2017, Vol. 33
2. 中国人民武装警察部队黄金第八支队, 乌鲁木齐 830057;
3. 中国地质调查局成都地质调查中心, 成都 610081
2. No.8 Team of Gold Exploration Branch of Chinese Armed Police Force, Urumqi 830057, China;
3. Chengdu Center, China Geological Survey, Chengdu 610081, China
阿尔泰造山带位于西伯利亚板块和哈萨克斯坦-准噶尔板块之间, 呈北西-南东向横贯于中、俄、哈、蒙四国，绵延800余千米，是由一系列大陆块体、岛弧和增生杂岩构成的增生型造山带，是中亚造山带的重要组成部分(Sengör et al., 1993)。中国阿尔泰造山带(阿尔泰造山带境内部分)出露大量花岗岩，约占阿尔泰地区面积的40%，如果将花岗质片麻岩也计入，比例可高达70%(Windley et al., 2002)。因此对阿尔泰造山带花岗岩的时代、成因和形成背景的研究具有重要意义。前人对这些花岗岩已经做了大量的研究，包括年代学(王登红等，2002；童英等，2006；Wang et al., 2006)、岩石成因(王中刚等，1998；Yang et al., 2014; Zheng et al., 2016)、与花岗岩有关的地壳生长(赵振华等，1993；Chen and Jahn, 2002; Wang et al., 2009)等，这些研究极大的推动了阿尔泰造山带的地质研究。然而，对中国阿尔泰造山带的早古生代构造背景至今仍存在较大的争议，包括具有前寒武纪微陆块(Hu et al., 2000; Wang et al., 2009)的被动大陆边缘(何国琦等，1990；Chen and Jahn, 2002)或活动大陆边缘(Windley et al., 2002, 2007; Sun et al., 2008; Xiao et al., 2009; Long et al., 2010)以及增生杂岩(Sengör and Natal'in, 1996)等，其中，比较主流的观点认为中国阿尔泰造山带为早-中古生代大陆边缘弧，兼具活动大陆边缘和前寒武纪微陆块的特征(Hu et al., 2000; Wang et al., 2006; Long et al., 2007, 2010; Sun et al., 2008; Wang et al., 2009)。
时代框架是研究一个地区地质演化的基础，中国阿尔泰造山带岩浆作用从早古生代一直延续至晚三叠世(图 1；Wang et al., 2006；刘锋等，2009；Sun et al., 2009；童英等，2006；Tong et al., 2014)。Wang et al.(2006)指出中国阿尔泰造山带的岩浆活动时限主要在460~375Ma之间，400~410Ma之间达到峰值，属于大陆弧岩浆活动的范畴，认为阿尔泰造山带的俯冲和增生作用可能始于460Ma左右。通过对中国阿尔泰造山带最老的哈巴河群的碎屑锆石研究，Long et al.(2010)认为中国阿尔泰造山带在整个早古生代甚至延伸至震旦纪都存在俯冲带岩浆作用，但缺乏直接的岛弧岩浆作用的证据。中国阿尔泰造山带中奥陶纪之前的岩浆事件记录相对较少，研究也较弱，这在一定程度上制约了阿尔泰造山带大地构造演化的研究。笔者近年在阿勒泰市北东约30km的乌希里克一带开展1：5万区域地质调查工作中，发现一套从奥陶纪初期一直延续至中晚奥陶世的侵入岩和喷出岩组合。通过这套岩石的锆石U-Pb年代学、岩石地球化学及Sr-Nd同位素示踪研究，为中国阿尔泰造山带在早古生代的大地构造演化史提供了新的依据。
