徐盛林, 陳宣華, 馬飛宙, 邵兆剛, 丁偉翠, 韓樂樂 , 王 葉

1)中國地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037; 2)中國地質(zhì)調(diào)查局, 北京 100037;3)中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 北京 100083

中亞造山帶處于俄羅斯的烏拉爾山脈和我國的東北地區(qū)之間, 東西延伸 5000多 km, 是連接華北克拉通、塔里木克拉通和西伯利亞克拉通的巨型縫合帶(圖 1a), 亦是全球最大的增生造山帶(Seng?r et al., 1993; Chen and Jahn, 2004; Jahn, 2004; 陳宣華等, 2009, 2011, 2017)。中亞造山帶西南部的西準(zhǔn)噶爾地區(qū)(圖 1b)是我國重要的構(gòu)造-礦產(chǎn)-巖漿帶之一(韓寶福等, 1998; Chen et al., 2014, 2015), 長久以來屬于熱點(diǎn)研究區(qū)(鄧震等, 2019; 宋博等, 2021)。

圖1 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig. 1 Simplified geological sketch of West Junggar

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代巖漿活動(dòng)劇烈, 發(fā)生由大洋演化向陸內(nèi)演化的構(gòu)造轉(zhuǎn)換(Xu et al., 2019;徐盛林等, 2019, 2022), 殼幔相互作用強(qiáng)烈, 地殼的垂向和側(cè)向增生顯著, 地殼生長和演化存在多階段性。前人做過大量巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)和同位素方面的研究, 有學(xué)者認(rèn)為區(qū)域晚古生代巖漿活動(dòng)集中在早石炭世(340～320 Ma)和晚石炭世—早二疊世(310～290 Ma; 童英等, 2010): 早石炭世巖漿巖以一系列中小型中酸性巖株為特征, 多形成于島弧和洋脊環(huán)境, 主要分布在巴爾魯克山、克拉瑪依和包古圖一帶, 可能是西準(zhǔn)噶爾洋向哈薩克斯坦微陸塊俯沖的產(chǎn)物; 晚石炭世—早二疊世時(shí)期, 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)處于后造山伸展的演化階段, 在達(dá)拉布特?cái)嗔褍蓚?cè)發(fā)育大量的 A型花崗巖巖基(韓寶福等,2006)。早二疊世之后, 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)進(jìn)入陸內(nèi)演化階段, 巖漿侵入活動(dòng)明顯減弱, 僅在西南部的接特布調(diào)地區(qū)發(fā)育高分異和殼?；煸吹腎型花崗巖(楊高學(xué)等, 2013; 徐盛林等, 2020)。除此之外, 也有學(xué)者持有不同的觀點(diǎn), 唐功建等(2009)認(rèn)為區(qū)域在晚石炭世仍然存在洋脊俯沖, 劉希軍等(2009)認(rèn)為該地區(qū)在302 Ma還保留有洋盆。

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)西南部的拉巴地區(qū)是連接準(zhǔn)噶爾盆地、西準(zhǔn)噶爾地區(qū)和天山造山帶的關(guān)鍵部位(圖1c), 研究程度相對較低, 有學(xué)者(魏榮珠, 2010)認(rèn)為其形成于早二疊世后造山伸展的構(gòu)造環(huán)境。本文通過對拉巴巖體的巖相學(xué)、地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、鋯石Lu-Hf同位素和Sr-Nd-Pb同位素的系統(tǒng)性深入研究, 著重與區(qū)域同時(shí)期同類型巖漿巖(尤其是相近的都倫河?xùn)|巖體與西準(zhǔn)噶爾晚古生代島弧花崗巖)作綜合對比分析, 重新厘定了拉巴巖體的形成時(shí)代和巖石類型, 分析了巖漿源區(qū)屬性, 探討了巖體形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境, 對完善西準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代年代學(xué)格架和大地構(gòu)造演化等具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

西準(zhǔn)噶爾地區(qū)位于哈薩克斯坦微陸塊和準(zhǔn)噶爾盆地之間, 是巴爾喀什馬蹄形造山帶的東延部分,區(qū)內(nèi)發(fā)育大型左行走滑和右行走滑斷裂(陳宣華等,2011)。地層以古生界為主, 其中石炭系是出露最廣泛的地層, 為一套半深海-大陸坡相火山-碎屑沉積建造(陳宣華等, 2015), 二疊系為陸相火山磨拉石建造, 僅在達(dá)拉布特等局部地區(qū)零星出露。巖漿巖極其發(fā)育, 從酸性巖至超基性巖均有出露: 晚古生代花崗巖類分布最為廣泛, 包括海西中晚期的中小型巖株(包古圖、哈圖、克拉瑪依等地區(qū))和海西晚期的大型花崗巖巖基(廟爾溝、阿克巴斯陶、紅山等巖體), 其空間分布明顯受區(qū)域斷裂系統(tǒng)的控制作用;超基性巖作為蛇綠混雜巖的一部分, 主要沿達(dá)拉布特?cái)嗔?、瑪雅圖斷裂和扎婁勒山—拉巴山斷裂等分布; 局部可見酸性火山巖、基性巖墻群和中酸性巖脈(圖 1c)。

