Zircon U-Pb age, geochemistry of granites in Shaleketeng area, West Junggar, Xinjiang and its constraints on the post-collision tectonic environment
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摘要:
以西准噶尔白杨河上游沙勒克腾山及周缘花岗岩为研究对象，在地质调查的基础上，进行岩石学、锆石U-Pb年龄、岩石地球化学特征研究，探讨其形成时代及构造背景。西准噶尔白杨河上游沙勒克腾山及周缘花岗岩可划分为沙勒克腾、查干恩干、阿拉乔古、坦子不拉克4个序列，各序列岩石组合分别为花岗闪长斑岩、二长花岗斑岩，碱长花岗岩、正长花岗岩，闪长玢岩、闪长岩、石英闪长玢岩，二长花岗斑岩、花岗斑岩。沙勒克腾序列锆石U-Pb年龄为302.1±1.4 Ma(n=26，MSWD=1.5)，形成时代为晚石炭世；具有低硅(SiO2=68.07%~70.49%)、贫碱(K2O+Na2O=7.23%~8.18%)、富铝(Al2O3=14.12%~15.69%)、富钛(TiO2含量0.43%~0.48%)、富钙(CaO含量1.71%~3.31%)特征；相对亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti，富集Zr、Hf。查干恩干序列锆石U-Pb年龄为296.7±2.1 Ma(n=26，MSWD=0.41)，形成时代为早二叠世早期；具有相对高硅(SiO2=74.21%~74.37%)，富碱(K2O+Na2O=8.84%~9.19%)、富铝(Al2O3=12.59%~12.85%)，低钛(TiO2=0.19%~0.22%)、低钙(CaO=0.64%~1.24%)特征；稀土元素含量低，亏损Sm、Tb、Y、Yb、Lu、Sr，富集Zr、Hf。沙勒克腾序列、查干恩干序列、阿拉乔古序列、坦子不拉克序列分别属于准铝质—弱过铝质高钾钙碱性I型花岗岩、准铝质碱性高分异I型花岗岩、弱过铝质碱性I型花岗岩、S型花岗岩。研究表明，白杨河上游库勒克腾山及周缘花岗岩形成于后碰撞环境挤压应力体制向伸展应力体制转换期，查干恩干序列的侵位标志着区域应力体制进入伸展阶段，进而限定研究区进入伸展应力体制的时限应不晚于296.7±2.1 Ma，为西准噶尔地区晚石炭世—早二叠世后碰撞构造研究提供了新的依据。
Abstract:Choosing the granites in Shaleketeng area in West Junggar as the research objects, this paper aims to discuss the regional tectonic environment by studying its petrological, geochronological and geochemical characteristics on basis of the fieldwork.The granites can be divided into four sequences: Shaleketeng, Chaganengan, Alaqiaogu and Tanzibulake.Shaleketeng sequence is composed by granodiorite-porphyry and monzonitic granite-porphyry, and formed in the Late Carboniferous, which zircon LA-ICP-MS U-Pb age is 302.1±1.4 Ma(n=26, MSWD=1.5).Shaleketeng sequence is belong to quasi-aluminous to weakly peraluminous I-type granite characterized by relatively low SiO2 (68.07%~70.49%) and K2O+Na2O(7.23%~8.18%), Al2O3(14.12%~15.69%), TiO2(0.43%~0.48%)and CaO(1.71%~3.31%)in Major element compositions, and relatively depleted Nb, Ta, Sr, P, Ti and enriched Zr, Hf in trace element compositions.Chaganengan sequence is composed by alkali-feldspar granite and orthogranite, and formed in the Early Permian, which zircon LA-ICP-MS U-Pb age is 296.7±2.1Ma(n=26, MSWD=0.41).Chaganengan sequence is belong to quasi-aluminous alkaline fractionated I-type granite characterized by relatively high SiO2(74.21%~74.37%), K2O+Na2O (8.84%~9.19%), Al2O3(12.59%~12.85%)and low TiO2(0.19%~0.22%), CaO(0.64%~1.24%) in major element compositions, and low REE and relatively depleted Sm, Th, Y, Yb, Lu, Sr, and enriched Zr, Hf in trace element compositions.Alaqiaogu sequence is composed by diorite, diorite-porphyry and quartz diorite-porphyry, and Tanzibulake sequence is orthogranite and monzonitic granite-porphyry, which are respectively belong to weakly peraluminous alkaline I-type granite and S-type granite.Considering the Regional geological data, the research reflects the granites in the studying area is formed in the transfer stage from compression to extension of post-collision tectonic environment, and Shaleketeng sequence indicates the time limit for the study area to enter the extensional stress system should be no later than 296.7±2.1 Ma.
