新疆科克森套地区晚古生代片麻岩化英云闪长岩的成因<br/>——锆石U-Pb年代学及地球化学证据

新疆科克森套地区晚古生代片麻岩化英云闪长岩的成因
——锆石U-Pb年代学及地球化学证据

2022-02-03滕宇翔靳刘圆薛晓峰朱志新

新疆地质 2022年3期

滕宇翔，靳刘圆，薛晓峰，朱志新

（新疆地质调查院，新疆乌鲁木齐 830000）

新疆位于亚洲大陆北部,构造上跨越了古亚洲和特提斯两大构造域,现今主要由中新生代盆地和其间的古生代造山带组成[2]。额尔齐斯构造带位于新疆北部蒙古-阿尔泰地体与准噶尔地体接触部位，构造带内分布大量蛇绿混杂岩[2][3][4]。空间上额尔齐斯构造带西连哈萨克斯坦额尔齐斯断裂，东连蒙古布尔干断裂，自西向东出露科克森套[5]、吐库尔班套[6][10]、沙尔布拉克[7]、玛因鄂博[8]、布尔根[9]等蛇绿构造混杂岩，共同组成了额尔齐斯构造带（图1-a）。科克森套蛇绿混杂岩的研究对于重建额尔齐斯构造带的演化历史具重要意义。有学者通过科克森套地区辉长岩锆石测年数据推测洋壳形成年代为405～320 Ma（D3—C1）[1,5]。也有前人通过对吐库尔班套辉长岩、闪长岩、花岗岩锆石年龄推测俯冲的年代为363～355 Ma（D3）[6]，对于洋壳的形成及俯冲时间仍值得探讨。本文通过对晚古生代片麻岩化英云闪长岩LA-ICP-MS 锆石U-Pb测年及地球化学研究，分析岩浆源区及成岩构造背景，以期为额尔齐斯构造带的俯冲时间及构造演化历史提供资料。

图1 科克森套蛇绿混杂岩带与英云闪长岩分布图Fig.1 Geological sketch map of the distribution of the tonalite

1 地质背景及岩石地质特征

研究区位于布尔津县西南30 km处科克森套山一带，大地构造位置位于额尔齐斯断裂以北2 km处，研究区出露中泥盆统北塔山组、蕴都喀拉组，下石炭统吉木乃组、恰其海组及晚古生代中酸性侵入岩，英云闪长岩岩体出露于科克森套山西北一带，出露面积90 km2，岩体整体展布与构造线方向一致，呈NW向。片麻岩化英云闪长岩与蛇绿混杂岩构造带呈断层接触（图2），接触部位普遍发育片麻岩化（图3），可能与俯冲作用有关，构造片麻岩原岩可能为英云闪长岩。岩体内部未发现地层捕虏体。英云闪长岩受晚石炭世黑云母二长花岗岩侵入（（303±2.0）Ma）（晚石炭世）[17]，侵入界线清晰，在岩体接触部位发育轻度泥化，出现碎粒岩，接触面两侧颜色截然。岩体中发育与构造线方向一致的石英脉及一条贯穿多期次侵入岩的霏细斑岩脉。片麻岩化中粒英云闪长岩呈灰白色（图4），中粒结构，片麻状构造，岩石主要由斜长石（55%），粒度2～3.8 mm；石英（15%），粒度0.36～3 mm；黑云母（30%）、微量磷灰石及个别锆石组成。斜长石呈半自形-自形宽板状，具中度绢云母化、黝帘石化，为中长石。石英呈他形粒状、不规则状分布在斜长石之间。黑云母呈他形叶片状，相对聚集呈条带状分布长石、石英之间，呈片麻状构造。磷灰石呈他形粒状、短柱状。锆石呈微粒、微柱状，均分布黑云母中。

图2 接触部位推覆断层Fig.2 Parts nappe fault contact

图3 片麻状构造Fig.3 Piece of flax structure

图4 片麻岩化蚀变黑云母英云闪长岩50×正交偏光Fig.4 Granitic alteration of biotite dolomite 50×orthogonal polarization

2 分析方法

锆石样品在新疆地矿局矿产实验研究所经过单矿物分选，锆石U-Pb同位素定年在北京科荟测试技术有限公司分析完成。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。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.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 作外标进行同位素分馏校正，每分析5～10 个样品点，分析2 次GJ-1。对于与分析时间有关的U-Th-Pb 同位素比值漂移，利用GJ-1的变化采用线性内插的方式进行校正。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 分析结果

3.1 年代学

锆石样品中锆石颗粒自形程度较高，呈柱状、板状，表明锆石质量较好，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。从样品测得同位素比值和年龄数据可看出（表1），锆石中Th含量为22.182～683.455µg/g，U含量为64.027～674.532µg/g，Th/U比值为0.3～1.2，表面年龄谐和性好，部分锆石落在谐和线上，数据点成群分布（图5，图6），206Pb/238U年龄加权平均值为（361±2）Ma（MSWD=1.01），代表了岩体结晶年龄，为晚泥盆世。

图5 锆石阴极发光图像Fig.5 Cathode luminescence image for zircon

图6 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄协和图及直方图Fig.6 Concordant plot and histogram of LA-ICP-MS zircon U-Pb age

3.2 地球化学

3.2.1 主量元素

英云闪长岩SiO2含量为65.93%～68.92%，K2O+Na2O=4.67%～6.35%。里特曼指数(σ)为0.53～0.93，碱度率(AR)为1.8～2.19，为钾质钙碱性岩系。固结指数（SI=10.9～17.86）较大，分异指数（DI＝64.85～75.79）较小，均反映岩浆分异程度较低。铝质指数（A/CNK=1.13～1.31），英云闪长岩落入过铝质范围。晚泥盆世侵入序列岩石化学成分及特征参数见表2。

