岩石学报  2018, Vol. 34 Issue (7): 2017-2029   PDF    
塔里木克拉通北部沙雅隆起古元古代A型花岗岩的发现及其构造意义
高山林 , 张仲培 , 刘士林 , 杨鑫 , 张福顺     
中国石化石油勘探开发研究院, 北京 100083
摘要:本文对塔里木克拉通北部沙雅隆起桥古2井(QG2)基底碱长花岗岩进行了岩石学、锆石U-Pb年代学和元素地球化学分析。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示其形成时代为1847±19Ma,为古元古代晚期。岩石SiO2=66.32%~76.39%,Na2O+K2O=7.13%~8.93%,Al2O3=11.21%~13.46%,FeOT/MgO=12.1~19.2,TiO2=0.29%~0.57%,A/CNK=0.89~0.99,为高硅、富碱、富铁、低钙镁、贫钛的准铝质花岗岩。稀土元素总量相对较低(∑REE=64.4×10-6~212.7×10-6),轻稀土元素富集,(La/Yb)N=10.2~13.8,轻重稀土元素分馏较明显,δEu值为0.67~1.03,富集Rb、Ba、Th、U等大离子亲石元素和Zr、Hf等高场强元素,亏损Sr、P、Ti、Ta、Nb等元素。锆石饱和温度介于856~959℃之间,Ga/Al比值高,显示A型花岗岩特征。岩石具有低Y、Yb、∑HREE、(La/Yb)N和Mg#值及较高的Nb/Ta、Zr/Sm比值,推测岩浆源区为含有石榴石、斜长石、金红石、辉石等的麻粒岩相,岩浆的形成可能与加厚地壳的部分熔融有关。QG2井A型花岗岩可能代表了塔里木克拉通北部古元古代晚期(约1850Ma)造山期地壳增厚事件的结束,指示了区域构造环境从挤压体制开始转为造山后陆内伸展体制。
关键词: 塔里木克拉通北缘     QG2井     古元古代晚期     A型花岗岩     造山后伸展    
The discovery and tectonic significance of Paleoproterozoic A-type granite in Shaya uplift of the North Tarim Craton
GAO ShanLin, ZHANG ZhongPei, LIU ShiLin, YANG Xin, ZHANG FuShun     
The Petroleum Exploration and Production Research Institute of SINOPEC, Beijing 100083, China
Abstract: The granite from QG2 petroleum drilling well located at Shaya uplift, North Tarim Craton, is alkali-feldspar granite. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating shows that the pluton was emplaced at 1847±19Ma. All rocks are rich in SiO2 (66.32%~76.39%) and alkaline (Na2O+K2O=7.13%~8.93%) and FeO (FeOT/MgO=12.1~19.2), but poor in MgO (0.09%~0.27%), TiO2 (0.29%~0.57%), CaO (0.78%~2.91%) and P2O5 (0.03%~0.07%). Auminum saturation index (0.89~0.99) show a metaluminous alkaline granite. It is enriched in LREE and Rb, Ba, Th, U, Zr, Hf, and depleted in Sr, P, Ti, Ta, Nb, Cr, Ni, and the δEu value range is 0.67~1.03. The whole-rock zircon saturation temperature varies from 856℃ to 959℃, with high Ga/Al ratios, identified as typical A-type granite. Low Y, Yb, Mg#, HREE, (La/Yb)N and higher Nb/Ta, Zr/Sm ratios suggest that the intrusion were generated by partial melting of thick lower crust under high pressure granulite facies condition with garnet, rutile, clinopyxene, hornblende and plagioclase to be dominant residual phase. The A-type granite represents the end of the later Paleoproterozoic crust thickening event, and suggest the tectonic setting was changing from orogenic compression to post-orogenic extension.
Key words: North Tarim Craton     QG2 well     A-type granite     Late Paleoproterozoic     Post-orogenic extension    

