东昆仑西段再力克山三叠纪花岗岩成因:来自U-Pb年代学及岩石地球化学的约束
doi: 10.20008/j.kckc.202511001
鲁浩1 , 江国会1 , 林大伟1 , 郑琳琳2 , 李金涛1 , 朱金华1 , 张海芳1 , 刘欢1
1. 山东省第三地质矿产勘查院,山东 烟台 264004
2. 烟台鲁东勘察测绘有限公司,山东 烟台 264000
基金项目: 本文受新疆地勘基金中心“新疆若羌县大沙沟一带1∶5万(J45E019019、J45E020018、J45E020019、J45E021018、J45E021019)区域地质矿产调查项目(XB-DK-2015-1-05)资助
Genesis of the Triassic granites in the western Zeleke Mountains of the East Kunlun: Constraints from U-Pb chronology and petrogeochemistry
LU Hao1 , JIANG Guohui1 , LIN Dawei1 , ZHENG Linlin2 , LI Jintao1 , ZHU Jinhua1 , ZHANG Haifang1 , LIU Huan1
1. Shandong No. 3 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Yantai 264004 , Shandong, China
2. Yantai Ludong Survey and Mapping Co., Ltd., Shandong Province, Yantai 264000 , Shandong, China
摘要
再力克山花岗岩位于新疆东昆仑造山带西段,岩性主要为花岗闪长岩和二长花岗岩,为进一步探讨东昆仑造山带三叠纪构造-岩浆演化史,本文对研究区内再力克山花岗岩进行了详细的岩石学、地球化学及锆石 U-Pb 年代学研究。研究结果表明,再力克山花岗岩锆石 U-Pb 年龄为(210.3±1.4) Ma 和(211.3±1.1) Ma,为晚三叠世岩浆活动产物。花岗岩 SiO2 含量为 65.94%~72.10%、Na2O 为 2.68%~4.33%、K2O 为 2.22%~5.27%、铝饱和指数(A/CNK)为 1.08~1.41,表明区内花岗岩为过铝质钙碱性系列花岗岩;岩石稀土元素总量较高,总体表现出轻稀土富集,重稀土亏损的右倾式配分模式,具有 Eu 的弱负异常(δEu=0.29~ 0.71),微量元素相对富集Rb、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Zr等高场强元素,显示岩石具有壳源花岗岩特征。结合区域构造演化特征,本研究认为区内三叠纪再力克山花岗岩是陆壳物质部分熔融形成的,其构造背景为后碰撞环境。
Abstract
The Zeleke Mountains granite is situated in the western segment of the East Kunlun orogen in Xinjiang and is primarily composed of granodiorite and monzogranite. To enrich the Triassic tectonic-magmatic evolution history of the East Kunlun orogen, comprehensive petrographic, geochemical, and zircon U-Pb geochronological studies were conducted on the Zeleke Mountains granite within the study area. The study reveals that the zircon U-Pb ages of the Zeleke Mountains granite are (210.3±1.4) Ma and (211.3±1.1) Ma, indicating that it is a product of Late Triassic magmatic activity. Geochemical studies indicate that the granite in the region has SiO2 contents ranging from 65.94% to 72.10%, Na2O from 2.68% to 4.33%, K2O from 2.22% to 5.27%, and the aluminum saturation indexes (A/CNK) of 1.08 to 1.41. These findings suggest that the granite is peraluminous calc-alkaline series, characterized by high total rare earth element contents, exhibiting a right-dipping distribution pattern with light rare earth enrichment and heavy rare earth depletion, and displaying weak negative Eu anomalies (δEu=0.29-0.71). The rocks are also enriched in large ion lithophilic elements of Rband K, and depleted in high field strength elements, such as Nb, Ta and Zr, indicating their crustal-derived granite characteristics. In light of the regional tectonic evolution characteristics, the Zeleke Mountains Triassic granite in the study area experienced partial melting of crustal materials, and formed, in a post-collision tectonic setting.