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图 1 中国阿尔泰地区地质图(a, 据Wang et al., 2006)和阿尔泰乌希里克地区地质及采样位置图(b) 岩体年龄据Wang et al.(2006, 2009) Fig. 1 Geological map of Chinese Altay (a, after Wang et al., 2006) and geological and sample locality map of Wuxilike, Altay (b) Ages of granitoids from Wang et al.(2006, 2009) |
与阿尔泰山走向一致，中国阿尔泰造山带的地层和岩浆岩的分布亦大体呈北西向展布。根据Windley et al.(2002)和Wang et al.(2006)的观点，中国阿尔泰造山带可以划分为北西向展布的五个部分，其中中间的三个部分可能具有前寒武纪基底，本文将其按一个单元介绍，将中国阿尔泰划分为北部、中部和南部三个单元(图 1a)。北部单元位于富蕴县北中蒙边界一带(仅占中国阿尔泰的很小一部分)，以弧形展布的下石炭统地层为分界标志。北部阿尔泰主要为一套中到晚泥盆世的岛弧背景下形成(Xiao et al., 2004)的安山岩和英安岩，以及晚泥盆世到早石炭世的变质沉积岩，但是侵入中泥盆世地层中的花岗岩具有早泥盆世的Pb-Pb年龄(楼法生，1997)，因此北部阿尔泰地区这套地层可能老于中泥盆世。中部单元是中国阿尔泰造山带的主体部分，其地层时代从震旦纪一直延续至泥盆纪，具有从北东向南西方向逐渐变年轻的趋势，也有研究者将中部单元西南缘以泥盆纪弧火山岩和火山碎屑岩为主的部分单独划分为独立的地块(Windley et al., 2002；Wang et al., 2006)，认为它是从阿尔泰陆块分离出来的，晚泥盆世之前形成的库尔提蛇绿岩(Zhang et al., 2003)可能代表了弧后盆地的扩张事件(Wang et al., 2006)；喀纳斯湖一带出露震旦纪到中奥陶统低级变质沉积岩和火山岩，向南东方向逐渐以奥陶系到志留系为主，包含角闪岩相到绿片岩相的变质沉积岩和火山岩(Wang et al., 2009)。中部阿尔泰北部部分(震旦纪-志留纪)被认为是阿尔泰微陆块的最主要组成部分(Hu et al., 2000; Xiao et al., 2004)，大量中古生代大陆边缘弧型花岗岩侵入到中部阿尔泰单元，并显示出强烈的北西向定向拉长的特征。南部单元分布在额尔齐斯断裂带两侧，以广泛分布的石炭系为划分标志。泥盆纪之后中国阿尔泰山的岩浆活动明显减弱，二叠纪-三叠纪时期未变形、无明显定向的后碰撞花岗岩侵入到中古生代之前的弧岩浆岩中(图 1；童英等，2006)。
3 岩相学本文选取乌希里克一带的阿斯恰套岩体、杜洛埃岩体和哈拉尔次岩体作为研究对象，这些岩体侵位于中-上奥陶统哈巴河群中。由于这套地层的时代归属还存在争议，因此本文还对其中的英安岩和斜长角闪岩进行了研究，采样位置见图 1b。
阿斯恰套闪长岩呈近椭圆状或半椭圆状岩株出露于研究区中部，出露面积仅1.2km2。岩石风化面呈土灰色，新鲜面为灰绿色，细粒结构，块状构造，由斜长石、角闪石及少量石英组成。斜长石呈半自形板状，部分具环带结构，粒径＜0.3×1.0mm，均匀分布，62%；角闪石呈柱状，长轴粒径＜1.0mm，具绿泥石化，均匀分布，35%；石英呈他形粒状，粒径＜0.3mm，稀疏分布，3%(图 2a)。
杜洛埃岩体位于研究区中部偏东，形状极不规则，面积约51km2，岩性为黑云母英云闪长岩，岩石呈灰白色，中细粒结构，块状构造，主要由石英、斜长石和黑云母组成。斜长石呈半自形板状，粒径＜2.6mm，均匀分布，59%；石英呈他形粒状，粒径＜0.5mm，均匀定向分布，30%；云母多为黑云母，少量白云母，片状，片径＜1.5mm，部分聚集成条带状定向分布，12%(图 2b)。
