吐哈盆地准噶尔沙尔德兰地区A型花岗岩081212.pdf

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书书书 准噶尔板块东南缘沙尔德兰地区 A型花岗岩 构造环境研究  郭芳放1 姜常义1 , 2   苏春乾1 , 2 夏明哲1 夏昭德1 魏巍1 G U OF a n g F a n g 1 , J I A N GC h a n g Y i 1 , 2  , S UC h u n Q a i a n1 , 2, X I AMi n g Z h e 1 , X I AZ h a o D e 1a n dWE I We i1 1 长安大学地球科学与资源学院, 西安 7 1 0 0 5 4 2 西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室, 西安 7 1 0 0 5 4 1 C o l l e g e o f E a r t hS c i e n c e a n dL a n dR e c o u r s e s ,C h a n g  a nU n i v e r s i t y ,X i  a n 7 1 0 0 5 4 ,C h i n a 2 K e y L a b o r a t o r y o f w e s t e r nC h i n a ’ s M i n e r a l R e s o u r c e s a n dG e o l o g i c a l E n g i n e e r i n g ,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,X i  a n7 1 0 0 5 4 ,C h i n a 2 0 0 8  0 5  2 6收稿, 2 0 0 8  0 9  0 8改回  G u oF F ,J i a n gC Y ,S uC Q,X i aMZ ,X i aZ Da n dWe i W2 0 0 8 T e c t o n i cs e t t i n g s o f A  t y p eg r a n i t e s o f S h a e r d e l a na r e a, s o u t h e a s t e r nma r g i no f J u n g g a rb l o c k , X i n j i a n g , w e s t e r nC h i n a  A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a , 2 4 ( 1 2 ) 2 7 7 8- 2 7 8 8 A b s t r a c t T w ok i n d so f A  t y p eg r a n i t e s ,m o y i t ea n do r t h o c l a s eg r a n i t ep o r p h y r y ,l o c a t e da t t h es o u t h e a s t e r nm a r g i no f J u n g g a r b l o c k ,w h i c hi s g e n e r a l l yn a m e dn o r t hT i a n s h a nM o u n t a i n ,X i n j i a n g , w e s t e r nC h i n a T h eK o t a c l i c n i r c o nm o y i t e l i e s i nt h e S o u t hL a k e i s l a n da r c b e l t , t h e B a i p o n a nm o y i t e a n do r t h o c l a s e g r a n i t e  p o r p h y r y l i e i nt h e Q o l t a g  R e df l a g m o u n t a i nt r e n c h  a r c b e l t B o t hB a i p o n a n m o y i t ea n dK o t a c l i c n i r c o nm o y i t eb e l o n gt ot h eh i g h  Kc a l c  a l k a l i