2. 新疆维吾尔自治区地质调查院, 乌鲁木齐 830000
2. Xinjiang Institute of Geological Survey, Urumqi 830000, China
0 引言
东天山觉罗塔格带位于中亚造山带(中国境内)西段。近年来，伴随基础地质研究和找矿突破的需要，许多研究者对该区大面积分布的火成岩进行了多角度研究，并在火成岩的时空分布[1-3]、岩石成因[4-9]、构造背景[10-15]，以及造山带阶段划分[2-3, 16]等方面取得了许多新成果。然而，上述研究主要针对晚古生代火成岩，而对于早古生代火成岩的研究却十分有限[1, 17-20]。觉罗塔格带广泛分布晚古生代火山岩和巨量中酸性侵入岩，而后者往往呈巨大的岩基产出，同一岩基多由地表出露不连续的多种岩石类型或岩石组合构成。那么，同一岩基中的这些中酸性侵入岩是同期岩浆作用的产物还是由多期岩浆作用所形成？其中是否存在早古生代中酸性侵入岩？如果存在，它们的空间展布、岩石组合、源区性质及其构造属性如何？这一直是该区岩浆作用研究的关键问题之一。鉴于此，本文报道了东天山觉罗塔格带东段中酸性侵入岩的锆石U-Pb定年、全岩主微量元素和Sr-Nd同位素分析结果，这对揭示觉罗塔格带早古生代岩浆作用的性质及限定区域构造演化具有重要意义。
1 地质背景与样品描述东天山觉罗塔格带地处哈萨克—准噶尔板块、塔里木板块与西伯利亚板块的聚合部位(图 1a)，北以吐—哈盆地南缘梧桐窝子断裂与吐—哈地块为界，南以阿其克库都克—沙泉子断裂与中天山地块相邻，为夹持于吐—哈地块和中天山微陆块之间的晚古生代造山带。觉罗塔格带又被近东西向的康古尔断裂和雅满苏断裂分为3个次级构造单元(图 1b)，即北部大南湖—头苏泉岛弧带(北带)、中部康古尔—黄山剪切带(中带)和南部阿奇山—雅满苏岛弧带(南带)[20]。北带发育区内最老地层中奥陶统大柳沟组以及泥盆系海相火山-沉积岩系，二叠系以出现磨拉石建造为特征，中—新生代地层零星分布。与北带相比，南带缺乏北带下部的奥陶系—泥盆系，地层主体为下石炭统雅满苏组和上石炭统土古土布组海相火山-沉积岩系。中带则为一套强变形的无序地层系统，主要由石炭系苦水组、干墩组和梧桐窝子组构成。
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| a.据文献[21]修编；b.据文献[22]修编；c.据文献[23]修编。①梧桐窝子断裂；②康古尔断裂；③雅满苏断裂；④阿其克库都克—沙泉子断裂。 图 1 新疆北部大地构造简图(a)、东天山觉罗塔格带构造单元划分图(b)和研究区地质简图(c) Fig. 1 Simplified tectonic map of northern Xinjiang(a), tectonic sub-division of the Jueluotage belt of Eastern Tianshan(b) and geological section of the study area with the sample locations(c) |
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区域上岩浆侵入活动强烈，形成多期大面积分布的中酸性侵入岩以及部分基性—超基性岩。其中石炭纪—二叠纪中酸性侵入岩规模巨大，遍布全区[3]，而泥盆纪与志留纪中酸性侵入岩则局限于北带和中带北缘[1, 18]，南带缺失。基性—超基性岩主要沿康古尔断裂及其边缘分布，它们多以大小不等的杂岩体形式产出，主体形成时代为早二叠世[7]。
研究区位于北带东段玉海南部(图 1c)，该区中酸性侵入岩主要由花岗闪长岩、石英闪长岩、闪长岩及相应成分的浅成岩组成，它们多以地表出露不连续的地质体形式产出。近年来的探槽和钻孔资料表明，部分岩石具有明显的变质变形现象。对于该套岩石的时代，前人主要依据未变形花岗岩的定年结果、区域对比以及与围岩(梧桐窝子组和干墩组)的接触关系将其归为海西期[23]。由于该区多为第四系覆盖，且部分岩石存在强片理化现象，导致不同岩石类型或岩石组合之间的接触关系较难识别，因而对其时代归属还存有极大不确定性。
本文研究的中酸性侵入岩野外呈岩株和岩脉状零星分布于玉海地区南部，由于地表出露极少，野外地质调查主要借助于探槽和钻探。其中，样品YH-02、YH-06、YH-07、YH-16采自岩心，YH-03、YH-05取自探槽中，YH-12、YH-13取自地表露头。早志留世中酸性侵入岩岩体多具有强片理化和强蚀变特征，导致不同岩石类型和岩石组合之间的接触关系较难识别，部分地区可见石炭纪梧桐窝子组含砾砂岩上覆于闪长岩之上，具有沉积接触特征，表明其形成时代早于石炭纪。这些中酸性侵入岩主要由闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩以及与之相对应的浅成岩(闪长玢岩等)组成，其中花岗闪长岩是主要的组成部分。本次研究尽量选取新鲜或蚀变轻微的岩石样品，其中定年样品2件，主微量元素测试8件，Sr-Nd同位素2件。本文选取代表性样品描述如下。
闪长岩(YH-02)：风化面为灰黑色，新鲜面为灰白色，变余半自形结构，变余块状构造，局部眼球状构造或片麻状构造。主要矿物为斜长石(65%)、角闪石(20%)、黑云母(10%)、石英(4%)，副矿物有磁铁矿、磷灰石和锆石；斜长石可见半自形板状，角闪石多为柱状或不规则状，部分角闪石和黑云母定向分布。当岩石变形强烈时，形成残斑糜棱岩。
闪长玢岩(YH-16)：风化面土黄色，新鲜面灰黑色，斑状结构，块状构造。斑晶成分主要为斜长石(约30%)，多为半自形板状或不规则状，聚片双晶和环带结构发育；基质主要由微粒长英质矿物组成，彼此镶嵌构成微粒结构；副矿物可见磁铁矿、磷灰石和锆石。部分样品具较为明显的绿帘石化、阳起石化和绢云母化。
石英闪长岩(YH-06)：风化面灰褐色，新鲜面灰黑色，其组构特征与闪长岩类似，主要区别是其石英体积分数较高，暗示矿物含量较少；主要矿物组成为斜长石(65%)、黑云母(15%)、石英(15%)和白云母(5%)；可见透镜状斜长石和变形黑云母。
花岗闪长岩(YH-13)：风化面土黄色，新鲜面灰色，变余半自形粒状结构，变余块状构造或片麻状构造。主要矿物为斜长石(50%)、石英(25%)、碱性长石(10%)、角闪石(5%)、黑云母(5%)、白云母(3%)，副矿物有磁铁矿、磷灰石和锆石。部分斜长石和角闪石呈自形—半自形板状或柱状，石英和碱性长石为他形粒状；当岩石变形强烈时可形成眼球状糜棱岩或构造片麻岩，部分位置可见残余的花岗质结构。
2 分析方法 2.1 锆石U-Pb定年锆石的分选工作由河北省廊坊区调院矿物分离实验室完成。锆石的制靶、反射光和透射光照相及阴极发光图像采集均在中国地质调查局天津地质矿产研究所完成。首先将每件样品破碎、筛选、清洗和烘干后，在野外和室内系统岩相学研究的基础上，采用磁选和重液分选出锆石晶体；然后在双目镜下挑选透明度和晶形较好、无明显裂痕的锆石颗粒置于双面胶上，灌上环氧树脂制靶；最后将其固化后放置在2 000~5 000目砂纸上打磨抛光使锆石内部结构露出，用于阴极发光图像的采集和锆石微区原位单点U-Pb定年及Sr-Nd同位素分析。
