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阿尔金环形山花岗片麻岩同位素年龄及成因研究*

2015-03-15王立社张巍段星星龙晓平马中平宋忠宝孙吉明

岩石学报 2015年1期
关键词:阿尔金片麻岩锆石

王立社 张巍 段星星 龙晓平 马中平 宋忠宝 孙吉明

WANG LiShe1,ZHANG Wei2,DUAN XingXing1,LONG XiaoPing3,MA ZhongPing1,SONG ZhongBao1 and SUN JiMing1

1. 中国地质调查局西安地质调查中心,西安 710054

2. 西安科技大学管理学院,西安 710054

3. 中国科学院广州地球化学研究所,广州 510640

1. Xi’an Geological Center,China Geological Survey,Xi’an 710054,China

2. School of Management,Xi’an University of Science and Technology,Xi’an 710054,China

3. Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510640,China

2014-03-06 收稿,2014-09-10 改回.

1 引言

阿尔金造山带位于新疆、青海、甘肃省区的交界地带,是西北主要大地构造单元(塔里木、柴达木以及东西昆仑、天山、柴北缘、北祁连和北山构造带)的衔接部,又是青藏高原北的自然边界,占有重要的构造位置。前人在其相邻的构造单元中发现了榴辉岩-花岗岩带,如甘肃北山柳园、柴北缘大柴旦鱼卡河一带榴辉岩-花岗岩带,这些榴辉岩围岩——花岗质片麻岩的结晶年龄分别为880 ±31Ma、950 ~850Ma(陆松年等,1998;杨经绥等,1998;于海峰等,1999;李怀坤等,1999a,b;Zhang et al.,2008;Song et al.,2012),而且花岗质片麻岩为S 型花岗岩,表明北山和柴北缘新元古代可能具有相似的构造地质背景。近年来,在阿尔金造山带中也已发现了超高压变质作用的证据,先后有许多学者对该区包括榴辉岩在内的高压-超高压岩石的变质作用及变质时代进行了深入研究(车自成等,1995,2002;刘良等,1996,2002,2003;张建新等,1999,2002,2010,2011;Zhang et al.,2001,2002,2005,2007;Gehrels et al.,2003;王超等,2006;Wang et al.,2013;Yu et al.,2013),但对其围岩研究较少,最近笔者在阿尔金山中段环形山一带首次发现了榴辉岩(另文发表)及其二长花岗片麻岩围岩,二长花岗片麻岩年龄是多少,二长花岗质片麻岩的地球化学特征如何,该二长花岗片麻岩与阿尔金江尕勒萨依及英格利萨依两地超高压岩石以及甘肃北山、柴北缘榴辉岩-花岗片麻岩的围岩时代是否具有一致性?本文将着重研究环形山榴辉岩的直接围岩——二长花岗片麻岩的同位素年龄和成因。

2 区域地质背景

前人研究表明,阿尔金造山带是在太古代古老地壳形成和多期的岩浆活动、古元古代(2500 ~1800Ma)强烈改造和中基性岩浆侵入、新元古代(1000 ~800Ma)碰撞造山和大规模的岩浆活动(刘永顺等,2009)的基础之上,又经历早古生代古板块(或地块)之间相互俯冲-碰撞形成的复杂构造带,其后又遭受中新生代走滑断裂系的改造。依据区内不同地质体的地质特征,以及岩石学、地球化学和同位素年代学等方面研究,该造山带由北向南依次可划分为阿北变质地体、红柳沟-拉配泉构造混杂岩带、阿中米兰河-金雁山地块、阿南茫崖构造混杂岩带等4 个构造单元(刘良等,1999;Liu et al.,2000),阿尔金南缘榴辉岩带位于阿中-米兰河-金雁山地块与阿南茫崖构造混杂岩带之间(图1)。阿尔金南缘榴辉岩带的围岩,主要为一套英云闪长质、花岗质片麻岩,它与夕线石榴片麻岩、蓝晶石榴片麻岩以及石榴斜长角闪岩等角闪岩相变质杂岩一起构成“阿尔金山岩群”(于海峰等,2002)。本文所研究的二长花岗片麻岩位于若羌县环形山一带,采样位置见图1。

