北阿爾金早古生代同碰撞花崗質(zhì)巖漿記錄及其對增生造山過程的啟示*

吳玉 陳正樂 陳柏林 王永 孫岳 孟令通 何江濤 王斌

1. 核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，北京 100029 2. 中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081 3. 東華理工大學(xué)，南昌 330013 4. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 5. 中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170

造山帶經(jīng)歷了從大陸裂谷、大洋擴張到洋殼俯沖、消減，再到洋盆閉合、碰撞/增生造山以及造山后伸展、垮塌等一系列復(fù)雜的演化過程(Thomas, 1983; 張國偉等, 2001; Zheng, 2012; Songetal., 2014)。其中，巖漿活動貫穿于造山帶形成和演化的始終，完整記錄了造山帶不同演化階段深部物質(zhì)與能量相互交換、構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變等各個方面的關(guān)鍵信息(Brown, 1994; Rudnick and Gao, 2003; 吳福元等, 2007; Willbold and Stracke, 2010; 王濤等, 2017)。因此，造山帶內(nèi)不同時代和類型的花崗巖體成為探究造山帶形成與演化過程及其深部殼幔相互作用的重要窗口。

北阿爾金作為青藏高原北緣一條重要的早古生代縫合帶，自20世紀90年代就受到廣泛關(guān)注。近二十多年來，區(qū)內(nèi)紅柳溝-拉配泉蛇綠巖帶和HP/LT變質(zhì)巖為北阿爾金早古生代構(gòu)造演化提供了豐富信息(車自成等, 1995; Sobel and Arnaud, 1999; 劉良等, 1998, 1999; 吳峻等, 2001, 2002; Zhangetal., 2005; 張建新等, 2007; 楊經(jīng)綏等, 2002, 2008; 孟繁聰?shù)? 2010a; 蓋永升等, 2015)，證實北阿爾金在早古生代塔里木地塊和原特提斯構(gòu)造體系對接過程中經(jīng)歷了古洋盆閉合、洋陸格局轉(zhuǎn)換以及增生造山等構(gòu)造演化歷史。與此同時，大量的巖石學(xué)、地球化學(xué)和年代學(xué)研究工作表明，該區(qū)廣泛發(fā)育有與增生造山過程息息相關(guān)的巖漿活動和花崗巖體。目前，這些巖體可厘定為碰撞前、同碰撞和碰撞后等不同的構(gòu)造-巖漿活動階段(Gehrelsetal., 1999, 2003; Cowgilletal., 2003; 吳才來等, 2007; Wuetal., 2009; 韓鳳彬等, 2016)。前人還根據(jù)不同花崗巖體的Sr/Y比值與成巖年齡，認為同碰撞擠壓造山階段向后碰撞伸展垮塌階段的轉(zhuǎn)換時期為440～420Ma(孟令通等, 2016)，最近，紅柳溝地區(qū)高Mg和低Mg兩類埃達克質(zhì)花崗巖的發(fā)現(xiàn)進一步約束同碰撞向后碰撞階段轉(zhuǎn)換時限為425～422Ma(Yuetal., 2018)。但是對于北阿爾金古洋盆最終閉合及其洋陸轉(zhuǎn)換時限仍存在不同的認識。吳才來等(2007)通過巴什考供盆地北緣S型花崗巖成巖年齡為443～434Ma，認為它們的形成與增生造山過程中地殼加厚有關(guān)；郝杰等(2006)根據(jù)紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖基質(zhì)內(nèi)絹云母石英片巖的絹云母Ar-Ar年齡為455±2Ma，認為北阿爾金古洋盆閉合和增生造山發(fā)生在中奧陶世末期；鄭坤等(2018)對野馬泉二長花崗巖進行研究后，也基本贊同北阿爾金在450～453Ma已處于同碰撞-碰撞后構(gòu)造環(huán)境。然而，來自紅柳溝-拉配泉蛇綠混雜巖中枕狀玄武巖和輝長巖的年代學(xué)數(shù)據(jù)表明北阿爾金在晚奧陶世仍存在有洋殼(修群業(yè)等, 2007; 楊子江等, 2012), 中-晚奧陶世放射蟲硅質(zhì)巖的發(fā)現(xiàn)也支持該時期古洋盆尚未閉合(楊子江等, 2011)。基于此，筆者及所在項目組深入北阿爾金山腹地，通過詳細的野外地質(zhì)調(diào)查，厘定出眾多同碰撞花崗巖體。本文詳細闡述了這些巖體的巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)、年代學(xué)和Hf同位素組成特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，進一步探討了這些巖體的成因類型、巖漿源區(qū)和動力學(xué)背景，以期對深入了解和探究北阿爾金早古生代增生造山過程有所裨益。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(a)阿爾金山及鄰區(qū)數(shù)字高程模型(DEM)圖(據(jù)吳磊等, 2012)；(b)北阿爾金及鄰區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖(據(jù)陳宣華等, 2003)；(c)喀臘大灣似斑狀花崗巖地質(zhì)簡圖；(d)卓爾布拉克花崗巖地質(zhì)簡圖；(e)溝口泉似斑狀二長花崗巖地質(zhì)簡圖；(f)木孜薩依白云母花崗巖地質(zhì)簡圖.Ⅰ-阿爾金左旋走滑斷裂帶；Ⅱ-紅柳溝-拉配泉褶皺構(gòu)造帶；Ⅲ-索爾庫里-且末隆起帶Fig.1 Simplified geological maps of the study area(a) Digital Elevation Model (DEM) map of the Altyn Tagh and adjacent areas (modified after Wu et al., 2012); (b) regional geology simplified map of the North Altun and adjacent areas (b, modified after Chen et al.,2003); geological sketch maps of the Kaladawan porphyritc granite (c), Zhuoerbulake granodiorite (d), Goukouquan porphyritc monzogranite (e) and Muzisayi muscovite granite (f). Ⅰ-Altyn sinistral strike-slip fault zone; Ⅱ-Hongliugou-Laipeiquan fold structure zone; Ⅲ-Suoerkuli-Qiemo uplift zone

1 區(qū)域地質(zhì)概況

展布在青藏高原北緣的阿爾金山被認為是由原特提斯洋俯沖-碰撞/增生造山作用所形成的復(fù)合型造山帶(張建新等, 2015)。該造山帶主要由E-W向的紅柳溝-拉配泉褶皺構(gòu)造帶、NE-SW向的索爾庫里-且末隆起帶以及NEE-SWW向的阿爾金巨型左旋走滑斷裂帶三個次級構(gòu)造單元組成(Yinetal., 2002, 陳正樂等, 2002, 2006)(圖1a)。其中，E-W向的紅柳溝-拉配泉褶皺構(gòu)造構(gòu)成了地理意義上的北阿爾金地區(qū)，該區(qū)以阿爾金北緣脆-韌性剪切帶和南緣韌性剪切帶為界，進一步劃分出阿北地塊、紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖帶和米蘭-金雁山地塊(圖1b)。阿北地塊主要出露一套古元古代-新太古代TTG片麻巖和變質(zhì)表殼巖系，普遍經(jīng)歷了2.8～2.6Ga、2.45～2.35Ga和2.0～1.8Ga等多期的構(gòu)造熱事情(Gehrelsetal., 2003; Luetal., 2008; Longetal., 2014; 王斌等, 2017; 朱文斌等, 2018)和1.95～1.85Ga高角閃巖相-麻粒巖相變質(zhì)-深熔作用(張建新等, 2011; Zhangetal., 2013; 辛后田等, 2013)；米蘭-金雁山地塊則由中元古界角閃巖相變質(zhì)雜巖和中-新元古界淺變質(zhì)陸緣碎屑巖、碳酸鹽巖及少量火山巖構(gòu)成(新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1993; 于海峰等, 2002; Gehrelsetal., 2003; 張建新等, 2011)，其上又疊加有新元古代-早古生代的侵入巖體(郝杰等, 2006; Wangetal., 2013; Yuetal., 2013)。

紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖帶為北阿爾金重要組成部分，主要由加里東期的蛇綠巖、增生楔/增生雜巖、洋島玄武巖、高壓/低溫變質(zhì)巖以及島弧巖漿等多種地質(zhì)體組成，由于受早古生代強烈的俯沖-增生造山作用，這些地質(zhì)體多呈構(gòu)造巖片相互拼貼、疊置，并形成大量褶皺-沖斷構(gòu)造和脆-韌性剪切帶(吳玉等, 2019)。前人對該套蛇綠巖進行了詳細研究，顯示其主要由枕狀玄武巖、席狀巖墻、硅質(zhì)巖、基性-超基性巖、輝長輝綠巖以及呈脈狀或透鏡狀斜長花崗巖等組成，枕狀玄武巖Sm-Nd等時線年齡和鋯石U-Pb年齡限定為524～448Ma之間(劉良等, 1999; 修群業(yè)等, 2007)，輝長巖鋯石U-Pb年齡為521～449Ma(楊經(jīng)綏等, 2008; 張志誠等, 2009; 楊子江等, 2012)，斜長花崗巖鋯石U-Pb年齡集中在518～512Ma(高曉峰等, 2012a; 蓋永升等, 2015)。高壓/低溫變質(zhì)巖呈構(gòu)造巖塊出露在貝克灘至恰什坎薩依溝一帶，主要由榴輝巖、藍片巖、含硬綠泥石、石榴子石多硅白云母泥質(zhì)片巖、石英片巖和鈣質(zhì)片巖等組成，其中，榴輝巖和藍片巖呈透鏡狀分布在泥質(zhì)片巖中，榴輝巖和藍片巖Ar-Ar年代學(xué)測定獲得513～497Ma的變質(zhì)年齡(Zhangetal., 2005; 張建新等, 2007)。在紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖帶內(nèi)發(fā)育有大量的中-酸性侵入巖體，巖石類型主要以閃長巖、花崗閃長巖、石英閃長巖、鉀長花崗巖、二長花崗巖等巖性為主，以往研究表明這些巖體與洋殼俯沖消減、增生造山等地質(zhì)事件密切相關(guān)(Gehrelsetal., 2003; 韓鳳彬等, 2012; 吳才來等, 2005, 2007)。

2 采樣位置及巖相學(xué)特征

本文所采集的花崗巖體分別為紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖帶北側(cè)的喀臘大灣似斑狀花崗巖(經(jīng)緯度為39°09′07.17″N、91°40′45.94″E)、溝口泉似斑狀二長花崗巖(經(jīng)緯度為39°08′02.60″N、90°52′10.06″E)以及南側(cè)的卓爾布拉克花崗巖(經(jīng)緯度為39°03′39.82″N、91°05′34.96″E)和木孜薩伊白云母花崗巖(經(jīng)緯度為39°00′07.18″N、90°07′30.19″E)(圖1b)。

喀臘大灣似斑狀花崗巖侵位于紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖帶內(nèi)的變形玄武安山巖內(nèi)，巖體出露面積較小，呈近東-西向的長橢圓狀展布(圖1c)。野外可見似斑狀花崗巖呈灰白色-淺肉紅色，具有中粗粒似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2a)。斑晶主要為肉紅色鉀長石，呈自形-半自形板柱狀，可見卡氏雙晶，粒徑在8～40mm不等，約占總體積10%；基質(zhì)成分主要由鉀長石(～30%)、斜長石(30%～35%)、石英(25%～30%)及少量黑云母(5%～10%)等礦物組成；副礦物為鋯石、榍石和磷灰石等。鉀長石呈他形粒狀均勻分布于巖石中，粒徑約為3～4mm，表面具有不同程度泥化、粘土化；斜長石呈半自形-自形板柱狀，粒徑約為4～5mm，發(fā)育顯著的聚片雙晶并具有不同程度的泥化；石英呈他形粒狀充填于長石的間隙，粒徑大小為2～3mm；黑云母呈片狀零散分布在巖石中，片狀直徑約為1～2mm，局部發(fā)生弱的綠泥石化(圖2b, c)。

溝口泉似斑狀二長花崗巖位于冰溝巖體北側(cè)，由于第四系沉積物覆蓋嚴重，該巖體僅零星出露較小的面積，野外地質(zhì)調(diào)查表明其附近零散分布有紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖帶的基性-超基性巖(圖1e)。野外新鮮的似斑狀花崗巖呈灰白色-淺肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2d)。斑晶主要由自形-半自形板柱狀的肉紅色鉀長石組成，粒徑為5～25mm不等，約占總體積的6%～8%；基質(zhì)礦物主要為鉀長石(～30%)、斜長石(～30%)、石英(20%～25%)、黑云母(～10%)和少量角閃石(<5%)等；發(fā)育有鋯石、榍石和磷灰石等副礦物。鏡下鉀長石呈半自形-他形板狀、粒狀，粒徑為2～3mm，局部表面發(fā)生一定程度的泥化；斜長石呈半自形-自形板柱狀，粒徑大小約為2～4mm，發(fā)育聚片雙晶，部分具有顯著的環(huán)帶結(jié)構(gòu)；石英呈他形粒狀鑲嵌于長石之間，粒徑為1～2mm；黑云母呈半自形片狀零散分布，片狀直徑約為0.5～1mm(圖2e, f)。

卓爾布拉克花崗巖出露于卓爾布拉克溝西溝口，大地構(gòu)造位置為紅柳溝-拉配泉俯沖-增生雜巖與阿中地塊銜接部位，巖體侵位于中元古界塔昔達坂群內(nèi)強烈糜棱巖化的淺變質(zhì)巖中，巖體南部與片麻狀花崗巖相接觸，北部被第四系沉積物覆蓋，出露巖體面積約12km2(圖1d)。新鮮的花崗巖呈灰白色，中-細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2g)。巖石主要由斜長石(35%～40%)、鉀長石(20%～25%)、石英(～30%)、黑云母(～10%)和角閃石(～3%)等礦物組成；其次含有少量綠簾石；副礦物為鋯石、磷灰石和榍石等。斜長石呈自形-半自形板柱狀，粒徑約為0.5～3mm，可見聚片雙晶發(fā)育；石英呈他形粒狀集合體充填于長石間隙，并發(fā)育有波狀消光和細粒化，部分黑云母發(fā)生顯著的綠泥石化(圖2h, i)。

木孜薩伊白云母花崗巖位于巴什考供盆地西緣，野外可見巖體直接侵位于阿中地塊中元古界塔昔達坂群淺變質(zhì)巖內(nèi)，其東側(cè)被第四系沉積物覆蓋，導(dǎo)致巖體出露面積較小，約為4km2(圖1f)。野外新鮮的白云母花崗巖呈灰白色，中-細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2j)。巖石主要組成礦物有斜長石(35%～40%)、石英(～35%)、鉀長石(～15%)和白云母(10%～15%)；副礦物為鋯石、磷灰石和磁鐵礦等。斜長石呈自形-半自形板柱狀，粒徑約為0.5～2mm，可見有聚片雙晶發(fā)育；石英呈他形-半自形粒狀充填于長石間隙中，顆粒邊界發(fā)育有少量的細粒化和內(nèi)部呈現(xiàn)出明顯的波狀消光；鉀長石為微斜長石，呈他形-半自形板柱狀，粒徑在0.3～1mm之間；白云母呈自形-半自形鱗片狀，粒徑約為0.4～2.5mm，個別白云母發(fā)生明顯的膝折構(gòu)造(圖2k, l)。

圖2 北阿爾金花崗巖類野外露頭照片及顯微鏡下照片(a-c)喀臘大灣似斑狀花崗巖；(d-f)溝口泉似斑狀二長花崗巖；(g-i)卓爾布拉克花崗巖；(j-l)木孜薩依白云母花崗巖.Kfs-鉀長石；Pl-斜長石；Qz-石英；Bt-黑云母；Chl-綠泥石；Amp-角閃石；Ep-綠簾石；Mus-白云母Fig.2 Field photographs and photomicrographs of the granitoids in the North Altun(a-c) Kaladawan porphyritc granite; (d-f) Goukouquan porphyritc monzogranite; (g-i) Zhuoerbulake granodiorite; (j-l) Muzisayi muscovite granite. Kfs-K-feldspar; Pl-plagioclase; Qz-quartz; Bt-biotite; Chl-chlorite; Amp-amphibole; Ep-epidote; Mus-muscovite