3.2.2 稀土及微量元素

英云闪长岩稀土总量(87.35×10-6～154.43×10-6)较高，样品总体趋势相似，轻、重稀土分馏平坦，稀土分布模式曲线向右倾斜，属轻稀土富集型；LREE含量为70.7×10-6～139.72×10-6，HREE含量为14.71×10-6～17.68×10-6，LREE/HREE 为4.25-9.5，表明轻重稀土之间分异明显。δEu为0.55～0.70，英云闪长岩具明显负铕异常，铕谷较明显，英云闪长岩显示弱的负铕异常，反映含钙矿物的迁移。(La/Yb)N为3.39～14.75，显示岩浆分异程度较高。轻稀土分馏程度(La/Sm)N为2.5～4.84，重稀土分馏程度(Gd/Yb)N为0.92～2.16，轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度（图7，表2）。

图7 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图Fig.7 Normalized distribution pattern of rare earth elements in Chondrites

表2 英云闪长岩主微量元素含量分析结果表Table 2 Analysis results of major and trace elements of the tonalite

英云闪长岩微量元素呈高Rb，Th，K，La，Ce，Nd，Hf，低Ba，Ta，Nb，Sr，P，Ti 的特征（图8），Zr/Hf=29.41～40.75，平均35.39，符合原始地幔组成（Zr/Hf=36），Ba/Rb=2.65～3.64，平均值为3.21，而英云闪长岩Nb/Ta=12.43～17.23，平均值为14.88，总体上6件样品Nb/Ta 低于幔源岩浆比值（17.5±2），Rb 和Yb的关系指示结晶程度由低向高演化，K 的正异常代表与消减作用有关，Nb，Ta 亏损显示样品与幔源有关，受俯冲流体或地壳物质混染程度较强。Sr，P，Ti的亏损代表斜长石、磷灰石及含钛矿物的分离。综上说明岩浆来源于上地幔，混入了俯冲流体或地壳物质。

图8 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.8 Original mantle standardization spider diagram of trace element

4 讨论

4.1 形成时代

对于科克森套晚泥盆世英云闪长岩的形成时代，前人未取得同位素数据。前人根据遥感影像及岩石成分将其厘定为晚石炭—早二叠世[8][9]。本文中锆石具岩浆成因的生长环带，均为岩浆锆石，其年代代表了岩浆事件的时代。因此，科克森套英云闪长岩（（361±2）Ma）代表了岩体就位时间。

4.2 源区特征

科克森套英云闪长岩具轻稀土略微富集，稀土分布模式曲线向右倾特征，铕谷较明显，微量元素呈高Rb，Th，K，La，Ce，Nd，Hf，低Ba，Ta，Nb，Sr，P，Ti的特征，科克森套英云闪长岩Al2O3含量大于等于15%，MgO含量小于3%，高Na2O，但Sr 含量及重稀土元素Yb，Y 较洋壳熔融形成的埃达克岩偏低[11]，岩相学上，英云闪长岩与斜长花岗岩具相似的矿物组成，关于斜长花岗岩的成因主要有4种观点[14]：①洋中脊拉斑玄武岩浆结晶分异成因；②含水流体存在条件下，堆晶辉长岩高温低压部分熔融成因；③与大洋拉班玄武质熔体有关的不混融成因；④变玄武质岩石部分熔融成因。科克森套英云闪长岩具轻稀土和大离子亲石元素富集，高场强及重稀土元素亏损，低Ti，P，Mg 的特征，科克森套英云闪长岩来源可能与俯冲流体及陆壳物质与辉长岩的高温低压熔融有关。

4.3 构造背景

英云闪长岩具富Al2O3，CaO，MgO，TFeO，贫TiO2，P2O5，微量元素、大离子亲石元素富集、高场强元素亏损，铕亏损及轻稀土富集，曲线右倾的特征，显示受俯冲流体及陆壳物质影响，稀土分布曲线与岛弧环境曲线一致。综合主、微量、稀土元素特征及构造环境判别图可看出，科克森套英云闪长岩可能形成于岛弧环境。高温元素Th，U的含量显示源区受到高温流体作用，指示与构造带活动密切相关，负铕异常右倾特征指示高温条件下的部分熔融[20]，铝质指数A/CNK为1.13～1.31，指示形成于岛弧俯冲挤压环境下。上述特征说明晚泥盆世大洋板块的俯冲作用。

4.4 构造意义

通过本文研究，科克森套英云闪长岩形成于俯冲消减环境。在东准噶尔地区托让格库都克组中发现的埃达克岩为早志留世（（441.3±1.8）Ma）[12]，埃达克岩的形成来自于新生洋壳的熔融，代表了俯冲作用的开始[13]，因此推测东准噶尔地区早志留世已经开始俯冲。部分学者认为古亚洲洋俯冲时间从早泥盆世开始，一直持续到中—晚泥盆世[5]，俯冲的高峰期为晚泥盆世[6]。有学者认为新疆北准噶尔中泥盆统北塔山组火山岩基本为博宁岩，系拉张阶段深海喷发物，反映其洋内弧环境[15]。英云闪长岩形成于晚泥盆世，说明研究区晚泥盆世处于俯冲消减环境，且部分锆石年龄范围为400～500 Ma，出现了与构造方向一致的片麻岩化，是否说明本区古亚洲洋的俯冲时间早于晚泥盆世，是否有可能存在更老的洋壳基底，证明科克森套蛇绿岩的形成早于晚泥盆世。