新疆科克森套地區(qū)晚古生代片麻巖化英云閃長巖的成因
——鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)證據(jù)

滕宇翔，靳劉圓，薛曉峰，朱志新

（新疆地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000）

新疆位于亞洲大陸北部,構(gòu)造上跨越了古亞洲和特提斯兩大構(gòu)造域,現(xiàn)今主要由中新生代盆地和其間的古生代造山帶組成[2]。額爾齊斯構(gòu)造帶位于新疆北部蒙古-阿爾泰地體與準噶爾地體接觸部位，構(gòu)造帶內(nèi)分布大量蛇綠混雜巖[2][3][4]?？臻g上額爾齊斯構(gòu)造帶西連哈薩克斯坦額爾齊斯斷裂，東連蒙古布爾干斷裂，自西向東出露科克森套[5]、吐庫爾班套[6][10]、沙爾布拉克[7]、瑪因鄂博[8]、布爾根[9]等蛇綠構(gòu)造混雜巖，共同組成了額爾齊斯構(gòu)造帶（圖1-a）?？瓶松咨呔G混雜巖的研究對于重建額爾齊斯構(gòu)造帶的演化歷史具重要意義。有學(xué)者通過科克森套地區(qū)輝長巖鋯石測年數(shù)據(jù)推測洋殼形成年代為405～320 Ma（D3—C1）[1,5]。也有前人通過對吐庫爾班套輝長巖、閃長巖、花崗巖鋯石年齡推測俯沖的年代為363～355 Ma（D3）[6]，對于洋殼的形成及俯沖時間仍值得探討。本文通過對晚古生代片麻巖化英云閃長巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年及地球化學(xué)研究，分析巖漿源區(qū)及成巖構(gòu)造背景，以期為額爾齊斯構(gòu)造帶的俯沖時間及構(gòu)造演化歷史提供資料。

圖1 科克森套蛇綠混雜巖帶與英云閃長巖分布圖Fig.1 Geological sketch map of the distribution of the tonalite

1 地質(zhì)背景及巖石地質(zhì)特征

研究區(qū)位于布爾津縣西南30 km處科克森套山一帶，大地構(gòu)造位置位于額爾齊斯斷裂以北2 km處，研究區(qū)出露中泥盆統(tǒng)北塔山組、蘊都喀拉組，下石炭統(tǒng)吉木乃組、恰其海組及晚古生代中酸性侵入巖，英云閃長巖巖體出露于科克森套山西北一帶，出露面積90 km2，巖體整體展布與構(gòu)造線方向一致，呈NW向。片麻巖化英云閃長巖與蛇綠混雜巖構(gòu)造帶呈斷層接觸（圖2），接觸部位普遍發(fā)育片麻巖化（圖3），可能與俯沖作用有關(guān)，構(gòu)造片麻巖原巖可能為英云閃長巖。巖體內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)地層捕虜體。英云閃長巖受晚石炭世黑云母二長花崗巖侵入（（303±2.0）Ma）（晚石炭世）[17]，侵入界線清晰，在巖體接觸部位發(fā)育輕度泥化，出現(xiàn)碎粒巖，接觸面兩側(cè)顏色截然。巖體中發(fā)育與構(gòu)造線方向一致的石英脈及一條貫穿多期次侵入巖的霏細斑巖脈。片麻巖化中粒英云閃長巖呈灰白色（圖4），中粒結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，巖石主要由斜長石（55%），粒度2～3.8 mm；石英（15%），粒度0.36～3 mm；黑云母（30%）、微量磷灰石及個別鋯石組成。斜長石呈半自形-自形寬板狀，具中度絹云母化、黝簾石化，為中長石。石英呈他形粒狀、不規(guī)則狀分布在斜長石之間。黑云母呈他形葉片狀，相對聚集呈條帶狀分布長石、石英之間，呈片麻狀構(gòu)造。磷灰石呈他形粒狀、短柱狀。鋯石呈微粒、微柱狀，均分布黑云母中。

圖2 接觸部位推覆斷層Fig.2 Parts nappe fault contact

圖3 片麻狀構(gòu)造Fig.3 Piece of flax structure

圖4 片麻巖化蝕變黑云母英云閃長巖50×正交偏光Fig.4 Granitic alteration of biotite dolomite 50×orthogonal polarization

