东准噶尔卡拉麦里地区晚古生代构造转换的新认识：来自花岗岩锆石微量元素的证据.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW69东准噶尔卡拉麦里地区晚古生代构造转换的新认识：来自花岗岩锆石微量元素的证据据一王琦玮1,2)，张博文1,2)，亚夏尔亚力坤1,2)，展新忠1,2)，魏翔1,2)1)新疆大学地质与矿业工程学院，乌鲁木齐，830047；2)中亚造山带大陆动力学与成矿预测实验室，乌鲁木齐，830046注：本文为新疆维吾尔自治区自然科学基金“东准噶尔卡拉麦里晚古生代 A 型花岗岩对岩石圈拆沉响应”资助项目（编号：2021D01C042）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：费红彩。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.027作者简介：王琦玮，男，1999 年生，硕士研究生，主要从事造山作用与岩浆活动的研究：Email：。通讯作者：张博文，男，1984年生，博士，副教授，主要从事深部岩浆作用与成矿的研究；Email:。关键词关键词：东准噶尔；构造转化；锆石微量元素岩浆岩锆石地球化学特征的差异性可以记录不同的构造背景，也可准确厘定区域构造转换过程，如岩浆锆石的 Th/U 值可能与构造应力状态（大陆的伸展与挤压）及岩浆环境有关。前人认为，卡拉麦里花岗岩带是准东缘晚古生代后碰撞伸展环境下硅质岩浆活动的产物，并共识为 A2型花岗岩。结合以上科学认识，本课题组研究发现，该岩带东南部岩浆锆石表现出高 Th/U 值（极值 1.22）且变异系数较大（极值 45.23%）特征，相比之下，西北部内岩浆锆石 Th/U 变化较平稳（大部分0.8），且变异系数较小，总体显示其形成背景并不一致，整体表征为挤压环境，而东南部局部区域表现为伸展环境。同时，该岩带岩浆锆石Eu 值变化较小（大部分0.2），但在其伸展区域岩浆锆石Eu 值呈现升高趋势（极值 1.16），暗示该区域俯冲末期形成局部拉张环境，诱发大规模携带幔源年轻物质的穿地壳岩浆活动，地壳垂向生长强烈，形成较厚的年轻地壳。另外，该岩带内 Sn 成矿作用与高分异细粒花岗岩关系十分密切，明显区别于岩浆混合作用强烈的含闪长包体的花岗岩。总体来看，卡拉麦里花岗岩带形成的构造环境不均一，呈整体挤压局部伸展的转换特征，且西北部花岗岩大多数表现出高分异 I 型花岗岩特征，Sn 矿化强烈，为俯冲末期挤压环境的产物;而东南部花岗岩混合作用强烈，暗色包体发育，出现一定规模的伸展环境。1卡拉麦里花岗岩带形成时限东准噶尔造山带位于中亚造山带（CAOB）西南部，处于西伯利亚板块和准噶尔哈萨克斯坦板块的结合部位，是古生代时期古亚洲大洋扩张、俯冲、增生杂岩和岩浆弧等地体的拼贴碰撞过程形成的增生造山带（肖文交等，2019）。卡拉麦里花岗岩带主要分布在卡拉麦里断裂的北侧，呈 NWES展布，总面积约为 1100 km2，直线距离长且规模巨大（Zhang Bowen et al.,2020）。为探明卡拉麦里岩带岩浆活动的差异性，本研究共采集 26 块岩石样品，在每一块样品中精挑细选出 20 粒锆石进行测试，基本覆盖卡拉麦里岩带的所有露头，能代表岩带的全貌。其中 480 粒锆石来自岩带内的花岗岩，采样点自西向东分别为 CY-1、CY-3、CY-4、CY-6、CY-7、CY-8、CY-10、CY-11、CY-12、CY-13、CY-13-1、CY-14、CY-14-1、CY-15、CY-19、CY-20、CY-21、CY-21-1、CY-22、CY-23、CY-24、CY-16、CY-17、CY-18。以及 40 粒位于岩带南部的基性岩锆石，采样点位于 CY-5 和 CY-9（图 1）。所有锆石样品均进 行 激 光 剥 蚀 电 感 耦 合 等 离 子 体 质 谱（LA-ICP-MS）分析。