乔耿飙17-094

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1 2018 年 4 月, 第 24 卷, 第 2 期, 页 April 2018,Vol. 24,No.2, pp 高校地质学报 Geological Journal of China Universities DOI: /j.issn 西准噶尔库什库都克石英闪长岩地球化学 年代学及地质意义 乔耿彪 1, 赵寒森 1, 陈隽璐 1, 白建科 1, 彭素霞 1 2, 樊金生 1. 中国地质调查局西安地质调查中心, 国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室, 西安 西安西北有色物化探总队有限公司, 西安 摘要 : 库什库都克石英闪长岩位于新疆西准噶尔的达尔布特晚古生代中酸性岩浆岩带中 通过 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 定 年, 结合锆石阴极发光图像和 U Th 元素特征, 获得石英闪长岩的年龄为 305.3±2.8 Ma (n=19,mswd=0.17), 时代属晚石 炭世晚期 (C 2) 石英闪长岩呈半自形不等粒结构, 块状构造, 矿物成分主要为斜长石 石英 角闪石和黑云母等, 局部发 育含柱状辉石的石英辉长闪长岩 岩石的 SiO 2 含量为 59.38%~63.37%, 全碱变化于 6.55%~7.51%; 里特曼指数 ( σ ) 变化于 2.62~2.88, 铝饱和指数 (A/CNK 值 ) 介于 0.83~0.90, 为准铝质 ; 岩石轻稀土富集且轻重稀土元素分馏明显,(La/Yb) N 为 2.99~ 3.66, 负 Eu 异常 (δeu 为 0.64~0.79); 岩石相对富集 Ba Nd Zr K 和 LREE 等元素, 而相对亏损 Rb Nb Th Sr P Ti 和 HREE 等元素, 属高钾钙碱性准铝质 I 型花岗岩类岩石 石英闪长岩地球化学特征表明其为上地壳变质玄武岩熔融的产 物, 在岩浆演化过程中发生了以斜长石 辉石 金红石和磷灰石为主的分离结晶作用, 而角闪石基本未发生分离结晶 区 域构造环境演化分析认为西准噶尔不仅在晚石炭世早期存在与俯冲作用相关的岛弧花岗岩, 在晚石炭世晚期 早二叠世早 期也存在持续俯冲作用, 在此环境下形成了与俯冲作用相关的岛弧型库什库都克石英闪长岩 关键词 : 石英闪长岩 ; 地球化学 ; 晚石炭世 ; 库什库都克 ; 西准噶尔 中图分类号 :P588.1 文献标识码 :A 文章编号 : (2018) LA-ICP-MS Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry of the Kushenkuduke Quartz Diorite in Western Junggar and Its Tectonic Significance QIAO Gengbiao 1, ZHAO Hansen 1, CHEN Junlu 1, BAI Jianke 1, PENG Suxia 1, FAN Jinsheng 2 1. Xi an Center of Geological Survey, CGS, Key Laboratory for the Study of Focused Magmatism and Giant Ore Deposits, MLR, Xi an , China; 2. Geophysical and Geochemical Exploration Corporation, Northwest Bureau of Geological Exploration for Nonferrous Metals, Xi an , China Abstract: The Kushenkuduke quartz diorite is located in the Late Paleozoic intermediate-acidic magmatic rocks belt along Dalbute area in Western Junggar, Xinjiang. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating yields an age of 305.3±2.8 Ma (n=19, MSWD= 0.17) for the quartz diorite, indicating that it was generated during late stage of the Late Carboniferous (C 2). The quartz diorite has a hypidiomorphic heterogranular texture and a massive structure, and consists mainly of plagioclase, quartz, amphibole, and biotite, etc. A small amount of quartz gabbro diorite with columnar pyroxene has also been observed in this pluton. The geochemical analyses show that the pluton is characterized by SiO 2 of 59.38%~63.37%, total alkali (Na 2O+K 2O) of 6.55%~7.51%, and Rittman index σ of 2.62~2.88, aluminum 收稿日期 : ; 修回日期 : 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( ); 中国地质调查局项目 (DD ); 陕西省科学技术研究发展计划项目 (2014JM2-4037) 联合资助 作者简介 : 乔耿彪, 男,1979 年生, 高级工程师, 主要从事固体矿产勘查和岩石地球化学研究 ; qgb408@163.com

