准噶尔北部科克森套蛇绿岩中辉长岩年代学、岩石化学特征及地质意义

滕宇翔 薛晓峰 穆利修 朱志新 夏静福

摘  要：新疆西准噶尔北部科克森套蛇绿岩由辉长岩、辉橄岩、橄辉岩、辉石岩、蛇纹岩、玄武岩、硅质岩、含放射虫硅质板岩及片岩、片麻岩组成。辉长岩化学特征表现为富Al2O3、CaO、MgO，贫K2O、TiO2特点，与岛弧玄武岩相似。稀土元素与E-MORB特征基本一致，反映岩浆来源于富集地幔。微量元素具大离子亲石元素Rb，Th，K，Sr相对富集，高场强元素Nb，Ta，Ti相对亏损特征，显示与俯冲带流体交代有关。辉长岩锆石年龄（405±4） Ma，代表洋壳形成年代。在构造环境上，科克森套蛇绿混杂岩显示富集洋脊玄武岩特征，形成于岛弧环境，与岛弧消减带扩张环境相一致，因此，科克森套蛇绿混杂岩应形成于早泥盆世。从时间、空间分布及构造环境上，科克森套蛇绿岩与库尔提蛇绿岩、沙尔布拉克蛇绿岩及布尔根蛇绿岩具相似性，为早泥盆世古亚洲洋在准噶尔北缘向西伯利亚板块俯冲所形成的沟-弧-盆体系下的弧后系统，与相邻哈萨克斯坦斋桑蛇绿岩带、蒙古比基蛇绿岩带共同构成西伯利亚与准噶尔板块间的缝合带。

关键词：科克森套;辉长岩;岩石化学;锆石U-Pb测年

科克森套蛇绿混杂岩位于额尔齐斯断裂带南界，该断裂带是蒙古-阿勒泰地体与准噶尔-哈萨克斯坦地体的界线，呈NW向延伸，向西北延伸到哈萨克斯坦境内额尔齐斯断裂，向东延伸至蒙古国境内的布尔干断裂。沿该断裂带分布有大量蛇绿混杂岩[1-3]，自西向东为科克森套、吐库尔班套、沙尔布拉克、玛因鄂博、布尔根蛇绿岩[4-9]。准噶尔北缘及阿尔泰南缘构成一条范围较广的蛇绿岩带——斋桑-额尔齐斯蛇绿混杂岩带，与塔城北-阿尔曼太蛇绿混杂岩带、卡拉麦里蛇绿混杂岩带由北向南依次分布，为东准噶尔地体的3大蛇绿岩带。蛇绿混杂岩的出现常被视为板块间缝合带的标志，因此，斋桑-额尔齐斯蛇绿岩带被视为西伯利亚板块与准噶尔板块之间的缝合带（或阿勒泰弧和准噶尔地体之间的缝合带），其构造演化与古亚洲洋板块演化及中亚造山带的形成密切相关[10]。前人对科克森套蛇绿岩的认识分歧较大，有研究者认为科克森套蛇绿岩带中未见席状岩墙群、海相玄武岩和深海沉积物等典型蛇绿岩结构[11]。王玉往认为科克森套蛇绿岩形成于晚泥盆世洋中脊环境[12];倪康认为科克森套蛇绿岩形成于早石炭世[4];王若梅认为科克森套蛇绿岩形成于晚泥盆世弧后盆地环境[13]。通过对科克森套蛇绿岩及岩石学、岩石地球化学、同位素年代学相关研究，进一步对科克森套蛇绿岩形成时期区域大地构造演化进行讨论。

1  辉长岩地质特征及岩石特征

科克森套蛇绿混杂岩带出露于查尔斯克-乔夏哈拉缝合带一线（图1），呈NW向展布，长约27.5 km，宽10～20 m，蛇绿岩出露于中泥盆统北塔山组与蕴都喀拉组之间。蛇绿岩南北两侧发育一条宽1～2 km的似动力变质的片岩、片麻岩混杂岩带，与区域构造线方向一致。科克森套蛇绿岩由蛇纹岩、辉橄岩、辉石岩、辉长岩、玄武岩、含放射虫泥质板岩等组成，主要以辉橄岩、蛇纹岩为主，洋壳组成部分辉长岩，玄武岩少量出露，以岩块形式产出，类似其他造山带蛇绿混杂岩。蛇绿混杂岩不连续分布于构造挤压带中，整个构造挤压带受多期断裂及岩浆热液作用，岩石较破碎。蛇绿岩单元呈规模不等的透镜状、团块状或带状散乱分布于构造混杂带内，少量被晚石炭世闪长玢岩侵入，呈不规则块状出露。整个构造挤压带内蛇绿岩发育强构造蚀变，变形变质强烈，普遍发育蛇纹石化、碎裂岩化、糜棱岩化及构造片理化。辉长岩块体呈条带状出露于晚石炭世闪长玢岩岩体中（图2），地表出露宽20～40 m，延伸长100 m。与该岩块平行分布有3～4条宽10～20 m被闪长岩侵入的不完整岩墙，产状与构造线方向一致。本文通过1条实测剖面PMXII-1对整个构造混杂岩带中辉长岩进行控制。PMXII-1剖面位于科克森套北侧（图3），主要控制西科克森套蛇绿混杂岩相关岩石单元。该剖面中依次出现片理化蚀变玄武岩、轻度片理化辉长岩、蚀变辉长岩、全蚀变橄辉岩、蛇纹岩、蚀变辉长岩及片麻岩。玄武岩主要与中泥盆纪北塔山组呈断层接触，其余基性、超基性岩围岩主要被石炭系闪长岩侵入，片麻岩中未见基性-超基性巖。

