东天山花岗岩的构造岩浆类型划分

2014-12-31马比阿伟木合塔尔扎日

四川地质学报 2014年3期

马比阿伟，木合塔尔·扎日

（新疆大学，乌鲁木齐 830000）

花岗岩的研究，是我们了解大地构造背景和区域构造演化的重要手段，也是我们了解地壳、上地幔、壳幔相互作用和地壳演化等众多地质问题的重要窗口（随振民，2007）。花岗岩的构造成因及其分类是花岗岩研究的核心和基础1阚泽忠.2010.岩浆岩调查工作方法。因此，花岗岩的研究，首先必然涉及花岗岩类的分类问题（陈建林等，2004；庞迎春等，2009）。

70年代以来，Chappell和White（1974）首先发现花岗岩成因受成岩物质源岩控制，将花岗岩划分为I型和S型。板块构造学说形成以来，人们把按源岩划分的不同成因类型花岗岩与不同构造环境结合，提出了花岗岩形成的构造环境分类。90年代以来，法国学者Barbarin[1-3]一直致力于新的花岗岩类综合性分类的研究。用花岗岩类分类学提供的资料探讨了岩浆来源、地球动力学环境等，将花岗岩类的研究工作推向了一个更高阶段[4]。

利用 Barbarin的花岗岩经典分类方案，对东天山地区不同时期花岗岩进行分类，根据其矿物组合、岩石特性、定位特点、地球化学和同位素特征，并在文献汇总和讨论的基础上，将该区花岗岩类岩石划分为了含角闪石钙碱性花岗岩类（ACG），富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类（KCG），含堇青石及黑云母过铝质花岗岩类（CPG），含白云母过铝质花岗岩类（MPG）。结合近年来在现代大陆地壳生长理论上取得的一些成果，认为各自的岩浆来源分别为地幔橄榄岩区混熔了一部分楔形地幔上面的地壳；地壳安山质源岩混有部分幔源；硬砂质岩石以及泥质岩石的局部熔融。

1 东天山花岗岩类岩石研究现状

广义的东天山包括吐-哈盆地南缘，库鲁克塔格和北山北麓以及觉罗塔格山-南湖戈壁等，构造上处于西伯利亚、准噶尔-哈萨克斯坦和塔里木三大板块的交汇处[5]。

区内以古生代地层分布最广，其中又以石炭系火山地层为最。由于其多为东天山很多矿床的围岩，故近年来对石炭系火山地层的研究、特别是岩石地球化学特征的研究比较活跃。中天山地块作为古老陆核塔里木板块的最北缘，分布了该区最古老的中元古界变质岩系。其上为上元古界变质碳酸盐-碎屑岩。古生界地层较为复杂，总体以火山-沉积岩性为主。中生界零星出露侏罗纪含煤岩系，缺失三叠系，白垩系。新生界陆相碎屑沉积构成了广阔的吐哈盆地。该区岩浆岩类型多样，从基性-超基到酸性均可见，且与区内多种矿化关系密切。岩浆岩时代从新元古代到印支期均有同位素证据支持[6-8]。

新疆区调队（1985）以槽台理论为指导，认为天山地区只有I型花岗岩，而新疆地质矿产局地质矿产研究所(1985)将该区花岗岩类分为M型、I型和S型。王廷印（1985）通过分析该区花岗岩岩石学特征，认为区内存在I型，S型和A型三种花岗岩。南京大学和新疆地矿局第六地质大队（1986）将该区花岗岩划分为安第斯型陆缘活动带中的花岗岩类，弧后盆地闭合带蛇绿混杂岩带中的花岗岩类，岛弧带同熔系列花岗岩类，弧后盆地闭合带内同构造花岗岩类。刘成德等（1989）将该区大地构造属性归为地槽褶皱系，将区内花岗岩划分为加里东、华力西期、印支-燕山期花岗岩类。李锦轶2李锦轶未出版报告等人认为东天山地区存在前泥盆纪到三叠纪的中酸性岩浆岩。张遵忠（2010）等人将该区花岗岩分为古生代碰撞前岛弧阶段，古生代碰撞后挤压-伸展转折阶段，古生代碰撞后伸展阶段，中生代板内阶段分别描述。并且认为该区海西期主碰撞以后形成的花岗岩的成因与陆壳垂向增生过程中的底侵和内侵有关（顾连兴等，2006，张遵忠等，2010）。

