趙磊 何國(guó)琦

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新疆西準(zhǔn)噶爾薩爾托海地區(qū)英安巖鋯石U-Pb年齡及其對(duì)達(dá)拉布特蛇綠巖侵位時(shí)限的約束

趙磊1,?何國(guó)琦2

1. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所, 北京 100037; 2. 造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院, 北京 100871; ? E-mail: jleiz@163.com

新疆西準(zhǔn)噶爾達(dá)拉布特蛇綠巖在其北東段薩爾托海地區(qū)被下石炭統(tǒng)火山巖-沉積巖不整合覆蓋。對(duì)這套沉積-火山巖系中的英安巖進(jìn)行 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年, 獲得206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為 349±2 Ma (早石炭世杜內(nèi)期)。英安巖REE分配型式具有輕稀土富集、重稀土相對(duì)平坦、Eu負(fù)異常明顯的特點(diǎn)。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中, 所有樣品的標(biāo)準(zhǔn)化豐度都隨著元素不相容性的增加而增大。與經(jīng)典的弧英安巖以及埃達(dá)克火山巖相比, 太勒古拉組英安巖 Sr 含量平均值為 195 μg/g, Sr/Y 平均值為 5.2, La/Yb 平均值為4.6, 遠(yuǎn)小于經(jīng)典的弧英安巖和埃達(dá)克巖。結(jié)合太勒古拉組變形、變質(zhì)微弱的特點(diǎn), 認(rèn)為早石炭世英安巖形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境, 且在早石炭世之前達(dá)拉布特蛇綠巖已經(jīng)就位。

西準(zhǔn)噶爾; 達(dá)拉布特蛇綠巖; 太勒古拉組; 英安巖; 鋯石U-Pb年齡; 裂谷

達(dá)拉布特蛇綠巖帶位于新疆西準(zhǔn)噶爾地區(qū)克拉瑪依市以北的扎伊爾山區(qū), 以左旋走滑斷裂——達(dá)拉布特?cái)嗔褳榻? 出露于該斷裂的北西側(cè), 呈 NE-SW向展布, 出露面積約50 km2, NE向延伸達(dá)107 km (圖 1), 代表古亞洲洋殼的殘余, 對(duì)探討古亞洲洋的構(gòu)造演化具有重要意義[1-2]。關(guān)于達(dá)拉布特蛇綠巖的時(shí)代, 尤其是生成時(shí)代, 尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。劉希軍等[3]認(rèn)為達(dá)拉布特蛇綠巖帶存在 302Ma 的 E-MORB 型輝長(zhǎng)巖。辜平陽(yáng)等[4]采用 LA-ICP-MS鋯石U-Pb法得出的輝長(zhǎng)巖391±7 Ma年齡, 與 395±12 Ma的 Sm-Nd 等時(shí)線年齡[5]以及肖序常等[6]的早?中泥盆世放射蟲時(shí)代相近。因此, 有學(xué)者提出 390 Ma 左右的達(dá)拉布特蛇綠巖是西準(zhǔn)地區(qū)最年輕的蛇綠巖[7-9]。但是, 達(dá)拉布特蛇綠巖帶還存在奧陶紀(jì)放射蟲[10]和牙形石[11]證據(jù)。陳博等[12]獲得角閃輝長(zhǎng)巖的鋯石 SHRIMP 年齡為 426±6 Ma。侵入到達(dá)拉布特蛇綠巖的花崗巖年齡限定了該蛇綠巖的侵位時(shí)代不晚于 308 Ma[8]。Zhu 等[13]編制了一幅西準(zhǔn)地區(qū)地質(zhì)圖, 并報(bào)道在達(dá)拉布特蛇綠巖帶的北東段薩爾托海處, 達(dá)拉布特蛇綠巖被一套沉積?火山巖系不整合覆蓋。本文對(duì)這套沉積?火山巖系中的英安巖進(jìn)行 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb定年, 提出達(dá)拉布特蛇綠巖的侵位時(shí)代不晚于 349±2 Ma, 并結(jié)合英安巖的地球化學(xué)研究, 分析西準(zhǔn)地區(qū)晚古生代大地構(gòu)造演化特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況和樣品采集

