新疆西天山溫泉巖體群LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及其地質(zhì)意義

孟令華，馬明永，崔慶崗

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東泰安 271000；2.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東濟(jì)南 250104)

0 引言

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖體特征

研究區(qū)所在的別珍套山東段溫泉縣城南部地區(qū)，大地構(gòu)造位置處于天山興蒙造山系之伊寧-中天山地塊之賽里木陸緣盆地之賽里木地塊(潘桂棠等，2009)(圖1)。溫泉群是賽里木地塊中出露的最古老的地質(zhì)體，是天山結(jié)晶基底的組成部分(胡靄琴等，1999；Wang et al.，2006)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，褶皺構(gòu)造以向斜為主，早期褶皺行跡由于強(qiáng)烈的構(gòu)造置換作用而破壞，無根褶皺發(fā)育，后期變形變質(zhì)分異作用較強(qiáng)，發(fā)育固態(tài)流變褶皺，反映多期次變形的特點(孟令華，2021)。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造多為元古代形成的基底斷裂，斷裂展布方向以近東西向、北東東向為主，北西向次之。

圖1 西天山溫泉縣城南部區(qū)域大地構(gòu)造略圖(a)及侵入巖分布地質(zhì)簡圖(b)

該區(qū)侵入巖主要侵位于古元古代滹沱紀(jì)溫泉群變質(zhì)巖(HtW)，呈近東西向平行山系走向及區(qū)域構(gòu)造走向延伸，由空間上密切“群居”的巖體群組成(圖1)。本文根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查和最新的鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)將該套巖體解體為青白口紀(jì)和奧陶紀(jì)2個侵入期。

青白口紀(jì)侵入巖(ηγQb)主體巖性為灰白色中細(xì)粒二長花崗巖，分布于提斯比力依東、哈布特烏蘭一帶(圖2)，呈巖株、巖枝、巖瘤狀產(chǎn)出，與圍巖接觸界線較清楚，多呈波狀、港灣狀、鋸齒狀，由6個巖體組成，出露面積約8.61 km2；巖體平行于溫泉群接觸帶方向可見少量大塊變質(zhì)圍巖殘留體，仍保持與圍巖一致的走向及變形特征。奧陶紀(jì)侵入巖主要分布于蒙克、夏納克一帶(圖2)，近東西向呈巖株、巖枝狀產(chǎn)出，侵位于溫泉群變質(zhì)巖(HtW)及青白口紀(jì)中細(xì)粒二長花崗巖(ηγQb)中。根據(jù)巖石類型及鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)將其劃分為2個侵入階段。第一侵入階段(δοOa)巖性為深灰色-灰綠色閃長巖、石英閃長巖，呈長條狀、橢圓狀東西向展布，由4個巖體組成，出露面積約14.03 km2，巖體中混入大量后階段花崗閃長巖，呈脈狀、透鏡狀，順巖體節(jié)理面方向貫入，局部可見與后階段花崗閃長巖體形成的黑白相間的似斑馬狀構(gòu)造。第二侵入階段(γδOb)巖性為灰色-灰白色花崗閃長巖，呈條帶狀東西向展布，侵入于溫泉群變質(zhì)巖中，由5個巖體組成，出露面積約10.86 km2，巖體中可見少量大塊變質(zhì)圍巖殘留體及前期次的二長花崗巖及閃長巖捕擄體，受動力變質(zhì)作用影響，部分巖石破碎，呈碎裂結(jié)構(gòu)。

圖2 夏納克-哈布特烏蘭附近巖體(a)及蒙克-提斯比力依附近巖體(b)剖面示意圖

2 樣品特征與測試方法

2.1 樣品特征

本次工作在溫泉縣城南別珍套山東段提斯比力依東、哈布特烏蘭一帶溫泉巖體群中采集了4件樣品進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年研究，采樣位置見圖1。4件樣品分別為灰白色中細(xì)粒二長花崗巖(編號TW0011/1，位置：N44°56′03.56″，E81°07′32.04″)、深灰色中細(xì)粒閃長巖(編號TW0012/1，位置：N44°55′45.56″，E81°06′54.58″)、灰色中細(xì)粒石英閃長巖(編號TW0021/1，位置：N44°57′20.77″，E81°01′55.83″)、淺灰色細(xì)中粒花崗閃長巖(編號TW0024/1，位置：N44°56′22.64″，E81°01′59.04″)。其鏡下巖石學(xué)特征如下：

