新疆南天山红柳沟辉长岩地球化学特征及地质意义

张旗; 李尚启; 刘元; 沈锐; 常昊; 火兴开; 晁文迪

doi:10.12401/j.nwg.2024056

新疆南天山红柳沟辉长岩地球化学特征及地质意义

中国冶金地质总局西北地质勘查院，陕西西安　710119

基金项目: 中国冶金地质总局项目“新疆和静县乌兰赛尔-红柳沟一带韧性剪切带型金矿成矿特征研究及找矿预测”（CMGBK202105）资助。

详细信息

作者简介:
张旗（1984−），男，工程师，从事基础地质、矿产勘查工作。E−mail：312267719@qq.com

通讯作者:
李尚启（1990−），男，工程师，从事基础地质、矿产勘查工作。E−mail：349966977@qq.com。

中图分类号: P588.12
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出版历程
- 收稿日期: 2023-06-06
- 修回日期: 2024-03-20
- 录用日期: 2024-06-04
- 网络出版日期: 2024-08-07
- 刊出日期: 2024-10-19

Geochemical Characteristics and Geological Significance of Gabbro from the South Tianshan Hongliugou in Xinjiang

Northwest Geological Exploration Institute of China Metallurgical Geology Administration, Xi’an 710119, Shaanxi, China

摘要

摘要:
红柳沟辉长岩位于南天山北缘东段哈尔克-萨阿尔明晚古生代沟弧带东部，是南天山北缘-中天山南缘早古生代弧岩浆带内出露为数不多的基岩侵入岩体。辉长岩主要由斜长石（±48%）、普通辉石（±42%）、黑云母（±5%）、角闪石（±5%）组成。岩石化学成分显示辉长岩Na₂O含量为2.49%～3.08%，平均为2.83%；K₂O含量为1.6%～2.4%，平均为2.02%，里特曼指数为1.78～2.09，均小于3.3；分异指数为50.3～57.06，主、微量图解显示其为拉斑-钙碱性系列；辉长岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式与E-MORB相似，轻稀土富集，重稀土亏损，未见明显的δEu异常，微量元素具有Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素富集和Ta、Nb、Ti等高场强元素亏损；锆石原位εHf（t）值为-1.27～8.75，反映辉长岩来源于亏损地幔，并上升的过程中受到地壳明显混染，基性岩的（Na₂O+K₂O）/TiO₂判别图解显示红柳沟辉长岩源区碳酸盐化橄榄岩部分熔融。锆石U-Pb测年显示辉长岩形成年龄为为（410.4±2.3） Ma（MSWD=0.51，n=25）。本次研究补充了南天山构造带辉长岩年代学、地球化学证据，结合区域地质资料，笔者提出在早泥盆世，南天山洋存在洋陆俯冲作用，并伴随有基性岩侵入。
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- 地球化学 /
- 年代学
Abstract:
The Hongliugou gabbro is located in the eastern part of the Halke Saarming Late Paleozoic arc belt on the northern edge of the South Tianshan Mountains. It is one of the few intrusive rock masses exposed in the Early Paleozoic arc magmatic belt on the northern edge of the South Tianshan Mountains and the southern edge of the Central Tianshan Mountains. Gabbro is mainly composed of plagioclase (±48%), common pyroxene (±42%), biotite (±5%), and hornblende (±5%). The chemical composition of the rock shows that the Na₂O content of gabbro ranges from 2.49% to 3.08%, with an average of 2.83%; The K₂O content ranges from 1.6% to 2.4%, with an average of 2.02%. The Rittman index is 1.78 to 2.09, both of which are less than 3.3%; The differentiation index ranges from 50.3 to 57.06, and the main trace diagram shows that it belongs to the plaque calcium alkaline series; The standardized distribution pattern of rare earth elements in gabbro chondrite meteorites is similar to that of E-MORB, with enrichment of light rare earth elements and depletion of heavy rare earth elements, and no significant difference observed δ Eu anomaly, trace elements with enrichment of large ion lithophilic elements such as Rb, Ba, Th, U, and depletion of high field strength elements such as Ta, Nb, Ti; Zircon in-situ the εHf (t) value ranges from 1.27 to 8.75, indicating that the gabbro originated from the depleted mantle and was significantly contaminated by the crust during its ascent. The w (Na₂O+K₂O)/w (TiO₂) discrimination diagram of the basic rocks shows partial melting of carbonated peridotite in the Hongliugou gabbro source area. The zircon U-Pb dating shows that the age of gabbro formation is (410.4±2.3)Ma (MSWD=0.51, n=25). This study supplemented the dating and geochemical evidence of gabbro in the South Tianshan tectonic belt, and combined with regional geological data, we proposed that in the Early Devonian, there was oceanic continental subduction in the South Tianshan Ocean, accompanied by the intrusion of basic rocks.
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- chronology

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南天山造山带是天山造山带以及中亚造山带的重要组成部分，蕴含着天山洋盆演化的重要信息，一直是区域研究的热点（Huang et al., 2000；肖文交等，2006；龙灵利等，2006；Xiao et al., 2008；左国朝等，2011；郭瑞清等2013；张斌等，2014；魏强等，2017；郭春涛等，2018）。众多学者和地质工作者在南天山北缘和中天山北缘相继识别出了一条西起查干萨依东至库米什孔雀沟长达数百千米的早古生代辉长岩-闪长岩-花岗岩为岩性组合的钙碱性花岗岩带（Zhang et al., 2007; Yang et al., 2009; Yang et al., 2011; Chen et al., 2015），为研究早古生代南天山洋的构造演化提供了便利。但关于南天山洋盆的闭合时限一直存在较大争议，其中引用较多的几种认识有：Han等（2004）基于中天山南缘发现的铝质A型花岗岩认为南天山洋在490～380 Ma已经进入了造山晚期；Zhong等（2015）基于中天山南缘发现的钾长花岗岩认为417 Ma时南天山洋已经闭合；田亚洲等（2014）基于中天山南缘的辉长岩认为南天山洋在316 Ma时仍在俯冲；郭瑞清（2018）等基于对塔里木北缘库鲁克塔格辉长岩脉认为南天山洋在419 Ma时仍处于向南的俯冲–消减作用。这些及其他基于不同类型的花岗岩（杨莉等，2016；于新慧等，2020；刘桂萍等，2021；刘传朋等，2022）以及相邻构造带中辉长岩得出来南天山洋盆不同闭合时限观点显然具有较大的分歧，既矛盾也缺乏全南天山造山带岩浆活动的支持，因此，加强南天山早古生代辉长岩等基性岩成因、构造环境的研究将为解决这些问题提供重要的地球化学证据和约束条件。

