新疆南天山景汗花岗质岩体年代学、地球化学特征及其构造意义

陈士海 钟文 张健仁

摘要： 位于新疆南天山和硕县北部的景汗花岗质岩体，为研究南天山造山带构造演化提供了重要信息。岩体岩性以二长花岗岩为主，石英二长闪长岩和二云母花岗岩次之。LAICPMS锆石UPb定年结果表明，巖体成岩年龄为（3113±44） Ma～（2972±42） Ma，属晚石炭世岩浆活动的产物。岩体SiO2含量为5420%～7422%，全碱（ALK）为512%～925%，具有高钾钙碱性系列岩石的特征。A/CNK值为077～107，属于准铝质弱过铝质花岗岩类。∑REE为（44～288）×10-6，（La/Yb）N值为183～4475，表明轻稀土元素富集较为明显。δEu值为054 ～093，整体表现为弱亏损特征。花岗质岩浆可能是地壳的部分熔融的产物，并与幔源基性岩浆发生过混合作用。该岩体形成于塔里木板块与伊犁—哈萨克斯坦板块碰撞造山作用晚期阶段，属于碰撞后碰撞构造环境，南天山晚古生代残余海盆在晚石炭世最终闭合。

关键词： 构造环境;高钾钙碱性系列;锆石UPb定年;新疆南天山

中图分类号：P58812

文献标识码：A

文章编号：20961871（2020）0212814

南天山造山带位于中亚造山带中南部，是由塔里木板块与伊犁—哈萨克斯坦板块之间的碰撞造山作用形成的[15]。随着塔里木板块与伊犁—哈萨克斯坦板块的碰撞拼合，晚石炭世—早二叠世，南天山一带形成了较大规模的花岗质侵入体。目前，多数学者认为相对于中亚造山带内的其他块体，塔里木板块是最后完成拼接的。所以，该区花岗岩的研究对揭示南天山乃至整个中亚造山带的构造岩浆热事件具有重要意义。近年来，随着1∶5万区域地质调查工作及相关科研工作的开展，一些学者对南天山造山带晚石炭世—早二叠世花岗岩进行了研究[614]，为进一步揭示南天山造山带的岩浆演化提供了重要信息。但有关花岗岩的地球化学特征、成因机制及构造属性仍缺乏全面了解，对南天山洋闭合时限的认识也存在较大分歧，多数学者认为南天山造山带的碰撞时间为晚古生代[1519]，但也有部分学者认为南天山造山带的碰撞时间为三叠纪[2022]。前人对景汗花岗质岩体东段进行了岩相学及岩石地球化学研究，认为该花岗岩为I型花岗岩，形成于由挤压向伸展环境转变的碰撞后碰撞造山期[23]，但其年代学和岩体成因机制等研究相对薄弱。因此，本文在新疆和硕克尔古提一带1∶5万区域地质调查的基础上，对景汗花岗质岩体开展了系统的野外地质调查、岩石学、岩石地球化学和锆石UPb年代学研究，探讨其成因机制、构造环境及形成时代，从而为全面认识南天山西段晚古生代的构造岩浆作用提供了新的岩石学依据。

1地质背景

研究区位于新疆和硕县北部克尔古提—乌什塔拉一带，以中天山南缘断裂为界，南部属于南天山造山带，出露早泥盆世阿尔皮什麦布拉克组、中泥盆世阿拉塔格组和景汗花岗质岩体。泥盆系变质变形强烈，褶皱发育，片理化明显，局部形成强片理化带。景汗花岗质岩体侵入泥盆系中，变质变形不发育。北部为中天山地块，出露晚志留世、晚泥盆世中酸性侵入岩，中奥陶世中基性侵入岩零星产出，岩石均变质变形强烈，以片麻岩化为主，多呈NW向、SE向，局部形成糜棱岩化带（图1）。

2岩体特征

21野外地质特征

景汗岩体属于中酸性酸性侵入岩，呈岩基产出，面积超过1 000 km2。岩体成SEE向展布，长轴方向与区域构造线基本一致。岩体侵入于中泥盆世阿拉塔格组与早泥盆世阿尔皮什麦布拉克组，侵入接触面较平直，内接触带有宽05～2.0 m的冷凝边，并发育较多的围岩捕虏体，捕虏体均平行于接触面走向分布（图2（a）），围岩主要为变质砂岩和碳酸盐岩。变质砂岩角岩化明显，角岩带宽10～30 m;碳酸盐岩具强烈大理岩化，形成块状粗晶结构，局部见矽卡岩化。岩体内部闪长质包体较发育，呈椭圆形、透镜状及水滴状，大多数包体与寄主岩的界线明显，少数呈过渡关系，部分钾长石斑晶骑跨于包体与寄主岩之间（图2（b））。景汗岩体是典型的复式岩体，有较明显的成分与结构演化序列，岩性以二长花岗岩、石英二长闪长岩和二云母花岗岩为主，三者之间呈脉动接触关系（图2（c））。石英二长闪长岩与二云母花岗岩分别为岩体早期侵入体和补充期花岗岩，均呈岩滴状零星分布。