经鉴定辉长岩呈灰绿色（图3），变余辉长结构，块状构造，由斜长石（54%）、辉石（45%）组成，分布少量钛铁矿。斜长石半自形板状，一般0.2～1 mm，少量1～2 mm，被绢云母、绿帘石、黝帘石交代，内双晶模糊不清或消失。角闪石呈半自形柱状，一般0.2～0.5 mm，少量1～2 mm，杂乱分布，被阳起石及绿泥石交代，多呈假象产出，少量残留。辉石呈他形-半自形粒状、柱状分布于斜长石之间。辉石中嵌布有少量细板条状斜长石，斜长石蚀变为板状斜长石，辉石蚀变为阳起石。钛铁矿呈自形板状分布于斜长石、辉石之间，沿边部具白钛石化。岩石碎裂明显，常见网状裂隙，沿裂隙分布有碎粒、碎粉状长石，被阳起石、黝帘石、绿泥石、葡萄石、不透明矿物充填交代。岩石蚀变明显，蚀变矿物为绢云母、绿帘石、黝帘石、阳起石、绿泥石、葡萄石。绿帘石呈半自形-它形粒状，为0.01～0.1 mm，呈星散状分布，交代斜长石。

2  辉长岩岩石化学特征

2.1  主量元素特征

辉长岩主量元素经全铁调整，去烧失量重新百分比换算，SiO2含量48.43%～52.58%，Al2O3含量较高，为14.05%～19.91%;MgO含量较高，为7.68%～9.48%，TiO2含量较低，为0.28%～0.57%;CaO含量较高，为8.1%～11.33%;全碱含量（K2O+Na2O）较低，K2O为0.39%～0.92%，Na2O为2.34%～2.96%，显示钙碱性系列;Mg#值为53.1～58.6，介于印度洋辉长岩的Mg#值含量范围（32～88），属蛇绿岩中的镁铁质堆晶岩[6]，低于原生岩浆范围（68～75），表明岩石经过了一定的分异演化。整体上辉长岩以富Al2O3、CaO、MgO、TFeO，贫TiO2及全碱，尤其贫K2O为特征，类似于大洋拉斑玄武岩。在TAS图中（图4），有5个样品均为辉长闪长岩，且所有样品均属亚碱性系列。

2.2  稀土微量元素特征

辉长岩稀土元素总量较低，为25.99×10-6～39.71×10-6，轻、重稀土元素分馏不明显，LREE/HREE为1.92～3.78，LaN/YbN為0.96～2.99;δEu为0.86～1.18，显示Eu轻微负异常，说明斜长石分离结晶程度较低。稀土元素球粒陨石标准化分布曲线图中（图5），辉长岩多为轻稀土稍富集的弱右倾曲线，与E-MORB标准曲线分布型式基本一致。

原始地幔标准化蛛网图中（图6），辉长岩具大离子亲石元素Rb，Th，K，Sr相对富集，高场强元素Nb，Ta，Ti，P相对亏损特征，俯冲带上，俯冲板片流体交代上覆地幔岩发生岩石部分熔融，由于Nb，Ta等高场强元素相对大离子亲石元素及轻稀土元素在流体中溶解度降低，发生沉淀留在残留相中，表明其形成可能与俯冲带有关，可能有壳源物质或流体带入（表1）。

3  辉长岩锆石年龄

3.1  LA-ICP-MS 锆石U-Pb测年方法

锆石样品在新疆国土资源厅矿物研究所经单矿物分选，锆石微U-Pb同位素定年利用北京科荟测试技术有限公司的LA-Q-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为ESINWR193nm，ICP-MS为Analytikjena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。对分析数据的离线处理（包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算）采用软件ICPMSDataCal完成[11]。锆石微量元素含量利用SRM610作为外标、Si作内标的方法进行定量计算[11]。玻璃中元素含量推荐值据GeoReM数据。U-Pb 同位素定年中采用锆石标准GJ-1作为外标进行同位素分馏校正，每测5～10个样品点，分析2次GJ-1。对与分析时间有关的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用GJ-1变化采用线性内插方式进行校正。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot完成。

