甘肅北山紅石山蛇綠巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究及構(gòu)造意義*

王國強(qiáng)　李向民　徐學(xué)義　余吉遠(yuǎn)　武鵬

國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安　710054

紅石山蛇綠巖位于中蒙邊境附近，出露于紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠混雜巖帶最西段。巖石地球化學(xué)分析表明，紅石山蛇綠巖中的玄武巖主量、微量及稀土元素皆顯示類似MORB型玄武巖的地球化學(xué)特征，表現(xiàn)為低Na2O+K2O(2.99%)和P2O5(0.08%)，中等含量TiO2(1.46%)；LREE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配型式具平坦型和輕稀土略微富集的特征。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化分配型式顯示出富集大離子親石元素(Rb、K)的特征，HFSE變化相對較為穩(wěn)定。紅石山蛇綠巖中的輝長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年結(jié)果顯示，其形成時代為346.6±2.8Ma，代表該蛇綠巖形成時代，即為早石炭世。結(jié)合前人研究成果，筆者認(rèn)為紅石山蛇綠巖可能為石炭紀(jì)大陸裂谷向大洋轉(zhuǎn)化的構(gòu)造環(huán)境下形成的初始小洋盆，其向西可與新疆境內(nèi)的巴音溝蛇綠巖對比，二者同屬“紅海型”洋盆初始洋殼的地質(zhì)記錄。

紅石山蛇綠巖；輝長巖；鋯石U-Pb年齡；紅海型洋盆；北山

1　引言

紅石山地處甘肅省肅北縣馬鬃山鎮(zhèn)境內(nèi)，北距中蒙邊界約30km。紅石山地區(qū)出露的蛇綠巖向東與百合山、蓬勃山一帶斷續(xù)出露的蛇綠巖相連(左國朝等，1990；何世平等，2002)，它們均為紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠混雜巖帶的組成部分，該蛇綠巖帶位于北山北部紅石山深大斷裂帶中，呈近東西向-北西西向彎曲弧形分布，是北山目前四條蛇綠混雜巖帶(紅石山-百合山-蓬勃山，芨芨臺子-小黃山，紅柳河-牛圈子-洗腸井，輝銅山-帳房山)中最北端的一條(圖1a)。左國朝等(1990)在北山地區(qū)開展專題研究時，首次認(rèn)為紅石山地區(qū)的超基性-基性巖組合為蛇綠巖套，在此之后，分布于北山地區(qū)的紅石山-百合山-蓬勃山一線的蛇綠巖(圖1a)受到眾多學(xué)者們的廣泛關(guān)注，并對上述蛇綠巖開展了大量的構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、巖石學(xué)及巖石地球化學(xué)等研究，獲得了眾多的研究成果，歸納起來主要有三種：(1)認(rèn)為分布于北山地區(qū)的紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠巖殘塊形成于洋中脊環(huán)境，為早古生代洋-陸轉(zhuǎn)化結(jié)束后于晚古生代(石炭紀(jì))重新裂解拉張形成主洋盆的地質(zhì)記錄，而蛇綠巖混雜巖帶是哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊的最終縫合帶(趙茹石等，1994；何世平等，2002，2005；龔全勝等，2002；魏志軍等，2004；黃增保和金霞，2006)。(2)認(rèn)為上述蛇綠巖是古亞洲洋自早古生代持續(xù)演化至晚古生代的殘余洋殼的地質(zhì)記錄，將包含上述蛇綠巖的蛇綠混雜巖帶作為哈薩克斯坦板塊與西伯利亞板塊的縫合線(劉雪亞和王荃，1995；聶鳳軍等，2002)；(3)認(rèn)為包含上述蛇綠巖的蛇綠巖帶并不具有縫合帶的性質(zhì)，而是早古生代洋-陸格局演化結(jié)束后于石炭紀(jì)重新拉張裂解形成洋盆的地質(zhì)記錄，形成于裂谷小洋盆環(huán)境(左國朝等，1990；楊合群等，2010)或陸間擴(kuò)展帶環(huán)境(王作勛等，1990)。對于上述蛇綠巖的形成時代，最早根據(jù)該蛇綠巖組合產(chǎn)于下石炭統(tǒng)白山組的復(fù)理石沉積組合中，故將該蛇綠巖帶形成時代置于早石炭世(左國朝等，1990)；1:5萬紅嶺幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2004*甘肅省地質(zhì)調(diào)查院. 2004. 1:5萬紅嶺幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)根據(jù)紅石山西駱駝峰一帶碎屑巖夾層(屬構(gòu)成蛇綠巖組合的玄武巖所賦存的地層)中的微古植物化石，將紅石山蛇綠巖的形成時代定為早石炭世；1:25萬紅寶石幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2005*甘肅省地質(zhì)調(diào)查院. 2005. 1:25萬紅寶石幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)綜合區(qū)域資料則認(rèn)為紅石山蛇綠巖的形成時代應(yīng)早于石炭紀(jì)；此外，百合山和蓬勃山蛇綠巖并無形成時代的相關(guān)報道；由此看來，紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠巖形成時代尚需開展進(jìn)一步精細(xì)研究。因此，本文試圖通過對紅石山蛇綠巖組合中的輝長巖進(jìn)行高精度U-Pb同位素年代學(xué)研究，結(jié)合蛇綠巖中玄武巖的巖石地球化學(xué)研究進(jìn)一步探討該蛇綠巖帶的形成時代和構(gòu)造環(huán)境，力圖為北山乃至中亞地區(qū)的構(gòu)造演化提供重要的資料信息。