0 引言
东昆仑造山带位于青藏高原北缘,北邻柴达木盆地,南部以木孜塔格—布青山—阿尼玛卿缝合带为界与可可西里—巴颜喀拉山带和北羌塘—唐古拉地块相接,东端沿唐格木断裂和塞什塘—苦海断裂与秦岭弧盆系相邻,西端则被大型走滑断裂阿尔金造山带截断,整体呈近东西向展布于东昆仑—鄂拉山一带,是一经历了多期构造运动的复合型大陆造山带(莫宣学等,2007李荣社等,2008杨莉等, 2025)。近年来,基于东昆仑地区区域地质调查和综合研究项目的丰硕成果,前人普遍将东昆仑地区广泛发育的三叠纪花岗岩认为是后碰撞伸展背景下伴随加厚地壳拆沉作用的产物(罗照华等,2002陈国超等,20132018奥琮等,2015邵凤丽,2017高永宝等,2017王疆涛,2017鲁浩等,2021刘欢等,2022),认为东昆仑地区在晚三叠世已经进入后碰撞阶段,地壳增厚使下地壳物质部分熔融,在拆沉作用的影响下,导致软流圈物质上涌底侵至下地壳底部,与壳源物质发生混合,从而形成东昆仑地区晚三叠世花岗岩类(谌宏伟等,2005丰成友等, 2012孔会磊等,2016汤鸿伟等,2018陈国超等, 2019)。但也有部分学者认为东昆仑地区在中三叠世以前已经进入后碰撞阶段,花岗岩形成的主导方式不是岩浆混合作用,而是早期俯冲洋壳部分熔融,并且在这一时期形成具 A 型花岗岩特征的岩脉 (Ding et al.,2014Huang et al.,2014)。
东昆仑造山带自北向南依次划分为东昆北弧后盆地、东昆中复合岩浆弧、东昆南增生杂岩带和巴颜喀拉前陆盆地(殷鸿福和张克信,1997李荣社等, 2008吴才来等,2014Meng et al.,2015陈国超等, 20172019Dong et al.,2018)。本文研究的再力克山花岗岩即位于东昆南增生杂岩带中,该地区为古亚洲域和特提斯构造域的结合部位,大地构造位置特殊,由于自然条件恶劣,前人对东昆南增生杂岩带内的三叠纪花岗岩类研究相对薄弱,仅有少量关于木孜塔格蛇绿混杂岩带(吴峻等,2001兰朝利等,2002) 和新生代火山岩的相关报道(孟繁聪等,2002岳跃破等,2020),指出古特提斯洋于二叠纪—晚三叠世北向俯冲消亡过程中,在该地区形成了较成熟的沟-弧-盆体系(吴峻等,2001),但对于该地区洋盆闭合时限及三叠纪构造-岩浆演化特征研究较少。本文依托 “新疆若羌县大沙沟一带5幅1∶5万区域地质矿产调查”等项目,在野外地质调查的基础上,对东昆仑造山带西段再力克山三叠纪花岗岩进行详细的岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学研究,通过查明岩石成因、岩浆物质来源及其形成机制,讨论该地区三叠纪花岗岩与古特提斯构造演化的关系,进一步了解洋陆转换及壳幔相互作用过程,从而为东昆仑造山带三叠纪构造-岩浆演化的研究提供相关地质证据。
1新疆东昆仑再力克山花岗岩大地构造位置(a,据鲁浩等,2021修改)及地质简图(b,据山东省第三地质矿产勘查院,2018修改)
1—第四系全新统河床冲积砂砾石;2—第四系更新统冲洪积层;3—新近系唢呐湖组砾岩段;4—新近系唢呐湖组砂岩段;5—侏罗系库孜共苏组砾岩段;6—侏罗系库孜共苏组砂岩段;7—三叠系桃湖组岩屑砂岩;8—石炭系托库孜达坂组碎屑岩;9—二长花岗岩;10—花岗闪长岩;11— 硅质岩;12—膏盐层;13—花岗斑岩;14—断层及产状;15—岩石地球化学采样位置及编号;16—锆石U-Pb测年采样位置及编号
1 地质背景