2 148 高 校 地 质 学 报 24卷 2期 index A/CNK of 0.83~0.90, indicating a metaluminous composition. The quartz diorite is enriched in LREE, depleted in HREE ( LREE/ HREE=3.86~4.38, (La/Yb)N=2.99~3.66 ), with negative Eu anomalies (δeu=0.64~0.79). The trace elements are characterized by Ba, Nd, Zr, K, LREE enrichment, and Rb, Nb, Th, Sr, P, Ti, HREE depletion. All the features suggest a high K calcic-alkaline I-type granite. The quartz diorite was likely derived from metabasalt in the upper crust, and subsequently underwent the fractional crystallization of plagioclase, pyroxene, rutile, and apatite without amphibole. Based on comprehensive analysis of the genetic type of the quartz diorite and evolution of regional tectonic environment, we suggest that when the Junggar Ocean perpetually continued its deep subduction toward north from the early Late Carboniferous to the Early Permian, and the Kushenkuduke quartz diorite of the island-arc type was formed during this tectonic evolution. Key words: quartz diorite; geochemistry; Late Carboniferous; Kushenkuduke Western Junggar Frist author: QIAO Gengbiao, Senior Engineer, qgb408@163.com 新疆西准噶尔地区位于准噶尔盆地西北缘 属 鲁阿嘎希 玉依塔勒盆克提 库什库都克 宝贝等 中亚造山带西南部 是中亚古生代俯冲 增生复合 小岩体 构成了著名的达尔布特构造岩浆岩带 李 造山带的主要组成部分 Feng et al 何国 琦 2004 李 锦 轶 等 2006 王 京 彬 和 徐 新, 2006 Xiao et al., 2009 李锦轶等 2009 Wilhem et al., 2012 Choulet et al., 2013 Zhu et al., 2013 发育多条蛇绿混杂岩带 Zhang et al., 2011 Zhu, 2013 并出露大量中酸性侵入岩体 图 1 北东 向的安齐断裂带和达尔布特断裂带两侧的侵入岩尤 其发育 包括铁厂沟 哈图 阿克巴斯陶 庙尔 沟 夏尔莆 加甫萨尔苏 红山等大岩基 以及别 Fig. 1 永军 2012 前人已经对区域内绝大多数岩体进 行 了 详 细 的 岩 石 地 球 化 学 金 成 伟 和 徐 永 生 1997 伍建机和陈斌 2004 高山林等 2006 苏 玉平等 2006 张连昌等 2006 周刚等 2009 尹继元等 2013 Gao et al 和同位素年代 学 研 究 金 成 伟 和 张 秀 琪 1993 韩 宝 福 等 2006 Geng et al 刘玉琳等 2009 唐功 建等 2009 申萍和沈远超 2010b 贺敬博和陈 斌 2011 冯乾文等 2012 Shen et al 李 图 1 新疆西准噶尔地区区域地质图 Regional geological map of the Western Junggar area, Xinjiang

3 2 期 乔耿彪等 : 西准噶尔库什库都克石英闪长岩地球化学 年代学及地质意义 149 永军等,2013; 魏少妮和朱永峰,2015; 向坤鹏等,2015) 前人对库什库都克岩体中的花岗闪长岩部分做过同位素测年 ( 段丰浩等,2017a), 但对岩体的主体岩性石英闪长岩则未进行同位素测年, 同时缺乏详细的岩相学和地球化学等研究, 因而制约了其在整个西准噶尔构造带中的地位和作用 为此, 本文对石英闪长岩开展了岩石学 矿物学 地球化学分析和年代学研究, 以期准确限定岩体的形成时代并查明其地球化学特征, 从而进一步探讨岩石成因类型和岩浆演化, 并对其所处的构造环境进行初步分析 1 区域地质背景 新疆西准噶尔地区以谢米斯台山南坡断裂为界可划分为南 北两部分 北部为北准噶尔增生杂岩带, 其内发育多条蛇绿混杂岩带及古生代增生弧 ; 南部为唐巴勒蛇绿混杂岩带为代表的早古生代有限洋盆 泥盆纪陆相 海陆过渡相沉积盆地和石炭纪残留洋盆等 ( 冯益民,1987; 徐学义等,2014) 研究区位于西准噶尔的南部地区, 区内分布的地层自下而上主要有中泥盆统库鲁木迪组 (D 2k) 中泥盆统巴尔鲁克组 (D 2be) 下石炭统希贝库拉斯组 (C 1xb) 下石炭统包古图组 (C 1b) 下石炭统太勒古拉组 (C 1t) 上石炭统哈拉阿特组 (C 2h) 中上二叠统库吉尔台组 (P 2-3kj) 和上侏罗统八道湾组 (J 1b), 主要由陆缘碎屑岩夹碳酸盐岩 浅海相凝灰岩和凝灰质砂岩 火山岩和火山碎屑岩等组成 其中库什库都克石英闪长岩侵入的地层为下石炭统太勒古拉组 (C 1t), 其主要岩性为一套灰 灰绿 紫红色薄层状细粒凝灰岩和凝灰质粉砂岩等不均匀互层, 夹辉绿岩 玄武岩 细碧岩 安山岩及长石砂岩 粉砂岩等 该区岩浆活动较为强烈, 出露的岩体主要分为两类, 一类是形成于晚石炭早期 (320~310 Ma), 主要包括别鲁阿嘎希等以石英闪长岩和花岗闪长岩类为主的中酸性小岩体 ; 另一类是形成于晚石炭世 早二叠世 (308~296 Ma), 主要包括庙尔沟 阿克巴斯陶 铁厂沟等碱长花岗岩类为主的大岩基 ( 