Genesis of Kalqiaer Super–large Fluorite Zone in Altyn Tagh Area: Chronology, Rare Earth Elements and Sr–Nd Isotopes Constraints
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摘要:
阿尔金卡尔恰尔一带近年来萤石找矿取得重大突破，新发现卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什、拉依旦北、盖吉克等多处萤石矿，形成超大型萤石矿带。矿带内萤石矿与肉红色碱长花岗岩关系密切，矿化主要赋存于岩体内外接触带附近，赋矿围岩主要为阿尔金岩群中的黑云斜长片麻岩、碳酸盐岩等富钙质岩系，矿体明显受北东向断裂构造控制，矿石类型主要有脉状、角砾状、块状、条带状矿石，矿物组成主要是萤石、方解石，矿床成因类型属于热液充填型。LA–ICP–MS锆石U–Pb测试结果表明，卡尔恰尔超大型萤石矿区与成矿有关的碱长花岗岩成岩年龄为（455.8±2）Ma，结合区域成岩成矿年代学研究，认为该萤石矿带形成于加里东期中—晚奥陶世，为挤压造山转变成伸展构造背景下岩浆活动的产物。矿区片麻状钾长花岗岩锆石U–Pb年龄为（914.5±4.1）Ma，形成于新元古代早期，与 Rodinia 超大陆汇聚事件有关。稀土元素特征显示，卡尔恰尔、小白河沟、库木塔什3个矿床的萤石、方解石稀土元素配分模式均为右倾的LREE富集型，具有明显的负Eu异常，与成矿岩体、围岩地层十分相似，表明萤石、方解石的稀土可能继承了岩体、地层的稀土配分模式。各矿床萤石均为热液成因，表现出同源同期成矿流体的特征，成矿环境为还原条件下的中低温环境。各矿区萤石Sr–Nd同位素组成显示成矿物质来源于地壳，结合成矿特征初步认为Ca可能主要来源于岩浆热液对地层的淋滤萃取，而F可能主要来源于成矿岩体碱长花岗岩。
Abstract:In recent years, great breakthroughs have been made in fluorite prospecting of Altyn–Tagh which new discovery of the super–large fluorite ore belt in the Kalqiaer area. The typical fluorite ore deposits such as Kalqiaer, Xiaobaihegou, Kumutashi, Layidan and Gaijike are closely related to and mainly distributed in the outer contact zones of the flesh red alkali feldspar granite. The host rocks are mainly biotite plagioclinal gneiss and carbonate rocks in Altyn rock group. Their orebodies obviously controlled by NE direction fault structure and the main ore types are veined, brecciated, massive and banded ore which major minerals are fluorite and calcite. The genesis of the deposit belongs to hydrothermal filling deposit. Zircon LA–ICP–MS dating yields concordant ages of 455.8±2 Ma for the alkali feldspar granite in the Kalqiaer super–large fluorite deposit which indicating it was formed in the Middle to late Ordovician and was the product of magmatic activity in the transitional tectonic setting from the compressional to extensional segimes. Gneissic potassium feldspar granite obtains the concordant age of 914.5±4.1 Ma respectively indicating it was formed in the early Neoproterozoic and related to the convergence event of the Rodinia supercontinent. The rare earth element characteristics show that the distribution pattern of rare earth in fluorite and calcite was a rightward light rare earth enrichment type, with negative Eu anomalies. The REE patterns of fluorite and calcite are similar to the ore–forming rock and ore–hosting strata, indicating a genetic relationship. Fluorite deposits in Kalqiaer area are hydrothermal origin, showing the characteristics of homologous and homochronous ore–forming fluids, and the ore–forming environment is medium–low temperature under reducing conditions. The Sr–Nd isotopic composition of fluorite in Kalqiaer area shows that the ore–forming materials are all derived from the crust. It is suggested that Ca may be mainly derived from the leaching extraction of the strata by magmatic hydrothermal, while F element may be mainly derived from alkali feldspar granite.
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Keywords:
- fluorite deposit /
- zircon U–Pb dating /
- rare earth elements /
- Sr–Nd isotopes /
- Kalqiaer /
- Altyn Tagh
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中亚造山带由塔里木板块、西伯利亚板块、哈萨克板块等多地体之间的古亚洲洋板块经复杂俯冲增生−碰撞造山作用而形成的典型增生型造山带，其作为全球显生宙大陆生长最显著的地区，引发了许多学者的关注和研究（Coleman，1989；Windley et al.，1990；Allen et al.，1992；Gao et al.，1998；李锦轶等，2006a；2006b；刘新等，2012；张永玲等，2024）。位于古亚洲洋构造域中南缘的西天山地区发育大量的古生代岩浆岩，其中伊犁−中天山地块北缘早古生代岩浆岩是北天山洋早期南向俯冲的结果（Huang et al.，2013），而分布范围更广的泥盆纪—石炭纪岩浆岩为北天山洋俯冲中晚期的产物（Wang et al.，2020；王盟等，2023），而早二叠世Ａ型花岗岩是后碰撞环境的产物（Li et al.，2015）。以上可以看出，石炭纪是北天山洋演化的关键时期，Han et al.（2018）综合前人资料认为北天山洋西段于325～316 Ma之间闭合，但确切的闭合时间仍需进一步研究，部分学者认为早石炭末期（～320）北天山洋仍在俯冲（汪帮耀等，2011；张博等，2015），另有学者认为320～310 Ma期间已经处于同碰撞挤压向后碰撞伸展转换阶段（王建中等，2021）。
阿吾拉勒山地处伊犁−中天山地块中部，发育大量的晚古生代侵入岩，其岩石成因的研究对理解西天山造山带的形成和演化具有重要意义。其中石炭纪侵入岩以偏铝和过铝质花岗岩为主，二叠纪岩体岩性以富钾花岗岩为主（Long et al.，2011；朱志新等，2011）。关于阿吾拉勒山晚古生代时期的构造背景仍有争议，一种观点认为是伊利-中天山南缘活动陆缘的一部分，与南天山洋向北俯冲有关（Gao et al.，1998；刘新等，2012），另一种观点认为是伊利地块北部活动陆缘的一部分，与北天山洋的南向俯冲有成因联系（Wang et al.，2006；汪帮耀等，2011；闫永红等，2013；张博等，2015；丁振信，2019）。前人研究主要集中在阿吾拉勒中东段，而对西段岩浆岩的研究程度相对较低，这制约了区域构造背景的研究。笔者对阿吾拉勒西段巩乃斯种羊场北西花岗质岩体及其中的闪长质包体进行了岩石学、岩石地球化学及LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究，探讨了该岩体及其包体的岩石成因和形成环境，为研究区及西天山造山带的构造地质演化提供了基础资料。
1. 地质背景