拉巴巖體作為西準(zhǔn)噶爾巖漿巖的重要組成部分, 處在扎婁勒山—拉巴山斷裂、塔爾根斷裂、瑪依勒斷裂、達(dá)拉布特?cái)嗔阎g。巖體周邊發(fā)育志留系瑪依勒山群、中泥盆統(tǒng)庫魯木迪組、下石炭統(tǒng)希貝庫拉斯組、下石炭統(tǒng)包古圖組、上石炭統(tǒng)莫老壩組和下三疊統(tǒng)尖山溝組(圖 2): 瑪依勒山群主要為一套淺變質(zhì)-未變質(zhì)的深海-次深海相火山巖-火山碎屑巖組合, 以凝灰質(zhì)泥巖、粉砂巖、砂巖、枕狀熔巖等為主, 夾硅質(zhì)巖、灰?guī)r, 巖石發(fā)生不同變質(zhì)程度的千枚巖化、絹云母化; 庫魯木迪組為淺海相火山碎屑巖建造, 主要為中酸性火山灰層凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)碎屑巖, 玄武凝灰熔巖、安山玢巖等; 希貝庫拉斯組為淺海-濱海環(huán)境的火山碎屑巖, 主要為粗碎屑凝灰質(zhì)砂巖、粗砂巖、砂礫巖, 夾粉砂質(zhì)泥巖, 具沉積韻律特征; 包古圖組為區(qū)內(nèi)分布最廣泛的地層, 屬海相火山-陸源碎屑沉積建造, 主要巖性為粉砂質(zhì)泥巖, 夾硅質(zhì)巖、細(xì)砂巖、砂礫巖和少量枕狀玄武安山玢巖等; 莫老壩組為火山巖建造, 以英安玢巖、霏細(xì)斑巖、流紋巖、安山玢巖為主, 夾凝灰?guī)r等; 尖山溝組為一套紫紅色陸緣碎屑沉積-磨拉石建造, 以發(fā)育礫巖為特征, 整體超覆在晚石炭世前地層之上(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1993; 魏榮珠, 2010)。

2 巖體地質(zhì)與巖相學(xué)特征

2.1 巖體地質(zhì)

拉巴巖體主要由花崗閃長巖、黑云母二長花崗巖、似斑狀二長花崗巖巖基和一系列北北西向?yàn)橹鞯拈W長巖、花崗巖、花崗閃長斑巖等巖脈構(gòu)成, 侵入下石炭統(tǒng)包古圖組。拉巴花崗巖巖基整體呈北北東向, 南部為中細(xì)?；◢忛W長巖(圖 3b, 樣品號為XH20171004-2), 中部為中粒似斑狀二長花崗巖(圖3d, 樣品號為 XH20171011-4), 北部為中粗粒黑云母二長花崗巖(圖3c, 樣品號為XH20171011-3), 三者主體呈涌動(dòng)式接觸關(guān)系, 局部可見規(guī)模不等的巖脈。巖基西南部發(fā)育以花崗閃長斑巖(圖 3a)等為代表的巖脈。本文有代表性地選取了3個(gè)大型巖基和1個(gè)巖脈樣品(圖2)進(jìn)行相關(guān)測試分析, 與前人對拉巴巖體、都倫河?xùn)|巖體和西準(zhǔn)噶爾島弧花崗巖的研究成果(數(shù)據(jù)分別引自魏榮珠, 2010; 段豐浩等,2015; 陳宣華等, 2017; 詳細(xì)數(shù)據(jù)不再重復(fù)列出)作綜合探討。

圖2 拉巴巖體區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖(據(jù)魏榮珠, 2010; 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1993修改)Fig. 2 Geological structure sketch of the Laba(modified fromWEI, 2010; Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources Exploration, 1993)

圖3 拉巴巖體花崗巖類樣品野外照片F(xiàn)ig. 3 Photographs of granitoid samples in the Laba

2.2 巖相學(xué)特征

花崗閃長斑巖: 斑狀結(jié)構(gòu), 球粒結(jié)構(gòu), 斑晶由斜長石(32%)、石英(10%)及少量鉀長石(4%)、角閃石(7%)組成, 基質(zhì)由長石(20%)、石英(15%)及黑云母(4%)組成, 另見少量綠簾石。斑晶: 斜長石呈半自形-它形, 局部見聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶, 發(fā)育強(qiáng)烈絹云母化及黏土化, 粒徑約0.2～1.5 mm; 石英多呈球粒狀展布, 粒徑 0.22～0.78 mm, 波狀消光;鉀長石呈它形板狀, 鉀長石粒徑0.2～0.8 mm; 角閃石呈它形柱狀, 具淺褐-褐綠色極強(qiáng)多色性, 常見閃石式解理發(fā)育, 個(gè)別呈細(xì)長柱狀、針狀展布, 具二級干涉色?；|(zhì): 具微粒結(jié)構(gòu), 粒徑均＜0.10 mm, 石英它形粒狀, 少數(shù)呈球粒狀展布; 斜長石聚片雙晶發(fā)育, 粒徑0.1～0.4 mm; 黑云母多呈細(xì)鱗片狀展布,均已蝕變?yōu)榫G泥石; 基質(zhì)鉀長石多發(fā)育黏土化(圖4a)。

