新疆青河县阿拉图拜一带晚石炭世侵入岩地球化学特征及就位机制浅析

贺永康,彭素霞,程建新,黑欢,李文明

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

新疆青河县阿拉图拜一带晚石炭世侵入岩地球化学特征及就位机制浅析

贺永康,彭素霞,程建新,黑欢,李文明

(中国地质调查局西安地质调查中心，陕西 西安 710054)

新疆青河县阿拉图拜一带晚石炭世二长花岗岩呈北西—南东向长条状展布于玛因鄂博断裂南西侧，整体分布严格受断裂构造控制，具明显的糜棱岩化变形特征。岩石中K2O+Na2O为7.55%～9.09%，K2O/Na2O为1～1.88，里特曼组合指数σ为2.35～2.86，属高钾钙碱性岩；CIPW标准矿物Q含量23.14%～31.41%，C含量0.54%～1.69%，属SiO2过饱和的准铝质-过铝质岩石，"I"型花岗岩类。稀土元素∑REE为227.04×10-6～326.42×10-6，L/H大多小于10，δEu为0.42～0.58，轻稀土富集程度中等，具有中等程度的Eu负异常，微量元素K、Rb、Th、Ce等呈正异常，Sr、Ba、Nb、P、Ti等为负异常，经历过一定程度的斜长石、磷灰石、钛铁矿等矿物分离结晶作用；全岩δ18O值4.4‰～4.6‰，岩石在亚固态条件下与沿裂隙渗入的低18O的大气降水进行过氧同位素交换，87Sr/86Sr为0.704 34，具幔源岩浆的特征；全岩Rb-Sr等时线年龄为(300±4)Ma。晚石炭世中晚期，哈萨克斯坦-准噶尔板块与西伯利亚板块碰撞对接后的伸展阶段，深部幔源玄武质岩浆以底僻方式沿断裂构造上升并部分熔融壳源物质，最终以岩墙扩张的方式定位，后期具有中等程度的剥蚀。

晚石炭世侵入岩；后碰撞构造环境；被动侵位；阿拉图拜

新疆青河县阿拉图拜一带晚石炭世侵入岩分布在阿尔泰山中段南坡与准噶尔盆地交接部位，单个岩体规模较小，20世纪70年代出版的1∶20万“二台幅地质矿产图及说明书”*新疆地质局区域地质测量大队.二台幅(1∶20万)地质矿产图及说明书,1972.未将该岩体划出。2004～2005年，笔者在新疆地矿局第四地质大队主持完成“新疆青河县阿拉图拜幅、哈依尔很幅1∶5万区域地质矿产调查”*新疆地矿局第四地质大队.新疆青河县阿拉图拜幅、哈依尔很幅1∶5万区域地质矿产调查报告,2006.，基本查明了该期侵入岩的岩性组合、地表分布等特征。笔者通过对该期侵入岩进行岩石学、岩石地球化学等方面的研究，探讨其形成的构造环境、就位机制，为哈萨克斯坦-准噶尔板块与西伯利亚板块碰撞对接后的岩浆活动与演化研究提供基础资料。

1 岩体地质特征

研究区位于准噶尔微型板块北部玛因鄂博构造挤压带内，北与西伯利亚板块的哈龙-可可托海古生代岩浆弧带相邻，南接准噶尔板块喀拉通克晚古生代岛弧带。区内晚石炭世侵入岩呈北西-南东向长条状展布于玛因鄂博断裂(图1中F1断裂)南西侧，整体分布严格受断裂构造控制，北东与下泥盆统康布铁堡组、南西与下石炭统姜巴斯套组均呈断层接触，与早石炭世侵入岩主要为断层接触，局部呈脉动接触关系(图1)。该期侵入岩岩性单一，为二长花岗岩，在研究区内由断续出露的7个大小不一的岩体(15、29、37、41、42、44、45)组成，总面积约12km2。侵入岩普遍遭受了韧性剪切变形作用的影响,岩石具明显的糜棱岩化变形特征(图2),糜棱面理走向大多呈北西—南东向,与岩体出露的长轴方向一致。

