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1 第 42 卷第 10 期地球科学 Earth Science Vol.42 No 年 10 月 htp:// Oct doi: /dqkx 中国阿尔泰东北部哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义 田红彪 1,2, 陈有炘 3, 杨永强 1, 李伦 1 1. 中国地质大学地球科学与资源学院, 北京 中国人民武装警察部队黄金第八支队, 新疆乌鲁木齐 长安大学地球科学与资源学院, 陕西西安 摘要 : 在岩石地球化学研究基础上, 揭示哈拉尔次花岗岩的成因 侵位时代及构造背景, 进行锆石 UGPb 及 Nd 同位素测试, 并与阿尔泰造山带内其他花岗岩进行对比, 有助于为阿尔泰造山带构造演化提供依据. 出露于中阿尔泰构造带的哈拉尔次花岗岩主要岩石类型有花岗闪长岩 二长花岗岩 正长花岗岩,LAGICPGMS 锆石 UGPb 年代学研究结果表明, 其形成时代为 454.8± 2.4Ma(MSWD=0.32), 为晚奥陶世岩浆活动产物. 地球化学研究表明, 岩石具有高硅 富碱 高钾 (K2O/Na2O>1) 低钛 低镁及低磷等地球化学特征, 铝饱和指数 (A/CNK) 平均为 1.05,CIPW 计算中刚玉分子含量大于 1, 显示出高钾钙碱性过铝质花岗岩的特征 ; 岩石轻稀土相对富集 重稀土平坦, 有显著的 Eu 负异常, 富集 Th Rb, 亏损 Sr Ti P 等元素, 有明显的 Nb Ta Ti 负异常, 显示出火山弧花岗岩的特征 ; 其接近于 0 的 εnd(t)(-2.0~+0.5) 和较老的两阶段模式 (TDM2) 年龄 (1.15~1.35Ga) 暗示其源区含有较多的壳源组分并有一定量幔源物质加入. 综合分析研究表明, 哈拉尔次花岗岩可能由富含白云母和黑云母的含泥质杂砂岩在较低压力和较高温度下经历部分熔融形成, 其源区有斜长石 钛铁矿和磷灰石的残留, 同时幔源物质有一定的混入, 形成于活动大陆边缘挤压背景下, 局部伸展减压以及异常地幔不均匀上升提供热量, 导致中上地壳沉积物发生部分熔融并有少量的幔源物质混入, 形成哈拉尔次花岗岩. 关键词 : 锆石 UGPb 定年 ; 地球化学 ; 构造意义 ; 花岗岩 ; 阿尔泰. 中图分类号 :P581 文章编号 : (2017) 收稿日期 : Ages,OriginandTectonicSignificanceofHalaerciGranitesfrom NortheasternPartofChineseAltayMountains TianHongbiao 1,2,ChenYouxin 3,YangYongqiang 1,LiLun 1 1.SchoolofEarthSciencesandResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing ,China 2.No.8GoldGeologicalPartyofChinesePeople sarmedpoliceforce,urumqi ,China 3.TheSchoolofEarthScienceandResources,Chang anuniversity,xi an ,China Abstract:Inordertostudythechronological,geochemicalcharacteristicsandtectonicsetingoftheHalaercigranitefrom Altay area,thelagmcgicpmszirconsugpbdatingmethodwasemployedtoassesstheagesandndisotopecomposition,preceded bytheirpetrologcialandgeochemicalstudies.inaddition,theauthorsaimtoprovidemoreevidencesforthestructuralevolution ofaltaytectonicbeltbymakingacomparisonwithothergranitesfromcentralaltayorogenicbelt.theexposedhalaercigrang itesofcentralaltaytectonicbeltaredominatedbygranodiorite,monzoniteandsyenogranite.lagicpgmszirconugpbchronolg ogystudysuggeststhatformationageisfrom454.8±2.4ma(mswd=0.32),whichbelongstothelateordovician magma activity.thestudyofgeochemistryindicatesthatrockischaracterizedbyhighsilicon,enrichedalkaliandhighpotassium (K2O/Na2O>1)andlowtitanium,low magnesiumandlowphosphorus.average (A/CNK)is1.5andcorundum molecular 基金项目 : 中国地质调查局地质调查项目 (No ). 作者简介 : 田红彪 (1969-), 男, 高级工程师, 主要从事区调研究.ORCID:0000G0001G6154G9097.EGmail: @qq.com 通讯作者 : 杨永强,ORCID:0000G0003G2048G8309.EGmail:yangyonq@cugb.edu.cn 引用格式 : 田红彪, 陈有炘, 杨永强, 等,2017. 中国阿尔泰东北部地区哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义. 地球科学,42(10):

2 第 10 期田红彪等 : 中国阿尔泰东北部哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义 1659 contentofcipwcalculationisgreaterthan1,whichshowsahighpotassiumcalcgalkalineperaluminousgranitecharacteristics. Thegranitesarerelativelyenrichedinlightrareearthelements,whileflatinheavyrareearthelements,withsignificantEu negativeanomaly,enrichmentofthand Rb,depletionofSr,Tiand P elements,pronounced Nb,Taand Tinegative anomalies,whichshowstheinitialarccharacteristicofmagmaticrocks.itsεnd(t)iscloseto0 (-2.0to0.5)andoldtwoG phasemodel(tdm2)age(1.15to1.35)gaindicateitssourceareacontainsmorecrustgderivedsourcecomponentswithacertain