西昆侖柯崗蛇綠巖地質(zhì)地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

黃朝陽, 王 核, 劉建平, 胡 軍, 慕生祿, 丘增旺

(1. 中國科學(xué)院 廣州地球化學(xué)研究所, 廣東 廣州 510640; 2. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3. 中南大學(xué) 有色金屬成礦預(yù)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 湖南 長沙 410083)

0 引 言

西昆侖地區(qū)出露多處蛇綠巖, 從北往南發(fā)育奧依塔格、柯崗、庫地、他龍及蘇巴什等蛇綠巖, 這些蛇綠巖組成了青藏高原“第五縫合帶”[1]。蛇綠巖的構(gòu)造環(huán)境分析是對青藏高原北緣的地質(zhì)組成、板塊塊構(gòu)造格局恢復(fù)、造山演化及成礦作用的關(guān)鍵, 是多年來地質(zhì)學(xué)家的研究熱點(diǎn)[2–5]。

柯崗蛇綠巖是西昆侖構(gòu)造單元重要組成部分。前人根據(jù)其鎂鐵-超鎂鐵巖、火山巖及火山碎屑巖巖石組合劃分為柯崗蛇綠巖[6–9]。在“第五縫合帶”中, 研究程度最高的是庫地蛇綠巖, 但其形成年代從元古代-中新生代, 均有學(xué)者提出觀點(diǎn); 其構(gòu)造背景有大洋盆地、弧前,島弧, 弧后盆地等, 存在較大爭議[10–15]。蛇綠巖及花崗巖的研究, 通常是解決西昆侖地區(qū)以及青藏高原北部早古生代構(gòu)造演化的關(guān)鍵。肖序常等[14]認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于早古生代, 為原特提斯洋提供了年齡證據(jù), 潘裕生則通過花崗巖地球化學(xué)特征, 肯定了西昆侖地區(qū)加里東期巖漿活動[4,11]。

本文通過對柯崗蛇綠套進(jìn)行野外地質(zhì)特征、巖石學(xué)特征分析及室內(nèi)地球化學(xué)、鋯石LA-ICP-MS測定了該蛇綠巖的形成時(shí)代, 為分析柯崗蛇綠巖構(gòu)造背景及探討西昆侖構(gòu)造演化提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西昆侖山地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜, 存在多條縫合帶和多個(gè)地體[1,2,8,16–18]。由北向南為: 北昆侖地體、奧依塔格-柯崗-庫地-蘇巴什縫合帶、南昆侖地體、麻扎-康西瓦-木孜塔格縫合帶, 塔什庫爾干-甜水海地體、阿塔西-喬爾天山縫合帶、喀喇昆侖-羌塘地體(圖1a)。這些縫合帶不僅控制了西昆侖構(gòu)造格局, 且對西昆侖地區(qū)構(gòu)造演化及礦產(chǎn)分布有重要影響。

北昆侖地體北接塔里木盆地, 南以奧依塔格-柯崗-庫地-蘇巴什縫合帶為界(第五縫合帶), 出露薊縣系地層及奧陶系和石炭系地層, 發(fā)育塔木鉛鋅礦, 卡蘭古鉛鋅礦等大中型砂礫巖型鉛鋅礦; 南昆侖地體位于奧依塔格-柯崗-庫地-蘇巴什縫合帶和麻扎-康西瓦縫合帶之間, 該地體以出露中元古界地層和大量加里東期花崗巖為特征。畢華等認(rèn)為該帶花崗巖形成于島弧環(huán)境, 并對原特提斯洋的向南或者向北消減, 指出在志留紀(jì)末期, 西昆侖地區(qū)原特提斯洋俯沖消減并發(fā)生碰撞, 形成了一系列同碰撞同造山花崗巖類[19]。

柯崗蛇綠巖出露于塔什庫爾干縣大同鄉(xiāng)欄桿村一帶, 北西-南東向展布, 受奧依塔格-柯崗-庫地-蘇巴什縫合帶控制。從北西往南東依次沿中元古界庫浪那古巖群和下中奧陶統(tǒng)地層不整合面, 加里東期花崗巖與元古宙花崗巖以及加里東期花崗巖、中元古界庫浪那古巖群接觸帶展布。

