库鲁克塔格西段孔兹岩系的发现及年代学研究

王明阳，尼加提·阿布都逊，郭瑞清，周刚,2，朱志新,3(.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830046；2.新疆地质矿产勘查开发局，新疆乌鲁木齐830000；3.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）



库鲁克塔格西段孔兹岩系的发现及年代学研究

王明阳1，尼加提·阿布都逊1，郭瑞清1，周刚1,2，朱志新1,3
(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆乌鲁木齐830046；2.新疆地质矿产勘查开发局，新疆乌鲁木齐830000；3.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：库鲁克塔格西段出露含石墨、富铝矿物（矽线石、红柱石、堇青石）和石榴石为特征的高级变质岩石组合。对其岩石学特征及年代学研究，有助于了解塔里木克拉通变质基底性质。岩石学和岩石地球化学特征表明，该套岩石组合为典型的孔兹岩系，与华北克拉通及邻区具亲缘性。锆石U-Pb年代学研究表明，孔兹岩系存在1 928～2 636 Ma物源区年龄信息，记录了～1.92 Ga和～1.85 Ga两期变质事件，为塔里木克拉通前寒武纪早期地质演化、Columbia超大陆恢复与重建提供了新证据。

关键词：孔兹岩系；库鲁克塔格；塔里木克拉通；锆石U-Pb定年；Columbia超大陆

孔兹岩系（Khondalite Series）被认为是地壳早期发育的富铝质高级变质杂岩，我国华北克拉通及邻区和华南克拉通是早前寒武纪孔兹岩系的主要分布地区[1-5]。目前，世界多数地质学家倾向于把一套含石墨富铝片岩、片麻岩，同时夹有大理岩和石英岩的变质沉积岩石组合统称为孔兹岩系[6]。孔兹岩系在全球各大陆均有出现，在变质岩组合、原岩建造、变质作用及含矿性等方面有很大相似性[5]。孔兹岩系包含对温压条件变化敏感的副变质岩[7]，记录了超大陆聚合的详细信息，是研究前寒武构造演化的重要突破口之一。

库鲁克塔格地区属塔里木克拉通东北缘出露区（图1-A）[8]，广泛出露前寒武纪地质体，是研究塔里木克拉通前寒武纪地质演化的热点地区之一（图1-B）。前人大量花岗质岩浆岩锆石U-Pb年代学研究表明，塔里木克拉通存在2.0～1.8 Ga构造-变质事件，可能与Columbia超大陆聚合有关[9-12]。部分学者从变质岩方面也进行了相关研究[13-16]，但对于Columbia超大陆聚合在塔里木克拉通的响应，仍需更多变质岩方面的研究。近年来在库尔勒阿訇口地区发现一套含石墨富铝片岩-片麻岩、长英质粒状岩和钙硅酸盐岩组合，其中夹有少量斜长角闪岩，为塔里木克拉通的变质表壳岩系,初步判定其为孔兹岩系。本文通过岩石学、岩石地球化学研究，分析岩石组合特征及成因，结合锆石U-Pb同位素研究，初步探讨塔里木克拉通早前寒武纪地质演化，及对Columbia超大陆聚合事件的响应。

1　孔兹岩系的分布及岩石组合特征

孔兹岩系主要赋存于古元古界兴地塔格群之中，出露于库尔勒以东铁门关-西山口一带，夹持于兴地断裂和辛格尔断裂间（图1-C）❶新疆维吾尔自治区地质调查院.新疆兴地塔格阿訇口地区1∶5万等5幅区域地质调查报告，2015，岩层呈整体无序，局部有序的特点。该套岩石组合主要由含石墨富铝片岩-片麻岩类、长英质粒状岩类和钙硅酸盐岩类组成，岩石中发育多期叠加褶皱，铁门关地区多见混合岩化（图2-a）。主要有以下3类岩石组合：

富铝片岩-片麻岩类此类岩石主要分布于铁门关一带，近EW向陡倾薄层状产出（图2-b）。总体上片岩出露较少，以片麻岩为主。典型岩石为含蓝晶堇青石榴二云片(麻)岩、含石墨石榴(堇青)二云片岩、含(石墨)石榴矽线(红柱±堇青±矽线)黑云斜长片麻岩、含(石墨)角闪(黑云)斜长片麻岩等。岩石主要为鳞片-粒状变晶结构，片状-片麻状构造。变质矿物共生组合为Bi＋Gt＋Gra＋Q、Pl＋Gt＋Sill+ Kfs+ Bi+ Q（图2-d，e）

