天山花岗岩类时空分布及其地质意义

天山花岗岩类时空分布及其地质意义

根据“天然岩脉”系统，总结了新中国成立30多年来天山地区花岗岩的地质调查和专业研究结果。根据吕梁、加里东和大海的三个采样季节，将山地花岗岩分为三个阶段。探索了山形花岗岩的时空分布及其地质意义[2]。研究表明,早古生代(即加里东期)花岗岩类集中分布于中天山南缘,而晚古生代(即海西期)花岗岩类岩浆活动最强,形成的花岗岩类岩体数量最多,集中分布于中天山南北两缘.据肖序常等研究,天山早古生代花岗岩可划分为2条岩带,分别沿中天山南北边缘带分布.西部由于隔有伊宁晚古生代裂谷,所以南北2条岩带分隔清楚,而东部中天山逐渐变窄,2条岩带有合二为一的趋势.区域地质资料显示,西部汗腾格里峰和木札尔特达坂以北的中天山南缘带内分布着早古生代晚期的花岗岩,向北东延伸经库什太南到那拉提山,转向南东到库米什地区,可能与北缘岩带合并为一条.以往确定的天山花岗岩类的时代主要依据野外地质产状或K-Ar年龄数据.直到80年代中期以后,随着研究工作的逐渐深入,新的同位素年代学资料陆续发表,天山花岗岩类的时代才有了比较可靠的年代学证据.已发表的锆石U-Pb年代学资料显示,天山既有前寒武纪形成的花岗岩,也有大量的晚古生代花岗岩,还有相当数量的早古生代花岗岩.例如,在西部,中天山木札尔特河阿拉散混合花岗岩的锆石和榍石U-Pb年龄为383Ma,那拉提山西段南部下元古界变质岩系中的布合达岩体榍石U-Pb年龄为471.3Ma.此外,在东部库米什附近,片麻状眼球花岗岩Rb-Sr全岩等时线年龄(452±19)Ma(6个点,r=0.997),87Sr/86Sr初始比为0.710和(402±3)Ma(10个点,r=0.9997),87Sr/86Sr初始比为0.708[12～14];库米什花岗闪长岩U-Pb同位素年龄435Ma,库米什北中天山花岗闪长岩样品的锆石U-Pb年龄在398～415Ma.本文将根据新的花岗岩锆石年代学和岩石地球化学资料,探讨天山早古生代花岗岩的大地构造意义.1岩石中元古代岩石学特征用于锆石定年的样品采自4个岩体(图1).颗粒锆石U-Pb定年是在天津地质矿产研究所完成的,锆石溶解和U、Pb化学分离程序在Krough的方法基础上稍做改进.锆石在混合的HF-HNO3中溶解,使用235U-205Pb混合稀释剂.采用标准的阴离子交换柱法提取U和Pb,用硅胶-磷酸混合物将U和Pb加到Re灯丝上,在VG354型热电离质谱仪上完成U和Pb的同位素分析.分析Pb和U同位素的温度区间分别在1300～1450℃和1450～1500℃之间.分析结果对实验室本底进行了校正.年龄计算中采用的衰变常数是:235U=0.98485×10-9/a和238U=0.15513×10-9/a,现今的238U/235U比值137.88.年龄误差2σ,定年结果见表12.2艾西买依根糜棱质花岗岩据区域地质资料,在库尔勒—野云沟以北的霍拉山一带,发育一系列元古代花岗岩类,它们侵位在元古代浅变质地层之中,构成一个北北西方向延伸的元古代花岗岩带.其中在野云沟以北所谓的元古代花岗岩向塔里木盆地方向逆冲于新生代沉积地层之上,反映出新构造活动的强烈影响.在艾西买依根河两侧,出露有片麻状花岗岩、灰白色黑云母花岗岩、灰色似斑状黑云母斜长花岗岩、灰色-浅肉红色二云母花岗岩等,它们遭受NWW走向逆冲断裂的强烈破坏,片麻理和糜棱面理倾向北北西,倾角变化很大,在35°～75°之间.