南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

2022-08-02刘传朋邓俊刘同李兆营梁成姚永林张勇王凯凯

地质论评 2022年4期

刘传朋，邓俊，刘同，李兆营，梁成、姚永林，张勇，王凯凯

1)山东省第七地质矿产勘查院，山东临沂，276006；2)山东省金刚石成矿机理与探测重点实验室，山东临沂，276006

内容提要: 乌祖尔恩布拉格花岗岩位于南天山造山带东段，其对于研究古生代南天山洋盆的闭合时限及南天山造山带构造演化具有重要意义。笔者等对南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩进行了锆石 U-Pb 年代学、岩石地球化学研究。锆石U-Pb定年结果显示，2个样品的锆石U-Pb年龄为291.2±2.9 Ma和284.9±3.7 Ma，表明乌祖尔恩布拉格花岗岩形成于早二叠世。地球化学特征表明，乌祖尔恩布拉格花岗岩具有高硅，富含铝和碱，而钙、镁、铁、钛和磷含量低的特点，属于高钾钙碱性 I 型花岗岩；微量元素富集大离子亲石元素和轻稀土，亏损高场强元素(Nb、Ta、P、Ti)，具有中等的负铕异常(δEu = 0.27～0.87)，且Sr、Ba也显示明显的亏损特征。乌祖尔恩布拉格花岗岩形成于后碰撞环境，表明至少在早二叠世，南天山洋盆东段已经闭合，南天山造山带在早二叠世由同碰撞构造环境向后碰撞构造环境演化。

中亚造山带作为全球最大的显生宙增生型造山带(Jahn et al., 2000)，经历了长期的、复杂的构造变形与地壳增生过程。晚石炭世—早二叠世是其构造转换的关键时期，构造背景仍然未达成共识(Xiao Wenjiao et al., 2008；Gao Jun et al., 2009；Long Lingli et al., 2011；Sang Miao et al., 2018；郭春涛等，2018)。南天山造山带是中亚造山带的重要组成部分，位于中亚造山带的西南部，北侧为中天山地块，南侧为塔里木克拉通(图1)。Xiao Wenjiao等(2008)认为塔里木板块为中亚造山带最后拼合的板块，所以南天山造山带对于限制塔里木最后拼合时限以及认识中亚造山带构造转换的关键时期的构造背景具有重要意义。

南天山造山带主体为一宽大的碰撞—增生—蛇绿混杂岩带，其形成与南天山洋的俯冲消减过程、塔里木地块与中天山地块沿中—南天山缝合线进行的碰撞造山过程密切相关(张斌等，2014)。近年来，南天山造山带的构造演化吸引了国内外很多学者的关注和研究(朱志新等，2009；张招崇等，2009；左国朝等，2011；黄河，2013；蔡东升等，1995；李双建等，2006；李锦轶等，2006；Han Baofu et al., 2011)，然而南天山洋的闭合时间仍然存有争议，主要存在4种认识：①泥盆纪(Charvet et al., 2011)；②石炭纪(李锦轶等，2006；朱志新，2007；何国琦等，2001；Allen et al., 1992；Wang Bo et al., 2011；Biske et al., 2010；Gao Jun et al., 2011；Su Wen et al., 2010)；③二叠纪(李曰俊等，2005；Windley et al., 1990；Bazhenov et al., 2003；Klemd et al., 2005)；④三叠纪(Xiao Wenjiao et al., 2009，2013；Brookfield, 2000；张立飞等，2005；肖文交等，2006)。

图1 南天山造山带大地构造简图(据Wang Xinshui et al.，2018修改)Fig．1 Simplified geological map showing the tectonic divisions of South Tianshan Orogen Belt and adjacent regions(modified from Wang Xinshui et al.，2018)Cz—新生界；Mz—中生界；Pz—古生界；Pre—前寒武系；gr—花岗质岩石；NTAC—北天山增生杂岩；KYB—哈萨克斯坦—伊犁地块；KNTS—吉尔吉斯北天山地块；CTB—中天山地块；STOB—南天山造山带；①—北天山断裂；②—Djalair—Nalman断裂；③—贴尔斯克依—那拉提山北坡断裂；④—中天山南缘断裂；⑤—塔里木北缘断裂Cz—Cenozoic Erathem；Mz—Mesozoic；Pz—Paleozoi；Pre—Precambrian；gr—granitoid；NTAC—North Tianshan Accretionary Complex；KYB—Kazakhstan—Yili Block；KNTS—Kyrgyz North Tianshan Block；CTB—Central Tianshan Block；STOB—South Tianshan Orogenic Belt；①—North Tianshan Fault；②—Djalair—Nalman Fault；③—Terskey—North Nalatl Fault；④—South Central Tianshan Fault；⑤— North Tarim Fault