图1　库鲁克塔格地区地质简图及西段孔兹岩系分布图Fig.1 Geological sketch map of Kuluketage area and distributions of Khondalite Series from its western section(图A据Lu等修改[17]；图B据Long等修改[18]；图C据新疆兴地塔格阿訇口地区1∶5万地质图修改)1.第四系;2.新元古界地层;3.古元古界兴地塔格群(孔兹岩系);4.古生代岩浆岩;5.新元古代岩浆岩;6.古元古代岩浆岩;7.地质界线; 8.断层;9.推测断层;10.样品及编号;11.托格杂岩;12.兴地塔格群;13.中元古代;14.新元古代;15.古生代;16.花岗岩D3430-1——含石墨石榴二云片岩，D8407——含堇青矽线石榴黑云斜长片麻岩，D8003-1——含石榴黑云斜长片麻岩，TKD144——含石墨石榴长石石英岩，D3431-1——含白云母斜长浅粒岩，D4579-1——含矽线石榴斜长变粒岩，D8406——透辉大理岩

长英质粒状岩类占本区孔兹岩系出露面积的大部分，呈NW向近直立分布于研究区中部，其它地方有零星夹层出露。该岩类整体变形较弱，呈条带状不等厚互层分布。主要岩性为石英岩、浅粒岩和变粒岩，典型岩石为含石墨石英岩、含(石墨±矽线石)石榴(黑云)长石石英岩、含(石墨±金红石±矽线石)石榴斜长浅粒岩、含石墨矽线石榴变粒岩等。岩石主要为粒柱状变晶结构，块状构造。变质矿物共生组合为Pl＋Gt＋Gra＋Q、Pl＋Gt＋Sill＋Bi＋Q（图2-f，h）。

钙硅酸盐岩类分布范围较广，多为富镁大理岩，也可见含石墨大理岩（图2-c）。呈层状、透镜状产出，多可见受韧性剪切形成的复杂变形。典型岩石有含（石墨）白云方解大理岩、蛇纹石化含橄榄(透辉±透闪)大理岩、石榴(黑云±角闪)透辉岩等。岩石主要为粒柱状变晶结构，块状构造。主要矿物有方解石、白云石、橄榄石、透辉石、透闪石、蛇纹石等（图2-i）。变质矿物组合为Cc＋Di+Kfs＋Gra＋Q。

2　孔兹岩系的地球化学特征

2.1主量元素

富铝片岩-片麻岩类样品中SiO2含量为52.39% ～55.2%；Al2O3含量为20.40%～21.53%（表1）。SiO2，CaO和Na2O含量相对较低，且通常是K2O>Na2O，CaO含量低，一般MgO>CaO，表现出Al2O3，MgO，Fe2O3，TiO2和MnO含量相对较高。而含石英，斜长石和钾长石高的长英质粒状岩类则正好相反，样品中SiO2含量高达70.4%～74.6%，Al2O3含量在14.25% ～16.40%，显示SiO2，Al2O3含量较高，MgO，Fe2O3，TiO2和MnO含量相对较低。将岩石主量元素换算成尼格里值，样品投在Si-(Al+fm)-(c+alk)图解中(图3)。样品1-8落点由泥质沉积岩过渡到砂质沉积岩，反映源岩主要组分具由泥质岩类向砂质岩类过渡的特点。样品6、7落在火山岩区及边缘，说明其源岩可能为中酸性火山岩。

图2　库鲁克塔格西段孔兹岩系野外及镜下照片Fig.2 Field photographs and photomicrographs of the khondalite series from western Kuluketage areaa——孔兹岩系条带状展布及混合岩化现象;b——片麻状构造;c——含石墨大理岩;d——含石墨石榴二云片岩;e——含堇青矽线石榴黑云斜长片麻岩;f——含石墨石榴长石石英岩;g——含白云母斜长浅粒岩;h——含矽线石榴斜长变粒岩;i——透辉大理岩；Pl——斜长石;Kfs——钾长石; Sill——矽线石;Cord——堇青石;Spi——尖晶石;Gt——石榴子石;Cc——方解石; Di——透辉石;Gra——石墨;Bi——黑云母;Q——石英

