西天山古伦沟地区花岗岩类年代学、地球化学和锆石Hf同位素特征及地质意义

【摘要】：本文在系统搜集、整理和分析前人关于西天山地区基础地质和斑岩型铜矿床研究资料的基础上,针对出露于西天山古伦沟地区的大型复式岩基,采用野外地质调查、岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学和锆石Hf同位素等多学科研究方法和手段,着重探讨了岩基中黑云母二长花岗岩和石英闪长岩的形成时代、成因类型、源区属性和形成的构造环境以及可能的成岩-成矿作用关系,初步推演了西天山北部地区古生代的构造-岩浆演化过程。 西天山古伦沟地区位于伊犁-中天山微地块的北缘。区内出露的大型复式岩基被前人划分为海西中期的闪长岩(δ42a)、斜长花岗岩(γ042b)、似斑状黑云母花岗岩(γ42c)和海西晚期的钾质花岗岩(γ43c)。本文在该复式岩基中获得了两组LA-ICPMS锆石U-Pb年龄：黑云母二长花岗岩的成岩年龄449.3Ma和石英闪长岩的成岩年龄331.8Ma。新近,“十一五”项目组还在该复式岩基中获得古仍格萨拉东岩体花岗闪长斑岩的成岩年龄488.9-470.5M,表明研究区在古生代至少经历了“两期三阶段”的花岗质岩浆侵入活动。 晚奥陶世黑云母二长花岗岩,高Si富碱、富Na贫K、富A1低Mg,属富Na的低钾(拉斑)-钙碱性弱过铝质花岗岩类；高Sr低Y和Yb、高的Sr/Y比,弱的负铕异常和个别弱的正铕异常,明显分异的稀土配分曲线,表明其属埃达克质岩。锆石原位Hf同位素特征：’76Hf/177Hf=0.282403-0.282677、εH(t)=-3.5-6.3和TDM2=1417-914Ma,又表明其具壳幔混合源的特征。该类岩石的地球化学特征与“十一五”项目组在研究区识别的早奥陶世古仍格萨拉东岩体的地球化学属性相近,暗示研究区在奥陶纪一直处于准噶尔-北天山洋沿伊犁-中天山微地块北缘向南俯冲消减体制下的活动大陆边缘环境。该活动陆缘下部富钠的中元古代下地壳玄武质岩石遭受上涌幔源岩浆作用而部分熔融,形成了发育于古伦沟地区的花岗闪长斑岩(γδπ32)和黑云母二长花岗岩(ηγ32)。 早石炭世石英闪长岩,富Si、Al、Na,低Ti、K和贫碱,属富钠的准铝质钙碱性花岗岩类。富集LILE和LREE、亏损HFSE和HREE,明显N、Ta、Ti、P负异常的特征,使其相似于科迪勒拉Ⅰ型花岗岩类。高的CaO、TFe2O3、MgO含量和Mg#,以及微量元素比(Nd/Th、Nb/Ta、Ti/Y、Ti/Zr)和锆石原位Hf同位素特征(176Hf/177Hf=0.282662-0.282777、εHf(t)=2.9-7.4、TDM2=985-767Ma),均表明其具强烈的幔源岩浆印记,说明该类岩石可能是由早古生代就底垫／拼贴于微地块北缘(活动大陆边缘)下地壳底部的火山弧物质所组成的年轻下地壳,在石炭纪早期因南天山洋北向俯冲而处于弧后伸展体制之下而部分熔融,形成了兼具幔源岩浆特征和火山弧岩浆岩地球化学属性的石英闪长岩(δO42)。 古伦沟地区出露的形成于活动陆缘环境的488.9-470.5Ma的古仍格萨拉东岩体,表明准噶尔-北天山洋在奥陶纪早期就已经处于向其南侧伊犁-中天山微地块之下的俯冲消减。至晚奥陶世,该洋壳的俯冲消减所引起的壳幔岩浆活动,使得活动陆缘下部富Na的中元古代下地壳玄武质岩石发生部分熔融,形成了具壳幔混合源特征的449.3Ma黑云母二长花岗岩。前人在天格尔-望峰和干沟等地区发现的439.9-428Ma碰撞造山型花岗岩类和干沟志留纪前陆盆地以及干沟-米什沟奥陶纪蛇绿混杂岩,均表明准噶尔-北天山洋在早-中志留世逐渐由洋壳的俯冲消减转入了弧陆/陆陆挤压碰撞的主造山阶段,并在微地块北缘形成了与洋壳俯冲-碰撞相关的构造岩浆岩带/缝合带。研究区出露的331.8Ma石英闪长岩兼具强烈幔源岩浆印记和火山弧岩浆岩地球化学属性,暗示微地块北缘早古生代缝合带在石炭纪早期遭受了再次“活化”,且该类岩石的形成很可能与南天山洋在晚古生代早期沿微地块南缘持续的北向俯冲所引起的弧后伸展作用有关。 古伦沟地区早奥陶世古仍格萨拉东岩体和晚奥陶世黑云母二长花岗岩的形成,均与准噶尔-北天山洋在奥陶纪持续向南的俯冲消减有关。加之,这些岩石具壳幔混合源的特征和古仍格萨拉东岩体内原生铜矿化及其围岩中相关蚀变类型的发现,使得研究去显示较好的斑岩型金属矿床的找矿地质背景。