阿尔泰山西段比列乌提溪岩体锆石U-Pb年龄及地质意义

韩琼，赵同阳，唐智，郑加行，王拓，李崇博，孙耀锋，朱彦菲（.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000；.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830046）



阿尔泰山西段比列乌提溪岩体锆石U-Pb年龄及地质意义

韩琼1，赵同阳1，唐智1，郑加行1，王拓1，李崇博1，孙耀锋1，朱彦菲2
（1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000；2.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830046）

摘要：比列乌提溪岩体主体上为片麻状黑云母花岗岩，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄表明其结晶年龄为（469.8±2.9）Ma，形成时代为中奥陶世。岩石高硅、富铝、富碱、高钾、低磷、低镁铁，A/CNK为1.148～1.372，重熔温度大于875℃，表明该岩体为高钾钙碱性高温型强过铝质花岗岩，推断其形成可能是在水不饱和的条件下，由富含白云母和黑云母的砂岩和少量的泥岩脱水熔融形成。微量元素Ba，Nb，P，Ti呈明显负异常，Rb，Th，Ce，Zr，Hf为正异常。Ta和Nb亏损不明显，K，Rb等明显增加，反映碰撞花岗岩基本特征。岩石中稀土元素总量高，变化不大，Eu呈明显负异常，呈“V”谷状。结合构造演化认为，比列乌提溪岩体形成于同碰撞的构造环境。中奥陶世为早古生代亚洲洋洋壳发生俯冲向阿尔泰微陆块陆内演化转化的时限，标志着早古生代古亚洲洋俯冲造山作用的完成，阿尔泰微陆块进入陆-弧碰撞阶段。

关键词：LA-ICP-MS锆石U-Pb；地球化学特征；比列乌提溪岩体；阿尔泰山西段

阿尔泰造山带是中亚造山带（CAOB）的重要组成部分，一直得到国内外专家学者的关注和研究。自前寒武纪以来该区发生了多期次构造-岩浆事件，花岗岩在该造山带占有40%分布面积，这些花岗岩是研究阿尔泰地区显生宙以来构造演化、地壳增生和造山作用的重要对象[1-10]。在以往工作中，专家学者对该区花岗岩开展了大量工作，运用不同测试方法获得了一大批数据，而在同位素测试方法、样品代表性方面不同程度的存在局限性[11]，使所获得的花岗岩年龄跨度较大，精度不够高，甚至部分年龄不能代表岩体的侵位年龄[12]，一定程度上制约了对阿尔泰地区地质演化历史的进一步认识。

不同学者对阿尔泰构造演化存在争议。主要观点有：①阿尔泰造山带处于晚前寒武纪晚期到早古生代早期的稳定大陆边缘阶段，其中，奥陶—泥盆纪为洋壳俯冲阶段，之后可能发生了碰撞造山作用[13]，即古亚洲洋在泥盆纪闭合，然后进入陆内演化和碰撞造山阶段；②阿尔泰造山带古生代同造山花岗岩形成于460～360 Ma，形成与区域片麻岩一致的片麻状构造[14]。说明中奥陶世为古亚洲洋向北俯冲的下限，之后进入造山阶段；③阿尔泰最强烈的俯冲、增生、造山作用发生在早—中古生代，而不是晚古生代造山[8,15-16]，其时限为早中泥盆世。本文在前人研究基础上，利用本次阶段性成果，与阿尔泰山一带花岗岩对比研究，探讨其构造演化历史，为新疆阿尔泰早古生代板块构造模型提供一些依据。

1　区域地质背景

研究区位于中亚造山带，天山-兴蒙造山系，阿尔泰弧盆系（图1-B），阿尔泰古生代陆缘弧之喀纳斯被动陆缘带。区内出露的地层主要为震旦系—下寒武统喀纳斯群，为一套浅变质巨厚复理石建造，（本次工作将其解体为4个组，自下而上依次为依列克塔斯组、贝留特组、哲里开特组和苏木代尔格组），其上被上奥陶统东锡勒克组变质火山碎屑岩-火山熔岩建造不整合覆盖（图1-A）。后期被中酸性、基性岩浆侵入。岩浆活动一般，出露较零散，主要是花岗岩类和闪长岩类，少量超基性岩，脉岩主要是酸性岩脉和石英脉。侵入岩变形变质作用较强，喀纳斯群与花岗岩呈“交生”状态，由岩体向喀纳斯群方向，花岗质成分逐渐减少，围岩残留物迅速增多。岩体内有大量围岩残留体、残影体，局部地方似“互层状”。它们基本保持原来的构造形态，围岩构造可追踪至岩体内较大深度。残留体、残影体为富黑云母片岩、片麻岩。在岩体边部有时岩体边界为原岩成分的层间面。