西天山自北向南以中天山北缘缝合带，中天山南缘缝合带为界，分为北天山构造带、伊犁−中天山地块和南天山构造带（图1a）。北天山构造带是准噶尔地块和伊利-中天山地块之间的北天山洋于古生代南向俯冲消减时形成的增生楔，主要地质体包括晚泥盆世—早石炭世蛇绿岩、晚泥盆世—石炭纪复理石、晚石炭世火山岩、晚二叠世及之后的陆相地层（王盟等，2023）；伊犁–中天山地块为一个具有前寒武结晶基底的微陆块，广泛发育古生代沉积岩和岩浆岩，中部被中新生代沉积物覆盖，向西进入哈萨克斯坦境内（王博等，2022）；南天山构造带是哈萨克斯坦板块和塔里木板块之间的缝合带（徐学义等，2014），主体由古生代海相沉积岩组成，同时也发育有古生代侵入岩和火山岩（王博等，2022）。阿吾拉勒构造带位于伊犁–中天山地块中部，最新地质调查成果显示，该构造带发育有前寒武系变质基底、石炭系—二叠系火山−沉积岩、新近系和第四系等地层。其中，前寒武地层为新元古代晚期科克苏群，为一套麻粒岩相变质地层（赵军，2013），石炭系—二叠系火山沉积岩自下而上分别为下石炭统大哈拉军山组钙碱性火山岩，阿克沙克组碳酸盐岩−碎屑岩，上石炭统伊石基里克组碱性双峰式火山岩、科古琴山组碎屑岩−碳酸盐岩，下二叠统乌郎组双峰式火山岩、塔尔得套组双峰式火山岩夹碎屑岩，中二叠统晓山萨依组磨拉石建造、哈米斯特组碎屑岩及火山岩、塔姆其萨依组碎屑岩，上二叠统巴斯尔干组碎屑岩（李永军等，2009；赵军，2013）。
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图 1 中国西天山地质简图（a据Long et al.，2011修）和研究区地质简图（b）Figure 1. (a) Simplified geological map of western Tianshan and (b) the distribution of the granites and enclaves in the study region巩乃斯种羊场北西花岗岩体位于阿吾拉勒构造带西段，前人将研究区内出露地层划分为中元古界科克苏群、晚石炭统伊什基里克组和早二叠统乌郎组，它们之间均呈断层接触（图1b）。中元古界科克苏群主要为一套片麻岩夹变粒岩、大理岩的岩石组合，代表了伊利地块的变质结晶基底（李继磊等，2009）；晚石炭统伊什基里克组主要为一套火山沉积岩系，岩性主要为流纹质火山凝灰岩、流纹岩、粗安岩夹砂岩、砾岩；早二叠统乌郎组为一套火山岩，主要由安山岩和凝灰岩组成；前人根据岩体与侵入地层的关系，认为研究区内的深成侵入岩形成时代为早二叠世至晚二叠世，背景为陆内裂谷环境（江西省地质矿产勘探开发局，2005）。
2. 岩相学特征
本次样品采自于阿吾拉勒山西段巩乃斯种羊场NW 218国道北侧（E 82°32′06″、N 43°36′02″）（图1b）。该岩体呈岩株、岩枝状产出，围岩为中酸性火山碎屑岩，岩体长轴方向近南北向展布，出露面积约为0.1 km2，岩性为花岗岩，岩体内部发育大量暗色包体，包体大小不一，大者直径可达30～40 cm，小者为2～5 cm，多数为10～20 cm；包体形态主要呈不规则状、棱角状，少量呈椭圆状，与寄主花岗岩之间的接触界线明显，边界清晰（图2a）。
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图 2 寄主花岗岩及闪长质包体野外照片及正交偏光显微照片a. 寄主花岗岩及闪长质包体野外特征；b. 花岗岩镜下特征；c. 闪长质包体镜下特征；Q. 石英；Hb. 角闪石；Pl. 斜长石；Kf. 钾长石；Bi. 黑云母Figure 2. Field photographs and cross-polarized micrographs of host granites and diorite inclusions花岗岩呈灰白色，细中粒花岗结构，块状构造。主要由钾长石（30%～40%）、斜长石（10%～20%）、石英（25%～40%）和少量黑云母（±5%）、角闪石（±5%）组成。副矿物主要为磁铁矿、榍石、磷灰石和锆石等。钾长石为正长石，呈半自形–他形晶，粒径多为1.5～4.0 mm，斜长石呈粒度相对较小的板状自形–半自形晶，部分被钾长石包裹。角闪石常呈自形–半自形柱状，个别见有六边形晶型，粒度多小于1.0 mm（图2b）。
暗色包体呈灰色，细粒结构、块状构造，矿物粒度多在0.2～0.5 mm。主要由斜长石（55%～60%）、角闪石（20%～30%）及少量钾长石（5%～10%）、石英（1%～5%）构成，黑云母少见，副矿物有磁铁矿、钛铁矿、榍石、磷灰石和锆石等。斜长石多呈自形-半自形板状，聚片双晶、环带结构发育。角闪石多呈半自形柱粒状，部分呈他形粒状填隙在斜长石之间。钾长石呈不规则状交代斜长石，形成交代蠕虫结构（图2c）。部分斜长石有弱的绢云母化，角闪石有轻微的绿泥石化。上述岩石的结构、构造及矿物组成显示该暗色包体的原岩为细粒闪长岩。
3. 分析方法
锆石的分选、样品靶制备在廊坊市河北省区域地质调查院实验室完成。阴极发光（CL）显微照相在长安大学实验室完成。锆石LA-ICP-MS（激光剥蚀等离子体质谱）原位微区U-Th-Pb同位素测定在西北大学大陆动力学重点实验室完成。锆石U-Pb原位定年分析所采用的ICP-MS为美国Agilent公司生产Agilent7500a，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产GeoLas200M。激光剥蚀斑束的直径为30 μm，剥蚀深度为20～40 μm。年龄采用标准锆石91 500作为外部标准物质。元素含量以NISTSRNI 610作为外标。29Si作为内标元素进行校正。测试过程中尽量选择阴极发光中环带明显且无包裹体的锆石进行分析。年龄计算及谐和图的制作采用Isoplot/Ex（ver2.94）程序完成。详细的实验原理及流程参见Kosler等（2002）、袁洪林等（2003）。分析结果见表1、表2。
表 1 花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试数据Table 1. Zircon LA-ICP-MS U-Pb analytical data of granites测点 含量（10−6） Th/U 同位素比值 年龄（Ma） Th U 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 207 229 0.91 0.0530 0.0024 0.3685 0.0167 0.0504 0.0003 327.5 102.6 318.5 14.5 317.3 2.1 2 140 159 0.88 0.0531 0.0037 0.3821 0.0265 0.0522 0.0004 333.0 156.0 328.6 22.8 328.0 2.3 3 156 196 0.80 0.0534 0.0025 0.3742 0.0181 0.0508 0.0004 347.3 107.3 322.8 15.6 319.4 2.5 4 289 226 1.28 0.0529 0.0018 0.3838 0.0130 0.0526 0.0004 326.1 75.6 329.8 11.2 330.4 2.2 5 191 187 1.03 0.0533 0.0027 0.3693 0.0188 0.0502 0.0003 342.6 114.6 319.1 16.2 315.9 2.1 6 159 166 0.96 0.0536 0.0034 0.3715 0.0239 0.0503 0.0004 354.7 144.1 320.8 20.6 316.1 2.3 7 344 297 1.2 0.0536 0.0014 0.3832 0.0103 0.0519 0.0003 353.6 59.9 329.4 8.9 325.9 2.1 8 137 168 0.82 0.0528 0.0027 0.3721 0.0194 0.0511 0.0004 321.2 117.6 321.2 16.8 321.2 2.3 9 272 263 1.04 0.0531 0.0019 0.3827 0.0136 0.0522 0.0003 334.8 79.3 329.0 11.7 328.2 2.2 10 206 242 0.86 0.0536 0.0025 0.3703 0.0177 0.0501 0.0003 354.5 106.5 319.9 15.3 315.1 2.2 11 141 161 0.88 0.0532 0.0040 0.3637 0.0272 0.0496 0.0004 335.3 169.5 315.0 23.6 312.2 2.5 12 64 102 0.63 0.0533 0.0041 0.3624 0.0281 0.0493 0.0005 343.0 174.6 314.0 24.3 310.2 2.9 13 122 162 0.76 0.0529 0.0020 0.3729 0.0153 0.0511 0.0004 339.7 87.4 309.1 12.2 305.1 2.2 14 93 120 0.78 0.0528 0.0051 0.3773 0.0362 0.0518 0.0004 324.9 87.2 321.8 13.2 321.4 2.8 15 101 136 0.75 0.0529 0.0032 0.3772 0.0228 0.0517 0.0004 319.9 218.2 325.0 31.2 325.8 2.7 16 70 133 0.53 0.0538 0.0045 0.3720 0.0312 0.0502 0.0004 274.3 234.9 266.9 27.2 266.0 2.3 17 73 111 0.66 0.0536 0.0064 0.3734 0.0445 0.0505 0.0005 325.9 136.7 325.0 19.6 324.9 2.8 18 123 193 0.64 0.0536 0.0029 0.3665 0.0199 0.0496 0.0003 360.6 188.0 321.2 26.9 315.8 2.6 19 101 129 0.78 0.0533 0.0026 0.3701 0.0184 0.0504 0.0004 354.2 267.7 322.1 38.4 317.7 3.0 20 80 99 0.81 0.0532 0.0037 0.3746 0.0270 0.0511 0.0006 563.1 92.5 361.4 15.5 330.7 2.2 21 160 150 1.07 0.0534 0.0023 0.3791 0.0166 0.0515 0.0004 353.3 123.1 317.0 17.3 312.1 2.1 22 14 215 0.06 0.0589 0.0025 0.4275 0.0184 0.0526 0.0004 341.3 111.2 319.7 15.9 316.8 2.7 23 176 164 1.07 0.0535 0.0031 0.4047 0.0235 0.0548 0.0004 351.1 131.6 345.1 20.1 344.2 2.8 24 82 94 0.88 0.0534 0.0020 0.4034 