3 岩体地质及岩相学特征

花岗片麻岩岩体呈高大的环形状山峰,灰白色,蜂窝状风化明显,蜂窝大小以10cm ×10cm ~1m ×1m 多见,宏观上显示岩浆岩体出露特征(图2a)。岩体与地层呈侵入接触,但部分地段由于受后期变质作用影响而与阿尔金岩群片麻岩地层焊接。近观花岗片麻岩岩石呈灰白色,中细粒结构,受后期构造作用而片麻状构造明显,片麻理近东西走向,产状为168°∠62°,部分地段的花岗片麻岩中可见较大的浑圆钾长石断续分布构成眼球状构造。岩体中常见长度小于1m、宽度小于8cm 的香肠状石英脉垂直片理走向分布(图2c),显示岩体受多期构造影响。此外,在岩体中发现4 处榴辉岩透镜体,榴辉岩透镜体大小1m ×1.5m ~5m ×5m,可见围岩片理环绕透镜体,呈似压力影状构造(图2b)。榴辉岩近看为黑褐色或浅绿褐色,细粒结构、块状构造。其矿物组成为:石榴石含量约28%,石榴石粒径为0.15 ~0.80mm,半自形等轴多边粒状晶,部分晶粒筛眼状构造发育;次透辉石含量约18%,粒径为0.1mm ×0.15mm ~0.8mm ×1.6mm,呈半自形不完整短柱状、粒柱状;次闪石含量约22%,为透辉石的次变矿物;基性斜长石含量约30%,粒径为(0.1 ~0.4)mm×0.5mm,呈半自形、他形中细粒变晶;黑云母含量约0.5%,细片状;金红石约1%,呈他形微细晶散布于角闪石晶粒中;磷灰石约0.5%,短柱状细晶;钛磁铁矿含量约1%,微细粒晶。初步的研究结果显示绿辉石被次透辉石、角闪石及斜长石等取代,石榴石与周围斜长石、石英等矿物组成“白眼圈”构造,表明榴辉岩经历了较强的退变质作用(有关该榴辉岩成因、年龄等将另文刊发)。花岗片麻岩由石英、长石(长石褐色土化明显)、黑云母和石榴子石等组成。所采集的同位素定年样品均来自岩体中上部坡地,化学分析样品来自山坡不同地段,各样品空间位置相差较远,可以保证岩石样品的代表性。

经室内鉴定,岩石为含石榴石石英二长花岗片麻岩,岩石矿物组构特征如下:

图1 阿尔金构造地质简图(据Liu et al.,2012 修改)和环形山一带地质图TRB-塔里木盆地;QL-祁连山;QDB-柴达木盆地;WKL-西昆仑;EKL-东昆仑;HMLY-喜马拉雅山;INP-印度板块;Ⅰ-塔里木盆地;Ⅱ-柴达木盆地;Ⅲ1-阿北地块;Ⅲ2-红柳沟-拉配泉蛇绿构造混杂岩带;Ⅲ3-米兰河-金雁山地块;Ⅲ4-阿尔金混杂岩带Fig.1 Geological sketch map of Altyn Tagh (modified after Liu et al.,2012)and geological sketch map of HuanxingshanTRB-Traim Basin;QL-Qilian Mountains;QDB-Qaidam Basin;WKL-Western Kunlun Mountains;EKL-Eastern Kunlun Mountains;HMLY-Himalaya;INP-Indian Plate;Ⅰ-Tarim Basin;Ⅱ-Qaidam Basin;Ⅲ1-the north AltynArchean complex;Ⅲ2-the north Altyn oceanic-type subduction complex;Ⅲ3-the Milanhe-Jinyanshan block;Ⅲ4-the south Altyn complex

图2 二长花岗片麻岩体及榴辉岩透镜体野外特征Fig. 2 Field characteristics of monzogranitic-gneiss and eclogite