哈拉尔次岩体位于研究区东南部额尔齐斯河两侧，呈南北向椭圆状，岩性包括黑云母花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩，U-Pb定年样品采自黑云母二长花岗岩。黑云母花岗闪长岩灰白色，中-粗粒花岗结构，块状构造，由钾长石、石英、斜长石和黑云母所组成，含有少量白云母，斜长石呈半自形板状，部分具环带结构，粒径＜2.5mm，具弱绢云母化，均匀分布，55%~60%；黑云母呈片柱状，粒径＜0.8×2.5mm，具绿泥石化，均匀分布，30%~35%；石英呈他形不规则状，充填于斜长石、角闪石间，2%~5%(图 2c)。岩体中可见到角闪闪长岩包体，包体呈椭圆状，长轴方向与流线方向一致。黑云母二长花岗岩灰白色，中粒花岗结构，块状构造，由钾长石、斜长石、石英和黑云母组成。钾长石呈他形粒状，粒径多为0.3~3.0mm，具条纹及格子双晶，多为微斜长石及条纹长石，均匀分布，18%~25%；斜长石呈半自形板状，聚片双晶，部分具环带，粒径小于2.0×4.0mm，具较强绢云母化，均匀分布，35%~40%；石英呈他形粒状，粒径＜1.3mm，部分具变质重结晶特征，均匀分布，30%~35%；黑云母片状，片径＜2.0mm，稀疏分布，具重结晶特征，8%~10%(图 2d)。
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图 2 主要岩性微观特征照片 Q-石英；Pl-斜长石；Am-角闪石；Bi-黑云母；Or-正长石 Fig. 2 Microphotographs showing characteristics of major igneous rocks |
产于哈巴河群中的英安岩和斜长角闪岩均具有弱的定向特征。斜长角闪岩呈似层状产于地层之中, 灰绿色，细粒结构，块状构造，主要由斜长石、角闪石等组成，斜长石呈长板状，粒径＜3.0mm，杂乱分布，约占60%；角闪石呈半自形柱状，粒径＜1.5mm，多分布于斜长石构成的格架内，约占36%；黑云母呈片状，＜0.6mm，分布于斜长石格架内，约占2%；石英呈他形粒状，粒径＜0.3mm，稀疏分布，约占2%。通过原岩分析，斜长角闪岩原岩为碱性玄武岩。
4 分析方法锆石挑选、制靶、阴极发光照相在武汉上谱分析科技有限公司制作，LA-ICP-MS测试工作在西安地质调查中心完成。采用FEI公司XL30型SFEG电子束进行锆石内部结构显微照相分析。锆石LA-ICP-MS原位U-Pb定年实验采用美国Agilent公司生产的Agilent7700X质谱仪，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的Geolas Pro，激光剥蚀斑束直径为32μm，频率为9Hz。以29Si作为内标元素进行校正，以国际标准锆石91500作为外标，元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610作为外标，分析方法及仪器参数见文献(Yuan et al., 2004)。样品的同位素比值及元素含量计算采用GLITTER(ver4.0，MacquarieUniversity)程序处理，采用Andersen方法对普通Pb进行校正(Anderson, 2002)，年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot(ver. 2.49) 完成(Ludwig, 2012)。
主量元素和微量元素分析在中国地质调查局西安地质调查中心完成。主量元素除FeO、LOI采用标准分析为湿化学法分析外，其他采用Xios4.0kwX型X荧光光谱仪(XRF)测定；微量元素和稀土元素采用X-SeriesⅡ型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定，检测限优于5×10-9，相对标准偏差优于5%。Sr-Nd同位素的化学分离和同位素比值测定在中国科学院地质与地球物理所稳定同位素地球化学实验室完成，测试仪器为德国Finnigan公司MAT-262热电离质谱计。