amountmantlesourcematerials.comprehensiveanalysisandstudysuggestthathalaercigranitesmaybecomposedofpartial meltingofargilaceoussandstoneenrichedwithmuscoviteandbiotiteunderlowpressureandhightemperature.itssourcearea hasresidualplagioclase,ilmeniteandapatiteand mixed with mantlesource materialsatthesametime.itisconcludedthat HalaercigranitesformedintheactivecontinentalmarginsqueezingenvironmentwhentheheatbylocalextentionalstressreducG tionandabnormalunevenmantlematerialsriseledtopartialmeltingofuppercrusttomixwithmantlesourcematerials. Keywords:zirconUGPbdating;geochemistry;tectonicsignificance;granite;Altay. 一直以来, 增生造山和陆壳生长是地球科学的两大前沿课题, 中亚造山带作为全球最大的显生宙增生造山带 (Sengoretal.,1993; 刘金龙等,2016) 和陆壳生长区 (Jahnetal.,2000a,2000b;Patchet andsamson,2003; 杨钢等,2015), 其增生造山和陆壳生长一直是研究的重要内容. 阿尔泰造山带地处中国 蒙古 俄罗斯和哈萨克斯坦四国的交界处, 是中亚造山带的重要组成部分, 占据特殊的地理位置和构造位置, 与整个中亚造山带一样, 阿尔泰造山带出露大面积侵入岩, 尤其是花岗岩类较为发育, 约占全区总面积的 40% 以上 ( 王中刚等,1998; 王涛等, 2010). 前人对出露于阿尔泰造山带的花岗岩做了大量的研究工作, 研究资料显示这些花岗岩具有多时代 多类型 多成因 多来源等特征, 形成于多种构造环境 ( 王广耀和许培春,1983; 刘伟,1990; 赵振华等, 1993; 王中刚等,1998; 袁峰等,2001; 王登红等, 2002; 王涛等,2005,2010; 童英,2006;Wangetal., 2006,2007; 周刚等,2007; 杨富全等,2008; 刘锋等, 2009; 孙桂华等,2009; 孙敏等,2009; 柴凤梅等, 2010; 董连慧等,2012; 沈晓明等,2013; 刘锋等, 2014; 张志欣等,2014; 张亚峰等,2015). 阿尔泰造山带南缘古生代是被动大陆边缘还是活动大陆边缘的争议一直存在 ( 韩宝福和何国琦,1991; 陈毓川等, 1996; 童英等,2007; 杨富全等,2008; 刘锋等,2009). 近些年来, 同位素年代学研究结果显示阿尔泰造山带花岗岩年代学结构主要有 460Ma 408Ma 375Ma 和 265Ma(Wangetal.,2006; 曾乔松等,2007), 较完整的记录了早古生代以来的俯冲 - 碰撞 - 造山过程, 尤其是 ~400Ma 的花岗岩浆活动最为剧烈, 一系列成果极大地促进了阿尔泰造山带大地构造环境 构造演化 造山作用和陆壳增生研究工作进展. 依托在阿尔泰乌齐里克他乌一带开展的区域地质矿产调查项目, 笔者对出露于该地区的花岗岩进 行详细的调查研究. 本文通过详细的岩相学 同位素年代学 岩石地球化学和 SrGNd 同位素研究, 精确限定哈拉尔次花岗岩体形成时代, 并进一步探讨其岩石成因及构造环境, 为进一步探讨阿尔泰造山带早古生代构造演化提供新的约束. 1 区域地质背景与岩体特征 中国阿尔泰造山带呈北西 - 南东向展布, 是中亚造山带的重要组成部分 ( 图 1a), 大地构造位置位于西伯利亚板块 哈萨克斯坦 - 准噶尔板块之间, 是典型的显生宙造山带 (Sengoretal.,1993), 北至中 - 蒙 中 - 俄及中 - 哈边境, 南以额尔齐斯断裂与哈萨克斯坦准噶尔板块北缘相邻 ( 何国琦等,1990). 阿尔泰造山带以红嘴山 - 诺尔特断裂 阿巴宫 - 库尔提断裂和额尔齐斯断裂带为界, 由北向南可以简单的划分为北阿尔泰 中阿尔泰 南阿尔泰 3 个构造带 ( 或块体 )(Lietal.,2003;Xiaoetal.,2004)( 图 1b). 北阿尔泰构造带主要由震旦系 - 寒武系 上泥盆统 - 下石炭统火山 - 沉积岩组成, 并出露晚加里东期花岗岩 ; 中阿尔泰构造带主要由元古界 - 下古生界深变质岩系和奥陶纪 - 二叠纪侵入岩组成, 其中泥盆纪花岗岩最为发育, 具有微陆块的特点 (Windleyetal.,2002;Lietal.,2003;Xiaoetal., 2004;Wangetal.,2006); 南阿尔泰构造带主要由元古界片麻岩和志留纪 - 石炭纪火山 - 沉积岩系组成 (Windleyetal.,2002;Xiaoetal.,2004). 前人综合区域资料研究认为 : 阿尔泰造山带于晚前寒武纪晚期到早古生代早期为稳定大陆边缘阶段 ; 大致从晚寒武纪开始发生俯冲 增生, 其中早古生代 ( 奥陶纪 - 泥盆纪 ) 为洋壳俯冲阶段 ; 之后可能发生碰撞造山作用, 于中石炭纪基本奠定了阿尔泰造山带的构造格架 ; 而额尔齐斯以南即准噶尔造山带, 在石炭纪

3 1660 地球科学 htp:// 第 42 卷 图 1 中亚造山带构造位置 (a) 阿尔泰造山带构造分区 (b) 及哈拉尔次花岗岩地质简图 (c) Fig.1 TectonicpositionofCentralAsian OrogenicBelt (a),tectonicdivisionforaltay OrogenicBelt (b)andgeological sketchofhalaercigranitesinaltayorogenicbelt(c) 图 a 据何国琦等 (1990); 图 b 据 Windleyetal.(2002) 图 2 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩显微特征 Fig.2 MircroscopiccharacteristicsofHalaercigranitesinAltayarea a. 二长花岗岩 ;b. 正长花岗岩 ;c. 花岗闪长岩.Bt. 黑云母 ;Kfs. 钾长石 ;Pl. 斜长石 ;Qtz. 石英 可能仍发生有俯冲碰撞作用 ( 何国琦等,1990; Windleyetal.,2002;Lietal.,2003;Xiaoetal., 2004; 王涛等,2005;Wangetal.,2006). 不同时代的花岗岩广泛出露于阿尔泰造山带的不同构造单元, 研究成果表明阿尔泰造山带花岗岩主要由早古生代 晚古生代及少量中生代花岗岩体 构成, 主要岩石类型为英云闪长岩 花岗闪长岩 黑云母花岗岩 二云母花岗岩 白云母花岗岩等, 其成因类型多样, 如有 S I 和 A 型 ( 王涛等,2005). 本文以出露于中阿尔泰构造带的哈拉尔次花岗岩为例对早古生代花岗岩的岩石成因及构造环境进行研究 ( 图 2).