圖1北山蛇綠巖帶分布圖(a，據(jù)楊合群等，2010)及紅石山地區(qū)地質(zhì)簡圖(b，據(jù)楊合群,2008*楊合群. 2008. 北山成礦帶找礦重大疑難問題研究成果報告(1:50萬北山成礦帶地質(zhì)礦產(chǎn)圖);甘肅省地質(zhì)調(diào)查院, 2005修改)

Fig.1Simplified map showing the distribution of ophiolites in Beishan area (a, after Yangetal., 2010) and geological map for the Hongshishan (b)

2　地質(zhì)背景

甘肅北山地區(qū)位于西伯利亞、塔里木和華北三大板塊的結(jié)合部位，總體屬古亞洲構(gòu)造域的一部分。學(xué)者們目前對于北山板塊構(gòu)造格局尚未有統(tǒng)一的劃分方案，主要存在以下幾種認(rèn)識：(1)左國朝等(1990)、左國朝和李茂松(1996)以板塊構(gòu)造和地殼演化階段性理論為指導(dǎo)思想，提出了北山地區(qū)構(gòu)造單元劃分方案，認(rèn)為該區(qū)早古生代存在板塊構(gòu)造體制，早古生代大地構(gòu)造分區(qū)以明水-石板井-小黃山縫合帶為界，其南側(cè)隸屬塔里木板塊，北側(cè)歸為哈薩克斯坦板塊，晚古生代本區(qū)則進(jìn)入板內(nèi)開合構(gòu)造新時期；(2)劉雪亞和王荃(1995)研究了北山地區(qū)鈣堿系列巖漿活動及其與板塊構(gòu)造的關(guān)系，認(rèn)為北山由北向南分別以紅石山-黑鷹山斷裂帶和柳園-大奇山斷裂帶為界，劃分為西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊；(3)以紅石山-黑鷹山-六駝山蛇綠混雜巖帶為界，將北山從南向北分為塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊(何世平等，2002；龔全勝等，2002)。盡管對于該區(qū)構(gòu)造格局存在不同認(rèn)識，但北山造山帶是由不同的構(gòu)造單元、微陸塊、島弧、洋殼殘余體、沉積變質(zhì)塊體等通過漫長而復(fù)雜的地質(zhì)過程拼貼而成的演化歷史在以上學(xué)者的研究中得到了一致體現(xiàn)。

北山地區(qū)太古界至新生界地層均有出露，各類巖漿巖分布眾多，巖漿活動貫穿了地殼活動的各個時期，以晚古生代侵入巖分布最廣泛，次為火山巖，除寒武系外，火山巖在奧陶系至二疊系地層中均有出露。本文研究的紅石山地區(qū)地處北山造山帶北緣，屬晚古生代裂谷帶。出露的地層有前長城系敦煌巖群、泥盆系雀兒山群、石炭系綠條山組及掃子山組、二疊系雙堡塘組及新近系地層，空間分布上與蛇綠巖帶關(guān)系最為密切的地層是石炭系掃子山組下段，該地層為一套淺變質(zhì)碎屑巖系夾少量硅質(zhì)巖、玄武巖、安山巖等(圖1b)，前人(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2005)曾將該地層中的玄武巖視為紅石山蛇綠巖的組成單元；早石炭系綠條山組為一套碎屑巖夾火山巖組合，分為砂礫巖和板巖兩個巖段，砂礫巖段以粗碎屑巖為主，偶夾酸性火山巖，該套地層中的火山巖顯示雙峰式特征。板巖段以細(xì)碎屑巖為主，夾中基性火山巖。該區(qū)是北山石炭-二疊紀(jì)火山活動最為發(fā)育的地區(qū)，分布面積亦最大，此外該區(qū)海西期花崗巖漿活動強(qiáng)烈，斷裂構(gòu)造發(fā)育，以近EW向?yàn)橹?，局部呈NE-SW向。

