吉木乃县恰其海 A 型花岗岩的20100604.pdf

第三十一卷 第六期 地 球 学 报 Vol.31 No.6 二○一○年十二月 803-812 Acta Geoscientica Sinica Dec. 2010 803-812 www.地球学报.com 本文由新疆国土资源厅地质调查项目编号 XJQDZ2008-01, XJQDZ2008-03联合资助 收稿日期 2010-05-05; 改回日期 2010-08-25。责任编辑 魏乐军。 第一作者简介 靳松, 男, 1982 年生。博士研究生, 助理工程师。主要从事岩石地球化学和区域地质矿产调查研究。通讯地址 050081, 河北省石家庄市桥西区工农路 515 号。电话 0311-85921637。E-mail js521。 新疆吉木乃县恰其海 A 型花岗岩的地球化学特征、 年代学及构造意义* 靳 松 1, 2, 张兆祎1, 陈志彬 1, 杨红宾1, 杨进京1, 康贵军 1 1河北省地质调查院, 河北石家庄 050081; 2中国地质大学武汉地球科学学院, 地质过程与矿产资源国家重点实验室, 湖北武汉 430074 摘 要 新疆西准噶尔北部发育大量碱性花岗岩, 其形成时代为早二叠世, 岩石类型为钾长花岗岩和石英 钾长正长岩。 恰其海岩体的形成年龄为 280 Ma, SiO2为 66.83～68.44, 高铝14.46～15.41; 富含碱质, 里特曼指数δ均大于 3.3, 介于 4.47～4.61 之间; 富钾贫钠, K2O/Na2O 为 1.10～1.25; 铁高而镁低, FeOt/MgO 为 4.06～7.85。其稀土配分模式右倾, 轻重稀土分馏明显, 具有中等-强烈铕负异常。地球化学特征表明 岩 石形成于造山晚期伸展体制的构造环境中, 应为后碰撞演化的晚期阶段, 早于东准噶尔后碰撞的时间二叠 纪末。构造图解判别岩体为 A2型花岗岩, 可能受到与俯冲有关的流体交代的影响, 为探索区域晚古生代地 壳演化提供了约束。 关键词 西准噶尔; A 型花岗岩; 碱性花岗岩; 二叠纪; 后碰撞 中图分类号 P588.121; P597.1 文献标志码 A 文章编号 1006-3021201006-803-10 Geochemical Characteristics, Geochronology and Tectonic Implications of A-type Granite from Qiaqihai Intrusion in Jeminay County, Xinjiang JIN Song1, 2, ZHANG Zhao-yi1, CHEN Zhi-bin1, YANG Hong-bin1, YANG Jin-jing1, KANG Gui-jun1 1 Hebei Institute of Geological Survey, Shijiazhuang, Hebei 050081; 2 State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources, Faculty of Earth Science, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074 Abstract Large-size alkali granites are distributed in the northern part of western Junggar, Xinjiang, belonging to early Permian. Rock types include moyite and quartz syenite. The Qiaqihai intrusion is one of these granites. The SiO2 content of Qiaqihai intrusion ranges from 66.83 to 68.44, and the intrusion is also characterized by high content of Al 14.46～15.41 and alkali, rich K, depleted Na, and low MgO. Rittmann values vary between 4.47 and 4.61, whereas K2O/Na2O values between 1.10 and 1.25, and FeOt/MgO values between 4.06 