東準噶爾烏尊塔格輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、地質地球化學特征及構造意義

劉閣 楊碩 靳劉圓

摘 ?要：烏尊塔格輝長巖位于東準噶爾地區卡拉麥里造山帶東段，卡拉麥里蛇綠混雜巖帶北側。巖性為輝長巖、石英閃長巖。巖石化學成分顯示，輝長巖具高Al2O3（18.87%～14.11%）、CaO（8.64%～12.35%），低堿K2O（0.34%～0.86%）、Na2O（1.68%～3.08%）、P2O5（0.06%～0.20%）和TiO2（0.96%～1.76%）特征。巖石具弱富集大離子親石元素Rb，K，Sr，Ba，顯著虧損Nb，Ta，反映源區為受俯沖流體交代改造的巖石圈地幔。鋯石LA-ICP-MS測年結果表明，輝長巖形成年齡為（337±17）Ma（MSWD=2.3，n=6）。結合地質背景認為，烏尊塔格輝長巖形成于俯沖結束之后擠壓環境向拉張環境過渡的構造環境。

關鍵詞：東準噶爾;輝長巖;年代學;地球化學

卡拉麥里造山帶位于東準噶爾東北緣，NWW向蛇綠混雜巖帶斷續分布其中。區內廣泛出露晚古生代后碰撞巖漿巖[1-6]，大面積分布的晚古生代中酸性侵入巖為研究東準噶爾地區構造演化提供了大量依據，造山帶基性侵入體零星出露。本文擬對東準噶爾卡拉麥里造山帶烏尊塔格一帶輝長巖進行研究，通過對烏尊塔格輝長巖年代學、地球化學研究，探討巖石成因及構造背景，為研究東準噶爾地區構造演化特征提供新證據。

1 ?地質背景及巖石學特征

研究區位于準噶盆地東緣卡拉麥里山一帶，構造上處于準噶爾弧盆系與準噶爾-吐哈地塊交匯處，卡拉麥里深大斷裂通過研究區，構成二者分界線（圖1-a）。區內出露有著名的卡拉麥里蛇綠混雜巖[7-12]，構成東準噶爾一條重要的縫合帶。區內出露地層由老到新為早寒武世老君廟巖群，主要巖性為石英片巖、綠片巖;志留紀地層白山包組主要巖性為一套細碎屑巖沉積夾少量砂礫巖;紅柳溝組主要巖性為一套細碎屑巖沉積夾少量火山碎屑巖及熔巖;泥盆紀地層主要為卡拉麥里組，主要巖性為一套細碎屑巖沉積夾少量砂礫巖;江孜爾庫都克組主要巖性為一套碎屑巖沉積夾少量火山碎屑巖及熔巖;石炭紀地層主要為巴塔瑪依內山組，主要巖性為一套火山熔巖夾火山碎屑巖組合;六棵樹組主要巖性為一套細碎屑巖組合夾火山碎屑巖;石錢灘組主要巖性為一套細碎巖巖夾灰巖及泥巖（圖1-b）。

烏尊塔格輝長巖分布在卡拉麥里斷裂帶北部，呈小巖株出露，侵入晚泥盆—早石炭世江孜爾庫都克組，被晚石炭世正長花崗巖和早石炭世晚期英云閃長巖侵入（圖1-c）。巖體與圍巖外接觸帶發育不同程度角巖化，角巖化帶寬50～100 m，內接觸帶見大量地層捕虜體，巖體不同程度受到捕虜體的混染。捕虜體主要呈棱角-次棱角狀，與寄主巖石間界線清晰，捕虜體可見明顯暗化的被烘烤特征。與晚石炭世正長花崗巖體接觸帶附近，巖石綠泥石化、綠簾石化明顯較強。受卡拉麥里斷裂影響，巖石碎裂巖化發育，節理發育，沿節理縫發育弱綠簾石化、弱鉀化等蝕變。

輝長巖 ?巖石呈深灰綠色，中細粒輝長結構，塊狀構造。巖石由斜長石、輝石、鈦鐵礦組成。斜長石呈自形長板狀，粒徑0.24～1.85 mm，含量64%，具輕度泥化，裂理中分布陽起石，為基性斜長石，斜長石間分布半自形-自形粒狀、柱狀輝石。輝石粒徑0.4～3.2 mm，含量約35%，具陽起石化，有少量殘留輝石殘晶，少量斜長石之間分布少量有微粒狀石英。鈦鐵礦呈半自形板狀，較均勻分布于斜長石、輝石之間。