微斜长石含量约48%,他形不等粒状,晶粒粒径为0.1~0.6mm,个别变斑晶为2.0mm ×3.5mm,条纹微斜长石多呈变斑晶(图3a);石英约32%,他形压扁不等粒状,长轴方向半平行排列,部分为变质分异细脉络状穿插岩石中,粒径为(0.1 ~0.6)mm×1.0mm(图3b);斜更长石约9%,他形不等粒残晶,矿物粒径(0.1 ~0.3)mm ×0.5mm,多被微斜长石交代;石榴石约4%,半自形等轴细粒,变晶沿片理集中分布(图3a,c),粒径为0.05 ~0.5mm;黑云母约5%,细片状半平行排列,粒径为0.05mm ×0.1mm ~0.2mm ×0.3mm,石榴石与黑云母集中分布(图3a,c);透辉石约1%,不完整柱状、粒状长轴半平行排列(图3a),晶粒边缘可见黑云母分布,粒径为0.1mm×0.2mm ~0.3mm×0.6mm;白云母约0.5%,细片状平行排列;磷灰石(少)短柱状微晶。

4 分析方法

元素地球化学分析测试在西安地质矿产研究所实验测试中心完成,主量元素采用Panalytical 公司产PW4400 型X萤光光谱仪(XRF)测定,分析误差低于5%;微量元素和稀土元素采用Thermo Fisher 公司产X-series Ⅱ型电感偶合等离子质谱仪(ICP-MS)测定,相对标准偏差优于5%。

锆石分选在廊坊区域地质调查研究院进行,将样品破碎至约100μm,先用磁法和重液分选,然后再在双目镜下手工挑选。锆石粒径一般在0.2mm ×0.1mm ~0.4mm ×0.1mm左右,晶体长宽比值一般在4 ︰1 ~2 ︰1 之间,主要为淡黄色,少量黄褐色,浅烟灰色,晶形以柱状为主,少量为双锥柱状、锥状,透明度好,玻璃光泽,极少量见细小暗色矿物包体,晶面光滑、平整,晶体轮廓清晰,个别见横向裂纹。

图3 环形山花岗片麻岩显微照片Gr-石榴石;Bit-黑云母;Mi-微斜条纹长石;Qz-石英;Pl-斜长石;Di-透辉石Fig.3 Microstructures of monzogranitic gneiss from the HuanxingshanGr-garnet;Bit-biotite;Mi-microcline and perthite;Qz-quartz;Pl-plagioclase;Di-diopside

锆石年龄测定在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行,测定对象为晶形好且无明显包裹体及裂隙的锆石,用DEVCON 环氧树脂将锆石固定,仔细抛光至锆石核部露出,然后对其进行锆石显微(反射光和透射光)照相、CL 显微成像研究。锆石的CL 照相采用FEI 公司产XL30 型SFEG 电子束进行分析。为了获得较准确的U-Pb 年龄,锆石测点位置根据反射光和透射光照片选取,尽量避开裂隙和包裹体;再结合CL 图像,避免测点落于不同世代锆石的混合区域。LA-ICP-MS 锆石微区U-Pb 同位素分析采用Agilent 7500 型ICP-MS 和德国Lambda Physik 公司的ComPex102 ArF 准分子激光器(工作物质ArF,波长193nm),以及MicroLa 公司的GeoLas 200M 光学系统的联机进行。激光束斑直径为30μm,激光剥蚀深度为20 ~40μm。测试He 为剥蚀物质的载气,用NIST SRM 610 人工合成硅酸盐玻璃标准作为参考物质调试仪器;进行单点剥蚀采样;每5 个测试样品前后,测试91500标样一次,每12 个测试点前后测试1 次NIST610 和GJ-1。锆石年龄采用91500 和GJ-1 作为外部标准物质,元素含量采用NIST610 作为外部标准物质。数据处理采用Glitter(ver4.0)程序,年龄谐和图和加权平均年龄计算及绘制均采用Isoplot3(2006),详细分析步骤和数据处理方法以及仪器工作参数等参见柳小明等(2002)和袁洪林等(2003)的文章。