花崗閃長巖: 花崗結(jié)構(gòu), 主要由斜長石(38%)、鉀長石(10%)、石英(35%)及角閃石(15%)、黑云母(2%)組成, 副礦物可見磷灰石、鋯石及不透明礦物。斜長石呈自形-半自形板狀, 表面褐灰色, 發(fā)育聚片雙晶, 可見絹云母化、鈉黝簾石化, 見鈉長石凈邊,粒徑約1.2～0.2 mm。鉀長石呈半自形-它形, 部分表面呈紅褐色, 主要為條紋長石, 主晶為鉀長石, 客晶為細(xì)條狀鈉長石, 鉀鈉交代明顯, 粒徑約 2.0～0.5 mm。石英為它形粒狀, 裂紋發(fā)育, 可見石英交代長石, 粒徑約1.2～0.2 mm。角閃石呈半自形粒狀,橫截面具角閃石式解理, 見簡單雙晶, 粒徑約 2.2～0.2 mm。黑云母呈半自形片狀, 多色性明顯, 發(fā)生綠泥石化, 沿解理析出鐵質(zhì), 部分轉(zhuǎn)變?yōu)榫G簾石,受力具壓扭性, 粒徑約1.8～0.2 mm(圖4b)。

黑云母二長花崗巖: 花崗結(jié)構(gòu), 中-細(xì)粒不等粒結(jié)構(gòu), 主要由斜長石(30%)、鉀長石(42%)、石英(23%)及少量黑云母(5%)組成, 副礦物為一些不透明金屬礦物、磷灰石, 偶見鋯石等。巖石發(fā)育強(qiáng)烈黏土化、絹云母化、綠簾石化及綠泥石化。斜長石呈半自形板狀, 隱約可見聚片雙晶及環(huán)帶結(jié)構(gòu), 發(fā)育強(qiáng)烈黏土化、絹云母化, 斜長石粒徑0.32～0.84 mm。鉀長石呈他形板狀, 粒徑 0.31～0.76 mm, 表面黏土化強(qiáng)烈, 個(gè)別卡氏雙晶發(fā)育, 且晶內(nèi)包裹有石英, 構(gòu)成包含結(jié)構(gòu)。石英呈它形粒狀, 粒徑 0.35～0.79 mm,晶內(nèi)裂紋發(fā)育普遍。黑云母呈片狀, 受外力晶體彎曲變形, 淺黃-淺綠多色性, 整體已綠泥石化、綠簾石化完全(圖4c)。

圖4 花崗巖類樣品顯微結(jié)構(gòu)特征(正交偏光)Fig. 4 Microstructures of granitoid samples with perpendicular polarized light

似斑狀二長花崗巖: 似斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶由鉀長石(18%)、斜長石(14%)、石英(10%)及少量黑云母(3%)組成, 基質(zhì)具細(xì)粒結(jié)構(gòu), 成分與斑晶一致, 副礦物見不透明金屬礦物、榍石、磷灰石等。斑晶: 鉀長石多為條紋長石, 呈它形薄板狀, 粒徑 0.50～1.50 mm, 條紋結(jié)構(gòu)發(fā)育, 黏土化強(qiáng)烈; 斜長石呈半自形-它形板狀, 粒徑 0.55～1.90 mm, 常見聚片雙晶及卡鈉復(fù)合雙晶, 環(huán)帶結(jié)構(gòu)不明顯, 黏土化及絹云母化強(qiáng)烈; 石英呈它形粒狀, 粒徑 1.50～3.00 mm, 晶內(nèi)裂紋發(fā)育, 少見波狀消光; 黑云母呈鱗片狀, 粒徑約1.50～2.15 mm, 具淺黃-深褐色極強(qiáng)多色性?；|(zhì): 鉀長石及斜長石均黏土化強(qiáng)烈, 條紋結(jié)構(gòu)及聚片雙晶發(fā)育, 粒徑約0.50～1.00 mm; 石英呈它形粒狀, 粒徑集中于 0.30～1.20 mm; 黑云母呈半自形-它形片狀, 粒徑0.23～1.12 mm, 少量見綠泥石化, 部分已轉(zhuǎn)變?yōu)榫叩逅{(lán)色異常干涉色的葉綠泥石(圖 4d)。