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图 5 研究区花岗岩类稀土元素配分曲线(a)及微量元素蛛网图(b)(球粒陨石及原始地幔标准化值分别据Boynoton，1984；Sun et al，1989)
Figure 5.
图 6 研究区花岗岩类TFeO/(Zr+Nb+Ce+Y)-MgO图解(a)及(Zr+Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO图解(b)(底图据Whalen et al., 1987)
Figure 6.
图 7 研究区花岗岩(Yb+Nb)-Rb图解(a)(底图据Pearce，1984)和Yb-Sr图解(b)(底图据张旗等，2010a)
Figure 7.
表 1 沙勒克腾序列样品(D0612TW1)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果
Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis of sample(D0612TW) for Shaleketeng sequence
点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ D0612TW1-01 504.6 1010.3 0.50 0.0653 0.0039 0.4282 0.0240 0.0475 0.0010 784.9 126.7 361.9 17.1 299.3 6.3 D0612TW1-02 287.5 694.5 0.41 0.0547 0.0012 0.3796 0.0093 0.0503 0.0006 398.2 52.8 326.8 6.9 316.2 4.0 D0612TW1-03 633.3 885.4 0.72 0.1323 0.0111 0.9252 0.0904 0.0488 0.0008 2128.7 146.1 665.1 47.7 307.1 5.2 D0612TW1-04 230.1 564.5 0.41 0.0550 0.0014 0.3586 0.0090 0.0473 0.0005 409.3 55.6 311.2 6.7 298.1 3.0 D0612TW1-05 208.3 576.6 0.36 0.0505 0.0011 0.3339 0.0078 0.0480 0.0006 216.7 50.0 292.6 6.0 302.5 3.7 D0612TW1-06 336.8 679.8 0.50 0.0633 0.0020 0.4095 0.0117 0.0472 0.0006 716.7 63.9 348.5 8.4 297.5 3.8 D0612TW1-07 357.6 805.0 0.44 0.0551 0.0011 0.3688 0.0090 0.0484 0.0005 416.7 46.3 318.8 6.7 304.9 3.0 D0612TW1-08 354.6 765.8 0.46 0.0697 0.0020 0.4686 0.0150 0.0486 0.0005 920.4 57.4 390.3 10.4 305.8 3.2 D0612TW1-09 377.6 795.1 0.47 0.0532 0.0015 0.3475 0.0109 0.0473 0.0005 339.0 97.2 302.9 8.2 297.8 3.0 D0612TW1-10 336.0 773.7 0.43 0.0530 0.0014 0.3455 0.0099 0.0473 0.0006 331.5 28.7 301.4 7.5 297.9 3.5 D0612TW1-11 524.3 826.2 0.63 0.1520 0.0148 0.9579 0.0934 0.0464 0.0008 2368.2 166.4 682.2 48.5 292.2 5.0 D0612TW1-12 538.0 837.9 0.64 0.0663 0.0036 0.4364 0.0251 0.0476 0.0005 816.7 113.0 367.7 17.8 300.1 2.9 D0612TW1-13 373.0 678.1 0.55 0.0740 0.0020 0.4873 0.0140 0.0477 0.0006 1042.6 54.2 403.1 9.6 300.5 3.4 D0612TW1-14 328.7 631.8 0.52 0.0535 0.0013 0.3513 0.0088 0.0477 0.0005 350.1 86.1 305.7 6.6 300.2 3.2 D0612TW1-15 258.3 638.2 0.40 0.0553 0.0014 0.3580 0.0097 0.0469 0.0005 433.4 55.6 310.7 7.2 295.5 3.2 D0612TW1-16 1893.3 1791.7 1.06 0.4370 0.0139 2.3677 0.0849 0.0392 0.0009 4041.7 47.4 1232.9 25.6 248.1 5.5 D0612TW1-17 372.9 734.0 