李宁波等 : 新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征 3403 陆壳物质混染在下地壳物质熔融过程中, 位于下地壳底部的富水和成矿元素的 MASH 带物质也被圈入, 使原始岩浆富水和成矿物质圆头山黑云母花岗斑形成于碰撞后阶段, 岩石的形成主要受岩石圈地幔拆沉作用的控制, 而岩

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荣昧寿
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1 /2013/029(10) ActaPetrologicaSinica 岩石学报新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征 1,2,3 李宁波 1 牛贺才 1 单强 1,3 姜玉航 1,3 曾令君 1 杨武斌 4 裴重举 LINingBo 1,2,3,NIUHeCai 1,SHANQiang 1,JIANGYuHang 1,3,ZENGLingJun 1,3,YANGWuBin 1 andpeizhongju 4 1 中国科学院广州地球化学研究所矿物学与成矿学重点实验室, 广州西北大学大陆动力学国家重点实验室, 西安中国科学院大学, 北京山东省第一地质矿产勘查院, 济南 CASKeyLaboratoryofMinerologyandMetalogeny,GuangzhouInstituteofGeochemistry,ChineseAcademyofSciences,Guangzhou510640,China 2 StateKeyLaboratoryofContinentalDynamics,NorthwestUniversity,Xi an710069,china 3 UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China 4 ShandongSurveyInstituteofGeologyandMineralResources,Jinan250014,China 收稿, 改回 LiNB,NiuHC,ShanQ,JiangYH,ZengLJ,YangWBandFeiZJ 2013 ZirconU Pbgeochronologyandgeochemistryof post colisionalgraniticporphyryfrom Yuantoushan,Nileke,Xinjiang ActaPetrologicaSinica,29(10): Abstract TheYuantoushanbiotitegraniticporphyryintrusionislocatedatthesouthernNileke Coppermineralizationprevalently occurswithintheintrusion,especialyintheshateredzone Thegranitehastypicalporphyritictexture,wherephenocrystsare composedofalkalifeldsparandbiotite,andmatrixismainlycomposedoffeldspar,biotite,quartzandminorsulfide Traceelement paternsforthegranitearesignificantlydepletedinhsfe,nb,ta,p,tiandenrichedinpbandlile(exceptsr),indicating productsofarcmagmatism ZirconU Pbageforthegraniteis269±3Ma Accordingtoitsgeochemicalfeatures,weinferedthatthe granitewerederivedfrom asourcemainlyiscomposedofthelowercontinentalcrustmaterialswithminormantlesubstanceandthe lowercontinentalcrusthassimilargeochemicalfeatureswitharcmagma Inaddition,theYuantoushangranitehashigh( 87 Sr/ 86 Sr) i ratios( to )andPbcontents( ~ )indicatetheoccurenceofcontaminationofcontinental crustmaterialsduringitsemplacement Theinvolvementoffertilizedmaterialsfrom themelting asimilation storagehomogenization (MASH)zones,whichsetledinthebotom oflowercontinentalcrust,inducedtheprimarymagmaoftheyuantoushanintrusion enrichedinwaterandmetals.thegeochemicaldataoftheyuantoushangraniteindicatesitwasformedatpost colisionsetingand controledbyadelaminationofmantlelithosphere ThedelaminationcouldbeinducedbythecolapseofCentralAsianOrogenicBeltor bytheactivityoftarimmantleplume Keywords Biotitegraniticporphyry;Post colisionalstage;lithospheremantledelamination;lowercrust;mash 摘要圆头山黑云母花岗斑岩位于尼勒克县城南, 岩体普遍发育的铜矿化, 以中部碎裂带中矿化最强岩石具有典型的斑状结构, 斑晶由碱性长石和黑云母组成, 基质以长石云母和石英为主, 并含有少量的硫化物圆头山黑云母花岗斑岩的轻重稀土分馏明显, 并且明显富集大离子亲石元素 (LILE)( 除 Sr 外 ) 和 Pb, 同时亏损高场强元素 (HFSE) 和 Nb Ta P Ti, 显示出弧火山岩的地球化学特征圆头山黑云母花岗形成年龄为 269±3Ma, 其源区以具有弧火山岩特征的下地壳为主, 同时含有少量的幔源物质, 而且在岩体的侵位过程中有高 ( 87 Sr/ 86 Sr) i ( ~ ) 和高 Pb 含量 ( ~ ) 的本文受国家自然科学新疆联合基金 (U ) 国家重点基础研究发展计划 (973 计划 )(2011CB808903) 国家自然科学基金项目 ( ) 和西北大学大陆动力学国家重点实验室开放课题基金联合资助. 第一作者简介 : 李宁波, 男,1985 年生, 博士生, 地球化学专业,E mail:liningbo@gig.ac.cn 通讯作者 : 牛贺才, 男,1963 年生, 研究员, 地球化学专业,E mail:niuhc@gig.ac.cn