研究区位于新疆东昆仑西段木孜塔格—屏障岭一带(图1),区内地层较发育,以晚古生代—中生代为主,主要有下石炭统托库孜达坂组(C1tk)、上三叠统桃湖组(T3th)、上侏罗统库孜贡苏组(J3kz)、中新统唢呐湖组(N1s),地层之间多呈断层接触,个别呈角度不整合接触。下石炭统托库孜达坂组(C1tk) 主要为一套半深海—滨浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩、硅质岩沉积,岩性主要为灰色—深灰色岩屑砂岩、含生物碎屑灰岩、含放射虫硅质岩,岩性变化较大,局部地段岩石发生浅变质或弱变形;上三叠统桃湖组(T3th)为一套滨岸相中细粒碎屑岩沉积,岩性主要为灰色—灰绿色岩屑砂岩、泥质粉砂岩,岩层中可见大量砂球、砂饼,可作为该套地层的标志物之一;上侏罗统库孜贡苏组(J3kz)为一套河湖流相山麓碎屑岩沉积,岩性主要为杂色—紫红色厚层状中粗砾岩、长石石英砂岩、细砂岩、泥质粉砂岩,地层总体呈现紫红色或者浅红色,固结较好;中新统唢呐湖组(N1s)为一套紫红色湖沼相碎屑岩沉积,岩性主要为紫红色厚层状中粗砾岩、细砂岩、泥质粉砂岩,在砂岩和泥质粉砂岩中普遍含有石膏层或者石膏透镜体,局部可见膏泥岩。
区内侵入岩多以岩株、岩脉形式产出,规模不大,主要岩性有花岗斑岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等,由于地质工作程度较低,对区内侵入岩的研究相对较少,鲁浩等(2021)在木孜塔格地区碎石沟花岗岩进行年代学、岩石地球化学研究时,在二长花岗岩中获得锆石 U-Pb 年龄为(208±1.1) Ma,在岩体周边的辉长岩中获得的锆石 U-Pb 年龄为(211±1.0) Ma,均为晚三叠世岩浆活动产物。
区内构造活动强烈,具有多期性、继承性特点,构造线方向以近东西向、北西西向为主,局部发育北北西向、北北东向或北东向小断裂,多呈平行延伸。区内挤压、推覆、走滑构造发育,且推覆界面极不规则。同时见构造岩块、岩片,漂浮于软质岩石形成的基质之中,形成蛇绿构造混杂岩带。区内褶皱构造极其复杂,构造条带清晰,形成连续发育的背向形。主要的构造-沉积建造实体记录了早古生代—新生代构造演化的历程。
2 岩体地质及岩相学特征
区内三叠纪花岗岩主要出露于再力克山南侧,岩体产出状态明显受木孜塔格—鲸鱼湖断裂控制,总体上呈近东西向展布,由大小不等的 7 个岩体组成,规模最大的一处东西长约 2.1 km,南北宽约 0.5 km,面积约1 km2,出露面积最小的岩体仅0.02 km2,岩体与中新统唢呐湖组(N1s)紫红色砂岩(图2b)、上三叠统桃湖组(T3th)及下石炭统托库孜达坂组 (C1tk)岩屑砂岩(图2a)均呈侵入接触关系。岩体露头均较好,局部较破碎,常见“X”形节理(图2c),岩性以灰白色中粗粒花岗闪长岩(图2d)、中细粒二长花岗岩(图2c)、花岗斑岩(图2e)为主,普遍发育绢云母化、绿泥石化、高岭土化蚀变,局部含少量自形—半自形黄铁矿。岩体内部偶见暗褐色石英闪长岩脉或包体。
2新疆东昆仑再力克山花岗岩类野外及镜下特征
a—花岗闪长岩侵入下石炭统托库孜达坂组碎屑砂岩;b—二长花岗岩侵入唢呐湖组地层;c—二长花岗岩发育“X”形节理;d—花岗闪长岩手标本;e—花岗斑岩及斜长石斑晶;f—花岗斑岩镜下特征;Pl—斜长石;Q—石英
灰白色中粗粒花岗闪长岩:岩石总体呈灰白色或浅肉红色,块状构造,中粗粒花岗结构。主要由斜长石(55%~60%)、钾长石(5%~10%)、石英 (15%~20%)、黑云母(5%~10%)组成,偶见角闪石,蚀变矿物为绢云母、高岭土、方解石、黝帘石、绿泥石。岩石具轻微碎裂,内部可见网状裂隙,沿裂隙有方解石、绿泥石、黄铁矿、钛铁矿充填交代。
浅肉红色细粒斑状—似斑状二长花岗岩:岩石呈浅肉红色、浅灰色,斑状—似斑状结构,块状构造。岩石主要由斑晶(5%~10%)、基质(90%~95%)组成。斑晶为斜长石(5%~8%)和钾长石 (2%~5%)。斜长石呈半自形板状,中粒,星散状分布,可见聚片双晶、卡钠复合双晶,种属为奥长石 (An=27~30);钾长石呈半自形板状,中粒,星散状分布,可见卡氏双晶、格子双晶、钠质条纹,种属为微斜条纹长石,均不同程度的发育高岭土化蚀变。基质为斜长石(30%~35%)、钾长石(30%~35%)、石英(20%~25%)、黑云母(0%~5%),副矿物主要为磁铁矿、锆石、磷灰石、电气石,蚀变矿物为绢云母、高岭土、白云母、绿泥石。岩石具轻微碎裂,内部可见显微裂隙,沿裂隙有少量黄铁矿充填。
