西天山那拉提构造-岩浆岩带石炭纪花岗岩岩石地球化学特征及侵位机制探讨.pdf

第2 8 卷第2 期 馈每他赁 G E O L O G YO FS H A A N X I 2 0 1 0 年1 2 1 1 文章编号1 0 0 1 - - 6 9 9 6 2 0 1 0 0 2 0 0 4 7 一0 6 西天山那拉提构造一岩浆岩带石炭纪花岗岩 岩石地球化学特征及侵位机制探讨 王洁明1 ，赵文平2 ，董苏庆2 1 ．陕西省地质调查院．西安7 1 0 0 5 4 ；2 ．陕西省区域地质矿产研究院，成阳7 1 2 0 0 0 摘要中天山那拉提构造一岩浆岩带石炭纪岩浆活动非常发育，中性岩、酸性岩 均有不同程度的出露。通过地质调查研究，划分出2 个序列，6 个期次。岩石组合 及岩石地球化学研究表明，细粒石英闪长岩、英云闪长岩、中粒花岗闪长岩组合为 混源序列，其岩浆主要来源于地壳和地幔，属“l ”型花岗岩；中粗粒二长花岗岩、 中粒斑状二长花岗岩、中细粒二长花岗岩组合岩浆主要来源于地壳，属“S ”型花 岗岩。它们显示碰撞环境特征，是俯冲阶段岛弧环境产物，总体呈中性一酸性的演 化规律，反映出以强力就位为主的地质特征。 关键词那拉提构造一岩浆岩带；石炭纪花岗岩；地球化学特征；侵位机制 中图分类号P 5 8 8 ．1 2 1文献标识码A 1 区域地质背景 调查区位于中天山那拉提一带，北起伊犁盆地南缘，南邻巴音布鲁克盆地，区域构造隶 属西域古陆东部，以那拉提南缘断裂为界，北部为伊犁地块，南部为塔里木地块北部被动大 陆边缘。在伊犁地块内以那拉提北缘断裂带为界，北部为伊犁二叠纪裂谷带，南部为那拉提 一巴仑台叠加岛弧带 图1 。本文所研究的那拉提构造一岩浆岩带即属此叠加岛弧带部分。 区内地层有古元古代木扎尔特岩群和晚古生代早石炭世大哈拉军山组、阿克沙克组。 2 那拉提构造一岩浆岩带基本地质特征 2 ．1 基本地质特征 那拉提构造一岩浆岩带为哈萨克斯坦板块南缘火山一岩浆弧的组成都分，发育大量海西 期中酸性侵入岩，仅在工作区内出露面积就近4 0 0k m 2 ，总体呈带状沿那拉提山分布，多呈 岩基和大的岩株出露，为一多期复式岩基，具有活动时间长、类型多、成因复杂、分布广泛 收稿日期2 0 1 0 0 8 2 6 作者简介王洁明。男，4 0 岁。工程师，长期从事区域地质矿产工作，曾发表论文效篇． 万方数据 陕西地质第2 8 卷 图1 石炭纪侵入岩分布图 F i g ．1 D i s t r i b u t i o no fi n t r u s i v er o c k so ft h eC a r b o n i f e r o u s 的特点。其中以石炭纪最为发育 图1 。根据构造事件、岩浆活动特征，结合野外相互间 接触关系及同位素年龄等资料，对早石炭世花岗岩划分为早石炭世壳源和混源序列。 2 ．1 ．1 早石炭世混源序列 在区内出露面积约为6 9k m 2 ，向西有增多趋势。从早到晚划分为3 期侵人体，即浅灰 绿色细粒石英闪长岩、灰绿色中细粒英云闪长岩和灰白色中细粒花岗闪长岩。在英云闪长岩 中获得锆石U P b 同位素年龄3 5 2 ．5 - I - 2 ．5M a ，时代为早石炭纪。 2 ．I ．2 早石炭世壳源序列 形成了区内侵入岩的主体，出露面积达3 2 5k r a 2 。从早到晚划分为3 期，即浅肉红色中 粗粒二长花岗岩体、浅肉红色中粒斑状二长花岗岩体、肉红色中细粒钾长花岗岩体。在中粗 粒二长花岗岩内获得锆石U P b 同位素年龄3 5 1 ．4 士1 ．8M a ，时代为早石炭世。 3 岩石地球化学特征 3 ．1 岩石化学特征 3 ．1 ．1 早石炭世混源序列 石英闪长岩S i 0 2 含量为5 7 ．2 4 - 一6 5 ．7 5 ％，长英质指数为4 7 ．7 2 ～7 1 ．1 9 ，属中性岩范 畴；里特曼指数为1 ．6 2 ～2 ．8 5 ，碱度指数为1 ．6 ～2 ．2 9 ，属铝过饱和岩石化学类型；在S i O z L o g A ．R 图中，样品均落入钙碱性岩区；A 1 2 0 3 ／ N a 2 0 十K 2 0 C a 0 比值为0 ．7 9 7 ～ 1 ．0 8 5 ，均小于1 ．1 ，属“I ”型花岗岩类，在N a 2 0 K 2 0 图中，6 个样品均落人“I ”型花 岗岩区；标准矿物中出现刚玉和石英分子，而无透辉石，属铝过饱和岩石化学类型。 花岗闪长岩S i 0 2 含量为7 2 ．3 8 ％，长英质指数较高，属中一酸性过渡岩类范畴；碱度 指数为2 ．7 5 ，里特曼指数为1 ．