2 李宁波等 : 新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征 3403 陆壳物质混染在下地壳物质熔融过程中, 位于下地壳底部的富水和成矿元素的 MASH 带物质也被圈入, 使原始岩浆富水和成矿物质圆头山黑云母花岗斑形成于碰撞后阶段, 岩石的形成主要受岩石圈地幔拆沉作用的控制, 而岩石圈地幔的拆沉可能与中亚造山带的垮塌或塔里木地幔柱活动有关关键词黑云母花岗斑岩 ; 碰撞后阶段 ; 岩石圈地幔拆沉 ; 下地壳 ;MASH 带中图法分类号 P ;P597 3 阿吾拉勒山是中亚造山带的重要组成部分, 区内广泛分布着晚古生代的火山岩侵入岩及与其有关的铁铜多金属矿床, 但是其晚古生代的构造背景存在两种不同观点 :1) 晚古生代 ( 石炭纪和二叠纪 ) 的岩浆活动与板内拉张有关 ( 车自成等,1996; 陈哲夫和梁云海,1985; 夏林圻等,2002, 2004; 左国朝等,2008);2) 石炭纪岩浆活动受板块汇聚控制, 而二叠纪则与板内拉张作用有关 ( 陈衍景等,2004a,b; 姜常义等,1995,1996) 因此, 二叠纪阿吾拉勒地区的构造环境是否出现重大转折是争论的关键这些问题直接影响人们对阿吾拉勒乃至西天山地区晚古生代的区域构造演化岩浆岩形成机制和铁铜多金属成矿规律的认识, 而且对正确理解中亚造山带的形成与演化也具有重要意义阿吾拉勒山位于伊犁板块准噶尔板块和塔里木板块的结合部位, 其东西长约 250km, 南北宽约 25km 阿吾拉勒山自东向西可划分为三段 : 东段从艾肯达坂至坎苏牧场, 主要出露的地层为石炭系大哈拉军山组火山岩, 而且区内侵入岩十分发育 ; 中段从坎苏牧场至特铁达坂, 二叠系地层呈角度不整合于石炭系地层之上, 岩浆活动相对较弱 ; 西段从特铁达坂至喀什河大桥, 主要出露一套以陆相火山岩建造为主的二叠系地层, 该区岩浆岩以喷出岩和浅成侵入岩为主 ( 李小军,1994; 田薇,2006) 阿吾拉勒地区金属矿床分布也具有明显的分带性 : 铁矿床主要分布要东段和中段, 而铜矿床则主要出现在西段, 而且其中大部分铜矿床 ( 点 ) 分布在尼勒克县境内阿吾拉勒成矿带西段的众多铜矿床可分为两种类型, 即以群吉萨伊和圆头山铜矿为代表的中南部次火山岩型和以琼布拉克铜矿床为代表的北部中低温热液脉型 ( 赵军等,2012) 本文对圆头山铜矿床赋矿围岩黑云母花岗斑岩进行了系统的元素地球化学同位素地球化学和同位素年代学的研究, 旨在揭示圆头山铜矿床形成的地球动力学背景, 为探讨阿吾拉勒成矿带铜矿床形成机制提供新的科学素材 1 地质背景及样品特征阿吾拉勒西段出露的地层主要为石炭系和二叠系在该区石炭系发育不全, 缺失下石炭统, 而中上石炭统则仅于阿吾拉勒山的南北两侧, 组成巩乃斯复向斜两翼, 岩性为海相海陆交互相中酸性火山岩系夹少量凝灰质碎屑岩和碳酸岩 ; 该地区二叠系地层分布广泛, 发育较好, 为一套陆相火山岩碎屑岩建造, 主要出露在阿吾拉勒山的中部, 组成巩乃斯复向斜核部, 是该地区铜矿床 ( 点 ) 的主要赋矿围岩二叠系地层在该地区可以细分为下二叠统乌朗组塔尔得套组和上二叠统晓山萨依组塔姆其萨依组 ( 图 1a) 圆头山岩体位于尼勒克县城南约 6km 处, 岩体呈岩株状产出, 在地表呈现由西南向北东延伸的舌状体 ( 图 1b), 其侵位于晓山萨依组细砾岩与细粒砂岩之间接触带有明显的蚀变现象, 内接触带主要是同化混染和退色现象 ; 外接解带有同化烘烤退色现象, 岩石变硬, 伴随有少量绿泥石绿帘石和碳酸盐化现象 ( 韩长江,2007) 圆头山岩体普遍发育的铜矿化, 其中以黑云母花岗斑岩体中部断裂碎裂带中铜矿化强度最大经地表工程控制取样分析化验, 初步圈定 3 个矿体 (Ⅰ Ⅱ Ⅲ 号矿体 ),1 个矿化体 (Ⅳ 号矿化体 ), 各矿体矿化体都与重晶石脉细网脉密切共生矿石矿物以辉铜矿斑铜矿为主, 含有少量的黄铁矿和黄铜矿, 矿床显示出贫硫特征在矿体内辉铜矿与斑铜矿共生, 呈固溶体出溶结构, 表明辉铜矿为原生矿物圆头山岩体为黑云母斜长花岗斑岩呈椭圆状, 接触面外倾, 产状较陡, 东部倾角 70, 南部倾角 50 东部和南部的外接触带为褪色化和硅化, 而内接触带均为冷凝边圆头山黑云母花岗斑岩呈肉红色黄褐色, 岩石整体蚀变较弱, 具有典型的斑状结构, 斑晶主要为碱性长石和黑云母 ( 图 2) 碱性长石自型程度较高, 可见明显的卡式双晶结构, 而且发育较强的蚀变, 同时长石周围的矿物具有明显的定向结构 ( 图 2a,b) 而黑云母呈自型片状, 多色性明显, 但蚀变并不十分发育 ( 图 2b d) 基质以长石云母和石英为主, 并含有少量的硫化物 (2%) 来自岩体内部与边部的岩石在结构上具有一定的差异 : 来自岩体内部的岩石中的黑云母呈多方向展布 ( 图 2c), 而来自岩体边部岩石中的黑云母具有明显的定向性 ( 图 2d), 这暗示了岩体可能产于火上通道内 2 分析方法主微量元素分析测试均在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成主量元素分析利用 RigakuRIX2000 型荧光光谱仪 (XRF) 测试, 其详细步骤见 (Lietal.,2005), 分析精度优于 5% 微量元素的分析则采用 Perkin ElmerSciexELAN6000 型电感耦合等离子体质谱仪 (ICP MS), 具体的流程见 (Li,1997), 分析精度一般为 2% ~5% 锆石 U Pb 年龄测定在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室完成利用 Agilent7500a 型 ICP MS 与 GeoLas2005 型深紫外 (DUV)193nm 准分子

3404 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(10) 图 1 阿吾拉勒西段地质简图 (a, 据江西省地质调查研究院,2006 1 修改 ) 和圆头山地质图 (b 据韩长江,2007 修改 ) Fig.

