2. 北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871;
3. 中国地质科学院地质力学研究所, 北京 100081
2. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871, China;
3. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China
阿尔金造山带地处青藏高原东北部,是青藏高原的北部边界,同时也是柴达木盆地与塔里木盆地的地理分界。造山带经历了复杂的地质构造演化,是一条近北东向展布的复合造山带。近年来,北阿尔金地区蛇绿岩、高压变质岩、花岗岩的研究引起了许多学者的关注。北阿尔金红柳沟蛇绿岩中变玄武岩及枕状玄武岩的Sm-Nd等时线年龄分别为508~512Ma和524±44Ma(刘良, 1999),蛇绿岩中的变玄武岩具过型渡型洋中脊玄武岩特征(吴峻等, 2002)。杨经绥等(2008)获得了红柳沟蛇绿岩中辉长岩年龄为479±8Ma。巴什考供盆地东侧出露有斜长花岗岩(518.5±4.1Ma),被认为是产于蛇绿岩中的斜长花岗岩(盖永升等, 2015)。以上研究表明,红柳沟蛇绿岩形成于早古生代,北阿尔金地区在早古生代存在过洋盆。区内红柳泉一带发现了榴辉岩(513±5Ma)、蓝片岩(497±10Ma)等高压变质岩(张建新等, 2007),暗示本区在早古生代发生过洋壳俯冲。东段喀腊大湾地区发育许多与俯冲有关具活动大陆边缘属性的火山岩(517~482Ma,郝瑞祥等, 2013; 李松彬, 2013)。同时,整个北阿尔金地区也广泛出露早古生代与俯冲有关的弧型花岗岩,这些花岗岩的年代学研究将俯冲时间大致限定在514~470Ma或460Ma(戚学祥等, 2005a; 吴才来等, 2007; 康磊等, 2011; 韩凤彬等, 2012; Meng et al., 2017)。Meng et al. (2017)根据喀腊大湾地区花岗质岩石的研究,认为520~460Ma间北阿尔金洋壳俯冲经历了从陡角俯冲(520~500Ma),到平板俯冲(500~490Ma),再到陡角俯冲(490~460Ma)的转变。据吴才来等(2005, 2007)对巴什考供盆地南北两侧S型花岗岩的研究,北阿尔金地区在450~430Ma可能为同碰撞-后碰撞环境。新近,Yu et al. (2018)在北阿尔金红柳沟一带,发现了低Mg和高Mg两种类型的埃达克质花岗岩,两者形成时代分别为445~439Ma和425~422Ma,暗示北阿尔金地区陆-陆碰撞和加厚可能发生在450~440Ma,挤压环境向伸展环境的转变可能发生在425~422Ma。
可见,前人对北阿尔金蛇绿岩、高压变质岩、花岗岩以及火山岩的研究,已取得了许多成果,也积累了大量的岩石学、地球化学和地质年代学方面的资料,为揭示北阿尔金地区大地构造演化、岩浆活动特点提供了重要依据。但尽管如此,仍还有一些重要问题尚未完全解决,主要包括:(1)北阿尔金洋壳俯冲极性一直存在较大争议,多数学者认为北阿尔金有限洋盆由北向南俯冲(Gehrels et al., 2003; 郝杰等, 2006; 吴才来等, 2007; 张占武等, 2012; 韩凤彬等, 2012; Meng et al., 2017);(2)俯冲持续时间存在争论,多数研究成果表明俯冲可能持续至470Ma或460Ma(戚学祥等, 2005a; 吴才来等, 2007; 康磊等, 2011; Meng et al., 2017),但也有不同观点,陈宣华等(2003)认为区内的阔什布拉克岩体(443±5Ma)形成于岛弧环境。韩凤彬等(2012)通过喀腊大湾地区多个岩体的年代学研究,认为514~506Ma属碰撞前岩浆活动,而490~470Ma为碰撞期岩浆活动;(3)北阿尔金西段花岗质岩石研究程度较低,这些岩体是何成因,是否符合前人提出的成因模式,是否与北阿尔金洋壳俯冲有关?这些都还未可知。因此,笔者选取了西段地区正长花岗岩体和闪长岩体作为研究对象,对其进行岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素等研究,以探讨其成因,明确其构造意义。
1 岩体地质及岩相学特征阿尔金造山带位于中国西北部,是青藏高原的北部边界。该造山带从北向南依次可分为五个次级构造单元,分别为:阿北地块、北阿尔金蛇绿混杂岩带、中阿尔金地块、南阿尔金超高压变质带以及南阿尔金蛇绿混杂岩带(许志琴等, 1999; 刘良等, 2009; 杨文强等, 2012),北阿尔金蛇绿混杂岩带位于阿北地块和中阿尔金地块之间,呈东西向带状分布(图 1a)。混杂岩带内主要出露有蛇绿岩块、具复理石特征的深海半深海碎屑岩、碳酸盐岩、高压变质岩以及中酸性侵入岩和火山岩。