4 第 10 期田红彪等 : 中国阿尔泰东北部哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义 1661 该岩体出露于中阿尔泰构造带额尔齐斯河两侧 ( 图 1), 呈不规则椭圆状分布, 出露面积约 25km 2, 侵位于中元古界苏普特岩群, 在岩体中可见黑云母变砂岩捕掳体, 呈似椭圆状, 直径约 8~10cm. 哈拉尔次花岗岩岩石类型相对单一, 野外观察及室内镜下观察研究显示岩体主要岩石类型有花岗闪长岩 二长花岗岩 正长花岗岩, 其中花岗闪长岩出露于额尔齐斯河西岸, 出露面积最大, 其次为二长花岗岩, 出露于额尔齐斯河东岸, 正长花岗岩出露面积最小, 出露于岩体最东侧. 花岗闪长岩呈灰白色, 具有中细粒花岗结构 块状构造, 主要由斜长石 钾长石 石英及少量黑云母等矿物组成. 其中钾长石含量为 8% ~10%, 呈半自形板柱状, 粒径多为 0.7~5.0mm, 具格子双晶和卡式双晶, 多为微斜长石及条纹长石, 部分边缘可见与石英形成的文象结构 ; 斜长石含量为 50% ~55%, 呈半自形板状, 发育聚片双晶和部环带结构, 粒径为 2~5mm, 个别达 6.5mm, 具较强绢白云母化 高岭土化 ; 石英呈他形粒状, 粒径多小于 2.5mm, 含量为 25%~30%; 黑云母呈片状, 片径多小于 2.5mm, 含量为 5%~10%. 二长花岗岩呈灰白色, 发育中细粒花岗结构 块状构造, 主要由钾长石 斜长石 石英 黑云母等矿物组成. 钾长石呈半自形板柱状, 粒径多为 0.3~ 3.0mm, 具条纹及格子双晶, 多为微斜长石及条纹长石, 含量 18%~25%; 斜长石呈半自形板状, 发育聚片双晶和环带结构, 粒径 2.0~4.0mm, 矿物表面有明显的绢云母化, 含量 35% ~40%; 石英呈他形粒状, 粒径 1~2mm, 部分为变质重结晶作用形成, 含量 30% ~35%; 黑云母呈片状, 片径多小于 2.0mm, 含量 8%~10%. 正长花岗岩呈灰白色, 具有细粒花岗结构 块状构造, 主要由钾长石 斜长石 石英及少量黑云母等 2 锆石 UGPb 年代学 2.1 测试方法锆石挑选 制靶 阴极发光照相及 LAGICPGMS 测试工作均在中国地质大学 ( 武汉 ) 地质过程与矿产资源国家重点实验室完成. 锆石的 CL 图像分析, 采用 FEI 公司 XL30 型 SFEG 电子束进行锆石内部结构显微照相. 锆石的激光剥蚀电感偶合等离子体质谱 (LAG ICPGMS) 原位 UGPb 定年实验采用等离子质谱仪为美国 Agilent 公司生产的 Agilent7500a, 激光剥蚀系统为德国 MicroLas 公司生产的 GeoLas200M, 激光剥蚀斑束直径为 32μm, 频率为 10Hz. 以 29 Si 作为内标元素进行校正, 以国际标准锆石 作为外标, 元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃 NISTSRM610 作为外标, 分析方法及仪器参数见文献 (Yuanetal.,2004; 柳小明等,2007). 样品同位素比值及元素含量计算采用 GLITTER(ver4.0,Macquarie University) 程序处理, 采用 Andersen 方法对普通 Pb 进行校正 (Anderson,2002), 加权平均年龄计算及谐和图绘制采用 Isoplot(ver2.49) 完成 (Ludwig,2001). 2.2 锆石特征及测试结果用于锆石 UGPb 同位素测定的样品是采于中阿尔泰构造带的哈拉尔次花岗岩体的细粒正长花岗岩 (PM5GTW20), 样品采集位置经纬度坐标为 N, E. 从样品中选取的锆石以浅黄色 无色为主, 透明 - 半透明, 呈棱角状或次棱角状, 晶体长宽比为 3 1~2 1, 晶面光滑, 晶棱晶面界线清晰. 在阴极发光图像中 ( 图 3), 锆石多呈双锥状或单锥状, 发育典型岩浆锆石生长韵律环带, 表现出典型岩浆成因锆石特征 (Rubato,2002; 吴元保和郑永飞,2004). 本次测试共完成 20 粒锆石 21 个测点的 LAGICPGMSUGPb 分析, 结果见表 1. 由测试 矿物组成. 钾长石呈半自形板柱状, 粒径多为 0.7~ 2.0mm, 发育条纹 格子双晶 卡式双晶, 多为微斜长石及条纹长石, 含量 40%~45%. 斜长石呈半自形板状, 发育聚片双晶, 部分具有环带结构, 粒径 1~ 2mm, 矿物表面绢白云母化和高岭土化比较强烈, 含量 15% ~20%; 石英呈他形粒状, 粒径多小于 1mm, 具变质重结晶特征, 含量 30% ~35%; 黑云母呈片状, 片径多小于 1.5mm, 含量 3%~5%. 图 3 哈拉尔次花岗岩中代表性锆石阴极发光图像 Fig.3 Cathodelightimagesofrepresentativezirconsfrom HalaercigranitesinAltayarea