0.0157 0.0548 0.0005 335.8 158.8 323.1 23.3 321.3 3.7 25 60 87 0.69 0.0534 0.0025 0.4010 0.0198 0.0545 0.0007 343.8 84.8 344.1 13.4 344.1 3.4 26 205 198 1.03 0.0530 0.0022 0.3934 0.0165 0.0538 0.0004 344.9 107.0 342.3 16.9 342.0 4.6 表 2 闪长质包体LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试数据Table 2. Zircon LA-ICP-MS U-Pb analytical data of diorite enclaves测点 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 1 150 284 0.53 0.0538 0.0033 0.4050 0.0258 0.0546 0.0004 361.5 140.3 345.3 22.0 342.9 2.6 2 239 344 0.69 0.0014 0.0014 0.4825 0.0128 0.0636 0.0004 413.7 57.7 399.8 10.6 397.4 2.7 3 157 284 0.55 0.0540 0.0020 0.4086 0.0153 0.0549 0.0003 371.8 83.7 347.8 13.0 344.3 2.1 4 153 262 0.59 0.0533 0.0026 0.4000 0.0195 0.0545 0.0003 340.0 111.1 341.6 16.7 341.8 2.0 5 218 413 0.53 0.0543 0.0016 0.4091 0.0125 0.0547 0.0003 382.3 67.9 348.2 10.6 343.1 1.9 6 225 424 0.53 0.0538 0.0023 0.3953 0.0168 0.0533 0.0003 364.3 95.3 338.2 14.4 334.5 2.0 7 256 369 0.69 0.0537 0.0016 0.4107 0.0125 0.0555 0.0003 356.9 67.3 349.4 10.6 348.2 1.9 8 311 505 0.62 0.0542 0.0016 0.4076 0.0119 0.0546 0.0003 377.7 64.8 347.2 10.1 342.6 2.0 9 426 597 0.71 0.0535 0.0010 0.4082 0.0082 0.0553 0.0003 351.3 44.0 347.6 7.0 347.0 2.2 10 139 929 0.45 0.0539 0.0014 0.4122 0.0103 0.0555 0.0003 365.1 56.8 350.4 8.8 348.2 1.9 11 232 366 0.63 0.0537 0.0012 0.4102 0.0096 0.0554 0.0003 360.5 51.5 349.0 8.2 347.3 2.0 12 170 347 0.49 0.0535 0.0016 0.4045 0.0124 0.0549 0.0003 348.7 68.7 344.9 10.6 344.3 2.0 13 135 237 0.57 0.0534 0.0030 0.4056 0.0229 0.0550 0.0003 347.7 125.5 345.7 19.5 345.4 2.2 14 294 402 0.73 0.0541 0.0015 0.4096 0.0117 0.0549 0.0003 375.2 64.2 348.6 10.0 344.6 2.2 15 195 348 0.56 0.0540 0.0020 0.4066 0.0150 0.0546 0.0003 370.6 82.5 346.4 12.8 342.8 2.0 16 147 285 0.52 0.0536 0.0020 0.4058 0.0155 0.0550 0.0003 352.2 85.2 345.8 13.2 344.9 2.0 17 110 346 0.32 0.0539 0.0016 0.4130 0.0128 0.0555 0.0003 368.2 67.9 351.0 10.9 348.4 2.1 18 205 404 0.51 0.0540 0.0013 0.4077 0.0103 0.0547 0.0003 372.2 56.1 347.2 8.7 343.5 2.0 19 243 426 0.57 0.0541 0.0015 0.4054 0.0114 0.0544 0.0003 374.5 62.1 345.5 9.7 341.2 1.9 20 200 319 0.06 0.0536 0.0020 0.4037 0.0148 0.0546 0.0003 353.3 82.4 344.3 12.6 343.0 1.9 21 136 256 0.53 0.0536 0.0020 0.4040 0.0147 0.0546 0.0003 356.0 82.2 344.6 12.6 342.9 2.0 22 180 421 0.43 0.0537 0.0012 0.4104 0.0094 0.0554 0.0003 357.9 50.8 349.2 8.0 347.9 2.2 23 320 516 0.62 0.0540 0.0013 0.4039 0.0101 0.0543 0.0003 332.2 75.8 350.1 12.0 352.8 2.0 24 271 457 0.59 0.0537 0.0013 0.4114 0.0098 0.0556 0.0004 369.1 55.4 344.5 8.6 340.8 2.0 25 266 559 0.48 0.0541 0.0014 0.4122 0.0103 0.0552 0.0003 363.6 66.4 341.5 10.2 338.3 1.9 26 181 349 0.52 0.0537 0.0015 0.4047 0.0115 0.0546 0.0003 357.3 54.0 349.8 8.3 348.7 2.3 27 126 281 0.45 0.0540 0.0025 0.4097 0.0192 0.0550 0.0003 377.2 56.2 350.4 8.8 346.4 2.0 28 202 387 0.52 0.0538 0.0016 0.4120 0.0125 0.0555 0.0003 360.6 62.6 345.1 9.8 342.8 2.0 29 226 395 0.57 0.0538 0.0015 0.4080 0.0112 0.0550 0.0003 371.9 105.6 348.7 16.4 345.2 2.2 30 239 344 0.69 0.0550 0.0014 0.4825 0.0128 0.0636 0.0004 363.3 67.0 350.3 10.7 348.4 2.0 31 226 395 0.57 0.0538 0.0015 0.4080 0.0112 0.0550 0.0003 363.7 61.3 347.4 9.5 345.0 2.0 样品的主量、微量和稀土元素均在中国地质调查局西安地质调查中心测试中心完成。主量元素采用XiOS4.0KWX荧光光谱仪进行分析，稀土和微量元素用离子质谱仪ICP-MS测试，检测环境温度为20 ℃，湿度为66%。分析精度均优于5%。测试结果见表3。
表 3 花岗岩和闪长质包体主量元素（%）与微量元素（10−6）地球化学分析数据Table 3. Major element (%) and trace element (10−6) composition of the granite and diorite enclaves样品 13XY-13h 13XY-29h 13XY-30h 13XY-31h 13XY-32h 13XY-24-1h 13XY-24-2h 13XY-24-3h 13XY-24-4h 样品 13XY-13h 13XY-29h 13XY-30h 13XY-31h 13XY-32h 13XY-24-1h 13XY-24-2h 13XY-24-3h 13XY-24-4h 闪长质包体 寄主花岗岩 闪长质包体 寄主花岗岩 SiO2 57.03 59.44 57.05 56.72 57.77 75.48 75.34 74.57 73.5 Zn 48.5 35.6 41.2 52.8 40.7 16.8 18.7 17.2 14.4 Al2O3 16.01 15.93 16.23 15.91 16.51 12.91 12.86 13.27 13.44 Cr 50.6 17.5 0.63 3.39 13.7 7.01 9.18 10 4.43 Fe2O3 3.39 3.41 3.4 2.17 3.55 0.82 0.85 0.8 0.82 Ni 15.3 8.02 3.79 10.6 9.26 1.18 2.7 2.2 1.49 FeO 5.26 4.2 6.15 7.18 4.65 1.01 0.96 1.07 1.48 Co 22.3 14.3 19.7 24.2 17.2 2.1 2.45 5.02 7.34 CaO 5.77 5.16 5.36 6.13 5.21 0.81 0.87 1.06 0.93 Li 7.49 6.15 5.42 4.41 6.48 2.46 2.04 1.91 3.83 MgO 3.71 2.82 3.2 3.68 3.08 0.27 0.26 0.35 0.54 Rb 39.7 34.2 12.8 14 29.5 57.5 66 44.8 48.9 K2O 1.98 2.18 0.93 1.05 2.5 3.29 3.48 2.92 3.44 Cs 0.26 0.23 0.14 0.2 0.31 0.36 0.31 0.18 0.11 Na2O 3.9 4.34 4.71 4.17 4.1 4.5 4.43 4.88 4.7 Mo 1.09 0.48 0.64 0.45 0.66 1.2 1.12 1.33 15.6 TiO2 0.76 0.74 0.97 0.93 0.72 0.23 0.22 0.28 0.29 Sr 364 321 376 367 299 88.4 89.4 117 108 P2O5 0.14 0.13 0.24 0.19 0.13 0.03 