西昆仑苦水海西一带寒武系甜水湖组粗面岩的发现、锆石U-Pb定年及其地质意义

谷 浩，吴 松

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，郑州，450003)

(No.3 Institute of Geological and M ineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003，Henan，China)

西昆仑苦水海西一带寒武系甜水湖组粗面岩的发现、锆石U-Pb定年及其地质意义

谷 浩，吴 松

(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院，郑州，450003)

(No.3 Institute of Geological and M ineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003，Henan，China)

西昆仑苦水海西寒武系甜水湖组内首次发现了粗面岩。通过岩相学、岩石地球化学及锆石U-Pb年代学研究，粗面岩贫钛（Ti2O3：0.11%～0.29%），富钾（K2O：5.16%～8.49%），富碱（ALK：5.45%～8.71%），属于过铝质钾玄岩系列，具有明显的负铕异常。锆石（LA-ICP-MS）U-Pb年龄为534±23 Ma（MSWD=2.0），火山喷发时代为早寒武世。粗面岩构造环境为伸展拉张机制下的陆内裂谷，显示羌塘陆块在～534 Ma已经从Rodinia超大陆裂解出来，并形成了初始洋盆。

西昆仑；甜水湖组；粗面岩；锆石U-Pb定年

1993年，新疆区域地质志将叶尔羌河上游支流阿克塔河南部产三叶虫化石Pagodia？Kunlunensis的黑色灰岩划为上寒武统。甜水湖组是从原长城系甜水海岩群中新解体出的一套浅变质碎屑岩组合，因生物屑灰岩内含海百合茎化石，认为其不属于前寒武纪地层，其变质变形程度强于奥陶纪冬瓜山群，将其归为寒武纪[1]。本次在西昆仑苦水海西首次填绘出了一套碎屑岩夹火山岩建造，火山岩主要为粗面岩，定为甜水湖组，通过粗面岩的岩石地球化学和锆石U-Pb同位素年龄研究，提高了对寒武纪时期的构造环境的认识，并提供了年代学证据，对恢复西昆仑地区的地质演化具有重要意义。

1 区域地质背景

研究区位于西昆仑苦水海西，隶属新疆和田皮山县。区域上以苦水海断裂为界，北为巴颜喀拉中生代浊积盆地褶断带，南为北羌塘陆块[2]；北羌塘陆块又以岔路口断裂为界，北为甜水海微陆块，南为神仙湾晚古生代裂陷盆地（图1）。甜水湖组位于甜水海微陆块内，呈北西西向分布。

研究区内甜水湖组为一套碎屑岩夹火山岩建造，岩性主要为细粒-中粒长石石英砂岩、砂砾岩、（杏仁状）粗面岩等；在研究区东约40 km甜水海湖东侧为一套碎屑岩沉积，岩性为灰色泥质粉砂质板岩、细-中粒岩屑长石砂岩、褐黄色岩屑中-粗砂岩、砂砾岩；在研究区西侧平达坂北为一套碎屑岩夹火山岩地层，岩性为灰-绿色细-中粒长石石英砂岩、流纹质含砾晶屑凝灰岩和熔结凝灰岩；在研究区西约60 km阿克塔河南为一套碳酸盐沉积，岩性为鲕粒灰岩、灰岩[3]。

2 甜水湖组粗面岩

2.1 粗面岩的发现

在苦水海西5272高地测得甜水湖组剖面（图2），其与北侧甜水海岩群、南侧温泉沟群均断层接触。

图1 研究区寒武系甜水湖组区域分布特征示意图Fig.1 Distribution characteristics ofCambrian Tianshui Lake Formation in studyarea1.第四系；2.下志留统温泉沟组；3.寒武系甜水湖组；4.长城系甜水海岩群；5.粗面岩；6.岩石全分析样品；7.锆石U-Pb年龄样品及年龄；8.剖面位置；9.断层及倾向；10.地质界线；Ⅰ-昆南地块；Ⅱ-巴颜喀拉中生代浊积盆地褶断带；Ⅲ-北羌塘陆块；Ⅲ1-甜水海微陆块；Ⅲ2-神仙湾晚古生代裂陷带；Ⅳ-南羌塘陆块；①-康西瓦断裂；②苦水海断裂；③岔路口断裂