锆石U-Pb同位素定年在中国地质调查局天津地质矿产研究所利用LA-ICP-MS(GeoLas 2005激光剥蚀系统+Agilent 7500a ICP-MS)分析完成，所用仪器为美国Thermo Fisher公司生产的NEPTUNE。实验过程中，采用氦气作为载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，激光斑束的直径为35 μm，激光输出最大功率为15 J/cm2，频率为8~12 Hz。每个样品点的分析时间为100 s，其中激光剥蚀的实践为50 s。采用GJ-1和91500作为外部锆石年龄标准。利用NIST612作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th质量分数。操作过程中，每分析5个点位，分析两次91500，以确保年龄的准确性。离线数据处理采用中国地质大学刘勇胜博士[24]研发的ICP-MS Data Cal程序和Kenneth RLudwig[25]的Isoplot程序，同时采用208Pb校正法对普通铅进行校正。表 1中所列单个数据点的误差均为1σ，206Pb/238U年龄的加权平均年龄值误差为1σ。
| 测点号 | wB/10-6 | Th/U | 同位素比值 | 年龄/Ma | ||||||||||||
| Th | U | 207Pb/ 235U |
1σ | 206Pb/ 238U |
1σ | 207Pb/ 206Pb |
1σ | 206Pb/ 238U |
1σ | 207Pb/ 235U |
1σ | 207Pb/ 206Pb |
1σ | |||
| YH-13-01 | 99 | 171 | 0.58 | 0.532 6 | 0.020 0 | 0.069 4 | 0.000 7 | 0.055 7 | 0.002 1 | 432 | 4 | 434 | 16 | 440 | 84 | |
| YH-13-02 | 16 | 51 | 0.31 | 0.532 0 | 0.034 7 | 0.069 0 | 0.000 7 | 0.055 9 | 0.003 6 | 430 | 5 | 433 | 28 | 448 | 144 | |
| YH-13-03 | 95 | 239 | 0.40 | 0.530 6 | 0.010 8 | 0.069 3 | 0.000 7 | 0.055 5 | 0.001 1 | 432 | 4 | 432 | 9 | 433 | 43 | |
| YH-13-04 | 50 | 106 | 0.47 | 0.533 8 | 0.017 6 | 0.069 6 | 0.000 7 | 0.055 6 | 0.001 8 | 434 | 4 | 434 | 14 | 438 | 73 | |
| YH-13-05 | 32 | 101 | 0.32 | 0.526 5 | 0.024 9 | 0.068 9 | 0.000 7 | 0.055 4 | 0.002 7 | 429 | 5 | 429 | 20 | 430 | 109 | |
| YH-13-06 | 46 | 132 | 0.35 | 0.534 4 | 0.013 9 | 0.069 5 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.001 4 | 433 | 4 | 435 | 11 | 443 | 56 | |
| YH-13-07 | 86 | 181 | 0.48 | 0.531 9 | 0.012 0 | 0.069 4 | 0.000 7 | 0.055 6 | 0.001 2 | 433 | 4 | 433 | 10 | 435 | 48 | |
| YH-13-08 | 102 | 188 | 0.54 | 0.531 4 | 0.011 2 | 0.069 3 | 0.000 7 | 0.055 6 | 0.001 1 | 432 | 4 | 433 | 9 | 436 | 45 | |
| YH-13-09 | 36 | 96 | 0.37 | 0.537 3 | 0.017 8 | 0.069 6 | 0.000 7 | 0.056 0 | 0.001 8 | 434 | 5 | 437 | 14 | 452 | 71 | |
| YH-13-10 | 90 | 207 | 0.43 | 0.532 9 | 0.013 4 | 0.069 1 | 0.000 7 | 0.055 9 | 0.001 3 | 431 | 4 | 434 | 11 | 448 | 50 | |
| YH-13-11 | 47 | 102 | 0.46 | 0.529 2 | 0.018 3 | 0.069 0 | 0.000 7 | 0.055 6 | 0.001 9 | 430 | 4 | 431 | 15 | 437 | 75 | |
| YH-13-12 | 39 | 109 | 0.36 | 0.573 7 | 0.018 1 | 0.071 6 | 0.000 7 | 0.058 1 | 0.001 8 | 446 | 5 | 460 | 14 | 534 | 68 | |
| YH-13-13 | 55 | 129 | 0.43 | 0.530 6 | 0.016 5 | 0.068 8 | 0.000 7 | 0.055 9 | 0.001 7 | 429 | 4 | 432 | 13 | 449 | 69 | |
| YH-13-14 | 96 | 186 | 0.52 | 0.528 5 | 0.011 0 | 0.068 8 | 0.000 7 | 0.055 7 | 0.001 1 | 429 | 4 | 431 | 9 | 441 | 44 | |
| YH-13-15 | 20 | 69 | 0.29 | 0.581 7 | 0.030 0 | 0.065 8 | 0.000 7 | 0.064 1 | 0.003 3 | 411 | 4 | 466 | 24 | 747 | 109 | |
| YH-13-16 | 68 | 157 | 0.43 | 0.533 6 | 0.013 1 | 0.069 4 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.001 3 | 432 | 5 | 434 | 11 | 444 | 52 | |