金成伟和徐永生, 1997; 韩宝福等, 2006; 苏玉平等,2006; 冯乾文等,2012;Gao et al.,2014; 张连昌等, 2006; 宋会侠等,2007; 唐功建等,2009;Shen et al.,2012; 魏少妮和朱 永峰,2015; 杨钢等,2015) 研究区内构造作用复杂, 主要断裂以 NE-SW 向为主, 由北向南依次为安齐断裂 ( 也称玛依勒断裂 ) 和达拉布特断裂 ( 图 1) 在断裂带两侧均有蛇绿混杂岩带出露, 研究区主要分布达拉布特蛇绿混杂岩带, 其代表了弧后洋盆的洋壳残片 ( 董连慧等,2010) 2 岩体地质及矿物学特征 库什库都克岩体位于克拉玛依北西 40 km 处 达尔布特河北约 9.4 km, 在阿克巴斯陶岩体的北东方向, 与宝贝花岗斑岩体邻近 ( 图 1) 库什库都克岩体地表形态近圆形, 出露面积约 3 km 2 岩体整体侵入下石炭统太勒古拉组地层中, 在岩体中可见地层捕掳体, 呈圆丘状 ( 图 2a,b), 外接触带发育明显的接触变质现象, 以发育角岩带为特点 由于整个岩体目前已准平原化, 野外地质调查未见岩体原生构造及岩体与围岩接触面产状, 但根据岩体南面的地貌特征及地层产状关系和角岩带宽度等, 推测岩体南面应倾向南, 倾角中等 - 陡峭 库什库都克岩体样品经野外观察和实验室镜下鉴定, 主要为石英闪长岩, 也见少量石英辉长闪长岩 ( 为向辉长岩过渡的岩石类型 ) 石英闪长岩呈半自形不等粒结构, 块状构造 岩石的矿物成分主要由斜长石 (57%) 石英 (<15%) 角闪石和黑云母 ( 二者总计 25%) 等组成 ( 图 2c), 副矿物见少量磷灰石 (1%) 和金属矿物 (2%) 等 斜长石多呈半自形板状, 粒径大小不等, 介于 0.3~5.2 mm, 常见聚片双晶, 偶见环带结构 ( 图 2d); 石英呈细小粒状或不规则粒状, 粒径很小, 多数 <0.5 mm; 暗色矿物角闪石呈柱状或粒状, 粒径大小在 0.2~1.0 mm; 黑云母呈细小片状, 粒径一般 <1.0 mm; 副矿物磷灰石多呈粒状零星分布, 粒径大小在 0.1~0.4 mm 石英辉长闪长岩为半自形中细粒状结构, 块状构造 主要矿物组成包括斜长石 (52%) 辉石 (20%) 石英 (<12%) 角闪石 (10%) 少量黑云母 (1%), 副矿物为磷灰石 (2%) 和金属矿物 (3%) 斜长石呈半自形板状, 粒径大小一般 0.3~ 4.0 mm, 普遍发育聚片双晶 石英呈细小不规则粒状, 粒径一般 <0.6 mm, 普遍发育交代蠕虫状结构 ( 图 2e) 辉石种属有两类, 一类为斜方系列

4 150 高 校 地 质 学 报 24卷 2期 (a) 石英闪长岩野外露头; (b) 石英闪长岩体中的围岩捕掳体; (c) 石英闪长岩中斜长石呈半自形板状, 发育聚片双晶; 角闪石呈半自形粒状 黑云母呈片 状; 他形粒状石英嵌布于晶体间隙; (d)石英闪长岩中具环带结构的斜长石; (e) 石英闪长岩中的蠕虫状石英; (f) 石英闪长岩中产出自形柱状辉石; Pl: 斜长石; Qtz: 石英; Bt;黑云母; Am: 角闪石; Px: 辉石 图2 库什库都克石英闪长岩的野外露头 a b 和正交镜下显微照片 c d e f Fig. 2 Field photographs (a, b) and microphotographs (c, d, e, f ) of Kushenkuduke quartz diorite 紫苏辉石 另一为单斜系列普通辉石 它们均呈 柱状或粒状 粒径大小在 0.2~1.9 mm 图 2f 3 分析方法 野外共采集了 6 件样品用于主量 微量和稀土 元素测定 岩石的元素地球化学组成分析在国土 资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室测试中心 完成 主量元素用 X 射线荧光光谱仪 XRF-1800 仪器为荷兰帕纳科公司 Axios 4.0 kw 顺序式 测试完成 分析误差优于 1% 其中 FeO 含量通过湿化学方法测定 微量和稀土元素分析 采用电感耦合等离子体质谱仪 ICP-MS 仪器为 美国热电公司 Series II 型 完成 分析精度优于 5% 元素分析结果见表 1 本次采集了 1 件样品进行年龄测定 岩性为石 英闪长岩 碎样和锆石挑选由河北廊坊区域地质

5 乔耿彪等 : 西准噶尔库什库都克石英闪长岩地球化学 年代学及地质意义 2 期 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 灼失总和 Mg # K2O+Na2O K2O/Na2O TFeO/MgO σ A/CNK A/NK AI DI B Be W Cu Pb Zn Cr Ni Co Rb Sr Ba V Sc Nb Ta Zr Hf Ga U Th La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 元素 D1701 D1702 D1703 D1704 D1705 D1706 表 1 库什库都克石英闪长岩主量 (%) 和微量 ( 含稀土 ) 元素 ( 10-6 ) 分析结果 Table 1 Major (%) and trace element (including REE) concentrations ( 10-6 ) of the Kushenkuduke quartz diorite 151