2 造山带花岗岩的分类方法

因为花岗质岩浆的成因、来源、演化过程和后续变化的多样性，以及定位在不同的构造阶段，不同的构造区和不同的地球动力学环境中，使得花岗质岩石显示出极大的多样性[3、9]。加上不同学者在分类过程中的侧重点也有不同，使得国内外现有的花岗岩分类多达20余种（Shand，1927，1943；Lacroix，1933；Chappell and White，1974，1983；Collins et al.,1982；Whalen et al.，1987；La roche，1986；Bebon and lefort，1983，1988；Maniar and piccolo，1989；Tauson and Kozlov，1973；Pearce，1984；徐克勤，1982；Pitcher，1983 and 1987；Barbarin，1999）。

表1 花岗岩类及主要特征，来源和地球动力学环境表

针对花岗质岩石分类中存在的问题，Barbarin根据花岗岩类的矿物组合、野外出露和岩石特性、定位特点、地球化学和同位素特征，将花岗岩类岩石划分为7种类型。这种分类方法为：1、首先根据不同矿物及其组合特征，化学成分，花岗岩类的标准样品。加上深成岩体中矿物很容易被认出，以及花岗岩类岩石的实际矿物成分可以很快获得，所以根据长英矿物的富集程度，给花岗质岩石一个准确的命名。2、当花岗岩类岩石被很好的定义并给予正确的命名后，考虑它们的AFM矿物组合和野外特征，岩相学和定位数据，黑云母及副矿物磷灰石和锆石等进行核对分类[3]（表1）。

3 东天山地区花岗岩的时空分布

作为中亚造山带的造山过程的表现，东天山地区在不同地质时期造山带不同演化阶段形成的花岗岩构造环境类型较多。

图1 东天山花岗岩分布图（据顾连兴等，2006和周涛发等，2010 修编）

根据Barbarin花岗岩类类型划分和构造岩浆环境（表1）研究方法，对东天山地区花岗岩可划分为4个构造类型-花岗岩（表2）。不同类型的花岗岩产出明显受制于不同地质历史发展时期；空间上，本区各类型的花岗岩受区域构造格架控制而呈带状分布（图1）。现将东天山地区不同类型的花岗岩特征简述如下。

含角闪石钙碱性花岗岩类：泥盆纪的大南湖岩体（李锦轶②），镜儿泉岩体[10]，四顶黑山岩体（李亚萍等），以及早-中石炭世的红云滩、铁岭、白灵山、骆驼峰岩体（吴昌志，2006；张尊忠等，2010）等都属于该类岩石。其中泥盆纪岩体断续出露在康古儿塔格断裂附近。早-中石炭世岩体则沿阿奇克库都克-沙泉子断裂呈线状分布。现以大南湖岩体为泥盆纪岩体的代表，红云滩岩体为石炭纪岩体的代表分别描述。

表2 东天山地区花岗岩类岩石划分表

大南湖岩体的岩石组合为石英闪长岩，花岗闪长岩，二长花岗岩。据统计，黑云母含量约5.06%～10%，角闪石含量0.55%～15%，斜长石含量38.5%～71%，钾长石含量15%～30.7%，多为条纹长石，微斜长石少。副矿物组合为磁铁矿-榍石-锆石，以磁铁矿为主，并含少量钛铁矿。岩体中某些地段见有大量暗色矿物包体，成分为黑云角闪石英闪长岩。岩石化学成分表明，铝饱和指数>1，可能是由于最终的角闪石分离作用、挥发反应或泥质岩石同化作用之后，获得过铝质成分（肖庆辉，2006）。K2O含量2.04%～3.36%，CaO含量1.23%～7.22%。富CaO贫K2O，表明岩浆来源以地幔成分为主[3]（肖庆辉，2006）。也是与KCG类岩石区别的重要参数[3、9、11]。随着岩石酸性程度的增加，Rb、K、Ba、Nb、Ta、Th等元素含量及Rb/Sr比值逐渐增高；Sr、P、Ti则依次降低；表现出以结晶作用为主的岩浆演化机理。

