东天山哈密地区石炭—二叠纪碱性花岗岩年代学、地球化学及成因

中亚造山带为全球最大的显生宙增生型造山带并发育巨量花岗岩，其中晚古生代花岗岩普遍发育，备受关注。东准噶尔及东天山位于中亚造山带南缘，是西伯利亚板块与哈萨克斯坦—准噶尔板块和塔里木板块的结合部位，其构造背景复杂、岩浆活动强烈。长期以来，其晚古生代的构造环境一直存在争议，包括弧、造山后、陆内裂谷等认识。该地区发育大量的石炭纪—二叠纪A型花岗岩为解决这个问题提供了一个很好的信息。本文对东天山哈密地区的4处碱性花岗岩体进行了详细的野外调研，开展了岩石学、矿物学、锆石U-Pb年代学、地球化学以及锆石Hf同位素研究，并综合对比分析北疆地区阿尔泰—东准噶尔—东天山地区的碱性（A型）花岗岩的时空分布特点，取得了以下成果：1、获得哈密石城子、沁城、巴里坤和伊吾下马崖等4处碱性花岗岩体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分别为310±1Ma、320±1Ma、289±1Ma、312±1Ma，集中于晚石炭世—早二叠世。2、这4个碱性花岗岩体不同程度含有碱性矿物，均显示高硅（SiO2=74.90%~77.98%）、高碱（Na2O+K2O=7.91%~8.74%），低铝（Al2O3=11.74%~13.04%）、低钙（CaO=0.3%~0.58%）、低镁（MgO=0.02%~0.12%）、低铁（FeOT=0.85%~1.71%）等特征。碱度率（AR）变化范围为4.51~5.27，里特曼指数（δ）变化于1.8~2.4。同时，都一致的表现为相对富集大离子亲石元素Rb、K及高场强元素Th、Nd、Zr及Y等元素，强烈亏损Ba、Sr、P、Ti、Eu元素，同时，Nb、Ta相对Rb、K、Th等有较弱的亏损，显示出了A型（碱性）花岗岩的特征。3、锆石原位Hf同位素研究显示176Hf/177Hf=0.282746~0.283045，εHf(t)均为正值，变化范围为+5.36~+15.34，对应的二阶段模式年龄为TDM2=343~985Ma，显示年轻的幔源物质，为这些碱性（A型）花岗岩的形成提供了重要贡献。4、结合区域地质、地球化学以及Hf同位素特征，确定这些碱性（A型）花岗岩形成于后造山（后碰撞）的伸展背景下，幔源岩浆的底侵，导致了底垫的早期俯冲的年轻幔源物质发生部分熔融，并有少量的地壳混染，经历了结晶分异过程最终形成A型花岗岩。5、初步总结阿尔泰—东准噶尔—东天山的A型花岗岩，自北向南，除了阿尔泰地区存在晚泥盆世—早石炭世的A型花岗岩外，其余所有的年龄均集中分布在晚石炭世—早二叠世，没有发现空间迁移特点，即不存在北老南新的变化趋势。综合分析显示，整个区域在晚石炭世—早二叠世大规模同步伸展，揭示了该区在晚石炭世之前就已近转入后造山伸展环境。