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图 1 阿尔金造山带构造单元划分图(a, 据吴才来等, 2016修改)及北阿尔金红柳沟以南研究区地质简图(b, 据新疆维吾尔自治区地质局, 1982①修编) Fig. 1 Geological map showing the tectonic units of Altyn Tagh tectonic belt (a, modified after Wu et al., 2016) and geological sketch map of the study area at the south of Hongliugou, North Altyn (b) |
① 新疆维吾尔自治区地质局. 1982. 1:20万巴什考供幅地质图
本文研究的正长花岗岩体和闪长岩体出露在北阿尔金蛇绿混杂岩带的西段,位于红柳沟以南,巴什考供以西约15km。岩体总体呈北东东向带状分布,明显受区内断裂控制,展布方向与岩体周围的断层走向基本一致。岩体出露面积较小,正长花岗岩体出露面积仅十几平方公里,闪长岩体位于正长花岗岩体的东北部。岩体围岩主要是震旦纪基性熔岩以及古生代地层(新疆维吾尔自治区地质局, 1982;图 1b),岩体与围岩之间有着清楚的接触关系(图 2a)。正长花岗岩体西侧出露有辉长岩,岩石呈灰黑色,中-粗粒等粒结构,主要由斜长石和辉石等矿物组成,岩石风化蚀变明显。正长花岗岩体中有时可见暗色微粒包体,包体形态、大小不一,主要由细粒的角闪石和斜长石组成(图 2b)。
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图 2 正长花岗岩、闪长岩的野外露头照片和正交偏光下显微照片 (a)正长花岗岩野外露头;(b)似斑状正长花岗岩和暗色包体的野外照片;中细粒的正长花岗岩野外照片(c)和显微照片(d);中细粒的闪长岩野外照片(e)和显微照片(f). Q-石英;Pl-斜长石;Kfs-钾长石;Bi-黑云母;Amp-角闪石 Fig. 2 Field photographs and micrographs under CPL of syenogranite and diorite (a) outcrop of syenogranite; (b) field photograph of porphyritic syenogranite and enclave; field photograph (c) and micrograph of medium to fine-grained syenogranite; field photograph (e) and micrograph (f) of medium to fine-grained diorite. Q-quartz; Pl-plagioclase; Kfs-K-feldspar; Bi-biotite; Amp-amphibole |
正长花岗岩:岩石呈肉红色,具似斑状结构(图 2b)或中细粒结构(图 2c)。岩石主要由石英、钾长石、斜长石、角闪石和黑云母等矿物组成(图 2d)。石英他形粒状,有时可见有蠕英结构,石英含量25%~30%;钾长石,可见双晶,黏土化蚀变明显,钾长石含量45%~50%;斜长石,绢云母化明显,含量15%~20%;角闪石含量较少2%~3%;黑云母含量1%~2%,有绿泥石化现象;副矿物有锆石、磷灰石、磁铁矿等。
闪长岩:岩体出露面积较小,岩石呈灰黑色,具中细粒结构(图 2e)。岩石主要由角闪石、斜长石、钾长石、石英等矿物组成(图 2f)。石英,他形粒状,粒径0.4~0.7mm,含量较少约2%~5%;角闪石,自形-半自形,含量35%~40%,长轴0.6~1.1mm;斜长石,半自形-他形,蚀变明显,粒度0.25mm×4mm~0.5mm×0.8mm,含量40%~45%左右;钾长石,半自形-他形,含量约10%~15%左右;副矿物为锆石、磁铁矿。
2 分析测试方法岩石粉末碎样、化学全分析工作分别在河北廊坊区调院和河北廊坊物化探研究所实验室完成,主量元素分析使用X荧光光谱仪3080E进行分析测试,分析的相对标准偏差小于2%~8%。稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y和微量元素Cu、Pb、Th、U、Hf、Ta、Sc、Cs、V、Co、Ni使用等离子质谱(ICP-MS)Excel进行测试。而微量元素Sr、Ba、Zn、Rb、Nb、Zr、Ga等用X荧光光谱仪2100进行分析测试,分析的相对标准偏差小于10%。