5 分析结果

5.1 地球化学特征

环形山二长花岗片麻岩样品SiO2含量为72.26% ~74.34% (表1),全碱(Na2O + K2O)为7.22% ~8.32%,Al2O3含量为12.40% ~13.51%,含量较高;MgO 为0.43%~1.07%,FeOT为2.09% ~2.43%,CaO 为1.02% ~2.03%,TiO2为0.19% ~0.32%,含量较低。岩石样品铝饱和指数A/CNK 值介于1.0 ~1.09 之间,A/NK >1,指示岩石主要为过铝质花岗岩(图4a)。样品的CIPW 标准矿物计算结果均出现刚玉,支持岩石具有弱过铝质的性质。环形山二长花岗片麻岩中含一定量的石榴石,含石榴石的过铝质花岗岩多为S 型花岗岩(杨德彬等,2006)。岩石的FeOT/MgO 比值为2.28 ~4.87,Al2O3/TiO2= 40.4 ~69.0,均小于100,CaO/Na2O =0.46 ~1.06,均大于0.3,K2O/Na2O = 2.10 ~3.43,比值均大于1,与地壳沉积岩部分熔融形成的S 型花岗岩地球化学特征(SiO2<74%、Al2O3/TiO2<100、CaO/Na2O>0.3、K2O/Na2O >1)一致(路凤香和桑隆康,2002)。岩石碱度率AR 为2.91 ~3.87,里特曼指数σ 为1.67 ~2.23,显示钙碱系列岩石特征,在K2O-SiO2图解中岩石全部落入高钾钙碱性系列与钾玄岩系列范围(图4b),在SiO2-AR 图解中样品全部落入碱性岩石范围内(图4c)。显然环形山二长花岗片麻岩均为高硅、富碱、低钙、低镁、准铝质到弱过铝质的钙碱性花岗岩,这些特征均与S 型花岗岩主量元素特征相同。在Na2O-K2O 图解(图4d)中,样品投影也均落入S 型花岗岩区。

稀土元素分析结果显示岩石样品的ΣREE 总量为130 ×10-6~162 ×10-6,平均值为141 ×10-6。岩石各样品具有非常相似的稀土配分模式(图5a),具有明显的LREE 富集(LREE/HREE 比值为3.88 ~4.65,(La/Yb)N为3.89 ~5.00)和强烈Eu 亏损(δEu 为0.23 ~0.57)特征,曲线整体呈右倾的海鸥式,为S 型花岗岩稀土元素分配特点。

微量元素原始地幔标准化蛛网图(图5b),显示岩石富集大离子亲石元素Rb、Th、K 及La 等,亏损Ba、Ta、Nb、Sr、P和Ti 等。Th/U 比值(5.17 ~26.4)稍高于上地壳平均值4.2,Zr/Hf 比值为30.3 ~34.3,稍低于上地壳的Zr/Hf 比值(~37)(Gao et al.,1998),显示其源岩具有地壳沉积物的特征。

5.2 锆石U-Pb 同位素定年

锆石的CL 图像(图6)显示二长花岗片麻岩中的锆石多呈长柱状,粒度较大,锆石内部结构比较简单,主要可以分为两类:一类为具有核结构的锆石,(2、6、8、10、11、17)核部呈不规则或规则的暗色、浅色残核,这些核可能为部分熔融过程中原岩锆石的残留,核部周围多具明暗相间变化的岩浆振荡环带;另一类为无核锆石,锆石为形态呈完好的自形晶,具有清晰的振荡环带,无任何核结构,但个别锆石边缘具暗色边(1、9、14 号锆石),可能是后期变质作用改造的结果,由于其边缘过于窄而无法进行年代学研究。另外,6、12、23 号锆石中可见锆石结晶过程中形成的矿物包体。为了研究锆石的形成年龄,因此测点均选择锆石结晶时生成的环带部位。锆石的微量元素分析结果显示(表2),锆石的内部环带测点稀土总量高于外部环带测点,但是无论是环带哪个部位的测点,总体上Th,U,Nb 和Ta 含量均较高,分别为36.08 ×10-6~307.2 ×10-6,225.0 ×10-6~588.0 ×10-6,0.35 ×10-6~3.98 ×10-6和0.26 ×10-6~1.51 ×10-6;Th/U 和Nb/Ta 比值分别为0.10 ~1.25 和0.56 ~2.63;锆石的稀土元素含量很高且变化范围大,轻稀土具有不同程度的亏损、但重稀土一致强烈的富集,因此轻稀土总量高的测点其稀土总量也较高,ΣREE 为495.2 ×10-6~1857 ×10-6,稀土模式曲线左倾,(Yb/Gd)N=7.96 ~34.38;ΣHREE/ΣLREE =4.2 ~284;所有测点都具有明显的Ce 正异常和Eu 负异常(图6),并且异常变化范围大(δCe=1.13 ~12.83,δEu =0.01 ~0.11),均显示了典型壳源岩浆锆石的特征(Hermann et al.,1990;Vavra et al.,1996,1999;Belousova et al.,2006;Rubatto,2002;Whitehouse and Platt,2003)。Eu 的负异常一般认为同时期有长石结晶,Eu 更易于进入到长石特别是富钙的长石晶格中造成的(Hoskin and Schaltegger,2003)。