5 1662 地球科学 htp:// 第 42 卷!"#$!"#$! %&'# %' '# '! ()!*' ) +,! (-(. (-/. ()0 (), ()0 (- (), (-/ ()/ (-(. ()0 (), ()0 (- (), (-/ ()/ (-(. / ((- -- )1 ( )1) - )1))(, )1 - ( )1)( ( )1)0-- )1)) )1)((- )1)))/ --( - 0,,,, ( (/ )1- )1) /- )1))( )1 // )1)( )1)0- )1))) )1)(-) )1))) - 0),, 0 - (, (,0 )() )1(, )1),/ )1))( )1,/ )1)()- )1)0( )1)))/ )1)(-, )1)))/ / ( )10 / 0 )1, )1) - )1))(( )1 )1)()/ )1)0- )1))) )1)( ) )1))) -- /0 / 0/ () - -/ /-- )1-/ )1) 0 )1))(( )1 / / )1)(( )1)0, )1)) )1)( ) )1)))/ /,/,, /), -, ( 0 )1-( )1) ( )1))( )1 (/ )1)(-, )1)0/ )1))) )1)(, )1))) -/ /( 0- ), ) 0 0 / (0,, )1 )1),/ )1))0 )1 0-( )1)0/ )1)0( )1)))0 )1)(-, )1)))/ /-,,) 0, / )1/ ), )/ )1(, )1) 0 )1))- )1 0 )1)-)/ )1)0(0 )1))) )1)(- )1))- - / () -,, ( 0,1, -1, -0 )1) )1) /( )1))( )1 )( )1)(0 )1)0-- )1)))/ )1)(-( )1)),)) /) 0,, (0 ) /1 ( - )1(- )1) - )1))( )1,, )1)( 0 )1)0(0 )1)))/ )1)(, )1))) -/- )) -, ( -( () (, 0 )1- )1),- )1))(( )1,, )1)(, )1)0- )1)))/ )1)(0 )1)))0, /, 0 - ( ( -( ( - )10 )1) ( )1))- )1 / )1)-/ )1)0(/ )1))), )1)(- )1))), -/ 0 - (, ( - // ( - )1- )1) )1))- )1,(, )1) ) )1)/)- )1)))/ )1)((, )1))), ), ( / / ( - ) (-, )1( )1)0) )1))(, )10()0 )1)(0 )1)0(/ )1)))/ )1)-- )1)), 0,, -,0 - (1 ()- --/ )1 )1) - )1))/ )1 ) )1) )1)0-( )1))) )1)() )1)))/ -, 0 -, 0 0, (-- 0/( 0 / )1 / )1) ( )1)) )1 -, )1) )1)0( )1))) )1)(- )1))), -( /- - - (0 ( 0 ( 0 / )1 )1),/ )1))() )1 /( )1)-0 )1, )1)), )1)-,( )1)),, 0,,, 0 ( / )0 (0 /, )1( )1) 0 )1)) )1 -(- )1)() )1)0 ( )1))) )1)(, )1))) (0( ( --,, ) 0 / (-, 0 )1() )1) - )1))0 )1 )1)0 )1)0-) )1)))/ )1)()0 )1)))/ -/-,,, () )1, 0, )1, )1) )1))(( )1,,/ )1)(( )1)0(0 )1)))/ )1)(0 )1))) ), - - () (, (,0 )10- )1) - )1))( )1, 0 )1)( ( )1)0-, )1))) )1)(-) )1)))/ -- )(, /,

6 第 10 期田红彪等 : 中国阿尔泰东北部哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义 1663 表 2 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩主量元素 (%) 微量元素 (10-6 ) 含量 Table2 Major(%)andtraceelement(10-6 )concentration ofhalaercigranitesinaltayarea 样品 PM5GGS5 PM5GGS20 PM6GGS4 PM6GGS15 岩性 二长花岗岩 正长花岗岩 花岗闪长岩 花岗闪长岩 SiO TiO Al2O Fe2O FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O A/NKC AR σ Rb Ba Th U Ta Nb Sr Zr Hf Sc V Cr Mn Co Ni Ga Mo Cs Pb La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y REE δeu (La/Yb) N 结果可以看出, 除了个别测点外, 大多数锆石具有较 低的 Th U 含量, 分别为 ~ ~ ,Th/U=0.10~ 0.98, 显示出岩浆锆石的特点. 由测试结果可以看出, 点测试结果谐和度较差, 在 207 Pb/ 235 UG 206 Pb/ 238 U 谐和年龄图中明显偏离谐和线,17 测点 206 Pb/ 238 U 表面年龄为 699± 9Ma, 可能是岩体形成过程中捕获的或者继承的年龄更老锆石残留, 是对阿尔泰地区早期岩浆事件的记录. 剩余 17 个点在 207 Pb/ 235 UG 206 Pb/ 238 U 谐和年龄图中表现出较好的谐和性 ( 图 4a), 其交点年龄为 454±3Ma(MSWD=0.29), 对 206 Pb/ 238 U 表面年龄进行加权计算 ( 图 4b), 加权平均年龄为 454.8± 2.4Ma(MSWD=0.32), 时代为晚奥陶世, 代表哈拉尔次花岗岩体岩浆结晶年龄. 3 地球化学 3.1 测试方法本次研究用样品的主量元素 稀土及微量元素分析在中国地质调查局西安地质调查中心完成. 主量元素除 FeO LOI 采用标准分析为湿化学法分析外, 其他采用 PW4400 型 X 荧光光谱仪 (XRF) 测定 ; 微量元素和稀土元素采用 XGSeriesI 型电感耦合等离子质谱仪 (ICPGMS) 测定, 检测限优于 , 相对标准偏差优于 5%. SrGNd 同位素的全岩测试 化学分离和同位素比值测定在中国科学院地质与地球物理所稳定同位素地球化学实验室完成, 测试仪器为德国 Finnigan 公司 MATG262 热电离质谱计. 