新疆東天山雅滿蘇東大溝洋殼殘片地質(zhì)特征及年代學(xué)討論

劉崴國，張建東，趙恒樂

（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊，新疆烏魯木齊830013）

新疆東天山雅滿蘇東大溝洋殼殘片地質(zhì)特征及年代學(xué)討論

劉崴國*，張建東，趙恒樂

（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊，新疆烏魯木齊830013）

雅滿蘇東大溝洋殼殘片位于康古爾縫合帶內(nèi)，由枕狀基性熔巖、輝綠巖、閃長巖、深海沉積物組成。各組成單元呈構(gòu)造巖片形式就位于下石炭統(tǒng)雅滿蘇組內(nèi)。玄武巖具有洋中脊玄武巖特點，硅質(zhì)巖巖石地球化學(xué)特征具有洋中脊或開闊大洋環(huán)境，其中放射蟲時代主要為志留紀(jì)，可能代表了康古爾洋主體形成時代。本次新獲得330Ma鋯石SHRIMP U-Pb年齡，可能是該洋盆演化末期的年齡值。

雅滿蘇；洋殼殘片；放射蟲；SHRIMP U-Pb

東天山位于哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊與塔里木板塊的結(jié)合部位，西起小熱泉子，東至甘新交界，面積約6×104km2。在長期的演化過程中，東天山經(jīng)歷了極其復(fù)雜的開合構(gòu)造?？倒艩枖嗔咽菛|天山地區(qū)一條醒目的深大斷裂帶，它的西端在托克遜之南歸并于博羅霍洛斷裂帶，向東經(jīng)恰特卡爾塔格—康古爾塔格—赤湖—香山—梧桐窩子泉—鏡兒泉，經(jīng)甘肅進入蒙古境內(nèi)，全長約700km。目前對康古爾構(gòu)造帶屬性的研究還存在明顯不同的認識，有研究表明，康古爾斷裂是塔里木板塊與哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊的縫合線［1］，持此類觀點的學(xué)者還根據(jù)沿該斷裂帶分布的泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地層、沉積建造和巖相的對稱分布、基性—超基性巖和蛇綠巖套、花崗質(zhì)巖和斑巖的對稱分布，古生物地理區(qū)系，古地磁、地球物理及地球化學(xué)，韌性變形變質(zhì)帶和遙感影像等證明康古爾—黃山一帶為俯沖對接碰撞帶［2］，而有學(xué)者則認為以那拉提—紅柳河斷裂帶作為塔里木板塊與哈薩克斯坦—準(zhǔn)噶爾板塊的縫合線［3］，康古爾斷裂只是地體的一條深斷裂，而不是板塊俯沖帶［4］，最主要的一條理由是黃山地區(qū)及新近發(fā)現(xiàn)的鏡兒泉地區(qū)出露的鎂鐵超鎂鐵雜巖體是典型的巖漿侵入體，不是俯沖帶的標(biāo)志物——蛇綠巖套。本文重點介紹康古爾構(gòu)造帶內(nèi)雅滿蘇東大溝洋殼殘片巖石地球化學(xué)特征和鋯石SHRIMP U-Pb測年結(jié)果，為討論東天山康古爾構(gòu)造帶增生造山作用提供一些基礎(chǔ)資料。

1　地質(zhì)背景

雅滿蘇東大溝位于東天山哈密市南直線距離約80km的山口火山站西南部的山南一帶。1∶20萬區(qū)調(diào)將該區(qū)地質(zhì)體劃為中上石炭統(tǒng)。由于普遍發(fā)育基性熔巖，后來的地質(zhì)工作根據(jù)巖性對比，將其統(tǒng)統(tǒng)歸入上石炭統(tǒng)梧桐窩子組。2011年通過1∶25萬填圖，發(fā)現(xiàn)山口火山站西南的出露灰綠色枕狀玄武巖、灰綠色輝綠巖、閃長巖、紫紅色含放射蟲硅質(zhì)巖和灰色薄層狀復(fù)理石，野外宏觀面貌較為特殊，與圍巖呈斷層接觸關(guān)系，雖經(jīng)歷了后期區(qū)域性構(gòu)造剪切變形作用，但仍然不失其為斷塊產(chǎn)出的本質(zhì)，且無法判斷其原始層理。因此，筆者認為該套地質(zhì)體與巖石地層定義有明顯區(qū)別，應(yīng)將其單獨劃出。相關(guān)文獻將這一組合稱為雅滿蘇東大溝洋殼殘片［ 55］、梧桐窩子殘余洋殼［ 66］、覺羅塔格準(zhǔn)蛇綠巖帶［ 77］、康古爾蛇綠巖［ 88］。本次工作認為，該套巖石組合在雅滿蘇東大溝出露最多，地名也較為明確，因此贊同其為雅滿蘇東大溝洋殼殘片的稱謂。通過路線調(diào)查和剖面測制，進一步明確了其分布范圍和空間展布特征，并進行了巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征的研究，同時利用碎屑鋯石SHRIMP U-Pb測年，獲得了高精度的測年數(shù)據(jù)，為約束其形成時代提供依據(jù)。