3 分析測試方法

本文共選取了13件新鮮的巖石樣品進行全巖主量和微量元素分析，測試分析在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實驗測試中心(NRCGA)完成。主量元素采用X-熒光光譜法(X-ray fluorescence)，測試儀器為3080E型X-熒光光譜儀，執(zhí)行GB/T14506.28—1993標準，分析精度優(yōu)于5%；微量及稀土元素采用等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測得，執(zhí)行標準為T0223-200。其中，微量元素含量大于10×10-6的元素分析誤差優(yōu)于5%，小于10×10-6的元素測試精度優(yōu)于10%。

圖3 北阿爾金花崗巖類鋯石陰極發(fā)光圖像白色實線圈和虛線圈分別代表U-Pb年齡和Hf同位素測點位置Fig.3 Cathodoluminescence (CL) images of zircon grains from the granitoids in the North AltunWhite solid circle and broken circle indicate the locations of U-Pb dating and Hf analyses, respectively

樣品破碎和鋯石挑選均由廊坊地質(zhì)勘探技術(shù)服務(wù)有限公司完成。其中，喀臘大灣似斑狀花崗巖、溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)照相和U-Pb年齡測定在中國地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心完成。在制靶過程中，挑選出無裂隙、包體少、晶形較好的鋯石顆粒，并將其與標準鋯石TEM(417Ma)一起在玻璃板上用環(huán)氧樹脂固定，經(jīng)拋光后進行透射光、反射光和陰極發(fā)光掃描電鏡照相。SHRIMP鋯石U-Pb測年在北京離子探針中心遠程實驗室SHRIMP-Ⅱ型離子探針儀器內(nèi)測定，詳細的實驗流程和實驗原理參考Williams (1998)和宋彪等(2002)。為確保儀器的穩(wěn)定性和離子計數(shù)的精確性，每測試3粒鋯石，進行一次標樣監(jiān)控。木孜薩伊白云母花崗巖鋯石U-Pb年齡測定在吉林大學(xué)東北亞礦產(chǎn)資源評價自然資源部重點實驗室完成，測試儀器采用Agilent 7900型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)和COMPExPro型ArF準分子激光器聯(lián)機，激光剝蝕束斑直徑為32μm，使用國際標準鋯石91500為外標進行同位素比值校正，29Si為內(nèi)標測定微量元素含量，采用ICPMSdataCal軟件對樣品同位素比值數(shù)據(jù)進行處理(Liuetal., 2010)，普通Pb采用Andersen (2002)方法進行校正。鋯石諧和年齡和加權(quán)平均年齡圖采用ISOPLOT程序繪制(Ludwig, 2003)。

鋯石原位微區(qū)Hf同位素分析在中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實驗測試中心(NRCGA)完成，所用儀器為Neptune多接收質(zhì)譜儀(Thermo Finnigan)和ASI(Applied Spectra Inc.)J-100飛秒激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機，實驗采用的剝蝕頻率為8Hz，剝蝕坑尺寸為20μm×40μm，能量密度為16J/cm2，剝蝕時間為31s。測定時使用國際標準鋯石GJ-1和Plesovice作為參考物質(zhì)，測試過程中鋯石GJ-1和Plesovice的176Hf/177Hf測試加權(quán)平均值分別為0.282007±0.000007(2σ)和0.282476±0.000004(2σ)。初始176Hf/177Hf、εHf(t)值和地幔模式年齡計算方法見文獻(Schereretal., 2001; Griffinetal., 2000, 2002)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb定年結(jié)果

喀臘大灣似斑狀花崗巖、溝口泉似斑狀二長花崗巖、卓爾布拉克花崗巖和木孜薩伊白云母花崗巖被測鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖像和測定點位(實線圈)見圖3，所有樣品的SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年同位素分析數(shù)據(jù)列于表1和表2。

表1 北阿爾金花崗巖類SHRIMP鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)

喀臘大灣似斑狀花崗巖(AT16-01)的鋯石呈透明-半透明的無色或淡黃色，以自形的短柱狀為主，少量呈渾圓狀或近似圓狀，粒徑大小多在100～250μm，長寬比為1:1～2:1，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石顆粒具有明顯的巖漿韻律環(huán)帶(圖3)，其Th/U比值介于0.17～0.65之間，為典型的巖漿成因鋯石(Rubatto, 2002)。13個測試點中，5、9、11和12測點的鋯石206Pb/238U年齡分別為499.1Ma、1205.5Ma、473.4Ma和491.6Ma， 與圍巖中元古代地層和寒武紀弧巖漿巖的時代一致，表明它們可能為繼承性鋯石或捕虜鋯石，不參與成巖年齡計算。其余9顆鋯石的206Pb/238U年齡為418.3～444.7Ma，變化范圍較小。在諧和圖曲線圖上，所有測點均位于206Pb/238U與207Pb/238U諧和線上或附近(圖4a)，協(xié)和性較好，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為432.4±4.9Ma(MSDW=1.9)，該年齡代表了喀臘大灣似斑狀花崗巖的成巖年齡。

圖4 北阿爾金花崗巖類鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircons from the granitoids in the North Altun

溝口泉似斑狀二長花崗巖(AT16-02)的鋯石呈透明-半透明的無色或淡黃色，晶形較好，主要以自形的長柱狀為主，粒徑大小主要介于150～350μm之間，長寬比為1.3:1～3.5:1，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石顆粒具有較為明顯的巖漿韻律環(huán)帶(圖3)，17個測點的Th/U比值為0.41～1.06，平均為0.64，顯示為典型的巖漿鋯石特征(Rubatto, 2002)。17個測試點中，9、11和13測點的鋯石206Pb/238U年齡分別為362.4Ma、410.7Ma和413.5Ma，推測可能為后期構(gòu)造-熱事件等原因而發(fā)生了一定程度的Pb丟失，不參與成巖年齡計算。剩余14個測試點的206Pb/238U年齡為422.5～448.3Ma，變化范圍較小，且所有測點均位于206Pb/238U與207Pb/238U諧和線上及其附近(圖4b)，協(xié)和性較好，14顆鋯石獲得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為432.8±4.1Ma(MSDW=1.60)，該年齡代表了溝口泉似斑狀二長花崗巖的成巖年齡。

卓爾布拉克花崗巖(AT16-03)的鋯石呈無色透明-半透明的短柱狀，晶形較好，粒徑大小集中于100～200μm，長寬比為1:1～2.5:1，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石顆粒發(fā)育良好的巖漿韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3)，12個測試點的Th/U比值為0.37～0.71，平均為0.49，具有典型巖漿鋯石的特征(Rubatto, 2002)。其中，2和8測點的鋯石206Pb/238U年齡分別為406.3Ma和357Ma，推測可能為后期構(gòu)造-熱事件等原因而發(fā)生了一定程度的Pb丟失，因此不參與成巖年齡計算。剩余10顆鋯石的206Pb/238U年齡為426.7～440.9Ma，變化范圍較小，所有測點均位于206Pb/238U與207Pb/238U諧和線上或附近(圖4c)，協(xié)和性較好，獲得206Pb/238U加權(quán)平均年齡為439.6±3.5Ma(MSDW=0.95)，該年齡代表了卓爾布拉克花崗巖的成巖年齡。