and 7.85. The REE patterns are characterized by LREE enrichment and medium to strong negative Eu anomalies with obvi- ous fractionation between LREE and HREE. These geochemical characteristics suggest that the Qiaqihai intrusion ed in a post-collisional extensional tectonic environment and occurred earlier than the collision time of East Junggar. The trace element features suggest that this intrusion belongs to A2-type granite and was possibly influ- enced by subduction-related fluid metasomatism. A-type granite can provide important constraints for late Paleo- CAGS 804 地 球 学 报 第三十一卷 zoic crustal evolution in this region. Key words western Junggar; A-type granite; alkali granite; Permian; post-collision 新疆北部广泛发育晚古生代酸性侵入岩, 对这 些侵入岩的地球化学特征及年代学研究对于新疆北 部古生代的构造演化有着重要作用周涛发等, 2006a; 袁峰等, 2006; 谭绿贵, 2008。研究发现, 后 碰撞岩浆活动是新疆北部陆壳增长和成矿的重要原 因, 有关后碰撞岩浆活动时限, 前人认为主体时限 为石炭纪二叠纪王京彬等, 2006。但是, 新疆北 部地区后碰撞阶段时限的厘定还需要更广泛的年代 学证据, 有关侵入岩的岩石成因和构造属性还需要 进一步研究。本文拟从西准噶尔萨吾尔地区恰其海 岩体的地球化学特征、年代学入手, 探讨本区地球 动力学背景, 为岩石成因、构造演化和成矿提供 依据。 1 地质背景地质背景 研究区位于西准噶尔北部, 新疆吉木乃县恰其 海乡南东, 大地构造划分上属于不成熟的加里东期 新生陆壳之上发展起来的晚古生代岛弧带何国琦 等, 1995。区内断裂发育, 依据变形特征、空间组合 关系及相互切割顺序等可归纳为近东西向高角度仰 冲断裂系和走滑剪切断裂系, 主要断裂为萨吾尔断 裂系。在本研究区主要表现为北西西向和北东东向 两组压扭性断裂系如图 1。 区内出露的地层主要为石炭系巴塔玛依内山组 组和二叠系哈尔加乌组。巴塔玛依内山组主要岩性 为岩屑凝灰岩和中酸性火山熔岩, 夹少量砂岩、粉 砂岩、沉凝灰岩。哈尔加乌组岩性为粉砂岩、砂质 泥岩、细砾岩以及酸性火山岩。 侵入岩主要分布在萨吾尔大断裂以北, 区内侵 入岩由早到晚分别为 森塔斯岩体、沃肯萨拉岩体 →塔斯特岩体→喀尔交岩体→阔依塔斯岩体、恰其 海岩体周涛发等, 2006b。 恰其海岩体以岩枝、 岩脉 状产出, 出露面积约 35 km2。岩体南西侧侵入到二 叠系卡拉岗组二段地层中, 并在岩体的外接触带形 成宽 50～100 m 的角岩带, 内接触带花岗岩颗粒变 细, 有程度不同的混合岩化作用。岩体南东侧侵入 到石炭纪吉木乃组二段地层中。岩体北侧为新生界 覆盖。 图 1 新疆萨吾尔地区地质略图 Fig. 1 Sketch geological map of Sawuer area, Xinjiang 1-第四系; 2-上新统独山子组; 3-下二叠统哈尔加乌组; 4-上石炭统巴塔玛依内山组二段; 5-上石炭统巴塔玛依内山组一段;6-早二叠世 辉绿玢岩; 7-早二叠世细粒辉石闪长玢岩; 8-早二叠世中粒钾长花岗岩; 9-早二叠世细中粒石英钾长正长岩; 10-早二叠世中粒辉长岩; 11-早二叠世中细粒辉石闪长岩; 12-采样点及样品编号 1-Quaternary; 2-Pliocene Dushanzi ation; 3-Lower Permian Haerjiawu ation; 4-Upper Carboniferous 2nd Member of Batamay- ineishan ation; 5-Upper Carboniferous 