东准噶尔乌尊塔格辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地质地球化学特征及构造意义

刘阁 杨硕 靳刘圆

摘  要：乌尊塔格辉长岩位于东准噶尔地区卡拉麦里造山带东段，卡拉麦里蛇绿混杂岩带北侧。岩性为辉长岩、石英闪长岩。岩石化学成分显示，辉长岩具高Al2O3（18.87%～14.11%）、CaO（8.64%～12.35%），低碱K2O（0.34%～0.86%）、Na2O（1.68%～3.08%）、P2O5（0.06%～0.20%）和TiO2（0.96%～1.76%）特征。岩石具弱富集大离子亲石元素Rb，K，Sr，Ba，显著亏损Nb，Ta，反映源区为受俯冲流体交代改造的岩石圈地幔。锆石LA-ICP-MS测年结果表明，辉长岩形成年龄为（337±17）Ma（MSWD=2.3，n=6）。结合地质背景认为，乌尊塔格辉长岩形成于俯冲结束之后挤压环境向拉张环境过渡的构造环境。

关键词：东准噶尔;辉长岩;年代学;地球化学

卡拉麦里造山带位于东准噶尔东北缘，NWW向蛇绿混杂岩带断续分布其中。区内广泛出露晚古生代后碰撞岩浆岩[1-6]，大面积分布的晚古生代中酸性侵入岩为研究东准噶尔地区构造演化提供了大量依据，造山带基性侵入体零星出露。本文拟对东准噶尔卡拉麦里造山带乌尊塔格一带辉长岩进行研究，通过对乌尊塔格辉长岩年代学、地球化学研究，探讨岩石成因及构造背景，为研究东准噶尔地区构造演化特征提供新证据。

1  地质背景及岩石学特征

研究区位于准噶盆地东缘卡拉麦里山一带，构造上处于准噶尔弧盆系与准噶尔-吐哈地块交汇处，卡拉麦里深大断裂通过研究区，构成二者分界线（图1-a）。区内出露有著名的卡拉麦里蛇绿混杂岩[7-12]，构成东准噶尔一条重要的缝合带。区内出露地层由老到新为早寒武世老君庙岩群，主要岩性为石英片岩、绿片岩;志留纪地层白山包组主要岩性为一套细碎屑岩沉积夹少量砂砾岩;红柳沟组主要岩性为一套细碎屑岩沉积夹少量火山碎屑岩及熔岩;泥盆纪地层主要为卡拉麦里组，主要岩性为一套细碎屑岩沉积夹少量砂砾岩;江孜尔库都克组主要岩性为一套碎屑岩沉积夹少量火山碎屑岩及熔岩;石炭纪地层主要为巴塔玛依内山组，主要岩性为一套火山熔岩夹火山碎屑岩组合;六棵树组主要岩性为一套细碎屑岩组合夹火山碎屑岩;石钱滩组主要岩性为一套细碎岩岩夹灰岩及泥岩（图1-b）。

乌尊塔格辉长岩分布在卡拉麦里断裂带北部，呈小岩株出露，侵入晚泥盆—早石炭世江孜爾库都克组，被晚石炭世正长花岗岩和早石炭世晚期英云闪长岩侵入（图1-c）。岩体与围岩外接触带发育不同程度角岩化，角岩化带宽50～100 m，内接触带见大量地层捕虏体，岩体不同程度受到捕虏体的混染。捕虏体主要呈棱角-次棱角状，与寄主岩石间界线清晰，捕虏体可见明显暗化的被烘烤特征。与晚石炭世正长花岗岩体接触带附近，岩石绿泥石化、绿帘石化明显较强。受卡拉麦里断裂影响，岩石碎裂岩化发育，节理发育，沿节理缝发育弱绿帘石化、弱钾化等蚀变。

辉长岩  岩石呈深灰绿色，中细粒辉长结构，块状构造。岩石由斜长石、辉石、钛铁矿组成。斜长石呈自形长板状，粒径0.24～1.85 mm，含量64%，具轻度泥化，裂理中分布阳起石，为基性斜长石，斜长石间分布半自形-自形粒状、柱状辉石。辉石粒径0.4～3.2 mm，含量约35%，具阳起石化，有少量残留辉石残晶，少量斜长石之间分布少量有微粒状石英。钛铁矿呈半自形板状，较均匀分布于斜长石、辉石之间。

