新疆西准洪古勒楞蛇绿岩地球化学特征及构造环境

舍建忠，邓洪涛，刘阁，高奇，邸晓辰（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）



新疆西准洪古勒楞蛇绿岩地球化学特征及构造环境

舍建忠，邓洪涛，刘阁，高奇，邸晓辰
（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：对西准噶尔洪古勒楞蛇绿混杂岩带进行了较系统的岩石学、地球化学和年代学方面的研究，认为其主体由超镁铁质杂岩、堆晶岩类、镁铁质岩墙、基性熔岩和深海沉积组成。岩石地球化学数据表明其具轻稀土富集、重稀土相对亏损的右倾分布模式特征，富集Ta，Yb等元素，相对富集Ba，U，Sr等元素，亏损Nb，Hf，Ti等元素，Nb具负异常，一定程度上反映其为地幔源区含岛弧火山岩组分，岩石化学数据显示该蛇绿岩形成构造环境为弧后盆地。堆晶辉长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（497.2±4.2）Ma（MSWD=1.4，n=10），证实该蛇绿岩形成于晚寒武世。

关键词：洪古勒楞；蛇绿岩；锆石U-Pb；LA-ICP-MS测年

❶新疆维吾尔自治区地质调查院.1∶25万塔城幅区域地质调查报告,2012

洪古勒楞蛇绿混杂岩带位于准噶尔盆地西北缘，距北侧和布克赛尔县国营牧场10余公里，总体呈NEE向展布，向西与和布克赛尔蛇绿岩、伊尼萨拉蛇绿岩、库吉拜蛇绿岩，向东与扎巴河蛇绿岩、兔子泉蛇绿岩一起构成了统一的准噶尔北部早古生代蛇绿岩带（图1-a）[1-2]，区域上称之为塔尔巴合台-阿尔曼太古生代岛弧带[3-5]。蛇绿岩带是恢复古洋陆格局的重要证据之一，自20世纪60年代被发现以来，引起国内外很多学者的广泛重视。关于洪古勒楞蛇绿混杂岩的构造环境和形成年龄众多学者有不同认识，构造环境归纳起来主要有3种：黄建华等认为是MORB环境；何国琦等认为是弧后盆地环境[5]；张传林认为是地幔柱成因。形成年龄争议较大，最新的为（273.3±2.6）Ma，最老的为（625±25）Ma。本文在前人研究基础上，对洪古勒楞蛇绿混杂岩带进行了较系统的岩石学、地球化学和年代学方面研究，进而探讨其构造环境及形成时代，对探讨新疆准噶尔北部古生代古洋陆格局具重要的意义。

图1　新疆北部主要构造图(a)和洪古勒楞蛇绿混杂岩带地质简图(b)Fig.1 Tectonic map of the northern（a）and HongGuleleng Ophiolite belt geologica map(b)(据张元元等修改，2010)1.第四系；2.早二叠纪哈尔加乌组酸性岩/中基性岩；3.黑山头组类复理石组合；4.早泥盆世地层陆源碎屑岩组合；5.中泥盆世地层火山碎屑岩组合；6.晚泥盆世地层陆源细碎屑岩组合；7.沙尔布尔组火山碎屑岩组合；8.晚志留世复理石组合；9.中奥陶世火山岩夹火山碎屑岩组合；10.石炭纪酸性花岗岩；11.蛇绿岩；12.断层；13.地质界线；14.研究区；15.同位素采样位置

1　区域地质背景

洪古勒楞蛇绿混杂岩带位于西准噶尔谢米斯台山东段，呈EW向分布，受后期构造作用破坏，剥蚀强烈，蛇绿岩单元和非蛇绿岩单元相混杂出现，大部分被第四系覆盖（图1-b）。混杂岩带东侧分布有中奥陶世布鲁克其组，下部为火山碎屑岩组合，上部为中基性火山熔岩组合，中志留世沙尔布尔组岩性为火山碎屑岩夹灰岩组合和晚志留世克克雄库都克组类复理石组合，下泥盆统为陆源碎屑岩夹灰岩建造，灰岩中普遍含早泥盆世化石分子；混杂岩带西侧出露有中泥盆统火山碎屑岩夹熔岩组合，上泥盆统陆源细碎屑岩夹灰岩建造，灰岩在混杂岩带内也有较多分布，灰岩中含大量晚泥盆世化石分子，不整合覆盖在混杂岩带之上。此外该地区还发育晚古生代基性岩，东侧辉长岩侵入到地层和蛇绿混杂岩带中。2013年大调查谢米斯台区调项目在此辉长岩及斜长岩中取了3个同位素，年龄约为300 Ma，地质路线中明显可见此辉长岩中发育围岩捕虏体，说明此辉长岩应属后期形成，而非蛇绿岩套的组分。

