西昆仑北缘奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩LA- ICP-MS锆石U-Pb年代学、成因及构造环境

朱泉龙 邱瑞照 陈金勇 祁翼 周肃 王生云 高鹏

摘  要：為进一步明确西昆仑北缘斜长花岗岩成因和构造环境，以奥依塔克-盖孜一带出露的斜长花岗岩为研究对象，进行岩石学、U-Pb年代学和地球化学方面研究。该区花岗岩侵入于下石炭统中基性火山-沉积岩和中元古代赛图拉群中，岩石组合为：中粗粒花岗闪长岩、细粒英云闪长岩、石英闪长岩、奥长花岗岩，岩石类型间有明显细粒冷凝边。通过对区域内斜长花岗岩进行锆石U-Pb定年，获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（337.7±9） Ma，指示为早石炭世岩浆活动产物。奥依塔克地区斜长花岗岩为“I”型花岗岩，富集大离子亲石元素Rb，Th，U，Pb等，亏损Nb，Ta，Sr，Ti等元素，具岛弧岩浆基本特征。研究表明，该斜长花岗岩来源于年轻的底侵玄武质岩浆，经部分熔融形成，形成环境为岛弧构造环境。

关键词：奥依塔克-盖孜;斜长花岗岩;岩石地球化学;岩石成因;构造环境

西昆仑造山带位于青藏高原北缘西段，隶属于中国大陆中央造山带最西端。前人以库地苏巴什蛇绿岩带、麻扎康西瓦蛇绿岩带为界，将其划分为西昆仑北地体、西昆仑南地体和塔什库尔干甜水海地体[1]。西昆仑北地体沿库地苏巴什蛇绿岩带与西昆仑南地体发生拼合，缝合带内发育大量古生代花岗岩 （图1-a），位于西昆仑北缘的奥依塔克-盖孜一带花岗岩为其重要组成部分。前人对该区域内斜长花岗岩归属与成因一直存在争议。有观点认为西昆仑西北缘斜长花岗岩属库地-苏巴什蛇绿岩带[2-5]，但河南省地质调查院在该地区未发现典型蛇绿岩组合?，该调查结果得到众多学者证实[6-9]。Jiang等认为其属于“上俯冲带型”洋脊花岗岩，是洋内弧俯冲环境下拉斑质玄武岩结晶分异的产物[5];康磊等通过对西昆仑北地体东北缘花岗岩进行地球化学和Sr-Nd-Hf 同位素研究，认为该区花岗岩是在弧后盆地伸展裂解环境下新生镁铁质洋壳夹杂着盆地沉积物发生部分熔融的产物[8];张传林认为奥依塔克斜长花岗岩产于大陆裂谷环境，是对天山地幔柱活动的响应，为原始岩浆经强烈结晶分异作用并侵入中上地壳形成[6];李广伟通过对奥依塔克斜长花岗岩锆石U-Pb年龄和Hf同位素研究，也有相同认识[7]。本文对岩体内斜长花岗岩进行岩相学，年代学，岩石地球化学特征研究，为进一步明确西昆仑北缘斜长花岗岩成因和构造环境特征提供重要依据。

1  地质背景

奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩侵入于下石炭统中基性火山-沉积岩和中元古代赛图拉群中（图1-b）。该区域花岗岩发生较强的韧性剪切作用，片理化发育，蚀变强烈。岩体与围岩侵入界限清晰，构造破碎边界常见围岩捕虏体，岩体边缘因混染色调变深，围岩发生褪色（图2-a）。岩体内侵入岩类型较多，岩性复杂，主要以中酸性侵入岩为主。岩石类型主要包括中粗粒花岗闪长岩、细粒英云闪长岩、石英闪长岩、奥长花岗岩及花岗闪长岩、英云闪长岩、奥长花岗岩。花岗闪长岩西侧为中细粒、细粒云英闪长岩。石英闪长岩主要位于盖孜河附近，各岩性边界常见渐变冷凝边，岩体内见有闪长质包体 （图2-b，c）。奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩镜下特征：岩石具半自形粒状结构。矿物成分：斜长石（Pl）为80%，自形、半自形板状，见有环带状构造和卡钠复合双晶发育，板长0.3～2.5 mm，杂乱分布。晶粒普遍为不均匀的钠黝帘石化及绢云母化，晶粒表面较浑浊。石英（Q）为15%，他形粒状，粒径0.1～2 mm，分布于斜长石间。多具较强的波状消光。角闪石 （Hbl）小于5%，被绿帘石及绿泥石交代，部分保留原矿物的柱状晶体假象，柱长0.5～1.7 mm，部分晶体轮廓不明显。不透明矿物：微量，粒状，粒径0.05～0.1 mm，零星分布在角闪石附近 （图2-d～f）。