花岗斑岩:岩石呈浅肉红色—灰白色,斑状— 基质微晶结构,块状构造。岩石由斑晶(10%~20%)和基质(80%~90%)组成。斑晶由斜长石(5%~10%)、石英(3%~5%)、黑云母(2%~5%)组成(图2f),局部偶见钾长石斑晶,斑晶大小一般 0.5~2 mm,个别超过 2 cm,呈星散状分布。斜长石呈自形—半自形板状,可见聚片双晶、卡钠复合双晶,普遍被绢云母、白云母交代,种属为奥长石(An=26~28);石英呈半自形粒状,具港湾状、穿孔状熔蚀现象;黑云母呈片状,普遍被绢云母、白云母、不透明矿物交代,多呈假象产出。基质由斜长石(40%~45 %)、钾长石(20%~25%)、石英(10%~15%)、黑云母(5%±)组成,粒径一般 0.02~0.05 mm,少部分 0.05~0.15 mm,杂乱分布。斜长石呈半自形板状,较大者内可见聚片双晶,普遍被绢云母、白云母、方解石交代;钾长石多与石英文象交生,少量半自形—他形粒状,种属为正长石;黑云母呈片状,被绿泥石交代,呈假象产出。副矿物为磷灰石、锆石、金红石、黄铁矿等。
3 样品采集及分析方法
本次采集岩石地球化学样品10 件(采样位置见图1),其中花岗闪长岩 3 件,二长花岗岩 5 件,花岗斑岩2 件。锆石U-Pb测年样品2 件,其中花岗闪长岩(2016RZ01)和二长花岗岩(2016RZ03)各1件。
主量、微量和稀土元素的测试工作由山东省第三地质矿产勘查院实验测试中心完成。主量元素利用 TAS-990F 型原子吸收分光光度计进行测试, FeO由氢氟酸、硫酸溶样,采用重铬酸钾滴定的容量法进行测试,误差小于等于 2%;微量和稀土元素利用ICAP Q型电感耦合等离子质谱仪完成,误差小于等于5%。分析结果见表1
U-Pb 同位素测年样品的锆石挑选和制靶由河北廊坊峰泽源实验测试有限公司承担完成。岩石破碎后用常规浮选和电磁选方法进行分选,然后在双目镜下挑选出晶型和透明度较好、无包裹体、无裂痕的锆石颗粒,用于制靶。对其进行透射光、反射光及阴极发光CL照相,避开内部裂隙和包裹体的干扰,选定锆石测试点位,以获得准确年龄。锆石测年在中国地质调查局天津地质调查中心实验室进行,测年仪器为美国 Thermo Fisher 公司制造的 Neptune 型 MC-ICP-MS 及与之相配套的 Newwave UP 193 nm激光剥蚀系统。激光束斑直径为35 μm,剥蚀深度为 20~40 μm,能量密度为 13~14 J/cm2,频率为 8 Hz。锆石年龄标样为 GJ-1,以 NIST SRM610 为外标。数据处理采用 ICP-MSDataCal 程序,锆石 U-Pb谐和图用Isoplot程序绘制。测得锆石U-Pb同位素数据见表2,数据误差均为1σ
4 分析结果
4.1 主量元素
从样品主量元素分析结果表(表1)可看出,本研究所选样品 SiO2含量介于 65.94%~72.10%,平均为 69.29%;Na2O 含量为 2.68%~4.33%,平均为 3.50%;K2O 含量为 2.22%~5.27%,平均为 3.44%。在 TAS 图解中,样品点主要落入花岗闪长岩、花岗岩及石英二长岩范围内(图3a),与岩矿鉴定结果基本一致;样品里特曼指数(σ)为 1.25~3.00,平均为 1.89,碱度率(AR)为 1.93~3.56,平均为 2.55,属钙碱性岩石系列(图3c);Al2O3 含量为 13.44%~15.36%,平均为 14.68%,铝饱和指数(A/CNK)为 1.08~1.41,平均为 1.19,反映其为过铝质花岗岩类 (图3b);CIPW 标准矿物计算结果中出现标准分子刚玉 c(1.27%~4.56%,平均 2.58%),同样说明岩石具有高铝特征。本次样品分异指数(DI)和固结指数(SI)指数分别介于 74.55~86.29和 2.91~8.32,表明岩石分异程度较高。综合主量元素特征,本研究认为研究区内花岗岩类岩石属于经历一定分异作用的高硅过铝质钙碱性系列花岗岩。