灰白色中細(xì)粒二長花崗巖：中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)(圖3a)，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長石(45%±)、鉀長石(30%±)、石英(25%±)組成。斜長石：呈半自形板狀-它形粒狀，粒徑一般為0.2～2.0 mm的細(xì)粒，2.0～2.5 mm的中粒次之，雜亂分布，可見聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶，粒間可見細(xì)粒變晶集合體，大部分顆粒呈不均勻絹云母、高嶺土和碳酸鹽化。鉀長石：它形粒狀，可見條紋長石和微斜長石，粒徑一般為0.2～2.0 mm的細(xì)粒，2.0～2.5 mm的中粒次之，粒間可見板條狀斜長石，輕微高嶺土化，多數(shù)呈單晶狀分布，可見細(xì)粒集合體。石英：呈它形粒狀，粒徑一般為0.2～2.0 mm的細(xì)粒，它形粒狀變晶集合體分布在其他大顆粒之間，顯波狀、帶狀消光，邊緣呈齒狀、縫合線狀。巖內(nèi)見少量綠泥石，集合體呈扇狀，粒徑一般0.03～0.05 mm，但偏光下呈黃色，呈堆狀沿礦物裂隙分布。巖內(nèi)可見礦物晶體邊緣的細(xì)?；碗p晶的彎曲現(xiàn)象，推測原巖可能受到應(yīng)力作用。

深灰色中細(xì)粒閃長巖：中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖3b)，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長石(60%～65%)、角閃石(25%～30%)、黑云母(5%±)和石英(5%±)組成。斜長石：半自形板狀，粒徑一般為0.25～2.0 mm的細(xì)粒，2.0～3.5 mm的中粒次之，雜亂分布，可見聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶，可見環(huán)帶構(gòu)造，大部分顆粒被絹云母和黝簾石不均勻交代。角閃石：半自形長柱狀，粒徑一般為0.25～1.8 mm的細(xì)粒，雜亂分布，部分顆粒被纖狀次閃石交代呈假象，少量顆粒綠簾石交代呈假象。黑云母：葉片狀，片徑0.2～1.0 mm，多被綠泥石交代，局部析出鐵質(zhì)。石英：它形粒狀，粒徑0.1～0.75 mm，可見細(xì)粒單晶，充填狀零星分布在斜長石粒間。

圖3 溫泉巖體群侵入巖顯微照片

灰色中細(xì)粒石英閃長巖：中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖3c)，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長石(60%±)、鉀長石(5%～10%)、角閃石(10%～15%)、黑云母(1%～5%)和石英(15%～20%)組成。斜長石：半自形板狀，粒徑一般為0.25～2.0 mm的細(xì)粒，2.0～4.5 mm的中粒次之，雜亂分布，可見聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶，可見環(huán)帶構(gòu)造，大部分顆粒被絹云母和黝簾石不均勻交代。鉀長石：半自形板狀，粒徑一般為0.25～1.6 mm的細(xì)粒，星散分布，多見微斜長石，被高嶺土不均勻交代。角閃石：半自形長柱狀，粒徑一般為0.25～1.8 mm的細(xì)粒，雜亂分布，部分顆粒被纖狀次閃石交代呈假象，多數(shù)顆粒綠簾石交代呈假像。黑云母：葉片狀，片徑0.2～1.8 mm，多被綠泥石交代，局部析出鐵質(zhì)。石英：它形粒狀，粒徑多為0.1～2.0 mm的細(xì)粒，2.0～3.2 mm的中粒較少，可見細(xì)粒單晶零星分布在斜長石粒間。