1. 区域地质背景

红柳沟辉长岩体位于新疆和静县正西方向约65 km处，在区域上位于中天山南缘-南天山北缘早古生代钙碱性花岗岩带的东部，处于南天山造山带哈尔克-萨阿尔明晚古生代沟弧带之中，北侧为中天山南缘断裂带，南侧为南天山前断裂带（图1b）。

图 1 红柳沟地区地质简图

a.亚洲大陆构造图（据郭瑞清等，2013）；b.南天山地质简图（据郭瑞清等，2013）；c.红柳沟地区地质图

Figure 1. Geological sketch map of Hongliugou domain

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研究区内通过1∶2 000地质测量发现3条断层（图1c），主要为区域大断裂（大山口断裂F1）与NNE向断裂（F2、F3）。区内地层主要出露在中部，呈EWW向带状分布。主要为上志留统—下泥盆统大山口组（S₃-D₁d），主要为一套浅变质碎屑岩，岩性为灰-浅灰黑色砂质板岩。区内出露的岩浆岩主要有辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩以及少量的晚志留世—早泥盆世凝灰岩，并且受后期构造的变形影响，多呈条带状平行分布，整体与区域大断裂F1方向一致呈NWW向。前人对红柳沟地区的岩浆岩研究较少，集中在大山口金矿的成矿流体及矿床成因方面（鲍庆中等，2006；董丰新等，2011），基础地质研究极为薄弱。

2. 岩体地质和岩相学特征

辉长岩主要在研究区北部和东部大面积出露（图1c），受后期构造变形影响，多呈条带状平行分布，出露长度为100～1 000 m、宽度为50～200 m，整体与韧性剪切带方向一致呈NWW向，与大山口组砂质板岩接触界线明显，呈侵入接触关系，接触界限呈锯齿状（图2a）。

图 2 红柳沟辉长岩野外（a、b、c）与显微镜下照片（d）

S₃-D₁d. 上志留统—下泥盆统大山口组；Pl. 斜长石；Bt. 黑云母；Cpx. 辉石；Ep. 绿帘石

Figure 2. (a, b, c) Field photographs and (d) photomicrographs of gsbbro from Hongliugou domain

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红柳沟辉长岩新鲜面呈灰绿-灰黑色，半自形细粒结构，块状构造（图2b、图2c）。岩石主要由斜长石（±48%）、普通辉石（±42%）、黑云母（±5%）、角闪石（±5%）及副矿物组成。显微镜下观察，斜长石呈半自形板状，聚片双晶发育，粒径一般为0.8～1.2 mm，少数粒径为2.0 mm，整体呈杂乱分布，部分斜长石发生绢云母化（图2d）；普通辉石呈自形-半自形短柱状，粒径一般为0.5～1.2 mm。黑云母呈片状，粒径一般为1.0 mm，杂乱分布，局部发生绿泥石化蚀变；角闪石呈半自形短柱状，粒度多在0.3～2.5 mm不等。副矿物（±1%）为锆石、磁铁矿、榍石等，矿物粒径大部分为0.1～1.2 mm，少量矿物粒径可达2 mm（图2d）。

3. 分析方法

笔者共选取9件辉长岩样品进行测试研究，其中8件样品进行主量、微量以及稀土元素分析，1件样品（H62-RZ1）进行锆石U-Pb测年。

主量、微量、稀土元素分析测试交由湖北省地质实验测试中心完成。测试样品在经历去污、碎样、去离子水洗涤和2～3次烘干等步骤后进行研磨（≤ 200目）。然后在恒定温度（21 ℃）与湿度（58%）的环境下进行测试分析。主量元素采用型号RXF-1800，编号为27-HY-2009-001 X荧光光谱仪进行分析测试，分析精度优于2%。微量与稀土元素采用型号为电感耦合等离子体质谱仪-X2进行分析，分析精度优于2%。

本次锆石U-Pb定年在武汉上谱分析科技有限责任公司进行测定，工作分为两部分，前期完成锆石单矿物的挑选与制靶、LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄测定，后期在室内进行数据处理及相关图件的绘制。前期具体操作为：将样品中挑选出的锆石粘于环氧树脂内并抛光，对抛光之后的靶样采用透射光与反射光进行拍照并收集阴极发光（CL）图像，开展综合判定，选择无裂隙、无包裹体、环带清晰、大小合适的锆石圈定激光剥蚀区域。测年仪器采用安捷伦电感耦合等离子体质谱仪（Agilent 7900）以及相干193 nm准分子激光剥蚀系统（GeoLas HD），剥蚀采用直径为32 um的束斑，频率选用5 Hz，激光能量为80 mJ，后期的数据处理工作采用ICPMS Data Cal10.8软件程序进行，相关图件（谐和图与加权年龄图）的绘制和谐和年龄与加权年龄的计算采用Isoplot3.0程序。

4. 分析结果

4.1 主量元素特征

本次实验所采集的8件辉长岩样品主量元素数据见表1。红柳沟辉长岩SiO₂含量为44.24%～46.29%，平均值为45.39%，Al₂O₃含量为12.26%～13.03%，平均值为12.68%。CaO含量为5.21%～7.56%，平均值为6.87%；Na₂O含量为2.49%～3.08%，平均值为2.83%；K₂O含量为1.6%～2.4%，平均值为2.02%；里特曼指数σ=1.78～2.09，均小于3.3；分异指数DI介于50.3～57.06，平均值为53.071。在TAS图解中（图3a），8件辉长岩样品都落入辉长岩区域和碱性范围内；根据Zr-Y图解（图3b），红柳沟8件样品均落入拉斑-钙碱性系列岩石范围内。