3 3404 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(10) 图 1 阿吾拉勒西段地质简图 (a, 据江西省地质调查研究院, 修改 ) 和圆头山地质图 (b 据韩长江,2007 修改 ) Fig.1 GeologicalmapofthewesternAwulaleMountain(a)andbrieflygeologicalmapofYuantoushanintrusion(b)(afterHan, 2007) (excimer) 激光剥蚀系统联机进行实验中采用 He 作为剥蚀物质的载气, 激光斑束直径为 32μm 锆石 U Pb 年龄的测定采澳大利亚国立大学推荐标准锆石 TEM 作为外标进行校正, 每隔 5 个分析点测两次标准锆石, 保证标准和样品的仪器条件一致详细的分析流程及有关参数见 Yuanetal. (2004) 和 Liuetal.(2008) 锆石 Hf 同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室, 采用英国 NuInstrument 公司的 NuPlasma 多接收等离子体质谱仪和德国 micro/laslambdaphysikag 公司 GeoLas 2005excimerArF 激光剥蚀系统联机进行 Hf 同位素分析对应于 U Pb 年龄分析点激光剥蚀的脉冲速率为 7Hz, 激光束直径为 44μm, 激光束的能量密度为 10J/cm, 剥蚀时间约为 26s, 详细的分析方法见 Yuanetal.(2008) Sr Nd 同位素比值的分析测试是在中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室利用 Neptune Plus 多接受器电感耦合等离子体质谱仪 (MC ICPMS) 完成的 Sr Nd 同位素分析采用 Teflon 溶样器, 加入 HNO 3 和 HF 混合溶样, 用专用的阳离子交换柱进行分离, 所有测量的 143 Nd/ 144 Nd 和 86 Sr/ 88 Sr 比值分别用 146 Nd/ 144 Nd= 和 86 Sr/ 88 Sr= 校正, 详细的分析流程及仪器分析情况见韦刚健等 (2002) 和梁细荣等 (2003) 1 江西省地质调查研究院新疆尼勒克县乌朗达坂区域地质矿产图

4 李宁波等新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征３４０５图２圆头山黑云母花岗斑岩显微结构特征Ｆｇ２ＭｃｐｇｐｆｂｅｇｃｐｐｙｙｆｍｙｕｕｕＡｆｌｋｌｆｅｌｄｐＢｂｅ图３圆头山黑云母花岗斑岩的ＴＡＳ图和ＡＣＮＫＡＮＫ图解ｂＦｇ３ＴＡＳｄａＣＮＫｖＡＮＫｂｄｃｍｄｇｍｆｂｅｇｃｐｐｙｙｆｍｙｕｕ７９２９６４之间大多数样品的Ｎ２Ｏ含量低于Ｋ２Ｏ含量表在ＴＡＳ图解中大多数样品的投影点落在碱性花岗３分析结果３主量元素和微量元素地球化学特征岩区域内图３圆头山黑云母花岗斑岩的ＴＯ２Ａｌ２Ｏ３ＴＦｅＯ含量分别从０８０３４和２Ｏ３和Ｍｇ圆头山黑云母花岗斑岩的ＳＯ２含量相对集中介于０３６变化到０５４０９２６和０５３而ＣＯ含７２６８７４８６之Ｎ分别为２Ｏ和Ｋ２Ｏ含量相对较高量相对较低介于０６２５３之间在ＡＣＮＫＡＮＫ图３７７４４７和４２９５６２Ｎ２ＯＫ２Ｏ含量介于解中样品的投影点主要落在准铝质花岗岩区域内少数样品

5 3406 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(10) 表 1 圆头山黑云母花岗斑岩的主量元素 (wt%) 和微量元素 ( 10-6 ) 含量 Table1 Major(wt%)andtrace( 10-6 )elementcompositionsofbiotitegraniticporphyryfromyuantoushan Sample YTS7 YTS9 YTS11 YTS12 YTS13 11YT2 11YT3 11YT4 11YT5 11YT6 11YT7 SiO TiO Al 2 O T Fe 2 O MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O LOI Total Sc Ti V Cr Mn Co Ni Ga Ge Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta Pb Th U 的投影点落在了过铝质花岗岩的区域内 ( 图 3b) 圆头山黑云母花岗斑岩具有相对较低的 MnO 和 P 2 O 5 含量而 TiO 2 含量相对稳定 Al 2 O 3 MgO Na 2 O 和 K 2 O 含量显示出与 SiO 2 含量呈正相关的趋势, 大多数样品的投影点落在了高钾钙碱性岩区域内 ( 图略 ), 而 CaO 和 P 2 O 5 的含量与 SiO 2 含量呈负相关, 显示出 I 型花岗岩的特征