2  U-Pb定年

用于锆石U-Pb定年的样品采于盖孜河附近（38°49′44″N，75°28′20″E），样品新鲜，编号WY08-1。LA–ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测定分析在天津地质矿产研究所同位素实验室完成。用于定年锆石的样品，韵律环带清晰，长宽比1.5∶1～4∶1。Th/U比值大于0.4（表1），具典型岩浆成因锆石特点（大于0.1）[11]。

样品中有效的18个测点显示，有一个点206Pb/238U年龄为285 Ma，可能代表了后期热事件年龄。剔除该点后，其余17个点的206Pb/238U年龄为330～350 Ma。样品加权平均年龄为（337.7±9）Ma（MSWD=0.46），代表斜长花岗岩侵位时代（图3-a，b）。

3  岩石地球化学

岩石主、微量元素加工和分析在中国地质科学院地球物理化学勘查研究所分析测试中心完成。其中微量元素和稀土元素含量采用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）完成，详细实验方法及流程见文献[12-13]。分析结果见表2。

奥依塔克地区花岗岩在主量元素组成上具高硅、富铝富钠和低碱特征，SiO2含量67.18%～79.10%，平均74.22%;Al2O3含量11.91%～14.26%，平均12.58%;Na2O含量4.41%～5.00%;K2O+Na2O为4.54%～6.27%，平均5.17%;K2O/Na2O平均为0.09;P2O5为0.01%～0.16%，平均0.06%;A/NK比值1.39～1.89，A/CNK比值0.98～1.12。在TAS图解中，7件样品均落入花岗岩区域，仅一个样品落入花岗闪长岩区域（图4-a）[14]。通过CIPW标准矿物计算，An-Ab-Or分类图解中，仅一个样品落入英云闪长岩区域，其余样品均落入奥长花岗岩区域（图4-b），在A/NK-A/CNK图解中样品均落入弱过铝质及附近区域（图4-c）[15]。

奥依塔克-盖孜地区花岗岩稀土总量较低，ΣREE为73.01×10-6～137.24×10-6，LaN/YbN为0.65～1.48，在样品元素分布图上整体趋于平坦（图5-a，b）[16];δEu为0.16～0.92，具强的负Eu异常。样品相对富集大Th，U，Pb，明显亏损Nb，Ti，Sr和P。5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259

4  讨论

4.1  岩石类型

奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩（K2O+Na2O）范围为4.54%～6.27%，Ga/Al小于2.77，Zr+Nb+Ce+Y小于231.68×10-6。这些特性明显区别于“A”型花岗岩（Ga/Al大于2.60和Zr+Nb+Ce+Y含量大于350×10-6）的特征[19]。该区花岗岩缺少碱性长石，主要暗色矿物为角闪石（小于10%），样品A/CNK比值大多小于1.1，表明奥依塔克地区花岗岩不属于“S”型花岗岩。因此，奥依塔克地区花岗岩最有可能为“I”型花岗岩，且富集大离子亲石元素Rb，Th，U，Pb 等，亏损 Nb，Ta，Sr，Ti等元素，符合岛弧岩浆基本特征。奥依塔克地区花岗岩具低K2O、高Yb，Y，Lu、低Rb含量、高K/Rb比值、低的Sr87/Sr86及正的εNd（t）值特征[6] ，与大洋斜长花岗岩具相似的地球化学特征。可能反映了原始岩浆部分熔融条件及源区岩石地球化学属性。综上，奥依塔克地区花岗岩为具大洋斜长花岗岩地球化学特征的“I”型花岗岩。

