西昆侖提熱艾力輝長閃長玢巖脈年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

湯鴻偉

(四川省核工業(yè)地質(zhì)局 二八二大隊(duì),四川 德陽 618000)

西昆侖提熱艾力輝長閃長玢巖脈年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

湯鴻偉

(四川省核工業(yè)地質(zhì)局 二八二大隊(duì),四川 德陽 618000)

研究區(qū)輝長閃長玢巖脈分布于石炭系提熱艾力組中,鋯石U-Pb定年結(jié)果表明,巖脈的形成年齡為(218±1)Ma,為早中生代印支期巖漿作用的產(chǎn)物。巖石ΣREE=136×10-6～202×10-6,LREE=119×10-6～186×10-6,HREE=15×10-6～17×10-6,輕稀土元素分餾較明顯,重稀土元素分餾不明顯。巖石相對富集Rb、Ba、K、LREE等大離子親石元素,虧損Nb、Ta和HREE等高場強(qiáng)元素。結(jié)合鋯石定年結(jié)果及巖脈產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景,認(rèn)為晚三疊世西昆侖地區(qū)已進(jìn)入后碰撞階段,輝長閃長玢巖脈是在巖石圈伸展環(huán)境下形成的產(chǎn)物,巖脈的鋯石U-Pb年齡為其提供了時代依據(jù)。

晚三疊世;巖脈;年代學(xué);巖石地球化學(xué);西昆侖

西昆侖造山帶位于青藏高原西北緣,是古亞洲構(gòu)造域和特提斯構(gòu)造域結(jié)合部位[1-2],從元古宙到新生代經(jīng)歷了多期復(fù)雜的構(gòu)造演化過程,一直以來是研究青藏高原周緣造山帶及青藏高原早期演化的重點(diǎn)地區(qū)。西昆侖西段位于帕米爾高原的東部,是印度洋向北擴(kuò)張擠壓應(yīng)力最為集聚的地帶之一,顯生宙以來經(jīng)歷了強(qiáng)烈擠壓,地層缺失嚴(yán)重、構(gòu)造復(fù)雜,對其構(gòu)造單元劃分、歸屬及構(gòu)造演化目前尚無統(tǒng)一的觀點(diǎn)[3]。大約在早奧陶世晚期(485 Ma)塔里木地塊開始與西昆侖地塊發(fā)生碰撞,形成了鳥依塔克—庫地北蛇綠巖帶,并使西昆侖地塊快速隆升[4];在泥盆紀(jì)—早二疊世(388—292 Ma)階段,西昆侖西段處于大洋演化的洋殼俯沖階段[5-6];在240 Ma時甜水海地體與南昆侖地體發(fā)生碰撞,228 Ma處于造山后的伸展背景[7];對西昆侖地層研究認(rèn)為碰撞事件發(fā)生在晚二疊世—中三疊世,晚三疊世已進(jìn)入后碰撞階段;234—210 Ma屬于古特提斯碰撞造山作用之后的后碰撞伸展構(gòu)造環(huán)境[8];對麻扎—康西瓦斷裂西段變質(zhì)事件的研究認(rèn)為,碰撞造山作用發(fā)生在中—晚三疊世[9]。對西昆侖造山帶花崗巖研究[10]認(rèn)為,該造山帶存在6個大侵入旋回。

本文利用1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料、結(jié)合前人研究成果,以出露于提熱艾力組中的輝長閃長玢巖脈為研究對象,通過巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)和高精度同位素定年等手段,對巖石類型、巖石地球化學(xué)特征等進(jìn)行了研究。通過對該巖脈的研究可對西昆侖晚三疊世構(gòu)造演化、大地構(gòu)造格局提供時代依據(jù),為系統(tǒng)研究與西昆侖造山作用有關(guān)的構(gòu)造巖漿事件提供重要資料。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

西昆侖位于青藏高原西北緣,是中央造山帶的重要組成部分[2],處在印度板塊與歐亞板塊的結(jié)合部位,是探測和揭示青藏高原北部造山過程的理想地帶[11]。從北到南主要可以劃分為北昆侖地體、南昆侖地體和甜水海地塊,相互以庫地—其曼于特蛇綠構(gòu)造混雜帶和麻扎—康西瓦蛇綠構(gòu)造混雜帶為界[3,12-14]。西昆侖造山帶顯生宙以來總體上經(jīng)歷了原特提斯和古特提斯兩個演化階段[13-14],與之伴隨發(fā)育有大量與俯沖消減、拼合碰撞和伸展拉張相關(guān)的火山巖和侵入巖,為揭示西昆侖造山帶構(gòu)造演化歷史提供了重要的地質(zhì)信息。麻扎—康西瓦結(jié)合帶處于西昆侖和喀喇昆侖中段,秦祁昆造山系與巴顏喀喇北羌塘三江造山系之間,麻扎—康西瓦結(jié)合帶是西昆侖一條重要的構(gòu)造。