6 李宁波等 : 新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征 3407 图 4 圆头山黑云母花岗斑岩稀土元素分布模式 (a) 和微量元素蛛网图 (b)( 标准化数据据 SunandMcDonough,1989) Fig.4 TraceREEdistributionpatern(a)andelementspiderdiagram (b)ofbiotitegraniticporphyryfrom Yuantoushan(the chondriteandprimarymantlenormalizeddataaftersunandmcdonough,1989) 圆头山黑云母花岗斑岩稀土元素总量从变化到 , 含量相对较低,(La/Yb) N 从 12 4 变化到 35 8, 具有较陡的稀土配分曲线 ( 图 4a), 显示出较强的轻重稀土分馏特征, 而且样品均无明显的铕异常 (δeu=0 7~ 1 05) 圆头山黑云母花岗斑岩明显富集大离子亲石元素 ( 除 Sr 外 ), 亏损高场强元素, 表现出明显的 Nb Ta P Ti 的亏损和 Pb 富集 ( 图 4b), 显示出造山带岩浆岩的特征 (Alther etal.,2008;boarietal.,2009;foleyetal.,1987) 圆头山黑云母花岗斑岩的具有较低的 Zr 含量 ( ~ ), 其岩浆的锆饱和温度也相对较低, 介于 635~727 之间圆头山黑云母花岗斑岩的 Sr 与 Ba 的含量表现出较好的正相关, 暗示岩石的化学组成变化主要受碱性长石的结晶分异作用的控制 (Huangetal.,2012); 在岩石中 Rb 与 Th 的含量也表现出较好的正相关, 显示出 I 型花岗岩的演化趋势 (Chappel,1999) 3 2 单颗粒锆石 U Pb 年龄圆头山黑云母花岗斑岩的锆石为无色至淡褐色的长柱状晶体, 晶体长介于 60~150μm, 其长宽比从 3 1 变化 5 1, 晶体柱面十分发育, 而锥面相对不发育在锆石晶体内分布着大量的熔融包裹体,CL 图像显示该类锆石具有明显的生长环带 ( 图 5), 这均说明锆石为岩浆成因锆石锆石的 Th 含量为 ~ ,U 含量为 ~ , 其 Th/U 为 0 38~0 65( 表 2), 也表明该类锆石为岩浆成因锆石 15 个有效测点的 206 Pb/ 238 U 表面年龄介于 262~ 280Ma 之间 ( 表 2), 其加权平均年龄为 269±3Ma( 图 5) 图 5 圆头山黑云母花岗斑岩锆石 U Pb 年龄的谐和图 Fig.5 U Pbconcordiadiagramsfrom thebiotitegranitic porphyryfromyuantoushan 3 3 Hf Sr Nd 同位素特征 13 个测点分析结果显示, 圆头山黑云母花岗斑岩锆石 176 Hf/ 177 Hf 介于 ~ 之间, 具有相对较高的 ε Hf (t) 值 (t=269ma), 从 9 5 变化到 13 8( 表 3) 圆头山黑云母花岗岩具有较低的 Rb/Sr, 计算所得的 87 Rb/ 86 Sr 比值介于 0 99~7 16 之间 ( 表 4), 因此 Sr 同位素分析结果误差较小分析结果显示, 圆头山黑云母花岗斑岩的样品的 87 Sr/ 86 Sr 为 ~ , 其初始值 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 具有较宽的变化范围, 从变化到 ;

7 3408 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(10) 表 2 圆头山黑云母花岗斑岩的 LA ICPMS 锆石 U Pb 测年结果 Table2 LA ICP MSzirconU PbresultsforthebiotitegraniticporphyryfromYuantoushan Analysis spots Th U ( 10-6 ) Th U 207 Pb/ 206 Pb ratio 207 Pb/ 235 U ratio 206 Pb/ 238 U ratio 207 Pb/ 206 Pb age(ma) 207 Pb/ 235 U age(ma) 206 Pb/ 238 U age(ma) ratio 1σ ratio 1σ ratio 1σ age 1σ age 1σ age 1σ YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS 表 3 圆头山黑云母花岗斑岩锆石的 Hf 同位素组成特征 Table3 LA MC ICP MSHfcompositionofzirconsfromthebiotitegraniticporphyry Analysisspots 176 Yb/ 177 Hf 2σ 176 Hf/ 177 Hf 2σ 176 Lu/ 177 Hf 2σ ε Hf (t) t DM,2 YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS YTS 然而, 该类岩石的 143 Nd/ 144 Nd 相对稳定, 介于 ~ 之间,ε Nd (t) 从 3 14 变化到 3 43( 表 4) 4 讨论 4 1 圆头山黑云母花岗斑岩的源区特征由于 ε Nd (t) 相对稳定, 而 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 变化范围较大, 圆头山黑云母花岗斑岩样品在 ( 87 Sr/ 86 Sr) i ε Nd (t) 图解中的投影点构成了一条平行与 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 的直线, 但均落在了岛弧火山岩区域内 ( 图 6a), 暗示成岩物质来自岛弧火山岩同时分析数据显示, 该类岩石的 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 与其 Sr 含量呈反相关, 而与 Rb/Sr 呈正相关 ( 表 4), 说明在岩浆上升中受到高 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 物质 ( 如老的陆壳大洋沉积物等 ) 的混染锆石原位 Hf 同位素分析结果显示, 圆头山黑云母花岗斑岩具有相对较高 ε Hf (t)( 表 3), 在 206 Pb/ 238 U 年龄 ε Hf (t) 图解中其投影点均落在富集地幔区域内 ( 图 6a) 锆石原位 Hf 同位素分析结果还显示, 其 ε Hf (t) 二阶段模式年龄 (t MD,2 ) 呈很好的线性关系, 可以拟合一条 R 2 =0 999 的直线 ( 图 6b), 考虑到测点的 ε Hf (t) 的极差达 4 3, 且 ε Hf (t) 与 (t MD,2 ) 呈反相关, 有理由认为圆头山黑云母花岗斑岩的源区有新生幔源物质的加入圆头山黑云母花岗斑岩具有相对较低的 Ce/Pb(0 84~ 10 76, 主要集中在 5 以下 ), 同时具有相对适中的 Ce 含量 ( ~ ), 在 Ce Ce/Pb 图解中其投影点落在了弧火山岩的区域内及周边 ( 图 7b), 具有弧火山岩的特 (Boztuǧ,etal.,2007;Quetal.,2012); 在 Nb Nb/Th 图

