岩墙作为一种特殊产状的岩浆岩, 既含有岩浆活动的信息, 也含有地壳受力变形动力学机制方面的信息, 是探讨和恢复古地球动力学环境的重要研究对象。

位于中亚腹地的新疆西准噶尔地区是中亚造山带(Jahn et al., 2000；Windley et al., 2007；肖文交等, 2008)或北亚造山区(李锦轶等, 2006a, 2009)的重要组成部分(图 1)。该区地壳主要由古生代洋岩石圈残片和古活动陆缘杂岩(朱宝清和冯益民, 1994；朱永峰和徐新, 2006；朱永峰等, 2008；徐新等, 2006；李锦轶等, 2006b；何国琦等, 2007；张继恩等, 2010), 以及侵入其中的石炭纪晚期至二叠纪早期的花岗岩和暗色岩墙(韩宝福等, 2006；贺敬博和陈斌, 2011；宋彪等, 2011；苏玉平等, 2006；魏少妮等, 2011)等组成。该区石炭纪晚期至二叠纪早期岩体形成时的地球动力学环境, 目前还存在后碰撞(李辛子等, 2004；韩宝福等, 2006；李锦轶等, 2006c, 2009)和洋脊俯冲(肖文交等, 2006；张继恩等, 2010；尹继元等, 2011)两种对立的认识。对于该区暗色岩墙的形成时代, 前人虽然已经进行了一些研究, 但是获得的年龄介于241~321Ma之间(齐进英, 1993；李辛子等, 2004, 2005；周晶等, 2008；徐芹芹等, 2008；尹继元等, 2011)。有些岩墙产出于同一个岩体之中(如克拉玛依岩体)，但是大体同时形成的暗色岩墙的年龄差别比较大, 在某种程度上制约了相关研究。

图 1

Fig. 1

图 1 西准噶尔地区的位置和板块构造分区(a)和主要岩体、断裂以及红山岩体的位置(b) 板块构造分区根据李锦轶等(2006a)的划分方案, 其中黑色方框表示西准噶尔的位置；西准噶尔的主要岩体、断裂仅表示国内部分, 资料来自1:20万地质图①, 图 2a黑色方框圈定的岩体为红山岩体 Fig. 1 Tectonic divisions of Central Asian area (after Li et al., 2006a) and location of western Junggar area (a) and plutons and faults of western Junggar area and location of the Hongshan granitic pluton (b)

①  L-44-Ⅺ、Ⅻ, 塔城、阿西勒幅；L-45-Ⅶ, 塔克台幅；L-45-Ⅷ, 和布克赛尔幅；L-44-ⅩⅧ, 额敏幅；L-45-ⅩⅢ, 白杨河幅；L-45-ⅩⅣ, 乌尔禾幅；L-44-ⅩⅩⅢ, 塔勒艾勒克幅；L44-ⅩⅩⅣ, 托里县幅；L-45-ⅩⅨ, 克拉玛依幅；L-44-ⅩⅩⅨ, 博乐县幅；L44-ⅩⅩⅩ, 艾比湖幅

针对上述研究现状, 为了从岩墙形成机制入手, 探讨西准噶尔乃至中亚地区古生代晚期地球动力学环境, 我们对达拉布特断裂带南东一侧花岗岩中的暗色岩墙, 进行了卫星遥感影像解译、野外考察验证和比较系统的岩石学、岩石化学以及锆石年代学研究。本文报道红山岩体及侵入其中的暗色岩墙的岩石学和锆石年代学方面的研究结果, 对其地质意义进行简要探讨。

红山岩体位于达拉布特断裂南东一侧、克拉玛依市北东20°方向约40km处, 平面上呈近椭圆形, 长轴呈北东方向, 长约26km, 短轴呈南东方向, 长约12km, 总面积约22.14km², 主要由碱长花岗岩、黑云母石英二长岩和角闪石二长花岗岩组成, 其围岩为石炭纪的太勒古拉组、希贝库拉斯组、包谷图组地层(1:20万地质图克拉玛依幅、乌尔禾幅)。卫星影像研究表明, 红山岩体中发育西准噶尔地区乃至中亚地区非常独特的环状和非环状暗色岩墙。在已有的文献中, 仅有关于该岩体形成时代为244.6Ma (金成伟和张秀棋, 1993, 锆石U-Pb年龄)、297±12Ma (Chen and Jahn, 2004, Rb-Sr等时线年龄)、305±4Ma (徐新等, 2006, 锆石SHRIMP年龄)以及301±4Ma (苏玉平等, 2006, 锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄)的报道, 未见关于该岩体中暗色岩墙及其形成环境的任何资料。

通过卫星遥感影像解译和野外观察, 红山岩体内部的暗色岩墙按照产出特点可以分成环状和非环状2种类型，其中环状岩墙约占岩墙总数的72%，非环状岩墙约占28%(图 2a)。

图 2

Fig. 2

图 2 岩墙的分布情况和年代学样品采样位置 (a)-红山岩体的宏观轮廓, 以及其中暗色岩墙的分布和分类；(b-e)-年代学样品的采集位置, (d)-岩体的局部位置的岩墙分布, 遥感影像显示近南北走向的环状岩墙被近东西走向的非环状岩墙切割；(f)-图 3照片的拍摄位置. (b-e)中的遥感影像原始数据来自Google Earth Fig. 2 Distributing patterns of the dykes and chronological sample locations

环状岩墙总体呈长轴走向近北东向的椭圆形, 环状中心略偏向南西。位于环状中心部位的岩墙宽度较大, 可达数十米, 环状岩墙间距较小；位于环状边部的岩墙, 宽度只有几十厘米, 并且岩墙间距较大。在局部出露良好的露头上, 可见岩墙倾向环状中心, 倾角65°以上。非环状岩墙在各个方向上的分布并不均匀, 以岩体的东部、西南部和东北部较密集, 宽度不超过1m, 近直立。在多个不同的部位可见非环状岩墙切割环状岩墙, 据此可以判断非环状岩墙晚于环状岩墙(图 2d)。