据前人研究，卡拉麦里岩带的岩浆活动时限主要集中在 330280 Ma 之间，岩带内花岗岩就位于310302 Ma 之间。结合多位学者针对不同岩体的锆石 U-Pb 测年统计结果显示，该岩带花岗岩结晶年龄总体呈现较明显的由西向东逐渐年轻的方向性趋势，如最西端 324 Ma 的卡姆斯特岩体，最东端304 Ma 的苏吉泉岩体。由于众多学者利用不同的测试手段，从而造成测试结果存在较大差异，使得花岗岩与区域大地构造背景之间的关系研究仍存在地质论评 2023 年 69 卷 增刊 170较大差异，难以确定卡拉麦里花岗岩带的全貌。为确定样品采集的空间属性，本文按照统一标准完成该岩带的样品采集工作，得出卡拉麦里岩带的岩浆活动时限总体介于 320310 Ma 之间，从构建的时间尺度看，卡拉麦里巨量花岗岩带大致在 10 Myr内完成多次岩浆聚集，为同源岩浆不同演化阶段及相异岩浆条件的产物，并以某种岩体型式和生长方式形成的复式岩体。2锆石微量元素特征2.1筛选原生锆石锆石 Th/U 比值可以记录与构造有关的不同岩浆环境（伸展与挤压），这意味着锆石应该是由岩浆系统形成，且Th/U不会受到其他条件的影响，（如锆石蚀变、变质作用、包裹体的参与等）。因此，为了最大限度的减少这些条件的影响，我们对本次所采集的锆石进行了必要的筛选。不夹杂包裹体和无裂隙的锆石因其能更好的记录岩浆环境，对于讨论定量地球化学提供坚实可靠的支撑，因此我们在CL 图像下挑选出不含杂质和基本无裂纹的锆石。同时我们保留所采集 Th/U0.1 的岩浆锆石，剔除Th/U0.1 可能具有变质蚀变的锆石。值得注意的是锆石的高 U 和 Th 浓度导致辐射损伤从而引起较强的变质作用，高 U、Th 的辐射热损伤可能会使锆石晶格结构的改变，从而导致锆石 U-Th-Pb 同位素体系的重新平衡，因此我们同样剔除高 U 锆石（300010-6）以及高 Th（500010-6）锆石。经过上述筛选我们共剔除 26 个对研究结果可能存在影响的样品，针对剩余 494 个原生锆石进行卡拉麦里地区锆石 Th/U 与构造应力状态的探讨。2.2锆石 Th/U 特征锆石 Th/U 的通常随着 SiO2含量的降低而增加，来自基性岩的锆石 Th/U 介于 0.81.2 之间，而花岗岩锆石的 Th/U 则为 0.50.8 之间，且基性岩锆石的 Th/U 有更高的变异性（Kirkland et al，2015）。此外，岩带北部的野马泉岩体虽然与其他岩体表现为同源产物，但锆石 U-Pb 年龄、岩浆演化程度、空间位置均有别于岩带，因此作图时将其与基性岩一并置于图件靠后位进行探讨。我们通过筛选，剔除了 Th/U 可能存在异常的锆石，尽管如此本研究依旧提供了大量的数据去解决卡拉麦里花岗岩带形成时构造背景的差异性。如（图 1a、c）所示，尽管基性岩锆石的 Th/U 的变异性更大，比值更高，但大多数锆石的 Th/U1.0，此外在 CY-8 与 CY-19图 1 卡拉麦里花岗岩带锆石微量元素特征示意图：(a)样品锆石 Th/U 值空间分布图；(b)样品锆石稀土元素Eu 空间分布图；(c)样品锆石 Th/U 值平均数、标准差、变异系数空间分布图地质论评 2023 年 69 卷 增刊 171出现了两个 Th/U1.0 且变异系数较高的位置，表明卡拉麦里岩带在这两个位置表现出伸展环境的特征，这一点与该位置出现双峰质岩浆作用及变质核杂岩是一致的。因此，这说明卡拉麦里花岗岩带可能形成于俯冲末期的整体挤压环境，局部展现出伸展背景。2.3锆石Eu 特征锆石的Eu 可以作为推断地壳厚度的新指标，并且它与地壳厚度呈正相关（Tang Ming et al.,2020）。卡拉麦里花岗岩带的锆石的Eu 在 CY-13至 CY-20 出现了一个急剧上升的区域，甚至有一个点达到了 1.16，这表明卡拉麦里岩带的东部存在一个地壳变厚区域（图 1b）。