| YH-13-17 | 107 | 195 | 0.55 | 0.538 0 | 0.010 6 | 0.069 6 | 0.000 8 | 0.056 0 | 0.001 0 | 434 | 5 | 437 | 9 | 454 | 41 | |
| YH-13-18 | 29 | 86 | 0.34 | 0.611 8 | 0.027 2 | 0.072 1 | 0.000 7 | 0.061 6 | 0.002 7 | 449 | 4 | 485 | 22 | 659 | 93 | |
| YH-13-19 | 81 | 164 | 0.49 | 0.534 6 | 0.017 0 | 0.069 2 | 0.000 7 | 0.056 1 | 0.001 8 | 431 | 4 | 435 | 14 | 454 | 70 | |
| YH-13-20 | 99 | 197 | 0.50 | 0.528 1 | 0.010 9 | 0.068 7 | 0.000 7 | 0.055 7 | 0.001 1 | 429 | 5 | 431 | 9 | 441 | 43 | |
| YH-13-21 | 76 | 193 | 0.39 | 0.534 1 | 0.011 6 | 0.069 3 | 0.000 7 | 0.055 9 | 0.001 2 | 432 | 4 | 435 | 9 | 447 | 46 | |
| YH-13-22 | 127 | 229 | 0.55 | 0.528 6 | 0.009 9 | 0.068 8 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.001 0 | 429 | 4 | 431 | 8 | 442 | 39 | |
| YH-13-23 | 130 | 221 | 0.59 | 0.532 6 | 0.010 7 | 0.068 8 | 0.000 7 | 0.056 1 | 0.001 1 | 429 | 4 | 434 | 9 | 457 | 42 | |
| YH-13-24 | 47 | 103 | 0.45 | 0.532 8 | 0.019 4 | 0.069 2 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.002 0 | 431 | 4 | 434 | 16 | 445 | 79 | |
| YH-16-1 | 97 | 202 | 0.48 | 0.550 7 | 0.010 4 | 0.071 2 | 0.000 7 | 0.056 1 | 0.001 0 | 444 | 5 | 445 | 8 | 455 | 40 | |
| YH-16-2 | 47 | 136 | 0.35 | 0.535 5 | 0.013 4 | 0.069 5 | 0.000 7 | 0.055 9 | 0.001 3 | 433 | 4 | 435 | 11 | 447 | 53 | |
| YH-16-3 | 96 | 223 | 0.43 | 0.534 9 | 0.010 4 | 0.069 5 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.001 0 | 433 | 4 | 435 | 8 | 444 | 40 | |
| YH-16-4 | 108 | 216 | 0.50 | 0.539 0 | 0.021 1 | 0.069 5 | 0.000 8 | 0.056 2 | 0.001 9 | 433 | 5 | 438 | 17 | 462 | 74 | |
| YH-16-5 | 27 | 79 | 0.35 | 0.551 5 | 0.021 2 | 0.071 1 | 0.000 8 | 0.056 3 | 0.002 2 | 443 | 5 | 446 | 17 | 463 | 85 | |
| YH-16-6 | 132 | 236 | 0.56 | 0.531 9 | 0.009 8 | 0.069 4 | 0.000 7 | 0.055 6 | 0.000 9 | 432 | 5 | 433 | 8 | 437 | 37 | |
| YH-16-7 | 85 | 188 | 0.45 | 0.538 4 | 0.011 2 | 0.069 8 | 0.000 7 | 0.055 9 | 0.001 1 | 435 | 4 | 437 | 9 | 450 | 44 | |
| YH-16-8 | 33 | 102 | 0.33 | 0.538 2 | 0.018 1 | 0.069 6 | 0.000 8 | 0.056 1 | 0.001 9 | 434 | 5 | 437 | 15 | 454 | 75 | |
| YH-16-9 | 58 | 163 | 0.36 | 0.530 5 | 0.012 6 | 0.069 3 | 0.000 7 | 0.055 6 | 0.001 3 | 432 | 4 | 432 | 10 | 435 | 51 | |
| YH-16-10 | 35 | 118 | 0.30 | 0.535 4 | 0.015 7 | 0.069 6 | 0.000 7 | 0.055 7 | 0.001 6 | 434 | 5 | 435 | 13 | 442 | 66 | |
| YH-16-11 | 80 | 249 | 0.32 | 0.554 5 | 0.011 2 | 0.071 1 | 0.000 7 | 0.056 5 | 0.001 0 | 443 | 5 | 448 | 9 | 473 | 41 | |
| YH-16-12 | 52 | 154 | 0.34 | 0.534 5 | 0.011 0 | 0.069 1 | 0.000 7 | 0.056 1 | 0.001 1 | 431 | 5 | 435 | 9 | 455 | 45 | |
| YH-16-13 | 86 | 203 | 0.42 | 0.534 4 | 0.010 7 | 0.069 4 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.001 0 | 433 | 5 | 435 | 9 | 445 | 41 | |
| YH-16-14 | 71 | 174 | 0.41 | 0.537 1 | 0.011 4 | 0.069 5 | 0.000 8 | 0.056 0 | 0.001 1 | 433 | 5 | 436 | 9 | 453 | 44 | |
| YH-16-15 | 33 | 100 | 0.33 | 0.537 9 | 0.017 1 | 0.069 7 | 0.000 7 | 0.056 0 | 0.001 7 | 434 | 5 | 437 | 14 | 452 | 69 | |
