巴伦台地区星星峡岩群岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄及原岩恢复

卞翔，伊其安，杨硕，靳刘圆（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）



巴伦台地区星星峡岩群岩石地球化学特征、锆石U-Pb年龄及原岩恢复

卞翔，伊其安，杨硕，靳刘圆
（新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆乌鲁木齐830000）

摘要：对巴伦台地区星星峡岩群长英质片麻岩开展系统的岩相学观察和锆石U-Pb年龄及全岩地球化学分析。获得锆石(206)Pb/(238)U加权年龄为（1 584±41）Ma，这套变质岩系划归为中元古代长城纪。绝大多数样品显示轻稀土富集，重稀土亏损，Eu负异常，Rb，Sr，Ba，Zr、富集，Th，U，Ta，Hf亏损，（La/Yb）N、（Ce/Yb）N＞1。变质矿物共生组合和变质矿物特征表明其变质级别达到中深变质岩特征，变质岩相已达低角闪岩相-高绿片岩相，长城系星星峡岩群变质岩原岩为一套中-基性火山岩，含少量沉积型铁泥质岩。

关键词：巴伦台；中元古代；星星峡群；U-Pb年龄；岩石地球化学；原岩恢复

星星峡群是由陆青等（1965）在星星峡地区创建（当时称星星峡组）。原始定义划分上、中、下3个亚群，上亚群为灰色大理岩夹黑色石墨片岩及少量混合岩；中部亚群为浅灰色黑云母角闪石英片岩，灰色黑云母石英片岩夹角闪石英片岩；下部亚群为眼球状贯入片麻岩、混合岩、角闪片岩和少量变质砂岩、角岩及残斑变岩，未见顶底；巴伦台地区星星峡岩群主要分布于研究区中部乌拉斯台幅布热古斯坦萨拉南东-乌拉斯台一带，呈带状断续分布。长城系星星峡岩群分两个段，分别为长城系星星峡岩群第一岩段及长城系星星峡岩群第二岩段（图1）。

图1　巴伦台地区区域大地构造图（a）和地质略图（b）Fig.1 Regionalstructuremap(a)andgeologicalsketchmap(b)ofbaluntaiarea1.下侏罗统八道湾组;2.下石炭统阿克沙克组;3.上志留统巴音布鲁克组第一段;4.寒武—奥陶系乌兰莫仁岩组第二岩段;5.寒武—奥陶系乌兰莫仁岩组第一岩段;6.青白口纪凯尔塔斯岩群第二岩段;7.青白口纪凯尔塔斯岩群第一岩段;8.蓟县纪库松木切克岩群;9.长城纪星星峡岩群第二岩段;10.长城纪星星峡岩群第一岩段;11.滹沱纪木扎尔特岩群;12.二长花岗岩;13.斜长花岗岩; 14.正长花岗岩;15.同位素样品位置;16.断层;17.研究区位置Ⅰ-13-1——准噶尔地块;Ⅰ-13-21——依连哈比尔尕晚古生代裂陷谷;Ⅰ-13-22——博格达晚古生代裂谷;Ⅰ-15-21——科古琴早古生代陆缘弧;Ⅰ-15-22——可可乃克早古生代陆缘弧;Ⅰ-15-31——阿吾拉列晚古生代裂谷;Ⅰ-15-4——中天山多期复合陆缘岩浆弧;Ⅰ-16-2——乌瓦门-拱拜子蛇绿混杂岩带;Ⅰ-17-31——艾尔宾山炭酸盐岩台地;Ⅰ-17-32——库米什残余盆地;Ⅲ-1-1——南天山-霍拉山陆缘裂谷;Ⅲ-1-4——库鲁克塔格陆缘盆地

1　区域地质背景

巴伦台星星峡岩群位于中天山艾比湖-博罗科努北坡断裂（又称冰达坂断裂）以南，按照《新疆变质图划分方案》，研究区星星峡岩群属中深区域变质岩，变质程度较高，变质岩相级别较高，岩性组合为片麻岩、片岩及混合岩、贯入片麻岩、眼球状片麻岩和少量大理岩。多数地区未见顶底，仅在卡瓦布拉克地区该群与上覆的卡瓦布拉克群呈整合接触。星星峡岩群东起星星峡，西到库米什，断续分布约500 km，呈带状分布。由于分布范围广，各地区的岩石组合、变质程度和厚度在趋同情况下呈地区性差异,地层划分见表1。研究区变质岩主要集中在中部乌拉斯台幅布热古斯坦萨拉南东-乌拉斯台一带，呈带状断续分布。长城系星星峡岩群分两个段，分别为长城系星星峡岩群第一岩段及长城系星星峡岩群第二岩段。