淺灰色輕碎裂狀細(xì)中?；◢忛W長巖：變余細(xì)中?；◢徑Y(jié)構(gòu)(圖3d)，塊狀構(gòu)造。巖石由斜長石(50%～55%)、鉀長石(10%～15%)、石英(20%～25%)和暗色礦物假像(10%～15%)組成。斜長石：半自形板狀，粒徑一般為2.0～5.0 mm的中粒，0.25～2.0 mm的細(xì)粒和5.0～6.0 mm的粗粒次之，雜亂分布，可見聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶，偶見環(huán)帶構(gòu)造，大部分顆粒被絹云母和碳酸鹽不均勻交代。鉀長石：半自形板狀-它形粒狀，可見條紋長石和微斜長石，粒徑一般為2.0～3.5 mm的中粒和0.2～2.0 mm的細(xì)粒，內(nèi)部嵌布板條狀斜長石和它形粒狀的石英，輕微高嶺土化，多數(shù)呈單晶狀分布，邊緣細(xì)?；?。暗色礦物：它形粒狀，粒徑一般為0.25～2.0 mm的細(xì)粒，多在裂隙分布，均被次閃石和綠簾石交代，部分呈假像。石英：粒徑多為0.1～2.0 mm的細(xì)粒和2.0～3.5 mm的中粒，呈它形粒狀，顆粒多顯波狀、帶狀消光，邊緣呈齒狀、縫合線狀。

2.2 測試方法

每件鋯石U-Pb定年樣品采集重量約10 kg，經(jīng)過粉碎后，于雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石單礦物，將其粘貼在環(huán)氧樹脂表面，待環(huán)氧樹脂充分固化后，打磨至鋯石中心，進(jìn)行拋光處理，使鋯石內(nèi)部完全暴露出來。用裝有陰極熒光探頭的掃描電鏡進(jìn)行陰極發(fā)光顯微照相(CL)，了解鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并選取合適的測點位置。陰極發(fā)光顯微照相、LA-ICP-MS法鋯石微區(qū)原位U-Pb同位素年齡測定由中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心完成。樣品檢測設(shè)備采用Thermo iCPAQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和GeoLas Pro 193 nm準(zhǔn)分子激光器，并采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，元素測量值校正采用NIST SRM 610作外標(biāo)，29Si作內(nèi)標(biāo)，具體實驗環(huán)境、實驗步驟參考李鳳春等(2016)。測試數(shù)據(jù)的處理采用ICP MS Date Cal 4.3(Liu et al.，2008)，利用Andersen(2002)的軟件進(jìn)行普通Pb校正，U-Pb諧和圖、鋯石加權(quán)年齡值計算采用ISOPLOT 3.0軟件(Ludwig，2003)。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見附表1。

3 LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果

對鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析是合理解釋所測年齡的依據(jù)，而陰極發(fā)光影像是揭示鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有效手段(李建華等，2012)。從樣品的顯微鏡下觀察和鋯石CL圖像可見：TW0011/1樣品的鋯石呈淺玫瑰色，棱角-次棱角柱狀、長柱狀，金剛光澤，透明，大小以0.05～0.15 mm為主，次為0.16～0.25 mm，長寬比1:1～1:3，延長系數(shù)主要為1.5～3，少數(shù)含氣液包體。TW0012/1、TW0021/1、TW0024/1樣品的鋯石呈淺玫瑰色、淺黃色，呈棱角-次棱角柱粒狀、次棱角柱狀，金剛光澤，透明，大小以0.05～0.15 mm為主，次為0.16～0.25 mm，長寬比1:1～1:3，延長系數(shù)主要為1.5～3，少量含氣液、暗色包體。