2　剖面描述

雅滿蘇東大溝洋殼殘片構(gòu)造就位于石炭紀(jì)苦水混雜巖內(nèi)，出露面積約15km2，大致呈近東西向透鏡狀展布，本次調(diào)查主要由PMⅡ83～87層（圖1）控制，下洋殼僅見閃長巖及輝綠巖，主要為上洋殼成分，為枕狀玄武巖、含放射蟲硅質(zhì)巖。據(jù)野外實地觀察，該套巖石組合發(fā)育密集劈理，產(chǎn)狀多近于直立。玄武巖與硅質(zhì)巖接觸界線多處較為平直，局部地段為彎曲狀，其中玄武巖經(jīng)風(fēng)化后地勢低緩，硅質(zhì)巖則形成正地形，沿東大溝可以觀察到典型的“網(wǎng)結(jié)狀”構(gòu)造，巖塊為質(zhì)地堅硬的硅質(zhì)巖，大小在（3～5m）×（1～2m），“網(wǎng)眼”為劈理化玄武巖。剖面上，玄武巖呈斷塊或透鏡體形態(tài)產(chǎn)出，發(fā)育枕狀構(gòu)造，且已綠泥石化、綠簾石化，就位于鈉化火山塵凝灰?guī)r（82層）與凝灰質(zhì)板巖（88層）之中。閃長玢巖、輝綠巖呈巖墻形態(tài)產(chǎn)出，實地觀察，此類中基性巖墻相對新鮮，受物理風(fēng)化作用影響，巖石表面較為光滑，與上述玄武巖、硅質(zhì)巖組合形成鮮明對比。

圖1　雅滿蘇東大溝洋殼殘片剖面圖（Ⅱ號實測剖面83-87層）

3　巖石地球化學(xué)特征

3.1常量元素特征

通過筆者研究，雅滿蘇東大溝洋殼殘片中輝長質(zhì)雜巖主要為輝長巖，常量元素分析后，得出里特曼指數(shù)σ大于3.3（3.49），屬堿性巖系，且Na2O大于K2O，為鈉質(zhì)巖系（大西洋型）。具有鎂鐵質(zhì)堆積巖的特點，起源于巖漿分離結(jié)晶作用。鎂鐵質(zhì)火山巖與輝長質(zhì)雜巖比，具有高的Fe2O3和FeO含量，F(xiàn)eO#均值為10.29%，甚至大于輝長質(zhì)雜巖值（FeO#=9.63%），經(jīng)過圖解判別，大多數(shù)樣品具有拉斑玄武巖的特征［ 99］。本區(qū)放射蟲硅質(zhì)巖A12O3/（A12O3+Fe2O3）平均值為0.2444，明顯地低于大洋盆地和大陸邊緣硅質(zhì)巖，而與洋中脊（＜0.40）硅質(zhì)巖相當(dāng)。MnO（wt%）/TiO2（wt%）比值是判斷硅質(zhì)巖沉積環(huán)境的重要指標(biāo)，本區(qū)硅質(zhì)巖MnO/TiO2平均值為3.16。因此，本區(qū)放射蟲硅質(zhì)巖樣品的形成環(huán)境均與洋中脊或開闊大洋有密切關(guān)系。