2 岩石学特征

该期侵入形成的二长花岗岩呈浅肉红色，半自形中细粒结构，块状构造。岩石由钾长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、金属矿物及副矿物组成。钾长石呈半自形不规则板状，粒径大多为0.5～2.0mm，个别粒径可达5mm，具卡斯巴双晶，含量约40%～50%，在钾长石中包裹有半自形板状斜长石；斜长石呈半自形、他形不规则粒状、板状，粒径多为0.5～1.5mm，具黏土化、绢云母化等蚀变，含量25%左右；石英呈他形粒状，长轴具定向分布特征，并具波状消光现象，含量20%～30%；黑云母呈片状，大多已绿泥石化，集合体略呈不规则细条带状分布，含量3%～5%；白云母少量；金属矿物主要为磁铁矿，局部见黄铁矿，呈他形粒状，大多与云母、榍石分布在一起，含量约1%～2%；榍石呈自形、半自形晶，往往见于云母中及其附近，含量甚少；磷灰石呈细小的半自形短柱状、他形粒状，含量少。岩石糜棱岩化普遍较强，形成糜棱岩化二长花岗岩或

二长花岗质糜棱岩。

3 地球化学特征

3.1 常量元素特征

1∶5万区调工作中，笔者在该期侵入岩15、29、37、42、44、45等6个岩体中共采了8件岩石全分析样，2件全岩氧同位素分析样(图1)，样品受糜棱岩化变形影响较小，块状特征明显。样品测试在宜昌地质矿产研究所中南实验检测中心完成，其中硅酸盐主要元素全分析采用湿化学法， 稀土元素及Nb、Zr、Hf、Sr、Ba、V等元素采用ICP-AES法，氧同位素分析采用BrF5法。从岩体岩石化学成分表(表1)可以看出，该期侵入的中细粒二长花岗岩中除SiO2、TiO2、MgO含量变化略大外,其他元素在不同样品中含量变化较小。其中钾、钠含量较高，K2O+Na2O为7.55%～9.09%，仅一个样品K2O含量低于Na2O，其余样品中K2O/Na2O值为1～1.88，里特曼组合指数σ为2.35～2.86，属于钙碱性系列，为正常太平洋型。

在碱度率图解上，除一个样品落在钙碱性岩区外，其余样品均落在碱性岩区，在K2O与SiO2关系图解(图4)上，全部样品均落在高钾岩系区，属于高钾钙碱性岩。

1.第四系；2.下石炭统姜巴斯套组；3.中泥盆统白塔山组；4.下泥盆统康布铁堡组；5.震旦系库卫群；6.花岗岩脉；7.花岗斑岩脉；8.花岗闪长斑岩脉；9.流纹斑岩脉；10.辉长岩脉；11.早二叠世第三侵入次辉长岩；12.早二叠世第二侵入次二长花岗岩；13.早二叠世第一侵入次片麻状黑云母花岗岩；14.早二叠世第一侵入次石英闪长岩；15.晚石炭世混源二长花岗岩；16.早石炭世壳源石英闪长岩；17.脉动接触界线；18.实测、推测性质不明断层；19.压扭性断层、平移断层；20.多期 次复活断层；21.糜棱岩化带；22.岩体编号；23.氧同位素样品位置；24.全分析样品位置；25.同位素年龄样品位置图1 阿拉图拜一带地质略图(根据新疆地矿局第四地质大队资料修编，2006)Fig.1 Geological sketch map in Alatubai area of Xinjiang Qinghe country

CIPW标准矿物中石英含量较高，为23.14%～31.41%，岩石化学类型均为SiO2过饱和型，多数样品为正常岩石化学类型，少数样品有刚玉出现，刚玉含量0.54%～1.69%，属铝过饱和类型，准铝质-过铝质岩石。在ACF图解上，样品均落在“I”型花岗岩区(图5)，属“I”型花岗岩类。

3.2 稀土与微量元素特征

该期侵入岩中稀土元素含量较高，仅有一个样品∑REE为157.84×10-6，其余样品∑REE为227.04×10-6～326.42×10-6；轻、重稀土比值L/H大多小于10，以轻稀土中等程度富集为主；δEu为0.42～0.58，具有中等程度的Eu负异常。在稀土元素配分型式图(图6)上，不同样品均呈轻稀土元素富集的右倾型, 且轻稀土元素倾斜度较高，重稀土元素较平缓，轻稀土分馏程度高于重稀土，同时都具有较明显的Eu负异常。