3.2  分析测试成果

锆石多为无色透明，个别为浅黄色，呈较自形短柱状和正方双锥状，颗粒晶形较完整，阴极发光图像表现出典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构，表明为岩浆结晶产物。从测得的同位素比值和年龄数据可见（表2），锆石中Th含量27.27×10-6～1 484.11×10-6，U含量47.72×10-6～1 637.45×10-6，变化幅度较大，Th，U含量呈较好的正相关关系，具较高的Th/U比值，为0.1～1.05。锆石微区测试数据共10个，所有数据点集中分布在谐和曲线附近，分析测试的锆石在U-Pb年龄一致曲线图上构成较集中的锆石群（图7，8），样品206Pb/238U加权平均年龄（405±4）Ma（MSWD=0.87），地质时代属早泥盆世。

4  讨论

4.1 岩浆成因

前人研究认为，与地幔橄榄岩平衡的原生岩浆的Mg#=68～75指标，是原生岩浆重要标志之一[12-13]。研究区辉长岩的Mg#值为50～58，属演化岩浆，表明其不是原始地幔橄榄岩部分熔融产物。稀土、微量特征显示Nb，Ta，Zr，Hf高场强元素亏损，为地壳混染或俯冲带流体熔融交代作用形成的富集地幔熔融，稀土分布形式曲线与E-MORB一致。Nb，Ta具类似地球化学特征[14]，Nb/Ta=21.2～29.5，他们之间的分异主要受富Ti矿物控制[15-16]，高压条件下（大于1.5 GPa）主要受金红石控制。由于金红石中Ta相容性明显强于Nb，其熔融岩浆通常具极高的Nb/Ta值，低压条件下角闪石是影响Nb/Ta值的主要矿物。与金红石相反，其相对Ta更加富集Nb[17]。俯冲板块熔融产生富Na的安山质熔体，Nb，Ta，Ti在富Na安山质熔体中分布系数明显高于和熔体共存的流体，导致流体强烈亏损Nb，Ta，Ti等高场强元素[18]。推测亏损地幔岩浆受俯冲带流体熔融交代作用，形成富集洋脊玄武岩。在Nb-Yb-Ta-Yb图解中（图9）[19]，辉长岩全部落入E-MORB区域，Nb-Yb-TiO2-Yb图解中（图10）[20]，辉长岩全部落入富集洋脊玄武岩中，显示与上述分析岩浆成因一致。

4.2  构造环境

辉长岩以富Al2O3、CaO、MgO、TFeO，贫TiO2及全碱，尤其贫K2O为特征。大离子亲石元素Rb，Th，K，Sr相对富集，高场强元素Nb，Ta及Ti，P相对亏损，表明其可能受到俯冲带壳源流体的影响。稀土分布曲线呈轻稀土轻微亏损的弱左倾型，与E-MORB曲线基本一致，Eu负异常不明显。综合主量、微量、稀土元素特征及构造环境判别图看出，科克森套蛇绿岩中辉长岩可能形成于岛弧环境。前人认为科克森套蛇绿岩中的玄武岩形成于洋中脊构造环境[21-22]，通过对研究区不同位置所采辉长岩及岩石地球化学分析，我们认为其形成于岛弧消减带扩张环境。岛弧蛇绿岩通常指具IAT地球化学特征的蛇绿岩[23]，与其他类型蛇绿岩一样，岛弧蛇绿岩喷出岩主要为玄武岩。岛弧火山岩成分相当广泛，包括玄武岩、安山岩和流纹岩，玄武岩中有（IAT）、钙碱性玄武岩（CAB）及少量碱性玄武岩（AB）。在V-Ti/1000图解中（图11）[24]，所有样品落入IAT区域，反映消减带的海底扩张作用，使新洋壳产生，V-Ti 图解中（图12）[24]，辉长岩样品落入与俯冲上盘型（SSZ）的弧后-弧前型（BA-FA），推测辉长岩可能来源于富集的地幔柱。

综上，本文认为其形成环境与俯冲作用无关，产生于岛弧消减带的扩张，岛弧扩张形成新的洋壳，新洋脊拉张减薄，地幔对流使亏损地幔熔融了俯冲带上盘的水和大离子亲石元素，形成富集地幔，具富集洋脊玄武岩特征。