根据野外观察和室内对所采集样品的显微镜下研究, 红山岩体中的暗色岩墙均由闪长质岩石组成, 包括中、细粒闪长岩和闪长玢岩。总体上看, 岩墙岩石的结晶程度与岩墙的宽度有一定对应关系。非环状岩墙和边部的环状岩墙较窄, 多由微粒闪长玢岩组成, 露头上多为灰黑色, 致密坚硬, 放大镜下可见少量的角闪石斑晶。在环状岩墙的内部, 岩石类型多为灰色细粒和中粒闪长岩、闪长玢岩。

这些不同类型岩石组成的岩墙, 明显侵入了红山花岗岩体。在接触部位, 可见闪长质岩墙的边界为港湾状, 局部与花岗质围岩发生岩浆混合形成了花岗闪长岩, 另有少量重熔的花岗质岩浆贯入岩墙之中, 和岩墙一起冷却后形成不规则状花岗岩块体(图 3a)。在岩墙边部可见围岩花岗岩块体被捕虏在岩墙之中(图 3b), 在岩墙和围岩的边界分别可见岩墙一侧的冷凝边和围岩一侧的热烘烤边。

图 3

Fig. 3

图 3 靠近环状岩墙中部岩墙和围岩的接触关系及岩浆混合 (a)-闪长质岩墙侵入花岗质围岩之中, 具有港湾状的接触边界并在局部与围岩发生岩浆混合形成花岗闪长岩, 还将一部分重熔花岗质岩浆包裹到岩墙之中, 形成特殊捕虏体；(b)-在岩墙的边部, 部分围岩块体被捕虏在岩墙之中 Fig. 3 Contact relationships and magma mixture between the dykes and the host rock, near the centre of ring dykes

为了确定红山岩体中闪长质岩墙的形成时代, 我们在岩体的3个不同部位, 采集了3个环状岩墙、2个非环状岩墙和1个花岗质围岩样品, 进行锆石年代学研究。采样位置如图 2和表 1所示, 图 4为各样品的正交偏光显微照片。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 岩墙和围岩年代学样品采样位置 Table 1 Chronological sample coordinates of dykes and host rock 样品号 样品种类 岩性 岩墙(片段)走向 坐标位置 930-2 环状岩墙 闪长岩 100° 45°59′56.0″N, 85°09′25.3″E 929-4a 157° 45°57′56.6″N, 85°09′46.1″E 930-8 78° 45°58′28.5″N, 85°04′13.6″E 930-1 非环状岩墙 闪长玢岩 61° 45°59′56.0″N, 85°09′25.3″E 929-3 94° 45°57′56.0″N, 85°09′43.9″E 930-9 围岩 黑云母二长花岗岩 / 45°58′28.5″N, 85°04′13.7″E

表 1 岩墙和围岩年代学样品采样位置 Table 1 Chronological sample coordinates of dykes and host rock

图 4

Fig. 4

图 4 岩墙和围岩的显微照片 930-2、929-4a、930-8：细粒闪长岩(环状岩墙)；930-1、929-3：闪长玢岩(非环状岩墙)；930-9：黑云母二长花岗岩(围岩).Pl-斜长石；Am-角闪石；Pth-条纹长石；Ch-绿泥石；Q-石英；Bi-黑云母 Fig. 4 Microscopic photos of dykes and host rock

930-2岩性为细粒闪长岩, 半自形粒状结构, 块状构造。主要矿物有半自形斜长石60%~70%、他形绿泥石25%~35%, 副矿物有榍石和锆石等。斜长石呈板条状, 大小0.2~0.5mm。绿泥石大小0.1~0.3mm, 对比周围岩墙组成推测由角闪石蚀变而来。

929-4a岩性为细粒闪长岩, 半自形粒状结构, 块状构造。主要矿物有斜长石60%~70%, 角闪石25%~35%, 副矿物有白云母、磷灰石和锆石等。斜长石为他形粒状, 大小0.2~0.5mm, 多发生绢云母化。角闪石为较自形的长柱状, 长0.2~1mm, 宽0.2~0.5mm, 有的呈放射状团块。

930-8岩性为细粒闪长岩, 半自形粒状结构, 块状构造。主要矿物有斜长石65%~70%, 角闪石25%~30%, 副矿物有磁铁矿、锆石、磷灰石等。斜长石较自形, 呈板条状, 大小0.5~1.5mm, 部分颗粒发育聚片双晶和环带结构, 发生较强烈的钠黝帘石化。角闪石为黄绿色到浅绿色, 呈较自形柱状, 大小0.4~1mm。

930-1岩性为闪长玢岩, 斑状结构, 块状构造。斑晶为角闪石和斜长石, 含量5%~10%。角闪石为自形、粒状, 大小0.2~1mm, 沿着解理发生绿泥石化。斜长石为自形、短柱状, 大小0.2~0.5mm, 多发生轻微的绢云母化。基质主要由细粒的斜长石和角闪石微晶组成。

929-3岩性为闪长玢岩, 斑状结构, 块状构造。斑晶为角闪石, 含量3%~8%, 大小0.4~1mm, 粒状或者短柱状, 在边部和裂隙中多发生绿泥石化。基质主要由细粒的斜长石和角闪石微晶组成, 发生轻微的绿泥石化。

930-9岩性为黑云母二长花岗岩, 中粗粒半自形粒状结构, 块状构造。主要矿物成分为条纹长石40%~45%, 石英30%~35%, 斜长石8%~13%, 黑云母约5%, 副矿物有磁铁矿、锆石等。条纹长石呈板条状, 大小2~5mm, 发育条纹构造, 卡氏双晶, 表面高岭土化。石英为他形, 大小1~4mm。斜长石为粒状、短柱状, 大小2~5mm, 中心多绢云母化, 部分发育聚片双晶。

在矿物组成和结构构造等方面, 环状岩墙和非环状岩墙以及围岩之间有比较明显的差别。3个环状岩墙样品均为半自形粒状结构的细粒闪长岩, 从环状中心到环状边部, 矿物颗粒逐渐变小；2个非环状岩墙均为闪长玢岩, 具有非常典型的斑状结构。围岩样品的粒度最大, 具有花岗岩所具有的典型结构构造特征。以上差异和变化规律, 在一定程度上对应了野外露头观察到的岩墙宽度变化和它们之间接触关系。

