新疆西准噶尔北部布尔津县木斯塔巴岩体年代学、地球化学特征及其地质意义

滕宇翔 薛晓峰 穆利修

摘   要：准噶尔是新疆北部古生代造山带的重要组成部分，以广泛发育晚古生代花岗岩为特征，是中亚造山带总显生宙陆壳生长作用非常显著的地区之一。根据最新获得的LA-ICP-MS U-Pb锆石年龄，木斯塔巴岩体锆石年龄为（303±2.0） Ma（晚石炭世），岩石地球化学分析，岩石具高硅（66.04%～70.4%），高碱（2.26～2.87），高铝（13.25%～15.46%），高钾（3.4%～4.58%），低镁，A/CNK=1.06～1.22，低固结（6.34～12.87），高分异（78.35～84.5），富轻稀土（LREE/HREE=3.57～12.97）和大离子亲石元素K，Rb，Ba，Sr，亏损高场强元素Nb，Ta，Ti，P，为过铝质高钾钙碱性系列花岗岩，具碰撞花岗岩特征，属额尔齐斯构造带的重要组成部分，其形成与板块俯冲作用关系密切。本区石炭纪花岗岩的数据与北准噶尔地区对比，显示晚石炭世额尔齐斯构造带闭合，进入后碰撞阶段。

关键词：石炭纪花岗岩;木斯塔巴岩体;锆石U-Pb测年;地球化学;岩石成因

准噶尔是新疆北部古生代造山带的重要组成部分，以广泛发育晚古生代花岗岩为特征，是中亚造山带总显生宙陆壳生长作用非常显著的地区之一。近年高精度锆石U-Pb年代学资料表明，北准噶尔地区花岗岩以古生代为主。无论在东准噶尔还是西准噶尔，由古蛇绿岩代表的古洋盆可能不止一个，闭合期限也存在差异[1-3]。在额尔齐斯缝合带多处发育晚古生代蛇绿岩，按最新的国际地质年代表关于石炭纪和二叠纪划分方案[4-6]，准噶尔后碰撞深成岩浆活动从早石炭世中—晚期开始，于早二叠世末结束，对于花岗岩的动力学环境和源区研究也成为当代花岗岩的研究前沿[7]。有学者认为，阿勒泰造山带与准噶尔地体拼合时间可能发生在晚石炭—早二叠世[8]，也有学者认为，早石炭世俯冲接近尾声额尔齐斯洋盆已闭合，局部可能存在较小的陆表海盆，晚石炭世末—早二叠世初發生强烈岩浆作用[9]。更有学者认为，阿勒泰造山带与准噶尔地体拼合时间发生在三叠晚期[10]。因此，对于额尔齐斯构造带岩浆的研究，不仅可以对古亚洲洋的演化历史提供依据，同时也对北准噶尔造山带的构造演化提供岩浆演化依据。本文选择对北准噶尔造山带北缘额尔齐斯构造带黑云母二长花岗岩岩体作为研究对象（图1），对其开展锆石U-Pb年代学及岩石地球化学研究，分析该岩体的形成时代及成因，旨在为北准噶尔乃至中亚造山带构造演化过程提供依据。

1  地质概况及岩相学特征

木斯塔巴岩体位于布尔津县西南部3 km处，出露于萨吾尔-二台地块的西南部，额尔齐斯构造带南界，空间上呈串珠状或岩瘤状分布，出露连续，基岩出露较好（图1）。主要岩性为黑云母二长花岗岩、二长花岗岩、花岗岩，岩体南界侵入泥盆系蕴都喀拉组砂岩、长石岩屑砂岩，接触带围岩一侧发育角岩化和20～50 cm烘烤边，岩体中出现少量捕掳体，岩体西界侵入晚泥盆世片麻岩化英云闪长岩，可见岩枝伸入围岩，同化混染较明显，英云闪长岩出现褪色现象。