研究區(qū)位于麻扎構(gòu)造混雜巖帶以北,巖脈主要分布于石炭系提熱艾力組中(圖1),主體呈北西—南東走向,與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致,長度0.5～2 km,寬5～10 m,脈體呈彎曲狀斜交地層,脈巖邊部角巖化強(qiáng)烈,巖性為輝長閃長玢巖。巖石特征如下。

輝長閃長玢巖:新鮮面呈灰色、深灰色,斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)微細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖2),塊狀構(gòu)造。巖石由斑晶(5%～10%)和基質(zhì)(90%～95%)兩部分組成。斑晶主要為斜長石和角閃石,雜亂分布,粒度0.5～2 mm;斜長石呈半自形板狀,高嶺土化、黝簾石化明顯;角閃石呈半自形柱粒狀,次閃石化明顯,部分黝簾石化。基質(zhì)由斜長石(60%)、石英(<5%)、角閃石(10%)和黑云母(20%)組成;斜長石呈半自形板狀,雜亂分布,粒度0.05～0.5 mm,絹云母化、黝簾石化明顯,部分可見環(huán)帶;石英呈他形粒狀、填隙狀分布,粒度0.05～0.5 mm,粒內(nèi)輕波狀消光;角閃石呈半自形柱粒狀,黃褐色,粒度0.05～0.5 mm,部分被次閃石、綠泥石及少量碳酸鹽交代,雜亂分布;黑云母呈片狀,棕色,片徑0.05～0.6 mm,部分被綠泥石及少量碳酸鹽等交代,雜亂分布。副礦物主要為磷灰石、鋯石。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of study area1.溫泉溝群;2.提熱艾力組;3.莎里塔什組;4.楊葉組;5.塔爾尕組;6.石英閃長巖;7.花崗巖;8.黑云母花崗巖;9.黑云母二長花崗巖;10.二長花崗巖;11.麻扎構(gòu)造混雜巖;12.年齡樣。

圖2 輝長閃長玢巖脈顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of the typical textures of the gabbroic dioritic porphyrite dyke Pl.斜長石;Bi.黑云母;Am.角閃石。

2 樣品及分析方法

主量元素、微量元素和稀土元素分析在西南冶金地質(zhì)測試中心完成。主量元素利用Axios熒光儀采取X熒光法完成,分析精度優(yōu)于1%～5%。微量元素和稀土元素利用ICP-MS測定,詳細(xì)的測試方法和分析流程參見Liu et al.[15]的文章。

鋯石分選在河北廊坊區(qū)調(diào)所實(shí)驗(yàn)室完成。巖樣首先經(jīng)過機(jī)械破碎,后經(jīng)淘洗,經(jīng)過常規(guī)浮選和電磁選方法進(jìn)行分選,然后在雙目鏡下進(jìn)行精心挑選,挑選出晶型和透明度較好、無包體、無裂痕的鋯石顆粒,每個樣品分選出的鋯石顆粒為500至數(shù)千顆粒不等。接著將這些具有典型代表的鋯石顆粒在無色透明的環(huán)氧樹脂澆灌固定。在固定于樣品靶上的鋯石顆粒中選取測試點(diǎn)時,分別進(jìn)行了透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相。通過對陰極發(fā)光圖像分析,對比顯微鏡下鋯石照片選定鋯石測試點(diǎn)位,同時避開鋯石內(nèi)部裂隙和包裹體等的干擾,以便獲得準(zhǔn)確的年齡值。

