东昆仑西段箭峡山岩体锆石U-Pb年代学、地球化学特征

孟李奇，何峻岭，张鹏伟，马斌，朱永胜

(中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心， 新疆 乌鲁木齐 830057)

0 引言

东昆仑造山带是我国一条重要的构造岩浆活动带，岩浆作用具多期次、多类型的特点，岩浆岩分布范围较为广泛，活动频繁，其中侵入岩分布最为广泛，并以花岗岩为主(莫宣学等，2007)。不同时期、构造环境下形成的花岗岩，其属性特点均有所不同。通过对花岗岩的研究，能够反映出其形成的地质背景、构造演化等信息，进而探讨大陆地壳的形成与演化(肖庆辉等，2007)。

东昆仑地区花岗岩的形成主要经历了4个构造演化阶段，分别为前寒武纪、早古生代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代，其中以晚古生代—早中生代旋回的岩浆活动为主，并且东昆仑地区在晚古生代—早中生代进入了古特提斯洋的演化阶段(杨杰，2014)，并保存了完整的演化记录，而花岗质岩石正是其构造演化的物质记录，为研究东昆仑古特提斯洋构造演化提供了物质基础(熊富浩，2014)。然而，随着对东昆仑造山带研究的深入，不断为古特提斯洋的演化提供更多的证据，对于东昆仑地区古特提斯洋的演化存在着不同的观点。有人认为东昆仑地区在早泥盆世就已经进入了陆—陆碰撞阶段(龙晓平等，2004)；陈静等(2013)认为东昆仑地区在早泥盆世已进入陆内伸展阶段；刘战庆等(2011a，2011b)根据布青山地区的洋中脊型辉长岩锆石U-Pb年龄(332.8±3.1)Ma认为古特提斯洋于早石炭世就已存在；较多学者认为阿尼玛卿洋于晚二叠世闭合(袁万明等，2000；陈守建等，2008；赵振明等，2010)。可以看出已有较多学者通过对东昆仑地区的构造演化进行了研究，并提供了证据，但是缺乏对东昆仑地区晚古生代—早中生代花岗岩的研究，尤其是东昆仑西段晚古生代花岗岩的研究，并且对古特提斯洋的构造演化还缺乏系统性。本次调查研究的箭峡山岩体位于东昆仑造山带西段昆中断裂带，地理位置特殊，其形成与东昆仑地区古特提斯洋的构造演化有密切关系，对其开展花岗岩成因、构造环境等研究，可进一步为东昆仑地区晚古生代构造演化提供依据。

本次依托新疆且末县阿克苏河一带区域地质矿产调查项目，通过锆石U-Pb年代学、地球化学分析等方法对箭峡山岩体进行研究，探讨分析其形成时代、成因与构造环境，为该区的构造—岩浆演化提供依据，丰富古特提斯洋在晚古生代—早中生代所处的构造环境。

1 地质背景

东昆仑造山带主要发育有三条深大断裂，由北向南分别为昆北断裂、昆中断裂、昆南断裂，并且昆中断裂贯穿整个研究区；三条深大断裂又将东昆仑造山带分为昆北、昆中、昆南与巴颜喀拉构造单元。研究区位于昆北(祁曼塔格)弧后盆地，南侧为昆中大断裂。区内出露下元古界、古生界、中生界和新生界地层。地层从老到新依次为下元古界苦海岩群，中元古界阿尔金岩群，石炭系托库孜达坂群，三叠系鄂拉山组，侏罗系大煤沟组、采石岭组，白垩系犬牙沟组。

研究区内岩浆岩分布广泛，侵入岩较发育，侵入岩多呈岩基、岩株产出，受控于区域构造，以中酸性侵入岩为主，岩石类型以二长花岗岩和花岗闪长岩为主，见少量钙碱性—低钾拉斑系列超基性—酸性岩出露，基性岩也有一定程度的发育。箭峡山岩体位于东昆仑西段，区域上主要受昆中断裂与阿尔金南缘断裂控制，沿昆中断裂带呈近东西向展布(校培喜等，2014)(图1a)。

