印度尼西亞蘇門答臘島Sarudik地區(qū)A型花崗巖鋯石U-Pb年齡及其構(gòu)造意義

張海坤，胡 鵬，曹 亮， ，劉阿睢，程 湘

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢 430205；2.印度尼西亞地質(zhì)局，萬隆 40254)

印度尼西亞蘇門答臘島Sarudik地區(qū)A型花崗巖鋯石U-Pb年齡及其構(gòu)造意義

張海坤1，胡 鵬1，曹 亮1，ArminTampubolon2，劉阿睢1，程 湘1

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心，湖北 武漢430205；2.印度尼西亞地質(zhì)局，萬隆40254)

蘇門答臘島位于印度尼西亞西緣，大地構(gòu)造位置處于印度-澳大利亞板塊向歐亞板塊俯沖的前緣地區(qū)，實武牙復(fù)式花崗巖體是該島規(guī)模較大的花崗巖體，至今仍缺少高精度年代學研究，制約了對其巖石成因和區(qū)域構(gòu)造演化的深入認識。本文對Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定，獲得其年齡值為225.3±0.8Ma，表明成巖時代為晚三疊世。前人巖石地球化學研究指示其為A1型花崗巖，結(jié)合蘇門答臘島區(qū)域地質(zhì)研究結(jié)果，晚三疊世實武牙地區(qū)總體處于陸內(nèi)伸展環(huán)境，實武牙復(fù)式巖體Sarudik地區(qū)黑云母二長花崗巖是中-晚三疊世蘇門答臘島局部地殼伸展減薄、巖漿上侵的產(chǎn)物。

LA-ICP-MS；鋯石U-Pb年齡；A型花崗巖；實武牙；蘇門答臘島

花崗巖是大陸地殼形成、演化、增生、改造和殼-幔相互作用等地球動力學過程的重要產(chǎn)物，具有重要的年代學意義，并記錄有豐富的深部作用信息，被認為是揭示區(qū)域構(gòu)造演化歷史的“有效探針”[1]。蘇門答臘島位于印度尼西亞西緣，自二疊紀至今微陸塊間的碰撞、拼合及板塊邊緣的俯沖作用引起多期構(gòu)造-巖漿事件[2-4]，在該島留下了豐富的巖石學記錄。實武牙復(fù)式花崗巖體位于蘇門答臘島西部，地表出露約45 km×23 km，由二疊紀-三疊紀不同構(gòu)造背景下形成的多相侵入體組成[2-3]。Cobbing等與Ishihara(1998)在巖石學和區(qū)域地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，分別在實武牙復(fù)式巖體識別出產(chǎn)于火山弧環(huán)境的I型花崗巖，并認為其形成與二疊紀時期古特提洋的俯沖有關(guān)[5-6]，這一認識已獲得普遍認同。最近，Iwan Setiawan等根據(jù)巖石地球化學研究，在Sarudik地區(qū)實武牙復(fù)式巖體識別出產(chǎn)于板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境的A型花崗巖[7]，而未對其形成時間進行準確限定。花崗巖形成時代是探討構(gòu)造背景的重要約束因素[8]，本文通過對蘇門答臘島Sarudik地區(qū)實武牙復(fù)式巖體黑云母二長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測年，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)演化，探討其構(gòu)造指示意義，為進一步揭示西蘇門答臘地體的構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及巖相學特征

