新疆阿尔泰山西段铁列里克岩体地球化学特征LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

郑加行，赵同阳，唐智，韩琼，王拓，李崇博，刘静雯，孙耀锋（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）



新疆阿尔泰山西段铁列里克岩体地球化学特征LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

郑加行，赵同阳，唐智，韩琼，王拓，李崇博，刘静雯，孙耀锋
（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：对阿尔泰西段铁列里克闪长岩体进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，分别获得（420.6±3.0）Ma（MSDW=0.063）和（414.8±2.6）Ma（MSDW=0.52）的成岩年龄，确定其形成于晚志留—早泥盆世。岩石富铝质、轻稀土富集，重稀土亏损，轻重稀土分馏明显，具Eu负异常，富集大离子亲石元素（Rb，Ba，K），具明显的Ba，U，Sr，Ta，Nb，P，Ti负异常。认为铁列里克岩体为高钾钙碱性过铝质I-S型花岗岩，具部分陆壳熔融成因，形成于俯冲造山环境下的陆弧环境，为阿尔泰造山带构造演化模式研究提供了证据。

关键词：阿尔泰山西段；铁列里克岩体；LA-ICP-MS锆石U-Pb

阿尔泰造山带是由一系列大陆块体、岛弧和增生杂岩构成的增生型造山带，是中亚造山带的重要组成部分[1-2]，阿尔泰造山带花岗岩类广泛分布，花岗质片麻岩和片麻状花岗岩类占中国阿尔泰的70%[3]，这些花岗岩记录了该造山带形成、演化的历史，具重要研究价值。前人对其进行了大量研究，认为花岗岩类具多时代、多类型、多成因、多来源，形成于多种构造环境[4-12]。由于岩体分布面积较大，成因类型复杂，研究程度不同，存在一定的争议。对于铁列里克岩体的认识分歧主要集中在岩石类型、形成时代和构造环境几个方面：

岩石类型方面：1∶20万区域地质调查工作，将该岩体划分为华力西晚期白云母化的斑状及中粒黑云母花岗岩、斜长花岗岩；1∶25万地质修测工作，将该岩体划分为早泥盆世正长花岗岩。构造方面：①泥盆纪之前为古亚洲洋向阿尔泰微陆块俯冲，之后进入碰撞造山的演化历史[13]；②中奥陶世之前为俯冲期，中奥陶世之后进入碰撞造山阶段[14]。与此同时，随着同位素测试精度的不断提高，在该区获得了一大批较高精度和可靠的年代学数据[15-18]，结合阿尔泰造山带已取得的同位素测年数据，表明早—中古生代花岗岩类分布广泛，多数形成于400 Ma[19-20]。最近有学者获得铁列里克岩体北侧约15 km的喀纳斯岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（398±5）Ma[20]，为下泥盆统，并且通过岩石地球化学研究认为，喀纳斯岩体可能是洋壳俯冲过程中，形成于陆弧环境。综合统计分析的结果，说明该时代为阿尔泰造山带最为强烈的一次俯冲、裂解和拼合事件[18]。从上述两方面争议可看出，不管俯冲时限是泥盆纪还是中奥陶世，其后是否存在其他构造旋回问题，都需要做进一步的研究。本次在1∶5区域地质调查工作基础上开展研究，为研究阿尔泰造山带乃至中亚造山带中花岗岩的成因类型、地质演化历史提供依据。

1　区域地质背景及采样位置

研究区位于中亚造山带，天山-兴蒙造山系，阿尔泰弧盆系，阿尔泰古生代陆缘弧之喀纳斯被动陆缘带（图1-A）。区内出露地层主要为震旦—寒武系喀纳斯岩群，为一套浅变质巨厚复理石建造，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。受阿尔泰造山带断裂影响，后期发育大量中酸性、基性岩浆侵入活动。据本次1∶5万区调部分成果可知，研究区侵入岩主要为花岗岩类和闪长岩类，少量的超基性岩，脉岩主要为酸性岩脉、伟晶岩脉、石英脉等。侵入岩对研究区地层变质变形作用影响较大，由岩体向地层延伸，岩体成分逐渐减少，围岩变质变形增强、硅化强烈。岩体中有地层残留体、残影体分布，地层残留体主要为富含云母的片岩和片麻岩为主，通过地质路线调查研究，在岩体中发现围岩捕虏体，捕虏体多呈次棱角状-椭圆状，主要以变质砂岩和片岩为主，岩体中随处可见。

