花崗巖類特征對準噶爾盆地基底性質的示蹤

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2017.05

13文章編號： 1672-9315（2017）05-0680-08

摘要：準噶爾盆地基底屬性長期以來存在較大爭議，其爭議主要集中在基底的性質是陸殼還是洋殼，以及是否存在前寒武紀的古陸塊結晶基底。展開盆地周緣造山帶的花崗巖類研究能夠反演地殼形成演化，示蹤基底性質。在閱讀大量國內外文獻的基礎上，通過分析比較準噶爾盆地周緣各地區的同位素定年和花崗巖εNd（t）值關系，研究各區不同時期花崗巖的形成源區，進而探討準噶爾盆地的基底性質。研究得出古生代-早中生代花崗巖形成時期主要在425～230 Ma之間，其εNd （t）值變化范圍在+10～-5之間。說明準噶爾盆地不同區塊花崗巖的時代和εNd （t）值關系差異性顯著，反映了不同區塊構造活動性和地殼組成的差異性。整體上準噶爾盆地周緣露頭區不同時期花崗巖形成源區復雜，主要為虧損幔源巖漿，其次為殼幔混源和殼源。表明準噶爾盆地基底存在一定規模古老地塊，準噶爾盆地西部和準噶爾盆地北部可能為殘留有陸殼殘塊的古生代新生地殼。關鍵詞：花崗巖；同位素定年；εNd（t）值；基底；準噶爾盆地

中圖分類號：P 588.121；P 597.3文獻標志碼： A

Features of granites and its implications on the

property of basement of Junggar Basin

FAN Tingting1，2，LIU Yiqun2，BAI Qinghua3，ZHAO Weibo3

（1.College of Geology and Environment，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an 710054，China；

2.State Key Laboratory of Continental Dynamics，Northwest University，Xi’an 710069，China；

3.Exploration and Development Research Institute，Petrochina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China）

Abstract：The debate on basement property of Junggar Basin has been exciting for a long time.The disputable property is mainly focused on oceanic or continental crust.And the existence of Precambrian crystalline basement in this area is also controversial.Investigation on granites from orogens around the basin can indicate the forming evolution of crust，and implicate the property of basement.On the basis of review on domestic and overseas citeratures，the distinct difference of isotopic dating and εNdvalue of granites from outcrops in different districts around the Junggar Basin indicates the diversity of tectonic activities and crustal component of different districts.Generally，the granites in Paleozoic and early Mesozoic formed between 425～230 Ma with εNd （t）values ranging from +10 to -5，which indicate that the origins of granites outcrops from different periods around the basin are complex，and mainly derived from decrease mantle，then followed by mixed crust and mantle，and crust.Above all，certain scales of old terrane exist in the basement of Junggar Basin.And Paleozoic continental crusts mixed with remaining pieces of a shattered progenitor possibly exist at the south and north Junggar Basin.Key words：granite；isotope dating；εNd（t） value；basement；Junggar Basin

0引言準噶爾盆地基底類型、性質及其結構特征的研究，對于新疆北部地區地質演化歷史的重建、盆內礦產油氣資源的勘查與評價均具有重大意義[1]，因此一直是中外學者研究的重點。但存在很多爭議，直接影響了對本區區域地質形成過程的深入認識。關于其基底形成時期和性質主要觀點有：

1）準噶爾盆地發育陸殼基底，為前寒武紀變質結晶基底；

2）準噶爾盆地的基底為古生代殘余洋殼，部分學者認為是含有陸殼碎塊的洋殼；

3）準噶爾盆地的基底為古生代島弧、蛇綠巖拼貼增生組合體；近年來經過地球物理、區域沉積特征、蛇綠混雜巖帶、盆山碎屑巖和巖漿巖鋯石同位素、花崗巖性質等方面的研究，越來越多的學者認為準噶爾盆地的古生代褶皺基底下存在前震旦紀結晶基底，即準噶爾盆地基底為結晶基底和褶皺基底構成的雙重基底或復合基底[1-3]。 花崗巖是大陸地殼的重要組成部分，對其性質研究能反演地殼形成演化、示蹤基底性質，開展其源巖性質研究。不僅可以獲得花崗巖物質來源和構造環境的信息，而且能得到殼、幔物質運動的狀態、過程、動力學等問題以及獲取深部熱量的傳導、轉化等的重要信息。常用的方法有花崗質巖的εNd （t）值分析，它可以提供許多巖石學的信息：當花崗巖εNd （t）>0，表示巖石源于地幔物質，說明源區物質輕稀土虧損，其值越高，表明巖石源于虧損較強的地幔；當花崗巖εNd （t）值接近于零時，說明巖石源于未虧損的地幔；當花崗巖εNd（t）<0，表示巖石一般源于地殼，推測巖石源于輕稀土富集的物質。由此花崗巖εNd（t）值對示蹤基底性質具有重要意義。因此，文中擬通過分析對比準噶爾盆地周緣各地區花崗巖εNd（t）值來反映花崗巖的形成源區，進而探討準噶爾盆地的基底性質。

