伊犁地块北缘早古生代构造属性:来自温泉地区闪长岩的证据

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贾莹刚, 赵军, 蒋磊, 等. 伊犁地块北缘早古生代构造属性:来自温泉地区闪长岩的证据[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(4): 1015-1038

Jia Yinggang, Zhao Jun, Jiang Lei, et al. Early Paleozoic Tectonic Evolution of Northern Yili Block: Evidence from Diorite in Wenquan, Xinjiang[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2019, 49(4): 1015-1038.

伊犁地块北缘早古生代构造属性:来自温泉地区闪长岩的证据

贾莹刚^1,2, 赵军², 蒋磊², 关力伟², 王小玄¹, 何亮^1,2

1. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;
2. 中国人民武装警察部队黄金第八支队(中国地质调查局乌鲁木齐自然资源综合调查中心), 乌鲁木齐 830057

收稿日期: 2018-01-18

作者简介: 贾莹刚(1990-), 男, 硕士研究生, 主要从事矿物学、岩石学、矿床学方面的研究, E-mail:446459958@qq.com

通信作者: 赵军(1978-), 男, 工程师, 博士, 主要从事区域地质调查和矿产资源勘查方面的研究, E-mail:414910949@qq.com

基金项目: 中国地质调查局地质调查项目（12120115041301）

摘要: 温泉地区位于伊犁地块与哈萨克斯坦板块结合部位，广泛发育早古生代侵入岩，侵入岩带对探究伊犁地块北缘早古生代构造背景及洋陆演化具有重要意义。在野外地质填图和岩相学观察基础上，对温泉地区奥陶纪闪长岩开展了系统的锆石U-Pb年代学、Hf同位素和地球化学研究。年代学表明，石英闪长岩3个样品锆石U-Pb加权平均年龄分别为（467.7±5.4）、（457.1±3.9）和（455.4±5.0）Ma，表明其结晶时间从中奥陶世一直持续到晚奥陶世早期。地球化学成分显示，闪长岩SiO₂质量分数（50.19%~61.91%，平均56.57%）、TiO₂质量分数（0.84%~1.13%，平均1.01%）较低，MgO质量分数（2.36%~8.17%，平均4.60%）、CaO质量分数（3.94%~9.45%，平均6.50%）和全碱质量分数（3.74%~7.06%，平均5.41%）相对较高，并具有高的Na₂O/K₂O值（1.42~4.90，平均2.76），以及低的A/CNK值（0.70~0.95，平均0.84），为准铝质岩石。微量元素地球化学显示闪长岩富集大离子亲石元素（K、Rb等），亏损高场强元素（Ta、Nb、Ti等）；球粒陨石标准化稀土元素分布模式表现为"左陡右缓"的变化趋势，Eu显示弱的负异常（δEu=0.67~1.12，平均值0.90），重稀土元素质量分数较低，具有大陆边缘弧火成岩地球化学特征。Harker二元图解表明，岩浆演化过程中发生了分离结晶作用，存在于岩体中的地层捕虏体显示其经历了一定的地壳混染。两件石英闪长岩样品具有相近的Hf同位素组成：ε_Hf（t）值为3.9~7.0，两阶段模式年龄（T_DM2）为991~1 191 Ma（平均1 083 Ma），远远大于锆石U-Pb年龄。以上特征表明亏损地幔在闪长岩源区占主导地位，并有早期大洋板片流体交代的富集岩石圈地幔组分的混入。综合地质资料和前人研究成果，推测区内闪长岩形成时的动力可能与准噶尔洋奥陶纪持续向南俯冲有关，洋盆最终于晚奥陶世-早志留世闭合。

关键词: 锆石U-Pb年龄 Hf同位素闪长岩早古生代伊犁地块

Early Paleozoic Tectonic Evolution of Northern Yili Block: Evidence from Diorite in Wenquan, Xinjiang

Jia Yinggang^1,2, Zhao Jun², Jiang Lei², Guan Liwei², Wang Xiaoxuan¹, He Liang^1,2

1. School of the Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
2. No.8 Gold Geological Party, CAPF(Center of Urumqi Natural Resources Comprehensive Survey, CGS), Urumqi 830057, China

Supported by Geological Survey Projects of China Geological Survey (DD12120115041301)

Abstract: Located at the junction of Yili block and Siberia plate, the northern Yili block develops a belt of Early Paleozoic intrusive rocks, which are the key to study the northern Yili block tectonic setting and evolution of the old Junggar Ocean. On the basis of a field geological survey and petrographic observation, we present the whole-rock data, U-Pb ages and Hf isotopic data for the Early Paleozoic diorite from Wenquan of northern edge of Yili block. The weighted mean ²⁰⁶Pb/²³⁸U ages of the zircons from quartz diorite are(467.7±5.4)Ma, (457.1±3.9) Ma and(455.4±5.0) Ma, indicating that these diorite bodies crystallized from the Early Ordovician to the Middle Ordovician. The petrological and chemical composition show that these diorites are characterized by low SiO₂ (50.19%-61.91%, average 56.57%) and TiO₂ (0.84%-1.13%, average 1.01%), slightly higher MgO (2.36%-8.17%, average 4.60%), CaO (3.94%-9.45%, average 6.50%), total alkali (Na₂O+K₂O) (3.74%-7.06%, average 5.41%). The ratio of Na₂O/K₂O is high (1.42-4.90, average 2.76), while the ratio of A/CNK is low (0.70-0.95, average 0.84). The geochemical data suggest that these diorite bodies belong to quasia-luminous series. The diorites are enriched in large ion lithophile elements (K, Rb), but depleted of high field strength elements (Ta, Nb, Ti). The REE pattern shows a trend of "left high and right low" with minor negative Eu anomalies (0.67-1.12, average 0.90), and heavy REE content is low, indicating the geochemical characteristics of arc igneous rocks in continental margin. Various binary diagrams reveal fractional crystallization of olivine, clinopyroxene, and hornblende. The existence of stratigraphic xenoliths and the La/Sm value (2.99-8.59, average 5.95) suggest the limited crustal contamination during the magma rise. The zircon Hf isotopic compositions of the quartz diorite are mainly characterized by ε_Hf (t) values of 3.9-7.0, two-stage model ages of 991-1 191 Ma (average 1 083 Ma), which is older than U-Pb age. The petrological, geochemical data and zircon Hf isotopic compositions imply that the primary magma derived from a depleted mantle probably mixed with metasomatic enriched lithospheric mantle components and the early fluid metasomatism of oceanic plate. Based on the regional magmatism and the previous study, the authors infer that the old Junggar Ocean crust subducted southward beneath the northern edge of Yili block during 467.7 Ma-455.4 Ma, and ended in the Late Ordovician-Early Silurian.

Key words: zircon U-Pb dating Hf isotope diorite Early Paleozoic Yili block

0 引言

受古亚洲洋演化影响，中亚造山带成为显生宙以来陆壳增生与改造最显著的大陆造山带^[1-14]。研究表明，中亚造山带由一系列洋内弧、岛弧、蛇绿岩套残片和少量陆块侧向增生形成^{[5, 15-19]}，但详细增生过程仍是地学领域争议的前沿课题。早古生代作为中亚造山带构造演化最为关键的时期^{[5, 7-8, 14, 20-23]}，更是受到越来越多学者的关注。

天山造山带位于中亚造山带南缘，南北分别与塔里木盆地和准噶尔盆地相连^{[1, 4, 7, 24-25]}。区内岩浆活动频繁，增生楔和岩浆弧中分布着许多前寒武纪微地块和蛇绿岩，正确认识这些地质体之间的相互关系对解决中亚造山带的构造和古亚洲洋早期演化具有重要意义。在伊犁地块变质基底的构造带中存在较多数量的早古生代花岗岩类^[26]，其或许可以为中亚造山带在新疆地区的构造演化提供重要参考信息。

一直以来，伊犁地块北部早古生代构造演化问题存在争议，焦点之一是对位于该地块北侧洋壳俯冲方向存在向北^[27]和向南^[28-34]两种认识，其次是洋壳的闭合时限也存在争议^{[30, 34-36]}。温泉地区位于伊犁地块北缘，广泛出露早古生代中酸性侵入岩，储存了大量该时期构造演化信息，尤其是奥陶纪花岗岩类数量最多。尽管奥陶纪的构造背景对于解决洋壳俯冲问题起到了关键作用，但是受地理位置、气象条件和交通状况影响，关于区内该时期侵入岩的研究，除了以往地质填图资料中的相关描述外，仅有部分学者开展了一些工作^{[33, 37-39]}，缺乏精确的地球化学数据和Lu-Hf同位素等相关证据支撑。