3 樣品制備與分析方法

3.1 樣品制備

將新鮮巖樣碎成200目以下的粉末, 以備進(jìn)行主微量、稀土元素和同位素的測試分析工作。通過對巖樣的破碎、浮選、電磁選等方法挑選出純度較高的單顆粒鋯石, 在雙目鏡下挑選晶形、透明度和色澤較好的鋯石顆粒制靶, 將鋯石表面拋光, 露出核部, 使用JSM6510型掃描電子顯微鏡完成鋯石樣品的陰極發(fā)光成像, 圈出透明、晶型較好、具生長環(huán)帶、無裂隙和無包體的鋯石點(diǎn)位, 為鋯石 U-Pb和Lu-Hf同位素測試準(zhǔn)備。

3.2 分析方法

(1)巖石地球化學(xué)分析

分析測試工作在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心完成。其中, 主量元素(除 FeO外)檢測采用標(biāo)準(zhǔn)是GB/T14506.28-1993; FeO的檢測采用標(biāo)準(zhǔn)是 GB/T14506.14-1993; H2O+檢測采用標(biāo)準(zhǔn)是GB/T14506.2-1993; CO2檢測采用標(biāo)準(zhǔn)是GB9835-1988; 燒失量 LOI檢測采用標(biāo)準(zhǔn)是LY/T1253-1999。FeO采用容量滴定法, 其他主量元素采用X-熒光光譜法(XRF), 測試儀器是X-熒光光譜儀。微量元素和稀土元素含量的檢測標(biāo)準(zhǔn)為DZ/T0223-2001, 采用酸熔法, 檢測儀器為 ExCell型等離子質(zhì)譜(ICP-MS)。主微量元素和稀土元素分析結(jié)果見表1和表2。

表2 拉巴巖體花崗巖類微量元素組成Table 2 Trace element (10-6) composition of the Laba granitoids

(2)鋯石U-Pb測試

LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb定年在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成。實(shí)驗(yàn)使用LA-MC-ICPMS系統(tǒng), 193 nm激光器剝蝕, 束斑直徑為32 μm, 激光能量密度為11 J/cm2, 頻率為10 Hz, He作載氣, 積分時(shí)間為0.131 s, 信號采集時(shí)間為50 s。樣品測試前后需測定一個(gè) NIST610和兩個(gè) GJ-1標(biāo)樣, 每 8個(gè)鋯石測點(diǎn)中加入1組(2個(gè)測點(diǎn))GJ-1國際標(biāo)樣。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟參考李懷坤等(2009)。利用ICPMSDataCal程序數(shù)據(jù)處理, 剔除樣品中差異較大的點(diǎn), 使用 Isoplot 3.10完成鋯石年齡計(jì)算(表3)及U-Pb協(xié)和圖。

(3)鋯石Lu-Hf同位素

鋯石微區(qū)原位Lu-Hf同位素測試分析在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成。實(shí)驗(yàn)激光器波長為193 nm, 頻率10 Hz, 束斑直徑35 μm, 能量密度10 J/cm3, 以高純He作為載氣。實(shí)驗(yàn)中每8個(gè)鋯石測點(diǎn)中加入 1組(2～3個(gè)測點(diǎn))GJ-1國際標(biāo)樣對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控校驗(yàn)。具體詳細(xì)儀器參數(shù)、實(shí)驗(yàn)步驟和標(biāo)樣參數(shù)見耿建珍等(2011)。詳細(xì)測試結(jié)果見表4。

(4)全巖Sr-Nd-Pb同位素

Sr、Nd、Pb同位素分析在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)放射性成因同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成。將 100～150 mg粉末樣品于悶罐中, 加酸溶解, 完成Sr、Nd、Pb同位素分離純化。同位素比值的測試在MAT-262熱電離質(zhì)譜計(jì)完成, Sr同位素比值測定采用Ta金屬帶和Ta發(fā)射劑; Nd同位素比值測定采用Re金屬帶,Pb同位素比值測試采用單Re金屬帶并以硅膠為發(fā)射劑。重復(fù)測量、計(jì)算, 確保數(shù)據(jù)滿足要求后, 進(jìn)行質(zhì)量分餾校正。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟與方法見Chen et al.(2000, 2002, 2007), 測試結(jié)果分別見表5、表6、表7。

表5 拉巴巖體花崗巖類Sr同位素組成數(shù)據(jù)Table 5 Sr isotope analysis results of the Laba granitoids

表6 拉巴巖體花崗巖類Nd同位素組成數(shù)據(jù)Table 6 Nd isotope analysis results of the Laba granitoids

表7 拉巴巖體花崗巖類Pb同位素組成數(shù)據(jù)Table 7 Pb isotope analysis results of the Laba granitoids

4 分析結(jié)果

4.1 巖石地球化學(xué)