红云滩岩体的岩石组合为英云闪长岩，花岗闪长岩，二长花岗岩。主要矿物为角闪石（3%～10%），黑云母（1%～15%），斜长石（20%～75%），钾长石（1%～30%）和石英（10%～45%）。副矿物为磷灰石，榍石，磁铁矿，偶见金红石（张遵忠等，2010）。主量元素中SiO2含量与TiO2、Al2O3、FeO、MgO、MnO、CaO、Na2O和P2O5等氧化物的含量呈负相关，特别是FeO和P2O5含量随SiO2含量增加呈线形降低（张遵忠等，2010）。具有典型钙碱性岩系的演化特征（Chappell and White,1992；张遵忠等，2010）。微量元素特征表明，该花岗岩类为典型的火山弧花岗岩，是与洋壳俯冲作用有关的下地壳物质部分熔融所产生的岩浆，经历分离结晶和同化混染作用的产物（张遵忠等，2010）。

富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类：我们将本类岩石分为两个带加以区别，即哈尔里克带和觉罗塔格带。是因为KCG类岩石可以作为俯冲带的产物和ACG类岩石一起出现，也可以作为造山结束的标志或者构造体制的转化单独出现[3、9、11]。因此，这样划分对于探求花岗岩的构造环境是有意义的。

通过我们的研究，我们认为，以西凤山岩体，石英滩岩体，天目岩体，克孜尔卡拉萨依岩体等为代表的石炭纪[10]（李锦轶②）岩体沿觉罗塔格造山带与同时期的ACG类岩石共生。通过对同位素年代学的研究[12]（张遵忠等，2010），奥莫尔塔格，八大石和小铺东，伊吾等岩体的年龄在290Ma年左右。以它们为代表的该类岩石沿哈尔里克岛弧呈圆弧状分布。

觉罗塔格带富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类：以克孜尔卡拉萨依岩体和北克孜尔卡拉萨依岩体为代表。李锦轶②的研究显示，二岩体的同位素年龄分别为357.3±6.2Ma(锆石SHPIMP年龄)，319～334Ma（U-Pb年龄）。岩石组合为石英闪长岩，花岗闪长岩，二长花岗岩，钾长花岗岩。以二长花岗岩为主，次为钾长花岗岩，闪长岩较少。克孜尔卡拉萨依岩体内有共生岩石辉长岩。两岩体内部都能见到大量以辉长灰绿玢岩为主的铁镁质脉岩。某些花岗岩具钾长石斑状结构。黑云母和角闪石含量少，斜长石变化幅度大，An值介于6～53不等。多数矿物具弱次生蚀变。副矿物组合为磁铁矿-钛铁矿-锆石-磷灰石-石榴石-榍石。岩体内某些单元见有暗色包体均匀分布，多为椭圆状-圆状，成分为石英闪长岩，边界模糊。SiO2含量63%～76%；Al2O3含量12.18%～16.66%；Na2O含量3.17%～4.95%；K2O含量2.4%～4.44%，CaO除个别样品含量较高外，多数集中在0.12%～2.64%之间，富K2O贫CaO，显示以壳源为主的特征[11]。微量元素特征与区内ACG类岩石相似。稀土总量变化大，随SiO2的增高，二长花岗岩和钾长花岗岩内的稀土总量有所降低，其它岩性内稀土总量增高。北克孜尔卡拉萨依岩体Eu异常较明显，稀土元素配分曲线上表现为右倾轻稀土富集型，表明岩浆曾发生过斜长石结晶分异[13]。

哈尔里克带富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类：为二长花岗岩、花岗岩和花岗闪长岩组合，斜长石（20%～44%），钾长石（21%～44%），石英（15%～40%），黑云母（1%～10%），角闪石（2%～4%）。副矿物为磁铁矿、榍石、磷灰石、锆石等。局部地段见有闪长质包体分布。主量元素SiO2含量为61%～75%，K2O+Na2O的含量为6.50%～8.32%。在SiO2-K2O图上，绝大部分数据点投影在高钙碱性区域。铝饱和指数0.93～1.01，碱性指数NK/A为0.59～0.95，均投影在亚碱性准铝质到略过铝质区域（张遵忠等，2010）。