表 1 红柳沟辉长岩主量元素（%）分析结果表

Table 1. Major elements (%) analytic data table of the Hongliugou gabbro

样品号	H62-YQ1	H62-YQ2	H62-YQ3	H62-YQ4	H62-YQ5	H62-YQ6	H62-YQ7	H62-YQ8
SiO₂	45.76	46.29	44.24	45.31	45.96	45.86	44.52	45.24
TiO₂	0.833	0.940	0.848	0.859	0.860	0.964	0.772	0.813
Al₂O₃	12.26	12.67	12.78	12.93	12.90	13.03	12.26	12.58
Fe₂O₃	8.24	10.11	9.64	8.21	8.62	8.66	7.72	8.38
FeO	5.27	6.78	5.88	6.09	6.21	6.00	5.73	6.23
MnO	0.151	0.122	0.144	0.143	0.132	0.134	0.158	0.142
MgO	10.71	11.62	11.39	11.10	11.06	11.33	10.35	11.33
CaO	7.56	5.21	6.64	6.94	6.44	6.18	8.84	7.17
Na₂O	3.08	2.61	2.95	3.03	2.85	2.89	2.75	2.49
K₂O	1.60	2.14	2.09	2.10	2.40	1.79	1.93	2.13
P₂O₅	0.346	0.362	0.333	0.350	0.352	0.359	0.319	0.339
LOI	3.98	0.99	2.90	2.79	2.06	2.62	4.46	2.97
总量	99.79	99.85	99.84	99.86	99.83	99.81	99.82	99.81
Mg^#	45.77	42.27	43.91	45.17	44.19	45.11	44.95	45.14

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图 3 红柳沟辉长岩TAS图解（a）和Zr-Y图解（b）

Figure 3. (a) TAS diagram and (b) Zr-Y diagram of the Hongliugou gabbro

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4.2 微量、稀土元素特征

红柳沟辉长岩的8件样品微量、稀土元素分析结果见表2。在稀土元素球粒陨石标准化模式图上（图4a），曲线整体呈平行不对称的右倾型。根据表2，辉长岩的稀土元素总量∑REE=213.80×10⁻⁶～237.27×10⁻⁶，平均值为224.93×10⁻⁶；LREE=195.28×10⁻⁶～217.51×10⁻⁶，HREE=18.52×10⁻⁶～20.82×10⁻⁶；LREE/HREE=10.2～11.0，平均值为10.64。（La/Yb）_N为12.45～13.86，平均值为13.11，（Gd/Yb）_N为2.1～2.3，平均值为2.21，说明轻稀土富集且分馏程度高；δEu=0.8～1.09，平均为0.92，无明显的Eu异常，说明辉长岩轻稀土元素呈富集型。

表 2 红柳沟辉长岩微量和稀土元素（10⁻⁶）分析结果表

Table 2. Trace and REE element (10⁻⁶) analytic data table of the Hongliugou gabbro

样品号	H62-YQ1	H62-YQ2	H62-YQ3	H62-YQ4	H62-YQ5	H62-YQ6	H62-YQ7	H62-YQ8
Rb	108	144	134	132	160	109	120	130
Ba	1670	649	746	548	1279	1114	1103	1121
Th	7.76	8.43	8.30	7.56	8.56	8.38	8.00	7.54
U	2.49	2.35	2.11	2.27	2.22	2.09	2.18	2.00
Ta	0.54	0.76	0.64	0.87	0.49	0.78	0.97	0.46
Nb	9.63	10.0	9.29	9.57	10.1	10.3	9.12	9.17
Sr	303	195	239	230	239	236	305	257
Zr	145	178	179	176	152	180	170	156
Hf	4.24	4.72	4.94	5.11	4.14	4.86	4.89	4.41
Y	22.3	24.9	22.8	23.1	22.7	26.5	22.0	21.3
La	46.4	49.0	45.9	46.1	48.2	48.4	45.3	45.1
Ce	89.4	94.7	86.9	87.9	94.6	91.7	84.9	85.2
Nd	44.9	49.6	46.2	46.1	47.8	47.9	43.2	44.6
Sm	8.43	9.27	8.76	8.95	9.01	9.16	8.06	8.31
Pr	11.6	12.7	11.9	12.0	12.5	12.5	11.5	11.5
Eu	2.74	2.14	2.12	2.12	2.48	2.72	2.40	2.38
Gd	6.44	6.69	6.56	6.66	6.87	6.91	6.12	6.48
Tb	1.02	1.11	1.02	1.06	1.06	1.15	0.99	1.00
Dy	4.62	5.28	4.93	5.10	4.93	5.57	4.92	4.72
Ho	0.85	0.94	0.90	0.90	0.95	1.06	0.85	0.88
Er	2.74	2.53	2.49	2.63	2.84	2.81	2.53	2.46
Tm	0.34	0.36	0.37	0.35	0.35	0.39	0.35	0.34
Yb	2.26	2.49	2.37	2.50	2.46	2.54	2.35	2.30
Lu	0.37	0.35	0.38	0.36	0.39	0.39	0.40	0.35
LREE	203.38	217.51	201.74	203.10	214.48	212.30	195.28	196.99
HREE	18.64	19.77	19.02	19.55	19.85	20.82	18.52	18.54
∑REE	222.02	237.27	220.76	222.65	234.33	233.11	213.80	215.53
δEu	1.09	0.79	0.82	0.8	0.93	1.0	1.0	0.96
LREE/HREE	10.91	11.00	10.61	10.39	10.81	10.20	10.55	10.63
（La/Yb）_N	13.86	13.25	13.07	12.45	13.19	12.87	12.97	13.18
（Gd/Yb）_N	2.30	2.17	2.24	2.15	2.25	2.20	2.10	2.27

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图 4 稀土元素球粒陨石标准化模式图（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）

Figure 4. (a) Chondrite-normalized REE patterns and (b) primitive mantle-normalized trace element diagrams