1.1區(qū)域地質(zhì)概況

蘇門答臘島位于印度尼西亞群島西緣，大地構(gòu)造位置處于印度-澳大利亞板塊向歐亞板塊俯沖的前緣地區(qū)，由親岡瓦納大陸的東蘇門答臘地體、親華夏古陸的西蘇門答臘地體和臥依拉(Woyla)推覆體組成。受晚白堊紀以來俯沖作用影響，蘇門答臘島發(fā)育典型的溝-弧-盆體系，并形成縱向貫穿全島的蘇門答臘大斷裂。島上較老地層主要出露于西蘇門答臘島地體，并沿蘇門答臘大斷裂分布，主要包括石炭紀-白堊紀砂巖、粉砂巖、灰?guī)r、板巖等；古近紀以來大量發(fā)育安山巖、英安巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r，少量海陸交互含煤建造、灰?guī)r。東蘇門答臘地體位于弧后地區(qū)，主要為第四系覆蓋。臥依拉推覆體主要由侏羅紀-白堊紀大洋島弧殘留和疊瓦狀大洋沉積物組成。研究區(qū)巖石地層單元呈NW向展布，實武牙巖體位于西蘇門答臘地體北部，為研究區(qū)內(nèi)的主體單元，侵入至晚二疊紀Kuantan組(圖1)。Kuantan組是研究區(qū)內(nèi)出露的最老地層，斷續(xù)分布在北部、中部和南部，由板巖、變質(zhì)石英巖、碎屑巖和石英巖組成。西南部為中中新世Barusu組，主要由砂巖和炭質(zhì)頁巖組成。北部廣泛分布有晚中新世Toru火山巖組，由安山質(zhì)集塊巖組成；東部多被第四紀Toba組流紋英安質(zhì)凝灰?guī)r覆蓋。研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造以NW向斷層為主，是縱貫全島的蘇門答臘大斷裂的一部分，穿切區(qū)內(nèi)所有巖石單元。

圖1 蘇門答臘島Sarudik地區(qū)地質(zhì)圖(資料來源：文獻[7])

1.2巖相學特征

本次采樣點位于Sarudik鎮(zhèn)東北5 km處，采樣編號為B02-11，坐標為(98°51′43″，1°47′58″)。巖石呈灰白色，中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2(a))，主要礦物組成有鉀長石、斜長石、石英、黑云母，其中鉀長石40%～45%、斜長石25%～30%、石英20%～25%、黑云母3%～5%。鏡下觀察鑒定為中粗粒黑云母二長花崗巖，鏡下特征如下所示。

1) 鉀長石主要是條紋長石和正長石，多呈他形粒狀(圖2(b))，礦物粒徑大小一般為2～7 mm(中粒)，少數(shù)為0.5～2 mm，表面上多發(fā)生土化，個別發(fā)育卡式雙晶，條紋長石條紋不規(guī)則，寬窄變化較大，主要為交代成因的，鉀長石中常包含或邊緣鑲嵌著斜長石(圖3(d))、黑云母或石英形成包含嵌晶結(jié)構(gòu)。

2) 斜長石主要是中長石和更長石，呈半自形-自形板柱狀(圖2(b))，礦物粒徑大小一般為0.2～2 mm，部分為2～3 mm，聚片雙晶、卡納復(fù)合雙晶或環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，表面多發(fā)生較強烈的土化和絹云母化，個別環(huán)帶發(fā)育者具凈邊結(jié)構(gòu)。

3) 石英多呈他形粒狀(圖2(b))或填隙狀(圖2(d))，礦物粒徑大小0.2～4 mm不等，表面干凈，石英中常包含或邊緣鑲嵌著黑云母或斜長石形成包含嵌晶結(jié)構(gòu)(圖2(d))，個別石英中包含著較多顆粒較小自形程度較高略顯定向性的斜長石。

4) 黑云母可見兩個世代黑云母，呈半自形-自形片狀(圖2(c))，片徑大小一般為0.2～2.5 mm，早期結(jié)晶的黑云母褪色強烈，多色性較弱，晚期結(jié)晶黑云母多色性顯著，單偏光下呈淺黃褐-暗褐多色性(圖2(d))，正交光下呈三級橙干涉色，受本身顏色掩蓋，發(fā)育一組完全解理，平行消光，常見鋯石和磷灰石包體。