新疆西準(zhǔn)地區(qū)在構(gòu)造區(qū)劃上屬于哈薩克斯坦?準(zhǔn)噶爾板塊東部的一部分[14]。這一地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜, 出露多條蛇綠巖帶。達(dá)拉布特蛇綠巖帶內(nèi)各單元發(fā)育齊全, 帶內(nèi)各巖塊多以斷裂為界混雜堆疊, 且在東段發(fā)育豆莢狀鉻鐵礦。本文研究區(qū)出露的地層以下石炭統(tǒng)為主, 分為太勒古拉組(C1t)、包古圖組(C1b)和希貝庫(kù)拉斯組(C1x)(圖l)。

太勒古拉組分布于西準(zhǔn)噶爾哈圖山以東, 達(dá)拉布特河兩岸。主要為一套細(xì)粒復(fù)理石火山碎屑?硅泥質(zhì)沉積巖, 含海相基性火山巖和硅質(zhì)巖建造, 巖石組合為灰綠色火山灰凝灰?guī)r和層凝灰?guī)r互層, 夾灰綠色杏仁狀玄武巖和紫紅色硅質(zhì)巖, 局部有透鏡狀生物碎屑灰?guī)r[15]。太勒古拉組中生物化石的時(shí)間跨度很大, 從早泥盆世到晚石炭世化石組合(珊瑚、腕足、放射蟲和植物化石)均有, 導(dǎo)致根據(jù)生物化石確定的該組時(shí)代具有較大爭(zhēng)議: 1) 中、晚石炭世[16]; 2) 中泥盆世[17]; 3) 不限于泥盆紀(jì), 也可延至早石炭世[18-19]。包古圖地區(qū)太勒古拉組玄武巖的鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 年齡為 358±5 Ma[20], 寶貝金礦區(qū)太勒古拉組中酸性凝灰?guī)r的鋯石 SHRIMP年齡為 328±2 Ma[21], 玄武巖的40Ar-39Ar 年齡為 297和 3l2 Ma[22]。包古圖組主要出露于包古圖河流域, 由薄層狀凝灰質(zhì)粉砂巖和砂巖、凝灰?guī)r互層組成, 含大量濁流和滑塌堆積的灰?guī)r、泥灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r透鏡體。底部灰?guī)r中產(chǎn)腕足類、珊瑚和筵類化石, 均為維憲期分子[16]。希貝庫(kù)拉斯組出露于包古圖河?xùn)|側(cè)希貝庫(kù)拉斯一帶, 為一套火山碎屑巖夾碳酸鹽巖建造, 由厚層塊狀凝灰質(zhì)含礫雜砂巖與凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰?guī)r互層組成, 含大量濁流沉積的灰?guī)r、泥巖和生物碎屑灰?guī)r巖塊或透鏡體, 含早石炭世植物化石[19]。

在達(dá)拉布特蛇綠巖帶的北東段薩爾托海處, 下石炭統(tǒng)太勒古拉組的一套沉積?火山巖系不整合覆蓋在達(dá)拉布特蛇綠巖之上(圖 2)。不整合面之下是蛇綠混雜巖中變形強(qiáng)烈的硅質(zhì)巖和硅質(zhì)碎屑巖部分, 地層產(chǎn)狀近直立, 其間發(fā)育密集的劈理。不整合面之上是基本上未變質(zhì)變形的凝灰?guī)r夾大套的英安巖和安山巖(圖3)。鋯石 U-Pb 定年樣品(SETH-6)采自其中的英安巖部分(地理坐標(biāo)為 46°04′41.7″N, 85°05′03.4″E)。

