新疆东准噶尔塔克尔巴斯陶一带闪长岩岩石学及地球化学特征

肖艳东，郑加行，朱志新，唐智，陈琪乐，张哲，李大海，赵同阳，刘勇（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）



新疆东准噶尔塔克尔巴斯陶一带闪长岩岩石学及地球化学特征

肖艳东，郑加行，朱志新，唐智，陈琪乐，张哲，李大海，赵同阳，刘勇
（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：塔克尔巴斯陶闪长岩体位于东准噶尔北缘，乌伦古河断裂南侧，卡拉麦里断裂北侧。该岩体由辉长闪长岩、辉石闪长岩、二长闪长岩组成，SHIRMP锆石U-Pb测年为（362.5±9.4）Ma。岩石属高钾钙碱系列，富集大离子亲石元素Sr，K，Ba，亏损高场强元素Nb，Ta，Ti，Th，其中Ta为0.28×10(-6)～0.73×10(-6)，Hf/Ta为7.41～12.86，Hf/Th为0.67～ 1.44，Zr/Nb为15.25～29.85，且大多数样品的Nb，Ta有较强的亏损等特征，反映岩浆源区可能来自地幔，并与有着明显Nb，Ta亏损的岛弧环境闪长岩相似。岩体高Sr低Y及低Sr/Y值，同时δEu=0.75～1.09，（La/Yb）N=6.04～11.67，暗示岩体中有大陆地壳物质参与。通过获得的SHIRMP锆石U-Pb年龄及岩石地球化学等特征，判断塔克尔巴斯陶岩体产于俯冲岛弧环境，岩体为地幔岩浆来源，并有一定地壳物质参与，同时也约束了东准噶尔地区俯冲-消减作用结束的时限。

关键词：闪长岩；SHIRMP锆石U-Pb测年；俯冲-消减环境

塔克尔巴斯陶构造上处于哈萨克斯坦-准噶尔板块与西伯利亚板块接壤地带。位于唐古巴勒-卡拉麦里古生代复合沟弧带之谢米斯台-库兰卡兹干古生代复合岛弧带上。长期以来，前人对准噶尔东北缘构造演化做了大量研究，大部分学者认为从早奥陶世开始，随着西伯利亚板块南移和哈萨克斯坦-准噶尔板块北移，准噶尔洋开始俯冲消减，且先后经历了俯冲、碰撞、增生等阶段。塔克尔巴斯陶周边蛇绿岩带及岩浆岩发育，北侧为扎河坝-阿尔曼太蛇绿岩带，南侧为卡拉麦里蛇绿岩带，其中扎河坝蛇绿岩带为泥盆纪俯冲产物[1]，卡拉麦里蛇绿岩带为石炭纪俯冲产物[2]。区域上岩浆活动主要集中在晚古生代，总体沿NW向构造产出，超基性-酸性岩均有发育，以中酸性岩类分布最广。区域上侵入岩主要产于2种构造环境：一类产于泥盆—石炭纪俯冲阶段岛弧环境，以闪长岩为主；另一类产于晚石炭世—二叠纪碰撞造山环境，以花岗岩、花岗闪长岩为主。上述研究成果对塔克尔巴斯陶地区构造属性具一定参考意义，但各学者对俯冲消减结束时间存在一定分歧。何国琦等通过对扎河坝、卡拉麦里蛇绿岩的研究认为准噶尔洋于早志留世闭合[3]；王道永等认为准噶尔洋盆于泥盆纪闭合[4]；李锦轶等认为准噶尔洋于早石炭世闭合[5]；杨品荣等通过对阿尔泰卡姆斯特放射虫硅质岩研究认为准噶尔洋闭合于早石炭世晚期[6]；龙晓平等通过对石炭系火山岩研究认为准噶尔洋闭合应当发生在晚石炭世之后[7]。产生上述分歧是因为对准噶尔构造演化认识的差异，且对区域岩石学、地球化学特征等研究相对较少，因此研究该区闪长岩对约束准噶尔洋最终闭合时间，反演准噶尔地区构造演化具重要意义。

本文在前人工作基础上，探讨了晚古生代东准噶尔板块的构造演化，以本区闪长岩体测定的年龄及稀土微量元素等数据，厘定了闪长岩体形成时代，并对其成因进行了探讨，为制约准噶尔洋最终闭合时间，同时为本区早石炭世所属构造属性提供科学依据。