表1　星星峡岩群地层划分沿革表Table 1 The evolution table of sequence stratigraphic division in xingxingxia rock group

2　分析方法

主量元素测试在中国科学院广州地质与地球物理研究所进行，采用X射线荧光光谱法（XRF）测试，测试所用仪器型号为ShimadzuXRF-1500。标样为中国国家一级岩石标准样，分析结果在误差范围内优于0.2%（质量分数，余同）。烧失量（LOI）设定为粉末样品在1 000℃下灼烧1h后的质量减少；微量元素分析测试在中国科学院广州地质与地球物理研究所的美国Varian公司820-MS型等离子体质谱仪上进行，使用HNO3+HF混合酸溶解样品，分析误差在检出限之上优于5%[1]；锆石分选采用重砂方法完成，所采测年样品采用常规方法粉碎至80-100目，用常规浮选和磁选法进行分选，挑选出锆石后，再在双目显微镜下精选出晶型和透明度较好的锆石作为测定对象，将精选的锆石用无色透明的环氧树脂固定制成圆饼状样品靶，使用砂纸和磨料将锆石磨到内部暴露并抛光；CL图像分析在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心HitachiS2250-N扫描电镜上完成。锆石U-Pb年龄测定分析在中国科学院广州地质与地球物理研究国家重点实验室完成。ICP-MS型号为Agilent 7500a型，激光剥蚀系统为New Wave公司UP213固体激光剥蚀系统。仪器工作参数为：波长213 nm，激光脉冲重复频率5 Hz，脉冲能量为10～20 J/cm2,熔蚀孔径为30～ 40 μm，剥蚀时间60 s,背景测量时间40 s，测试方式为单点剥蚀，每完成5个测点的样品测试，加测国际标准锆石。质量分馏校正采用标样GEMOC/GJ-1[2,3]。

3　岩石学特征

3.1星星峡岩群一段岩石学特征

黑云母斜长片麻岩：岩石呈灰黑色，具鳞片状变晶结构，片麻状构造，岩石主要由斜长石和石英、黑云母、绿泥石、榍石、磁铁矿等组成，长石、石英与黑云母沿着片麻理定向分布，构成岩石的片麻状构造。斜长石（55%）：呈粒状，大小以0.5～1.5 mm为主，轻度绢云母化。黑云母(25%)：呈鳞片状，片径0.03～0.5 mm,沿着片麻理定向分布，黑云母有的被绿泥石交代，受构造挤压黑云母解理发生弯曲；片麻理间有粒状的斜长石，副矿物磁铁矿、榍石等少量。石英（20%）：呈他形粒状，粒径0.1～0.2 mm，分布在长石之间，石英受构造挤压表面多裂纹，石英多波状消光。黑云母斜长片麻岩镜下照片显示黑云母定向分布（图2-a），形成片麻状构造；片麻理间有半自形板状和粒状的更长石，更长石表面有次生绢云母；钾长石半自形板状，钾长石交代更长石；石英他形粒状分布在长石间，受构造挤压多波状消光。

3.2星星峡岩群二段岩石学特征

黑云母角闪斜长片麻岩：岩石呈灰色，鳞片柱粒状变晶结构，片麻状构造。主要由斜长石、石英、角闪石和黑云母等矿物组成，斜长石呈它形粒状，粒度一般0.5～2 mm，含量60%～65%，长轴平行定向分布；常见聚片双晶，少见卡钠双晶，轻度高岭土化、绢云母化、绿帘石化；石英呈它形粒状，粒度一般为0.5～2 mm；含量10%～15%，粒内强波状消光，多呈粒状集合体，定向分布。黑云母呈片状，（棕）褐色，片径一般0.2～1.2 mm，含量10%；黄-褐色，多色性显著，多数绿泥石、绿帘石化，多与角闪石富集呈条带状集合体，平行定向排列，形成片麻状构造。普通角闪石它形柱状，粒径0.3～1.2 mm，含量10%～ 15%；黄-绿色，多色性显著，具闪石式节理，多数阳起石化，平行定向排列，与黑云母伴生。副矿物有磁铁矿、褐帘石、锆石、磷灰石和榍石等。黑云母角闪斜长片麻岩镜下照片显示角闪石柱状沿着片理定向分布，角闪石有的形成变斑晶；在角闪石中包有半自形粒状的磁铁矿；片理间有半自形板状的斜长石；在长石间有它形粒状的石英（图2-b）。