本文在1:5万区域地质调查基础上，选择区内奥陶纪出露数量最多并具有不同矿物组成特征的闪长岩作为研究对象，通过锆石U-Pb年代学、Hf同位素和地球化学分析测试，研究壳幔相互作用关系和岩浆演化过程，并结合区域内同时代其他花岗岩类、蛇绿岩和地层等方面的研究成果，探讨伊犁地块北缘构造演化过程，希望能够对新疆地区早古生代古亚洲洋格局与演化历史等相关地质问题研究获得更深入认识。

1 地质背景

伊犁地块是新疆地区4个前寒武纪古块体(伊犁、中天山、柯坪、塔里木—库鲁克塔格)^[40]之一(图 1a)，北与巴尔喀什块体相连^[40]，南与西南天山以南伊犁—哈萨克斯坦断裂(那拉提断裂)为界(图 1a)。伊犁地块曾与塔里木地块于新元古代早期拼贴相连，新元古代中期发生裂谷作用，与塔里木块体发生裂解分离^[40]。早古生代以后，在洋(准噶尔洋，为古亚洲洋中支)陆相互作用下^[27-34]，最终增生于哈萨克斯坦块体之上^{[24, 39, 41]}，成为哈萨克斯坦—准噶尔板块的重要组成部分。

a.图据文献[40]修编；b.图据脚注①修编。1.全新统人工堆积物；2.全新统河流冲积物；3.全新统冲洪积物；4.全新统洪积物；5.全新统沼泽堆积物；6.全新统坡积物；7.上更新统河流冲积物；8.上更新统冲洪积物；9.下石炭统大哈拉军山组上段；12.中泥盆统赛里木构造地层小区汗吉尕组；13.中元古界长城系莫合西萨伊岩组第四岩段；14.中元古界长城系莫合西萨伊岩组第三岩段；15.中元古界长城系莫合西萨伊岩组第二岩段；16.中元古界长城系莫合西萨伊岩组第一岩段；17.古元古界温泉岩群托克赛岩组片麻岩岩段；18.古元古界温泉岩群托克赛岩组榴闪岩岩段；19.古元古界温泉岩群托克赛岩组石英片岩岩段；20.古元古界温泉岩群牙马特岩组；21.古元古界温泉岩群西伯提组；22.古元古界温泉岩群大理岩；23.泥盆纪早期二长花岗岩；24.奥陶纪晚期浅白色细粒英云闪长岩；25.奥陶纪中期片麻状细粒石英闪长岩；26.奧陶纪中期片麻状粗中粒闪长岩；27.奥陶纪早一中期花岗闪长岩；28.奥陶纪早期中细粒二长花岗岩；29.新元古代眼球状-条带状黑云二长花岗片麻岩；30.大理岩；31.正断层32.逆断层及逆掩断层；33.平移断层；34.韧性剪切带；35.地球化学样品采集点；36.年龄样品采集点（含地球化学样品采集）。图 1 新疆及其邻区构造框架图（a)和新疆温泉地区区域地质图（b) Fig. 1 Tectonicframework of northern Xinjiang and its adjacent areas (a) and regional reologic map of Wenquan area(b)

图选项

① 赵军.新疆温泉县扎冷木特一带1：5万地质矿产图.乌鲁木齐：中国人民武装警察部队黄金第八支队.2018.

研究区位于伊犁地块北部温泉县城以南的别珍套山，区内断裂主要为牙马特南山断裂和博尔塔拉河断裂。地层包括前寒武纪变质地层(古元古界温泉岩群(Pt₁W.)、长城系特克斯岩群莫合西萨依岩组(Chm))和晚古生代沉积地层(中泥盆统汗吉尕组(D₂h)、下石炭统阿克沙克组(C₁a)等)，其中以呈长条状近东西向分布的古元古界温泉岩群为主，区内出露宽度4~8 km，长度约40 km(图 1b)。温泉岩群为一套中深变质岩系，由变质火山-沉积岩组成，普遍经历了中高温-中压变质作用，根据原岩类型不同，形成长英质片麻岩、富云母石英片岩、角闪岩和大理岩类。温泉群向南推覆于长城系特克斯岩群和泥盆系之上，其接触界面表现为一条较大型的韧性剪切带。

区内岩浆岩非常发育，以侵入岩为主。根据形成时代可以划分为新元古代早期花岗岩序列，奥陶纪中、酸性花岗岩类序列，早泥盆世花岗岩序列和晚石炭世花岗岩序列等4个岩浆序列。本文主要对奥陶纪中、酸性花岗岩类序列中闪长岩进行研究探讨。

2 样品及岩相学特征

野外观察表明，奥陶纪闪长岩岩体多呈脉状近东西向展布，长轴方向与区域主构造线和主期面理走向一致。岩石普遍具有较弱的变质和较强的变形改造，片麻理构造发育，部分地段糜棱岩化明显。

片麻状粗中粒闪长岩(O₂δψ) 主要分布于区内斯塔尔孜克和蒙克沟北一带(图 1b)，侵入于古元古界温泉岩群。岩石具明显的矿物定向特征，形成似片麻状构造，片麻理产状与区域整体构造线方向一致，呈近东西向。岩体局部夹变粒岩残留体(温泉岩群变质岩系)，出露面积多小于5 m²。片麻状粗中粒闪长岩(图 2a)标本新鲜面为暗绿色，粗中粒结构，片麻状构造。主要矿物为斜长石、角闪石等(图 2b)。斜长石呈自形板状，粒径 < 7.0 mm，少量具细粒变晶结构，他形粒状，粒径 < 1.0 mm，均匀半定向分布，体积分数约55%；角闪石呈半自形柱状，粒径 < 5.0 mm，半定向分布，体积分数约45%。

a, b.片麻状粗中粒闪长岩；c, d.夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩，其中图c表明闪长岩边部发生混合岩化；e, f.牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩。b, d, f为正交显微镜下观察。Q.石英；Pl.斜长石；Kfs.钾长石；Hb.角闪石；Bt.黑云母。图 2 伊犁地块北缘温泉地区早古生代闪长岩主要岩性特征 Fig. 2 Photos showing lithology of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area in northern Yili block

图选项

夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩 该岩体出露于夏尔依西根—西伯提一带的一个规模较小的复式岩体中(图 1b)，复式岩体主要由英云闪长岩、花岗闪长岩(O_1-2γδ)、石英闪长岩3种岩性组成，因受到后期弱变质作用和强烈变形改造，形成片麻状构造和糜棱构造，面理产状与区域构造线方向一致。复式岩体呈东西向带状展布，出露面积约10km²，南侧与新元古代早期花岗质片麻岩构造面理接触，接触部位发育明显的混合岩化作用(图 2c)，形成条带状角闪斜长片麻岩，规模从几十米到百余米不等。复式岩体中含少量呈团块状地层残留体，直径从十几厘米到几十厘米不等，多为细粒斜长角闪岩，为温泉岩群变质岩系的残留物。片麻状中细粒石英闪长岩标本呈灰绿色，中细粒结构，片麻状构造。岩石主要由斜长石、角闪石、石英等矿物组成(图 2d)。斜长石呈半自形板状，粒径 < 5.0 mm，具泥化、绢云母化，均匀分布，体积分数约47%；石英呈他形粒状，具碎裂现象，均匀分布，体积分数约15%；角闪石多呈柱状，粒径 < 5.0 mm，均匀分布，体积分数约38%。

牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩 该岩体呈细长脉状近东西向展布，侵入温泉岩群和新元古代早期花岗质片麻岩中(图 1b)；部分地段含较大规模的地层残留体，岩性为云母石英片岩，呈不规则团块状包裹于闪长岩中。片麻状细粒石英闪长岩(O₂δο)标本呈灰白色，细粒结构，片麻状构造(图 2e)；岩石主要由斜长石、钾长石、黑云母、角闪石、石英等组成(图 2f)。其中：斜长石多为半自形板状，可见聚片双晶，粒径＜1.8 mm，均匀半定向分布，体积分数为50%~60%；钾长石呈半自形板状，可见卡斯巴双晶，粒径1~3 mm，稀疏分布，体积分数为5%~10%；黑云母呈微细片状，片径＜0.5 mm，具细粒化，条带状定向分布，体积分数为10%~15%；角闪石，多呈柱状，粒径0.5 mm左右，稀疏定向分布，体积分数为3%~8%；石英呈他形粒状，粒径＜1.0 mm，稀疏分布，体积分数为5%~10%；部分地段含少量石榴石，呈细粒自形晶，体积分数多小于1%。副矿物以榍石和磷灰石为主，榍石呈楔状，粒径＜0.6 mm，稀疏分布，体积分数小于1%。