前人对于南天山晚古生代花岗岩的研究主要聚焦在中西部，而对于南天山东部晚古生代花岗岩研究则比较薄弱，花岗岩浆事件时间和性质缺少总体的认识，这在一定程度上制约着对南天山造山带的构造演化全面认识。基于此，笔者等依托“新疆南天山东段大草湖一带1∶5万五幅区域地质矿产调查”项目，选择在南天山东段地区的乌祖尔恩布拉格花岗岩进行详细野外地质调查，通过岩石学、U-Pb年代学、地球化学研究，判别其时代及形成构造环境，以期为古生代南天山洋盆的闭合时限提供依据。

图2 南天山东段乌祖尔恩布拉格地区地质简图Fig．2 Geological sketch map of the Wuzur’ enbulage in the eastern section of South Tianshan Mountains

1 区域地质概况

研究区位于南天山造山带东段，出露地层主要为古生代地层，自下而上分别为石炭系甘草湖组、泥盆系阿拉塔格组、破城子组(图2)。甘草湖组为稳定陆台型滨海—浅海相碎屑岩沉积，岩性为砂岩、粗砂岩、砂砾岩偶夹火山碎屑岩；阿拉塔格组一段岩性主要为石英砂岩、泥质粉砂岩，阿拉塔格组三段主要岩性为杂色细砂岩、粉砂岩夹结晶灰岩、砾岩；破城子组一段岩性主要为砾岩、中细粒砂岩、粉砂岩等，二段为中粗粒—中细粒凝灰砂岩、灰绿色凝灰砂岩夹晶屑凝灰岩等。乌祖尔恩布拉格花岗岩位于研究区东北部，该岩体呈较大的岩基状沿北西—南东方向延伸，在研究区内东西长度约16 km，最大宽度约6.7 km，面积约94.8 km2，北东侧被第四系覆盖，边界不规则，呈港湾庄，岩体南西侧侵入于下石炭统甘草湖组，原生流动构造不明显，与围岩呈侵入接触关系，延伸方向与围岩地层的走向基本一致。岩体边部相带边界处不发育，残留围岩普遍因接触变质作用发生蚀变，形成矽卡岩和变砂岩等变质岩，围岩裂隙中常见被动侵位的小岩脉。岩石组合为中粗粒二长花岗岩、似斑状黑云母二产花岗岩以及中粗粒正长花岗岩，以前两者为主体，正长花岗岩多为小岩体或岩脉分布，三种花岗岩之间为渐变过渡的侵入接触关系。浅肉红色中粗粒二长花岗岩中钾长石矿物颜色较浅，含量与斜长石基本相当，岩体中发育晚期侵入的正长花岗岩脉；浅灰红色似斑状黑云二长花岗岩由于斜长石含量相对于钾长石明显增加，岩体整体颜色较浅，岩体中常见暗色闪长质岩石包体，包体多呈浑圆状，部分为不规则状，与围岩之间界限截然，发育冷凝边，包体直径多为10～100 cm，部分包体定向排列(图3e)。

2 岩石学特征

似斑状黑云二长花岗岩：浅灰红色，似斑状结构，块状构造，岩石主要矿物成分为钾长石(40%±)、斜长石(30%±)、石英(20%±)、黑云母(10%±)及少量角闪石，偶见不透明矿物。钾长石，粒度悬殊，斑晶5～15 mm，具简单双晶、微条纹双晶或无双晶，稀散分布，多在基质中，粒度0.5～5 mm，无双晶或具微条纹双晶，形态呈他形粒状，与其他矿物镶嵌分布。斜长石，粒度0.5～4.5 mm，形态呈半自形板状及板粒状，具聚片双晶，稀散分布于岩石基质中。石英，粒度悬殊，0.2～4 mm，形态呈他形粒状，较大颗粒略具波状消光，不均匀分布。黑云母，具浅褐黄色至暗棕色多色性，粒度一般1～4 mm，形态呈半自形至不规则片状，不均匀稀散分布。岩石中偶见粒度1～2 mm的角闪石及包含于黑云母内微粒不透明矿物。