古元古代中晚期是最重要的地壳生长时期之一(Rogers and Santosh, 2002; Zhao et al., 2002; Santosh et al., 2009; Evans and Mitchell, 2011)。塔里木、扬子、华北克拉通均具有大面积分布的古元古代结晶基底并发育较为完整的中新元古代沉积盖层,保存有大量与哥伦比亚大陆聚合及裂解事件相关的地质记录,但是相比华北、扬子克拉通古元古代构造演化与哥伦比亚大陆重建研究成果(翟明国, 2013; 赵太平等, 2015; 曹正琦等, 2016; 郭俊等, 2017),塔里木克拉通前寒武纪演化的研究程度相对要低。

近十多年来,中外地质学家对塔里木克拉通前寒武纪的演化过程做了大量的研究工作,对于新元古代的研究程度较高(李曰俊等, 2003; Zhang et al., 2009, 2011, 2012; 王飞等, 2010; Shu et al., 2011),对于古元古代的研究较少,研究成果也主要集中于塔东北地区,而塔南地区研究程度相对较低。塔里木盆地北缘的库鲁克塔格地区和铁门关地区斜长片麻岩、石榴黑云斜长片麻岩、石英片岩等变质岩的年龄主要集中在2.0~1.8Ga之间(郭召杰等, 2003; Long et al., 2010; 董昕等, 2011; Zhang et al., 2012; 曹晓峰等, 2013; Ge et al., 2013),部分记录了~1.92Ga和~1.85Ga两期变质时间(王明阳等, 2016),1.85Ga的变质年龄代表退变质作用时代,而非变质峰期年龄,峰期时间应在2.0~1.9Ga之间(葛荣峰, 2014),这与我们近期对研究区以西巴楚地区MB1井前寒武纪基底黑云母二长片麻岩LA-ICP-MS测年1920±14Ma结果一致。塔西南地区2.4~2.3Ga高钾的侵入体变质年龄为1.9Ga(Zhang et al., 2007),塔东南地区存在2.27~2.38Ga和1.9~2.05Ga的两期变质年龄,并发育1855±23Ma和1873±9.6Ma未变质的石英二长岩和石英正长岩(陆松年和袁桂邦, 2003; 辛后田等, 2011; Zhang et al., 2013)。

塔里木盆地内覆盖区花岗岩类的研究成果主要集中在年代学方面,如邬光辉等(2012)对塔东南隆起塔东2井角闪花岗岩SHRIMP U-Pb测年为1908.2±8.6Ma;Xu et al. (2013)对塔中地区中深1井花岗岩和塔北的沙53井花岗岩SHRIMP U-Pb测年分别为1895±1Ma和1848±7Ma;韩强等(2016)对塔里木盆地北部沙雅隆起基底岩石进行了LA-ICP-MS年代测定,桥古2井钾长花岗岩为1846±1Ma,沙53井石英二长岩为1791±1Ma。

从已有的结果统计来看,古元古代晚期在塔里木克拉通南北缘存在~1.95Ga和~1.85Ga两期非常强烈的构造事件。葛荣峰(2014)指出前者为古元古代晚期的变质作用-混合岩化事件,与塔北地区安第斯型增生造山作用对应,而后者对应于塔北地区的陆陆碰撞作用(董昕等, 2011; 葛荣峰, 2014)。对于塔里木盆地南部,辛后田等(2011)指出,1.95~2.0Ga为陆陆碰撞主造山期,而1.85~1.87Ga为造山后伸展阶段,发育石英二长岩等后造山花岗岩。也就是说1.90~1.85Ga,塔里木克拉通南部已处于陆内演化阶段,而北部仍处于陆缘活动演化阶段,南北可能处于不同的构造体制。因此,塔北地区1.85Ga的构造意义的解释成为认识塔里木克拉通南北部古元古代晚期构造演化是否同步的重要依据。