4.2  岩石成因

目前斜长花岗岩成熟的理论模型主要有3种类型：①洋脊玄武质岩浆结晶分异模型[20-22];②岩浆不混溶模型[23-24];③部分熔融模型[25-26]。

野外调查在奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩中除发现闪长岩包体，并未见到其他高镁铁质包体，同时镜下也未观察到其他包体，表明奥依塔克斜长花岗岩不是形成于岩浆的混合作用[27]。前人通过对奥依塔克地区斜长花岗岩Sm-Nd、Lu-Hf同位素研究，Nb二段模式年龄为470～580 Ma、Hf二段模式年龄为372.4 Ma，均明显大于该区斜长花岗岩成岩年龄 337.7 Ma。同时该区斜长花岗岩具相对高的正εNd（t）值（大于6.23）和正εHf（t）值（大于12.5），表明该区斜长花岗岩来源于年轻的底侵玄武质岩浆或亏损地幔物质[6，8，28]。据英吉沙县幅1∶25万地质调查报告，奥依塔克-盖孜地区花岗岩侵入于下石炭统中基性火山-沉积岩和中元古代赛图拉群中，表明奧依塔克-盖孜斜长花岗岩不可能由洋中脊玄武岩岩浆直接结晶分异出来。

Brophy通过实验岩石学模拟实验表明，玄武质岩石和斜长花岗岩元素稀土元素La，Yb与SiO2的变异关系为判别斜长花岗岩是分离结晶还是部分熔融形成的依据[29]。若斜长花岗岩由玄武质岩石部分熔融形成的岩浆结晶而成，随着SiO2含量增加，La，Yb含量基本保持不变;如斜长花岗岩是由大洋中脊玄武质岩浆经分离结晶形成，则随着玄武质岩石结晶的分离作用，La，Yb元素含量逐渐升高。前人通过对乌鲁阿特组玄武岩年代学研究获得年龄332～343 Ma[28，30]1，该年龄与奥依塔克斜长花岗岩年龄（337.7±9） Ma相近。在稀土元素分布图解上，奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩与西昆仑北缘乌鲁阿特组玄武岩分布曲线趋于一致（图5-a）。在La-SiO2、Yb-SiO2图解中（图6-a，b），奥依塔克斜长花岗岩中La，Yb 含量随SiO2含量升高仅有十分微弱的上升。综上，奥依塔克大洋斜长花岗岩可能是由乌鲁阿特组玄武岩在部分熔融作用过程中伴随微弱的结晶分异作用形成。

4.3  构造环境

前人对研究区晚古生代斜长花岗岩形成环境一直存在争议[5-9]。奥依塔克地区斜长花岗岩具低Al2O3、K2O和富Na2O地球化学特征，微量元素含量与具传统大洋斜长花岗岩相似地球化学特征。但Nb，Ta，Ti元素具强烈负异常，表明花岗岩形成过程中有流体参与，斜长花岗岩的形成可能与俯冲带相关。相对低的Zr含量（85.92×10-6～154×10-6），表明它们不可能形成于大洋中脊。奥依塔克地区斜长花岗岩富集大离子亲石元素Rb，Th，U，Pb等，亏损Nb，Ta，Sr，Ti等元素，符合岛弧岩浆基本特征。在Ta-Yb、Nb-Y图解中（图7）[31]，奥依塔克地区斜长花岗岩完全落入火山弧与大洋斜长花岗岩过渡区域，远离板内花岗岩，因此认为奥依塔克-盖孜地区斜长花岗岩形成于岛弧构造环境中。

5  结论

（1） 西昆仑奥依塔克-盖孜一带出露的斜长花岗岩，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（337.7±9） Ma，表明其形成于石炭纪，岩石类型为“I”型花岗岩。

（2） 通过野外地质调查、岩石地球化学研究及区域地质研究，认为奥依塔克-盖孜一带石炭纪斜长花岗岩由乌鲁阿特组玄武岩部分熔融形成，结晶分异作用对其产生一定影响。该区斜长花岗岩形成于岛弧构造环境。

参考文献

[1]    潘裕生，伟明，荣华.西仑山早古生代地质特征与演化.中国科学（D辑），1996，6（4）：302-307.