| YH-16-16 | 54 | 151 | 0.36 | 0.534 9 | 0.012 6 | 0.069 5 | 0.000 7 | 0.055 8 | 0.001 3 | 433 | 5 | 435 | 10 | 446 | 52 | |
| YH-16-17 | 84 | 206 | 0.41 | 0.548 8 | 0.010 6 | 0.070 9 | 0.000 7 | 0.056 2 | 0.001 0 | 441 | 5 | 444 | 9 | 459 | 41 | |
| YH-16-18 | 117 | 252 | 0.46 | 0.552 9 | 0.009 6 | 0.071 0 | 0.000 7 | 0.056 5 | 0.000 9 | 442 | 5 | 447 | 8 | 473 | 36 | |
| YH-16-19 | 47 | 165 | 0.28 | 0.549 1 | 0.014 3 | 0.070 8 | 0.000 8 | 0.056 2 | 0.001 4 | 441 | 5 | 444 | 12 | 461 | 54 | |
| YH-16-20 | 97 | 195 | 0.50 | 0.551 2 | 0.015 4 | 0.071 3 | 0.000 7 | 0.056 1 | 0.001 6 | 444 | 5 | 446 | 12 | 456 | 62 | |
| YH-16-21 | 55 | 158 | 0.35 | 0.549 6 | 0.013 5 | 0.071 2 | 0.000 8 | 0.056 0 | 0.001 4 | 444 | 5 | 445 | 11 | 451 | 54 | |
| YH-16-22 | 79 | 232 | 0.34 | 0.553 0 | 0.012 5 | 0.071 4 | 0.000 8 | 0.056 1 | 0.001 2 | 445 | 5 | 447 | 10 | 458 | 48 | |
| YH-16-23 | 34 | 102 | 0.34 | 0.556 6 | 0.020 0 | 0.071 3 | 0.000 8 | 0.056 6 | 0.002 1 | 444 | 5 | 449 | 16 | 477 | 82 | |
| YH-16-24 | 57 | 128 | 0.45 | 0.548 4 | 0.015 5 | 0.070 9 | 0.000 8 | 0.056 1 | 0.001 5 | 442 | 5 | 444 | 13 | 456 | 59 | |
全岩粉末的制备在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，粉碎并研磨成全岩粉末状(＞200目)。主量元素和微量元素分析均在中国地质调查局天津地质矿产研究所完成。主量元素分析采用XRF(X射线荧光光谱仪，型号为PW4400/40)分析；稀土和微量元素的分析则采用ICP-MS(等离子体质谱仪，型号为X SeriesⅡ)分析。测试方法依据GB/T 14506-2010，主量元素分析精度优于2%，稀土元素和微量元素分析精度优于5%。
2.3 Sr-Nd同位素分析样品的化学制样工作在百级空气净化实验室中完成。全岩Sr-Nd同位素分析在中国地质调查局天津地质矿产研究所的Trition热电质谱仪上完成。以国际标准岩石样品BCR-2(玄武岩)监测分离流程，其结果是87Sr/86Sr＝0.704 958±0.000 030。Sr分馏的内校正因子均采用88Sr/86Sr＝8.375 209；143Nd/144Nd＝0.512 633±0.000 030。Nd分馏的内校正因子均采用146Nd/144Nd＝0.721 9。用平行双灯丝构件的离子源测试。Sr的质谱标准样NBS987 Sr的结果为87Sr/86Sr＝0.710 245±0.000 030；实验室内部标样LRIG质谱标准样的结果为143Nd/144Nd＝0.512 202±0.000 030。
3 分析结果 3.1 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果本文对采自东天山觉罗塔格带东段玉海地区的花岗闪长岩(YH-13)和闪长玢岩(YH-16)进行了锆石U-Pb定年研究。两个样品的分析数据列于表 1，代表性锆石CL图像见图 2，部分测定锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图见图 3。
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| 白色实线圆圈代表锆石U-Pb分析点位。 图 2 研究区中酸性侵入岩中代表性锆石阴极发光(CL)照片 Fig. 2 CL images of the typical zircons for intermediate-acid intrusive rocks of survey region in the study area |
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| 图 3 研究区中酸性侵入岩中LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 3 Concordia diagrams showing age date derived form LA-ICP-MS zircon U-Pb dating for intermediate-acid intrusive rocks of survey region in the study area |
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花岗闪长岩(YH-13)锆石多为无色透明，半自形—他形短柱状，长度为112~140 μm，长宽比为1:1~1.4:1，在CL图像上具明显震荡环带(图 2)，Th/U值为0.29~0.59，表明它们为岩浆成因[26]。定年结果显示，其中21个分析点给出的206Pb/238U表面年龄介于(429±5)~(434±5)Ma之间，其加权平均年龄为(431.2±1.9)Ma(MSWD=0.16，n=21)(图 3a)，代表了岩体的成岩年龄。另外：有2个分析点给出的206Pb/238U表面年龄分别为(446±5) Ma和(449±4)Ma(加权平均年龄为(447.3±6.3) Ma(MSWD=0.21，n=2))，这2个分析点给出的年龄可能反映了岩浆上升时捕获锆石年龄；有1个分析点给出的206Pb/238U表面年龄为(411±4)Ma，这个分析点给出的年龄可能反映了后期热液事件的年龄。