0.51 0.0540 0.0014 0.3513 0.0092 0.0472 0.0006 372.3 52.8 305.7 6.9 297.5 3.6 D0612TW1-18 221.0 588.8 0.38 0.0551 0.0010 0.3698 0.0079 0.0487 0.0006 413.0 42.6 319.5 5.8 306.3 3.7 D0612TW1-19 286.6 709.8 0.40 0.0540 0.0014 0.3629 0.0095 0.0488 0.0006 372.3 59.3 314.4 7.1 306.9 3.4 D0612TW1-20 273.7 649.7 0.42 0.0603 0.0022 0.4024 0.0150 0.0484 0.0008 613.0 84.3 343.4 10.9 304.5 4.9 D0612TW1-21 261.7 654.0 0.40 0.0540 0.0013 0.3672 0.0102 0.0492 0.0006 368.6 49.1 317.6 7.5 309.4 3.9 D0612TW1-22 400.3 754.4 0.53 0.0743 0.0037 0.4941 0.0258 0.0480 0.0007 1050.0 100.8 407.7 17.6 302.1 4.1 D0612TW1-23 310.1 743.7 0.42 0.0521 0.0014 0.3429 0.0083 0.0478 0.0005 300.1 59.3 299.4 6.3 301.1 3.3 D0612TW1-24 410.9 860.2 0.48 0.0546 0.0013 0.3678 0.0080 0.0490 0.0006 394.5 58.3 318.0 6.0 308.3 3.6 D0612TW1-25 323.4 763.8 0.42 0.0603 0.0014 0.4107 0.0115 0.0491 0.0006 616.7 50.0 349.4 8.3 309.3 3.6 D0612TW1-26 306.0 627.0 0.49 0.0733 0.0040 0.4999 0.0275 0.0495 0.0006 1033.3 112.5 411.7 18.6 311.4 3.5 D0612TW1-27 302.8 659.4 0.46 0.0573 0.0015 0.3795 0.0103 0.0479 0.0005 505.6 52.8 326.7 7.6 301.9 3.3 D0612TW1-28 342.9 763.5 0.45 0.0558 0.0015 0.3673 0.0105 0.0477 0.0007 455.6 59.3 317.7 7.8 300.5 4.1 D0612TW1-29 408.8 789.2 0.52 0.0596 0.0013 0.3898 0.0093 0.0474 0.0006 590.8 46.3 334.2 6.8 298.6 3.6 D0612TW1-30 278.6 716.7 0.39 0.0524 0.0012 0.3476 0.0091 0.0480 0.0006 305.6 58.3 302.9 6.8 302.4 3.8 
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表 2 查干恩干序列样品(D0913TW1)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果
Table 2. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis of sample(D0913TW1)for Chaganengan sequence
点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ D0913TW1-01 69.9 159.5 0.44 0.0644 0.0040 0.4003 0.0205 0.0468 0.0012 753.7 131.5 341.8 14.9 294.7 7.1 D0913TW1-02 90.5 312.0 0.29 0.0501 0.0017 0.3312 0.0112 0.0479 0.0007 211.2 79.6 290.5 8.6 301.9 4.3 D0913TW1-03 210.4 458.8 0.46 0.0521 0.0018 0.3367 0.0108 0.0470 0.0006 300.1 77.8 294.7 8.2 296.3 3.6 D0913TW1-04 67.5 232.5 0.29 0.0553 0.0026 0.3553 0.0169 0.0472 0.0010 433.4 105.6 308.7 12.7 297.1 6.1 D0913TW1-05 176.9 365.6 0.48 0.0532 0.0032 0.3331 0.0133 0.0475 0.0013 339.0 139.8 291.9 10.1 299.3 8.0 D0913TW1-06 80.2 190.7 0.42 0.0699 0.0133 