图1　研究区综合地质图Fig.1 Synthesized geological map of study area1.第四系残破积层和沼泽沉积层;2.第四系残破积层;3.第四系沼泽沉积层;4.上奥陶统东锡勒克组上段; 5.上奥陶统东锡勒克组下段; 6.震旦—下寒武统贝留特组上段;7.震旦—下寒武统贝留特组下段;8.震旦—下寒武统依列克塔斯组;9.早泥盆世石英闪长岩;10.早泥盆世二长花岗岩;11.超基性岩;12.中奥陶世片麻状黑云母花岗岩;13.实测逆冲断层;14.实测性质不明断层;15.推测断层;16.整合地质界线; 17.平行不整合地质界线;18.火山机构;19.同位素年龄样取样点;20.全岩取样点A——地质简图及样品分布图;B——构造简图

2　样品特征及测试方法

2.1样品特征

本次研究采集同位素测年样1件，全岩样6件。编号分别为TW4002、YQ4017、YQ4018、YQ4019、YQ4020、YQ4080、YQ4088，为片麻状黑云母花岗岩，岩石风化面呈灰、灰白色，新鲜面呈灰色，岩石以钾长石为主，少部分石英、黑云母、少量斜长石、白云母、绿帘石、微量磷灰石、榍石、个别锆石。斜长石、钾长石呈他形板状，钾长石主要由微斜长石组成，分布少量正长石、微量蠕英石，斜长石较干净，呈集合体状不均匀分布。石英呈他形粒状集合体、眼球状分布在长石之间，长石、石英相对呈条带状分布。黑云母、白云母呈鳞片状集合体、条带状相间定向分布，呈片麻状构造。

2.2测试方法

全岩分析在新疆维吾尔自治区矿产实验研究所完成。锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。样品制靶和显微照相在重庆宇劲科技有限公司完成，对制成的样品靶上的锆石进行光学显微镜下透射光、反射光和电子显微镜下阴极发光照相，以便在进行测定时作为选取分析部位的依据，及在测定完成后进行合乎逻辑的数据解释。

测年在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成，测试使用与New Wave 213 nm激光取样系统连接起来的Agilent 7500a ICP-MS完成。分析过程中，激光束斑直径采用20～30 μm，频率5 Hz。样品经剥蚀后，由He气作为载气，再和Ar气混合后进入ICP-MS进行分析，U-Pb分馏据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1 （207Pb/206Pb age of（608±1.5）Ma）来校正，锆石标样Mud Tank（Inercept age of（732±5）Ma）为内标[17-18]，控制分析精度。每个测试流程的开头和结尾分别测试2个GJ标样，另外测试1个MT标样和20个待测样品点。U-Pb年龄和U，Th，Pb的计算由GLITTER软件（ver.4.4）获得，普通Pb的校正及谐和图的绘制运用Isoplot完成[19]。

3　地球化学特征

3.1主量元素

从表1中可看出，SiO2的含量较高，而碱总量略低。SiO2的含量高达68.77%～73.35%，全碱的含量5.24%～7.26%，里特曼指数σ为1.06～1.87，平均约1.5，小于1.8。碱度率AR为1.83～2.94。在AR-SiO2图解中（图2-A），样品中4个点落在钙碱性区域，2个样品落在碱性区域，呈由钙碱性向碱性演化的趋势。Al2O3含量13.61%～15.81%，含量较高，表现为强过铝质，在A/CNK～A/NK图解中（图2-B），6个样品均落在过铝质区域，在CIPW计算中，刚玉（C）的分子量计算在2.28%～4.61%，大于1，表现为强过铝质。MgO+FeO含量为2.23%～4.47%，平均3.22%，均小于5%，K2O+Na2O含量为5.24%～7.26%。A/ CNK为1.148～1.372均大于1.1，该类花岗岩也被称为SP型花岗岩[20]。