8 李宁波等 : 新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征 3409 图 6 圆头山黑云母花岗斑岩 Sr Nd Hf 同位素组成特征 ( 图 a 原图据 Temizeletal.,2012) Fig.6 Sr,NdandHfisotopiccharacteristicsofthebiotitegraniticporphyryfromYuantoushan(Fig 6aafterTemizeletal.,2012) UM UpperMantle;UCC UpperContinentalCrust;MCC MiddleContinentalCrust;LCC LowerContinentalCrust 图 7 圆头山黑云母花岗斑岩 Nb Nb/Th(a) 和 Ce Ce/Pb(b) 图解 ( 据 Boztuǧetal.,2007) Fig.7 Nbvs Nb/Th(a)andCevs Ce/Pb(b)diagramsofthebiotitegraniticporphyryfromYuantoushan(afterBoztuǧetal., 2007) 解中圆头山黑云母花岗斑岩的投影点相对集中, 均落在了弧火山岩区域内 ( 图 7a), 这暗示该类岩石的形成与弧火山岩有内在的成因联系同位素地球化学和微量元素地球化学特征显示, 圆头山黑云母花岗斑岩的成岩物质应以具有弧火山岩特征的新生陆壳为主, 在岩浆形成时注入了一定量的幔源岩浆, 而在上升过程中有高 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 和高 Pb 含量的陆壳物质混染, 使其 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 和 Ce/Pb 有明显的变化 4 2 圆头山黑云母花岗斑岩的形成构造环境在 Y+Nb Rb 形成构造环境判别图中, 圆头山黑云母花岗斑岩的投影点主要落在碰撞后成因岩浆岩的区域内 ( 图 8a); 尽管圆头山黑云母花岗斑具有典型岛弧火山岩的地球化学特征, 但在 SiO 2 Rb/Zr 图解中, 其投影点没有落在岛弧岩浆的区域内, 而是落在了碰撞后成因的岩浆岩区域内 ( 图 8b) Yangetal.(2012) 对阿吾拉勒地区晚古生代的大地构造演化进行了约束, 认为该地区在 290~300Ma 洋壳俯冲停止, 处于后俯冲演化阶段 (Richards,2009), 由于俯冲板片的拖拽在地幔形成了板片窗并诱发了源于地幔的富钾岩浆活动 ; 在 280~290Ma 则处于地壳加厚阶段, 形成了以玉希莫勒盖达坂石英正长斑岩为代表的高硅的富钾岩浆岩 ; 其后该地区的岩浆活动主要受岩石圈地幔拆沉作用的控制圆头山黑云母花岗斑岩是一个较典型的贫硫的铜矿床, 其产状及矿床地质特征与 Richards(2009) 所论述的与后俯冲在关的斑岩型矿床十分相似, 这也在一定程度上暗示该类

9 3410 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(10) 图 8 圆头山黑云母花岗斑岩形成构造环境判别图 ( 据 Pearce,1996;Harisetal.,1986) Fig.8 Discriminationdiagramsforthetectonicsetingofthebiotitegraniticporphyryfrom Yuantoushan(afterPearce,1996; Harisetal.,1986) 表 4 圆头山黑云母花岗斑岩的 Sr,Nd 同位素组成特征 Table4 Sr Ndisotopicdateofthebiotitegraniticporphyryfrom Yuantoushan Sample YTS6 YTS7 YTS9 YTS11 YTS12 Rb Sr Sm Nd Rb 86 Sr Sr Sr 2σEr Sr ( 86 ) Sr i 147 Sm 144 Nd Nd Nd 2σEr Nd ( 144 ) Nd i ε Nd (t) t DM,2 (Ma) f Sm/Nd 岩石形成于后俯冲演化阶段 Zhaoetal.(2008) 曾对分布在圆头山附近的莫斯早特和黑山头的埃达克岩进行了系统的地球化学和同位素年代学研究, 认为阿吾拉勒地区 260Ma 左右的埃达克岩也形成于碰撞后阶段, 并认为它是玄武质岩浆底侵导致下地壳部分熔融的产物圆头山黑云母花岗斑岩与莫斯早特和黑山头的埃达克岩具有较好的时空耦合关系, 二者应该形成于相同或相似构造环境岩石的地质产状微量元素同位素年龄及矿床的矿化特征均显示, 圆头山黑云母花岗斑岩应形成于碰撞后阶段, 该类岩浆活动主要受岩石圈地幔拆沉作用的控制 4 3 圆头山黑云母花岗斑岩的形成机制 Sr Nd 同位素地球化学特征显示, 圆头山黑云母花岗斑岩的源区应以具有弧火山岩特征的新生地壳为主 ; 而 Hf 的同位素地球化学特征则显示在该类岩石形成过程中有新分离的地幔物质加入微量元素和同位素年代学研究结果认为, 该类岩石的形成主要受碰撞后岩石圈地幔拆沉作用的控制本文认为由于拆沉的岩石圈地幔部分熔融形成了基性岩浆, 这种基性岩浆底侵至下地壳, 并在下地壳汇聚成岩浆房 ( 图 9) 由于基性岩浆携带了大量的热能使下地壳及弧岩浆作用形成的 MASH 带物质部分熔融形成弱碱性酸性岩浆在 MASH 带含有大量的角闪石残余物, 它们像海棉一样储存了大量的水 (Davidsonetal.,2007); 同时由于本身的密度较高, 也会有相当数量的硫化物和铁氧化物残留在 MASH 带中, 因此含有 MASH 带物质的下地壳部分熔融形成的岩浆不但富水, 而且也富集成矿元素 (Richards,2009) 这种富水和成矿物质 (S Cu Zn 和贵金属等 ) 在上升到上地壳的过程中在水流体相中达到饱和, 并有效地从硅酸盐熔体中萃取金属元素 (CandelaandHoland1984), 使成矿元素超常富集, 为斑岩型矿床和浅成低温热液矿床的形成创造了有利条件 Yangetal.(2012) 研究显示, 在 290~300Ma 塔里木板块与伊犁板块拼合, 在 280~290Ma 在阿吾拉勒地区发生岩石圈增厚, 形成了一系高硅橄榄玄粗岩系岩石 ( 富钾的石英正长岩等 ), 因此发生在 270Ma 左右的阿吾拉勒地区陆下岩石圈地幔的拆沉很可能是由于造山垮塌作用的产物 Tianetal.(2010) 研究显示, 塔里木地幔柱活动为早二叠纪 (272~291Ma) Qinetal.(2011) 研究则显示, 东天山