所有樣品鋯石均發(fā)育較清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和明顯的巖漿震蕩環(huán)帶(圖4)，表明鋯石為巖漿成因(Belousova et al.，2002；柏治安等，2020)。TW0011/1樣品有25個測點，Th的變化范圍為(19.6～375)×10-6，U的變化范圍為(110～1457)×10-6，除測點1外，Th/U值為0.14～1.19。TW0012/1樣品有25個測點，Th的變化范圍為(33.2～1251.8)×10-6，U的變化范圍為(84.1～835.3)×10-6，除測點22外，Th/U值為0.23～1.52。TW0021/1樣品有25個測點，Th的變化范圍為(28.3～467.5)×10-6，U的變化范圍為(63.9～1040.7)×10-6，Th/U值為0.28～0.89。TW0024/1樣品有25個測點，Th的變化范圍為(140.3～478.6)×10-6，U的變化范圍為(228.6～524.2)×10-6，Th/U值為0.60～0.91。因此，所有鋯石樣品的Th/U值多在0.14～1.52間，大于0.1，且Th與U具有較好的相關(guān)性，進(jìn)一步暗示其為巖漿成因(Pupin，1980；孟令華等，2020)。

圖4 鋯石CL圖像及測點位置

TW0011/1樣品25個測點中有11個測點的年齡值偏離諧和線，其中測點3、7、9、12、19的年齡值較老(1245～1500 Ma)，可能為變質(zhì)巖混合巖化作用殘留鋯石②；測點11、15、16、18、20、22給出的年齡值偏低，偏離諧和線，其中11、15、18、22點年齡值702～781 Ma，16、20點年齡值409～439 Ma，依前文所述，該二長花崗巖樣品可能受輕微變質(zhì)作用影響，發(fā)生不同程度的放射性成因鉛的丟失，不能代表準(zhǔn)確的年齡信息(李曙光等，1994)。其余14個測點位于諧和線附近(圖5a)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為884±6 Ma(MSWD = 0.23)，該年齡可代表該區(qū)中細(xì)粒二長花崗巖體的結(jié)晶年齡。

圖5 鋯石U-Pb年齡諧和圖

TW0012/1樣品25個測點中有3個測點(測點3、17、22)的年齡值明顯偏離諧和線，可能為捕獲鋯石或繼承鋯石的年齡，不參與計算，其余22個測點均位于諧和線附近(圖5b)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為465±3 Ma(MSWD=0.41)，該年齡可代表區(qū)內(nèi)閃長巖的成巖年齡。

TW0021/1樣品25個測點中有3個測點(測點9、10、11)的諧和度較低，且206Pb/238U與207Pb/206Pb、207Pb/235U年齡值差別較大，不參與計算，其余22個測點均位于諧和線附近(圖5c)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為464±3 Ma(MSWD=0.094)，可代表區(qū)內(nèi)石英閃長巖的成巖年齡。

TW0024/1樣品25個測點中有1個測點(測點19)的諧和度較低，且206Pb/238U與207Pb/206Pb、207Pb/235U年齡值差別較大，不參與計算，其余24個測點均位于諧和線附近(圖5d)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為452±3 Ma(MSWD=1.5)，可代表區(qū)內(nèi)花崗閃長巖的成巖年齡。

4 討論：地質(zhì)意義

大量的野外地質(zhì)調(diào)查及同位素測年資料為查明研究區(qū)侵入巖的形成時代及地質(zhì)演化歷史提供了重要依據(jù)。

本文所測溫泉巖體群中細(xì)粒二長花崗巖(TW0011/1)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為884±6 Ma，定位為新元古代青白口紀(jì)，與胡靄琴等(2010)于溫泉縣城南夏勒巴克特科克薩依溝和庫拉爾別景真溝采集的粗粒片麻狀花崗巖的SHRIMP年齡值919±6 Ma、904±13 Ma相近，且與李孔森等(2013)于溫泉縣城西29 km處采集的花崗片麻巖的鋯石SHRIMP年齡值907±11 Ma亦相近，表明研究區(qū)在新元古代存在一期重要的巖漿作用。通過分析前人資料，天山各地段均存在新元古代早期花崗巖漿活動記錄(表1)，基于同位素組成特征和巖石元素地球化學(xué)特征，這些花崗巖多數(shù)具有大陸邊緣巖漿巖的特征。另外，在新疆塔里木盆地北緣存在著與天山同時代的新元古代早期花崗巖(胡靄琴等，1997，2006；Xu et al.，2009；王飛等，2010)，并且有學(xué)者認(rèn)為塔里木板塊在中新元古代曾經(jīng)是Rodinia超大陸的一部分(陸松年，1998；Zhan et al.，2007；Lu et al.，2008)。Rodinia超大陸是中元古代晚期-新元古代早期由于格林威爾造山運動形成的，在新元古代晚期逐步裂解的一個超大陸，它的形成和裂解影響新元古代全球構(gòu)造演化(陸松年，1998)，約1000～820 Ma新元古代青白口紀(jì)早期的中國洋陸分布正是受此全球Rodinia超大陸匯聚構(gòu)造環(huán)境的影響(張克信等，2018)。因此，包括研究區(qū)在內(nèi)的天山地區(qū)同塔里木板塊在新元古代早期可能均參與Rodinia超大陸的匯聚，并構(gòu)成其一部分。