图2　黑云母角闪斜长片麻岩（a）及黑云母斜长片麻岩(b)显微照片Fig.2 Microphotographs of biotite amphiboles plagiogneiss and biotite plagiogneiss

4　岩石地球化学特征

4.1星星峡岩群一段岩石地球化学特征

4.1.1星星峡岩群一段岩石主量元素特征

中元古界长城系星星峡岩群一段共取岩石化学样10件，从分析数据表中可看出（表2），长城系星星峡岩群一段主量元素斜长角闪岩类：SiO2含量59.72%～72.88%、Fe2O3含量0.38%～1.52%、FeO含量0.81%～5.48%、MgO含量0.6%～4.97%、Na2O含量1.56%～3.77%、K2O含量1.88%～5.54%，Al2O3含量14.27%～17.95%，SiO2含量49.06%～68.42%、Al2O3含量11.41%～15.74%、MgO含量2.56%～14.39%、CaO含量2.23%～10.47%，Na2O含量2.21%～4.08%、K2O含量0.43%～2.48%，组合指数（σ）1.5～3.68；分异指数（DI）：斜长角闪岩类54.3～89.48；片岩、石英片岩28.48～90.24。

4.1.2星星峡岩群一段岩石微量元素特征

中元古界长城系星星峡岩群一段取微量元素样品10件，微量元素见表2。长城系星星峡岩群的Nb*值：角闪岩类为0.12～0.33；片岩、石英片岩类为0.1～0.54。长城系星星峡岩群角闪岩类球类陨石标准化后作微量元素分布型式图（图3-a），图形为单峰式，用原始地幔标准化作图后，样品中Rb，Sr，Ba，Zr，富集，而Th，U，Ta，Hf亏损。斜长角闪岩类稀土总量59.56×10-6～68.25×10-6，片岩、石英片岩类稀土含量基本一致，稀土总量为54.00×10-6～172.78× 10-6,为中等稀土总量。将长城系星星峡岩群稀土样品丰度值经球粒陨石（Leedy）标准化作分布型式图（图3-b），稀土分布型式均为右倾。

表2　长城系星星峡岩群一段岩石主量、微量、稀土元素及CIPW数据表Table 2 Major element contents,mantle-normalized,Chondrite-normalized and CIPW normative minerals for xingxingxia

4.2星星峡岩群二段岩石地球化学特征

4.2.1星星峡岩群二段岩石主量元素特征

星星峡岩群二段共取岩石化学样6件，其中4件石英片岩，2件角闪石英片岩，分析数据见表3。

从表中可看出石英片岩：SiO2含量71.64%～ 84.89%、Fe2O3含量0.4%～1.43%、FeO含量0.74%～ 1.81%、MgO含量0.52%～2.21%、K2O含量0.68%～ 3.38%，TiO2含量0.28%～0.42%，Al2O3含量7.02%～ 14.85%。角闪石英片岩：SiO2含量63.83%～65.32%、Fe2O3含量0.64%～1.11%、FeO含量3.79%～4.87%、Al2O3含量15.47% ～16.14%、MgO含量2.83% ～ 3.35%、K2O含量2.69%～3.26%、CaO含量1.93%～ 3.45%、Na2O含量2.38%～2.75%，化学指数显示：组合指数（σ）最高为1.92，为小于4为钙碱性系列（太平洋型）；分异指数（DI）：石英片岩类83.27～91.13，角闪石英片岩65.85～66.69，固结指数（SI）：石英片岩类5.16～20.85，角闪石英片岩21.49～23.1。

4.2.2星星峡岩群二段岩石微量元素特征

星星峡岩群二段共采集样品6件，其中石英片岩4件、角闪石英片岩2件，微量元素见表3。新元古界青白口凯尔塔斯岩群球类陨石标准化后作微量元素分布图（图3-c），图形为单峰式，亲石大离子富集,Rbn/ Ybn＞1，样品中Rb，Sr，Ba，Zr富集，而Th，U，Ta，Hf亏损。将各样品稀土元素丰度值经球粒陨石（Leedy）标准化作分布型式图(图3-d)，样品均具Eu异常，样品曲线各有特色，可能不是同源岩浆产物。