从糜棱质浅肉红色二云母花岗岩样品中分离出5组锆石进行U-Pb年龄测定,其中第三组锆石的谐和年龄为(475.2±2.6)Ma,1、2、3组锆石构成不一致线与谐和曲线的上交点年龄为(1781±52)Ma,下交点年龄为(490±13)Ma,MSWD=1.5(图3).下交点年龄代表花岗岩的侵位年龄,而上交点年龄可解释为岩石中所含继承性残留锆石的年龄.第四组锆石的位置接近该不一致线,但不在不一致线上,第五组锆石虽然落在谐和曲线上,但其年龄明显偏老,达到660Ma左右,而且3个表面年龄变化不大.所有这些均表明岩石中存在继承锆石的可能性.因此,野云沟浅肉红色二云母花岗岩花岗岩的时代不是元古代,而是早古生代岩浆活动的产物.由于各种岩石类型很难划分界线不排除岩体中存在元古代花岗岩类的可能性.2u-pb全年的结果2.1锆石u-pb年龄在巴音布鲁克以东约20km处戈伦塔古什出露的片麻状花岗岩,呈东西向延伸.区域地质资料显示,该岩体侵入在晚志留世火山沉积地层中,形成时代与其南侧的艾尔宾山岩体一样,为晚泥盆世.野外考察表明,在戈伦塔古什岩体西端,紫红色细粒花岗岩侵入到片麻状花岗岩之中,片麻理倾向北,倾角在15°～30°之间.主要由石英、钾长石、斜长石、黑云母和角闪石等组成,而紫红色细粒花岗岩系浅成侵入岩体,发育晶洞构造.野外接触关系表明,戈伦塔古什片麻状花岗岩的时代显然早于钾长花岗岩.为此,对花岗岩样品中挑选的锆石进行U-Pb年龄测定.3组锆石构成一条不一致线,其与谐和曲线的下交点年龄为(421±11)Ma,上交点年龄为(1711±544)Ma,MSWD=0.35(图2).其中的下交点年龄代表斜长花岗岩的侵位年龄,而上交点年龄可解释为岩石中所含继承性残留锆石的年龄.因此,戈伦塔古什片麻状斜长花岗岩应是早古生代岩浆活动的产物.这样的结果与野外地质实际相符.2.3锆石的地质背景在库米什镇以北的中天山元古代变质岩石中,分布着众多的狭长状花岗岩体,包括浅灰色片麻状花岗岩、红色片麻状花岗岩和似文象花岗岩等,片麻理走向与NWW向的区域构造线一致.这些片麻状花岗岩的时代被定为早古生代,吴文奎等和姜常义等均报道了对库米什北部眼球状花岗岩进行同位素年龄测定的结果,得到的Rb-Sr全岩等时线年龄为(402±3)Ma.实际上,这些花岗岩产出在NWW向延伸的韧性剪切带内,韧性剪切的变形时代为350Ma左右u.从取自阿克塔西附近的灰白色片麻状花岗岩样品中,分离出5组锆石,其中第1、2组锆石有比较一致的206Pb/238U表面年龄,统计的权重平均年龄值为(457.5±1.8)Ma,可能代表花岗岩的侵位年龄,而第3、4、5组锆石的206Pb/238U表面年龄不同程度地偏新,可能是由于这些锆石有不同程度的放射成因铅丢失所致.这5组锆石有着非常接近的208Pb/206Pb比值,说明他们的Th/U比值基本相同,因而可能是相同成因和时代的锆石,只是第3、4、5组锆石发生了不同程度的放射成因铅丢失,而第1、2组锆石可能基本没有放射成因铅的丢失,因而206Pb/238U表面年龄大于其他各组锆石的206Pb/238U表面年龄.正是这样的原因,导致多组锆石的数据点基本沿着谐和曲线分布(图4).