2 樣品采集和分析方法

鋯石單礦物分離在河北省誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成。將原巖樣品粉碎, 用常規(guī)方法進(jìn)行重力選和電磁選后, 在雙目顯微鏡下挑選鋯石。將完整的典型鋯石顆粒置于DEVCON環(huán)氧樹脂中, 待固結(jié)后磨片拋光, 使鋯石內(nèi)部充分暴露, 然后進(jìn)行顯微(反射光和透射光)照相和陰極發(fā)光(CL)照相。鋯石的透射光、反射光和陰極發(fā)光照相在北京離子探針中心完成。LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所 MC-ICP-MS 實(shí)驗(yàn)室完成, 所用儀器為Finnigan Neptune型MC-ICP-MS 以及與之配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用斑束直徑為25 μm, 頻率為10 Hz, 能量密度約為2.5 J/cm2, 以He為載氣。均勻鋯石顆粒207Pb/206Pb,206Pb/238U 和207Pb/235U 的測(cè)試精度(2)均為 2%左右, 對(duì)鋯石標(biāo)準(zhǔn)的定年精度和準(zhǔn)確度在 1% (2)左右。數(shù)據(jù)處理采用 ICPMSDataCal 程序[23], 鋯石年齡諧和圖用 Isoplot 3.0 程序獲得。測(cè)試過(guò)程、分析步驟和數(shù)據(jù)處理的詳細(xì)方法可參見文獻(xiàn)[24]。

樣品的主量、微量和稀土元素測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心和中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所完成。其中, 主量元素檢測(cè)在 X 熒光光譜儀上完成, 方法精密度 RSD< 2%~8%; 微量和稀土元素用等離子質(zhì)譜儀 ICP-MS測(cè)定, 方法精密度 RSD<10%。

本研究區(qū)的太勒古拉組火山巖形成于早石炭世, 形成后遭受不同程度的變質(zhì)和蝕變, 導(dǎo)致某些性質(zhì)活潑的主量元素(如Na, K)、大離子親石元素(LILE)、Rb 和 Ba 活化, 濃度發(fā)生改變, 因而不能用全堿?二氧化硅(TAS)圖解來(lái)鑒別火山巖的堿性/亞堿性屬性。因此在火山巖分類及隨后的巖石成因討論中, 主要考慮不活潑元素(如稀土元素(REE)、高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)和 Th, Ti, Cr, Ni, Fe, Mg等)。

3 分析結(jié)果

3.1 英安巖鋯石 U-Pb 定年結(jié)果

用于測(cè)試的鋯石為無(wú)色透明或淺黃色, 大部分顆粒結(jié)晶較好, 晶形呈長(zhǎng)柱狀, 少數(shù)為等粒狀。從鋯石的陰極發(fā)光圖像(圖 4)可以看出, 鋯石具有明顯的帶狀振蕩環(huán)帶或扇形分帶。鋯石中U, Th含量較高, 分別介于 19~230 和 15~311 μg/g之間; 鋯石的 Th/U 比值也較高, 在 0.48~2.79 之間(表 1), 表明所測(cè)定的鋯石具有巖漿成因特征[25]。24 個(gè)組分分析結(jié)果(表1)顯示,206Pb/238U 表面年齡值比較集中, 多位于諧和線上(圖 5), 介于 341~359 Ma 之間,206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為349±2 Ma (MSWD=1.4), 可以代表巖體的形成時(shí)代, 表明太勒古拉組英安巖形成于早石炭世杜內(nèi)期。

表1 薩爾托海英安巖鋯石U-Th-Pb同位素分析結(jié)果

3.2 巖石地球化學(xué)分析結(jié)果

挑選 7 件有代表性的新鮮樣品進(jìn)行主量、稀土、微量元素分析, 結(jié)果見表2。

表2 薩爾托海英安巖的主量元素(%)和微量元素(μg/g)分析結(jié)果

說(shuō)明: SETH-3, 4, 5, 6的測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成, SETH-7, 8, 9的測(cè)試在中核集團(tuán)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所完成。Mg#=100×Mg/(Mg+Fe2+)。

3.2.1 主量元素

英安巖的 SiO2含量為63.8%~69.92%。CaO 和Na2O 含量較低, 分別為 1.67%~2.51% 和 0.74%~2.54%, Na2O 含量為3.46%~6.68%, Na2O/K2O>1, 顯示相對(duì)富鈉貧鉀特征。FeOT(3.43%~5.17%)、TiO2(0.47%~ 0.77%)和MgO (1.08%~1.72%)含量也較低, Mg#指數(shù)為 35.83~37.77。Al2O3含量中等, 為 13.71%~ 16.35%, A/CNK 指數(shù)為0.96~1.10。

在SiO2?Zr/TiO2圖解[26]中(圖 6), 所有樣品均落入亞堿性流紋巖?英安巖區(qū)域。利用 AR 堿度率值(AR=(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)/(Al2O3+CaO-Na2O-K2O))[27]計(jì)算, 英安巖均屬鈣堿系列。