图3 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩野外照片(a、c、e)和正交偏光特征照片(b、d、f)Fig. 3 Photographs of Outcrop-scale(a、c、e)and orthogonal polarization characteristics(b、d、f)of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of South Tianshan Mountains Pl—斜长石；Kf—钾长石；Q—石英；Bi—黑云母；Alt—褐帘石；Hb—角闪石Pl—plagioclase；Kf—potassium feldspar；Q— quartz；Bi— biotite；Alt—allanite；Hb—hornblende

二长花岗岩：浅肉红色，半自形中粗粒结构，块状构造，岩石主要矿物成分为钾长石(40%～45%)、石英(30%～35%)、斜长石(20%～25%)及少量黑云母、角闪石，偶见褐帘石。钾长石，无双晶或略具微条纹双晶，粒度1.5～9.5 mm，多大于5 mm，形态呈半自形至他形粒状或板粒状，多具条纹状或不均匀弱泥化，不均匀分布。石英，粒度悬殊，0.05～5 mm，形态呈他形粒状，集合体呈大小不等的团块状不均匀分布。斜长石，具细密聚片双晶，粒度较悬殊，0.5～5.8 mm，形态呈半自形板状及板粒状，颗粒中部具弱绢云母化及泥化，不均匀稀散分布。岩石中少量黑云母多聚集呈团块状集中分布，少量角闪石紧密伴生，偶见较自形柱粒状褐帘石。

正长花岗岩：浅肉红色，中粗半自形板状粒状结构，块状构造，岩石主要矿物成分为钾长石(50±%)，石英(35±%)，黑云母(5%～10%)，斜长石(5±%)，偶见不透明矿物。钾长石，多具微条纹双晶，少量无双晶，粒度一般2～12 mm，形态呈略带半自形至他形板粒状，颗粒略具不均匀灰褐色泥化。石英，粒度悬殊，0.2～7 mm，形态呈他形粒状，大颗粒具波状消光，多呈团块状集合体局部集中不均匀分布。黑云母，具浅棕黄色至暗棕褐色多色性，粒度一般0.5～2 mm，形态呈半自形至不规则片状，集合体呈不规则团块状不甚均匀分布。斜长石，粒度0.5～2.5 mm，形态呈半自形板状及板粒状，具聚片双晶，略具绢云母化，稀散分布于岩石中。岩石中偶见不透明矿物分布于黑云母中或附近。

图4 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩锆石CL图(白色实线代表U-Pb点)Fig. 4 CL photos of zircons for the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of South Tianshan Mountains(white solid circle indicates the U-Pb spot)

3 样品测制方法

3.1 锆石U-Pb测年

本次对中粗粒二长花岗岩(P2U-Pb15-1)以及似斑状二长花岗岩(P2U-Pb20-1)进行了锆石U-Pb测年。P2U-Pb15-1样品地理坐标为N41°46’ 40.54″，E88°11′12.60″，P2U-Pb20-1样品地理坐标为N41°48′00.23″，E88°07′42.72″。锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年在西安兆年矿物测试技术有限公司LA-ICP-MS实验室完成。激光剥蚀系统为New Wave UP 213，ICP-MS为Agilent7500ce。激光剥蚀所用斑束直径为24 μm，频率为7 Hz，能量密度约为2.6 J/cm2，激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。每个时间分辨分析数据包括大约10s的空白信号和40s的样品信号。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Glitter 4.4完成。U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正。对于与分析时间有关的U—Th—Pb同位素比值漂移，利用91500的变化采用线性内插的方式进行了校正。锆石标准91500的U—Th—Pb同位素比值推荐值据Wiedenbeck等(1995)。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/Ex_ver3完成。锆石微量元素含量利用参考标样NIST610玻璃作为外标、Si作内标的方法进行定量计算。这些USGS玻璃中元素含量的推荐值据GeoReM数据库。

3.2 主量、微量元素分析

图5 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩锆石U-Pb谐和图Fig. 5 Zircon U-Pb Concordia diagrams of the Wuzur’ enbulage intrusion in the east segment of South Tianshan Mountains