表1 二长花岗片麻岩主量元素(wt%)及微量元素(×10 -6)化学组成Table 1 Major elements (wt%)and trace elements (×10 -6)compositions of the monzogranitic gneiss

对挑选出的锆石共进行了23 个点分析,4 个测点的信号较差且明显偏离谐和线,可能与其204Pb 含量过高有关(Andersen,2002),剔除后剩余19 个锆石点测试结果见图6和表2、表3,U-Pb 同位素年龄测试结果显示,所测锆石206Pb/238U 的表面年龄范围为894 ±15Ma ~960 ±16Ma,在206Pb/238U-207Pb/235U 谐和图中,下交点年龄为925 ±16Ma(n=19,MSWD=0.96)(图7a),206Pb/238U 加权平均年龄为928±9Ma(n =19,MSWD =1.6)(图7b),表明岩体结晶年龄为新元古代青白口纪。

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图4 主量元素分析图解(a)A/CNK-A/NK 图解(Maniar and Piccoli,1989);(b)SiO2-K2O 图解(Rickwood,1989);(c)SiO2-AR 图解(Wright,1969);(d)Na2O-K2O图解(Rollison,1993)Fig.4 Major element diagrams for monzogranitic gneiss(a)A/CNK-A/NK diagram (Maniar and Piccoli,1989);(b)SiO2-K2O diagram (Rickwood,1989);(c)SiO2-AR diagram (Wright,1969);(d)Na2O-K2O diagram (Rollison,1993)

6 讨论

6.1 岩石物质来源分析

岩石的微量元素中Nb 和Ta 含量分别为6.66 ×10-6~10.8 ×10-6和0.54 ~1.06 ×10-6,与地壳岩石中Nb、Ta(Nb=8 ×10-6~11.5 ±2.6 ×10-6,Ta=0.7 ×10-6~0.92 ±0.12×10-6)(Barth et al.,2000)含量非常接近;而且,Nb/Ta(9.01 ~12.3)、K/Rb(126 ~150)和La/Nb 平均比值(3.05)分别与地壳岩石中的相应值(12 ~13)、(150 ~350)和2.2 也非常接近(Barth et al.,2000;Dostal and Chatterjee,2000);样品的Rb/Nb 比值(29.7 ~49.7)和K/Nb 比值(4351 ~7429)与地壳相应比值(5.36 ~6.55 and 1498 ~2976)近似,而明显区别于地幔相应比值(0.24 ~0.89 and 249 ~349)(Rudnick and Fountain,1995)。前人对环形山岩体东南部同类岩石进行过87Sr/86Sr 初始比值分析,为0.70759(广西地质调查院,2003①广西地质调查院.2003 份. 瓦石峡幅1∶25 万地质报告),在吴利仁(1985)花岗岩(87Sr/86Sr)0、年龄和岩浆源区判别图解(图略)上显示岩浆源于大陆壳。此外,前人(王中刚等,1989;赵振华等,1991)对中国花岗岩研究发现,典型的壳型花岗岩以钾质花岗岩、二长花岗岩多见,ΣREE 总量平均为193 ×10-6,(La/Yb)N为平均小于10,δEu<0.5,花岗岩稀土元素归一化图解为右倾的“V”型分布模式;而壳幔型花岗岩类多以闪长岩、花岗闪长岩、英云闪长岩及石英闪长岩为主,其ΣREE 总量平均为158.7 ×10-6,(La/Yb)N平均大于10,δEu 平均为0.84,且归一化稀土元素为右倾的较平滑型分布模式。本文研究样品稀土总量平均值为182.5 ×10-6,(La/Yb)N平均为4.56,δEu 平均为0.36,显示了壳源型花岗岩特征。在Nb/Ta-Nb 图解(图略)中样品均落于上地壳平均值周围一带。Harris and Inger(1992)的研究显示,由泥质类源岩水饱和熔融产生的铝长英质岩浆具有高Sr/Ba(0.5 ~1.6)及正Eu 异常,而该样品的Sr/Ba 比值(0.12 ~0.2)很低,具有负Eu 异常,显示非泥质类源岩特征。Sylvester(1998)研究表明CaO/Na2O 比值能够示踪源区物质成分,来自于富粘土而贫斜长石的泥质岩源岩熔体的CaO/Na2O 较低(<0.3),而来自于富斜长石而贫粘土的砂屑质源岩熔体的CaO/Na2O 比值较高(>0.3)。本样品CaO/Na2O为0.5 ~1.1(均大于0.3)较高,暗示其源岩可能为陆壳沉积的砂质岩。利用CaO/(MgO +FeO)-Al2O3/(MgO +FeO)图解(图8a)进一步判别发现样品均落于杂砂岩的部分熔融范围,与泥质岩部分熔融无关,与基性岩的部分熔融关系不大,这与其低的Mg#值(47.9 ~29.8,平均值36.2)相一致。因此,推断花岗片麻岩的源岩为地壳杂砂岩沉积物。