6 9 ，A 1 2 0 3 N a 2 0 K 2 0 C a 0 ，属铝过饱和岩石化学类 万方数据 第2 期王洁明等西天山那拉提构造一岩浆岩带石炭纪花岗岩岩石地球化学特征及侵位机制探讨 4 9 型；在S i 2 0 - - L o g A ．R 图中，样品落人钙碱性岩区；在N a 2 0 K 2 0 图中，样品均落入“I 一 型花岗岩区，属“I ”型花岗岩类；标准矿物中出现刚玉和石英分子，而无透辉石，属铝过 饱和岩石化学类型。 3 ．1 ．2 早石炭世壳源序列 二长花岗岩S i 0 2 含量平均值7 2 ．2 l 1 0 “ 2 ，里特曼指数平均值为2 ．5 1 ，属钙碱性岩 类；在A F M 图中落入钙碱性岩区。铝饱和度指数平均值1 ．1 9 ，具过铝型特征。A - - C - - F 图中投点落入“S ”型花岗岩区。总体属过铝“S ”型花岗岩类。固结指数3 ．1 1 - - 一3 ．1 5 ， 平均值3 ．1 3 ，分异指数9 0 ．0 2 ～9 1 ．3 9 ，平均值9 0 ．0 7 ，显示岩浆分异程度较高的特点。 斑状二长花岗岩S i 0 2 含量7 3 ．5 8 1 0 “ 2 ，里特曼指数2 ．2 4 ，属钙碱性岩，在A F M 图中投点也落入钙碱性岩区。铝饱和度指数为1 ．0 8 ，其值 1 ．1 ，属次铝型；A C ■F 图解投点落入“S ”型花岗岩区。固结指数3 ．4 9 ，分异指数9 1 ．2 0 ，表现出壳源分异程度较 高的特点。 3 ．2 稀土元素特征 3 ．2 ．1 早石炭世混源序列 石英闪长岩体Z R E E 为1 0 1 ．1 9 ～2 3 1 ．1 4 1 0 { 6 ，平均值为1 8 1 ．5 6 1 0 { 6 ，E L R E E ／ 乏H R E E 为2 ．8 6 5 - - - 5 ．9 1 5 。稀土元素分配形式如图2 ，分配曲线明显向右侧倾斜，为轻稀土 富集型，艿E u 为0 ．7 0 - - - 0 ．9 0 ，为铕亏损型。 花岗岩闪长岩体E R E E 为1 3 6 ．I ～1 6 3 ．4 1 1 0 { 6 ，平均值为1 4 7 ．6 1 0 { 6 ，乏L R E E ／ Z H R E E 为3 ．9 6 “ 一5 ．7 8 。稀土元素分配形式如图3 ，分配曲线向右侧倾斜明显，为轻稀土富 集型，亦表明该岩石经过了一定相对较明显的分异；8 E u 为0 ．5 2 ～0 ．9 4 ，为铕亏损型。从 石英闪长岩一花岗岩闪长岩，8 E u 由0 ．7 0 ．- 一0 ．9 0 变化为0 ．5 2 “ 、一0 ．9 4 ，表明铕的亏损逐渐增 大，分配曲线向右侧倾斜程度明显增强，表明花岗闪长岩较石英闪长岩的分异程度明显增 大，体现了同源岩浆演化规律。 图2 石英闪长岩稀土元素球 粒陨石标准化型式 F i g ．2 C h o n d r i t i cN o r m a t i v eF o r mo f r e a r - e a r t he l e m e n t sf r o mq u a r t zd i o r i t e 图3花岗闪长岩稀土元素 球粒陨石标准化型式 F i g ．3 C h o n d r i t i eN o r m a t i v eF o r mo f r e a r - e a r t he l e m e n t sf r o mg r a n o d i o r i t e 3 ．2 ．2 早石炭世壳源序列 二长花岗岩体∑R E E 2 0 7 ．1 6 1 0 ～，∑C e ／∑Y 比值2 ．3 4 ，L a N ／Y b N 比值1 4 ．9 4 ，稀 万方数据 陕西地质第2 8 卷 土元素配分曲线模式 图4 ，属轻稀土富集型。A E u 值0 ．3 5 ，分配曲线在E u 处成谷，属 铕亏损型。A C e 值0 ．5 9 ，铈具负异常，反映岩石形成于较弱的氧化环境。△E 1 l 一 L a N ／ Y b N 相关图显示岩浆源来自于地壳。 斑状二长花岗岩体∑R E E l 4 1 ．7 9 1 0 嵋6 ，∑c e ／∑Y 比值4 ．6 5 ，L a N ／Y b N 比值 1 1 ．2 8 ，稀土元素配分曲线模式 图4 ，显示轻稀土富集型特征。A E u 值0 ．3 3 ，铕显负异 常，属铕亏损型。艿C e 值0 ．5 3 ，铈具负异常，反映岩石形成于弱氧化环境。△E u 一 L a N ／ Y b N 相关图显示岩浆来自壳源。 3 ．3 微量元素特征 图4早石炭世壳源序列 稀土元素标准化图型 F i g ．