1　地质背景

研究区位于卡拉麦里大断裂北侧，乌伦古河断裂南侧，区内塔克尔巴斯陶一带范围内出露地层有：泥盆系海相-海陆交互相碎屑岩；石炭系海相、浅海相碎屑岩及陆相火山熔岩、火山碎屑岩；二叠系陆相火山熔岩、火山碎屑岩及第四系等。塔克尔巴斯陶岩体呈NW向产于萨尔布依拉构造挤压带北侧，长约12 km，最宽约3 km，平均宽约1.5 km，侵位于中泥盆统乌鲁苏巴斯套组及下石炭统姜巴斯套组等地层中（图1）❶新疆地质调查院.新疆富蕴县喀拉安-恰库尔特一带1∶5万区域地质调查，2014。

图1　塔克尔巴斯陶一带地质简图Fig.1 Geological sketch map of Taker BasiTao（据新疆1∶50万地质图（a）及塔克尔巴斯陶1∶5万地质图（b）修编，2014）1.第四系;2.二叠系;3.石炭系;4.泥盆系;5.志留系;6.石炭纪花岗岩;7.石炭纪英安斑岩; 8.石炭纪花岗斑岩;9.蛇绿岩;10.地质界线及断层;11.构造挤压带;12.采样点位

2　样品处理及分析方法

本次测试样品均采自新鲜岩石，样品地理坐标为：北纬：45°54′26″东经：89°28′50.4″。

主、微量元素分析用的代表性新鲜样品均先用球磨方法破碎至200目以下，然后送至相关实验室进行分析。主、微量元素分析在国家地质实验测试中心的X荧光光谱仪(PW4400)及高灵敏度等离子质谱仪上(X-series)测试完成。岩石化学和地球化学图解用路远发（2004）开发的GeoKit软件绘制。

破碎后的同位素样品经重液分离和磁选后，在双目镜下挑出具代表性的锆石,将锆石样品与数粒标准样品置于环氧树脂中,用于阴极发光、透反射研究及SHRIMP U-Pb分析,阴极发光研究，锆石U-Pb同位素分析在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心进行,详细分析流程和原理见Williams和Claesson和宋彪等的文献。应用RSES参考锆石TEM(417 Ma)进行元素分馏校正,应用SL13(年龄572 Ma，U含量238×10-6，Claoue-Long et al.，1995)标定所测锆石的U,Th和Pb含量。应用Ludwing SQUID1.0(Ludwing, 2001)和ISOPLOT(Ludwing,2003)进行数据处理,普通铅据实测204Pb进行校正,表1所列单个数据点的误差均为1σ,采用206Pb/238U年龄。

3　锆石SHRIMP年代学

闪长岩中锆石大部分都呈长柱状或短柱状，清晰透明，呈半自形-自形，锆石一般在100～ 180 μm，长宽比一般小于2，个别达4以上。代表性的锆石颗粒阴极发光图像中（图2），具岩浆成因的震荡生长环带结构十分明显。1颗锆石16个SHRIMP测试结果见表1。

图2　　样品锆石阴极发光图像Fig.2 The cathodeluminescence images of zircons from the sample

样品数据中去除和谐度较差的点之外，其余分析点的位置基本落在U-Pb谐和曲线图的一致线上或附近（图3-a），显示出比较好的一致性。闪长岩206Pb/238U年龄的加权平均值为（362.5±9.4）Ma，其MSWD= 1.6。结合野外观测,发现该岩体侵位于下石炭统姜巴斯套组中（该地层见早石炭世化石:Linoproductus sp.,Dictyoclostussp.Chepultapeciasp.），且见其砂岩捕虏体（图3-b），因此将该岩体成岩年龄归为早石炭世。

4　岩石、地球化学特征

4.1岩石学特征

岩石样品镜下观察显示，辉长闪长岩为半自形细粒结构，辉石闪长岩及二长闪长岩为半自形中细粒结构。

表1　塔克尔巴斯陶岩体中锆石SHRIMP U-Pb 年龄分析结果表Table 1 SHRIMP U-Pb assay results of zircon from Taker BasiTao

图3　塔克尔巴斯陶岩体锆石SHRIMP U-Pb年龄谐和图（a）及该岩体中砂岩捕虏体（b）Fig.3 Zircon U-Pb Concordia (a) and sandstone xenolith diagrams (b) of the Taker BasiTao pluton