结合花岗岩产出的地质背景,推测导致部分锆石发生不同程度的放射成因Pb丢失的原因就是后来的韧性剪切变形作用.2.4岩石学时代的探讨在独山子—库车公路穿过拉尔墩达坂的沿线上,多处出露花岗质岩石,其中在道班附近出露的是肉红色钾长花岗岩.该岩体呈北西西向延伸的长条状,长约4km,宽度为200～400m.岩石风化强烈,呈砖红色,暗色矿物很少,几乎没有受到构造变形影响的痕迹.区域地质资料显示,该岩体和恰可布河北岸的其他几个花岗岩体一样,均是沿NWW向断裂侵入于早—中志留世变质地层之中,时代为晚二叠世.近年来的研究表明,拉尔墩达坂主要发育一套元古代变质岩.这些变质岩构成了该岩体的围岩,所以,岩体的时代需要进一步厘定.对拉尔墩达坂钾长花岗岩样品中的5组锆石进行U-Pb年龄测定,其中第1～4组锆石构成不一致线,与谐和曲线的上交点年龄为(1114±102)Ma,下交点年龄为(457±27)Ma,MSWD=1.7,第5组锆石明显偏离不一致线,其207Pb/206Pb表面年龄值为(816±42)Ma(图5).其中下交点年龄代表岩体侵位的时代,上交点年龄可能反映了锆石中存在元古代内核或受到元古代岩石的混染.这与拉尔墩达坂花岗片麻岩的锆石U-Pb年龄(882±23)Ma的事实相符.因此,拉尔墩达坂钾长花岗岩是早古生代岩浆活动的产物,而不是形成于晚二叠世.2.5岩-岩-相-岩-德-岩在老巴伦台附近,出露大面积的花岗岩和花岗闪长岩,岩体长轴方向呈近东西向延伸,与区域构造线方向一致,即NWW.岩体侵入于元古代变质岩中,西北侧有石炭纪地层不整合在岩体之上.因此,该花岗岩体被认为是海西早期岩浆活动的产物u.实际上,这是一个复合岩体,其主体是花岗岩和花岗闪长岩,内部含有闪长岩,普遍发育片麻状构造,有大量的围岩捕掳体.定年样品采自巴伦台以南的公路旁,岩性为灰色黑云母花岗岩,中-粗粒花岗结构.主要矿物有斜长石、钾长石、石英和黑云母,副矿物有榍石、锆石、磷灰石等.从岩石样品中分离出3组锆石,第1、2组锆石的206Pb/238U和207Pb/235U表面年龄在误差范围内非常一致,207Pb/206Pb表面年龄也十分接近.因而第1、2组锆石得到一致的谐和年龄,206Pb/238U表面年龄的统计权重平均值为(456.2±0.6)Ma(图6).第3组锆石的三个表面年龄均不同程度地偏新,其中206Pb/238U表面年龄为(449.6±1.1)Ma,很可能是这一组锆石有少量放射成因铅丢失所致.因此,(456.2±0.6)Ma的年龄值代表该花岗岩的侵位时代,但可能遭受更晚的构造变形热事件的影响,导致部分锆石发生放射成因铅的丢失.3稀土元素地球化学特征天山早古生代花岗岩类型多样,有闪长岩、斜长花岗岩、花岗岩和钾长花岗岩等.拉尔墩达坂钾长花岗岩、桑树园子花岗岩和野云沟花岗岩的化学分析表明(表2),SiO2含量高达70%以上的岩石,全碱含量(Na2O+K2O)较高,变化于7.44～9.20之间,而且K2O>Na2O,A/CNK值(为Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)摩尔比)在1左右变化,A/NK值(为Al2O3/(Na2O+K2O)摩尔比)大于1,属于过铝质或准铝质花岗岩(图7).