0.03 0.04 0.04 Ba 499 533 386 396 599 696 718 736 934 MnO 0.15 0.12 0.17 0.18 0.13 0.04 0.05 0.04 0.04 V 238 216 264 301 225 7.89 7.16 10.3 12.4 LOI 1.86 1.5 1.54 1.63 1.59 0.61 0.65 0.72 0.76 Sc 31.9 27.6 26.7 25.2 25.5 5.83 5.72 7.05 6.23 H2O+ 0.95 0.71 0.94 0.81 0.83 0.45 0.41 0.48 0.45 Nb 5.57 6.73 4.9 5.54 5.83 11.1 10.5 10.1 9.25 Total 100.91 100.68 100.89 100.75 100.77 100.45 100.41 100.48 100.43 Ta 0.44 0.5 0.38 0.39 0.44 0.85 0.85 0.81 0.82 La 19.3 20.6 18.4 14.5 16.4 27.1 25.4 28.4 19.8 Zr 99.1 142 112 139 103 269 260 282 263 Ce 42.2 46.5 42.2 34.2 38.9 60.1 55.5 61.3 43.9 Hf 2.59 3.52 2.73 3.15 2.7 6.77 6.35 6.8 6.03 Pr 5.5 6 5.77 4.49 5.42 7.99 7.46 7.54 5.58 Ga 17.5 17.6 19.5 17.8 16.8 14.6 14.2 13.7 13.8 Nd 22 22.7 23.2 18.5 21.7 29.8 27.8 27.3 21.8 U 0.9 1.3 0.59 0.58 0.76 1.72 1.73 1.34 1.36 Sm 5.18 5.33 5.54 4.53 5.4 6.55 6.21 5.75 5.13 Th 3.2 3.53 2.61 2.36 3.24 7.86 7.87 7.78 6.56 Eu 1.44 1.47 1.73 1.41 1.36 0.96 0.98 1.26 1.13 σ 2.55 2.63 2.33 2.07 3.02 1.87 1.93 1.92 2.17 Gd 5.46 5.75 6.12 4.77 5.96 6.71 6.4 5.75 5.32 R1 1672 1668 1605 1742 1551 2615 2589 2504 2359 Tb 0.91 0.96 1 0.8 1.03 1.16 1.07 0.99 0.94 R2 1097 993 1036 1130 1021 355 360 393 391 Dy 5.63 5.94 6.09 5.02 6.5 7.18 6.77 6.63 5.96 （La/Yb）N 3.88 3.72 3.75 3.32 2.92 3.80 3.80 4.27 3.18 Ho 1.24 1.28 1.29 1.08 1.38 1.62 1.52 1.49 1.32 （La/Sm）N 0.83 0.95 0.70 0.71 1.11 2.07 2.07 1.82 2.06 Er 3.57 3.72 3.61 3.12 4.02 4.87 4.51 4.41 4.06 （Gd/Yb）N 53.70 43.11 54.95 58.86 37.09 10.43 10.21 14.19 14.69 Tm 0.54 0.59 0.55 0.48 0.62 0.76 0.72 0.72 0.65 A/CNK 0.84 0.84 0.88 0.83 0.87 1.04 1.02 1.01 1.02 Yb 3.57 3.97 3.52 3.13 4.03 5.12 4.8 4.77 4.46 Mg# 44.31 40.88 38.25 41.80 41.17 21.59 21.18 25.85 30.27 Lu 0.57 0.64 0.56 0.49 0.63 0.85 0.8 0.8 0.76 Rb/ Sr 0.11 0.11 0.03 0.04 0.10 0.65 0.74 0.38 0.45 Y 32.2 34.5 33.4 27.9 36.1 42.1 38.4 38.7 35.7 δEu 0.82 0.81 0.90 0.92 0.73 0.44 0.47 0.66 0.66 Cu 58.3 33.4 28.7 54.9 24.7 6.69 7.22 10.7 2.88 δCe 0.99 1.01 1.00 1.03 1.01 0.99 0.98 1.01 1.01 Pb 8.25 4.55 4.09 3.92 4.72 5.37 12.7 6.03 3.44 4. 分析结果
4.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄
笔者对巩乃斯种羊场以北的花岗岩（13XY-24）和其中的闪长质包体（13XY-12）分别进行了锆石U-Pb同位素测定。双目镜下两个样品的锆石均有较好的晶型，多为无色柱状，长宽比值多2∶1～3∶1，个别锆石为浑圆状。CL图像中，花岗岩和闪长质包体锆石均无裂痕，都发育明显的振荡生长环带和弱的扇形分带（图3），它们均符合岩浆锆石成因特征（吴元保等，2004）。通常认为岩浆成因锆石的Th/U值大于0.4，而变质重结晶的锆石则小于0.1（Hoskin et al.，2000；Claesson et al.，2000）。除个别锆石可能受后期热事件影响造成其Th/U值偏小外，此次所测绝大多数样品点Th/U值大于0.4（表1、表2），同样表明它们均为岩浆锆石。
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图 3 花岗岩（13XY-24）和闪长质包体（13XY-12）锆石阴极发光图Figure 3. Ziron CL images of granites (13XY-24) and enclaves (13XY-12)本次工作在寄主花岗岩（13XY-24）共测试了26个数据点。其中有一颗锆石测年谐和度较差；另有4颗锆石的206Pb/238U年龄较大，介于338～444 Ma，误差范围内与闪长质包体年龄一致，应是捕获包体中的锆石；剩余21个年龄数据在谐和线上较为集中分布，206Pb/238U加权平均年龄为（320.0±2.7） Ma（MSWD=5.9），代表了花岗岩的形成年龄（图4），成岩时代属晚石炭世。
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图 4 闪长质包体（a、b）和寄主花岗岩（c、d）锆石U-Pb谐和图及加权平均年龄图Figure 4. (a, b) Zircon U-Pb concordia diagrams and weight mean age diagrams of the enclaves and (c, d) granites闪长质包体（13XY-12）中选择了31颗锆石进行测试。其中，一颗锆石206Pb/238U年龄为（397.4±2.7） Ma，可能为捕获或继承锆石；其余30个测点均分布在谐和线上，加权平均年龄为（344.5±1.4） Ma（MSWD=3.2），代表了闪长质包体的成岩年龄（图4），其原岩成岩时代为早石炭世。暗色包体的结晶年龄较寄主花岗岩早了近25 Ma。
4.2 地球化学特征
4.2.1 主量元素特征
寄主花岗岩SiO2含量较高（73.50%～75.48%），低TiO2（0.22%～0.29%），低CaO（0.81%～1.06%），贫铁（Fe2O3T=1.81%～2.30%），富碱（K2O+Na2O=7.80%～8.14%）；相对富钠（K2O/Na2O=0.44～0.79）；MgO含量较低（0.26%～0.54%），Mg#值为26～35；铝饱和指数A/CNK介于1.01～1.04，里特曼指数σ=1.87～2.17，属于弱过铝质钙碱性岩石。在侵入岩TAS图解中，样品均落入Irvine线下方的花岗岩区（图5a），与镜下定名一致。在K2O-SiO2图解中投点于钙碱性系列与高钾钙碱性系列界线附近（图5b），整体偏属高钾钙碱性系列。
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Figure 5. (a) TAS and (b) K2O-SiO2 diagram for the granites and enclaves闪长质包体SiO2含量较低（56.72%～59.44%），相比花岗岩具有较高的TiO2（0.72%～0.97%）、CaO（5.16%～6.13%）、Fe2O3T（5.20%～9.55%）、MgO（2.82%～3.71%）和Mg#值（43～50）。全碱含量（K2O+Na2O）为5.22%～6.60%，K2O/Na2O值为0.20～0.58，同样相对富钠低钾。A/CNK介于0.83～0.87，里特曼指数σ=2.33～3.02，属准铝质钙碱性岩石。在侵入岩TAS图解中，样品落入Irvine线下方的闪长岩和二长岩区（图5a），与镜下定名基本一致。在K2O-SiO2图解中样品多落入高钾钙碱性系列区内，部分落入钙碱性系列区域（图5b）。
4.2.2 稀土元素和微量元素特征
寄主花岗岩稀土总量（ΣREE）为120.81×10−6～160.77×10−6，平均值为147.16×10−6，（La/Yb）N=2.94～4.27，轻稀土分馏程度高，重稀土相对亏损；在球粒陨石标准化图上（图6a），轻稀土斜率较大，重稀土相对平缓，具明显的右倾曲线；寄主花岗岩δEu=0.44～0.66，平均值为0.56，为中等程度的负Eu异常。
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图 6 花岗岩和捕掳体稀土元素球粒陨石标准化配图（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）Figure 6. (a) The chondrite-normalized rare earth elements patterns and (b) primitive-mantle normalized spider diagram for the granites and xenolith闪长质包体的ΣREE为96.52×10−6～125.45×10−6，平均值为114.40×10−6，整体低于花岗岩的稀土含量；（La/Yb）N=2.92～3.88，轻稀土分馏程度高，重稀土相对亏损；在球粒陨石标准化图上（图6a），配分曲线与寄主花岗岩相似，但重稀土部分更为平缓；其δEu=0.73～0.92，平均值0.84，具微弱的负Eu异常。