鋯石測年在中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所LA-MC-ICP-MS實(shí)驗(yàn)室完成,鋯石定年分析所采用的儀器為Finnigan Neptune 型MC-ICP-MS及與之相配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用的斑束直徑為25 μm,頻率為10 Hz,能量密度約為2.5 J/cm2,其中以He為載氣。信號較小的206Pb、207Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用離子計數(shù)器接收,208Pb、232Th、238U信號用法拉第杯接收,實(shí)現(xiàn)了全部目標(biāo)同位素信號的同時接收,并且不同質(zhì)量數(shù)的峰基本都是平坦的,進(jìn)而可以獲得高精度的數(shù)據(jù),鋯石顆粒的207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U的測試精度均為2%左右,LA-MC-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點(diǎn)剝蝕的方法,數(shù)據(jù)在分析前用GJ-1調(diào)試儀器,以便達(dá)到最佳狀態(tài)。鋯石U-Pb定年鋯石以GJ-1為外標(biāo),U、Th含量以鋯石M12為外標(biāo)進(jìn)行校正。測試過程中在每測定10個樣品前后重復(fù)測定兩個鋯石GJ-1對樣品進(jìn)行校正,并同時測量一個鋯石樣品Plesovice,觀察儀器的狀態(tài)以便保證測試的精度。樣品的同位素比值及元素含量數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 4.3程序完成,年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot(ver.3.0)完成(Ludwig 2003)。對207Pb/206Pb≥1 000 Ma的樣品,由于含有大量放射成因Pb,在計算時剔除。但對<1 000 Ma的樣品,采用更為可靠的206Pb/238U表面年齡。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)測試過程可參考候可軍等[16]。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測試結(jié)果

樣品鋯石呈無色、淡黃色,透明—半透明,自形程度較高,多數(shù)為粒狀,部分為短柱狀,長50～150 μm、寬50～100 μm,陰極發(fā)光(CL)圖像(圖3)上可以看出,鋯石具有清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和典型巖漿成因的震蕩環(huán)帶[17-18]。從各鋯石微區(qū)同位素數(shù)據(jù)(表1)可見,鋯石的Th和U含量變化均較大(Th含量為104×10-6～865×10-6,U含量為203×10-6～1 129×10-6),Th/U比值為0.51～1.12,平均值為0.78;鋯石中的Th/U比值可以指示鋯石的成因,巖漿鋯石的Th/U比值一般>0.5,而變質(zhì)老鋯石的Th/U比值一般<0.1[18]。表明所選鋯石為巖漿成因鋯石,U-Pb定年結(jié)果可代表巖漿結(jié)晶年齡。樣品共進(jìn)行了20個點(diǎn)的年齡測定,其中有效點(diǎn)14個,獲得的206Pb/238U年齡值在216—219.6 Ma之間,且均落在諧和線上(圖4),說明216—219.6 Ma代表巖漿結(jié)晶時間,14個點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(218±1)Ma(MSWD=1.5)。

圖3 鋯石U-Pb年齡陰極發(fā)光圖像Fig.3 Zircon U-Pb age cathodoluminescence (CL) images of dyke

圖4 鋯石U-Pb年齡直方圖(左)和諧和圖(右)Fig.4 Histogram(left)and concordia plot(right) of zircon U-Pb age

3.2 主量、微量、稀土元素測試結(jié)果

巖石主量元素含量及各參數(shù)值見表2,SiO2含量(51.18%～55.91%),TiO2(0.72%～1.05%),Al2O3(15.96%～16.15%),Fe2O3(1.58%～1.61%),FeO(4.84%～6.17%),MgO(3.96%～4.64%),MnO(0.12%～0.14%),CaO(6.73%～6.84%),Na2O(2.82%～3.09%),K2O(2.15%～2.18%),P2O5(0.17%～0.33%)。在K2O-SiO2圖解中(圖5),樣品落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域。巖石屬于高鉀鈣堿性系列。

表1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb analyzed data from LA-ICP-MS

圖5 巖脈K2O-SiO2圖解Fig.5 K2O -SiO2 diagram of the dyke

3.3 微量、稀土元素測試結(jié)果

巖石微量元素含量見表2。Rb=87×10-6～90×

10-6,Sr=357×10-6～537×10-6,Ba=418×10-6～674×10-6,Nb=12×10-6～15×10-6,Ta=0.77×10-6～0.92×10-6,Zr=139×10-6～201×10-6,Hf=3×10-6～5×10-6。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖6),大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、K等富集,高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta等強(qiáng)烈虧損。