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在微量元素原始地幔标准化蛛网图上（图4b），Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素相对富集，而Ta、Nb、Ti等高场强元素相对亏损，表明该辉长岩可能受到地壳混染或发生变质作用。

4.3 锆石U-Pb定年

笔者对新疆红柳沟辉长岩样品H62-RZ1进行LA-ICP-MS锆石U-Pb测年，分析结果见表3，Th、U含量值分别为3×10⁻⁶～653×10⁻⁶、94×10⁻⁶～613×10⁻⁶，Th/U值范围为0.03～1.06。在阴极发光（CL）图上，锆石颗粒粒径较小，一般为80～120 μm，长宽比为1.2∶1～1.8∶1，晶形主要呈自形-半自形短柱状，具有较清晰的地震荡环带，为岩浆锆石（图5）。本次选取25颗清晰的锆石进行测年分析，结果表明，锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U谐和年龄为401～419 Ma，加权平均年龄为（410.4±2.3） Ma（MSWD=0.51），代表该辉长岩的结晶年龄（图6），形成于早泥盆世。

表 3 红柳沟辉长岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

Table 3. Ziron U-Pb dating data for the Hongliugou gabbro

测点号	Th（10⁻⁶）	U（10⁻⁶）	Th/U	同位素比值						年龄（Ma）
测点号	Th（10⁻⁶）	U（10⁻⁶）	Th/U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1δ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1δ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1δ	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1δ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1δ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1δ
H62-RZ1-03	120	204	0.59	0.0880	0.0047	0.7657	0.0340	0.0641	0.0014	1383	103.7	577	19.5	401	8.8
H62-RZ1-04	9	94	0.10	0.0774	0.0048	0.7048	0.0477	0.0660	0.0017	1132	122.7	542	28.4	412	10.2
H62-RZ1-05	9	251	0.04	0.0735	0.0024	0.6662	0.0295	0.0655	0.0013	1028	62.8	518	18.0	409	7.9
H62-RZ1-06	234	294	0.79	0.0727	0.0029	0.6518	0.0264	0.0651	0.0006	1006	81.5	510	16.2	406	3.9
H62-RZ1-07	297	364	0.82	0.0718	0.0041	0.6459	0.0384	0.0652	0.0007	989	115.3	506	23.7	407	4.5
H62-RZ1-09	37	146	0.26	0.0697	0.0031	0.6280	0.0302	0.0653	0.0008	920	90.7	495	18.8	408	4.6
H62-RZ1-10	652	613	1.06	0.0613	0.0020	0.5492	0.0295	0.0652	0.0033	650	72.2	444	19.3	407	19.9
H62-RZ1-11	282	348	0.81	0.0607	0.0019	0.5462	0.0172	0.0653	0.0006	628	66.7	442	11.3	408	3.9
H62-RZ1-12	197	242	0.81	0.0607	0.0020	0.5563	0.0214	0.0664	0.0008	628	72.2	449	14.0	414	5.1
H62-RZ1-13	382	519	0.74	0.0612	0.0023	0.5587	0.0169	0.0666	0.0015	656	81.5	451	11.0	416	9.2
H62-RZ1-14	188	291	0.65	0.0596	0.0022	0.5369	0.0211	0.0652	0.0007	587	113.9	436	13.9	407	4.2
H62-RZ1-15	434	418	1.04	0.0593	0.0022	0.5327	0.0211	0.0652	0.0007	576	78.7	434	14.0	407	4.3
H62-RZ1-16	446	500	0.89	0.0596	0.0023	0.5504	0.0200	0.0672	0.0011	587	115.7	445	13.1	419	6.7
H62-RZ1-17	191	252	0.76	0.0594	0.0015	0.5464	0.0127	0.0669	0.0010	583	55.5	443	8.3	417	5.8
H62-RZ1-18	10	95	0.10	0.0529	0.0040	0.4717	0.0341	0.0656	0.0014	324	170.3	392	23.6	409	8.2
H62-RZ1-19	653	764	0.86	0.0593	0.0044	0.5333	0.0284	0.0662	0.0011	576	162.9	434	18.8	413	6.7
H62-RZ1-20	195	312	0.63	0.0529	0.0018	0.4840	0.0195	0.0664	0.0017	324	71.3	401	13.4	414	10.0
H62-RZ1-24	91	184	0.50	0.0570	0.0024	0.5131	0.0234	0.0657	0.0019	500	99.1	421	15.7	410	11.5
H62-RZ1-25	208	334	0.62	0.0569	0.0014	0.5206	0.0145	0.0665	0.0012	487	55.6	426	9.7	415	7.3
H62-RZ1-26	29	393	0.07	0.0565	0.0014	0.5217	0.0149	0.0669	0.0009	472	53.7	426	9.9	417	5.4
H62-RZ1-27	3	105	0.03	0.0536	0.0044	0.4858	0.0332	0.0655	0.0022	367	185.2	402	22.7	409	13.2
H62-RZ1-28	254	339	0.75	0.0547	0.0017	0.4978	0.0190	0.0658	0.0009	398	66.7	410	12.9	411	5.4
H62-RZ1-29	71	139	0.51	0.0555	0.0027	0.5008	0.0225	0.0659	0.0012	432	109.2	412	15.2	411	7.0
H62-RZ1-30	241	321	0.75	0.0558	0.0017	0.5071	0.0149	0.0661	0.0009	443	66.7	416	10.0	413	5.3
H62-RZ1-31	318	438	0.72	0.0548	0.0016	0.5008	0.0142	0.0665	0.0010	467	69.4	412	9.6	415	5.9

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图 5 红柳沟辉长岩锆石阴极发光图

Figure 5. CL image of zircons of the Hongliugou gabbro

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图 6 红柳沟辉长岩锆石U-Pb谐和图和加权年龄平均图

Figure 6. Concordia curves of zircons U-Pb data of the Hongliugou gabbro

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4.4 Lu-Hf同位素

笔者在LA-ICP-MS锆石U-Pb测年基础上，选取25颗锆石在测年点近似相同的位置上进行Hf同位素分析（图5），数据结果显示（表4）：红柳沟辉长岩锆石¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf为0.282491～0.282788，平均值为0.282627，可以代表锆石颗粒原始¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值。εHf（t）变化范围为−1.27～8.75，平均值为3.30，对应的二阶段模式年龄（T_DM2），分布范围介于0.84～1.50 Ga。