2.2微量元素和稀土元素

孔兹岩系变泥砂质岩石微量元素蛛网图显示（图4-a）[19-20]，样品微量元素表现为大离子亲石元素（Rb，Ba）相对富集，高场强元素（Zr，Hf，Sm，Y等）相对亏损，具明显的Ta，Nb，Sr，P，Ti负异常。变泥砂质岩石稀土元素总量为55.41×10-6～403.09×10-6（表1），除Ba含量低以外，其余样品含量较高，均值为196.78×10- 6。LREE/ HREE为3.17～17.5，显示出轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，与稀土元素球粒陨石标准化分布型式基本一致，分布曲线向右倾斜(图4-b)。从富铝片岩-片麻岩类到长英质粒状岩类，具Eu从负异常过渡到正异常的特征。(La/Sm)N较大，为2.51～5.66，(Gd/Yb)N为1.17～1.99，表明岩石具轻稀土分馏程度大，重稀土分馏程度相对较低的特点。

图3　库鲁克塔格西段孔兹岩系Si-(Al+fm)-(c+alk)图解Fig.3 Si-(Al+fm)-(c+alk) diagram khondalite series from western Kuluketage area

3　锆石U-Pb同位素年代学

本文选取长英质粒状岩类中的含石墨石榴长石石英岩（TKD144，地理坐标：东经86°25'39.8"，北纬41° 41'12"）进行详细的年代学研究。样品锆石分选由廊坊地源矿物测试分选公司完成。锆石制靶、CL图像采集由北京锆年领航科技有限公司完成。锆石LA-ICP-MS U-Pb测年在天津地质调查中心实验室完成[21]，激光斑束直径为35μm。U-Pb表面年龄采用ICPMSDateCal99程序进行处理[22]，年龄计算及成图采用Isoplot完成[23]。

样品锆石大小均一，多为圆状-短柱状，延长度小于2∶1。CL图像显示大部分锆石具核-幔-边结构，锆石形态的多样性及内部结构的复杂性表明其为碎屑锆石。对该样品共进行了16个点分析（表2），U含量较高，为178×10-6～ 1 897×10-6，均值918×10-6，Th含量43×10-6～540×10-6。结合锆石形态学特征及Th，U值可将锆石测点分两类：一类锆石点为岩浆锆石（2、3、5、6、9、11、12、13、14、16），锆石大部分环带清晰可见，Th/U比值0.14～ 1.12，207Pb/206Pb表面年龄主要集中于1 908～2 616 Ma，12、13落在谐和线上，分别为（2 110±8）Ma、（1 928±7）Ma。其余点均落在谐和线以下，沿不一致线分布（图5），表明锆石形成后由单一事件引发Pb丢失，上交点年龄（2 636±26）Ma，下交点年龄（1 862±11）Ma。二类锆石点（1、4、7、8、10、15）为幔部，宽且均一，Th/U比值0.03～0.08，小于0.1，具变质锆石特征。年龄点均落在谐和线上，207Pb/206Pb表面年龄集中于1 858～1 924 Ma。

图4　库鲁克塔格西段孔兹岩系微量元素蛛网图(a)和稀土元素分布模式图(b)Fig.4 Trace element spidergrams(a) and REE distribution patterns(b) of the khondalite series from westernKuluketage area（原始地幔标准值引自Sun et al.,1989；球粒陨石标准值引自Taylor et al.,1985）

4　讨论

4.1孔兹岩系的确定

本地区出露含石墨富铝片岩-片麻岩类、长英质粒状岩类和钙硅酸盐岩类岩石组合，与孔兹岩系定义相一致[6]。孔兹岩系出露的典型地区印度南部，除矽线石榴片麻岩和麻粒岩外，还有石榴石英岩、钙硅酸盐岩、碳酸盐岩等岩石[24,25]。岩石中普遍富含石墨、石榴子石、富铝矿物(矽线石、堇青石、红柱石)、金红石等典型变质矿物。含堇青矽线石榴黑云斜长片麻岩(D8407)中出现Pl＋Gt＋Sill+Kfs+Bi+Q组合，混合岩化现象表明岩石至少发生了高角闪岩相峰期变质作用（图2-a）。

