二长花岗岩和天河石花岗岩进行了一定的年代学和地球化学工作(贾志磊,2014;张岱,2015;杨兴武等,2017;Zhang et al., 2017;李通国等,2018;贺昕宇,2019;吴昌志等,2021),但对于其他花岗质岩石尚没有进行深入研究。这一系列花岗质岩石之间是否具有成因上的联系?整个印支期东天山地区是否处于同一构造背景之下?这些科学问题的解决,将有助于晚二叠世—中三叠世东天山大地构造演化的深入研究。

文章基于红柳井、星星峡以及星星峡东山地区1∶5万区域地质与矿产地质调查工作,以东天山东段国宝山地区花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩、正长花岗岩4种花岗质岩石为研究对象,进行锆石U-Pb定年与岩石地球化学分析,并通过与天河石花岗岩在成岩年龄、岩石成因与岩浆演化、构造背景方面的对比研究,尝试建立东天山晚二叠世—中三叠世构造演化机制,以期此次研究成果可为该区基础地质研究提供参考。

1 地质背景

研究区位于新疆和甘肃两省交界处,星星峡镇西南侧,大地构造位置属于中亚造山带最南端的中天山地块,夹持于南天山增生造山带和北天山增生造山带之间,南北分别以卡瓦布拉克断裂和阿其克库都克-沙泉子断裂为界,整体呈东西向展布(图1)。国宝山地区出露地层主要为新太古—古元古代天湖岩群、长城纪星星峡岩群、蓟县纪卡瓦布拉克岩群以及新生代冲洪积物(图2)。研究区断层较为发育,在天湖岩群、星星峡岩群、卡瓦布拉克岩群中褶皱发育,亦有新生代逆冲推覆构造和山体隆升记录(舒良树等,2004;王宗秀等,2008)。区内岩浆岩较为发育,主要出露新元古代英云闪长质片麻岩、泥盆纪花岗闪长岩、石炭纪二长花岗岩、早二叠世二长花岗岩、石英闪长岩、正长花岗岩、晚二叠世—中三叠世花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩、正长花岗岩以及天河石花岗岩,岩体整体呈北东—北东东走向(图2)。

图1 中亚造山带和东天山地质简图Fig.1 Geological sketch map of the Central Asian Orogen Belt and the eastern Tianshan Mountains(a) The Central Asian Orogenic Belt (CAOB) (modified after Xiao et al., 2010); (b) The eastern Tianshan Mountains (modified after Zhang et al., 2016)

图2 国宝山地区地质简图Fig.2 Geological sketch map of the Guobaoshan area

2 岩石学特征

国宝山地区晚二叠世—中三叠世花岗质岩石主要包括花岗闪长岩(图3a)、二长花岗岩(图3b)、石英正长岩、正长花岗岩、天河石花岗岩5种。其中,花岗闪长岩包含中细粒花岗闪长岩以及斑状花岗闪长岩2种岩相(图3c、3d),岩体中亦可见暗色包体(图3d);正长花岗岩包含中细粒正长花岗岩以及正长花岗质细晶岩2种岩相(图3e);天河石花岗岩主体为中粒结构(图3f),局部发育伟晶岩脉。晚二叠世—中三叠世花岗质岩石与天湖岩群、卡瓦布拉克岩群等前寒武纪地层以及泥盆纪花岗质岩石呈侵入接触关系(图3g),局部可见天湖岩群片麻岩和泥盆纪花岗闪长岩捕虏体,捕虏体边部具有烘烤边(图3h),泥盆纪深灰色花岗闪长岩捕虏体受二叠世—中三叠世花岗岩改造,色率降低,呈浅灰色(3i)。

图3 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石野外照片Fig.3 Photos of Late Permian-Middle Triassic granitoid outcrops in the Guobaoshan area(a) Granodiorite; (b) Medium-fine grained monzonitic granite; (c) Contact segment between porphyroid and medium-fine grained granodiorites; (d) Mafic microgranular enclave in porphyroid granodiorite; (e) Medium-fine grained granodiorite cut by aplitic syenogranite dyke; (f) Amazonite granite; (g) Contact segment between medium-fine grained granodiorite and gneiss of the Tianhu Complex; (h) Xenolith of gneiss of the Tianhu Complex in medium-fine grained granodiorite; (i) Xenolith of middle Devonian granodiorite in Permian porphyroid granodiorite