锆石的分选在河北廊坊区调院完成,样品碎至40~80目,在双目镜下人工挑选,并在中国地质科学院地质研究所大陆动力学重点实验室完成阴极发光照片拍摄工作。锆石的U-Pb定年在中国地质科学院地质研究所大陆动力学重点实验室完成,采用美国Thermo Fisher公司最新一代Neptune Plus型多接收等离子体质谱仪和美国Coherent公司生产的GeoLasPro 193nm激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)。激光剥蚀以He作为载气,剥蚀束斑直径为32μm,频率为8Hz。在开始测试分析之前,先用国际上通用的锆石标样91500作为参考物质进行仪器的最佳化,并选用GJ-1作为辅助标样对数据的准确性进行验证。测试数据的处理,采用中国地质大学刘勇胜教授研发的ICPMSDataCal程序(Liu et al., 2010)和Ludwig (2003)的Isoplot程序。
锆石Hf同位素分析测试在中国地质科学院地质研究所大陆动力学重点实验室完成,所用仪器为Neptune Plus多接收等离子质谱和Compex Pro 193nm激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS),实验过程中采用He作为剥蚀物质载气,剥蚀直径为44μm,测定时使用国际上通用的锆石标样GJ-1作为参考物质,测试过程中锆石标准GJ-1的176Hf/177Hf测试加权平均值为0.282007±0.000025(2σ)。初始176Hf/177Hf计算,Lu的衰变常数采用1.865×10-11y-1(Scherer et al., 2001)。计算εHf(t)时采用的球粒陨石Hf同位素值176Lu/177Hf=0.0336,176Hf/177Hf=0.282785(Bouvier et al., 2008)。
3 分析结果 3.1 主量元素特征正长花岗岩中,SiO2含量变化较大64.10%~75.66%,平均值为70.15%,CaO含量较低为0.82% ~2.73% (表 1)。岩石富碱而贫铁镁,Na2O含量为3.15%~4.79%,K2O为2.52%~5.42%,全碱含量7.31%~8.78%,K2O/Na2O值变化范围较大为0.53~1.65,全铁含量FeOT为0.99%~4.32%,MgO为0.25%~1.52%。Al2O3含量12.46%~14.93%,铝饱和指数A/CNK在0.86~1.09之间,为准铝质-弱过铝质岩石(表 1、图 3a)。样品在SiO2-K2O图解中大部分落在了高钾钙碱性-钾玄岩区域,反映了岩石的高钾特征(图 3b)。
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表 1 正长花岗岩和闪长岩主量(wt%)、微量(×10-6)元素数据 Table 1 Major (wt%) and trace (×10-6) element compositions of syenogranite and diorite |
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图 3 正长花岗岩和闪长岩的A/CNK-A/NK图解(a, 据Maniar and Piccoli, 1989)和SiO2-K2O图解(b, 据Rickwood, 1989) Fig. 3 A/CNK vs. A/NK plot (a, after Maniar and Piccoli, 1989) and SiO2 vs. K2O plot (b, after Rickwood, 1989) of syenogranite and diorite |
闪长岩中,SiO2含量较低为52.11%~55.61%,CaO含量为4.14%~7.73%。岩石的铁、镁、钛含量较高(全铁含量FeOT为7.15%~9.53%,MgO为3.15%~7.39%,TiO2为0.97%~0.98%)。而碱含量较低(Na2O为2.63%~4.20%,K2O为1.95%~2.73%),全碱含量为4.6%~6.9%(表 1)。Al2O3含量13.44%~16.99%,铝饱和指数A/CNK为0.66~0.98,属于准铝质岩石(图 3a),样品在SiO2-K2O图解中均落入高钾钙碱性区域,显示为准铝质高钾钙碱性岩石。