北山地區(qū)出露四條蛇綠混雜巖帶(紅石山-百合山-蓬勃山，芨芨臺子-小黃山，紅柳河-牛圈子-洗腸井，輝銅山-帳房山)，紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠混雜巖帶為最北部的一條(圖1a)。紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠混雜巖帶由巖塊和基質(zhì)組成，各巖塊以斷層接觸，呈疊瓦狀產(chǎn)出，大部分基質(zhì)糜棱巖化強(qiáng)烈。該帶以紅石山、百合山兩地蛇綠巖巖石組合相對較齊全，其余地段僅零散分布輝長巖、輝綠巖及玄武巖巖塊等。紅石山地區(qū)出露的蛇綠巖巖塊在平面上呈透鏡狀，東西向延展，與區(qū)域構(gòu)造線一致。構(gòu)成紅石山蛇綠巖的巖塊主要有：變質(zhì)超鎂鐵雜巖塊、堆晶超鎂鐵-鎂鐵巖塊、均質(zhì)輝長巖塊、及上覆火山-沉積巖塊，構(gòu)造了較為完整的蛇綠巖組合(甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2004)。變質(zhì)超鎂鐵雜巖有純橄巖、斜輝橄欖巖、單輝橄欖巖、二輝橄欖巖，超鎂鐵-鎂鐵巖有輝橄巖、輝長巖、輝石巖，淺色巖為斜長巖，火山沉積巖有玄武巖、安山玄武巖，硅質(zhì)巖有紅色和青灰色-黑色兩類，主體以后者為主，屬深海沉積的產(chǎn)物，此外可見后期輝綠巖脈穿插于輝長巖、基性熔巖和硅質(zhì)巖、砂巖、凝灰?guī)r中。變質(zhì)超鎂鐵-鎂鐵巖中糜棱巖化強(qiáng)烈，常發(fā)育蛇紋石化、次閃石化、滑石化等蝕變，見有鉻尖晶石和鉻鐵礦，局部富集成豆莢狀鉻鐵礦石；輝石巖有二輝輝石巖、斜輝輝石巖和異剝輝石巖，發(fā)育蛇紋石化、次閃石化、綠泥石化、綠簾石化、陽起石化等蝕變，強(qiáng)烈擠壓破碎；輝長巖一般為堆晶輝長巖和均質(zhì)輝長巖，發(fā)育綠泥石化、綠簾石化、透閃石化、鈉黝簾石化等蝕變，在巖塊邊部常見有糜棱巖化。部分構(gòu)造作用較強(qiáng)地段的火山-沉積巖系中基性熔巖和凝灰?guī)r已強(qiáng)烈片理化和糜棱巖化，大多已變質(zhì)為綠泥石片巖(何世平,1999*何世平. 1999. 甘肅內(nèi)蒙古北山地區(qū)構(gòu)造單元劃分及古生代地殼演化研究報告; 楊合群, 2008)。

3　紅石山蛇綠巖巖相學(xué)特征

北山北部紅石山深大斷裂西段460金礦北一帶少量青灰色硅質(zhì)巖的出現(xiàn)代表了海水較深的沉積環(huán)境，前人將紅石山斷裂帶內(nèi)與該硅質(zhì)巖相伴產(chǎn)出的玄武巖(1:25萬紅寶石幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告將其劃為石炭系掃子山組下段)與紅石山斷裂帶西段的紅石山超基性巖、輝長巖等同屬紅石山蛇綠巖帶所代表的洋殼殘余部分(黃增保和金霞，2006; 甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2005; 何世平,1999)，且460金礦一帶巖石變質(zhì)變形較弱，局部地段含枕狀熔巖(左國朝等，1990; 甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2005)。因此，本文選擇紅石山深大斷裂西段460金礦北一帶的玄武巖巖塊作為研究對象進(jìn)行巖石地球化學(xué)分析，采樣點(diǎn)見圖1b。紅石山蛇綠巖中的玄武巖為深灰綠色，少部分發(fā)生了片理化或糜棱巖化。鏡下呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為斜長石(約20%)和單斜輝石(約5%)，斜長石鈉黝簾石化強(qiáng)烈?；|(zhì)呈間粒-間隱結(jié)構(gòu)，變現(xiàn)為在斜長石微晶雜亂排列的間隙內(nèi)，充填了粒狀輝石和隱晶質(zhì)，斜長石微晶大小多為0.03×0.15mm～0.2×2.5mm，輝石為粒狀，粒徑主要為0.02～0.1mm，部分已蝕變成為綠泥石或次生閃石。