目前对元古代的研究成果绝大多数样品都来自于露头区,塔里木盆地覆盖区受钻井岩芯资料制约研究程度较低,详细的年代学数据较少,即使是同一口钻井的样品由于其测试方法的差异(如沙53井),年龄结果也可能有明显差异,而岩石地球化学特征的研究成果更是少见。本文通过对塔里木盆地北部沙雅隆起区桥古2井(QG2)基底元古代花岗岩的岩石地球化学和进一步的年代学分析,结合前人区域性构造研究成果,探讨塔里木克拉通北部古元古代晚期的区域构造体制特征。

1 地质概况与样品岩相学特征

研究区位于塔里木盆地北部沙雅隆起的三道桥地区,白垩系和第三系直接覆于寒武系或前寒武系之上。QG2井白垩系直接与元古界接触,缺失侏罗系-古生界(韩强等, 2016)。也正是由于缺失古生界-中新生界多套地层,部分钻井方可钻达元古界乃至太古界基底(图 1),为本文的研究提供了条件。

图 1 塔里木克拉通北部沙雅隆起前中生界地质略图 Fig. 1 Pre-Mesozoic geological sketch map of the Shaya uplift of the North Tarim Craton

沙雅隆起区基底岩石岩性复杂,有钾长花岗岩(QG2、XH3井)、黑云母二长花岗岩(QG3井)、石英二长岩(S53井)等浅变质中酸性岩,还有板岩(S57井)、角闪片岩、透辉石岩(QG4井)、片麻岩(XH1井)等变质岩。受岩芯样品所限,本次研究重点针对QG2井花岗岩进行了年代学和地球化学分析。QG2井取样深度5632~5635m,岩芯为灰褐色中细粒花岗岩,局部见细小的石英脉、方解石脉充填裂缝,镜下鉴定为碱长花岗岩(图 2a, b)。斜长石含量为5%~10%,呈近半自形板状、他形细粒状,粒度一般为0.1~1.3mm,部分可见聚片双晶,具绢云母化、绿泥石化,少绿帘石化、碳酸盐化。钾长石含量为55%~65%,呈近半自形板状-半自形粒状,粒度一般为0.2~1.8mm,个别大小为5.0~9.4mm,以微斜长石、正长石为主,晶内微斜格子双晶发育,部分粒内嵌布有半自形板状斜长石、他形粒状石英等颗粒,部分颗粒边缘多具细粒化,少部分粒内可见晶内裂隙,后被细粒化长英质等充填,总体杂乱分布,少部分与石英呈文象交生体产出。高岭土化明显,少绢云母化、硅化、碳酸盐化。石英为20%~28%,呈他形粒状,粒度一般为0.2~1.6mm,少部分为2.0~3.4mm,粒内具波状、带状消光,杂乱分布,少部分与钾长石呈文象交生体产出,局部见切割晶体的裂隙被碳酸盐等填充。黑云母5%~10%,呈鳞片-片状,片径大小0.05~0.2mm,大者可达0.3mm,多被绿泥石、碳酸盐交代呈假像,偶见辉石。

图 2 QG2井元古界花岗岩岩芯(a)和显微照片(b) Fig. 2 Core (a) and microphotograph (b) for Proterozoic granite of the QG2 well
2 分析方法与测试结果 2.1 锆石LA-ICP-MS年代学

样品锆石分选工作在河北省廊坊区域地质调查所实验室完成,锆石的分选主要是在粗淘、电磁分选和细淘之后由手工挑选。锆石制靶工作在合肥工业大学资源与环境工程学院超净室完成,并在合肥工业大学资源与环境工程学院电子探针(EPMA)实验室针对各样品拍摄阴极发光(CL)电子图像,在双目镜下挑选裂隙相对少、表面尽量洁净、透明度相对较高的锆石制作环氧树脂样品靶,然后打磨和抛光锆石露出核部进行CL图像分析。锆石定年则由合肥工业大学LA-ICP-MS实验室完成,激光剥蚀孔径为32μm,每测5个样品分析点,同时测试1个标准锆石Plesovice(参考年龄值337Ma)作监控样品。标准锆石91500为年龄计算外标,元素91Zr作内标,数据处理采用中国地质大学(武汉)开发的ICP-MS DataCal9.6软件,普通铅矫正采用Anderson (2002)给出的程序计算。

