阿拉善地塊北緣雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb定年及地球化學(xué)特征

張家興， 王凱壘

(華北地質(zhì)勘查局五一九大隊(duì)，河北 保定 071000)

0 引 言

阿拉善北部地區(qū)存在2條重要的蛇綠巖帶，即恩格爾烏蘇蛇綠巖帶和查干楚魯蛇綠巖帶，將阿拉善北部地區(qū)自北向南劃分為珠斯楞—杭烏拉、宗乃山—沙拉扎山、雅布賴—諾日公—紅谷爾玉林3個(gè)構(gòu)造帶(吳泰然等，1993；王廷印等，1994；李俊建，2006；史興俊等，2014；Shi et al.,2014)。研究區(qū)位于雅布賴—諾日公—紅谷爾玉林構(gòu)造帶最西端，該構(gòu)造帶出露大量晚古生代巖漿巖，有學(xué)者提出阿拉善地塊的早二疊世(280～270 Ma)巖漿活動(dòng)形成于造山后的伸展背景，可能構(gòu)成地幔柱成因的大火成巖省(Dan et al．，2014)，但多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為其形成于古亞洲洋向阿拉善地塊俯沖增生、碰撞至后碰撞的不同階段(李俊建，2006；Zheng et al., 2014；張建軍，2015；葉珂等，2016；宮江華等，2018；王凱壘等，2020)。

前人對(duì)該構(gòu)造帶西段雅布賴地區(qū)侵入巖的研究主要為中酸性侵入巖(李俊建，2006；仵康林，2011；耿元生等，2012；李杰，2012；史興俊等，2012；Dan et al．，2014，2015；張建軍，2015；Zhang et al．，2015；葉珂等，2016;張建軍等，2019)。

通過(guò)對(duì)研究區(qū)出露的輝長(zhǎng)巖進(jìn)行巖相學(xué)、地球化學(xué)及年代學(xué)研究，并與區(qū)域上的輝長(zhǎng)巖進(jìn)行對(duì)比，為深入了解阿拉善地區(qū)北部晚古生代巖漿作用提供新的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

圖1 阿拉善地塊北緣雅布賴地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及同位素測(cè)年樣品采樣位置

研究區(qū)位于阿拉善地塊北緣，即雅布賴—諾日公—紅谷爾玉林構(gòu)造帶西端雅布賴地區(qū)，出露地層為古元古界阿拉善巖群祖宗毛道組，主要呈殘留體形式，被晚古生代巖漿巖侵入，局部與晚古生代巖漿巖呈斷層接觸，研究區(qū)南部小面積出露侏羅系芨芨溝組和白堊系廟溝組(圖1)。區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，呈北東向展布，大面積出露早二疊世花崗閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)花崗巖，構(gòu)成研究區(qū)巖漿巖主體，同時(shí)小面積出露輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖與正長(zhǎng)花崗巖等。

(1)輝長(zhǎng)巖：在區(qū)內(nèi)呈巖株?duì)盍阈浅雎?，整體呈北北東向展布，被早二疊世花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖侵入。

(2)中細(xì)粒輝長(zhǎng)巖：總體呈灰黑色，中細(xì)粒輝長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長(zhǎng)石(55%)、角閃石(35%)、石英(5%)、黑云母(5%)組成：① 斜長(zhǎng)石呈半自形-近半自形板狀，粒度以0.2～2.0 mm的細(xì)粒為主，部分隱約可見(jiàn)環(huán)帶結(jié)構(gòu)，聚片雙晶發(fā)育；② 角閃石呈半自形柱狀，粒度一般為0.2～2.0 mm，晶體內(nèi)多見(jiàn)嵌布斜長(zhǎng)石，具嵌晶含長(zhǎng)結(jié)構(gòu)；③ 石英呈他形粒狀，粒度一般為0.2～2.0 mm，主要填隙于斜長(zhǎng)石顆粒間，粒內(nèi)具輕微波狀消光；④ 黑云母呈片狀，片徑為0.3～1.5 mm，具輕微綠泥石化，局部交代角閃石。巖內(nèi)見(jiàn)陽(yáng)起石、綠簾石等填充的微裂隙。

2 地球化學(xué)分析及特征

2.1 分析方法

2.1.1 主量元素分析 主量元素亞鐵(Fe2+)和全鐵(TFe)分析用連續(xù)比色法，二氧化鈦(TiO2)分析用二安替吡啉甲烷比色法，五氧化二磷(P2O5)分析用銻磷鉬蘭比色法，其余元素用ICP-AES分析。

2.1.2 微量元素、稀土元素分析 Zr、Hf分析用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP)，其余元素分析用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)。