1區域地質特征準噶爾盆地及其相鄰地區處于歐亞大陸腹地，現今的區域地質突出顯示造山帶和沉積盆地鑲嵌共存、呈近東西向分布的陸內盆山構造格局。該格局主要由準噶爾盆地和吐魯番-哈密、三塘湖、伊犁等小盆地及其周緣環繞的阿爾泰造山帶、天山造山帶和博格達造山帶共同組成。準噶爾盆地及其相鄰地區地殼結構較復雜，盆地基底類型、性質爭議大，區內蛇綠混雜巖、花崗巖出露多，時代、性質分歧較大，是構造演化存在顯著分歧的區塊，對西北區域構造演化具有舉足輕重的意義。

2花崗巖εNd（t）值分析準噶爾盆地周緣構造帶的走向顯著呈圍繞盆地的弧形展布特征，說明準噶爾盆地前二疊紀基底是具一定剛性的穩定地塊。準噶爾盆地北部由塔爾巴哈臺-洪古勒楞-阿爾曼泰-北塔山俯沖、碰撞蛇綠巖帶和由達爾布特-烏爾禾、3個泉（推測）-克拉麥里弧后增生蛇綠巖帶圍限的區帶，實質是由島弧地體，洋內弧、陸緣弧地體和殘余洋殼及殘余微陸塊增生拼貼的古生代新生地殼。準噶爾盆地內部鉆井巖心缺乏花崗巖相關研究，因此如果在盆地周緣造山帶花崗巖中存在殼源信息，則證明盆地的主體為具一定規模的陸塊。準噶爾盆地周緣露頭區自南華紀以來花崗質巖有不同程度的發育，尤以堿性花崗巖的侵入最為強烈（圖1）。根據前人的研究成果[1]，得出準噶爾區塊堿性花崗巖和基性巖墻群年齡分布圖，如圖1所示，堿性花崗巖和基性巖墻群年齡分布范圍為338～271 Ma.其中，在290 Ma之前巖性主要為A型花崗巖，290 Ma之后中基性巖脈、基性-超基性巖體較常見。

2.1花崗巖的同位素定年和εNd（t）值關系前人曾依據西準噶爾地區形成時期在321～300 Ma，具有正的εNd（t）值（+6.1～+8.4）的堿性花崗巖為依據[4-5]，提出準噶爾盆地古生代基底為洋殼的推論。由于對堿性花崗巖的研究是認識準噶爾盆地及鄰區的地殼增生規律和機制的關鍵，因此對準噶爾盆地周緣露頭區古生代-早中生代花崗質巖類形成年齡和εNd（t）值進行了統計分析。準噶爾盆地周緣露頭區的古生代-早中生代花崗巖代表了本區洋盆俯沖、陸陸碰撞、后造山伸展和板內不同時期的不同構造背景的花崗巖類。經過統計分析，本區花崗巖的同位素定年和εNd（t）值關系圖（圖2）整體顯示本區的古生代-早中生代（430～230 Ma）花崗質巖的εNd（t）值變化范圍大，在+10～-5之間，但以0～+8之間為主；其中形成時期集中在330～230 Ma，并以330～270 Ma的花崗巖為主，εNd （t）值變化在+9～-5之間最為突出，表明本區不同時期花崗巖形成源區復雜，主要為虧損幔源，其次為殼幔混源和殼源。

準噶爾盆地周緣不同區帶同位素定年和εNd （t）值差異明顯，表現為準西地區花崗巖形成時期集中在328～270 Ma，εNd （t）值介于+8～+2，并可進一步分解為2個階段，一是形成時期在328～290 Ma，εNd （t）值介于+8.5～+5.2；二是形成時期為292～270 Ma，εNd （t）值介于+6～+2.2；它們均顯示花崗巖源于虧損幔源，但具有前者強虧損、后者虧損較弱特點。準東與準西地區明顯不同，準東地區花崗巖形成時期和εNd （t）值變化均顯分散，形成時期在382～250 Ma，εNd （t）值介于+10～-3.6，并相對集中在3個階段：①形成時期在382～370 Ma，εNd（t）值為+10～+7.5；②形成時期在312～290 Ma，εNd（t）值為+9.7～+3.5；③形成時期在270～250 Ma，εNd（t）值為+6～+0.5，并有一個點年齡為290 Ma，εNd（t）值為-3.5，顯示花崗巖來源復雜。準北地區花崗巖形成時期和εNd（t）值變化數據點分散，無論形成時期和εNd（t）值變化都很大，但仍可劃為3個階段，即①形成時期在405～330 Ma，εNd（t）值介于+6.7～-1.6，以+22～-1.6為主，具殼幔混源特征；②形成時期在310～289 Ma，εNd（t）值介于+6.8～5；③形成時期在290～280 Ma，εNd（t）值介于1.5～-5.2，顯示不同時期的花崗巖來源復雜。準南地區花崗巖形成時期和εNd（t）值變化亦顯示分散特點，但可劃分出相對集中的3個階段：①形成時期在430～360 Ma，εNd（t）值介于-1.6～-5；②形成時期在320～298 Ma，εNd（t）值介于+9～+0.8；③形成時期在273～232 Ma，εNd（t）值介于+4.2～-0.2.顯示本區不同時期花崗巖形成源區復雜，虧損幔源、殼幔混源和殼源均有。另外，不同區帶在315～290 Ma，+7～+5之間重疊，表明該時期均有虧損地幔源花崗巖的侵位。