图2 新疆和田县5272高地寒武系甜水湖组实测剖面图Fig.2 The measured profile ofCambrian Tianshui Lake Formation at altitude 5272 m highland in Hetian county,Xinjiangprovince

研究区甜水湖组可见2层粗面岩，中间夹细粒-中细粒长石石英砂岩，局部含砾，砾石成分复杂，大小0.5～1.5 cm，水平层理发育，粗面岩与砂岩为平行整合接触关系。第一层粗面岩主要显示硅化或绢英岩化，其下部粗面岩内多含外来碎屑角砾（图3a），角砾不规则状和次棱角状，成分主要为粉砂岩；第二层粗面岩主要为硅化杏仁状粗面岩（图3b）。

2.2 岩石学特征

粗面岩呈深灰色、黄绿色和灰白色，多残余斑状结构、块状构造、杏仁状构造（图3c，3d），基质具粗面结构。斑晶（15%～25%）：主要为长石，呈自形-半自形板状，粒径0.2×0.2㎜2～0.5×2.0㎜2，部分被石英和绢云母交代呈假象，可见较多正长石残留，具卡式双晶，其次为少量石英斑晶，全部粒化重结晶，由多颗粒石英组成。基质（50%～80%）：主要为正长石，呈显微板条状，粒径一般小于0.02×0.05㎜2，定向排列，少部分被绿泥石、石英交代，其次为褐铁矿（5%～15%），呈自形假象。有时含杏仁（20%～30%）：呈椭圆形、透镜体状，长轴直径0.2～10㎜，定向排列，充填物是石英和白云母，以石英为主。

2.3 岩石地球化学特征

2.3.1 样品采集与分析

在苦水海西5272高地甜水湖组粗面岩内共采集4件岩石全分析样品，样品均为新鲜、无污染，但由于该地区粗面岩均不同程度遭受热液蚀变作用及硅质杏仁体未能有效的剔除，导致分析数据与标准粗面岩差异较大。样品制样和测试单位为国土资源部河南省岩石矿物测试中心，主量元素主要采用全谱直读等离子体发射光谱（IRIS-Intrepid）分析，分析相对误差＜1%；微量元素和稀土元素多采用等离子质谱（XSERIES2）分析，Sr、Zr、Ba采用射线荧光光谱（ZSX100eX）分析，其相对标准偏差小于5%。

2.3.2 样品分析结果

岩石全分析样品分析结果如表1所示，主量元素、稀土元素及微量元素特征如下。

图3 甜水湖组粗面岩露头及镜下照片Fig.3 Han specimen(a,b)and microphotography(c,d)of Tianshuihu Formation trachytea.粗面岩内碎屑特征；b.粗面岩内杏仁状构造；c.粗面岩镜下斑状构造；d.粗面岩镜下杏仁状构造

（1）主量元素

粗面岩SiO2含量71.44%～79.60%，由于粗面岩硅化、绢英岩化较强及硅质杏仁体等，均可能导致SiO2含量较高；贫钛（Ti2O3：0.11%～0.29%）、钠（Na2O:0.15%～0.48%）、铁（FeOT：0.81%～1.80%），富钾（K2O：5.16%～8.49%），富碱（ALK：5.45%～8.71%）。粗面岩钙铝指数A/CNK=1.02～1.66，属于铝饱和岩石；ALK含量在5.45～8.71之间，根据A. R-SiO2图解（图4），粗面岩属于碱性系列，在SiO2-K2O图解（图5）中，样点主要落入钾玄岩系列。因此，甜水湖组粗面岩应属于过铝质钾玄岩系列火山岩。