本地区孔兹岩系中变泥砂质岩石主量元素组成变化较大（图6）[24-27]，∑REE含量均值为196.78× 10-6，与华北克拉通及邻区同类岩石平均值206.19× 10-6近似相同[2]，与贺兰山中段孔兹岩系变沉积岩石平均值195.56×10-6基本一致[28]。多数岩石具负Eu异常，轻稀土富集，重稀土亏损。在Si-(Al+fm)-(c+alk)图解中（图4），原岩恢复为泥-砂质沉积岩和中酸性火山岩，Saleeby等认为此岩石组合可能形成于具消减大陆弧的大陆边缘[29]。与印度南部和华北克拉通孔兹岩系的同类岩石对比，本地区与华北克拉通相似，出现较多砂质岩石[26]，印度南部以泥质岩石为主，稀土元素分布模式一致，显示成因上的相似性。

综上所述，本区出露岩石都可与国内外典型地区对比，为典型的孔兹岩系。

4.2孔兹岩系的形成时代

含石墨石榴长石石英岩锆石U-Pb同位素测定表明，测点12、13谐和年龄为（2 110±8）Ma、（1 928±7）Ma，具岩浆锆石特征，可能为源区岩石年龄。其余岩浆锆石在U-Pb年龄谐和图上获得了一条很好的不一致线，上交点年龄为（2 636±26）Ma，反映了孔兹岩系源区岩石的成岩年龄，与Long等在铁门关地区测得的TTG岩系（黑云斜长片麻岩）（2 659±15）Ma成岩年龄一致[30]。下交点年龄为（1 862±11）Ma，代表了孔兹岩系峰期变质年龄。部分变质锆石207Pb/206Pb表面年龄集中于1 858～1 924 Ma，可分为1 858～1 885 Ma和1 902～1 924 Ma（加权平均值（1 914±17）Ma）两组变质年龄。前人对铁门关地区片岩和片麻岩锆石U-Pb年代学研究后得出～1.85 Ga变质事件年龄[13,15,16]，葛荣峰测得西山口东部地区云母片岩和副片麻岩变质年龄～1.93 Ga[16]，证实该地区存在～1.92 Ga的变质事件。

综上所述，孔兹岩系物源区存在1 928～2 636 Ma的年龄信息，记录了～1.85 Ga和～1.92 Ga两期变质事件，与华北克拉通古元古晚期的地质演化极相似[31]，是对Columbia超大陆聚合事件的响应。

4.3孔兹岩系的地质意义

Zhao等总结全球古元古代晚期（2.1～1.8 Ga）造山作用，提出全球各大陆块通过这期造山作用聚合成为Columbia超大陆，据造山带和基底地质对比提出了Columbia超大陆的复原图[32]。但许多古陆的关系及在Columbia中的具体位置存在争议[33]，碰撞造山带是超大陆形成的必要条件，其识别与对比是前寒武纪超大陆重建的基础[32,34,35]。

表1　库鲁克塔格西段孔兹岩系主量、微量及稀土元素分析结果与部分参数Table 1 Major elements,trace elements and REE composition of khondalite series from western Kuluketage area

库鲁克塔格地区广泛分布2.0～1.9 Ga的变质花岗岩，大多数集中在1.93～1.94 Ga，地球化学和锆石Hf-O同位素数据显示，其多来源于古老地壳的重熔事件，且岩浆源区存在强烈地壳加厚[16,36,37]。区域上中元古界与古元古界变质相不同[15]，具显著变形差异，两者间存在重要构造不整合界面[38]。这些证据均说明塔里木克拉通北缘存在一期重要的古元古晚期造山事件，前人将这次造山事件称为“兴地运动”[39,40]。铁门关地区富铝片麻岩（狭义孔兹岩）具顺时针P-T演化轨迹，反映与陆-陆碰撞有关的动力学过程（待发表）。孔兹岩系中记录的～1.85 Ga变质年龄应该代表了陆-陆碰撞造山事件的年龄，是古元古代晚期塔里木克拉通对Columbia超大陆聚合事件的一系列响应。Zhang等提出塔里木东缘的敦煌地块与华北西缘的阿拉善地块具相似的新太古代—古元古代构造热事件序列[41-43]。葛荣峰认为库鲁克塔格地块与敦煌、阿拉善、阴山等陆块具类似新太古代—古元古代早期的基底与古元古代晚期稳定沉积盖层[16]。本地区孔兹岩系在岩石组合和地球化学特征上与华北克拉通孔兹岩系具很大相似性，很有可能是华北克拉通孔兹岩系的西延，代表了～ 1.92 Ga塔里木克拉通与华北克拉通西部陆块的碰撞拼合边界，并于～1.85 Ga共同聚合形成Columbia超大陆。