在微量元素原始地幔标准化蜘蛛图上，所有样品均富集Rb、Ba、Th、U、K、Pb等大离子亲石元素及放射性生热元素，相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等元素（图6b），具有典型的弧岩浆岩特征。与闪长质包体相比，寄主花岗岩中Sr、P、Ti元素强烈亏损。
5. 讨论
5.1 形成时代
近年来随着工作程度的逐步提高，阿吾拉勒山巩乃斯一带基本实现了1∶5万比例尺填图工作的全覆盖，使得人们对该区的地质情况得到了进一步了解，其中最令人关注的为该地区早、晚石炭世两套火山岩的识别。由于上述地区研究程度仍相对较低，缺乏更大比例尺的填图和典型剖面的对比，因而常将出露的两套火山岩作为一套火山地层，或是将实际为早石炭世的部分火山岩认作为晚石炭世火山岩，或者将部分为晚石炭世的火山岩误认为属于早石炭世，从而导致许多火山地层的混淆或混乱（李钊，2016），进而导致对侵入火山地层的深成岩成岩时代产生误判，相应的对其岩石成因、构造环境的判定乃至区域构造的演化产生了不利的影响。
巩乃斯种羊场北西一带侵入岩出露面积较小，岩性有辉长岩、闪长岩等中基性岩和花岗岩、花岗斑岩等酸性岩，其围岩有流纹质火山凝灰岩、流纹岩、安山岩、粗安岩等中酸性火山岩及砂岩和砾岩。由于受当时测试手段的限制，前人根据岩石组合及区域对比将包括研究区内在内的一套火山沉积岩划为晚石炭统伊石基里克组、早二叠统乌郎组，并根据岩体与侵入地层的关系，将研究区内的侵入岩形成时代置于早二叠世—晚二叠世（江西省地质矿产勘探开发局，2005）。刘新等（2012）在阿吾拉勒西段木汗巴斯陶地区的角闪辉长岩、花岗岩中分别获得了（317.0±2.2） Ma和（319.1±2.4） Ma的锆石U-Pb年龄，表明阿吾拉勒西段存在晚石炭世早期侵入岩。笔者通过LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析方法对巩乃斯种羊场北西的花岗岩和其中的暗色包体分别进行了详细的年代学分析测试工作，两件样品的测年结果分别为（320.0±2.7） Ma（MSWD=1.5）、（344.5±1.4） Ma（MSWD=3.2），表明该花岗岩体形成时代为晚石炭世早期，和刘新等（2012）在研究区西邻角闪辉长岩、花岗岩中获得的年龄相似，与区域地质调查资料推断的年龄不一致。
此次对巩乃斯种羊场北西地区花岗岩及其中暗色包体年代学的测定，再次明确了阿吾拉勒西段发育有晚石炭世早期（～320 Ma）的侵入岩。～345 Ma暗色包体的发现，暗示研究区附近及周边很可能发育有早石炭世中酸性侵入体及相配套的火山岩，与阿吾拉勒中东段地区大规模发育的NW向带状展布的早石炭世火成岩相一致（李钊，2016）。
5.2 闪长质包体类型及岩石成因
花岗岩中的暗色包体含有非常丰富的岩石成因信息，对于了解花岗岩浆的起源，定位机制与成因演化具有重要意义（周新民等，1991）。暗色包体揭示了岩浆深部作用过程，特别是壳幔相互作用深部过程，因此成为岩石学的重要研究对象（Castro et al.，1991；Silva et al.，2000）。
注入长英质岩浆中的镁铁质岩浆固结而成的暗色包体流变性好，一般呈球状、椭球状，包体的年龄与寄主岩同期或稍早于寄主岩，研究区闪长质包体呈不规则状（图2a），且包体较寄主岩早约25 Ma，故不属于淬冷包体。闪长质包体发育典型的岩浆岩矿物组合及结构构造，属于准铝质岩石，未见富铝难熔矿物，没有明显的变晶结构，在残留体成因模式中，包体应该具有变质结构，而不是岩浆结构（Yang et al.，2007），因此研究区闪长质包体并非难熔残留体。冷凝边包体的年龄与寄主岩同期或稍早于寄主岩，且包体形态多呈椭球状（陈伟等，2019），区内包体形态特征和成岩年龄与上述不符，因而不属于冷凝边包体。研究区包体的粒度明显小于寄主岩石，不具堆晶结构，且与寄主花岗岩的界线明显，因此也不是同源岩浆演化的早期堆积包体或析离体。综上所述，研究区闪长质包体很可能为捕掳体，是寄主花岗质岩浆上升侵位过程中捕获的围岩成分（肖庆辉等，2003）。
一般认为闪长质岩石有以下成因：①受富水流体或熔体交代地幔橄榄岩的直接部分熔融。②板片熔体与地幔楔橄榄岩的相互作用。③幔源基性岩浆的分离结晶。④下地壳基性岩石的部分熔融。⑤幔源基性岩浆与壳源酸性岩浆混合或与地壳的同化混染（李强等，2021）。
经过流体或熔体交代的地幔部分熔融产生的中性岩均具有高镁（MgO＞8%）的特点（邓晋福等，2010），研究区闪长质包体MgO含量较低，不具有高镁特征，说明其不是地幔物质直接部分熔融的产物。俯冲板片或拆沉下地壳部分熔融产物与地幔橄榄岩反应形成的闪长质岩浆具有埃达克质岩高Sr低Y特征，调查区内低Sr/Y值及相对高Y含量的闪长质包体与埃达克质岩浆岩明显不同，因此不是板片熔体与地幔楔橄榄岩相互作用而成。阿吾拉勒地区广泛发育的早石炭世火成岩以中酸性为主（李钊，2016），如果该中酸性岩石是由基性岩浆经过分离结晶作用而成，这将需要巨量的基性岩浆，那么将伴生有大面积的玄武质岩石，这与区域实际情况不符，结合区内闪长质包体不具明显的负Eu异常，说明闪长质包体并非由基性岩浆分离结晶而来。基性下地壳部分熔融形成的岩浆岩通常具有较高的SiO2含量和较低的Mg#值（常低于40）（Rapp et al.，1999），区内闪长质包体具有较低的SiO2含量和较高的Mg#值（43～50），与基性下地壳部分熔融形成的岩石明显不同，而具有幔源特征；同时壳源岩浆常具有相对较高的Rb/Sr值（>0.23），而幔源基性岩浆的Rb/Sr值通常较低（0.03～0.05）（Sun et al.，1989；Rudnick et al.，2003），研究区闪长质包体Rb/Sr值介于0.03～0.11（平均0.08），介于壳源岩浆岩和幔源基性岩之间，同样说明区内闪长质包体不是基性下地壳直接部分熔融而成。
综上所述，区内闪长质包体很可能为幔源基性岩浆与壳源酸性熔体混合或硅质围岩经同化混染作用而成。研究区闪长质包体以钙碱性和高钾钙碱性为特征（图5b），富集大离子亲石元素、轻稀土元素及放射性元素，明显亏损Nb、Ta、Ti、P等高场强元素（图6b），表明地幔源区曾遭受俯冲流体（熔体）的改造（李强等，2021）。闪长质包体中存在早泥盆世继承或捕获锆石，表明该岩浆系统受到了新生地壳物质的同化混染。结合区域地质构造背景，研究区早石炭世细粒闪长质包体原岩岩浆很可能是来源于地幔楔富水基性岩浆与新生地壳物质在地壳深部经过MASH（Melting，Assimilation，Storage and Homogenization）过程的混合岩浆（Hildreth et al.，1988；Richards，2011；Li et al.，2014；李强等，2021），形成后沿通道上升并在一定位置冷却，最后被后期晚石炭世花岗质岩浆机械破坏并携带至近地表就位。
5.3 花岗岩成因类型及岩石成因
前人研究表明，花岗岩的成因类型，既可以体现它的岩浆源岩特征又能反映它的形成构造环境（Chappell et al.，1974；Picher，1983；Bedard，1990；Eby et al.，1992）。目前花岗岩主要分为I型、A型、S型、M型。研究区花岗岩富含有钾长石，属弱过铝质钙碱性岩石，很显然不属于M型花岗岩。化学成分上贫Ce、Zn、Th、Nb、Ta、Zr、Hf、Ga、Y，具有较低的（K2O+Na2O）/CaO（7.36～9.62）、FeOT/MgO（4.53～7.33）和10000Ga/Al值（1.94～2.14），与A型花岗岩特征相差较大（Whalen et al.，1987），在FeOT/MgO-10000Ga/Al图解中均位于分异的花岗岩区域（图7a），与华南佛冈、西藏察隅高分异I型花岗岩较为相似（Li et al.，2007；朱弟成等，2009）。另外，研究区花岗岩中常见有角闪石，不含白云母、堇青石、石榴子石等富铝矿物，它们的铝饱和指数A/CNK（1.01～1.04）都小于1.1，刚玉标准分子（0.12%～0.32%）小于1%，以上特征均与典型的S型花岗岩不符，而与I型花岗岩特征一致。实验研究结果表明，磷灰石在准铝质-弱过铝质岩浆中的溶解度很低，且在岩浆分异过程中随SiO2的增加而降低，而在强过铝质岩浆中与SiO2的含量为正相关（Wolf et al.，1994）。文中花岗岩样品P2O5含量很低（＜0.05%），且随SiO2含量的增加而降低（图7b），与I型花岗岩的演化趋势相同。因此，文中花岗岩应属于分异的I型花岗岩。
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图 7 花岗岩FeOT/MgO-10000Ga/Al分类图解（a）（据Whalen et al.，1987）和P2O5-SiO2图解（b）Figure 7. (a) FeOT/MgO-10 000Ga/Al and (b) P2O5-SiO2 diagrams of the granites通常认为，I型花岗岩是幔源基性岩浆的加热促使地壳中基性火成岩部分熔融而成，其特征是富集Al、Th和LREE（Chappell et al.，1988）。在阿吾拉勒构造带东部查岗诺尔铁矿区发育有约为321 Ma的流纹岩，与研究区花岗岩成岩年龄相近，该流纹岩[N（87Sr）/N（86Sr）]i为0.7089～0.7163，εSr（t）=68.55～173.25，Sr同位素组成为富集型，[N（87Nd）/N（86Nd）]i为0.512314～0.512331，εNd（t）=1.75～2.07，Nd同位素组成为亏损型，岩浆源区最有可能为岛弧区下部地壳，主要由原有的陆壳物质（不成熟地壳）和幔源岩浆物质（亏损地幔）混合组成（汪帮耀等，2011）。刘新等（2012）在研究区西侧木汗巴斯陶地区辉长岩、花岗岩中分别获得了317 Ma、319 Ma的锆石U-Pb年龄，认为富集地幔楔发生部分熔融产生了基性熔体，热的基性岩浆导致局部地壳发生了部分熔融，从而产生了花岗质岩浆。研究区花岗岩具有较高的SiO2含量（73.50%～75.48%）；Rb/Sr=0.38～0.74，平均值为0.56，大于中地壳的0.23和上地壳的0.26（Rudnick et al.，2003）；Nb/Ta值11.28～13.06，平均为12.29，接近陆壳岩石（11±，Rudnick et al.，2003），说明区内花岗岩来源于壳源。另外它们的Th和LREE相对更加富集（图4），且Mg#值均小于40（26～35），与下地壳玄武质岩石部分熔融产生的岩浆相似（Atherton et al.，1993；Rapp et al.，1995；Rapp et al.，1999），以上均指示研究区花岗岩来源于基性下地壳。研究区花岗岩富硅，明显亏损Sr、P、Ti和Eu等元素（图4），指示其母岩浆经历了显著的分离结晶作用。Ti元素的亏损指示富钛矿物相（如钛铁矿、金红石）的结晶分离，而P元素的强烈亏损表明发生了磷灰石的分异，Eu元素的亏损应与斜长石的结晶分离有关，Sr元素的强烈亏损进一步支持斜长石的分离结晶作用（Rogers et al.，1989；Sajona et al.，1996）。