木孜薩伊白云母花崗巖(AT16-04)的鋯石晶形較好，呈無色透明-半透明的柱狀，少數(shù)呈渾圓狀或近似圓狀，粒徑大小為50～280μm，長寬比介于1:1～2.3:1之間，陰極發(fā)光圖像可見鋯石顆粒發(fā)育良好的巖漿韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3)。22個測點的Th/U比值為0.08～0.73，平均為0.43，具有典型巖漿鋯石的特征(Rubatto, 2002)。其中，7測點的鋯石U-Pb年齡諧和度較低，14測點的鋯石206Pb/238U年齡為494.9Ma，與早期俯沖構(gòu)造環(huán)境下的弧巖漿巖形成時代一致，說明其可能是巖漿運移過程中捕獲的鋯石，這2個測點不參與成巖年齡計算，其余20個測試點的206Pb/238U年齡為429.8～448.5Ma，變化范圍較小，且所有測點均位于206Pb/238U 與207Pb/238U諧和線上及其附近(圖4d)，20顆鋯石的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為437.3±2.4Ma(MSDW=1.6)，該年齡代表了木孜薩伊白云母花崗巖的成巖年齡。

4.2 地球化學(xué)特征

4.2.1 主量元素

4個花崗巖體的主量元素分析結(jié)果及特征值列于表3，從中可以看出喀臘大灣似斑狀花崗巖SiO2含量為70.98%～73.01%，Al2O3含量為14.58%～15.15%，MgO含量為0.57%～0.67%，Mg#值(Mg#=100×Mg2+/(Mg2++Fe2+))為38.68～39.71，K2O含量為3.24%～3.60%，Na2O含量為3.72%～4.30%，K2O/Na2O比值為0.75～0.88；溝口泉似斑狀二長花崗巖SiO2含量為67.06%～67.88%，Al2O3含量為15.40%～15.56%，MgO含量為1.37%～1.77%，Mg#值為46.51～49.37，K2O含量為2.89%～3.34%，Na2O含量為4.01%～4.16%，K2O/Na2O比值為0.72～0.80；卓爾布拉克花崗巖SiO2含量為69.15%～75.42%，Al2O3含量為10.95%～14.38%，MgO含量為1.43%～1.68%，Mg#值為51.58～55.80，K2O含量為2.06%～2.89%，Na2O含量為2.63%～3.99%，K2O/Na2O比值為0.52～1.09；木孜薩伊白云母花崗巖SiO2含量為72.23%～74.14%，Al2O3含量為14.39%～14.87%，MgO含量為0.18%～0.29%，Mg#值為17.99～22.39，K2O含量為3.29%～3.88%，Na2O含量為3.4%～4.11%，K2O/Na2O比值為0.80～1.14。在SiO2-(Na2O+K2O)圖解中(圖5a)，所有樣品均落入花崗巖和花崗巖閃長巖的范疇，顯示為亞堿性系列；4個花崗巖體的全堿 (Na2O+K2O)含量為5.51%～7.87%，里特曼指數(shù)(σ)介于0.94～2.28之間，顯示為鈣性-鈣堿性系列；在SiO2-K2O圖解中(圖5b)，僅卓爾布拉克花崗閃長巖落在鈣堿性系列區(qū)域，其余所有樣品均落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域；4個花崗巖體的鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.96～1.31，在A/CNK-A/NK圖解中(圖5c)，除木孜薩伊白云母花崗巖落入過鋁質(zhì)區(qū)域外，其余3個花崗巖體均落在準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)區(qū)域。

圖5 北阿爾金花崗巖類TAS圖解(a, 據(jù)Middlemost, 1994)、SiO2-K2O圖解(b, 據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)和A/CNK-A/NK圖解(c, 據(jù)Maniar and Piccodi, 1989)Fig.5 TAS diagram (a, after Middlemost, 1994), SiO2 vs. K2O diagram (b, after Peccerillo and Taylor, 1976) and A/CNK vs. A/NK diagram (c, after Maniar and Piccodi, 1989) for the granitoids in the North Altun

圖6 北阿爾金花崗巖類球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b) (標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized rare earth element patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) for the granitoids in the North Altun (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

4.2.2 稀土和微量元素

4個花崗巖體的微量及稀土元素分析結(jié)果也列于表3。

表3 北阿爾金花崗巖類地球化學(xué)測試結(jié)果(主量元素：wt%；微量及稀土元素：×10-6)

續(xù)表3

喀臘大灣似斑狀花崗巖稀土元素總量(∑REE)介于94.50×10-6～104.5×10-6之間，平均為100.5×10-6，LREE含量為88.32×10-6～98.40×10-6，HREE含量為5.69×10-6～6.18×10-6，LREE/HREE比值為14.29～17.02，平均為15.82，(La/Yb)N為20.36～23.79，反映較強的輕重稀土分餾，在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖解上，表現(xiàn)出輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的右傾模式(圖6a)。(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別為5.18～6.27和1.79～2.02，表明輕稀土內(nèi)部分餾明顯，而重稀土內(nèi)部分餾不明顯。δEu介于0.81～0.91之間，平均為0.85，具有弱的負Eu異常，表明巖漿結(jié)晶過程中斜長石基本沒有發(fā)生結(jié)晶分離作用。在原始地幔微量元素標準化蛛網(wǎng)圖上，喀臘大灣似斑狀花崗巖富集Rb、Ba、K和Sr等大離子親石元素和La、Ce等輕稀土元素，相對虧損Nb、Ta、P和Ti等高場強元素(圖6b)。

溝口泉似斑狀二長花崗巖稀土元素總量(∑REE)在104.8×10-6～157.9×10-6之間，平均為128.2×10-6，LREE含量為96.58×10-6～144.5×10-6，HREE含量為8.18×10-6～13.42×10-6，LREE/HREE比值為8.76～11.81，平均為10.45，(La/Yb)N為8.60～14.89，輕重稀土分餾明顯，在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖解上，也表現(xiàn)出明顯的右傾特征(圖6a)。(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別為3.67～5.13和1.46～1.97，顯示輕稀土內(nèi)部分餾明顯，重稀土內(nèi)部分餾不明顯。δEu介于0.68～0.97之間，平均為0.81，具有弱的負Eu異常，說明斜長石沒有發(fā)生顯著的結(jié)晶分離作用。在原始地幔微量元素標準化蛛網(wǎng)圖上，溝口泉似斑狀二長花崗巖富集Rb、Th、K、Zr、Hf和LREE等元素，相對虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti和HREE等元素(圖6b)。

卓爾布拉克花崗巖稀土元素總量(∑REE)為104.7×10-6～238.1×10-6，平均為178.9×10-6，LREE含量為92.62×10-6～230.0×10-6，HREE含量為7.16×10-6～12.06×10-6，LREE/HREE比值為7.68～28.45，平均為20.75，(La/Yb)N為9.60～42.71，輕重稀土強烈分餾，在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖解上，呈明顯的右傾趨勢(圖6a)。(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別為3.32～8.11和1.93～3.06，表明輕稀土內(nèi)部分餾相比重稀土顯著。δEu介于0.52～0.65之間，平均為0.56，顯示中等負Eu異常，暗示源區(qū)可能有斜長石的殘留或巖漿結(jié)果過程中經(jīng)歷了斜長石的結(jié)晶分異作用。在原始地幔微量元素標準化蛛網(wǎng)圖上，卓爾布拉克花崗巖富集Rb、Th、K、Zr、Hf和LREE等元素，明顯虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti和HREE等元素(圖6b)。

木孜薩伊白云母花崗巖稀土元素總量(∑REE)處于76.95×10-6～97.67×10-6之間，平均為85.37×10-6，LREE含量為68.32×10-6～84.68×10-6，HREE含量為8.19×10-6～12.99×10-6，LREE/HREE比值為6.52～8.95，平均為7.79，(La/Yb)N為6.69～9.57，指示輕重稀土中度分餾，在球粒隕石標準化稀土元素配分曲線圖解上呈現(xiàn)出低緩的右傾特征(圖6a)。δEu介于0.58～0.66之間，平均為0.63，顯示中等負Eu異常，推測源區(qū)可能有斜長石的殘留或巖漿結(jié)果過程中經(jīng)歷了斜長石的結(jié)晶分異作用。在原始地幔微量元素標準化蛛網(wǎng)圖上，木孜薩伊白云母花崗巖富集Rb、Th、K和LREE等元素，明顯虧損Ba、Nb、Sr、Ti等元素(圖6b)，尤其是Ba、Sr明顯低于其它3個巖體，顯示為典型低Ba-Sr花崗巖，而低Ba-Sr花崗巖被認為是殼源物質(zhì)低程度部分熔融的產(chǎn)物(Harris and Inger, 1992)。其中，Sr、Ti虧損可能與成巖過程中斜長石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶作用有關(guān)，也可能是由于部分熔融過程中源區(qū)殘留了斜長石和鈦鐵礦引起的(Green and Pearson, 1987; Barthetal., 2000)。