为了保证能在锆石单矿物分离时挑选出足够的锆石, 在野外采样尽可能挑选新鲜的岩石样品, 每个样品各重10kg左右。锆石单矿分离在河北省廊坊市诚信地质服务公司完成, 首先清洗样品表面以防外界的杂质污染, 然后将样品粉碎, 进行重选和电磁选后再在双目镜下挑选锆石。锆石透射光和反射光观察与照相在中国地质科学院地质研究所构造地质研究室完成, 阴极发光(CL)观察与照相在北京离子探针中心完成。

锆石U-Pb同位素分析在中国地质调查局天津地质矿产研究所同位素实验室完成。使用仪器为Neptune多接受电感耦合等离子体质谱仪和193nm激光取样系统(LA-MC-ICP-MS)。样品测试时的激光束斑直径为30μm, 能量密度为13~14J/cm², 频率为8Hz。本文测试使用的标准锆石为TEMORA, 处理数据使用的软件为Isoplot, 采用²⁰⁸Pb对普通铅进行校正, 利用NIST612作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。

各样品锆石的测试结果如表 2所示。图 5为各样品锆石的阴极发光图像及测试点位置, 图 6为它们的年龄谐和曲线和²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 岩墙和围岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析结果 Table 2 LA-ICP-MS U-Pb zircon chronology results of dykes and host rock 测点号 含量(×10-6) 同位素比值 表面年龄(Ma) Pb U 1σ 1σ 1σ 1σ 1σ 1σ 1σ 1σ 930-2(环状岩墙，闪长岩) 1 11.92 229.89 0.04843 0.00036 0.34952 0.01568 0.05235 0.00231 0.01408 0.00024 0.62819 0.00521 305 2 304 14 301 100 2 18.00 358.48 0.04828 0.00034 0.35038 0.01102 0.05263 0.00162 0.01229 0.00015 0.57916 0.00122 304 2 305 10 313 70 3 9.07 178.42 0.04824 0.00037 0.34904 0.01929 0.05248 0.00289 0.01222 0.00026 0.64336 0.00218 304 2 304 17 306 126 4 21.15 429.38 0.04838 0.00051 0.35055 0.01107 0.05255 0.00165 0.01253 0.00017 0.47264 0.00591 305 3 305 10 309 72 5 11.54 220.17 0.04809 0.00034 0.34906 0.01345 0.05264 0.00200 0.01470 0.00024 0.66830 0.00149 303 2 304 12 313 86 6 53.44 1095.39 0.04835 0.00034 0.35136 0.00711 0.05271 0.00114 0.01445 0.00035 0.37404 0.00388 304 2 306 6 316 49 7 17.57 341.60 0.04835 0.00035 0.34950 0.01088 0.05243 0.00158 0.01353 0.00019 0.62501 0.00118 304 2 304 9 304 69 8 18.80 381.23 0.04818 0.00035 0.34845 0.01141 0.05245 0.00167 0.01111 0.00012 0.55699 0.00312 303 2 304 10 305 73 9 7.78 159.21 0.04816 0.00040 0.34941 0.02266 0.05261 0.00340 0.01005 0.00026 0.56758 0.00279 303 2 304 20 312 147 10 9.78 199.88 0.04264 0.00035 0.58993 0.02261 0.10034 0.00367 0.01839 0.00038 0.51742 0.00200 269 2 471 18 1630 68 11 17.76 363.97 0.04818 0.00038 0.34988 0.01313 0.05266 0.00194 0.01087 0.00016 0.51429 0.00136 303 2 305 11 314 84 12 14.64 299.39 0.04827 0.00036 0.34913 0.01595 0.05246 0.00237 0.01087 0.00018 0.51856 0.00305 304 2 304 14 306 103 13 25.25 530.13 0.04814 0.00040 0.34754 0.01423 0.05236 0.00213 0.01104 0.00019 0.39077 0.00095 303 2 303 12 301 93 14 10.89 218.60 0.04816 0.00042 0.34985 0.02173 0.05268 0.00330 0.01136 0.00023 0.59497 0.00073 303 3 305 19 315 143 15 10.70 214.12 0.04832 0.00040 0.35107 0.02087 0.05270 0.00317 0.01117 0.00025 0.61053 0.00212 304 3 306 18 316 137 16 18.31 385.97 0.04819 0.00034 0.34917 0.01257 0.05255 0.00185 0.01271 0.00015 0.31690 0.00064 303 2 304 11 309 80 17 8.72 190.63 0.04821 0.00057 0.34941 0.04746 0.05256 0.00723 0.01238 0.00162 0.16673 0.00726 304 4 304 41 310 313 18 9.11 181.55 0.04825 0.00037 0.34971 0.01904 0.05257 0.00282 0.01287 0.00029 0.55242 0.00282 304 2 305 17 310 122 19 10.56 236.82 0.04809 0.00042 0.34934 0.02019 0.05268 0.00298 0.01347 0.00026 0.06280 0.00039 303 3 304 18 315 129 20 8.15 162.01 0.04845 0.00049 0.34986 0.03814 0.05237 0.00567 0.01771 0.00066 0.39777 0.00541 305 3 305 33 302 247 929-4a (环状岩墙，闪长岩) 1 39.79 870.65 0.04780 0.00037 0.34670 0.00714 0.05260 0.00106 0.01365 0.00018 0.17956 0.00103 301 2 302 6 312 46 2 46.79 1004.32 0.04782 0.00032 0.34627 0.00615 0.05252 0.00090 0.02089 0.00045 0.16490 0.00087 301 2 302 5 308 39 3 41.83 812.12 0.04807 0.00045 0.34584 0.01109 0.05218 0.00133 0.01584 0.00041 0.55716 0.01359 303 3 302 10 293 58 4 69.01 1343.49 0.04757 0.00032 0.34614 0.00648 0.05278 0.00090 0.01671 0.00027 0.54828 0.00775 300 2 302 6 319 39 5 55.49 1169.52 0.04768 0.00032 0.34575 0.00675 0.05259 0.00093 0.01441 0.00010 0.31756 0.00747 300 2 302 6 311 40 6 47.25 1018.39 0.04800 0.00038 0.34724 0.00570 0.05246 0.00084 0.01353 0.00013 0.22443 0.00121 302 2 303 5 306 37 7 41.10 882.35 0.04807 0.00038 0.34649 0.00900 0.05228 0.00113 0.01501 0.00020 0.21250 0.00757 303 2 302 8 297 49 8 13.83 285.70 0.04786 0.00032 0.34706 0.01315 0.05260 0.00197 0.01288 0.00017 0.42492 0.00217 301 2 303 11 311 85 9 67.15 1395.99 0.04810 0.00032 0.34736 0.00579 0.05238 0.00077 0.01313 0.00023 0.37305 0.00764 303 2 303 5 302 33 10 