2 柯崗蛇綠巖地質(zhì)特征

柯崗蛇綠巖位于塔什庫爾干縣大同鄉(xiāng)欄桿村,地理坐標(biāo) 37°41′39″N, 76°16′42″E。巖性主要為蝕變橄欖巖、蝕變方輝橄欖巖和輝長巖。蝕變橄欖巖分布于中部(圖 2), 巖石發(fā)生強(qiáng)烈的蛇紋石化, 具次生纖維狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 組成礦物完全被蛇紋石(纖維狀, ＜0.3 mm, 微顯定向性)取代, 原礦物為粒狀橄欖石。蝕變方輝橄欖巖分布于橄欖巖南北兩側(cè), 巖石具次生鱗片粒狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造, 局部被后期花崗質(zhì)脈體穿插而呈角礫狀。主要礦物為滑石 40%～70%(平均 55%), 蝕變輝石; 菱鐵礦 20%～60%(平均40%); 蛇紋石 1%～10%, 鱗片狀, ＜0.1 mm, 蝕變橄欖石。橄欖巖外側(cè)多與輝長巖接觸, 接觸面上見斜長花崗巖脈貫入或呈斷層接觸關(guān)系, 主要礦物成分為石英和斜長石。該斜長花崗巖分布輝長巖分布密切, 可能為輝長巖結(jié)晶分異晚期的產(chǎn)物, 片理化產(chǎn)狀: 235°65°∠。部分變橄欖巖等超基性巖成囊狀、透鏡狀分布于輝長巖、花崗閃長巖中; 花崗閃長巖與輝長巖呈斷層接觸, 可能與西側(cè)大同巖體為同期,成巖時(shí)代應(yīng)晚于橄欖巖及輝長巖。

輝長巖巖石較新鮮, 灰綠色-黑綠色, 巖石具有輝長結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。主要礦物由輝石及斜長石組成, 其中輝石 45%～65%(平均 56.6%), 半自形短柱狀, 大小0.4 mm×0.25 mm～1.3 mm×0.8 mm; 斜長石30%～60%(平均42%); 次要礦物可見少量角山石、磁鐵礦(圖3)。

3 測試方法

巖石主元素、微量元素分析在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主元素使用PANalytical Axios-advance型XRF完成, 精度優(yōu)于 5%; 微量元素使用 Perkin-Elmer Sciex ELAN DRC-e型ICP-MS完成, 具體分析流程見劉穎等[20]。

圖1 西昆侖構(gòu)造分區(qū)圖(a)及西昆侖柯崗一帶地質(zhì)略圖(b) (據(jù)1∶25萬區(qū)調(diào)資料簡繪)Fig.1 Geological map of the Kegang region in West Kunlun

采集輝長巖(樣號 824-3C)約 4 kg, 用于鋯石U-Pb年齡測定。樣品選取新鮮巖石, 經(jīng)過人工破碎成約 80目, 將粉末用清水淘洗, 得到重砂部分, 再經(jīng)過電磁選分離出鋯石, 在雙目鏡下挑選出顆粒完整、無裂隙、透明度好的鋯石。陰極發(fā)光在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 JXA-8100電子探針分析儀采集圖像, 鋯石分析結(jié)果在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所完成, 采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEM (417 Ma)作為標(biāo)樣, 數(shù)據(jù)處理采用 ICPMSDataCal計(jì)算, 最后經(jīng)ISPLOT 3.0完成協(xié)和圖及加權(quán)平均年齡[21–22]。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主元素特征

圖2 西昆侖柯崗蛇綠巖實(shí)測地質(zhì)剖面圖Fig.2 The geological section of the Kegang ophiolite in West Kunlun

圖3 輝長巖及橄欖巖野外及顯微照片(Aug輝石, Pl斜長石)Fig.3 Outcrop and microphotographs of gabbro in the Kegang ophiolite

主元素?zé)Я砍?824-1A(5.35)較大外, 其余介于2.01%～2.67%之間(表1), 說明巖石具有一定程度的風(fēng)化, 而824-1A風(fēng)化程度較強(qiáng)?？聧忀x長巖SiO2分布范圍為 43.65%～49.29%, 屬于基性巖范疇;MgO含量在6.02%～13.17%, 除824-3C外2.50, TiO2含量變化為 0.48%～0.89%, 具有島弧拉班玄武巖特征(0.8%)[23]; Al2O3為1.25%～16.11%, Fe2O3T范圍較廣, 8.18%～18.06%, MgO 為 6.02%～13.17%, Mg#值范圍為 43.7～74.0, 平均為 63.6; 巖石總體表現(xiàn)為富Na(平均為2.54%), 低K(平均為0.43%)特征。

