尽管西天山大面积分布的侵入岩主要形成于晚古生代 (如：王宝瑜等，1994；陈毓川等，2008；薛云兴和朱永峰，2009；Han et al., 2010, 2011)，但元古代和早古生代的侵入岩不断地被识别出来 (朱志新等，2006；张成立等，2007；Yang et al., 2008；Gao et al., 2009；Qian et al., 2009；Zhang et al., 2010；Zhu，2011)。例如，新疆地矿局第二区调队2001年在恰西林场一带侵入岩中解体出中元古代侵入岩 (包括斜长片麻岩、英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、闪长岩)，在二长花岗岩中获得单颗粒锆石U-Pb年龄1096Ma。新疆地矿局第一地质大队在巴轮台片麻状英云闪长岩中获得锆石U-Pb年龄923Ma和927Ma。韩宝福等 (2004)在巴音布鲁克戈伦塔古什片麻状花岗岩中获得锆石U-Pb年龄421Ma，在拉尔墩达坂钾长花岗岩中获得锆石U-Pb年龄457Ma。在新源林场以东恰可布河南岸，朱志新等 (2006)从前人厘定的“石炭纪侵入岩”中识别出志留纪花岗岩 (锆石U-Pb年龄436Ma)，该岩体侵入长城系特克斯群。在那拉提山前人划为石炭纪的花岗岩和花岗闪长岩中，龙灵利等 (2007)获得了478Ma的锆石U-Pb年龄。本文简要报道最近在特克斯县科桑溶洞地区厘定出的早奥陶世和新元古代花岗岩的锆石SHRIMP年代学特征，抛砖引玉，期待对西南天山早古生代地质演化研究的深入。

南天山洋向西张开，洋壳向北俯冲形成陆缘弧 (昭苏-特克斯-新源-巴仑台一带广泛出露晚古生代火山-沉积岩，Zhu et al., 2009)。西南天山超高压变质带所代表的南天山洋位于该岛弧火山岩带的南侧 (Zhang et al., 2003, 2007)。这套岛弧火山岩具有明显的时间-空间变化规律：自西向东逐渐变年轻 (Zhu et al., 2005, 2009；朱永峰等，2006)。在新源县城以南，泥盆纪花岗岩侵入到志留-前寒武纪地层中，并被晚石炭世晚期的沉积地层不整合覆盖 (朱志新等，2011)。对伊犁地块南缘出露的泥盆纪和志留纪中酸性侵入岩的研究表明，南天山洋壳从志留纪以来，一直向伊犁地块之下俯冲 (朱志新等，2006)。特克斯县城南屈拉克特勒克河流强烈切割，地质现象出露很好，沿河谷上游可以很好地观察地质单元之间的关系。我们在前期工作中报到了火山-沉积地层中火山熔岩的锆石年代学研究结果，科桑溶洞剖面上部流纹岩锆石的U-Pb年龄为356Ma，剖面下部英安岩锆石的U-Pb年龄为368Ma (朱永峰等, 2010, 样品位置见图 1b)。该地区广泛出露的花岗岩为海西期花岗岩，侵入到晚泥盆-早石炭世火山-沉积岩地层中。这种地质结构与西天山其他广大地区类似 (Zhu et al., 2005；Wang et al., 2007)。沿河谷零星出露的一些变质岩 (如斜长角闪岩) 被认为属于晚志留世的沉积变质岩地层单元，1︰20万昭苏幅地质图将其划归阿克牙子组。然而，我们对这些地质体开展研究后，发现他们主要由更古老的地质体 (新元古代、早奥陶世) 组成。本文简要描述这些古老岩石单元的基本特征，并报道花岗岩的锆石SHRIMP年代学研究结果。

图 1

Fig. 1

图 1 西天山及其西南部特克斯县科桑溶洞地区的地质-构造框架图和研究区地质剖面 (a)-西天山地质构造框架图，图中年代学数据代表火山熔岩年龄，详细说明见正文；(b)-科桑溶洞地区地质简图，所测剖面沿公路从A点到B点 (屈拉克特勒克河流上游)；(c)-科桑溶洞地区出露的变质岩、花岗岩 (新元古代、奥陶纪、石炭纪) 和晚泥盆-早石炭世火山-沉积岩，标明了锆石SHRIMP定年样品编号，火山岩年龄朱永峰等 (2010)，花岗岩年龄为本文数据 Fig. 1 The geologic-tectonic map of the western Tianshan Mountains and the Kesang Rongdong region with studied geological section (a)-the geologic-tectonic map of the western Tianshan Mountains; (b)-the simplified geological map of the Kesang Rongdong showing the section from A to B; (c)-the geologic section from A to B showing metamorphic rocks, granitic rocks and volcanic-sedimentary rocks in Kesang Rongdong with zircon SHRIMP sample numbers.U-Pb ages for dacite and rhyolite are based on Zhu et al.(2010).Ages for granite samples are described in this paper

