西昆侖苦水海西一帶寒武系甜水湖組粗面巖的發(fā)現(xiàn)、鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

谷 浩，吳 松

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，鄭州，450003)

(No.3 Institute of Geological and M ineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003，Henan，China)

西昆侖苦水海西一帶寒武系甜水湖組粗面巖的發(fā)現(xiàn)、鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

谷 浩，吳 松

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第三地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查院，鄭州，450003)

(No.3 Institute of Geological and M ineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003，Henan，China)

西昆侖苦水海西寒武系甜水湖組內(nèi)首次發(fā)現(xiàn)了粗面巖。通過巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)及鋯石U-Pb年代學(xué)研究，粗面巖貧鈦（Ti2O3：0.11%～0.29%），富鉀（K2O：5.16%～8.49%），富堿（ALK：5.45%～8.71%），屬于過鋁質(zhì)鉀玄巖系列，具有明顯的負(fù)銪異常。鋯石（LA-ICP-MS）U-Pb年齡為534±23 Ma（MSWD=2.0），火山噴發(fā)時代為早寒武世。粗面巖構(gòu)造環(huán)境為伸展拉張機(jī)制下的陸內(nèi)裂谷，顯示羌塘陸塊在～534 Ma已經(jīng)從Rodinia超大陸裂解出來，并形成了初始洋盆。

西昆侖；甜水湖組；粗面巖；鋯石U-Pb定年

1993年，新疆區(qū)域地質(zhì)志將葉爾羌河上游支流阿克塔河南部產(chǎn)三葉蟲化石Pagodia？Kunlunensis的黑色灰?guī)r劃為上寒武統(tǒng)。甜水湖組是從原長城系甜水海巖群中新解體出的一套淺變質(zhì)碎屑巖組合，因生物屑灰?guī)r內(nèi)含海百合莖化石，認(rèn)為其不屬于前寒武紀(jì)地層，其變質(zhì)變形程度強(qiáng)于奧陶紀(jì)冬瓜山群，將其歸為寒武紀(jì)[1]。本次在西昆侖苦水海西首次填繪出了一套碎屑巖夾火山巖建造，火山巖主要為粗面巖，定為甜水湖組，通過粗面巖的巖石地球化學(xué)和鋯石U-Pb同位素年齡研究，提高了對寒武紀(jì)時期的構(gòu)造環(huán)境的認(rèn)識，并提供了年代學(xué)證據(jù)，對恢復(fù)西昆侖地區(qū)的地質(zhì)演化具有重要意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西昆侖苦水海西，隸屬新疆和田皮山縣。區(qū)域上以苦水海斷裂為界，北為巴顏喀拉中生代濁積盆地褶斷帶，南為北羌塘陸塊[2]；北羌塘陸塊又以岔路口斷裂為界，北為甜水海微陸塊，南為神仙灣晚古生代裂陷盆地（圖1）。甜水湖組位于甜水海微陸塊內(nèi)，呈北西西向分布。

研究區(qū)內(nèi)甜水湖組為一套碎屑巖夾火山巖建造，巖性主要為細(xì)粒-中粒長石石英砂巖、砂礫巖、（杏仁狀）粗面巖等；在研究區(qū)東約40 km甜水海湖東側(cè)為一套碎屑巖沉積，巖性為灰色泥質(zhì)粉砂質(zhì)板巖、細(xì)-中粒巖屑長石砂巖、褐黃色巖屑中-粗砂巖、砂礫巖；在研究區(qū)西側(cè)平達(dá)坂北為一套碎屑巖夾火山巖地層，巖性為灰-綠色細(xì)-中粒長石石英砂巖、流紋質(zhì)含礫晶屑凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r；在研究區(qū)西約60 km阿克塔河南為一套碳酸鹽沉積，巖性為鮞?；?guī)r、灰?guī)r[3]。

2 甜水湖組粗面巖

2.1 粗面巖的發(fā)現(xiàn)

在苦水海西5272高地測得甜水湖組剖面（圖2），其與北側(cè)甜水海巖群、南側(cè)溫泉溝群均斷層接觸。

圖1 研究區(qū)寒武系甜水湖組區(qū)域分布特征示意圖Fig.1 Distribution characteristics ofCambrian Tianshui Lake Formation in studyarea1.第四系；2.下志留統(tǒng)溫泉溝組；3.寒武系甜水湖組；4.長城系甜水海巖群；5.粗面巖；6.巖石全分析樣品；7.鋯石U-Pb年齡樣品及年齡；8.剖面位置；9.斷層及傾向；10.地質(zhì)界線；Ⅰ-昆南地塊；Ⅱ-巴顏喀拉中生代濁積盆地褶斷帶；Ⅲ-北羌塘陸塊；Ⅲ1-甜水海微陸塊；Ⅲ2-神仙灣晚古生代裂陷帶；Ⅳ-南羌塘陸塊；①-康西瓦斷裂；②苦水海斷裂；③岔路口斷裂