闪长玢岩(YH-16)锆石多为无色透明，半自形—他形，晶体多呈短柱状或六方双锥状，长度为70~120 μm，长宽比为1:1~1.6:1，CL图像上显示明显震荡环带(图 2)，Th/U值为0.28~0.56，指示其为岩浆成因。定年结果显示，13颗锆石给出的206Pb/238U表面年龄介于(431±5)~(435±4)Ma之间，其加权平均年龄为(433.2±2.2)Ma(MSWD=0.056，n=13)(图 3b)，代表了岩体的成岩年龄。此外还有11个分析点给出的206Pb/238U表面年龄为(441±5)~(445±5)Ma，加权平均年龄为(442.9±2.8)Ma(MSWD=0.061，n=11)，反映了岩浆上升时捕获锆石，这与该区存在同期花岗质岩石[27]相一致。
3.2 地球化学 3.2.1 主量元素闪长岩和闪长玢岩4件样品的w(SiO2)为57.88%~58.55%(表 2)，属于中性岩类。其中w(Al2O3)为17.53%~18.03%，w(MgO)为2.87%~3.35%，w(TFe2O3)为6.73%~7.33%，w(Na2O)为3.65%~3.98%，w(K2O)为0.51%~0.84%，Na2O/K2O=4.26~4.67，w(P2O5)为0.39%~0.49%，w(TiO2)为0.48%~0.52%。花岗闪长岩和石英闪长岩4件样品的w(SiO2)为60.89%~69.01%(表 2)，属于酸性岩及中性与酸性岩过渡类型。其中w(Al2O3)为13.66%~17.06%，w(MgO)为1.52%~2.65%，w(TFe2O3)为4.32%~6.63%，w(Na2O)为3.46%~5.07%，w(K2O)为0.50%~1.65%，Na2O/K2O=4.06~6.79，w(P2O5)为0.27%~0.48%，w(TiO2)为0.21%~0.54%。结合前人对于该区早志留世中酸性侵入岩所做的研究 [19, 28-30]可以看出，在Hacker图解(图 4)中, 不同样品主要氧化物与SiO2质量分数呈线性相关。在TAS图解(图 5a)上, 样品主要投在亚碱性系列的闪长岩和花岗闪长岩区域; 在A/NK-A/CNK图解(图 5b)中, 样品投影在准铝质范围内(A/CNK值为0.89~1.00);在w(K2O)-w(SiO2)图(图 5c)中, 大部分样品投影到低钾系列(样品YH-03为钙碱性系列)，总体显示出岛弧火成岩的主量元素特征。
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| 图 4 东天山觉罗塔格带东段早志留世中酸性侵入岩Harker图解 Fig. 4 Harker diagram for the Early Silurian intermediate-acid intrusive rocks in the eastern part of Jueluotage belt, Eastern Tianshan |
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| a.底图据文献[31]；b.底图据文献[32]；c.底图据文献[33]。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.副长石正长岩；17.副长深成岩；18.霞方钠岩/磷霞岩/粗白榴石。图例同图 4。 图 5 东天山觉罗塔格带东段早志留世中酸性侵入岩的TAS图解(a)、A/NK-A/CNK图解(b)和w(K2O)-w(SiO2)图解(c) Fig. 5 TAS diagram(a), A/NK-A/CNK diagram(b) and w(K2O)-w(SiO2) diagram(c) for the Early Silurian intermediate-acid intrusive rocks in the eastern part of Jueluotage belt, Eastern Tianshan |
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| 样品号 | 岩性 | SiO2 | Al2O3 | TFe2O3 | CaO | MgO | K2O | Na2O | P2O5 | TiO2 | MnO | 烧失量 |
| YH-02 | 闪长岩 | 57.88 | 17.55 | 7.29 | 7.19 | 3.35 | 0.51 | 3.69 | 0.42 | 0.52 | 0.19 | 1.11 |
| YH-12 | 闪长岩 | 58.55 | 17.65 | 6.89 | 6.79 | 2.87 | 0.62 | 3.98 | 0.39 | 0.50 | 0.16 | 1.22 |
| YH-07 | 闪长玢岩 | 58.02 | 17.53 | 7.33 | 6.96 | 3.20 | 0.84 | 3.65 | 0.49 | 0.48 | 0.15 | 1.14 |
| YH-16 | 闪长玢岩 | 57.90 | 18.03 | 6.73 | 7.04 | 3.17 | 0.51 | 3.78 | 0.49 | 0.49 | 0.15 | 1.07 |
| YH-05 | 石英闪长岩 | 60.89 | 17.06 | 5.86 | 5.25 | 2.65 | 0.83 | 4.89 | 0.32 | 0.54 | 0.14 | 1.31 |
| YH-06 | 石英闪长岩 | 61.65 | 16.45 | 6.63 | 5.01 | 2.43 | 0.63 | 4.04 | 0.27 | 0.41 | 0.16 | 2.10 |
| YH-03 | 花岗闪长岩 | 69.01 | 13.66 | 4.32 | 2.88 | 1.52 | 1.65 | 5.07 | 0.48 | 0.21 | 0.11 | 0.98 |
| YH-13 | 花岗闪长岩 | 65.66 | 15.43 | 4.42 | 5.17 | 1.80 | 0.50 | 3.46 | 0.43 | 0.43 | 0.12 | 2.50 |
| 样品号 | 岩性 | 总和 | Mg# | Na2O/K2O | A/CNK | A/NK | Cr | Ni | Co | Rb | Sr | Ba |
| YH-02 | 闪长岩 | 99.70 | 51.70 | 4.26 | 0.89 | 2.65 | 32.80 | 25.60 | 29.20 | 12.50 | 495.00 | 418.00 |
| YH-12 | 闪长岩 | 99.62 | 45.10 | 4.67 | 0.90 | 2.44 | 28.86 | 22.53 | 25.70 | 11.00 | 531.00 | 367.00 |
| YH-07 | 闪长玢岩 | 99.79 | 51.30 | 4.55 | 0.89 | 2.53 | 8.68 | 8.27 | 9.22 | 18.60 | 587.00 | 409.00 |