年代學(xué)研究以紅石山蛇綠巖中的均質(zhì)輝長巖為研究對象，采樣點(diǎn)見圖1b，采用鋯石LA-ICP-MS U-Pb精確同位素定年進(jìn)行年齡限定。本次所采集的輝長巖(BS023b)為塊狀構(gòu)造，淺灰色，中細(xì)粒，具輝長結(jié)構(gòu)，巖石主要由斜長石(55%～60%)、輝石(30%～35%)組成，含少量的角閃石(0%～5%)及極少量不透明礦物。斜長石呈自形-半自形晶，板柱狀，大小主要集中在0.4×0.2mm左右，局部可見綠泥石化。輝石為半自形晶，大小主要集中在0.2×0.04mm～0.5×0.06mm，局部可見輝石蝕變?yōu)榇紊W石。

表1紅石山蛇綠巖中玄武巖的巖石化學(xué)成分(主量元素：wt%；微量和稀土元素：×10-6)

Table 1Major and trace element compositions of the basalt in the Hongshishan ophiolite (major elements: wt%; trace elements: ×10-6)

樣品號11BS075b11BS076b11BS077b11BS078b11BS079b樣品號11BS075b11BS076b11BS077b11BS078b11BS079bSiO248.7546.8546.2547.0247.47La5.95.064.214.114.24TiO21.341.481.501.471.49Ce15.013.311.511.611.8Al2O314.414.9914.8114.5514.69Pr2.222.121.861.961.94Fe2O34.895.245.094.844.72Nd1110.79.639.5410.1FeO6.767.107.117.747.50Sm3.413.293.263.083.20MnO0.430.410.400.390.40Eu1.091.191.221.141.22MgO8.388.428.808.738.64Gd4.174.403.954.224.12CaO8.739.739.939.359.08Tb0.660.710.680.730.69Na2O2.662.281.992.452.36Dy4.414.684.324.604.44K2O0.740.580.780.390.70Ho0.951.050.971.001.02P2O50.140.120.120.120.14Er2.092.252.132.272.17LOI2.672.713.162.822.76Tm0.360.380.340.330.36H2O+1.401.591.991.541.48Yb2.342.452.332.532.35Total101.29101.5101.93101.41101.43Lu0.300.330.290.290.3Sr190186184186188Y22.723.521.524.123.6Rb24.119.831.813.632.5ΣREE53.9051.9146.6947.4047.95Ba14983.472.451.877.2LREE38.6235.6631.6831.4332.5Th0.720.540.300.280.40HREE15.2816.2515.0115.9715.45Ta0.330.330.350.30.32LREE/HREE2.532.192.111.972.10Nb3.653.903.673.573.64(La/Yb)N1.811.481.301.171.29Zr81.187.777.478.677.4δEu0.880.961.040.971.03Hf2.072.271.992.052.06δCe1.021.001.011.001.01

4　分析方法

4.1　主、微量元素

玄武巖的主、微量元素分析測試均在西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測試中心完成，主元素分析采用Panalytical公司PW440型X熒光光譜儀(XRF)測定，分析誤差低于5%，微量元素和稀土元素采用Thermo Fisher公司X-SeriesⅡ型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定，檢測限優(yōu)于5×10-9，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于5%。

4.2　LA-ICP-MS年代學(xué)

對所采輝長巖樣品進(jìn)行清洗后，粉碎至80～100目，用常規(guī)的重液浮選和電磁分離方法進(jìn)行分選。在雙目鏡下對分選出的鋯石進(jìn)行人工挑選，盡量挑選無包裹體、無裂紋和透明度高的晶形完好的鋯石顆粒作為測定對象，將所選鋯石鑲嵌于環(huán)氧樹脂中拋光使其內(nèi)部暴露，對待測鋯石進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光照相，以檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助選定最佳鋯石待測部位，從而進(jìn)行LA-ICP-MS分析。