1st Member of Batamayineishan ation; 6-Early Permian diabase-prophyrite; 7-Early Permian fine-grained pyroxene diorite; 8-Early Permian medium-grained moyite; 9-Early Permian fine-medium grained quartz syenite; 10-Early Permian medium-grained gabbro; 11-Early Permian medium-fine grained pyroxene diorite; 12-Sampling point and its serial number CAGS 第六期 靳松等 新疆吉木乃县恰其海 A 型花岗岩的地球化学特征、年代学及构造意义 805 2 岩相学特征岩相学特征 恰其海岩体可分解为 2 种岩石类型的侵入体, 即细中粒石英钾长正长岩及中粒钾长花岗岩。岩体 内各岩性单元时空关系密切, 细中粒石英钾长正长 岩与中粒钾长花岗岩间为涌动接触关系, 其边缘与 围岩交代同化混染作用较强烈, 往往出现细粒石英 正长岩等。 细中粒石英钾长正长岩 肉红色, 细中粒粒状 结构, 块状构造。岩石主要由钾长石、石英组成。 钾长石, 它形粒状, 粒径 0.8～5.0 mm, 具条纹结构, 为条纹长石, 含量 88; 斜长石, 半自形板状, 粒径 0.5～2.0 mm, 聚片双晶发育, 含量 2; 石英它形粒 状, 粒径 0.4～2.4 mm, 波状消光, 含量 10; 黑云 母半自形片状, 片径 0.3～0.6 mm, 多色性显著, 含 量少; 副矿物有磁铁矿、磷灰石、榍石。 中粒钾长花岗岩 肉红色, 中粒花岗结构, 块 状构造。岩石主要由钾长石、石英组成。钾长石, 半 自形粒状, 粒径 0.8～5.2 mm, 具条纹结构, 为条纹 长石, 含量 78; 石英它形粒状, 粒径 0.5～1.4 mm, 波状消光, 分布不均匀, 含量 20; 斜长石呈半自 形板状, 粒径0.4～0.8 mm, 聚片双晶发育, 含量2; 黑云母半自形片状, 片径 0.3～0.8 mm, 少量; 副矿 物有磁铁矿、磷灰石、榍石。 3 分析方法分析方法 全岩主量元素在新疆地矿局第一区地质调查大 队实验室完成, 采用可见分光光度计和原子吸收分 光光度计测定, 分析精度优于 5。微量元素在河北 省区域地质矿产调查研究所采用等离子质谱仪 ICP-MS测定, 分析精度优于 5。 锆石 U-Pb 定年在国土资源部天津地质矿产研 究所利用 LA-ICP-MS 完成。 所用等离子体质谱仪为 Thermo Fisher 公司制造的 Neptune, 采用 193nm 激 光器对锆石进行剥蚀, 斑束直径为 35 μm, 采用 He 作为剥蚀物质的载气, 锆石TEMORA作为年龄外标, 元素含量用 NIST612 作为外标标定。锆石测定点的 Pb 同位素比值、 U-Pb 表面年龄和 U-Th-Pb 含量采用 ICPMSDataCal 程序和 Isoplot 程序进行数据处理, 采用 208Pb 校正法对普通铅进行校正李怀坤等, 2009。 4 分析结果分析结果 4.1 主量元素特征 如表1所示, 恰其海岩体的wSiO2为 66.83～ 68.44。wAl2O3值为 14.46～15.41; 全碱值 wK2ONa2O为 10.41～10.80, 里特曼指数δ 均大于 3.3, 介于 4.47～4.61 之间; 富钾贫钠, K2O/Na2O 为 1.10～1.25; 铁高而镁低, FeOt/ MgO 为 4.06～7.85, 与 A 型花岗岩普遍具有富铁贫镁的特 征相一致Anderson et al., 2003; Kebede et al., 2003; Whalen et al., 1987; 铝饱和指数A/CKN变化在 0.83～0.980.4; 变质锆石的 Th、U 含量低, Th/U 比值小一般0.1Wu et al., 2004。本文利用 LA-ICP-MS 对 P6TW1 样品进行了分析, 共测定 18 个点, 分析结果如表 2 所示, 其 Th 含量为 14～113 μg/g, U 含量为 14～104 μg/g, Th/U 比值变化范围为 0.72～1.15大于 0.4, 表明锆石均为岩浆成因, U-Pb 表面年龄谐和性好, 所有锆石均落在谐和线上, 数 据点成群分布图 7, 206Pb/238U 年龄加权平均值为 280.13.2 MaMSWD2.8, 代表了岩体的结晶年龄, 为早二叠世。 