斜长角闪岩和片麻状白云母花岗岩与其周围的火山-沉积岩地层呈断裂接触，斜长角闪岩与花岗岩的接触带不规则，显示花岗岩侵入斜长角闪岩的接触关系 (图 2a)。斜长角闪岩和片麻状白云母花岗岩均被块状肉红色花岗岩侵入 (图 2b)。块状花岗岩主要由长石和石英组成，其中基本不含云母和其他暗色矿物。斜长角闪岩主要由斜长石和普通角闪石组成，其中含少量榍石 (图 2c)。角闪石显示弱的定向排列，与片麻状白云母花岗岩的片理方向基本一致。尽管花岗岩的片麻理通过白云母定向分布显示出来，但白云母花岗岩的变形很弱。白云母花岗岩主要由石英、钠长石、钾长石和白云母组成 (图 2d)，其中含少量球粒状磷灰石、褐帘石和锆石。白云母中常见磷灰石包体。本文仅研究两类花岗岩：肉红色块状花岗岩和片麻状白云母花岗岩。

图 2

Fig. 2

图 2 显示不同花岗岩和斜长角闪岩接触关系和矿物组成的照片 (a)-科桑溶洞地区片麻状白云母花岗岩侵入斜长角闪岩中；(b)-肉红色块状花岗岩侵入斜长角闪岩；(c)-斜长角闪岩的显微照片，单偏光；(d)-白云母花岗岩的显微照片 (二级干涉色的片状矿物为白云母)，正交偏光.Hb-普通角闪石；Pl-斜长石；Tit-榍石 Fig. 2 Photos showing the relations between amphibolite and granite and the mineral compositions of these different rocks (a)-the gneissic muscovite granite intruded into amphibolite; (b)-massive granite intruded into amphibolite; (c)-microphotographs of amphibolite, plane polarized light; (d)-microphotographs of gneissic muscovite granite, crossed polarized light.Hb-hornblende; Pl-plagioclase; Tit-titanite