n es e r i e s ,t h e ya r ee n r i c h e di nl i g h t r a r ee a r t he l e m e n t sa n dh i g h s t r e n g t hf i e l de l e m e n t s ,a n do b v i o u s l yd e p l e t e di nN ba n dT i O 2,a n dr e l a t i v e l y d e p l e t e di nZ r ,H f a n dP2O5,w h i c ha r e c o n s i s t e n t w i t h g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r so f v o l c a n i ca r cg r a n i t e s T h eo r t h o c l a s eg r a n i t e  p o r p h y r yb e l o n g st oH i g h  K ,c a l c  a l k a l i n es e r i e s T h e ya r e s l i g h t f r a c t i o n a t i o nb e t w e e nL R E Ea n dH R E E ,a n de n r i c h e di nh i g hs t r e n g t hf i e l de l e m e n t s ,r e l a t i v e l yd e p l e t e di nB a ,S r ,P 2O5a n d T i O 2,w h i c ha r ec o n s i s t e n t w i t ht h e c h a r a c t e r s o f w i t h i n  p l a t e g r a n i t e s A c c o r d i n g t o t h e c l a s s i f i c a t i o nd i a g r a m s o f A  t y p e g r a n i t e ,b o t h m o y i t ea n do r t h o c l a s e g r a n i t e p o r p h y r y b e l o n g t o A 2s u b  t y p e B a s e do nt h e r e l i a b l e s t u d i e s o nn o r t hX i n j i a n g a r e a a n do u r r e s e a r c h , t h e t e c t o n i cs e t t i n gt r a n s i t i o nf r o mi s l a n da r ct ol i t h o s p h e r es t r e t c h i n gs e t t i n g so f p o s t  c o l l i s i o nc o u l db ec o n s t r a i n e dt o3 2 0 M aT h ez i r c o n S H R I M PU  P bc o n c o r d a n t a g eo f t h eB a i p o n a nm o y i t e ,a n dt h eo r t h o c l a s eg r a n i t e  p o r p h y r ya r e3 3 8 . 34 . 3 M aa n d2 7 82 M a r e s p e c t i v e l y T h e r e f o r e ,g e o c h e m i c a l c h a r a c t e r s a n dg e o c h r o n o l o gs u g g e s t t h a t t h eB a i p o n a nm o y i t es h o u l df o r m e di ni s l a n da r cs e t t i n g o f B  t y p e s u b d u c t i o n , w h i l e t h e o r t h o c l a s e g r a n i t e  p o r p h y