鋯石CL(陰極發(fā)光)研究和LA-ICP-MS(激光剝蝕等離子體質(zhì)譜)法單顆粒鋯石微區(qū)U-Pb年齡測定在西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，實(shí)驗(yàn)采用Agilent 7500型ICP-MS和德國Lambda Physik公司的ComPex 102 ArF準(zhǔn)分子激光器(工作物質(zhì)ArF，波長193nm)以及Micro Las公司的GeoLas 200M光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行。激光束斑直徑為30μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40μm。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM 610進(jìn)行儀器最佳化，采樣方式為單點(diǎn)剝蝕，數(shù)據(jù)采集選用一個質(zhì)量峰一個點(diǎn)的跳峰方式，每完成4～5個測點(diǎn)的樣品測定，加測標(biāo)樣一次。在對所測鋯石分析了15～20個點(diǎn)前后，各測2次NIST SRM 610。鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM 610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)。測試結(jié)果應(yīng)用GLITTER(ver 4.0)軟件計算得出，按照ComPbCorr#3-15 by Tom Andosen. xls(Andersen, 2002)對普通鉛進(jìn)行校正，年齡計算及諧和圖采用Isoplot(ver 3.0)完成，詳細(xì)分析步驟見已發(fā)表文獻(xiàn)(Gaoetal., 2002; 柳小明等, 2002; 袁洪林等, 2003)。

圖2　紅石山蛇綠巖中玄武巖Zr/TiO2-Nb/Y圖解(a,據(jù)Winchester and Floyd, 1977)和FeOT/MgO-SiO2圖解(b,據(jù)Miyashiro, 1975)Fig.2　Zr/TiO2 vs. Nb/Y diagram (a, after Winchester and Floyd, 1977) and FeOT/MgO vs. SiO2 diagram (b, after Miyashiro, 1975)for the basalt of the Hongshishan ophiolite

5　分析結(jié)果

5.1　主量元素

玄武巖的主、微量元素分析結(jié)果見表1。玄武巖的SiO2含量變化范圍為46.25%～48.75%，平均值為47.27%；TiO2含量變化范圍為1.34%～1.50%，平均值為1.46%；Al2O3含量變化范圍為14.40%～14.99%，平均值為14.69%；Na2O+K2O總量較低，介于2.77%～3.40%，平均值為2.99%；P2O5含量變化范圍為0.12%～0.14%，平均值為0.13%；SiO2、TiO2、Al2O3、Na2O+K2O及P2O5均可與前人(Schillingetal., 1983)給出的洋中脊玄武巖值相對比(N-MORB：SiO2值為48.77%，TiO2值為1.15%，Al2O3值為15.90%，Na2O+K2O總量為2.51%，P2O5值為0.09%)。上述主量元素含量分析表明，本區(qū)玄武巖與N-MORB相似。此外，在Nb/Y-Zr/TiO2圖解(圖2a)中，樣品主要落入安山玄武巖和亞堿性玄武巖范圍內(nèi)，在FeOT/MgO-SiO2圖解(圖2b)中，樣品均落入拉斑系列。

5.2　稀土及微量元素

玄武巖的稀土總量較低，變化范圍不大，∑REE=46.69×10-6～53.90×10-6，平均值為49.57×10-6，與據(jù)Sun and McDonough(1989)給出的N-MORB(39.11×10-6)和E-MORB(49.09×10-6)可以對比，但與OIB(198.96×10-6)相差甚遠(yuǎn)；玄武巖的δEu=0.88～1.04，均表現(xiàn)為輕微的正或負(fù)異常，表明巖漿沒有發(fā)生明顯的斜長石的分離結(jié)晶作用，δCe介于1.00～1.02，異常不明顯；LREE/HREE=1.97～2.53、(La/Yb)N=1.17～1.81，均表明輕重稀土元素分餾不明顯；在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解上(圖3a)，總體呈現(xiàn)為平坦型及輕稀土輕微富集型，表明其可能來源于虧損或部分虧損的地幔源區(qū)。

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖3b)，玄武巖全部樣品均高度富集不相容元素Rb、K，部分樣品的Ba也顯示了一定程度的富集，這可能與樣品遭受后期不同程度的熱液蝕變有關(guān)。樣品Zr、Hf等元素變化相對較為穩(wěn)定且無明顯Nb負(fù)異常。微量元素圖解顯示紅石山玄武巖的巖漿源應(yīng)與N-MORB具有親緣性。