含堇青石及黑云母过铝质花岗岩类：以河西站岩体和红柳河岩体为代表。李伍平等（2001）根据胡霭琴的U-Pb年龄，结合岩体与围岩侵入接触关系，认为二岩体形成于晚二叠世。岩石组合为花岗闪长岩，二长花岗岩。石英（23%～29%），微斜长石（6%～34%），无辉石和角闪石，黑云母（3%～21%），部分白云母化；白云母（0～3%）。未见CPG花岗岩类的鉴别性矿物堇青石和夕线石，可能是黑云母容纳了一定数量的过剩的 Al，因此，使得在弱刚玉标准分子的花岗岩中不能出现富Al的典型矿物（肖庆辉等，2002）。副矿物为锆石-磷灰石-钛铁矿-榍石。铝饱和指数>1.05。Al2O3变化较大（13.51%～15%）；CaO含量1.24%～2.12%；Na2O含量2.20%～4.02%；K2O含量2.13%～5.42%。微量元素含量较高，在原始地幔标准化微量元素蛛网图上（图略），Ba、Nb、Sr、P、Ti相对亏损，Zr、Hf弱亏损，Rb、Th、K相对富集，表明岩浆中斜长石、磷灰石、锆石和钛铁矿等发生了结晶分异作用（李五平等，2001）。稀土配分形态右倾，出现Eu负异常，表明轻稀土富集，斜长石分离[13]。

图2 花岗岩类岩石与壳幔物质比例图（据Barbarin,1999）

含白云母过铝质花岗岩类（MPG）：包括形成于晚二叠世，分布于黄山-镜儿泉一带的图拉尔根、镜儿泉、黄山南等岩体；以及东天山地区印支期花岗岩类岩石[14]。该类型的花岗质岩石中，前人对白石头泉岩体的矿物学、岩石学、地球化学方面的研究资料非常丰富。据王银喜（2001）、顾连兴（2003）、朱永峰（2007）等，岩体形成于印支期(209Ma)，类型为浅色花岗岩，含富Al的黄玉及天河石。以高含量的白云母（3%～10%）和出现独居石为典型特征。石英（15%～35%），钠长石（22%～60%），钾长石（20-35%）。副矿物为石榴石、锡石、萤石、绿帘石、磷灰石、榍石、独居石、锆石。δ18O／‰值 7.32～10.75（顾连兴等，2003），多数集中在9.5±0.5，明显低于Barbarin的划分参数。未获得87Sr／86Sr值，但同期形成的尾亚岩体内为0.704～0.706。铝饱和指数>1，Al2O3含量12.46%～17.44%；CaO为0.24%～0.88%；Na2O含量4.32%～8.28%；K2O含量1.86%～4.64%；Na2O>K2O的特征与法国中央高原的黄玉花岗岩相似。微量元素上，岩体富含 F、Li、Rb、Cs、Pb、Zn、W、Sn、Nb、Hf、Th 和 Y，而贫 Cl、S、B、CO2、Sr、Ba、Co、Ni、Cr、V、Cu 和 Zr[12]。

4 东天山花岗岩类的源岩

一些岩石学家认为大部分的花岗岩类岩石均来自于大陆地壳（Chappell and White,1974,1992a,b;Chappell et al.,1987）。不同的花岗岩类岩石不是来源于不同的源区（Origins）而是来自于大陆地壳熔融成多样的花岗质岩浆（Chappell,1979）。然而他们无法解释一些没有大陆地壳存在的地区中花岗岩类的成因[3]，如在印度洋的中部，Kerguelen花岗岩类与大陆地壳没有联系（Lameyre et al.,1976;Giret,1990）。此外，大量的科迪勒拉（cordilleran）花岗岩类显示的同位素特征介于大陆地壳和地幔物质之间（Depaolo,1981）。实际上，大多数岩石学家认为岩浆来源可能有三种：壳源，幔源和壳幔混合源（Barbarin,1999）。Barbarin（1999）根据不同的岩石的元素特征和同位素地球化学数据总结出了不同花岗岩类岩石中不同的地壳及地幔物质的比例（图2）。