中细粒花岗闪长岩具半自形—他形粒状结构,块状构造。岩石主要由斜长石、石英、钾长石、黑云母、角闪石组成。斜长石呈半自形粒状或柱状,粒径0.8～4.8mm,发育卡钠复合双晶和环带,含量约47%～65%;钾长石呈粒状,粒径0.45～4.8mm,含量约10%～15%;石英呈他形粒状,粒径0.56～4mm,含量约10%～25%;黑云母呈褐色,片径0.16～2.4mm,含量约5%～8%;角闪石呈自形粒状或柱状,粒径0.4～1.6mm,含量约2%～3%(图4a)。斑状花岗闪长岩的斑晶为斜长石、钾长石,粒径5～15mm,含量约占25%,基质矿物成分与中细粒花岗闪长岩近似。

二长花岗岩具中细粒结构,块状构造。岩石主要由石英、斜长石、钾长石和少量角闪石、黑云母组成,副矿物为锆石、磷灰石、榍石等。石英呈他形粒状,粒径0.2～4.5mm,含量约占24%～26%;斜长石呈半自形板状,粒径0.2～3.6mm,含量约占27%～48%,见聚片双晶发育,偶见环带状结构;钾长石呈他形粒状,粒径0.2～3.5mm,含量约占33%～40%,见格子双晶发育;角闪石呈绿色柱状,粒径0.2～2.5mm,含量约占5%;黑云母呈褐色片状,粒径0.2～1.0mm,含量约占2%(图4b)。

石英正长岩具半自形—他形结构,块状构造。岩石主要由碱性长石、斜长石、石英、黑云母组成。斜长石呈半自形柱状,粒径0.2～1mm,有的具环带,含量约20%～25%;碱性长石包括钠长石和钾长石,呈他形粒状,粒径0.2～1.2mm,表面比较干净,双晶不发育,可见格子双晶和条纹,含量约63%～68%;石英呈他形粒状,粒径0.1～2mm,具波状消光,含量约5%～10%;黑云母呈褐色,片径0.14～0.7mm,含量约2%;角闪石呈绿色,含量约1%～2%;另有少量金属矿物,粒径0.08～0.4mm(图4c)。

正长花岗岩具半自形粒状结构,块状构造。岩石主要由斜长石、石英、钾长石组成,含少量黑云母。钾长石呈他形粒状,粒径0.6～2mm,可见格子双晶或者不发育双晶,常包裹细粒的斜长石,含量约60%～65%;斜长石呈半自形柱状或粒状,粒径0.3～1.8mm,卡钠复合双晶发育,含量约15%～20%;石英呈他形粒状,粒径0.8～4mm,波状消光,含量约20%;黑云母呈褐绿色,片径0.8～1.6mm,含量不足1%(图4d)。正长花岗岩局部以细晶岩脉形态产出,宽约0.5～1m,长可达1km,切穿花岗闪长岩。

图4 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石镜下照片Fig. 4 Microphotographs of the Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area(a) Granodiorite; (b)Monzogranite; (c) Quartz syenite; (d) Syenogranite Or-Orthoclase; Qtz-Quartz; Pl-Plagioclase; Bt-Biotite; Hbl-Hornblende

3 样品加工与实验方法

测试用岩石样品采集自国宝山南侧、星星峡、红柳井以及转井一带(图2),岩性为花岗闪长岩(样品编号:2-4、2-6、12-2、30-2、38-1、38-2)、二长花岗岩(样品编号:2-1、12-4)、石英正长岩(样品编号:11-14)、正长花岗岩(样品编号:11-12),采样时选取新鲜、未蚀变的岩石样品。

对上述样品进行全岩主量、微量与稀土元素测试,分析在华北有色地质勘查局燕郊中心实验室完成。主量元素测试仪器为PW2404 X射线荧光光谱仪,采用X-荧光光谱法(XRF),精度和准确度优于5%。微量元素测试仪器为ELEMENT XR等离子体质谱分析仪,采用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS),分析精度和准确度一般优于10%。分析结果见表1。