4.3 鋯石Hf同位素

本文對4個花崗巖體已測U-Pb年齡的鋯石進行了原位Hf同位素分析(表4)，從中可以看出被測鋯石的176Lu/177Hf比值均小于0.002，表明鋯石形成后放射性成因Hf積累十分有限，因而所測的176Hf/177Hf比值能較好地反映鋯石結(jié)晶時巖漿體系的Hf同位素組成特征(吳福元等, 2007)。喀臘大灣似斑狀花崗巖176Hf/177Hf比值在0.282513～0.282684之間，對應(yīng)的εHf(t)為+0.18～+5.88，二階段模式年齡(tDM2)為1046～1409Ma；溝口泉似斑狀二長花崗巖176Hf/177Hf比值在0.282646～0.282723之間，對應(yīng)的εHf(t)為+4.72～+7.55，二階段模式年齡(tDM2)為939～1120Ma；卓爾布拉克花崗巖176Hf/177Hf比值在0.282686～0.282791之間，對應(yīng)的εHf(t)為+6.33～+9.96，二階段模式年齡(tDM2)為790～1022Ma；木孜薩伊白云母花崗巖176Hf/177Hf比值在0.282324～0.282640之間，對應(yīng)的εHf(t)為-6.47～+4.52，二階段模式年齡(tDM2)為1136～1833Ma(圖7a, b)。

圖7 北阿爾金花崗巖類鋯石εHf(t)值頻率分布直方圖(a)和εHf(t)-鋯石U-Pb年齡相關(guān)圖解(b)Fig.7 Histogram of εHf(t) (a) and εHf(t) vs. U-Pb age diagram for zircon (b) of the granitoids in the North Altun

5 討論

5.1 巖石成因類型

花崗巖成因類型目前最為常用的分類方案是I型、S型、A型和M型四種基本類型。其中，M型花崗巖較為少見，且具有極低的K2O和Rb含量，幾乎不含鉀長石(Coleman and Peterman, 1975; Amrietal., 1996)，研究區(qū)4個花崗巖體均具有較高的K2O(2.06%～3.88%)和Rb(61.40×10-6～296.0×10-6)，顯微鏡下可見有大量鉀長石發(fā)育，與M型花崗巖特征明顯不符。另外，地球化學(xué)分析表明，4個花崗巖體的10000×Ga/Al=1.88～2.43和Zr+Nb+Ce+Y=112.0×10-6～288.0×10-6，均低于A型花崗巖的下限值(10000×Ga/Al=2.6, Zr+Nb+Ce+Y=350.0×10-6, Whalenetal.,1987)；同時，它們較低的FeOT/MgO比值(0.79～4.56)也與A型花崗巖顯著富鐵的特征(FeOT/MgO=13.4, Whalenetal., 1987)相不符，再加上礦物中沒有出現(xiàn)標志性的堿性暗色礦物，可排除A型花崗巖的可能性。主量元素分析表明，溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖均具有相對高的鈉含量(Na2O分別為4.01%～4.06%和2.63%～3.99%)和準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)(A/CNK分別為0.97～1.00和0.96～1.02)的特征，在SiO2-P2O5圖解和Rb-Th圖解中(圖8a, b)，2個巖體均表現(xiàn)出I型花崗巖的演化趨勢(Wolf and London, 1994; Chappell, 1999)，結(jié)合顯微鏡下觀察到有標志性礦物角閃石的存在，說明溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖應(yīng)屬于I型花崗巖。然而，喀臘大灣似斑狀花崗巖雖也表現(xiàn)出較高的鈉含量(Na2O=3.72%～4.30%)和準鋁質(zhì)(A/CNK=1.03～1.04)的地球化學(xué)特征，但P2O5隨著SiO2增加而逐漸增加的特征與S型花崗巖的演化趨勢相一致(圖8a)，在Rb-Th圖解也反映出S型花崗巖的親緣性(圖8b)，由此推測喀臘大灣似斑狀花崗巖可能為I-S過渡型花崗巖。對于木孜薩依白云母花崗巖，所有樣品鋁飽和特征值(A/CNK=1.25～1.31)明顯大于1.1，且在CIPW標準礦物中明顯出現(xiàn)剛玉組分(3.31%～4.03%)，反映出過鋁質(zhì)S型花崗巖的特征，在SiO2-P2O5和Rb-Th兩個判別圖解也表現(xiàn)出S型花崗巖的演化趨勢(圖8a, b)，所以木孜薩依白云母花崗巖應(yīng)屬于過鋁質(zhì)S型花崗巖。

續(xù)表4

圖8 北阿爾金花崗巖巖類I型和S型花崗巖判別圖解(a) SiO2-P2O5圖解(據(jù)Chappell and White, 1992)；(b) Th-Rb圖解(據(jù)Chappell, 1999)Fig.8 I- and S-type granite discrimination diagrams for identifying granitoids from the North Altun(a) SiO2 vs. P2O5 diagram (after Chappell and White, 1992); (b) Th vs. Rb diagram (after Chappell, 1999)

圖9 北阿爾金花崗巖類巖石成因判別圖解(a) Nb/Y-Th/Y圖解(據(jù) et al., 2007)；(b) C/MF-A/MF圖解(據(jù)Gerdes et al., 2000)；(c) Rb/Sr-Rb/Ba圖解(據(jù)Sylvester, 1998)；(d) (Yb)N-(La/Yb)N圖解(據(jù)Defant and Drummond, 1990)Fig.9 Petrogenetic discrimination diagrams of the granitoids in the North Altun(a) Nb/Y vs. Th/Y diagram (after et al., 2007); (b) C/MF vs. A/MF diagram (after Gerdes et al., 2000); (c) Rb/Sr vs. Rb/Ba diagram (after Sylveste, 1998); (d) (Yb)N vs. (La/Yb)N diagram (after Defant and Drummond, 1990)

5.2 巖漿源區(qū)探討

在球粒隕石稀土元素配分模式和原始地幔微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖6a, b)，4個花崗巖類均顯示出富集Rb、Th、K等大離子親石元素和LREE，虧損Ba、Nb、Sr、Ti等高場強元素和HREE的特征，并與大陸地殼(BCC)的微量元素蛛網(wǎng)圖與球粒隕石稀土元素配分模式十分相似。通過微量元素比值可知，4個花崗巖體的Nb/U比值分別為7.26～10.00、4.72～5.37、3.70～5.29和7.77～10.51，Rb/Sr比值分別為0.32～0.37、0.44～0.51、0.22～0.45和2.11～4.09，Nb/Ta比值分別為12.88～13.87、9.33～12.02、7.40～8.01和5.90～6.56，這些值明顯不同于地幔平均值(Nb/U=47±10、Rb/Sr=0.034、Nb/Ta=17.5±2)，而與地殼平均值(Nb/U=10、Rb/Sr=0.35、Nb/Ta=11～12)相接近(Taylor and Mclennan, 1985; Hofmann, 1988; Green, 1995)。在Nb/Y-Th/Y圖解中(圖9a)，木孜薩依白云母花崗巖集中落在上地殼附近，暗示其源巖來自于上地殼物質(zhì)的部分熔融，其余3個花崗巖體落在Th/Nb=1和Th/Nb=10趨勢線之間，接近中下地殼的平均組分。