也就说在塔里木地幔柱活动时塔里木板块已经与伊犁板块融为一体, 因此有理由认为阿吾拉勒地区 270Ma 左右的陆下岩石圈地幔的拆沉可能是塔里木地幔柱活动的产物 5 结论同位素和微量元素地球特征显示, 圆头山黑云母花岗斑岩的源区以具有弧火山岩特征的下地壳为主, 含有少量的幔源物质, 在岩体上升过程中有高 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 和高 Pb 含量的陆壳物质混染在下地壳物质熔融过程中,

10 李宁波等 : 新疆尼勒克县圆头山后碰撞花岗斑岩的同位素年代学及地球化学特征 3411 图 9 圆头山黑云母花岗斑岩形成机制示意图 Fig.9 Schematicimageofformationmechanism forthe biotitegraniticporphyryformyuantoushan 和北山地区早二叠纪的含 Ni Cu Ti Fe 矿化的超镁铁质岩浆岩的形成与塔里木地幔柱有直接的成因联系, 暗示塔里木地幔柱活动的影响范围十分广泛塔里木板块与伊犁板块拼合的时间为 290~300Ma, 也就说在塔里木地幔柱活动时塔里木板块已经与伊犁板块融为一体, 因此有理由认为阿吾拉勒地区 270Ma 左右的陆下岩石圈地幔的拆沉可能是塔里木地幔柱活动的产物 5 结论同位素和微量元素地球特征显示, 圆头山黑云母花岗斑岩的源区以具有弧火山岩特征的下地壳为主, 含有少量的幔源物质, 在岩体上升过程中有高 ( 87 Sr/ 86 Sr) i 和高 Pb 含量的陆壳物质混染在下地壳物质熔融过程中, 位于下地壳根部的富含水和成矿物质的 MASH 带物质也被圈入, 使原始岩浆但富集水和成矿元素 ; 同位素和微量元素地球化学特征及同位素年代学研究结果显示, 圆头山黑云母花岗斑形成于碰撞后阶段, 岩石的形成主要受岩石圈地幔拆沉作用的控制而岩石圈地幔的拆沉可能与中亚造山带的垮塌有关也或与塔里木地幔柱活动有关致谢野外工作得到了江西省地质调查研究院廖思平等同志的大力支持 ; 室内研究得到了同位素地球化学国家重点实验室胡光黔曾文刘颖涂湘林马金龙和孙彦敏等同志的大力支持 ; 另外两名审稿人对文章修改提出了宝贵意见 ; 在此一并表示感谢! References AltherR,TopuzG,SiebelW, 爦 enc,meyerhp,sat rm andlahaye Y Geochemicaland Sr Nd Pb isotopiccharacteristicsof Paleoceneplagioleucititesfrom theeasternpontides(neturkey). Lithos,105(1-2): BoariE,AvanzineliR,MelusoL,GiordanoG,MateiM,DeBenedeti AA,MoraVandConticeliS.2009.Isotopegeochemistry(Sr Nd Pb)andpetrogenesisofleucite bearingvolcanicrocksfrom Coli Albani volcano, Roman Magmatic Province, Central Italy: Inferencesonvolcanoevolutionandmagmagenesis.Buletinof Volcanology,71(9): BoztuǧD,HarlavanY,ArehartGB,Sat rm andavc N.2007.K Ar age,whole rockandisotopegeochemistryofa typegranitoidsinthe Divriǧi Sivasregion,eastern centralanatolia,turkey.lithos,97 (1): CandelaPA andholandhd.1984.thepartitioningofcopperand molybdenumbetweensilicatemeltsandaqueousfluids.geochimica etcosmochimicaacta,48(2): ChappelBW.1999.AluminiumsaturationinI ands typegranitesand thecharacterizationoffractionatedhaplogranites.lithos,46(3): CheZC,LiuL,LiuHFandLuoJH.1996.ReviewontheancientYili rift,xinjiang,china.actapetrologicasinica,12(3): (inchinesewithenglishabstract) ChenYJ,BaoJX,ZhangZJ,LiuYL,ChenHY,CaiWJandHelmstaedt H.2004a. Tectonic seting and elementgeochemistry ofthe AikendabanFormationvolcanicrocksinwestTianshan.Journalof MineralogyandPetrology,24(3):36-45(inChinesewithEnglish abstract) ChenYJ,LiuYL,BaoJX,ZhangZJ,ChenHY,CaiWJandHelmstaedt H.2004b.IsotopicdatingforthevolcanicrocksoftheAikendaban FormationinWestTianshan,Chinaanditstectonicimplication. JournalofMineralogyandPetrology,24(1):52-55(inChinese withenglishabstract) ChenZFandLiangYH.1985.Rreseachonseveralproblemsofstructural geologyintianshan,xinjiang.xinjianggeology,3(2):1-13(in Chinese) DavidsonJ,TurnerS,HandleyH,MacphersonCandDosetoA Amphibole sponge inarccrust?geology,35(9): FoleySF, VentureliG, Green DH and ToscaniL The ultrapotasicrocks:characteristics,clasification,andconstraints forpetrogeneticmodels.earth ScienceReviews,24(2): HanCJ.2007.GeologicalcharacteristicsandoriginofYuantoushanCu depositinnileke,xinjiang.xinjiangnonferousmetals,30(s1): 35-39(inChinese) Haris NBW, Pearce JA and Tindle AG Geochemical characteristicsofcolision zone magmatism. GeologicalSociety, London,SpecialPublications,19(1):67-81 HuangH,ZhangZC,KuskyT,SantoshM,ZhangS,ZhangDY,LiuJL andzhaozd.2012.continentalverticalgrowthinthetransitional zonebetweensouthtianshanandtarim,westernxinjiang,nw China: Insight from the Permian Halajun A 1 type granitic magmatism.lithos,155:49-66 JiangCY,WuWK,ZhangXR andcuiss.1995.thechangefrom Islandarctoriftvaley:Evidencefrom volcanicrocksinawulale area.actapetrologicaetmineralogica,14(4): (in Chinese) JiangCY,WuWK,ZhangXRandCuiSS.1996.Magmaactionand tectonicevolutioninawulaledistrict,westerntianshanmountain. JournalofXi anengineeringuniversity,18(2):18-24(in ChinesewithEnglishabstract) LiXH.1997.GeochemistryoftheLongshengophiolitefromthesouthern marginofyangtzecraton,sechina.geochemicaljournal,31(5): LiXH,QiCS,LiuY,LiangXR,TuXL,XieLW andyangyh PetrogenesisoftheNeoproterozoicbimodalvolcanicrocksalongthe westernmargin oftheyangtzeblock: New constraintsfrom Hf isotopesandfe/mnratios.chinesesciencebuletin,50(21): LiXJ.1994.Preliminarystudyonthespatialdistributionrulesofdeposits