r y s h o u l df o r m e di np o s t  c o l l i s i o nt e c t o n i c s e t t i n g s T h e s e i n d i c a t e t h a t t h e A 2 g r a n i t ec o u l df o r mn o t o n l yi nn o n  o r o g e n i ca n dp o s t  c o l l i s i o nt e c t o n i cs e t t i n g s ,b u t a l s oi ni s l a n da r cs e t t i n g s  K e yw o r d s At y p e  g r a n i t e ;G e o c h e m i s t r y ;C h r o n o l o g y ;T e c t o n i cs e t t i n g ;B  t y p es u b d u c t i o n 摘 要 研究区属于准噶尔板块东南缘, 即传统意义上的北天山东段, 分布有两类 A型花岗岩, 一种是钾长花岗岩, 另一种 是正长花岗斑岩。其中阔台克力克能厄肯钾长花岗岩产于大南湖岛弧带, 白坡南钾长花岗岩和正长花岗斑岩均产于觉罗塔 格岛弧带。白坡南与阔台克力克能厄肯钾长花岗岩同为弱过铝质, 岩石化学属高钾钙碱性系列, 稀土元素配分曲线为轻稀土 富集型, 具有明显的负 E u 异常; 富集大离子亲石元素, 显著亏损 S r 、 N b 、 P 2O5、 T i O2, 具有火山弧花岗岩的地球化学特征。正长 花岗斑岩从准铝质过渡到弱过铝质, 岩石化学从高钾钙碱性系列过渡到钾玄岩系列, 轻重稀土元素分馏不明显, 具有显著的 负 E u 异常; 富集高场强元素, 亏损 B a 、 S r 、 P 2O5及 T i O2, 具有板内花岗岩的地球化学特征。这些钾长花岗岩和正长花岗斑岩均 属于 A 2型花岗岩。根据前人在北疆地区获取的研究成果, 可将该区域岛弧环境结束与后碰撞岩石圈伸展环境开始的分界时 限厘定为 3 2 0 M a 。根据我们的研究, 白坡南钾长花岗岩体的锆石 U  P b 谐和年龄为 3 3 8  3 4  3 M a , 正长花岗斑岩的锆石 U  P b 谐和年龄为2 7 8 2 M a 。年代学与岩石地球化学研究表明, 白坡南钾长花岗岩形成于 B型俯冲阶段的岛弧环境, 而正长花岗斑 1 0 0 0  0 5 6 9 / 2 0 0 8 / 0 2 4 ( 1 1 )  2 7 7 8  8 8A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a 岩石学报   新疆自治区 1 5万区调项目( X J Q D Z 2 0 0 6  1 4 ) 和国家自然科学基金重点项目( 4 0 5 3 4 0 2 0 ) 联合资助的成果. 第一作者简介郭芳放, 女, 1 9 8 8年生, 2 0 0 4级本科生, 地质学专业, E  m a i l v v _ c c @1 2 6 . c o m 通讯作者 姜常义, 男, 教授, 博士生导师, 岩石学专业, E  m a i l j i a n g c h a n g y i 0 0 1 @1 6 3 . c o m 岩形成于后碰撞岩石圈伸展环境。由此证明, A型花岗岩不仅产于非造山和后碰撞伸展环境, 还可以产于岛弧环境。 关键词 A型花岗岩; 地球化学; 年代学; 构造环境; B型俯冲 中图法分类号 P 5 8 8 . 1 2 1 图 1 沙尔德兰地区地质略图( 据张良臣, 2 0 0 6 , 私人通讯) F i g  1 G e o l o g i c a l m a po f S h a e r d e l a na r e a( a f t e r Z h a n gL C , 2 0 0 6 ,p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n ) A型花岗岩最初是指出现在非造山环境中, 具有碱性、 无水特征的花岗质岩石( L o i s e l l ea n dWo n e s , 1 9 7 9 ) , 这一概 念的内涵近年来有所扩大, 岩石类型不仅包括最初的碱性 花岗岩, 还被扩大到碱钙性、 准碱准铝质、 微过铝质等 多种类型, 主要有环斑花岗岩、 钾质花岗岩、 正长岩类、 钾 长碱长花岗岩等, 其形成的构造环境既包括非造山环 境也包括后碰撞伸展环境( C o l l i n se t a l . , 1 9 8 2 ; Wh a l ee t a l . , 1 9 8 7 ; E b y , 1 9 9 0 ; 洪大卫等, 1 9 9 5 ; 许保良等, 1 9 9 8 ; Wue ta l . , 2 0 0 2 ; Ma r t i n , 2 0 0 6 ; S h e l l n u t ta n dZ h o u , 2 0 0 7 ; B o n i n , 2 0 0 7 ) 。