100.85 2160.94 0.04778 0.00030 0.34517 0.00454 0.05239 0.00065 0.01406 0.00019 0.25511 0.00303 301 2 301 4 303 28 11 55.32 1134.44 0.04806 0.00045 0.34692 0.01398 0.05236 0.00164 0.01974 0.00092 0.28866 0.00517 303 3 302 12 301 71 12 46.29 1004.25 0.04806 0.00032 0.34734 0.00629 0.05241 0.00091 0.01426 0.00019 0.18480 0.00392 303 2 303 5 304 39 13 49.38 971.91 0.04749 0.00043 0.34609 0.01159 0.05286 0.00154 0.03667 0.00136 0.23478 0.00334 299 3 302 10 323 66 14 99.76 1843.52 0.04753 0.00044 0.34510 0.01208 0.05266 0.00162 0.01950 0.00035 0.63381 0.00895 299 3 301 11 314 70 15 56.45 1196.08 0.04822 0.00034 0.34830 0.00724 0.05239 0.00099 0.01555 0.00028 0.23984 0.01202 304 2 303 6 302 43 16 59.75 1185.28 0.04831 0.00028 0.34619 0.00832 0.05197 0.00125 0.02315 0.00055 0.31690 0.00644 304 2 302 7 284 55 17 10.79 225.61 0.04772 0.00054 0.34633 0.04046 0.05264 0.00620 0.01734 0.00092 0.28689 0.00216 300 3 302 35 313 268 18 7.11 148.15 0.04791 0.00041 0.34643 0.03146 0.05245 0.00476 0.01420 0.00053 0.35010 0.00107 302 3 302 27 305 207 19 9.34 209.92 0.04781 0.00038 0.34681 0.02335 0.05261 0.00361 0.01658 0.00046 0.06280 0.00039 301 2 302 20 312 156 20 7.24 146.37 0.04808 0.00038 0.34793 0.02223 0.05248 0.00342 0.01625 0.00052 0.39929 0.00304 303 2 303 19 307 149 930-8(环状岩墙，闪长岩) 1 83.10 1697.54 0.04813 0.00042 0.34998 0.00605 0.05273 0.00082 0.00914 0.00002 0.63626 0.01037 303 3 305 5 317 35 2 48.82 962.44 0.04818 0.00039 0.34868 0.00788 0.05249 0.00113 0.00984 0.00007 0.79422 0.00508 303 2 304 7 307 49 3 98.86 1792.14 0.04822 0.00038 0.34974 0.00569 0.05260 0.00078 0.01063 0.00002 1.20757 0.00434 304 2 305 5 312 34 4 119.65 2351.92 0.04807 0.00039 0.34840 0.00570 0.05257 0.00077 0.01126 0.00002 0.71874 0.00165 303 2 304 5 310 33 5 130.35 2450.23 0.04807 0.00039 0.34839 0.00556 0.05257 0.00076 0.01202 0.00004 0.89417 0.00797 303 2 304 5 310 33 6 178.73 3243.92 0.04797 0.00035 0.34753 0.00537 0.05255 0.00075 0.01300 0.00007 1.00249 0.01294 302 2 303 5 309 33 7 109.67 1822.02 0.04818 0.00039 0.34763 0.00605 0.05233 0.00085 0.01377 0.00003 1.35458 0.00784 303 2 303 5 300 37 8 82.13 1398.32 0.04801 0.00039 0.34806 0.00610 0.05258 0.00085 0.01657 0.00011 1.03525 0.01413 302 2 303 5 311 37 9 98.09 1635.82 0.04819 0.00040 0.34898 0.00610 0.05252 0.00085 0.01741 0.00012 1.05491 0.01154 303 3 304 5 308 37 10 104.25 1650.26 0.04790 0.00040 0.34654 0.00657 0.05247 0.00087 0.01904 0.00007 1.17370 0.00691 302 3 302 6 306 38 11 120.41 1991.80 0.04817 0.00039 0.34844 0.00580 0.05246 0.00079 0.01702 0.00009 1.11320 0.01312 303 2 304 5 306 34 12 164.50 2855.88 0.04814 0.00040 0.34852 0.00566 0.05251 0.00076 0.01607 0.00007 0.97812 0.01006 303 2 304 5 308 33 13 9.13 184.88 0.04827 0.00044 0.34746 0.02320 0.05221 0.00350 0.01451 0.00038 0.42827 0.00228 304 3 303 20 294 153 14 72.78 1262.67 0.04810 0.00038 0.34626 0.00617 0.05221 0.00086 0.01517 0.00009 1.04284 0.01130 303 2 302 5 295 38 15 138.11 2662.18 0.04809 0.00039 0.34813 0.00550 0.05250 0.00077 0.01549 0.00007 0.59523 0.00345 303 2 303 5 307 33 16 84.06 1760.92 0.04813 0.00038 0.34936 0.00565 0.05264 0.00078 0.01397 0.00004 0.31690 0.00263 303 2 304 5 313 34 17 100.75 1995.95 0.04807 0.00039 0.34822 0.00569 0.05254 0.00077 0.01414 0.00004 0.53990 0.00320 303 2 303 5 309 34 18 39.70 803.66 0.04790 0.00037 0.34687 0.00794 0.05252 0.00116 0.01158 0.00008 0.56826 0.00349 302 2 302 7 308 50 19 134.24 2997.69 0.04832 0.00042 0.35056 0.00545 0.05262 0.00077 0.01359 0.00003 0.06280 0.00104 304 3 305 5 312 33 20 377.58 5057.08 0.04817 0.00040 0.34771 0.00552 0.05235 0.00074 0.01173 0.00002 3.00245 0.00960 303 2 303 5 301 32 21 74.84 1412.03 0.04810 0.00040 0.34698 0.00606 0.05231 0.00083 0.01177 0.00004 0.89224 0.00322 303 3 302 5 299 36 22 229.89 3504.38 0.04807 0.00039 0.35145 0.00586 0.05302 0.00081 0.01216 0.00002 2.04884 0.00652 303 2 306 5 330 35 23 105.52 1675.25 0.04809 0.00038 0.34739 0.00616 0.05239 0.00085 0.01220 0.00002 1.79789 0.00409 303 2 303 5 303 37 24 71.52 1246.59 0.04798 0.00039 0.34774 0.00659 0.05257 0.00091 0.01233 0.00003 1.26674 0.00870 302 2 303 6 310 40 25 135.77 2545.93 0.04800 0.00039 0.34839 0.00570 0.05264 