图2　比列乌提溪岩体AR- SiO2（A）和A/CNK-A/NK图解（B）Fig.2 AR-SiO2(A) and A/CNK- A/NK diagram of Biliewutixi rock body(B)

3.2微量元素

岩石中高场强元素含量较高，Th（10.5×10-6～ 13.9×10-6）、U（1.4×10-6～2.4×10-6）、Zr（152×10-6～206× 10-6）、Hf（4.43×10-6～6.66×10-6）。Nb（9.7×10-6～12.05× 10-6）、Ta（0.98×10-6～1.53×10-6）含量相对较低，Nb/Ta比值较高为6.4～10.76。岩石具高的Y和Yb，其含量分别为24.8×10-6～45.9×10-6和2.8×10-6～4×10-6，Cr 和Ni的含量相对较低，分别为16.92×10-6～40.46×10-6和10.66×10-6～31.78×10-6，原始地幔标准化蛛网图中（图3-A），总体显示较一致的分布模式，Ba，Nb，P，Ti呈明显的负异常，Rb，Th，Ce，Zr，Hf具正异常。且Ta和Nb的亏损不明显，K，Rb等有明显增加，反映碰撞花岗岩的基本特征[14]。

图3　比列乌提溪岩体微量元素（A）和稀土元素蛛网图（B）Fig.3 Trace elements（A）and rare earth elements spide digram (B)of Biliewutixi rock body

3.3稀土元素

岩石中稀土元素总量高，变化不大（表1，图3-B），其中ΣREE为100.48×10-6～176.81×10-6。LREE/ HREE为5.2～6.27、（La/Yb）N为4.81～6.74，表明轻稀土相对富集；（La/Sm）N为4.24～5.00，（Gd/Yb）N为1.32～1.68，表明轻稀土较重稀土分馏明显。在球粒陨石标准化分布图解中（图3-B），所有元素体现了相似的轻稀土富集重稀土平缓的右倾型的分布模式，δEu为0.56～0.74，Eu具明显的负异常，呈“V”型的谷状。

表1　比列乌提溪岩体主量元素、微量元素、稀土元素测试结果表Table 1 Main elements Trace elements and Rare earth elements of Biliewutixi rock body

4　 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试

所采样品中锆石颗粒在反射光和透射光下多为无色或浅黄褐色、半透明，部分颗粒边部稍有磨圆，部分锆石中见有暗色不透明包裹体。锆石长宽比为2∶1～3∶1，一般自形程度较好，呈柱状、板状或者短轴状，少量为细长柱状，大部分表面比较光滑，在CL照片中（图4），样品中的锆石晶体内部均发育较好的震荡环带结构，环带清楚，同时Th/U大于0.1，说明为典型的岩浆型锆石[21-22]。18个测点均在谐和线上或附近，在锆石U-Pb年龄谐和图上（图5），表现出成群分布的特点，基本给出一致的206Pb/238U年龄，集中于458～474 Ma（表2），18个测年的206Pb/238U加权平均年龄为（469.8±2.9）Ma（MSDW=0.30），即代表岩体的形成时代，为中奥陶世。

图4　比列乌提溪岩体锆石CL照片Fig.4 Ziron CL photos of Biliewutixi rock body

5　讨论

5.1岩石成因

对于花岗岩成因问题，主要有幔源岩浆结晶分异作用、混合岩化作用和地壳岩石深熔等几种观点[23]。花岗岩的地球化学特征主要受熔融程度、压力等方面的制约[24]。

图5　比列乌提溪岩体锆石U-Pb谐和年龄图及直方图Fig.5 Ziron U-Pb ages map and dirgram of Biliewutixi rock body