3.2稀土、微量元素特征

雅滿蘇東大溝洋殼殘片稀土元素經(jīng)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后，曲線為略微右傾平坦型（圖略），（Ce/Yb）N值為1.20，表明輕稀土富集，重稀土虧損，反映了配分曲線與異常的或富集的（E-型或P-型）洋中脊玄武巖特征。鎂鐵質(zhì)火山巖稀土總量略高于輝長質(zhì)雜巖。10件樣品曲線形態(tài)基本一致，其稀土元素配分曲線都為輕稀土略微富集近于平坦型，總體而言，鎂鐵質(zhì)火山巖稀土元素曲線形態(tài)與輝長質(zhì)雜巖稀土元素曲線形態(tài)相似，反映出二者內(nèi)在有著密切的關(guān)系。與玄武巖類似，海洋盆地中不同位置沉積的硅質(zhì)巖，在化學(xué)成分方面也有比較明顯的區(qū)別。有學(xué)者根據(jù)對美洲西海岸中生代硅質(zhì)巖及其伴生的頁巖、洋底鉆探資料的研究，把硅質(zhì)巖及其伴生沉積巖的海洋沉積環(huán)境分成3種類型：洋脊附近、洋底和陸緣，并總結(jié)出不同類型沉積環(huán)境形成的硅質(zhì)巖在稀土元素總量、Ce異常等方面有明顯的差別，洋中脊附近地區(qū)Ce異常最明顯，陸緣巖石基本沒有Ce異常，洋底介于二者之間；并發(fā)現(xiàn)與主元素和微量元素不同，這些巖石中的稀土元素組成基本不受后期事件的影響，因此可以據(jù)其判斷形成時的古地理位置。由東大溝4件樣品的分析結(jié)果可知，δCe值在0.38～0.89之間，且Ce/Ce*值為0.37～0.92，都顯示出不同程度的Ce負異常，也反映出硅質(zhì)巖的沉積壞境可能是洋底；結(jié)合其中含有比較多的放射蟲化石，未見陸緣碎屑，硅質(zhì)含量比較高，它們所形成的洋盆應(yīng)該是頗具規(guī)模的。

筆者還研究了雅滿蘇東大溝洋殼殘片鎂鐵質(zhì)火山巖、輝長質(zhì)雜巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線，曲線總體趨勢是從左到右元素含量逐漸降低。大離子親石元素Ba、Sr以及部分高場強元素如Ta、U形成峰值，個別樣品Rb、K、Zr呈明顯的負峰值，致使曲線波動幅度較大，從P元素開始往后，曲線近于平坦。

4　年代學(xué)研究

4.1已有年代學(xué)信息

關(guān)于雅滿蘇東大溝洋殼殘片的年代學(xué)研究，李錦軼等人從研究硅質(zhì)巖中的放射蟲入手，在東大溝采集的樣品分別送往北京大學(xué)和中國科學(xué)院，前者由地科院微體古生物實驗室分離，北京大學(xué)劉建波鑒定，放射蟲屬于Stylosphaera科，難以進一步區(qū)分種屬，主要發(fā)育在志留紀(jì)晚期到石炭紀(jì)初期，以泥盆紀(jì)發(fā)育最多；后者經(jīng)李洪生鑒定，形成于志留紀(jì)。在康古爾塔格采集到的放射蟲經(jīng)中科院李洪生鑒定認為形成于寒武紀(jì)［5］。據(jù)此，曹福根、董富榮等人提出康古爾洋的演化從寒武紀(jì)一直到石炭紀(jì)，泥盆紀(jì)最為壯大［9］；陳富文對雅滿蘇東大溝基性巖石進行Ar-Ar測年，獲得330Ma的年齡值，為早石炭世晚期［7］。從東大溝沿康古爾構(gòu)造帶向西，在鄯善縣康古爾塔格一帶，李文鉛通過對東天山康古爾塔格蛇綠巖中的輝長巖的SHRIMP鋯石U-Pb年齡測定，得出康古爾塔格蛇綠巖形成于晚寒武世—早奧陶世（494Ma±10Ma）［10］，與李錦軼等人在康古爾塔格獲得的放射蟲時代相近，都表明表明東天山康古爾塔格地區(qū)在早古生代發(fā)育有古洋盆，而東部的雅滿蘇東大溝洋殼殘片可能由于受到更為強烈的變質(zhì)變形事件的改造，給放射蟲的分離鑒定工作帶來很大困難，也對Ar-Ar同位素測年精度帶來極大影響，這可能也是東大溝洋殼殘片年齡信息相差較大的主要原因。2011年筆者在進行1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查時獲得東大溝碎屑鋯石SHRIMP U-Pb年齡值，本文報道這一測年結(jié)果，并就相關(guān)問題進行初步探討。

