新疆东天山雅满苏东大沟洋壳残片地质特征及年代学讨论

2016-09-16刘崴国张建东赵恒乐

西部探矿工程 2016年6期

关键词：东天山大沟蛇绿岩

刘崴国，张建东，赵恒乐

（新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，新疆乌鲁木齐830013）

新疆东天山雅满苏东大沟洋壳残片地质特征及年代学讨论

刘崴国*，张建东，赵恒乐

（新疆地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队，新疆乌鲁木齐830013）

雅满苏东大沟洋壳残片位于康古尔缝合带内，由枕状基性熔岩、辉绿岩、闪长岩、深海沉积物组成。各组成单元呈构造岩片形式就位于下石炭统雅满苏组内。玄武岩具有洋中脊玄武岩特点，硅质岩岩石地球化学特征具有洋中脊或开阔大洋环境，其中放射虫时代主要为志留纪，可能代表了康古尔洋主体形成时代。本次新获得330Ma锆石SHRIMP U-Pb年龄，可能是该洋盆演化末期的年龄值。

雅满苏；洋壳残片；放射虫；SHRIMP U-Pb

东天山位于哈萨克斯坦—准噶尔板块与塔里木板块的结合部位，西起小热泉子，东至甘新交界，面积约6×104km2。在长期的演化过程中，东天山经历了极其复杂的开合构造。康古尔断裂是东天山地区一条醒目的深大断裂带，它的西端在托克逊之南归并于博罗霍洛断裂带，向东经恰特卡尔塔格—康古尔塔格—赤湖—香山—梧桐窝子泉—镜儿泉，经甘肃进入蒙古境内，全长约700km。目前对康古尔构造带属性的研究还存在明显不同的认识，有研究表明，康古尔断裂是塔里木板块与哈萨克斯坦—准噶尔板块的缝合线［1］，持此类观点的学者还根据沿该断裂带分布的泥盆纪、石炭纪和二叠纪地层、沉积建造和岩相的对称分布、基性—超基性岩和蛇绿岩套、花岗质岩和斑岩的对称分布，古生物地理区系，古地磁、地球物理及地球化学，韧性变形变质带和遥感影像等证明康古尔—黄山一带为俯冲对接碰撞带［2］，而有学者则认为以那拉提—红柳河断裂带作为塔里木板块与哈萨克斯坦—准噶尔板块的缝合线［3］，康古尔断裂只是地体的一条深断裂，而不是板块俯冲带［4］，最主要的一条理由是黄山地区及新近发现的镜儿泉地区出露的镁铁超镁铁杂岩体是典型的岩浆侵入体，不是俯冲带的标志物——蛇绿岩套。本文重点介绍康古尔构造带内雅满苏东大沟洋壳残片岩石地球化学特征和锆石SHRIMP U-Pb测年结果，为讨论东天山康古尔构造带增生造山作用提供一些基础资料。

1　地质背景

雅满苏东大沟位于东天山哈密市南直线距离约80km的山口火山站西南部的山南一带。1∶20万区调将该区地质体划为中上石炭统。由于普遍发育基性熔岩，后来的地质工作根据岩性对比，将其统统归入上石炭统梧桐窝子组。2011年通过1∶25万填图，发现山口火山站西南的出露灰绿色枕状玄武岩、灰绿色辉绿岩、闪长岩、紫红色含放射虫硅质岩和灰色薄层状复理石，野外宏观面貌较为特殊，与围岩呈断层接触关系，虽经历了后期区域性构造剪切变形作用，但仍然不失其为断块产出的本质，且无法判断其原始层理。因此，笔者认为该套地质体与岩石地层定义有明显区别，应将其单独划出。相关文献将这一组合称为雅满苏东大沟洋壳残片［ 55］、梧桐窝子残余洋壳［ 66］、觉罗塔格准蛇绿岩带［ 77］、康古尔蛇绿岩［ 88］。本次工作认为，该套岩石组合在雅满苏东大沟出露最多，地名也较为明确，因此赞同其为雅满苏东大沟洋壳残片的称谓。通过路线调查和剖面测制，进一步明确了其分布范围和空间展布特征，并进行了岩石学、岩石地球化学特征的研究，同时利用碎屑锆石SHRIMP U-Pb测年，获得了高精度的测年数据，为约束其形成时代提供依据。