2　蛇绿岩单元的岩石学特征

2.1超镁铁质杂岩

为蛇绿岩岩石组合中最主要的岩石单元，主要岩石类型有硅化、碳酸盐化超基性岩、橄榄岩、蛇纹岩、辉橄岩等，在蛇绿混杂岩中分布较零散，呈断块分布。大部分岩石具不同程度的蛇纹石化，并为后期石英脉充填。岩石具网状结构、假象结构，块状构造。

2.2堆晶岩类

在蛇绿混杂岩带东侧较发育，岩性类型主要有橄辉岩、辉长岩，呈断块出露，中间被第四系覆盖，见有辉绿岩岩墙侵入。岩石具较典型的堆晶结构，具不同色调的重力分异韵律层，韵律层一般宽约1～3 cm，表现为良好的似成层性。多数地段具明显的层状构造，但缺失韵律，主要为层状辉长岩。

2.3镁铁质岩墙

主要分布在蛇绿混杂岩带东侧，岩性为灰绿色辉绿岩，块状构造，辉绿结构，辉石呈短柱状，半自形至他形。局部辉绿岩已发生蚀变，暗色矿物完全蚀变成阳起石，阳起石中残留细长板状基性斜长石，局部见高岭土化,并发育细小后期碳酸盐脉。

2.4基性熔岩

主要分布在蛇绿混杂岩带东段西侧和西段（图1-b），蛇绿混杂岩带西段主要是上洋壳物质，玄武岩发育。玄武岩呈斑状结构，斑晶主要由辉石组成，分布有少量橄榄石和斜长岩，橄榄石呈自形柱状，沿边部具纤闪石化，基质主要由微板状、细板状斜长石组成。局部见有磁铁矿。

2.5深海沉积

深海沉积岩性主要为灰褐色硅质岩，分布在该蛇绿混杂岩带东段北侧。岩石主要由隐晶状硅质组成，分布少量沉积砂屑及放射虫，具轻度碎裂化，碎裂隙较微细。

3　岩石地球化学特征

3.1主量元素地球化学特征

洪古勒楞蛇绿岩化学分析数据见表1。玄武岩样品（前4个样品）硅酸盐全分析的SiO2为43.97%～ 54.1%，平均47.92%，样品具中等MgO含量（平均4.20%），相对富Na2O（平均3.66%），贫K2O（平均1.31%）及Na2O>K2O的特征，TiO2含量为1.06%～ 1.82%，平均1.46%；辉长岩、辉绿岩和斜长岩样品（中间4个）SiO2为42.78%～50.47%，平均46.95%，相对玄武岩要偏基性，MgO含量（平均8.31%）比玄武岩高，TiO2含量（平均0.5%）相对玄武岩偏低；辉橄岩和辉石岩样品（后2个）SiO2平均46.46%，TiO2含量（平均0.2%）较低，MgO含量高（平均41.22%），类似于亏损地幔岩。所有样品随着SiO2和Al2O3质量分数的增加，MgO和FeOT质量分数减少，具较明显的岩浆结晶分异演化趋势。在Coleman的(Al2O3)-(CaO)-(MgO)图解中(图2)，辉橄岩和辉石岩样品投影点落入变质橄榄岩区内，其他投点均落于镁铁堆积岩区内。从Al2O3含量偏高（平均14.84%）来看，具高铝玄武岩特征，而高铝玄武岩正是俯冲带典型的岩石类型[6]。上述岩石化学特征反映本区玄武岩具俯冲带火成岩组成特点。

图2　洪古勒楞混杂岩(Al2O3)- (CaO)-(MgO)图解Fig.2 (Al2O3)- (CaO)-(MgO) diagram of HongGuleleng Ophiolite1.玄武岩;2.辉绿岩;3.辉长岩;4.辉橄岩;5.辉石岩