4.2本次樣品采集情況及特征

本次所研究的碎屑巖為構(gòu)造整合于枕狀玄武巖—硅質(zhì)巖組合之上的中粒長石巖屑砂巖，野外產(chǎn)狀形成寬緩的向形構(gòu)造，具中—薄層狀構(gòu)造，劈理、層理發(fā)育。樣品采集點地理坐標(biāo)為東經(jīng)94°05′30″，北緯42°00′50″。該砂巖中碎屑含量約90%，填隙物含量約10%。碎屑由長石、石英和巖屑組成，分選好，粒徑為0.5～0.25mm的中砂。磨圓度中等，呈次棱角狀—次圓狀。長石為斜長石，雙晶不發(fā)育，輕微絹云母化、碳酸鹽化。石英為單晶石英，具波狀消光，表面新鮮干凈。巖屑成分主要為隱晶狀長英質(zhì)、隱晶簾石集合體。巖石屬于顆粒支撐、孔隙式膠結(jié)。上述碎屑分選及磨圓都較差的特征，表明該碎屑巖只經(jīng)歷了短距離的搬運，屬于近源快速沉積。

4.3鋯石SHRIMP U-Pb測年結(jié)果

筆者還對雅滿蘇東大溝洋殼殘片進行了鋯石SHRIMP U-Pb測年，通過研究鋯石CL圖像，鋯石大部分呈短柱狀，少數(shù)為長柱狀。上述碎屑分選及磨圓都較差的特征，表明碎屑物歷了短距離的搬運，屬于近源快速沉積。且鋯石的巖漿結(jié)晶環(huán)帶多數(shù)比較清楚，說明碎屑鋯石大部分來源于巖漿巖區(qū)。獲得的年齡為（323～416）Ma，其主體為（328～331）Ma。最小年齡值（323Ma±3.3Ma）的鋯石具有一定程度磨圓，受熱事件影響，邊部和核部發(fā)生輕微殘蝕，巖漿環(huán)帶變得模糊，但仍然可以辨認，該值表明碎屑巖不老于早石炭世晚期或晚石炭世早期，結(jié)合鋯石的礦物學(xué)特征、CL圖像特點以及東天山區(qū)域地質(zhì)資料，筆者認為這套碎屑巖是晚石炭世沉積的。年齡值最大為416.3Ma±5.1Ma，鋯石呈長柱狀，殘蝕破損嚴(yán)重，核、幔、邊結(jié)構(gòu)已難以識別，本次點打在鋯石邊部，依稀顯示巖漿環(huán)帶，可能代表研究區(qū)及其鄰區(qū)416Ma左右的一次巖漿事件，與東大溝放射蟲時代一致。

5　大地構(gòu)造意義

已有學(xué)者對康古爾構(gòu)造帶內(nèi)蛇綠巖、蛇綠混雜巖的大地構(gòu)造環(huán)境進行研究。曹榮龍研究認為覺羅塔格準(zhǔn)蛇綠巖（本文稱為雅滿蘇東大溝洋殼殘片）玄武巖主要為大洋拉斑玄武巖，反映洋盆的成因性質(zhì)，形成于洋中脊演化早期的弧后盆地環(huán)境［7］，并且與基性熔巖共生的硅質(zhì)巖含較多的放射蟲，未見陸源碎屑，硅質(zhì)含量較高，因此它們形成洋盆是頗具規(guī)模的［5］。本文雅滿蘇東大溝洋殼殘片巖石化學(xué)、地球化學(xué)特征均表明，雅滿蘇東大溝洋殼殘片可能形成于規(guī)模頗大的洋中脊或開闊大洋環(huán)境。利用Pearce（1980）提出的Ti-Zr圖解對東大溝洋殼殘片玄武巖進行構(gòu)造環(huán)境判別，結(jié)果全部落入洋中脊玄武巖區(qū)域，在Zr/YZr圖解中絕大多數(shù)樣品也落入洋中脊火山巖（MORB）區(qū)，個別樣品落在洋中脊玄武巖邊界線上。結(jié)合其他特征認為區(qū)內(nèi)鎂鐵質(zhì)火山雜巖可能形成于洋脊環(huán)境。

