新疆西準洪古勒楞蛇綠巖地球化學特征及構(gòu)造環(huán)境

舍建忠，鄧洪濤，劉閣，高奇，邸曉辰（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆烏魯木齊830000）

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新疆西準洪古勒楞蛇綠巖地球化學特征及構(gòu)造環(huán)境

舍建忠，鄧洪濤，劉閣，高奇，邸曉辰
（新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆烏魯木齊830000）

摘要：對西準噶爾洪古勒楞蛇綠混雜巖帶進行了較系統(tǒng)的巖石學、地球化學和年代學方面的研究，認為其主體由超鎂鐵質(zhì)雜巖、堆晶巖類、鎂鐵質(zhì)巖墻、基性熔巖和深海沉積組成。巖石地球化學數(shù)據(jù)表明其具輕稀土富集、重稀土相對虧損的右傾分布模式特征，富集Ta，Yb等元素，相對富集Ba，U，Sr等元素，虧損Nb，Hf，Ti等元素，Nb具負異常，一定程度上反映其為地幔源區(qū)含島弧火山巖組分，巖石化學數(shù)據(jù)顯示該蛇綠巖形成構(gòu)造環(huán)境為弧后盆地。堆晶輝長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（497.2±4.2）Ma（MSWD=1.4，n=10），證實該蛇綠巖形成于晚寒武世。

關鍵詞：洪古勒楞；蛇綠巖；鋯石U-Pb；LA-ICP-MS測年

?新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.1∶25萬塔城幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告,2012

洪古勒楞蛇綠混雜巖帶位于準噶爾盆地西北緣，距北側(cè)和布克賽爾縣國營牧場10余公里，總體呈NEE向展布，向西與和布克賽爾蛇綠巖、伊尼薩拉蛇綠巖、庫吉拜蛇綠巖，向東與扎巴河蛇綠巖、兔子泉蛇綠巖一起構(gòu)成了統(tǒng)一的準噶爾北部早古生代蛇綠巖帶（圖1-a）[1-2]，區(qū)域上稱之為塔爾巴合臺-阿爾曼太古生代島弧帶[3-5]。蛇綠巖帶是恢復古洋陸格局的重要證據(jù)之一，自20世紀60年代被發(fā)現(xiàn)以來，引起國內(nèi)外很多學者的廣泛重視。關于洪古勒楞蛇綠混雜巖的構(gòu)造環(huán)境和形成年齡眾多學者有不同認識，構(gòu)造環(huán)境歸納起來主要有3種：黃建華等認為是MORB環(huán)境；何國琦等認為是弧后盆地環(huán)境[5]；張傳林認為是地幔柱成因。形成年齡爭議較大，最新的為（273.3±2.6）Ma，最老的為（625±25）Ma。本文在前人研究基礎上，對洪古勒楞蛇綠混雜巖帶進行了較系統(tǒng)的巖石學、地球化學和年代學方面研究，進而探討其構(gòu)造環(huán)境及形成時代，對探討新疆準噶爾北部古生代古洋陸格局具重要的意義。

圖1　新疆北部主要構(gòu)造圖(a)和洪古勒楞蛇綠混雜巖帶地質(zhì)簡圖(b)Fig.1 Tectonic map of the northern（a）and HongGuleleng Ophiolite belt geologica map(b)(據(jù)張元元等修改，2010)1.第四系；2.早二疊紀哈爾加烏組酸性巖/中基性巖；3.黑山頭組類復理石組合；4.早泥盆世地層陸源碎屑巖組合；5.中泥盆世地層火山碎屑巖組合；6.晚泥盆世地層陸源細碎屑巖組合；7.沙爾布爾組火山碎屑巖組合；8.晚志留世復理石組合；9.中奧陶世火山巖夾火山碎屑巖組合；10.石炭紀酸性花崗巖；11.蛇綠巖；12.斷層；13.地質(zhì)界線；14.研究區(qū)；15.同位素采樣位置