同时,选取2件花岗闪长岩样品(样品编号:2-6、12-2)进行锆石U-Pb定年测试。锆石分选于河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。首先将样品粉碎,经过淘洗、电磁、重液分选进行分离,再通过双目镜挑选粒度大、裂痕及包体较少的锆石,将优选的锆石粘在环氧树脂内并打磨抛光,露出锆石表面,制作成靶。最后进行透射光、反射光、阴极发光(CL)图像的采集。锆石制靶、CL图像采集由北京锆年领航公司完成。参照锆石CL图像,进行锆石LA-MC-ICP-MS测年分析点的选择。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年实验由北京科荟测试技术有限公司完成,采用仪器为Anlyitik Jena PQMS Elite ICP-MS及与之配套的ESI NWR 193 nm 准分子激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径为25 μm,频率为10 Hz,能量密度约2.37 J/cm2,以He为载气。锆石U-Pb定年以标样GJ-1为外标进行定量计算 (Liu et al., 2010)。数据处理采用ICPMS Data Cal程序,测量中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000,未进行普通铅校正。锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得。

4 实验结果

4.1 岩石地球化学

国宝山正长花岗岩在R1-R2岩性判别图解中落入碱性花岗岩范围,与天河石花岗岩相似(贺昕宇,2019),其他二叠世—中三叠世花岗质岩石都落入二长花岗岩和花岗闪长岩范围,判别结果与镜下鉴定基本一致(图5a)。

晚二叠世—中三叠世岩体整体以富硅(SiO2=69.2%～75.7%)、富碱(Na2O+K2O=6.99%～8.25%)为特征(图5b)。其中花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩主要为钾质(Na2O/K2O值在0.61～0.98;除1个花岗闪长岩为1.30),较为富镁(FeOT/MgO值在2.91～8.14),分异指数较高(DI值在78.3～88.6),而正长花岗岩表现出钠质(Na2O/K2O=1.14)和铁质(FeOT/MgO=15.33)特征,分异指数更高(DI=94.3),与天河石花岗岩类似(Na2O/K2O值在1.35～1.55,FeOT/MgO值在4.11～57.77,DI值在94.0～95.8;表1)。

图5 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石岩性判别图解(天河石花岗岩数据引自贺昕宇,2019)Fig.5 Geochemical discrimination diagrams for the Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) R1-R2 diagram (after De La Roche et al., 1980); (b) AR-SiO2 diagram (after Wright, 1969)1-Alkali gabbro; 2-Olivine gabbro; 3-Norite gabbro; 4-Syenogabbro; 5-Monzogabbro; 6-Gabbro; 7-Syenodiorite; 8-Monzonite; 9-Monzodiorite; 10-Diorite; 11-Nepheline syenite; 12-Syenite; 13-Quartz syenite; 14-Quartz monzonite; 15-Tonalite; 16-Alkali granite; 17-Syenogranite; 18-Monzogranite; 19-Granodiorite

表1 国宝山花岗质岩石主量元素(%)、微量元素(×10-6)分析结果Table 1 Major (%) and trace (×10-6) elements compositions of the granitoids in the Guobaoshan area

正长花岗岩的微量元素、稀土元素配分模式曲线与天河石花岗岩基本一致,但与花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩差异较大(图6)。正长花岗岩与天河石花岗岩都富集Ta、Rb、Th以及重稀土元素,明显亏损La、Ce、Sr、P、Eu、Ti、Y,轻稀土相对重稀土更富集(LREE/HREE=0.86),稀土配分曲线呈海鸥式分布,具明显Eu负异常(δEu=0.03);花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩富集La、Eu,Y无明显负异常,Ce、Sr、P、Ti亏损较前者不明显,重稀土元素相对轻稀土更富集(LREE/HREE=5.11～17.17),稀土配分曲线整体右倾,呈弱Eu负异常(δEu=0.40～0.68)。

图6 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石蜘蛛图(天河石花岗岩数据引自贺昕宇,2019)Fig.6 Spidergrams of the Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) Primitive mantle normalized spidergram of Late Permian-Middle Tirassic granitoid (The primitive mantle normalization values are from Sun and McDonough, 1989); (b) Chondrite normalized REE distribution pattern of Triassic granitoid (The chondrite normalization values are from Boynton, 1984).