分别采用 88 Sr/ 86 Sr= 和 146 Nd/ 144 Nd= 对 Sr 和 Nd 同位素比值进行质量分馏校正.RbGSr 和 SmGNd 的全流程本底为 250pg 和 100pg. 浓度 ( 147 Sm/ 144 Nd 和 87 Rb/ 86 Sr 比值 ) 误差小于 0.5%.Rb/Sr 和 Sm/Nd 比值的不确定度分别小于 ±2% 和 ±0.5%. 测试过程中分别对 Sr 标准溶液 NBSG987 和 Nd 标准溶液 JNdiG1 测得 87 Sr/ 86 Sr= ± (n=5, 2σ) 和 143 Nd/ 144 Nd= ± (n=5, 2σ), 均与参考值吻合. 对 USGS 标准物质 BCRG2 进行了测试, 结果为 87 Sr/ 86 Sr= ± 和 143 Nd/ 144 Nd= ± , 分别与参考值基本一致. 化学流程和同位素比值测试详见参考文献 (Lietal.,2012,2015). 3.2 主量元素本次研究采集哈拉尔次花岗岩不同岩性 9 件样品进行岩石地球化学分析, 测试结果见表 2. 由测试

7 1664 地球科学 htp:// 第 42 卷 图 4 哈拉尔次花岗岩 LAGICPGMS 锆石 UGPb 年龄 Fig.4 LAGICPGMSzirconUGPbageofHalaercigranitesinAltayarea 图 5 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩体主量元素判别图解 Fig.5 MajorelementdiagramofHalaercigranitesinAltayarea 图 a 据 PecceriloandTaylor(1976); 图 b 据 ManiarandPiccoli(1989) 图 6 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩稀土配分模式和微量元素蛛网图 Fig.6 ChondriteGnormalizedREEpaternandprimitivemantleGnormalizedtraceelementspaternsforHalaercigranitesinAltayarea a. 球粒陨石标准化值据 Boynton(1984);b. 原始地幔标准值据 Sunand McDonough (1989) 结果可以看出, 岩石具有高硅 (SiO2 =64.03% ~ 67.12%, 平均为 65.81%) 全碱含量中等 (ALK= 5.63%~7.23%, 平均为 6.60%) 高钾低钠 (K2O/ Na2O=1.00~1.37, 平均为 1.18) 低钛 (TiO2 = 0.13%~0.50%, 平均为 0.32%) 低锰 (MnO = 0.07%~0.11%, 平均为 0.09%) 低镁 (MgO = 1.42%~1.96%, 平均为 1.70%) 及低磷 (P2O5 = 0.16%~0.30%, 平均为 0.21%) 等特征, 里特曼指数 (σ) 平均值为 1.96, 表明岩石具有亚碱性岩石特征. 在 SiO2GK2O 图解中样品落入高钾钙碱性系列区域 ( 图 5a). 岩石 Al2O3 含量较高 ( 平均为 15.17%), 铝饱和指数 (A/CNK) 平均为 1.05, 属于弱过铝质花岗岩, 与 A/CNKGA/NK 图解判别结果一致 ( 图 5b).

8 第 10 期田红彪等 : 中国阿尔泰东北部哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义 1665 表 3 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩 SrGNd 组成 Table3 SrGNdisotopecompositionsforHalaercigranitesinAltayarea 样品 PM5GGS5 PM5GGS20 PM6GGS4 PM6GGS15 Rb Sr Rb/ 86 Sr Sr/ 86 Sr σ frb/sr ( 87 Sr/ 86 Sr) i Sm Nd Sm/ 144 Nd Nd/ 144 Nd σ εnd(t) TDM TDM fsm/nd ( 143 Nd/ 144 Nd) i 注 : 球粒陨石均一储库 (CHUR) 值为 : 87 Rb/ 86 Sr=0.0827, 87 Sr/ 86 Sr=0.7045, 147 Sm/ 144 Nd= , 143 Nd/ 144 Nd= λRb= a -1,λSm= a -1,t=455Ma 3.3 微量元素及稀土元素岩石稀土元素含量变化较大, REE = ~ ( 平均值为 ), 轻 重稀土元素分异不明显 (LaN/YbN = 3.87~7.07, 平均值为 5.11) 且轻稀土相对重稀土略有富集 ( LREE/ HREE=4.19~6.64, 平均值为 5.30), 轻稀土分异相对明显 (LaN/SmN =2.17~ 2.90, 平均值为 2.56) 而重稀土分异相对较弱 (GaN/ YbN=1.28~1.70, 平均值为 1.44), 球粒陨石标准化配分曲线中所用样品体现出相似的轻稀土相对富集而重稀土平缓的右倾型分布模式 ( 图 6a), 显示有弱 - 中等程度负 Eu 异常 (δeu=0.53~0.58, 平均值为 0.55), 指示岩浆在部分熔融过程中源区有斜长石的残留或岩浆在结晶过程中存在斜长石的分离结晶作用. 