拉巴巖體花崗巖類的主微量元素分析測試數(shù)據(jù)(表 1, 2)結(jié)果顯示, 樣品 SiO2含量均大于66%(SiO2=66.23%～69.84%), Al2O3含量為 15.32%～16.97%, K2O含量為 1.43%～3.04%, Na2O含量為4.18%～4.45%, CaO 含量為 2.70%～4.00%,TiO2(0.28%～0.45%)、FeOT(2.04%～3.13%)和MgO(1.04%～1.50%)含量較低。

表1 拉巴巖體花崗巖類主量元素組成Table 1 Major element compositions (%) of the Laba granitoids

在化學(xué)成分上, 拉巴巖體花崗巖類主要落在花崗閃長巖和花崗巖的區(qū)域內(nèi), 均為花崗巖類, 與根據(jù)樣品實(shí)際礦物定名的結(jié)果相吻合, 屬于亞堿性系列(圖 5a)。A/CNK=1.01～1.06, 為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)(圖 5b)。全堿(K2O+Na2O)為 5.61%～7.26%,K2O/Na2O 為 0.33～0.72, Na2O+K2O-CaO 為 1.61%～4.56%, 為鈣堿性-高鉀鈣堿性系列(圖5c, d)。樣品的FeOT/MgO值為1.85～2.98。

圖5 主量元素分類圖解Fig. 5 Major element discrimination

樣 品 稀 土 總 量 (ΣREE) 為 45.41×10-6～100.65×10-6, 平均值為 61.03×10-6; 輕稀土總量(ΣLREE) 為 40.16×10-6～85.95×10-6, 平 均 值 為53.61×10-6; 重 稀 土 總 量 (ΣHREE)為 4.60×10-6～14.70×10-6, 平均值為 7.42×10-6, 輕重稀土分餾明顯, (La/Yb)N為5.26～12.88, 平均值為9.23, 具有明顯的右傾特征。巖石δEu值為0.64～0.97, 呈較弱的負(fù)異常(圖 6a)。樣品整體具有高 Sr(318×10-6～694×10-6, 整 體 ＞400×10-6)、 低 Yb(0.56×10-6～2.45×10-6, ＜2×10-6)、 低 Y(5.73×10-6～20.90×10-6,＜21×10-6)的特點(diǎn), 富集大離子親石元素(LILEs; Rb、Th、K)和高場強(qiáng)元素(HFSEs; Zr、Hf、Sm), Nb、Ta、P和Ti負(fù)異常, Sr正異常(圖6b)。

圖6 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化多元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough, 1989)Fig. 6 Chondrite-normalized REE distribution patterns diagram (a) and primitive mantle-normalized multi-element spider diagram (b)(chondrite and primitive mantle data from Sun and McDonough, 1989)

4.2 鋯石U-Pb年代學(xué)

4.2.1 鋯石形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)

拉巴巖體的4個(gè)樣品整體具有一致的鋯石陰極發(fā)光特征(圖 7), 鋯石晶形較好, 邊界清晰, 粒徑在100～200 μm 之間, 大小較均勻, 大部分呈短柱狀,少數(shù)呈長柱狀和粒狀, 長寬比為1:1～3:1, 環(huán)帶具明暗相間的韻律結(jié)構(gòu), 為典型的巖漿鋯石(吳元保和鄭永飛, 2004)。部分鋯石均可見殘留核, 核部為亮度不均的弱環(huán)帶, 熔蝕邊界清晰, 殘留核外邊生長環(huán)帶明顯。

圖7 拉巴巖體花崗巖類鋯石CL圖像Fig. 7 Zircon CL images of the Laba granitoids

4.2.2 鋯石U-Pb定年

花崗閃長斑巖共獲得25個(gè)鋯石U-Pb測點(diǎn)數(shù)據(jù),U 和 Th的含量變化范圍分別為 149.99×10-6～477.07×10-6和 42.08×10-6～220.61×10-6, Th/U 值為0.18～0.61(表3)。所有測點(diǎn)比較協(xié)和且聚集成簇, 加權(quán)平均年齡為(288.0±1.5) Ma(n=25, MSWD=0.44;圖 8a)。

花崗閃長巖共獲得23個(gè)鋯石U-Pb測點(diǎn)數(shù)據(jù), U和 Th的含量變化范圍分別集中在106.15×10-6～446.92×10-6和43.92×10-6～227.00×10-6,整體的Th/U值為0.25～0.71(表3)。所有測點(diǎn)比較協(xié)和且聚集成簇, 加權(quán)平均年齡為(287.6±1.4) Ma(n=23, MSWD=1.07; 圖 8b)。

黑云母二長花崗巖共獲得24個(gè)鋯石U-Pb測點(diǎn)數(shù)據(jù), U 和 Th的含量變化范圍分別為142.49×10-6～575.12×10-6和55.31×10-6～374.52×10-6,Th/U值為0.32～0.68(表3)。所有測點(diǎn)比較協(xié)和且聚集成簇, 加權(quán)平均年齡為(290.8±1.8) Ma(n=24,MSWD=0.32; 圖 8c)。