2　剖面描述

雅满苏东大沟洋壳残片构造就位于石炭纪苦水混杂岩内，出露面积约15km2，大致呈近东西向透镜状展布，本次调查主要由PMⅡ83～87层（图1）控制，下洋壳仅见闪长岩及辉绿岩，主要为上洋壳成分，为枕状玄武岩、含放射虫硅质岩。据野外实地观察，该套岩石组合发育密集劈理，产状多近于直立。玄武岩与硅质岩接触界线多处较为平直，局部地段为弯曲状，其中玄武岩经风化后地势低缓，硅质岩则形成正地形，沿东大沟可以观察到典型的“网结状”构造，岩块为质地坚硬的硅质岩，大小在（3～5m）×（1～2m），“网眼”为劈理化玄武岩。剖面上，玄武岩呈断块或透镜体形态产出，发育枕状构造，且已绿泥石化、绿帘石化，就位于钠化火山尘凝灰岩（82层）与凝灰质板岩（88层）之中。闪长玢岩、辉绿岩呈岩墙形态产出，实地观察，此类中基性岩墙相对新鲜，受物理风化作用影响，岩石表面较为光滑，与上述玄武岩、硅质岩组合形成鲜明对比。

图1　雅满苏东大沟洋壳残片剖面图（Ⅱ号实测剖面83-87层）

3　岩石地球化学特征

3.1常量元素特征

通过笔者研究，雅满苏东大沟洋壳残片中辉长质杂岩主要为辉长岩，常量元素分析后，得出里特曼指数σ大于3.3（3.49），属碱性岩系，且Na2O大于K2O，为钠质岩系（大西洋型）。具有镁铁质堆积岩的特点，起源于岩浆分离结晶作用。镁铁质火山岩与辉长质杂岩比，具有高的Fe2O3和FeO含量，FeO#均值为10.29%，甚至大于辉长质杂岩值（FeO#=9.63%），经过图解判别，大多数样品具有拉斑玄武岩的特征［ 99］。本区放射虫硅质岩A12O3/（A12O3+Fe2O3）平均值为0.2444，明显地低于大洋盆地和大陆边缘硅质岩，而与洋中脊（＜0.40）硅质岩相当。MnO（wt%）/TiO2（wt%）比值是判断硅质岩沉积环境的重要指标，本区硅质岩MnO/TiO2平均值为3.16。因此，本区放射虫硅质岩样品的形成环境均与洋中脊或开阔大洋有密切关系。

3.2稀土、微量元素特征

雅满苏东大沟洋壳残片稀土元素经球粒陨石标准化后，曲线为略微右倾平坦型（图略），（Ce/Yb）N值为1.20，表明轻稀土富集，重稀土亏损，反映了配分曲线与异常的或富集的（E-型或P-型）洋中脊玄武岩特征。镁铁质火山岩稀土总量略高于辉长质杂岩。10件样品曲线形态基本一致，其稀土元素配分曲线都为轻稀土略微富集近于平坦型，总体而言，镁铁质火山岩稀土元素曲线形态与辉长质杂岩稀土元素曲线形态相似，反映出二者内在有着密切的关系。与玄武岩类似，海洋盆地中不同位置沉积的硅质岩，在化学成分方面也有比较明显的区别。有学者根据对美洲西海岸中生代硅质岩及其伴生的页岩、洋底钻探资料的研究，把硅质岩及其伴生沉积岩的海洋沉积环境分成3种类型：洋脊附近、洋底和陆缘，并总结出不同类型沉积环境形成的硅质岩在稀土元素总量、Ce异常等方面有明显的差别，洋中脊附近地区Ce异常最明显，陆缘岩石基本没有Ce异常，洋底介于二者之间；并发现与主元素和微量元素不同，这些岩石中的稀土元素组成基本不受后期事件的影响，因此可以据其判断形成时的古地理位置。由东大沟4件样品的分析结果可知，δCe值在0.38～0.89之间，且Ce/Ce*值为0.37～0.92，都显示出不同程度的Ce负异常，也反映出硅质岩的沉积坏境可能是洋底；结合其中含有比较多的放射虫化石，未见陆缘碎屑，硅质含量比较高，它们所形成的洋盆应该是颇具规模的。

