扎河壩蛇綠巖鋯石U-Pb年齡、Hf-O同位素組成及其地質(zhì)意義*

潘成澤，邱 林，葉現(xiàn)韜，董永觀

(1.新疆維吾爾自治區(qū)人民政府國(guó)家三〇五項(xiàng)目辦公室，烏魯木齊 830000)(2.南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016)

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扎河壩蛇綠巖鋯石U-Pb年齡、Hf-O同位素組成及其地質(zhì)意義*

潘成澤1，邱 林1，葉現(xiàn)韜2，董永觀2

(1.新疆維吾爾自治區(qū)人民政府國(guó)家三〇五項(xiàng)目辦公室，烏魯木齊 830000)(2.南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，南京 210016)

摘要：扎河壩蛇綠巖位于準(zhǔn)噶爾北緣，是扎河壩—阿爾曼太蛇綠混雜巖帶的一部分。通過(guò)對(duì)蛇綠混雜巖中堆晶輝長(zhǎng)巖和凝灰?guī)r夾層的鋯石U-Pb年齡及Hf-O同位素進(jìn)行研究，獲得堆晶輝長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡為485±4Ma，凝灰?guī)r的噴發(fā)年齡為401±2.5Ma。輝長(zhǎng)巖極度虧損Hf同位素，εHf(t)為13～20，δ18O峰值為+5.37‰，顯示其具有地幔特征。凝灰?guī)r鋯石的Hf同位素虧損程度低于堆晶輝長(zhǎng)巖，εHf(t)為1.4～9.2。扎河壩蛇綠巖具有典型的SSZ型蛇綠巖特征，是通過(guò)俯沖增生到洋內(nèi)弧弧前的蛇綠巖。

關(guān)鍵詞：扎河壩；蛇綠巖；年齡；同位素；地質(zhì)意義

蛇綠巖是由地幔橄欖巖、輝長(zhǎng)巖、席狀巖墻、枕狀熔巖及深海硅質(zhì)巖組成的洋殼巖石圈殘片，野外露頭上有時(shí)只保留部分單元。由于蛇綠巖在研究大洋巖石圈部分熔融、洋陸轉(zhuǎn)換及造山帶構(gòu)造演化中具有特殊意義，因此一直受地質(zhì)學(xué)家們的廣泛關(guān)注。在這些研究中，蛇綠巖的分類是重要的問(wèn)題之一[1-5]。Dilek和Furne[6]將蛇綠巖分五大類，分別是大陸邊緣型、洋中脊型、俯沖帶型(SSZ形)、火山弧型和增生型。采用不相容元素地球化學(xué)法，Pearce[4]將蛇綠巖分洋中脊型和俯沖帶型(SSZ型)，其中洋中脊型又細(xì)分為N型、E型和P型，而SSZ型分為初始俯沖型、弧后盆地型和洋脊俯沖型等三個(gè)亞類。

中亞造山帶廣泛分布著多期、復(fù)雜的蛇綠巖。從時(shí)代上看，從文德紀(jì)到中生代都有發(fā)育，表明了中亞造山帶長(zhǎng)期的演化歷史[7-11]。在準(zhǔn)噶爾北緣和阿勒泰南緣，發(fā)育包括克拉麥里、扎河壩—阿爾曼太、喬夏哈拉、庫(kù)爾提[11-等多條蛇綠巖帶，記錄了阿勒泰南緣構(gòu)造演化及準(zhǔn)噶爾增生的歷史，對(duì)探索阿勒泰南緣構(gòu)造演化具有重要意義。

1蛇綠巖巖石學(xué)特征

扎河壩蛇綠巖位于準(zhǔn)噶爾北緣，沿額爾齊斯構(gòu)造帶南緣呈北西向分布，是扎河壩—阿爾曼太蛇綠混雜巖帶的一部分，由蛇紋巖、輝長(zhǎng)巖、玄武巖—安山巖和少量凝灰?guī)r及大理巖(圖1)組成。蛇紋巖以殘塊間雜于下泥盆統(tǒng)玄武巖—安山巖中，蛇紋石含量>95%，磁鐵礦和尖晶石少量，未見(jiàn)殘留的橄欖石和斜方輝石。磁鐵礦沿裂隙分布，是蛇紋石化過(guò)程中析出的礦物。輝長(zhǎng)巖具明顯堆晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由單斜輝石(30%～50%)和斜長(zhǎng)石(40%～70%)及少量斜方輝石(5%～10%)組成，幾乎無(wú)蝕變，與蛇紋巖接觸邊界清晰，未發(fā)現(xiàn)冷凝邊，向接觸邊界巖石粒度明顯變細(xì)，表明兩者之間具有侵入接觸關(guān)系。