2.2后碰撞及板內花崗巖的巖漿源性質準噶爾地區發育在330～290 Ma期間，εNd（t）值變化在+7～+5之間，被稱為后碰撞及板內成因的花崗巖，其成因和巖漿源性質長期存在爭議，引起研究者的極大關注。從準噶爾盆地各區后碰撞

及板內花崗巖鋯石U-Pb年齡統計表（表1）得出，準西北地區是指塔爾巴哈臺-洪古勒楞蛇綠巖帶兩側，后碰撞巖漿活動時間范圍為304～290 Ma。準東北地區是指扎河壩-阿爾曼太蛇綠巖帶兩側，后碰撞巖漿活動時間開始于335～290 Ma，290～280 Ma期間為后碰撞作用和板內巖漿活動的轉換期，280Ma以后完全進入板內巖漿活動階段。準西地區是指達拉布特蛇綠巖帶兩側，發育了多個花崗巖體如克拉瑪依巖體、廟爾溝巖體、阿克巴斯套巖體等，年齡范圍為332～290 Ma.準東地區主要指野馬泉火山弧以南，克拉麥里蛇綠巖帶以北的地區，存在324～292 Ma和287～281 Ma兩期巖漿活動。綜合準西地區和準東地區花崗巖鋯石U-Pb年齡發現，準西和準東地區進入后碰撞作用時期的時間均在330 Ma左右，后碰撞花崗巖體年齡都老于290 Ma，部分年齡延續至280 Ma左右。此外，在準西地區有基性侵入巖體出現，可能是板內巖漿活動的產物，鋯石U-Pb年齡為283～277 Ma，與后碰撞作用時期有重疊，表明290～280 Ma可能是后碰撞活動與板內巖漿活動的轉換期[27]。

韓寶福等研究提出，準噶爾盆地周邊地區廣泛發育晚古生代后碰撞花崗巖類、基性-超基性雜巖和火山巖，它們普遍具有正的εNd（t）值，表明巖漿起源于虧損地幔，并不同程度地受到地殼物質的混染，幔源巖漿及其分異產物在上地殼侵位只是深部地質過程的淺部反映，大量的幔源巖漿很可能在殼幔界面附近和下地殼中發生底墊作用，成為準噶爾盆地基底的組成部分[13]。如果準噶爾盆地的基底是殘留洋殼，除非發生高度部分熔融，否則不可能產生基性-超基性雜巖，即使準噶爾盆地具有老陸殼基底，也會因為幔源巖漿底墊作用而受到強烈改造。該解釋可以與地球物理資料相吻合。

依據趙振華等研究了新疆北部布爾根、烏倫古和西準噶爾達拉布特等地的晚古生代堿性花崗巖的源區物質組成，劉家遠等研究了該區布爾根、烏倫古和卡拉麥里晚古生代堿性花崗巖類的源區物質[1]，以及Han，Chen研究了烏倫古[27]和準噶爾晚古生代堿性花崗巖的源區[1]，綜合本區晚古生代堿性花崗巖的主量元素、微量元素和Sr，Nd，Pb同位素組成特征可以看出，它們的源區顯示了多樣性特點。新疆北部晚古生代堿性花崗巖具有