2.2 地球化學(xué)特征

取5件輝長(zhǎng)巖的巖石地球化學(xué)樣品進(jìn)行分析。研究區(qū)輝長(zhǎng)巖含較低的SiO2(45.08%～51.68%)、TiO2(0.88%～1.54%)、Na2O(2.20%～2.96%)、K2O(0.58%～1.46%)，較高的Al2O3(15.56%～18.02%)、MgO(5.35%～7.12%)、CaO(9.15%～12.74%)，鎂指數(shù)(Mg#)為50～66，Na2O/K2O比值為1.55～5.10，固結(jié)指數(shù)(SI)為24.78～37.39，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.61～0.79，屬偏鋁質(zhì)巖石(表1)。在TAS圖解(圖2)中，輝長(zhǎng)巖多落入亞堿性系列；在AFM圖解(圖3)中，輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)出富鐵趨勢(shì)，屬拉斑玄武系列巖石。

輝長(zhǎng)巖稀土總量為81.0～142 g/t，輕重稀土分餾較明顯，輕稀土富集[LREE/HREE為5.57～8.10，(La/Yb)N為 4.88～8.85]，Eu異常不明顯(δEu為0.93～1.15)。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖4)中，輝長(zhǎng)巖配分曲線右傾。

輝長(zhǎng)巖含有較高的Cr、Co、Ni、V等過(guò)渡元素和Rb、Ba、Sr、K等大離子親石元素，較低的Nb、Ta、Zr、Hf、Th、U等稀土元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖5)中，雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)出相對(duì)富集大離子親石元素、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)定及特征

3.1 測(cè)試方法

選取1件輝長(zhǎng)巖樣品進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測(cè)年分析，同時(shí)采用LA-Q-ICP-MS分析。激光剝蝕系統(tǒng)為ESI NWR 193 nm，ICP-MS為Analytik Jena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。數(shù)據(jù)處理使用軟件ICPMS DataCal。

鋯石微量元素的含量使用SRM610作外標(biāo)、Si 作內(nèi)標(biāo)進(jìn)行定量計(jì)算。U-Pb 同位素定年使用鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1 作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正。對(duì)與分析時(shí)間有關(guān)的U-Th-Pb 同位素比值漂移，運(yùn)用GJ-1的變化以線性內(nèi)插的方式進(jìn)行校正。鋯石樣品的U-Pb 年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計(jì)算均使用Isoplot軟件。

表1 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖主量元素、稀土元素和微量元素分析結(jié)果

圖2 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖TAS圖解

圖3 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖AFM圖解

圖4 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Boynton，1984)

圖5 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自 Sun et al.，1989)

3.2 鋯石U-Pb定年結(jié)果

樣品TWPM014-14-1巖性為輝長(zhǎng)巖，鋯石CL圖(圖6)顯示，鋯石晶型較好，形狀較為規(guī)則，表面潔凈，環(huán)帶發(fā)育，粒徑介于70～210 μm之間，長(zhǎng)寬比在1∶1.1至1∶1.6之間。樣品測(cè)定獲得30個(gè)點(diǎn)年齡數(shù)據(jù)，其中3、9、16、17、28號(hào)點(diǎn)遠(yuǎn)離諧和線，予以剔除，其余25個(gè)點(diǎn)參與年齡計(jì)算。樣品中Th含量為358～16 073 g/t，U含量為438～3 819 g/t，Pb含量為109～3 665 g/t，Th/U比值在0.47～4.40之間，為典型的巖漿型鋯石。25個(gè)點(diǎn)n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為(273.2±1.0)Ma(MSWD=0.50, probability=0.98)(圖7、表2)。

4 結(jié)果與討論

4.1 形成時(shí)代

此次測(cè)定的雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb定年結(jié)果為(273.2±1.0)Ma，時(shí)代屬于早二疊世晚期。

近年來(lái)，對(duì)雅布賴—諾日公—紅谷爾玉林構(gòu)造帶內(nèi)廣泛出露的輝長(zhǎng)巖的研究取得了諸多進(jìn)展，獲得了較多的同位素年齡數(shù)據(jù)(王行軍，2012；Feng et al．，2013；張磊等，2013；肖進(jìn)等，2016；Zhang et al．，2016；宮江華等，2018)，結(jié)果集中于264～279 Ma，與此次獲得的年齡一致，表明該構(gòu)造帶內(nèi)出露的輝長(zhǎng)巖形成于同一時(shí)期。