6 152 高校地质学报 2 4 卷 2 期 ( 续表 1) 元素 D1701 D1702 D1703 D1704 D1705 D1706 Y Rb/Ba Rb/Sr La/Ta 10000Ga/Al Zr+Nb+Ce+Y REE LREE HREE LREE/HREE (La/Yb)N δeu 注 :Mg # =100*Mg 2+ /(Mg 2+ +Fe 2+ )(mol); A/CNK = Al2O3/(CaO+Na2O+K2O) (mol); A/NK = Al2O3/(Na2O+K2O) (mol); AI= (Na2O+K2O) / Al2O3 (mol); σ : 里特曼指数 ; DI: 分异指数 调查院完成 锆石年龄测定在武汉上谱分析科技有限责任公司进行, 测定对象为晶形好且无明显包裹体及裂隙的锆石, 用 DECON 环氧树脂将锆石固定, 仔细抛光至锆石核部露出, 然后对其进行锆石显微 ( 反射光和透射光 ) 照相 CL 显微成像研究 锆石的 CL 照相采用 FEI 公司生产的 XL30 型 SFEG 扫描电镜完成 锆石 U-Pb 同位素年龄和微量元素含量利用 LA-ICP-MS 同时测试, 详细的仪器参数和分析流程见 Zong 等 (2017) GeolasPro 激光剥蚀系统由 COMPexPro 102 ArF 193 nm 准分子激光器和 MicroLas 光学系统组成, ICP-MS 型号为 Agilent 7700e 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, 激光剥蚀系统配置有信号平滑装置 (Hu et al., 2015) 本次分析的激光束斑和频率分别为 32 μm 和 5 Hz 采用锆石标准 和玻璃标准物质 NIST 610 作外标分别进行同位素和微量元素分馏校正 每个单位时间分别测定包括大约 20~30 s 的空白信号和 50 s 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-Pb 同位素比值和年龄计算 ) 采用软件 ICPMSDataCal (Liu et al., 2008; Liu et al., 2010) 完成 锆石样品的 U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用 Isoplot/Ex_ver3 (Ludwig, 2003) 完成 4 分析结果 4.1 地球化学特征根据主量元素分析结果, 库什库都克石英闪长岩样品的 SiO 2 含量为 59.38%~63.37%, 较为富 硅 ; Al 2O 3 含量为 15.14% ~15.84%, 铝饱和指数 (A/CNK 值 ) 介于 0.83~0.90, 在 A/CNK-A/NK 图解中, 样品点落在准铝质范围内 ( 图 3a);Na 2O 含量为 3.97%~4.14%,K 2O 含量为 2.45%~3.37%,K 2O/ Na 2O=0.60~0.81, 全碱 (K 2O+Na 2O) 变化于 6.55% ~7.51%, 里特曼指数 (s) 变化于 2.62~2.88,SiO 2- K 2O 图解反映岩石主体属于高钾钙碱性系列 ( 图 3b);CaO 含量较高, 为 3.53%~5.31%; TiO 2 含量为 1.18%~1.49%,MgO 含量为 1.63%~2.50%, 全铁 TFeO 含量为 6.37%~7.52%,TFeO/MgO 比值介于 3.01~3.91, 平均 3.55, 显示富铁贫镁 在 TAS 图解中, 样品均落于闪长岩区域 ( 图 4) 岩体的分异指数 (DI) 较高, 平均 65.69, 表明岩石存在一定的结晶分异作用 库什库都克石英闪长岩样品的稀土总量 (ΣREE) 为 ~ , 平均 稀土配分模式为右倾型 ( 图 5a), 相对富集轻稀土且分馏明显,LREE/HREE 为 3.86~4.38,(La/Yb) N 为 2.99~3.66, 有一定的负 Eu 异常 (δeu=0.64~0.79) 各样品微量元素原始地幔标准化分布模式相似 ( 图 5b), 说明其原始岩浆具有同源特征 岩石相对富集 Ba Nd Zr K 和 LREE 等元素 ( 表 1), 而相对亏损 Rb Nb Th Sr P Ti 和 HREE 等元素 4.2 锆石 U-Pb 同位素年龄用于测试的锆石大多半自形, 呈浅黄色 - 无色透明的长柱状或短柱状, 锆石粒径多在 50~ 150 μm ( 图 6a) 阴极发光图像显示, 除极少数颗粒发育核 - 边结构 ( 如 17 号点 ) 外, 其余颗粒多显示比较清晰的振荡环带, 具岩浆成因结构特点 ( 图 6a) 被测锆石的 Th 含量为 ~163.63

7 2 期 乔耿彪等 : 西准噶尔库什库都克石英闪长岩地球化学 年代学及地质意义 153 图 3 库什库都克石英闪长岩 A/NK-A/CNK(a, 底图据 Maniar et al., 1989) 及 K 2O-SiO 2(b, 底图据 Peccerillo and Taylor, 1976) 图解 Fig. 3 Diagrams of A/NK-A/CNK (a, the base map is after Maniar et al., 1989) and K 2O-SiO 2(b, the base map is after Peccerillo and Taylor, 1976) of the Kushenkuduke quartz diorite Fig. 4 图 4 库什库都克石英闪长岩 TAS 图解 ( 底图据 Middlemost, 1994) TAS diagram of the Kushenkuduke quartz diorite 10-6,U 含量为 ~ , 变化波动范围较大 ( 表 2); Th/U 比值主要集中于 0.36~ 0.78, 平均 0.57, 比值较高 (>0.40), 与典型的岩浆锆石特征一致 锆石的稀土元素含量很高且变化范围大 ( 表 3), 轻稀土具有不同程度的亏损, 而重稀土一致的强烈富集 ( 图 7) 锆石稀土总量 (ΣREE) 为 ~ ,LREE/HREE 为 ~0.12, 显示相对富集重稀土且分馏明显 ; 所有样品均具有强烈的负 Eu 异常 (δeu 为 ~ 0.21) 和正 Ce 异常 (δce 为 1.14~14.37)( 图 7) 负 Eu 异常与长石的分离结晶作用有关 (Hoskin and Schaltegger, 2003), 而正 Ce 异常则与锆石结晶时的氧化还原条件或含有磷灰石包体有关 图 5 库什库都克石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线 (a) 和微量元素原始地幔标准化蛛网图 (b) 球粒陨石和原始地幔标准化值据 Sun 和 McDonough. (1989) Fig. 5 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive-mantle-nomalized trace element spidergrams (b) of the Kushenkuduke quartz diorite.

