新疆阿尔泰山西北部喀拉斯岩体锆石U-Pb年龄及构造意义

加尔肯·吐尔得哈孜；德勒恰提·加娜塔依；赵同阳；韩琼；吾克依拉·吾铁朴(.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆阿尔泰山西北部喀拉斯岩体锆石U-Pb年龄及构造意义

加尔肯·吐尔得哈孜1；德勒恰提·加娜塔依1；赵同阳2；韩琼2；吾克依拉·吾铁朴1
(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000)

新疆阿尔泰山西北部喀拉斯岩体位于喀纳斯河以北，采用LA-ICP-MS锆石U-Pb法测得该岩体谐和年龄为(473.3±2.9)Ma(MSWD=0.36)，表明该岩体侵入时代为早奥陶世。岩石地球化学特征显示岩体具高硅、富钠、高钾及铝过饱和特征，属高钾钙碱性高温型强过铝质花岗岩。微量元素Rb，Th，La等相对富集，Nb，Sr，Ti，Ba等亏损，LREE富集，HREE亏损，具较强的Eu负异常。综合前人研究成果认为：该岩体是典型的S型花岗岩，形成于活动大陆边缘的岛弧环境。

喀拉斯岩体；强过铝质花岗岩；奥陶纪；锆石U-Pb

阿尔泰造山带是中亚巨型造山带的重要组成部分，呈SE走向。阿尔泰造山带演化过程中形成多期岩浆活动，花岗岩在该造山带占40%以上，记录了其形成、演化史[1-5]。前人运用不同定年方法获得了阿尔泰山花岗岩类大量年龄数据[6-9]，但由于测试方法、精度及取样等的差异性和阿尔泰造山带经历的多期构造热事件，使获得的部分数据不能真实反映岩体侵位时代。同时，由于工作程度不均，以往工作主要集中于阿尔泰山中、东段，对西段研究较薄弱，对部分岩体尚无系统的年代学及地球化学研究[10]，因此，目前对新疆阿尔泰造山带西段花岗岩类成岩时代无统一认识，对重建构造演化史具较大影响。本文在区调工作基础上，选择喀拉斯岩体开展研究，以期为重建阿尔泰构造演化史提供依据。

图1　喀拉斯岩体区域地质图Fig.1 Regional geological map of Kalas rock body

1　地质背景

阿尔泰造山带位于西伯利亚克拉通和塔里木-华北克拉通之间，北邻西萨彦岭古岛弧带和乌列善-科布多古岛弧带，西南以额尔齐斯深断裂与准噶尔地体相接，该造山带西起俄罗斯、哈萨克斯坦，穿过新疆北部，直到蒙古南部，绵延两千多公里(图1)。该造山带是中亚增生型造山带的重要组成部分和典型代表，是研究增生型造山带及显生宙地壳生长的最佳地区之一，因此，该造山带近年来引起了国内外众多学者的广泛研究兴趣，并成为国际地学界研究的热点地区之一[6,11-12]。该造山带晚前寒武纪晚期到早古生代早期为稳定大陆边缘阶段，古生代发生了俯冲、碰撞、增生。其中，早古生代(奥陶—泥盆纪)为洋壳俯冲阶段，之后可能发生碰撞造山作用。额尔齐斯以南即准噶尔造山带，在石炭纪可能仍发生俯冲碰撞作用[11]。喀拉斯岩体位于阿尔泰造山带西北部，呈不规则状分布于喀纳斯河以北，出露面积约38 km2，深部侵入到震旦系—下寒武统喀纳斯群(Z—∈1K)，为一套中浅变质岩系，主要岩性为深灰色含红柱石黑云石英片岩、灰色二云母红柱石片岩、深灰色黑云母石英片岩、深灰色含红柱石黑云母石英片岩、深灰色二云母红柱石片岩、灰绿色黑云母红柱石石英片岩、深灰色黑云母红柱石石英片岩等。喀纳斯群与岩体呈似整合接触，岩性上渐变过渡。岩体与喀纳斯群呈“交生”状态，由岩体向喀纳斯群，花岗质逐渐减少，围岩残留物迅速增多。