对岩体的3种岩性系统地采集了16件地球化学样品，其中样品P4GS6-1地理坐标为N41°46′28.25″，E88°11′16.978″，样品P2GS17-1、P4GS13-1、P4GS16-1、P4GS18-1地理坐标为N41°46′40.54″，E88°11′12.60″，样品P4GS13-1、P4GS16-1、P4GS18-1、P4GS21-1、P4GS23-1地理坐标为N41°45′25.24″，E88°10′57.12″，样品P2GS15-1、P2GS15-2、P2GS19-1、P2GS7-1、P2GS7-2地理坐标为N41°48′00.23″，E88°07′42.72″，样品P2GS6-1地理坐标为N41°47′56.98″，E88°10′01.52″。分析测试在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，主量元素采用XRF法，在荷兰帕纳科公司研制的Axios X射线荧光光谱仪上测定，相对误差低于 5%，稀土和微量元素采用美国赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scien-tific)研制的X SeriesⅡ型等离子体光质谱仪(ICP-MS)测定，并以GSD9标准样做分析样品元素浓度的校正标准，相对误差低于5%。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年龄

笔者等对乌祖尔恩布拉格岩体的中粗粒二长花岗岩(P2U-Pb15-1)以及似斑状二长花岗岩(P2U-Pb20-1)进行了锆石U-Pb定年分析，详细定年结果见表1。

似斑状二长花岗岩(P2U-Pb20-1)：用于测试分析的锆石多呈自形长柱状，少量为短柱状，自形程度好，颗粒较大，长轴直径多达200 μm，长宽比在1.5∶1～3∶1之间，阴极发光图像显示大部分被测锆石核幔构造发育，边部具明显的振荡环带结构(图4)，其Th/U比值均大于0.4，介于0.41～0.97，具有典型岩浆锆石特征(吴元保等，2004)。此次完成的16个测点的206Pb/238U年龄值介于285±6 Ma与299±5 Ma之间，加权平均年龄为291.2±2.9 Ma(图5a、图5b)。

中粗粒二长花岗岩(P2U-Pb15-1)：用于测试分析的锆石普遍为自形晶，多呈长轴状，长轴直径达150～350μm，最大达600μm，长宽比在1.5∶1～6∶1之间，岩浆振荡生长环带发育(图4)，其Th/U比值均大于0.4，介于0.47～0.96，具有典型岩浆锆石特征(吴元保等，2004)。此次完成的20个测点的206Pb/238U年龄值介于275±4 Ma与298±8 Ma之间，加权平均年龄为284.9±3.7 Ma(图5c、图5d)。

4.2 主量元素

乌祖尔恩布拉格花岗岩地球化学测试结果见表2。SiO2含量63.14%～74.72%，平均值为68.57%；Al2O3含量11.72%～15.66%，平均值为14.20%。铝饱和指数(A/CNK)0.88～1.04，在A/CNK—A/NK关系图上，样品基本落在准铝质区域(图6a)。在SiO2—K2O图解中(图6b)，样品落在钾玄岩系列，显示出高钾的特征。K2O+Na2O为7.77%～8.78%。乌祖尔恩布拉格花岗岩具有较低的MgO含量(0.25%～1.19%)和Mg#(13～30)；全铁(TFeO)含量较低(2.89%～6.58%)；钙、钛和磷的含量较低(CaO=1.13%～3.14%，TiO2=0.29%～0.89%，P2O5=0.08%～0.32%)，总体上乌祖尔恩布拉格花岗岩具有硅含量较高，富含铝和碱，而钙、镁、铁、钛和磷含量低的特点。在Harker图解中(图7a—j)，乌祖尔恩布拉格花岗岩的CaO、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、TiO2、P2O5的含量与SiO2含量呈现明显的负相关性，Na2O的含量与SiO2含量呈现较弱的负相关性，K2O的含量与SiO2含量呈现较弱的正相关性，这些线性关系指示乌祖尔恩布拉格花岗岩中二长花岗岩、似斑状二长花岗岩与正长花岗岩为同源岩浆演化系列的产物。