玄武巖—安山巖分屬下中泥盆統(tǒng)托讓庫(kù)都克組、蘊(yùn)都喀拉組和上泥盆統(tǒng)江尕那薩依組。下中泥盆統(tǒng)托讓庫(kù)都克組分為三個(gè)巖性段，其中下巖性段有碳酸鹽巖團(tuán)塊，可能代表海山環(huán)境。早期資料中[12]，下中泥盆統(tǒng)托讓庫(kù)都克組玄武巖被認(rèn)為是蛇綠巖的組成部分。

圖1　扎河壩蛇綠巖地質(zhì)圖(據(jù)文獻(xiàn)[14]修改) Fig.1　Geologic map of the Zhaheba ophiolite

大理巖以巖塊覆于玄武巖之上，代表當(dāng)時(shí)的海山環(huán)境。

2蛇綠巖形成時(shí)代

對(duì)蛇綠巖中的堆晶輝長(zhǎng)巖和下中泥盆統(tǒng)托讓庫(kù)都克組凝灰?guī)r進(jìn)行U-Pb年齡測(cè)定和Hf同位素分析，分析測(cè)試在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。巖石破碎至-80目，分階段淘洗，雙目境下手工挑選鋯石。輝長(zhǎng)巖中的鋯石無(wú)色透明，晶體一般在100～150μm之間，長(zhǎng)/寬為1～2。在CL圖象(圖2)中，絕大部分鋯石具有明顯的環(huán)帶或條帶狀結(jié)構(gòu)。30粒鋯石U含量為(22～133)×10-6，Th含量為(8～57)×10-6，Th/U為0.4～0.8。30個(gè)測(cè)點(diǎn)的U-Pb表面年齡在誤差范圍內(nèi)一致，獲得的算術(shù)平均年齡為485.8±2.5 Ma (圖2a)，代表輝長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡。

凝灰?guī)r中的鋯石有花崗巖結(jié)晶和基性巖漿結(jié)晶兩類，其中基性巖漿結(jié)晶鋯石獲得的年齡在誤差范圍內(nèi)一致，年齡平均值為401.4±1.6Ma(圖2b)，代表凝灰?guī)r的噴發(fā)年齡。

表1　扎河壩蛇綠混雜巖帶堆晶輝長(zhǎng)巖及凝灰?guī)r鋯石的U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果

(續(xù)表)

圖2　扎河壩蛇綠巖帶中的堆晶輝長(zhǎng)巖(a)及凝灰?guī)r(b)鋯石U-Pb年齡圖Fig.2　Zircon U-Pb Concordia diagrams of gabbros (a) and tuffs (b) in the Zhaheba ophiolite belt

3鋯石Hf-O同位素特征

堆晶巖輝長(zhǎng)巖及凝灰?guī)r中的鋯石具有一致的Hf同位素組成，εHf(t=485 Ma)為13～20，個(gè)別點(diǎn)有異常高的εHf值(t=485 Ma)，獲得的模式年齡低于結(jié)晶年齡，無(wú)現(xiàn)實(shí)意義。其他測(cè)試點(diǎn)獲得的模式年齡與結(jié)晶年齡幾乎一致，所有測(cè)試點(diǎn)的εHf(t=485 Ma)在直方圖上具有顯著的高斯分布特征，獲得峰值為15.7。400Ma的凝灰?guī)r中的鋯石εHf(t)值為1.4～9.2，模式年齡為680～920Ma。輝長(zhǎng)巖鋯石的O同位素均一，為4.91‰～5.73‰，形成高斯分布，峰值為5.37±0.23‰，與地幔值一致。

表2　扎河壩蛇綠混雜巖帶堆晶輝長(zhǎng)巖及凝灰?guī)r鋯石的Hf同位素組成

(續(xù)表)

表3　扎河壩蛇綠混雜巖帶輝長(zhǎng)巖中鋯石的氧同位素組成

4討論

扎河壩蛇綠巖中堆晶巖和凝灰?guī)r的年齡分別為485Ma和401Ma，兩者不屬于同一單元，但堆晶巖與阿爾曼太蛇綠巖中堆晶輝長(zhǎng)巖年齡503Ma[13]在誤差范圍內(nèi)一致，表明扎河壩和阿爾曼太蛇綠巖形成于洋中脊環(huán)境，其中火山巖組合形成于洋內(nèi)弧前增生環(huán)境。