盡管玄武巖曾遭受一定程度蝕變作用，很可能導(dǎo)致巖石的大離子親石元素(LILE，如Cs、Rb、Ba等)在含水流體中發(fā)生遷移，但高場強(qiáng)元素(HFSE，REE、Zr、Hf等)為不活動元素，不易遭受含水流體的影響，可以反映源區(qū)的原始信息(Hugh, 1993)，因此本次研究主要運(yùn)用不活動元素來進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境的判別。紅石山玄武巖的Nb/La比值為0.62～0.87(平均值為0.80)，可與N-MORB(0.82, Condie, 1989)，明顯不同于WPB和T-E MORB(Ce/Nb≤2, Condie, 1989)。玄武巖的Zr豐度變化在77.4×10-6～87.7×10-6，與典型N-MORB(74×10-6)(Sun and McDonough, 1989)相當(dāng)，明顯低于OIB(280×10-6)；Hf豐度變化在1.99×10-6～2.27×10-6，與N-MORB(2.05×10-6)(Sun and McDonough, 1989)相當(dāng)；Nb、Ta豐度變化范圍分別為3.57×10-6～3.9×10-6和0.30×10-6～0.35×10-6，與N-MORB(2.33×10-6，0.132×10-6)(Sun and McDonough, 1989)可對比，明顯有別于虧損Nb、Ta的島弧玄武巖(48.0×10-6，2.70×10-6)(Sun and McDonough, 1989)，Nb值變化范圍同樣明顯有別于E-MORB(8.30×10-6)(Sun and McDonough, 1989)。因此，從以上分析可知紅石山蛇綠巖中玄武巖具有N-MORB玄武巖的地球化學(xué)特征。

圖3　紅石山蛇綠巖中玄武巖的稀土元素配分模式(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and MacDonough, 1989)Fig.3　Chondrite normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements patterns (b) of basalt in Hongshishan ophiolite (normalization values after Sun and MacDonough, 1989)

圖4　北山紅石山蛇綠巖中輝長巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.4　Cathodeluminescence images of analyzed zircon from the basalt of the Hongshishan ophiolite

5.3　LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

輝長巖(BS023)中的鋯石顆粒無色透明，少數(shù)為淺棕色，呈短柱狀、長柱狀或不規(guī)則狀，陰極發(fā)光圖像(圖4)可清晰顯示鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，部分鋯石韻律環(huán)帶不明顯，部分呈現(xiàn)明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)或模糊的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，極少部分鋯石邊緣出現(xiàn)亮白色的增生邊，這可能為后期變質(zhì)作用的增生鋯石邊(Wu and Zheng, 2004)。樣品(BS023)的分析點(diǎn)顯示鋯石的U、Th含量分別為33.5×10-6～368×10-6和5.18×10-6～40.53×10-6，Th/U比值主要集中在0.1左右(變化范圍0.09～0.22)，極少部分鋯石Th/U比值小于0.1，這種情況在前人報道的巖漿鋯石中也曾出現(xiàn)(Tomascheketal., 2003; Rayneretal., 2005)，Th、U之間的正相關(guān)性較好，這屬于典型的巖漿鋯石特征(Claessonetal., 2000; Belousovaetal., 2002)。

輝長巖18顆鋯石的U-Pb測試數(shù)據(jù)及計算結(jié)果見表2。本次測試獲得的數(shù)據(jù)點(diǎn)比較集中，18個點(diǎn)均在諧和線上或附近(圖5)，除2個點(diǎn)外(BS023-1、BS023-13)，其余16個數(shù)據(jù)點(diǎn)的238U/206Pb表面年齡集中分布于340～350Ma，該16個點(diǎn)的238U/206Pb加權(quán)平均年齡為346.6±2.8Ma，該年齡代表了輝長巖的結(jié)晶年齡。