22岩相学特征

（1）二长花岗岩。浅灰色，似斑状结构，块状构造，斑晶主要由钾长石和斜长石构成（图2（d））。斜长石呈半自形板柱状，粒径18～40 mm，含量约25%;钾长石呈半自形宽板状，粒径12～35 mm，含量约10%。基质由斜长石、钾长石、石英、黑云母构成，具有中细粒花岗结构，含少量副矿物。

（2）石英二长闪长岩。新鲜岩石为灰色，风化面呈深灰色，中细粒似斑状结构（图2（e）），块状构造，主要由斜长石、钾长石、石英、角闪石和黑云母组成。斜长石呈半自形板状，粒径一 般为1～2 mm，部分为2～4 mm，含量约53%;钾长石呈半自形板状，粒径1～3 mm，含量约19%。石英呈它形粒状，含量约12%。暗色矿物以黑云母、角闪石为主，含量约12%。副矿物主要有磁铁矿、磷灰石、锆石等。

（3）二云母花岗岩。灰白色，中细粒半自形粒状结构，块状构造，主要由斜长石、正长石、石英、黑云母、白云母组成。斜长石呈半自形板状，粒径一般为1～3 mm，含量约43%;钾长石呈半自形板状，粒径1～3 mm，含量约20%;石英呈它形粒状，填隙状分布，粒径05～2 mm，含量约25%;黑云母呈鳞片状，粒径05～1 mm，含量约4%。白云母呈鳞片状，粒径05～1 mm，含量约3%（图2（f））。

3分析方法

在研究区采集了2件二长花岗岩样品（编号分别为D5028和0843）用于锆石UPb定年分析，具体采样位置见图1（c）。样品在河北省廊坊市诚信地质服务有限公司粉碎并挑选锆石，在双目镜下选取透明、无裂隙的锆石并制成环氧树脂靶，经抛光至锆石中心部位出露，运用扫描电子显微镜进行锆石阴极发光（CL）图像照相，依据CL图像挑选合适的部位进行锆石UPb年龄测定。

锆石UPb定年在中国地质大学（武汉） 地质过程与矿产资源国家重点实验室采用LAICPMS仪器完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005， ICPMS为Agilent 7500 a。激光剥蚀过程中载气为氦气，氩气作为补偿气以调节灵敏度，在进入ICP之前两种气体通过一个T型接头混合。少量N2被加入到等离子体中心气流（Ar+He）中，用于提高仪器灵敏度，降低检出限，改善分析精密度[30]。每个时间分辨分析数据中包括了50 s左右的样品信号段和20～30 s左右的空白信号段。对分析数据的离线处理（样品和空白信号选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及UThPb同位素比值和年龄计算） 采用软件ICPMS DataCal完成[3133]。

全岩主量与微量元素分析测试在新疆地矿局第三地质大队实验室完成测试。主量元素采用硅酸盐银坩埚系统分析湿法完成测试，微量和稀土元素采用电感耦合等离子体质谱法测试完成，分析精度符合《DZT 0130—2006地质矿产实验室测试质量管理规范》[34]要求。

4测试结果

41锆石UPb年龄

研究区2件花岗岩样品的LAICPMS锆石UPb定年结果见表1，相应的锆石UPb年龄谐和图如图3所示。二长花岗岩（编号：D5028）获得11个有效分析测试点数据，被测锆石呈长柱状或短柱状自形晶，长宽比为15∶1～2∶1。样品锆石CL图像显示较清晰的振荡环带，且大多数锆石的Th/U值> 03（表1），指示其岩浆成因，被测锆石的206Pb/238U年龄大多分布在295～318 Ma之间，经计算获得的年龄加权平均值为3113 ± 44 Ma（图3（a））。二长花岗岩（编号：0843）获得21个有效分析测试点数据，被测锆石呈短柱状，CL图像具明显核边结构，振荡环带发育。由于核部区域相对较小，本次测试分析点主要集中在边部。大部分锆石年龄较年轻，其Th/U值相对较高，均>05（表1），指示锆石为岩浆成因。206Pb/238U年龄集中在280～306 Ma（图3（b）），经计算获得加权平均年龄为2972 ± 42 Ma。

由锆石UPb定年分析结果可知，景汗花崗质岩体的形成时代为（3113 ± 44）～（2972 ± 42） Ma，这与其西侧同一构造背景的铁列克岩体（306 Ma）和盲起苏岩体（297～304 Ma）的侵位时间大体一致。