8 154 高校地质学报 2 4 卷 2 期 a Ma 306.6Ma 306.0Ma 305.7Ma 309.0Ma 305.3Ma 307.3Ma 303.8Ma 306.9Ma 307.9Ma Ma Ma 302.4Ma 304.0Ma 300.2Ma 305.9Ma 304.6Ma 306.2Ma m b c U Pb/ 图 库什库都克石英闪长岩锆石阴极发光图像 (a) 锆石 U-Pb 协和图 (b) 和 Pb/ 238 U 加权平均年龄图 (c) Fig Pb/ U Ma MSWD Zircon CL images for microbeam analyzed spots (a), zircon U-Pb concordia (b) and 206 Pb/ 238 U weighted mean age (c) of the Kushenkuduke quartz diorite Ma 95 MSWD 表 2 Table 2 库什库都克石英闪长岩单颗粒锆石 LA-ICP-MS U-Pb 同位素分析结果 LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of zircons from the Kushenkuduke quartz diorite 测点号 D D D D D D D D D D D D D D D D D D D Pb/ ( 10-6 ) Th/ ( 10-6 ) U/ ( 10-6 ) Th/ U Pb/ 206 Pb ±1σ 同位素比值 207 Pb/ 235 U ±1σ Pb/ 238 U ±1σ Pb/ 235 U 年龄 (Ma) ±1σ Pb/ 238 U ±1σ (Hanchar et al., 2007) 本次对石英闪长岩样品中挑出的锆石共进行 了 19 个点的年龄分析, 测试结果见图 6 和表 2 数 据点都落在谐和曲线上 ( 图 6b), 说明没有发生明 206 显的 Pb 丢失 样品的 Pb/ 238 U 年龄介于 300.2±5.3 ~310.3±8.2 Ma, 经计算获得的加权平均年龄为

9 2 期 乔耿彪等 : 西准噶尔库什库都克石英闪长岩地球化学 年代学及地质意义 155 表 3 库什库都克石英闪长岩单颗粒锆石 LA-ICP-MS 稀土元素分析结果 ( 10-6 ) Table 3 LA-ICP-MS trace element analyses for zircons from the Kushenkuduke quartz diorite ( 10-6 ) 测点号 D D D D D D D D D D D D D D D D D D D La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ΣREE LREE HREE LREE/ HREE δeu δce 图 7 库什库都克石英闪长岩锆石的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线 ( 球粒陨石标准化值据 Sun 和 McDonough., 1989) Fig. 7 Chondrite-normalized REE distribution patterns of zircons of the Kushenkuduke quartz diorite ± 2.8 Ma ( MSWD = 0.17, 置信度 95%)( 图 6c), 代表了库什库都克石英闪长岩的结晶年龄 ( 即形成年龄 ), 因此其形成于晚石炭世晚期 5 讨论 5.1 成因类型 I 型 S 型 M 型和 A 型花岗岩成因类型是目前最为常用的四种基本类型 ( 吴福元等,2007; 邱检生等,2008), 当岩石经历高度结晶分异作用后 还可划分出 F-I 型 ( 高分异 I 型 ) 和 F-S 型 ( 高分异 S 型 )(Whalen et al.,1987) 不同成因类型的花岗岩在矿物学上也对应发育特定类型的矿物, 如对 I 型 S 型和 A 型花岗岩的判定分别对应角闪石 堇青石和碱性铁镁矿物 ( 吴福元等,2007) 库什库都克石英闪长岩样品中均含有角闪石和黑云母, 甚至出现辉石等铁镁质矿物, 因而在矿物组成方面判断其具有 I 型花岗岩特征 地球化学特征显示, 样品的铝饱和指数 A/CNK 介于 0.83~ 0.90, 为准铝质,CIPW 标准矿物中没有刚玉分子的含量, 而 S 型花岗岩多属于过铝质 ( 其 A/CNK 值一般 >1.1, 刚玉分子含量 >1%), 因此不符合 S 型花岗岩特点 另外, 实验研究也表明, 在准铝质到过铝质演化中, 磷灰石的溶解度很低, 并在岩浆分异过程中随 SiO 2 的增加而降低, 而在强过铝质岩浆中, 磷灰石的溶解度变化趋势与此相反 (Wolf and London, 1994; Chappell, 1999) 从 SiO 2-P 2O 5 关系图 ( 图 8a) 和表 1 可以看出,P 2O 5 的含量随着 SiO 2 含量的增加而降低, 与 I 型花岗岩的演化趋势一致 在 K 2O-Na 2O 关系图中, 样品点也落于 I 型花岗岩区域 ( 图 8b), 因此可以排除其为 S 型花岗岩 A 型花岗岩一般明显富铁, 其 TFeO/ MgO 比值多大于 10 (Whalen et al., 1987), 而本文样品 FeO T / MgO 比值变化于 3.01~3.91, 平均 3.55,