2　样品特征及测试方法

2.1样品特征

在野外工作基础上，笔者沿喀拉斯岩体连续采样，共采集同位素测年样1件，全岩样4件。编号为TW4004、YQ4001、YQ4002、YQ4003、YQ4004。

岩体为灰白色片麻状黑云母二长花岗岩。岩石风化面呈深灰色，新鲜面呈浅灰色，半自形粒状，片麻状构造。岩石主要矿物有：石英(25%±)、斜长石(35%±)、钾长石(20%±)、黑云母(20%±)及少量白云母。岩石中矿物定向排列明显，具明显的拉伸线理，且长英质矿物条带略弯曲变形，呈似片麻状构造，岩体表面受后期变质作用影响显著，节理发育，风化破碎严重，球形风化特征明显。

标本镜下鉴定特征表明，岩石由碎斑、碎基组成。碎斑由钾长石、石英为主，分布个别斜长石，碎斑呈眼球状平行定向分布，并具波状消光，大部分石英由微粒集合体组成，呈长条状、透镜状定向分布（图2）。

糜棱基质主要由很细的长石、石英、黑云母组成，并呈纹线条带状平行定向分布，呈假流动构造，少量黑云母、白云母呈云母鱼状定向分布，在黑云母之间分布少量他形微粒、微柱状绿帘石，据残留碎斑成分看，相当于花岗岩成分。

2.2测年方法

全岩分析在新疆维吾尔自治区矿产实验研究所完成，锆石挑选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，制靶和CL及反射光和透射光拍照在重庆宇劲科技有限公司完成，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 213 nm激光取样系统连接起来的Agient 7500a ICP-MS完成。分析过程中，激光束斑直径采用20~30 μm。样品经剥蚀后，由He气作为载气，再和Ar气混合后进入ICP-MS分析，U-Pb分馏据澳大利亚锆石标本GEMOC GJ-1(207Pb/206Pb age of(608± 1.5)Ma，Jackson et al.,2004)来校正，锆石标样Mud Tank(Inercept age of(732±5)Ma，Buck and Gulson, 1978)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校正和及和谐图绘制运用Isoplot(Andersen，2002)完成。

3　测试结果

图2　喀拉斯岩体样品的岩体宏观（a）及正交偏光（b）照片Fig.2 Macro and orthogonal polarized photo of Kalas rock body

CL照片显示锆石形态复杂(图3-a)，有短柱状、长柱状、长板状。振荡环带结构较发育，为典型的岩浆型锆石。选择环带清晰、无裂纹的锆石进行LA-ICP-MS打点，获得19个点数据。测试数据经普通铅校正后得到208Pb/232Th比值约0.02(表1)，在UPb谐和图上，数据点都集中在谐和线上及其附近较小区域内(图3-b)，谐和度较高，年龄集中在466~ 479 Ma，密集分布。19个测点的206Pb/238U谐和年龄为(473.3±2.9)Ma(MSWD=0.36)，代表岩浆的结晶年龄，说明喀拉斯岩体形成时代为早奥陶世。

图3　喀拉斯岩体样品锆石阴极发光图（a）和锆石U-Pb和谐图（b、c）Fig.3 Cathode light images of representative zircon（a）and U-Pb Concordia diagram（b、c）for zircons from Kalas rock body

表1　喀拉斯岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating of Kalas rock body

4　地球化学特征

4.1主量元素特征

岩石化学分析结果显示(表2)，喀拉斯岩体具高硅(70.26%~71.68%)、富钠(3.06%~3.2%)、高钾特征。Si2O-K2O图解上样品点落在高钾钙碱性系列区内(图4-a)。岩石具中等Al2O3(41.16%~14.96%)。铝过饱和指数A/CNK为1.185~1.26，均大于1.1，A/NK 为2.03~2.17，在A/CNK-A/NK图解中所有样品均落在过铝质区(图4-b)。CIPW标准矿物计算结果出现较多刚玉，综上认为喀拉斯岩体为高钾钙碱强过铝质花岗岩。

表2　喀拉斯岩体主量元素、微量元素、稀土元素测试结果Table 2 Main elementsTrace elements and Rare earth elements of kalas rock body