全岩主量和微量元素分析均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。粉碎至200目,测试方法依据《GB/T 14506.28-93硅酸盐岩石化学分析方法》和《DZ/T 0223-2001电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法通则》。主量元素测试用X射线荧光光谱法分析(XRF)方法(二价和三价铁由化学法测定),测试仪器型号为Philips PW2404的固态X射线荧光光谱仪。称重样品与XRF分析专用熔剂搅拌均匀之后倒入白金坩埚中, 进入熔样机高温熔融, 烧制熔片,然后上机进行测试,相对误差小于5%;微量元素采用酸溶法,将所得溶液在电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成测定,所用仪器为德国Finnigan-MAT公司制造的HR-ICP-MS (Element Ⅰ),微量元素含量大于10-6时的相对误差小于5%,小于10-6时的相对误差小于10%。分析测试时室温20℃,相对湿度30%。

2.2 锆石LA-ICP-MS年代学

QG2井样品中的锆石在透射光下主要呈浅黄色、无色透明状,锆石颗粒为半自形、自形,呈长柱状。样品中锆石完整颗粒的长轴为175~325μm,短轴为120~180μm,长宽比值介于1.8~3.3。CL图像显示锆石普遍具明显振荡环带结构或扇状分带结构(图 3),部分锆石核部具有黑色条带,为变质成因,其余大部分锆石具有岩浆成因特点。样品共测试分析了36颗锆石,获得了35颗谐和年龄数据点和1颗不谐和年龄数据点(表 1)。锆石Th元素含量为23.3×10-6~769×10-6,U元素含量为42.9×10-6~1283×10-6,Th/U比值为0.30~1.12,36个测点中34个点大于0.4,为岩浆锆石,谐和锆石207Pb/206Pb年龄数据范围2165~1661Ma。锆石谐和图和年龄谱图(图 4)显示,数据结果在年龄段2006~1765Ma(n=31)表现的更为集中,故选取该段加权平均年龄代表样品形成年龄,加权平均年龄值为1847±19Ma(MSWD=4.5),与韩强等(2016)所测的1846±1Ma基本一致。

图 3 QG2井花岗岩锆石阴极发光图像 Fig. 3 Cathodoluminescence images the external appearances and internal textures of zircon grains isolated from the QG2 well granites

表 1 塔里木沙雅隆起QG2井花岗岩LA-ICP-MS锆石定年结果表 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of QG 2 well granites of the Shaya uplift of the North Tarim craton

图 4 QG2井花岗岩锆石U-Pb谐和图和年龄直方图 Fig. 4 U-Pb concordia diagrams of zircons from the QG2 well granites

韩强等(2016)对QG2井5694m的钾长花岗岩进行了锆石ICP-MS测年,岩性与本文所采5632~5635m样品岩性基本一致,年龄也相近,但本文对该年龄的解释与其并不相同。韩强等(2016)认为三道桥地区的QG2井、QG3井花岗岩为变质岩浆岩,锆石年龄均为变质年龄,但从岩芯显微镜下结构来看,均没有见典型的变质结构,由于该区靠近天山山前构造变形带,断裂非常发育,无论是新元古界还是古生界的钻井岩芯常见岩石破碎化现象,部分沿断裂有新元古代、加里东期及海西期岩浆活动,颗粒具有一定的重结晶属正常现象,不能因此指出该区的岩浆岩均为变质岩浆岩。QG2井、QG3井锆石的U/Th比值多高于变质锆石的U/Th比值,QG3井锆石内部环带清晰,为典型的岩浆锆石,QG2井年龄值与QG3井非常接近,两口井空间距离也很接近,应该受同一期岩浆事件的控制。葛荣峰通过对塔东北地区古元古代变质岩锆石Hf-O同位素及变质岩的矿物学分析指出~1.85Ga的变质年龄并不代表峰期变质年龄,代表退变质年龄,该区的变质作用的峰值年龄要早于~1.85Ga。该时期在塔北地区发育大量的混合岩化作用形成的变质岩,往往伴随着年龄相近的岩浆事件原地熔融和熔体灌入均为混合岩化的重要机制(葛荣峰, 2014)。本文所测定的花岗岩年龄并不否认~1.85Ga的变质事件,QG2井中部分有黑条带的锆石应该是先期的变质锆石,紧随之后就有岩浆事件发生,高温岩浆的侵入可能提供了足够的热量,因此QG2井的年龄是一个混合年龄,但其峰值应代表了花岗岩的侵位时代。