1　區(qū)域地質(zhì)背景

洪古勒楞蛇綠混雜巖帶位于西準噶爾謝米斯臺山東段，呈EW向分布，受后期構(gòu)造作用破壞，剝蝕強烈，蛇綠巖單元和非蛇綠巖單元相混雜出現(xiàn)，大部分被第四系覆蓋（圖1-b）?；祀s巖帶東側(cè)分布有中奧陶世布魯克其組，下部為火山碎屑巖組合，上部為中基性火山熔巖組合，中志留世沙爾布爾組巖性為火山碎屑巖夾灰?guī)r組合和晚志留世克克雄庫都克組類復理石組合，下泥盆統(tǒng)為陸源碎屑巖夾灰?guī)r建造，灰?guī)r中普遍含早泥盆世化石分子；混雜巖帶西側(cè)出露有中泥盆統(tǒng)火山碎屑巖夾熔巖組合，上泥盆統(tǒng)陸源細碎屑巖夾灰?guī)r建造，灰?guī)r在混雜巖帶內(nèi)也有較多分布，灰?guī)r中含大量晚泥盆世化石分子，不整合覆蓋在混雜巖帶之上。此外該地區(qū)還發(fā)育晚古生代基性巖，東側(cè)輝長巖侵入到地層和蛇綠混雜巖帶中。2013年大調(diào)查謝米斯臺區(qū)調(diào)項目在此輝長巖及斜長巖中取了3個同位素，年齡約為300 Ma，地質(zhì)路線中明顯可見此輝長巖中發(fā)育圍巖捕虜體，說明此輝長巖應屬后期形成，而非蛇綠巖套的組分。

2　蛇綠巖單元的巖石學特征

2.1超鎂鐵質(zhì)雜巖

為蛇綠巖巖石組合中最主要的巖石單元，主要巖石類型有硅化、碳酸鹽化超基性巖、橄欖巖、蛇紋巖、輝橄巖等，在蛇綠混雜巖中分布較零散，呈斷塊分布。大部分巖石具不同程度的蛇紋石化，并為后期石英脈充填。巖石具網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、假象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。

2.2堆晶巖類

在蛇綠混雜巖帶東側(cè)較發(fā)育，巖性類型主要有橄輝巖、輝長巖，呈斷塊出露，中間被第四系覆蓋，見有輝綠巖巖墻侵入。巖石具較典型的堆晶結(jié)構(gòu)，具不同色調(diào)的重力分異韻律層，韻律層一般寬約1～3 cm，表現(xiàn)為良好的似成層性。多數(shù)地段具明顯的層狀構(gòu)造，但缺失韻律，主要為層狀輝長巖。

2.3鎂鐵質(zhì)巖墻

主要分布在蛇綠混雜巖帶東側(cè)，巖性為灰綠色輝綠巖，塊狀構(gòu)造，輝綠結(jié)構(gòu)，輝石呈短柱狀，半自形至他形。局部輝綠巖已發(fā)生蝕變，暗色礦物完全蝕變成陽起石，陽起石中殘留細長板狀基性斜長石，局部見高嶺土化,并發(fā)育細小后期碳酸鹽脈。

2.4基性熔巖

主要分布在蛇綠混雜巖帶東段西側(cè)和西段（圖1-b），蛇綠混雜巖帶西段主要是上洋殼物質(zhì)，玄武巖發(fā)育。玄武巖呈斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要由輝石組成，分布有少量橄欖石和斜長巖，橄欖石呈自形柱狀，沿邊部具纖閃石化，基質(zhì)主要由微板狀、細板狀斜長石組成。局部見有磁鐵礦。

2.5深海沉積

深海沉積巖性主要為灰褐色硅質(zhì)巖，分布在該蛇綠混雜巖帶東段北側(cè)。巖石主要由隱晶狀硅質(zhì)組成，分布少量沉積砂屑及放射蟲，具輕度碎裂化，碎裂隙較微細。

