阿尔泰造山带西段岩浆活动的时代、成因机制及其构造意义

【摘要】： 中亚造山带是世界上最大的增生型造山带之一。中国阿尔泰造山带位于准噶尔盆地和萨彦-蒙古造山带之间，是中亚巨型造山带的重要组成部分。阿尔泰造山带演化过程中形成了多期岩浆活动，记录了该造山带形成、演化的历史。为了进一步确定阿尔泰造山带的岩浆期次、岩石成因类型以及构造演化等问题，本文选取中国阿尔泰造山带西段不同的花岗岩体(阔克塔斯岩体、哈巴河岩体、禾木-喀纳斯岩体)、基性岩脉(铁热克提基性岩脉)、角闪辉长岩以及变质基性岩(塔尔浪斜长角闪岩)进行了年代学(锆石U-Pb定年或角闪石单矿物~(40)Ar-~(39)Ar定年)、全岩地球化学以及同位素研究，并取得了以下主要成果和认识： (1)阿尔泰造山带西段花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年代学显示：侵入到西北部哈巴河群地层中的禾木-喀纳斯花岗岩和铁热克提花岗岩分别形成于393±7Ma和410±7Ma，侵入到南部阿勒泰组地层中的哈巴河花岗岩形成于390±5Ma，表明加里东期岩浆活动在阿尔泰造山带西段占有重要地位。 (2)阿尔泰造山带西段北部的禾木-喀纳斯二云母花岗岩具有较高的Al_2O_3(13.98～15.58wt％)含量和K_2O／Na_2O(1.09～1.89)比值，显示强过铝质S-型花岗岩的特征(ASI=1.05～1.4)，较高的K_2O(2.89～4.96wt％)、Rb(115.5～220.2ppm)、Cs(4.31～13.43ppm)含量，以及K_2O／Na_2O、Sr／Nb(10.0～17.3)比值，表明禾木-喀纳斯花岗岩是云母类矿物脱水熔融形成的；南部的哈巴河黑云母花岗岩具有相对较低的K_2O(0.22～4.74wt％)、Rb(3.31～91.85ppm)、Cs(0.06～22.50ppm)含量和Rb／Sr(0.03～0.8)比值，以及平坦的重稀土配分型式(Gd／Yb_N=0.91～1.19)和明显的Eu负异常(δEu=0.50～0.68)，表明哈巴河花岗岩是角闪石类矿物脱水熔融形成的；阔克塔斯花岗闪长岩具有较高的MgO(1.68～1.97wt％)和Sr(215～330ppm)含量和较低K_2O／Na_2O(0.41～0.48)比值，以及类似于地幔源区的Nd-Sr同位素组成(ε_(Nd)(t)=2.6-4.2；(~(87)Sr／~(86)Sr)_i=0.7046～0.7048)，表明该花岗岩受到大陆地壳混染的可能性较小，很可能是俯冲带基性岩浆分离结晶形成的。 (3)禾木-喀纳斯强过铝质S-型花岗岩ε_(Nd)(t)值为-1.0～-0.9，(~(87)Sr／~(86)Sr)_i介于0.7079～0.7107；哈巴河Ⅰ-型花岗岩ε_(Nd)(t)值为-1.2～0.6，(~(87)Sr／~(86)Sr)_i介于0.7064～0.7071。这些同位素特征表明禾木-喀纳斯强过铝质花岗岩和哈巴河花岗岩源区均包含相当程度的新生物质。阿尔泰造山带西段花岗岩的源区物质主要是杂砂岩和中基性的火成岩，源区的性质和年轻的Nd同位素特征表明阿尔泰西段缺少老的陆壳物质而很可能是增生楔。 (4)铁热克提基性岩脉具有类似于N-MORB和岛弧岩浆的双重地球化学特征，其锆石U-Pb年龄(372.3±7.4Ma)及ε_(Nd)(t)值(4.2～8.1)与库尔提蛇绿岩极为相似，表明二者具有相同的成因机制，是在活动大陆边缘拉张背景下经过岛弧岩浆抽提的亏损地幔源区发生重新熔融形成的。 (5)塔尔浪角闪辉长岩形成于二叠纪中-晚期，~(40)Ar-~(39)Ar坪年龄为266.9±4.2Ma，代表了角闪辉长岩的形成年龄。角闪辉长岩具有消减带岩浆的地球化学特征，反映了被俯冲改造的岩石圈地幔的地球化学特征，可能是二叠纪区域构造机制转换过程中的产物。 (6)阿尔泰塔尔浪斜长角闪岩为变质基性岩，以捕虏体的形式出现在400Ma的早泥盆世花岗岩中或以透镜体的形式出露在泥盆纪地层中，表明其原岩形成不应晚于400Ma并且记录了一期297Ma左右的构造热事件。其产状和较高的TiO_2含量表明此类岩石可能是洋壳在俯冲过程中沿活动大陆边缘增生的海山残片。 (7)阿尔泰造山带南缘发育泥盆纪到中-晚二叠世的岩浆活动，沿活动大陆边缘增生的海山残片与具有消减带岩浆特征的花岗岩和基性岩，表明阿尔泰造山带南缘至少在泥盆纪到二叠纪期间为活动大陆边缘，而非以往所认为的稳定大陆边缘裂谷坏境；并且活动大陆边缘为花岗岩源区物质的积累和基性岩浆的上侵提供了重要的物质保障，进而基性岩浆的上侵又为花岗岩源区的部分熔融提供了热源。然而，二叠纪的岩浆活动与此前相比，规模较小且分布相对零星，表明二叠纪即使存在消减活动，其构造机制和岩浆活动的样式已经发生了较大的变化，具有消减带岩浆特征的塔尔浪角闪辉长岩正是这一构造机制转换的反映。