扎河坝蛇绿岩锆石U-Pb年龄、Hf-O同位素组成及其地质意义*

潘成泽，邱 林，叶现韬，董永观

(1.新疆维吾尔自治区人民政府国家三〇五项目办公室，乌鲁木齐 830000)(2.南京地质矿产研究所，南京 210016)



扎河坝蛇绿岩锆石U-Pb年龄、Hf-O同位素组成及其地质意义*

潘成泽1，邱 林1，叶现韬2，董永观2

(1.新疆维吾尔自治区人民政府国家三〇五项目办公室，乌鲁木齐 830000)(2.南京地质矿产研究所，南京 210016)

摘要：扎河坝蛇绿岩位于准噶尔北缘，是扎河坝—阿尔曼太蛇绿混杂岩带的一部分。通过对蛇绿混杂岩中堆晶辉长岩和凝灰岩夹层的锆石U-Pb年龄及Hf-O同位素进行研究，获得堆晶辉长岩的结晶年龄为485±4Ma，凝灰岩的喷发年龄为401±2.5Ma。辉长岩极度亏损Hf同位素，εHf(t)为13～20，δ18O峰值为+5.37‰，显示其具有地幔特征。凝灰岩锆石的Hf同位素亏损程度低于堆晶辉长岩，εHf(t)为1.4～9.2。扎河坝蛇绿岩具有典型的SSZ型蛇绿岩特征，是通过俯冲增生到洋内弧弧前的蛇绿岩。

关键词：扎河坝；蛇绿岩；年龄；同位素；地质意义

蛇绿岩是由地幔橄榄岩、辉长岩、席状岩墙、枕状熔岩及深海硅质岩组成的洋壳岩石圈残片，野外露头上有时只保留部分单元。由于蛇绿岩在研究大洋岩石圈部分熔融、洋陆转换及造山带构造演化中具有特殊意义，因此一直受地质学家们的广泛关注。在这些研究中，蛇绿岩的分类是重要的问题之一[1-5]。Dilek和Furne[6]将蛇绿岩分五大类，分别是大陆边缘型、洋中脊型、俯冲带型(SSZ形)、火山弧型和增生型。采用不相容元素地球化学法，Pearce[4]将蛇绿岩分洋中脊型和俯冲带型(SSZ型)，其中洋中脊型又细分为N型、E型和P型，而SSZ型分为初始俯冲型、弧后盆地型和洋脊俯冲型等三个亚类。

中亚造山带广泛分布着多期、复杂的蛇绿岩。从时代上看，从文德纪到中生代都有发育，表明了中亚造山带长期的演化历史[7-11]。在准噶尔北缘和阿勒泰南缘，发育包括克拉麦里、扎河坝—阿尔曼太、乔夏哈拉、库尔提[11-等多条蛇绿岩带，记录了阿勒泰南缘构造演化及准噶尔增生的历史，对探索阿勒泰南缘构造演化具有重要意义。

1蛇绿岩岩石学特征

扎河坝蛇绿岩位于准噶尔北缘，沿额尔齐斯构造带南缘呈北西向分布，是扎河坝—阿尔曼太蛇绿混杂岩带的一部分，由蛇纹岩、辉长岩、玄武岩—安山岩和少量凝灰岩及大理岩(图1)组成。蛇纹岩以残块间杂于下泥盆统玄武岩—安山岩中，蛇纹石含量>95%，磁铁矿和尖晶石少量，未见残留的橄榄石和斜方辉石。磁铁矿沿裂隙分布，是蛇纹石化过程中析出的矿物。辉长岩具明显堆晶结构，块状构造，由单斜辉石(30%～50%)和斜长石(40%～70%)及少量斜方辉石(5%～10%)组成，几乎无蚀变，与蛇纹岩接触边界清晰，未发现冷凝边，向接触边界岩石粒度明显变细，表明两者之间具有侵入接触关系。

玄武岩—安山岩分属下中泥盆统托让库都克组、蕴都喀拉组和上泥盆统江尕那萨依组。下中泥盆统托让库都克组分为三个岩性段，其中下岩性段有碳酸盐岩团块，可能代表海山环境。早期资料中[12]，下中泥盆统托让库都克组玄武岩被认为是蛇绿岩的组成部分。

图1　扎河坝蛇绿岩地质图(据文献[14]修改) Fig.1　Geologic map of the Zhaheba ophiolite

大理岩以岩块覆于玄武岩之上，代表当时的海山环境。

2蛇绿岩形成时代

对蛇绿岩中的堆晶辉长岩和下中泥盆统托让库都克组凝灰岩进行U-Pb年龄测定和Hf同位素分析，分析测试在天津地质矿产研究所完成。岩石破碎至-80目，分阶段淘洗，双目境下手工挑选锆石。辉长岩中的锆石无色透明，晶体一般在100～150μm之间，长/宽为1～2。在CL图象(图2)中，绝大部分锆石具有明显的环带或条带状结构。30粒锆石U含量为(22～133)×10-6，Th含量为(8～57)×10-6，Th/U为0.4～0.8。30个测点的U-Pb表面年龄在误差范围内一致，获得的算术平均年龄为485.8±2.5 Ma (图2a)，代表辉长岩的结晶年龄。

凝灰岩中的锆石有花岗岩结晶和基性岩浆结晶两类，其中基性岩浆结晶锆石获得的年龄在误差范围内一致，年龄平均值为401.4±1.6Ma(图2b)，代表凝灰岩的喷发年龄。