似斑狀二長花崗巖共獲得18個(gè)鋯石U-Pb測點(diǎn)數(shù)據(jù), U 和 Th的含量變化范圍分別為130.44×10-6～674.12×10-6和57.43×10-6～596.93×10-6,整體的Th/U值為0.41～0.94(表3)。所有測點(diǎn)比較協(xié)和且聚集成簇, 加權(quán)平均年齡為(285.7±1.6) Ma(n=18, MSWD=0.69; 圖 8d)。

表3 拉巴巖體花崗巖類鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)Table 3 U-Pb isotope dating results for zircons of the Laba granitoids

續(xù)表3

圖8 鋯石U-Pb協(xié)和圖Fig. 8 Zircon U-Pb isotopic data

4.3 鋯石Lu-Hf同位素

完成鋯石 U-Pb測年基礎(chǔ)之上, 選取了部分鋯石進(jìn)行了Lu-Hf同位素分析測試, 測點(diǎn)位置與U-Pb測試點(diǎn)位是同一鋯石顆粒內(nèi)的同一巖漿生長環(huán)帶上(圖7), 詳細(xì)測試結(jié)果見表4。結(jié)果顯示除了少數(shù)幾顆鋯石之外, 大部分鋯石的176Lu/177Hf值小于0.002,說明樣品中的鋯石在形成后具有極低的放射性成因Hf積累, 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的176Hf/177Hf比值可以代表鋯石結(jié)晶形成時(shí)巖漿中的176Hf/177Hf比值(吳福元等,2007)。分別計(jì)算出鋯石的 εHf(t)、單階模式年齡(TDM1)、二階模式年齡(TDM2)(表4)。

圖 9 143Nd/144Nd-206Pb/204Pb (a)和 207Pb/204Pb-206Pb/204Pb (b)圖解Fig. 9 143Nd/144Nd versus 206Pb/204Pb (a) and 207Pb/204Pb versus 206Pb/204Pb (b) diagrams

圖 10 εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解Fig. 10 εNd(t) versus (87Sr/86Sr)i diagram

表4 拉巴巖體花崗巖類Lu-Hf同位素分析結(jié)果Table 4 Lu-Hf isotope analysis results of the Laba granitoids

續(xù)表4

4.4 全巖Sr-Nd-Pb同位素

對拉巴巖體花崗巖類 Sr-Nd-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)過時(shí)間校正之后得到各初始同位素比值的前提下,綜合分析同位素特征, 測試和計(jì)算結(jié)果(表5, 6, 7)顯示, (87Sr/86Sr)i=0.704 495～0.707 051, (143Nd/144Nd)i=0.512 473～0.512 579, (206Pb/204Pb)i=18.020 842～18.530 424, (207Pb/204Pb)i=15.579 046～15.614 896,(208Pb/204Pb)i=37.929 017～38.036 434, Sr-Nd-Pb同位素組成較為均一, 具有相對較高的(206Pb/204204Pb)i、(207Pb/204Pb)i、(208Pb/204Pb)i比值和較低的(87Sr/86Sr)i、(143Nd/144Nd)i比值, 巖體的εNd(t)=4.01～6.15, 二階段模式年齡為 553～725 Ma。

5 討論

5.1 巖體形成時(shí)代

魏榮珠(2010)曾對拉巴巖體花崗巖和花崗閃長巖進(jìn)行過 U-Pb年代學(xué)研究, 分別測得巖體年齡為287.0 Ma和295.1 Ma, 本文測得巖體花崗巖類U-Pb年齡為 285.7～290.8 Ma, 與前人結(jié)果較為一致。西準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代巖漿活動(dòng)集中在早石炭世(340～320 Ma)和晚石炭世—早二疊世(310～290 Ma)兩個(gè)重要時(shí)期, 分別以區(qū)內(nèi)中北部廣泛發(fā)育的中小型巖株和大型花崗巖巖基為特征, 巔峰期在300 Ma左右, 之后巖漿活動(dòng)明顯減弱。拉巴巖體處在西準(zhǔn)噶爾的西南部地區(qū), 年齡為 285.7～295.1 Ma, 活動(dòng)時(shí)間相對較晚, 說明已經(jīng)處在區(qū)域巖漿演化的后期,可有效完善整個(gè)西準(zhǔn)噶爾地區(qū)年代學(xué)格架。