辉长闪长岩岩石呈灰绿色，半自形细粒结构，块状构造，岩石由斜长石（64%）、辉石（18%）、角闪石（5%）、钾长石（6%）、石英（3%）、黑云母（2%）及副矿物（2%）组成。斜长石呈半自形板状，粒径2.0 mm×1.2 mm～1.0 mm×0.5 mm，聚片双晶发育，轻微泥化；辉石呈他形-半自形柱状，粒径1.2～0.4 mm，无色，发育辉石式解理；钾长石呈他形粒状，粒径0.8～ 0.4 mm；角闪石呈他形-半自形柱状，粒径1.2～0.4 mm，具绿-黄褐多色性，发育闪石式解理；石英为他形粒状，粒径0.4～0.1 mm,具波状消光；黑云母呈半自形片状，片径0.8～0.4 mm，均已绿泥石化。副矿物有磁铁矿、磷灰石等。

辉石闪长岩岩石为灰绿色，半自形中粒结构，块状构造，岩石由斜长石（80%）、钾长石（5%）、辉石（11%）、石英（3%）及副矿物（1%）组成。斜长石呈半自形板状，粒径0.4 mm×0.3 mm～3.2 mm×1.0 mm，聚片双晶发育；钾长石呈他形粒状，粒径0.3～ 1.0 mm，具条纹结构，为条纹长石，轻度泥化；普通辉石他形-半自形柱状，粒径0.3～2.2 mm，淡绿色，具辉石式解理，少数阳起石化；石英为他形粒状，粒径0.1～0.5 mm，波状消光，分布于上述矿物之间。副矿物有磁铁矿、磷灰石等。

二长闪长岩岩石呈灰绿色，半自形中粒结构，块状构造，岩石由斜长石（70%）、钾长石（10%）、角闪石（15%）、石英（3%）及副矿物（2%）组成。斜长石呈半自形板状，粒径0.6 mm×0.4 mm～3.8 mm× 1.4 mm，聚片双晶发育，钾长石呈他形粒状，粒径0.3～1.6 mm，具条纹结构，为条纹长石，轻度泥化。角闪石呈他形-半自形柱状，粒径1.2～0.4 mm，具褐-黄褐多色性，发育闪石式解理。石英为他形粒状，粒径0.2～1.0 mm，波状消光，分布于上述矿物之间。副矿物有磁铁矿、磷灰石等。

4.2常量元素

表2列出塔克尔巴斯陶岩体的8个样品常量元素分析结果。该岩体岩石化学主要特点为：岩石SiO2含量变化较大（53.21%～63.52%)，辉长闪长岩、辉石闪长岩、二长闪长岩的SiO2含量呈连续渐变关系。岩石中Na2O（3.31%～5.79%）、Al2O3（16.82%～ 17.65%）等含量较稳定，基本不随SiO2含量变化而变化。据哈克图解可知：SiO2与CaO、MgO、TiO2、Fe2O3呈负相关，与全碱（KO+Na2O）呈正相关，线性关系较明显，以上特征暗示其可能来自统一的物源，同时也表明岩浆在演化过程中可能存在岩浆的混合作用。

表2　塔克尔巴斯陶岩体常量元素分析结果Table 2 Major elements contents analyses of Taker BasiTao pluton　单位：%

通过K2O-SiO2及A/KNC-A/NK关系图解可看出，该岩体岩石化学属高钾钙碱系列，仅1件落在高钾钙碱系列与钾玄岩系列分界线附近，1件落在钙碱性系列与低钾系列分界线附近；不同岩性铝饱和指数基本一致，岩石基本全部落入准铝质花岗岩区，仅一件落入准铝质与过铝质花岗岩过渡区域，且A/KNC值约为0.9，为0.77～0.99，A/NK值约为2，为1.59～2.14，岩石属亚铝质岩石（图4）。

图4　塔克尔巴斯陶岩体K2O-SiO2(a)及A/KNC-A/NK(b)关系图解Fig.4 K2O-SiO2(a) and A/KNC-A/NK (b) diagrams of the Taker BasiTao pluton

4.3微量元素

表3列出塔克尔巴斯陶岩体的8个样品微量元素分析结果，通过对岩石微量元素标准化后作的蛛网图（图5），可看出该岩体富集大离子亲石元素Sr，K，Ba，亏损高场强元素Nb，Ta，Ti，Th等。其中高场强元素：Nb≤12（4.69×10-6～12.7×10-6）；Ta≤0.7（0.28× 10- 6～0.73×10- 6）；Hf/Ta≥5（7.41～12.86），Hf/Th＜8 (0.67～1.44)等特征显示与典型岛弧环境类似，且大多数样品的Nb,Ta有较强的亏损（Nb/La=0.30～ 0.52）,与有明显Nb，Ta亏损的岛弧环境闪长岩相似。蛛网图中曲线分布形态大致一致，表明它们的岩浆源区具相似性，暗示为同源岩浆演化产物。