在TAS分類圖解上(圖4), 柯崗輝長巖主要落在輝長巖區(qū)域, 與野外及鏡下觀察一致。

4.2 微量及稀土元素特征

柯崗輝長巖稀土元素總量較低, ∑REE范圍為45.45～12.12 μg/g, 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的REE分布模式(圖 5)顯示, 一個(gè)樣品顯示輕稀土的富集, 3個(gè)樣品顯示輕稀土略虧損特征, (La/Yb)N比值為0.45～6.18,總體具有輕稀土虧損和富集兩種分布模式。輕稀土虧損樣品中, Eu*為正異常, 平均為 1.34, 顯示該輝長巖樣品經(jīng)歷較低程度的巖漿分異結(jié)晶作用; 輕稀土富集樣品中, 該分布模式反映巖漿形成過程中巖漿分離結(jié)晶程度較高, 可能為巖漿后期產(chǎn)物, 同時(shí)Eu*為0.86, 也反映該樣品中斜長石的分離結(jié)晶作用強(qiáng)。在 N-MORB(大洋中脊玄武巖)標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示, 柯崗輝長巖具有富集Rb、Sr大離子親石元素(LILF), 虧損 Nb、Ta、Th 高場強(qiáng)元素(HFSE)。該樣品在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖分布模式具有一致性, 指示樣品具有同一巖漿來源, 為巖漿分異結(jié)晶作用先后產(chǎn)物。

圖4 柯崗蛇綠巖中輝長巖TAS圖解[24]Fig.4 TAS diagram of gabbro in the Kegang ophiolite

表1 柯崗蛇綠巖中輝長巖主元素(%)和微量元素(μg/g)含量Table 1 Major (%) and trace element (μg/g) components of gabbro in the Kegang ophiolite

玄武巖類構(gòu)造環(huán)境判別圖廣泛應(yīng)用于輝長巖構(gòu)造環(huán)境判別中。在Nb-Zr-Y圖解(圖6a)中, 柯崗輝長巖落入板內(nèi)玄武巖和火山弧玄武巖中; 在TiO2-MnOP2O5圖解(圖6b)中, 柯崗輝長巖落入島弧鈣堿性玄武巖和島弧拉班玄武巖中; 在 Hf-Th-Nb圖解(圖 6c)中均落在島弧火山巖及靠近區(qū)域。

5 輝長巖鋯石U-Pb年代學(xué)

蛇綠巖中輝長巖鋯石 U-Pb年齡一般代表古洋盆擴(kuò)張時(shí)代, 是確定蛇綠巖形成年齡的優(yōu)選方法之一。為了厘定柯崗蛇綠巖形成時(shí)代, 選取出露在欄桿村附近的輝長巖(824-3C)鋯石進(jìn)行 LA-ICP-MS年代學(xué)測試。鋯石整體晶型完整, 多數(shù)為長柱狀, 大小差別較大,長為 100～190 μm, 長短向之比約為 3∶1～2∶1, 鋯石無色透明。陰極發(fā)光圖像中, 鋯石發(fā)育典型的震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)或扇形結(jié)構(gòu), 為典型的巖漿鋯石(圖7)。

本次共測定22顆鋯石。鋯石Pb含量為54.77～143.86 μg/g, Th含量為249.98～769.59 μg/g, U含量在580.48～1519.13 μg/g, Th/U 范圍為 0.28～0.67(表 2),顯示出巖漿鋯石特征。22顆鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(488.8±2.6) Ma, MSWD = 0.81 (圖 8), 代表柯崗蛇綠巖套中輝長巖結(jié)晶年齡。

6 討 論

圖5 柯崗輝長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解和微量元素N-MORB標(biāo)準(zhǔn)化圖解(據(jù)Sun et al.[25])Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns and N-MORB-normalized trace element patterns of gabbro in the Kegang ophiolite (after Sun et al.[25])

圖6 柯崗輝長巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(三角數(shù)據(jù)來源于尹得功等[26])Fig.6 Tectonic setting discrimination diagrams for the gabbro in the Kegang ophiolite

圖7 柯崗輝長巖(樣號824-3C)鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.7 Cathodoluminescence (CL) images of zircons for gabbro in the Kegang ophiolite