庫姆塔格沙壟東側(cè)二長花崗巖具有后造山花崗巖類的特征［11］，該巖體293Ma的鋯石SHRIMP U-Pb年齡，標(biāo)志著康古爾地區(qū)溝—弧—盆體系演化進入到了后造山階段。本次調(diào)查在哈密大南湖鄉(xiāng)西南部的上二疊統(tǒng)庫萊組中采集到大量植物化石，該套地層不整合于海陸交互相的下二疊統(tǒng)阿爾巴薩依組之上，表明包括雅滿蘇東大溝在內(nèi)的東天山地區(qū)，在晚二疊世以前已經(jīng)完成了洋陸轉(zhuǎn)換，結(jié)束了溝—弧—盆格局。因此，本次獲得的330Ma±4Ma的碎屑鋯石SHRIMP U-Pb年齡，可能代表了雅滿蘇東大溝洋殼殘片代表的有限洋盆演化的末期階段。而東大溝放射蟲給出的年齡鑒定結(jié)果（志留紀(jì)）以及康古爾塔格放射蟲給出的年齡鑒定結(jié)果（寒武紀(jì)）、鋯石SHRIMP U-Pb年齡（494Ma）［10］可能代表了洋盆形成的主體年齡，這與東準(zhǔn)噶爾扎河壩蛇綠巖的形成時代（498.8Ma±3Ma）［12］、兔子泉蛇綠巖形成時代（503Ma±7Ma）［13］都屬于早古生代，表明康古爾塔格地區(qū)和東準(zhǔn)噶爾一樣存在早古生代洋殼。此外，還有研究表明，康古爾塔格蛇綠巖的εNd（t）-t演化與新疆北部東準(zhǔn)噶爾蛇綠巖相似，具有有類似的Sr同位素組成的源區(qū)，而與天山及塔里木北緣大陸地殼巖石的演化范圍完全不同［14］，表明康古爾塔格斷裂以北地區(qū)與準(zhǔn)噶爾板塊具有密切的親緣性。

［1］楊興科，陶洪祥，等.東天山板塊構(gòu)造基本特征［J］.新疆地質(zhì)，1996，14（3）：222-227.

［2］周濟元，崔炳芳，肖惠良，陳世忠.東天山銅多金屬礦床成礦過程和成礦動力學(xué)及找礦預(yù)測新技術(shù)新方法會議（論文及摘要集）［M］.北京：地質(zhì)出版社，2001.

［3］成守德，張湘江.新疆大地構(gòu)造基本格架［J］.新疆地質(zhì)，2000，18（4）：294-296.

［4］竺國強，張佰南，李忠權(quán).新疆東部康古爾塔格斷裂帶的基本特征及地質(zhì)意義［J］.成都理工學(xué)院學(xué)報，1992，19（3）：41-49.

［5］中國地質(zhì)科學(xué)院，新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊.東天山地區(qū)構(gòu)造格架研究報告［R］.2002.

［6］王華星，胡志軍，等.哈密地區(qū)苦水構(gòu)造混雜巖帶地質(zhì)特征及其意義［J］.陜西地質(zhì)，2009，27（1）：43-55.

［7］曹榮龍.新疆北部蛇綠巖及基性—超基性雜巖［J］.新疆地質(zhì)，1994，12（1）：25-31.

［8］董連慧，朱志新，屈迅，王克卓，趙同陽.新疆蛇綠巖帶的分布、特征及研究新進展［J］.巖石學(xué)報，2012，26（10）：2894-2904.

［9］新疆地質(zhì)調(diào)查院，新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊.新疆1∶25萬雅滿蘇鎮(zhèn)幅（L45C003003）地質(zhì)調(diào)查報告［R］.2012.

［10］李文鉛，馬華東，王冉，王核，夏斌.東天山康古爾塔格蛇綠巖SHRIMP年齡、Nd-Sr同位素特征及其構(gòu)造意義［J］.巖石學(xué)報，2008，24（4）：773-780.

［11］張曉梅，王德貴，李剛.東天山庫姆塔格沙壟東二長花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb測年［J］.地質(zhì)通報，2006，25（8）：957-959.

［12］新疆地質(zhì)調(diào)查院，新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊.新疆1：25萬富蘊縣幅（L45C003003）地質(zhì)調(diào)查報告［R］.2011.

［13］肖文交，B F WINDLEY，閻全人，秦克章，等.北疆地區(qū)阿爾曼太蛇綠巖鋯石SHRIMP年齡及其大地構(gòu)造意義［J］.地質(zhì)學(xué)報，2006，80（1）：32-38.

［14］李文鉛，夏斌，吳國干，王核，王冉.新疆鄯善康古爾塔格蛇綠巖及其大地構(gòu)造意義［J］.巖石學(xué)報，2005，21（6）：1617-1632.

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A

1004-5716（2016）06-0130-04

2016-02-29

2016-02-29

項目來源：中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項目（1212011120472）資助。

劉崴國（1983-），男（漢族），新疆瑪納斯人，工程師，現(xiàn)從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。