分别采用88Sr/86Sr=8.375209和146Nd/144Nd=0.7219对Sr和Nd同位素比值进行质量分馏校正。Rb-Sr和Sm-Nd的全流程本底为250pg和100pg。浓度(147Sm/144Nd和87Rb/86Sr比值)误差小于0.5%。Rb/Sr和Sm/Nd比值的不确定度分别为±2%和±0.5%。测试过程中分别对Sr标准溶液NBS-987和Nd标准溶液JNdi-1测得87Sr/86Sr=0.710261±0.000012(n=5，2σ)和143Nd/144Nd=0.512119±0.000011(n=5，2σ)，与参考值吻合。对USGS标准物质BCR-2进行了测试，结果为87Sr/86Sr=0.705020±0.000014和143Nd/144Nd=0.512623± 0.000011，与参考值基本一致。化学流程和测试过程详见参考文献(Li et al., 2012, 2015)。
5 分析结果 5.1 锆石年龄本文共对5个样品中的162颗锆石进行U-Pb年代学测试，详细分析结果见电子版附表 1。
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表 1 阿尔泰乌希里克地区岩浆岩主量(wt%)和微量(×10-6)元素测试结果 Table 1 Major (wt%) and trace element (×10-6) concentration of the magmatite from Wuxilike area in Chinese Altay |
锆石颗粒晶形完好，以浅黄色、无色为主，透明-半透明，呈长柱状或短柱状。锆石生长环带清晰(图 3)，Th/U比值在0.47~0.90之间，具有岩浆成因锆石特征。本次测试的21颗锆石给出的206Pb/238U年龄非常集中(图 4a)，分布在465~458Ma之间，单颗粒锆石年龄谐和度均在10%以内，给出的谐和年龄为461±3Ma(MSWD=1.3)，206Pb/238U年龄的加权平均值为461±3Ma(MSWD=0.17)，代表阿斯恰套闪长岩的结晶年龄，即阿斯恰套岩体形成于中奥陶世。
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图 3 本文研究的部分锆石CL图像 束斑直径为32μm Fig. 3 Cathodoluminescence (CL) images of parts of the zircons from this study |
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图 4 乌希里克地区岩浆岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 U-Pb concordia diagrams showing zircon ages obtained by LA-ICP-MS for igneous rocks in Wuxilike |
锆石颗粒晶形完好，无色透明-半透明，呈长柱状或短柱状。具有明显的生长环带，Th/U比值在0.02~1.22之间，具有岩浆成因锆石特征。部分锆石具有重结晶现象和核边结构。对该岩体北部的9008样品中20粒锆石进行了测试，除明显不谐和的12和14号点外，余下18颗锆石给出的206Pb/238U表面年龄在512~209Ma之间(图 4b)。这些年龄可以分为三个阶段，10颗较老而分散的锆石206Pb/238U表面年龄在512~486Ma之间；7颗分布集中的锆石206Pb/238U表面年龄在466~461Ma之间，相应的谐和年龄和206Pb/238U年龄的加权平均值分别为464±3Ma(MSWD=0.83) 和464±3Ma(MSWD=0.24)；1颗锆石的206Pb/238U表面年龄明显年轻，为209±2Ma。