3　巖石地球化學特征

3.1主量元素地球化學特征

洪古勒楞蛇綠巖化學分析數(shù)據(jù)見表1。玄武巖樣品（前4個樣品）硅酸鹽全分析的SiO2為43.97%～ 54.1%，平均47.92%，樣品具中等MgO含量（平均4.20%），相對富Na2O（平均3.66%），貧K2O（平均1.31%）及Na2O>K2O的特征，TiO2含量為1.06%～ 1.82%，平均1.46%；輝長巖、輝綠巖和斜長巖樣品（中間4個）SiO2為42.78%～50.47%，平均46.95%，相對玄武巖要偏基性，MgO含量（平均8.31%）比玄武巖高，TiO2含量（平均0.5%）相對玄武巖偏低；輝橄巖和輝石巖樣品（后2個）SiO2平均46.46%，TiO2含量（平均0.2%）較低，MgO含量高（平均41.22%），類似于虧損地幔巖。所有樣品隨著SiO2和Al2O3質(zhì)量分數(shù)的增加，MgO和FeOT質(zhì)量分數(shù)減少，具較明顯的巖漿結(jié)晶分異演化趨勢。在Coleman的(Al2O3)-(CaO)-(MgO)圖解中(圖2)，輝橄巖和輝石巖樣品投影點落入變質(zhì)橄欖巖區(qū)內(nèi)，其他投點均落于鎂鐵堆積巖區(qū)內(nèi)。從Al2O3含量偏高（平均14.84%）來看，具高鋁玄武巖特征，而高鋁玄武巖正是俯沖帶典型的巖石類型[6]。上述巖石化學特征反映本區(qū)玄武巖具俯沖帶火成巖組成特點。

圖2　洪古勒楞混雜巖(Al2O3)- (CaO)-(MgO)圖解Fig.2 (Al2O3)- (CaO)-(MgO) diagram of HongGuleleng Ophiolite1.玄武巖;2.輝綠巖;3.輝長巖;4.輝橄巖;5.輝石巖

3.2微量元素地球化學特征

本區(qū)玄武巖及輝綠巖（前5個樣品）稀土元素特征相同，ΣREE=51.90×10-6～137.99×10-6，平均99.99×10-6，稀土總量偏高，（La/Yb）N為2.23～7.92，（La/Sm）N介于2.45～4.08，說明輕重稀土元素之間和重稀土元素內(nèi)部的分餾程度中等，LREE/HREE較不穩(wěn)定，為3.21～7.74，δEu為0.90～1.09，銪異常不顯著；其他樣品中ΣREE=2.87×10-6～33.13×10-6，平均12.10×10-6，稀土總量較低，（La/Yb）N介于0.95～8.61，（La/Sm）N為1.38～10，說明輕重稀土元素間和重稀土元素內(nèi)部分餾程度較高，LREE/HREE較不穩(wěn)定，為1.69～9.42，輝長巖和斜長巖樣品中δEu為1.25～1.99，銪顯示較明顯的正異常，可能與斜長石分離結(jié)晶作用有關。在REE球粒隕石標準化分布圖解中(圖3-a)，所有樣品均表現(xiàn)出相同變化趨勢，主體呈輕稀土富集、重稀土相對虧損的右傾特點。各樣品REE分布型式相互平行，只有位置高低不同，顯示其稀土分異程度相當，具同源巖漿特征。區(qū)別于N-MORB的LREE虧損型分布型式，說明其并非形成于NMORB型的大洋中脊環(huán)境[7]。

微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖總體趨勢顯示右傾的特征(圖3-b)，各樣品由于大離子親石元素Ba，Sr和高場強元素Th，U含量變化較大，致使曲線前小半段無規(guī)律，Nb元素開始往后，曲線較平緩。玄武巖、輝綠巖和輝長巖樣品具相似的分布趨勢，以明顯富集Ta，Yb等元素，相對富集Ba，U，Sr等元素，虧損Nb，Hf，Ti等元素為特點，Nb為負異常。這種地球化學特征的巖石組合一定程度上反映地幔源區(qū)含島弧火山巖組分，與典型大洋中脊N-MORB有明顯區(qū)別，因為大洋中脊下的玄武巖通常不出現(xiàn)Nb虧損[8]。輝橄巖和輝石巖樣品以富集U，Zr和Hf元素，虧損Ba，Sr，Nd，Ti和Yb等元素為特征，Ba，U 和Yb等元素與玄武巖明顯相反。