4.2稀土、微量元素特征

喀拉斯岩体的稀土元素总量较低(84.80×10-6~ 150.20×10-6)，平均103.597 5×10-6。LREE/HREE= 4.31~6.36，(La/Yb)N=3.84~8.95。在稀土元素分布模式图上，整体右倾，说明轻稀土富集，重稀土亏损。负铕异常明显，δEu=0.61~0.67，呈“V”型谷状(图5-a)，在分布模式图左侧，曲线陡峻，说明轻稀土内部分馏程度强，而右侧曲线较平缓，表明重稀土内部分馏较弱。负铕异常表明喀拉斯岩体在岩浆演化过程中，斜长石、磷灰石、钛铁矿等发生了分离结晶作用。

微量元素特征表明(表2，图5-b)，Rb，Th等元素含量相对较高，分别为132×10-6~170×10-6、3×10-6~ 5.6×10-6；Rb，Th，La等元素相对富集，具相对正异常；Nb，Sr，P，Ti，Ba等元素亏损，具明显负异常。Sr，Ti负异常特别明显，表明源区具较多斜长石残留或斜长石分离结晶。

5　讨论

5.1岩石成因

喀拉斯花岗岩中含石英、黑云母、钾长石和斜长石的组合。富SiO2、富碱、高钾,CaO含量较低。A/CNK大于1.1，CIPW标准化计算中刚玉分子含量在2.62%~3.43%，均大于1%，说明喀拉斯岩体为强过铝质花岗岩。Na2O大于3%，Al2O3大于(Na2O+ K2O+CaO)，均大于1.1，认为该岩体为过铝质花岗岩，可能由于岩石中含黑云母、电气石，矽线石等特征矿物所致。强过铝质花岗岩主要是富铝的地壳物质部分熔融的产物，其Al2O3/TiO2比值可反映部分熔融时的温度。与具高Al2O3/TiO2比值的强过铝花岗岩相比，具低Al2O3/TiO2比值的强过铝花岗岩是在更高温度下形成的。喀拉斯岩体的Al2O3/TiO2比值为32.52~35.76，变化不大，为具较低Al2O3/TiO2比值的强过铝花岗岩，因此，属高温型强过铝花岗岩。在R1-R2图解中(图6-a)，样品均落在S型花岗岩区，推断该岩体可能为S型花岗岩，在A/CNK-A/NK图解中(图4-b)，样品均落在过铝质区，说明喀拉斯岩体为典型的S型花岗岩。综上认为该岩体为高钾钙碱性高温强过铝质S型花岗岩。

5.2物质来源

喀拉斯岩体具较高K，Rb，Cs含量及K2O/Na2O、Rb/Sr比值，表明源区有大量云母类矿物存在，较高的CaO/Na2O比值(大于0.4)，以及在Rb/Ba-Rb/Sr判别图中(图略)，样品落在杂砂岩区域，表明喀拉斯强过铝花岗岩源区主要为年轻低成熟度的变质杂砂岩。

图4　喀拉斯岩体Si2O-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK图解(b)Fig.4 Si2O-K2O diagram(a)and A/CNK-A/NK diagrams of Kalas rock body(b)

图5　喀拉斯岩体稀土球粒陨石标准化图解(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图解(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized spidergrams patterns(b)of Kalas rock body

关于阿尔泰花岗岩的物质来源，目前尚存不同看法。诸多学者通过Sr，Nd，Pb同位素分析，认为阿尔泰花岗岩成因复杂，具多成岩、多类型特征[13-14]。部分学者认为阿尔泰地区花岗岩主要来自地壳沉积物，其主体是S型花岗岩[15]；岩浆侵位期间有不同程度的壳幔混染[16]，亦有学者因花岗岩Pb同位素(206Pb/204Pb、207Pb/204Pb及208Pb/204Pb)比值较低且变化幅度小、未显示空间分带性等特征，认为花岗岩源区可能为上地幔或深部地壳[17]。本次研究结果表明，上部陆壳Rb/Sr比值约0.32，大陆壳平均为0.24[18]，该岩体中Rb/Sr比值为1.8~2.1，平均1.94，高于上部陆壳和大陆壳的平均值，判断该岩体物质源区很可能是上部陆壳范围。结合野外调查，推断该岩体岩浆源岩可能为地壳沉积物。