在原始地幔标准化微量元素蛛网图中 ( 图 6b), 哈拉尔次花岗岩 4 件样品具有较一致的微量元素特征, 整体表现为类似岛弧花岗岩的特征, 即相对富集大离子亲石元素 (LILE:Rb Th), 亏损高场强元素 (HFSE:Nb Ta Sr P Ti),Zr Hf 相对富集, 而 Ba 相对于 Rb Th 有明显的亏损, 指示该花岗岩具有俯冲作用岛弧花岗岩的地球化学特征.Sr Ba 及 Eu 的亏损可能指示源区斜长石呈结晶分离相或残留相存在, 即岩浆结晶过程中存在斜长石的分离结晶作用或在熔融过程中斜长石没有耗尽 ;P 元素强烈亏损说明源区可能存在磷灰石的结晶分离作用 ; 而 Ti 的 强烈亏损可能与分异演化过程中钛铁矿的分离结晶作用有关, 同时也暗示岩浆物质来源于地壳, 因为 Ti 不容易进入熔体而残留在源区 ; 另外 Nb Ta Ti 元素的亏损可能与大陆地壳物质的混染有关, 而 Ti 亏损更强烈可能与钛铁矿的分离结晶有关. 3.4 SrGNd 同位素选自哈拉尔次花岗岩体 4 件样品的 SrGNd 同位素组成见表 3. 计算时采用的年龄是本文新测得的 LAGICPGMS 锆石 UGPb 年龄 455 Ma. 样品的 87 Rb/ 86 Sr(2.928 ~ 4.187) 87 Sr/ 86 Sr( ~ ) 变化较小,Sr 的初始值低 ( ~ ), 没有出现异常低的情况, 所测结果可用于有关问题的讨论. 样品的 Nd 同位素组成相对均一, 147 Sm/ 144 Nd 为 ~0.1488, 143 Nd/ 144 Nd 为 ~ ,Sm/Nd 比值为 0.21~0.25, fsm/nd 变化于 -0.24~-0.35, 表明它们没有发生明显的 Sm Nd 同位素分异, 所测结果可以用于有关问题的讨论.εNd(t)(-2.0~+0.5) 接近于 0, 两阶段模式 (TDM2) 年龄为 1.15~1.35Ga, 显示其含有较多的壳源组分, 其源区可能主要为一套中元古代的物质并有一定量幔源物质加入, 这与区域上晚奥陶世花岗岩具有相似的 SrGNd 同位素组成 (Wanget al.,2009; 王涛等,2009).

9 1666 地球科学 htp:// 第 42 卷 4 讨论 4.1 岩体的时代本次研究对中阿尔泰构造带内的哈拉尔次花岗岩体的细粒正常花岗岩进行锆石 UGPb 测年, 获得 454±3Ma 的上交点年龄, 对 206 Pb/ 238 U 表面年龄进行加权计算, 加权平均年龄为 454.8±2.4 Ma (MSWD=0.32). 所用测年锆石样品发育典型岩浆锆石生长韵律环带, 表现出典型岩浆成因锆石特征, 因此该年龄代表岩浆锆石的结晶年龄, 亦即哈拉尔次花岗岩体的年龄, 限定哈拉尔次花岗岩的时代为晚奥陶世. 4.2 岩石成因岩石具有高硅 富碱 高钾 (K2O/Na2O 平均为 1.18) 低钛 低镁及低磷等地球化学特征, 铝饱和指数 (A/CNK) 平均为 1.05,CIPW 计算中刚玉分子含量大于 1, 指示哈拉尔次花岗岩属于高钾钙碱性过铝质花岗岩. 研究表明,Rb/Sr 比值能较好地记录源区物质的属性, 当 Rb/Sr<0.9 时, 为 I 型花岗岩, 而 Rb/Sr >0.9 时, 为 S 型花岗岩 ( 王德滋和刘昌实,1993), 哈拉尔次花岗岩 Rb/Sr=1.00~1.42, 平均值 1.14, 显示 S 型花岗岩的特征, 这与 K2OGNa2O 和花岗岩 ACF 判别图解结论一致 ( 图 7a,7b). 岩石具有低 Cr ( 平均为 ) Ni( 平均为 ) 特征, 暗示其由受地壳混染的富集幔源岩浆形成的可能性很小 (Rileyetal.,2001). 另外, 样品 Rb/Nb 比值 (11.30~14.17, 平均为 12.92) 明显高于全球上地壳的 Rb/Nb 比值 4.5(Tayloretal.,1985), 进一步表明哈拉尔次花岗岩的形成与地壳物质部分熔融密切相关, 这与 NbGNb/Ta 图解判别结果一致 ( 图 8). 图 7 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩 Na2OGK2O 图解和 ACF 图解 Fig.7 Na2OGK2OdiagramandACFdiagramforHalaerci granitesinaltayarea 据 Colins(1982) 图 8 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩 NbGNb/Ta 图解 Fig.8 NbGNb/TadiagramforHalaercgranitesinAltayarea 据 Barthetal.(2000) 研究认为大量过铝质花岗岩只有泥砂质沉积岩 类部分熔融可能形成, 不可能由基性源岩部分熔融 产生 (Chappeland White,1974;Vielzeufand Montel,1994). 过铝质 S 型花岗岩 CaO/Na2O 主要依赖于斜长石 / 粘土比值,CaO/Na2O 小于 0.3 为泥 质岩石的局部熔融, 大于 0.3 为杂砂岩的局部熔融 (PatinoGDouceandJohnston,1991;Skjerlieand Johnston,1996). 同时, 有研究认为 Rb/Sr 大于 0.1 Rb/Ba 大于 0.3, 源岩为泥质岩 (Sylvester,1998). 哈拉尔次花岗岩 CaO/Na2O=0.11~1.35( 平均为 1.03),Rb/Sr=1.00~1.42( 平均为 1.14),Rb/Ba= 0.30~0.71( 平均为 0.43), 显示哈拉尔次花岗岩主 要为杂砂岩的部分熔融形成的, 可能还有少量 的泥质岩. 研究表明, 地壳部分熔融形成的强过铝质花岗 岩熔体的不同特征能反映其源区的不同成分, 如由 云母类脱水形成的熔体富含 Rb Cs 并具有较高的 K2O/Na2O 比值特征, 而由角闪石脱水熔融形成的熔体富含 Na Ca 并且具有较低的 K2O/Na2O 比值 特征 (AltherrandSiebel,2002; 赵永久等,2007). 