如图 1c 所示，卡拉麦里岩带存在有两个变异性高的区间，分别位于西段的CY-4 至 CY-11 与东段的 CY15 至 CY19，结合 Th/U均方差及平均值变化趋势可以看出岩带偏东部的局部伸展强度大于西段（图 1c、2a），此外西段的Eu 均值变化均较小仅有 CY-6 采样位置均值稍有增加，说明岩带西段的地壳厚度较为均一，未受到伸展作用导致的幔源物质补给，可能仍处于挤压环境，因此我们推测岩带西段花岗岩受到少量深部基性物质的补给，使得同期形成的花岗岩混合作用弱，分异程度高；偏东段伸展作用较为强烈，诱发了大量深部基性岩浆补给致使该区域地壳增厚，从而产生了较高的Eu 值，同时产生了分异程度较低的花岗岩（图 2b），这一点与前人对于卡拉麦里地区存在地壳差异性生长且花岗岩分异程度不一致的观点基本相符（Zhang Bowen et al.,2021）。在此基础上，我们推断该地区晚古生代古大洋板块俯冲末期形成整体挤压局部拉张的构造环境，诱发大规图 2 卡拉麦里花岗岩带差异性演化信息示意图：(a)样品锆石 Th/U 值及变异系数空间分布图；(b)研究区巨量花岗岩分异程度空间趋势图地质论评 2023 年 69 卷 增刊 172模携带幔源年轻物质的硅质岩浆作用，引发古老岩石圈地壳生长，形成年轻地壳。值的注意的是，最新的研究表明岩浆分异作用越强，岩浆中的 Sn 元素越富集，最终在高分异的岩浆岩中富集成矿，这与卡拉麦里花岗岩带报道有大量锡矿化且与分布呈现“西多东少”趋势相符（图2a）。此外，由于卡拉麦里花岗岩带形成时的整体挤压、局部伸展背景，锡成矿热事件可能是由于俯冲板块后撤造成区域上的局部挤压作用引起。因此，上述分析暗示卡拉麦里地区花岗岩的形成和锡矿化时空分布与该地区伸展作用的强弱存在一定关联，即伸展程度较弱的区域，易产出高分异的花岗岩，更有利于 Sn 富集成矿；而伸展较为强烈的区域则更容易产出分异程度低的花岗岩（图 2b），且 Sn 富集程度较弱，最终导致卡拉麦里花岗岩带的形成和相关的锡矿化事件。3结论(1)卡拉麦里岩带的岩浆活动时限总体介于320310 Ma 之间，属于晚石炭世岩浆活动的产物。(2)利用锆石 Th/U 推断出卡拉麦里花岗岩带西段锆石 Th/U 较低且变异系数较平稳，但偏东段局部区域锆石 Th/U 偏高且相较于全岩带该区域变异系数达到最大值，因此卡拉麦里花岗岩带可能是由于板块俯冲末期形成整体挤压、局部伸展作用形成。(3)岩带偏东部区域锆石Eu 明显增大，表明在该区域局部伸展作用下幔源岩浆增生导致了卡拉麦里地区发生新生地壳生长。(4)卡拉麦里地区的花岗岩自西向东分异程度逐渐降低，结合前人报道岩带西段的大量锡矿化位置及构造背景之间存在的差异性，说明岩带内挤压环境和高分异花岗岩是Sn 元素富集的主要控制因素。参考文献/References肖文交,宋东方,Brian F W,李继亮,韩春明,万博,张继恩,敖松坚,张志勇.2019.中亚增生造山过程与成矿作用研究进展.中国科学:地球科学,49(10):15121545.Kirkland C L,Smithies R H,Taylor R J M,Evans N,McDonald B.2015.Zircon Th/U ratios in magmatic environs.Lithos,212:397414.McKay M P,Jackson Jr W T,Hessler A M.2018.Tectonic stress regimerecorded by zircon Th/U.Gondwana Research,57:19.Tang Ming,Ji Weiqiang,Chu Xu,Wu Anbin,Chen Chen.2021.Reconstructing crustal thickness evolution from europium anomalies indetrital zircons.Geology,49(1):7680.Zhang Bowen,Chen Chuan,Gong Xiaoping,Yaxiaer Y,Kadeliya K.2021.The Kamusite A2-type granites in the Karamail