表1 阿拉图拜晚石炭世侵入岩主量(10-2)与微量元素(10-6)含量表Tab. 1 The analytical results of Major(10-2) and trace(10-6) element of the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

续表1

岩石名称二 长 花 岗 岩序号12345678样品编号YQ-1YQ-2YQ-3YQ-4YQ-5YQ-6YQ-7YQ-8Pr11.615.214.810.511.410.67.2114.6Nd45.662.556.139.643.640.431.960.1Sm9.3112.411.58.28.988.426.8611.5Eu1.392.261.731.11.471.320.811.41Gd7.7610.99.997.657.447.044.387.06Tb1.411.831.781.361.371.260.741.14Dy9.5211.811.79.289.528.964.515.71Ho1.922.382.381.911.91.820.780.98Er5.616.516.516.135.95.332.452.79Tm0.860.990.990.960.810.810.360.42Yb5.256.316.316.365.265.162.152.41Lu0.660.840.840.90.750.720.290.3∑REE254.69326.42309.23228.75245.5227.04157.84291.72L/H6.726.856.645.626.456.309.0813.0δEu0.490.580.480.420.530.510.420.44La/Yb7.047.216.905.096.796.4510.417.7Cr5.478.076.765.236.097.284.618.5Ni7.858.0010.66.505.207.057.45.3Co8.558.6011.66.001.005.505.94.5Rb13992.3112146121132218202Sr203343264183224223106196Ba640719730600685633391951V32.281.843.526.340.531.915.427.8Nb20.624.821.922.019.616.719.516.7Ta1.832.121.821.882.011.682.121.47Zr275393303215249138104148Hf7.5410.08.326.476.954.094.266.41Ga16.420.417.716.317.016.019.617.9U2.003.243.122.182.301.721.621.31Th26.623.634.821.519.427.218.235.4Y44.653.056.049.343.640.720.023.7Rb/Sr0.680.270.420.800.540.592.061.03

图2 花岗岩糜棱岩化变形特征Fig.2 The mylonited deformation characteristics of the intrusive Granite

CA.钙碱性； A.碱性；PA.过碱性图3 阿拉图拜晚石炭世侵入岩碱度率图解Fig.3 AR diagram of in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks(After J.B.Wright,1969)

在微量元素比值蛛网图(图7)上，岩石中大离子亲石元素和高场强元素富集，除Ti以外，其他元素与球粒陨石的比值均在10以上，不同样品的曲线特征基本相同，均具有K、Rb、Th、Ce等元素正异常和Sr、Ba、Nb、P、Ti等元素的负异常。

3.3 同位素特征

在29、44两个岩体中采取的全岩氧同位素分析

样(图1)，全岩δ18O(SMOW)值分别为4.4‰和4.6‰，按Taylor的划分属于低δ18O花岗岩(δ18O<6‰)；全岩Rb-Sr同位素测定结果(陈丽秋等，2008)，Sr同位素初始比值87Sr/86Sr较低，为0.704 34。

HK.高钾岩系；MK.中钾岩系；LK.低钾岩系图4 阿拉图拜晚石炭世侵入岩K2O-SiO2变异图Fig.4 K2O-SiO2 variation diagram of the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

4 形成时代分析

该期侵入岩体均处于玛因鄂博断裂南侧，空间分布严格受玛因鄂博断裂及其南侧次级配套断裂控制，说明侵入岩的形成与断裂活动有密切关系，形成时间应在断裂形成之后。在42号岩体中采取的Rb-Sr同位素全岩样品，Rb-Sr等时线拟合计算出的全岩Rb-Sr等时线年龄为(300±4)Ma(陈丽秋等，2008)，属于晚石炭世中晚期，与位于研究区以南的乌伦古及西准北部“A”型花岗岩形成时代基本一致(刘伟，1990;周刚等，2006)。从图8可以看出，该等时线各点线性关系较好，拟合程度较高，计算的年龄误差较小，结果较为可靠，可以代表该岩体的侵位冷却年龄。

I.“I”型花岗岩； S.“S”型花岗岩图5 阿拉图拜晚石炭世侵入岩ACF图解Fig.5 ACF diagram of in the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