本次研究发现, 形成 A型花岗岩的构造环 境并不一定都限于非造山( 板内裂谷、 地幔柱或热点) 或 后碰撞伸展环境, 很可能有少量 A 2型花岗岩形成于与 B 型俯冲相关的岛弧环境中, 这就是本文要探索的科学问 题。 1 区域地质概况 研究区位于吐鲁番盆地南缘, 鄯善县南部, 属于准噶尔 板块东南缘, 即传统意义上的北天山东段, 南部以阿其克库 都克深大断裂为界, 以南为中天山元古代地块。康古尔塔 格黄山韧性剪切带从研究区内部穿过, 剪切带以北为大南 湖晚古生代岛弧带, 以南为觉罗塔格晚古生代岛弧带( 图 1 ) ( 据张良臣, 2 0 0 6 , 私人通讯) 。 大南湖构造单元在本区仅出露早石炭世小热泉子组火 山岩地层, 我们的研究表明, 该组火山岩岩石组合为玄武 岩玄武安山岩安山岩英安岩, 属钙碱性系列, 具有岛 弧火山岩的岩石地球化学特征, 锆石 U  P b谐和年龄为 3 2 5  1 M a 。白石山花岗岩体是大南湖构造单元最主要的侵入 体, 呈岩基状产出, 长轴方向为近东西向, 与区域构造线方向 9772郭芳放等 准噶尔板块东南缘沙尔德兰地区 A型花岗岩构造环境研究 平行, 主要岩石类型为二长花岗岩, 并有少量的花岗闪长岩 和石英闪长岩; 属钙碱性系列, 具有岛弧花岗岩的岩石地球 化学特征, 岩石成因类型应属Ⅰ型花岗岩, 锆石 U  P b 谐和年 龄为 3 2 5  1 M a 。 觉罗塔格晚古生代岛弧带主要出露有早石炭世阿奇山 组钙碱性火山岩地层、 早石炭世雅满苏组碳酸盐岩地层、 晚 石炭世土古土布拉克组钙碱性火山岩地层, 以及下二叠统的 恰特哈尔组火山岩地层。根据我们的研究, 阿奇山组为一套 埃达克质火山岩, 形成于岛弧环境, 锆石 U  P b谐和年龄为 3 4 1 M a ; 土古土布拉克组主要由玄武安山岩安山岩英安 岩组成, 属钙碱性火山岩套; 恰特哈尔组具有典型的双峰式 火山岩组合, 形成于后碰撞伸展环境, 锆石 U  P b 谐和年龄为 2 8 0 M a 。 根据前人研究, 可将康古尔塔格黄山韧性剪切带划分 为干墩岩组、 梧桐窝子岩组、 苦水岩组, 这三个岩组均属早石 炭世非史密斯地层, 它们普遍经历了强烈的早期韧性剪切变 形和晚期走滑变形。 2 岩体地质特征与岩相学特征 2  1 岩体地质特征 阔台克力克能厄肯钾长花岗岩体位于大南湖岛弧带白 石山花岗岩体北西方向, 岩体大部分被第四系覆盖, 仅局部 出露, 岩体形态为似长椭圆形, 长轴方向与构造线一致, 侵入 于下石炭统小热泉子组中, 岩体面积约为 1 1 k m 2( 图 1 ) 。边 部有安山岩捕虏体。岩体与围岩接触部位有角岩化及硅化, 岩体内部岩性单一, 由一次岩浆侵位构成。白坡南钾长花岗 岩分布于觉罗塔格岛弧带南缘, 其南侧为阿其克库都克断 裂, 沿该断裂北侧呈串珠状排列, 侵入于早石炭世阿奇山组, 最大的岩体面积约为 5 k m 2, 最小的约为 0  1 k m2( 图 1 ) , 各岩 体均由一次岩浆侵位形成。正长花岗斑岩岩体群分布于觉 罗塔格红旗山岛弧带, 呈浅成侵入体形式侵位于下二叠统 恰特哈尔组( P 1a e ) , 在研究区内共有 3 0个小岩体, 岩体平面 形态为透镜状、 近等轴状和长条状, 呈带状分布。最大的岩 体面积约为 3  5 k m 2, 最小的岩体面积约为 0  3 k m2( 图 1 ) , 同 一岩体内部和岩体之间岩性单一, 没有明显的岩相分带, 各 岩体应为一次岩浆侵位的产物。 2  2 岩相学特征 阔台克力克能厄肯钾长花岗岩体呈砖红色, 具连续不等 粒花岗结构、 块状构造, 造岩矿物 钾长石( 5 0 % ~ 6 2 %) , 石 英( 2 5 % ~ 3 0 %) , 斜长石( 8 % ~ 1 5 %) , 黑云母( 1 % ~ 4 %) 。 