10 156 高校地质学报 2 4 卷 2 期 Fig. 8 图 8 库什库都克石英闪长岩成因类型判别图解 Discrimination diagrams of genetic types for the Kushenkuduke quartz diorite 远低于 10, 二者差异很大 A 型花岗岩还具有 SiO 2 含量较高 ( 通常大于 70%, 甚至更高 ), 富钾 (K 2O 含量变化于 4%~6%), 且具显著负 Eu 负异常 (δeu<0.30) 的特点, 而本文样品的 SiO 2 含量变化于 59.38%~63.37%,K 2O 含量均低于 4% (2.45%~ 3.37%), 其 Eu 负异常中等 (δeu = 0.64~0.79, 平均为 0.70), 这些均与 A 型花岗岩特点明显不同 ( 张旗等,2012) 综合以上判断, 库什库都克石英闪长岩应属 I 型花岗岩 5.2 岩浆起源及演化岩石稀土元素为右倾型配分模式, 且微量元素相对亏损 Ba Sr Ti Nb 和 Zr 等, 暗示了闪长岩经历了高度的分异演化 Ba Sr 的亏损应与斜长石的分离结晶有关, 与 Eu 的负异常相对应, 反映其可能是壳源物质部分熔融的产物 (Harris and Inger, 1992) 石英闪长岩的 FeO T MgO CaO 与 SiO 2 的含量呈明显的负相关 ( 表 1), 指示岩浆演化过程中可能发生了辉石 角闪石等铁镁矿物的分离结晶 对于角闪石来说 Yb 具有比 Y 更高的配分系数,Y/Yb 的升高意味着熔体发生了角闪石的分离结晶, 而样品的 Y/Yb 变化微小 (9.32~ 9.58), 因此角闪石分离结晶可能性很小 样品的 TiO 2 含量较高, 而且岩石中富 Ti 矿物 ( 如钛铁矿 ) 发育, 说明在岩浆过程中 Ti 为饱和状态,TiO 2 与 SiO 2 呈负相关性 ( 表 1), 说明岩浆演化过程中应存在金红石的结晶分异作用 此外,P 2O 5 与 SiO 2 含量呈负相关关系 ( 图 8a), 并在微量元素蛛网图中具明显的 P 负异常 ( 图 5b), 显示也有磷灰石显著的结晶分异作用 因此, 石英闪长岩在岩浆演 化过程中发生了以斜长石 辉石 金红石和磷灰石为主的分离结晶作用, 而角闪石基本未发生分离结晶 石英闪长岩样品 Nb/Ta=11.04~11.98, 平均 11.50, 处于大陆地壳比值范围内 (11.00~17.50, Rudnick and Gao, 2003), Zr/Hf 比值 37.84~40.92, 平均 39.72, 略高于上地壳的 Zr/Hf 比值 ( 37, Gao et al., 1998), 这些特征指示其源岩应来自上地壳 研究发现 (Jung and Pfander, 2007),CaO/Na 2O 的不同比值区间可以用来进行物源区判别, 当其比值 <0.5 时源区为泥质岩, 比值介于 0.3~1.5 之间时暗示源区为变杂砂岩或火成岩, 如果有角闪岩参与熔融, 其形成的熔体 CaO/Na 2O 比值会略高且更偏中性 ( 花岗闪长岩 闪长岩等 ) 本文石英闪长岩的 CaO/Na 2O 比值较高, 介于 0.85~1.30 之间 ( 平均值为 1.04), 与变杂砂岩或火成岩源区一致 结合 CaO/(MgO+TFeO) Al 2O 3/(MgO+TFeO) 的源岩判别图, 样品均位于变质玄武岩部分熔融区域 ( 图 9), 因此, 库什库都克石英闪长岩应为上地壳变质玄武岩熔融的产物 5.3 构造背景花岗岩形成的构造环境主要反映的是源区的构造环境和形成背景 前人研究钙碱性 I 型花岗岩发现 (Pitcher, 1987; 韩宝福, 2007), 其主要出现在两种构造背景下, 既可以形成于与板块俯冲过程有关的陆缘弧中, 也可以出现在后碰撞阶段 简单运用微量元素判别图解并不能有效区分构造环境, 因此需要结合研究区的大地构造演化和地质年代加以综合限定