[2]    丁道贵，王道轩，刘伟新.西昆仑造山带与盆地[M].北京：地质出版社.1996.

[3]    姜耀辉，芮行健，贺菊瑞，等.西库仑山加里东期花岗岩类构造的类型及其大地构造意义[J].岩石学报，1999，15（1）：105-115.

[4]    姜耀辉，邴行健，郭坤一，等.西昆仑造山带花岗岩形成的构造环境[J].地球科学.2000，21（1）：23-25.

[5]    Jiang Y H，Liao S Y，Yang W Z，et al.An island arc origin of plagiogranites at Oytag，western Kunlun orogen，northwest China：SHRIMP zircon U-Pb chronology，elemental and Sr-Nd-Hf isotopic geochemistry and Paleozoic tectonic implications[J]. Lithos，2008，106（3-4）：323-335.5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259

[6]    张传林，于海峰，叶海敏，等.塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩：年龄、地球化学特征、成岩作用及其构造意义.中国科学（D辑），2006，36（10）：881-893.

[7]    李广伟，方爱民，吴福元，等.塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩石U-Pb年龄和Hf同位素研究[J]. 岩石学报，2009，25（1）：166-172.

[8]    康磊，校培喜，高晓峰，等.西昆仑西北缘大洋斜长花岗岩带的岩石地球化学特征、成因及其构造环境[J].岩石学报，2015，（9）：2566-2582

[9]    高晓峰，校培喜，康磊，等.西昆仑大同西岩体成因：矿物学、地球化学和锆石U-Pb年代学制约. 岩石学报，2013，29（9）：3065-3079.

[10]  慕生禄.西昆仑昆盖山火山岩构造环境与典型矿床研究[D].中国科学院研究生院（广州地球化学研究所），2016.

[11]  Belousva E A.，Griffin W L，OReilly S Y. Igneoous zircon：Trace elemeng composition as an indicator of source rock tupe[J].Contrib.Mineral.Petrol.， 2002，143：602-620.

[12]  Gao S，Liu X M，Yuan H I，et al.Determination of forty-two major and trace Elements in USGS and NIST SRM glasses by laser Ablation inducitely Coupled Plasma-mass Spectrometry [J]. Journal of Ueostandards and Ueoanalysis，2002，26：191-196.

[13]  Zhang H F，Gao S，Zhong Z Q，et al.Geochemical and Sr-Nd-Pb isotopic  Compositions  oI C'retaceous straints on Tectonic framework and crustal Granitoids Constructure of the Dabieshan ultrahigh pressure metamorphic belt，China [J].Chemical Ueology，2002，186：281-299.

[14]  Middlemost E A K.Naming materials in the magma/igneous rock system[J].Earth-Science Reviews，1994，37（3-4）：0-224.

[15]Maniar P D，Piccoli P M.Tectonic discrimination of granitoids[J].Geological Society of America Bulletin，1989，101（5）：635-643.

[16]  Sun， S S，McDonough W F.Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts：Implications for mantle composition and processes[J].Geological Society London Special Publications，1989，42（1）： 313-345.

[17]  計文化，陈守建，李荣社，等.西昆仑奥依塔格石炭—二叠纪岩浆岩：弧后盆地的产物？[J].岩石学报，2018，（1）：23-25.

[18]  朱泉龙.西昆仑昆盖山北坡乌鲁阿特组火山岩特征及年龄约束[D].中国地质大学（北京），2018.

[19]  Rapp R.P.Reaction between slab-derived melts and peridotite in the mantle wedge：experimental constraints at 3.8 GPa.Chem Geol，1999，160，335-356.

[20]  Coleman R G， Donato M M.Oceanic Plagiogranite Revisited[M].Trondhjemites，Dacites，and Related Rocks，1979.