巖石稀土元素分析結(jié)果見表2。稀土元素總量變化范圍較大,ΣREE=136×10-6～202×10-6,稀土總量值較低,LREE=119×10-6～186×10-6,HREE=15×10-6～17×10-6,LREE/HREE=7.36～11.95,LREE較為富集;(La/Yb)N介于9.56～15.41之間,輕稀土元素分餾較明顯,重稀土元素分餾不明顯。δCe=0.89～1.44,無明顯異常特征;δEu介于0.95～0.97之間,在稀土元素配分模式圖上(圖7),曲線呈右傾斜型式,Eu無明顯異常。

圖6 微量元素比值蛛網(wǎng)圖 (原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.6 The spider diagram of trace element ratio

圖7 稀土配分模式圖 (球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.7 Chondrite-normalized rare earth element pattern表2 主量元素(wt%)、稀土和微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 2 Analysed results of whole-rock major elements (wt%),REE and trace element (×10-6 ) of the dyke

編號巖性SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5D118νδμ52.181.0516.511.586.170.143.966.842.822.180.33D121νδμ55.910.7215.961.614.840.124.646.733.092.150.17編號巖性LossTotalRbSrBaThUNbTaZrHfD118νδμ5.7493.7587.40537.30673.733.850.8814.760.92200.595.26D121νδμ3.6395.9489.63357.40418.497.101.9211.580.77138.923.82編號巖性LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErD118νδμ35.0796.096.6439.446.902.146.350.604.080.512.08D121νδμ28.8348.225.2130.025.501.715.360.594.510.622.54編號巖性TmYbLuYΣREELREEHREELREE/HREELaN/YbNδEuδCeD118νδμ0.171.630.1617.86201.88186.2815.6011.9515.410.971.44D121νδμ0.232.160.2322.22135.72119.4816.247.369.560.950.89

4 討論

4.1 年代學(xué)意義

研究區(qū)內(nèi)輝長閃長玢巖巖脈位于石炭紀(jì)地層,1∶25萬麻扎幅區(qū)調(diào)在該期侵入巖中獲得鋯石U-Pb年齡值為228.9 Ma和223.6 Ma。本次采用鋯石U-Pb定年獲得了較好的結(jié)果,其中14個測點(diǎn)給出的206Pb/238U年齡值在216—219.6 Ma,平均年齡為(218±1)Ma。這些測點(diǎn)大都選擇在具有巖漿結(jié)晶環(huán)帶鋯石的幔部或邊部,可代表鋯石的形成年齡,及輝長閃長玢巖脈的成巖年齡,因此認(rèn)為輝長閃長玢巖脈的時代為晚三疊世。

4.2 構(gòu)造環(huán)境及地質(zhì)意義

區(qū)域上晚三疊世花崗巖分布于麻扎—康西瓦結(jié)合帶以北,前人研究顯示麻扎—康西瓦結(jié)合帶所代表的大洋在震旦紀(jì)就已經(jīng)存在,中奧陶世開始俯沖消減,早志留世兩側(cè)陸塊碰撞造山,早石炭世沿該帶古特提斯洋開始擴(kuò)張形成,中二疊世進(jìn)入消減階段,早三疊世開始碰撞造山[19]。在賽力亞克達(dá)坂群中采集到了早三疊世孢粉化石組合,從而將麻扎—康西瓦結(jié)合帶演化結(jié)束的時間均確定在了早三疊世。對麻扎構(gòu)造混雜巖內(nèi)弧雜巖時代的研究,將西昆侖古特提斯洋俯沖、消減的時間提前到早石炭世,說明古特提斯洋在早石炭世以前已存在;對賽力亞克達(dá)坂群(磨拉石沉積蓋層)時代的研究,將構(gòu)造帶活動上限定格在早—中三疊世[20]。在240 Ma時甜水海地體與南昆侖地體發(fā)生碰撞,含石榴子石片麻狀花崗巖是甜水海地體與西昆侖南帶晚古生代島弧沿麻扎—康西瓦縫合帶碰撞峰期的產(chǎn)物,228 Ma塊狀含角閃石花崗巖可能形成于造山后的伸展背景。對中三疊世安尼西期和晚三疊世卡尼期花崗巖及暗色微粒包體研究表明,西昆侖地體和甜水海地體之間的古特提斯洋盆最終閉合發(fā)生在中三疊世安尼西期(243 Ma),而到了晚三疊世卡尼期(234—227 Ma)已進(jìn)入碰撞后階段[21]。對慕士塔格巖體研究認(rèn)為,其應(yīng)是從擠壓的主碰撞期向伸展后碰撞期轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物[22-23],表明古特提斯主碰撞作用發(fā)生在中三疊世晚期之前,之后開始進(jìn)入古特提斯后碰撞階段[22]。234—210 Ma花崗質(zhì)巖體主要分布于北昆侖地體和甜水海地塊結(jié)合部位,整體具有I-A型花崗巖演化的特征,該地區(qū)A型花崗巖形成于造山晚期相對拉張環(huán)境。對研究區(qū)內(nèi)阿卡阿孜山巖體研究表明,該巖體冷卻速率相當(dāng)快,反映一種碰撞后抬升的環(huán)境[14]。地層方面,西昆侖地區(qū)整體明顯缺失晚二疊世—中三疊世沉積記錄,且晚二疊世之前以海相沉積為主,而中三疊世之后全部轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴喑练e,可能標(biāo)志其主碰撞作用的結(jié)束,表明主碰撞造山向后碰撞作用轉(zhuǎn)換期應(yīng)在中三疊世和晚三疊世之間。