在科桑溶洞北测可以识别出三类花岗岩：片麻状白云母花岗岩、肉红色块状花岗岩、以及侵入到晚泥盆-早石炭世火山-沉积岩中的海西期花岗岩 (本文不研究海西期花岗岩)。从片麻状白云母花岗岩和肉红色块状花岗岩中分选出锆石，进行SHRIMP年代学研究。锆石SHRIMP测定在北京离子探针中心完成。片麻状白云母花岗岩的锆石编号为07TS72，肉红色块状花岗岩中分选的锆石编号为07TS71(采样位置见图 1c)。测定结果列在表 1，并分别表示在图 3和图 4。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 科桑溶洞两类花岗岩的锆石SHRIMP测定结果 Table 1 SHRIMP data for granitic samples from the Kesang Rongdong region 测点号 206Pbc (%) U (×10-6) Th (×10-6) Th/U 206Pb* (×10-6) 206Pb/238U Age (Ma) Error (Ma) Dis.% Total 238U/206Pb ±% Total 207Pb/206Pb ±% 238U/ 206Pb* ±% 207Pb*/ 206Pb* ±% 207Pb*/ 238U ±% 206Pb*/ 238U ±% Err corr 07TS72 -1.1 - 928 154 0.17 98.3 750.0 8.6 -2 8.106 1.2 0.06365 0.56 8.105 1.2 0.06381 0.56 1.086 1.3 0.1234 1.2 0.907 -2.1 0.01 619 81 0.14 72.3 821.4 9.4 11 7.358 1.2 0.06989 0.82 7.359 1.2 0.06983 0.91 1.308 1.5 0.1359 1.2 0.802 -3.1 - 798 160 0.21 86.0 761.6 8.7 -1 7.977 1.2 0.06413 0.64 7.975 1.2 0.06434 0.67 1.113 1.4 0.1254 1.2 0.875 -4.1 1.6 352 69 0.20 32.0 638.5 9.9 9 9.450 1.5 0.07580 8.0 9.600 1.6 0.06270 12 0.900 13 0.1041 1.6 0.129 -5.1 0.04 527 63 0.12 54.9 736.6 8.5 1 8.260 1.2 0.06448 0.76 8.260 1.2 0.06415 0.85 1.071 1.5 0.1211 1.2 0.821 -6.1 0.16 443 58 0.14 46.9 748.7 8.7 -6 8.110 1.2 0.06425 0.78 8.120 1.2 0.06297 1.1 1.069 1.6 0.1232 1.2 0.761 -7.1 0.02 326 88 0.28 34.8 754.1 9.0 -6 8.060 1.3 0.06322 0.90 8.060 1.3 0.06305 0.99 1.079 1.6 0.1241 1.3 0.787 -8.1 0.09 513 96 0.19 55.3 761.9 8.8 -4 7.964 1.2 0.06444 0.73 7.971 1.2 0.06373 0.82 1.102 1.5 0.1255 1.2 0.832 -9.1 - 1122 118 0.11 125 788.2 9.1 -1 7.691 1.2 0.06496 1.2 7.689 1.2 0.06513 1.2 1.168 1.7 0.1300 1.2 0.704 -10.1 - 503 102 0.21 53.1 747.1 8.7 3 8.140 1.2 0.06455 0.78 8.138 1.2 0.06486 0.82 1.099 1.5 0.1229 1.2 0.833 -11.1 - 411 128 0.32 42.8 739.3 8.7 5 8.240 1.2 0.06437 0.83 8.230 1.2 0.06505 0.94 1.090 1.6 0.1215 1.2 0.797 -12.1 0.04 374 63 0.17 40.1 756.6 8.9 -2 8.030 1.2 0.06444 0.83 8.030 1.2 0.06410 0.99 1.101 1.6 0.1245 1.2 0.784 -13.1 0.05 492 61 0.13 52.5 754.8 8.8 -4 8.046 1.2 0.06395 0.73 8.050 1.2 0.06351 0.86 1.088 1.5 0.1242 1.2 0.819 -14.1 - 450 92 0.21 48.1 757.1 8.8 -1 8.026 1.2 0.06416 0.77 8.025 1.2 0.06431 0.78 1.105 1.5 0.1246 1.2 0.846 -15.1 0.04 272 58 0.22 29.4 762.6 9.1 -6 7.960 1.3 0.06372 0.99 7.960 1.3 0.06336 1.2 1.097 1.7 0.1256 1.3 0.731 07TS71 -1.1 0.04 1120 1000 0.92 75.2 485.1 5.6 -1 12.79 1.2 0.05708 0.65 12.79 1.2 0.05672 0.81 0.6112 1.4 0.07816 1.2 0.828 -2.1 0.51 993 890 0.93 66.3 480.1 5.6 10 12.87 1.2 0.06218 0.68 12.93 1.2 0.05807 1.6 0.6190 2.0 0.07733 1.2 0.608 -3.1 0.19 438 82 0.19 46.5 750.0 8.8 -2 8.09 1.2 0.06546 0.79 8.110 1.2 0.06388 1.3 1.087 1.8 0.1234 1.2 0.698 -4.1 - 1234 316 0.27 82.7 484.5 5.6 4 12.81 1.2 0.05726 0.62 12.81 1.2 0.05727 0.62 0.6164 1.4 0.07806 1.2 0.888 -5.1 0.04 862 460 0.55 56.4 472.6 5.6 4 13.14 1.2 0.05743 0.76 13.15 1.2 0.05707 1.0 0.5986 1.6 0.07607 1.2 0.760 -6.1 - 983 648 0.68 66.1 485.9 5.6 4 12.77 1.2 0.05737 0.69 12.77 1.2 0.05742 0.69 0.6198 1.4 0.07829 1.2 0.867 -7.1 - 700 369 0.54 46.8 483.2 5.7 3 12.86 1.2 0.05655 0.85 12.85 1.2 0.05712 1.0 0.6131 1.6 0.07784 1.2 0.764 -8.1 - 521 140 0.28 63.2 1061** 37** 20 7.087 1.2 0.07440 1.8 7.084 1.2 0.07470 1.8 1.454 2.2 0.1412 1.2 0.555 -8.2 0.05 166 82 0.51 9.58 419.5 5.7 9 14.86 1.4 0.05670 1.9 14.87 1.4 0.05620 2.3 0.5210 2.7 0.06724 1.4 0.524 -9.1 0.11 260 46 0.18 57.2 1477** 17** 0 3.90 1.3 0.09345 0.68 3.905 1.3 0.09250 0.92 3.265 1.6 0.2561 1.3 0.822 -10.1 0.06 647 250 0.40 42.4 473.1 7.3 1 13.12 1.6 0.05722 1.0 13.13 1.6 0.05670 1.3 0.5950 2.1 0.0762 1.6 0.782 -11.1 0.48 439 193 0.45 28.5 467.3 6.0 -10 13.24 1.3 0.05920 1.2 13.30 1.3 0.05530 2.5 0.5730 2.8 0.07519 1.3 0.465 注：* * mean 206Pb/207Pb ages.Errors are 1-sigma；Pbc and Pb* indicate the common and radiogenic portions，respectively；common Pb corrected using measured 204Pb