（2）微量元素特征

由微量元素原始地幔标准化模式图（图6）可以看出：曲线形式显示峰谷迭起的样式，其中大离子亲石元素除Sr相对亏损外均显富集，高场强元素Ce、Zr、Hf明显富集，P、Ti、Nb、Ta明显亏损；Y、Yb含量接近于洋壳的平均值。

（3）稀土元素特征

图4 A.R-SiO2图解Fig.4 A.R-SiO2diagram

粗面岩稀土元素总量124.90×10-6～292.34× 10-6，轻重稀土之比值LREE/HREE为7.01～11.08之间，（La/Yb）N=6.08～12.96，说明轻稀土有较强的富集，稀土分馏明显。δEu=0.53～0.89，平均值0.7，为中等负铕异常。稀土元素配分曲线（图7）显示左高右低形态特征，与钾玄岩系列岩石稀土元素配分曲线像似。

表1 寒武系甜水湖组粗面岩化学元素含量特征表Table 1 Element coposition in the trachyte rocks of the Cambrian Tangshuihu Formation

图5 火山岩SiO2-K2O图解Fig.5 Schematic diagram ofSiO2-K2O in volcanic rocks

图6 粗面岩微量元素原始地幔标准化模式图[3]Fig.6 Primitive mantle normalized trace elements pattern of trachyte in Tianshuihu Formation

3 粗面岩年代学研究

3.1 样品采集与测试

甜水湖组粗面岩锆石U-Pb测年样品（D1506-TW1）采集自苦水海西5272高地附近甜水湖组剖面上第4层粗面岩内，锆石相对蚀变较弱，外来碎屑成分较少，采样位置见图1。锆石的单矿物分选按常规方法在河北省廊坊区调研究所实验室进行。锆石分选后，在天津地质矿产研究所同位素实验室将分选的锆石颗粒进行锆石挑选、制片、照相及U-Pb同位素分析。在测年之前进行了反射光、透射光和阴极发光照相（CL），选取自形好、裂隙少、光滑平整及环带清晰的锆石，并选择合适的测年晶域进行测年。根据GHJZ 0014-2009标准，采用ThermoFisher公司制造的Neptune激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪（LA-MC-ICP-MS）进行微区原位锆石U-Pb同位素测定，激光波长193 nm，脉冲宽度5 ns，激光剥蚀的斑束直径为25μm。详细分析方法及仪器参数见李怀坤等[6]。采用中国地质大学刘勇胜博士研发的ICPM SDataCa程序进行数据处理，同位素比值误差为1σ，年龄值选206Pb/238U年龄。

图7 粗面岩稀土元素球粒陨石标准化分配模式图[4]Fig.7 Chondrite-normalized rare earth elements pattern oftrachyte in Tianshuihu Formation

3.2 测试结果

本次研究样品共测定了25颗锆石，其CL图像显示（图8）大部分锆石自行程度较好，粒径100～200 μm，延长比多在2∶1～3∶1之间，内生环带窄而较为清晰，个别可见扇形环带，指示了其岩浆锆石的特征。25粒锆石的测试结果显示（表2）：Pb含量变化在31×10-6～97×10-6之间，U变化在371×10-6～1093×10-6之间，Pb和U之间具有正相关关系；Th/U值在0.435～0.966之间，Th与U之间呈正相关关系，具有岩浆岩成因特征[7]。206Pb/238U年龄自晚太古代至早古生代均存在，变化较大。10号点2834 Ma，为晚太古代，属于继承性锆石，说明北羌塘地区可能存在太古代时期的结晶基底；12号点921 Ma，18号点831 Ma，22号点778 Ma，3个点测年位置均为晶核和环带交界部位，可能为捕获的新元古代围岩的锆石；7号点600 Ma，23号点586 Ma，前两者打在了暗色蚀变带上，为在早期继承性锆石；24号点637 Ma，显示后期锆石捕获早期锆石而生长，而打点位置为捕获锆石，因而打点失误，年龄不可用。剩余17个测年点均显示较好的环带特征，打点位置均在环带上，206Pb/238U年龄变化在473～508 Ma之间，显示较好的集群特征，一致线与不一致线的上交点年龄为534±23 Ma（MSWD=2.0，n=17）（图 9），模式年龄值为491.35±5.3 Ma（图9），考虑铅丢失原因，534±23 Ma更能代表粗面岩形成年龄。