圖8 Zr/Y-Zr判別圖Fig.8 Zr/Y-Zr discrimination diagram

研究區(qū)晚三疊紀(jì)應(yīng)為古特提斯后碰撞造山階段伸展構(gòu)造環(huán)境。在西昆侖造山帶巖漿演化史中,海西晚期—燕山期早期是巖漿活動的高峰期,但在230—250 Ma之間缺乏巖漿活動的年代學(xué)證據(jù),可能與碰撞造山過程中強(qiáng)烈的擠壓應(yīng)力下不利于巖漿上侵有關(guān)[24],而當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力轉(zhuǎn)化為后碰撞伸展時形成了有利于巖石熔融和巖漿活動的減壓環(huán)境。在Zr/Y-Zr構(gòu)造環(huán)境判別圖中,樣品投影于板內(nèi)玄武巖(WPB)范圍內(nèi)及附近(圖8),顯示具板內(nèi)玄武巖的巖石地球化學(xué)特征,巖脈可能形成于板內(nèi)拉張背景下。綜上所述,晚三疊世西昆侖處于伸展環(huán)境,輝長閃長玢巖脈可能是在該作用下形成的,(218±1)Ma為晚三疊世西昆侖造山帶后碰撞伸展環(huán)境提供了時代依據(jù)。

5 結(jié)論

(1) 鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果表明,輝長閃長玢巖脈年齡為(218±1)Ma,時代為晚三疊世。

(2) 結(jié)合鋯石定年結(jié)果及巖脈產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景認(rèn)為,晚三疊世西昆侖地區(qū)已進(jìn)入后碰撞階段,輝長閃長玢巖脈是在巖石圈伸展環(huán)境下形成的產(chǎn)物。輝長閃長玢巖脈的鋯石U-Pb年齡為其提供了時代依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：于繼紅)

Geochronology,Geochemistry Characteristics and Geological Implication of theGabbroic Dioritic Porphyrite Dyke from Tireaili Area,Western Kunlun

TANG Hongwei

(282BrigadeofSichuanNuclearGeologyBureau,Deyang,Sichuan618000)

The gabbroic dioritic porphyrite dyke is distributed in Tireaili Group of Carboniferous.The zircon U-Pb dating results indicate that the formation age of dyke is 218±1 Ma,which is the outcome of magmatism in Early Mesozoic Indosinian. Its ΣREE=136×10-6～202×10-6,LREE=119×10-6～186×10-6,HREE=15×10-6～17×10-6,the light rare earth elements fractionate obviously,while the heavy rare earth elements contrarily. Rb,Ba,K,LREE and other large ion lithophile element are rich in the rock,Nb,Ta,HREE and other high field-strength elements are depleted. According to the zircon dating results and local geological setting,Western Kunlun has entered to post-collision setting in late Triassic epoch. And the gabbroic dioritic porphyrite dyke is the outcome under the lithosphere extension environment,whose U-Pb dating age supplies the time- criterion for it.

Late Triassic; dyke; geochronology; lithogeochemistry; western Kunlun

2016-12-05;改回日期:2016-12-23

湯鴻偉(1984-),男,工程師,碩士,礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè),從事地質(zhì)調(diào)查與礦產(chǎn)勘查工作。E-mail:281311451@qq.com

P597

A

1671-1211(2017)03-0237-06

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2017.03.001

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20170516.1432.016.html 數(shù)字出版日期:2017-05-16 14:32