4.3 稀土和微量元素

稀土元素分析结果及参数见表2。乌祖尔恩布拉格花岗岩的稀土总量变化较大，∑REE介于260.2×10-6～561.8×10-6之间，轻重稀土总量比值LREE/HREE为7.97～14.95，(La/Yb)N为8.39～24.88，表现为轻重稀土分馏明显且轻稀土相对富集的特征。(La/Sm)N为2.99～5.34，(Gd/Yb)N为1.51～3.43，表现为轻稀土内部分馏明显，而重稀土相对平坦的配分模式。δEu值介于0.27～0.87，具有铕负异常，表明岩浆源区有大量的斜长石残留或者在岩浆演化过程中斜长石发生过较强的分离结晶作用。在稀土元素球粒陨石标准化配分图中(图8a)，乌祖尔恩布拉格花岗岩表现为右倾的分配模式，轻稀土分馏明显，重稀土分馏不明显，δEu呈明显负异常。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图8b)，所有样品都显示富集大离子亲石元素(如：Rb、Th、U、K等元素)和轻稀土，亏损高场强元素(如：Nb、Ta、P、Ti)，且Sr和Ba也显示亏损的特征。

5 讨论

5.1 岩石属性

乌祖尔恩布拉格花岗岩属于弱过铝质(A/CNK=0.88～1.04)，高的全碱含量(K2O+Na2O=7.77%～8.78%)和K2O/Na2O(1.08～2.19)，里特曼指数σ小于3.3，属于高钾钙碱性花岗岩。乌祖尔恩布拉格花岗岩具有高硅、高钾、富碱和铝，低镁、钛的特点，A/CNK小于1.1，矿物可见黑云母和角闪石，未见白云母、堇青石等过铝质矿物，因而与S型花岗岩(强烈富铝、含石榴子石、白云母等富铝矿物、A/CNK大于1.1)的特点不符。在(K2O+Na2O)/CaO—(Zr+Nb+Ce+Y)图解(图9a)和TFeO/MgO—(Zr+Nb+Ce+Y)图解中(图9b)，样品主要投在未分异花岗岩区域、高分异花岗岩和A型花岗岩区域，可能是由于褐帘石分离结晶Zr元素含量增高，导致Zr+Nb+Ce+Y值增大，部分样品落入A型花岗岩区域。A型花岗岩是一种高温花岗岩，形成温度高于I型花岗岩(平均781℃)和S型花岗岩(平均764℃)，这是判别重要指标之一(King et al., 1997；刘昌实等，2003)。锆石封闭温度较高，是花岗质岩浆体系中较早结晶的副矿物，锆石饱和温度可近似代表花岗质岩石近液相线的温度，可以用来估算初始岩浆温度来限定岩体形成温度的上限(刘春花等，2013)。根据Watson等(1983)从高温实验得出的锆石溶解度的模拟公式，对乌祖尔恩布拉格花岗岩的形成温度进行估算，得到乌祖尔恩布拉格花岗岩锆石饱和温度为724.48～839.33℃，平均为774.97℃，低于A型花岗岩的TZr(tZr>870℃)。A型花岗岩具有较高的K2O+Na2O含量和较低的MgO、CaO含量及高的TFeO/MgO值(徐夕生等，2010)，过碱指数AI值应大于0.85(Whalen et al., 1987)。乌祖尔恩布拉格花岗岩的K2O+Na2O为7.77%～8.78%；MgO为0.25%～1.19%，平均为0.68%；CaO含量为1.13%～3.14%，平均为2.08%；TFeO/MgO为4.13～8.94，平均为6.36；AI值为0.68～0.84，平均为0.77，这些都与A型花岗岩不相符。I型花岗岩Fe2O3含量较高(I型平均1.04，S型平均0.56)，Th、Y和Rb呈正消长演化关系(Chappell et al., 1988)。乌祖尔恩布拉格花岗岩Fe2O3含量较高，平均2.01，Th、Y和Rb呈正相关(图7k、图7l)。在Y—SiO2图解(图9c)和Zr—SiO2图解(图9d)中，样品基本落入I型花岗岩区域。综合分析，笔者等认为乌祖尔恩布拉格花岗岩属于高钾钙碱性I型花岗岩。

表2 南天山东段乌祖尔恩布拉格岩体主量(%)、微量(×10-6)元素表Table 2 Table of main element(%)and trace elements(×10-6)of the Wuzur’ enbulage intrusion in the east section of the South Tianshan Mountains