表3　长城系星星峡岩群二段岩石主量、微量、稀土元素及CIPW数据表Table3 Majorelementcontents,mantle-normalized、Chondrite-normalizedand CIPW normativemineralsforxingxingxiarockgroup

图3　微量元素蛛网图(a)和稀土元素分布图(b)Fig.3 primitive mantle-normalized trace element diagram and Chondrite-normalized REEpattem

5　星星峡岩群岩石组合及岩石地球化学差异

变质相差异星星峡岩群一段变质相主要为绿片岩相，主要变质矿物组成为斜长石+黑云母+石英（变长英质岩）；星星峡岩群二段变质相带主要为绿片-角闪岩相，主要变质矿物组成为斜长石+普通角闪石+石英。

矿物及地球化学差异星星峡岩群一段片麻岩中典型矿物斜长石，一般0.5～2 mm，它形粒状；含量55%～60%；定向分布，其内常见聚片双晶，部分为卡钠双晶，局部可见双晶弯曲、尖灭等受力现象；局部高岭土化、绢云母化。石英呈它形粒状，粒度0.3～1 mm，重结晶明显，粒间齿状、缝合线状镶嵌；部分拉长定向，集合体呈堆状、豆荚状、条带状分布于长石间，长轴定向明显；粒内波状消光、带状消光强烈。

星星峡岩群样品Rb，Sr，Ba，Zr富集，而Th，U，Ta，Hf亏损，二段中典型矿物角闪石呈半自形柱状，粒度一般0.3～2 mm，局部被绿泥石、次闪石交代，部分退色，角闪石颜色显示其为低角闪岩相变质作用的产物。黑云母呈鳞片-叶片状，直径一般0.1～1.5 mm，定向分布，常见解理弯曲，常聚集成条痕状、条纹状定向排列，局部可见绿泥石化，部分略有退色。黑云母的颜色显示了低角闪岩相黑云母的特征。

星星峡岩群岩石地球化学差异主要表现在主量元素氧化物含量差别上，SiO2含量二段较一段高，可看出是一段岩石受变质作用或外生作用（如风化、搬运、成岩）等后期作用影响所致；星星峡岩群一段MgO含量较二段高，其余氧化物含量，两者区别较小。

6　星星峡岩群锆石年龄特征

此次工作在布然达坂幅PMIV号地质剖面中采集同位素样品（2013TWS7-PMIX-1-1）一件，样品岩性为黑云母斜长片麻岩，锆石ICP-MS U-Pb测试数据见表4[4,5]，其206Pb/238U加权年龄为（1 584±41）Ma，其年龄谐和图据岩石组合与区域对比及前人研究成果，因此，将该套变质岩系划归为中元古代长城纪星星峡岩群较合适（图4）。

表4　星星峡岩群锆石ICP-MS U-Pb测试结果Table 4 LA-ICP-MS U-Pb data of the xingxingxia rock group

图4　星星峡岩群锆石U-Pb谐和图及年龄直方图Fig.4 Concordia diagrams of U-Pb determination and weighted average of xingxingxia rock group

7　讨论

7.1星星峡岩群岩石成因

中元古界长城系星星峡岩群一段岩石样品均未出现霞石（ne）矿物，属正常系列，刚玉（C）矿物在样品中普遍出现，判断为铝过饱和，除XVI-40/1样品外其余均出现石英（q），为SiO2饱和。组合指数（σ）1.5～3.68，均小于4，为钙碱性系列（太平洋型）；固结指数（SI）斜长花岗岩类相当基性岩类；片岩、石英片岩相当于中酸性岩类。特征比值Nb*均小于1，说明Nb相对于K与La亏损，研究发现，大陆壳物质和花岗质岩石具Nb*值小于1的特点，K*值角闪岩类及片岩类样品数值均大于1，K*值可用于指示大洋消减作用与岩浆成分的关系。K*＞1的岩浆岩一定分布于岛弧区，且值越大离海沟越近，长城系星星峡岩群均为非岛弧岩石。大离子富集Rbn/ Ybn＞1为强不兼容元素富集型。表示岩浆来源于富集地幔源，与典型的板内过渡型岩浆岩图形相似[6,7]；稀土总量为低型，（La/Yb）N、（Ce/Yb）N均大于1为轻型富集型，分布曲线较平坦，两件样品均为分布曲线右倾型，岩浆源为幔源型。