5 讨论讨论 5.1 岩石成因 世界上所发现的正长岩多与 A 型花岗岩伴生, 二者在成因及地球化学特征上有很大联系, 因此学 者常把正长岩归入A型花岗岩中Eby, 1992; 洪大卫 CAGS 表 2 恰其海岩体 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 同位素测试结果 Table 2 Zircon U-Pb isotopic data obtained by LA-ICP-MS for Qiaqihai batholith 含量/10-6 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 测点 PbThU Th/U 比值 1σ 比值 1σ 比值 1σ 年龄/Ma1σ年龄/Ma1σ年龄/Ma 1σ 01 1 20 22 0.89 0.0500 0.00167 0.3078 0.01185 0.0447 0.00065 193 78 272 10 282 4 02 4 61 73 0.84 0.0521 0.00136 0.3115 0.01090 0.0433 0.00054 291 59 275 10 273 3 03 5 113 104 1.09 0.0505 0.00112 0.3087 0.00962 0.0443 0.00054 219 51 273 9 280 3 04 2 21 27 0.79 0.0514 0.00281 0.3173 0.01742 0.0448 0.00088 260 125 280 15 282 6 05 2 25 30 0.84 0.0501 0.00162 0.3081 0.00976 0.0446 0.00080 200 75 273 9 281 5 06 3 38 51 0.75 0.0501 0.00078 0.3206 0.00680 0.0464 0.00059 201 36 282 6 292 4 07 2 26 34 0.75 0.0526 0.00121 0.3278 0.00901 0.0452 0.00066 310 52 288 8 285 4 08 1 16 22 0.74 0.0499 0.00114 0.3138 0.00879 0.0456 0.00065 190 53 277 8 288 4 09 1 26 24 1.09 0.0510 0.00102 0.3128 0.00930 0.0445 0.00051 239 46 276 8 281 3 10 2 33 32 1.05 0.0530 0.00117 0.3288 0.01033 0.0450 0.00053 327 50 289 9 284 3 11 1 15 21 0.72 0.0504 0.00202 0.3138 0.01363 0.0452 0.00070 213 93 277 12 285 4 12 1 19 23 0.86 0.0514 0.00121 0.3213 0.01037 0.0453 0.00056 260 54 283 9 286 4 13 1 10 14 0.76 0.0532 0.00199 0.3243 0.01192 0.0442 0.00078 336 85 285 10 279 5 14 1 16 20 0.77 0.0510 0.00177 0.3126 0.01239 0.0445 0.00065 240 80 276 11 280 4 15 2 36 37 0.97 0.0540 0.00092 0.3204 0.00810 0.0430 0.00050 372 38 282 7 271 3 16 1 22 24 0.92 0.0519 0.00110 0.3041 0.00942 0.0425 0.00049 279 49 270 8 268 3 17 1 14 18 0.77 0.0519 0.00124 0.3197 0.01003 0.0447 0.00058 280 55 282 9 282 4 18 1 21 18 1.15 0.0503 0.00143 0.3031 0.01039 0.0437 0.00062 210 65 269 9 276 4 CAGS 第六期 靳松等 新疆吉木乃县恰其海 A 型花岗岩的地球化学特征、年代学及构造意义 809 图 7 恰其海岩体锆石 U-Pb 一致曲线图 Fig. 7 U-Pb concordia diagram of zircons from Qiaqihai batholith 等, 1995; 刘昌实等, 2003。