阿尔金岩群大理岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及地质意义

盛涛 东玉龙 李亚超 谢志远 王寒冰 远继东

摘  要： 通过对原古元古代阿尔金岩群大理岩进行岩石地球化学分析及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年研究，确定了大理岩成因和原岩沉积年龄。地球化学数据显示，岩石CaO含量高，为26.05%～51.08%、MgO与SiO2变化较大，分别为4.40%～21.51%、0.90%～21.11%，低Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5（小于1%），低ΣREE，4.69×10-6～54.36×10-6，弱的负Eu异常，为0.73～0.94，轻重稀土分馏不强，LaN/YbN=6.58～10.57，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，岩石地球化学特征与沉积碳酸盐相近，异于火成碳酸岩。锆石U-Pb测年显示沉积年龄介于929～536 Ma，经历了阿尔金地区早古生代多次构造运动改造。综合分析认为大理岩为沉积-变质成因，原岩沉积时代为新元古代，非先前认为的古元古代。

关键词：地质年代学;地球化学;大理岩;阿尔金

阿尔金造山带位于塔里木盆地东南缘，中央造山带西缘，被认为是塔里木克拉通变质基底出露位置[1]。据区域地质特征、岩石学及年代学特征，阿尔金造山带由北向南依次可划分为阿北地块、红柳沟-拉配泉构造混杂岩带、阿中地块、阿帕-茫崖蛇绿混杂岩带4个构造单元（图1）[2-5]。阿北地块主要由太古代米兰群（即阿克塔什塔格杂岩）基性麻粒岩、斜长角闪岩和 TTG 花岗质岩石组成[1，6-7]。红柳沟-拉配泉构造混杂岩带主要由早古生代浅变质火山岩、火山碎屑岩及碎屑岩等组成，另含具蛇绿岩特征的超基性岩、基性岩墙群和基性枕状熔岩及HP/LT变质岩[8-9]。阿中地块为阿尔金山主体，主要由古元古代阿尔金岩群变质杂岩和中新元古代变质沉积岩组成[1]。阿帕-茫崖蛇绿混杂岩带主要由早古生代蛇绿岩残片、镁铁-超镁铁质岩与震旦—早寒武世复理石沉積物组成[10-12]，沿阿尔金南缘断裂分布。

阿尔金山地区大理岩分布较广，通过近年的科研工作，在阿尔金山东北段阿北地块米兰群原大理岩中解体出古元古代火成碳酸岩[13-14]，火成碳酸岩与米兰群关系密切，以岩株状、岩脉状产出，含不同类型包体，为古元古代晚期含水不纯大理岩发生深熔作用的产物[14]。阿尔金岩群为阿中地块主体，形成于古元古代，整体已达角闪岩相变质程度。岩性组合为变粒岩组、片麻岩组、片岩组、大理岩组和变基性火山组[15-16]。阿尔金岩群大理岩组主要岩性有方解石大理岩、白云石大理岩、透闪（透辉）大理岩和镁橄大理岩，1∶25万区调工作中（阿尔金山幅、且末一级电站幅）被认为是沉积-变质成因，但未进行地球化学与年代学研究。目前关于阿尔金岩群大理岩成因及年代学特征尚未有详细研究，本文对阿尔金岩群大理岩开展地球化学和年代学特征研究，探讨其成因。

1  岩石学特征

阿尔金岩群大理岩组在工作区呈多个较小的岩片出现，单个岩片出露宽500～2 000 m，走向延伸2～10 km（图1）。大理岩表面易风化，呈灰-灰黄色，新鲜面灰-灰白色，平面呈长条状、透镜状挟持于片岩或片麻岩中，与围岩多呈断层接触。大理岩中常见斜长角闪岩包体（图2），数厘米至数米不等。大理岩主要类型有（白云母）大理岩、透闪（透辉）大理岩、镁橄（蛇纹石）大理岩等，简述如下：

（白云母）大理岩  灰白-灰黑色，中细粒变晶结构，块状-厚层状构造。主要矿物成分为方解石、白云母、少量石英。方解石呈他形粒状镶嵌分布，具菱形解理，粒径0.3～0.8 mm，含量70%～99%。白云母呈片状定向分布，含量5%～18%。石英呈他形粒状分布于颗粒间隙，粒径0.2～0.4 mm，含量2%～10%。