图6 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩A/CNK—A/NK图解(据Maniar et al., 1989)及Si2O—K2O图解(据Rickwood,1989)Fig. 6 A/CNK—A/NK diagram(a)(after Maniar et al., 1989 ) and SiO2 versus K2O diagram (after Rickwood,1989)of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of the South Tianshan Mountains

图7 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩哈克图解(a—j)、Rb—Y图解(k，据Chappell,1999)及Rb—Th图解(l，据Chappell,1999)(图例同图6)Fig. 7 Harker diagrams(a)—(j), Rb-Y diagram(k) (after Chappell,1999) and Rb-Th diagram(l) (after Chappell,1999)of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of the South Tianshan Mountains(legend as fig. 6)

图8 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(图例同图6)(球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun et al., 1989)Fig. 8 Chondrite-normalized REE patterns(a) and Primitive mantle-normalized trace element spidergrams(b)of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of the South Tianshan Mountains(legend as fig. 6)(Chondrite and primitive mantle normalizing values after Sun et al., 1989)

图9 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩成因类型判别图解(图例同图6)Fig. 9 The genetic types discrimination diagrams of the Wuzur’ enbulage intrusion in the east segment of the South Tianshan(legend as fig. 6)(a)(Zr+Nb+Ce+Y)—(Na2O+K2O) / CaO图解(据Whalen et al., 1987)；(b) (Zr+Nb+Ce+Y)—(TFeO/MgO)图解(据Whalen et al.,1987)；(c)SiO2—Y图解(据Collins et al., 1982)；(d)SiO2—Zr图解(据Collins et al., 1982)(a)(Zr+Nb+Ce+Y)—(Na2O+K2O) / CaO diagram(after Whalen et al.,1987)；(b)(Zr+Nb+Ce+Y)—(TFeO/MgO)diagram(after Whalen et al.,1987)；(c)SiO2—Y diagram(after Collins et al., 1982)；(d)SiO2—Zr diagram(after Collins et al., 1982)

5.2 源区特征

I型花岗岩有多种可能的源区：① 壳幔混合源区(Barbarin，1999)；② 幔源岩浆部分熔融与分离结晶(Chen Bin et al., 2005)；③ 玄武质下地壳部分熔融(Chappell et al., 2001)。Valley 等(2005)认为地幔部分熔融或分离结晶形成的岩浆特点是SiO2含量较低且Mg#值较高。乌祖尔恩布拉格花岗岩SiO2含量(63.14%～74.72%)较高，Mg#(13～30)较低，说明源区不可能直接来自幔源岩浆部分熔融与分离结晶。研究表明，源区以石榴子石为主要残留相时，来源该源区的岩浆岩具向右倾斜的HREE配分模式，Y/Yb明显大于10；而以角闪石为主要残留相时，岩浆岩则具较平坦的HREE配分模式，Y/Yb接近10(高永丰等，2003)。笔者等所测样品Y/Yb值为8.27～11.81，平均值为9.33，接近10，因此，认为乌祖尔恩布拉格花岗岩的岩浆源区残留相可能以角闪石为主，岩石中Eu呈负异常，也反应了源区可能含有斜长石的残留。张旗等(2006)认为，低Sr高Yb型花岗岩形成的压力较低(小于0.8或1.0 GPa)，是在正常地壳厚度下形成的(30 km)，乌祖尔恩布拉格花岗岩(Sr=86×10-6～256.5×10-6，Yb=2.59×10-6～6.82×10-6)在较低压力下形成。乌祖尔恩布拉格花岗岩中亏损Nb、Ta，具有陆壳属性特征(Thompson et al., 1984)，其次Sm/Nd值为0.16～0.20，接近陆壳的0.17～0.25(Rudnick et al., 2003)，说明部分成岩物质来自壳源；Nb/Ta值为8.69～18.29，平均为11.32，低于幔源岩石的Nb/Ta值(约为17.5±2)，略高于陆壳(约11)(Taylor et al., 1985)，说明乌祖尔恩布拉格花岗岩的源岩既有壳源成分，又有幔混成分，可能是壳幔混合源。从岩石的主量元素来看，CaO/Na2O主要受控于源岩，比值介于0.3～1.5的来源于变杂砂岩或火成岩熔融(Jung et al., 2007)，乌祖尔恩布拉格花岗岩CaO/Na2O值介于0.32～0.93，反映岩浆可能来自变杂砂岩或火成岩的部分熔融。在n(Al2O3)/[n(MgO)+n(TFeO)]—n(CaO)/[n(MgO)+n(TFeO)]图解中(图10)，样品落入变质杂砂岩和变质火成岩的部分熔融区域内。岩体中常见暗色闪长质岩石包体，亦是壳幔岩浆混合的岩石学证据。于新慧等(2020)对南天山东段的盲起苏花岗岩岩体进行了Sr—Nd同位素和锆石原位Hf同位素分析，认为盲起苏花岗岩岩浆源主要为元古代地壳源，同时有少量幔源物质的参与。Ma Xuxuan等(2013)认为南天山东部库米什晚石炭—早二叠世花岗岩为新生幔源岩浆与地壳来源岩浆混合而成。综上所述，乌祖尔恩布拉格花岗岩岩浆源可能是壳幔混合源区。