图1　研究区综合地质图Fig.1 Synthesized geological map of study areaA——构造简图;B——地质简图及样品分布图1.第四系冲洪积堆积层;2.上奥陶统东锡勒克组上段; 3.上奥陶统东锡勒克组下段; 4.震旦—下寒武统苏木代尔格组; 5.震旦—下寒武统贝留特组; 6.震旦—下寒武统依列克塔斯组;7.早泥盆世二长花岗岩;8.晚志留—早泥盆世英云闪长岩;9.实测性质不明断层;10.推测断层;11.整合地质界线;12.平行不整合地质界线; 13.同位素年龄样取样点;14.全岩取样点

本次研究两个岩体，共采集较为新鲜样品8件/套，每个岩体采集4件/套，其中采集同位素测年样2件（TW4012、TW4016），其中TW4012号岩体的地理坐标为：87°06′40″，48°31′50″；TW4016号岩体的地理坐标为：87°03′41″，48°32′16″。全岩样8件，编号分别为：YQ4009、YQ4010、YQ4011、YQ4012、YQ4013、YQ4014、YQ4015、YQ4016（图1-B）。

2　样品特征及测试方法

2.1岩石学特征

研究区中8件样品，岩性主要为片麻状英云闪长岩，岩石风化面呈灰、灰白色，新鲜面呈灰白色，岩石主要由斜长石、石英组成，分布少部分钾长石、黑云母、少量白云母、微量绿帘石、磷灰石、锆石。斜长石、钾长石呈他形板状，斜长石为更长石，微绢云母化，有的有轻度碎裂化，斜长石含量35%～69%，钾长石为微条纹长石，分布不均匀，内含白云母、黑云母、石英，钾长石含量0～64%，石英呈他形粒状，具波状消光，分布不均匀，石英含量25%～40%。黑云母、白云母呈细鳞片状，相对呈条带状分布，呈片麻状构造。磷灰石呈他形粒状、短柱状，分布于黑云母之间，锆石呈浑圆粒状、柱状，有的分布于石英中，有的分布于黑云母中（图2）。

图2　铁列里克岩体电子显微照相Fig.2 Photos of Tiekelike rock bodyPl——斜长石;Kfs——钾长石;Qz——石英; Bi——黑云母; Ms——白云母

据岩石薄片显微镜下矿物鉴定和统计，按照主要造岩矿物种类和含量，将花岗岩中石英（Q）、碱性长石（A）（包括An牌号小于5的钠长石）和斜长石（P）(An牌号小于5)含量投入QAP图对其进行分类命名[21]。8件样品投点结果显示，7件落在英云闪长岩区域，1件落在碱性长石花岗岩区域（图3-A）。

2.2测试方法

为保证样品测试的需要，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。用盐酸擦拭样品后破碎，用常规重力和磁选方法分选出锆石，在双目镜下挑纯。样品靶制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的透射光、反射光和电子显微镜下的阴极发光照相，以便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。

图3　铁列里克岩体Q-A-P和SiO2-AR图解Fig.3 Q-A-P and SiO2-AR diagram of Tielielike rock body

测年在南京大学矿物矿床研究国家重点实验室完成，测试使用与New Wave 213nm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分馏根据澳大利亚锆石标样GEMOC GJ-1[22]（207Pb/206为（608±1.5）Ma）来校正，锆石标样Mud Tank[23]（（732±5）Ma）为内标，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校正和谐和图的绘制运用Isoplot完成[24]。