圖2 新疆和田縣5272高地寒武系甜水湖組實(shí)測剖面圖Fig.2 The measured profile ofCambrian Tianshui Lake Formation at altitude 5272 m highland in Hetian county,Xinjiangprovince

研究區(qū)甜水湖組可見2層粗面巖，中間夾細(xì)粒-中細(xì)粒長石石英砂巖，局部含礫，礫石成分復(fù)雜，大小0.5～1.5 cm，水平層理發(fā)育，粗面巖與砂巖為平行整合接觸關(guān)系。第一層粗面巖主要顯示硅化或絹英巖化，其下部粗面巖內(nèi)多含外來碎屑角礫（圖3a），角礫不規(guī)則狀和次棱角狀，成分主要為粉砂巖；第二層粗面巖主要為硅化杏仁狀粗面巖（圖3b）。

2.2 巖石學(xué)特征

粗面巖呈深灰色、黃綠色和灰白色，多殘余斑狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造、杏仁狀構(gòu)造（圖3c，3d），基質(zhì)具粗面結(jié)構(gòu)。斑晶（15%～25%）：主要為長石，呈自形-半自形板狀，粒徑0.2×0.2㎜2～0.5×2.0㎜2，部分被石英和絹云母交代呈假象，可見較多正長石殘留，具卡式雙晶，其次為少量石英斑晶，全部?；亟Y(jié)晶，由多顆粒石英組成。基質(zhì)（50%～80%）：主要為正長石，呈顯微板條狀，粒徑一般小于0.02×0.05㎜2，定向排列，少部分被綠泥石、石英交代，其次為褐鐵礦（5%～15%），呈自形假象。有時含杏仁（20%～30%）：呈橢圓形、透鏡體狀，長軸直徑0.2～10㎜，定向排列，充填物是石英和白云母，以石英為主。

2.3 巖石地球化學(xué)特征

2.3.1 樣品采集與分析

在苦水海西5272高地甜水湖組粗面巖內(nèi)共采集4件巖石全分析樣品，樣品均為新鮮、無污染，但由于該地區(qū)粗面巖均不同程度遭受熱液蝕變作用及硅質(zhì)杏仁體未能有效的剔除，導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)粗面巖差異較大。樣品制樣和測試單位為國土資源部河南省巖石礦物測試中心，主量元素主要采用全譜直讀等離子體發(fā)射光譜（IRIS-Intrepid）分析，分析相對誤差＜1%；微量元素和稀土元素多采用等離子質(zhì)譜（XSERIES2）分析，Sr、Zr、Ba采用射線熒光光譜（ZSX100eX）分析，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。

2.3.2 樣品分析結(jié)果

巖石全分析樣品分析結(jié)果如表1所示，主量元素、稀土元素及微量元素特征如下。

圖3 甜水湖組粗面巖露頭及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Han specimen(a,b)and microphotography(c,d)of Tianshuihu Formation trachytea.粗面巖內(nèi)碎屑特征；b.粗面巖內(nèi)杏仁狀構(gòu)造；c.粗面巖鏡下斑狀構(gòu)造；d.粗面巖鏡下杏仁狀構(gòu)造

（1）主量元素

粗面巖SiO2含量71.44%～79.60%，由于粗面巖硅化、絹英巖化較強(qiáng)及硅質(zhì)杏仁體等，均可能導(dǎo)致SiO2含量較高；貧鈦（Ti2O3：0.11%～0.29%）、鈉（Na2O:0.15%～0.48%）、鐵（FeOT：0.81%～1.80%），富鉀（K2O：5.16%～8.49%），富堿（ALK：5.45%～8.71%）。粗面巖鈣鋁指數(shù)A/CNK=1.02～1.66，屬于鋁飽和巖石；ALK含量在5.45～8.71之間，根據(jù)A. R-SiO2圖解（圖4），粗面巖屬于堿性系列，在SiO2-K2O圖解（圖5）中，樣點(diǎn)主要落入鉀玄巖系列。因此，甜水湖組粗面巖應(yīng)屬于過鋁質(zhì)鉀玄巖系列火山巖。