2.3 主量元素特征

样品的SiO2含量高(表 2),为66.32%~76.39%,平均73.22%。碱含量(Na2O+K2O)为7.13%~8.93%,平均8.12%,K2O/Na2O为2.28~3.71,平均2.82,FeOT为1.53%~4.43%。Mg、Ca、Ti和P等氧化物的含量明显偏低,CaO为0.78%~2.91%,TiO2为0.29%~0.57%,MgO为0.09%~0.27%,Mg#为9.36~14.0,P2O5含量0.01%~0.07%。主量元素特征与Barbarin (1999)提出的从挤压到伸展转换过程中的富钾钙碱性花岗岩(KCG)类似。碱度率AR为2.76~5.44,平均4.46,在SiO2-AR图中投点于碱性岩区域,在QAP图中落点于碱长花岗岩和正长花岗岩区域(图 5a)。Al2O3为11.2%~13.46%,铝饱和指数(A/CNK)为0.89~0.99,CIPW标准矿物中未见刚玉,属于准铝质钾质花岗岩(图 5b)。P2O5、TiO2、MgO、CaO、FeOT均与SiO2呈现明显负相关关系,碱度指数NK/A、碱度率AR、分异指数DI与SiO2大体呈正相关关系,岩体总体呈现富硅、高钾、富碱、富铁、低镁、贫钛的特征。

表 2 塔里木沙雅隆起QG2井花岗岩样品的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)组成 Table 2 Abundances of major (wt%) and trace (×10-6) elements of the QG2 well granite samples

图 5 QG2井花岗岩类地球化学分类图解 (a) QAP三角分类图解(据Le Maitre, 1989);(b) A/NK-A/CNK(据Maniar and Piccoli, 1989) Fig. 5 Geochemical compositions of representative samples from the QG2 well granites
2.4 稀土微量元素特征

样品的∑REE为64.4×10-6~212.7×10-6,LREE/HREE为8.05~9.19,(La/Yb)N=10.2~13.8,(La/Sm)N=2.06~5.37,(Gd/Yb)N=1.71~3.06,稀土元素球粒陨石标准化配分曲线上所有样品形态相似,呈LREE富集的右倾型(图 6a),轻稀土分异作用较显著,重稀土相对平坦,分异较弱。δEu为0.82~1.03,从相对明显的负异常到正异常都有。

图 6 QG2井花岗岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagram (b) for the QG2 well granites (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

微量元素组成上,QG2井明显富集Rb、Ba、U、K、Th、Pb等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta等高场强元素,相对富集Zr、Hf等高场强元素,Sr、Ti、P元素则表现出明显的负异常(图 6b),负异常程度呈现随岩浆演化程度增高而增大的趋势。P和Ti的亏损说明岩浆经历了磷灰石以及钛铁矿等矿物的分离结晶作用,Nb、Ta负异常表明岩浆源区存在金红石和榍石等残留相(Lei et al., 2012)。曲线整体表现出左侧Rb、K元素明显富集、中段La、Ce相对富集,右段Ti、Y、Yb下垂的三段式分布,这种元素分布形式与特征反映岩浆的形成受到了地壳物质的高度参与(Kalsbeek et al., 2001)。