0.3695 0.0195 0.0467 0.0014 925.0 400.0 319.3 14.5 294.0 8.6 D0913TW1-07 137.3 301.6 0.46 0.0601 0.0083 0.3542 0.0182 0.0468 0.0009 609.3 302.6 307.9 13.7 294.6 5.7 D0913TW1-08 150.8 319.0 0.47 0.0541 0.0019 0.3495 0.0131 0.0468 0.0006 376.0 76.9 304.4 9.9 295.1 3.9 D0913TW1-09 288.1 465.8 0.62 0.1960 0.0094 1.0555 0.0493 0.0396 0.0009 2793.5 78.4 731.6 24.4 250.5 5.7 D0913TW1-10 312.4 646.3 0.48 0.0686 0.0018 0.4390 0.0132 0.0463 0.0007 887.0 55.6 369.5 9.3 291.8 4.1 D0913TW1-11 317.3 672.0 0.47 0.0696 0.0016 0.3933 0.0107 0.0411 0.0009 916.7 43.5 336.8 7.8 259.7 5.5 D0913TW1-12 134.1 254.2 0.53 0.0614 0.0035 0.3871 0.0208 0.0464 0.0010 653.7 124.1 332.3 15.2 292.2 6.4 D0913TW1-13 321.7 501.4 0.64 0.0796 0.0050 0.4863 0.0221 0.0465 0.0012 1187.0 123.3 402.4 15.1 293.0 7.5 D0913TW1-14 73.5 203.1 0.36 0.0586 0.0044 0.3817 0.0314 0.0468 0.0010 553.7 160.9 328.3 23.1 294.6 5.9 D0913TW1-15 87.2 226.8 0.38 0.1211 0.0124 0.8003 0.0848 0.0474 0.0007 1972.5 177.6 597.0 47.9 298.6 4.4 D0913TW1-16 441.0 458.5 0.96 0.0525 0.0013 0.3443 0.0112 0.0475 0.0010 305.6 52.8 300.5 8.4 299.2 6.0 D0913TW1-17 263.6 300.8 0.88 0.0546 0.0017 0.3603 0.0150 0.0479 0.0016 394.5 68.5 312.5 11.2 301.6 10.0 D0913TW1-18 240.5 448.7 0.54 0.0906 0.0032 0.5995 0.0252 0.0478 0.0010 1438.9 67.8 477.0 16.0 301.2 6.2 D0913TW1-19 150.6 258.7 0.58 0.0559 0.0027 0.3664 0.0177 0.0476 0.0012 455.6 105.6 317.0 13.1 299.8 7.6 D0913TW1-20 134.0 348.4 0.38 0.1073 0.0069 0.5613 0.0363 0.0379 0.0011 1754.6 150.5 452.4 23.6 240.1 6.7 D0913TW1-21 94.3 189.8 0.50 0.0645 0.0039 0.4062 0.0261 0.0456 0.0009 766.7 128.9 346.1 18.9 287.7 5.3 D0913TW1-22 136.7 232.5 0.59 0.0531 0.0015 0.3444 0.0094 0.0473 0.0009 331.5 30.6 300.5 7.1 297.6 5.5 D0913TW1-23 235.0 566.2 0.42 0.0540 0.0013 0.3508 0.0088 0.0472 0.0008 368.6 55.6 305.3 6.6 297.3 4.9 D0913TW1-24 164.2 363.4 0.45 0.0576 0.0020 0.3778 0.0119 0.0478 0.0008 516.7 77.8 325.4 8.8 301.0 4.7 D0913TW1-25 146.5 279.5 0.52 0.0531 0.0015 0.3437 0.0112 0.0469 0.0009 331.5 30.6 300.0 8.4 295.6 5.5 D0913TW1-26 294.4 656.1 0.45 0.0532 0.0011 0.3493 0.0080 0.0476 0.0006 339.0 41.7 304.2 6.1 299.8 4.0 D0913TW1-27 252.3 384.3 0.66 0.0555 0.0021 0.3581 0.0156 0.0466 0.0011 435.2 83.3 310.8 11.7 293.8 6.7 D0913TW1-28 129.6 387.1 0.33 0.0779 0.0028 0.5063 0.0183 0.0473 0.0008 1143.5 71.5 416.0 12.3 298.1 4.9 D0913TW1-29 177.2 528.7 0.34 0.2697 0.0215 2.5788 0.2734 0.0634 0.0021 3305.6 125.3 1294.6 77.7 396.6 12.5 D0913TW1-30 191.3 282.0 0.68 0.0647 0.0046 0.4230 0.0319 0.0474 0.0014 764.8 148.9 358.2 22.8 298.4 8.5