0.00079 0.01258 0.00002 0.87149 0.00666 302 2 304 5 313 34 26 124.95 2037.10 0.04796 0.00042 0.34650 0.00609 0.05239 0.00081 0.01280 0.00002 1.57611 0.00487 302 3 302 5 303 35 27 295.50 4645.44 0.04812 0.00045 0.34781 0.00561 0.05243 0.00075 0.01281 0.00005 1.76613 0.01512 303 3 303 5 304 33 28 126.39 2011.50 0.04808 0.00043 0.34756 0.00593 0.05243 0.00078 0.01277 0.00002 1.70498 0.00765 303 3 303 5 304 34 29 120.26 1893.28 0.04818 0.00044 0.34906 0.00630 0.05254 0.00083 0.01284 0.00004 1.74791 0.00883 303 3 304 5 309 36 30 73.04 1290.66 0.04814 0.00041 0.34976 0.00631 0.05269 0.00086 0.01214 0.00003 1.19892 0.00198 303 3 305 5 316 37 930-1(非环状岩墙，闪长玢岩) 1 7.24 138.51 0.04833 0.00046 0.35045 0.02959 0.05259 0.00348 0.01606 0.00103 0.58770 0.00117 304 3 305 26 311 150 2 14.99 278.61 0.04758 0.00036 0.34791 0.01743 0.05304 0.00262 0.01497 0.00018 0.79729 0.00428 300 2 303 15 330 112 3 11.08 213.34 0.04755 0.00042 0.34801 0.03359 0.05308 0.00505 0.01678 0.00051 0.58540 0.00262 299 3 303 29 332 216 4 9.94 180.16 0.04774 0.00041 0.34882 0.02173 0.05299 0.00331 0.01567 0.00027 0.84906 0.00937 301 3 304 19 328 142 5 7.35 142.88 0.04815 0.00043 0.35004 0.02357 0.05273 0.00351 0.01583 0.00045 0.54696 0.00312 303 3 305 21 317 151 6 31.65 233.71 0.12924 0.00112 1.17296 0.02278 0.06582 0.00130 0.04180 0.00036 0.44232 0.00463 784 7 788 15 801 42 7 10.05 194.10 0.04778 0.00042 0.34964 0.02324 0.05307 0.00348 0.01756 0.00049 0.53462 0.00182 301 3 304 20 332 149 8 6.02 118.29 0.04782 0.00051 0.34664 0.04371 0.05258 0.00658 0.01822 0.00091 0.45910 0.00243 301 3 302 38 311 285 9 3.13 56.54 0.04165 0.00065 0.36059 0.06513 0.06279 0.01205 0.01352 0.00050 1.44319 0.00218 263 4 313 56 701 409 10 9.91 188.05 0.04796 0.00041 0.34796 0.03026 0.05262 0.00468 0.01701 0.00051 0.60413 0.00363 302 3 303 26 313 202 11 13.19 253.77 0.04810 0.00039 0.34964 0.02270 0.05272 0.00342 0.01735 0.00047 0.53572 0.00156 303 2 304 20 317 147 12 3.42 67.19 0.04767 0.00080 0.34818 0.06751 0.05298 0.01044 0.01441 0.00171 0.58860 0.00161 300 5 303 59 328 447 13 10.00 192.41 0.04806 0.00040 0.34941 0.02439 0.05273 0.00363 0.01709 0.00036 0.54734 0.00417 303 3 304 21 317 157 14 8.39 165.17 0.04802 0.00041 0.34965 0.02759 0.05281 0.00408 0.01640 0.00051 0.48911 0.00129 302 3 304 24 321 175 15 17.80 342.87 0.04808 0.00039 0.34907 0.01383 0.05266 0.00194 0.01943 0.00028 0.47689 0.00283 303 2 304 12 314 84 16 9.79 204.41 0.04752 0.00040 0.34747 0.02043 0.05303 0.00306 0.01648 0.00032 0.31690 0.00091 299 3 303 18 330 131 17 5.95 114.81 0.04805 0.00044 0.34678 0.03105 0.05234 0.00473 0.01576 0.00048 0.58343 0.00554 303 3 302 27 300 206 18 9.49 185.37 0.04802 0.00036 0.34754 0.01780 0.05249 0.00262 0.01491 0.00031 0.57073 0.00431 302 2 303 16 307 114 19 6.47 142.76 0.04771 0.00060 0.34876 0.02076 0.05302 0.00272 0.03297 0.00109 0.06280 0.00110 300 4 304 18 330 116 20 7.52 145.78 0.04829 0.00039 0.35815 0.02620 0.05379 0.00392 0.01790 0.00042 0.47886 0.00458 304 2 311 23 362 164 929-3(非环状岩墙，闪长玢岩) 1 9.72 194.19 0.04781 0.00037 0.34697 0.01387 0.05264 0.00208 0.01377 0.00020 0.54089 0.00240 301 2 302 12 313 90 2 5.81 116.48 0.04786 0.00045 0.34502 0.02850 0.05228 0.00434 0.01359 0.00049 0.52494 0.00196 301 3 301 25 298 190 3 8.92 177.29 0.04785 0.00039 0.34630 0.01893 0.05249 0.00285 0.01492 0.00031 0.51448 0.00133 301 2 302 17 307 124 4 5.42 111.27 0.04761 0.00045 0.34402 0.03449 0.05241 0.00531 0.01252 0.00053 0.48762 0.00218 300 3 300 30 303 231 5 7.80 152.64 0.04787 0.00044 0.34659 0.02161 0.05251 0.00325 0.01608 0.00032 0.53375 0.00081 301 3 302 19 308 141 6 8.99 182.25 0.04805 0.00041 0.34559 0.01844 0.05216 0.00277 0.01386 0.00029 0.45818 0.00252 303 3 301 16 293 121 7 19.31 475.26 0.03706 0.00027 0.42239 0.00926 0.08266 0.00179 0.02224 0.00032 0.30289 0.00240 235 2 358 8 1261 42 8 6.81 140.22 0.04785 0.00045 0.34683 0.03061 0.05257 0.00453 0.01427 0.00046 0.39820 0.00175 301 3 302 27 310 196 9 6.49 130.39 0.04790 0.00042 0.34679 0.02697 0.05251 0.00405 0.01464 0.00037 0.48223 0.00115 302 3 302 24 308 176 10 4.07 83.77 0.04796 0.00055 0.34680 0.03819 0.05245 0.00589 0.01519 0.00072 0.36692 0.00210 302 3 302 33 