3.2微量元素地球化学特征

本区玄武岩及辉绿岩（前5个样品）稀土元素特征相同，ΣREE=51.90×10-6～137.99×10-6，平均99.99×10-6，稀土总量偏高，（La/Yb）N为2.23～7.92，（La/Sm）N介于2.45～4.08，说明轻重稀土元素之间和重稀土元素内部的分馏程度中等，LREE/HREE较不稳定，为3.21～7.74，δEu为0.90～1.09，铕异常不显著；其他样品中ΣREE=2.87×10-6～33.13×10-6，平均12.10×10-6，稀土总量较低，（La/Yb）N介于0.95～8.61，（La/Sm）N为1.38～10，说明轻重稀土元素间和重稀土元素内部分馏程度较高，LREE/HREE较不稳定，为1.69～9.42，辉长岩和斜长岩样品中δEu为1.25～1.99，铕显示较明显的正异常，可能与斜长石分离结晶作用有关。在REE球粒陨石标准化分布图解中(图3-a)，所有样品均表现出相同变化趋势，主体呈轻稀土富集、重稀土相对亏损的右倾特点。各样品REE分布型式相互平行，只有位置高低不同，显示其稀土分异程度相当，具同源岩浆特征。区别于N-MORB的LREE亏损型分布型式，说明其并非形成于NMORB型的大洋中脊环境[7]。

微量元素原始地幔标准化蛛网图总体趋势显示右倾的特征(图3-b)，各样品由于大离子亲石元素Ba，Sr和高场强元素Th，U含量变化较大，致使曲线前小半段无规律，Nb元素开始往后，曲线较平缓。玄武岩、辉绿岩和辉长岩样品具相似的分布趋势，以明显富集Ta，Yb等元素，相对富集Ba，U，Sr等元素，亏损Nb，Hf，Ti等元素为特点，Nb为负异常。这种地球化学特征的岩石组合一定程度上反映地幔源区含岛弧火山岩组分，与典型大洋中脊N-MORB有明显区别，因为大洋中脊下的玄武岩通常不出现Nb亏损[8]。辉橄岩和辉石岩样品以富集U，Zr和Hf元素，亏损Ba，Sr，Nd，Ti和Yb等元素为特征，Ba，U 和Yb等元素与玄武岩明显相反。

图3　洪古勒楞混杂岩稀土元素球粒陨石标准化分布曲线（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns（a）and Primitive mantle normalized trace element patterns（b）of HongGuleleng Ophiolite（球粒陨石标准化值据Taylor et al.,1985;原始地幔标准化值据Sun et al.,1989）

4　形成时代和环境

4.1蛇绿岩形成时代

对洪古勒楞蛇绿岩的研究开始于20世纪60年代，对其形成时代有一定的争议。张弛对辉长岩进行全岩Sm-Nd测试获得（444±27）Ma；新疆工学院黄建华对堆晶辉长岩进行全岩Sm-Nd测试获得（626±25）Ma；Jian.et.al分别对辉长岩和钙长岩进行锆石SHRIMP测试获得（409±23）Ma和475 Ma；张传林对辉长岩进行锆石SHRIMP测试获得（273.3±2.6）Ma；张元元等对辉长岩进行锆石SHRIMP测试获得（472±8.4）Ma；霍有光在硅质岩中获得了泥盆纪放射虫。本次工作在洪古勒楞蛇绿岩南部堆晶辉长岩采集了样品，从中挑选了锆石，进行锆石U-Pb（LA-ICP-MS）方法定年。样品破碎锆石挑选由河北省区域地质矿产调查研究所完成，阴极发光显微照相由北京锆年领航科技有限公司完成，锆石U-Pb同位素分析在中国科学院广州地球化学研究所实验室的激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）上进行，同位素组成用国际标准锆石91500作为外标，激光光束束斑直径30 μm。锆石测定点的Pb同位素比值、U-Pb表面年龄和U-Th-Pb含量采用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序进行数据处理。

样品锆石颗粒呈自形，Th含量变化范围为28.12×10-6～213.06×10-6，U含量变化为27.78×10-6～ 163.40×10- 6，样品锆石均具较高的Th/U比值,为0.53～1.22，表现出岩浆成因锆石特点，环带特征明显（图4-a），属典型岩浆成因锆石。利用ISOPLOT软件进行年龄计算及绘制年龄谐和图，辉长岩10颗锆石年龄均落在谐和线上，得到其加权平均年龄为（497.2±4.2）Ma（n=10，MSWD=1.4）（图4-b），故推断洪古勒楞蛇绿岩形成时间为晚寒武世。

图4　洪古勒楞辉长岩锆石阴极发光图像及测点年龄图（a）和U-Pb年龄谐和图（b）Fig.4 CL images and ages(a) and U-Pb concordia plots(b) from HongGuleleng gabbro zircons