Qtz-石英；Kfc-鉀長石；Pl-斜長石；Bt-黑云母(a) 標本;(b)、(c)、(d) 鏡下照片圖2 黑云母二長花崗巖標本及鏡下照片

2 分析方法

鋯石單礦物挑選由河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室完成，經(jīng)傳統(tǒng)重、磁法分選后，在雙目鏡下挑選出晶形較好且無明顯裂隙的鋯石單礦物顆粒，固定在環(huán)氧樹脂表面，打磨拋光后制成樣靶。鋯石透射光、反射光、陰極發(fā)光(CL)圖像分析及激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析均在武漢上譜分析科技有限責任公司完成。鋯石U-Pb年齡激光束斑直徑為32 μm，實驗中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。鋯石微量元素含量利用NIST610作為外標、Si作內(nèi)標的方法進行定量計算。鋯石年齡采用標準鋯石91500作為外標進行分餾校正，每分析5個樣品點，分析2次91500，29Si作為內(nèi)標進行計算，分析方法及儀器參數(shù)見文獻[14-15]。激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm。大多數(shù)剝蝕點分析的相對標準偏差為5%～15%。鋯石測試點的同位素比值、U-Pb表面年齡和U-Th-Pb含量計算采用ICPMSDateCal軟件，采用Anderson編制的軟件對測試數(shù)據(jù)進行普通鉛校正，并采用ISOPLOT3.0程序[16]進行鋯石加權(quán)平均年齡的計算及諧和曲線的繪制。

3 鋯石U-Pb年齡

根據(jù)陰極發(fā)光圖像(圖3)和鋯石鏡下特征，選取晶形完成(部分鋯石破碎時由于碎樣所致)，自形程度高，顆粒較大的30顆鋯石進行剝蝕測試，樣品17B02-11的鋯石顆粒自形至半自形， 多為長柱狀或短柱狀，長寬比多介于2∶1～4∶1之間，少數(shù)為不規(guī)則形狀。在進行普通鉛校正后，剔除鉛丟失嚴重的點，最終選擇29顆鋯石的29個數(shù)據(jù)參與年齡計算。鋯石U-Pb年齡測試分析結(jié)果列于表1。

圖3 Sarudik地區(qū)實武牙復(fù)式巖體黑云母二長花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像

樣品大多數(shù)鋯石的陰極發(fā)光圖像表現(xiàn)為具有較好的震蕩環(huán)帶，鋯石顆粒表面少見溶蝕現(xiàn)象(圖3)。樣品測點的Th/U比值都比較高(0.37～0.89)，這些特征表明這些鋯石為典型巖漿成因鋯石[17-18]，變質(zhì)作用對鋯石年齡的影響不大，應(yīng)是同一巖漿結(jié)晶而成[19]。樣品232Th含量變化較大，介于34.9×10-6～444×10-6之間，238U含量變化也較大，介于67.3×10-6～1 031×10-6，且232Th和235U含量呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系(圖4)。31個測點中測點26和測點33出現(xiàn)兩個異常高值年齡，分別為332±18.3 Ma和1 142±11 Ma。陰極發(fā)光圖像顯示，測點26鋯石顆粒不發(fā)育典型的巖漿震蕩環(huán)帶，測點33鋯石顆粒具有較為復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，Th/U比值(0.15)接近變質(zhì)成因鋯石，推測這兩個鋯石為繼承鋯石。其余29個測點鋯石多具清晰的震蕩環(huán)帶，Th/U比值為0.3～0.92，可能代表巖漿房內(nèi)演化的年齡。根據(jù)29個測點的數(shù)據(jù)，計算其加權(quán)平均值為225.27±0.83 Ma(加權(quán)偏差方差MSWD=0.91，誤差為1σ)(圖5)。樣品的分析點都分布于諧和線上或附近，表明這些鋯石幾乎沒有U或Pb的丟失和加入，年齡數(shù)據(jù)能夠代表花崗巖的結(jié)晶年齡。所以蘇門答臘Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖的形成時代為225.3±0.8 Ma，屬于晚三疊世。