透闪（透辉）大理岩  灰-灰绿色，细粒变晶结构，块状构造。主要矿物成分为方解石、透辉石和透闪石，另含少量石英，偶见钾长石。方解石为粒状镶嵌分布，粒径0.4～1.2 mm，含量55%～82%。透辉石多呈柱状分布，粒径0.1～0.3 mm，横切面具辉石式解理，单偏光下无色，含量7%～10%。透闪石为柱粒状分布，粒径0.2～0.6 mm，横切面具闪石式解理，单偏光下无色，含量5%～37%。钾长石呈他形粒状分布，具格子双晶，粒径0.2～0.6 mm，含量4%。石英为他形粒状分布，具格子双晶，粒径0.2～0.4 mm，含量2%。

镁橄（蛇纹）大理岩  灰绿色，中细粒变晶结构，块状构造，主要矿物成分为方解石、镁橄榄石、透闪石和透辉石。方解石多呈粒状镶嵌分布，粒径0.8～1.5 mm，含量70%～77%。镁橄榄石呈短柱状或粒状分布，粒径多为0.2～0.3 mm，单偏光下无色，裂纹发育，有的被蛇纹石交代，含量20%～25%。透闪石为柱状分布，具闪石式解理，单偏光下无色，粒径0.2～0.6 mm，含量1%～5%。透辉石为柱状分布，横切面具辉石式解理，单偏光下无色，粒径多为0.8～2 mm，裂纹发育，含量1%～5%。蛇纹石为交代橄榄石生成并保留橄榄石假象。

2  岩石地球化学特征

岩石地球化学测试在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。大理岩主要由CaO、MgO、SiO2和CO2组成（反映在烧失量LOI中）（表1），结合岩矿鉴定及碳酸盐矿物摩尔数比值（Ca+Mg）/C（表1），岩石中碳酸盐矿物与烧失量LOI相匹配。大理岩SiO2=0.90%～21.11%，Al2O3=0.15%～3.79%，TFeO=0.25%～1.77%，MgO=4.40%～21.51%，CaO=26.05%～51.08%。岩石K2O、Na2O含量小于1。MnO、TiO2、P2O5含量较低，明显低于岩浆碳酸岩，与沉积碳酸盐岩相近[17]。同阿尔金北缘壳源碳酸岩相比，大理岩SiO2含量较低，CaO与MgO含量较高。

阿尔金岩群大理岩微量元素分布模式基本一致，反应其物质来源一致。与原始地幔成分比较，大理岩Rb，Sr，Ba，Th等大离子亲石元素明显相对富集，Nb，Ta，Ti等高场强元素相对亏损，与古元古代壳源大理岩分布模式基本一致（图3-a，b）[14，20]，说明物源以壳源为主[18]。大理岩样品稀土元素含量较低，ΣREE=4.69×10-6～54.36×10-6，轻重稀土分馏不强，LaN/YbN=6.58～10.57。样品多呈弱的Eu负异常，为0.73×10-6～0.94×10-6，Ce异常不明显，为0.78×10-6～1.16×10-6。大理岩类样品Y/Ho比值为29.91～49.95，介于古元古代海水Y/Ho比值和陆源碎屑Y/Ho比值间[19]。阿尔金岩群大理岩微量元素特征与幔源火成碳酸岩明显不同，具高稀土含量，轻重稀土强烈分异，富集HFSE特征[14]，与阿尔金北缘壳源火成碳酸岩类似。阿尔金岩群大理岩微量元素与稀土元素含量变化范围较阿北壳源火成碳酸岩明显偏大，可能与前者未遭重融均一作用有关。

3  年代学特征

本文锆石样品挑选由河北区域地质矿产调查研究所实验室承担，制靶及CL图像采集由北京锆年领航公司完成，LA-ICP-MS测试于西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。

阿尔金岩群大理岩锆石粒径较小，70～120 μm，晶形以他形或半自形为主，少量自形晶，以柱状及不规则椭圆状为主（图4），部分锆石显示经一定磨蚀作用。CL图像显示锆石包括变质成因锆石和发育增生边的碎屑锆石（001-50#8、103-30#2）。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示，碎屑锆石年龄值为1 287～929 Ma，变质成因锆石年龄为536～403 Ma（图4）。