（2）微量元素特征

由微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化模式圖（圖6）可以看出：曲線形式顯示峰谷迭起的樣式，其中大離子親石元素除Sr相對虧損外均顯富集，高場強(qiáng)元素Ce、Zr、Hf明顯富集，P、Ti、Nb、Ta明顯虧損；Y、Yb含量接近于洋殼的平均值。

（3）稀土元素特征

圖4 A.R-SiO2圖解Fig.4 A.R-SiO2diagram

粗面巖稀土元素總量124.90×10-6～292.34× 10-6，輕重稀土之比值LREE/HREE為7.01～11.08之間，（La/Yb）N=6.08～12.96，說明輕稀土有較強(qiáng)的富集，稀土分餾明顯。δEu=0.53～0.89，平均值0.7，為中等負(fù)銪異常。稀土元素配分曲線（圖7）顯示左高右低形態(tài)特征，與鉀玄巖系列巖石稀土元素配分曲線像似。

表1 寒武系甜水湖組粗面巖化學(xué)元素含量特征表Table 1 Element coposition in the trachyte rocks of the Cambrian Tangshuihu Formation

圖5 火山巖SiO2-K2O圖解Fig.5 Schematic diagram ofSiO2-K2O in volcanic rocks

圖6 粗面巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化模式圖[3]Fig.6 Primitive mantle normalized trace elements pattern of trachyte in Tianshuihu Formation

3 粗面巖年代學(xué)研究

3.1 樣品采集與測試

甜水湖組粗面巖鋯石U-Pb測年樣品（D1506-TW1）采集自苦水海西5272高地附近甜水湖組剖面上第4層粗面巖內(nèi)，鋯石相對蝕變較弱，外來碎屑成分較少，采樣位置見圖1。鋯石的單礦物分選按常規(guī)方法在河北省廊坊區(qū)調(diào)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。鋯石分選后，在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室將分選的鋯石顆粒進(jìn)行鋯石挑選、制片、照相及U-Pb同位素分析。在測年之前進(jìn)行了反射光、透射光和陰極發(fā)光照相（CL），選取自形好、裂隙少、光滑平整及環(huán)帶清晰的鋯石，并選擇合適的測年晶域進(jìn)行測年。根據(jù)GHJZ 0014-2009標(biāo)準(zhǔn)，采用ThermoFisher公司制造的Neptune激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀（LA-MC-ICP-MS）進(jìn)行微區(qū)原位鋯石U-Pb同位素測定，激光波長193 nm，脈沖寬度5 ns，激光剝蝕的斑束直徑為25μm。詳細(xì)分析方法及儀器參數(shù)見李懷坤等[6]。采用中國地質(zhì)大學(xué)劉勇勝博士研發(fā)的ICPM SDataCa程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，同位素比值誤差為1σ，年齡值選206Pb/238U年齡。

圖7 粗面巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分配模式圖[4]Fig.7 Chondrite-normalized rare earth elements pattern oftrachyte in Tianshuihu Formation

3.2 測試結(jié)果

本次研究樣品共測定了25顆鋯石，其CL圖像顯示（圖8）大部分鋯石自行程度較好，粒徑100～200 μm，延長比多在2∶1～3∶1之間，內(nèi)生環(huán)帶窄而較為清晰，個別可見扇形環(huán)帶，指示了其巖漿鋯石的特征。25粒鋯石的測試結(jié)果顯示（表2）：Pb含量變化在31×10-6～97×10-6之間，U變化在371×10-6～1093×10-6之間，Pb和U之間具有正相關(guān)關(guān)系；Th/U值在0.435～0.966之間，Th與U之間呈正相關(guān)關(guān)系，具有巖漿巖成因特征[7]。206Pb/238U年齡自晚太古代至早古生代均存在，變化較大。10號點(diǎn)2834 Ma，為晚太古代，屬于繼承性鋯石，說明北羌塘地區(qū)可能存在太古代時期的結(jié)晶基底；12號點(diǎn)921 Ma，18號點(diǎn)831 Ma，22號點(diǎn)778 Ma，3個點(diǎn)測年位置均為晶核和環(huán)帶交界部位，可能為捕獲的新元古代圍巖的鋯石；7號點(diǎn)600 Ma，23號點(diǎn)586 Ma，前兩者打在了暗色蝕變帶上，為在早期繼承性鋯石；24號點(diǎn)637 Ma，顯示后期鋯石捕獲早期鋯石而生長，而打點(diǎn)位置為捕獲鋯石，因而打點(diǎn)失誤，年齡不可用。剩余17個測年點(diǎn)均顯示較好的環(huán)帶特征，打點(diǎn)位置均在環(huán)帶上，206Pb/238U年齡變化在473～508 Ma之間，顯示較好的集群特征，一致線與不一致線的上交點(diǎn)年齡為534±23 Ma（MSWD=2.0，n=17）（圖 9），模式年齡值為491.35±5.3 Ma（圖9），考慮鉛丟失原因，534±23 Ma更能代表粗面巖形成年齡。