3　地球化学特征

3.1主量元素特征

研究区英云闪长岩主量元素含量见表1。从表中可看出，8件样品的化学分析结果表现为：SiO2含量为62.02%～74.50%；K2O、Na2O含量相对偏低，全碱（K2O+Na2O）为4.48%～7.13%，K2O/Na2O比值为0.93～1.52，碱度率为1.62～2.6，显示高钾钙碱性系列特点，在SiO2-AR图解中（图3-B），多数样品落入钙碱性区域内，仅样品YQ4010投入碱性区域内。Al2O3含量为13.34%～17.22%，为铝过饱和岩石，CIPW标准矿物中出现刚玉，铝饱和指数[ACNK= Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)摩尔比]均大于1，[ANK=Al2O3/(Na2O+K2O)摩尔比]为1.56～2.88，显示为过铝质（表1）。

表1　铁列里克岩体主量元素测试结果表Table1 Main elementsof Tielielike rock body　　单位：%

3.2微量元素特征

研究区岩体微量元素、稀土元素分析结果及有关参数见表2。岩石稀土元素总量较高，ΣREE 为149.23×10- 6～829.60×10- 6，平均312.34×10- 6，LREE/HREE=4.39～10.11，(La/Yb)N=3.92～22.18，(La/Sm)N=2.48～3.38，δEu=0.44～0.74，在稀土分布模式图上（图4-B）[23]，具明显的右倾，轻稀土富集，重稀土亏损，具中等负铕异常，表明其来自同一源区。原始地幔标准化蛛网图解中（图4-A）[23]，显示同源岩浆演化特征。整体表现为富集大离子亲石元素（Rb，Ba，K），亏损高场强元素Ta，Nb，Ti，具明显的Ba，U，Sr，Ta，Nb，P，Ti负异常。

表2　铁列里克岩体微量元素、稀土元素测试结果表Table 2 Trace elementsand Rare earth elementsof Tiekelike rock body　　单位：×10-6

图4　铁列里克岩体微量元素原始地幔（A）和稀土元素球粒陨石标准化图解(B)Fig.4 Trace elements (A) and rare earth elements spide digram (B) of Tiekelike rock body

4　 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年

所采样品中锆石颗粒在反射光和透射光下大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。阴极发光图像显示锆石具较典型的岩浆振荡环带结构（图5），环带清楚，锆石长宽比为2∶1～3∶1，一般自形程度较好，呈柱状、板状或短轴状，少量为细长柱状，锆石大部分表面较光滑，同时Th/U大于0.1，说明为典型岩浆型锆石。

图5　铁列里克岩体锆石CL照片Fi.5 Ziron CL photos of Tiekelike rock body

本次实验从片麻状英云闪长岩（样品编号4012）挑选出锆石晶形较好的16颗锆石进行测试，测试结果见表3，16个测点均在谐和线上或附近，在锆石U-Pb年龄谐和图上（图6），表现出成群分布特点，基本给出一致的206Pb/238U，6个测年的206Pb/238U加权平均年龄为（420.6±3.0）Ma（MSDW=0.063），代表岩体的形成时代为晚志留世。

对片麻状英云闪长岩（样品编号4016）挑选出锆石晶形较好的19颗锆石进行测试，测试结果见表3，19个测点均在谐和线上，在锆石U-Pb年龄谐和图上（图6），表现出成群分布特点，基本给出一致的206Pb/238U，19个测年的206Pb/238U加权平均年龄为（414.8±2.6）Ma（MSDW=0.52），代表岩体的形成时代为早泥盆世。

通过本次1∶5万区域地质调查，结合前人资料和近期取得的地质认识，将片麻状英云闪长岩（4012、4016）侵位年龄定为晚志留—早泥盆世。

5　讨论

阿尔泰地区古生代地壳增生、造山作用及构造演化一直是人们所关心的问题[1-3,25]，通过对花岗质类岩石的研究能够提供较有效的信息和证据[23-31]。

通过薄片鉴定其岩性为片麻状英云闪长岩（图2），在QAP图解中（图3），大多数样品落在英云闪长岩范围内，主量元素显示该岩体具高钾钙碱性特点，CIPW计算和A/CNK-A/NK图解均显示为过铝质特点，综上认为，铁列里克岩体为高钾钙碱性过铝质片麻状英云闪长岩。