该岩体中见有黑云母和白云母组合，且发生弯曲、拉伸变形。主量元素显示富硅、高碱、高钾、低磷、低镁铁、强过铝质。说明比列乌提溪岩体为高钾钙碱性强过铝质花岗岩。强过铝质的花岗岩主要是富含铝的地壳物质部分熔融的产物，Al2O3/TiO2可反映部分熔融的温度[25]。比列乌提溪岩体中Al2O3/TiO2为23.36～44.56，均小于100，说明其重熔的温度大于875℃，为高温型强过铝质花岗岩。综上，认为该岩体整体上为高硅、富铝、富碱、中钾、低磷、低镁铁强过铝质，为一套过铝质中钾钙碱性岩石序列，具由钙碱性向碱性演化的趋势，反应出陆缘弧的特点。该岩体为高温碰撞型花岗岩，碰撞造山常伴随着大规模钙碱性岩浆活动，特别是花岗质岩浆活动[20]，进一步说明该岩体为碰撞型花岗岩。

表2　比列乌提溪岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating of Biliewutixi rock body

不同成分的地壳物质部分熔融形成的强过铝质熔融体具不同特征[26]，由云母类脱水熔融形成的熔体中含Rb，Cs并具较高的K2O/Na2O值；由角闪石脱水熔融形成的熔体富含Na，Ca，具较低的K2O/ Na2O值[27-28]。该岩体具高钾与低钠钙特征，可能与含云母的源区脱水熔融有关。该岩体的SiO2含量为68.77%～72.81%，有关研究表明，SiO2含量在67% ～77%的强过铝质花岗岩中，CaO/Na2O比值对源区成分具较好的指示意义[25]。该岩体的CaO/Na2O为0.34～0.84，均大于0.3，说明其原岩为砂岩、正变质岩。在C/MF-A/FM图解中（图6-B），4个样品落在变质砂岩熔融区，2个样品落在变质泥岩部分熔融区，说明其源岩为变质泥岩或正变质岩。白云母脱水熔融只能产生少量岩浆，而黑云母熔融能产生40%的岩浆，花岗岩从源区分离出来的临界熔融比例为30%～40%，变泥质岩类在水不饱和时产生的过铝质熔体具有高的Rb/Sr（3～6）、低的Sr/Ba（0.2～0.1）特征，反之，在水饱和状态时产生的岩浆具低的Rb/ Sr（0.7～1.6）、高的Sr/Ba（0.5～1.6）特征[29]。该岩体的Rb/Sr为0.29～2.54，Sr/Ba为0.15～0.87，结合岩体源区高的重熔温度和高钾特点，推断其形成可能是在水不饱和条件下，由富含白云母和黑云母的砂岩和少量泥岩脱水熔融形成。在SiO2-Zr图解中（图6-A），样品全部落在“S”区，说明比列乌提溪岩体为S型花岗岩，其源区为沉积岩，主要出露于大型碰撞造山带。

图6　比列乌提溪岩体SiO2-Zr(A)和C/MF-A/MF图解(B)Fig.6 SiO2-Zr and C/MF-A/MF diagram of Biliewutixi rock body

5.2地质意义

阿尔泰造山带古生代构造演化模式一直是研究重点，存在着被动大陆边缘环境和活动大陆边缘环境的争议[16,30-33]。近年来，通过对阿尔泰造山带内不同期次、不同成因类型花岗岩的深入研究，提出阿尔泰造山带为早古生代造山带而不是晚古生代造山带的观点[8,16,34]。该岩体为早古生代岩浆活动的产物，为研究阿尔泰造山带的性质提供了新依据。

在R1-R2构造判别图中（图7-A），样品基本落在同碰撞（S型）花岗岩区，成岩时代为（469.8±2.9）Ma为中奥陶世，属早古生代，说明阿尔泰造山带为早古生代造山带，该岩体应为早古生代造山活动的产物。在AR-SiO2图解中（图2-A），样品大多落在钙碱性区域，且具向碱性演化的趋势，说明该岩体为俯冲向碰撞转换时期岩浆活动的产物。在Yb+Nb-Rb图解中（图7-B），样品全部落在火山弧花岗岩区，并具火山弧花岗岩向同碰撞花岗岩演化趋势。岩石地球化学也表明，比列乌提溪岩体为同碰撞型花岗岩。综上认为，该岩体形成于同碰撞构造环境[8]，前人研究认为，阿尔泰造山带古生代花岗岩分为同造山和后造山花岗岩，同造山花岗岩形成于460～360 Ma，主要为I型和S型花岗岩，均不同程度的形成与区域片麻岩一致的片麻状构造，说明460 Ma为古亚洲洋向北俯冲的下限[14]，中奥陶世至晚泥盆世到早石炭世处于造山阶段。结合以上研究成果，本次研究认为中奥陶世为早古生代亚洲洋洋壳俯冲向阿尔泰微陆块陆内演化转化的时限。