表1 天山不同地區(qū)新元古代巖漿巖年齡一覽表

本文所報道的溫泉巖體群中細(xì)粒閃長巖(TW0012/1)、中細(xì)粒石英閃長巖(TW0021/1)、細(xì)中?；◢忛W長巖(TW0024/1)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為465±3 Ma、464±3 Ma和452±3 Ma，定位為早古生代奧陶紀(jì)，為一套準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)鈣堿性巖石，形成于洋殼俯沖作用下的火山弧環(huán)境(孟令華，2022)。本文獲得的年齡值與李孔森等(2013)從侵入溫泉巖群變質(zhì)巖中的粗粒閃長巖中獲得的鋯石SHRIMP年齡值452±7 Ma相近。另外，胡靄琴等(2008)在溫泉縣城南部溫泉巖群中采集了粗、中粒斜長角閃巖樣品，其形成年齡為455.1±2.7 Ma和451.4±5.4 Ma(SHRIMP U-Pb定年)。這些年齡值的一致性說明研究區(qū)存在早古生代巖漿作用，這對認(rèn)識中亞造山帶及天山地區(qū)古生代構(gòu)造演化具有重要意義。與新元古代花崗巖相似的是，奧陶紀(jì)島弧巖漿巖在天山其它地區(qū)亦均有發(fā)育(表2)?；谕凰亟M成特征和巖石元素地球化學(xué)特征，大部分學(xué)者認(rèn)為這些早古生代侵入巖多數(shù)具有島弧鈣堿性巖石的特征，形成于島弧或活動大陸邊緣區(qū)，與天山古生代洋盆俯沖作用有關(guān)(表2)。西天山地區(qū)在經(jīng)歷了新元古代Rodinia超大陸形成與裂解的發(fā)展過程后，在早古生代奧陶紀(jì)進(jìn)入多陸塊及多島弧型的古亞洲洋演化階段(左國朝等，2008)，本文鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)為古亞洲洋在奧陶紀(jì)的消減機(jī)制提供了新的年代學(xué)證據(jù)。

表2 天山不同地區(qū)奧陶紀(jì)巖漿巖年齡一覽表

5 結(jié)論

(1)西天山溫泉巖體群巖石類型主要有二長花崗巖、閃長巖、石英閃長巖、花崗閃長巖等，侵入于古元古代溫泉巖群變質(zhì)巖中，對不同類型侵入體進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年研究，解體出青白口紀(jì)和奧陶紀(jì)兩個侵入期。

(2)中細(xì)粒二長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為884±6 Ma，定位為新元古代青白口紀(jì)，可能參與Rodinia超大陸的匯聚。

(3)中細(xì)粒閃長巖、中細(xì)粒石英閃長巖、細(xì)中?；◢忛W長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為465±3 Ma、464±3 Ma和452±3 Ma，定位為早古生代奧陶紀(jì)，是早古生代洋殼俯沖作用的產(chǎn)物，為古亞洲洋在奧陶紀(jì)的消減機(jī)制提供了新的年代學(xué)證據(jù)。

致謝：成文過程中得到了審稿專家及編輯部提出的意見與建議，在此表示由衷的感謝！

[注 釋]

① 新疆地礦局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊. 1993. 溫泉幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].

② 中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院. 2018. 新疆溫泉縣牙馬特一帶1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告[R].