4  讨论及结论

由于沉积碳酸盐岩中发育白云石、石英、长石，一定变质程度下会产生透闪石、透辉石、橄榄石、金云母等变质矿物[21]。通常认为不纯大理岩在绿片岩相、角闪岩相、麻粒岩相变质过程中形成的典型产物分别为透闪石、透辉石、镁橄榄石，但在总压力及XCO2（CO2分压）变化情况下，3种矿物均可在角闪岩相中存在[21]。在不同位置XCO2不同情况下，岩石矿物反应生成的透闪石和透辉石含量不同[22]。阿尔金大理岩中，部分岩石SiO2含量较低，呈Si不饱和状（Mg/Si大于2），利于橄榄石生成，当XCO2低时，橄榄石可与透闪石共生， XCO2高时，橄榄石与透辉石共生。同等总压条件下，透闪橄榄大理岩生成温度比透辉橄榄大理岩低[23]。因此，本文推测大理岩可能为角闪岩相变质作用产物。

由于研究區大理岩原岩发生角闪岩相变质作用，本文尝试利用稀土元素为判别依据对大理岩形成环境进行判别。大理岩中相对较高的稀土含量，弱的Eu负异常，不明显的δCe异常，指示其原岩形成环境为潮坪环境[24]。本次LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示，大理岩中碎屑锆石年龄值为1 287～929 Ma，表明大理岩原岩的沉积时代不早于929 Ma，变质锆石（增生边）U-Pb年龄集中在536～430 Ma，故大理岩原岩沉积时间上限应不晚于536 Ma（表2）。本次区调工作发现，阿尔金山地区有大量NE向分布的二长花岗岩（图1），其岩石地球化学特征与同碰撞花岗岩相似，锆石U-Pb测年结果为953～902 Ma（自测未刊数据），说明阿尔金山地区在青白口纪以挤压作用为主，可能与Rodinia超大陆聚合作用有关。大理岩中碎屑锆石（130-30#2）与二长花岗岩年龄相近，表明二长花岗岩可能为大理岩提供了一定的物质来源。据以上资料，本文推测新元古代中晚期，伴随Rodinia超大陆裂解作用，南阿尔金山地区发生裂解，形成大理岩的原岩沉积;早古生代，南阿尔金地区洋壳俯冲作用起始时间不晚于517 Ma[25]，497～472 Ma的碰撞造山作用，使南阿尔金地区洋盆闭合[25]，碰撞造山作用在大理岩中保留了472 Ma（001-50#11）的年龄记录;469～445 Ma和424～385 Ma为俯冲板片断离折返阶段和后碰撞伸展阶段[26]，大理岩中锆石保留了明显的增生边（001-50#5）和相应的年龄数据。

阿尔金岩群大理岩产出规模较小，产出形态稳定，野外地质调查中多呈透镜状产出，与围岩呈断层接触。岩石地球化学特征与火成碳酸岩具较明显区别，以上资料结合年代学结果表明，阿尔金岩群大理岩原岩形成于新元古代中晚期，经历了南阿尔金早古生代洋陆转换构造作用。因此，大理岩形成时代非先前认定的古元古代，应从古元古代阿尔金岩群中予以解体出。

致谢：本文撰写及野外工作过程中得到项目组成员的大力支持。感谢匿名审稿人在成文过程中提出的修改意见，在此一并致以感谢。

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Geochemical Characteristics， Zircon U-Pb Dating and Geological Significance of the Marble in the Altyn Tagn Group

Sheng Tao1，2，Dong Yulong1，2，Li Yachao1，2， Xie Zhiyuan1，2，Wang Hanbing1，2，Yuan Jidong1，2

（1.No.7 Gold Geological Party of PAP， Yantai，Shandong，264011，China;2.Yantai Institute of Coastal Zone Geological Survey，China Geological Survey，Yantai，Shandong，264011，China）

Abstract： Based on the petrogeochemical analysis and LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the protoproterozoic Altun group marble， the genesis and protolith sedimentary age of the marble are determined. Geochemical data show that the content of CaO is high， ranging from 26.05% to 51.08% in rocks. MgO and SiO2 vary greatly， ranging from 4.40% to 21.51% and 0.90% to 21.11% respectively，low contents of Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5 （<1%）， low ΣREE（4.69～54.36）， weakly negative Eu anomalies （0.73～0.94）， moderately fractionated REE patterns （LaN/YbN=6.58～10.57）.The rocks are enriched in LILE and depleted in HFSE.，the geochemical characteristics of rocks are similar to those of sedimentary carbonates and different from those of igneous carbonates. Zircon U-Pb dating shows that the sedimentary age is between 929 and 536 Ma， and there are many tectonic activities in Early Paleozoic in Altyn Tagn area.. According to comprehensive analysis， the marble is of sedimentary-metamorphic origin， and the sedimentary age of the protolith is Neoproterozoic， it is not Paleoproterozoic as previously thought.

Key words：Geochronology; Geochemistry; Marble; Altyn Tagn