表3　塔克尔巴斯陶岩体微量元素分析结果表Table 3 Traee elements contents analyses of Taker BasiTao pluton　　单位：×10-6

图5　塔克尔巴斯陶岩体微量元素比值蛛网图Fig.5 Traceelementsspiderdiagramof Taker BasiTaopluton（原始地幔据Sun and McDonough,1989）

4.4稀土元素特征

从表3可看出，该岩体的各类岩石稀土含量都较低，∑REE为74.65×10-6～133.12×10-6。其中辉长闪长岩、辉石闪长岩稀土含量为100×10-6～140×10-6，而二长闪长岩样品稀土总量相对较低，为74.65×10-6。该岩体所有岩石均具轻稀土较重稀土富集，比值为4.35～6.19。辉长闪长岩、辉石闪长岩具微弱的铕负异常，δEu值为0.75～0.96，二长闪长岩具微弱的正异常，δEu值为1.09。说明岩浆演化过程中，斜长石分离结晶作用不明显。

由球粒陨石标准化稀土元素分布型式图上可看出，该岩体的各种岩石曲线特征基本相同，为较平缓的右倾型（图6），其（La/Yb）N值为6.04～11.67。综上所述，该岩体稀土分布曲线与典型岛弧型钙碱性岩石较相似，且接近于壳幔型花岗岩特征。

图6　塔克尔巴斯陶岩体球粒陨石标准化稀土元素分布型式图Fig.6 Chondrite-normalized REE pattern of Taker BasiTao pluton（据Sun and McDonough,1989）

5　讨论

5.1岩石成因类型及岩浆来源

塔克尔巴斯陶闪长岩岩体由辉长闪长岩、辉石闪长岩、二长闪长岩等组成，具一定的成分演化。岩石中矿物主要为长石、辉石、角闪石、黑云母、石英等，不含白云母，且大多数样品A/KNC值约为0.9，A/NK值约为2，为准铝质，与东准典型I型花岗岩类似[8-9]，综上所述，塔克尔巴斯陶岩体应属Ⅰ型花岗岩。各岩石具有相同的主量元素、微量元素特征，具同源岩浆演化特征，但据岩石化学特征中CaO、MgO、TiO2、Fe2OT3含量随SiO2含量增加呈线性减少，说明该岩体的岩浆在演化过程中可能存在岩浆混合作用。

在地球化学特征上岩石相对富集轻稀土（LREE）及大离子亲石元素(LILE)Ba，Sr，K等，亏损高场强元素（HFSE）Nb，Ta，Ti，Th等，显示了岛弧火成岩岩石特征，该岩体的Hf/Ta为7.41～12.86，Zr/Nb 为15.25～29.85，与典型的N-MORB比值（15.5和30）较接近，表明岩浆源区可能来自地幔，而岛弧岩浆通常形成于亏损的地幔楔在消减板块脱水影响下的部分熔融，且该岩体具有高Sr（Sr=573×10-6～845× 10-6）低Y（Y=9.85×10-6～27.185×10-6）及高Sr/Y值（Sr/ Y=58.2～85.8），而且岩体的δEu=0.75～1.09，（La/Yb）N= 6.04～11.67，平均为6.9，以上特征表明岩体有大陆地壳物质参与，在Yb+Nb-Rb及Yb+Ta-Rb构造判别图上，所有样品落入火山弧区（图7），说明该区闪长岩可能为岛弧环境的产物。

图7　塔克尔巴斯陶岩体Rb-Y+Nb(a)和Rb-Yb+Ta(b)图解Fig.7 Rb-Y+Nb (a) Rb-Yb+Ta (b) diagrams of Taker BasiTao pluton