| YH-16 | 闪长玢岩 | 99.36 | 46.10 | 4.36 | 0.92 | 2.66 | 7.82 | 7.45 | 8.31 | 8.60 | 676.00 | 345.00 |
| YH-05 | 石英闪长岩 | 99.74 | 50.40 | 5.81 | 0.92 | 1.91 | 37.80 | 23.20 | 16.80 | 22.40 | 746.00 | 562.00 |
| YH-06 | 石英闪长岩 | 99.78 | 49.30 | 4.78 | 1.00 | 2.24 | 28.90 | 18.80 | 12.50 | 40.70 | 527.00 | 757.00 |
| YH-03 | 花岗闪长岩 | 99.89 | 48.70 | 6.79 | 0.89 | 1.35 | 37.00 | 20.60 | 16.50 | 52.60 | 790.00 | 218.00 |
| YH-13 | 花岗闪长岩 | 99.92 | 52.30 | 4.06 | 0.99 | 2.47 | 10.40 | 5.20 | 13.50 | 31.00 | 713.00 | 186.00 |
| 样品号 | 岩性 | Sc | Nb | Ta | Zr | Hf | Ga | U | Th | La | Ce | Pr |
| YH-02 | 闪长岩 | 20.90 | 2.75 | 0.30 | 71.50 | 2.31 | 15.10 | 1.02 | 0.51 | 13.52 | 31.36 | 4.08 |
| YH-12 | 闪长岩 | 18.39 | 2.42 | 0.27 | 62.80 | 2.13 | 13.29 | 0.90 | 0.46 | 12.17 | 28.22 | 3.67 |
| YH-07 | 闪长玢岩 | 25.10 | 2.39 | 0.13 | 57.20 | 1.37 | 18.90 | 0.78 | 0.37 | 18.12 | 42.60 | 4.36 |
| YH-16 | 闪长玢岩 | 23.40 | 2.44 | 0.09 | 51.30 | 1.24 | 19.60 | 0.58 | 0.61 | 30.20 | 71.00 | 7.26 |
| YH-05 | 石英闪长岩 | 15.10 | 2.40 | 0.28 | 70.50 | 2.36 | 14.10 | 0.82 | 0.44 | 14.90 | 32.20 | 4.12 |
| YH-06 | 石英闪长岩 | 9.36 | 2.48 | 0.65 | 41.70 | 1.62 | 15.20 | 1.27 | 0.53 | 16.70 | 34.80 | 4.43 |
| YH-03 | 花岗闪长岩 | 10.40 | 3.71 | 0.43 | 82.60 | 2.49 | 14.40 | 1.04 | 0.61 | 21.78 | 45.87 | 6.07 |
| YH-13 | 花岗闪长岩 | 16.10 | 1.98 | 0.08 | 74.20 | 1.70 | 14.60 | 0.34 | 0.33 | 11.90 | 30.20 | 3.26 |
| 样品号 | 岩性 | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
| YH-02 | 闪长岩 | 16.48 | 3.95 | 1.58 | 3.68 | 0.51 | 3.01 | 0.64 | 1.87 | 0.32 | 2.32 | 0.38 |
| YH-12 | 闪长岩 | 14.83 | 3.48 | 1.28 | 3.31 | 0.46 | 2.71 | 0.58 | 1.68 | 0.28 | 2.09 | 0.35 |
| YH-07 | 闪长玢岩 | 16.80 | 3.08 | 0.98 | 2.76 | 0.37 | 1.78 | 0.34 | 1.00 | 0.14 | 0.96 | 0.14 |
| YH-16 | 闪长玢岩 | 28.00 | 5.13 | 1.33 | 4.60 | 0.61 | 2.97 | 0.56 | 1.67 | 0.24 | 1.60 | 0.24 |
| YH-05 | 石英闪长岩 | 16.80 | 3.51 | 1.06 | 3.01 | 0.44 | 2.60 | 0.54 | 1.53 | 0.25 | 1.72 | 0.28 |
| YH-06 | 石英闪长岩 | 18.20 | 3.93 | 1.22 | 3.49 | 0.53 | 2.96 | 0.63 | 1.75 | 0.28 | 1.91 | 0.30 |
| YH-03 | 花岗闪长岩 | 25.52 | 4.66 | 1.28 | 4.28 | 0.61 | 3.37 | 0.66 | 1.89 | 0.30 | 2.05 | 0.31 |
| YH-13 | 花岗闪长岩 | 13.60 | 2.71 | 0.83 | 2.73 | 0.33 | 1.57 | 0.28 | 0.78 | 0.10 | 0.66 | 0.12 |
| 样品号 | 岩性 | Y | V | LREE | HREE | LREE/HREE | ∑REE | (La/Yb)N | δEu | |||
| YH-02 | 闪长岩 | 15.50 | 110.00 | 70.98 | 12.74 | 5.57 | 83.71 | 4.18 | 1.25 | |||
| YH-12 | 闪长岩 | 13.12 | 96.80 | 63.66 | 11.46 | 5.55 | 75.12 | 4.18 | 1.14 | |||
| YH-07 | 闪长玢岩 | 11.64 | 130.00 | 85.93 | 7.49 | 11.47 | 93.43 | 13.54 | 1.01 | |||
| YH-16 | 闪长玢岩 | 19.40 | 140.00 | 142.92 | 12.49 | 11.44 | 155.41 | 13.54 | 0.82 | |||
| YH-05 | 石英闪长岩 | 12.80 | 83.00 | 72.59 | 10.37 | 7.00 | 82.96 | 6.22 | 0.97 | |||
| YH-06 | 石英闪长岩 | 14.60 | 80.80 | 79.28 | 11.85 | 6.69 | 91.13 | 6.27 | 0.99 | |||
| YH-03 | 花岗闪长岩 | 17.05 | 70.70 | 105.18 | 13.45 | 7.82 | 118.63 | 7.64 | 0.86 | |||
| YH-13 | 花岗闪长岩 | 10.20 | 69.10 | 62.50 | 6.57 | 9.51 | 69.07 | 12.93 | 0.92 | |||
