新疆西天山科克賽巖體年代學、地球化學及地質意義

江俊

摘 要：新疆西天山科克賽巖體位于西天山北部，主要發育巖石為二長花崗斑巖，屬高鉀鈣堿性系列。根據元素地球化學組成， 該二長花崗斑巖主量元素為SiO2、Al2O3和MgO，微量元素含Sr、Y和Yb，具有埃達克巖的化學特征，該二長花崗斑巖歸屬于埃達克巖。依據元素地球化學和同位素地球化學特征，判斷科克賽巖體為新元古代增生的地殼物質部分熔融的產物，于晚石炭世后碰撞初期階段形成。

關鍵詞：新疆北部；埃達克巖；地球化學；西天山

引言

作為一種成因特征特殊的火成巖，埃達克巖的地球化學特征為：SiO2>56%， Al2O3>15%， MgO<3%；虧損重稀土，富集Sr，虧損Y和Yb。普遍認為只有當地殼厚度滿足石榴角閃巖或榴輝巖最低深度時，埃達克巖才有產生的可能。21世紀以來，隨著學者們對西天山埃達克巖成因的深入研究，有研究認為，西天山埃達克巖在二疊紀后的碰撞環境中形成，是底侵玄武巖的部分熔融；也有研究認為還可能形成于泥盆紀-早石炭世的島弧環境，一直存在爭議。

一、地質和巖體特征

西天山科克賽巖體位于賽里木地塊，屬于哈薩克斯坦板塊的巴爾喀什-準爾微板塊之巴爾喀什南緣活動陸緣。賽里木地塊位于中、哈邊境地區，形狀長約350km（東西），寬60-80km（南北）。其東、北、西南面均被濱巴爾喀什泥盆紀一石炭紀殘余洋盆包圍，東南為博羅霍洛島弧。地塊為古元古代結晶基底，主要由角閃片巖、云母片巖、黑云母斜長片麻巖、云母石英片巖、眼球狀片麻巖等組成。中、新元古界，即結晶基底上的第一層為碳酸鹽巖-泥巖，由薊縣系庫松木切克群和青白口系開爾塔斯群組成。往上，是不整合覆蓋的震旦系砂巖、砂質泥巖和冰磧層；下古生界以灰巖、泥質-硅質巖、粉砂巖及含磷巖層為主，出露寒武系和奧陶系，不整合或平行不整合覆蓋在震旦系之上；上古生界位于賽里木地塊北部，從基底往上為中泥籠統汗吉尕組礫巖、砂巖、粉砂巖，上泥盆統托斯庫 爾他烏組砂巖、粉砂巖、放射蟲硅質泥質巖，下石炭統阿克薩克組砂巖、粉砂巖、含角礫晶屑巖屑凝灰巖，上石炭統東圖津河組砂巖、粉砂巖，下二疊統輝石安山巖、玄武安山巖，上述巖種構成了汗吉尕拗裙帶，而西天山的科克賽巖體處于該拗裙帶地形中。

科克賽巖體長約600m（東西），寬約260m（南北），侵入于上泥盆統托斯庫爾他烏組沉凝灰巖中。該巖體巖石類型與科克賽銅鉬礦床的成礦相關。該巖體呈斑狀結構，斑晶大概占總巖石量的80%，主要為石英、斜長石、鉀長石和黑云母，其中石英斑晶占20%；斜長石斑晶占30%，鉀長石斑晶占25%，黑云母占5%。微晶約占巖石總量的20%。

二、元素與同位素地球化學

2.1元素地球化學

科克賽巖體主要為二長花崗斑巖，其SiO2含量在70.56%～71.46%之間，Al2O3含量介于15.27%-16.01%之間，K2O/Na2O含量在0.92～1.66之間，絕大多數樣品含量大于1%；MgO含量較低，為0.77%-1.02%；Mg'在46-56之間。鋁指數（ASI）為1.23-1.39，均大于1.10。稀土元素總量介于64.87 *10-6～110.2*10-6之間。輕稀土富集，（La/Yb）N介于15.0-23.7之間，重稀土強烈虧損，Yb含量較低（0.60 × 10-6-0.72 × 10-6），δEu介于0.88～1.2，呈現微弱負銪異常和正銪異常。根據實際礦物含量QAP分類圖解，全部樣品落入二長花崗巖區域；SIO2-K2O全部落入高鉀鈣堿性區域。

科克賽巖富集Rb、Th、U、K和LREE等大離子親石元素；虧損Nb、Ta、P、Ti、HREE等高場強元素；Sr呈弱富集特征，含量介于363 *10-6～577 *10-6之間；Y含量較低，介7.40*10-6～8.50 *10-6之間；Ba弱虧損；在微量元素蜘網圖上呈現Nb、Ta、P、Ti的強烈虧損。