3.2 稀土微量元素特征正长花岗岩的REE总量变化范围较大186.0×10-6~ 366.6×10-6,轻稀土富集而重稀土亏损,轻重稀土比值8.31~11.4,具有明显的负Eu异常,δEu为0.46~0.76(表 1、图 4a)。岩石中的中稀土和重稀土的亏损可能与角闪石、石榴子石、辉石等矿物有关(Patiño Douce and Johnston, 1991; Bea et al., 1994)。岩石的微量元素特征显示,富集Rb、Ba、Th、U、K等元素,而相对亏损Nb、Ta、P、Ti等元素,具弧型花岗岩常见的微量元素特征(Niu et al., 2013)。Sr亏损及Eu的负异常可能与岩浆演化过程中斜长石的分离或者熔融源区残留斜长石有关(表 1、图 4b)。
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图 4 正长花岗岩和闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图和原始地幔标准化微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 4 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spider diagram for syenogranite and diorite (after Sun and McDonough, 1989) |
闪长岩样品的REE总量为207.6×10-6~249.9×10-6,轻稀土富集而重稀土亏损,稀土配分模式呈右倾型,轻重稀土比值8.39~9.10,具较弱的负Eu异常,δEu为0.76~0.89(表 1、图 4a)。微量元素特征显示富集Rb、Ba、Th、U、K等元素,而相对亏损Nb、Ta、P、Ti。稀土微量元素特征与正长花岗岩较为相似(图 4a, b)。但较弱的负Eu异常及Sr亏损,暗示其熔融源区可能基本没有斜长石残留或残留很少。
3.3 锆石U-Pb年龄及Hf同位素特征正长花岗岩样品16CL188(采样位置N39°3.845′、E90°9.292′):锆石呈长柱状,具有明显的岩浆振荡环带,所有测点的Th/U均大于0.4,为典型的岩浆锆石(Koschek, 1993; Corfu et al., 2003; Wu and Zheng, 2004)。样品投点主体落在谐和线上及其附近,除去偏离谐和线较远的测点,其余20个测点的加权平均年龄为502.0±3.8Ma,代表岩体的侵位年龄(表 2、图 5a)。样品Hf同位素分析,选择了以上用于加权平均年龄计算的20个测点进行原位测试,分析结果显示εHf(t)为-5.77~+0.67,平均值为-3.32,仅有一个测点显示为正值,二阶段模式年龄tDM2为1423~1834Ma(表 3)。
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表 2 正长花岗岩和闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年测试结果 Table 2 LA-ICM-MS zircon U-Pb isotopic data of syenogranite and diorite |
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图 5 正长花岗岩和闪长岩的锆石阴极发光图像和锆石U-Pb年龄协和图 Fig. 5 Cathodoluminescence (CL) images of representative zircon grains and zircon U-Pb concordia diagrams of syenogranite and diorite |
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表 3 正长花岗岩和闪长岩锆石LA-ICP-MS Hf同位素分析结果 Table 3 LA-ICM-MS zircon Hf isotopic analyses for the samples from syenogranite and diorite |
正长花岗岩样品16CL200(采样位置N39°2.737′、E90°6.354′):锆石呈长柱状,具有明显的岩浆振荡环带,为典型的岩浆锆石。样品投点主体落在谐和线上及其附近,除去偏离谐和线较远的测点,其余25个测点的加权平均年龄为500.4±3.2Ma,代表岩体的侵位年龄(表 2、图 5b)。Hf同位素分析,选择了以上用于加权平均年龄计算的25个测点进行原位Hf同位素测试,分析结果显示εHf(t)为+0.98~+8.09,平均值为3.53,二阶段模式年龄tDM2为953~1406Ma(表 3)。