图6 阿拉图拜晚石炭世侵入岩稀土元素分配型式图Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for the late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

图7 阿拉图拜晚石炭世侵入岩微量元素比值蛛网图Fig.7 Diagram of the trace element spidergrams in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

图8 阿拉图拜晚石炭世侵入岩全岩Rb-Sr等时线图Fig.8 in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

5 构造环境分析

研究区内该期侵入岩石为高钾钙碱性岩，其中轻稀土富集，具有中等程度的铕负异常，微量元素比值蛛网图上具有Nb、Sr、P、Ti负异常，其地球化学特征类似于岛弧及活动大陆边缘花岗岩。在微量元素构造环境判别图解(图9)上，多数样品落在板内花岗岩区，少数样品落在同碰撞花岗岩区，但都处于同碰撞、火山弧和板内花岗岩三者分界线附近。在晚石炭世中、晚期，哈萨克斯坦-准噶尔板块与西伯利亚板块已碰撞对接在一起形成统一的大陆(曹荣龙等,1993;成守德等,1998)，区域上这一时期为碰撞后的伸展阶段(张招崇等，2005)，因此阿拉图拜晚石炭世侵入岩的形成环境应为后碰撞构造环境。

6 就位机制分析

阿拉图拜晚石炭世侵入岩体均呈长条状分布于玛因鄂博断裂南侧，夹持于2条断裂之间，岩石普遍遭受了韧性剪切变形，侵入岩体岩性组成单一，岩石结构以中细粒为主，岩体中未见大量的顶垂体及围岩捕掳体；岩石具异常低的氧同位素特征，反映岩体侵位后，在亚固态条件下与低18O的大气降水进行过氧同位素交换，初步分析认为与断裂带中裂隙发育，大气降水沿裂隙渗入有关。以上特征说明该期岩体侵位于中带。

VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；SPG.板内花岗岩； COLG.同碰撞花岗岩图9 阿拉图拜晚石炭世侵入岩Rb-Yb+Ta图解 (据Pearce，1984)Fig.9 Rb-Yb+Ta Diagram of in late-carboniferous Alatubai intrusive rocks

研究区位于西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块之准噶尔微型板块的接合部位，早泥盆世两大板块开始发生双向俯冲(张湘炳等，1993)，在准噶尔微板块边缘形成喀拉通克晚古生代岛弧型中-基性火山岩建造(许继峰等，2001)；早石炭世末期板块全面对接碰撞，古亚洲洋残余洋盆消失，在碰撞挤压带两侧形成一系列北西向的逆冲断裂；晚石炭世末至早二叠世，板块处于碰撞后弛张阶段，区域上发生了广泛的幔源基性岩浆底侵作用(周刚等，2007)。在玛因鄂博构造挤压带北部的西伯利亚板块—阿勒泰活动大陆边缘，幔源岩浆底侵导致地壳岩石熔融形成大面积的准铝质和过铝质花岗岩，构成了可可托海岩浆弧带的主体；在玛因鄂博构造挤压带南部的喀拉通克岛弧带内，幔源岩浆侵位或部分熔融地壳中早期的岛弧型中基性火山岩，形成了喀拉通克、哈旦孙等酸性-超基性复式岩体(杨文平等，2005)。在玛因鄂博构造挤压带内，晚石炭世侵入岩属于“I”型花岗岩，岩石中Sr的负异常说明岩石经历了斜长石的分离结晶作用，较低的Sr同位素初始比值具幔源岩浆的特征，说明其源岩来源较深；岩石化学成分总体富碱低铝，稀土元素含量高，铕负异常较明显，具有与A型花岗岩的某些相似特征，但其中钙、镁含量明显高于A型花岗岩；岩石中较明显的Nb的负异常和较高的稀土含量，具有“I”型花岗岩和“A”型花岗岩的过渡性地球化学特征。根据以上特征推断，在晚石炭世区域拉张环境下，由于幔源基性岩浆底侵作用，使得泥盆纪形成的喀拉通克岛弧带内中基性火山岩部分熔融，并经过高度的结晶分异作用形成酸性岩浆，以底僻的方式顺玛因鄂博构造带贯入，并以岩墙扩张的方式定位，形成的侵入岩体与围岩界线清楚，围岩变质程度较低。在早二叠世，随着北东—南西向缩短变形难度加大，在区域性构造应力作用下，发生了规模较大的北西向剪切活动(张湘炳等，1993)，在玛因鄂博-额尔齐斯构造挤压带北侧，区域上可可托海岩浆弧带内的二叠纪岩体群靠近玛因鄂博-额尔齐斯挤压带变形较强，普遍形成片麻状构造，远离挤压带变形趋于减弱或消失，在挤压带内发育北西向滑动面理、矿物拉伸线理及线性剪切柔皱等构造，晚石炭世侵入岩体发生了强烈的糜棱岩化变形，挤压带南侧二叠纪岩体群变形不明显。上述特征同时也说明，阿尔泰造山带二叠纪发生的韧性剪切变形并非区域性的，而是主要集中在玛因鄂博-额尔齐斯构造带内。