3 分析方法 3.1 年代学测试方法

锆石LA-ICP-MS原位U-Pb定年分析在中国地质调查局西安地质调查中心实验室Agilent 7700x上完成。详细的测试原理、仪器参数和测试流程见参考文献[42]。本次测试使用²⁹Si作为内标元素进行校正，外标使用的是国际标准锆石91500，元素质量分数使用的是NIST SRM610作为外标，使用GLITTER 4.0程序进行U-Pb年龄处理，采用Andersen方法对普通Pb进行校正^[43]，采用Isoplot(3.0版)软件^[44]进行数据处理。

3.2 Lu-Hf测试方法

锆石原位微区Hf同位素测试在中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，利用Neptune型多接收等离子体质谱仪和Geolas Pro型激光剥蚀系统联用的方法完成，详细测试流程可参照文献[45-46]。激光剥蚀束斑直径为32 μm，激光剥蚀的样品气溶胶由氦气作为载气输送到质谱仪中进行测试，为了调节和提高仪器灵敏度，气路中间引入了氩气和少量氮气。所有测试位置与U-Pb定年点位相同或靠近。每分析10个样品测点分析一次锆石标准GJ-1作为监控，本次实验GJ-1的测试精准度为0.282 030±0.000 020(2SD)。

3.3 地球化学分析方法

主量和微量地球化学分析测试在中国地质调查局西安地质调查中心完成。先对样品进行粗碎，然后在碳化钨细碎机上进行细碎。主量元素中，FeO、烧失量使用湿化学法进行标准分析，其他均采用荧光光谱仪(XRF)(型号：Xios 4.0kwX型)完成测试。微量元素使用X-SeriesⅡ型电感耦合等离子质谱仪进行分析测试，检测限(质量分数)优于10^-9。岩石地球化学数据处理及作图使用路远发研制的Geokit软件^[47]。

4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年代学

夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩用于测年的锆石样品(PM18-63-TW1)采集坐标为(80°56′29″E，44°56′46″N)；牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩锆石样品(PM11-22-TW1)、(D1073-TW1)采集坐标分别为(80°36′04″E，44°54′37″N)、(80°36′56″E，44°53′29″N)，具体位置见图 1b，测试结果列于表 1中。

表 1 新疆温泉地区早古生代闪长岩锆石U-Pb同位素数据和测年结果 Table 1 U-Pb isotopic compositions and dating resulls for zircons of the Early Palaeozoic dioritc from Wenquan area

样品测点号	w_B/10-⁶			Th/U	同位素比值						年龄/Ma
样品测点号	Pb	Th	U	Th/U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1σ
004BQ01	36	170	401	0.42	0.057 1	0.003 3	0.583 9	0.033 9	0.074 2	0.001 5	495.5	124.4	467.0	21.7	461.4	8.8
005BQ02	28	156	287	0.54	0.059 2	0.004 0	0.631 2	0.042 3	0.077 4	0.001 7	573.1	141.3	496.9	26.3	480.7	10.3
006BQ03	23	117	255	0.46	0.055 6	0.004 3	0.565 8	0.043 1	0.073 9	0.001 7	435.8	163.3	455.3	27.9	459.3	10.0
007BQ04	23	128	233	0.55	0.057 5	0.004 4	0.634 0	0.047 6	0.080 0	0.001 8	510.1	159.4	498.6	29.6	496.2	10.7
008BQ05	33	193	359	0.54	0.054 9	0.003 6	0.555 5	0.036 3	0.073 5	0.001 5	407.0	140.9	448.6	23.7	457.0	9.1
010BQ06	49	380	450	0.84	0.058 1	0.003 6	0.619 4	0.037 7	0.077 4	0.001 6	532.3	129.6	489.5	23.7	480.5	9.4
011BQ07	86	369	949	0.39	0.055 6	0.002 0	0.577 2	0.021 2	0.075 3	0.001 3	436.5	78.2	462.7	13.7	468.1	7.7
012BQ08	43	212	466	0.45	0.055 5	0.002 8	0.577 9	0.028 3	0.075 6	0.001 4	432.4	108.9	463.1	18.9	469.5	8.5
013BQ09	38	238	395	0.60	0.055 9	0.003 2	0.567 4	0.032 3	0.073 7	0.001 5	446.4	122.8	456.4	2.9	458.5	8.7
014BQ10	32	197	347	0.57	0.055 2	0.003 5	0.550 2	0.034 3	0.072 4	0.001 5	419.0	134.6	445.1	22.4	450.4	9.0
018BQ11	70	374	773	0.48	0.058 3	0.002 6	0.578 5	0.025 7	0.072 0	0.001 3	539.2	94.6	463.5	16.6	448.4	7.8
019HQ12	24	118	276	0.43	0.055 6	0.003 9	0.558 3	0.039 0	0.072 8	0.001 6	437.2	150.3	450.4	25.4	453.1	9.4
020BQ13	60	203	680	0.30	0.055 9	0.002 3	0.571 0	0.023 7	0.074 2	0.001 3	447.0	88.5	458.7	15.3	461.2	7.8
021BQ14	31	143	345	0.41	0.057 0	0.003 1	0.578 8	0.031 6	0.073 7	0.001 4	490.5	117.2	463.7	20.3	458.4	8.6
022BQ15	96	648	1 048	0.62	0.057 3	0.001 8	0.576 9	0.018 3	0.073 0	0.001 2	503.3	66.4	462.4	11.8	454.4	7.2
021BQ16	46	190	536	0.35	0.052 1	0.002 6	0.518 5	0.025 8	0.072 2	0.001 3	291.4	108.7	424.1	17.3	449.2	7.7
025BQ17	70	691	701	0.99	0.056 0	0.002 5	0.561 3	0.025 4	0.072 8	0.001 3	450.3	97.6	452.3	16.6	452.9	7.9
026BQ18	59	355	646	0.55	0.057 4	0.002 5	0.577 9	0.025 4	0.073 1	0.001 3	504.7	94.1	463.1	16.4	454.9	8.0
027BQ19	49	385	530	0.73	0.056 9	0.002 4	0.565 7	0.023 8	0.072 1	0.001 3	488.7	89.8	455.2	15.4	448.7	7.6
028BQ20	54	406	551	0.74	0.056 0	0.002 3	0.580 8	0.024 3	0.075 3	0.001 3	451.6	89.0	465.0	15.6	467.8	8.0
157AX01	65	536	654	0.82	0.054 9	0.002 2	0.548 3	0.022 2	0.072 4	0.001 1	409.5	87.6	443.9	14.6	450.5	6.9
158AX02	61	466	593	0.79	0.055 7	0.002 2	0.589 1	0.023 3	0.076 7	0.001 2	440.1	85.6	470.3	14.9	476.5	7.3
159AX03	99	865	932	0.93	0.056 4	0.001 8	0.590 4	0.019 0	0.075 9	0.001 1	469.1	69.1	471.1	12.1	471.4	6.8
160AX04	76	608	743	0.82	0.062 6	0.002 2	0.638 0	0.022 6	0.074 0	0.001 2	693.4	73.4	501.1	14.0	460.0	6.9
161AX05	81	758	787	0.96	0.056 4	0.002 1	0.572 2	0.020 9	0.073 5	0.001 1	468.9	79.4	459.5	13.5	457.4	6.8
163AX06	109	803	862	0.93	0.099 6	0.002 6	1.115 8	0.029 3	0.081 2	0.001 2	1 617.3	47.4	761.0	14.1	503.4	7.3
164AX07	65	511	633	0.81	0.055 8	0.002 3	0.575 1	0.024 1	0.074 7	0.001 2	445.1	90.3	461.3	15.5	464.5	7.2
165AX08	74	552	726	0.76	0.052 8	0.002 2	0.545 9	0.022 8	0.075 0	0.001 2	320.8	92.0	442.3	15.0	466.0	7.1
166AX09	100	898	964	0.93	0.062 3	0.002 2	0.630 1	0.021 9	0.073 3	0.001 1	685.5	72.0	496.1	13.6	456.1	6.8
167AX10	87	761	822	0.93	0.056 1	0.002 1	0.578 8	0.022 1	0.074 9	0.001 2	455.4	82.0	463.7	14.2	465.3	7.0
171AX1I	61	543	641	0.85	0.054 8	0.002 4	0.527 2	0.022 6	0.069 8	0.001 1	404.3	92.7	430.0	15.0	434.8	6.8
172AX12	74	551	728	0.76	0.056 6	0.002 2	0.583 6	0.022 9	0.0748	0.001 2	474.4	85.2	466.8	14.7	465.1	7.1
173AX13	67	513	629	0.82	0.061 1	0.002 5	0.647 9	0.026 5	0.077 0	0.001 2	641.7	85.8	507.2	16.3	477.9	7.5
174AX14	72	486	633	0.77	0.089 9	0.003 1	0.955 0	0.032 5	0.077 0	0.001 3	1 423.5	64.1	680.7	16.9	478.5	7.5
175AX15	92	712	836	0.85	0.056 0	0.002 0	0.601 9	0.021 9	0.078 0	0.001 2	451.2	78.5	478.4	13.9	484.1	7.2
177AX16	73	517	688	0.75	0.062 8	0.002 5	0.657 6	0.025 6	0.076 0	0.001 2	700.2	80.9	513.1	15.7	472.2	7.3
178AX17	53	336	507	0.66	0.057 7	0.002 6	0.610 5	0.027 5	0.076 7	0.001 3	518.4	96.7	483.9	17.3	476.7	7.7
179AX18	55	374	527	0.71	0.058 8	0.002 6	0.626 0	0.027 4	0.077 3	0.001 3	557.7	93.2	493.6	17.1	480.0	7.7
180AX19	121	1 023	1 119	0.91	0.093 2	0.002 4	0.931 6	0.024 2	0.072 5	0.001 1	1 491.1	47.4	668.5	12.7	451.5	6.5
181AX20	111	740	856	0.86	0.120 7	0.003 0	1.332 7	0.034 0	0.080 1	0.001 2	1 966.5	44.2	860.0	14.8	496.7	7.3
004AM01	72	590	775	0.76	0.056 8	0.001 8	0.569 4	0.018 8	0.072 8	0.001 2	481.8	70.3	457.6	12.1	452.8	6.9
005AM02	76	706	796	0.89	0.061 2	0.001 8	0.618 1	0.018 4	0.073 3	0.001 1	645.3	60.9	488.7	11.6	456.0	6.9
006AM03	61	477	687	0.69	0.056 2	0.001 7	0.553 9	0.017 6	0.071 4	0.001 1	461.2	67.5	447.5	11.5	444.8	6.7
007AM04	91	807	994	0.81	0.056 9	0.001 4	0.558 2	0.014 6	0.071 2	0.001 1	486.9	53.7	450.3	9.5	443.2	6.5
008AM05	91	855	1 035	0.83	0.056 6	0.001 3	0.535 7	0.013 4	0.068 7	0.001 0	475.3	51.7	435.6	8.9	428.1	6.2
010AM06	110	1 117	1 148	0.97	0.056 1	0.001 3	0.553 1	0.013 2	0.071 5	0.001 1	456.8	48.5	447.0	8.6	445.2	6.4
011AM07	53	416	580	0.72	0.055 8	0.001 7	0.555 7	0.017 0	0.072 3	0.001 1	442.3	64.5	448.7	11.1	450.0	6.7
012AM108	61	427	677	0.63	0.056 0	0.002 0	0.567 7	0.020 1	0.073 5	0.001 2	452.2	75.4	456.6	13.0	457.5	7.1
013AM09	67	596	710	0.84	0.055 9	0.001 6	0.564 4	0.016 5	0.073 2	0.001 1	448.9	61.4	454.4	10.7	455.5	6.7
014 AM10	66	482	722	0.67	0.056 0	0.001 5	0.565 4	0.016 1	0.073 2	0.001 1	453.2	59.4	455.0	10.4	455.4	6.7
018 AM11	92	740	936	0.79	0.057 7	0.001 6	0.603 2	0.017 0	0.075 8	0.001 2	518.4	58.5	479.3	10.7	471.2	7.0
019 AM12	87	725	823	0.88	0.067 1	0.001 9	0.736 8	0.022 0	0.079 6	0.001 3	841.8	59.2	560.5	12.8	493.9	7.5
020AM13	94	790	1 020	0.77	0.056 2	0.001 8	0.558 5	0.018 5	0.072 1	0.001 1	460.2	70.6	450.5	12.0	448.6	6.9
021AM14	85	734	792	0.93	0.067 0	0.002 4	0.745 8	0.027 0	0.080 7	0.001 4	838.7	73.0	565.8	15.7	500.4	8.0
022AM15	153	2 111	1 327	1.59	0.086 5	0.002 7	0.912 2	0.028 5	0.076 5	0.001 3	1 348.6	58.2	658.2	15.1	475.4	7.5
024AM16	55	185	453	0.41	0.057 6	0.003 7	0.767 7	0.048 7	0.096 6	0.002 0	515.8	135.6	578.4	28.0	594.6	11.7
025 AM17	90	722	939	0.77	0.056 0	0.002 4	0.575 6	0.024 8	0.074 6	0.001 3	452.5	93.0	461.6	16.0	463.5	7.7
026AM18	111	1 333	1 097	1.22	0.063 6	0.002 2	0.646 9	0.022 3	0.073 8	0.001 2	727.8	70.5	506.6	13.8	459.1	7.2
027AM18	105	834	1 086	0.77	0.056 2	0.001 8	0.588 4	0.019 3	0.076 0	0.001 2	457.9	69.7	469.8	12.4	472.3	7.2
028AM20	82	755	827	0.91	0.055 8	0.001 8	0.574 7	0.019 0	0.074 7	0.001 2	443.8	70.6	461.1	12.3	464.6	7.1
注：测点号004BQ01-028BQ20为夏尔依西根片麻状细粒石英闪长岩（PM18-63-TW1）；测点号157AX01-181AX20为牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩（PM11-22-TW1）；测点号004AM01-028AM20为牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩（D1073-TW1）。