2 箭峡山岩体岩石学特征

岩体呈北东向凸起的狭长带状展布(图1b)，岩性主要为黑云母二长花岗岩与花岗闪长岩，二者呈涌动接触。其南部与下石炭统托库孜达坂群下组呈断层接触，北部与白垩系犬牙沟组、三叠系鄂拉山组地层呈断层接触，在其内部可见少量的下元古界苦海岩群大型残留顶蚀体，在接触部位发育有片理和片麻理，走向与昆中断裂大致平行。围岩外接触变质带较小，变质岩石以角岩化、斑点状板岩化及大理岩化为主。蚀变多见绢云母化、绿泥石化和绿帘石化等现象。

本次主要对研究区内新鲜细粒黑云母二长花岗岩样品进行研究。岩石新鲜面呈灰白色，半自形—自形粒状结构，块状构造。主要矿物由石英(40%)、斜长石(23%)、碱性长石(27%)、白云母(4%)、黑云母(6%)组成。石英呈他形粒状，粒径0.2～1.2 mm；斜长石呈他形粒状，粒径0.5～1.0 mm；碱性长石主要有条纹长石(12%)和正长石(15%)，前者呈半自形—自形板状，后者呈半自形板状、条状、他形粒状。

图1 东昆仑地区大地构造位置图(a)和箭峡山岩体分布略图(b)(据校培喜等，2014修改)图a：Ⅰ—塔里木地块；Ⅱ—阿北—敦煌地块；Ⅲ—阿尔金构造带；Ⅲ-1—红柳沟拉配泉蛇绿构造混杂岩带；Ⅲ-2—阿中地块；Ⅲ-3—阿帕—茫崖早古生代蛇绿构造混杂岩带；Ⅳ—昆仑造山带；Ⅳ-1—昆北(祁曼塔格)弧后盆地；Ⅳ-2—昆中微地块；Ⅳ-3—昆南增生杂岩带；Ⅴ—巴颜喀拉褶皱带；Ⅵ—柴达木陆块；Ⅵ-1—柴北(蛇绿)构造混杂岩带；Ⅵ-2—柴达木盆地；Ⅶ—祁连造山带；主要断裂：①—阿尔金断裂北缘；②—阿尔金断裂南缘；③—昆北断裂带；④—黑山—那棱格勒河断裂；⑤—白干胡断裂；⑥—昆中断裂带；⑦—昆南断裂带；⑧—柴北缘断裂带图b：1—第四系；2—白垩系犬牙沟组；3—侏罗系采石岭组；4—侏罗系大煤沟组；5—三叠系鄂拉山组；6—石炭系托库孜达坂上组；7—石炭系托库孜达坂中组；8—石炭系托库孜达坂下组；9—古元古界苦海岩群片岩组；10—古元古界苦海岩群大理岩组；11—古元古界苦海岩群片麻岩组；12—二长花岗岩单元；13—花岗闪长单元；14—斜长花岗岩单元；15—闪长玢岩脉；16—断层；17—地质界线；18—岩相界线；19—同位素年龄样品采集点；20—岩石全分析样品采集点；21—薄片样品采集点

3 样品采集与测试方法

各类样品均采自岩体中新鲜露头。锆石U-Pb样品采自细粒黑云母二长花岗岩(D8333-TW1，GPS：N37°23′58"，E86°13′44")(图2)。测试所需的锆石单矿物分选、制靶工作在河北省区域地质调查院完成，锆石的阴极发光图像、透射光图像、反射光图像拍摄及锆石U-Pb定年工作均由中国地质科学院地质研究所大陆动力学重点实验室完成。

图2 细粒黑云母二长花岗岩野外照片(a)及显微照片(b)矿物缩写：Qz—石英；Pl—斜长石；Or—钾长石；Bt—黑云母；Mt—磁铁矿

锆石U-Pb定年采用Neptune Plus型多接收等离子体质谱仪和GeoLasPro 193 nm激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)。激光剥蚀的载气为氦，剥蚀束斑直径为32 μm，频率为8 Hz。采用国际标准锆石91500标准样品作为外标进行同位素的分馏校正，选用GJ-1作为辅助标样对数据的准确性进行验证。

样品主量元素、微量元素及稀土元素在中国地质调查局西安地质矿产研究所实验测试中心完成。主量元素采用压片法X射线荧光光谱(XRF)分析，微量(含稀土)元素采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析完成。主量元素分析精度和准确度优于5%，微量元素的分析精度和准确度优于10%。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年代学