在稀土元素地球化学特征方面,早古生代花岗岩的稀土元素总量在115～344×10-6之间,LREE/HREE=4.09～11.58,因而表现为轻稀土元素富集的右倾型分布曲线(图8).负Eu异常有一定变化,δEu=0.09～0.50,并随SiO2含量增加而降低.根据稀土元素地球化学特征,早古生代花岗岩可以分成二组:拉尔墩达坂钾长花岗岩的重稀土元素相对平坦,而桑树园子花岗岩和野云沟花岗岩的重稀土元素为右倾型,但二组的轻稀土元素没有明显差别.在原始地幔标准化图上,这些样品最突出的特征是Ba、Sr、P、Eu、Ti存在明显的负异常(图9),只是野云沟花岗岩的P负异常相对较小.这些都是A型花岗岩的地球化学特征.在图10a中,早古生代花岗岩位于火山弧花岗岩和板内花岗岩区的界限附近,而在图10b中落入后造山A型花岗岩的A2区域.故这些岩体属于铝质的A型花岗岩4早古生代火山岩带的形成虽然根据锆石U-Pb年代学资料确定的早古生代花岗岩体数量有限,但是,根据区域地质资料分析,在天山具有元古代变质基底的构造带中,可能存在相当数量的早古生代花岗岩,尤其是中天山构造带中延伸方向与区域构造线一致,并且发育片麻状构造或发生糜棱岩化的那些狭长状花岗岩体,应当是早古生代花岗岩浆活动的产物,它们构成一条早古生代花岗岩带.尽管早古生代花岗岩普遍发育片麻状构造或发生糜棱岩化,显示它们受到后期构造变形的强烈影响但是,也有早古生代花岗岩几乎没有变形的迹象,最典型的实例就是拉尔墩达坂的钾长花岗岩.因此,在拉尔墩达坂以西恰可布河一带出露的花岗岩体等,也可能都是早古生代岩浆活动的产物.在天山,早古生代花岗岩体主要发育在中天山构造带中,在霍拉山一带也应该具有一定的规模.时间上,早古生代花岗岩带的形成可能和南天山洋的发育历史有密切联系.目前认为,南天山存在两条蛇绿岩带,其中哈尔克山北侧是早古生代晚期的蛇绿岩-高压变质岩带,哈尔克山南侧是晚古生代的蛇绿岩带.最近,高俊等报道了阿克牙孜河上游蓝片岩和榴辉岩样品中蓝闪石和白云母40Ar/39Ar定年结果,认为榴辉岩相变质作用发生在401Ma,抬升至绿片岩相的时代为381Ma,而蓝片岩形成时代为370Ma,抬升至绿片岩相的时代为364Ma.刘本培等对哈尔克山南侧蛇绿岩带研究后认为,420～430Ma期间是南天山洋南支的扩张期.其它已经发表的蛇绿岩年代学资料显示,哈尔克山南北两侧的蛇绿岩带是在370～350Ma期间形成的.因此,早古生代花岗岩带先于中天山南北缘蛇绿岩带形成.空间上,早古生代花岗岩带与中天山构造带关系密切,而且主要产出在哈尔克山北侧蛇绿岩带以南地区.如果当时的南天山北缘蛇绿岩-高压变质岩带的形成与南天山洋向北俯冲过程有关,那么位于俯冲带以南的早古生代花岗岩带就不可能是在活动大陆边缘背景下形成的.况且,本文研究的早古生代花岗岩不具活动大陆边缘花岗岩的地球化学特征,而是属于铝质A型花岗岩.因此,存在着两种可能的解释:南天山早古生代花岗岩带的形成主要与南天山洋南支的扩张过程有关,或者它们是在早古生代一次造山过程的晚期阶段中形成的.至于哪一种可能性是更合理、更符合实际的解释,还有待开展进一步研究.5早古生代变质岩天山早古生代花岗岩浆活动的时间跨度很大,时代范围在380～490Ma之间.这些花岗岩普遍具有以下几个共同特点:(1)早古生代花岗岩均出现在具有元古代变质基底的构造带中,主要出现在中天山,在库尔勒西霍拉山