图7　比列乌提溪岩体R1-R2图解（A）和Rb-Yb+Nb图解（B）Fig.7 R1-R2and Rb/30-Hf-3Ta diagrams of Biliewutixi rock body①——地幔斜长花岗岩；②——破坏性活动板块边缘（板块碰撞前）花岗岩；③——板块碰撞后隆起期花岗岩；④——晚造山期花岗岩；⑤——非造山区A型花岗岩；⑥——同碰撞（S型）花岗岩；⑦——造山期后A型花岗岩

6　结论

（1）比列乌提溪岩体为高钾钙碱性高温型强过铝质花岗岩，原岩为变质泥岩，推断其形成可能是在水不饱和的条件下，由富含白云母和黑云母的砂岩和少量泥岩脱水熔融形成。

（2）比列乌提溪岩体的形成时代为（469.8±2.9）Ma，为中奥陶世，形成于同碰撞构造环境。

（3）中奥陶世为早古生代亚洲洋洋壳俯冲向阿尔泰微陆块陆内演化转化的时限，标志着早古生代古亚洲洋俯冲造山作用的完成，阿尔泰微陆块进入陆-弧碰撞阶段。

致谢：感谢南京大学地球科学学院吴昌志教授、张喜松博士、谢斯文硕士、高丙飞硕士在LA-ICP-MS测年方面的大力帮助。

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Zircon U-Pb Age and its Geological Significance of Biliewutixi Rock Body in Western Altay Mountains

Han Qiong1，Zhao Tongyang1，Tang Zhi1，Zheng Jiaxing1，Wang Tuo1，Li Chongbo1，Sun Yaofeng1，Zhu Yanfei2
(1.GeologicalResearchAcademyofXinjiang,Urumqi830000,Xinjiang,China;2.GeologicalandMining EngineeringCollege,XinjiangUniversity,Urumqi,Xinjiang,830046,China)

Abstract:Biliewutixi rock body is main consisted of gneissic gneissose granite, LA-ICP-MS dating age means its crystal age is（469.8±2.9）Ma which belongs to mid-Ordovician.The rock are high in the concentrations of SiO2, rich in Al2O3and K2O+Na2O,high in K2O,low in P2O5and FeO+MgO,A/CNK（1.148～1.372），The remelt temperature is high than 875℃,all of these characters means that this rock body blonging to high-K calalkaline high-temperature strongly peraluminious granites.We reconmed that it maybe form in water-undersaturated condition.The granitic melts were probably derived from dehydration menting of a biotite-bearting pelite withen middle to mantal meterital.Ba,Nb,P and Ti elements are obvious negative anomaly, Rb,Th,Ce,Zr and Hf elements are normal anomaly, Meanwhile, The loss character of Ta and Nb elements are well-marked,The trend of K and Rb elements are rising obviously, all of these reflect the basics character of impinge granitic.REE of rock is not high, little change, element Eu showing a significant negative anomaly, while showing a "V" shaped valley.Combined with tectonic evolution, we think Biliewuti rock body formed in the same collision of tectonic environment.Middle Ordovician to Early Paleozoic ocean crust subduction Asia within the time limit Altai micro landmass land conversion, marking the ancient Asian Early Paleozoic subduction and mountain building is completed, the altay micro landmass into the continent - arc collision stage.

Key words:LA-ICP-MS Zircon U-Pb;Geochemistrical characters;Biliwutixi Rockbody; Western Altay mountain

作者简介:第一韩琼（1986-），男，甘肃武威人，助理工程师，硕士，2014年毕业于新疆大学地质资源与地质工程专业，主要从事区域地质矿产调查工作及成矿规律研究

收稿日期:2015-08-04;

修订日期:2015-11-09;作者E-mail:hanqiong0413@126.com

中图分类号:P578.94+1

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-046-08

项目资助：中国地质调查局新疆阿尔泰1:5万M45E021013等四幅区域地质矿产调查（12120114040701）项目资助