表1　扎河坝蛇绿混杂岩带堆晶辉长岩及凝灰岩锆石的U-Pb年龄测试结果

(续表)

图2　扎河坝蛇绿岩带中的堆晶辉长岩(a)及凝灰岩(b)锆石U-Pb年龄图Fig.2　Zircon U-Pb Concordia diagrams of gabbros (a) and tuffs (b) in the Zhaheba ophiolite belt

3锆石Hf-O同位素特征

堆晶岩辉长岩及凝灰岩中的锆石具有一致的Hf同位素组成，εHf(t=485 Ma)为13～20，个别点有异常高的εHf值(t=485 Ma)，获得的模式年龄低于结晶年龄，无现实意义。其他测试点获得的模式年龄与结晶年龄几乎一致，所有测试点的εHf(t=485 Ma)在直方图上具有显著的高斯分布特征，获得峰值为15.7。400Ma的凝灰岩中的锆石εHf(t)值为1.4～9.2，模式年龄为680～920Ma。辉长岩锆石的O同位素均一，为4.91‰～5.73‰，形成高斯分布，峰值为5.37±0.23‰，与地幔值一致。

表2　扎河坝蛇绿混杂岩带堆晶辉长岩及凝灰岩锆石的Hf同位素组成

(续表)

表3　扎河坝蛇绿混杂岩带辉长岩中锆石的氧同位素组成

4讨论

扎河坝蛇绿岩中堆晶岩和凝灰岩的年龄分别为485Ma和401Ma，两者不属于同一单元，但堆晶岩与阿尔曼太蛇绿岩中堆晶辉长岩年龄503Ma[13]在误差范围内一致，表明扎河坝和阿尔曼太蛇绿岩形成于洋中脊环境，其中火山岩组合形成于洋内弧前增生环境。

辉长岩的锆石Hf同位素表明，原始岩浆来自DM单元，具有Hf同位素亏损和与地幔岩相似的O同位素特征，与MORB蛇绿岩类似。

准噶尔北缘克拉麦里、扎河坝—阿尔曼太和富蕴三条不同时代(503Ma、503～485Ma、400Ma)的蛇绿岩带，表明在寒武纪—早奥陶世，准噶尔地区至少存在两条扩张脊，即克拉麦里蛇绿岩和扎河坝—阿尔曼太蛇绿岩。在这一时期，洋内俯冲形成了弧前增生楔以及洋内弧系统，准噶尔洋大致在此时沿额尔齐斯构造带向北俯冲。由于洋内的持续俯冲，在准噶尔形成一系列的增生杂岩，随着沿额尔齐斯带的洋壳消减作用，增生杂岩逐渐拼贴增生到阿勒泰南缘。在这一过程中，俯冲带逐渐消减后撤，准噶尔洋也逐渐衰亡。准噶尔洋的最终关闭可能发生在中晚石炭世，因为从晚石炭—早二叠世，准噶尔开始出现陆相沉积，岩浆作用也表现出造山后特征(图4)。

图4　准噶尔地体增生过程模式图Fig.4　Tectonic model showing the accretion process of the Junggar terrane

在阿勒泰南缘，最近识别出阿拉斯加型镁铁质侵入岩带，形成时代为400～380Ma[15-16]。在阿勒泰南缘还分布了大量400Ma左右具有I型花岗岩地球化学特征的花岗岩[17-21]，同时Nd-Hf同位素显示这些花岗岩在形成过程中有新生地壳成分参与。空间相叠、时代相同的花岗岩和阿拉斯加型镁铁质岩带，构成了阿勒泰南缘晚古生代早期的岩浆弧系统。

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DOI:10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.02.004

* 收稿日期：2015-12-28改回日期：2016-01-26责任编辑：谭桂丽

基金项目:十二五国家三五项目“成矿动力学背景和成矿过程研究”(项目编号：2011BAB06B03-01)。

第一作者简介：潘成泽，1964年生，男，地质矿产高级工程师，从事地质矿产调查研究和科技管理工作。

中图分类号：P597

文献标识码：A

文章编号：2096-1871(2016)02-106-07

Zircon U-Pb ages and Hf-O isotope compositions of the Zhaheba ophiolite in the northern margin of the Junggar terrane and their tectonic implications

PAN Cheng-ze1, QIU Lin1, YE Xian-tao2, DONGYong-guan2

(1.National305ProjectOffice,Urumqi830000,China)(2.NanjingInstituteofGeologyandMineralResources,Nanjing210016,China)

Abstract：The Zhaheba ophiolite, located in the northern margin of Junggar terrane, is part of the Zhaheba-Aerman ophiolitic melange belt. Through U-Pb zircon age and Hf-O composition analysis for two samples from the ophiolitic melange belt, this study obtained a crystallization age of 485±4Ma for cumulate gabbros and an eruptive age of 401±2.5Ma for tuffs. The gabbros are characterized by extreme depletion of Hf isotopic composition with εHf(t) of 13～20 and δ18O peak value of +5.37‰, indicating a mantle-sourced feature. Hf isotope depletion degree of zircons from the tuffs is lower than that from cumulate gabbros, with εHf(t) of 1.4～9.2. All this features suggest that the Zhaheba ophiolite is of typical characteristic of the SSZ type ophiolite, which results from subduction accretion to the front of intra-oceanic arc.

Key words:Zhaheba ophiolite, MORB-type, accretion process, Central Asia Orogenic Belt (CAOB), Junggar terrane.