4.2蛇绿岩形成环境

洪古勒楞蛇绿岩玄武岩样品Al2O3含量偏高（平均16.87%），具高铝玄武岩特征，而高铝玄武岩是俯冲带典型的岩石类型[6]；稀土球粒陨石标准化分布曲线呈右倾特点，区别于N-MORB的LREE亏损型分布型式；微量元素中富集Ta，Yb，Ba，U，Sr等元素，亏损Nb，Hf，Ti等元素，一定程度上反映地幔源区含有岛弧火山岩的组分，表明岩石由遭受消减板片流体交代的地幔楔源区部分熔融而形成[9]。在玄武岩Ti-Zr-Sr图解中(图5-a)[10]，玄武岩类样品投影点全部落入A 和C区，主体属岛弧拉斑玄武岩。在不同构造玄武岩的Ti-Zr图解中(图5-b)[11]，全部样品投影点在B和C区，主体也属岛弧拉斑玄武岩。

图5　洪古勒楞玄武岩Ti-Zr-Sr图解（a）和Ti-Zr图解（b）Fig.5 Ti-Zr-Sr（a）and Ti-Zr（b）diagrams for HongGuleleng Basalt（据Pearce和cann，1973）

表1　西准洪古勒楞混杂岩岩石主量元素、微量元素与稀土元素分析结果Table 1 Major e le me nts，trace e le me nts and rare e arth e le me nts of Hong Gule le ng Ophiolite in We s t Junggar

张旗等将蛇绿岩中基性火山岩的地球化学类型归结为岛弧拉斑玄武岩(IAT)和洋脊玄武岩(MORB)，认为产于消减带之上的岛弧和弧前环境蛇绿岩中的基性熔岩具IAT特征，产于不成熟弧后盆地蛇绿岩的基性熔岩兼具IAT和MORB的特征[12-13]。综合分析，洪古勒楞蛇绿岩构造环境为弧后盆地环境，与何国琦、霍有光、白文吉和冯益民等认识相同。

5　结论

（1）洪古勒楞蛇绿混杂岩带由超镁铁质杂岩（硅化、碳酸盐化超基性岩、橄榄岩、蛇纹岩、辉橄岩）、堆晶岩类（橄辉岩、辉长岩）、镁铁质岩墙（辉绿岩）、基性熔岩（玄武岩）和深海沉积（硅质岩）4部分组成。

（2）洪古勒楞蛇绿岩中堆晶辉长岩的（LA-ICPMS）锆石U-Pb年龄为（497.2±4.2）Ma（MSWD=1.4，n=11），证实该蛇绿岩形成于晚寒武世。

（3）洪古勒楞蛇绿岩样品普遍高铝，稀土元素球粒陨石标准化分布曲线呈右倾特点，微量元素中富集Yb，Ba，U，Sr等元素，亏损Nb，Hf，Ti等元素，玄武岩图解属岛弧拉斑玄武岩，洪古勒楞蛇绿岩构造环境为弧后盆地环境。

参考文献

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Geochemical Features and Structural Significance of HongGuleleng Ophiolite in Western J unggar,XinJ iang

She Jianzhong,Deng Hongtao,Liu Ge,Gao Qi,Di Xiaochen
(Geological Survey Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:Study on the petrological,geochemical characteristics and Geochronology of hongguleleng ophiolite m閘ange located in the Western Junggar.The ophiolite m閘ange composed predominantly of the ultramafic-mafic cumulates,mafic dyke,basic lava,and deep-sea sediments as well.Geochemical data analysis shows that the LREE enrichment and the HREE deficiency,general right deviation REE distribution pattern.It is relatively enriched in Ba、U、Sr, especially in Ta、Y b,but poor in Nb、Hf、Ti.It showed a negative Nb anomaly.That reflects mantle magma contained constituents of island arc volcanic rocks.The geochemical characters shows that the ophiolite were occurred in back-arc basin environment.Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating for the granite yielded an age of (497.2 4.2) Ma(MSWD=1.4,n=10), indicating the formation of the hongguleleng ophiolite is in Late Cambrian.

Key words:HongGuleleng;Ophiolite;Zircon U-Pb dating;LA-ICP-MS

作者简介:第一舍建忠(1982-)，男，宁夏西吉人，硕士，2008年毕业于新疆大学地质矿产专业，主要从事区域地质矿产调查研究工作

收稿日期:2015-10-06;

修订日期:2015-11-16;作者E-mail:997783479@qq.com

中图分类号:P588.32+3

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-040-06

项目资助：中国地质调查局项目（1212011140058）、自治区区域地质矿产调查项目（XJQDZ200908）联合资助