6　討論

紅石山地區(qū)與變質(zhì)超鎂鐵巖共生的玄武巖的稀土元素和微量元素研究均顯示其具有MORB特征，結(jié)合前人研究基礎(chǔ)(左國朝等，1990；黃增保和金霞，2006; 甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2005; 何世平,1999)，認(rèn)為該玄武巖屬紅石山蛇綠巖的組成部分。在2Nb-Zr/4-Y(圖6a)構(gòu)造環(huán)境判別圖解中，樣品點(diǎn)均落入洋中脊玄武巖區(qū)，據(jù)此可進(jìn)一步說明紅石山蛇綠巖組合中的玄武巖與N-MORB具有親緣性，形成于洋中脊環(huán)境；在Zr/Y-Zr構(gòu)造環(huán)境判別圖解中(圖6b)，本文樣品點(diǎn)主體落入洋中脊玄武巖區(qū)，少數(shù)落入洋中脊玄武巖與板內(nèi)玄武巖交界區(qū)附近；在黃增保和金霞(2006)紅石山變基性火山巖進(jìn)行Zr/Y-Zr和2Nb-Zr/4-Yb火山巖判別圖解中(圖6a，b)，樣品點(diǎn)主要落入洋脊玄武巖區(qū)。研究表明，早石炭世時與北山紅石山地區(qū)相鄰的東天山古生代洋盆已經(jīng)閉合，天山造山帶進(jìn)入到大規(guī)模造山后裂谷拉伸階段(Xiaetal., 2004; 李向民等, 2004; 夏林圻等, 2007)；1:20萬區(qū)調(diào)資料顯示(甘肅省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊，1971*甘肅省地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊. 1971. 1:20萬紅石山幅地質(zhì)圖及報告；甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測量隊，1980*甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測量隊. 1980. 1:20萬黑鷹山幅地質(zhì)圖及報告)，紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠混雜巖帶中早石炭世綠條山組與下伏早-中泥盆世地層普遍呈角度不整合接觸關(guān)系；下石炭統(tǒng)-中二疊世構(gòu)成了碰撞造山后再伸展的裂陷盆地環(huán)境的火山-沉積組合，火山巖具雙峰式特征(徐學(xué)義等，2008)；早石炭世是紅石山地區(qū)火山活動的高峰期(王玉往和姜福芝，1997)，北山早石炭世早期綠條山組雙峰式火山巖指示了裂谷環(huán)境(左國朝等，1990；左國朝和李茂松，1996；甘肅省地質(zhì)調(diào)查院,2005)，相鄰的東天山石炭紀(jì)火山巖產(chǎn)于裂谷環(huán)境(顧連興等, 2000; Xiaetal., 2004; 夏林圻等, 2007)；以上證據(jù)均表明至少在早石炭世時整個北天山-北山地區(qū)處于裂谷拉張環(huán)境。加之紅石山蛇綠巖中的玄武巖屬M(fèi)ORB型，因此，這表明隨著大陸裂解作用的進(jìn)一步加劇已出現(xiàn)了初始洋殼，代表了大陸裂谷向大洋裂谷的轉(zhuǎn)化環(huán)境，類似于現(xiàn)今“紅?！钡臉?gòu)造環(huán)境(Wilson, 1989; Saundersetal., 1992; Xiaetal., 2004; 徐學(xué)義等, 2006b)。

表2輝長巖中鋯石的LA-ICP-MS測試結(jié)果

Table 2LA-ICP-MS U-Pb test results of zircons from the gabbros in Hongshishan ophiolite

測點(diǎn)號含量(×10-6)ThUThU同位素比值年齡(Ma)207Pb206Pb1σ207Pb235U1σ206Pb238U1σ208Pb232Th1σ206Pb238U1σBS023-123.3157.70.150.054880.002550.42140.016070.055680.000990.017760.000733496BS023-26.159.750.100.057090.002560.440620.016050.055980.000980.026960.001083516BS023-37.5333.50.220.056160.004630.435510.03350.056240.001380.019510.001343538BS023-45.4259.990.090.052860.003870.374550.026310.051390.001070.016110.000433237BS023-514.79131.10.110.05490.001990.417820.01350.05520.00090.017230.000263466BS023-612.08131.40.090.055370.002360.418690.014070.054840.000940.025130.000973446BS023-76.8759.110.120.058610.003630.441250.024450.05460.001130.03040.001723437BS023-812.42125.20.100.053720.002830.408960.020390.055210.000930.017280.000673466BS023-913.82130.20.110.057210.002910.427670.020320.054220.0010.016840.000273406BS023-1016.84108.00.160.056440.002230.429060.012810.055140.000910.024260.000653466BS023-1140.533680.110.055830.001620.421880.010360.054810.000850.017070.000263445BS023-129.2288.190.100.051580.002060.392270.011870.055160.000910.017850.000663466BS023-1312.62114.30.110.054120.002240.432610.016310.057970.000980.018120.000283636BS023-1412.15110.50.110.051440.001930.390670.010660.055080.000880.020320.000573465BS023-155.1855.70.090.055350.002450.423590.015060.055510.000960.021310.001023486BS023-1626.2196.60.130.0540.001880.413920.009680.05560.000880.018140.000443495BS023-176.1866.640.090.056880.002570.437280.016060.055760.000970.030370.001263506BS023-1814.12134.70.100.053950.001970.411660.010570.055350.000890.018450.000553475

圖5　紅石山蛇綠巖中輝長巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb諧和圖Fig.5　U-Pb concordia diagram for zircons from gabbros in Hongshishan ophiolite