2.2同位素地球化學

通過對測試二長花崗斑巖樣品的同位素數據，其ISr在0.705078-0.705572之間，主要落在0.7020-0.7060范圍內，比大陸殼的ISr的平均值0.719低。二長花崗斑巖的εNd（t）范圍為2.82-3.56，遠高于華北克拉通古老下地殼的εNd（t）值（-44--32），而接近東北地區顯生市花崗巖的εNd（t）值 （介于O-3.0之間），相對的Nd模式年齡為774-835 Ma，稀土元素Sm、Nd分餾不明顯。

三、巖石成因

3.1巖石形成物質源來

西天山科克賽巖鍶初始值較低，釹初始比值較高，推測出樣品地區物質有較多的地幔成分或最近才增生的地殼物質。所有樣品均從洋島玄武巖區區域獲取，研究區樣品均在中亞造山帶。因為中亞造山帶顯生市花崗巖類普遍具有較高的εNd（t）正值，前研究人員就提出了一系列推測結論：古生代-中生代花崗巖由新生的新元古代地殼深熔形成；古老地殼物質與高度分異的幔源巖漿混合，增生基性地殼物質與古老地殼物質混合；幔源基性巖漿同化古老地殼物質，產生結晶分異；大洋巖石圈與古老大地陸売混合物的熔融；幔源巖漿底侵、巖漿直接分異等。普遍認為，二長花崗斑巖不太可能由地幔部分直接熔融形成。

由二長花崗斑巖元素地球化學數據，及同期幔源巖漿形成的基性、超基性雜巖很難找到的實況，推測該巖主要由地殼物質部分熔融形成。巖石的鍶初始比值較低，釹初始比值較高，具有正的εNd（t）值，虧損地幔Nd模式年齡較低，同古亞洲洋大規模擴張的時間（蛇綠巖和島弧雜巖時代）大致相同，故該二長花崗斑巖可能是由虧損地幔在新元古代衍生。

3.2巖石成因

科克賽二長花崗斑巖的SiO2較高，Mg0、Cr、Ni含量較低，說明形成原因不會是拆沉下地殼的部分熔融，而可能是加厚下地売部分的熔融，高的Sr/Y和La/Yb值，重稀土元素的強烈虧損，加上中、重稀土之間無向下凹的分布特征，說明在熔融過程中，源區殘留沒有斜長石，導致Eu異常。由新生下地売部分熔融產生這種巖漿存在基本條件：地殼厚度必須能保持石榴石穩定。同時地売部分熔融需保證有一定的熱度。西天山科克賽巖體具有地殼加厚背景，在石榴石殘留相的穩定范圍內。其次，軟流圈地幔上涌的加熱作用以及地殼增厚引發的熱產生熱量足夠促使地殼部分熔融。

3.3成巖背景

前人認為西天山火成巖形成于裂谷或地幔柱環境，后來在在天山北部地區發現了石炭紀埃達克巖-高鎂安山巖名-富Nb玄武巖組合，以及石炭紀巴音溝蛇綠巖，表明西天山地區在泥盆紀一早石炭世晚期仍處于洋殼俯沖階段。在天山北蛇綠雜巖中發現的年齡為316Ma鋯石U-Pb，表明北天山縫合帶可能是在早一晚石炭世之交形成（325-316Ma）。北天山同碰撞構造背景介于325-316Ma之間，316～270Ma間屬于后碰撞構造背景。在研究喇嘛蘇-達巴特地區巖漿巖時，發現西北天山地區在晚泥盆世硪石炭世為大陸弧環境，在早二疊世為后碰撞階段。還有學者認為該地區晚泥盆世一早石炭世的火山弧是從西向東漸漸消滅，并由晚石炭世的碰撞后富鉀巖漿噴發取代。晚石炭世至后二疊紀，天山地區發育二疊紀雙嶧式火山巖，最后形成特色的大陸裂谷結構。

由上述研究可知該巖體不是俯沖洋売部分熔融的產物，所以不可能存在俯沖背景。二長花崗斑巖為主要巖石，研究巖石鋁飽和指數較高，卻并未愛薄片中發現白云母、堇青石、紅柱石等富鋁礦物，認為絹云母化蝕變導致了該巖體的過鋁性。又因為科克賽巖體形成“釘合巖體”之后，先于北達巴特A型花崗巖，因此科克賽巖體于后碰撞初期階段形成最有可能。

四、結論

西天山科克賽巖鍶初始值較低，釹初始比值較高，Mg0、Cr、Ni含量較低，形成原因很可能是加厚下地売部分的熔融。科克賽巖體鋁飽和指數較高，卻并未愛薄片中發現白云母、堇青石、紅柱石等富鋁礦物，于后碰撞初期階段形成最有可能。

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