3新疆东昆仑再力克山花岗岩类全碱-硅(TAS)图解(a,底图据Middlemost,1994)、A/CNK-A/NK图解(b,底图据Maniar and Piccoli,1989)及SiO2-K2O图(c,底图据Rickwood,1989
1—橄榄辉长岩;2a—碱性辉长岩;2b—亚碱性辉长岩;3—辉长闪长岩;4—闪长岩;5—花岗闪长岩;6—花岗岩;7—硅英岩;8—二长辉长岩; 9—二长闪长岩;10—二长岩;11—石英二长岩;12—正长岩;13—副长石辉长岩;14—副长石二长闪长岩;15—副长石二长正长岩;16—副长正长岩;17—副长深成岩;18—霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩
4.2 稀土元素
研究区花岗岩类稀土元素总量ΣREE为42.24× 10-6~189.76×10-6,平均 158.88×10-6,接近于上地壳平均值(148.14×10-6Rudnick and Gao,2014), ΣLREE 平均为 145.04×10-6,ΣHREE 平均为 13.84× 10-6,LREE/HREE 介于 6.78~22.76,平均 12.08,稀土配分曲线斜率(La/Yb)N 为 6.22~39.09,平均值 15.81,表明轻稀土元素较重稀土明显富集。(La/ Sm)N为 2.94~4.59,平均值 3.73,指示岩石轻稀土元素之间分馏较明显,(Gd/Yb)N为 0.98~3.61,平均值 2.21,重稀土元素之间分馏程度也较明显。从稀土元素配分曲线图来看(图4a),花岗闪长岩、二长花岗岩和花岗斑岩的稀土元素配分曲线大致平行,反映出同源岩浆的特征;曲线明显右倾,轻稀土富集,呈负铕异常(δEu=0.29~0.71,平均 0.58),整体表现为铕亏损型,说明岩浆在成岩过程中发生了结晶分异作用。
4.3 微量元素
研究区花岗岩类微量元素原始地幔标准化蛛网曲线如图4b,曲线总体具右倾多峰值特点。从图4中可以看出,样品富集 Rb 和 K 等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、Zr等高场强元素;曲线中Ba、Sr显示负异常,说明有斜长石的熔融残留相或结晶分离相存在,显示出岩石具有大陆弧背景下造山型花岗岩的特征(李昌年,1992);Ti明显亏损,可能与钛铁矿的分离结晶有关;样品 Nb/Ta 介于 11.12~21.95,平均 14.51,Rb/Ba 介于 0.27~0.82,平均 0.44、Rb/Sr 介于 0.45~1.33,平均 0.76,与地壳相关元素比值接近 (Nb/Ta=8.3~16.7、Rb/Ba=0.12、Rb/Sr=0.5;Rudnick et al.,2014),指示岩浆源区具有壳源特征。
4新疆东昆仑再力克山花岗岩类稀土元素球粒陨石标准化曲线(a,标准化数值据Boynton,1984)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b,标准化数值据Sun and McDonough,1989
1新疆东昆仑再力克山花岗岩主量(%)、微量(10-6)、稀土(10-6)元素分析结果
续表1
注:测试单位为山东省第三地质矿产勘查院,2016。
4.4 锆石U-Pb年龄
本次工作选择花岗闪长岩(2016RZ01)和二长花岗岩(2016RZ03)各 1 件样品进行 U-Pb 同位素测年。两件样品的锆石特征基本一致,一般呈无色或浅黄色透明柱状,金刚光泽,粒径30~300 μm不等,长宽比介于1∶1~4∶1(图5a、b),在锆石阴极发光图像上绝大部分锆石可见清晰的生长震荡环带,表现为典型的岩浆成因锆石(吴元宝和郑永飞,2004)。样品 2016RZ01 锆石 Th 含量为 105.1~1540 μg/g,U 含量为 302.2~2137.3 μg/g,Th/U 比值一般介于 0.15~0.72(平均 0.35);样品 2016RZ03锆石 Th含量为 57.0~501.4 μg/g,U含量为 126.1~741.1 μg/g,Th/ U比值一般介于0.18~0.73(平均0.35),指示两件样品的锆石具有岩浆成因特征(Confu et al.,2003)。