3 岩石成因与源区 3.1 岩石成因类型

QG2井样品A/NKC值都小于1,CIPW标准矿物未见刚玉,P2O5含量0.004%~0.109%,多低于0.1%,且随着分异作用增强而降低,与S型花岗岩的P2O5含量随分异演化作用而升高等特征差异明显(Chappell, 1999)。QG2井花岗岩锆石饱和温度高(856~959℃),Rb为192.1×10-6~262.9×10-6,FeOT为1.53%~4.43%,FeOT/MgO为12.1~19.2,平均16.1,与高分异Ⅰ型花岗岩低FeOT(小于1.00%)、低锆石饱和温度(~764℃)、低Rb(小于100×10-6)有明显差异(王强等, 2000)。10000×Ga/Al为2.75~3.51,Zr+Nb+Ce+Y=428.1×10-6~926.0×10-6,均高于A型花岗岩的下限值2.6×10-6和350×10-6(Whalen et al., 1987),在相关的判别图中所有样品均投点到A型花岗岩区域(图 7)。

图 7 QG2井花岗岩成因类型判别图(据Whalen et al., 1987) Fig. 7 Discrimination diagrams for granite genetic type of the QG2 well samples (after Whalen et al., 1987)
3.2 岩石源区

QG2井花岗岩Rb、Th、K等大离子亲石元素富集,Ti、Nb、Ta等高场强元素(HFSE)亏损,指示其与大陆地壳物质具有明显的亲缘性。Nb/U和Ta/U平均值分别为10.5和0.51,远低于地幔值47和2.7(Taylor and McLennan, 1995);(Rb/Nb)N比值分别为26.6~38.5,高于陆壳值2.3~4.8;Sm/Nd为0.19~0.21,与大陆地壳值(0.17~0.25)接近,存在继承性锆石等特征,均与壳源岩浆特征相似(李创举和包志伟, 2010; 李小伟等, 2010)。样品Mg#值为10.3~14.03,远低于40(Rapp and Watson, 1995),具有较高Pb含量(26.37×10-6~58.70×10-6),低钛、低亲铁元素,Cr和Ni平均值分别为1.92×10-6和0.64×10-6,排除了幔源岩浆的分异演化或拆沉下地壳部分熔融的可能,其物质应来自于地壳。Al2O3(11.20%~13.46%)和FeOT(1.53%~4.43%)含量低于全球中-上地壳的平均值(分别为15.0%~15.4%和5.06%~6.02%;Rudnick and Gao, 2003),加之形成温度较高,表明它们不可能为较浅的中、上地壳部分熔融产物,而是下地壳熔融的产物。

QG2井花岗岩样品Sr为67.27×10-6~172.7×10-6,Y为8.13×10-6~27.28×10-6,Yb为0.98×10-6~2.26×10-6,HREE为6.71×10-6~23.21×10-6,Sr/Y值均较低(6.33~8.99),为典型的低Sr、低Yb喜马拉雅型花岗岩(张旗等, 2010)。岩石贫Al、Sr和Ca,表明岩浆源区可能存在富钙斜长石的残留(Drummond and Defant, 1990; Martin et al., 2005)。HREE、Y在石榴子石熔体中的分配系数最大,低Yb、Y、(La/Yb)N和Y/Yb值以及平坦分布的HREE暗示发生部分熔融时有石榴石稳定存在(李承东等, 2004),在(La/Yb)N-YbN图解中样品投点大多落在榴辉岩和角闪石石榴石岩的演化线上(图 8a)。(Ho/Yb)N为0.90~1.51,部分样品MREE相对亏损,表明角闪石可能为残留相之一,因为角闪石相比石榴子石相更富集中稀土元素(MREE)(葛小月等, 2002)。Nb/Ta为15.3~24.6,多数数据高于球粒陨石值(17.57),表明源区有一定量的金红石残留(Xiong et al., 2005; Xiong, 2006; Ge et al., 2013),较高的Zr/Sm(47.8~364)指示源区残留有大量的单斜辉石(葛荣峰, 2014)(图 8b)。金红石、石榴石均为高压矿物(Xiong et al., 2005; 张旗, 2010),金红石出现指示压力可能大于1.5Gpa,斜长石也可以存在于较高的压力之下(最高可达1.7~2.0GPa; 张旗等, 2010),因此源区的可能矿物组合为斜长石+角闪石+石榴石+单斜辉石+金红石,形成压力较大,花岗岩源区岩浆的形成可能与加厚的下地壳角闪石榴石麻粒岩相岩石的部分熔融有关(Miller et al., 2003; 李承东等, 2004)(图 8c, d),与张旗等(2010)提出喜马拉雅型花岗岩的形成与中高压条件下加厚的下地壳部分熔融有关的结论一致。