综上所述，文中晚石炭世早期花岗岩属于分异的I型花岗岩，由下地壳变质中基性火成岩部分熔融而来，并经历了一定程度的结晶分离作用。
5.4 闪长质包体和花岗岩的构造环境及对构造演化的启示
研究区地处伊利−中天山地块东北缘（图1a），紧邻北天山缝合带。北天山缝合带巴音沟蛇绿岩中斜长花岗岩获得的锆石U-Pb年龄为（324.8±7.1） Ma（徐学义等，2006），说明北天山洋在325 Ma之前仍然存在，阿吾拉勒地区经历了早石炭世以北天山洋为代表的大洋板块南向俯冲消减并最终闭合的过程（李锦轶等，2006b；徐学义等，2014），形成了区域广泛发育的大哈拉军山组火山岩和配套的侵入岩。钙碱性岩石组合的存在可以作为判定古俯冲作用发生的有效标志，岩石组合和地球化学特征综合表明阿吾拉勒构造带大哈拉军山组火山岩及同时期的侵入岩形成于火山弧环境（Long et al.，2011；荆德龙等，2015；韩琼等，2015；李钊，2016）。研究区闪长质包体测得的锆石U-Pb年龄为（344.5±1.4） Ma，为包体成岩年龄，与区域广泛发育的大哈拉军山组基性及中酸性火山岩时代一致（白建科等，2011；茹艳娇，2012；荆德龙等，2015；韩琼等，2015），它们应形成于相同的构造背景。
文中闪长质包体属钙碱性系列，具有典型弧岩浆岩地球化学特征，起源于受俯冲流体（熔体）交代的幔源基性岩浆与新生地壳物质经过MASH过程的混合岩浆。已有研究表明，不同构造背景形成的中酸性火成岩的Th/Ta值明显不同，板内环境多介于1～6，活动陆缘一般为6～20，而大洋岛弧多在20～90之间（Gorton et al.，2000）。研究区闪长质包体的Th/Ta值介于6.05～7.36，与活动陆缘环境相一致。同时闪长质包体具有较高的Th/Yb值，在Ta/Yb-Th/Yb图解中投点于陆缘弧与大洋岛弧的重叠部位（图8a）；在中性岩判别图解La/Yb-Th中落入大陆边缘弧和演化的大洋弧交界附近（图8b），均暗示其为不成熟的大陆边缘弧。岛弧构造背景下形成的中性岩通常具有强烈的正Sr异常，而陆缘弧产生的中性岩一般无Sr异常或具微弱的负Sr异常（李强等，2021），研究区闪长质包体大多不具有Sr异常，个别显示微弱的正异常（图6b），同样暗示其构造环境为不成熟的陆缘弧。根据早石炭世火山岩岩石组合、地球化学特征及研究区所处的大地构造位置，结合区内存在中元古界结晶基底，认为区内早石炭世闪长质包体的原岩形成于北天山洋南向俯冲的构造环境，可能为不成熟的大陆边缘弧。
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Figure 8. (a) Diagrams of Th/Yb-Ta/Yb and (b) La/Yb-Th for diorite enclaves in the study area通过前文讨论，笔者可知伊利−中天山地块东北缘在早石炭世为活动大陆边缘，侵入于北天山巴音沟蛇绿混杂带的四棵树花岗岩的锆石U-Pb年龄为（315.9±2.5） Ma，代表巴音沟蛇绿岩的形成年龄介于（325～316） Ma（Han et al.，2010），说明北天山洋在316 Ma之前已经闭合，在晚石炭世时整体进入板内构造演化过程，以区域广泛发育的伊什基里克组双峰式火山岩为代表（朱永峰等，2005，2006，2007，李永军等，2008； Wang et al.，2009）。阿吾拉勒构造带广泛发育晚石炭世早期的火成岩，如阿吾拉勒东段查岗诺尔铁矿区发育有一套火山岩，自下而上从基性变化到酸性，其上部流纹岩锆石U-Pb年龄为（321.2±2.3） Ma，εNd（t）=1.75～2.07（汪帮耀等，2011），备战铁矿区发育有一套偏基性火山岩，在玄武安山岩中获得了（320.6±2.2） Ma的锆石U-Pb年龄，其εNd（t）=0.73～4.33，上述火山岩的Sr、Nd同位素特征与Lesser Antilles岛弧火山岩相似（张博等，2015），暗示伊利-中天山地块东北活动陆缘具有较薄的陆壳。
区内花岗岩较闪长质包体原岩晚了近25 Ma，花岗岩具有较强的负Sr异常（图6b），与典型大陆边缘弧火成岩地球化学特征类似（Rudnick et al.，2003），同时具有相对较高的Ta/Yb和Th/Yb值，暗示此时该陆缘弧成熟度可能得到了较大的提高。在R1-R2图解中，闪长质包体落入板块碰撞前消减区域内，与前文论述一致，而寄主花岗岩落入同碰撞期与造山晚期的交界处（图9a）；在花岗岩判别图解Rb-Y+Nb中，区内花岗岩落入后碰撞花岗岩区内；结合研究区西侧同期侵入岩岩性为辉长岩和花岗岩，两者交生、穿插产出（刘新等，2012），该岩石组合具“双峰式”特点，以上综合表明在晚石炭世早期（～320 Ma），研究区很可能已经进入到后碰撞伸展环境。
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Figure 9. (a) R1-R2 and (b) Rb-Yb+Nb diagrams of granites and enclaves由于岩浆锆石结晶温度较高，锆石饱和温度可近似代表花岗质岩石的近液相温度（Miller et al.，2003）。计算结果显示，文中花岗岩的锆石饱和温度为829～836 ℃（平均为834 ℃），温度较高；而闪长质包体中锆石饱和温度为695～727 ℃（平均为711 ℃），温度相对较低，两者结晶温度差别明显，表明形成于不同的温度条件。暗色闪长质包体中含有大量角闪石、黑云母等含水矿物，这表明其所代表的偏基性岩浆是富水和挥发份的，因此其具有较低的结晶温度。研究认为A型花岗岩岩浆或者与地幔柱作用相关花岗质岩浆的结晶温度一般大于800 ℃，而在富水饱和流体中结晶而成花岗岩的岩浆温度普遍小于800 ℃（Miller et al.，2003）。区内花岗岩为I型花岗岩，岩浆结晶温度均大于800 ℃，表明源区温度较高且较为贫水，指示幔源岩浆在该岩体的形成过程中发挥了重要作用，这得到了研究区西侧同期基性侵入岩的证实（刘新等，2012）。
因此，文中晚石炭世花岗岩很可能为碰撞晚期俯冲洋壳断裂引起软流圈上涌（Long et al.，2011），受消减析出流（熔）体交代的地幔橄榄岩发生了部分熔融，大规模玄武质岩浆底侵导致下地壳基性岩部分熔融，形成了上述花岗质岩浆，并经历了一定程度的分离结晶作用。而其中的闪长质包体为早期洋壳俯冲过程中形成的弧岩浆岩，后被晚期花岗质岩浆机械破坏并携带至近地表就位。结合区域已有资料及本次研究成果，表明至少在晚石炭世早期（～320 Ma）阿吾拉勒地区已经进入后碰撞板内演化阶段。
6. 结论
（1）巩乃斯种羊场北西地区发育花岗岩体和闪长质包体，锆石U-Pb测年结果显示花岗岩侵位时代为（320.0±2.7） Ma，闪长质包体原岩成岩时代为（344.5±1.4） Ma，包体类型为捕虏体。
（2）闪长质包体起源于幔源基性岩浆与新生地壳物质的相互作用，类似于前人提出的MASH模式。寄主花岗岩属于分异的I型花岗岩，由下地壳变质中基性火成岩部分熔融而来，并经历了一定程度的结晶分离作用。
（3）花岗岩体和其内部的闪长质捕虏体均形成于活动大陆边缘环境，为北天山洋板片向伊利-中天山地块下俯冲作用的产物。闪长质包体为早期俯冲过程中形成的弧岩浆岩，花岗岩很可能为后碰撞伸展环境，可能经历了由挤压向伸展环境的转换，是软流圈上涌加热导致基性下地壳部分熔融形成的。
致谢：孙吉明正高级工程师、白建科正高级工程师、高晓峰研究员，李平正高级工程师在文章写作过程中给予帮助，中国地质调查局西安地质调查中心实验室，西北大学大陆动力学重点实验室样品分析中给予帮助，审稿专家给予建议，在此一并表示感谢。
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图 1 阿尔金造山带卡尔恰尔一带地质矿产图
Figure 1. Geological and mineral map of the Kalqiaer area in Altyn Tagh
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图 2 卡尔恰尔超大型萤石矿床矿化特征
a～c.萤石矿化与碱长花岗岩关系密切，与围岩界线较清晰，紫色萤石矿脉穿插或发育于白色萤石矿脉边部；d～e.脉状萤石矿化；f.角砾状萤石矿化；g～h.钻孔中萤石矿化；i.片麻状钾长花岗岩侵入于阿尔金岩群黑云斜长片麻岩中；Cal.方解石；Fl.萤石
Figure 2. Photos of mineralization features of Kalqiaer super–large fluorite deposit
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图 3 库木塔什萤石矿床矿化特征
a～b. 萤石矿化与碱长花岗岩关系密切；c～f. 脉状萤石矿化及其矿物组成；g～i. 角砾状萤石矿化及其矿物组成；Cal. 方解石；Fl. 萤石；Ap. 磷灰石
Figure 3. Photos of mineralization features of Kumutashi fluorite deposit
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图 4 小白河沟萤石矿床矿化特征
a～b.萤石矿化与碱长花岗岩关系密切；c.纹层状萤石矿石；d～f.块状萤石矿石
Figure 4. Photos of mineralization features of Xiaobaihegou fluorite deposit
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图 5 卡尔恰尔萤石矿区碱长花岗岩的锆石CL图（a）和U–Pb年龄图（b）
Figure 5. (a) Zircon CL images and (b) U–Pb diagram of alkali feldspar granite from the Kalqiaer fluorite deposit
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图 6 卡尔恰尔萤石矿区片麻状钾长花岗岩的锆石CL图（a）和U−Pb年龄图（b）