笔者还研究了雅满苏东大沟洋壳残片镁铁质火山岩、辉长质杂岩微量元素原始地幔标准化曲线，曲线总体趋势是从左到右元素含量逐渐降低。大离子亲石元素Ba、Sr以及部分高场强元素如Ta、U形成峰值，个别样品Rb、K、Zr呈明显的负峰值，致使曲线波动幅度较大，从P元素开始往后，曲线近于平坦。

4　年代学研究

4.1已有年代学信息

关于雅满苏东大沟洋壳残片的年代学研究，李锦轶等人从研究硅质岩中的放射虫入手，在东大沟采集的样品分别送往北京大学和中国科学院，前者由地科院微体古生物实验室分离，北京大学刘建波鉴定，放射虫属于Stylosphaera科，难以进一步区分种属，主要发育在志留纪晚期到石炭纪初期，以泥盆纪发育最多；后者经李洪生鉴定，形成于志留纪。在康古尔塔格采集到的放射虫经中科院李洪生鉴定认为形成于寒武纪［5］。据此，曹福根、董富荣等人提出康古尔洋的演化从寒武纪一直到石炭纪，泥盆纪最为壮大［9］；陈富文对雅满苏东大沟基性岩石进行Ar-Ar测年，获得330Ma的年龄值，为早石炭世晚期［7］。从东大沟沿康古尔构造带向西，在鄯善县康古尔塔格一带，李文铅通过对东天山康古尔塔格蛇绿岩中的辉长岩的SHRIMP锆石U-Pb年龄测定，得出康古尔塔格蛇绿岩形成于晚寒武世—早奥陶世（494Ma±10Ma）［10］，与李锦轶等人在康古尔塔格获得的放射虫时代相近，都表明表明东天山康古尔塔格地区在早古生代发育有古洋盆，而东部的雅满苏东大沟洋壳残片可能由于受到更为强烈的变质变形事件的改造，给放射虫的分离鉴定工作带来很大困难，也对Ar-Ar同位素测年精度带来极大影响，这可能也是东大沟洋壳残片年龄信息相差较大的主要原因。2011年笔者在进行1∶25万区域地质调查时获得东大沟碎屑锆石SHRIMP U-Pb年龄值，本文报道这一测年结果，并就相关问题进行初步探讨。

4.2本次样品采集情况及特征

本次所研究的碎屑岩为构造整合于枕状玄武岩—硅质岩组合之上的中粒长石岩屑砂岩，野外产状形成宽缓的向形构造，具中—薄层状构造，劈理、层理发育。样品采集点地理坐标为东经94°05′30″，北纬42°00′50″。该砂岩中碎屑含量约90%，填隙物含量约10%。碎屑由长石、石英和岩屑组成，分选好，粒径为0.5～0.25mm的中砂。磨圆度中等，呈次棱角状—次圆状。长石为斜长石，双晶不发育，轻微绢云母化、碳酸盐化。石英为单晶石英，具波状消光，表面新鲜干净。岩屑成分主要为隐晶状长英质、隐晶帘石集合体。岩石属于颗粒支撑、孔隙式胶结。上述碎屑分选及磨圆都较差的特征，表明该碎屑岩只经历了短距离的搬运，属于近源快速沉积。