5.3构造环境

喀拉斯花岗岩体为早奥陶世((473.3±2.9)Ma)岩浆活动产物，同位素上具与阿尔泰造山带内早古生代晚期花岗岩(如阿维滩岩体、琼库尔岩体)相似的特征[19-20]。微量元素呈贫Zr，Hf，明显亏损Nb，Sr，P，Ti，Ba，具明显Eu负异常，富集Rb，Th，La，U和轻稀土元素，具大陆边缘陆缘弧特征[21-22]；在花岗岩微量元素Ta-Yb图解上(图6-b)，样品均落在火山弧花岗岩区内，说明喀拉斯岩体属火山弧花岗岩。在微量元素蛛网图中，喀拉斯岩体明显亏损Nb，Sr，P，Ti，Ba等元素，相对富集Rb，Th，La等元素，表明该岩体存在明显大陆地壳物质的加入。因此，认为喀拉斯岩体形成于活动大陆边缘的岛弧环境。

阿尔泰造山带花岗岩发育，主要形成于加里东晚期和华力西期，而华力西期岩体大多为晚期[13]。对阿尔泰花岗岩最新的研究成果表明，阿尔泰造山带的碰撞造山活动主要形成于450~370 Ma，布尔根碱性花岗岩的形成(350 Ma)可能代表了主体造山活动的结束[17]。阿尔泰造山带大多数华力西早期花岗岩应为碰撞前期产物，其中有相当一部分具过铝及强过铝质花岗岩的报道[5-6,13]。在中亚造山带中碰撞前强过铝钙碱性花岗岩少量分布，因此，碰撞前强过铝钙碱性花岗岩或为阿尔泰造山带及中亚造山带的一种重要岩石成因类型。喀拉斯强过铝钙碱性花岗岩的确认，为研究阿尔泰造山后阶段岩浆作用及大陆地壳生长方式提供了新资料[4,23-24]。

图6　喀拉斯岩体R1-R2图解(a)和Ta-Yb图解(b)Fig.6 R1-R2diagram(a)and Ta-Yb diagram for Kalas rock body(b)

6　结论

综合阿尔泰造山带西段花岗岩岩石学研究、LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、花岗岩分布特征及区域构造分析，可得如下推断：

(1)喀拉斯岩体形成岩年龄为(473.3±2.9)Ma，为早奥陶世。

(2)由高钾钙碱性高温强过铝质S型花岗岩推断该岩体岩浆源岩可能为地壳沉积物。

(3)该岩体形成于活动大陆边缘的岛弧环境。

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Zircon U-Pb Ageand Tectonic Significanceof KalasRock Body in Western Altay Mountain,Xinjiang

Jia Erken·Tu Erdehazi1,De Leqiati·Jia Natayi1,Zhao Tongyang2,Han Qiong2,Wu Keyila·Wu Tiepu1
(1.Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Geological Research Academe of Xinjiang, Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Kalas rock,which is in the northwest of Xinjiang Altai,is located in the north of Kanas River,LA-ICP-MS zircon U-Pb result indicate that the concordant age of rock is(473.3±2.9)Ma(MSWD=0.36),it represents that the intrusive time is Early Ordovicia.Geochemistry shows a high silica,sodium-rich,high potassium and aluminum over-saturation characteristics,belonging to high-K calc-alkaline high temperature SPGs.Trace elements show Rb,Th,La and other elements are enriched,Nb,Sr,P,Ti,Ba and other elements loss,LREE enrichment,HREE loss,a strong negative Eu anomalies.Based on the previous research results,this paper suggests that Kalas rock is a typical S-type granites,and the rock formed in active continental margin arc environment.

Kalas Rock;SPGs;Ordovician;zircon U-Pb dating

1000-8845(2016)03-338-07

P597+.3，P541

A

项目资助: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

2015-11-16；

2016-01-05；作者E-mail:jarken229@126.com

加尔肯·吐尔得哈孜（1989-），男，新疆伊犁人，新疆大学地质资源与地质工程专业在读硕士研究生，研究方向为矿产资源预测

德勒恰提·加娜塔依（1962-），女，新疆大学地质与矿业工程学院研究员，主要从事石油天然气地质综合研究。E-mail:jdeleqiati@sina.com