表 4 红柳沟辉长岩锆石Lu-Hf同位素分析结果

Table 4. Zircon Hf isotopic data for the Hongliugou gabbro

测点号	¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf	2σ	¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf	2σ	¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf	2σ	年龄（Ma）	εHf （0）	εHf （t）	T_DM1 （Ma）	T_DM2 （Ma）	f_Lu/Hf
H62-RZ1-03	0.116058	0.001210	0.003363	0.000048	0.282657	0.000024	401	−4.07	3.86	898.6	1146.0	−0.899
H62-RZ1-05	0.046197	0.000359	0.001391	0.000012	0.282542	0.000033	409	−8.15	0.48	1015.0	1367.1	−0.958
H62-RZ1-10	0.040480	0.000183	0.001150	0.000006	0.282705	0.000046	407	−2.38	6.27	778.1	997.6	−0.965
H62-RZ1-11	0.033934	0.000073	0.001120	0.000002	0.282491	0.000024	408	−9.94	−1.27	1079.3	1477.1	−0.966
H62-RZ1-12	0.110041	0.000667	0.003024	0.000017	0.282578	0.000069	414	−6.88	1.42	1008.1	1311.7	−0.909
H62-RZ1-13	0.114382	0.001270	0.003538	0.000037	0.282745	0.000039	416	−0.94	7.24	769.4	942.5	−0.893
H62-RZ1-14	0.053794	0.000894	0.001635	0.000028	0.282534	0.000105	407	−8.43	0.08	1033.2	1390.6	−0.951
H62-RZ1-15	0.097250	0.001810	0.002924	0.000046	0.282529	0.000074	407	−8.61	−0.44	1077.7	1423.4	−0.912
H62-RZ1-16	0.060179	0.000714	0.001907	0.000021	0.282689	0.000028	419	−2.94	5.76	816.7	1039.0	−0.943
H62-RZ1-17	0.106043	0.001360	0.003139	0.000037	0.282690	0.000055	417	−2.91	5.42	843.8	1059.7	−0.905
H62-RZ1-18	0.154616	0.002070	0.004256	0.000057	0.282649	0.000049	409	−4.36	3.50	934.5	1175.4	−0.872
H62-RZ1-19	0.050009	0.000531	0.001423	0.000020	0.282631	0.000024	413	−4.97	3.73	888.2	1163.7	−0.957
H62-RZ1-20	0.049060	0.000338	0.001494	0.000006	0.282728	0.000044	414	−1.55	7.17	751.7	946.2	−0.955
H62-RZ1-25	0.088510	0.000480	0.002601	0.000024	0.282631	0.000018	415	−5.00	3.42	918.3	1184.8	−0.922
H62-RZ1-26	0.056476	0.000804	0.001639	0.000024	0.282557	0.000022	417	−7.59	1.14	999.2	1331.2	−0.951
H62-RZ1-27	0.092919	0.000309	0.002561	0.000009	0.282575	0.000056	409	−6.97	1.34	999.1	1312.4	−0.923
H62-RZ1-28	0.017302	0.000215	0.000572	0.000007	0.282492	0.000027	411	−9.89	−1.00	1061.7	1462.5	−0.983
H62-RZ1-29	0.114128	0.000995	0.003262	0.000024	0.282788	0.000066	411	0.57	8.75	699.0	843.1	−0.902
H62-RZ1-30	0.076111	0.000460	0.002223	0.000012	0.282695	0.000088	413	−2.73	5.76	815.2	1034.7	−0.933

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5. 讨论

5.1 岩石成因与源区性质

研究显示，可以利用基性岩的（Na₂O+K₂O）/TiO₂值来判断岩浆源区，并对地幔源区、角闪石岩和碳酸盐化榴辉岩地幔源区的界线进行清楚的划分。图7a显示，在（Na₂O+K₂O）/TiO₂＞1的范围内，随着TiO₂含量的增高，碳酸盐化橄榄岩地幔源区全碱含量表现出大幅度上升趋势；而在（Na₂O+K₂O）/TiO₂＜1的范围内，随着TiO₂含量的增高，角闪石岩和碳酸盐化榴辉岩地幔源区全碱含量表现出缓慢上升。红柳沟辉长岩在图中投点落在（Na₂O+K₂O）/TiO₂＞1的范围内，显示有碳酸盐化橄榄岩部分熔融趋势的特征。

图 7 红柳沟辉长岩岩石成因和岩浆源区判别图

a.TiO₂-（Na₂O+K₂O）判别图；b.年龄-εHf（t）图解；c.（Th/Nb）_PM-Nb/La图解；d.（La/Nb）_PM-（Th/Ta）_PM图解

Figure 7. The discriminant diagrams of the rock formation and magma source from the Hongliugou gabbro

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通常来说，基性岩浆通常来自岩石圈地幔或者软流圈地幔岩石的部分熔融，利用岩石中不易受后期蚀变和低于角闪石相变质作用的高场强元素和重稀土元素可以判断岩浆源区的性质，源于软流圈地幔的玄武岩La/Nb ＜1.5，La/Ta ＜22，而源于岩石圈地幔的玄武岩与之相反（Huang et al., 2000）。文中辉长岩La/Nb=4.7～4.97，平均为4.86，均大于1.5，La/Ta=46.78～99.12，平均为72.58，均大于22，指示红柳沟辉长岩岩浆源区为岩石圈地幔。笔者通过对红柳沟辉长岩19颗锆石Lu-Hf同位素分析，¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf 初始值介于0.282491～0.282788，εHf（t）的变化范围为−.27～8.75，平均值为3.30（＞0），εHf（t）⁃年龄图解（图7b）中红柳沟辉长岩全部落入地壳和亏损地幔演化线之间范围，因此表明红柳沟辉长岩岩浆源区可能来自受到地壳混染的亏损地幔。