用于测年和岩石地球化学分析的样品采自1∶5万区调的实测剖面上（图2）。经鉴定，岩石主要由斜长石，含量35%～40%，粒度2～4.5 mm，钾长石，含量25%～30%，粒度2～5mm，石英22%～30%，粒度1.2～2.2 mm，黑云母3%～5%，粒度0.24～1.6 mm，少量白云母组成、微量磷灰石、锆石。斜长石、钾长石都呈半自形板状，具轻度泥化，斜长石中心部位微绢云母化，钾长石由微条纹长石、微斜长石为主，分布微量正长石，个别较粗大的钾长石中嵌布少量细板状斜长石。石英呈他形粒状分布于长石之间。黑云母呈他形叶片状分布于长石、石英之间，微量黑云母多嵌布在钾长石中。

测年样品的锆石核部为圆粒状继承锆石。背散射图像清晰地反映出锆石具壳、核双层结构，二者影像灰度不同，界限清楚，结构差异明显，锆石壳部基本为自形，多数为长柱状，可见岩浆震荡环带，反映锆石壳部为岩浆成因，有的环带不清晰，可能主要与锆石的退晶质化和变质作用有关。锆石核部为圆粒状继承锆石，具碎屑锆石的一般特征，结构较复杂，在阴极发光图像上反映得比较清楚，部分继承锆石可见环带结构，为岩浆成因，部分经受过不同程度的变质，变质继承锆石的内部还可见无分带、弱分带、面状分带、流动状分带等结构，有的继承锆石可分出两个世代。

2  LA-ICP-MS 锆石U-Pb测年方法

锆石样品在新疆国土资源厅矿物研究所经过单矿物分选，锆石U-Pb同位素定年利用北京科荟测试技术有限公司的LA-Q-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为ESINWR193nm，ICP-MS为Analytikjena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal完成[11]。

锆石微量元素含量利用SRM610作为外标、Si作内标的方法进行定量计算[11]。玻璃中元素含量的推荐值根据GeoReM数据。U-Pb 同位素定年中采用锆石标准GJ-1 作外标进行同位素分馏校正，每分析5-10个样品点，分析2次GJ-1。对于与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用GJ-1的变化采用线性内插的方式进行校正。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot完成。

3  分析测试成果

样品的测试数据成果见表1，单个数据点的误差为1σ，加权年龄具98%可信度，年龄数据采用206Pb/208U年龄，并对数据进行一致曲线统计分析。样品16TWS-50共计25个测点，其中17个测点位于锆石壳部，8个测点在核部，锆石壳部17个分析点给出的206Pb/208U年龄加权平均值为（303±2.0） Ma，代表成岩年龄。分析结果如表1所示，其Th含量为60.3×10-6～542×10-6，U含量为149×10-6～2 945×10-6，Th/U比值变化范围为0.12～0.57（大于0.1），表明锆石均为岩浆浅变质成因，其余8个测点偏离谐和线，未参与加权平均计算;核部分析点为岩浆锆石，年龄代表结晶年龄（图3）。

4  岩石地球化学特征

木斯塔巴黑云母二长花岗岩主元素和稀土、微量元素分析结果见表2。岩石化学总体特征是硅含量高，总碱量高，铝、钾含量高，磷、镁、钛含量低，SiO2含量为66.04%～70.4%，Al2O3含量为13.25%～15.46%，K2O含量为3.4%～4.58%（图4），Na2O含量为3.23%～3.7%，K2O大于Na2O。里特曼指数（σ）为1.69～2.54，碱度率（AR）为2.26～2.87，为高钾钙碱性岩系（太平洋型）。固结指数（SI=6.34～12.87）较小，分异指数（DI=78.35～84.5）较高，反映岩浆分异程度较高。铝质指数（A/CNK）1.06～1.22，为过铝质（图5）。综上所述，本岩体属于典型强过铝花岗岩。