4.3锆石SHRIMP U-Pb测年结果

笔者还对雅满苏东大沟洋壳残片进行了锆石SHRIMP U-Pb测年，通过研究锆石CL图像，锆石大部分呈短柱状，少数为长柱状。上述碎屑分选及磨圆都较差的特征，表明碎屑物历了短距离的搬运，属于近源快速沉积。且锆石的岩浆结晶环带多数比较清楚，说明碎屑锆石大部分来源于岩浆岩区。获得的年龄为（323～416）Ma，其主体为（328～331）Ma。最小年龄值（323Ma±3.3Ma）的锆石具有一定程度磨圆，受热事件影响，边部和核部发生轻微残蚀，岩浆环带变得模糊，但仍然可以辨认，该值表明碎屑岩不老于早石炭世晚期或晚石炭世早期，结合锆石的矿物学特征、CL图像特点以及东天山区域地质资料，笔者认为这套碎屑岩是晚石炭世沉积的。年龄值最大为416.3Ma±5.1Ma，锆石呈长柱状，残蚀破损严重，核、幔、边结构已难以识别，本次点打在锆石边部，依稀显示岩浆环带，可能代表研究区及其邻区416Ma左右的一次岩浆事件，与东大沟放射虫时代一致。

5　大地构造意义

已有学者对康古尔构造带内蛇绿岩、蛇绿混杂岩的大地构造环境进行研究。曹荣龙研究认为觉罗塔格准蛇绿岩（本文称为雅满苏东大沟洋壳残片）玄武岩主要为大洋拉斑玄武岩，反映洋盆的成因性质，形成于洋中脊演化早期的弧后盆地环境［7］，并且与基性熔岩共生的硅质岩含较多的放射虫，未见陆源碎屑，硅质含量较高，因此它们形成洋盆是颇具规模的［5］。本文雅满苏东大沟洋壳残片岩石化学、地球化学特征均表明，雅满苏东大沟洋壳残片可能形成于规模颇大的洋中脊或开阔大洋环境。利用Pearce（1980）提出的Ti-Zr图解对东大沟洋壳残片玄武岩进行构造环境判别，结果全部落入洋中脊玄武岩区域，在Zr/YZr图解中绝大多数样品也落入洋中脊火山岩（MORB）区，个别样品落在洋中脊玄武岩边界线上。结合其他特征认为区内镁铁质火山杂岩可能形成于洋脊环境。

库姆塔格沙垄东侧二长花岗岩具有后造山花岗岩类的特征［11］，该岩体293Ma的锆石SHRIMP U-Pb年龄，标志着康古尔地区沟—弧—盆体系演化进入到了后造山阶段。本次调查在哈密大南湖乡西南部的上二叠统库莱组中采集到大量植物化石，该套地层不整合于海陆交互相的下二叠统阿尔巴萨依组之上，表明包括雅满苏东大沟在内的东天山地区，在晚二叠世以前已经完成了洋陆转换，结束了沟—弧—盆格局。因此，本次获得的330Ma±4Ma的碎屑锆石SHRIMP U-Pb年龄，可能代表了雅满苏东大沟洋壳残片代表的有限洋盆演化的末期阶段。而东大沟放射虫给出的年龄鉴定结果（志留纪）以及康古尔塔格放射虫给出的年龄鉴定结果（寒武纪）、锆石SHRIMP U-Pb年龄（494Ma）［10］可能代表了洋盆形成的主体年龄，这与东准噶尔扎河坝蛇绿岩的形成时代（498.8Ma±3Ma）［12］、兔子泉蛇绿岩形成时代（503Ma±7Ma）［13］都属于早古生代，表明康古尔塔格地区和东准噶尔一样存在早古生代洋壳。此外，还有研究表明，康古尔塔格蛇绿岩的εNd（t）-t演化与新疆北部东准噶尔蛇绿岩相似，具有有类似的Sr同位素组成的源区，而与天山及塔里木北缘大陆地壳岩石的演化范围完全不同［14］，表明康古尔塔格断裂以北地区与准噶尔板块具有密切的亲缘性。

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