305 256 11 11.13 224.47 0.04775 0.00042 0.34572 0.01853 0.05252 0.00273 0.01525 0.00021 0.45583 0.00180 301 3 301 16 308 118 12 8.22 164.31 0.04785 0.00041 0.34726 0.02031 0.05263 0.00307 0.01594 0.00040 0.45929 0.00111 301 3 303 18 313 133 13 9.99 202.51 0.04806 0.00039 0.34576 0.01896 0.05217 0.00284 0.01519 0.00028 0.41625 0.00231 303 2 302 17 293 124 14 11.14 222.96 0.04818 0.00040 0.34642 0.01716 0.05215 0.00256 0.01551 0.00024 0.44696 0.00243 303 3 302 15 292 112 15 8.29 167.69 0.04798 0.00042 0.34638 0.01962 0.05236 0.00291 0.01404 0.00027 0.46666 0.00197 302 3 302 17 301 127 16 10.28 217.38 0.04792 0.00039 0.34685 0.01542 0.05249 0.00233 0.01303 0.00019 0.31690 0.00162 302 2 302 13 307 101 17 7.11 140.00 0.04814 0.00041 0.34497 0.01988 0.05198 0.00296 0.01491 0.00027 0.53418 0.00179 303 3 301 17 284 130 18 6.84 133.08 0.04804 0.00041 0.34745 0.02490 0.05245 0.00377 0.01395 0.00028 0.62815 0.00669 302 3 303 22 305 164 19 6.97 157.31 0.04783 0.00041 0.34500 0.01692 0.05231 0.00255 0.01316 0.00026 0.06280 0.00024 301 3 301 15 299 111 20 9.20 186.51 0.04804 0.00039 0.34851 0.01424 0.05262 0.00211 0.01301 0.00023 0.49009 0.00232 302 2 304 12 312 91 930-9(红山岩体，黑云母二长花岗岩) 1 9.95 205.56 0.04817 0.00039 0.34881 0.01392 0.05252 0.00207 0.01268 0.00021 0.40595 0.00442 303 2 304 12 308 90 2 37.85 740.96 0.04812 0.00039 0.34835 0.00633 0.05250 0.00089 0.01382 0.00006 0.59887 0.00313 303 2 303 6 307 39 3 17.39 348.33 0.04815 0.00037 0.34812 0.00901 0.05244 0.00135 0.01311 0.00011 0.52695 0.01223 303 2 303 8 304 59 4 31.94 618.43 0.04840 0.00038 0.35043 0.00619 0.05251 0.00090 0.01824 0.00013 0.47343 0.00476 305 2 305 5 308 39 5 18.32 374.15 0.04795 0.00037 0.34928 0.00812 0.05284 0.00122 0.01428 0.00013 0.42121 0.00411 302 2 304 7 322 53 6 29.13 585.48 0.04810 0.00034 0.34954 0.00780 0.05271 0.00116 0.01702 0.00018 0.39804 0.00347 303 2 304 7 316 50 7 54.70 1065.95 0.04831 0.00038 0.35037 0.00850 0.05260 0.00128 0.01988 0.00039 0.41966 0.00334 304 2 305 7 312 56 8 13.00 268.68 0.04798 0.00041 0.34748 0.01616 0.05253 0.00243 0.01651 0.00038 0.32474 0.00115 302 3 303 14 309 105 9 22.13 423.96 0.04861 0.00036 0.35122 0.01418 0.05240 0.00208 0.01729 0.00022 0.52259 0.00370 306 2 306 12 303 90 10 17.10 328.17 0.04825 0.00050 0.34812 0.01793 0.05233 0.00252 0.01651 0.00028 0.56515 0.00409 304 3 303 16 300 110 11 18.11 375.13 0.04808 0.00038 0.35046 0.01671 0.05286 0.00244 0.01734 0.00035 0.29319 0.00258 303 2 305 15 323 105 12 18.10 368.32 0.04863 0.00040 0.35095 0.01290 0.05234 0.00184 0.01935 0.00029 0.28510 0.00430 306 3 305 11 300 80 13 28.09 576.57 0.04812 0.00036 0.35102 0.01163 0.05291 0.00176 0.02089 0.00036 0.26617 0.00107 303 2 305 10 325 75 14 39.89 798.32 0.04829 0.00047 0.35043 0.00772 0.05263 0.00114 0.01936 0.00017 0.35170 0.00254 304 3 305 7 313 49 15 8.95 182.24 0.04833 0.00042 0.35075 0.02280 0.05263 0.00339 0.01812 0.00056 0.31944 0.00238 304 3 305 20 313 147 16 34.60 702.24 0.04825 0.00039 0.34938 0.00624 0.05251 0.00087 0.01916 0.00010 0.31690 0.00156 304 2 304 5 308 38 17 14.73 298.39 0.04837 0.00039 0.35011 0.01547 0.05250 0.00232 0.01826 0.00035 0.33227 0.00212 304 2 305 13 307 101 18 35.58 691.01 0.04823 0.00051 0.34635 0.00890 0.05209 0.00126 0.01967 0.00023 0.44051 0.00412 304 3 302 8 289 55 19 24.24 532.22 0.04859 0.00051 0.35097 0.01013 0.05239 0.00147 0.02326 0.00023 0.06280 0.00065 306 3 305 9 303 64 20 43.79 853.21 0.04812 0.00044 0.34832 0.00751 0.05250 0.00107 0.02045 0.00013 0.41885 0.00307 303 3 303 7 307 47 21 6.21 123.98 0.04828 0.00051 0.35090 0.03432 0.05271 0.00517 0.01714 0.00053 0.40677 0.00150 304 3 305 30 316 223 22 10.33 208.67 0.04840 0.00043 0.34923 0.02571 0.05233 0.00383 0.01620 0.00054 0.38154 0.00232 305 3 304 22 300 167 23 47.82 933.04 0.04813 0.00042 0.34996 0.00669 0.05273 0.00100 0.01533 0.00008 0.55093 0.00290 303 3 305 6 317 43 24 14.85 302.96 0.04809 0.00039 0.34934 0.01065 0.05268 0.00160 0.01303 0.00016 0.45641 0.00267 303 2 304 9 315 69 25 8.41 169.86 0.04818 0.00044 0.35081 0.02128 0.05281 0.00317 0.01295 0.00032 0.49598 0.00194 303 3 305 19 321 136 注：数据由中国地质调查局天津地质矿产研究所同位素实验室2011年3月测试完成，所有误差均为1σ，普通铅由208Pb校正