圖3　洪古勒楞混雜巖稀土元素球粒隕石標準化分布曲線（a）和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（b）Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns（a）and Primitive mantle normalized trace element patterns（b）of HongGuleleng Ophiolite（球粒隕石標準化值據(jù)Taylor et al.,1985;原始地幔標準化值據(jù)Sun et al.,1989）

4　形成時代和環(huán)境

4.1蛇綠巖形成時代

對洪古勒楞蛇綠巖的研究開始于20世紀60年代，對其形成時代有一定的爭議。張弛對輝長巖進行全巖Sm-Nd測試獲得（444±27）Ma；新疆工學院黃建華對堆晶輝長巖進行全巖Sm-Nd測試獲得（626±25）Ma；Jian.et.al分別對輝長巖和鈣長巖進行鋯石SHRIMP測試獲得（409±23）Ma和475 Ma；張傳林對輝長巖進行鋯石SHRIMP測試獲得（273.3±2.6）Ma；張元元等對輝長巖進行鋯石SHRIMP測試獲得（472±8.4）Ma；霍有光在硅質(zhì)巖中獲得了泥盆紀放射蟲。本次工作在洪古勒楞蛇綠巖南部堆晶輝長巖采集了樣品，從中挑選了鋯石，進行鋯石U-Pb（LA-ICP-MS）方法定年。樣品破碎鋯石挑選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成，陰極發(fā)光顯微照相由北京鋯年領航科技有限公司完成，鋯石U-Pb同位素分析在中國科學院廣州地球化學研究所實驗室的激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）上進行，同位素組成用國際標準鋯石91500作為外標，激光光束束斑直徑30 μm。鋯石測定點的Pb同位素比值、U-Pb表面年齡和U-Th-Pb含量采用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序進行數(shù)據(jù)處理。

樣品鋯石顆粒呈自形，Th含量變化范圍為28.12×10-6～213.06×10-6，U含量變化為27.78×10-6～ 163.40×10- 6，樣品鋯石均具較高的Th/U比值,為0.53～1.22，表現(xiàn)出巖漿成因鋯石特點，環(huán)帶特征明顯（圖4-a），屬典型巖漿成因鋯石。利用ISOPLOT軟件進行年齡計算及繪制年齡諧和圖，輝長巖10顆鋯石年齡均落在諧和線上，得到其加權(quán)平均年齡為（497.2±4.2）Ma（n=10，MSWD=1.4）（圖4-b），故推斷洪古勒楞蛇綠巖形成時間為晚寒武世。

圖4　洪古勒楞輝長巖鋯石陰極發(fā)光圖像及測點年齡圖（a）和U-Pb年齡諧和圖（b）Fig.4 CL images and ages(a) and U-Pb concordia plots(b) from HongGuleleng gabbro zircons

4.2蛇綠巖形成環(huán)境

洪古勒楞蛇綠巖玄武巖樣品Al2O3含量偏高（平均16.87%），具高鋁玄武巖特征，而高鋁玄武巖是俯沖帶典型的巖石類型[6]；稀土球粒隕石標準化分布曲線呈右傾特點，區(qū)別于N-MORB的LREE虧損型分布型式；微量元素中富集Ta，Yb，Ba，U，Sr等元素，虧損Nb，Hf，Ti等元素，一定程度上反映地幔源區(qū)含有島弧火山巖的組分，表明巖石由遭受消減板片流體交代的地幔楔源區(qū)部分熔融而形成[9]。在玄武巖Ti-Zr-Sr圖解中(圖5-a)[10]，玄武巖類樣品投影點全部落入A 和C區(qū)，主體屬島弧拉斑玄武巖。在不同構(gòu)造玄武巖的Ti-Zr圖解中(圖5-b)[11]，全部樣品投影點在B和C區(qū)，主體也屬島弧拉斑玄武巖。