11 2 期 乔耿彪等 : 西准噶尔库什库都克石英闪长岩地球化学 年代学及地质意义 157 图 9 库什库都克石英闪长岩 C/MF-A/MF 图解 Fig. 9 C/MF vs A/MF diagram of the Kushenkuduke quartz diorite (after Alther et al., 2000) 西准噶尔地区晚古生代岩浆活动强烈, 中酸性岩浆岩大量发育, 形成了两类花岗岩, 并代表两种不同的构造环境 以别鲁阿嘎希等为代表的石英闪长岩和花岗闪长岩类为主的中酸性小岩体多数为钙碱性 I 型花岗岩, 其时代主要集中在 320~ 310 Ma ( 宋会侠等,2007;Shen et al.,2012; 魏少妮和朱永峰,2015; 杨钢等,2015), 且多与俯冲作用有关 ( 高睿等,2013; 尹继元等,2013); 而以阿克巴斯陶 庙尔沟 铁厂沟等碱长花岗岩类大岩基为主的 A 型花岗岩, 其形成时代主要集中在 308~296 Ma, 代表了后碰撞伸展环境 ( 金成伟和徐永生,1997; 韩宝福等,2006; 苏玉平等,2006; 冯乾文等,2012;Gao et al.,2014) 然而一些学者通过系统梳理区内典型的 A 型花岗岩 紫苏花岗岩 I 型花岗岩以及埃达克岩等研究表明, 西准噶尔地区晚石炭世连续存在俯冲作 用, 并可能持续到早二叠世早期 ( 张连昌等, 2006;Geng et al.,2009; 唐功建等,2009; 尹继元等,2013) 另外, 区域大地构造系统的研究也暗示新疆北部地区在晚石炭世 二叠纪早期仍然存在残留洋盆及其相关的俯冲作用 ( 肖文交等, 2006;Xiao et al.,2008) 本次获得的库什库都克石英闪长岩锆石 U Pb 年龄为 305.3±2.8 Ma, 时代为晚石炭世晚期, 虽然与区域分布的岩基状大型花岗岩 ( 如阿克巴斯陶 哈图和红山 ) 形成年龄相差不大, 但是其岩性 地球化学特征和成因类型等均与之相差较大 与别鲁阿嘎希 库尔尕克希 ( 段丰浩等, 2017b) 等小岩体相比, 库什库都克石英闪长岩成岩时代稍晚, 但岩石地球化学特征显示它们均为高钾钙碱性准铝质 弱过铝质 I 型花岗岩, 岩石相对富集 Ba Nd Zr K 和 LREE 等元素, 而相对亏损 Nb Th Sr P Ti 和 HREE 等元素, 具有岛弧岩浆地球化学特征 (Brown et al.,1984), 表明可能为同一构造环境的产物, 具有相同的地球动力学背景 在 Rb- (Y+Nb) 和 Y- (Sr/Y) 构造环境判别图解中 ( 图 10a,b), 库什库都克石英闪长岩样品投点于火山弧花岗岩和经典岛弧岩石区, 也说明其形成于与俯冲作用有关的岛弧环境 6 结论 (1) 库什库都克石英闪长岩的年龄为 305.3± 2.8 Ma (n=19,mswd=0.17), 时代属晚石炭世晚期 (C 2) (2) 库什库都克石英闪长岩 SiO 2 含量介于 (a) 500 (b) Rb /( 10 ) h Sr/Y Y+Nb /( h10-6 ) Y /( h10-6 ) 图 10 库什库都克石英闪长岩的构造环境判别图解 (a 底图据 Pearce et al., 1984; b 底图据 Defant and Drummond, 1990) Fig. 10 Tectonic discrimination diagrams of the Kushenkuduke quartz diorite

12 158 高校地质学报 2 4 卷 2 期 59.38%~63.37%, 全碱变化于 6.55%~7.51%; 里特曼指数 ( σ ) 变化于 2.62~2.88, 铝饱和指数 (A/ CNK) 介于 0.83~0.90, 属准铝质 ; 岩石轻稀土富集且轻重稀土元素分馏明显,(La/Yb) N=2.99~ 3.66, 中等 弱负 Eu 异常 (δeu=0.64~0.79); 岩石相对富集 Ba Nd Zr K 和 LREE 等元素, 而相对亏损 Rb Nb Th Sr P Ti 和 HREE 等元素, 属高钾钙碱性准铝质 I 型花岗岩类岩石 (3) 库什库都克石英闪长岩为上地壳变质玄武岩熔融的产物, 在岩浆演化过程中经历了以斜长石 辉石 金红石和磷灰石为主的分离结晶作用, 而角闪石的分离结晶不明显 (4) 库什库都克石英闪长岩是晚石炭世 早二叠世早期与俯冲相关岛弧岩浆作用的产物 致谢 : 野外工作中得到新疆有色哈图金矿相关领导和技术人员的支持与帮助 ; 特别是匿名审稿专家专业 细致且严谨的审查以及所提出的宝贵意见和建议为本文质量的提升起到了关键性的作用 ; 在此一并表示衷心的感谢! 参考文献 (References): 董连慧, 朱志新, 屈迅, 等 新疆蛇绿岩带的分布 特征及研究新进展 [J]. 岩石学报,26(10): 段丰浩, 支倩, 李永军, 等. 2017a. 新疆西准噶尔库什库都克岩体地质时代 地球化学及岩石成因 [J]. 地质科学,52(2): 段丰浩, 李永军, 陈荣光, 等. 2017b. 新疆西准噶尔库尔尕克希岩体年代学 地球化学特征及岩石成因 [J]. 岩石矿物学杂志,36(3): 冯乾文, 李锦轶, 刘建峰, 等 新疆西准噶尔红山岩体及其中闪长质岩墙的时代 来自锆石 LA-ICP-MS 定年的证据 [J]. 岩石学报, 28(9): 冯益民 西准噶尔古板块构造特征 [J]. 中国地质科学院西安地质矿产研究所所刊,18(4): 高睿, 肖龙, 王国灿, 等 西准噶尔晚古生代岩浆活动和构造背景 [J]. 