正长花岗岩样品16CL204(采样位置N39°3.008′、E90°5.966′):锆石呈长柱状,具有明显的岩浆振荡环带,为典型的岩浆锆石。样品投点主体落在谐和线上及其附近,除去偏离谐和线较远的测点,其余21个测点的加权平均年龄为495.7±3.3Ma,代表岩体的侵位年龄(表 2、图 5c)。选择以上用于加权平均年龄计算的21个测点进行原位Hf同位素测试,分析结果显示εHf(t)为+4.80~+7.63,平均值为6.39,二阶段模式年龄tDM2为987~1157Ma(表 3)。
闪长岩样品16CL192(采样位置N39°4.251′、E90°8.90′):锆石呈长柱状,具有明显的岩浆振荡环带,所有测点的Th/U均大于0.4,为典型的岩浆锆石。样品投点主体落在谐和线上及其附近,30个测点的加权平均年龄为497.1±3.0Ma,代表岩体的侵位年龄(表 2、图 5d)。样品Hf同位素分析,选择了以上用于加权平均计算的30个测点进行原位测试,分析结果显示εHf(t)为-1.61~+2.16,平均值为0.14,二阶段模式年龄tDM2为1336~1558Ma(表 3)。
4 讨论 4.1 岩体侵位时代及北阿尔金岩浆活动期次北阿尔金地区花岗质岩石主要形成于早古生代,岩浆活动呈现多期次特点。Wu et al. (2009)对比北阿尔金与北祁连地区的花岗质岩石,认为两个地区的花岗质岩石年龄主要可分三组:(1) > 470Ma,(2) > 445Ma,(3) > 430Ma。本文根据目前北阿尔金地区花岗质岩的岩石学及锆石U-Pb定年研究成果(表 4),我们认为区内岩浆活动大致可分为三期(图 6):第一期(518~474Ma),这期岩浆活动主要形成具弧型花岗岩特征的Ⅰ型花岗质岩石(戚学祥等, 2005a; 吴才来等, 2007; 康磊等, 2011; 韩凤彬等, 2012; Meng et al., 2017),这期岩浆活动被认为可能与北阿尔金洋壳俯冲有关;第二期(459~425Ma),以出现S型花岗岩和埃达克质花岗岩为特点,他们被认为可能产于碰撞环境(吴才来等, 2005, 2007; Wu et al., 2009; Yu et al., 2018),这期岩浆活动中也有Ⅰ型花岗岩的产出(陈宣华等, 2003; 韩凤彬等, 2012; 孟令通等, 2016; Meng et al., 2017);第三期(417~405Ma),主要形成Ⅰ型花岗岩(戚学祥等, 2005b; 韩凤彬等, 2012)。
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表 4 北阿尔金地区花岗质岩石的岩石学及锆石U-Pb年龄统计 Table 4 Summary of petrography, and zircon U-Pb ages of granitoids in North Altyn |
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图 6 北阿尔金地区中酸性侵入岩锆石U-Pb年龄统计直方图 年龄数据见表 4 Fig. 6 Histogram of zircon U-Pb ages of intermediate-acid intrusive rocks in North Altyn The age data are shown in Table 4 |
本文对北阿尔金西段正长花岗岩的3个样品进行了锆石U-Pb年龄测试,定年结果表明,正长花岗岩侵位年龄为495.7~502.0Ma。闪长岩样品的锆石U-Pb年龄显示其形成时代为497.1±3Ma。正长花岗岩和闪长岩的形成年龄非常接近,应为同一期岩浆活动的产物,均形成于早古生代,属北阿尔金第一期岩浆活动的产物,其形成可能与北阿尔金洋壳俯冲有关。
4.2 岩石成因类型及源区特征Ⅰ型花岗岩铝饱和指数A/CNK通常小于1.1,Na2O > 2O,而典型的S型花岗岩常含有白云母、堇青石、石榴子石等矿物,呈过铝质A/CNK > 1.1,且K2O > Na2O(Sylvester, 1998)。研究表明在准铝质-弱过铝质Ⅰ型花岗岩中P2O5与SiO2含量呈负相关关系,而在过铝质S型花岗岩中P2O5含量随SiO2的增加而增加或基本不变(Chappell, 1999; Wu et al., 2003)。北阿尔金西段的正长花岗岩主要由石英、钾长石、斜长石、角闪石和黑云母等矿物组成,副矿物为锆石、磷灰石、磁铁矿等,铝饱和指数A/CNK为0.86~1.09 < 1.1,为准铝质-弱过铝质岩石,岩中的P2O5与SiO2含量呈明显的负相关(图 7),显示Ⅰ型花岗岩岩石学及地球化学特点。另外,从岩石中锆石的形态特征来看,为典型的长柱状,具振荡环带,基本没有继承锆石,也比较符合Ⅰ型花岗岩特点。