Figure 6. (a) Zircon CL images and (b) U–Pb diagram of gneissic feldspar granite from the Kalqiaer fluorite deposit
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图 7 卡尔恰尔一带萤石矿床的稀土元素配分模式图
碱长花岗岩与黑云母斜长片麻岩数据引自高永宝等（2021）与吴益平等（2021）
Figure 7. Normalized REE patterns of fluorite deposits from the Kaerqiaer area
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图 8 卡尔恰尔一带萤石Tb/Ca−Tb/La图与La/Ho−Y/Ho图（底图据Moller et al.，1976; Bau et al.，1995）
计算Tb/Ca原子数比采用CaF2中Ca的理论值（51.332 8%）
Figure 8. Tb/Ca−Tb/La and La/Ho−Y/Ho diagram of fluorite from the Kaerqiaer area
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图 9 卡尔恰尔一带萤石的La/Yb−ΣREE与（Y+La）−Y/La图解（底图据Allegre et al.，1978）
Figure 9. La/Yb−ΣREE and (Y+La)−Y/La diagram of fluorite from the Kaerqiaer area
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图 10 卡尔恰尔一带萤石的87Sr/86Sr −143Nd/144Nd图解
Figure 10. 87Sr/86Sr −143Nd/144Nd diagram of fluorite from the Kaerqiaer area
表 1 卡尔恰尔萤石矿区碱长花岗岩的锆石LA–ICP–MS U–Pb分析结果表
Table 1 LA–ICP–MS zircon U–Pb isotopic data of alkali feldspar granite in Kaerqiaer fluorite deposit
测试点 Th U Th/U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U （×10-6） 比值 1σ 比值 1σ 比值 1σ Ma 1σ Ma 1σ Ma 1σ KJ01 100 343 0.29 0.0564 0.0021 0.5734 0.0210 0.0737 0.0009 469.0 82.6 460.2 13.5 457.5 5.1 KJ02 137 271 0.51 0.0569 0.0023 0.5760 0.0221 0.0734 0.0009 487.3 86.2 461.9 14.3 456.9 5.3 KJ03 223 457 0.49 0.0553 0.0014 0.5580 0.0136 0.0733 0.0007 422.1 55.8 450.2 8.9 456.0 4.2 KJ04 105 233 0.45 0.0567 0.0020 0.5721 0.0189 0.0732 0.0008 479.0 75.0 459.4 12.2 455.6 4.9 KJ05 364 1095 0.33 0.0588 0.0013 0.5896 0.0122 0.0727 0.0007 561.0 47.4 470.6 7.8 452.5 4.0 KJ06 151 333 0.45 0.0541 0.0019 0.5515 0.0184 0.0739 0.0008 376.3 76.1 446.0 12.1 455.8 4.9 KJ07 137 282 0.49 0.0592 0.0024 0.5975 0.0229 0.0733 0.0009 572.9 84.2 475.6 14.6 456.0 5.3 KJ08 206 369 0.56 0.0547 0.0021 0.5513 0.0205 0.0731 0.0009 400.1 83.6 445.8 13.4 455.0 5.1 KJ09 143 256 0.56 0.0552 0.0025 0.5639 0.0246 0.0741 0.0010 420.0 97.5 454.0 16.0 451.0 5.7 KJ10 152 430 0.35 0.0551 0.0019 0.5646 0.0182 0.0744 0.0008 416.5 72.8 454.5 11.8 452.3 4.9 KJ11 127 277 0.46 0.0574 0.0019 0.5796 0.0184 0.0732 0.0008 508.1 71.3 464.2 11.8 455.6 4.8 KJ12 149 325 0.46 0.0569 0.0020 0.5774 0.0192 0.0736 0.0008 488.1 75.2 462.8 12.4 457.9 4.9 KJ13 164 398 0.41 0.0569 0.0016 0.5771 0.0158 0.0736 0.0008 487.1 62.6 462.6 10.2 457.8 4.5 KJ14 199 370 0.54 0.0559 0.0016 0.5674 0.0158 0.0736 0.0008 449.1 63.3 456.3 10.2 458.0 4.5 KJ15 258 678 0.38 0.0550 0.0015 0.5550 0.0144 0.0732 0.0007 412.1 58.9 448.3 9.4 455.6 4.4 KJ16 101 509 0.20 0.0577 0.0016 0.5878 0.0151 0.0739 0.0007 519.0 58.1 469.4 9.6 456.6 4.4 KJ17 168 488 0.34 0.0570 0.0016 0.5799 0.0151 0.0739 0.0007 489.0 59.9 464.4 9.7 453.6 4.5 KJ18 233 432 0.54 0.0561 0.0016 0.5697 0.0156 0.0737 0.0008 455.6 62.3 457.8 10.1 455.5 4.5 KJ19 462 797 0.58 0.0565 0.0014 0.5729 0.0136 0.0736 0.0007 470.2 54.9 459.9 8.8 458.0 4.3 KJ20 293 472 0.62 0.0570 0.0017 0.5767 0.0160 0.0735 0.0008 488.8 63.4 462.3 10.3 457.2 4.6 KJ21 170 495 0.34 0.0553 0.0016 0.5630 0.0155 0.0738 0.0008 425.9 62.3 453.4 10.0 454.2 4.5 KJ22 188 415 0.45 0.0575 0.0017 0.5846 0.0164 0.0738 0.0008 510.8 63.5 467.4 10.5 457.9 4.6 
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表 2 卡尔恰尔萤石矿区片麻状钾长花岗岩的锆石LA–ICP–MS U–Pb分析结果表
Table 2 LA–ICP–MS zircon U–Pb isotopic data of gneissic feldspar granite in Kaerqiaer fluorite deposit
测试点 Th U Th/U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U （×10-6） 比值 1σ 比值 1σ 比值 1σ Ma 1σ Ma 1σ Ma 1σ KC01 158 440 0.36 0.0685 0.0017 1.3024 0.0298 0.1380 0.0014 883.4 49.1 846.8 13.1 853.5 7.8 KC02 24 305 0.08 0.0705 0.0017 1.5206 0.0348 0.1566 0.0016 941.9 48.7 938.7 14.0 938.0 8.8 KC03 100 407 0.25 0.0689 0.0015 1.4817 0.0305 0.1561 0.0015 895.4 44.4 922.9 12.5 935.2 8.4 KC04 229 443 0.52 0.0698 0.0014 1.4771 0.0269 0.1538 0.0015 920.9 39.3 921.0 11.0 922.0 8.1 KC05 140 401 0.35 0.0685 0.0014 1.4364 0.0280 0.1523 0.0015 882.9 42.1 904.2 11.7 913.8 8.2 KC06 64 260 0.25 0.0686 0.0016 1.4725 0.0335 0.1559 0.0016 886.6 48.6 919.2 13.8 933.7 8.8 KC07 97 291 0.33 0.0737 0.0016 1.6255 0.0340 0.1601 0.0016 1033.7 44.1 980.1 13.1 957.1 8.8 KC08 28 90 0.32 0.0760 0.0030 2.0298 0.0760 0.1939 0.0026 1094.5 75.8 1125.6 25.5 1142.6 14.1 KC09 137 435 0.31 0.0705 0.0014 1.4788 0.0279 0.1522 0.0014 943.4 40.7 921.7 11.4 913.5 8.1 KC10 27 485 0.05 0.0698 0.0014 1.4277 0.0269 0.1485 0.0014 922.4 40.7 900.6 11.3 892.5 7.9 KC11 79 360 0.22 0.0700 0.0016 1.4820 0.0313 0.1536 0.0015 929.0 45.2 923.0 12.8 921.3 8.5 KC12 175 765 0.23 0.0686 0.0013 