综上讨论，塔克尔巴斯陶岩体应属I型花岗岩，产于俯冲岛弧环境，其岩浆可能来源于地幔，并具地壳物质混染作用。

5.2地质意义

石炭纪为准噶尔地区构造演化的重要转折时期，前人对其做了大量研究，其中龙晓平等对扎河坝石炭系火山岩研究表明，该套火山岩形成于消减带环境，物质来源于亏损地幔，但未经地壳混染；张峰等对卡拉麦里周边石炭系火山岩研究表明，该套火山岩为一套钾含量较高的钙碱性火山岩系，具典型的消减带火山岩特征，其物质来源于亏损地幔，且具地壳混染等特征。研究成果显示，区域上石炭纪具俯冲-消减作用。本文通过对塔克尔巴斯陶岩体进行SHIRMP锆石U-Pb同位素定年，测定年龄为（362.5±9.4）Ma，结合岩体中早石炭世砂岩捕虏体，表明该岩体形成于早石炭世早期，地球化学特征显示，该岩体富集Sr，K，Ba等大离子亲石元素，亏损Nb，Ta，Ti，Th等高场强元素，显示出典型消减带岩浆特征，与区域上石炭纪仍具俯冲-消减作用相吻合。

在Yb+Nb-Rb构造判别图上部分样品落入火山弧和后碰撞交界区域（图7），然而对后碰撞构造环境不能通过简单的地球化学图解进行判断，还必须结合其地质产出等特点来综合判别[10]。通过韩宝福等对准噶尔后碰撞岩浆活动的时限研究表明，区域上，东准噶尔后碰撞深成岩浆活动集中在330～310 Ma和305～280 Ma两个时段[11-17]。本文研究岩体形成时间比后碰撞时间稍早，表明塔克尔巴斯陶岩体不是在后碰撞构造环境下侵入形成，而是岛弧环境下形成，同时也可以说明准噶尔洋闭合时间至少在早石炭世之后[18]。

6　结论

（1）塔克尔巴斯陶岩体主要由辉长闪长岩、辉石闪长岩、二长闪长岩组成，岩石化学成分上总体显示Ⅰ型花岗岩特征。

（2）岩体属高钾钙碱性系列，稀土含量较低，轻稀土较重稀土富集，富集大离子亲石元素Ba，Sr，K，亏损高场强元素Nb，Ta，Ti，Th等元素，具典型岛弧花岗岩的地球化学特征。

（3）岩体的锆石SHRIMP U-Pb年龄为（362.5± 9.4）Ma，结合岩体中的下石炭统砂岩捕虏体，说明岩体形成于早石炭世早期。据前人研究结果，并结合区域地质特征分析，推测东准噶尔地区在362 Ma仍具俯冲-消减作用，同时也表明准噶尔洋闭合时间至少在早石炭世之后。

致谢：野外工作及论文编写期间得到新疆地质调查院同事的细心指导，在此表示感谢！

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Petrology and Geochemistry of the Taker BasiTao Diorite from Eastern J unggar of Xinjiang

Xiao Yandong,Zheng Jiaxing,Zhu Zhixin,Tang Zhi,Chen Qile,Zhang Zhe,Li Dahai, Zhao Tongyang,Liu Yong
(Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:Taker BasiTao rock body is located in the northeastern margin of Junggar,south of Wulungu river fault,and the north of K alamaili fault.The rock are composed of gabbro diorites,pyroxene diorites and monzodiorite,Zircon SHIRMP U-Pb age is (362.5.4) Ma.The rock is of high -K calc-alkaline,and rock is riched in LILE Sr,K,Ba,flatter HFSE Nb,Ta,Ti,Th,The Ta is between 0.28～0.73 g/g,Hf/Ta value range of 7.41～12.86,Hf/Th value range of 0.67～1.44,Zr/Nb value range of 15.25～29.85,and most of the samples are more strongly depleted in Nb,Ta,characteristics above show that magmatic source is stem from mantle ,and simillar with Diorite which come from island arc environment;the rock mass with high Sr low Y and Sr/Y value Characteristics,the Eu(0.75～1.09) and (La/Y b)N(6.04～11.67) value indicates the rock mass with the participation of certain crustal material.In this paper,through the age of SHIRMP zircon U-Pb and the rock geochemical characteristics,Judge the rock mass is from subduction island arc environment,the rock megma source comes from mantle and crustal materials must have contributed to the formation of the rock,at the same time,it restrains the end of Subduction effect of the eastern Junggar.

Key words:Diorite;Zircon SHRIMP U-Pb dating;Subduction environment

作者简介:第一肖艳东(1984-)，男，新疆博乐人，硕士，2011年毕业于新疆大学矿物学、岩石学、矿床学专业，主要从事区域地质调查、地质找矿工作

收稿日期:2015-09-20;

修订日期:2015-11-23;作者E-mail:xyd5001@163.com

中图分类号:P588.12+2

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-068-08

项目资助：国土资源部区域地质调查项目（1212012120515）资助