4 討論

4.1 粗面巖形成的構(gòu)造環(huán)境

圖8 粗面巖中鋯石陰極發(fā)光照片特征圖8 Cathodoluminescence images ofzircons in trachyte of Tianshuihu Formation

表2 苦水海西甜水湖組粗面巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果表Table 1 Zircon U-Pb isotopic analysis results of trachyte for Tianshuihu Formation in W estern Kushuihai area

研究區(qū)粗面巖稀土含量較高，輕重稀土比值7.01～11.08，顯示輕稀土富集，稀土元素分餾程度較高。粗面巖負(fù)銪異常明顯，可能原因?yàn)樾遍L石結(jié)晶保存在殘余固相；(Ce/Yb)N比值在4.49～7.98之間，平均值為5.98，說明粗面巖結(jié)晶分異程度較高；微量元素特征顯示富集大離子親石元素和輕稀土元素，而高場強(qiáng)元素則選擇性富集，如：Ce、Zr、Hf、Sm、Yb、Y富集，Nb、Ta、Ti虧損，與Pearce[8]不同構(gòu)造環(huán)境花崗巖蜘蛛網(wǎng)圖中的板內(nèi)花崗巖（減薄的大陸巖石圈）特征一致。一般認(rèn)為：隨壓力增加，巖漿中Sr增加，Yb降低；源區(qū)貧K則巖漿貧Yb，源區(qū)富K則巖漿富Yb[9]。研究區(qū)粗面巖貧Sr富Yb,可能環(huán)境為低壓環(huán)境，源區(qū)可能富鉀。

研究區(qū)內(nèi)粗面巖屬于鉀玄巖系列[10]，鉀玄質(zhì)巖漿的活動常常與軟流圈地幔上涌和巖石圈伸展-減薄作用相聯(lián)系[11]。粗面巖為富堿、鋁、硅而貧鈣、鎂、鐵的長英質(zhì)巖漿，負(fù)銪異常明顯，為低壓型粗面巖[12]，其構(gòu)造環(huán)境為拉張環(huán)境。在Th/Hf-Ta/Hf判別圖解中（圖10），粗面巖樣品投點(diǎn)主要落在了大陸拉張帶或初始裂谷區(qū)。

在平衡部分熔融作用和分離結(jié)晶作用圖解（圖11）中，粗面巖顯示為平衡部分熔融特征。甜水湖組粗面巖并不是單一的同源巖漿演化，必定受到外來物質(zhì)的混染作用，可能為玄武質(zhì)巖漿上侵分離結(jié)晶過程中部分熔融地殼物質(zhì)導(dǎo)致粗面巖中高場強(qiáng)元素的富集與虧損不一，即富水條件下的熔融增大硅酸鹽礦物的部分熔融的程度，對副礦物的熔融沒有明顯的影響，使大離子親石元素傾向于進(jìn)入熔漿，而高場強(qiáng)元素傾向于殘留在殘余固相中（如Nb、Ta、Ti主要與副礦物有關(guān)，而副礦物是較難熔融的）。因此粗面巖在演化時期應(yīng)為富水的環(huán)境-即小洋盆環(huán)境。

圖9 粗面巖鋯石U-Pb年齡不一致線圖Fig.9 Magmatic zircon U-Pb concordia diagram of trachyte in Tianshuihu Formation

圖10 玄武巖大地構(gòu)造環(huán)境的Th/Hf-Ta/Hf判別圖Fig.10 Th/Hf-Ta/Hfplot of trachyte in Tianshuihu Formation

綜合以上分析，武系甜水湖組粗面巖構(gòu)造環(huán)境應(yīng)偏向于大陸裂谷，并且該裂谷可能已經(jīng)拉張到形成初始洋盆的程度。

4.2 粗面巖噴發(fā)時代及地質(zhì)意義

圖11 平衡部分熔融作用和分離結(jié)晶作用圖解Fig.11 Schematic diagram ofequilibrium partial meltingand separation crystallization