42地球化学特征

对景汗岩体14件样品进行了主量、微量和稀土元素分析，分析结果及特征参数见表2。

421主量元素

景汗岩体是一套中酸性酸性岩石，SiO2含量

为5420%～7422%，富FeO、P2O5，贫Na2O、Al2O3、CaO， CIPW标准矿物中不含刚玉，铝饱和指数（A/CNK）为077～107，属准铝弱过铝质侵入岩。石英二长闪长岩（DI=4533 ～7624，SI=1222～3093）、二长花岗岩（DI=7146～8927，SI=400 ～1273）、二云母花岗岩（DI=8802～9348，SI=032～373）分异指数（DI）和固结指数（SI）显示岩石结晶分异程度越来越高。

景汗岩体全碱（ALK）含量为512%～925%，莱特碱度率AR为155～382，里特曼指数σ为185～ 340，属钙碱性系列岩石。由ARSiO2关系图解（图4（a））可知，样品投影点均落在钙碱性碱性范围内。由SiO2K2O关系图解（图4（b））可以进一步判断景汗岩体属于高钾钙碱性系列。由景汗花岗质岩体主量元素Harker图解（图5）可知，随着SiO2含量升高，SiO2与Al2O3 、MgO、CaO、TiO2、FeO、P2O5呈明显的负相关，SiO2与K2O呈明显的正相关，SiO2与Na2O相关性不明显。

422稀土及微量元素

景汗岩体球粒陨石标准化稀土元素配分曲线如图6（a）所示。石英二长闪长岩稀土元素总量偏高，∑REE 为（204～265）×10-6，轻稀土元素富集，LREE/HREE 为 1037～1379，（La/Yb）N为1298～2561，稀土元素配分曲线右倾，Eu有弱的负异常（δEu=054～093）。二长花岗岩稀土元素总量偏高，∑REE 为（115～288）×10-6，轻稀土元素富集，LREE/HREE 为 674～1614，（La/Yb）N为656～2916，稀土元素配分曲线右倾，Eu有弱的负异常（δEu=056～086）。二云母花岗岩稀土元素总量偏低，∑REE为 （44～104）×10-6，轻稀土元素富集，重稀土元素变化较大，（La/Yb）N为 183～4475，稀土元素配分曲线呈右倾或呈“海鸥式”，Eu有较弱的负异常（δEu=059～084）。景汗花岗质岩体铕负异常较弱，δEu为054～093，表明岩浆源区有少量的斜长石残留或岩浆演化过程中斜长石发生过较弱的分离结晶作用。

景汗岩体原始地幔标准化微量元素蛛网图如图6（b）所示。与同类岩石微量元素丰度[3637]相比，景汗岩体大多数微量元素接近中国晚石炭世中酸性酸性岩元素丰度，富集大离子亲石元素Rb、Th、U，贫高场强元素Ta、Nb、Ti，石英二长闪长岩（Rb/Sr=010～074， Rb/Ba=011～048）、二长花岗岩（Rb/Sr=043～284， Rb/Ba=012～088）、二云母花岗岩（Rb/Sr=168～440， Rb/Ba=046～623）的Rb/Sr、Rb/Ba值明显增高，暗示岩浆分异演化程度越来越高。

5讨论

51成因

前人对景汗岩体东段进行了相关研究，认为其岩相和岩性单一，为I型花岗岩，形成于由挤压向伸展环境转变的碰撞后碰撞造山期[23]。本次对景汗岩体西段进行调查，发现其岩相及岩性较复杂，但成因及构造环境与岩体东段大致相同。景汗岩体中石英二长闪长岩、二长花岗岩和二云母花岗岩密切共生，在Harker图解（图5）中，SiO2与主要氧化物之间多具有良好的相关性，指示它们具有成因联系，可能为同源岩浆演化系列产物。

景汗岩体的铝饱和指数为077～ 107，属准铝质—弱过铝质花岗岩类。CIPW标准矿物计算结果表明，大部分样品含透辉石标准分子，Na2O含量为273%～679%。原始地幔标准化微量元素蛛网图（图6（b））中Nb、Ta亏损明显;球粒陨石标准化稀土元素配分曲线图（图6（a）中，曲线均向右倾，轻稀土元素较富集，与I型花岗岩相似，不同于S型花岗岩 “海鸥型”稀土元素配分型式和强过铝质特征，与M型花岗岩的岩石学、地球化学特征及A型花岗岩高SiO2含量、显著负铕异常特征也不同，岩相学观察显示副矿物为榍石，未见堇青石、红柱石等过铝质矿物，这也与I型花岗岩相似。在Harker图解（图5）中，P2O5与SiO2呈明显负相关，进一步佐证其为I型花岗岩。综上所述，景汗岩体应为准铝弱过铝质高钾钙碱性I型花岗岩。