A 型花岗岩套常分为 A1 亚型和 A2亚型, 其中 A1亚型主要与上地幔热柱、 裂 谷作用有关, 源区物质可能是亏损地幔和富集地幔 的混合物; A2亚型其 Y/Nb 和 Y/Ta 比值则可由类似 平均地壳变化至类似岛弧玄武岩, 岩浆起源于地壳 或由岛弧岩浆作用派生, 产于地壳伸展或陆内剪切 作用, 后碰撞或后造山的张性构造环境周宇章等, 2006; 胡建等, 2010。 恰其海岩体的碱性花岗岩属富钾碱性岩系, 具 有 A 型花岗岩的特征, 其钾的质量分数高, 落入钾 玄岩系列, 所以它的源区应高钾, 但地壳中的岩石 很难熔出高钾岩石Robert et al., 1992。碱性岩的高 钾有两种原因, 一种是和软流圈地幔的小比例部分 熔融产生的熔体的交代作用有关Angelo, 1992, 另 一种是和俯冲区的碱性、富集元素的流体交代作用 有关。A 型花岗岩类或 A 型花岗岩套的结晶分异作 用对高场强元素 Y/Nb 比值的影响很小, 该比值常 作为识别源区的标志, 在图 8 显示, 碱长花岗岩落 入靠近 IAB 区, 而远离 OIB 区, 暗示它和软流圈地 幔没有成因联系, 而与俯冲作用有关Eby, 1990; 白 云山等, 2006。岩石富铝Al2O3多大于 14, 其原 始岩浆应富铝, 因为陆壳物质为玄武岩浆富铝创造 了最有利的条件, Beard 认为这是岩浆起源于活动大 陆边缘或岛弧环境的一个标志。 对于 A 型花岗岩的成因, 大多学者认为起源于 下地壳物质的部分熔融, 岩体可能受到与俯冲有关 的流体交代的影响, 生成相对高碱性高铝的岩浆, 图 8 Ce/Nb-Y/Nb 图解 Fig. 8 Ce/Nb-Y/Nb diagram IAB岛弧玄武岩; OIB洋岛玄武岩 IABisland arc basalt; OIBoceanic island basalts 早期生成了正长岩, 晚期受流体交代作用减弱, 或 斜长石等矿物的分离结晶, 进而形成了碱性花岗 岩。 5.2 年代学 韩宝福等1999认为新疆北部地区后碰撞岩浆 活动的时限为 330～250 Ma。 周涛发等2006认为西 准噶尔萨吾尔地区晚古生代侵入岩年龄在 328.2～ 290.7 Ma, 时代上属于晚石炭世至早二叠世, 侵入 岩由早到晚森塔斯岩体、沃肯萨拉岩体→塔斯特岩 体→喀尔交岩体→阔依塔斯岩体、恰其海岩体具有 明显的地球化学演化特征, 同时, 区内哈尔加乌组、 卡拉岗组火山岩年龄在 296.7～280 Ma 之间, 为早 二叠世火山活动产物。由此表明, 这些花岗岩类是 后碰撞岩浆活动的产物。后碰撞阶段通常伴随大规 模的花岗质岩浆作用和剪切活动, 以大规模的钙碱 性-偏碱性 花岗质岩浆活动和剪切活动结束韩宝 福等, 1999。 我们在卡拉岗组含砾粗砂岩及灰色粉砂岩中发 现了大量的早二叠 Paracalamites stenocostatus Gu et Zhi 细 肋 副 芦 木 植 物 化 石 。 恰 其 海 岩 体 的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为 280.13.2 Ma, 为早二 叠纪, 岩石具有偏碱性特点, 形成于造山晚期伸展 体制的构造环境中, 应为后碰撞演化的晚期阶段, 略晚于前人认为的 290.79.3 Ma周涛发等, 2006b, 显然早于东准噶尔后碰撞的时间二叠纪末。 因哈萨 CAGS 810 地 球 学 报 第三十一卷 图 9 ZrNbCeY-Na2OK2O/CaO 图解 Fig. 9 ZrNbCeY-Na2OK2O/CaO diagram AA 型花岗岩; FGMIS 型分异花岗岩; OGT未分异 MIS 型花岗岩; AA-type granites; FGfractional MIS-type granites; OGTnon-fractional MIS-type granites 克斯坦板块与西伯利亚板块已连为一体, 随两大板 块边部挤压应力的消失, 由挤压变为张性, 区内处 于拉张机制下, 卡拉岗组火山岩显示出“双峰式” 的特征, 随后该区进入板内演化阶段。 5.3 构造意义 在 ZrNbCeY-Na2OK2O/CaO 图解上图 9, 数据落入 A 型花岗岩区, 在划分 A 型花岗岩亚类的 Nb-Y-Ce 等判别图上图 10, 数据均落入 A2花岗岩 区, 在 Rb-YNb 环境判别图图 11上, 显示出后造 山期花岗岩特征。