4.2 锆石U-Pb年代学

根据锆石透射光、反射光照片和锆石CL图像,将测试的锆石分为2类:第1类锆石整体呈长柱状,少量短柱状,震荡环带发育,显示出岩浆锆石特征,核-边结构发育,样品2-6锆石主要为该类型(图7a);第2类锆石呈长柱状—短柱状,核-边结构发育,部分锆石边部呈云雾状,仍保留震荡环带,该类锆石测年结果多数不理想,样品12-2锆石主要为该类型(图7b)。

锆石测点位置多位于岩浆锆石边部震荡环带处,个别位于核部继承锆石处,但由于部分岩浆锆石发生蜕晶化,致使放射成因Pb丢失,原有U-Pb体系受到影响,获得的有效锆石年龄有限。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,样品2-6获得3个有效锆石年龄,分别为250.0±3.9 Ma、250.9±3.3 Ma和255.4±4.0 Ma,同时获得3个继承锆石年龄,分别为269.5±4.7 Ma、300.0±5.6 Ma和294.9±3.4 Ma(表2,图7c);样品12-2获得4个有效年龄,表面年龄介于245.3～234.8 Ma之间(表2,图7d),该年龄仅供参考。

表2 国宝山花岗质岩石锆石U-Pb测年分析结果Table 2 Results of zircon U-Pb dating for the granitoids in the Guobaoshan area

图7 国宝山花岗闪长岩锆石CL图像和测年结果Fig.7 Cathodoluminescence images and dating results of the granodiorites in the Guobaoshan area(a and b) CL images of the zircons; (c and d) Concordia diagrams for LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the granodiorites

5 讨论

5.1 形成时代

对于东天山国宝山地区这一系列花岗质岩石年龄,相关学者报道的时代跨度较大,主要有志留纪—泥盆纪(427～406 Ma;贾志磊,2014;张岱,2015)、石炭纪(崔继岗等,2014)、三叠纪(247～240 Ma;Zhang et al., 2017;李通国等,2018;贺昕宇,2019;吴昌志等,2021)。如此大的年龄范围可能是由于该系列花岗质岩石分异程度较高,其温度往往较低,溶解Zr含量有限,难以结晶岩浆锆石,且受围岩物质影响显著(吴福元等,2017),因此有较多的古生代年龄。志留纪—泥盆纪的年龄(贾志磊,2014;张岱,2015)多来自锆石核部测点,可能是继承锆石的年龄,代表志留系—泥盆系围岩对花岗岩成岩的贡献。而石炭纪的时代是通过与白石渡泉1∶5万区调报告报道的二长花岗岩(李海峰和高平,2009)对比,参照其年龄而确定的(崔继岗等,2014),缺乏直接的证据。同时,相关学者研究还获得了288～262 Ma的年龄(贾志磊,2014;张岱,2015),与此次研究获得的300～270Ma继承锆石年龄近似,表明成岩过程中晚石炭世—中二叠世花岗岩也有贡献。因此,这一系列花岗质岩石形成时代应晚于古生代。此次工作获得的花岗闪长岩255～250 Ma的锆石U-Pb年龄,与之前报道的国宝山二长花岗岩年龄(246 Ma;Zhang et al., 2017)相近,为晚二叠世—早三叠世,早于国宝山天河石花岗岩中三叠世(247～240 Ma)的年龄(贺昕宇,2019;吴昌志等,2021)。

5.2 岩石成因

国宝山正长花岗岩与天河石花岗岩都具富碱、铁质的特征 (图8a、8b),Ga/Al>2.6,P、Ti、Co、Ni、V、Cr含量较低,稀土配分曲线整体呈右倾的海鸥式分布(图6b),具A型花岗岩特征(Whalen et al., 1987; Frost et al., 2001; Wang et al., 2016b)。在A/I型花岗岩判别图解中,落入A型花岗岩区域(图8c),因此认为正长花岗岩属于典型的A型花岗岩。在A型花岗岩判别图解中,正长花岗岩与天河石花岗岩主要落入非造山A型花岗岩范围(图8d、8e)。而花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩则具有镁质特征(图8a、8b),在A/I型花岗岩判别图解中,落入I型花岗岩区域(图8c),P2O5随SiO2增加而降低(表1),表明这3种岩石属于I型花岗岩。

图8 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石判别图解(天河石花岗岩数据引自贺昕宇,2019)Fig.8 Discrimination diagrams for Late Permian-Middle Tirassic granitoids in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) SiO2-FeO/(FeO+MgO) diagram (after Frost et al.,2001); (b) SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) diagram (after Frost et al., 2001); (c) SiO2-Zn diagram (after Collins et al., 1982); (d) 1000Ga/Al-R1 diagram (after Hong et al., 1995; PA-Post orogenic A-type granite; AA-Anorogenic A-type granite); (e) Nb-Y-3Ga diagram (after Eby, 1992); (f) Nb/Yb-Th/Yb diagram (after Condie, 2005; UC-Upper crust; MC-Middle crust; LC-Lower crust; PM-primary mantle; OIB-Oceanic island basalt; N-MORBNormal Mid-ocean ridge basalt; E-MORB-Enriched Mid-ocean ridge basalt)