| 注：主量元素质量分数单位为%；微量元素和稀土元素质量分数单位为10-6。 | ||||||||||||
样品稀土元素总量为69.07×10-6 ~ 155.41×10-6(表 2)，富含轻稀土元素(LREE)、贫重稀土元素(HREE)，稀土元素(REE)配分型式均呈右倾型，LREE/HREE为5.55~11.47，(La/Yb)N为4.18~13.54。其中样品YH-02、YH-12和YH-07具有微弱的Eu正异常(δEu=1.01~1.25)，而其他样品具有微弱的Eu负异常(δEu =0.82~0.99)(表 2、图 6a)，符合该区早志留世中酸性侵入岩的痕量元素特征[19, 28-30]。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6b)上，这些中酸性侵入岩具有类似的分布形式，即表现出高场强元素(HFSEs)Th、Ti、Nd和Ta的亏损以及大离子亲石元素Ba、U、K、和Sr的富集。
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| a.球粒陨石数据引自文献[34]；b.原始地幔数据引自文献[35]。图例同图 4。 图 6 东天山觉罗塔格带东段早志留世中酸性侵入岩的稀土配分模式(a)和微量元素蛛网图(b) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) for the Early Silurian intermediate-acid intrusive rocks in the eastern part of Jueluotage belt, Eastern Tianshan |
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花岗闪长岩(YH-13)和闪长玢岩(YH-16)2件样品的Sr-Nb同位素的测定结果和年龄校正值见表 3。其中(87Sr/86Sr)i值均为0.703 9，接近洋岛玄武岩(OIB)的初始值(0.702 29~0.703 16)，εNd(t)为6.1和7.0(t=(431.2±1.9)~(433.2±2.2) Ma)，平均为6.55，符合前人对于该区早志留世中酸性侵入岩的Sr-Nd同位素特征研究结果[29-30]，暗示岩浆可能起源于同位素组成亏损的地幔或年轻的地壳物质[36]。
| 样品号 | w (Rb)/10-6 | w (Sr)/10-6 | 87Rb/86Sr | 87Sr/86Sr | 2σ | (87Sr/86Sr)i | |
| YH-13 | 11.0 | 713 | 0.044 6 | 0.704 0 | 0.000 006 | 0.703 9 | |
| YH-16 | 8.6 | 676 | 0.036 8 | 0.703 9 | 0.000 005 | 0.703 9 | |
| 样品号 | w (Sm)/10-6 | w (Nd)/10-6 | 147Sm/144Nd | 143Nd/144Nd | 2σ | (143Nd/144Nd)i | εNd(t) |
| YH-13 | 2.71 | 13.6 | 0.120 4 | 0.512 8 | 0.000 007 | 0.512 8 | 7.0 |
| YH-16 | 5.13 | 28.0 | 0.110 7 | 0.512 8 | 0.000 006 | 0.512 8 | 6.1 |
前人主要依据岩体与围岩的接触关系、K-Ar法和Rb-Sr法同位素定年以及区域对比方法将觉罗塔格带东段广泛出露的中酸性侵入岩归属为泥盆纪—石炭纪[23]。近年来的锆石U-Pb定年结果表明，包括黄山、黄山南、三岔口、白山东、图拉尔根沟等在内的大量中酸性岩体主要形成于石炭纪—二叠纪[1, 3, 6]，部分岩体(镜儿泉岩体、双岔沟岩体)形成于泥盆纪和三叠纪[3]，即这些岩体主要形成于晚古生代和早中生代，而关于早古生代的年龄报道十分有限[18]。
本文研究的中酸性侵入岩在地表上零星分布于觉罗塔格带东段玉海南部(少量样品取自于岩心)，它们多具有明显的变质变形特征，而与该区或邻区大量晚古生代中酸性侵入岩存在明显区别，暗示其形成时代较早。对其中花岗闪长岩和闪长玢岩两个样品中的锆石研究表明，这些锆石多呈自形—半自形，发育典型的震荡环带并具较高的Th/U值(0.29~0.59)，表明它们为岩浆成因。对这些岩浆锆石的定年结果表明，花岗闪长岩和闪长玢岩分别形成于(431.2±1.9)Ma和(433.2±2.2)Ma(图 3)，两者在误差范围内基本一致，即它们形成于早志留世(433.2~431.2 Ma)。结合张照伟等[18]在玉海铜矿含矿围岩(花岗闪长岩和闪长岩)中获得的SHRIMP锆石U-Pb年龄422.3 Ma(中志留世)和Wang等[19]在同一地区闪长岩中获得的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄441.2 Ma(早志留世)，可以进一步证实觉罗塔格带东段存在早古生代晚期中酸性岩浆作用。同时表明，玉海地区广泛分布的中酸性侵入岩可能是由不同时代、不同构造-岩浆演化阶段所形成的混杂体，对此尚需进一步的年代学和与之匹配的地球化学研究来限定它们的形成时代及其构造属性。
4.2 源区性质早志留世中酸性侵入岩主要由花岗闪长岩、闪长岩、石英闪长岩以及相应成分的浅成岩组成，它们在形成时代上具有一致性。那么，它们是否为同源岩浆作用的产物？第一，从主量元素上看，这些中酸性侵入岩普遍具有高钠低钾(Na2O/K2O=4.06~6.79)特征，除了个别样品(YH-03)外，其他样品均属于准铝质低钾(拉斑)系列(图 5)，在Hacker图解(图 4)中，样品主要氧化物(Na2O+K2O、TFe2O3、MgO、CaO和Al2O3等)与SiO2质量分数具有良好的线性关系，暗示其为同源岩浆演化的产物；第二，在微量元素特征上，它们具有类似的右倾型稀土元素(REE)配分型式(图 6a)，普遍亏损高场强元素(HFSEs)Th、Ti、Nd和Ta和富集大离子亲石元素Ba、U、K、和Sr(图 6b)；第三，除样品(YH-16，δEu=0.82)外，其他7个样品的δEu值(δEu=1.25~0.86)具有随SiO2质量分数升高而降低的特点(表 2，图 7)，符合一般岩浆演化规律，进而显示同源岩浆演化的特征。结合这些中酸性侵入岩在Sr-Nb同位素组成上的一致性，可以判定该区中酸性侵入岩为同源岩浆演化的产物。
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| 图 7 东天山觉罗塔格带东段中酸性侵入岩δEu-w(SiO2)图解 Fig. 7 δEu-w(SiO2) diagram for the intermediate-acid intrusive rocks in the eastern part of Jueluotage belt, Eastern Tianshan |