在区分分离结晶与部分熔融作用的La/Y—La(图11a)和Th/Nd—Th(图11b)图解中，乌祖尔恩布拉格花岗岩表现出了部分熔融趋势。

图10 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩 n(Al2O3)/[ n(MgO)+ n(TFeO)]— n(CaO)/[ n(MgO)+ n(TFeO)]图解(图例同图6,据Ahherr et a1., 2000) Fig. 10 The n(Al2O3)/[ n(MgO)+ n(TFeO)]— n(CaO)/[ n(MgO)+ n(TFeO)] diagram of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of the South Tianshan Mountains(legend as fig. 6,after Ahherr et al., 2000)

乌祖尔恩布拉格花岗岩可能还经历了较高程度的结晶分异作用。在结晶分异作用过程中，斜长石分离结晶可以引起Sr、Eu的负异常，而钾长石的分离结晶可导致Eu、Ba的负异常(Wu Fuyuan et al., 2003)。乌祖尔恩布拉格花岗岩中不同程度的负Eu异常和Sr亏损表明岩浆经历了长石的分离结晶。在Ba—Sr图解中(图12a)，元素的变化趋势接近钾长石的分离结晶趋势线，在Rb—Sr图中(图12b)，元素的变化趋势更接近斜长石的分离结晶趋势线。在Harker图解中，乌祖尔恩布拉格花岗岩的Al2O3、CaO、Fe2O3、FeO、MgO、MnO、TiO2、P2O5、Na2O的含量与SiO2含量呈现明显的负相关性，K2O的含量与SiO2含量呈现较弱的正相关性，Na2O的含量与SiO2含量呈现较弱的负相关性，表明岩浆演化过程中结晶分异可能起到了重要作用。

图11 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩La/Yb—La图解(据Allègre et al., 1978)和Th/Nd—Th图解(据Schiano et al.，2010)(图例同图6)Fig. 11 The La/Yb vs La(after Allègre et al., 1978) and Th/Nd vs Th (after Schiano et al.，2010) diagrams of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of the South Tianshan Mountains(legend as fig. 6)

图12 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩Ba—Sr图解(图a)和Rb—Sr图解(图b)(图例同图6，分配系数据Rollinson，1993)Fig. 12 The Ba vs Sr(a)and Rb vs Sr(b)diagrams of the Wuzur’ enbulage intrusion in the eastern section of the South Tianshan Mountains(legend as fig. 6，distribution coefficient from Rollinson，1993)

综上所述，乌祖尔恩布拉格花岗岩岩浆源可能是壳幔混合源区，其形成可能经历了两个阶段的成岩过程，首先是慢源岩浆底侵地壳使其部分熔融，后经历结晶分异作用固结成岩。

5.3 大地构造背景

图13 南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩构造判别图解(图例同图6)Fig. 13 Tectonic discrimination diagrams for the Wuzur’ enbulage intrusion in the east segment of the South Tianshan(legend as fig. 6)(a) R1—R2图解(据Batchelor et al., 1985)；(b)Rb / 30—Hf—3Ta图解(据 Harris et al., 1986);(c)Y—Nb图解(据Pearce,1996)；(d)(Y+Nb)—Rb图解(据Pearce,1996)(a)R1—R2 diagram(after Batchelor et al., 1985)；(b)Rb / 30—Hf—3Ta diagram(after Harris et al., 1986);(c)Y—Nb diagram(after Pearce,1996)；(d)(Y+Nb)—Rb diagram(after Pearce,1996)