北山地區(qū)蛇綠巖與天山地區(qū)的蛇綠巖對比(接)研究對于整個中亞地區(qū)構(gòu)造演化起著重要的制約作用，因此探討晚古生代時分處北山的紅石山蛇綠巖和天山蛇綠巖帶的對比(接)十分必要。新疆境內(nèi)的巴音溝蛇綠巖帶是北天山一條重要的晚古生代蛇綠巖帶，巴音溝蛇綠巖是該條蛇綠巖帶的重要組成部分和典型代表，徐學(xué)義等(2006a，b)通過該蛇綠巖組合中的斜長花崗巖和輝長巖的U-Pb定年研究表明，巴音溝蛇綠巖帶形成于早石炭世(斜長花崗巖年齡為324.8±7.1Ma；輝長巖年齡為344±3.4Ma)，巖石地球化學(xué)表明巖漿主體來源于N-MORB，有OIB組份的加入，巴音溝蛇綠巖形成于大陸裂谷向大洋裂谷轉(zhuǎn)化的構(gòu)造環(huán)境，是天山晚古生代“紅海型”洋盆的地質(zhì)記錄。紅石山蛇綠巖形成時代和巴音溝蛇綠巖帶同屬早石炭世，玄武巖同具M(jìn)ORB特征，從形成時代和環(huán)境上來看，紅石山蛇綠巖與新疆境內(nèi)的巴音溝蛇綠巖可對比。巴音溝蛇綠巖是經(jīng)艾比湖、巴音溝后向東延伸至后峽地區(qū)的這條北天山晚古生代蛇綠巖帶的重要組成部分和典型代表(王作勛等，1990；徐學(xué)義等，2006b)，這條蛇綠巖帶呈北西西-南東東向展布，紅石山蛇綠巖在區(qū)域空間位置及展布情況上均與其關(guān)系密切。目前北山地區(qū)四條蛇綠巖帶(圖1a)中，紅石山蛇綠巖中輝長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果(346.6±2.8Ma)，代表了紅石山蛇綠巖的形成年齡，即紅石山蛇綠巖為晚古生代(早石炭世)蛇綠巖。芨芨臺子-小黃山蛇綠巖帶蛇綠巖的鋯石LA-ICP-MS年齡為321.4±2Ma(李向民等，2012)，屬早石炭世；眾多學(xué)者(周國慶，1988；左國朝等，1990；于福生等，2000；任秉琛等，2001；張元元和郭召杰，2008；武鵬等，2012)依據(jù)化石或同位素定年數(shù)據(jù)認(rèn)為紅柳河-牛圈子-洗腸井蛇綠巖帶的形成時代為早古生代；北山最南部的輝銅山-帳房山蛇綠巖帶中輝銅山蛇綠巖的鋯石LA-ICPMS年齡為446.1±3.0Ma，帳房山蛇綠巖年齡為362.6±4.0Ma，前者可能與紅柳河-牛圈子-洗腸井蛇綠巖同屬一條古生代的蛇綠巖帶(余吉遠(yuǎn)等，2012)。因此，北山地區(qū)在時代上存在有與北天山晚古生代蛇綠巖(巴音溝蛇綠巖)對比(接)討論可能性的蛇綠巖僅為兩條，即芨芨臺子-小黃山蛇綠巖帶和紅石山蛇綠巖，這兩條蛇綠巖帶與北天山巴音溝蛇綠巖(東延至后峽)同屬“紅海型”蛇綠巖，為早石炭世北天山-北山拉張裂解事件在不同地域拉張裂解出洋盆的地質(zhì)記錄，但石炭紀(jì)北山與天山地區(qū)蛇綠巖的對接關(guān)系尚需進(jìn)一步的研究。

7　結(jié)論

(1)紅石山蛇綠巖中玄武巖的巖石地球化學(xué)特征顯示其近似于MORB特征，形成于大陸裂谷向大洋轉(zhuǎn)化的構(gòu)造環(huán)境，為類似“紅?！毙偷某跏夹⊙笈琛?/p>

(2)紅石山蛇綠巖中輝長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為346.6±2.8Ma，代表了紅石山蛇綠巖的形成年齡，即紅石山蛇綠巖形成于早石炭世。這是目前紅石山蛇綠巖及紅石山-百合山-蓬勃山蛇綠巖帶的高質(zhì)量同位素測年的首次報道。

(3)紅石山蛇綠巖向西可與新疆境內(nèi)的巴音溝蛇綠巖帶進(jìn)行對比，兩者同屬晚古生代“紅海型”洋盆的地質(zhì)記錄。

致謝西北大學(xué)大陸動力學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室柳小明老師在鋯石LA-ICP-MS測試和數(shù)據(jù)處理過程中給予了幫助;審稿人對本文提出了中肯的修改意見;在此一并致以謝忱。

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