副矿物主要有磁铁矿、 磷灰石、 榍石、 锆石等, 含量约 2 %。主 要矿物特征 钾长石呈半自形到他形板状, 部分与石英文象 状交生, 具条纹结构, 为出溶条纹长石, 粒径 0  8 m m ~ 2  4 m m ; 石英呈他形粒状, 颗粒表面干净, 波状消光, 粒径 0  4 m m~ 2  4 m m ; 斜长石主要为钠长石, 有少量的更长石, 呈 半自形板状, 聚片双晶发育; 黑云母分布于长石粒间, 其形态 受长石粒间空隙制约, 表明岩浆相对贫水, 抑制了黑云母的 结晶作用。长石有微弱的粘土化和绢云母化。 白坡南钾长花岗岩呈淡红色, 具中细粒花岗结构、 块状 构造, 造岩矿物有钾长石( 5 7 % ~ 6 5 %) , 石英( 2 0 % ~ 3 0 %) , 斜长石( 6 % ~ 9 %) , 黑云母( 1 % ~ 4 %) 。副矿物主要有磁 铁矿、 磷灰石、 榍石、 锆石等, 含量约 2 %。主要矿物特征 钾 长石呈他形板状, 条纹结构发育, 为条纹长石, 粒径 1  6 m m~ 3  4 m m , 内包有较自形的斜长石小颗粒, 轻微泥化; 石英呈他 形粒状, 具强波状消光, 发育微裂纹, 粒径 0  8 m m~ 2  0 m m ; 斜长石主要为钠长石, 有少量的更长石, 呈他形半自形板 状, 聚片双晶发育, 轻微绢云母化; 黑云母的分布和形态与阔 台克力克能厄肯钾长花岗岩相同, 表明岩浆相对贫水, 抑制 了黑云母的结晶作用。 正长花岗斑岩呈淡红色, 具斑状结构, 块状构造, 斑晶由 石英( 5 % ~ 1 0 %) 、 正长石( 8 % ~ 1 5 %) 组成, 粒径约 2 m m~ 5 m m 。基质为隐晶质, 含量约 8 0 %, 局部可见球粒结构, 泥化 中度。少量氧化黄铁矿微粒浸染状分布。主要矿物特征 正 长石为自形板状, 卡氏双晶较发育, 高岭土化中度; 石英呈六 方双锥状, 具微裂纹和港湾状熔蚀边。 3 年代学 从觉罗塔格岛弧带白坡南钾长花岗岩和正长花岗斑岩 样品中选取的锆石为浅黄色无色透明, 呈正方双锥状、 柱 状及半截锥状自形晶体。阴极发光图像( 如图 2 a ,b ) 表现出 典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构, 属于岩浆结晶 产物( 吴元保和郑永飞, 2 0 0 4 ) 。两件样品 2 2个测点的 T h 含 量变化范围是 7 9  1 6 1 0 - 6~ 4 3 2  5 1 0- 6, U含量变化范围 是 1 0 1  01 0 - 6 ~5 6 6  01 0 - 6。T h / U比值较高, 均大于 0  4 0 , 变化在 0  4 0~ 0  8 1之间, 且 T h 、 U含量呈现较好的正 相关关系, 获得的年龄可以代表岩体的结晶年龄。锆石 S H R I M P测定结果的数据处理方法据宋彪等( 2 0 0 6 ) 以及朱 永峰和宋彪( 2 0 0 6 ) 。白坡南钾长花岗岩体的锆石 U  P b 谐和 年龄( 图 4 c , 表 1 ) 为 3 3 8  3 4  3 M a ( M S WD= 0  5 9 ) , 证明该 岩体形成于早石炭世维宪阶早期。正长花岗斑岩的锆石 U  P b 谐和年龄( 图 4 d , 表 1 ) 为 2 7 8 2 M a ( M S WD= 0  7 0 ) , 证明 该岩体形成于二叠纪乌拉尔世亚丁斯克阶晚期。 4 岩石地球化学 钾长花岗岩主量元素地球化学特征为高硅, 富铝, F e O / M g O比值( 5  8 3~ 1 4  2 8 ) 较高, K 2O/ N a2O比值变化在 0  5 8~ 1  2 6之间, C a O 、 T i O 2、 M g O含量低, 且数据变化范围 较大。铝饱和度指数 A N K为 1  1 4~ 1  2 5 , A C N K为 1  0 7~ 1  1 9 , 属弱过铝质( 如图 3 b ) 。在 K 2O  S i O2图解上( 图 3 a ) 投 影在高钾钙碱性系列区域内。 