4S t a n d a r d i z a t i o no fr a r e - e a r t h e l e m e n t so fc r u s t - s o u r c es e q u e n c e o ft h ee a r l yC a r b o n i f e r o u s 石英闪长岩R b ／S r 比值为0 ．2 3 ，花 岗岩闪长岩R b ／S r 比值为0 ．3 5 ，与大陆 地壳平均的R b ／S r 比值 0 ．2 4 相比接 近或偏高，明显高于地幔R b ／S r 比值 O ．0 2 5 ，显示壳源型或壳一幔源过渡型 花岗岩的特点。 石英闪长岩、花岗岩闪长岩及二长花 岗岩的微量元素构造环境判见图5 ，图中 所有样品几乎全部落入火山弧花岗岩区。 3 ．4 演化特征 3 ．4 ．1 早石炭世混源序列 从石英闪长岩到花岗闪长岩，斜长石 由5 0 - , ．- 5 5 ％一4 0 ～4 5 ％，角闪石由3 ～ 5 ％一1 ～3 ％，黑云母由1 ～3 ％一5 ～1 0 ％，石英由5 “ - 1 0 ％“ - “ 2 0 “ - - 2 5 ％。斜长石、角闪石含 量依次降低，石英及黑云母依次增加；岩石化学含量从早到晚，T i 0 2 、F e 0 3 F e O 、M g O 及C a O 逐渐降低，而S i O z 和N a z O 十K z O 则逐渐增大；稀土元素分配形式总体相似，各不 同侵入体稀土元素从早到晚，8 E u 逐渐减少，表明随着岩浆的演化，轻稀土逐渐富集而重稀 土逐渐亏损的特征。显示各期侵入岩体属于同一岩浆源演化产物。 3 ．4 ．2 早石炭世壳源序列 从二长花岗岩一钾长花岗岩，钾长石由3 5 ％一5 5 ％，斜长石3 3 ％一1 5 ％，石英由2 7 ～ 3 0 ％，而S i 0 2 含量略有增加，A 1 2 0 。略有减少、F e 2 0 3 和F e O 含量由3 ．0 8 1 0 ≈一2 ．5 1 1 0 ～，稀土元素分配形式总体相似，∑R E E 有减少之势，后期疆u 亏损更甚，符合同源岩浆 在演化过程中稀土总量逐渐减少规律。 4 就位机制探讨 那拉提构造一岩浆岩带呈带状沿那拉提山近东西向展布，与区域构造线一致 图6 A 。 岩性组合为石英闪长岩一花岗闪长岩一二长花岗岩一钾长花岗岩，为典型的“I ’’型或“S ” 型花岗岩，以后者为主。岩浆来源为壳幔混合一壳源，表明岩浆形成过程中一定有幔源物质 参与，这与板块俯冲过程中的高温熔融密切相关。 在早石炭纪初期或泥盆纪末期，由于塔里木板块向伊犁地块的深部持续的俯冲，形成一 系列与俯冲带平行且倾向相同的高角度逆冲断裂，．由于俯冲过程中产生热能及断裂活动过程 万方数据 第2 期王洁明等西天山那拉提构造一岩浆岩带石炭纪花岗岩岩石地球化学特征及侵位机制探讨5 1 n H nw n 图5不同构造环境花岗岩非活动性元素判别图 F i g ．5 D i s c r i m i n a n tp a t t e r no fi n a c t i v ee l e m e n t sf r o mg r a n i t ei nd i f f e r e n tt e c t o n i cs e t t i n g V A G ．火山弧花岗岩lW P G ．板内花岗岩S - - C O L G ．同碰撞花岗岩IO R G ．洋中脊花岗岩lA - - O R C ．异常洋中脊花 岗岩I ．石英闪长岩I ▲．花岗饵长岩 据P d a f e e 等，1 9 8 4 巨口嘲E 三弓蛳膏E j ㈨ 图6那拉提构造岩浆岩带石炭世花岗岩就位机制分析图 F i g ．6E m p l a c e m e n to ft h eC a r b o n i f e r o u sg r a n i t ei nt h eN a l a t it e c t o n i cm a g m a t i t ez o n e 丸邪拉提构造带岩浆分布略图} 1 3 ．早石岩世花岗岩就位构造应力分析图lC 早石炭世花岗岩侵位构造剖面图 中摩擦生热，使陆壳物质发生局部熔融，产生具壳源特征的中酸性岩浆，并在巨大内压及热 力作用下向上运移就位，形成了那拉提构造一岩浆岩带的主体。由于俯冲带向北部持续俯 冲，构造应力和岩浆活动也随之向北迁移，从而使较晚期的二长花岗岩一钾长花岗岩，分布 万方数据 5 2陕西地质第Z 8 卷 于早期侵入的石英闪长岩一花岗闪长岩以北，形成了花岗岩类的水平分带 图6 B 。 