對(duì)于該構(gòu)造帶內(nèi)廣泛出露的花崗巖類，大量的同位素測(cè)年數(shù)據(jù)顯示其年齡集中于300～250 Ma之間(李俊建，2006；仵康林，2011；Dan et al．，2012，2014，2015，2016；耿元生等，2012；李杰，2012；史興俊等，2012； Feng et al．，2013；張磊等，2013；Wang et al．，2015；張建軍，2015；Zhang et al．，2015；葉珂等，2016)。該構(gòu)造帶內(nèi)花崗巖類巖體中普遍發(fā)育暗色微粒包體，該類包體為巖漿混合成因(李杰，2012；張建軍等，2012；張磊等，2013；陳虹，2015；張建軍，2015；王凱壘等，2020)，因此，該構(gòu)造帶內(nèi)早二疊世巖漿活動(dòng)中基性巖漿曾與酸性巖漿塑性共存，且發(fā)生了物質(zhì)交換。

圖6 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖(TWPM014-14-1)鋯石陰極發(fā)光圖

圖7 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖(TWPM014-14-1)U-Pb同位素諧和圖

表2 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖(TWPM014-14-1)鋯石U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果

4.2 構(gòu)造環(huán)境

斜長(zhǎng)石結(jié)晶時(shí)熔體會(huì)出現(xiàn)Sr、Ba虧損(宮江華等，2018)，雅布賴地區(qū)早二疊世輝長(zhǎng)巖具有較明顯的Sr、Ba正異常(圖5)，且該區(qū)輝長(zhǎng)巖的固結(jié)指數(shù)相對(duì)較高(SI為24.78～37.39)，表明其結(jié)晶分離程度較低；Eu異常不明顯(δEu為0.93～1.15)表明未發(fā)生明顯的斜長(zhǎng)石堆晶作用，是早期礦物結(jié)晶組成的堆晶巖(宮江華等，2018)。

雅布賴輝長(zhǎng)巖具有較低的TiO2含量，微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖5)顯示，相對(duì)富集Rb、Ba、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素，表現(xiàn)出島弧火山巖的特征，表明地幔源區(qū)可能受到了俯沖板片的混染和交代作用。在La/Yb-Nb/Yb圖解中(圖8)，雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖樣品位于地幔演化區(qū)中E-MORB向OIB過(guò)渡區(qū)域；在Ta/Yb-Th/Yb圖解中(圖9)，該區(qū)輝長(zhǎng)巖樣品落入陸緣弧區(qū)域。

圖8 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖La/Yb-Nb/Yb圖解(據(jù)Green，2006)

圖9 雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖Ta/Yb-Th/Yb圖解(據(jù)Pearce，2008)

李永軍等(2015)研究表明，Ta、Hf、Th、La、Zr、Nb在分離結(jié)晶過(guò)程中兩兩元素含量之間的比值顯示規(guī)律性變化，利用這些元素建立了玄武巖類構(gòu)造環(huán)境判別表，雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖Th/Ta比值>1.1,為6.50～19.97，Th/Nb比值>0.11,為0.36～1.55，結(jié)合Ta/Hf、Th/Hf、Nb/Zr、La/Nb比值特征，說(shuō)明這些輝長(zhǎng)巖形成于陸緣島弧環(huán)境。

La/Nb比值常用來(lái)判斷地幔物質(zhì)是否受到陸殼的混染(Dungan et al.，1986)，雅布賴地區(qū)早二疊世輝長(zhǎng)巖La/Nb比值為2.53～4.09，明顯高于原始地幔(0.98～1.00)，表明其受到了地殼物質(zhì)的混染。

上述特征表明該地區(qū)輝長(zhǎng)巖可能為幔源巖漿和陸殼物質(zhì)部分熔融形成，且與深俯沖作用關(guān)系密切。

近年來(lái)，對(duì)研究區(qū)東側(cè)雅布賴—諾日公—紅谷爾玉林構(gòu)造帶同一時(shí)期輝長(zhǎng)巖的研究表明，這些輝長(zhǎng)巖的形成與古亞洲洋向南俯沖有關(guān)(Feng et al．，2013；張磊等，2013；肖進(jìn)等，2016；Zhang et al．，2016)。宮江華等(2018)認(rèn)為阿拉善地塊北緣存在一條西起龍首山、東到狼山的晚石炭—中二疊世超基性-基性巖漿巖帶，其形成與古亞洲洋的俯沖-閉合過(guò)程相關(guān)，這與此次研究所得結(jié)論一致。

5 結(jié) 論

(1)雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果為(273.2±1.0)Ma，顯示其形成于早二疊世晚期。

(2)雅布賴地區(qū)輝長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征顯示其在成巖過(guò)程中受到了明顯的陸殼物質(zhì)的混染，結(jié)合區(qū)域研究成果，認(rèn)為該地區(qū)輝長(zhǎng)巖是俯沖背景下的產(chǎn)物。