图5 球粒陨石标准化稀土元素配分图(a,标准化值据Taylor and McLemann,1985)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(b,标准化值据Sun and McDonough,1989)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalization values after Taylor and McLemann,1985)and primitive-mantle normalized spider diagram (b,normalization values after Sun and McDonough,1989)for monzogranitic gneiss

图6 锆石CL 图像及U-Pb 年龄(a)和锆石球粒陨石标准化图解(b,标准化值据Taylor and McLemann,1985)Fig.6 CL images,U-Pb ages (a)and chondrite-normalized REE pattern (b,normalization values after Taylor and McLemann,1985)for zircons

图7 U-Pb 年龄协和图(a)及加权平均年龄图(b)Fig.7 U-Pb concordia diagram (a)and weighted average ages (b)for zircon

图8 岩石A/MF-C/MF 成因图解(a,底图据Alther et al.,2000)和岩石R1-R2 构造环境判别图解(b,底图据Batchelor and Bowden,1985)①地幔分异产物;②板块碰撞前;③碰撞隆起后;④造山晚期;⑤非造山;⑥同碰撞;⑦造山期后Fig.8 Petrogenesis A/MF vs. C/MF diagram (a,after Alther et al.,2000)and R1 vs. R2 discrimination diagram (b,after Batchelor and Bowden,1985)showing the tectonic settings for samples①mantle differerentiation production;②pre-collision;③post-collision uplift;④late orogeny;⑤non-orogeny;⑥syn-collision;⑦postorogenic period

6.2 岩石形成温度的探讨

研究表明,温度升高过程中,如石榴子石、铝硅酸盐和斜长石相对稳定,而黑云母和钛铁矿等含钛矿物相对易分解,使进入融体的Ti 相对增多,因此Al2O3/TiO2比值的大小可以反映部分熔融温度的高低.Sylverster(1998)的研究表明,当Al2O3/TiO2大于100 时,其熔融温度小于875℃;Al2O3/TiO2小于100,其熔融温度大于875℃;环形山岩体的相应比值为40 ~69,表明其熔融温度可能达到875℃以上。一般认为花岗岩大多是绝热上升就位的,在此过程中温度变化慢而压力变化较快,所以岩浆早期结晶时的温度也可以近似代表岩浆起源时的温度(吴福元等,2007)。近期锆石年代学和地球化学在探讨地壳早期的性质和热状态方面已取得了可喜的进展(Wilde et al.,2001;Turner et al.,2004)。自Watson and Harrison(1983)提出可以利用锆石的饱和度对地壳不同类型岩浆岩的温度进行限定以来,利用锆石、金红石饱和度的地质温度计方法逐渐发展起来。目前常应用于花岗岩的地质温度计是锆石饱和温度计和锆石钛温度计(Watson and Harrison,1983;Watson et al.,2006;Ferry and Watson,2007)。本文依据锆石饱和温度计(Watson et al.,2006)和锆石Ti 温度计演算(表4),结果显示锆石的结晶温度分别为781 ~801℃(平均789℃)和752 ~985℃(平均803℃)。从表4 中可以看出,利用锆石Ti 温度计所得结果温度变化范围大(752 ~985℃),可能主要有两个原因:一是挑选出的锆石不一定都与金红石共生;二是锆石中Ti 含量(5.68 ×10-6~47.3 ×10-6)本身不均。但是两种温度计中多数温度数值相差不大,两种温度计计算的平均温度相差也不大,该样品中也未见继承性锆石,因此,笔者认为789 ~803℃的平均值可大体代表其结晶温度。而在花岗质岩浆体系中锆石是较早结晶的副矿物,一般认为锆石中Ti 的分配系数对温度极度敏感,其它因素对其没有明显影响(Calvin et al.,2003),因此789 ~803℃可近似代表花岗岩近液相线的温度,也近似代表岩浆起源时温度的最小值。