岩石学报,29(10): 高山林, 何治亮, 周祖翼 西准噶尔克拉玛依花岗岩体地球化学特征及其意义 [J]. 新疆地质,24(2): 韩宝福, 季建清, 宋彪, 等 新疆准噶尔晚古生代陆壳垂向生长 (I) 后碰撞深成岩浆活动的时限 [J]. 岩石学报,22(5): 韩宝福 后碰撞花岗岩类的多样性及其构造环境判别的复杂性 [J]. 地学前缘,14(3): 何国琦 中国新疆及邻区大地构造图说明书 1: [M]. 北京市 : 地质出版社,65. 贺敬博, 陈斌 西准噶尔克拉玛依岩体的成因 : 年代学 岩石学和地球化学证据 [J]. 地学前缘,18(2): 金成伟, 张秀棋 新疆西准噶尔花岗岩类的时代及其成因 [J]. 地质科学,28(1): 金成伟, 徐永生 新疆托里别鲁阿嘎希地区花岗岩类的岩石学和成因 [J]. 岩石学报,13 (4): 李锦轶, 何国琦, 徐新, 等 新疆北部及邻区地壳构造格架及其形成过程的初步探讨 [J]. 地质学报,80(1): 李锦轶, 张进, 杨天南, 等 北亚造山区南部及其毗邻地区地壳构造分区与构造演化 [J]. 吉林大学学报 ( 地球科学版 ),39(4): 李永军, 王冉, 李卫东, 等 西准噶尔达尔布特南构造 - 岩浆岩带斑岩型铜 - 钼矿新发现及找矿思路 [J]. 岩石学报,28(7): 李永军, 李甘雨, 康磊, 等 西准噶尔夏尔莆岩体岩浆混合的锆石 U Pb 年代学证据 [J]. 岩石学报,29(9): 刘玉琳, 郭丽爽, 宋会侠, 等 新疆西准噶尔包古图斑岩铜矿年代学研究 [J]. 中国科学 (D 辑 ) : 地球科学,52 (10): 邱检生, 肖娥, 胡建, 等 福建北东沿海高分异 I 型花岗岩的成因 : 锆石 U-Pb 年代学 地球化学和 NdHf 同位素制约 [J]. 岩石学报,24(11): 宋会侠, 刘玉琳, 屈文俊, 等 新疆包古图斑岩铜矿矿床地质特征 [J]. 岩石学报,23(8): 申萍, 沈远超 西准噶尔与环巴尔喀什斑岩型铜矿床成矿条件及成矿模式对比研究 [J]. 岩石学报,26(8): 苏玉平, 唐红峰, 侯广顺, 等 新疆西准噶尔达拉布特构造带铝质 A 型花岗岩的地球化学研究 [J]. 地球化学,35(1): 唐功建, 王强, 赵振华, 等 西准噶尔包古图成矿斑岩年代学与地球化学 : 岩石成因与构造 铜金成矿意义 [J]. 地球科学,34(1): 王京彬, 徐新 新疆北部后碰撞构造演化与成矿 [J]. 地质学报,80 (1): 魏少妮, 朱永峰 新疆西准噶尔包古图地区中酸性侵入体的岩石学 年代学和地球化学研究 [J]. 岩石学报,31(1): 吴福元, 李献华, 杨进辉, 等 花岗岩成因研究的若干问题 [J]. 岩石学报,23(6): 伍建机, 陈斌 西准噶尔庙尔沟后碰撞花岗岩微量元素和 Nd Sr 同位素特征及成因 [J]. 新疆地质,22(1): 肖文交, 韩春明, 袁超, 等 新疆北部石炭纪 二叠纪独特的构造 - 成矿作用 : 对古亚洲洋构造域南部大地构造演化的制约 [J]. 岩石学报,22(5): 向坤鹏, 李永军, 李钊, 等 新疆西准噶尔哈拉阿拉特山火山岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄 地球化学特征及意义 [J]. 地质学报, 89(5): 徐学义, 李荣社, 陈隽璐, 等 新疆北部古生代构造演化的几点认识 [J]. 岩石学报,30(6): 杨钢, 肖龙, 王国灿, 等 西准噶尔别鲁阿嘎希花岗闪长岩年代学 地球化学特征及岩石成因 [J]. 地球科学,40(5): 尹继元, 陈文, 喻顺, 等 西准噶尔包古图富镁闪长质岩墙的时代 地球化学特征以及铜金成矿意义 [J]. 中国地质, 40(4): 张连昌, 万博, 焦学军, 等 西准包古图含铜斑岩的埃达克岩特征及其地质意义 [J]. 中国地质,33(3): 张旗, 冉皞, 李承东 A 型花岗岩的实质是什么 [J]. 岩石矿物学杂志,31(4): 周刚, 张招崇, 吴淦国, 等 新疆准噶尔北东缘造山后伸展及陆壳生长 : 来自哈旦逊杂岩体的岩石学及地球化学的证据 [J]. 地质学报,83(3): Alther R, Holl A, Hegner E, et al High-potassium, calc-alkaline I-type plutonism in the European Variscides: Northern Vosges (France) and northern Schwarzwald (Germany) [J]. Lithos, 50: Brown G C, Thorpe R S and Webb P C The geochemical characteristics of granitoids in contrasting arcs and comments on

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