2 分析方法

鋯石樣品在新疆地礦局礦產(chǎn)實驗研究所經(jīng)過單礦物分選，鋯石U-Pb同位素定年在北京科薈測試技術(shù)有限公司分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為ESINWR193nm，ICP-MS 為Analytikjena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。對分析數(shù)據(jù)的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb 同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal 完成。鋯石微量元素含量利用SRM610 作為外標、Si 作內(nèi)標的方法進行定量計算.玻璃中元素含量推薦值據(jù)GeoReM 數(shù)據(jù)。U-Pb 同位素定年中采用鋯石標準GJ-1 作外標進行同位素分餾校正，每分析5～10 個樣品點，分析2 次GJ-1。對于與分析時間有關(guān)的U-Th-Pb 同位素比值漂移，利用GJ-1的變化采用線性內(nèi)插的方式進行校正。鋯石樣品的U-Pb 年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算均采用Isoplot完成。

3 分析結(jié)果

3.1 年代學(xué)

鋯石樣品中鋯石顆粒自形程度較高，呈柱狀、板狀，表明鋯石質(zhì)量較好，顆粒晶形較完整，陰極發(fā)光圖像表現(xiàn)出典型的巖漿韻律環(huán)帶和明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，表明為巖漿結(jié)晶產(chǎn)物。從樣品測得同位素比值和年齡數(shù)據(jù)可看出（表1），鋯石中Th含量為22.182～683.455μg/g，U含量為64.027～674.532μg/g，Th/U比值為0.3～1.2，表面年齡諧和性好，部分鋯石落在諧和線上，數(shù)據(jù)點成群分布（圖5，圖6），206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為（361±2）Ma（MSWD=1.01），代表了巖體結(jié)晶年齡，為晚泥盆世。

圖5 鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 Cathode luminescence image for zircon

圖6 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖及直方圖Fig.6 Concordant plot and histogram of LA-ICP-MS zircon U-Pb age

3.2 地球化學(xué)

3.2.1 主量元素

英云閃長巖SiO2含量為65.93%～68.92%，K2O+Na2O=4.67%～6.35%。里特曼指數(shù)(σ)為0.53～0.93，堿度率(AR)為1.8～2.19，為鉀質(zhì)鈣堿性巖系。固結(jié)指數(shù)（SI=10.9～17.86）較大，分異指數(shù)（DI＝64.85～75.79）較小，均反映巖漿分異程度較低。鋁質(zhì)指數(shù)（A/CNK=1.13～1.31），英云閃長巖落入過鋁質(zhì)范圍。晚泥盆世侵入序列巖石化學(xué)成分及特征參數(shù)見表2。

3.2.2 稀土及微量元素

英云閃長巖稀土總量(87.35×10-6～154.43×10-6)較高，樣品總體趨勢相似，輕、重稀土分餾平坦，稀土分布模式曲線向右傾斜，屬輕稀土富集型；LREE含量為70.7×10-6～139.72×10-6，HREE含量為14.71×10-6～17.68×10-6，LREE/HREE 為4.25-9.5，表明輕重稀土之間分異明顯。δEu為0.55～0.70，英云閃長巖具明顯負銪異常，銪谷較明顯，英云閃長巖顯示弱的負銪異常，反映含鈣礦物的遷移。(La/Yb)N為3.39～14.75，顯示巖漿分異程度較高。輕稀土分餾程度(La/Sm)N為2.5～4.84，重稀土分餾程度(Gd/Yb)N為0.92～2.16，輕稀土分餾程度大于重稀土分餾程度（圖7，表2）。

圖7 稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖Fig.7 Normalized distribution pattern of rare earth elements in Chondrites

表2 英云閃長巖主微量元素含量分析結(jié)果表Table 2 Analysis results of major and trace elements of the tonalite

英云閃長巖微量元素呈高Rb，Th，K，La，Ce，Nd，Hf，低Ba，Ta，Nb，Sr，P，Ti 的特征（圖8），Zr/Hf=29.41～40.75，平均35.39，符合原始地幔組成（Zr/Hf=36），Ba/Rb=2.65～3.64，平均值為3.21，而英云閃長巖Nb/Ta=12.43～17.23，平均值為14.88，總體上6件樣品Nb/Ta 低于幔源巖漿比值（17.5±2），Rb 和Yb的關(guān)系指示結(jié)晶程度由低向高演化，K 的正異常代表與消減作用有關(guān)，Nb，Ta 虧損顯示樣品與幔源有關(guān)，受俯沖流體或地殼物質(zhì)混染程度較強。Sr，P，Ti的虧損代表斜長石、磷灰石及含鈦礦物的分離。綜上說明巖漿來源于上地幔，混入了俯沖流體或地殼物質(zhì)。

圖8 微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖Fig.8 Original mantle standardization spider diagram of trace element