圖4 蘇門答臘島Sarudik地區(qū)實武牙復(fù)式巖體黑云母二長花崗巖鋯石Th-U圖解

4 討 論

4.1巖體形成時代

實武牙復(fù)式花崗巖體年代學研究較滯后，研究主要集中在20世紀七八十年代(表2)，年齡范圍為264～206 Ma[9-12]?？傮w看，其年齡分布對應(yīng)兩期巖漿活動，時代分別為中-晚二疊世和晚三疊世。其中，對晚三疊世巖漿巖前人采用的定年方法主要包括黑云母K-Ar法和角閃石K-Ar法。由于K-Ar同位素系統(tǒng)易受后期巖漿活動、變質(zhì)作用等熱擾動事件影響，用于定年的礦物常會發(fā)生氬丟失或氬過剩，因此很難準確限定經(jīng)歷過多期巖漿-構(gòu)造活動的地質(zhì)體[20]。本文采用LA-ICP-MS對Sarudik地區(qū)實武牙黑云母二長花崗巖進行高精度定年，獲得年齡值為225.3±0.8 Ma，為晚三疊世。這一年齡明顯老于前人獲得的晚三疊世花崗巖年齡，據(jù)此可認為實武牙地區(qū)晚三疊世巖漿活動最晚始于225 Ma。

表1 蘇門答臘島Sarudik地區(qū)實武牙復(fù)式巖體黑云母二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Th-Pb分析結(jié)果

圖5 蘇門答臘島Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖和加權(quán)平均年齡圖

表2 實武牙復(fù)式花崗巖體年齡數(shù)據(jù)

4.2構(gòu)造意義

A型花崗巖是由Leoselle等提出的一種特殊的花崗巖類型，具有富堿、貧水、富氟等特征，形成于伸展環(huán)境。Eby在前人研究的基礎(chǔ)上，將A型花崗巖分為A1型和A2型兩類花崗巖。其中A1型花崗巖總體上代表一種非造山的大陸裂谷或者板內(nèi)環(huán)境；A2型花崗巖形成的環(huán)境主要為碰撞后拉張環(huán)境，如陸陸碰撞后期構(gòu)造應(yīng)力松弛階段或者島弧巖漿作用[21-24]。地球化學特征研究表明，Sarudik地區(qū)實武牙花崗巖體具有高硅、高鉀、高FeOtot/(FeOtot+MgO)、高Ga/Al，富集高場強元素(Zr、Y、Nb)的典型A型花崗巖的地球化學特征[7,25-26]。在TAS圖解中落入亞堿性范圍，為花崗巖區(qū)域(圖6)。在Y/Nb-Rb/Nb圖解(圖7(a))和Nb-Y-Ce圖解(圖7(b))，表明其屬于A1型花崗巖，應(yīng)該代表一種非造山的大陸裂谷或者板內(nèi)環(huán)境。

Rb、Y和Nb等不相容元素受部分熔融或分離結(jié)晶作用的影響較小[28-31]，因此，利用這些元素能有效地討論其形成的構(gòu)造環(huán)境。在Rb-(Y+Nb)和Nb-Y圖解中，巖體樣品都落入板內(nèi)花崗巖(圖8)，表明研究區(qū)的黑云母二長花崗巖形成于板內(nèi)環(huán)境，這也與前面的分析結(jié)果一致。綜上所述，Sarudik地區(qū)實武巖黑云母二長花崗巖體應(yīng)該形成板內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境。

蘇門答臘島區(qū)域地質(zhì)研究表明，岡瓦納大陸來源的東蘇門答臘地體和華夏古陸來源的西蘇門答臘地體分別于早二疊紀和晚二疊紀從兩個大陸分離，隨著古特提斯洋的閉合和中特提斯洋的發(fā)展，二者于早三疊世沿中央構(gòu)造帶發(fā)生拼合[33-34]。中-晚三疊世時期，蘇門答臘島發(fā)育南北向和北西-南東向的地塹構(gòu)造，并沉積有碳酸鹽巖、硅質(zhì)巖和頁巖[13]，表明這一時期蘇門答臘島總體處于東西向拉張應(yīng)力環(huán)境并伴有地殼沉降，可能與中特提斯洋的發(fā)展有關(guān)。根據(jù)本文獲得的年齡數(shù)據(jù)(225.3±0.8 Ma)，Sarudik地區(qū)實武巖復(fù)式巖體黑云母二長花崗巖形成于晚三疊世，巖石地球化學研究指示其為形成于非造山環(huán)境的A型花崗巖，說明晚三疊世實武牙地區(qū)總體處于陸內(nèi)伸展環(huán)境(圖9)，而Sarudik地區(qū)實武牙復(fù)式巖體A型花崗巖是中-晚三疊世蘇門答臘島局部地殼伸展減薄、巖漿上侵的產(chǎn)物。