表选项

锆石多呈自形—半自形长柱状(图 3)，长度为90~280 μm，长宽比介于2:1~4:1之间，多数锆石可见六方双锥完整晶形，部分锆石在CL图像下为灰黑色，可能与其U、Th质量分数较高有关^[48]。整体而言，锆石振荡环带结构清晰、分布均匀，反映其是在岩浆系统稳定情况下逐渐结晶而成。

双圈表明该测点同为锆石Hf测试点。图 3 新疆温泉地区早古生代闪长岩锆石阴极发光图像(CL)、测点位置和²⁰⁶Pb/²³⁸Pb年龄 Fig. 3 CL imagies, points sites and age of²⁰⁶Pb/²³⁸Pb of zircons of the Early Palaeozoic diorite in Wenquan area

图选项

夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩样品锆石的Th、U质量分数分别为117×10^-6~691×10^-6(平均值295×10^-6)、233×10^-6~1 048×10^-6(平均值523×10^-6)，Th/U值为0.30~0.99(平均值0.56)，显示岩浆锆石特征(Th/U值一般大于0.1^[49])。牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩2件样品锆石的Th、U质量分数分别为336×10^-6~2 111×10^-6(平均值737×10^-6)、453×10^-6~1 327×10^-6(平均值822×10^-6)，Th/U值为0.41~1.59(平均值0.84)，同样显示岩浆锆石特征。

夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩样品(PM18-63-TW1)测年点共20个，在²⁰⁶Pb/²³⁸U和²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和图(图 4a)上，除2号、4号、6号3个测点外，其余测点均在谐和线上或其附近，2号测点的年龄(480.7 Ma)、4号点的年龄(496.2 Ma)、6号点的年龄(480.5 Ma)年龄偏老，测点位置靠近锆石核部，不能代表闪长岩侵入结晶时的年龄，剩余锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄介于448.4~469.5 Ma，²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(457.1±3.9)Ma(MSWD=0.71，n=17)，表明夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩结晶时代是晚奥陶世早期。

图 4 温泉地区早古生代闪长岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagrams of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩样品(PM11-22-TW1)测年点同样为20个，剔除6号、14号、19号、20号4个谐和度极差的点(锆石中Pb质量分数显著高于该样品中的其他锆石)之后，其余测点在²⁰⁶Pb/²³⁸U和²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和图(图 4b)上均在谐和线上或其附近，11号点的年龄(434.8 Ma)明显偏小，其Pb质量分数相对较低，可能与后期变质作用使Pb丢失或均一化有关，剩余锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄介于484.1 ~450.5 Ma，²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(467.7±5.4)Ma(MSWD=1.9，n=15)，该样品所代表的闪长岩结晶时代是中奥陶世。另一个样品(D1073-TW1)测年点同样为20个，12号、14号、15号、16号点年龄明显偏大，剔除后，在²⁰⁶Pb/²³⁸U和²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和图(图 4c)上，除5号测点外，其余测点均在谐和线上或其附近，5号点的年龄(428.1 Ma)明显偏小，其所在的锆石CL图像较其他锆石颜色偏暗，测点所在位置环带模糊，可能是受到了后期变质作用影响，不能代表闪长岩侵入结晶时的年龄，剩余锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄介于472.3~443.2 Ma，²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为(455.4±5.0)Ma(MSWD=1.7，n=15)，表明该样品所代表的闪长岩结晶时代是晚奥陶世早期。两件样品的年龄数据暗示牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩成岩时间从中奥陶世一直持续到晚奥陶世早期。