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图 7 正长花岗岩的SiO2-P2O5图解 Fig. 7 SiO2 vs. P2O5 plot of syenogranite |
花岗岩一般认为主要是地壳物质部分熔融形成,而地壳成分通常是不均一的,熔融源区可能并非纯粹的火成岩或者纯粹的沉积岩,这种源区物质的不均一性可能会被继承到熔融岩浆中,并可能在最终结晶的岩石中被保留下来(王孝磊, 2017)。锆石Hf同位素分析被广泛用于花岗岩源岩性质和源区特征研究,通常正的εHf(t)值被解释为新生地壳熔融或者地幔物质的加入,而εHf(t)为负值的花岗岩被认为源于古老地壳物质(Taylor and McClenna, 1985; 吴福元等, 2007)。北阿尔金西段正长花岗岩及闪长岩的锆石Hf同位素分析结果暗示其熔融源区物质成分复杂。正长花岗岩测试样品的εHf(t)为-5.77~+8.09,二阶段模式年龄tDM2为0.95~1.83Ga(图 8a),εHf(t)值变化较大,在εHf(t)频率统计直方图中呈现为2组,反映源区物质成分的不均一,根据其Hf同位素特征,推测源岩可能为0.95~1.4Ga新生地壳(εHf(t)值> 0),并有1.42~1.83Ga古老地壳物质(εHf(t)值< 0)参与(图 8)。闪长岩样品(16CL192)锆石εHf(t)值为-1.61~+2.16,平均为0.14,二阶段模式年龄tDM2为1.34~1.56Ga,暗示其源岩以新生地壳为主,并有少量古老地壳物质参与(图 8)。尽管正长花岗岩和闪长岩的稀土微量元素特征及Hf同位素特征有相似之处,但也存在明显的差别。与闪长岩相比,正长花岗岩REE总量变化较大,闪长岩变化较小,正长花岗岩更富集Rb、Ba、Th、U、K等元素,而Sr、P、Ti等元素亏损更强烈。另外,正长花岗岩锆石εHf(t)值变化较大,而闪长岩的εHf(t)值则比较集中且峰值明显不同于正长花岗岩(图 8b),因此我们认为正长花岗岩体和闪长岩体分别来自两个不同的源区。
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图 8 正长花岗岩和闪长岩的锆石Hf同位素εHf(t)-t图(a)和εHf(t)频率直方图(b) Fig. 8 Zircon Hf isotopic εHf(t) vs. t plot (a) and histogram of εHf(t) from syenogranite and diorite |
正长花岗岩地球化学成分与实验熔体成分对比表明,其源区物质成分复杂,源岩可能既有以变中基性岩为主的新生地壳,也有古老地壳物质(变碎屑岩)的参与(图 9a, b),与锆石Hf同位素分析结果基本一致,反映源区物质成分的不均一。研究表明,源区以石榴子石为主要残留相时,具倾斜的HREE配分模式,Y/Yb明显大于10,而当源区以角闪石为主要残留相时,具较平坦的HREE配分模式,Y/Yb接近10(Sisson, 1994)。正长花岗岩样品具较平坦的HREE配分模式,Y/Yb值为7.0~8.5,暗示源区可能没有石榴子石残留,以角闪石为主。另外,岩石中Sr、Ba、Eu的亏损可能与斜长石的残留或分离结晶有关,源区残留相可能主要为角闪石、斜长石。闪长岩的C/MF-A/MF图解中显示为基性岩部分熔融,结合其锆石Hf同位素特征,认为其源岩可能主要为变基性岩(图 9a),并有少量古老地壳物质参与成岩。
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图 9 正长花岗岩和闪长岩的C/MF-A/MF图解(a, 据Altherr et al., 2000)和(K2O+Na2O+MgO+FeOT+TiO2)-(K2O+Na2O)/(MgO+FeOT+TiO2)图解(b, 据Kaygusuz et al., 2008) Fig. 9 Geochemical diagrams of C/MF vs. A/MF (a, after Altherr et al., 2000) and K2O+Na2O+MgO+FeOT+TiO2 vs. (K2O+Na2O)/(MgO+FeOT+TiO2) for the syenogranite and diorite (b, after Kaygusuz et al., 2008) |