3.2.2 微量元素和稀土元素

英安巖的稀土總量為 106.42~149.99 μg/g, 稀土元素(REE)分配型式和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解特點(diǎn)(圖 7)與天山石炭紀(jì)酸性裂谷火山巖的地球化學(xué)特點(diǎn)相似。其中, REE 分配型式具有輕稀土(LREE)富集(LaN/YbN=2.78~3.75)、重稀土(HREE)相對(duì)平坦、Eu 負(fù)異常明顯(Eu=0.56~0.89)的特點(diǎn)(表 2)。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中, 隨著元素的不相容性向著圖的左側(cè)增高, 所有樣品的標(biāo)準(zhǔn)化豐度都隨之增加。Sr, P, Ti的負(fù)異常分別與斜長(zhǎng)石、磷灰石和 Fe-Ti 氧化物的分離結(jié)晶作用一致。Nb和Ti相對(duì)于與它們具有相似相容性的LILE和REE的虧損也是巖漿弧的特點(diǎn)。這一特點(diǎn)可能與巖石圈地幔源區(qū)的前石炭紀(jì)消減富集作用有關(guān)。

表3 太勒古拉組英安巖與經(jīng)典的弧英安巖以及埃達(dá)克火山巖比較

說(shuō)明: 經(jīng)典的弧英安巖以及埃達(dá)克火山巖數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[37]。

4 討論

4.1 太勒古拉組的時(shí)代

西準(zhǔn)地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈, 地層產(chǎn)狀近于直立, 并遭受強(qiáng)烈的片理化和風(fēng)化破碎, 因此很難根據(jù)產(chǎn)狀判斷太勒古拉組與其上下地層的層序。這套地層中缺乏具有準(zhǔn)確時(shí)代意義的標(biāo)準(zhǔn)化石, 并混雜泥盆紀(jì)和志留紀(jì)的化石[19-20], 給地層時(shí)代的確定帶來(lái)困難。位于薩爾托海地區(qū)西部約70 km處的寶貝礦區(qū)獲得酸性凝灰?guī)r鋯石 U-Pb 年齡 328±2 Ma[21], 但是該礦區(qū)位于達(dá)拉布特?cái)嗔岩员? 地層受到強(qiáng)烈構(gòu)造擾動(dòng)。在地層層序保持完好的包古圖地區(qū), 測(cè)得太勒古拉組玄武巖的鋯石 U-Pb 年齡為 358±5 Ma[20], 與本文獲得的 349±2 Ma 年齡接近。因此, 太勒古拉組的時(shí)代應(yīng)該是晚泥盆世至早石炭世, 不會(huì)延入晚石炭世。

4.2 英安巖的構(gòu)造環(huán)境及其意義

對(duì)于新疆西準(zhǔn)地區(qū)石炭紀(jì)火山巖的產(chǎn)出環(huán)境主要有兩種觀點(diǎn): 一部分研究者認(rèn)為西準(zhǔn)噶爾地區(qū)晚古生代處于洋內(nèi)弧發(fā)育階段[30-33], 發(fā)育石炭紀(jì)火山巖及同時(shí)期的埃達(dá)克質(zhì)中酸性侵入巖[34], 這些火山巖的性質(zhì)較為復(fù)雜, 如瑪里雅蛇綠巖中的火山巖, 包括MORB, OIB和IAB等類型[35], 與典型的洋中脊俯沖所形成的巖漿產(chǎn)物類似[36]; 另一部分研究者, 如 Zhu 等[2,13]則認(rèn)為, 在早石炭世早期, 古生代洋盆已經(jīng)閉合, 西準(zhǔn)噶爾地區(qū)發(fā)展到造山后伸展階段, 伴隨有強(qiáng)烈的大陸火山活動(dòng), 形成石炭紀(jì)火山盆地。