结合李孔森等^[33]测得的斯塔尔孜克一带片麻状粗粒闪长岩(原文称粗粒闪长岩(样品编号为07-1a): 80°38′13" E，44°56′51" N)年龄((452±7)Ma)可以看出，区内闪长岩形成的年龄跨度较大，从中奥陶世持续到晚奥陶世，可能为一连续演化的岩浆活动过程。

4.2 Lu-Hf同位素组成

锆石Hf同位素分析结果见表 2。锆石¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf值范围分别为0.020 490~0.037 976(平均值0.027 749)和0.000 545~0.000 958(平均值0.000 724)，¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf值均小于0.002，表示锆石形成以后具有较低的放射性成因Hf的积累，因而所测的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值代表锆石结晶时Hf同位素的组成特征^[50]。锆石的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值(0.282 601~0.282 693，平均值0.282 650)相对比较集中，f_Lu/Hf平均值为-0.98，明显小于硅铝质地壳f_Lu/Hf =-0.72^[51]和镁铁质地壳f_Lu/Hf =-0.34^[52]，所以二阶段模式年龄能够更真实地反映其源区物质从亏损地幔抽取的时间(或源区物质在地壳平均存留时间)^[53]。两件石英闪长岩样品Hf同位素组成的参数相近：ε_Hf(t)值为3.9~7.0；单阶段Hf模式年龄(T_DM1)为791 ~919 Ma。(平均848 Ma)；两阶段Hf模式年龄(T_DM2)为991~1 191 Ma(平均1 083 Ma)。在Hf同位素特征图解(图 5)上，样品均落在了亏损地幔线与球粒陨石线之间。

表 2 新疆温泉地区早古生代闪长岩锆石Lu-Hf同位素分析结果 Table 2 Zircons Lu-Hf isotopic compositions of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area, Xinjiang

测点号	年龄/Ma	¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf	¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf	¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf	2σ	ε_Hf(0)	ε_Hf(t)	T_DM1/Ma	T_DM2/Ma	f_Lu/Hf
Hf-AX01	450.5	0.021 061	0.000 565	0.282 639	0.000 025	-4.7	5.1	858	1 107	-0.98
Hf-AX02	476.5	0.020 490	0.000 554	0.282 649	0.000 027	-4.3	6.0	844	1 069	-0.98
Hf-AX03	471.4	0.026 264	0.000 695	0.282 662	0.000 025	-3.9	6.3	830	1 047	-0.98
Hf-AX04	460.0	0.026 717	0.000 713	0.282 624	0.000 023	-5.2	4.7	883	1 139	-0.98
Hf-AX05	457.4	0.025 979	0.000 697	0.282 661	0.000 026	-3.9	5.9	831	1 057	-0.98
Hf-AX07	464.5	0.030 398	0.000 833	0.282 601	0.000 028	-6.1	3.9	919	1 191	-0.97
Hf-AX08	466.0	0.030 841	0.000 845	0.282 650	0.000 031	-4.3	5.7	851	1 080	-0.97
Hf-AX09	456.1	0.033 911	0.000 917	0.282 693	0.000 030	-2.8	7.0	791	991	-0.97
Hf-AX10	465.3	0.029 495	0.000 798	0.282 629	0.000 029	-5.1	4.9	879	1 127	-0.98
Hf-AM01	452.8	0.032 152	0.000 822	0.282 667	0.000 028	-3.7	6.0	825	1 048	-0.98
Hf-AM02	456.0	0.020 893	0.000 545	0.282 617	0.000 023	-5.5	4.4	889	1 153	-0.98
Hf-AM03	444.8	0.021 942	0.000 550	0.282 613	0.000 024	-5.6	4.0	895	1 170	-0.98
Hf-AM04	443.2	0.037 976	0.000 958	0.282 675	0.000 025	-3.4	6.0	817	1 039	-0.97
Hf-AM06	445.2	0.031 280	0.000 779	0.282 668	0.000 026	-3.7	5.9	823	1 049	-0.98
Hf-AM07	450.0	0.023 598	0.000 599	0.282 645	0.000 026	-4.5	5.2	851	1 095	-0.98
Hf-AM08	457.5	0.028 759	0.000 745	0.282 667	0.000 025	-3.7	6.1	824	1 044	-0.98
Hf-AM09	455.5	0.023 702	0.000 600	0.282 660	0.000 027	-4.0	5.9	831	1 059	-0.98
Hf-AM10	455.4	0.032 157	0.000 820	0.282 658	0.000 027	-4.0	5.7	839	1 068	-0.98
Hf-AM11	471.2	0.030 971	0.000 775	0.282 679	0.000 024	-3.3	6.8	807	1 009	-0.98
Hf-AM13	448.6	0.026 388	0.000 670	0.282 634	0.000 027	-4.9	4.8	869	1 124	-0.98
注：测点号Hf-AX01—Hf-AX10为牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩PM11-22-TW1；Hf-AM01—Hf-AM13为牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩D1073-TW1。

表选项

图 5 温泉地区早古生代闪长岩ε_Hf(t)-年龄关系图 Fig. 5 ε_Hf(t)-t diagram of the zircons from the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

4.3 地球化学特征

样品的地球化学测试结果列于表 3中。

表 3 新疆温泉地区早古生代闪长岩主量、微量分析结果 Table 3 Major and trace elements analyses of the Early Palaeozoic dioritc from Wenquan