4 讨论

4.1 粗面岩形成的构造环境

图8 粗面岩中锆石阴极发光照片特征图8 Cathodoluminescence images ofzircons in trachyte of Tianshuihu Formation

表2 苦水海西甜水湖组粗面岩锆石U-Pb同位素分析结果表Table 1 Zircon U-Pb isotopic analysis results of trachyte for Tianshuihu Formation in W estern Kushuihai area

研究区粗面岩稀土含量较高，轻重稀土比值7.01～11.08，显示轻稀土富集，稀土元素分馏程度较高。粗面岩负铕异常明显，可能原因为斜长石结晶保存在残余固相；(Ce/Yb)N比值在4.49～7.98之间，平均值为5.98，说明粗面岩结晶分异程度较高；微量元素特征显示富集大离子亲石元素和轻稀土元素，而高场强元素则选择性富集，如：Ce、Zr、Hf、Sm、Yb、Y富集，Nb、Ta、Ti亏损，与Pearce[8]不同构造环境花岗岩蜘蛛网图中的板内花岗岩（减薄的大陆岩石圈）特征一致。一般认为：随压力增加，岩浆中Sr增加，Yb降低；源区贫K则岩浆贫Yb，源区富K则岩浆富Yb[9]。研究区粗面岩贫Sr富Yb,可能环境为低压环境，源区可能富钾。

研究区内粗面岩属于钾玄岩系列[10]，钾玄质岩浆的活动常常与软流圈地幔上涌和岩石圈伸展-减薄作用相联系[11]。粗面岩为富碱、铝、硅而贫钙、镁、铁的长英质岩浆，负铕异常明显，为低压型粗面岩[12]，其构造环境为拉张环境。在Th/Hf-Ta/Hf判别图解中（图10），粗面岩样品投点主要落在了大陆拉张带或初始裂谷区。

在平衡部分熔融作用和分离结晶作用图解（图11）中，粗面岩显示为平衡部分熔融特征。甜水湖组粗面岩并不是单一的同源岩浆演化，必定受到外来物质的混染作用，可能为玄武质岩浆上侵分离结晶过程中部分熔融地壳物质导致粗面岩中高场强元素的富集与亏损不一，即富水条件下的熔融增大硅酸盐矿物的部分熔融的程度，对副矿物的熔融没有明显的影响，使大离子亲石元素倾向于进入熔浆，而高场强元素倾向于残留在残余固相中（如Nb、Ta、Ti主要与副矿物有关，而副矿物是较难熔融的）。因此粗面岩在演化时期应为富水的环境-即小洋盆环境。

图9 粗面岩锆石U-Pb年龄不一致线图Fig.9 Magmatic zircon U-Pb concordia diagram of trachyte in Tianshuihu Formation

图10 玄武岩大地构造环境的Th/Hf-Ta/Hf判别图Fig.10 Th/Hf-Ta/Hfplot of trachyte in Tianshuihu Formation

综合以上分析，武系甜水湖组粗面岩构造环境应偏向于大陆裂谷，并且该裂谷可能已经拉张到形成初始洋盆的程度。

4.2 粗面岩喷发时代及地质意义

图11 平衡部分熔融作用和分离结晶作用图解Fig.11 Schematic diagram ofequilibrium partial meltingand separation crystallization