11 3412 ActaPetrologicaSinica 岩石学报 2013,29(10) andprospectingpotentialinawulalearea.mineralresourcesand Geology,8(5): (inChinese) LiangXR,WeiGJ,LiXH andliuy.2003.precisemeasurementof 143 Nd/ 144 NdandSm/Ndratiosusingmultiple colectorsinductively coupledplasma masspectrometer(mc ICPMS).Geochimica,32 (1):91-96(inChinesewithEnglishabstract) LiuYS,HuZC,GaoS,GüntherD,XuJ,GaoCG andchenhh Insituanalysisofmajorandtraceelementsofanhydrous mineralsby LA ICP MS withoutapplying an internalstandard. ChemicalGeology,257(1-2):34-43 PearceJA.1996.Sourcesandsetingsofgraniticrocks.Episodes,19 (4): QinKZ,SuBX,SakyiPA,TangDM,LiXH,SunH,XiaoQHandLiu PP.2011.SIMSzirconU PbgeochronologyandSr Ndisotopesof Ni Cu bearingmafic ultramaficintrusionsineasterntianshanand Beishanin corelation with flood basaltsin Tarim Basin (NW China):Constraintson aca.280mamantleplume. American JournalofScience,311(3): QuXM,WangRJ,XinHB,JiangJH andchenh.2012.ageand petrogenesisofa type granites in the middle segmentofthe Bangonghu Nujiangsuture,Tibetanplateau.Lithos, : RichardsJP.2009.PostsubductionporphyryCu AuandepithermalAu deposits:productsofremeltingofsubduction modifiedlithosphere. Geology,37(3): SunSSandMcDonoughWF.1989.Chemicalandisotopicsystematicsof oceanicbasalts:implicationsformantlecompositionandproceses. In:SaundersADandNoryMJ(eds.).Magmatism intheocean Basins.GeologicalSociety,London,SpecialPublications,42(1): TemizelI,ArslanM,RufetG andpeucat J.2012.Petrochemistry, geochronology and Sr Nd isotopic systematics of the Tertiary colisionaland post colisionalvolcanic rocks from the Ulubey (Ordu) area, eastern Pontide, NE Turkey: Implications for extension relatedoriginandmantlesourcecharacteristics.lithos, : TianW.2006.MetalogenicregularitiesandexplorationoutlookinLater Paleozoicperiodliftcontinentalvolcanictypecopper(silver)deposit inyili,xinjiang.mineralresourcesandgeology,20(3): (inchinesewithenglishabstract) TianW,CampbelIH,AlenCM,GuanP,PanWQ,ChenMM,YuHL andzhu WP TheTarim picrite basalt rhyolitesuite, a PermianfloodbasaltfromNorthwestChinawithcontrastingrhyolites producedbyfractionalcrystalizationandanatexis.contributionsto MineralogyandPetrology,160(3): WeiGJ,LiangXR,LiXHandLiuY.2002.PrecisemeasurementofSr isotopiccomposition ofliquid and solid baseusing(lp) MC ICPMS.Geochimica,31(3): (inChinesewithEnglish abstract) XiaLQ,ZhangGW,XiaZC,XuXY,DongYPandLiXM ConstraintsonthetimingofopeningandclosingoftheTianshan Paleozoicoceanicbasin:Evidencefrom SinianandCarboniferous volcanicrocks.geologicalbuletinofchina,21(2):55-62(in ChinesewithEnglishabstract) XiaLQ,XiaZC,XuXY,LiXM, MaZP andwangls CarboniferousTianshanigneousmegaprovinceandmantleplume. GeologicalBuletinofChina,23(9): (inChinesewith