表 1 科桑溶洞两类花岗岩的锆石SHRIMP测定结果 Table 1 SHRIMP data for granitic samples from the Kesang Rongdong region

图 3

Fig. 3

图 3 片麻状白云母花岗岩 (样品07TS72) 中锆石的CL图像 (a、b) 和SHRIMP定年结果 (c、d) R-热液锆石边；M-岩浆锆石幔；C-碎屑锆石核 Fig. 3 The cathodoluminescence (CL) images of zircons from gneissic muscovite granite sample 07TS72(a, b) and SHRIMP dating results (c, d) R-hydrothermal zircon rim; M-igneous zircon mantle; C-detrtal zircon core

图 4

Fig. 4

图 4 肉红色块状花岗岩 (样品07TS71) 中锆石的CL图像 (a、b) 和SHRIMP定年结果 (c、d) Fig. 4 The cathodoluminescence (CL) images of zircons from massive granite sample 07TS71(a, b) and SHRIMP dating results (c, d)

对于样品07TS72(片麻状白云母花岗岩)，阴极发光 (CL图像) 表明，几乎所有锆石具有窄的边、宽的幔和不规则的核 (见图 3a，b)，且锆石的边与幔的接触边界不规则，显示一种溶蚀再生长关系 (类似热液交代过程)，这种情况类似天格尔花岗岩中的锆石 (Zhu，2011)，表明样品07TS72中的锆石均经历了溶蚀再生长过程，形成了热液锆石边。这种热液锆石边不具阴极发光特征而区别于典型的变质锆石。在SHRIMP测试过程中，如果测点被这种热液锆石混染，必然会获得年轻的U-Pb年龄，例如，测点-4.1就是属于这种情况 (见图 3b)，其年龄638.5±9.9Ma明显比其他14个测点的U-Pb年龄小。相反，如果在测试过程中，测点被碎屑锆石混染，则必然得到相对较老的年龄，例如测点-2.1和-9.1(相应U-Pb年龄分别为821.4±9.4Ma和788.2±9.1Ma，见表 1)。剔除上述三个测点，12个测点的加权平均年龄为752.3±5.1Ma，MSWD=0.95，图 3d)。此年龄是片麻状白云母花岗岩中岩浆型锆石幔的平均年龄，代表岩体的结晶年龄。这个数据表明，该地区存在新元古代花岗岩浆侵位事件。

与07TS72不同，样品07TS71(肉红色块状花岗岩) 的绝大多数锆石中没有观察到连续的热液锆石边，CL图象显示，多数锆石的边具有弱的阴极发光特征和岩浆环带 (见图 4a)。个别自形锆石晶体具有热液锆石边 (见图 4b)，其SHRIMP表观年龄明显偏低 (测点-8.2的U-Pb年龄为419.5±5.7Ma，明显低于其他10个测点，表 1，图 4c)。测点-11.1的表观年龄为467.3±6.0Ma，低于大多数测点，这可能受到窄且不连续的热液锆石边的干扰。锆石核 (碎屑锆石) 具有显著老的U-Pb年龄 (测点-8.1和-9.1分别为1061±37Ma和1477±17Ma，见表 1)。剔除上述四个测点，针对岩浆锆石边的7个测点加权平均年龄为481.1±4.4Ma (MSWD=0.88，见图 4d)。此年龄是肉红色块状花岗岩中岩浆锆石的平均年龄，代表岩浆的结晶时间。