南天山造山带主体为一宽大的碰撞—增生—蛇绿混杂岩带，其形成与南天山洋的俯冲消减过程、塔里木地块与中天山地块沿中—南天山缝合线进行的碰撞造山过程密切相关(张斌等，2014)，但对于南天山洋盆闭合的时代及陆陆碰撞的具体时间均未形成一致的认识。洋盆闭合过程中遗留下来的直接的地质记录，大多在随后的碰撞造山过程中湮灭，难以取得直接的地质学和年代学证据来限定洋盆闭合的时代(杨莉等，2016)。通过对南天山东段乌祖尔恩布拉格花岗岩的形成时代和构造背景研究，不仅可以对碰撞造山过程提供时间约束，也可以为南天山洋的最终闭合时代给予上限限制。

随着构造背景由陆—陆碰撞的挤压环境向后碰撞伸展环境转换,区域岩浆岩往往表现出钙碱性系列到高钾钙碱性系列再到钾玄岩系列的演化趋势,而富碱侵入岩的形成一般标志着已进入后碰撞作用晚期接近于结束的阶段(杜杨松等, 2007; Zhou Taofa et al., 2008)。韩宝福(2007)指出，多数造山带的后碰撞花岗岩类以中—高钾钙碱性I型花岗岩为主,有些花岗岩类具有更高的钾含量,属于钾玄岩系列。王涛等(2019)认为后碰撞环境常常发育巨量岩浆岩，以SiO2—K2O图中钾玄系列为主+高钾钙碱性系列的火山岩与侵入岩组合。可见，乌祖尔恩布拉格花岗岩的高钾钙碱性I型花岗岩特征暗示了其产出的构造背景为后碰撞环境。在R1—R2图解中(图13a)，样品落入晚造山和同碰撞区域，在Rb/30—Hf—3Ta图解中(图13b)，样品落入同碰撞以及碰撞后区域，在图Nb—Y图解和Rb—(Y+Nb)图解中(图13c、d)，样品落入交界位置，Pearce等(1984)和Pearce(1996)对后碰撞花岗岩在判别图中的投影做了解释，后碰撞花岗岩比较复杂，其投影点落在火山弧花岗岩、同碰撞花岗岩和板内花岗岩的交界位置。综上可以看出，乌祖尔恩布拉格花岗岩形成于后碰撞环境，表明至少在早二叠世，南天山洋盆东段已经闭合。上述结论得到了一系列地质证据的支持。刘斌等(2003)测得南天山东段库米什铜花山一带蓝片岩中蓝闪石Ar-Ar年龄为360 Ma，代表该区最年轻的蓝片岩年龄，说明该区陆—陆碰撞造山作用的发生应该晚于360 Ma。Wang Bo等(2007)通过分析塔里木、伊犁地块和哈萨克斯坦—北天山的古地磁资料，认为早二叠世塔里木板块已经与伊犁地块联合为一个整体。

南天山洋于早二叠世之前已经闭合，那早二叠世南天山造山带东段处于什么构造背景？前人对于南天山东段晚石炭世—早二叠世的花岗岩的研究积累了部分研究成果。于新慧等(2020)认为形成于晚石炭世—早二叠世的盲起苏岩体形成于后碰撞伸展早期阶段；陈超等(2013)认为忠宝岩体(296±4 Ma)和桑树园子岩体(293±3 Ma)形成于同碰撞(晚期)造山环境；毛友亮(2014)认为305±1 Ma的东泉戈壁岩体形成于后碰撞环境；黄岗等(2011)认为293.0±1.3 Ma的库米什北岩体形成于碰撞晚期至后碰撞转换阶段；杨莉等(2016)认为296.1±1.8 Ma的额尔宾山岩体形成于同碰撞向后碰撞转换阶段；姜常义等(2005)指出，二叠纪在中天山、南天山和塔里木北缘形成了大量的辉绿岩脉，暗示在二叠纪南天山洋早已闭合，碰撞造山已经结束，南天山和中天山、塔里木北缘已连为一体，均处于伸展背景。韩宝福(2007)指出，造山带的同碰撞与后碰撞是前后相继的两个构造演化阶段,岩浆活动可能具有连续演化的特点。结合区域资料，笔者等认为南天山造山带在早二叠世由同碰撞构造环境向后碰撞构造环境演化。