稀土和微量元素结果显示，轻稀土富集，重稀土亏损，轻重稀土分馏明显，具Eu负异常，高场强元素Ta，Nb，Ti亏损，Ba，U，Sr，Ta，Nb，P，Ti具明显负异常。R1-R2图解中（图7），多数样品落在破坏性活动板块边缘（板块碰撞前）花岗岩区域内，具部分陆壳熔融特点，反映出陆弧花岗岩特征。有关学者认>为该区早古生代中晚期为活动大陆边缘火山弧环境，花岗岩可能显示稍后岩浆弧的存在，这种俯冲造山环境下形成的岛弧系列花岗岩一直到晚古生代早期都有发育[28,33]，占阿尔泰地区花岗岩的大多数。Peive将地壳的发展演化分为洋壳、过渡和大陆3个阶段，洋壳在俯冲过程中遭受改造向过渡壳演化，斜长花岗岩化是过渡壳形成过程中的产物，反映洋壳物质不断被改造并逐渐向陆壳演化的过程[32]。同时，该岩体表现为富铝，A/CNK和A/NK值均大于1，为铝过饱和型，具I-S型过渡特点，结合区域大地构造演化特征，说明早古生代中晚期古亚洲洋板块向西伯利亚板块俯冲、阿尔泰地区地壳处于过渡壳阶段的特点[33-34]，该岩体形成于俯冲环境下。

表3　铁列里克岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果表3 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating of Tiekelike rock body

图6　铁列里克岩体锆石U-Pb谐和年龄图及直方图Fig.6 Ziron U-Pb ages map and dirgram of Tiekelike rock body

图7　铁列里克岩体R1-R2图解Fig.7 R1-R2diagram of Tielielike 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

铁列里克岩体为高钾钙碱性过铝质片麻状英云闪长岩，具I-S型花岗岩特点，形成时代为晚志留—早泥盆世，结合阿尔泰构造演化史，认为铁列里克岩体形成于俯冲造山环境下的陆弧环境。

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

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Geochemical Characters、LA-ICP-MS Zircon U-Pb dating of Tielielike rock in Western Altay Mountains of X injiang and its Geological Significance

Zheng Jiaxing,Zhao Tongyang,Tang Zhi,Han Qiong,Wang Tuo,Li Chongbo,Liu Jingwen,Sun Yaofeng
（Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China）

Abstract:L A-ICP-MS Zircon dating yields the lithogenous age of (420.6±3.0) Ma（MSDW=0.063） and (414.8 ±2.6) Ma（MSDW=0.52）for intrusive rock body from the western A ltay mountain,respectively.We consider that Tielielike rock body belonging to late Silurian to early Devonian.Based on the results of 1:50 000 regional geological survey,Meanwhile,Combilined with field overview,petrological and geochemical characteristics,the rock is rich in Al and L REE,loss in HREE,L REE and HREE are obviously fraction and negative anomaly in Eu,rich in L ILE(Rb,Ba,K) and with negative anomaly in Ba,U,Sr,Ta,Nb,P,Ti,So we consider that Tilielike rock body belongs to I-S-type granite with rich K,calcalkaline,alumina,which is from a part of crust melting,the tectonic environment of this rock is subduction synorogenic continental arc environment.All of these provide the evidence for the tectonic evolution pattern.

Key words:Western mountain of A ltay;Tielielike rock body;L A-ICP-MS Zircon U-Pb

作者简介:第一郑加行（1987-），男，新疆阿尔泰人，助理工程师，2011年毕业于中国地质大学（北京）资源勘察（固体矿产）专业，主要从事区域地质矿产调查工作

收稿日期:2015-09-25;

修订日期:2015-11-23;作者E-mail:876982303@qq.com

中图分类号:
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项目（12120114040701）资助P578.94+1

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-054-08