4 討論

4.1 形成時代

對于科克森套晚泥盆世英云閃長巖的形成時代，前人未取得同位素數(shù)據(jù)。前人根據(jù)遙感影像及巖石成分將其厘定為晚石炭—早二疊世[8][9]。本文中鋯石具巖漿成因的生長環(huán)帶，均為巖漿鋯石，其年代代表了巖漿事件的時代。因此，科克森套英云閃長巖（（361±2）Ma）代表了巖體就位時間。

4.2 源區(qū)特征

科克森套英云閃長巖具輕稀土略微富集，稀土分布模式曲線向右傾特征，銪谷較明顯，微量元素呈高Rb，Th，K，La，Ce，Nd，Hf，低Ba，Ta，Nb，Sr，P，Ti的特征，科克森套英云閃長巖Al2O3含量大于等于15%，MgO含量小于3%，高Na2O，但Sr 含量及重稀土元素Yb，Y 較洋殼熔融形成的埃達克巖偏低[11]，巖相學(xué)上，英云閃長巖與斜長花崗巖具相似的礦物組成，關(guān)于斜長花崗巖的成因主要有4種觀點[14]：①洋中脊拉斑玄武巖漿結(jié)晶分異成因；②含水流體存在條件下，堆晶輝長巖高溫低壓部分熔融成因；③與大洋拉班玄武質(zhì)熔體有關(guān)的不混融成因；④變玄武質(zhì)巖石部分熔融成因?？瓶松子⒃崎W長巖具輕稀土和大離子親石元素富集，高場強及重稀土元素虧損，低Ti，P，Mg 的特征，科克森套英云閃長巖來源可能與俯沖流體及陸殼物質(zhì)與輝長巖的高溫低壓熔融有關(guān)。

4.3 構(gòu)造背景

英云閃長巖具富Al2O3，CaO，MgO，TFeO，貧TiO2，P2O5，微量元素、大離子親石元素富集、高場強元素虧損，銪虧損及輕稀土富集，曲線右傾的特征，顯示受俯沖流體及陸殼物質(zhì)影響，稀土分布曲線與島弧環(huán)境曲線一致。綜合主、微量、稀土元素特征及構(gòu)造環(huán)境判別圖可看出，科克森套英云閃長巖可能形成于島弧環(huán)境。高溫元素Th，U的含量顯示源區(qū)受到高溫流體作用，指示與構(gòu)造帶活動密切相關(guān)，負銪異常右傾特征指示高溫條件下的部分熔融[20]，鋁質(zhì)指數(shù)A/CNK為1.13～1.31，指示形成于島弧俯沖擠壓環(huán)境下。上述特征說明晚泥盆世大洋板塊的俯沖作用。

4.4 構(gòu)造意義

通過本文研究，科克森套英云閃長巖形成于俯沖消減環(huán)境。在東準噶爾地區(qū)托讓格庫都克組中發(fā)現(xiàn)的埃達克巖為早志留世（（441.3±1.8）Ma）[12]，埃達克巖的形成來自于新生洋殼的熔融，代表了俯沖作用的開始[13]，因此推測東準噶爾地區(qū)早志留世已經(jīng)開始俯沖。部分學(xué)者認為古亞洲洋俯沖時間從早泥盆世開始，一直持續(xù)到中—晚泥盆世[5]，俯沖的高峰期為晚泥盆世[6]。有學(xué)者認為新疆北準噶爾中泥盆統(tǒng)北塔山組火山巖基本為博寧巖，系拉張階段深海噴發(fā)物，反映其洋內(nèi)弧環(huán)境[15]。英云閃長巖形成于晚泥盆世，說明研究區(qū)晚泥盆世處于俯沖消減環(huán)境，且部分鋯石年齡范圍為400～500 Ma，出現(xiàn)了與構(gòu)造方向一致的片麻巖化，是否說明本區(qū)古亞洲洋的俯沖時間早于晚泥盆世，是否有可能存在更老的洋殼基底，證明科克森套蛇綠巖的形成早于晚泥盆世。

5 結(jié)論

（1）英云閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（361±2）Ma（晚泥盆世）。

（2）英云閃長巖主量元素呈富Al2O3，CaO，MgO 及TFeO，貧全堿及TiO2，P2O5的特征，稀土元素呈稀土總量較高，輕稀土富集，曲線右傾，銪負異常的特征，微量元素呈高Rb，Th，K，La，Ce，Nd，Hf，低Ba，Ta，Nb，Sr，P，Ti的特征，顯示成因與俯沖流體交代有關(guān)。

（3）構(gòu)造上英云閃長巖具富集洋脊特征，形成于島弧環(huán)境下，說明晚泥盆世本區(qū)處于俯沖環(huán)境，科克森套蛇綠巖的形成應(yīng)早于晚泥盆世。