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表 3 研究区花岗岩主量元素地球化学分析结果
Table 3. Major element compositions of granites in study area
% 样号 序列 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O D0610 C2SL 65.4 0.44 15.03 2.51 1.57 0.08 0.86 3.18 3.90 D0611 γδπ 69.57 0.42 13.93 0.80 2.93 0.07 1.03 2.26 4.17 D0612 66.64 0.44 15.24 2.13 1.97 0.06 0.48 2.44 4.27 D9913 ηγπ 67.43 0.47 14.81 1.82 2.22 0.07 0.9 1.67 4.33 D0902 P1CG ζγπ 73.59 0.22 12.48 0.81 1.71 0.04 0.27 1.23 4.4 D0913 73.43 0.19 12.69 0.90 1.59 0.04 0.17 0.64 4.46 A0363 P1TZ γπ 75.26 0.15 13.06 0.18 0.73 0.02 0.18 1.21 2.37 D9900 P1AL δοπ 71.61 0.36 14.97 0.35 2.41 0.05 0.81 2.78 4.45 样号 K2O P2O5 LOI Total Na2O+K2O Na2O/K2O A/NK A/CNK σ DI MF D0610 3.04 0.12 6.99 103.12 7.23 1.28 1.55 0.97 2.08 76.62 82.32 D0611 3.37 0.13 3.46 102.14 7.65 1.24 1.32 0.95 2.13 81.02 78.35 D0612 3.37 0.11 4.88 102.03 7.87 1.27 1.43 1.01 2.42 80.84 89.50 D9913 3.64 0.14 4.15 101.64 8.18 1.19 1.34 1.05 2.56 83.13 81.82 D0902 4.36 0.05 1.51 100.67 8.84 1.01 1.04 0.88 4.54 92.12 90.24 D0913 4.61 0.03 1.23 99.96 9.19 0.97 1.03 0.94 5.26 94.04 93.71 A0363 4.81 0.02 3.89 101.89 7.33 0.49 1.43 1.15 3.09 90.12 83.62 D9900 1.95 0.13 3.74 103.62 6.41 2.28 1.59 1.03 3.03 79.07 77.26 注：所有参数均在扣除烧失量并标准化后计算，A/CNK=Al2O3 / (CaO+Na2O+K2O)(摩尔比)；A/NK=Al2O3 / (Na2O+K2O)(摩尔比)；σ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)，SiO2大于70%时用AR代替，AR= (Al2O3+CaO+Na2O+K2O)/ (Al2O3+CaO-Na2O-K2O)；DI=Q(石英，CIPW标准矿物百分含量，后同)+Or(正长石)+Ab(钠长石)+Ne(霞石)+Lc(白榴石)+Kp(六方钾霞石)；MF=100(Fe2O3+FeO)/ (Fe2O3+FeO+ MgO)
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表 4 研究区花岗岩稀土及微量元素地球化学分析结果
Table 4. Trace and rare earth element compositions of granites in the study area