现代大陆地壳生长理论认为，大陆地壳是从地幔中分离生长出来的。从地幔中分离出大陆地壳而留下的难熔残余地幔为岩石圈地幔。这样，总结出了陆壳形成的三个阶段：①由地幔橄榄岩局部熔融形成玄武质地壳；②由玄武质壳的局部熔融产生早期陆壳的奥长花岗岩、英云闪长岩、花岗闪长岩组合（TTG）；③由奥长花岗岩、英云闪长岩的局部熔融形成钾质花岗岩(G1G2)的上地壳[13]。

根据上述对东天山地区花岗岩类岩石的研究成果，本区不同时代花岗岩的源岩各不相同：

泥盆纪到早石炭世含角闪石钙碱性花岗岩类（ACG）可能来源于地幔橄榄岩区混熔了一部分楔形地幔上面的地壳。但是，富CaO贫K2O的岩石化学特征表明岩浆来源以地幔成分为主（肖庆辉等，2002）。

晚石炭世到早二叠世富钾及钾长石斑状钙碱性花岗岩类（KCG）可能来源于陆壳物质的钙碱性和高钾钙碱性的安山质源岩形成的高钾钙碱性花岗岩岩浆，结合富K2O贫CaO的岩石地球化学特征，可能混有部分幔源组分[11]。

晚二叠世含堇青石及黑云母过铝质花岗岩类（CPG）来源于大陆地壳的沉积岩区。w(CaO)/w(Na2O)值接近0.5，为硬砂岩的局部熔浆组成。晚二叠世到三叠纪含白云母过铝质花岗岩类（MPG）明显来源于陆壳物质泥质岩石或硬砂质岩石的局部熔融。w(CaO)/w(Na2O)值等于0.1左右，表明源岩为泥质岩[15]。

[1[ Barbarin B.1990.Granitoids:main petrogenetic classifications in relation to origin and tectonic setting.Geol J，25：227～238.

[2] Barbarin B.1991.Enclaves of the Mesozoic calc-alkaline granitoids of the Sierra Nevada Batholith,California.Enclaves and Granite petrology.In:Didier J，et al.(Eds)，Dev.petrol.，Vol.3，Elsevier，Amsterdam，pp.135～153.

[3] Barbarin B.1999.A review of the relationship between granitoid types,their origins and their geodynamic environments.Lithos，46：605～626.

[4] 涂绍雄，汪雄武.2002.20世纪90年代国外花岗岩类研究的某些重大进展.岩石学报，21（2）：107～117.

[5] 木合塔尔·扎日，吴兆宁，等. 东天山板块缝合区（带）的构造演化与多金属矿床成矿的关系[J]. 地球科学，2010，35（2）：245～251.。

[6] 秦克章，方同辉，王书来，等. 东天山板块构造分区、演化与成矿地质背景研究[J]. 新疆地质, 2002, 20（4）：302～307.

[7] 李向民，夏林圻，夏祖春，等. 东天山石炭纪企鹅山群火山岩岩石成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2006, (03):

[8] 李源，杨经绥，张健，等. 新疆东天山石炭纪火山岩及其构造意义[J]. 岩石学报，2011，（01):193～209.

[9] 楼亚尔，杜杨松.. 花岗质岩石成因分类研究述评.岩石学报，200310（3）:269～275.

[10] 周涛发，袁峰，等. 新疆东天山觉罗塔格地区花岗岩类年代学、构造背景及其成矿作用研究[J]. 岩石学报，2010，26（2）:478～502.

[11] 肖庆辉，邓晋福，等. 花岗岩类与大陆地壳生长初探 [J]. 中国地质，2009，36（3）：594～620.

[12] 顾连兴，吴昌志，等. 新疆白石头泉含黄玉天河石花岗岩体的地球化学：分带和岩浆演化[J]. 高校地质学报，.2007，13（2）:207～223.

[13] 王全伟，王康明，阚泽忠，付小方，等. 川西地区花岗岩及其成矿系列[M]. 北京: 地质出版社，2008, 1～305.

[14] 王京彬，王玉往，何志军. 东天山大地构造演化的成矿示踪[J]. 中国地质，2006，33（3）：461～467.