6.3 岩石形成压力条件的探讨

岩浆结晶时的压力已有较好的方法可以获得(Anderson,1996),但对源岩发生部分熔融时的压力仍然所知甚少,目前一般根据源区残留相矿物估算源区的压力条件,如果源区残留石榴石,则岩浆起源的压力较高(>10kbar),而如果源区残留斜长石,一般认为岩浆起源的压力较低。

表4 样品的锆石饱和温度计及锆石Ti 温度计计算结果Table 4 Values for sample by zircon saturation thermometer and Ti for zircon thermometer

关于该二长花岗片麻岩起源时的压力条件,这里只能大致根据该花岗岩的地球化学特征推测残留相,再结合实验岩石学资料,估计该花岗岩岩浆起源时的压力条件。张旗等(2006,2010)指出Sr、Yb 等微量元素及其比值对花岗岩的研究具有重要的指示意义,Castillo(2006)总结一些岩石地球化学特征与残留矿物相之间的关系:高Sr(>300 ×10-6)和无负Eu 异常表明源区残留相中基本无斜长石;低Y(<15 ×10-6)、高Sr/Y(>20)、低Yb(<1.9 ×10-6)和高La/Yb(>20)均是源区残留相中有石榴石的特征表现。该岩石具有低Sr(32.8 ×10-6~88.6 ×10-6)和负Eu 异常,表明源区残留相中具有斜长石,高Y(36.9 ×10-6~51.6 ×10-6)、低Sr/Y(0.75 ~1.46)、较高Yb(3.33 ×10-6~4.65 ×10-6)和低La/Yb(5.76 ~7.41)都说明了源区无石榴子石残留,轻微HREE 亏损可能是残留相中含有角闪石(Xiong et al.,2005)。因此,环形山二长花岗片麻岩的熔融残留相矿物组合应为为角闪石+斜长石(不含石榴石),由此推断该岩石的形成压力较低(Defant and Drummond,1990)。Rapp et al.(1991)在0.8GPa、1.6GPa、2.2GPa 和3.2GPa 压力下进行玄武岩脱水熔融试验表明,在0.8GPa 时,残留相中石榴石尚不出现,在1.6GPa 时,残留相中出现石榴子石,表明源区压力应至少小于1.6GPa。据此,估计该二长花岗岩源区的压力可能介于0.8GPa 和1.6GPa 之间。

6.4 构造地质背景的探讨

R1-R2 构造环境判别图解(图8b)可以有效区分花岗岩构造环境,该图解显示二长花岗岩成因与同碰撞构造作用有关。此外,岩石微量元素Nb 和Ta 含量分别为6.66 ×10-6~10.8 ×10-6和0.54 × 10-6~1.06 × 10-6,Nb/Ta = 9.01 ~12.3,类似于陆-陆碰撞型花岗岩6 ×10-6~16 ×10-6,0.6 ×10-6~2.6 ×10-6和6.5 ~10,Pearce et al.,1984),岩石总体具有高Rb、低Yb、Nb 和Ta 的特征,显示为同碰撞花岗岩(图9)。

图9 岩石Rb-(Nb+Yb)图解(a,底图据Pearce et al.,1984)和Rb-(Ta+Yb)图解(b,底图据Pearce et al.,1984)Fig.9 Rb-(Nb+Yb)diagram (a,after Pearce et al.,1984)and Rb-(Ta + Yb)diagram (b,after Pearce et al.,1984)for samples