相关研究表明，西昆仑地区在Rodinia超大陆形成以后，于南华纪-震旦纪时期进入了又一次的裂解，并在早寒武世-早奥陶世裂解达到鼎盛，形成了复杂的、弥散性的、多级别的小陆块-小洋盆[13]。但是这些微陆块、裂谷、小洋盆的发展是不均一的，一部分表现为俯冲-碰撞，例如，昆中微地块内寒武纪俯冲型的花岗岩和东昆仑寒武系纳赤台群岛弧-弧前盆地碎屑岩夹岛弧火山岩沉积均证实了寒武纪时期的西昆仑地区发生了俯冲消减；另一部分则表现为继续伸展裂解，例如，西昆仑库地-其曼于特寒武纪-奥陶纪末期小洋盆内发育库地蛇绿岩（512～503 Ma[14]；494.28～500.30 Ma[15]）和其曼于特基性-超基性杂岩（526 Ma[16]），为早期区域伸展裂解作用形成的产物[17]。

研究区粗面岩锆石U-Pb测年结果为534±23 Ma，代表该粗面岩的喷发时间，记录西昆仑地区在～534 Ma裂解事件。王炬川等[18]的研究表明了，在晚震旦世－中寒武世，羌塘陆块从Rodinia超大陆中裂解出来，成为一个独立的微陆块，并在康西瓦-苏巴什一带形成了原特提斯小洋盆，该洋盆一直延续到中二叠世才完全闭合。因此可以认为，在534 Ma前后羌塘陆块已经从Rodinia超大陆裂解出来，二者之间可能已经发育初具规模的原特提斯小洋盆。

5 结论

（1）甜水湖组粗面岩贫钛（Ti2O3：0.11%～0.29%），富钾（K2O：5.16%～8.49%），富碱（ALK：5.45%～8.71%），属于过铝质钾玄岩系列；稀土元素和微量元素分析结果表明粗面岩岩石成因为玄武质岩浆分离结晶过程中平衡部分熔融作用形成。

（2）甜水湖组粗面岩锆石（LA-ICP-MS）U-Pb谐和年龄为534±23 Ma，说明火山岩喷发时间为早寒武世。

（3）甜水湖组粗面岩岩石地球化学特征具有明显的负铕异常，轻稀土富集明显，具有邓晋福等所划分的低压型粗面岩特征，构造环境为伸展拉张机制下的陆内裂谷，显示羌塘陆块在534 Ma前后已经从Rodinia超大陆裂解出来，并形成了初始洋盆。

本文初稿承蒙河南省地矿三院总工程师杨泽强、副总工程师李法岭和何孝良三位教授级高工的审阅，并提出宝贵意见，在此表示由衷感谢。

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GUHao,WUSong

In the Western Kunlun Mountain,the Trachyte in Cambrian Tianshuihu Formation has been firstly found.Through the research of petrography,geochemistry and zircon U-Pb dating,and the results show that:the Trachyte belongs to Peraluminous basalt,which has the characteristics for that:poor in REE and Ti,rich in K and ALK(K2O=5.16～8.49 wt%;ALK=5.45～8.71 wt%.Otherwise,the zircon U-Pb ages of Trachyte age is 534±23 Ma(MSWD=2.0),and indicated that the Tianshuihu Formation formed in later Cambrian.In combination with the regional geological resourches,we think that the Tianshuihu Formation is the product of intraplate extension,and also reflects a magmatic event,which for that Tianshuihu micro-plate split out from Rodinia supercontinent at～534 Ma.

Tianshuihu Formation;Trachyte;zircon U-Pb ages;western Kunlun mountain

P534.41；P597+.3

A

11007-3701（2017）01-025-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.01.003

Gu H and W u S.The discovery of Trachyte from Cambrian Tianshuihu Form ation in western Kushuihai area,western Kunlun M ountain:its zircon U-Pb dating and geology significance.Geology and M ineral Resources of South China,2017,33(1):25-33.

2017-2-15；

2017-3-29.

中国地质调查局国土资源大调查项目"新疆1︰5万克孜勒吉勒干幅（I44E003005、I44E003006、I44E004004、I44E004005、I44E004006）等五幅区域地质调查"（编号：1212011120534、121201120628）.

谷浩（1982—），男，工程师，资源勘查专业，从事区域地质调查工作,E-mail：879861310@qq.com.