圖5　洪古勒楞玄武巖Ti-Zr-Sr圖解（a）和Ti-Zr圖解（b）Fig.5 Ti-Zr-Sr（a）and Ti-Zr（b）diagrams for HongGuleleng Basalt（據(jù)Pearce和cann，1973）

表1　西準洪古勒楞混雜巖巖石主量元素、微量元素與稀土元素分析結(jié)果Table 1 Major e le me nts，trace e le me nts and rare e arth e le me nts of Hong Gule le ng Ophiolite in We s t Junggar

張旗等將蛇綠巖中基性火山巖的地球化學類型歸結(jié)為島弧拉斑玄武巖(IAT)和洋脊玄武巖(MORB)，認為產(chǎn)于消減帶之上的島弧和弧前環(huán)境蛇綠巖中的基性熔巖具IAT特征，產(chǎn)于不成熟弧后盆地蛇綠巖的基性熔巖兼具IAT和MORB的特征[12-13]。綜合分析，洪古勒楞蛇綠巖構(gòu)造環(huán)境為弧后盆地環(huán)境，與何國琦、霍有光、白文吉和馮益民等認識相同。

5　結(jié)論

（1）洪古勒楞蛇綠混雜巖帶由超鎂鐵質(zhì)雜巖（硅化、碳酸鹽化超基性巖、橄欖巖、蛇紋巖、輝橄巖）、堆晶巖類（橄輝巖、輝長巖）、鎂鐵質(zhì)巖墻（輝綠巖）、基性熔巖（玄武巖）和深海沉積（硅質(zhì)巖）4部分組成。

（2）洪古勒楞蛇綠巖中堆晶輝長巖的（LA-ICPMS）鋯石U-Pb年齡為（497.2±4.2）Ma（MSWD=1.4，n=11），證實該蛇綠巖形成于晚寒武世。

（3）洪古勒楞蛇綠巖樣品普遍高鋁，稀土元素球粒隕石標準化分布曲線呈右傾特點，微量元素中富集Yb，Ba，U，Sr等元素，虧損Nb，Hf，Ti等元素，玄武巖圖解屬島弧拉斑玄武巖，洪古勒楞蛇綠巖構(gòu)造環(huán)境為弧后盆地環(huán)境。

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Geochemical Features and Structural Significance of HongGuleleng Ophiolite in Western J unggar,XinJ iang

She Jianzhong,Deng Hongtao,Liu Ge,Gao Qi,Di Xiaochen
(Geological Survey Academy of Xinjiang,Urumqi,Xinjiang,830000,China)

Abstract:Study on the petrological,geochemical characteristics and Geochronology of hongguleleng ophiolite m閘ange located in the Western Junggar.The ophiolite m閘ange composed predominantly of the ultramafic-mafic cumulates,mafic dyke,basic lava,and deep-sea sediments as well.Geochemical data analysis shows that the LREE enrichment and the HREE deficiency,general right deviation REE distribution pattern.It is relatively enriched in Ba、U、Sr, especially in Ta、Y b,but poor in Nb、Hf、Ti.It showed a negative Nb anomaly.That reflects mantle magma contained constituents of island arc volcanic rocks.The geochemical characters shows that the ophiolite were occurred in back-arc basin environment.Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating for the granite yielded an age of (497.2 4.2) Ma(MSWD=1.4,n=10), indicating the formation of the hongguleleng ophiolite is in Late Cambrian.

Key words:HongGuleleng;Ophiolite;Zircon U-Pb dating;LA-ICP-MS

作者簡介:第一舍建忠(1982-)，男，寧夏西吉人，碩士，2008年畢業(yè)于新疆大學地質(zhì)礦產(chǎn)專業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究工作

收稿日期:2015-10-06;

修訂日期:2015-11-16;作者E-mail:997783479@qq.com

中圖分類號:P588.32+3

文獻標識碼:A

文章編號：1000-8845(2016)01-040-06

項目資助：中國地質(zhì)調(diào)查局項目（1212011140058）、自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項目（XJQDZ200908）聯(lián)合資助