Englishabstract) YangWB,NiuHC,ShanQ,LuoY,SunWD,LiCY,LiNBandYu XY.2012.LatePaleozoiccalc alkalinetoshoshoniticmagmatism and its geodynamic implications, Yuximolegai area, western Tianshan,Xinjiang.GondwanaResearch,22(1): YuanHL,GaoS,LiuXM,LiHM,GüntherD andwufy AccurateU Pbageandtraceelementdeterminationsofzirconby laser ablation inductively coupled plasma mas spectrometry. GeostandardsandGeoanalyticalResearch,28(3): YuanHL,GaoS,DaiMN,ZongCL,GüntherD,FontaineGH,LiuXM anddiwuc.2008.simultaneousdeterminationsofu Pbage,Hf isotopesandtraceelementcompositionsofzirconbyexcimerlaser ablation quadrupole and multiple colector ICP MS. Chemical Geology,247(1-2): ZhaoJ,ZhangZH,LiuXY,LiuM,ZhangH andzhuwn Carbon,oxygen,sulfurandleadisotopeconstraintsontheoresource andmetalogenesisofcopperdepositsinwesternawulalemountain metalogenicbelt,xinjiang.mineraldeposits,31(5): (inchinesewithenglishabstract) ZhaoZH,XiongXL,WangQ,WymanDA,BaoZW,BaiZHandQiao YL Underplating related adakitesin XinjiangTianshan, China.Lithos,102(1-2): ZhaoZH,WangQ,XiongXL,NiuHC,ZhangHXandQiaoYL MagnesianandesitesinNorthXinjiang,China.Int.J.EarthSci., 98(6): ZuoGC,ZhangZH,WangZL,LiuM andwangls.2008.tectonic division,stratigraphicalsystemandtheevolutionofwesterntianshan Mountains,Xinjiang.GeologicalReview,54(6): (in ChinesewithEnglishabstract) 附中文参考文献车自成, 刘良, 刘洪福, 罗金海论伊犁古裂谷. 岩石学报, 12(3): 陈衍景, 鲍景新, 张增杰, 刘玉琳, 陈华勇, 蔡文俊,HelmstaedtH. 2004a. 西天山艾肯达坂组火山岩系的元素地球化学特征和构造环境. 矿物岩石,24(3):36-45 陈衍景, 刘玉琳, 鲍景新, 张增杰, 陈华勇, 蔡文俊,HelmstaedtH. 2004b. 西天山艾肯达坂组火山岩系同位素定年及其构造意义. 矿物岩石,24(1):52-55 陈哲夫, 梁云海新疆天山地质构造几个问题的探讨. 新疆地质,3(2):1-13 韩长江新疆尼勒克县圆头山铜矿地质特征及成因初探. 新疆有色金属,30(S1):35-39 姜常义, 吴文奎, 张学仁, 崔尚森从岛弧向裂谷的变迁来自阿吾拉勒地区火山岩的证据. 岩石矿物学杂志,14(4): 姜常义, 吴文奎, 张学仁, 崔尚森西天山阿吾拉勒地区岩浆活动与构造演化. 西安地质学院学报,18(2):18-24 李小军阿吾拉勒山主要矿产分布规律及成矿远景浅析. 矿产与地质,8(5): 梁细荣, 韦刚健, 李献华, 刘颖利用 MC ICPMS 精确测定 143 Nd/ 144 Nd 和 Sm/Nd 比值. 地球化学,32(1):91-96 田薇新疆伊犁晚古生代裂谷陆相火山岩型铜 ( 银 ) 矿的成矿规律及其找矿前景以阿吾拉勒地区为例. 矿产与地质, 20(3): 韦刚健, 粱细荣, 李献华, 刘颖.2002.(LP)MCICPMS 方法精确测定液体和固体样品的 Sr 同位素组成. 地球化学,31(3): 夏林圻, 张国伟, 夏祖春, 徐学义, 董云鹏, 李向民天山古生代洋盆开启闭合时限的岩石学约束来自震旦纪石炭纪火山岩的证据. 地质通报,21(2):55-62 夏林圻, 夏祖春, 徐学义, 李向民, 马中平, 王立社天山石炭纪大火成岩省与地幔柱. 地质通报,23(9): 赵军, 张作衡, 刘晓阳, 刘敏, 张贺, 朱维娜新疆阿吾拉勒成矿带西段铜矿床碳氧硫铅同位素研究成矿物质来源及成矿环境探讨. 矿床地质,31(5): 左国朝, 张作衡, 王志良, 刘敏, 王龙生新疆西天山地区构造单元划分, 地层系统及其构造演化. 地质论评,54(6):

, 3.1 PM303, 10(2)( 5, 5 ), 1 w (SiO 2 ) 68% ~89%, 2( 1, 1) (Al 2O 3,Fe 2O 3,MnO) (MgO,K 2O, Na 2O),w(TiO 2 ) w (SiO 2 ) ;,w (TiO 2 ) 0.31%

, 3.1 PM303, 10(2)( 5, 5 ), 1 w (SiO 2 ) 68% ~89%, 2( 1, 1) (Al 2O 3,Fe 2O 3,MnO) (MgO,K 2O, Na 2O),w(TiO 2 ) w (SiO 2 ) ;,w (TiO 2 ) 0.31% 36 3 2017 5 GeologicalScienceandTechnologyInformation Vol.36 No.3 May 2017 doi:10.19509/j.cnki.dzkq.2017.0302,,,. [J].,2017,36(3): 7-17. 1, 1, 1, 2, 1 3 (1., 264004;2. ( ), 430074; 3., 710000) :, (Al 2O