源自幔源巖漿的特征，但區內不同巖帶的晚古生代堿性花崗巖的源區又有差異。例如，產于烏倫古富堿侵入巖帶的布爾根堿性花崗巖類的

143Nd/144Nd比值較低，為0.512 50～0.512 74，εNd（t）為近于零的低正值（+0.62～+1.4），在εNd（t）-87Sr/86Sr等圖解中投影于虧損地幔與富集地幔之間的區域；其微量元素的原始地幔標準化蛛網圖顯示Nb未顯示虧損，與洋島玄武巖類似；在NbYGa和NbYCe圖解中投影于A1區-非造山或地幔熱點型。上述表明布爾根堿性花崗巖類的源區應為受交代的富集地幔或源自虧損地幔源區后受到地殼物質混染。而對于烏倫古巖帶中的二臺-扎河壩和達拉布特巖帶的堿性花崗巖類的143Nd/144Nd比值較高（>0.512 70），εNd（t）值為較高的正值（> +5），在εNd（t）-87Sr/86Sr等圖解中位于虧損地幔與上地殼之間或洋中脊玄武巖范圍；其微量元素原始地幔的標準化蛛網圖上Nb顯示明顯虧損，顯示島弧巖漿特點；在NbYGa和NbYCe圖解中投影于A2區，屬后造山活動陸緣型。以上特點表明烏倫古二臺-扎河壩和達拉布特巖帶堿性花崗巖類的源區應為虧損地幔或地幔部分熔融形成的洋殼玄武巖或鎂鐵-超鎂鐵巖[27]。劉家遠等認為布爾根堿性花崗巖類的源區為上地幔部分熔融形成的玄武巖漿分異而成，烏倫古和卡拉麥里堿性花崗巖類源巖為地幔物質加硅鋁質源巖部分熔融物質[1]。綜合上述信息，認為本區堿性花崗巖類的源區物質主要為地幔來源物質。這種深部來源的特征表明了本區地殼在晚古生代發生了較顯著的增生，即年輕的新生地幔物質通過側向（俯沖）或垂向（底侵）作用加入到陸殼中，形成年輕（不成熟）地殼。因此，本區堿性花崗巖類產出的構造環境可以劃分為2類：一是大陸邊緣，二是板內裂谷或地幔熱點。前者屬

于造山晚期，而后者是非造山期碰撞后伸展階段（285～250 Ma）形成的花崗巖。

因此，準噶爾盆地周邊地區廣泛發育晚古生代的具有正的εNd（t）值的花崗巖，可能具有多成因、來自不同巖漿源的特點。對其成因和來源的解釋應該具體分析。例如，西準噶爾廟爾溝巖體Isr（300）為0.704 0～0.704 5，εNd（t）為+6.6～+84，模式年齡（TDM）大約分布在0.37～0.62 Ga，這與本區古生代洋殼的形成時間大致吻合，反應其源區來自虧損地幔，可能是早古生代期間形成的洋殼和島弧建造，進而推測西準噶爾地區的基底是年輕的地殼，古老地殼即使有，分布范圍也非常有限[5]。這一認識符合本區洋盆俯沖增生、島弧增生的事實。而Coleman對西準噶爾后碰撞的A型花崗巖研究表明[4]，年齡為石炭紀（321.4±6.7 Ma），物質來源與洋殼密切相關，并且花崗巖中榍石和磷灰石SmNd數據εNd（t）的值為+6.1，非常類似于相同年齡值的洋殼。這些結果說明西準噶爾地區A型花崗巖的巖漿形成可能來自于古生代洋殼物質組成的下地殼的局部熔融，而非來源于古老的前寒武紀基底。顯然將西準噶爾獲得的認識進而擴展到對準噶爾盆地基底的認識，不符合地質事實。

3結論準噶爾盆地周緣不同區塊花崗巖的同位素定年和εNd（t）值關系圖整體顯示，本區不同時期花崗巖形成源區復雜，以虧損幔源為主、殼幔混源和殼源為次。本區不同時期殼幔混源和殼源花崗巖的存在說明，區內不同區帶均存在古老陸殼。準噶爾盆地周緣不同區塊花崗巖的同位素定年和εNd（t）值關系差異性顯著，尤以西準與其它地區的差異最為突出。這種差異性應是不同區塊構造活動性和地殼組成差異性的反映。如西準噶爾花崗巖形成時期集中在328～270 Ma，εNd（t）值變化在+8～+2之間，并可進一步分解為2個階段，即形成時期328～290 Ma，εNd（t）值介于+8.5～+52和形成時期為292～270 Ma，εNd（t）值介于+6～+2.2，它們均顯示花崗巖源于虧損幔源，但具有前者強虧損，后者虧損較弱特點，且有陸殼物質的混染，其成因可能是既有與洋殼局部熔融和地幔底侵下地殼局部熔融不同成因類型所致，并符合本區的基本地質事實。但對東準而言，與西準相比二者地質特征不同，花崗巖的同位素年齡與εNd（t）值關系圖差別也很大。西準是洋盆俯沖增生、島弧地體增生的構造增生帶，而東準北部殘留卡拉麥里蛇綠巖、蛇綠混雜巖帶，其南發育康古爾塔格蛇綠巖、蛇綠混雜巖帶，兩帶之間則為陸殼地塊，因此花崗巖的同位素年齡與εNd（t）值關系圖變化大呈現該區不同時期花崗巖源區復雜的特征，提供有古老陸殼存在的信息。參考文獻References

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