在锆石 U-Pb 谐和图上(图5c),花岗闪长岩 (2016RZ01)共完成测点30个,其中有5个点谐和度低于 95%,偏离谐和曲线,剩余 25 个点有 1 个点的206Pb/238U 年龄为(244.6±2.9) Ma,可能为捕获锆石,其余 24个点,整体谐和度较好,206Pb/238U 年龄主要集中于 217~204 Ma,加权平均年龄为(210.3± 1.4) Ma(MSWD=0.54,n=24),代表了花岗闪长岩的形成年龄。二长花岗岩(2016RZ03)共完成测点 30 个,其中有 3 个谐和度低于 95%,偏离谐和曲线,剩余 27 个点206Pb/238U 年龄主要集中于 219~208 Ma,加权平均年龄为(211.3±1.1) Ma(MSWD=0.73,n= 27),代表了二长花岗岩的形成年龄(图5d)。两件样品的锆石 U-Pb 年龄在误差范围内基本一致,均为晚三叠世中晚期,结合区域地质资料,可能为造山晚期或造山期花岗岩。
5 讨论
5.1 岩石成因及岩浆源区
花岗岩成因类型的判定需要根据岩石的主要矿物组成及地球化学特征等综合考虑。研究区岩石学特征分析显示,再力克山花岗岩类的主要矿物组成为斜长石、钾长石、石英、黑云母等,岩石副矿物主要为磁铁矿、锆石、磷灰石、电气石等,不含堇青石、白云母等富铝矿物,符合I型花岗岩的矿物组合特征(吴福元等,2007);岩石地球化学特征显示,再力克山花岗岩类总体具有高硅、高碱、富铝特征,为过铝质钙碱性系列花岗岩类,SiO2与 P2O5之间总体显示负相关关系(图6a),具有 I 型花岗岩的特征 (Wolf and London,1994);在 SiO2-Y 图解中,投影点均落入I型花岗岩区域(图6b)。综合岩石学和地球化学特征,笔者认为再力克山花岗岩类的成因类型为I型花岗岩。
5新疆东昆仑再力克山花岗岩类锆石阴极发光图(a,b)及分析结果图(c,d)
2新疆东昆仑再力克山花岗岩锆石U-Pb测年分析结果
续表2
6新疆东昆仑再力克山花岗岩类P2O5-SiO2(a,底图据Chappell,1999)、SiO2-Y成因类型判别图解(b,底图据Collins et al., 1982)、La-(La/Yb)图解(c,底图据Allègre and Minster,1978
花岗岩一般认为是由地壳物质部分熔融形成的,由于地壳物质成分的不均一性,不同岩浆物质来源的花岗岩往往具有不同的地球化学特征。再力克山花岗岩类总体具有高硅、富铝、高碱、贫钛铁镁的特征,显示壳源花岗岩的特征;研究表明,地壳熔融形成的岩浆 Mg#值往往小于 45,在遭受幔源岩浆混染后,Mg#值会明显升高(封铿等,2021),研究区花岗岩类 Mg#介于 12.32~29.22(平均 22.18),说明其可能主要为地壳物质的部分熔融。
在微量元素原始地幔标准化蛛网图上,Ba相对亏损,显示大陆弧背景下造山型花岗岩的特征;Nb、 Ta、Ti的负异常表明岩浆源区为地壳或喷发过程中有壳源物质的参与;Rb/Sr值是表征源岩的一个重要参数,通常认为幔源岩浆 Rb/Sr 值小于 0.05,壳幔混合源介于 0.05~0.5,大于 0.5 者则以壳源为主(张爱奎等,2016),再力克山花岗岩类Rb/Sr值介于0.45~1.33(平均0.76),表明岩石可能主要来自地壳源区。在结晶分异作用中,La/Yb 值一般不会随 La 含量的增加发生变化,因此La/Yb-La协变关系可以判断花岗岩是由结晶分异作用形成还是由部分熔融作用形成,通过样品 La/Yb-La 图可以看出,La/Yb 与 La 之间显示出明显的线性关系(图6c),说明形成再力克山花岗岩类的主要物质来源于地壳物质的部分熔融(Allègre and Minster,1978高栋等,2019)。