前已述及，木孜薩依白云母花崗巖和喀臘大灣似斑狀花崗巖均具有沉積巖熔融形成S型花崗巖特征。根據(jù)脫水熔融實驗表明，S型花崗巖的CaO/Na2O<0.3表明其源巖來自富粘土而貧斜長石的變泥質(zhì)巖部分熔融，而CaO/Na2O>0.3則源巖為貧粘土而富斜長石的變雜砂巖部分熔融(Sylvester, 1998)。木孜薩依白云母花崗巖CaO/Na2O比值為0.15～0.25，均小于0.3，顯示其為富粘土貧斜長石的變泥質(zhì)巖部分熔融的產(chǎn)物；喀臘大灣似斑狀花崗巖CaO/Na2O比值介于0.43～0.65之間，普遍大于0.3，指示其源巖可能與貧粘土而富斜長石的變雜砂巖有關(guān)。在A/MF-C/MF和Rb/Ba-Rb/Sr圖解也顯示出木孜薩依白云母花崗巖落到變泥質(zhì)巖部分熔融區(qū)域和富粘土源區(qū)，而喀臘大灣似斑狀花崗巖則全部落在變雜砂巖部分熔融區(qū)和貧粘土源區(qū)的硬砂巖附近(圖9b, c)。但是，喀臘大灣似斑狀花崗巖Zr/Hf比值為37.30～38.99，平均為38.42，明顯高于地殼巖石Zr/Hf值(33)，而接近于幔源巖石Zr/Hf比值(36.3, Green, 1995)；鋯石Lu-Hf同位素結(jié)果顯示喀臘大灣似斑狀花崗巖εHf(t)值為+0.18～+5.88，二階段模式年齡(tDM2)為1046～1409Ma，表明巖漿源區(qū)有新生地殼物質(zhì)的加入；同樣，木孜薩依白云母花崗巖雖表現(xiàn)出殼源物質(zhì)低程度部分熔融的低Ba-Sr花崗巖特征，但εHf(t)值介于-6.47～+4.52之間，且主要集中在-3.39～-1.56，二階段模式年齡(tDM2)為1136～1833Ma，也反映出巖漿源區(qū)并非都來自于古老地殼物質(zhì)的低程度部分熔融，還應(yīng)有少量新生地殼物質(zhì)的參與。

與此同時，溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖在A/MF-C/MF圖解中均落在了基性巖部分熔融區(qū)域(圖9b)，暗示它們的巖漿源區(qū)可能與玄武質(zhì)巖漿部分熔融有關(guān)。實驗巖石學(xué)研究表明玄武質(zhì)地殼熔融所產(chǎn)生的巖漿熔體無論熔融程度如何，形成的巖石均具有較低的Mg#值(<40)，但是當有地幔物質(zhì)參與成巖時，其Mg#值可以大于40(Rapp and Watson. 1995)。溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖的Mg#值分別為46.51～49.37和51.58～55.80，均大于40，說明巖漿形成過程中有幔源物質(zhì)的加入。這一特征也反映在鋯石Hf同位素組成上，即溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖εHf(t)值分別為+4.72～+7.55和+6.33～+9.96，在t-εHf(t)圖解(圖7b)中，所有數(shù)據(jù)全部落在虧損地幔演化線和球粒隕石演化線之間。目前，對于幔源物質(zhì)參與花崗巖成巖過程的方式有初生地殼物質(zhì)的重熔(Pitcheretal., 1985; Jahnetal., 2000; Zhengetal., 2007)和幔源巖漿直接注入地殼并誘發(fā)其部分熔融(Belousovaetal., 2006; Kempetal., 2007; Yangetal., 2007)兩種不同的解釋，就溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖而言，它們的Hf同位素組成相對均一且變化范圍較小，與幔源巖漿直接注入混合后所具有的Hf同位素組成變化范圍較大、εHf(t)值散布于正值與負值之間的特征明顯不同(邱檢生等, 2008)，而與初生地殼物質(zhì)重熔并與上覆地殼物質(zhì)混合所具有的εHf(t)值均為正值、Hf同位素組成變化較小的特征更為相似；另外，地幔熔融通常形成基性巖漿，即使經(jīng)過高度分異作用，也主要以中性巖漿成分為主，很少形成酸性巖漿，即使形成也常伴隨有同時期的基性巖漿巖(Sissonetal., 2005)，溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖均具有較高的SiO2含量(分別為67.06%～67.88%和69.15%～75.42%)，且它們周圍尚未發(fā)現(xiàn)同時代的基性巖漿活動，基本可排除幔源物質(zhì)直接加入的可能性。結(jié)合2個巖體均具有較老的二階段模式年齡(tDM2分別為939～1120Ma和790～1022Ma)，認為2個花崗巖體的巖漿源區(qū)可能起源于新生地殼物質(zhì)的部分熔融，但不排除可能有少量古老基底地殼物質(zhì)的混入。

目前，對于匯聚板塊邊緣的新生地殼物質(zhì)來源普遍認為是洋殼板片在俯沖消減過程中誘發(fā)地幔楔發(fā)生部分熔融，并由玄武質(zhì)巖漿底侵到大陸地殼底部的新生下地殼(張宏飛等, 2007; Yuetal., 2015)；近年來，也有學(xué)者提出其新生地殼物質(zhì)也可能來自于殘余洋殼的部分熔融(Niuetal., 2007, 2013)，但這需要寄主巖體中存在有同時代的基性巖漿包體，其Sr-Nd-Hf同位素特征也要求與寄主巖體相似，而本文報道的花崗巖體野外未見有基性巖漿包體的發(fā)育。此外，由俯沖殘余洋殼形成的熔體大多具有埃達克質(zhì)的特征，即高的Sr含量(>400×10-6)和Sr/Y比值，與本文花崗巖體所具有的低Sr(72.30×10-6～369.0×10-6)和Sr/Y比值(3.73～42.08)明顯不符，因此，上述花崗巖體中新生地殼物質(zhì)更可能來源于加厚的新生下地殼。另外，實驗巖石學(xué)研究表明，石榴子石強烈富集HREE，而角閃石相對富集MREE(Green, 1994)，并且重稀土元素中Yb和Lu在石榴子石中的分配系數(shù)最大，而Dy和Ho在角閃石中的分配系數(shù)最大(Sisson, 1994)。因此，當石榴子石為源區(qū)主要殘留相時，部分熔融產(chǎn)生的熔體具有“右傾”的HREE配分模式和Y/Yb>10、(Ho/Yb)N>1.2；而當角閃石為源區(qū)主要殘留相時，部分熔融產(chǎn)生的熔體則具有較為平坦的HREE配分模式，并且Y/Yb≈10，(Ho/Yb)N≈1。本文報道的溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖HREE基本無分餾或輕微分餾，顯示出較平坦的HREE配分模式(圖6a)，兩個巖體的Y/Yb比值分別為8.30～11.76和7.99～11.96，平均為9.53和9.69，(Ho/Yb)N值分別為0.92～1.03和0.85～1.35，平均為0.97和1.02，在(Yb)N-(La/Yb)N圖解(圖9d)中，所有樣品均落在10%的石榴石角閃巖部分熔融曲線上，這些特征表明兩個花崗巖體的巖漿源區(qū)殘留相以角閃石為主，基本不含或含很少量的石榴子石，由此推測溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖可能為新生下地殼角閃巖相鎂鐵質(zhì)巖石部分熔融形成的。