輝長(zhǎng)巖的鋯石Hf同位素表明，原始巖漿來(lái)自DM單元，具有Hf同位素虧損和與地幔巖相似的O同位素特征，與MORB蛇綠巖類似。

準(zhǔn)噶爾北緣克拉麥里、扎河壩—阿爾曼太和富蘊(yùn)三條不同時(shí)代(503Ma、503～485Ma、400Ma)的蛇綠巖帶，表明在寒武紀(jì)—早奧陶世，準(zhǔn)噶爾地區(qū)至少存在兩條擴(kuò)張脊，即克拉麥里蛇綠巖和扎河壩—阿爾曼太蛇綠巖。在這一時(shí)期，洋內(nèi)俯沖形成了弧前增生楔以及洋內(nèi)弧系統(tǒng)，準(zhǔn)噶爾洋大致在此時(shí)沿額爾齊斯構(gòu)造帶向北俯沖。由于洋內(nèi)的持續(xù)俯沖，在準(zhǔn)噶爾形成一系列的增生雜巖，隨著沿額爾齊斯帶的洋殼消減作用，增生雜巖逐漸拼貼增生到阿勒泰南緣。在這一過(guò)程中，俯沖帶逐漸消減后撤，準(zhǔn)噶爾洋也逐漸衰亡。準(zhǔn)噶爾洋的最終關(guān)閉可能發(fā)生在中晚石炭世，因?yàn)閺耐硎俊缍B世，準(zhǔn)噶爾開(kāi)始出現(xiàn)陸相沉積，巖漿作用也表現(xiàn)出造山后特征(圖4)。

圖4　準(zhǔn)噶爾地體增生過(guò)程模式圖Fig.4　Tectonic model showing the accretion process of the Junggar terrane

在阿勒泰南緣，最近識(shí)別出阿拉斯加型鎂鐵質(zhì)侵入巖帶，形成時(shí)代為400～380Ma[15-16]。在阿勒泰南緣還分布了大量400Ma左右具有I型花崗巖地球化學(xué)特征的花崗巖[17-21]，同時(shí)Nd-Hf同位素顯示這些花崗巖在形成過(guò)程中有新生地殼成分參與?？臻g相疊、時(shí)代相同的花崗巖和阿拉斯加型鎂鐵質(zhì)巖帶，構(gòu)成了阿勒泰南緣晚古生代早期的巖漿弧系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]Coleman R G. Ophiolites[M]. New York: Springer Berlin Heidelberg, 1977: 220 .

[2]Dewey J F, Bird J M. Origin and emplacement of the ophiolite suite: Appalachian ophiolites in Newfoundland[J].Journal of Geophysical Research Atmospheres,1971,76(14):3179-3206.

[3]Dilek Y, Flower M F J. Arc-trench rollback and forearc accretion: 2.A model template for ophiolites in Albania, Cyprus, and Oman[J]. Geological Society London Special Publications, 2003,218(1) :43-68.

[4]Pearce J A. Immobile element fingerprinting of ophiolites[J]. Elements,2014,10(2):101-108.

[5]Cawood P A, Kr?ner A, Collins W J, etal, Accretionary orogens through Earth history[J].Geological Society of London Special Publication, 2009,318(1), 1-36.

[6]Dilek Y, Furnes H. Ophiolite genesis and global tectonics: Geochemical and tectonic fingerprinting of ancient oeanic lithosphere[J]. Geological Society of America Bulletin, 2011, 123 (2/3): 387-411.

[7]Jahn B M, WU F, Chen B. Granitoids of the Central Asian Orogenic Belt and continental growth in the Phanerozoic[J]. Earth and Environmental Sciences Transactions of the Royal Society of Edinburgh, 2000, 91(91): 181-193.

[8]Jahn B M. The central Asian orogenic belt and growth of the continental crust in the phanerozoic[J]. Geological Society London Special Publications, 2004, 226(1): 73-100.

[10]Windley B F, Kroner A, Guo J, et al. Neoproterozoic to Paleozoic geology of the Altai orogen, NW China: new zircon age data and tectonic evolution[J]. Journal of Geology, 2002, 110(6): 719-739.

[11]Yuan C, Sun M, Han C M, et al. Paleozoic multiple subduction-accretion processes of the southern Altaids[J]. American Journal of Sciences, 2009, 30(3)9: 221-270.