近年来,在阿尔金及其周边地区已发现多处新元古代早期花岗片麻岩带:如阿尔金东邻的柴北缘沙柳河、鱼卡河、六五沟一线花岗片麻岩(时代介于1.0 ~0.8Ga 之间,且以0.9Ga 左右为主,Yu et al.,1999);甘肃北山南缘柳园西古堡泉花岗片麻岩(锆石U-Pb 年龄为880 ±31Ma;梅华林等,1999);中祁连山东段响河花岗岩(锆石U-Pb 年龄为917 ±12Ma;郭进京等,1999);昆中断裂带两侧花岗片麻岩体(4 组锆石U-Pb 年龄在900Ma 左右;陆松年,2002)等。在甘肃北山、柴北缘均发现榴辉岩-含柯石英榴辉岩作为构造透镜体状分布在大规模带状花岗质片麻岩中,统称为榴辉岩-花岗岩带,并作为地块汇聚碰撞带的标志之一(于海峰等,1999)。前人研究显示阿尔金西段江尕勒萨依榴辉岩直接围岩花岗片麻岩为新元古代(923 ±13Ma)(王超等,2006);本文阿尔金中东段环形山榴辉岩的围岩——二长花岗片麻岩体形成于新元古代(925 ~928Ma),表明阿尔金地区以及甘肃北山、柴北缘等均有榴辉岩-花岗岩带,花岗片麻岩显示的构造岩浆事件说明塔里木、柴达木和祁连等微板块以及阿尔金造山带在新元古代早期曾经存在板块的汇聚碰撞作用,处于同样的构造作用应力背景之下,可能对应于新元古代的罗迪尼亚(Rodinia)超大陆汇聚事件。但是笔者对二长花岗片麻岩中的榴辉岩透镜体锆石年龄进行的初步研究中,发现有两颗同位素年龄933 ±16Ma、965 ±17Ma 的岩浆成因锆石(可能是混入其中的二长花岗片麻岩的锆石)其中在年龄为965 ±17Ma 锆石的边部稍宽的变质环带测得615 ±11Ma 的年龄,由于锆石边部变质带窄,不可避免地覆盖了小部分岩浆环带,因而其边部测得的变质年龄高于其普遍的变质年龄508±6Ma(另文刊发)。值得注意的是中国西部的这些新元古代早期的花岗岩都与早古生代高压-超高压变质带在空间上相伴,它们与一些表壳副变质岩系一起构成了这些超高压变质岩的围岩。这些片麻岩与超高压变质岩之间的关系一直是人们关心的问题。研究中得到的615 ±11Ma 数据虽然为变质和岩浆结晶复合年龄,但是也为研究二长花岗片麻岩经受了与榴辉岩超高压岩石同样的变质作用提供了宝贵的线索。

7 结论

(1)阿尔金环形山岩体岩性为二长花岗片麻岩,岩石形成于新元古代早期的青白口纪,锆石206Pb/238U-207Pb/235U 协和年龄为925 ±16Ma,206Pb/238U 加权平均年龄为928 ±9Ma。

(2)二长花岗片麻岩为高硅、富碱、低钙、低镁、准铝质到弱过铝质岩石,其岩石地球化学特征表明其为地壳沉积岩部分熔融形成的S 型花岗岩。

(3)锆石饱和温度计和锆石Ti 温度计演算结果显示锆石的结晶温度分别为781 ~801℃(平均789℃)和752 ~985℃(平均803℃),估算二长花岗片麻岩源区的压力介于0.8 ~1.6GPa 之间。

(4)岩石成因及年代学研究表明新元古代早期阿尔金造山带发生了板块的汇聚碰撞作用,这与塔里木、柴达木和祁连等微板块新元古代早期所处的构造背景是一致的。致谢 董云鹏教授、徐学义研究员、张复新教授、刘良教授在本文酝酿过程中给予帮助和指导;样品测试得到柳小明教授、程秀花、弓华栋、岳远刚、庞云龙和黑欢等大力支持;编辑及审稿专家认真细致地审阅本文,并提出了宝贵的修改建议;前人(路远发,2004)编制的地球化学软件为本研究提供了方便;在此一并深表感谢!

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