7 结论

玛因鄂博构造带内晚石炭世的岩浆活动，标志着阿尔泰同造山阶段岩浆活动的结束和后造山阶段岩浆活动的开始，为晚石炭世末至早二叠世，西伯利亚板块与哈萨克斯坦-准噶尔板块处于碰撞对接后的驰张阶段提供了佐证，对深入认识阿尔泰造山作用具有一定的启示作用。阿尔泰造山带是中亚造山带的重要组成部分，但受研究范围和方向的制约，尤其是缺少境外阿尔泰资料，与中亚增生造山带的晚石炭世岩浆活动无法进行对比，对玛因鄂博-额尔齐斯挤压带内韧性剪切活动的具体时限研究认识不足。

致谢:感谢中国地质科学院张作衡研究员审稿提出的宝贵建议。

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Geochemical Characteristics and Emplacement Mechanism of the Late Carboniferous Intrusive Rocks in Alatubai of Qinghe County, Xinjiang

HE Yongkang, PENG Suxia, CHENG Jianxin, HEI Huan, LI Wenming

(Xi’an Geological Survey Center, China Geological Survey，Xi’an 710054, Shaanxi, China)

The late Carboniferous adamellite spread to the southwest of Mayin’ebo fracture on a NW-SE long strip in Alatubai area of Xinjiang Qinghe County. They have obvious mylonitized deformation characteristics and are strictly controlled by faults. The grade of the rock K2O + Na2O is 7.55%-9.09%,the ratio of K2O/Na2O is 1-1.88, the Rittman combination index σ is 2.35-2.86. The data suggest that the late Carboniferous adamellite is high-K calc-alkaline rocks; the CIPW standard mineral Q content of 23.14%-31.41% and C content of 0.54%-1.69% indicate that the intrusive body is supersaturated SiO2metaluminous-peraluminous rock, known as type I granite. The ∑REE value of late Carboniferous adamellite is (227.04-326.42)×10-6, with most L/H values less than 10. The enrichment of light REE is middle, with medium δEu anomaly of 0.42-0.58. The trace elements took on positive anomaly of K, Rb, Th, Ce and negative anomaly of Sr, Ba, Nb, P, Ti, and experienced some degree of plagioclase, apatite, ilmenite and other minerals fractional crystallization. The whole-rock δ18O value is 4.4‰-4.6‰, a strong oxygen isotopic exchange occurred between the rock and low 18O meteoric water along fissures infiltration under subsolidus conditions. Together with87Sr/86Sr ratio of 0.70434, it is speculated that the adamellite would be variants of mantle-derived magma. The Rb-Sr isochron age of whole rock minerals is (300±4) Ma. In the middle-late period of Neo-Carboniferons epoch, after the extension stage colliding and connecting between Kazakstan-Junggar and Siberia Plate, the deep mantle-derived basaltic magma raised along faults with partial melting of crustal material, and eventually emplaced by dike spreading with moderate erosion in the latter stage.

late Carboniferous intrusive rocks; tectonic setting of post collision; passive emplacement; Alatubai

2015-04-13；

2015-05-15

中国地质调查局“阿尔泰-准噶尔北缘成矿带矿产资源调查”(12120113041900)

贺永康(1970-)，男,四川省广安市人,地质矿产高级工程师,从事矿产勘查及区域地质矿产调查工作。E-mail：1094855876@qq.com

P588.12

A

1009-6248(2015)03-169-09