在那拉提构造岩浆岩带中，区域性的大断裂一那拉提南、北缘断裂及与其产态基本相一 致的大量断裂构造，组成了一个特殊的构造系统一科伯构造，形成一个典型的“岛弧拉张环 境”，这有利于大量花岗岩的侵位，构成那拉提火山一岩浆弧的雏形 图6 C 。 由于塔里木板块在向北俯冲过程中同时可能伴随着右旋的运动特点，强烈的岩浆活动由 西部逐步向东部扩展演化，大量岩浆随着俯冲构造作用，沿着那拉提南缘大断裂上升，在该 大断裂左旋运动所形成的的次级构造部位由西南向东北依次侵位，形成了本区大量的具岛弧 性质早石炭世侵入岩体。上述构造作用的结果，使这些岩体总体在中深部具有强力侵位而浅 部为被动侵位的特点具有被动侵位的特点。 L I T H O G E o C H E M I C A LF E A T U R E SA N D E M P L A C E M E N To FT H EC A R B o N I F E R O U S G R A N I T EI NT H EN A L A T IS T R U C T U R E M A G M A T I T E Z O N EO FW E S T E R NT I A N S H A NM o U N T A I N W a n gJi e - m i n 9 1 ，Z h a oW e n - p i n 9 2a n dD o n gS u q i n 9 2 1 ．G e o l o g i c a lS u r v e yo fS h a a n x iP r o v i n c e ，X i ’a n7 1 0 0 6 5l 2 ．R e g i o n a lG e o l o g i c a lS u r v e yo fS h a a n x iP r o v i n c e ，X i a n y a n g7 1 2 0 0 0 A b s t r a c t T h eC a r b o n i f e r o u sm a g m a t i o ni nt h eN a l a t is t r u c t u r e - m a g m a t i t ez o n eo fW e s t e r n T i a n s h a nM o u n t a i ni sw e l ld e v e l o p e dw i t hi n t e r m e d i a t er o c ka n da c i d i cr o c ko u t c r o p p i n gi n d i f f e r e n td e g r e e s ．G e o l o g i c a ls u r v e ya t1 5 0 ，0 0 0i nt h em i n e r a l i z e da r e a sa r o u n dX i n y u a n f o r e s tm a n a g e m e n ta r e ah a sd i s t i n g u i s h e dt W Os e q u e n c e so fm i x e ds o u r c ea n dc r u s t a ls o u r c e ， f r o mw h i c h6p h a s e sa r ed i v i d e df u r t h e r ．R o c ka s s o c i a t i o na n dl i t h o g e o c h e m i c a ls t u d i e sh a v e i n d i c a t e dt h a tf i n e - g r a i n e dq u a r t zd i o r i t e ，t o n a l i t ea n dm e s o g r a i n e dg r a n o d i o r i t ea s s o c i a t i o n s a r ea t t r i b u t e di n t ot h em i x e ds o u r c e sa n dt h em a j o rs o u r c eo fm a g m aw a sf r o me a r t hc r u s t a n dm a n t l e ，b e l o n g i n gt Op r o d u c t sf o r m e db ys u b d u c t i o nu n d e ri s l a n d - a r cs e t t i n g ．