哈 拉尔次花岗岩富集 Rb Cs 并具有高钾低钠的特征, 指示可能与云母的源区脱水熔融有关. 实验研究认 为, 白云母的脱水熔融只能产生少量的岩浆, 黑云母 的脱水熔融能产生大量的岩浆, 而且变泥质岩类在 水不饱和的条件下产生的过铝质熔体具有较高 Rb/ Sr(3~6) 低 Sr/Ba(0.2~0.1) 的特征, 而在水饱和 状态时产生的岩浆具有低 Rb/Sr(0.7~1.6) 高 Sr/ Ba(0.5~1.6) 的特征 (ClemensandVielzuf,1987; HarrisandInger,1992;Stevensetal.,1997). 哈 拉尔次花岗岩具有低 Rb/Sr( 平均值 1.14) 高 Sr/ Ba( 平均值 0.39) 的特征, 结合岩体源区高温熔融条

10 第 10 期田红彪等 : 中国阿尔泰东北部哈拉尔次花岗岩的年龄 成因及构造意义 1667 件和高钾的地球化学特征, 指示花岗质熔体可能是在水饱和条件下由富含白云母和黑云母的含泥质杂砂岩脱水熔融形成. 花岗岩的 Nd 模式年龄反映了源区物质的平均地壳存留年龄, 哈拉尔次花岗岩两阶段模式 (TDM2) 年龄为 1.15~1.35Ga, 表明其源区可能为一套中元古代的物质. 岩石的 Nb/Ta(10.11~10.94, 平均为 10.53) 与原始地幔值 (17.8) 相差较大, 而与平均地壳值 (11) 相近, 表明岩石受地壳组分影响较大. 岩石 Sr 初始值 ( ~ ) 比壳源花岗岩低, εnd(t)(-2.0~ +0.5) 接近于 0, 比壳源花岗岩高, Th/U 比值 ( 平均 6.74) 高于地壳平均值 3.8(Taylor and Mclenann,1985), 暗示成岩过程有地幔物质的加入. 岩石高 Y 和 Yb 含量及高 Zr/Sm 比值 ( 平均 27.58) 暗示部分熔融位于石榴石稳定区之上, 并且是在较低的压力下发生的部分熔融. 岩石的低 Sr Eu Ti P 的负异常暗示哈拉尔次花岗岩源区有斜长石 钛铁矿及磷灰石的残留. 综上所述, 哈拉尔次花岗岩可能由富含白云母和黑云母的含泥质杂砂岩在较低压力和较高温度下经历部分熔融形成, 其源区有斜长石 钛铁矿和磷灰石的残留, 同时幔源物质有一定的混入. 4.3 构造环境及地质意义古亚洲洋的演化研究近年来有了新的资料 ( 王键等,2016). 近些年来, 随着对阿尔泰造山带内不同时期花岗岩进行精细年代学和构造属性深入研究, 认为古生代花岗岩主要发生在 460 Ma 410 Ma 380Ma 和 265 Ma 四个主要岩浆事件峰期, 其时间跨度长 岩石成因复杂, 较完整地记录了早古生代以来的俯冲 - 碰撞 - 造山过程, 其中 400 Ma 是主要 岩浆活动时期, 并认为阿尔泰造山带是早古生代造山带, 而不是晚古生代造山带 ( 童英等,2007). 本文研究的哈拉尔次花岗岩是位于中阿尔泰构造带的早古生代早期 (455Ma) 的岩浆活动物质记录, 为阿尔泰造山带的构造演化提供新的依据. 过铝质花岗岩不仅可以形成于碰撞造山过程中的挤压构造环境, 与加厚地壳的部分熔融有关, 也可以形成于碰撞后与岩石圈伸展作用有关的张性环境, 与岩石圈的拆沉或幔源岩浆的底侵作用有关 ( 钟长汀等,2006). 岩石地球化学特征指示哈拉尔次花岗岩是由富含白云母和黑云母的含泥质杂砂岩在低压高温条件下部分熔融形成, 那么导致部分熔融的诱因是什么? 阿尔泰造山带大面积发育早古生代晚期的花岗岩, 如铁木尔特花岗岩 (459 Ma) 阿巴宫岩体 (462Ma) 铁克列克岩体 (462 Ma) 阿维滩岩体 (400Ma) 库尔提岩体 (416 Ma) 可可托海岩体 (409Ma 411Ma) 蒙库岩体 (404Ma) 切木尔切克岩体 (462 Ma) 禾木岩体 (466 Ma) 及布尔津岩体 (425Ma) 等, 分布于不同构造带内, 以南阿尔泰和中阿尔泰地区最为发育 ( 王涛等,2010).Wangetal. (2006) 曾对阿尔泰造山带内早古生代的花岗岩进行过研究, 认为这些花岗岩属于拉斑系列和钙碱性系列, 且大多数都为 I 型花岗岩, 地球化学及同位素特征表明这些花岗岩为陆缘弧背景下陆源与年轻幔源物质融合形成, 俯冲碰撞过程开始于约 460Ma; 张亚峰等 (2015) 认为阿尔泰南缘可可托海地区中生代的阿拉尔花岗岩体为后碰撞造山向板内环境的转换阶段背景下, 由含泥质的变质砂岩地壳熔融形成的 S 型花岗岩, 侧面说明阿尔泰造山带在早古生代具 图 9 阿尔泰地区哈拉尔次花岗岩构造环境判别图解 Fig.9 DiagramsofthetectonicsetingforHalaercigranitesinAltayarea 图例如图 7.a. 据 Pearceetal.(1984);b. 据 Harrisetal.(1986)

11 1668 地球科学 htp:// 第 42 卷 有俯冲的构造性质. 哈拉尔次花岗岩是晚奥陶世岩 浆活动的产物, 出露于中阿尔泰构造带, 同位素组成 上与阿尔泰造山带内早古生代晚期花岗岩具有相似 的特征, 即具有接近 0 的 εnd(t) 和较老的 Nd 模式 年龄, 微量元素体现出活动大陆边缘陆缘弧特征, 指 示该时期古亚洲洋已经开始向北俯冲于阿尔泰微陆 块之下. 在构造环境判别图解中, 哈拉尔次花岗岩均 落入火山弧花岗岩区域 ( 图 9). 上述不同时期的早古 生代均具有火山弧花岗岩的特征, 由于微量元素在 其形成过程中因壳幔物质组分的贡献不同及岛弧演 化不同阶段而体现出不同的特征, 因此早古生代花 岗岩表现为不同构造演化阶段的产物. 哈拉尔次花 岗岩大离子亲石元素和高场强元素含量均比较低, 显示出初始弧岩浆岩的特征, 这与前人关于阿尔泰 造山带这一时期正处于俯冲 - 碰撞 - 造山早期阶段 的认识一致 (Wangetal.,2006). 