最老的较分散的一组年龄与围岩哈巴河群的碎屑锆石年龄比较一致(Long et al., 2010)，可能代表了成岩过程中捕获的锆石；最年轻的一颗锆石的时代与研究区中最晚期的花岗岩时代一致(图 1a)，可能是杜洛埃岩体受到了晚期岩浆作用的影响，464±3Ma代表杜洛埃岩体的结晶年龄。该岩体南部的PM29-TW1样品中30粒锆石均给出了谐和的年龄，206Pb/238U表面年龄在591~299Ma之间，也可以分为三个阶段(图 4c)，三颗较老的锆石分别为509±12Ma、558±14Ma和591±14Ma，4颗锆石给出了较年轻的331~299Ma的206Pb/238U表面年龄，前者可能为继承锆石，后者可能与新疆北部晚古生代后碰撞岩浆事件有关(韩宝福等，2006)。其余23颗锆石的206Pb/238U表面年龄在459~427Ma之间，相应的谐和年龄和206Pb/238U年龄的加权平均值分别为451±4Ma(MSWD=0.25) 和452±5Ma(MSWD=0.38)，该年龄与采自杜洛埃岩体北部的9008样品给出的年龄比较接近，也代表该岩体的结晶年龄。
5.1.3 哈拉尔次岩体锆石晶型完好，多为短柱状，长宽比介于1：2~1：3之间，生长环带清晰(图 3)，部分锆石环带显示对称的特征或内部还含有包体，外部形态到内部结构基本相似，Th/U比值大多大于0.4，显示出典型的原生岩浆锆石特征。对哈拉尔次岩体样品PM5-YM20中的21颗锆石进行了测试(图 4d)，除14号点以外均给出了谐和的年龄，期中17、13和6号点分别给出了较老的699±9Ma、498±5Ma和490±6Ma，可能代表了继承性锆石的年龄，但是在锆石形貌及阴极发光图像上并没有显示明显的区别。其余17颗锆石给出的206Pb/238U表面年龄在464~451Ma之间，谐和年龄和206Pb/238U年龄的加权平均值分别为455±3Ma(MSWD=2.7) 和455±3Ma(MSWD=0.32)，代表哈拉尔次岩体的结晶年龄。
5.1.4 斜长角闪岩锆石以无色为主，大部分锆石呈短柱状，小部分为长柱状，多数锆石岩浆结晶环带比较发育，Th/U值为0.24~2.84，具岩浆锆石的特征。部分锆石具有重结晶现象。25个测点中除24号点给出明显不谐和的年龄外，其余24点的谐和度都在10%以内，206Pb/238U表面年龄在491~221Ma之间，年龄组成复杂(图 4e)。比较年轻的两个点(8号点221±6Ma、21号点315±8Ma)与区域内后碰撞岩浆事件重合。5个点的206Pb/238U表面年龄分散在417~376Ma之间，另有5个点的206Pb/238U表面年龄集中在462~446Ma之间，而其余13个点的206Pb/238U表面年龄集中在491~482Ma之间，并给出480±7Ma(MSWD=18) 的谐和年龄和487±7Ma(MSWD=0.039) 的206Pb/238U年龄的加权平均值。考虑到区域上的岩浆事件、变质事件的时间和锆石年龄特征，认为486±7Ma可能代表了斜长角闪岩原岩的喷出年龄。
5.1.5 英安岩锆石多为短柱状或次椭圆状，以浅黄色、无色为主，晶棱晶面界线清晰，多发育有典型的锆石生长韵律环带，Th/U比值0.15~1.12，具岩浆锆石典型特征，少量锆石内部可见继承锆石核或重结晶现象，无生长环带。测年样品采自哈巴河群中，35颗锆石的测试结果非常复杂，所有年龄的谐和度均在10%以内，206Pb/238U年龄(＞1000Ma时为207Pb/206Pb年龄)从2386Ma到337Ma(图 4f)。3颗锆石的206Pb/238U表面年龄明显年轻，分别为337±8Ma、358±9Ma和434±11Ma，可能为后期变质或岩浆事件的叠加。7颗锆石的206Pb/238U表面年龄从2386到516Ma，这些较老的锆石可能来源于岩浆岩的源区或是围岩，在锆石阴极发光图像上部分老的锆石具有明显的继承性核(图 3)。其余25颗锆石的206Pb/238U表面年龄从499到465Ma，没有得到谐和年龄，206Pb/238U年龄的加权平均值为482±5Ma，代表英安岩的年龄。