前人研究提出（Th/Nb）_PM值和Nb/La值是判断岩石形成过程中是否受到地壳物质混染的两个重要指标，若（Th/Nb）_PM远大于1，Nb/La ＜1，则说明基性岩形成过程中有地壳物质加入。红柳沟辉长岩（Th/Nb）_PM的范围为6.62～7.49，Nb/La的范围为0.20～0.21；在（Th/Nb）_PM-Nb/La的图解中（图7c），红柳沟辉长岩落在遭受地壳混染的区域内，显示岩浆在上升的过程中受到地壳的污染；在（Th/Nb）_PM-（Th/Ta）_PM图解（图7d）中显示红柳沟辉长岩均落入上地壳区域内，表明红柳沟辉长岩在形成过程中原始岩浆受到上地壳的污染。

综上所述，红柳沟辉长岩岩浆可能来自岩石圈地幔的部分熔融，源区为碳酸盐化地幔橄榄岩混合物，并在上升过程中与地壳物质发生同化混染。

5.2 构造地质背景

一般来说，玄武质岩浆用来探讨构造环境是相对可靠的，因为玄武质岩浆具有独特的地球化学特征和特定的构造环境，文中红柳沟辉长岩总体显示轻稀土元素较重稀土元素相对富集以及Ta、Nb、Ti等元素明显的负异常，说明红柳沟辉长岩可能与弧环境相关的岩浆作用的产物密切相关。通常利用Zr与Y元素可以有效判别大陆弧与洋内弧玄武质岩浆，红柳沟辉长岩的Zr/Y值介于6.5～7.86，为典型的大陆弧（Zr/Y＞3）；Nb/Th- Nb图解（图8a）与Hf/3-Th-Ta图解（图8c）均显示红柳沟辉长岩样品均为岛弧质玄武岩；TiO₂-Zr图解（图8b）显示红柳沟辉长岩为火山弧玄武岩。综上所述，红柳沟辉长岩形成于与大陆岛弧相关的俯冲背景。

图 8 红柳沟辉长岩构造环境判别图

a. Nb-Nb/Th判别图；b. Zr-TiO₂判别图；c. Th-Ta-Hf/3图解

Figure 8. Discriminant diagrams of the tectonic environment from the Hongliugou gabbro

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6. 结论

（1）红柳沟辉长岩体为钙碱性辉长岩，锆石U-Pb获得的年龄为（410.4±2.3）Ma，补充了南天山构造带早古生代基性岩浆活动的地球化学和年代学证据。

（2）红柳沟辉长岩为富集Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素，亏损Ta、Nb、Ti等高场强元素的活动陆缘弧基性侵入岩，具负的和正的εHf （t），为亏损地幔的部分熔融在上升过程中受到地壳物质的混染。

（3）研究结果表明，早泥盆世南天山洋仍处于洋陆俯冲作用之下，南天山洋的闭合时间在早泥盆世之后。

图 1 红柳沟地区地质简图

a.亚洲大陆构造图（据郭瑞清等，2013）；b.南天山地质简图（据郭瑞清等，2013）；c.红柳沟地区地质图

Figure 1. Geological sketch map of Hongliugou domain

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图 2 红柳沟辉长岩野外（a、b、c）与显微镜下照片（d）

S₃-D₁d. 上志留统—下泥盆统大山口组；Pl. 斜长石；Bt. 黑云母；Cpx. 辉石；Ep. 绿帘石

Figure 2. (a, b, c) Field photographs and (d) photomicrographs of gsbbro from Hongliugou domain

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图 3 红柳沟辉长岩TAS图解（a）和Zr-Y图解（b）

Figure 3. (a) TAS diagram and (b) Zr-Y diagram of the Hongliugou gabbro

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图 4 稀土元素球粒陨石标准化模式图（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）

Figure 4. (a) Chondrite-normalized REE patterns and (b) primitive mantle-normalized trace element diagrams

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图 5 红柳沟辉长岩锆石阴极发光图

Figure 5. CL image of zircons of the Hongliugou gabbro

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图 6 红柳沟辉长岩锆石U-Pb谐和图和加权年龄平均图

Figure 6. Concordia curves of zircons U-Pb data of the Hongliugou gabbro

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图 7 红柳沟辉长岩岩石成因和岩浆源区判别图

a.TiO₂-（Na₂O+K₂O）判别图；b.年龄-εHf（t）图解；c.（Th/Nb）_PM-Nb/La图解；d.（La/Nb）_PM-（Th/Ta）_PM图解

Figure 7. The discriminant diagrams of the rock formation and magma source from the Hongliugou gabbro

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图 8 红柳沟辉长岩构造环境判别图

a. Nb-Nb/Th判别图；b. Zr-TiO₂判别图；c. Th-Ta-Hf/3图解

Figure 8. Discriminant diagrams of the tectonic environment from the Hongliugou gabbro

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表 1 红柳沟辉长岩主量元素（%）分析结果表

Table 1 Major elements (%) analytic data table of the Hongliugou gabbro

样品号	H62-YQ1	H62-YQ2	H62-YQ3	H62-YQ4	H62-YQ5	H62-YQ6	H62-YQ7	H62-YQ8
SiO₂	45.76	46.29	44.24	45.31	45.96	45.86	44.52	45.24
TiO₂	0.833	0.940	0.848	0.859	0.860	0.964	0.772	0.813
Al₂O₃	12.26	12.67	12.78	12.93	12.90	13.03	12.26	12.58
Fe₂O₃	8.24	10.11	9.64	8.21	8.62	8.66	7.72	8.38
FeO	5.27	6.78	5.88	6.09	6.21	6.00	5.73	6.23
MnO	0.151	0.122	0.144	0.143	0.132	0.134	0.158	0.142
MgO	10.71	11.62	11.39	11.10	11.06	11.33	10.35	11.33
CaO	7.56	5.21	6.64	6.94	6.44	6.18	8.84	7.17
Na₂O	3.08	2.61	2.95	3.03	2.85	2.89	2.75	2.49
K₂O	1.60	2.14	2.09	2.10	2.40	1.79	1.93	2.13
P₂O₅	0.346	0.362	0.333	0.350	0.352	0.359	0.319	0.339
LOI	3.98	0.99	2.90	2.79	2.06	2.62	4.46	2.97
总量	99.79	99.85	99.84	99.86	99.83	99.81	99.82	99.81
Mg^#	45.77	42.27	43.91	45.17	44.19	45.11	44.95	45.14