西昆侖經(jīng)歷了漫長而復(fù)雜的地質(zhì)演化, 其過程受眾多地質(zhì)學(xué)者關(guān)注[12]。由于復(fù)雜的地質(zhì)運(yùn)動及強(qiáng)烈的造山及剝蝕作用, 西昆侖地區(qū)缺失太古宇地層記錄; 在元古宙時(shí)期, 昆侖山地區(qū)南北均有元古宇地層大量出露, 標(biāo)志西昆侖陸核形成。西昆侖地區(qū)早古生代構(gòu)造演化以蛇綠巖及花崗巖屬性為關(guān)鍵, 肖序常[14]通過對庫地蛇綠巖中石英輝長巖鋯石 SHRIMP 測年并得到 510 Ma年齡, 是證明原特提斯洋盆發(fā)育于早古生代早期的重要依據(jù);原特提斯洋在奧陶紀(jì)發(fā)生俯沖消減, 形成以大同巖體為代表的大量島弧花崗巖; 奧陶紀(jì)末期, 原特提斯洋兩側(cè)大陸碰撞, 形成一系列同碰撞-后碰撞花崗巖[19,30]。

6.1 形成時(shí)代

青藏高原“第五縫合帶”最先由潘裕生[1]提出,但關(guān)于第五縫合帶形成的年齡, 一直存在較大的爭議。由于使用的地質(zhì)測年方法、對象不同以及該地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜, 庫地蛇綠巖形成時(shí)代從古元古代、新元古代至早古生代、晚古生代均有學(xué)者提出。

潘裕生[1]認(rèn)為該縫合帶形成于震旦紀(jì)至奧陶紀(jì)(800～450 Ma), 鄧萬民[12]通過研究庫地蛇綠巖的地質(zhì)特征, 認(rèn)可該縫合帶的存在, 提供了地質(zhì)證據(jù),并從 Sm-Nd年齡與庫地北側(cè)的侵入巖年齡的對比,認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于6900～4800 Ma。張傳林等[31]對侵入于庫地蛇綠巖純橄欖巖中偉晶輝長巖做了鋯石 SHRIMP 測年, 測得其年齡值為(525.0±2.9) Ma,庫地蛇綠巖的形成年齡應(yīng)早于這個(gè)年齡。肖序常等[14]對該蛇綠巖中石英輝長巖進(jìn)行了鋯石SHRIMP測年, 給出了510 Ma的鋯石年齡。認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于晚古生代也有充分的證據(jù), 姜春發(fā)等[18]得到全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡為359 Ma, 而周輝等[32]及方愛明等[33]在庫地蛇綠巖中硅質(zhì)巖和復(fù)理石建造中,發(fā)現(xiàn)了早古生代和晚泥盆世-早石炭世的生物化石。在庫地蛇綠巖北部的柯崗蛇綠巖, 其研究程度較低,董連慧等[34]通過輝長巖3組鋯石U-Pb年齡的測定,認(rèn)為輝長巖形成時(shí)代大于757 Ma。

表2 柯崗輝長巖鋯石LA-ICPMS U-Pb定年結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analyses of gabbro in the Kegang ophiolite

圖8 柯崗輝長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡圖Fig.8 Zircon U-Pb concordia diagram of gabbro in the Kegang ophiolite

本文通過柯崗輝長巖鋯石 LA-ICP-MS的測定,確定柯崗蛇綠巖中輝長巖形成年齡為(488.8±2.6) Ma,為西昆侖原特提斯洋形成年代提供了年齡證據(jù)。

6.2 構(gòu)造意義

自發(fā)現(xiàn)青藏高原“第五縫合帶”后, 關(guān)于西昆侖地區(qū)蛇綠巖所形成的構(gòu)造背景, 國內(nèi)外學(xué)者用不同方法進(jìn)行了大量的研究, 也得出了不同的結(jié)論, 包括大洋環(huán)境、島弧、弧后盆地及過渡環(huán)境等。

鄧萬民[12]根據(jù)庫地蛇綠巖系統(tǒng)的地質(zhì)產(chǎn)狀特征和巖石地球化學(xué)、同位素研究, 認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于大洋環(huán)境; 楊樹鋒等[35]通過庫地基性熔巖及堆晶輝長巖地質(zhì)、地球化學(xué)特征分析, 也認(rèn)為其形成環(huán)境為成熟大洋盆地。肖序常等[14]認(rèn)為庫地蛇綠巖主體可能來自上地幔的部分熔融, 噴溢于大洋或洋盆環(huán)境, 但遭受后期消減俯沖、洋殼重熔混染作用的影響。