样号编号	岩石类型	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	FE₂O₃	FeO	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	烧失量	总和	TFeO	Mg^#	A/CNK	A/NK	Na₂O/K₂O	σ	Is	Pb	Cr	Ni	Co	Rb	Cs	Sr	Ba	V	Nb	Ta	Zr	Hf	Ge	U	Th	Y	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	∑REE	LREE	HREE	LREE, HREE	(La/Yb)_N	δEu
PM11 -96- HQ2	片麻状粗中粒闪长岩	57.09	0.98	16.75	2.63	4.50	0.11	4.29	6.29	3.45	1.05	0.25	2.38	99.77	6.87	52.93	0.92	2.46	2.57	1.37	26.99	9.84	55.10	25.50	20.10	41.70	2.90	692.00	316.00	149.00	10.00	0.79	188.00	4.90	1.36	0.61	4.25	16.80	30.10	58.20	6.43	23.20	4.62	1.21	4.06	0.60	3.22	0.62	1.71	0.26	1.70	0.25	136.18	123.76	12.42	9.96	12.70	0.84
PM11 -102-HQ1		50.19	1.13	15.81	3.25	5.62	0.16	8.17	8.26	3.02	1.21	0.23	2.68	99.73	8.54	63.25	0.74	2.52	4.90	2.19	38.50	8.77	304.00	130.00	35.60	42.70	0.88	686.00	431.00	237.00	10.30	0.85	128.00	3.99	1.68	0.80	2.75	21.40	24.50	55.90	7.14	28.10	5.86	1.60	4.95	0.71	3.90	0.78	2.15	0.34	2.15	0.32	138.40	123.10	15.30	8.05	8.17	0.88
PM18-22-YQ1		50.38	1.04	16.58	2.59	6.25	0.15	6.97	9.45	3.50	0.76	0.28	1.80	99.75	8.58	59.38	0.70	2.52	4.18	2.25	34.73	7.27	153.00	44.80	28.70	34.20	0.97	760.00	179.00	278.00	8.72	0.69	107.00	3.20	1.72	0.70	1.76	21.80	20.20	46.60	6.30	26.90	6.76	1.53	5.06	0.75	4.13	0.80	2.20	0.34	2.19	0.34	124.10	108.29	15.81	6.85	6.62	0.77
PM18-22-YQ2		50.60	1.06	16.67	2.60	6.00	0.14	6.86	9.28	3.58	0.82	0.28	1.93	99.82	8.34	59.69	0.70	2.46	4.12	2.33	34.54	6.91	146.00	43.50	28.20	25.40	0.98	789.00	198.00	267.00	7.68	0.57	99.60	2.88	1.77	0.55	1.84	22.80	20.20	45.80	6.20	26.00	5.52	1.44	5.00	0.72	4.03	0.81	2.22	0.32	2.06	0.31	120.63	105.16	15.47	6.80	7.03	0.82
PM18-63-YQ1	夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩	52.76	1.09	15.35	2.12	6.85	0.18	6.95	7.72	1.99	1.75	0.16	2.86	99.78	8.76	58.82	0.80	2.97	4.17	1.31	35.35	7.75	60.30	9.28	25.80	82.20	1.86	347.00	372.00	289.00	13.40	0.96	116.00	3.31	1.73	0.77	3.36	34.90	27.40	64.00	8.47	33.70	6.94	1.48	6.37	1.00	6.07	1.24	3.57	0.54	3.51	0.54	161.83	141.99	22.84	6.22	5.60	0.67
PM18-63-YQ2		52.94	0.93	15.98	1.91	6.30	0.17	6.42	7.67	2.46	2.12	0.13	2.74	99.77	8.02	59.03	0.79	2.52	3.85	1.94	33.42	9.58	55.20	7.38	22.60	90.40	1.86	360.00	441.00	254.00	12.10	0.85	111.00	3.18	1.75	0.67	2.27	32.30	22.10	55.30	7.42	30.50	6.62	1.42	6.05	0.99	5.83	1.20	3.39	0.52	3.30	0.50	145.14	123.36	21.78	5.66	4.80	0.67
PM18-63-YQ3		52.14	1.07	15.36	2.08	7.05	0.18	7.27	7.87	2.07	1.74	0.14	2.79	99.76	8.92	59.46	0.78	2.90	4.36	1.44	35.97	7.79	61.50	8.97	27.20	74.40	1.77	356.00	360.00	288.00	13.20	0.93	103.00	3.15	1.96	0.75	2.60	36.70	25.70	64.00	8.54	34.40	7.34	1.58	6.87	1.12	6.73	1.38	3.90	0.61	4.05	0.60	166.82	141.56	25.26	5.60	4.55	0.67
PM11-22-HQ1	牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩	59.39	0.94	17.04	2.54	3.62	0.12	2.63	6.05	3.92	1.94	0.29	1.30	99.78	5.91	44.49	0.87	1.99	1.58	2.05	17.98	17.60	18.10	13.00	14.30	60.00	0.98	782.00	1 050.00	108.00	15.80	1.45	218.00	5.97	1.27	2.87	13.70	19.40	42.50	88.20	9.87	35.90	6.11	1.95	5.34	0.82	4.16	0.80	2.19	0.34	2.09	0.34	200.61	184.53	16.08	11.48	14.59	1.02
PM11-22-HQ2		58.96	1.00	16.99	2.65	3.70	0.12	2.69	6.04	3.89	2.00	0.30	1.42	99.76	6.08	44.31	0.87	1.98	1.61	2.12	18.05	17.90	18.10	9.29	15.10	36.70	0.92	761.00	1 020.00	112.00	16.40	1.32	215.00	6.00	1.23	2.86	14.60	19.30	45.30	87.50	9.88	34.20	6.10	2.02	5.48	0.84	4.26	0.82	2.26	0.35	2.23	0.33	201.57	185.00	16.57	11.16	14.57	1.05
PM11-22-HQ3		59.89	0.93	16.74	2.42	3.55	0.12	2.55	5.58	3.62	2.21	0.28	1.90	99.79	5.73	44.49	0.90	2.00	1.53	1.96	17.79	20.60	17.50	8.92	13.50	36.70	1.99	678.00	408.00	105.00	17.60	1.44	207.00	5.89	1.28	2.94	14.70	18.90	44.40	80.90	9.36	33.90	5.65	1.85	5.13	0.85	4.36	0.84	2.36	0.36	2.21	0.35	192.52	176.06	16.46	10.70	l4.4l	1.03
PM11-22-HQ4		61.91	0.84	16.40	2.04	3.12	0.10	2.36	3.94	4.32	2.74	0.24	1.77	99.78	4.96	46.15	0.95	1.63	1.42	2.58	16.19	19.90	18.40	9.08	12.40	81.40	2.03	648.00	1 240.00	83.80	16.80	1.32	214.00	5.76	1.34	3.16	16.00	17.40	46.20	81.80	9.37	33.10	5.42	1.90	4.73	0.74	3.54	0.68	1.78	0.26	1.65	0.26	191.43	177.79	13.64	13.03	20.08	1.12
D1073-YQ1		61.70	1.00	16.06	1.89	3.18	0.09	2.75	4.96	3.69	2.73	0.27	1.46	99.78	4.88	50.35	0.89	1.78	1.65	2.16	19.31	20.10	45.80	23.90	14.40	99.80	4.00	960.00	1 020.00	104.00	17.80	1.26	208.00	5.57	1.28	3.09	15.80	25.70	55.20	106.00	12.10	42.10	7.84	1.94	6.37	0.92	5.12	1.00	2.78	0.42	2.68	0.41	244.88	225.18	19.70	11.43	14.77	0.81
D1073-YQ2		60.24	1.04	16.72	2.11	3.20	0.09	3.05	4.88	4.07	2.65	0.29	1.43	99.77	5.10	51.85	0.91	1.75	1.83	2.56	20.23	19.60	52.00	29.00	15.80	93.10	2.36	1 120.00	1 010.00	114.00	18.00	1.24	198.00	5.22	1.38	3.07	13.70	20.90	55.90	104.00	11.30	40.80	6.86	2.15	5.53	0.83	4.31	0.85	2.26	0.33	2.01	0.31	237.44	221.01	16.43	13.45	19.95	1.03
D1073-YQ3		60.06	1.06	16.36	2.06	3.38	0.10	3.14	4.80	3.95	2.89	0.30	1.68	99.78	5.23	51.92	0.89	1.70	1.88	2.68	20.36	18.20	53.00	20.70	15.90	84.90	3.05	995.00	1 100.00	115.00	17.70	1.17	186.00	4.97	1.31	3.05	14.30	20.10	57.70	102.00	11.30	40.20	6.72	2.05	5.45	0.83	4.13	0.79	2.16	0.33	2.05	0.31	236.02	219.97	16.05	13.71	20.19	1.00
D1073-YQ4		60.36	1.01	16.57	1.96	3.20	0.09	2.96	4.65	4.05	3.01	0.28	1.64	99.78	4.96	51.77	0.90	1.67	1.78	2.81	19.50	18.20	49.50	23.40	15.50	98.10	3.58	1 080.00	1 270.00	109.00	17.10	1.14	192.00	5.06	1.35	3.12	13.20	19.80	56.00	101.00	10.90	39.30	6.60	2.13	5.29	0.79	3.89	0.76	2.12	0.30	1.90	0.29	231.27	215.93	15.34	14.08	21.14	1.07
注：主量元索质量分数单位为%；微量元素质量分数单位为10^-6。

表选项

4.3.1 主量元素

片麻状粗中粒闪长岩样品SiO₂质量分数(50.19%~57.09%，平均52.07%)相对较低；夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩样品SiO₂质量分数(52.14%~52.94%，平均52.61%)与之相近；牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩SiO₂质量分数(58.96%~61.91%，平均60.31%)相对较高；在TAS图解(图略)中，样品均位于亚碱性区域，落入闪长岩和辉长闪长岩区，与野外定名及镜下鉴定基本一致。在w(K₂O)-w(SiO₂)图解^[54](图 6a)上，除了片麻状粗中粒闪长岩部分样品落在了钙碱性区域外，其他样品都落在了高钾钙碱性区域。样品的TiO₂质量分数(0.84%~1.13%，平均1.01%)较低，MgO质量分数(2.36%~8.17%，平均4.60%)、CaO质量分数(3.94%~9.45%，平均6.50%)和全碱质量分数(3.74%~7.06%，平均5.41%)相对较高，并具有高的Na₂O/K₂O值(1.42~4.90，平均2.76)，低的A/CNK值(0.70~0.95，平均0.84)，属于准铝质岩石^[55](图 6b)。

a. w(K₂O)-w(SiO₂)图解；b. A/NK-A/CNK图解。a.底图据文献[54]；b.底图据文献[55]。图例下同。图 6 温泉地区早古生代闪长岩地球化学图解 Fig. 6 Geochemical diagrams of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

4.3.2 微量元素

在原始地幔标准化微量元素配分曲线^[56](图 7a)中，不同闪长岩样品虽存在一定差异，但整体上显示了较为一致的分布模式：富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Sr等)和Th、U元素；亏损高场强元素(Ta、Nb、Ti、P等)，Zr、Hf仅在部分样品中表现微弱的负异常。

原始地幔和球粒陨石数据据文献[56]。图 7 温泉地区闪长岩原始地幔标准化微量元素蜘蛛图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分图(b) Fig. 7 Primitive mantle-normalized trace element spiders(a) and chondrite-normalilzed REE pattern(b) of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

4.3.3 稀土元素

在球粒陨石标准化稀土元素配分曲线^[56](图 7b)上，样品总体表现出轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的“左高右低”右倾配分模式，显示弱的负Eu异常(δEu=0.67~1.12，平均值0.90)，较为相似的变化趋势暗示可能为同一岩浆来源。