相關(guān)研究表明，西昆侖地區(qū)在Rodinia超大陸形成以后，于南華紀(jì)-震旦紀(jì)時期進(jìn)入了又一次的裂解，并在早寒武世-早奧陶世裂解達(dá)到鼎盛，形成了復(fù)雜的、彌散性的、多級別的小陸塊-小洋盆[13]。但是這些微陸塊、裂谷、小洋盆的發(fā)展是不均一的，一部分表現(xiàn)為俯沖-碰撞，例如，昆中微地塊內(nèi)寒武紀(jì)俯沖型的花崗巖和東昆侖寒武系納赤臺群島弧-弧前盆地碎屑巖夾島弧火山巖沉積均證實(shí)了寒武紀(jì)時期的西昆侖地區(qū)發(fā)生了俯沖消減；另一部分則表現(xiàn)為繼續(xù)伸展裂解，例如，西昆侖庫地-其曼于特寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)末期小洋盆內(nèi)發(fā)育庫地蛇綠巖（512～503 Ma[14]；494.28～500.30 Ma[15]）和其曼于特基性-超基性雜巖（526 Ma[16]），為早期區(qū)域伸展裂解作用形成的產(chǎn)物[17]。

研究區(qū)粗面巖鋯石U-Pb測年結(jié)果為534±23 Ma，代表該粗面巖的噴發(fā)時間，記錄西昆侖地區(qū)在～534 Ma裂解事件。王炬川等[18]的研究表明了，在晚震旦世－中寒武世，羌塘陸塊從Rodinia超大陸中裂解出來，成為一個獨(dú)立的微陸塊，并在康西瓦-蘇巴什一帶形成了原特提斯小洋盆，該洋盆一直延續(xù)到中二疊世才完全閉合。因此可以認(rèn)為，在534 Ma前后羌塘陸塊已經(jīng)從Rodinia超大陸裂解出來，二者之間可能已經(jīng)發(fā)育初具規(guī)模的原特提斯小洋盆。

5 結(jié)論

（1）甜水湖組粗面巖貧鈦（Ti2O3：0.11%～0.29%），富鉀（K2O：5.16%～8.49%），富堿（ALK：5.45%～8.71%），屬于過鋁質(zhì)鉀玄巖系列；稀土元素和微量元素分析結(jié)果表明粗面巖巖石成因?yàn)樾滟|(zhì)巖漿分離結(jié)晶過程中平衡部分熔融作用形成。

（2）甜水湖組粗面巖鋯石（LA-ICP-MS）U-Pb諧和年齡為534±23 Ma，說明火山巖噴發(fā)時間為早寒武世。

（3）甜水湖組粗面巖巖石地球化學(xué)特征具有明顯的負(fù)銪異常，輕稀土富集明顯，具有鄧晉福等所劃分的低壓型粗面巖特征，構(gòu)造環(huán)境為伸展拉張機(jī)制下的陸內(nèi)裂谷，顯示羌塘陸塊在534 Ma前后已經(jīng)從Rodinia超大陸裂解出來，并形成了初始洋盆。

本文初稿承蒙河南省地礦三院總工程師楊澤強(qiáng)、副總工程師李法嶺和何孝良三位教授級高工的審閱，并提出寶貴意見，在此表示由衷感謝。

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GUHao,WUSong

In the Western Kunlun Mountain,the Trachyte in Cambrian Tianshuihu Formation has been firstly found.Through the research of petrography,geochemistry and zircon U-Pb dating,and the results show that:the Trachyte belongs to Peraluminous basalt,which has the characteristics for that:poor in REE and Ti,rich in K and ALK(K2O=5.16～8.49 wt%;ALK=5.45～8.71 wt%.Otherwise,the zircon U-Pb ages of Trachyte age is 534±23 Ma(MSWD=2.0),and indicated that the Tianshuihu Formation formed in later Cambrian.In combination with the regional geological resourches,we think that the Tianshuihu Formation is the product of intraplate extension,and also reflects a magmatic event,which for that Tianshuihu micro-plate split out from Rodinia supercontinent at～534 Ma.

Tianshuihu Formation;Trachyte;zircon U-Pb ages;western Kunlun mountain

P534.41；P597+.3

A

11007-3701（2017）01-025-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.01.003

Gu H and W u S.The discovery of Trachyte from Cambrian Tianshuihu Form ation in western Kushuihai area,western Kunlun M ountain:its zircon U-Pb dating and geology significance.Geology and M ineral Resources of South China,2017,33(1):25-33.

2017-2-15；

2017-3-29.

中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項(xiàng)目"新疆1︰5萬克孜勒吉勒干幅（I44E003005、I44E003006、I44E004004、I44E004005、I44E004006）等五幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查"（編號：1212011120534、121201120628）.

谷浩（1982—），男，工程師，資源勘查專業(yè)，從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作,E-mail：879861310@qq.com.