[12]新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1993：210-335.

[13]簡(jiǎn)平，劉敦一，張旗,等. 蛇綠巖及蛇綠巖中淡色巖的SHRIMP U-Pb測(cè)年[J].地學(xué)前緣,2003, 10(4): 439-456.

[14]NIU Hecai, SHAN Qiang, ZHANG Haixiang, etal.40Ar/39Ar geochronology of the ultrahigh-pressure metamorphic quartz-magnesitite in Zaheba, eastern Junggar, Xinjiang[J]. Acta Petrologica Sinica,2007,23(7):1627-1634.

[15]YE Xiantao, ZHANG Chuanlin, ZOU Haibo, et al. Devonian Alaskan-type ultramafic-mafic intrusions and silicic igneous rocks along the southern Altai Orogen: Implications on the Phanerozoic continental growth of the Altai orogen of the Central Asian Orogenic Belt[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2014, 113:75-89.

[16]CAI Keda, Sun Min, Yuan Chao, et al. Keketuohai mafic-ultramafic complex in the Chinese Altai, NW China: Petrogenesis and geodynamic significance[J]. Chemical Geology, 2012, 294(3): 26-41.

[17]SUN Min, YUAN Chao, XIAO Wenjiao, et al. Zircon U-Pb and Hf isotopic study of gneissic rocks from the Chinese Altai: Progressive accretionary history in the early to middle Palaeozoic[J]. Chemical Geology, 2008, 247(3): 352-383.

[18]SUN Min, LONG Xiaoping, CAI Keda, et al. Early Paleozoic ridge subduction in the Chinese Altai: Insight from the abrupt change in zircon Hf isotopic compositions[J]. Science in China Series D-Earth Sciences, 2009, 52(9): 1345-1358.

[19]WANG Tao, HONG Dawei, Jahn B M, et al. Timing, petrogenesis, and setting of Paleozoic synorogenic intrusions from the Altai Mountains, northwest China: Implications for the Tectonic evolution of an accretionary orogen[J]. Journal of Geology, 2006, 114(6): 735-751.

[20]WANG Tao, Jahn B M, Kovach V P, et al. Nd-Sr isotopic mapping of the Chinese Altai and implications for continental growth in the Central Asian Orogenic Belt[J]. Lithos, 2009, 110(1): 359-372.

[21]ZHANG Chuanlin., Santosh M, ZOU Haibo, et al. Revisiting the "Irtish tectonic belt": Implications for the Paleozoic tectonic evolution of the Altai orogen[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2012, 52(1): 117-133.

DOI:10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.02.004

* 收稿日期：2015-12-28改回日期：2016-01-26責(zé)任編輯：譚桂麗

基金項(xiàng)目:十二五國(guó)家三五項(xiàng)目“成礦動(dòng)力學(xué)背景和成礦過(guò)程研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2011BAB06B03-01)。

第一作者簡(jiǎn)介：潘成澤，1964年生，男，地質(zhì)礦產(chǎn)高級(jí)工程師，從事地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究和科技管理工作。

中圖分類號(hào)：P597

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1871(2016)02-106-07

Zircon U-Pb ages and Hf-O isotope compositions of the Zhaheba ophiolite in the northern margin of the Junggar terrane and their tectonic implications

PAN Cheng-ze1, QIU Lin1, YE Xian-tao2, DONGYong-guan2

(1.National305ProjectOffice,Urumqi830000,China)(2.NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing210016,China)

Abstract：The Zhaheba ophiolite, located in the northern margin of Junggar terrane, is part of the Zhaheba-Aerman ophiolitic melange belt. Through U-Pb zircon age and Hf-O composition analysis for two samples from the ophiolitic melange belt, this study obtained a crystallization age of 485±4Ma for cumulate gabbros and an eruptive age of 401±2.5Ma for tuffs. The gabbros are characterized by extreme depletion of Hf isotopic composition with εHf(t) of 13～20 and δ18O peak value of +5.37‰, indicating a mantle-sourced feature. Hf isotope depletion degree of zircons from the tuffs is lower than that from cumulate gabbros, with εHf(t) of 1.4～9.2. All this features suggest that the Zhaheba ophiolite is of typical characteristic of the SSZ type ophiolite, which results from subduction accretion to the front of intra-oceanic arc.

Key words:Zhaheba ophiolite, MORB-type, accretion process, Central Asia Orogenic Belt (CAOB), Junggar terrane.