4.3  构造意义

前人关于科克森套地区是否出现典型的蛇绿岩及额尔齐斯断裂带是否是一条典型的构造缝合带具有争议。本文对科克森套蛇绿岩中辉长岩的岩石类型、岩石组合、岩石地球化学及年代学分研究，推测早泥盆世之后处于岛弧扩张环境。结合前人研究，认为科柯森套蛇绿岩形成于早泥盆世，一直持续到晚石炭世末期俯冲消减带完全闭合。因此，不管从时间、空间分布及构造环境上，科克森套蛇绿岩与库尔提蛇绿岩、沙尔布拉克蛇绿岩及库尔提蛇绿岩具有相似性，均为早泥盆世古亚洲洋在准噶尔北缘向西伯利亚板块俯冲所形成的一系列沟-弧-盆体系下的弧后系统。研究表明，境外斋桑蛇绿岩带和外蒙古比基蛇绿岩带具同样特征，因此，额尔齐斯构造缝合带为西起境外的斋桑蛇绿岩带，向南东经过布尔津地区的科克森套蛇绿岩带、库尔提地区的库尔提蛇绿岩带、富蕴地区的沙尔布拉克蛇绿岩带、清河县南部的布尔根蛇绿岩带，一直延伸到外蒙古的比基蛇绿岩带，最终构成西伯利亚板块与准噶尔-哈萨克斯坦板块在晚古生代时碰撞闭合缝合带，同时说明科克森套蛇绿岩在早泥盆世已形成，且为弧环境下消减带扩张产物。

5  结论

（1）本文所测LA-ICP-MS锆石U-Pb辉长岩年龄为（405±4） Ma。

（2）辉长岩主量元素具富Al2O3、CaO、MgO及TFeO，貧全碱及TiO2，尤其贫K2O特点，总体上类似大洋拉斑玄武岩和岛弧玄武岩。辉长岩稀土元素与E-MORB特征基本一致，岩浆来源于富集地幔。微量元素表现为大离子亲石元素Rb，Th，K，Sr相对富集，高场强元素Nb，Ta，及Ti相对亏损特征，与俯冲带流体交代有关。据Nb，Ta比值推测岩浆受到俯冲带流体熔融交代。

（3）从构造环境上，科克森套蛇绿混杂岩既显示富集洋脊玄武岩特征，同时形成于岛弧环境。该环境与消减带弧扩张环境一致，因此科克森套蛇绿混杂岩形成于早泥盆世。

（4）从时间、空间分布及构造环境上，科克森套蛇绿岩与库尔提蛇绿岩、沙尔布拉克蛇绿岩及布尔根蛇绿岩具一致性，都为泥盆世古亚洲洋在准噶尔北缘向西伯利亚板块俯冲所形成的一系列沟-弧-盆体系下的弧后系统，与哈萨克斯坦的斋桑蛇绿岩带和蒙古的比基蛇绿岩带，共同构成西伯利亚板块与准噶尔-哈萨克斯坦板块的缝合带-额尔齐斯缝合带。

致谢：新疆地调院吉木乃恰勒什海一带1：5万四幅区调项目对本文的支持。

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Chronology and Lithochemistry of Gabbro from Kekesentao Ophiolite in the Northern Junggar，Xinjiang and Its Geological Significance

Teng Yuxiang，Xue Xiaofeng，Mu Lixiu，Zhu Zhixin，Xia Jingfu

（Xinjiang institute of geological survey，Urumqi，Xinjiang，833000，China）

Abstract：The kekesengtao ophiolite is located at the north part of western Junggar，Xinjiang，which is composed of gabbro，peridotite，pyroxenite，serpentine，basalt，siliceous rock，radiolarian siliceous slate，schist and gneiss.The petrochemical characteristics of gabbro are rich in Al2O3，CaO，MgO and poor in K2O and TiO2.Similar to island arc basalt.The characteristics of rare earth elements are basically consistent with e-MORB.It indicates that magma originates from the enriched mantle.Trace elements are characterized by the relative enrichment of large ion lithophile elements Rb，Th，K and Sr，and the relative loss of high field strong elements Nb，Ta and Ti.It is related to subduction zone fluid replacement.Zircons from gabbro are （405±4） Ma old，indicating the age of oceanic crust.From the perspective of tectonic environment，the kekesengtao ophiolite hybrid shows the characteristics of rich oceanic ridge basalt.It also shows that it was formed in the island arc，which is consistent with the expansion environment of the island arc subduction zone.Therefore，the kekesengtao ophiolite hybrid should have formed in the early devonian.From time，space distribution and tectonic environment.Kekesengtao ophiolite is similar to kurti ophiolite sarbraque ophiolite and burgen ophiolite.It is a back-arc system formed under the trench-arc-basin system formed by the devonian paleo-asian ocean subducting to the Siberian plate in the northern margin of junggar.Together with the adjacent isaimulberry ophiolite belt in kazakhstan and the biki ophiolite belt in Mongolia，it forms the suture belt between the Siberian and junggar plates.

Keywords：Kekesengtao ophiolite;Gabbro;Lithochemistry;Zircon U-Pb dating