許多學(xué)者認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于俯沖帶(SSZ),包括弧前、島弧及弧后盆地。王志宏等[36–37]根據(jù)庫地方輝橄欖巖、二輝石玄武巖具有低 Al、高 Cr*及富Rb、Ba、U、Th、LREE等特征, 認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于消減帶之上的弧間或弧后盆地。方愛民等[38]則根據(jù)庫地蛇綠巖中基性火山巖地球化學(xué)具有大洋島弧和成熟洋中脊火山巖特征, 認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于成熟大洋中的島弧環(huán)境。肖文交等[39–40]通過對庫地一帶的構(gòu)造特征以及對蛇綠巖不同單元的地球化學(xué)研究, 認(rèn)為它屬于早古生代疊加于消減帶之上的弧間或弧后盆地蛇綠巖。尹得功等[26]通過玄武巖地球化學(xué)特征分析, 認(rèn)為柯崗蛇綠巖形成于弧后盆地或破壞性大陸邊緣小洋盆快速拉張環(huán)境。

玻安巖形成于板塊消減和弧后盆地, 袁超等[41]在庫地蛇綠巖帶依莎克群火山巖中發(fā)現(xiàn)玻安巖, 并認(rèn)為庫地蛇綠巖形成于弧前環(huán)境。王元龍等[42]認(rèn)為,在蛇綠巖中, LREE虧損型基性火山巖可能來源于虧損的洋殼地幔源區(qū), LREE富集型基性火山巖則來源于富 LREE流體交代的地幔源區(qū), 兩種地區(qū)化學(xué)特征同時(shí)出現(xiàn)的構(gòu)造環(huán)境多為島弧和弧間盆地環(huán)境,并指出庫地蛇綠巖應(yīng)形成于靠近島弧的弧后盆地-島弧-弧間盆地過渡性構(gòu)造環(huán)境。

柯崗蛇綠巖中輝長巖巖石(La/Yb)N范圍為0.45～6.18, 同時(shí)具有輕稀土虧損和輕稀土富集兩種分布模式, 且微量元素Nb、Ta具有島弧特征的強(qiáng)烈虧損。在玄武巖Nb-Zr-Y圖解中, 柯崗輝長巖落入板內(nèi)玄武巖和火山弧玄武巖中; 在 TiO2-MnO-P2O5圖解中, 柯崗輝長巖落入島弧鈣堿性玄武巖和島弧拉班玄武巖中; 在 Hf-Th-Nb落入上均落在島弧火山巖及靠近區(qū)域。通過柯崗蛇綠巖中輝長巖地球化學(xué)特征和構(gòu)造環(huán)境判別圖解, 結(jié)合前人資料, 認(rèn)為柯崗蛇綠巖形成環(huán)境為島弧或者弧前環(huán)境。

7 結(jié) 論

(1) 柯崗輝長巖 SiO2分布范圍從 43.65%～49.29%, 屬于基性巖范疇, MgO 范圍較大 6.02%～13.17%; 微量及稀土元素特征顯示, 柯崗輝長巖同時(shí)具有巖漿分異結(jié)晶先后產(chǎn)物。

(2) 根據(jù)柯崗輝長巖鋯石 LA-ICP-MS測年, 確定柯崗蛇綠巖中輝長巖形成年齡為(488.8±2.6) Ma,為西昆侖原特提斯洋形成年代提供年齡證據(jù)。

(3) 柯崗蛇綠巖中輝長巖地球化學(xué)特征和構(gòu)造環(huán)境判別圖解, 結(jié)合前人資料, 認(rèn)為柯崗蛇綠巖形成環(huán)境為島弧或者弧前環(huán)境。

本文得到兩位匿名審稿專家認(rèn)真負(fù)責(zé)的修改,并得到建設(shè)性意見, 表示衷心的感謝！野外工作得到新疆塔什庫爾干縣大同鄉(xiāng)政府、派出所的幫助; 主元素和微量元素測試分別得到中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所劉穎高級工程師和胡光黔高級工程師的幫助; 鋯石分析得到涂湘林高級工程師及其課題組人員的幫助。在此表示誠摯的謝意！

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