此外,花岗质岩浆的CaO/Na2O比值大小取决于其原岩的成分组成(李君阳等,2023)。一般以变砂质岩为主的源区产生的熔体 CaO/Na2O 值大于 0.3,而 CaO/Na2O 小于 0.3 则说明源区以变泥质岩为主,再力克山花岗岩类 CaO/Na2O 值为 0.26~1.04(平均 0.49),表明其源区可能为变砂质岩。前人认为东昆仑西段三叠世花岗岩主要有地壳物质部分熔融形成,可能存在幔源物质加入,而且在岩浆演化过程中存在分离结晶作用。汤宏伟等(2018)认为祁曼塔格地区大岔沟晚三叠世侵入岩主要来源于中元古代地壳物质部分熔融;鲁浩等(2021)认为木孜特格地区碎石沟花岗岩为下地壳物质部分熔融产物,同时在形成过程中有少量幔源物质的混入;何俊岭等(2023)认为东昆仑阿克苏河地区火山岩成因为典型的“地壳主导”模式,为后碰撞陆壳下部重熔的产物。
综上所述,再力克山花岗岩类为I型花岗岩,其岩浆可能主要来源于其北侧下石炭统托库孜达坂组甚至更古老地层的变质碎屑岩的部分熔融。
5.2 构造环境分析与地质意义
再力克山花岗岩类以花岗闪长岩和二长花岗岩为主,具有高硅、富铝、高碱、贫钛铁镁的特征,为过铝质钙碱性系列岩石;微量元素富集 LREE、Rb、 Th、U,亏损 Nb、Ta、Sr、Hf 等,暗示其来源于具有消减带特征的地壳源区。在 Pearce(1984)的 Nb-Y 图解中(图7a),再力克山花岗岩类主要落于同碰撞花岗岩与火山弧花岗岩交界处;在(Y+Nb)-Rb构造环境判别图解(图7b),全部落于火山弧花岗岩范围内;在Rb/30-Hf-Ta*3图解中(图7c),落在火山弧和同碰撞花岗岩范围内;在花岗岩构造环境R1-R2因子判别图解中(图7d),投影点大多落在同碰撞区与碰撞后隆起区交界处附近,仅个别花岗闪长岩样品落在造山晚期范围内。总体反映出再力克山花岗岩类形成的构造环境是与板块俯冲碰撞-后碰撞有关的环境。
张宇婷等(2018)将东昆仑地区印支期岩浆活动分为 3 个阶段:俯冲阶段(260~240 Ma)、同碰撞阶段(240~230 Ma)和后碰撞阶段(235~210 Ma)。再力克山花岗岩锆石 U-Pb年龄分别为(210.3±1.4) Ma 和(211.3±1.1) Ma,显示其位于后碰撞阶段。区域内发育晚三叠世岩体,如碎石沟花岗闪长岩 ((208.0±1.1) Ma,鲁浩等,2021)、尕林格花岗闪长岩((229.4±0.8) Ma,高永宝等,2012)、卡尔却卡二长花岗岩((227±2) Ma,丰成友等,2009)、玛兴达坂二长花岗岩((218±2) Ma,吴祥柯等,2011)、肯德可克外围二长花岗岩((229.0±0.5) Ma,肖烨等, 2013)、野马泉二长花岗岩((229.5±2.2) Ma,刘建楠等,2017),北巴颜喀拉山地区二长花岗岩((207.1± 1.6) Ma,王玺等,2023)以I型花岗岩为主,少量为I-A 过渡型(野马泉二长花岗岩,刘建楠等,2017),形成环境相对松弛,为后碰撞环境。再力克山花岗岩类与上述东昆仑造山带西段花岗岩在岩石地球化学特征、岩石类型及构造环境具有相似性,因此本研究认为再力克山花岗岩也是后碰撞阶段产物。
7新疆东昆仑再力克山花岗岩类构造环境判别系列图解
a—Y-Nb判别图解(底图据Pearce et al.,1984);b—(Y+Nb)-Rb判别图解(底图据 Gorton and Schandl,2000);c—Hf-Rb-Ta判别图解(底图据Har‐ ris et al.,1986);d—花岗岩R1-R2因子判别图解(底图据Bechelor and Bowden,1985);VAG—火山弧,syn—COLG-同碰撞,post—COLG-后碰撞, WPG—板内,ORG—洋脊;1—地幔分异产物,2—板块碰撞前,3—碰撞后隆起,4—造山晚期,5—非造山,6—同碰撞,7—造山后