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表 2 红柳沟辉长岩微量和稀土元素（10⁻⁶）分析结果表

Table 2 Trace and REE element (10⁻⁶) analytic data table of the Hongliugou gabbro

样品号	H62-YQ1	H62-YQ2	H62-YQ3	H62-YQ4	H62-YQ5	H62-YQ6	H62-YQ7	H62-YQ8
Rb	108	144	134	132	160	109	120	130
Ba	1670	649	746	548	1279	1114	1103	1121
Th	7.76	8.43	8.30	7.56	8.56	8.38	8.00	7.54
U	2.49	2.35	2.11	2.27	2.22	2.09	2.18	2.00
Ta	0.54	0.76	0.64	0.87	0.49	0.78	0.97	0.46
Nb	9.63	10.0	9.29	9.57	10.1	10.3	9.12	9.17
Sr	303	195	239	230	239	236	305	257
Zr	145	178	179	176	152	180	170	156
Hf	4.24	4.72	4.94	5.11	4.14	4.86	4.89	4.41
Y	22.3	24.9	22.8	23.1	22.7	26.5	22.0	21.3
La	46.4	49.0	45.9	46.1	48.2	48.4	45.3	45.1
Ce	89.4	94.7	86.9	87.9	94.6	91.7	84.9	85.2
Nd	44.9	49.6	46.2	46.1	47.8	47.9	43.2	44.6
Sm	8.43	9.27	8.76	8.95	9.01	9.16	8.06	8.31
Pr	11.6	12.7	11.9	12.0	12.5	12.5	11.5	11.5
Eu	2.74	2.14	2.12	2.12	2.48	2.72	2.40	2.38
Gd	6.44	6.69	6.56	6.66	6.87	6.91	6.12	6.48
Tb	1.02	1.11	1.02	1.06	1.06	1.15	0.99	1.00
Dy	4.62	5.28	4.93	5.10	4.93	5.57	4.92	4.72
Ho	0.85	0.94	0.90	0.90	0.95	1.06	0.85	0.88
Er	2.74	2.53	2.49	2.63	2.84	2.81	2.53	2.46
Tm	0.34	0.36	0.37	0.35	0.35	0.39	0.35	0.34
Yb	2.26	2.49	2.37	2.50	2.46	2.54	2.35	2.30
Lu	0.37	0.35	0.38	0.36	0.39	0.39	0.40	0.35
LREE	203.38	217.51	201.74	203.10	214.48	212.30	195.28	196.99
HREE	18.64	19.77	19.02	19.55	19.85	20.82	18.52	18.54
∑REE	222.02	237.27	220.76	222.65	234.33	233.11	213.80	215.53
δEu	1.09	0.79	0.82	0.8	0.93	1.0	1.0	0.96
LREE/HREE	10.91	11.00	10.61	10.39	10.81	10.20	10.55	10.63
（La/Yb）_N	13.86	13.25	13.07	12.45	13.19	12.87	12.97	13.18
（Gd/Yb）_N	2.30	2.17	2.24	2.15	2.25	2.20	2.10	2.27

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表 3 红柳沟辉长岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

Table 3 Ziron U-Pb dating data for the Hongliugou gabbro

测点号	Th（10⁻⁶）	U（10⁻⁶）	Th/U	同位素比值						年龄（Ma）
测点号	Th（10⁻⁶）	U（10⁻⁶）	Th/U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1δ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1δ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1δ	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1δ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1δ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1δ
H62-RZ1-03	120	204	0.59	0.0880	0.0047	0.7657	0.0340	0.0641	0.0014	1383	103.7	577	19.5	401	8.8
H62-RZ1-04	9	94	0.10	0.0774	0.0048	0.7048	0.0477	0.0660	0.0017	1132	122.7	542	28.4	412	10.2
H62-RZ1-05	9	251	0.04	0.0735	0.0024	0.6662	0.0295	0.0655	0.0013	1028	62.8	518	18.0	409	7.9
H62-RZ1-06	234	294	0.79	0.0727	0.0029	0.6518	0.0264	0.0651	0.0006	1006	81.5	510	16.2	406	3.9
H62-RZ1-07	297	364	0.82	0.0718	0.0041	0.6459	0.0384	0.0652	0.0007	989	115.3	506	23.7	407	4.5
H62-RZ1-09	37	146	0.26	0.0697	0.0031	0.6280	0.0302	0.0653	0.0008	920	90.7	495	18.8	408	4.6
H62-RZ1-10	652	613	1.06	0.0613	0.0020	0.5492	0.0295	0.0652	0.0033	650	72.2	444	19.3	407	19.9
H62-RZ1-11	282	348	0.81	0.0607	0.0019	0.5462	0.0172	0.0653	0.0006	628	66.7	442	11.3	408	3.9
H62-RZ1-12	197	242	0.81	0.0607	0.0020	0.5563	0.0214	0.0664	0.0008	628	72.2	449	14.0	414	5.1
H62-RZ1-13	382	519	0.74	0.0612	0.0023	0.5587	0.0169	0.0666	0.0015	656	81.5	451	11.0	416	9.2
H62-RZ1-14	188	291	0.65	0.0596	0.0022	0.5369	0.0211	0.0652	0.0007	587	113.9	436	13.9	407	4.2
H62-RZ1-15	434	418	1.04	0.0593	0.0022	0.5327	0.0211	0.0652	0.0007	576	78.7	434	14.0	407	4.3
H62-RZ1-16	446	500	0.89	0.0596	0.0023	0.5504	0.0200	0.0672	0.0011	587	115.7	445	13.1	419	6.7
H62-RZ1-17	191	252	0.76	0.0594	0.0015	0.5464	0.0127	0.0669	0.0010	583	55.5	443	8.3	417	5.8
H62-RZ1-18	10	95	0.10	0.0529	0.0040	0.4717	0.0341	0.0656	0.0014	324	170.3	392	23.6	409	8.2
H62-RZ1-19	653	764	0.86	0.0593	0.0044	0.5333	0.0284	0.0662	0.0011	576	162.9	434	18.8	413	6.7
H62-RZ1-20	195	312	0.63	0.0529	0.0018	0.4840	0.0195	0.0664	0.0017	324	71.3	401	13.4	414	10.0
H62-RZ1-24	91	184	0.50	0.0570	0.0024	0.5131	0.0234	0.0657	0.0019	500	99.1	421	15.7	410	11.5
H62-RZ1-25	208	334	0.62	0.0569	0.0014	0.5206	0.0145	0.0665	0.0012	487	55.6	426	9.7	415	7.3
H62-RZ1-26	29	393	0.07	0.0565	0.0014	0.5217	0.0149	0.0669	0.0009	472	53.7	426	9.9	417	5.4
H62-RZ1-27	3	105	0.03	0.0536	0.0044	0.4858	0.0332	0.0655	0.0022	367	185.2	402	22.7	409	13.2
H62-RZ1-28	254	339	0.75	0.0547	0.0017	0.4978	0.0190	0.0658	0.0009	398	66.7	410	12.9	411	5.4
H62-RZ1-29	71	139	0.51	0.0555	0.0027	0.5008	0.0225	0.0659	0.0012	432	109.2	412	15.2	411	7.0
H62-RZ1-30	241	321	0.75	0.0558	0.0017	0.5071	0.0149	0.0661	0.0009	443	66.7	416	10.0	413	5.3
H62-RZ1-31	318	438	0.72	0.0548	0.0016	0.5008	0.0142	0.0665	0.0010	467	69.4	412	9.6	415	5.9