稀土总量较低，为78.94×10-6～179.23×10-6，轻、重稀土分馏明显，稀土分布曲线呈右倾（图6），斜率较一般，属轻稀土富集型;δEu=0.34～0.69，具明显负铕异常，铕谷较明显。（La/Yb）N为3.39～17.29，LREE为61.66～162.27，HREE为10.23～23.01，LREE/HREE为3.57～12.97，表明轻重稀土之间分异明显。轻稀土分馏程度（La/Sm）N为2.49～3.63，重稀土分馏程度（Gd/Yb）N为1.08～2.03，轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度。大离子亲石元素K=28 020×10-6～   37 868×10-6、Rb=111×10-6～218×10-6，Ba=287×10-6～447×10-6，Sr=64×10-6～283×10-6，Ti=1 595×10-6～     4 888×10-6。放射性生热元素Th=11.25×10-6～20.18×10-6，U=2.2×10-6～5.4×10-6。非活动性元素Nb=11.36×10-6～17.78×10-6，Ta=1.1×10-6～2.44×10-6，P=415×10-6～1 107×10-6。不相容元素Zr=103×10-6～232×10-6，Hf=3.4×10-6～8.1×10-6。Zr/Hf=30.29～39.08，Ba/Rb=1.08～3.85，Nb/Ta=5.71～13.69，微量元素蛛網图上（图7），Rb，Th，U，La，Ce显示正异常，构成峰，而K，P，Ti显示负异常，构成谷。Nb和Ta的关系指示其岩浆可能来源于上地壳，Nb，Ta矿物的结晶分异作用较弱。P，Ti和K偏低可能与磷灰石、钛铁氧化物和斜长石的结晶分异有关。岩浆分异程度较一般，多具混源特征。

5  讨论

5.1  时代讨论

木斯塔巴岩体，1∶20万吉木乃-布尔津幅将其厘定为华力西中期，但缺少高精度年代学方面的约束。近年来在本地区相继有多名学者取得同位素数据，李成文获得过一个U-Pb年龄（267±6 Ma）1，童英获得过两个U-Pb年龄（276±2 Ma、250±1 Ma），从李成文新疆准噶尔盆地北缘卡拉先格尔-科克森套铜镍矿远景调查中看，缺乏同位素数据依据。童英阿勒泰晚古生代花岗岩年代学、成因及其地质意义资料上看[9]，锆石和谐年龄图中多集中在（296±3） Ma附近，却采用较新年龄，年龄数据仍存在争议。本次通过LA-ICP-MS锆石 U-Pb 测年方法，获得二长花岗岩锆石 U-Pb 年龄为（303±2.0） Ma，表明其岩体就位时代为晚石炭世。

5.2  岩浆成因

在花岗岩类Q-Ab-Or 图等温等压力图解中，多数件样品落入小于700℃～800℃，500～3 000 bar以上范围内（图8），说明接触温度在700℃～800℃之间，压力较高。表明岩体来源较浅，从组合特征说明，该套岩石成因类型与S型花岗岩相似。

5.3  构造背景

在R1-R2图中（图9）， 反映它们形成于同碰撞构造环境。岩石富铝（Al2O3多大于14%）是岩浆起源于弧环境的一个标志，Rb/Sr=0.3～0.89，说明岩浆地壳混染程度较高，指示岩浆经过了结晶分异，地壳沉积物低压重熔重结晶形成，表明该岩体形成于岛弧挤压阶段，结合本区多种数据说明，额尔齐斯构造带闭合于晚石炭世，经石炭纪造山运动后由挤压进入伸展阶段。

6  结论

（1） 采用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年方法，获得木斯塔巴二长花岗岩体年龄（303±2.0） Ma，表明其成岩年龄为晚石炭世。

（2） 木斯塔巴二长花岗岩具高硅（66.04%～70.4%），高碱（2.26～2.87），高铝（13.25%～15.46%）、高钾（3.4%～4.58%），低磷、低镁、低钛，A/CNK=1.06～1.22，高钾钙碱性过铝质系列。低固结（6.34～12.87），高分异（78.35～84.5），富轻稀土（LREE/HREE

=3.57～12.97）和大离子亲石元素K，Rb，Ba，Sr。亏损高场强元素Nb，Ta，Ti，P，具“双峰”式岛弧特征，表明这些物质特征来源于上地壳，为地壳沉积物受  俯冲作用影响，不断增厚重熔的产物。

（3） 木斯塔巴二长花岗岩为额尔齐斯构造带所   代表的晚古生代亚洲洋在晚石炭世时期活动大陆边缘同碰撞时期的岩浆事件。

致谢：新疆地调院吉木乃恰勒什海一带1∶5万4幅区调项目对本文的支持。

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