石英闪长岩  岩石呈浅灰白色，具中细粒不等粒结构，块状构造。岩石由斜长石、石英和暗色矿物组成。斜长石含量57%～78%，呈半自形板状，粒径0.4～2.0 mm，聚片双晶发育，轻度绢云母化、隐晶绿帘石化、绿泥石化;石英含量5%～15%，呈他形粒状，粒径0.3～1.6 mm，波状消光;暗色矿物主要为角闪石，含量13%～35%，呈半自形柱状，粒径0.3～1.3 mm，部分被绿泥石化、阳起石化。个别岩石中有少量普通角闪石、辉石、钾长石等，呈不规则状微裂隙分布，内充填绿帘石，宽约0.1～0.5 mm。

2  锆石U-Pb年龄

乌尊塔格辉长岩中采集1件同位素测年样品， 采样位置为北纬44°35′22″、东经91°9′42″，选取岩性为辉长岩，新鲜并具代表性，采集于岩体近中心。对选取的辉长岩样品做锆石U-Pb定年分析，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同位素分析在中国地质大学（北京）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32 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[13-14]。

乌尊塔格辉长岩选取的锆石为浅黄-无色、透明呈长柱状自形晶体，柱状长宽比为1∶1～2.5∶1，锆石粒径60～120 μm。阴极发光图像上（图2），锆石韵律环带结构清晰，具岩浆成因锆石特征。辉长岩6颗锆石Th含量为1.89×10-6～16.71×10-6，U含量为8.71×10-6～36.60×10-6，样品锆石均具较高的Th/U比值，为0.19～0.55（表1），属典型岩浆成因[15]。辉长岩6颗锆石年龄均落在谐和线上及附近，加权平均206Pb/238U年龄为（337±17）Ma，MSWD=2.3。按最新国际地质年表中最新划分方案，属早石炭世晚期（图3）。

3  岩石地球化学特征

3.1  主量元素地球化学特征

乌尊塔格辉长岩主量、 稀土和微量元素分析结果列于表 2。乌尊塔格辉长岩SiO2值变化于44.99%～48.52%，Al2O3含量14.11%～18.87%，K2O含量为 0.34%～0.86%，Na2O含量21.68%～3.08%，CaO含量8.64%～12.35%，岩石全碱（K2O+Na2O）含量2.02%～3.94%，MgO和TFe2O3含量分别为6.70%～7.66%，11.14%～15.02%。里特曼指数σ为1.36～2.88，小于3.3，Mg#为47.2～54.4，接近但低于原生玄武质岩浆成分（Mg#=65） ，反映了幔源岩浆分异演化的特点。在硅碱图中（图4-a），岩石样品均投在亚碱性系列区域，主要位于辉长岩区，少部分落入橄榄辉长岩区。在Ta/Yb～Th/Yb图解中（图4-b），样品均落入钙碱性系列。

3.2  微量元素地球化学特征

乌尊塔格辉长岩稀土总量∑REE=23.29×10-6～53.91×10-6，LREE为17.00×10-6～39.35×10-6，HREE为6.29×10-6～14.56×10-6，轻重稀土元素LREE/HREE比值为2.70～3.20，（La/Yb）N和（La/Sm）N分别为1.83～2.61和1.03～1.34，（Gd/Yb）N为1.49～1.85，表明轻、重稀土分馏程度相对较强，轻稀土、重稀土内部元素间的分馏程度较弱，呈轻稀土元素LREE略富集、重稀土元素HREE较平坦的右倾型分布模式。δEu具相对明显的正异常（除一个橄榄辉长岩样品的δEu=0.74，其它δEu=1.03～1.10），可能是由于岩体中发生的斜长石堆晶所致（图5-a）。微量元素原始地幔标准化蛛网图上（图5-b），辉长岩岩体的所有样品均具相似的分布型式，大离子亲石元素（LILE） Rb，K，Sr，Ba明显富集，Sr的富集与辉长岩中大量存在斜长石有关，高场强元素（HFSE）Nb，Ta相对亏损，Ti元素相对富集。