图 8 QG2井花岗岩成因判别图解 (a) (La/Yb)N-YbN(据Drummond and Defant, 1990);(b) Nb/Ta-Zr/Sm;(c) Cr-Ni;(d) Mg#-SiO2(据Martin et al., 2005) Fig. 8 Discrimination plots of the QG2 well granite samples
4 构造指示意义

QG2井碱性花岗岩富集LILE和LREE,Ta、Nb、Ti、P显著负异常,具有弧花岗岩特征(Lei et al., 2012),暗示着该区可能处于陆缘弧的位置。在C/MF-A/MF源区辨别图解中样品投点于变质砂岩区内(图 9a),表明其源区与活动大陆边缘有关(Rapp and Watson, 1995; Muller et al., 1992)。QG2井花岗岩样品点在Rb-(Yb+Ta)图解中落入同碰撞花岗岩区域内(图 9b),Rb-(Y+Nb)图解中落入火山弧花岗岩到同碰撞花岗岩过渡区(图 9c),说明该时期沙雅隆起区为塔里木克拉通北部碰撞造山带的组成部位。Treloar et al. (1992)指出,钾质花岗岩的形成指示着紧随陆壳碰撞之后的地壳加厚作用,地壳的厚度往往要比碰撞前陆弧地壳厚度大得多,因此QG2井A型花岗岩的形成与加厚的地壳密切相关。在R1-R2图解中落入同造山向造山期后过渡区(图 9d)。在QAP图解中落入与大陆造陆抬升有关的花岗岩(CEUG)区(图 9e)(Maniar and Piccoli, 1989),在A型花岗岩判别图解上,样品均投影于A2型花岗岩的区域内(图 9f),结合具有相对高的Yb/Ta(2.70~5.09)和Y/Nb(1.41~2.49),表明塔里木克拉通北部沙雅隆起古元古代A型花岗岩形成于造山后伸展构造环境(Eby, 1992; 洪大卫和韩宝福, 1995; Liegeois, 1998; Xiong et al., 2009)。

图 9 QG2井花岗岩构造环境判别图 (a) C/MF-A/MF;(b) (Yb+Ta)-Rb;(c) (Y+Nb)-Rb图解(据Pearce et al., 1984);(d) R1-R2图解(据Batchelor and Bowden, 1985);(e) QAP构造判别图(据Maniar and Piccoli, 1989);(f) Nb-Y-Ce图解(据Eby, 1992) Fig. 9 Discrimination diagrams for tectonic settings of the QG2 well granite samples