锆石晶体粒晶型较为完好，少量存在颗粒破碎现象，根据阴极发光CL图来看(图3)，锆石多呈半自形—自形板柱状，极少量的呈棱柱状，没有明显的核幔结构，岩浆振荡环带发育，Th/U比值范围为0.45～0.92，比值均大于0.4，具有典型的岩浆锆石特点。分别对细粒黑云母二长花岗岩25个锆石颗粒进行LA-ICP-MS U-Pb分析，测试结果见表1。锆石除4号点位于锆石核部年龄谐和性较差外，其余24点在谐和曲线中基本一致，且分布较集中，206Pb/238U表面年龄范围在(343.2±5.4)～(371.2±6.0)Ma，加权平均年龄为(354.8±2.6)Ma(MSWD=0.8)(图4)，代表了岩浆锆石的结晶年龄。

图3 箭峡山花岗岩锆石阴极发光图像

表1 二长花岗锆石U-Pb同位素测试结果统计表

图4 黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图

4.2 元素地球化学特征

本次对箭峡山岩体进行岩石地球化学分析，共采集细粒黑云母二长花岗岩样品4件(表2)。岩石地球化学分析结果显示，K2O+Na2O值介于6.66%～8.06%之间，里特曼指数(σ)介于1.19～2.24，具有富碱的特征，SiO2含量为74.64%～77.38%，据花岗岩TAS分类图解，样品均落在花岗岩区域；K2O/Na2O值为0.60～1.32，样品相对富钾，根据SiO2-K2O图解，样品显示为钙碱性—高钾钙碱性岩石系列(图5)；Al2O3值为12.15%～12.98%，A/CNK值为1.18～1.20，A/CNK-A/NK图解显示样品均为过铝质。

细粒黑云母二长花岗岩的稀土总量变化在111.0×10-6～168.8×10-6之间(表3)，LREE/HREE在3.0～6.7，平均为4.1，稀土元素配分模式呈明显的右倾型(图6a),(La/Yb)N=2.5～7.8,平均为4.0，重稀土相对平坦，轻、重稀土分馏较明显，具有较强的铕负异常(δEu=0.1～0.3)，说明岩浆在结晶过程中，可能经历了强烈的斜长石分离结晶作用(靳拥护等，2020)。

表2 主量元素分析结果表/%

续表2

表3 稀土元素分析结果表/×10-6

图5 箭峡山岩体黑云母二长花岗岩主量元素图解a—花岗岩TAS分类图(底图据Middlemost，1994)；b—SiO2-K2O图解(底图据Peccerillo and Taylor，1976)；c—A/CNK-A/NK图解(底图据Maniar and Piccoli，1989)图a：1—橄榄辉长岩；2a—碱性辉长岩；2b—亚碱性辉长岩；3—辉长闪长岩；4—闪长岩；5—花岗闪长岩；6—花岗岩；7—硅英岩；8—二长辉长岩；9—二长闪长岩；10—二长岩；11—石英二长岩；12—正长岩；13—副长石辉长岩；14—副长石二长闪长岩；15—副长石二长正长岩；16—副长正长岩；17—副长深成岩；18—霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩

图6 二长花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(a)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(底图据Sun and McDonough，1989)

5 讨论

5.1 岩体成因

研究认为S型花岗岩通常具有过铝质的特征，其铝饱和指数A/CNK值大于1(王德滋和舒良树，2007)；S型花岗岩富Si(SiO2>67%)、略富碱(Na2O+K2O>6%)(王国辉等，2019)。本次采集二长花岗岩样品的A/CNK值介于1.18～1.20；SiO2值74.64～77.38；Na2O+K2O值6.66%～8.06%(表2)，均大于6%，具有S型花岗岩的特点，结合花岗岩A-C-F图解，样品点均落于S型花岗岩区域内(图7)。因此，认为箭峡山岩体成因类型为S型花岗岩。

图7 二长花岗岩A-C-F图解(底图据Setsuya and Masaki，1979)