在哈克图解中,花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩的SiO2与TiO2、FeO、CaO、MgO、P2O5展示出明显的负相关性(图9),而正长花岗岩、天河石花岗岩与上述岩石没有明显的线性关系,有明显的成分间断,表明正长花岗岩、天河石花岗岩组合与花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩组合不属于同一岩浆演化序列,为两期不同的岩浆活动产物。

图9 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石哈克图解(天河石花岗岩数据引自贺昕宇,2019)Fig.9 Representative variation diagrams of major element compositions versus SiO2 for Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019)(a) SiO2-Fe2O3 diagram; (b) SiO2-TiO2 diagram; (c) SiO2-FeO diagram; (d) SiO2-CaO diagram; (e) SiO2-MgO diagram; (f) SiO2-P2O5 diagram

正长花岗岩显著的Eu和Sr负异常指示岩浆房有较强的斜长石堆晶作用,Ti、Nb亏损和Ta富集指示榍石的分离结晶,较低的LREE值表明存在独居石或褐帘石的分离结晶,与天河石花岗岩相似;萤石的出现,以及较高的HREE及Ta含量,指示高分异的岩浆中含有大量F,因为HREE、Ta、Rb易与F形成络合物迁移(Ponader and Brown, 1989;顾连兴等,2007;赵振华,2016),同时Ta与F的络合物相比于Nb更容易进入气相(赵振华等,2008),因此Ta富集与岩浆分异程度呈正相关(贾志磊,2014)。北山地区岩浆成因的白头山铷矿1∶1万土壤地球化学测量结果表明Rb与F具有良好的相关性(于俊博,2015),顾连兴等(2003,2007)在对东天山白石头泉高铷花岗岩的研究中发现,F含量与岩浆演化程度呈正比,因此高分异花岗岩F含量的增加可能是天河石花岗岩Rb富集的原因。花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩组合SiO2与CaO负相关性以及弱Eu负异常表明有斜长石分离结晶,SiO2与FeO、TiO、CaO、MgO、P2O5负相关性表明有镁铁质矿物、磷灰石等的分离结晶;同时相对较低的HREE、Ta、Rb含量,以及Nb、Ta不明显的正、负异常差异都表明岩浆中F含量较低,也说明了该组合岩浆与正长花岗岩、天河石花岗岩组合属不同岩浆序列。

研究表明,Rb和F易富集于云母等片状矿物中(Cerny et al., 1985),而相关学者的研究成果也认为东天山地区国宝山、白石头泉天河石花岗岩源岩为中地壳的云母片麻岩,岩浆中Rb和F来自于云母的分解(顾连兴等,2007;贾志磊,2014)。在Nb/Yb-Th/Yb图解中(图8f),正长花岗岩与天河石花岗岩主要落入下地壳和中地壳之间,表明物质来源主要是中地壳片麻岩和下地壳物质;花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩主要落入中地壳与上地壳之间,综合岩体中天湖岩群片麻岩、泥盆纪花岗闪长岩残留体 (图3h、3i),以及志留纪—中二叠世继承锆石的出现,表明其成岩物质来源除了中地壳天湖岩群片麻岩,还有上地壳的老花岗质岩体,如上所述,较低的F含量指示中地壳富含云母的片麻岩参与有限,岩浆主要是由上地壳贡献。

5.3 构造背景

国宝山地区花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩组合在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)图解中(图10a),主要落入后造山范围;正长花岗岩、天河石花岗岩组合主要落入裂谷+造陆抬升范围,进一步判别属于造陆抬升背景下的花岗岩(图10b)。相似的,在SiO2-Nb图解和Rb/10-Hf-3Ta图解中,花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩组合主要落入碰撞背景范围内;正长花岗岩、天河石花岗岩组合落入板内+洋脊花岗岩范围(图10c、10d),进一步判别前者属于后碰撞环境下形成的花岗岩(图10e),后者属于板内花岗岩(图10f),与其非造山属性一致(图8d、8e)。