近年来,许多学者对北阿尔金地区的蛇绿岩、高压变质岩、花岗岩以及火山岩等开展了研究工作,积累了大量研究资料,为揭示北阿尔金地区大地构造演化提供了重要依据。北阿尔金红柳沟蛇绿岩主要由超基性岩、辉长岩、辉绿岩、变玄武岩、枕状玄武、硅质岩等组成。其中变玄武岩及枕状玄武岩的Sm-Nd等时线年龄分别为508~512Ma和524±44Ma(刘良, 1999),变玄武岩的地球化学研究结果显示具过渡型洋中脊玄武岩特征(吴峻等, 2002),而蛇绿岩中辉长岩年龄为479±8Ma(杨经绥等, 2008)。盖永升等(2015)在巴什考供盆地东侧发现斜长花岗岩(518.5±4.1Ma),并认为是产于蛇绿中的斜长花岗岩。以上研究表明,北阿尔金蛇绿岩形成于早生代,暗示本区在早古生代存在过洋盆。杨子江(2012)对区内中晚奥陶世-早志留世火山-沉积地层进行研究,认为是陆内裂谷进一步发展形成的洋盆,具有弧后洋盆性质。
北阿尔金中段有高压变质岩出露,车自成等(1995)在贝壳滩东侧发现了高压泥质变质岩,并认为其形成与洋壳俯冲有关。张建新等(2007)获得红柳泉一带低温榴辉岩多硅白云母39Ar-40Ar等时线年龄为513±5Ma,蓝片岩钠白云母39Ar-40Ar年龄为497±10Ma,暗示本区在早古生代发生过洋壳俯冲作用。东段地区发现了许多俯冲有关具活动大陆边缘属性的火山岩(郝瑞祥等, 2013),李松彬(2013)获得喀腊大湾地区俯冲有关的火山岩锆石U-Pb年龄为482~517Ma,也反映了北阿尔金在早古生代发生过洋壳俯冲。此外,区内也广泛出露早古生代俯冲有关的弧型花岗岩,这些花岗岩的锆石U-Pb年代学研究暗示北阿尔金洋壳俯冲作用可能发生在514~470Ma或460Ma(戚学祥等, 2005a; 吴才来等, 2007; 康磊等, 2011; 韩凤彬等, 2012; Meng et al., 2017)。而巴什考供盆地南北两侧的S型花岗岩以及红柳沟一带的埃达克质花岗岩的研究表明,北阿尔金地区在450Ma之后可能为同碰撞-后碰撞环境(吴才来等, 2005, 2007; Wu et al., 2009; Yu et al., 2018)。
北阿尔金西段正长花岗岩和闪长岩形成于早古生代(495~502Ma),属北阿尔金第一期岩浆活动的产物,具Ⅰ型花岗岩特征,岩石富Rb、Ba、Th、U、K等元素,相对亏损Nb、Ta、P、Ti等元素,显示弧型花岗岩常见的微量元素特点(Niu et al., 2013)。另外,据Gorton and Schandl (2000)对世界上26个不同地方的花岗岩和中性火山岩地球化学研究成果,提出用不相容元素Th、Ta比值,来区分大洋岛弧、活动大陆边缘和板内火山岩带三种不同构造环境,Th/Ta比值1~6是板内火山岩带,6~20为活动大陆边缘环境,Th/Ta比值20~90的是大洋岛弧。正长花岗岩的Th/Ta比值为11.1~18.7,闪长岩为7.8~8.6,显示可能产于活动大陆边缘。因此,根据岩体的形成时代、成因类型、地球化学特征,并结合其产出的大地构造背景,我们认为北阿尔金蛇绿混杂岩带西段的正长花岗岩及闪长岩的形成与北阿尔金洋壳俯冲有关,产于陆弧环境。
5 结论(1) 北阿尔金蛇绿混杂岩带西段的正长花岗岩体侵位时代为495.7~502.0Ma,闪长岩体的形成时代为497.1±3Ma,均形成于早古生代,属北阿尔金早期岩浆活动的产物。
(2) 正长花岗岩地球化学特征显示,其A/CNK值为小于1.1,P2O5和SiO2含量呈明显的负相关,具有Ⅰ型花岗岩特征。稀土配分呈右倾型,轻稀土富集而重稀土亏损,岩石富集Rb、Ba、Th、U、K等元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等元素。闪长岩显示与正长花岗岩较相似的稀土微量元素特征。
(3) 正长花岗岩样品的εHf(t)值为-5.77~+8.09,暗示其源区物质成分复杂,二阶段模式年龄tDM2为0.95~1.83Ga。结合岩石的地球化学特征,正长花岗岩的源岩既有0.95~1.4Ga新生地壳(变中基性岩),也有1.42~1.83Ga的古老地壳物质(变碎屑岩)的参与成岩。闪长岩样品的εHf(t)值为-1.61~+2.16,反应其源区物质的不均一性,二阶段模式年龄tDM2为1.34~1.56Ga,源岩可能主要为变基性岩,也有少量古老地壳物质参与成岩。
(4) 北阿尔金西段的正长花岗岩、闪长岩形成于北阿尔金岩浆活动早期,具Ⅰ型花岗岩特征,显示活动大陆边缘弧型花岗岩地球化学特点,其形成可能与北阿尔金洋壳俯冲有关,产于陆弧环境。
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