5 讨论 5.1 分离结晶作用

闪长岩样品的固结指数(I_s，变化于16.19~38.50之间)随着SiO₂质量分数的增加(即MgO质量分数减少)而逐渐降低，暗示岩浆演化过程中经历了一定的分离结晶作用。样品的Mg^#值(44.31~63.25，平均值为53.26)、Ni质量分数(7.38×10^-6~130.00×10^-6，平均值为27.11×10^-6)、Cr质量分数(17.50×10^-6~304.00×10^-6，平均值为73.83×10^-6)变化范围较大，同样说明了上述观点。

Ni和Co属于相容元素，岩浆结晶早期这些元素极易进入橄榄石中，MgO、TFeO、Ni、Co等在Harker图中随着SiO₂质量分数增加而降低(图 8a、b、c、d)，可能发生了橄榄石的分离结晶^[57]；CaO、Cr、V质量分数和CaO/Al₂O₃值随着SiO₂质量分数增加而减小(图 8e、f、g、h)，CaO质量分数和CaO/Al₂O₃值呈明显正相关性(图略)，表明可能发生了单斜辉石的分离结晶^[58-60]；通常情况下，角闪石分离结晶作用会导致残余岩浆Sr质量分数增加，而V质量分数减少^[61]，在Harker图解中出现相似的变化规律：当SiO₂质量分数大于53%时，SiO₂质量分数与Sr质量分数呈正相关(图 8i)，而与V质量分数呈负相关。上述特征表明，岩浆在形成过程中，主要发生了橄榄石、单斜辉石、角闪石(SiO₂质量分数大于53%情况下)的分离结晶。镜下并未观察到橄榄石、辉石等矿物，可能由于它们的分离结晶发生在深部岩浆房内，随着残余岩浆不断上升，在重力分离作用^[62]下，早结晶的橄榄石、辉石等矿物因其与岩浆的密度差而下沉到岩浆房底部，残余岩浆继续上升，并不断发生角闪石等矿物分离结晶，于是在大陆地壳上部形成以角闪石等为主要暗色矿物组成的闪长岩。研究表明，岩浆演化和上涌就位时，分离结晶和同化混染通常会相伴发生^[63-65]。同化混染的结果是融化围岩及捕虏体，或与其发生反应，从而使岩浆成分发生变化。

图 8 温泉地区早古生代闪长岩哈克图解 Fig. 8 Major and trace elements Harker diagram of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

5.2 同化混染作用

前文已述，区内部分奥陶纪花岗岩类(闪长岩、二长花岗岩、花岗闪长岩和含白云母英云闪长岩等)中含有一些斜长角闪岩和云母石英片岩等温泉岩群变质岩系的残留物，二者接触部位同化混染明显(图 2c)。少数奥陶纪侵入岩(如蒙克沟二长花岗岩、伊力比斯提钾长花岗岩以及含白云母英云闪长岩)中的锆石多具核幔结构，核部发育继承锆石，形成时代大多集中在0.9 Ga左右(项目组未发表数据)。

研究表明，在岩浆部分熔融和分离结晶过程中，总分配系数相同或相近元素的比值不受影响^[66]，通过分析对同化混染作用敏感的元素比值(如Ce/Yb、Ce/Pb、La/Yb等)间的协变关系^[67-68]，可以很好地判别同化混染的发生程度。样品在La/Yb-Ce/Yb和Ce/Yb-Eu/Yb图解中呈线性相关(图 9a、b)，表明壳幔混合地球化学特征。而Nb/Ce-Nb/U和Zr/Nb-Th/Nb元素比值不具相关性(图略)，暗示总体混染程度可能并不高。闪长岩La/Sm值变化于2.99~8.59之间(平均值5.95)，表明样品受到不同程度地壳物质混染(La/Sm值大于5^[69])。(Th/Ta)_PM-(La/Nb)_PM图解^[70](图 9c)显示，岩浆可能在最终侵位到上地壳后遭受了壳源物质的混染。但Zr/Hf值(32.08~38.07，平均值35.76)接近于原始地幔相应值(37)^[71^]，明显高于大陆地壳相应值(33)^[71]，Mg^#值(44.31~63.25)也略高，显示岩浆在侵位过程中陆壳物质的混染可能是有限的。须说明的是，样品的Nb/La值(0.31~0.55，平均值为0.39)明显低于原始地幔、平均下地壳和平均地壳相应值(1.04、0.69、0.4)^[71]，即使将岩浆原有成分全部置换为地壳物质，也很难实现区内样品现有的Nb/La值，所以样品中高场强元素能够很好地反映源区特征^[72]。

a.底图据文献[67]；b.底图据文献[68]；c.底图据文献[70]。图 9 温泉地区早古生代闪长岩La/Yb-Ce/Yb(a)、Ce/Yb-Eu/Yb(b)和(Th/Ta)_PM-(La/Nb)_PM(c)图解 Fig. 9 La/Yb-Ce/Yb(a), Ce/Yb-Eu/Yb(b)and (Th/Ta)_PM-(La/Nb)_PM(c) diagrams of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

5.3 岩浆源区性质

锆石Hf具有良好的稳定性，是目前探讨地壳演化和示踪岩石源区的重要工具^[52]。区内闪长岩锆石ε_Hf(t)值变化幅度高达近10个单位(-0.1~9.0)(部分数值为项目组未发表数据)，表明锆石具有不均一的Hf同位素组成。锆石Hf同位素比值不会随着分离结晶或部分熔融发生改变，Hf同位素的不均一性很可能表明具有相对较少放射性成因Hf的壳源和更具放射性成因Hf的幔源两个端元之间的相互作用^[73]。另外，负的ε_Hf(t)值通常表明源区成分以地壳物质占主导或来源于富集地幔；而正的ε_Hf(t)值一般说明源区为亏损地幔，锆石母岩浆如果直接源于未受任何影响的亏损地幔，锆石结晶年龄应该与锆石Hf的模式年龄相近^[72]。石英闪长岩样品两阶段Hf模式年龄(T_DM2)平均为1 059 Ma，与岩石U-Pb年龄((455.4±5.0)、(467.7±5.4)Ma)相差甚远，暗示源区遭受了地壳物质的混染或加入了富集的岩石圈地幔^{[72, 74]}。

样品在原始地幔标准化微量元素配分模式图上，具有显著的“Ta-Nb”槽，可能与地壳混染有关，也可能是源区受到了与俯冲相关熔体/流体的改造^[75-77]。通常情况下，Nb/U值一般很难因部分熔融程度或岩浆分离结晶作用而改变，样品偏低的Nb/U值(5.32~18.06)明显低于下地壳的估算值(Nb/U≈25^[78])，表明其源区可能为遭受了俯冲板片析出流体(Nb/U值约为0.22^[79])交代作用的影响。另外，Ce/Pb具有相同的总分配系数，在部分熔融和岩浆分异过程中，Ce/Pb值也不会发生改变^[80]，典型地幔、地壳和俯冲板片来源流体的Ce/Pb值分别为25^[66]、4.12^[71]、小于0.1^[81]，样品相对较低的Ce/Pb值(3.98~8.26，平均值5.82，小于20)可以说明有俯冲板片流体加入到地幔中^[82]。上述分析表明，仅仅通过地幔端元和地壳的同化混染作用是很难得到让人信服的解释。另外，Th/Yb-Nb/Yb图解^[83]中，样品所有投点均偏离MORB-OIB演化线(图 10a)，表明源区明显受到俯冲组分的影响^[83]。

a.底图据参考文献[83]；b.底图据参考文献[88]；c.底图据参考文献[89]。图 10 温泉地区早古生代闪长岩Th/Yb-Nb/Yb(a)，Th/Yb-Sr/Nd(b)和Ba/Th-Th/Nb (c)图解 Fig. 10 Th/Yb-Nb/Yb(a), Th/Yb-Sr/Nd(b) and Ba/Th-Th/Nb (c) diagrams of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

对区内闪长岩样品进行锆石饱和温度计算(计算过程见文献[84-85])表明，片麻状粗中粒闪长岩和夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩形成温度为649~758 ℃(平均688 ℃)；牙马特南山一带片麻状细粒石英闪长岩形成温度为758~783 ℃(平均768 ℃)，均低于800 ℃，属于低温岩类^[86]，说明其形成可能与流体加入有关^[87]。样品的矿物组成主要为长石、角闪石等，石英体积分数相对较低，角闪石等含水矿物的出现，也表明源区是富水的。流体是来自于俯冲(洋底)沉积物还是俯冲板片？