图10 国宝山晚二叠世—中三叠世花岗质岩石构造环境判别图解(天河石花岗岩数据引自贺昕宇,2019)Fig.10 Tectonic setting discrimination diagrams for Late Permian-Middle Tirassic granitoid in the Guobaoshan area (Data of amazonite granite are from He, 2019).(a) SiO2-FeOT/(FeOT+MgO) diagram (after Maniar and Piccoli, 1989; RRG-Rift-related granitoids; CEUG-Continental epeirogenic uplift granitoids; POG-Postorogenic granitoids; IAG-Island arc granitoids; CAG-Continental arc granitoids; CCGContinental collision granitoids); (b) SiO2-TiO2 diagram (after Maniar and Piccoli, 1989); (c) SiO2-Nb diagram (after Pearce et al., 1984; WPG-Within plate granites; ORG-Ocean ridge granites; VAG-Volcanic arc granites; COLG-Collision granites); (d) Rb/10-Hf-3Ta diagram (after Harris et al., 1986); (e) Y+Nb-Rb diagram (after Pearce et al., 1984; syn-COLG-Syn-collision granites; post-COLG-Post-collision granites); (f) SiO2-Rb diagram (after Pearce et al., 1984)

考虑到花岗岩微量元素判别构造环境的局限性,还需要结合地质学和岩石学证据来共同约束(邓晋福等,1999)。吐哈盆地北部博格达山梧桐沟组发育河流相-湖相砂岩,沉积岩获得了254 Ma的碎屑锆石年龄 (Yang et al., 2010),表明254 Ma之后东天山地区已经开始沉积,而非同碰撞环境。岩石构造组合分析是恢复古板块构造格局和历史的最有效手段之一,也是研究造山带火山作用与大地构造关系的基本方法(莫宣学等,2001)。大陆裂谷内形成的A型花岗岩常与碱性辉长岩共生,而造山后垮塌阶段伸展环境下的A型花岗岩则与钙碱性花岗岩或钙碱性辉长岩紧密共生(邓晋福等,1996,1999),东天山中三叠世尾亚复式岩体中正长花岗岩(238 Ma)具A型花岗岩特征,与同期碱性辉长岩 (242 Ma;Zhang et al., 2005;Feng and Zheng, 2021)共生,表明在中三叠世东天山地区已进入板内构造环境。

因此,认为国宝山正长花岗岩与天河石花岗岩形成于板内构造环境,不同于花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩组合所处的后碰撞环境。随着古亚洲洋的闭合,北山造山带与天山造山带的碰撞造山作用发生于二叠纪—早三叠世(苗来成等,2014)。东天山地区北西走向的星星峡断裂切穿了东西走向的天山造山带和北山造山带,其左行剪切发生于240～235 Ma(Wang et al., 2010),表明天山造山带与北山造山带在～240 Ma已经拼合完毕,国宝山花岗闪长岩255～250 Ma的年龄指示东天山东段地区在晚二叠世—早三叠世仍处于后碰撞环境,造山活动接近尾声。天河石花岗岩247～240 Ma的年龄(贺昕宇,2019;吴昌志等,2021)表明东天山地区在中三叠世造山活动已经结束,进入板内伸展构造环境。

6 结论

(1)国宝山花岗闪长岩的形成时代为晚二叠世—早三叠世(255～250 Ma),早于中三叠世天河石花岗岩。

(2)正长花岗岩与天河石花岗岩类似,属A型花岗岩,岩浆分异程度高,岩浆源于中、下地壳物质;花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩属I型花岗岩,分异程度相对较低,岩浆为上地壳物质贡献,中地壳参与有限。正长花岗岩、天河石花岗岩与花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩2个岩石组合属于不同的岩浆系列,二者没有成因关系。

(3)正长花岗岩与天河石花岗岩形成于板内环境,花岗闪长岩、二长花岗岩、石英正长岩形成于后碰撞环境。东天山地区在255～250 Ma仍处于后碰撞阶段,～247 Ma进入板内伸展构造环境。

致谢:感谢中国地质调查局西安地质调查中心计文化老师,河北省区域地质调查院李强、邓邵颖、冯桂星、朱本鸿、白春东、李典,有色金属矿产地质调查中心郑小明、李伟、杨国龙、王宏伟、潘东、高军辉,中国地质大学(北京)郑文皓在野外工作中的支持,成文过程中得到了方维萱研究员、王宗秀研究员、王长明教授、朱更新教授和王行军博士的指导和帮助,在此一并表示感谢。谨以此文庆祝有色金属矿产地质调查中心成立20周年。