5.2 源區(qū)屬性

由143Nd/144Nd-206Pb/204Pb同位素圖解(圖 9a)可以看出, 拉巴巖體整體落在全硅酸鹽地球(BSE)內(nèi)及其附近, 與西準(zhǔn)噶爾其他地區(qū)島弧花崗巖類范圍一致。由207Pb/204Pb-206Pb/204Pb同位素圖解(圖 9b)可以看出, 巖石整體落在全硅酸鹽地球(BSE)附近,與西準(zhǔn)噶爾其他地區(qū)島弧花崗巖類范圍較為相近。在 εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(圖 10)中, 樣品靠近虧損地幔組分(DMC)端元, 處在中亞造山帶范圍內(nèi), 與西準(zhǔn)噶爾其他地區(qū)島弧花崗巖特征較為一致, 但是εNd(t)值整體相對更低。

圖 11 εNd(t)-t圖解Fig. 11 εNd(t) versus t diagram

在 εNd(t)-t圖解(圖 11)中, 拉巴巖體 Nd同位素組成與西準(zhǔn)噶爾地區(qū)一致, 具有較高的正 εNd(t)值,指示源區(qū)可能以幔源物質(zhì)為主。Lu-Hf同位素特征顯示, 拉巴巖體具有很高的176Hf/177Hf值和正εHf(t)值(圖12), 與Nd同位素特征耦合, Hf模式年齡整體等于或略大于其結(jié)晶年齡, 指示巖石源區(qū)可能以古生代新生地殼發(fā)生部分熔融為主。

圖12 Lu-Hf同位素特征Fig. 12 Zircon Lu-Hf isotopic compositions

巖石源區(qū)屬性的判別是巖石成因分析和構(gòu)造環(huán)境判別的基礎(chǔ), 拉巴巖體花崗巖類全巖 Sr-Nd-Pb和鋯石 Lu-Hf同位素特征表明, 拉巴巖體整體表現(xiàn)為較高的 εHf(t)、εNd(t)值和較低的(87Sr/86Sr)i值, 具有虧損地幔的源區(qū)屬性, 幾乎不存在古老地殼。西準(zhǔn)噶爾地區(qū)在早石炭世已經(jīng)存在洋盆并發(fā)生洋內(nèi)俯沖, 與拉巴巖體花崗巖類屬于高鉀鈣堿性巖石系列、富集大離子親石元素、相對虧損高場強(qiáng)元素等地球化學(xué)特征相吻合, 說明拉巴巖體的源區(qū)可能為新元古代—古生代形成的新生洋殼發(fā)生部分熔融為主, 不排除少量幔源物質(zhì)的直接參與。

5.3 巖石類型

拉巴巖體由花崗巖、花崗閃長巖、二長花崗巖巖基和一系列花崗閃長斑巖、閃長巖脈、花崗巖脈等巖脈組成, 礦物主要包括石英、斜長石、堿性長石、角閃石和黑云母等, A/CNK整體小于1.1, 為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì), CaO、Na2O含量較高, Eu弱負(fù)異常,高 εNd、低(87Sr/86Sr)i, 屬鈣堿性系列, 處在準(zhǔn)噶爾 I型花崗巖的范圍內(nèi)(圖 5b), 明顯區(qū)別于區(qū)內(nèi)后造山伸展階段廣泛發(fā)育的A型花崗巖(圖13), 屬于典型的I型花崗巖。

圖13 花崗巖類判別圖(據(jù)Whalen et al., 1987)Fig. 13 Granite classification diagrams(after Whalen et al., 1987)

5.4 構(gòu)造環(huán)境與演化

巖石形成時(shí)的溫度和壓力條件, 對于探討巖石形成時(shí)構(gòu)造環(huán)境問題具有重要的意義。本文通過計(jì)算拉巴巖體花崗巖類全巖鋯飽和溫度來揭示巖漿的結(jié)晶溫度, 計(jì)算(Watson and Harrison, 1983; Tang et al., 2021)結(jié)果顯示(圖14), 除了個(gè)別樣品, 巖石的鋯飽和溫度整體低于 800℃, 說明巖漿具有相對較低的結(jié)晶溫度。關(guān)于巖體形成時(shí)的壓力條件, 張旗等(2005, 2006, 2010)認(rèn)為花崗巖類Sr、Yb含量可能與源區(qū)殘留相、源區(qū)深度具有密切的關(guān)系, 本文以此來區(qū)分巖石形成時(shí)的壓力, 拉巴巖體黑云母二長花崗巖屬于低Sr高Yb的華南型(低壓)花崗巖, 其他巖石整體屬于高Sr低Yb的華北型(高壓)花崗巖(圖15)。

圖14 T(℃)-Zr關(guān)系圖解Fig. 14 T(℃) versus Zr diagram

圖15 Sr-Yb關(guān)系圖解(據(jù)張旗等, 2005, 2006)Fig. 15 Sr versus Yb diagram (after ZHANG et al., 2005, 2006)