5.2 主微量数据对采自阿斯恰套岩体、杜洛埃岩体、哈拉尔次岩体和哈巴河群中英安岩的11件样品进行了主、微量元素的分析，分析结果见表 1。
阿斯恰套岩体的SiO2含量在52.14%~56.91%之间，属辉石闪长岩的范畴，杜洛埃岩体、哈拉尔次岩体和英安岩具有相似的SiO2含量，在65.82%~72.19%之间，属花岗闪长岩和花岗岩的范畴(图 5a)，与矿物学观察一致。所有样品Na2O/K2O比值变化较大，介于0.73到2.06之间，在富K到富Na之间变化，即便是同一岩体变化也较大，如杜洛埃岩体(表 1)。阿斯恰套岩体四个样品均属钙碱性系列，而其他样品分布于钙碱性到高钾钙碱性区域(图 5b)。阿斯恰套岩体属准铝质系列，而其他岩体和英安岩属过铝质系列(图 5c)。
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图 5 乌希里克地区岩浆岩分类图解 (a)TAS图解; (b)K2O-SiO2图解; (c)A/NK-A/CNK图解 Fig. 5 Classification and discrimination diagrams of rocks from this study |
在微量元素蛛网图上，所有样品均具有富集K、Rb、Th、U等大离子亲石元素和亏损Nb、Ta等高场强元素的特征(图 6b)。中性的阿斯恰套岩体的Sr亏损程度明显弱于其他样品，或是不亏损。所有样品均具有右倾的稀土配分模式(图 6a)，Eu异常在0.77到0.95之间。阿斯恰套岩体的稀土元素总量(ΣREE=45.3×10-6~81.7×10-6)显著低于其他样品(ΣREE=113.8×10-6~198.6×10-6)，轻重稀土分异程度也弱于其他样品，前者(La/Yb)N比值在3.2~3.6之间，而后者在4.8~14.2之间，尤其是杜洛埃岩体北部样品的重稀土配分模式呈下凹的勺子状(图 6a)。
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图 6 乌希里克岩浆岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagrams (b) of the igneous rocks in Wuxilike (normalization values after Sun and McDonough, 1989) |
选取哈拉尔次岩体和杜洛埃岩体的5件样品进行了Sr-Nd同位素测试，分析结果见表 2。所有样品87Rb/86Sr比值在0.670~4.187之间，具有相似且相对较高的初始锶比值(ISr=0.7050~0.7098)。εNd(t)值相对集中且较低，介于-2.0~+0.5之间。所有样品的fSm/Nd值介于-0.41~-0.24之间，说明岩浆可能经历了轻微程度的分异，导致偏离平均地壳(-0.40) 的范围，因此在模式年龄计算中fSm/Nd值大于-0.30的2件样品选用二阶段模式年龄，其余3件样品选用单阶段模式年龄，计算的模式年龄结果在1.6~1.2Ga之间(表 2)。
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表 2 阿尔泰乌希里克地区岩浆岩Sr-Nd同位素测试结果 Table 2 Sr-Nd isotope compositions for the magmatite from Wuxilike area in Chinese Altay |