5.3 巖體侵位時代和構(gòu)造環(huán)境

北阿爾金在早古生代經(jīng)歷了洋殼俯沖、增生造山以及造山后的伸展垮塌等一系列復(fù)雜的地質(zhì)演化歷程，在不同的演化階段均伴隨有強烈的巖漿活動和花崗巖體形成。通過以往高精度SHRIMP、LA-ICP-MS和TIMS鋯石U-Pb年代學(xué)和地球化學(xué)總結(jié)，前人將這些巖漿活動和花崗巖體大致劃分為三期：第一期為具有典型弧巖漿巖地球化學(xué)特征的花崗巖類組合，巖體侵位時代主要集中在514.3±5.6Ma～443±5Ma(Gehrelsetal., 1999, 2003; Cowgilletal., 2003; 陳宣華等, 2003; 戚學(xué)祥等, 2005a; 郝杰等, 2006; 康磊等, 2011; 韓鳳彬等, 2012; 張占武等, 2012; 吳玉等, 2016, 2017; Mengetal., 2017)，指示中寒武世-晚奧陶世北阿爾金具有大規(guī)模的洋殼俯沖消減作用；第二期為與碰撞造山和地殼加厚有關(guān)的花崗巖體，成巖年齡主要集中在446±5.2Ma～427.3±5.7Ma(Jolivetetal., 1999; 吳才來等, 2005, 2007; Wuetal., 2009; 孟令通等, 2016, Yuetal., 2018)，反映晚奧陶世-中志留世北阿爾金處于同碰撞構(gòu)造環(huán)境；第三期主要為與后碰撞作用相關(guān)的侵入巖體，形成時代介于419.9±7.9Ma～404.7±9.8Ma之間(Gehrelsetal., 2003; 戚學(xué)祥等, 2005b; 楊子江等, 2012; 韓鳳彬等, 2012)，代表了北阿爾金在晚志留世-早泥盆世已進入造山后的伸展垮塌階段。本次對北阿爾金四處不同的花崗巖體進行了詳細的SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，獲得喀臘大灣似斑狀花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為432.4±4.9Ma，溝口泉似斑狀二長花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為432.8±4.1Ma，卓爾布拉克花崗巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為439.6±3.5Ma，木孜薩依白云母花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為437.3±2.4Ma，這些年代學(xué)數(shù)據(jù)與北阿爾金第二期同碰撞構(gòu)造環(huán)境下的花崗巖體成巖時代相一致。

在微量元素特征方面，4個花崗巖體均具有較低的Y、Nb和Yb含量，明顯與板內(nèi)花崗巖和洋脊花崗巖相區(qū)別，而與火山弧花崗巖和同碰撞花崗巖相類似。在Ta-Yb構(gòu)造判別圖解中，4個花崗巖體樣品主體落在了同碰撞花崗巖(Syn-COLG)區(qū)域附近，顯示出同碰撞花崗巖的親緣性(圖10a)，進一步利用R1-R2 (圖10b)和Rb/10-Hf-Ta×3構(gòu)造判別圖解(圖10c)，所有樣品也基本上均落在同碰撞花崗巖和碰撞大地構(gòu)造背景上的花崗巖區(qū)范疇內(nèi)。另外，Sr-Yb判別圖解被認為可以有效的識別造山前、造山和造山后花崗巖類(張旗等, 2008)，在該圖解中，4個花崗巖類全部落在Ⅱ區(qū)域，對應(yīng)于地殼加厚的造山階段(圖10d)。綜合北阿爾金區(qū)域構(gòu)造演化和年代學(xué)資料，并結(jié)合上述構(gòu)造環(huán)境判別圖解分析，認為這4個花崗巖體應(yīng)形成于造山過程中的同碰撞構(gòu)造環(huán)境。

圖10 北阿爾金花崗巖類構(gòu)造環(huán)境判別圖解(a) Yb-Ta圖解(據(jù)Pearce et al., 1984)；(b) R1-R2圖解(據(jù)Batchelor and Bowden, 1985)；(c) Rb/10-Ta×3-Hf圖解(據(jù)Harris, 1986)；(d) Yb-Sr圖解(據(jù)張旗等, 2008).Syn-COLG-同碰撞花崗巖；WPG-板內(nèi)花崗巖；VAG-火山弧花崗巖；ORG-洋脊花崗巖；Ⅰ-高Sr低Yb型；Ⅱ-低Sr低Yb型；Ⅲ-高Sr高Yb型；Ⅳ-低Sr高Yb型；Ⅴ-非常低Sr高Yb型Fig.10 Tectonic discrimination diagrams of the granitoids in the North Altun(a) Yb vs. Ta diagram (after Pearce et al., 1984); (b) R1 vs. R2 diagram (after Batchelor and Bowden, 1985); (c) Rb/10-Ta×3-Hf diagram (after Harris, 1986); (d) Yb vs. Sr diagram (after Zhang et al., 2008). Syn-COLG-syn-collisional granitoids; WPG-within plate granitoids; VAG-volcanic arc granitoids; ORG-ocean ridge granitoids; Ⅰ-high Sr low Yb type; Ⅱ-low Sr low Yb type; Ⅲ-high Sr high Yb type; Ⅳ-low Sr high Yb type; Ⅴ-very low Sr high Yb type

5.4 對增生造山過程的啟示

增生造山作用發(fā)生于板塊匯聚過程中的俯沖帶之上，在俯沖消減過程中將不同類型和大小的地體、微陸塊、島弧及增生楔等物質(zhì)匯聚拼貼在一起，形成一個規(guī)模較大的造山帶(Schulmann and Paterson, 2011)。目前，關(guān)于北阿爾金早古生代增生造山過程已取得了一系列重要成果，現(xiàn)有研究認為，北阿爾金洋的打開和擴張應(yīng)發(fā)生在早寒武世之前(趙恒樂等, 2011; 劉函等, 2012)，至中寒武世，北阿爾金洋開始發(fā)生俯沖消減，并出現(xiàn)與俯沖作用有關(guān)的弧巖漿活動和變質(zhì)作用(Gehrelsetal., 1999, 2003; 張建新等, 2007; 高曉峰等, 2012b; 陳柏林等, 2016; 吳玉等, 2016; Mengetal., 2017)，其中，區(qū)內(nèi)最大的闊什布拉克巖體(443±5Ma)被認為是板塊俯沖作用的晚期產(chǎn)物(陳宣華等, 2003)，這表明北阿爾金洋的俯沖消減一直持續(xù)到晚奧陶世末期。另一方面，北阿爾金冰溝地區(qū)蛇綠混雜巖內(nèi)輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為449.5±10.9Ma(楊子江等, 2012)，恰什坎薩依南溝口出露的枕狀玄武巖單顆粒TIMS鋯石U-Pb年齡為448.6±3.3Ma(修群業(yè)等, 2007)，喀臘大灣北段發(fā)現(xiàn)的枕狀玄武巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡為446±3Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù))以及前人在紅柳溝-拉配泉蛇綠巖內(nèi)的硅質(zhì)巖中鑒定出大量中-晚奧陶世放射蟲和海綿骨針化石(楊子江等, 2011)，這些化石年齡和年代學(xué)數(shù)據(jù)均支持晚奧陶世末期北阿爾金洋尚未完全閉合。此次，本文對北阿爾金4個花崗巖體進行了高精度SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，獲得成巖年齡主要集中在432.4～439.6Ma，均晚于上述弧巖漿巖和蛇綠巖的形成時代，構(gòu)造環(huán)境判別顯示這4個花崗巖體均形成于同碰撞構(gòu)造環(huán)境之下，標志著北阿爾金洋在早志留世已基本閉合。前人在巴什考供盆地南北兩側(cè)也發(fā)現(xiàn)了與地殼加厚熔融有關(guān)的同時代的S型花崗巖(吳才來, 2005, 2007)，最近在紅柳溝地區(qū)也報道了445～439Ma與加厚下地殼部分熔融有關(guān)的低Mg埃達克巖出露(Yuetal., 2015)。結(jié)合本文及前人識別出的這些同碰撞花崗巖體呈面狀分布于整個北阿爾金地區(qū)(圖1b)，表明北阿爾金洋最終關(guān)閉以及洋陸轉(zhuǎn)換的時間節(jié)點應(yīng)為445～440Ma。