在研究区乃至整个南天山造山带内，花岗岩类岩石的体积远大于辉长质岩石，因此，景汗岩体不可能是以辉长岩为代表的基性岩浆分离结晶的产物。根据La与Sm在固液相的分配系数可以对成岩过程进行鉴别，若岩石分布趋势线呈斜线则为部分熔融成因;

若岩石分布趋势线呈水平线则为分离结晶成因，景汗岩体在LaLa/Sm关系图中均呈斜线分布（图7（a）），表明它们应为地壳部分熔融成因。此外，石英二长闪长岩SiO2含量偏低，表明可能有幔源物质参与。因此，景汗岩体可能为地壳受到幔源岩浆影响而重熔，并与幔源岩浆发生混合。野外可见岩体中普遍出现闪长质包体，多呈椭圆形、透镜状或水滴状的塑变形态，大多数包体与寄主岩界线清晰，少数呈过渡关系，部分钾长石斑晶骑跨于包体与寄主岩之间。岩相学特征显示，闪长质包体具有典型的火成岩结构，表明镁铁质包体岩浆与寄主长英质岩浆发生了混合作用，MgOTFeO關系图解（图7（b））也显示岩浆混合趋势。岩石具有较弱的负铕异常，表明源区残留物中有少量斜长石。除1个样品Y/Yb值为385外，其余样品Y/Yb值均约为10，说明岩浆源区残留物主要为角闪石，景汗岩体的源区残留相主要是角闪石+斜长石。

综上所述，景汗岩体为地壳部分熔融成因，与幔源基性岩浆发生过混合作用，源区残留相主要是角闪石+斜长石。

52构造环境及地质意义

碰撞后碰撞花岗岩类属于中—高钾钙碱性系列和钾玄岩系列，加厚地壳在不断减压过程中发生部分熔融形成高钾钙碱性岩浆，岩石类型包括石英二长岩、花岗闪长岩和二长花岗岩，属钙碱性岩系，暗色矿物为黑云母和普通角闪石，铝饱和指数不高[4043]。景汗岩体岩石类型为石英二长闪长岩、二长花岗岩，属于准铝质弱过铝质高钾钙碱性花岗岩，矿物组合与碰撞后碰撞花岗矿物组合一致。

在构造环境判别图解（图8）中，景汗岩体样品点投影于岛弧花岗岩与后碰撞花岗岩区，但在原始地幔标准化微量元素蛛网图（图6（b））上， Ba 并不富集，且Ba/Th值<53，说明俯冲带流体对岩浆源区贡献不明显，景汗岩体为后碰撞花岗岩可能性更大。岩体具有较弱的Eu负异常，δEu值为054 ～093，平均值为075。研究表明[45]，无负Eu异常的中酸性火成岩标志着加厚陆壳的存在，或代表具有山根的造山带环境，其形成于加厚陆壳的底部或造山带山根的底部。在R1R2构造环境判别图解（图9）中，景汗岩体样品点均落入碰撞后碰撞区，进一步证明景汗岩体形成于碰撞后碰撞构造环境。

朱志新等[47]认为南天山造山带在晚石炭世—早二叠世，塔里木板块与伊犁—哈萨克斯坦板块发生对接、碰撞。伴随地壳缩短、加厚， 陆壳重熔形成了同碰撞花岗岩，如铁列克岩体和盲起苏岩体[11，25]。景汗岩体与铁列克岩体和盲起苏岩体具有相似的地球化学特征，表明它们均形成于陆陆碰撞构造环境。根据研究区构造变形特征，景汗岩体围岩阿拉塔格组与阿尔皮什麦布拉克组发育大量NW向强片理化带、韧性剪切带、紧闭同斜褶皱、剑鞘褶皱、剪切褶皱等，表明围岩参与了强烈的碰撞造山作用。景汗岩体沿碰撞带呈带状分布，未出现明显的构造变形，表明其侵位晚于主碰撞期，形成于碰撞晚期后碰撞阶段。因此，推断南天山晚古生代残余洋盆在晚石炭世闭合。

6结论

（1）景汗岩体LAICPMS锆石UPb年龄为（3113±44） Ma～（2972±42） Ma，形成于晚石炭世。

（2）景汗岩体具有高钾钙碱性系列Ⅰ型花岗岩特征，岩浆源自地壳部分熔融，并与幔源基性岩浆发生混合作用，源区残留相主要是角闪石+斜长石。

（3）景汗岩体形成于塔里木板块与伊犁—哈萨克斯坦板块碰撞造山作用晚期，属碰撞晚期后碰撞构造环境岩浆活动的产物，推断南天山晚古生代残余海盆闭合时间为晚石炭世。

致谢：本文属于“新疆和硕县克尔古提一带1∶5万区域地质调查”项目组集体成果。成文过程中得到了江西省地质调查研究院张芳荣教授级高级工程师、南京大学邱检生教授及孙俊俊博士的悉心指导，在此表示感谢！

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