[21]  Arth J C，Barker F，Peterman Z E，riedman I. Geochemistry of the Gabbro-Diorite-Tonalite-Trondhjemite Suite of southwest Finland and its Implications for the Origin of Tonalitic and Trondhjemitic Magmas[J].Journal of Petrology，1978，19，289-316

[22]  Hunter D R，Barker F，Millard H T.The geochemical nature of the Archean Ancient Gneiss Complex and Granodiorite Suite， Swaziland：a preliminary study[J].Precambrian Research，1978，7（2）：105-127.5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259

[23]  Natland JH，Dick HJB，Miller DJ et al.Proceedings of the Ocean Drilling Program. College Station， Science Research，2002，1-69

[24]  Shastry A，Srivastava R K，Chandra R，et al. Geochemical characteristics and genesis of oceanic plagiogranites associated with south Andaman ophiolite suite，India： a late stage silicate liquid immiscible product[J].Journal of the Geological Society of India，2002，59：233-41.

[25]  Malpas J.Two contrasting trondhjemite associations from transported ophiolites in western Newfoundland：Initial report.In：Barker F （ed.）.Trondhjemites，Dacites，and Related Rocks[J].Amsterdam：Elsevier，1979，465-487.

[26]  Pedersen R B and Malpas J.The origin of oceanic plagiogranites from the Karmoy ophiolite，   western Norway[J].Contrib.Miner-al.Petrol.，1984， 88：36-52.

[27]  肖慶辉.花岗岩研究思维与方法[M].地质出版社，2002.

[28]  孙海田，李纯杰，吴海.西昆仑金属成矿省概论[M].北京：质出版社，2003.

[29]  Brophy J G.La-SiO2 and Yb-SiO2 systematics in mid-ocean ridge magmas： Implications  for  the origin of oceanic plagiogranite. Contributions to Mineralogy and Petrology，2009，158 （1）：99-111.

[30]  刘向东.西昆仑昆盖山北坡晚古生代火山岩地球化学特征及其地质意义[D].北京：中国地质大学（北京），2014.

[31]  Pearce J A，Harris N B W，Tindle A G. Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks[J].Journal of Petrology，1984，25：956-983.

LA-ICP-MS Zircon U-Pb Geochronology， Petrogenesis and Tectonic Setting of Oytag-Gaizi Plagiogranites in the Northern Margin

of West Kunlun

Zhu Quanlong1， Qiu Ruizhao2， Chen Jinyong1， Qi Yi3， Wang Shengyun1， Zhou Su 4， Gao Peng5

（1.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing，100029， China;Jiangsu environmental science and Technology Co.，Ltd.Jiangsu 100029， China;2.Development and Research Center， China Geological Survey， Beijing，100037， China;3.abcabc 4.Institute of Earth Sciences， China University of Geosciences （Beijing）， Beijing 100083，

China;5.Institute of Geology and Mineral Resources， Xinjiang Uygur Autonomous Region，

Urumqi，Xinjiang，830000，China）

Abstract ：In order to further clarify the genesis and tectonic environment of granite in the northern margin of West Kunlun. This study focuses on the plagiogranite exposed in Oytag-Gaizi area， and by Petrology， U-Pb chronology and geochemistry， we suggest that the plagiogranite intruded in the lower Carboniferous middle-basic volcanic-sedimentary rocks and the Mesoproterozoic Setura Group in this area， with rock assemblages of medium-coarse-grained granodiorite， fine tonalite， quartz diorite， and fine grained minerals as chilled edges can be observed between them. The result of LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of plagiogranite shows that it formed at 337.7±9 Ma. This means that plagiogranite is the product of Early Carboniferous magmatic activity. The plagioclase granite exposed in the Oytag-Gaizi area is type I granite， which has the characteristics of high silicon， rich aluminum and low alkali. The total amount of rare earth is low， and the overall has a strong negative Eu anomaly. The sample is rich in large ion lithophile elements Rb， Th， U， Pb， and depleted in Nb， Ta， Sr， Ti and other elements， which has the basic characteristics of island arc magma. The study shows that the plagioclase granite comes from young underplating basaltic magma and it is formed by partial melting in an island arc tectonic environment.

Key word： Oytag - Gaizi; Plagiogranite; Petrogeochemistry; Petrogenesis; Tectonic setting5B65C9AF-E5D3-47E8-BA69-4F5E7B211259