10-6 样号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm D0610 22.69 39.52 5.40 19.89 4.32 0.81 3.78 0.71 4.34 0.91 3.07 0.46 D0611 25.81 43.25 5.71 23.47 4.84 0.98 4.22 0.75 4.93 1.00 2.89 0.52 D0612 23.48 39.94 5.26 22.32 4.37 0.80 3.92 0.70 4.46 0.94 2.77 0.48 D9913 19.95 49.23 5.21 19.51 4.43 0.78 4.26 0.76 5.03 1.00 2.91 0.49 D0902 3.60 13.87 0.67 2.61 0.62 0.19 0.46 0.07 0.41 0.09 0.26 0.04 D0913 3.70 11.79 0.80 2.89 0.72 0.15 0.62 0.11 0.73 0.16 0.51 0.09 A0363 17.40 51.34 5.29 20.89 5.12 0.08 5.22 0.99 6.65 1.34 4.83 0.66 D9900 18.72 32.63 3.74 13.64 2.63 0.79 2.34 0.37 2.14 0.40 1.14 0.19 样号 Yb Lu Y ΣREE LREE/HREE σEu σCe LaN/YbN LaN/SmN GdN/YbN Rb Ba D0610 2.71 0.42 24.13 109.04 5.65 0.60 0.83 5.64 3.30 1.12 63.5 817.1 D0611 3.06 0.47 26.56 121.89 5.84 0.65 0.82 5.69 3.35 1.11 83.4 1072.7 D0612 2.81 0.44 24.92 112.68 5.82 0.58 0.83 5.63 3.38 1.12 82.2 549.3 D9913 3.16 0.50 27.10 117.23 5.47 0.54 1.14 4.25 2.83 1.09 93.1 508.6 D0902 0.27 0.04 1.76 23.21 13.15 1.06 2.01 8.84 3.64 1.35 84.9 768.0 D0913 0.53 0.08 3.34 22.88 7.09 0.66 1.58 4.68 3.23 0.94 105.2 530.9 A0363 4.35 0.66 36.74 124.81 4.05 0.05 1.28 2.70 2.14 0.97 167.1 153.9 D9900 1.14 0.18 11.19 80.04 9.13 0.95 0.89 11.07 4.48 1.65 51.4 528.3 样号 Th U Sr Nb Ta Cs Be Sc Cr Co Ni Cu D0610 10.05 3.56 187.3 7.14 0.82 3.41 1.65 5.84 10.75 5.57 3.88 113.15 D0611 10.53 3.19 260.8 7.09 0.76 3.39 2.23 6.59 8.48 5.92 3.92 133.61 D0612 10.01 4.13 140.9 7.49 0.93 3.93 2.09 6.94 13.72 6.17 3.98 15.17 D9913 9.77 3.14 187.2 8.36 0.79 3.08 2.96 9.09 13.54 6.27 5.47 60.23 D0902 0.81 2.90 20.5 7.66 0.65 2.21 1.93 0.14 6.63 1.78 1.54 156.81 D0913 1.41 3.39 7.0 10.03 0.76 11.26 2.02 0.32 8.14 1.13 2.29 5.72 A0363 15.26 3.74 15.5 10.42 1.15 3.16 3.03 2.84 2.84 0.55 0.85 11.97 D9900 5.18 1.79 551.1 6.06 0.62 3.88 1.24 6.03 8.50 5.41 4.60 93.85 样号 Zn Ga Zr Cd Pb W Li Sn Hf Sb Zr+Nb+Ce+Y 10000Ga/Al D0610 73.50 17.6 199.0 0.18 16.46 1.24 7.69 5.36 6.80 2.53 269.79 2.13 D0611 73.36 18.0 183.2 0.18 15.81 1.36 33.11 5.71 5.70 1.02 260.10 2.41 D0612 51.87 18.8 200.2 0.13 12.25 0.70 7.17 3.04 6.50 0.80 272.55 2.27 D9913 87.75 / 184.8 0.19 21.69 2.42 12.89 4.14 5.32 1.75 269.49 / D0902 52.80 14.1 166.8 0.09 12.97 0.72 3.66 2.81 6.30 0.81 190.10 2.12 D0913 35.72 14.6 209.7 0.10 12.07 1.78 3.75 3.04 7.50 1.22 234.87 2.14 A0363 59.51 / 128.2 0.18 32.39 3.53 3.96 7.71 5.80 0.68 226.70 / D9900 48.43 / 153.8 0.15 21.39 8.69 11.96 2.82 4.94 1.62 203.68 /
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图(8)
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