因此笔者可以推测早古生代早期, 古亚洲洋向 北俯冲于阿尔泰微陆块之下, 后期随着板块进一步 俯冲, 局部伸展减压以及异常地幔不均匀上升提供 热量, 导致中上地壳沉积物发生部分熔融并有少量 的幔源物质混入, 形成哈拉尔次花岗岩初始岩浆, 经 后期结晶分异和岩浆上升侵位形成大面积分布的早 古生代晚期花岗岩. 5 结论 (1) 哈拉尔次花岗岩体主要岩石类型有花岗闪 长岩 二长花岗岩 正长花岗岩, 其中正长花岗岩的 LAGICPGMS 锆石 UGPb 年龄为 454.8±2.4 Ma (MSWD=0.32), 即形成于晚奥陶世. (2) 岩石具有高硅 富碱高钾 (K2O/Na2O>1) 低钛 低镁及低磷等地球化学特征, 铝饱和指数 (A/CNK) 平均为 1.05,CIPW 计算中刚玉分子含量 大于 1, 指示哈拉尔次花岗岩属于高钾钙碱性过铝 质花岗岩. 岩石具有明显的 Sr Ti P 亏损和 Nb Ta 负异常, 富集 Th Rb 和轻稀土元素, 有显著的 Eu 负异常, 同位素具有接近 0 的 εnd(t) 和较老的 Nd 模式年龄. (3) 地球化学特征暗示哈拉尔次花岗岩可能由 富含白云母和黑云母的含泥质杂砂岩在较低压力和 较高温度下经历部分熔融形成, 其源区有斜长石 钛 铁矿和磷灰石的残留, 同时幔源物质有一定的混入. (4) 哈拉尔次花岗岩形成于活动大陆边缘挤压 背景下, 局部伸展减压以及异常地幔不均匀上升提 供热量, 导致中上地壳沉积物发生部分熔融并有少量的幔源物质混入, 形成哈拉尔次花岗岩. References Altherr,R.,Siebel,W.,2002.IGTypePlutonisminaContinenG talbackgarcseting:miocene Granitoidsand MonzoG nitesfrom the Central Aegean Sea,Greece.ContribuG tionstomineralogyandpetrology,143(4): doi: /s y Anderson,T.,2002.CorectionofCommonPbinUGPbAnalyses thatdonotreport 204 Pb.ChemicalGeology,192(1-2): doi: /S (02)00195-X Barth,M.G.,McDonough,W.F.,Rudnick,R.L.,2000.TrackG ingthebudgetofnbandtainthecontinentalcrust. ChemicalGeology,165(3/4): doi: / S (99) Boynton,W.V.,1984.GeochemistryoftheRareEarth EleG ment:meteroritestudies.in:henderson,p.,ed.,rare Earth Element Geochemistry.Elsevier,Amsterdam, Chai,F.M.,Dong,L.H.,Yang,F.Q.,etal.,2010.Age,GeoG chemistryandpetrogenesisoftiemiertegranitesinthe KelangBasinatthetheSouthern MarginofAltay,XinG jiang.acta Petrologica Sinica,26(2): (in ChinesewithEnglishabstract). Chappel,B.W.,White,A.J.R.,1974.TwoContrastingGranG itetypes.pacificgeology,8: Chen,Y.C.,Ye,Q.T.,Mou,C.L.,etal.,1996.The MetaloG genicconditionsand MetalogenicPredictionofAshele CopperGZincOre.GeologicalPublishingHouse,Beijing, 1-85 (inchinese). Clemens,J.D.,Vielzuf,D.,1987.Constraintson Meltingand MagmaProductionintheCrust.Earthand Planetary ScirnceLeters,86: doi: / X (87) Colins,W.J.,1982.Natureand Originofa Type Granites with Particular Referenceto Southeastern Australia. Contributionsto Mineralogy and Petrology,80(2): doi: /BF Dong,L.H.,Qu,X.,Zhao,T.Y.,etal.,2012.MagmaticSeG quenceofearlypalaeozoicgraniticintrusionsandits TectonicImplicationsinNorthAltayOrogen,Xinjiang. ActaPetrologicaSinica,28(8): (inchig nesewithenglishabstract). Han,B.F.,He,G.Q.,1991.TheTectonicNatureofDevonian VolcanicRocksBeltoftheSouthern Altay.Xinjiang GeologicalScience,3: (inchinese). Harris,N.B.W.,Pearce,J.A.,Tindle,A.G.,1986.GeochemiG

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