T h ea s s o e i a t i o nb ym e s o g r a i n e dm o n z o g r a n i t e ，m e s o g r a i n e dp o r p h y r i t i cm o n z o g r a n i t ea n dm e s o g r i n e d f i n e g r a i n e dm o n z o g r a n i t ef o r m e dt h ec r u s t a ls o u r c ea n dt h em a g m a t i t ew a sm a i n l yf r o m e a r t hc r u s t ．b e l o n g i n gt O “S ”t y p eg r a n i t ea n ds h o w i n gac o l l i s i o ns e t t i n g ．T h eg e n e r a le v o l u t i o no ft h eC a r b o n i f e r o u sm a g m ap r e s e n tf r o mn e u t r a l i t yt Oa c i d i t ye v o l u t i o n ，r e f l e c t i n g g e o l o g i c a lf e a t u r ew i t hf o r c e f u le m p l a c e m e n t ． K e yw o r d s N a l a t is t r u c t u r e - m a g m a t i t ez o n e g r a n i t eo ft h eC a r b o n i f e r o u s ；l i t h o g e o c h e m i s t r y ；m e c h a n i s mo fe m p l a c e m e n t 万方数据 西天山那拉提构造-岩浆岩带石炭纪花岗岩岩石地球化学特征西天山那拉提构造-岩浆岩带石炭纪花岗岩岩石地球化学特征 及侵位机制探讨及侵位机制探讨 作者王洁明， 赵文平， 董苏庆， Wang Jie-ming， Zhao Wen-ping， Dong Su-qing 作者单位王洁明,Wang Jie-ming陕西省地质调查院,西安,710054， 赵文平,董苏庆,Zhao Wen- ping,Dong Su-qing陕西省区域地质矿产研究院,咸阳,712000 刊名 陕西地质 英文刊名GEOLOGY OF SHAANXI 年，卷期2010,282 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 王超.刘良.罗金海.车自成.滕志宏.曹宣铎.张静艺 西南天山晚古生代后碰撞岩浆作用以阔克萨彦岭地区巴雷 公花岗岩为例[会议论文]-2007 2. 尹福光.潘桂棠.YIN Fuguang.PAN Guitang 东昆仑西段晚古生代盆地系[期刊论文]-地球学报2008,291 3. 郑永飞 华南新元古代岩浆岩成因的板块-裂谷模型[会议论文]-2007 4. 袁峰.周涛发.岳书仓 阿尔泰诺尔特地区火山岩岩石地球化学特征及构造背景[期刊论文]-地质地球化学 2001,292 5. 张传林.于海峰.叶海敏.赵宇.张东生 塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩年龄、地球化学特征、成岩作用及其构 造意义[期刊论文]-中国科学D辑2006,3610 6. 沈远超.申萍.刘铁兵.李光明.曾庆栋 阿尔泰南缘萨吾尔火山岩Sr-Nd-Pb同位素组成俯冲带组分的贡献[会议论 文]-2005 7. 逯东霞 贺兰山米钵山组沉积环境及其冷裂谷演化[学位论文]2007 8. 李永军.庞振甲.栾新东.杨俊泉.王小刚.张文峰.司国辉.LI Yongjun.PANG Zhenjia.LUAN Xindong.YANG Junquan.WANG Xiaogang.ZHANG Wenfeng.SI Guohui 西天山特克斯达坂花岗岩基的解体及钼找矿意义[期刊论文]- 大地构造与成矿学2007,314 9. 张招崇.董书云.黄河.马乐天.张东阳.张舒.薛春纪.ZHANG Zhao-chong.DONG Shu-yun.Huang He.MA Le-tian. 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