哈巴河群在20世纪60年代出版的1：20万区域地质图中被划入中-晚奥陶世，而后来根据古生物化石证据又被划入新元古代文德期(彭昌文，1989)。新疆维吾尔自治区地质矿产局(1993)曾主张解体哈巴河群，但是Windley et al.(2002)根据大理岩中的微体古生物化石又建议将解体的哈巴河群重新恢复，可见哈巴河群的时代问题尚存在巨大的争议。本文测试结果表明乌希里克地区哈巴河群中的英安岩形成于482±5Ma，斜长角闪岩(原岩恢复为碱性玄武岩)形成于486±7Ma，为奥陶纪初期火山喷发的产物，因此至少在乌希里克一带该套地层应归属于早奥陶世。Long et al.(2010)对哈巴河群不同地点的复理石建造中的碎屑锆石研究表明，阿尔泰西北部的碎屑锆石年龄集中在500~438Ma之间，东南部在540~460Ma之间，而覆盖在哈巴河群之上的东锡勒克组流纹岩年龄为411Ma，因此认为哈巴河群的年龄最老应该是早志留世(西北部)或中奥陶世(东南部)，但不会晚于早泥盆世(411Ma)。这一结论与本文得到的哈巴河群中的火山岩(~480Ma)夹层，以及侵入其中的中-晚奥陶世花岗岩(~460Ma)的年龄不完全一致，也反应出“哈巴河群”非常宽泛的年龄范围。
值得注意的是，哈巴河群几乎遍布中国阿尔泰造山带的核心地区，从西北国境一直延伸至东南东准噶尔以北地区，而以上关于哈巴河群时代的研究地点也分散于各处，各自有其证据但又相互矛盾。此外，哈巴河群变质沉积物的Sr-Nd同位素组成具有富集型古老地壳的特征，如εNd(t)为-5.0~-3.4、初始锶比值为0.710~0.712、Nd模式年龄为1.5~1.8Ga等(Chen and Jahn, 2002)。现有的证据表明哈巴河群中可能存在晚元古代末期到早志留世的地层，在开展1：5万区域地质调查过程中也识别出一套寒武系地层，这一巨大时间跨度显然不适合用于描述一个单一的地层单元，将哈巴河群解体细化具有很大的必要性，但这还需要进一步的详细研究。
6.2 岩石成因侵入乌希里克地区哈巴河群中的阿斯恰套岩体、杜洛埃岩体和哈拉尔次岩体形成于中晚奥陶世(464~451Ma)，形成时代略晚于哈巴河群中的火山岩。地球化学特征方面，这些侵入岩和喷出岩均属钙碱性到高钾钙碱性系列，从准铝质到过铝质(图 5)，杜洛埃岩体和阿斯恰套岩体富Na而贫K(表 1)；所有样品具有相似的右倾型稀土配分模式，尤其是杜洛埃岩体北部的样品具有非常强的轻重稀土分异((La/Yb)N=14.2，表 1)，中重稀土强烈亏损呈现上凹的“勺子状”配分模式(图 6a)。所有样品均亏损Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素，富集K、Rb、Ba等大离子亲石元素(图 6b)。这些侵入岩多含黑云母和角闪石，类似于Ⅰ型花岗岩的特征。以上多方面的特征指示乌希里克地区奥陶纪的岩浆岩具有弧岩浆的地球化学特征，但是哈拉尔次岩体和英安岩显示富K而贫Na的特征，Na2O/K2O值在0.73~0.87之间(表 1)，除阿斯恰套岩体以外都显示富Al特征，这又不同于典型的岛弧岩浆岩，而具有壳源花岗岩的特征。英安岩的锆石测年结果显示，火山岩中存在从早元古代到晚元古代的继承性锆石(图 4f、表 1)，指示可能有前寒武纪物质参与岩浆岩的形成。
Sr-Nd同位素测试结果表明哈拉尔次岩体和杜洛埃岩体具有较高的初始锶比值(ISr=0.7050~0.7098)，εNd(t)值除哈拉尔次岩体的一个样品(PM6-GS4) 为+0.5以外，其余四件样品的值在-2.0~-0.8之间，以及1.2~1.6Ga的Nd模式年龄都指示有老地壳物质的加入，演化的大陆地壳物质可能是这些奥陶纪岩浆岩的重要物源。与哈巴河群变质沉积岩Sr-Nd同位素指标相比(Chen and Jahn, 2002)，本文研究的奥陶纪花岗质岩石具有相对低的初始锶比值、相对高的εNd(t)值和相对年轻的Nd模式年龄，以及哈拉尔次岩体中+0.5的εNd(t)值都指示除古老地壳物质以外还存在地幔物质或新生地壳物质的加入。此外，较高的Mg#也指示了地幔物质的加入(表 1；Rapp and Watson, 1995)。因此，乌希里克地区奥陶纪火山岩和侵入岩的源区很可能包括古老地壳和地幔物质或新生地壳。