如前所述,塔里木克拉通南北均存在~1.95Ga和~1.85Ga两期明显的构造事件(陆松年和袁桂邦, 2003; Zhang et al., 2012; 葛荣峰, 2014; 王明阳等, 2016),1.9Ga的年龄值在克拉通周缘表现得更为显著。区域上来看,在西部的欧龙布鲁克微地块存在1950Ma达肯大板群变质岩和1852±19Ma未变质的基性岩墙(肖庆辉等, 2003),阿拉善和贺兰山地区正副变质岩均记录着1.90~1.96Ga和1.85Ga的变质年龄(张建新和宫江华, 2018),华北克拉通存在~1.95Ga和~1.85Ga两期构造事件(董春艳等, 2010; 蒋宗胜等, 2011; 马铭株等, 2012; Dong et al., 2013),表明塔里木克拉通与西部众多的微陆块及华北克拉通等一样,是古元古代哥伦比亚超大陆的重要组成部分。对于~1.95Ga年龄学者们均认为是古元古代晚期陆-陆或弧-陆碰撞挤压造山的反映,但对于~1.85Ga的构造事件的地质内涵,不同学者、不同地区研究的结论差异明显。董春艳等通过对华北克拉通大青山孔兹岩系、钾长伟晶岩脉、山东地区变质中-基性侵入岩的研究认为,华北克拉通在1.87Ga前后已转变为伸展构造体制(Dong et al., 2013; 马铭株等, 2012; 陈爽等, 2018),并指出~1.85Ga代表了板内伸展构造背景下前期高级变质岩的退变质年龄。另外一些学者通过对华北克拉通中部元古代造山带的研究认为~1.85Ga的变质年龄为华北克拉通东部陆块和西部陆块之间碰撞事件的反映(杨长秀, 2008; 刘超辉等, 2013; 肖玲玲等, 2014),但是魏春景和陈爽等学者通过对华北克拉通中部造山带古元古代变质作用P-T-t轨迹和年代学的精细研究认为1.85Ga左右的年龄值代表前期高级变质岩后期减压深熔作用时代,是板内伸展作用的表现(张华锋等, 2006; 刘平华等, 2015; 陈爽等, 2018; 魏春景, 2018)。华北克拉通大量分布的古元古代晚期碱性岩和基性侵入岩,进一步表明1.85Ga前后华北地区已进入陆内区域性伸展构造发育阶段(杨进辉等, 2007; Wang et al., 2007; 董春艳等, 2010; 马铭株等, 2012)。

塔北地区广泛分布变质花岗岩和混合岩化作用时代为2.0~1.9Ga,大多数集中在1.92~1.94Ga,地球化学和锆石Hf-O同位素数据显示,其多来源于古老地壳的重熔事件,为区域性造山事件促使强烈的地壳加厚,该区太古代及部分古元古代早期侵入岩发生重溶、区域变质作用及混合岩化(Long et al., 2010; Lei et al., 2012; 葛荣峰, 2014; 王明阳等, 2016),这与塔南地区强烈的深熔作用同期发生(辛后田等, 2011),表明克拉通南北的演化具有同步性。此后受区域性构造抬升的影响,深部的高级变质岩相发生退变质作用,形成塔北地区孔兹岩系中1.85Ga的变质年龄(王明阳等, 2016)和塔南地区的A型花岗岩(辛后田等, 2011),是区域性板内伸展作用的响应。QG2井A型花岗岩的发现进一步证实,塔里木克拉通在1.85Ga前后区域构造环境从挤压体制转入造山后陆内伸展体制,与华北克拉通和扬子克拉通古元古代晚期基本一致。

5 结论

锆石U-Pb定年结果表明塔里木盆地北部QG2井花岗岩的侵位时代为古元古代晚期(1824.6±8.4Ma)。花岗岩属于高钾、富碱,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,显著亏损Sr、P、Ti、Nb、Ta,富集高场强元素Zr、Hf,轻重稀土分异明显,重稀土元素相对亏损。矿物组合、主微量元素等指示QG2井花岗岩属于高温型A型花岗岩,源区岩浆的形成主要与高温中高压条件下加厚的地壳部分熔融有关。地球化学特征与区域事件综合分析表明,QG2井碱性花岗岩形成于伸展构造背景,塔里木克拉通北部古元古代晚期约1850Ma前后区域构造由挤压体制转换为造山后陆内伸展体制。

致谢      合肥工业大学石永红教授在锆石年龄测定及数据处理方面给予了极大的帮助;中国科学院大学闫全人教授及另外二位匿名审稿人对本文初稿进行了审阅并提出了建设性修改意见;李建交、李晓剑博士在写作过程中给予了大量帮助;在此一并表示感谢。

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