圖6 Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖TAS圖解(數(shù)據(jù)來源：文獻[7]；底圖：文獻[27])

圖7 A型花崗巖判別圖解(數(shù)據(jù)來源：文獻[7]；底圖：文獻[22])

圖8 Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖(數(shù)據(jù)來源：文獻[7]；底圖：文獻[32])

圖9 晚三疊世蘇門答臘島及附近地區(qū)大地構(gòu)造背景示意圖(注：據(jù)文獻[7]修改)

5 結(jié) 論

1) 蘇門答臘島Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為225±0.8 Ma，表明其形成時代為晚三疊世。

2) 根據(jù)本文獲得的年齡數(shù)據(jù)(225 Ma)，說明Sarudik地區(qū)實武牙巖體黑云母二長花崗巖形成于晚三疊世，巖石地球化學研究指示其為A1型花崗巖，結(jié)合蘇門答臘島區(qū)域地質(zhì)研究結(jié)果，說明晚三疊世實武牙地區(qū)總體處于陸內(nèi)伸展環(huán)境，實武牙復(fù)式巖體是中-晚三疊世蘇門答臘島局部地殼伸展減薄、巖漿上侵的產(chǎn)物。

致謝印尼地質(zhì)局礦產(chǎn)、煤炭與地熱資源中心地質(zhì)師Edya等人在野外考察中給予了很大幫助，審稿人提出的寶貴修改意見使本文更為完善，在此一并表示感謝。

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A-typegraniteofgranitecomplexinSarudikarea,Sumatra:ZirconU-Pbagesanditstectonicimplication

ZHANG Haikun1,HU Peng1,CAO Liang1,ARMIN Tampubolon2,LIU Asui1,CHENG Xiang1

(1.Wuhan Center，China Geological Survey，Wuhan430205,China;2.Geological Agency of Indonesia,Bandung40254,Indonesia)

Sumatra is located in the most west of Indonesia and is subject to the subduction of the India-Australia Plate beneath the Eurasian Plate.Sibolga,one of the largest granites in Sumatra,still lacks high-precision geochronological research,which prevents the advance of knowledge in its petrogenesis and tectonic evolution.Biotite monzogranite from Sarudik area,Sumatra was assigned to granite of A1type by previous geochemical research.The present study conducted LA-ICP-MS Zircon U-Pb age analysis on the identical granite,yielding an age of225.3±0.8Ma and indicating its formation in late Triassic.Combined with the results from previous study,it is proposed that Sibolga and adjacent areas were dominated by within-plate tectonic environment during late Triassic period,which coincides with the results from regionally geological studies.It is further concluded that late Triassic A1-type granite in study area is associated with locally crust extending and thinning throughout Sumatra during mid-late Triassic.

LA-ICP-MS;Zircon U-Pb ages;A-type granite;Sibogal;Sumatra

P597+.3

A

1004-4051(2017)11-0171-08

2017-09-21責任編輯趙奎濤

中國地質(zhì)調(diào)查局二級項目“印度尼西亞蘇門答臘島銅多金屬資源潛力評價”資助(編號：DD20160114)；“湘西-鄂西成礦帶神農(nóng)架-花垣地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”資助(編號：DD20160029)

張海坤(1987-)，男，助理研究員，主要從事境外地質(zhì)調(diào)查研究工作，E-mail:328543434@qq.com。

胡鵬(1984-)，男，高級工程師，長期從事境外地質(zhì)礦產(chǎn)研究和資源潛力評價，E-mail:157521303@99.com。