中元古界长城系星星峡岩群二段样品均未出现霞石(ne)矿物，属正常序列，所有样品中均出现刚玉（C）矿物，为铝过饱和，样品中出现石英（q）为SiO2过饱和，组合指数（σ）最高为1.92，一般小于4，为钙碱性系列（太平洋型）；分异指数：石英片岩类83.27～91.13，与碱性花岗岩一致，角闪石英片岩65.85～66.69，与闪长岩相当。固结指数（SI）：石英片岩类5.16～20.85，角闪石英片岩21.49～23.10，相当于中酸性岩类。特征比值Nb*均小于1，说明Nb相对于K与La亏损，研究发现，大陆壳物质和花岗质岩石具Nb*值小于1的特点，新元古界青白口凯尔塔斯岩群的Nb*值石英片岩类为0.17～0.45；角闪石英片岩类为0.24。K*值角闪石英片岩类及石英片岩类样品除了XXIV-16/1号外数值均大于1，K*值可用于指示大洋消减作用与岩浆成分的关系。K*＞1的岩浆岩一定分布于岛弧区，且值越大离海沟越近，均为非岛弧基性岩。亲石大离子富集Rbn/ Ybn＞1为强不兼容元素富集型。表示岩浆来源于富集地幔源，与典型的板内过渡型岩浆岩图形相似[4,5]。

7.2星星峡岩群原岩恢复

利用采集的化学样品氧化物TiO2、SiO2进行含量对比投图(图5)，样品主体投影在火成岩及沉积岩区域，其中角闪石英片岩主体投在火成岩与沉积岩边界处，反映出其原岩为基性火山岩的可能性较大。利用尼格系数判别原岩。将尼格系数Si，Al，Fm，C，Alk投在（al+fm）-（C+Alk）图解中(图略)，样品集中投影在火山岩及沉积岩区域。

图5　星星峡岩群原岩恢复图解Fig.5 Recovery of Original Rocks diagram for the xingxingxia rock group(a)——星星峡岩群TiO2-SiO2图解（米斯拉，1971）；(b)——星星峡岩群（al+fm）-Si图解（据普列多夫斯基，1980）

8　结论

（1）据锆石ICP-MSU-Pb测试数据，206Pb/238U年龄为(1 584±41) Ma，归为中元古代长城纪星星峡岩群。

（2）长城系星星峡岩群变质岩变质矿物共生组合和变质矿物特征表明其变质级别达到中深变质岩特征，变质岩相已经达到低角闪岩相-高绿片岩相。

（3）长城系星星峡岩群变质岩原岩主要为一套中-基性火山岩。

参考文献

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The Geochemical Characteristics,Zircon U-Pb Dating and Protolith Restoration of Xingxingxia Rock Group in Baluntai District,XinJiang

Bian Xiang,Yi Qi’an,Yang Shuo,Jin Liuyuan
(Geological Survey Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830011,China )

Abstract:We conducted systematically petrography,zircon U-Pb geochronology and whole-rock geochemistry analysis for the felsic gneiss from Chinese Western Tianshan.The zircon samples yield a(206)Pb/(238)U weighted age of (1 584±41) Ma, demonstrating that they were formed in Mesoproterozoic Changchengnian Period.Most samples are rich in LREE,weak in HREE,and negative Eu anomalies.The samples are rich in Rb,Sr,Ba,Zr;depleted in Th,U,Ta,Hf;（La/Yb）N、（Ce/Yb）N＞1.The metamorphic mineral composition and internal association indicate that they are high greenschist-low amphibolite facies and medium- grade metamorphic series.Geochemical composition study reveals that the protolith of the Changchengnian Xinxingxia Group metamorphic rocks are mainly intermediate-basic volcanic rocks,with minor amount of iron-pelyte.

Key words:Baluntai;Mesoproterozoic;Xingxingxia rock Group;Zircon U-Pb dating;Geochemical;Protolith restoration

作者简介:第一卞翔（1987-），男，新疆乌鲁木齐人，助理工程师，2011年毕业于中国地质大学（武汉）资源勘查工程专业，现从事区域地质调查工作

收稿日期:2015-08-04;

修订日期:2015-10-16;作者E-mail:510597252@qq.com

中图分类号:P578.94+1

文献标识码:A

文章编号：1000-8845(2016)01-076-08

项目资助：新疆地质调查院新疆1∶5万巴伦台K45E006010等5幅区调（1212011140058）项目资助