表 2 岩墙和围岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析结果 Table 2 LA-ICP-MS U-Pb zircon chronology results of dykes and host rock

图 5

Fig. 5

图 5 锆石阴极发光图像和测试点位置 Fig. 5 CL images of zircons and analyzed points

图 6

Fig. 6

图 6 各样品锆石年龄的谐和图 Fig. 6 U-Pb concordia diagrams of dykes and host rock

在锆石的阴极发光照片中也可以看出岩墙锆石与围岩锆石之间的差异, 以及岩墙锆石之间的差异和变化特征(图 5)。围岩锆石晶体发育非常完整, 外围环带色调较暗, 中间环带色调较浅, 而且同一条环带的宽度和色调沿着晶体四周比较均一；岩墙锆石的晶体形态和内部结构与围岩锆石相比差异明显, 如环状岩墙样品929-8和围岩样品929-9采自同一位置, 相互距离不超过10m, 然而929-8的大多数锆石并没有发育围岩锆石所具有的典型环带特征。另外环状岩墙样品929-4a也具有围岩锆石所不具有的近似菱形的外形和内部独特的对称条带, 其它几个岩墙样品(930-2、930-1、929-3)的锆石虽然都具有比较明显的环带特征, 但是它们的环带与围岩锆石的环带相比是不同的, 岩墙锆石的环带从中心到边缘表现为明暗变化, 而且同一条环带的宽度和色调沿着晶体四周并不均一。以上差异说明所分析的岩墙锆石都是形成于岩墙结晶, 并不是捕获自围岩, 利用它们来分析岩墙的形成时代是可靠的。另外对于环状岩墙和非环状岩墙来说, 从中心到外围, 它们的锆石也在总体上呈现出粒度逐渐变小的规律。下面对各样品的锆石特点和具体测试结果进行分述。

930-2中的20粒锆石多数呈长柱状, 长124~208μm, 宽57~115μm, 长宽比为1~3。锆石晶形完整, 自形程度高, 生长环带清楚。这些锆石的测试结果有19粒比较集中, ²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄介于303~305Ma, Th/U值为0.06~0.67, 仅10号点的年龄与其它点明显不同(269±2Ma), 而且明显地偏离谐和线, 通过透射光检查发现测试点位于锆石上的一个裂隙, 故将其作为异常结果剔除。其余19个分析点的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为304±1Ma。

929-4a中20粒锆石可以分为2组, 其中一组锆石有15粒(图 5中929-4a的1-7、9-16), 锆石晶体形态近似为菱形, 其长对角线为132~202μm, 顶角为60°~67°。在透射光和阴极发光照片中显示沿着菱形的长对角线有一条宽度10μm左右的深色条带, 条带两边部分基本对称且颜色较浅, 可能显示双晶特点。它们²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄为299~304Ma, Th/U值为0.16~0.56。另外一组锆石有5粒(图 5中929-4a的8、17-20), 晶体形态为长柱状, 长131~195μm, 宽57~80μm, 长宽比为1.7~2.6, 晶形比较完整, 阴极发光照片中显示有明显的生长环带, 主要发育在晶体的其中一端。²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄介于300~303Ma, 它们Th/U比值为0.06~0.42。由此可见以上2组锆石虽然晶体形态特征不同但是它们的²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄基本是一致的, 计算得到这20粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为302±1Ma。

930-8中的30粒锆石可以被分为2组, 其中一组锆石有27粒(图 5中930-8的1-12、15-17、19-30), 晶体形态为长柱状, 长158~381μm, 长宽比1~4。晶形发育良好, 自形程度很高。在阴极发光图像中它们的色调较深, 大多没有典型的环带特征。这27粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄介于302~304Ma, Th/U值为0.06~3.00。另外一组锆石有3粒(图 5中930-8的13、14、18), 大小在190~260μm之间, 长宽比为2左右。在阴极发光图像中锆石中心部位的颜色较浅, 环绕中心的边缘部分为明暗相间的生长环带, 且在晶体两端发育得更好。这3粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄介于302~303Ma, Th/U值为0.43~1.04。以上2组锆石年龄比较一致, 它们的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为303±1Ma。