S型花岗岩通常是以壳源沉积物为源岩，经部分熔融、结晶形成(王国辉等，2019)。样品Nb/Ta的值(12.86～14.20，平均值13.40)(表4)与地幔值(17.39～17.78)相差较远，更接近地壳值(10.91)(王国灿等，2007)；Th/Nb值为1.1～1.29、Th/La值为0.45～0.7，比值均位于壳源岩石值一侧，反映出壳源岩浆的特点(大陆地壳和原始地幔的平均值：Th/Nb分别为0.44和0.177，Th/La分别为0.204和0.125)(Saunders et al.，1988；Weaver，1991)；Rb/Sr值为0.98～4.28，同样位于壳源岩石一侧(地幔Rb/Sr平均值约为0.034，地壳Rb/Sr平均值约为0.35)(Taylor and Mclennan，1985)。综上，表明箭峡山岩体中细粒黑云母二长花岗岩岩浆来源于下地壳岩石的部分熔融。

表4 微量元素分析结果表/×10-6

5.2 源区分析

研究认为源区物质只有泥砂质沉积岩类才能形成体积较大的过铝质花岗岩体，而基性源岩则不能(Chappell and White，1974)。化学成分偏酸性过铝质花岗岩的形成，其源区物质通常为地壳中砂泥质岩石(Alberto et al.，1998)。

箭峡山岩体细粒黑云母二长花岗岩Al2O3/TiO2值为86.5～243，平均值为188.33，说明二长花岗岩具有贫黏土、富长石的特点(Sylvester,1998)；根据Rb/Sr-Rb/Ba图解(图8a)可以看出，除样品PM6-YQ18落在了贫黏土源区与富黏土源区边缘外，其余均落在了贫黏土源区范围内。由C/MF-A/MF图解(图8b)可以看出，样品均落在了变质杂砂岩部分熔融区域；对样品微量元素分析得出样品具有较低的Rb/Sr(0.98～4.28，平均值2.29)和Rb/Ba(0.33～1.19，平均值0.71)。综上，认为箭峡山岩体可能形成于砂质岩石的部分熔融。

5.3 构造环境分析

东昆仑西段晚古生代盆地演化可划分为盆地扩张阶段和弧陆碰撞阶段，盆地扩张阶段始于晚泥盆世，主要扩张阶段相当于早石炭世(尹福光和潘桂堂，2008)。前人对昆南增生杂岩带中不同地段的蛇绿岩开展了较多研究，其形成于晚泥盆—晚石炭世(368±1.4 Ma～308±4.9 Ma)，进一步为阿尼玛卿—布青山洋在晚古生代的俯冲提供了证据(陈亮等，2001；杨经绥等，2004；刘战庆等，2011b)。刘战庆等(2011c)在布青山地区发现一期早石炭世(332.8±3.1)Ma蛇绿岩，是洋壳扩张而形成的洋壳残余。王疆涛(2017)在东昆仑西段石英闪长岩中获得的岩浆锆石年龄为(345±2.6)Ma，认为是形成于阿尼玛卿—布青山洋向北俯冲消减作用背景下。以上研究均表明研究区早石炭世古特提斯洋仍处于向北俯冲阶段。高钾钙碱性花岗岩通常是在俯冲作用下形成(陈光庭等，2016)。结合本次研究获得的锆石U-Pb年龄为(354.8±2.6)Ma，认为箭峡山岩体成因可能与早石炭世古特提斯洋持续向北俯冲密切相关。结合构造环境判别图解Y-Nb(图9a)、Rb-Yb+Ta(图9b)，样品均落在了岛弧花岗岩区域。Rb/30-Hf-3Ta图解(图9c)中，样品均落在火山弧花岗岩区域。结合区域构造演化，综合分析认为箭峡山岩体形成于与俯冲有关的活动大陆边缘环境。

图8 黑云母二长花岗岩Rb/Sr-Rb/Ba图解a(底图据Sylvester，1998)及C/MF-A/MF图解b(底图据Alther et el.，2000)

图9 箭峡山序列二长花岗岩构造环境判别图解a—Nb-Y图解；b—Rb-(Yb+Ta)图解(底图据Pearce et al.，1984)；c—Rb/30-Hf-3Ta图解(底图据Harris et al.，1986)

6 结论

(1)箭峡山岩体中细粒黑云母二长花岗岩中锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为(354.8±2.6)Ma (MSWD=0.80)。

(2)岩石地球化学分析结果显示，过铝质钙碱性—高钾钙碱性S型花岗岩，呈现富碱、相对富钾的特征。δEu=0.1～0.3，具有显著的铕负异常。

(3)根据构造环境判别图解，结合东昆仑区域地质背景分析，岩体形成于大陆边缘弧环境，认为是古特提斯洋向北俯冲于昆仑地体之下的产物。