對拉巴巖體及區(qū)域典型巖石作構(gòu)造環(huán)境判別(圖 16)分析, 這些巖石都處在火山島弧花崗巖的范圍內(nèi), 與上述分析一致, 指示拉巴巖體可能形成于島弧環(huán)境。其中花崗閃長斑巖、花崗閃長巖和似斑狀二長花崗巖滿足埃達(dá)克巖的地球化學(xué)條件(張旗等, 2002), SiO2含量 66.23%～69.84%(＞56%), 高Al2O3(16.19%～16.97%, ＞15%), 低 MgO(1.04%～1.50%, ＜3%), 貧 Y(5.73～6.91 μg/g, ＜18 μg/g), 貧Yb(0.56～0.72 μg/g, ＜1.9 μg/g), 高 Sr(589～694 μg/g, ＞400 μg/g), 富集 LREE, 較弱的 Eu負(fù)異常,(87Sr/86Sr)i略大于 0.704(＜0.704), 較高的正 εNd值(＞0); 黑云母二長花崗巖的Y、Yb含量明顯相對較高和Sr含量明顯相對較低, 在某些特征方面不滿足埃達(dá)克巖的上述特征, 屬于一般的島弧花崗巖。在LaN/YbN-YbN(圖 17a)和 Sr/Y-Y(圖 17b)圖解中, 亦可以看出以前者為代表的巖石落在埃達(dá)克巖的范圍內(nèi),以后者為代表的巖石落在典型弧后的范圍內(nèi), 且與都倫河?xùn)|巖體、西準(zhǔn)其他地區(qū)島弧花崗巖可作對比。

圖16 微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖(據(jù)Pearce et al., 1984; Pearce, 1996)Fig. 16 Trace element discrimination for tectonic interpretation (after Pearce et al., 1984; Pearce, 1996)

圖 17 LaN/YbN-YbN(a)和 Sr/Y-Y(b)圖解(據(jù) Defant and Drummond, 1990)Fig. 17 LaN/YbN versus YbN (a) and Sr/Y versus Y (b) diagrams (from Defant and Drummond, 1990)

西準(zhǔn)噶爾晚古生代主要存在兩個(gè)時(shí)期(早石炭世和晚石炭世—早二疊世)的動(dòng)力學(xué)演化階段(韓寶福等, 2006; 童英等, 2010)。早石炭世階段, 發(fā)生洋內(nèi)俯沖, 地殼側(cè)向增生, 形成一系列類似于西太平洋構(gòu)造域的多洋島弧, 以中小型花崗巖巖株為代表,主要分布在包古圖、老風(fēng)口和都倫河?xùn)|等地區(qū)。晚石炭世—早二疊世階段, 洋俯沖作用逐漸減弱, 大洋消減關(guān)閉, 轉(zhuǎn)為后造山的構(gòu)造環(huán)境, 地殼伸展減薄, 巖漿活動(dòng)極其強(qiáng)烈, 形成以 A型花崗巖為主的大型花崗巖巖基, 隨后巖漿活動(dòng)明顯減弱。本文通過對拉巴巖體綜合研究發(fā)現(xiàn), 與相同構(gòu)造單元的都倫河?xùn)|巖體以及西準(zhǔn)其他地區(qū)的島弧花崗巖相比,都處于相似的俯沖環(huán)境, 但是拉巴巖體形成于早二疊世, 明顯晚于西準(zhǔn)噶爾島弧花崗巖形成于早石炭世的主期, 說明早二疊世區(qū)內(nèi)可能仍存在未完全關(guān)閉的有限洋盆。此外, 年齡相對較老的島弧花崗巖形成于低溫低壓環(huán)境, 較年輕的埃達(dá)克巖形成于高壓低溫的環(huán)境, 表明拉巴地區(qū)在早二疊世可能處于由經(jīng)典島弧向埃達(dá)克巖過渡的階段。

6 結(jié)論

(1)拉巴巖體由花崗巖、花崗閃長巖、二長花崗巖巖基和一系列花崗閃長斑巖、閃長巖、花崗巖等巖脈組成, CaO、Na2O含量較高, Eu弱負(fù)異常, 高εNd、低(87Sr/86Sr)i, 具有中高硅、鈣堿性、貧鎂鐵、準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)的特點(diǎn), 為典型的I型花崗巖。

(2)拉巴巖體可分為埃達(dá)克巖和一般島弧花崗巖, 前者屬高Sr低Yb的高壓花崗巖, 后者為低Sr高 Yb的低壓花崗巖, 均形成于洋殼板片俯沖的島弧構(gòu)造環(huán)境。

(3)拉巴巖體的高精度鋯石 U-Pb年齡為285.7～295.1 Ma, 形成于早二疊世。綜合西準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代巖漿巖發(fā)育特征、區(qū)域大地構(gòu)造演化等,說明在早二疊世仍可能存在未完全關(guān)閉的有限洋盆。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey (Nos. DD20160083, DD20190011, and DD20221643), National Key Research and Development Program of China (No. 2018YFC0603700), and Central Public-interest Scientific Institution Basal Research Fund (No. JKY202011).