1.3880 0.0248 0.1469 0.0014 886.9 39.0 883.8 10.5 883.3 7.7 KC13 270 677 0.40 0.0703 0.0013 1.4973 0.0250 0.1546 0.0014 938.1 36.4 929.3 10.2 926.4 8.0 KC14 84 297 0.28 0.0694 0.0016 1.4965 0.0336 0.1566 0.0016 909.9 47.9 928.9 13.7 937.8 8.8 KC15 103 489 0.21 0.0710 0.0014 1.4375 0.0259 0.1469 0.0014 958.6 38.9 904.7 10.8 883.5 7.8 KC16 135 212 0.64 0.1106 0.0019 4.7430 0.0752 0.3114 0.0030 1808.6 31.0 1774.9 13.3 1747.6 14.7 KC17 103 747 0.14 0.0710 0.0012 1.5322 0.0247 0.1566 0.0014 958.0 35.1 943.4 9.9 938.0 8.0 KC18 51 367 0.14 0.0877 0.0016 2.4895 0.0415 0.2061 0.0020 1375.5 34.0 1269.0 12.1 1208.2 10.5 KC19 80 468 0.17 0.0688 0.0014 1.4277 0.0265 0.1506 0.0014 893.2 40.2 900.6 11.1 904.5 8.0 KC20 102 533 0.19 0.0701 0.0013 1.4933 0.0258 0.1546 0.0014 932.5 37.4 927.7 10.5 926.5 8.1
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表 3 卡尔恰尔（KE）、小白河沟（XB）、库木塔什（KM）矿床的萤石、方解石稀土元素组成表（ 10−6）
Table 3 Rare earth element data of fluorites and calcites from the Kaerqiaer, Xiaobaihegou and Kumutashi deposit
矿物 样号 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y ΣREE LREE HREE LREE/HREE （La/Yb）N δEu δCe 萤
石KE-1 6.04 12.9 1.85 8.61 2.28 0.32 2.40 0.39 2.32 0.46 1.21 0.19 1.11 0.16 31.5 40.24 32.00 8.24 3.88 3.90 0.42 0.94 KE-2 6.40 12.2 1.86 8.31 2.29 0.32 2.34 0.38 2.28 0.46 1.18 0.18 1.04 0.16 32.0 39.40 31.38 8.02 3.91 4.41 0.42 0.86 KE-3 8.64 18.0 2.72 11.9 3.18 0.46 3.63 0.58 3.38 0.70 1.85 0.27 1.65 0.23 47.6 57.19 44.90 12.29 3.65 3.76 0.41 0.90 KE-4 5.76 12.9 1.92 9.40 2.78 0.37 2.96 0.51 2.89 0.58 1.58 0.23 1.39 0.21 47.3 43.48 33.13 10.35 3.20 2.97 0.39 0.95 XB-1 6.40 14.1 2.12 9.38 2.62 0.40 2.88 0.47 2.71 0.55 1.44 0.20 1.28 0.18 38.3 44.73 35.02 9.71 3.61 3.59 0.44 0.93 XB-2 7.81 18.8 2.98 15.0 4.26 0.57 4.80 0.78 4.56 0.93 2.42 0.36 2.20 0.32 68.6 65.79 49.42 16.37 3.02 2.55 0.38 0.96 XB-3 6.63 14.7 2.39 11.5 3.57 0.45 3.66 0.61 3.63 0.78 2.02 0.30 1.85 0.26 59.5 52.35 39.24 13.11 2.99 2.57 0.38 0.90 KM-1 16.5 32.7 4.21 11.7 2.89 0.51 2.71 0.44 2.37 0.46 1.19 0.16 1.02 0.15 31.1 81.01 72.51 8.50 8.53 11.6 0.55 0.94 KM-2 10.2 15.4 1.80 6.67 1.64 0.26 1.80 0.30 1.64 0.30 0.78 0.10 0.54 0.07 31.5 41.50 35.97 5.53 6.50 13.55 0.46 0.81 方
解
石KE-1 69.9 165 18.4 66.6 11.8 1.41 8.89 1.48 8.02 1.61 4.75 0.85 5.44 0.87 40.5 365.02 333.11 31.91 10.44 9.22 0.40 1.10 KE-2 77.7 180 20.7 74.6 13.7 1.62 10.3 1.77 8.53 1.78 5.13 0.85 5.76 0.98 46.6 403.42 368.32 35.10 10.49 9.68 0.40 1.08 KE-3 83.5 213 25.1 96.8 18.1 2.15 13.9 2.52 13.5 2.67 7.74 1.34 8.64 1.44 73.7 490.40 438.65 51.75 8.48 6.93 0.40 1.13 XB-1 103 245 28.5 98.8 18.5 2.26 15.8 2.60 13.2 2.80 8.31 1.48 9.74 1.58 70.5 551.57 496.06 55.51 8.94 7.59 0.39 1.09 XB-2 158 378 43.3 144 26.5 2.94 20.0 3.41 17.2 3.47 9.91 1.72 11.5 1.95 91.7 821.90 752.74 69.16 10.88 9.86 0.37 1.10 XB-3 80.1 202 22.8 83.3 15.4 1.82 12.3 2.21 10.8 2.26 6.97 1.26 8.42 1.39 64.4 451.03 405.42 45.61 8.89 6.82 0.39 1.14 KM-1 68.5 162 18.3 66.8 13.0 1.46 9.77 1.62 9.12 1.73 5.07 0.85 5.70 0.92 45.8 364.84 330.06 34.78 9.49 8.62 0.38 1.10 KM-2 74.7 160 18.9 64.3 12.6 1.28 8.87 1.59 7.70 1.51 4.21 0.72 4.72 0.72 37.2 361.82 331.78 30.04 11.04 11.35 0.35 1.02 KM-3 69.5 158 17.8 62.2 12.0 1.33 9.01 1.65 8.76 1.70 4.83 0.83 5.66 0.94 43.0 354.21 320.83 33.38 9.61 8.81 0.38 1.07 KM-4 75.1 163 19.9 65.2 12.4 1.31 9.17 1.56 7.65 1.54 4.29 0.74 4.88 0.76 40.8 367.50 336.91 30.59 11.01 11.04 0.36 1.01
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表 4 卡尔恰尔（KE）、小白河沟（XB）、库木塔什（KM）矿床的萤石Sr−Nd同位素组成表
Table 4 Sr−Nd isotopic composition of fluorites from Kaerqiaer, Xiaobaihegou and Kumutashi deposit
样号 Rb/10-6 Sr/10-6 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr Sm/10-6 Nd/10-6 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd KE-1 0.05 343 0.00039 0.71005 1.77 6.55 0.1633 0.511987 KE-2 0.03 340 0.00029 0.71005 1.83 6.82 0.1626 0.511917 KE-3 0.04 342 0.00036 0.71007 1.79 6.48 0.1672 0.511932 KE-4 0.05 342 0.00041 0.71008 1.83 6.71 0.1655 0.511975 KE-5 0.06 342 0.00046 0.71009 1.78 6.40 0.1682 0.512040 KE-6 0.05 343 0.00046 0.71004 1.80 6.49 0.1678 0.512036 XB-1 0.26 264 0.00287 0.71025 2.62 9.36 0.1696 0.511930 XB-2 0.13 293 0.00131 0.71015 2.60 9.45 0.1664 0.511919 XB-3 0.18 368 0.00145 0.71025 3.26 11.88 0.1659 0.512039 XB-4 0.16 399 0.00118 0.71023 2.98 10.68 0.1688 0.512062 XB-5 0.21 375 0.00161 0.71036 3.94 14.15 0.1684 0.512061 KM-1 1.30 199 0.01878 0.70950 1.32 3.90 0.2044 0.512071 KM-2 0.02 261 0.00025 0.70952 1.29 3.88 0.2002 0.512061 KM-3 0.02 208 0.00029 0.70955 1.32 3.94 0.2024 0.512044
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