伊犁-中天山地块是一个古老的大陆块体 (主体在哈萨克斯坦境内)，对该地块在新疆的延伸范围存在一定争议，一些学者认为伊犁-中天山地块在新疆境内出露范围很有限，向东迅速变窄和尖灭。尽管在新疆西天山存在长城系等元古宙沉积地层，但没有识别出规模较大的前寒武纪岩浆岩单元。西天山分布最广大的地层单元是晚古生代火山-沉积岩 (尤其是晚泥盆-石炭纪的火山沉积盆地)。这些火山沉积盆地中，中酸性熔岩的岩浆锆石U-Pb年龄主要为380~320Ma，并在其中检测到大量元古宙甚至新太古宙碎屑锆石 (朱永峰等，2006；Zhu et al., 2009)。西天山晚古生代火山喷发历史漫长，火山喷发年龄自西向东差异很大，西段火山喷发主要在中晚泥盆世 (>386Ma，安芳和朱永峰，2008) 甚至在晚志留世 (蒲晓菲等，2011)，早石炭世的火山岩主要分布在西天山中段 (那拉提山一带)，并且向东逐渐尖灭，取而代之的是晚石炭世粗面质火山熔岩-火山碎屑岩。西天山晚古生代的火山活动记录着一个自西向东逐渐消失的火山岛链 (Zhu et al., 2009)。科桑溶洞地区位于西天山西段 (图 1a)，其北侧特克斯达坂玄武质安山岩的锆石U-Pb年龄为361Ma (Zhu et al., 2009)。科桑溶洞剖面下部英安岩中锆石的U-Pb年龄为368Ma (晚泥盆世)，剖面上部流纹岩相对比较年轻 (~356Ma，朱永峰等，2010)。

早古生代的地质记录不断积累，显示西天山广泛经历了加里东期地质事件。随着高精度年代学数据的积累，从大面积分布的海西期花岗岩中分离出一些早古生代花岗岩体。例如，位于巴仑台北部的天格尔花岗岩，曾经被认为是海西期岩浆活动的产物，最近的锆石U-Pb年代学和云母激光Ar-Ar年代学研究表明，该岩体形成于早志留世 (~443Ma)，在二叠-三叠纪遭受韧性剪切变形 (Zhu，2011)。位于中天山巴仑台-库米什之间的包尔图花岗岩，保存了三组年龄信息 (1207Ma、455.6Ma和433Ma)，其中455.6Ma代表岩浆侵位年龄 (王行军等，2011)。中天山南缘库米什地区的榆树沟和铜花山蛇绿混杂岩的锆石U-Pb年代学研究表明 (杨经绥等，2011)，与中天山南缘洋盆扩张和闭合有关的事件至少可以分为四期 (奥陶纪-志留纪的洋盆形成事件、志留纪岛弧火山岩和花岗闪长岩、泥盆纪剪切变形、二叠纪造山带伸展)。

本文所报到的两期花岗岩分别形成于新元古代 (752.3±5.1Ma，MSWD=0.95，n=12，图 3c，d) 和早奥陶世早期 (481.1±4.4Ma，MSWD=0.88，n=7，图 4c，d)。新元古代片麻状白云母花岗岩应该属于伊犁-中天山地块的组成部分，早奥陶世花岗岩则属于叠加到大陆板块之上的加里东造山带。早奥陶世花岗岩中检测到古老的碎屑锆石 (1061Ma和1477Ma，表 1) 应该属于岩浆源区的残余。

由于热液锆石U-Pb同位素系统的复杂性 (Zheng et al., 2007；Fu et al., 2009；Wu et al., 2009；Zhu，2011)，如图 4b所示的自形热液锆石边U-Pb年龄 (~420Ma) 的地质意义，还需要深入研究，目前的可能解释：早奥陶世早期形成的花岗岩，在晚志留世 (或者更晚时期) 经受了变质改造，变质流体交代岩浆锆石，形成了热液锆石 (类似天格尔花岗岩中的热液锆石，Zhu，2011)。新元古代片麻状白云母花岗岩中的锆石也发育热液锆石边 (热液锆石边很窄，无法测定其U-Pb年龄，见图 3b)，说明早奥陶世花岗岩侵位后，发育过一期变质热液事件。因此，科桑溶洞花岗岩中记录的三个年龄阶段表明，新元古代片麻状白云母花岗岩形成之后，被早奥陶世花岗岩侵入，之后，这些岩石在较高P-T条件下共同遭受了变质热液改造 (导致锆石重结晶，形成了热液锆石，但没有明显的变形)。这种变质改造事件发生在大规模晚古生代岛弧岩浆活动之前。