4  讨论

4.1  岩石成因

乌尊塔格北辉长岩SiO2含量低，Mg#偏高，接近幔源玄武质原生岩浆镁质范围，可能是部分熔融成因。在La/Sm-La图解中（图6-a），辉长岩类岩石呈直线型正斜率平行部分熔融演化趋势。球粒陨石标准化稀土元素分布曲线图解中，乌尊塔格北辉长岩具E-MORB相似的分布曲线，原始地幔标准化微量元素蜘蛛网图中辉长岩LILE富集，HFSE亏损，其中Nb=0.8～2.2×10-6，均值11.2×10-6，低于N-MORB的2.33×10-6，Ta=0.05～0.10×10-6，均值0.07×10-6，低于N-MORB的0.132×10-6。岩浆运移过程中地壳物质的加入富集LREE和LILE，亏损Ti、Nb和Ta，辉长岩中Ta，Nb含量远小于地壳中两者的含量（Nb=8×10-6，Ta=0.7×10-6）。Lu/Y=0.014×10-6～0.017×10-6，低于大陆地壳的分布范围0.16～0.18[20]，排除了地壳物质加入的可能。

原始地幔和MORB的Nb/La值大于1.0，大陆地壳平均值Nb/La为0.7左右。样品Nb/La值为0.27～0.37，低于大陆地壳平均值，且结晶分异不会导致 Nb/La值降低（Nb比La更不相容），再次说明地壳混染不是主导因素，主要是由于地幔源区受到俯冲流体的交代所致。La/Ba-La/Nb图解中（图6-b），同样指示岩浆源区为俯冲改造的岩石圈地幔[21]。

岩石富集LILE和LREE，亏损Nb，Ta等HFSE，可能是由于源区存在俯冲板块派生的富水流体交代或较弱的地壳混染作用所致。LILE/HFSE比值能很好地反映源区性质，源于软流圈地幔的玄武岩La/Nb<1.5[22]，La/Ta<22[23]，岩石圈地幔来源的玄武岩与之相反。乌尊塔格辉长岩的La/Nb值为2.90～3.56、La/Ta值为41.43～66.00，两者比值分别大于1.5和22。上述特征再次显示了本期岩石富集岩石圈地幔源区特征。综上所述，乌尊塔格辉长岩为来源于俯冲改造的岩石圈地幔的玄武岩发生部分熔融所致。

4.2  构造环境

岩体主要岩石类型为细晶辉长岩，具细晶辉长结构，表明岩浆侵位深度较浅。Mg#指数低于原生岩浆Mg#值范围，表明岩浆经一定程度的部分熔融作用。稀土元素分布模式呈右倾型，富集LREE，微量元素明显富集K，Rb，Sr，Ba等大离子亲石元素，亏损Nb，Ta，Ti，P等高场强元素。放射性生热元素Th，U也显示出一定程度亏损，总体类似于板内玄武岩地球化学特征。在2Nb-Zr/4-Y图解和Zr-Zr/Y图解中（图7-a，7-b），样品具从岛弧玄武岩向板内玄武岩过渡趋势，表明乌尊塔格北辉长岩形成于多种构造体制转折期，可能形成于俯冲结束之后从挤压环境向拉张环境过渡的构造环境。

5  结论

（1）乌尊塔格辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（337±17）Ma，MSWD=2.3，为早石炭世晚期岩浆活动产物。

（2）烏尊塔格辉长岩形成于受俯冲改造的岩石圈地幔的玄武岩发生部分熔融，且上升过程中未受到地壳物质的明显混染。

（3）乌尊塔格辉长岩形成具有岛弧玄武岩向板内玄武岩过渡特征，可能形成于俯冲结束之后从挤压环境向拉张环境过渡的构造环境。

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Abstract： Wuzuntage gabbro rock body lies in the eastern Kalamaili Mountains，East Junggar as well as north of Kalamaili ophiolite belt.The lithology is gabbro and quartz diorite.The gabbro consists mainly gabbro is characterized by its high content of Al2O3（18.87%～14.11% ） and CaO （8.64%～12.35%），low content of alkali （K2O=0.34%～0.86%，Na2O=1.68%～3.08%），P2O5（0.06%～ 0.20%） and TiO2（0.96%～1.76%）.Rock are enriched in LILE（Rb，K，Sr，Ba） and remarkably depleted in Nb，Ta，.The characteristics of petrography and petrochemistry indicate that the source of magma may be modified by subduction metasomatic fluids.LA-ICP-MS U-Pb dating of zircons from the gabbro yielded ages of （337±17） Ma（ MSWD=2.3，n=6）.All of these facts suggested that the Wuzuntage gabbro were probably formed in a tectonic setting of transition from compression to extension.

Key words： Eastern Junngar;Gabbro;Geochronology;Geochemistry