岩浆中俯冲(洋底)沉积物和板片来源的流体加入可以通过Th质量分数为Th/Ce、Th/Yb、Sr/Nd和Sr/Th的比值进行识别^[88-89]，一般沉积物加入的岩浆具有高Th、Ce和Th/Yb值，而板片流体参与的岩浆则具有高Sr特点，Th/Yb-Sr/Nd图解^[88](图 10b)中可以看出，闪长岩样品主要表现出板片流体俯冲交代趋势。另外，样品Th/Nb值(0.19~0.95，平均值0.57)较为稳定，而Ba/Th变化范围较大(27.76~194.27，平均值96.47，图 10c^[89])，显示有大量含水流体进入地幔源区^[90-91]。板片中的流体可能来自于蚀变洋壳形成的蛇纹石、绿泥石等含水矿物层中挤出或者因含水矿物发生脱水反应而析出^[88]。

综合上述分析，区内奥陶纪闪长岩的岩浆源区主要为亏损地幔，可能有富集岩石圈地幔组分的加入，这种富集岩石圈地幔可能是Rodinia超大陆于新元古代聚合^{[37-38, 40]}时洋壳俯冲过程中流体交代形成的。岩浆演化过程中同时经历分离结晶和地壳物质的混染作用。

5.4 构造环境

前人^{[1-14, 20, 23, 30, 34, 40]}资料表明，Rodinna超大陆解体后，研究区进入古生代古亚洲洋演化阶段。位于研究区北侧的西准噶尔早古生代唐巴勒蛇绿混杂岩带，作为奥陶纪的古海沟和俯冲带标志，是准噶尔洋壳向伊犁地块(泛塔里木地块的一部分)之下俯冲的产物^[27-28]，其极有可能记录了准噶尔—吐哈陆块和伊犁地块增生拼合过程，拼合时限不晚于早志留世^[34]。肖序常等^[30]认为，唐巴勒、玛依拉山一带蛇绿岩，是加里东期洋盆沿着伊犁地块北缘向南消减的残留、增生体，根据唐巴勒蛇绿岩中斜长花岗岩年龄((508±20)Ma)和硅质岩中产出的早奥陶世放射虫化石，推测唐巴勒蛇绿岩形成于晚寒武世，并指出其所在位置存在一个慢速扩张的小型洋盆，蓝片岩的发现，暗示这一洋盆曾发生过俯冲、聚敛，洋盆闭合时间应在早志留世之前，可能是中、晚奥陶世。张立飞^[31]推测唐巴勒蛇绿岩可能形成于哈萨克斯坦板块向泛塔里木板块俯冲过程。舒良树等^[32]同样认为，介于吐哈陆块和塔里木大陆之间的洋壳从晚寒武世或早奥陶世开始沿着现在的伊犁—中天山北缘带向南俯冲。蛇绿岩产于板块扩张脊，其形成时代对重建古洋盆具有重要意义。关于唐巴勒蛇绿岩的年龄，其他学者也进行了报道：黄萱等^[36]获得蛇绿岩全岩Sm-Nd等时线年龄为(477±56)Ma；张弛等^[35]曾获得(489±53)Ma的年龄值。前人资料表明，准噶尔洋至少于晚寒武世已经开始向南俯冲，伊犁地块北缘早古生代处于洋陆俯冲环境已被多数学者认可。

前文已述，区内奥陶纪闪长岩微量元素富集轻稀土和Rb、Sr、K等大离子亲石元素，亏损重稀土和Nb、Ta、Ti、P等高场强元素，具有岛弧岩浆岩特征。在w(Ta)-w(Yb)构造判别图解^[92](图 11a)中，样品均落于火山弧花岗岩区域；在3Zr-50Nb-Ce/P₂O₅图解^[93](图 11b)上，样品均落在了大陆弧区域。Th在弧环境中表现出较强的活动性^[94]，Th质量分数的增加与Ta质量分数密切相关^[95]，从大洋岛弧到活动大陆边缘，再到板内火山岩带，随着弧成分增加，Th元素呈富集趋势，因而可以用不相容元素Th和Ta的比值对其加以辨别^[96]。在Th/Yb-Ta/Yb判别图解^[96](图 11c)上，多数样品落在了活动大陆边缘区域。另外，样品的La/Nb值(平均值2.64)具有活动大陆边缘弧高La/Nb特征(大于2)^[97]。野外露头显示，早古生代花岗岩类在区内呈带状产出，也与俯冲类型侵入岩分布特征相似。

a. w(Ta)-w(Yb)图解，底图据参考文献[92]；b. 3Zr-50Nb-Ce/P₂O₅，底图据参考文献[93]；c. Th/Yb-Ta/Yb图解，底图据参考文献[96]。VAG.火山弧花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；PAP.后碰撞弧；CAP.大陆弧；WPB.板内玄武岩；ACM.活动大陆边缘；MORB.洋中脊玄武岩；Oceanic arcs.大洋弧；WPVZ.板内火山岩带。图 11 温泉地区早古生代闪长岩构造环境判别图 Fig. 11 Tectonic discrmiating diagram of the Early Palaeozoic diorite from Wenquan area

图选项

上述分析表明，区内奥陶纪闪长岩为洋-陆俯冲背景下活动大陆边缘弧岩浆作用的产物，与前人认为的伊犁地块北缘早古生代处于活动大陆边缘弧环境观点吻合^{[33, 37, 39]}。另外，在唐巴勒缝合带及其以北地区附近普遍发育早古生代岛弧岩浆岩^{[17, 24, 98]}，唐巴勒缝合带南边的博罗霍洛一带也存在与之有成因联系的古火山弧^[27]。结合本次获得的闪长岩年龄，说明在467.7~455.4 Ma之间，准噶尔洋仍持续向伊犁地块下部俯冲。那么俯冲何时结束的呢？

区域变质作用研究表明，早古生代晚期洋壳俯冲变质变形作用表现为挤压与伸展作用并存。挤压作用以文中提到的奥陶纪大量发育的中、酸性弧岩浆活动为代表，作为该期构造旋回结尾出现的大量中基性岩墙群，其形成年龄为(443.4±6.3)Ma(项目组内部未发表数据)，表明洋壳俯冲作用在奥陶纪晚期—志留纪早期终止，构造应力从挤压转为伸展；另外，前寒武纪变质地层中广泛发育的固态流变构造群落同样说明了这一点。Wang等^[41]对温泉岩群斜长角山岩中的角闪石进行⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄分析，获得一组430~410 Ma的年龄值，可能也代表了该期构造活动的晚期年龄，属于加里东构造运动期。

综合前文分析，推测伊犁地块北缘早古生代构造演化大致过程为：该时期的伊犁地块可能与泛哈萨克斯坦板块中的多个古陆块之间被准噶尔—巴尔喀什洋(古亚洲洋分支)隔离^[24]，准噶尔洋于晚寒武世—早奥陶世开始持续向南俯冲^[99-101]，俯冲过程经历了整个奥陶纪，在伊犁地块北缘的温泉地区形成早古生代大陆型岛弧^{[37, 41]}；晚奥陶世—志留纪分布于古亚洲洋中部的准噶尔洋盆中的(早古生代)岛弧及各微陆块(准噶尔—吐哈陆块、伊犁地块、中天山地块群)增生^[102]拼合形成哈萨克斯坦—准噶尔早古生代大陆^{[34, 103]}。

6 结论

1) 锆石LA-ICP-MS测年结果表明，夏尔依西根片麻状中细粒石英闪长岩的成岩年龄为(457.1±3.9)Ma；牙马特南山一带片麻状石英闪长岩成岩年龄为(455.4±5.0)、(467.7±5.4)Ma，均形成于奥陶纪，为一连续的岩浆演化过程。

2) 岩石地球化学及Lu-Hf同位素分析显示，区内奥陶纪闪长岩的岩浆源区主要为亏损地幔，可能有早期大洋板片流体交代的富集岩石圈地幔组分的混入。岩浆演化过程中发生了分离结晶作用，地层残留体和继承锆石出现，说明受到了新元古代地壳物质的混染。

3) 结合区域构造演化，推测准噶尔洋在奥陶纪持续向伊犁地块北缘俯冲，洋盆最终于晚奥陶世—早志留世闭合。

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贾莹刚, 赵军, 蒋磊, 关力伟, 王小玄, 何亮

Jia Yinggang, Zhao Jun, Jiang Lei, Guan Liwei, Wang Xiaoxuan, He Liang

伊犁地块北缘早古生代构造属性:来自温泉地区闪长岩的证据

Early Paleozoic Tectonic Evolution of Northern Yili Block: Evidence from Diorite in Wenquan, Xinjiang

吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(4): 1015-1038

Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2019, 49(4): 1015-1038.

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收稿日期: 2018-01-18

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