6.3 大地构造背景关于阿尔泰地区早古生代的大地构造背景最大的争论是是否存在前寒武纪微陆块，存在被动(何国琦等，1990)或活动大陆边缘(Xiao et al., 2004; Wang et al., 2006; Long et al., 2007, 2010)、与俯冲作用相关的增生楔或岛弧(Sengör and Natal'in, 1996; Windley et al., 2002)两种观点。尽管阿尔泰地区原来被认为是前寒武纪基底的变质岩近来被证实属于早古生代，其中的锆石年龄集中在528~466Ma之间(Cai et al., 2011)，与该区哈巴河群岩石的碎屑锆石年龄分布也比较一致(Long et al., 2010)，但不可否认的是阿尔泰地区的地质体中含有大量前寒武纪的地质信息，如斜长石的Pb模式年龄(1286~2483Ma；曲国胜和崇美英，1991)、哈巴河群碎屑锆石中的前寒武纪年龄(Long et al., 2010)和阿尔泰地区岩浆岩中的继承性锆石(宋国学等，2010; Yang et al., 2014; 本文，图 4f)等，这些具有前寒武纪年龄的物质可能是远距离搬运沉积的，也可能来自未出露的前寒武纪基底。哈拉尔次岩体和杜洛埃岩体富集的Sr-Nd同位素特征暗示了这种古老地壳(或地块)的存在，更广泛的Nd同位素填图也指示在中国阿尔泰核心区域存在古老的地壳组分(Wang et al., 2009)。
除乌希里克地区外，中国阿尔泰其它地区也广泛存在奥陶纪的岩浆作用，如462Ma的且末尔切克花岗岩(Wang et al., 2006)和462~458Ma的阿巴宫-铁木尔特花岗岩(刘锋等，2009；柴凤梅等，2010)。另外，在中国阿尔泰造山带南缘明显占主导地位的泥盆纪岩浆岩(图 1)中也包含了大量的早古生代继承锆石(Yang et al., 2014)，说明奥陶纪时期的岩浆事件是广泛存在的。
在花岗岩类构造环境判别图(Pearce et al., 1984, 图 7)上，阿斯恰套岩体、杜洛埃岩体和哈拉尔次岩体主要集中在岛弧型花岗岩区域，结合上文讨论的岩石成因，可以认为：奥陶纪时期，中国阿尔泰地区的构造背景可能属于与俯冲相关的活动大陆边缘，其在早古生代的构造演化与额尔齐斯-斋桑洋的扩张、俯冲有关(Xiao et al., 2004; Wang et al., 2006)。哈巴河群中的火山岩夹层、奥陶纪中、晚期的花岗岩类均是这一构造背景下不同演化阶段的产物。
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图 7 乌希里克岩浆岩(Y+Nb)-Rb (a)和Y-Nb (b)构造环境判别图(底图据Pearce et al., 1984) Fig. 7 Discrimination diagrams of (Y+Nb) vs. Rb (a) and Y vs. Nb (b) (base map after Pearce et al., 1984) |
阿勒泰市西北乌希里克地区哈巴河群浅变质岩中的英安岩和斜长角闪岩的原岩喷出时间分别为480±7Ma和482±5Ma。乌希里克地区原来划归到中-上奥陶统的哈巴河群应属于下奥陶统，结合整个阿尔泰地区哈巴河群的文献资料建议解体哈巴河群。乌希里克一带的阿斯恰套岩体、杜洛埃岩体和哈拉尔次岩体分别侵位于461±2Ma、452±5Ma、455±3Ma，属中-晚奥陶世，略晚于围岩。与火山岩一起，这些岩浆岩具有弧岩浆岩的岩石组合和地球化学特征，同时具有明显的古老大陆地壳混染的特征，它们形成于活动大陆边缘环境，是额尔齐斯-斋桑洋扩张、俯冲过程的产物，这一俯冲岩浆事件在奥陶纪初期可能就已经广泛存在。
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附表 1 阿尔泰乌希里克地区岩浆岩锆石U-Pb LA-ICP-MS年代学数据 TableS1 LA-ICP-MS U-Pb isotopic data of magmatic zircons from Wuxilike area in Chinese Altay |
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