與經(jīng)典的弧英安巖以及埃達(dá)克火山巖[37]相比(表 3), 太勒古拉組英安巖Sr含量平均為 195 μg/g, Sr/Y 平均值為 5.2, La/Yb 平均值為 4.6, 遠(yuǎn)小于經(jīng)典的弧英安巖和埃達(dá)克巖; Y 和 Yb 含量遠(yuǎn)大于埃達(dá)克巖, 與經(jīng)典的弧英安巖類似; La 含量卻小于經(jīng)典弧英安巖的 1/2。與下伏前石炭紀(jì)地層相比, 太勒古拉組基本上未變形, 變質(zhì)程度較輕。結(jié)合稀土元素分配型式和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解特點(diǎn), 我們認(rèn)為本文所研究的英安巖可能形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境。

天山及鄰區(qū)(包括準(zhǔn)噶爾地區(qū)和天山地區(qū), 直至塔里木盆地北緣)早石炭世火山巖系與下伏地層(包括前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和前石炭紀(jì)褶皺基底)之間呈廣泛的區(qū)域性不整合接觸關(guān)系[38]。這一規(guī)模巨大的區(qū)域性角度不整合面上下的地層, 在巖相古地理、變質(zhì)程度和變質(zhì)樣式上均迥然有別。不整合面之上, 石炭紀(jì)火山巖系地層變質(zhì)輕微或未變質(zhì), 變形不強(qiáng)烈, 呈舒緩褶皺; 不整合面之下, 地層深度變質(zhì), 具強(qiáng)烈褶皺變形。這些特征暗示下石炭統(tǒng)之下的不整合面應(yīng)代表一個(gè)重大的地質(zhì)事件, 即在古生代洋盆(古亞洲洋)閉合之后, 又發(fā)生廣泛的裂谷伸展[2,38-39]。

太勒古拉組英安巖不整合于達(dá)拉布特蛇綠巖之上[13], 且屬于裂谷階段的產(chǎn)物, 說(shuō)明達(dá)拉布特特蛇綠巖在 349 Ma 之前已經(jīng)完成侵位。西準(zhǔn)及其鄰區(qū)東哈薩克斯坦地區(qū)的早古生代洋盆, 在俯沖消減過(guò)程中并沒有發(fā)生最終的陸殼碰撞而完全閉合, 而是形成西準(zhǔn)?東哈薩克斯坦晚古生代殘余洋盆, 處于板內(nèi)演化的大地構(gòu)造環(huán)境[1,40]。

5 結(jié)論

1) LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年結(jié)果表明, 薩爾托海英安巖年齡為 349±2 Ma。該英安巖不符合弧英安巖以及埃達(dá)克火山巖的地球化學(xué)特征, 可能形成于板內(nèi)裂谷環(huán)境。

2) 達(dá)拉布特蛇綠巖被早石炭統(tǒng)火山?沉積巖不整合覆蓋, 說(shuō)明達(dá)拉布特蛇綠巖的侵位時(shí)限不晚于349 Ma。

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LA-ICP-MS U-Pb Zircon Age of Dacite in Tailegula Formation and Their Constraints on Emplacement of Darbut Ophiolite in West Junggar

ZHAO Lei1,?, HE Guoqi2

1. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037; 2. The Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution (MOE), School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; ? E-mail: jleiz@163.com

The Darbut ophiolite in West Junggar is covered unconformably by sedimentary-volcanic series of Tailegula Formation in Sartohay region. LA-ICP-MS U-Pb dating on zircons from dacite gives the206Pb/238U weighted mean age of 349±2 Ma, indicating that the Tailegula Formation was formed in Tournaisian of Early Carboniferous. The dacites show right-oriented linear REE patterns with LREE enrichment and negative Eu anomaly. In trace element primitive mantle normalized diagram, the standardized abundance of all samples increase as rising of the element incompatibility. The average Sr, Sr/Y, and La/Yb of dacites in Tailegula Formation are 195 μg/g, 5.2 and 4.6, respectively, much less than those of classic arc dacites and adakites. Combined with low-grade deformation and metamorphism, the dacites in Tailegula Formation are suggested to erupt in rift environment.

West Junggar; Darbut ophiolite; Tailegula Formation; dacite; zircon U-Pb dating; rift

10.13209/j.0479-8023.2015.146

P581

2015-04-15;

2015-06-02; 網(wǎng)絡(luò)出版日期: 2016-03-18

國(guó)家自然科學(xué)基金(41202159)、國(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)(2010DFB23390)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(12120115070301)資助