前人研究认为东昆仑地区三叠纪末古特提斯洋已经关闭,沿昆南断裂带发生了羌塘—东昆仑大陆碰撞(姜春发等,1992郭正府等,1998),在俯冲-碰撞的动力学背景下发生幔源岩浆的底侵作用(刘成东等,2002谌宏伟等,2005;吴祥柯,2012;丁兆滨等,2024),这可以从东昆仑地区三叠纪花岗岩带中广泛分布的辉长岩得到证明,如石灰沟外滩岩体中的角闪辉长岩((226.4±0.4) Ma;罗照华等,2002)、加鲁河岩体中的角闪辉长岩((239±6) Ma;谌宏伟等,2005)、肯德可克岩体辉长闪长岩(218 Ma;吴祥柯,2012)。俯冲板片脱水产生富水和大离子亲石元素、亏损高场强元素的流体,流体交代上覆地幔楔引发其部分熔融,形成的岩浆底侵下地壳(徐博等, 2019),底侵岩浆带来的巨大热量导致地壳物质熔融,形成大规模的花岗质岩浆,同时幔源岩浆与壳源花岗质岩浆发生一定程度的混合(刘成东等,2002莫宣学等,2007高永宝等,2017),最终形成晚三叠世花岗质岩体。本研究的再力克山花岗闪长岩成岩年龄为(210.3±1.4) Ma,二长花岗岩成岩年龄为 (211.3±1.1) Ma,这一时期,研究区所处的木孜塔格地区总体处于造山晚期后碰撞阶段,地壳增厚使包含变质砂岩在内的下地壳物质发生部分熔融,同时可能与少量地幔岩浆发生混合,形成过铝质钙碱性系列岩浆,上升侵位后形成后碰撞型花岗岩。
6 结论
(1)再力克山花岗岩类主要为二长花岗岩和花岗闪长岩,锆石 U-Pb年龄分别为(210.3±1.4) Ma和 (211.3±1.1) Ma,代表了再力克山花岗岩的侵位时代,属于晚三叠世岩浆活动产物。
(2)再力克山花岗岩类具有高硅、高碱、富铝、低铁镁的特征,属于过铝质钙碱性系列岩石,富集 Rb 和 K 等大离子亲石元素,亏损 Nb、Ta、Zr 等高场强元素,轻稀土元素明显富集,轻重稀土元素分馏较强,负 Eu 异常,具有“I”型花岗岩特征,为陆壳物质部分熔融的产物。
(3)再力克山花岗岩类形成于晚三叠世古特提斯洋闭合后碰撞环境,为后碰撞阶段的产物。
致谢  长安大学地球科学与资源学院赵联党副教授及另一位匿名审稿专家对本文提出了许多宝贵的意见和建议,在此表示衷心感谢。
注释
① 山东省第三地质矿产勘查院.2018. 新疆若羌县大沙沟一带1∶5 万 (J45E019019、 J45E020018、 J45E020019、 J45E021018、 J45E021019)五幅区域地质矿产调查[R].
1新疆东昆仑再力克山花岗岩大地构造位置(a,据鲁浩等,2021修改)及地质简图(b,据山东省第三地质矿产勘查院,2018修改)
2新疆东昆仑再力克山花岗岩类野外及镜下特征
3新疆东昆仑再力克山花岗岩类全碱-硅(TAS)图解(a,底图据Middlemost,1994)、A/CNK-A/NK图解(b,底图据Maniar and Piccoli,1989)及SiO2-K2O图(c,底图据Rickwood,1989
4新疆东昆仑再力克山花岗岩类稀土元素球粒陨石标准化曲线(a,标准化数值据Boynton,1984)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b,标准化数值据Sun and McDonough,1989
5新疆东昆仑再力克山花岗岩类锆石阴极发光图(a,b)及分析结果图(c,d)
6新疆东昆仑再力克山花岗岩类P2O5-SiO2(a,底图据Chappell,1999)、SiO2-Y成因类型判别图解(b,底图据Collins et al., 1982)、La-(La/Yb)图解(c,底图据Allègre and Minster,1978
7新疆东昆仑再力克山花岗岩类构造环境判别系列图解
1新疆东昆仑再力克山花岗岩主量(%)、微量(10-6)、稀土(10-6)元素分析结果
2新疆东昆仑再力克山花岗岩锆石U-Pb测年分析结果
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