A2即 PA型花岗岩浆起源于经历 了陆陆碰撞或岛弧岩浆作用的陆壳或下地壳, 标志 着造山作用不久后的拉张, 是造山作用结束的标 志。结合同位素年龄LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为 早二叠世, 表明在早二叠世萨吾尔地区处于拉张的 构造背景, 应力环境由挤压转变为张性, 是后碰撞 阶段的伸展期。 本文样品普遍富集轻稀土LREE和 Cs, Rb, Th, U 等大离子亲石元素LILE, 亏损 Sr, P, Ti, Nb 和 Ta 等元素, 指示这些岩石的岩浆源区具有显著的弧岩 浆活动特点, 其形成机制很可能与陆块俯冲-地壳增 生事件有关。Chen et al.2005认为, 后碰撞岩浆活 动是中亚造山带包括西准格尔陆壳增生的主要原 因。因此, 萨吾尔地区 A 型花岗岩的研究对于探索 区域晚古生代地壳演化有重要意义。 6 结论结论 1恰其海岩体具有碱性和准铝质的岩石化学特 图 10 A1-A2型花岗岩判别图 Fig. 10 Triangular plot of A1 and A2 granitoids A1A1型花岗岩; A2A2型花岗岩 A1A1-type granites; A2A2-type granites 图 11 Rb-YNb 图解 Fig. 11 Rb-YNb discriminant diagram Syn-COLG同碰撞花岗岩; WPG板内花岗岩; VAG火山弧 花岗岩; ORG洋中脊花岗岩; Post-COLG后碰撞花岗岩 Syn-COLGsyn-collisional granite; WPGintraplate granite; VAGvolcanic arc granite; ORGocean ridge granite; Post-COLGpost-collisional granite 征。 2恰其海岩体的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为 280.13.2 Ma, 为早二叠纪初, 形成于造山晚期伸展 体制的构造环境中, 应为后碰撞演化的晚期阶段, 早于东准噶尔后碰撞的时间二叠纪末。 3恰其海岩体可能为与俯冲有关的流体交代的 产物, 岩浆源区具有显著的弧岩浆活动特点, 其形 成机制很可能与陆块俯冲-地壳增生事件有关。 CAGS 第六期 靳松等 新疆吉木乃县恰其海 A 型花岗岩的地球化学特征、年代学及构造意义 811 致谢 本文的研究得到了新疆国土资源厅地质调查 项目管理办公室、河北省地质调查院和河北省地球 物理勘查院的支持, 成文过程中得到了中国地质大 学武汉钟增球教授, 吴元保教授和河北地质调查 院夏国礼教授级高工的指导, 参加野外工作的还有 河北省地质调查院孙志国, 许肖斌, 马燕冰, 李峰, 李晓峰, 陶光活等同志, 在此一并致谢。 参考文献参考文献 白云山, 李莉, 牛志军, 姚华舟, 段其发. 2006. 羌塘中部各拉丹 冬二长花岗岩体同位素地质年代学和地球化学研究[J]. 地 球学报, 273 217-225. 韩宝福, 何国琦, 洸王式. 1999. 后碰撞幔源岩浆活动、 底垫作用 及准噶尔盆地基底的性质[J]. 中国科学 D 辑 地球科学, 291 16-21. 何国琦, 刘德权, 李茂松, 唐延龄, 周汝洪. 1995. 新疆主要造山 带地壳发展的五阶段模式及成矿系列专辑[J]. 新疆地质, 132 99-194. 洪大卫, 洸王式, 韩宝福. 1995. 碱性花岗岩的构造环境分类及 其鉴别标志[J]. 中国科学B 辑, 254 418-426. 胡建, 邱检生, 徐夕生, 王孝磊, 李真. 2010. 大别山东缘片麻状 变质花岗岩的锆石 U-Pb 年代学与地球化学 对扬子板块北 东缘新元古构造-岩浆作用的启示[J]. 中国科学, 402 138-155. 李洪英, 张荣华, 胡书敏. 2009. 庐枞盆地正长岩类地球化学特 征及成因探讨[J]. 吉林大学学报地球科学版, 395 839-846. 李怀坤, 耿建珍, 郝爽, 张永清, 李惠民. 2009. 用激光烧蚀多接 收器等离子体质谱仪LA-MC-ICPMS测定锆石 U-Pb 同位 素年龄的研究[J]. 矿物学报, S1 600-601. 刘昌实, 陈小明, 陈培荣. 2003. 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