0872A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a 岩石学报2 0 0 8 , 2 4 ( 1 1 ) 书书书 1872郭芳放等 准噶尔板块东南缘沙尔德兰地区 A型花岗岩构造环境研究 图 2 白坡南岩体和正长花岗斑岩的锆石阴极发光图和锆石 U  P b 年龄 F i g  2 C Li m a g e so f z i r c o ng r a i n sa n dU  P bz i r c o nc o n c o r d i ad i a g r a m sf o r t h eB a i p o n a nm o y i t ea n dt h eo r t h o c l a s ep o r p h y r y g r a n i t e 图 3 K 2O  N a2O图解及铝饱和度图 F i g  3 P l o t s o f K 2O  N a2Oa n dA N K  A C N K 正长花岗斑岩的主量元素地球化学特征为高硅, 仅 G 4 、 G 1 7两件样品的 K 2O /N a2O比值小于 1 , 其余十件样品的 K 2O/ N a2O比值变化在 1  0 6~ 2  6 7之间,F e O / M g O比值 ( 7  1 0~ 3 5  9 9 ) 较高且变化范围较大, 其他数据总体较稳定, 变化范围较窄。K 2O  S i O2图解显示, 正长花岗岩体从高钾钙 碱性系列过渡到钾玄岩系列。 总体上, 钾长花岗岩样品各项数据的变化范围普遍大于 正长 花 岗 斑 岩, 且 钾 长 花 岗 岩 A l 2O3含 量 ( 1 2  4 7 % ~ 1 5  8 6 %) 高于正长花岗斑岩( 1 0  8 1 % ~ 1 1  9 8 %) , 但正长花 岗斑岩的 F e O / M g O比值( 7  1 0~ 3 5  9 9 ) 高于钾长花岗岩 ( 5  8 3~ 1 4  2 8 ) 且变化范围较大。 阔台克力克能厄肯钾长花岗岩与白坡南钾长花岗岩稀 土元素总量变化较小, ∑R E E丰度变化在 9 2  6 61 0 - 6~ 1 3 7  9 61 0 - 6之间 ( 表 2 ) 。( L a / Y b ) N、 ( L a / S m)N、 ( G d / Y b ) N分别为 4  6 1~ 7  4 2 , 2  6 9~ 3  8 1和 1  6 6~ 2  4 9 , 稀土元 素配分曲线为具有明显铕负异常( δ E u= 0  5~ 0  8 8 ) 的轻稀 土元素富集型( 图 4 a ,b ) 。这两个岩体稀土元素配分曲线总 体特征相似, 但后者的轻重稀土元素分馏程度略小于前者。 正长花岗斑岩稀土元素总量变化较大, ∑R E E丰度变化在 6 4  8 3 1 0 - 6~ 3 5 6  4 5 1 0- 6之间( 表 2 ) 。( L a / Y b ) N、 ( L a / S m ) N、 ( G d / Y b )N分别为 1  6 7~ 1 7  7 1 , 2  7 1~ 5  4 8和 0  5 1~ 4  1 8 , 稀土元素配分曲线图呈现典型的“ V ” 字形( 图 4 c ) 。正 长花岗斑岩的稀土元素分馏程度低于钾长花岗岩, 且铕负异 常更明显( δ E u = 0  0 8~ 0  2 5 ) , 其配分曲线形态与钾长花岗 岩也有明显差异。 由多元素配分曲线图( 图4 d ,e ,f ) 上, 阔克台克力克能厄 肯和白坡南钾长花岗岩富集大离子亲石元素( C s 、 R b 、 B a、 T h 、 U ) ; 高场强元素( T a 、 Z r 、 H f ) 丰度约为原始地幔标准化值的 2 0 倍。它们显著亏损相容元素( V 、 C o 以及 C r ) , 明显亏损 S r 、 N b 、 P 2O5及 T i O2。正长花岗斑岩富集大离子亲石元素 ( R b 、 2872A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a 岩石学报2 0 0 8 , 2 4 ( 1 1 ) 表 2 主量元素( w t %) 、 微量元素和稀土元素( 1 0 - 6) 丰度 T a b l e 2 A b u n d a n c e s o f m a j o r e l e m e n t s ( w t %) 、 t r a c ee l e m e n t s a n dr a r ee a r t he l e m e n t s ( 1 0 -6) 岩性阔台克力克能厄肯钾长花岗岩白坡南钾长花岗岩 样品L 2  2L 2  3L 2  7L 2  9L 2  9L 2 
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