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那么，其源区岩浆性质如何？首先，本文所研究的酸性侵入岩具有较高的Na2O和CaO质量分数，Na2O/K2O＞1，铝饱和指数A/CNK＜1.1(表 2), 87Sr/86Sr初始比值小于0.708(表 3)，实际矿物出现角闪石和磁铁矿，在成因类型上属于Chappell等[38-39]所划分的I型花岗岩。其次，该区以及邻区早志留世侵入岩以酸性岩为主，中性岩相对较少，基本缺失基性岩[18-19, 28, 40-41]。这表明，该区早志留世中酸性侵入岩的原始岩浆应为酸性岩浆，其岩石类型的不同是由结晶分异作用造成的。一般认为，酸性岩浆来源于地壳物质的部分熔融[42-43]，结合该区早志留世中酸性侵入岩的Sr-Nd同位素特征(εNd(t)为6.1和7.0)所揭示出的岩浆源区为亏损地幔或者年轻地壳[36]，以及觉罗塔格带北部吐—哈地块在早古生代主要是由早古生代年轻地壳组成[12, 44]的基本事实，可以认为该区早志留世中酸性侵入岩的岩浆源区主要为年轻地壳物质，而较高的Mg#值表明存在少量幔源物质的加入[45-46]。图例同图 4。
4.3 构造背景与区域构造演化近年来有关新疆北部古生代微地块拼贴的增生型造山带演化模式已经得到了较为一致的认识[12, 47-48]，但对于这些微地块的性质、拼贴方式与时间以及古亚洲洋板片的俯冲极性与俯冲时限等科学问题我们还难以准确把握[3, 10, 49-54]。作为新疆北部重要的地质构造单元，觉罗塔格带记录了古生代板块俯冲—碰撞—伸展等不同阶段的造山过程，辨析这些地质纪录对正确理解造山带演化以及重建新疆北部古生代大地构造格局具有重要意义。然而，前人对该带构造演化的研究主要集中在晚古生代[10, 50, 55-57]，而对于早古生代的研究却十分有限[18-19, 28-30]，那么，该区早古生代的构造背景如何？它与晚古生代的增生造山是一个连续的演化过程[58]还是属于不同的构造旋回[58-59]？对此，本文试做如下分析。
第一，在觉罗塔格带南北两侧分别存在具古地块性质的中天山地块[60-61]和吐—哈地块[44, 62-63]，其间产出早古生代(494 Ma)康古尔蛇绿岩[14]以及一套以晚古生代梧桐窝子组洋底玄武岩-放射虫硅质岩-远源复理石为代表的洋壳残片[12]，表明该区早古生代和晚古生代均存在自南向北依次为中天山地块、古亚洲洋(康古尔洋)和吐—哈地块的大地构造格局，暗示俯冲体系的存在；第二，本文研究的早志留世中酸性侵入岩属于准铝质低钾(拉斑)系列的I型花岗岩成因类型，其右倾型稀土元素(REE)配分模式(图 6a)以及大离子亲石元素富集和高场强元素亏损(图 6b)显示出弧火成岩特征，这与它们在构造判别图w(Rb)-w(Yb+Nb) (图 8a)和w(Rb)-w(Yb+Ta)(图 8b)中的判定结果相一致，表明它们形成于与俯冲体系相关的岛弧或大陆边缘环境；第三，觉罗塔格带内除了存在早志留世[19]和中—晚志留世[18]中酸性侵入岩外，还存在与俯冲体系有关的泥盆纪[5, 64-65]和石炭纪[66]弧型花岗质岩石，它们具有自北向南(至康古尔剪切带)时代依次变新并向富钾方向演化的时空变异特征，这与该带自北向南(至康古尔剪切带)发育由老变新的早志留世大柳沟组[41]、泥盆纪大南湖组—头苏泉组[40, 66]以及早石炭世企鹅山群[67-69]等弧型火山岩的时空变异特征相一致。
上述分析揭示出该区早志留世中酸性侵入岩形成于康古尔大洋板片向吐—哈地块俯冲的大陆边缘环境，同时证实该区早志留世至早石炭世期间存在康古尔大洋板片向吐—哈地块的连续俯冲作用，即早志留世到晚古生代的增生造山是一个连续的演化过程，而排除了早晚古生代分属于两个构造旋回的认识。
包括本文在内的大量研究表明，广泛分布于南带的早石炭世雅满苏组火山岩主要由中酸性火山岩和少量玄武岩构成(其中安山质火山岩所占比例最大)[3, 9, 70-71]，进一步的地质地球化学研究揭示出该组火山岩形成于康古尔洋向南(中天山地块)俯冲的构造背景，进而证实在早石炭世存在大洋板片的双向俯冲作用[4, 72-73]。一般认为吐—哈地块和中天地块的拼合时限为晚石炭世[2, 13]，但缺乏拼合碰撞的标志性证据，而玉海地区320 Ma含石榴石白云母二长花岗岩的发现(待发表)，表明该区大地构造环境发生了重大改变，即由俯冲背景转换为碰撞背景，因此可将吐—哈地块和中天山地块碰撞的起始时间限定为晚石炭世初(320 Ma)。此外，沿康古尔断裂边缘及其附近产出的早二叠世基性—超基性岩[74]与该区及邻区广泛分布的同时代花岗岩[3]构成了双峰式火成岩组合，它们与区域上广泛发育的二叠纪磨拉石建造[75]以及在觉罗塔格带东段图拉尔根沟岩体中识别出的结晶年龄为275 Ma的铝质花岗岩[6]共同揭示出碰撞后伸展环境的存在。
综上所述，可以将觉罗塔格古生代造山带构造演化划分为4个阶段(图 9)：①早志留世至泥盆纪大洋板片向吐—哈地块之下单向俯冲阶段(图 9a)；②早石炭世大洋板片向吐—哈和中天山地块双向俯冲阶段(图 9b)；③晚石炭世吐—哈地块和中天山地块碰撞阶段(图 9c)；④早—中二叠世碰撞后伸展阶段(图 9d)。上述4个阶段构成了觉罗塔格带古生代完整的大洋板片俯冲—地块拼合—拼合后伸展的增生造山过程，而早志留世中酸性侵入岩正是大洋板片向吐—哈地块之下单向俯冲阶段形成的产物，从而将康古尔大洋板片北向俯冲的时限追溯至早志留世。
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| 图 9 东天山觉罗塔格带构造演化示意图 Fig. 9 Schematic diagram of tectonic evolution of Jueluotage belt in Eastern Tianshan |
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1) 东天山觉罗塔格带东段中酸性侵入岩形成于早志留世(433.2~431.2 Ma)。
2) 东天山觉罗塔格带东段早志留世中酸性侵入岩的原始岩浆主要起源于年轻地壳物质的部分熔融。
3) 东天山觉罗塔格带东段早志留世中酸性侵入岩形成于康古尔大洋板片向北(吐—哈地块)俯冲的活动大陆边缘环境。
致谢: 河北省廊坊区域地质调查研究所在锆石分选过程中给予了支持，中国地质调查局天津地质矿产研究所工作人员在年代学、地球化学和Sr-Nd同位素测试分析方面给予了帮助，吉林大学地球科学学院的硕士研究生崔亚川、崔策、刘金恒等以及博士研究生栾金鹏、曹嘉麟、王鹏森等在本文的撰写过程中给予了指导，在此一并致谢。| [1] |
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