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表 4 红柳沟辉长岩锆石Lu-Hf同位素分析结果

Table 4 Zircon Hf isotopic data for the Hongliugou gabbro

测点号	¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf	2σ	¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf	2σ	¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf	2σ	年龄（Ma）	εHf （0）	εHf （t）	T_DM1 （Ma）	T_DM2 （Ma）	f_Lu/Hf
H62-RZ1-03	0.116058	0.001210	0.003363	0.000048	0.282657	0.000024	401	−4.07	3.86	898.6	1146.0	−0.899
H62-RZ1-05	0.046197	0.000359	0.001391	0.000012	0.282542	0.000033	409	−8.15	0.48	1015.0	1367.1	−0.958
H62-RZ1-10	0.040480	0.000183	0.001150	0.000006	0.282705	0.000046	407	−2.38	6.27	778.1	997.6	−0.965
H62-RZ1-11	0.033934	0.000073	0.001120	0.000002	0.282491	0.000024	408	−9.94	−1.27	1079.3	1477.1	−0.966
H62-RZ1-12	0.110041	0.000667	0.003024	0.000017	0.282578	0.000069	414	−6.88	1.42	1008.1	1311.7	−0.909
H62-RZ1-13	0.114382	0.001270	0.003538	0.000037	0.282745	0.000039	416	−0.94	7.24	769.4	942.5	−0.893
H62-RZ1-14	0.053794	0.000894	0.001635	0.000028	0.282534	0.000105	407	−8.43	0.08	1033.2	1390.6	−0.951
H62-RZ1-15	0.097250	0.001810	0.002924	0.000046	0.282529	0.000074	407	−8.61	−0.44	1077.7	1423.4	−0.912
H62-RZ1-16	0.060179	0.000714	0.001907	0.000021	0.282689	0.000028	419	−2.94	5.76	816.7	1039.0	−0.943
H62-RZ1-17	0.106043	0.001360	0.003139	0.000037	0.282690	0.000055	417	−2.91	5.42	843.8	1059.7	−0.905
H62-RZ1-18	0.154616	0.002070	0.004256	0.000057	0.282649	0.000049	409	−4.36	3.50	934.5	1175.4	−0.872
H62-RZ1-19	0.050009	0.000531	0.001423	0.000020	0.282631	0.000024	413	−4.97	3.73	888.2	1163.7	−0.957
H62-RZ1-20	0.049060	0.000338	0.001494	0.000006	0.282728	0.000044	414	−1.55	7.17	751.7	946.2	−0.955
H62-RZ1-25	0.088510	0.000480	0.002601	0.000024	0.282631	0.000018	415	−5.00	3.42	918.3	1184.8	−0.922
H62-RZ1-26	0.056476	0.000804	0.001639	0.000024	0.282557	0.000022	417	−7.59	1.14	999.2	1331.2	−0.951
H62-RZ1-27	0.092919	0.000309	0.002561	0.000009	0.282575	0.000056	409	−6.97	1.34	999.1	1312.4	−0.923
H62-RZ1-28	0.017302	0.000215	0.000572	0.000007	0.282492	0.000027	411	−9.89	−1.00	1061.7	1462.5	−0.983
H62-RZ1-29	0.114128	0.000995	0.003262	0.000024	0.282788	0.000066	411	0.57	8.75	699.0	843.1	−0.902
H62-RZ1-30	0.076111	0.000460	0.002223	0.000012	0.282695	0.000088	413	−2.73	5.76	815.2	1034.7	−0.933

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1. 区域地质背景
2. 岩体地质和岩相学特征
3. 分析方法
4. 分析结果
4.1 主量元素特征
4.2 微量、稀土元素特征
4.3 锆石U-Pb定年
4.4 Lu-Hf同位素
5. 讨论
5.1 岩石成因与源区性质
5.2 构造地质背景
6. 结论

新疆南天山红柳沟辉长岩地球化学特征及地质意义

作者简介: 张旗（1984−），男，工程师，从事基础地质、矿产勘查工作。E−mail：312267719@qq.com

通讯作者: 李尚启（1990−），男，工程师，从事基础地质、矿产勘查工作。E−mail：349966977@qq.com。

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