一直以來，北阿爾金被認為是北祁連的西延部分，其主要依據(jù)是：(1)北阿爾金和北祁連造山帶內(nèi)均發(fā)育有古生代MORB型和OIB型蛇綠巖，其中北阿爾金紅柳溝MORB型蛇綠巖形成年齡為524.4±44Ma(劉良等, 1999)，與北祁連目前發(fā)現(xiàn)最老的玉石溝蛇綠巖形成時代529～550Ma(史仁燈等, 2004; Songetal., 2013)相近，代表兩個古洋盆開啟時間至少在早寒武世之前。此外，北阿爾金還發(fā)育大量與弧后盆地或島弧環(huán)境有關(guān)的蛇綠巖，年齡為448～480Ma左右(修群業(yè)等, 2007; 楊經(jīng)綏等, 2008)，與北祁連具有SSZ性質(zhì)的蛇綠巖形成時代448～490Ma(夏小洪和宋述光, 2010; 孟繁聰?shù)? 2010b; Songetal., 2013)相一致；(2)北阿爾金與北祁連兩個古洋盆具有相似的初始裂解時間，即北阿爾金紅柳溝北和恰什坎薩依地區(qū)發(fā)現(xiàn)形成于裂谷環(huán)境的雙峰式火山巖時代為749.8～775Ma(趙恒樂等, 2011; 劉函等, 2012)，與北祁連洋開始裂解時的巖漿活動時間757～776Ma(曾建元等, 2006; 陸松年等, 2009)相同；(3)兩個造山帶均出露有早古生代高壓/低溫變質(zhì)帶，北阿爾金高壓/低溫變質(zhì)巖峰期變質(zhì)條件為T=430～540℃、P=2.0～2.3GPa(Zhangetal., 2005)，北祁連高壓/低溫變質(zhì)巖峰期變質(zhì)條件也為T=460～550℃、P=2.2～2.6GPa(Songetal., 2007; Zhangetal., 2007)。雖然北阿爾金榴輝巖和藍片巖的白云母Ar-Ar年齡(491～520Ma, 張建新等, 2007)明顯大于北祁連高壓低溫變質(zhì)巖中鋯石U-Pb年齡(463～489Ma, Songetal., 2004; Zhangetal., 2007)，但2個高壓/低溫變質(zhì)帶內(nèi)均產(chǎn)出有早古生代含硬柱石的榴輝巖和相似的峰期變質(zhì)T-P條件，說明二者均經(jīng)歷了冷洋殼俯沖(張建新和孟繁聰, 2006)；(4)北阿爾金和北祁連都產(chǎn)出有早古生代弧巖漿巖，這些巖漿巖不論在巖石組成還是Hf同位素特征都表現(xiàn)出良好的可比性(秦海鵬, 2012; Chenetal., 2014; 吳玉等, 2017)；(5)北阿爾金東段和北祁連西段有相同的鐵銅鉛鋅等礦產(chǎn)資源，這些礦床在成礦時代和成因類型方面均具有非常好的相似性(陳柏林等, 2009, 2010)。但這一認識尚未有同碰撞階段的證據(jù)支持，近年來，北祁連陸續(xù)報道了早古生代同碰撞構(gòu)造背景下的侵入巖體，如北祁連白銀市東部的神木頭巖體年齡為429.6±6.1Ma(Tsengetal., 2009)；冷龍嶺地區(qū)的毛藏寺巖體成巖時代為423.5±4.0Ma(熊子良等, 2012)；黑石山地區(qū)的白馬洼巖體和郝泉溝巖體形成年齡為440.2±2.4Ma和431.8±2.4Ma(趙國斌等, 2013)；北祁連西段祁青鄉(xiāng)附近的熬油溝巖體時代為438±3Ma，其巖體的87Sr/86Sr初始比值和εNd(t)值分別為0.7044～0.7047和+3.0～+4.1(陳育曉等, 2012)；東段寶積鄉(xiāng)附近的寶積山巖體年齡為433.7±3.4Ma、全巖εHf(t)值為+5.8～+6.4(Chenetal., 2015)，曲目山巖體成巖年齡為431.5±2.6Ma、全巖εHf(t)值為+6.1～+7.9(Chenetal., 2016)，老虎山巖體和馬常山巖體年齡為433.0±3.1Ma和431.4±2.4Ma、其全巖εHf(t)值分別為+3.1～+5.1和+3.4～+5.5(Chenetal., 2018)。這些巖體的侵位時代和同位素組成特征均與本文報道北阿爾金同碰撞花崗巖體相似。另外，依據(jù)前人在北祁連獲得最年輕的與俯沖消減作用有關(guān)的弧火山巖年齡為446±3Ma(Wangetal., 2005)，代表碰撞開始的藍片巖相變質(zhì)巖Ar-Ar年齡為442.1～453.9Ma(Liouetal., 1989; Liuetal., 2006)以及下志留統(tǒng)復(fù)理石沉積地層不整合覆蓋于早期巖系之上(宋述光, 1997)等地質(zhì)事實，揭示北祁連洋的閉合及增生造山作用的起始時間也為445～440Ma(吳才來等, 2010; Songetal., 2013)，而這一時間與本文北阿爾金洋最終關(guān)閉以及洋陸轉(zhuǎn)換的時間節(jié)點完全一致，從同碰撞階段洋盆閉合的角度證實北阿爾金和北祁連在早古生代為同一個帶，二者曾作為統(tǒng)一的整體經(jīng)歷了初始裂解-擴張-俯沖-閉合造山等構(gòu)造演化過程。

6 結(jié)論

(1)地球化學(xué)特征顯示喀臘大灣似斑狀花崗巖具有高硅和鈉、低鐵、鎂和鈣的特征，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.03～1.04，屬弱過鋁質(zhì)I-S過渡型花崗巖；溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖具有相對高的鈉含量和準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)特征，表現(xiàn)為I型花崗巖；木孜薩依白云母花崗巖具有高硅、富堿、富集Rb、Th和LREE，虧損Ba、Sr、Ti和Eu特征，鋁飽和指數(shù)均大于1.1，屬過鋁質(zhì)S型花崗巖。

(2)利用SHRIMP和LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年方法獲得喀臘大灣似斑狀花崗巖成巖年齡為432.4±4.9Ma，溝口泉似斑狀二長花崗巖成巖年齡為432.8±4.1Ma，卓爾布拉克花崗巖成巖年齡為439.6±3.5Ma，木孜薩依白云母花崗巖成巖年齡為437.3±2.4Ma。綜合區(qū)域地質(zhì)資料及其構(gòu)造判別圖解，揭示這4個巖體均形成于同碰撞構(gòu)造背景下，表明北阿爾金洋最終關(guān)閉以及洋陸轉(zhuǎn)換的時間節(jié)點應(yīng)為445～440Ma。

(3)鋯石Hf同位素分析結(jié)果顯示溝口泉似斑狀二長花崗巖和卓爾布拉克花崗巖εHf(t)值分別為+4.72～+7.55和+6.33～+9.96，二階段Hf同位素模式年齡(tDM2)分別為939～1120Ma和790～1022Ma，反映巖漿起源于新生地殼物質(zhì)的部分熔融，其稀土元素特征以及巖石成因判別圖解暗示它們可能為原巖在角閃巖相條件下部分熔融的產(chǎn)物；喀臘大灣似斑狀二長花崗巖起源于變雜砂巖部分熔融，木孜薩依白云母花崗巖起源于變泥質(zhì)巖石的低程度部分熔融，但Hf同位素顯示εHf(t)值分別為+0.18～+5.88和-6.47～+4.52，反映二者的巖漿源區(qū)也均有新生地殼物質(zhì)的加入。

(4)上述這些特征與北祁連造山帶早古生代同碰撞花崗巖體具有良好的可對比性，進一步從同碰撞階段洋盆閉合的角度證實北阿爾金和北祁連在早古生代為同一個帶，二者曾作為統(tǒng)一的整體經(jīng)歷了初始裂解-俯沖-閉合-增生造山等構(gòu)造演化過程。

致謝鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年得到了吉林大學(xué)東北亞礦產(chǎn)資源評價自然資源部重點實驗室鄭培璽老師的幫助；Hf同位素分析測試得到國家地質(zhì)實驗測試中心李超副研究員的幫助；中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所吳才來研究員、張建新研究員和西北大學(xué)張成立教授認真審閱了本文，并給予了非常寶貴的修改意見；在此一并表示衷心感謝！