图5　含石墨石榴长石石英岩(TKD144)锆石U-Pb年龄谐和图和CL图像Fig.5 U-Pb concordia diagram of zircon and CL images from the graphite-bearing garnet arkosite(TKD144)

图6　库鲁克塔格西段孔兹岩系变泥砂质岩石的Log((CaO+Na2O)/K2O)-Log(SiO2/Al2O3)和稀土模式图解Fig.6 Log((CaO+Na2O)/K2O)-Log(SiO2/Al2O3) and REE patterns diagram of meta-argillo-arenaceous rocks of khondalite series from western Kuluketage areaa：1.印度南部孔兹岩系变泥砂质岩石分布范围；2.华北克拉通及邻区孔兹岩系变泥砂质岩石分布范围Ⅰ——页岩分布区；Ⅱ——砂岩分布区；Ⅲ——中酸性岩浆岩分布趋势b：1.吕梁地区界河口群孔兹岩系变泥砂质岩石分布范围；2.中国华北克拉通及邻区孔兹岩系变泥砂质岩石平均值；3.印度南部孔兹岩系变泥砂质岩石平均值

5　结论

(1)库鲁克塔格西段出露的含石墨富铝片岩-片麻岩类、长英质粒状岩类和钙硅酸盐岩类岩石组合为孔兹岩系，与华北克拉通及邻区孔兹岩系岩性一致。其中富铝片岩-片麻岩类和长英质粒状岩类的原岩为富铝泥质-砂质沉积岩，原岩可能形成于大陆边缘环境。

(2)孔兹岩系变泥砂质岩石主量元素组成变化较大，∑REE含量较高，LREE富集，HREE亏损。岩石地球化学特征与华北克拉通及邻区的孔兹岩系具成因上的相似性。

(3)孔兹岩系存在1 928～2 636 Ma物源区年龄信息，记录了～1.92 Ga和～1.85 Ga两期变质事件。种种证据表明，塔里木克拉通与华北克拉通具亲缘性，并于～1.85 Ga完成了Columbia超大陆聚合事件。

表2　含石墨石榴长石石英岩(TKD144)锆石LA-ICP-MS U-Pb定年数据Table 2 LA-ICP-MS U-Pb data of zircons from the graphite-bearing garnet arkosite(TKD144)

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Discovery and Geochronology of K hondalite Series
in Western K uluketage,NW China

Wang Mingyang1,NIJiati Abuduxun1,Guo Ruiqing1,Zhou Gang1,2,Zhu Zhixin1,3
(1.College of Geology and Mining Engineering,Xinjiang University,Urumqi,Xinjiang,830046,China;2.Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Urumqi,Xinjiang,830000, China;3.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:High grade metamorphic rocks assemblage characterized by graphite,Al-rich minerals,such as sillimanite, andalusite and cordierite) exposed in western Kuluketage area,petrology and geochronology of which will help to learn more about the basement characteristics of Tarim Craton.Petrological and Geochemical characteristics indicate that the rocks assemblage above belong to typical khondalite series and has consanguinity with North China Craton and adjacent regions.Zircon U-Pb geochronology suggests that studied khondalite series represent 1 928～2 636 Ma age information for provenance as a record of two metamorphic events at ～1.92 Ga and 1.85 Ga.The research results above provide a new evidence for early Precambrian tectonic evolution of Tarim Craton and rehabilitation or reconstruction of Columbia Supercontinent.

Key words:Khondalite Series;K uluketage;Tarim craton;Zircon U-Pb dating;Columbia Supercontinent

通讯作者：尼加提·阿布都逊（1987-），男，新疆伊犁人，讲师，硕士，主要从事岩石大地构造相关的教学与科研工作，E-mail：nijatxju@ 163.com

作者简介:第一王明阳（1989-），男，新疆吐鲁番人，新疆大学矿产普查与勘探专业在读硕士

收稿日期:2015-09-06;

修订日期:2015-11-19;作者E-mail:wddz1989@163.com

中图分类号:P588.3

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-017-08

项目资助：中国地质调查局新疆兴地塔格阿訇口地区1∶5万(K45E014010、K45E014011、K45E015010、K45E015011、K45E016011)等5幅区调（1212011120477）联合资助