930-1中的20粒锆石根据大小可以分为2组, 其中一组有17粒(例如图 5中930-1的15、18、19、20), 晶体较小, 为短柱状、粒状, 长度在75~154μm之间, 长宽比1.3~2.3, 晶形比较完整, 且环带明显；另外一组有3粒(图 5中930-1的5、7、8), 大小在173~227μm, 环带也很清楚且与上一组特征基本一致。测试结果显示6号锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄为784±7Ma, 明显大于围岩, 不可能是岩浆同结晶的锆石。9号锆石晶体不完整, 环带也不明显, 表现出与930-1其它锆石明显不同的特点, 可能是外来锆石, 非样品本身的锆石, 其²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄为263±4Ma, 将其结果作为异常而剔除。其余18粒锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄比较一致, 在299~304Ma之间, Th/U值为0.06~0.85, 它们的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为302±1Ma。

929-3中的20粒锆石均为长柱状, 长109~270μm, 根据完整锆石测得长宽比2~3。绝大多数锆石晶形完整, 环带清楚。测试结果比较一致, ²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄在300~303Ma, Th/U值为0.06~0.63。7号锆石测试结果为235±1Ma, 且明显偏离谐和线, 阴极发光图像显示测试点位于一个包裹体附近, 透射光检查发现有一条明显的裂隙穿过测试点, 这些都有可能造成测试结果的异常, 因此将7号锆石的结果剔除。其余19粒锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为302±1Ma。

930-9中的25粒锆石均为长柱状, 长度143~254μm, 长宽比1~2左右。晶体完整, 自形程度很高。阴极发光图像中显示中心颜色较浅, 围绕中心的生长环带为暗色, 以上特征显示它们为典型的岩浆岩锆石。测试结果显示这25粒锆石的年龄比较一致, ²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄在302~306Ma之间, Th/U值为0.06~0.60, 它们的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为304±1Ma。

红山岩体是由不同类型的岩石组成的。本文仅对该岩体中部的黑云母二长花岗岩进行了锆石年龄测定, 所分析的25粒锆石晶形完好, 都具有比较清晰的生长环带, Th/U比值为0.06~0.60, ²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄基本一致, 其加权平均年龄为304±1Ma, 比侵入其中的闪长岩锆石年龄略老, 与其侵入石炭纪地层这一地质关系也不矛盾, 可以认为代表了该岩体中部的所分析样品的岩浆结晶时代。

关于红山岩体的时代, 以前仅有金成伟和张秀棋(1993)报道的244.6Ma (锆石U-Pb年龄)、Chen and Jahn (2004)报道的297±12Ma (Rb-Sr等时线年龄)、徐新等(2006)报道的305±4Ma (锆石SHRIMP年龄)以及苏玉平等(2006)报道的301±4Ma (LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄)。其中, 金成伟和张秀棋(1993)的结果可能由于当时的技术条件原因与上述所列其它年龄以及本文的结果相差太大, Chen and Jahn (2004)、徐新等(2006)以及苏玉平等(2006)的结果与本文在误差范围内基本一致, 但是与本文相比其误差更大, 另外苏玉平等(2006)的结果也比我们分析的侵入该岩体的闪长质岩墙的年龄略小, 将其作为红山岩体的结晶年龄是不合适的。

红山花岗质岩体由不同岩石类型组成的, 我们仅对其中一种岩石类型进行了锆石年代学研究, 但是考虑到闪长质岩墙侵入红山岩体这一地质事实, 我们认为红山花岗质岩体的侵入与结晶时代不会晚于303Ma, 应为304Ma左右, 即晚石炭世晚期。

本文对环状和非环状两种产状的岩墙进行了5个样品的锆石定年研究。从锆石的特征看, 可以基本确定所分析的锆石都是从组成岩墙的闪长岩中结晶出来的, 即可以代表所研究的闪长质岩墙的结晶时代。

3个环状岩墙样品的锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄分别为304±1Ma、302±1Ma和303±1Ma, 这些年龄是对70粒锆石进行定年分析的结果, 而且3个样品分别采自岩体的不同部位。从锆石年龄本身看, 也比其侵入的围岩花岗岩要年轻, 比穿切它们的非环状岩墙的年龄要古老。因此, 我们认为红山岩体中的环状闪长质岩墙的结晶年龄基本为303Ma左右。

2个采自不同部位的非环状岩墙样品的锆石定年, 得到了一致的302±1Ma的锆石²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄, 这是对40粒锆石进行定年分析的结果。结合以上环状岩墙的锆石年龄和花岗岩的锆石年龄, 我们认为红山岩体中的非环状闪长质岩墙的结晶时代为302Ma左右。

上述红山花岗质岩体和侵入其中的闪长质岩墙的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄, 以及野外关系中闪长质岩墙侵入红山岩体, 其中非环状岩墙切割环状岩墙等地质事实, 表明在西准噶尔东部地区红山岩体中花岗质和闪长质两种类型岩浆活动的时间是基本一致的, 但花岗岩形成略早, 闪长质岩墙形成略晚(其中的环状岩墙略早, 非环状岩墙略晚), 都发生在石炭纪末期, 这为从岩浆活动探讨该区地球动力学环境, 提供了年代学约束。

另外, 岩墙都是沿着张性裂隙贯入的。本文获得的红山岩体中闪长质岩墙和其围岩花岗岩的年龄, 为张性裂隙形成时代的确定, 提供了了可靠的上限和下限, 即这些容纳岩墙物质的张性裂隙, 形成于304~302Ma之间。这一时代的确定, 为进一步通过断裂构造探讨该区古生代晚期地球动力学环境奠定了基础。关于这些岩墙所占据的裂隙形成机制及其对西准噶尔乃至中亚地区古生代晚期动力学环境的制约等方面的研究成果, 我们将另文论述。