石英閃長巖 ?巖石呈淺灰白色，具中細粒不等粒結構，塊狀構造。巖石由斜長石、石英和暗色礦物組成。斜長石含量57%～78%，呈半自形板狀，粒徑0.4～2.0 mm，聚片雙晶發育，輕度絹云母化、隱晶綠簾石化、綠泥石化;石英含量5%～15%，呈他形粒狀，粒徑0.3～1.6 mm，波狀消光;暗色礦物主要為角閃石，含量13%～35%，呈半自形柱狀，粒徑0.3～1.3 mm，部分被綠泥石化、陽起石化。個別巖石中有少量普通角閃石、輝石、鉀長石等，呈不規則狀微裂隙分布，內充填綠簾石，寬約0.1～0.5 mm。

2 ?鋯石U-Pb年齡

烏尊塔格輝長巖中采集1件同位素測年樣品， 采樣位置為北緯44°35′22″、東經91°9′42″，選取巖性為輝長巖，新鮮并具代表性，采集于巖體近中心。對選取的輝長巖樣品做鋯石U-Pb定年分析，樣品破碎鋯石挑選由河北省區域地質礦產調查研究所完成，陰極發光顯微照相由北京鋯年領航科技有限公司完成，鋯石U-Pb同位素分析在中國地質大學（北京）實驗室的激光剝蝕電感耦合等離子質譜儀（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32 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 程序進行數據處理[13-14]。

烏尊塔格輝長巖選取的鋯石為淺黃-無色、透明呈長柱狀自形晶體，柱狀長寬比為1∶1～2.5∶1，鋯石粒徑60～120 μm。陰極發光圖像上（圖2），鋯石韻律環帶結構清晰，具巖漿成因鋯石特征。輝長巖6顆鋯石Th含量為1.89×10-6～16.71×10-6，U含量為8.71×10-6～36.60×10-6，樣品鋯石均具較高的Th/U比值，為0.19～0.55（表1），屬典型巖漿成因[15]。輝長巖6顆鋯石年齡均落在諧和線上及附近，加權平均206Pb/238U年齡為（337±17）Ma，MSWD=2.3。按最新國際地質年表中最新劃分方案，屬早石炭世晚期（圖3）。

3 ?巖石地球化學特征

3.1 ?主量元素地球化學特征

烏尊塔格輝長巖主量、 稀土和微量元素分析結果列于表 2。烏尊塔格輝長巖SiO2值變化于44.99%～48.52%，Al2O3含量14.11%～18.87%，K2O含量為 0.34%～0.86%，Na2O含量21.68%～3.08%，CaO含量8.64%～12.35%，巖石全堿（K2O+Na2O）含量2.02%～3.94%，MgO和TFe2O3含量分別為6.70%～7.66%，11.14%～15.02%。里特曼指數σ為1.36～2.88，小于3.3，Mg#為47.2～54.4，接近但低于原生玄武質巖漿成分（Mg#=65） ，反映了幔源巖漿分異演化的特點。在硅堿圖中（圖4-a），巖石樣品均投在亞堿性系列區域，主要位于輝長巖區，少部分落入橄欖輝長巖區。在Ta/Yb～Th/Yb圖解中（圖4-b），樣品均落入鈣堿性系列。

3.2 ?微量元素地球化學特征

烏尊塔格輝長巖稀土總量∑REE=23.29×10-6～53.91×10-6，LREE為17.00×10-6～39.35×10-6，HREE為6.29×10-6～14.56×10-6，輕重稀土元素LREE/HREE比值為2.70～3.20，（La/Yb）N和（La/Sm）N分別為1.83～2.61和1.03～1.34，（Gd/Yb）N為1.49～1.85，表明輕、重稀土分餾程度相對較強，輕稀土、重稀土內部元素間的分餾程度較弱，呈輕稀土元素LREE略富集、重稀土元素HREE較平坦的右傾型分布模式。δEu具相對明顯的正異常（除一個橄欖輝長巖樣品的δEu=0.74，其它δEu=1.03～1.10），可能是由于巖體中發生的斜長石堆晶所致（圖5-a）。微量元素原始地幔標準化蛛網圖上（圖5-b），輝長巖巖體的所有樣品均具相似的分布型式，大離子親石元素（LILE） Rb，K，Sr，Ba明顯富集，Sr的富集與輝長巖中大量存在斜長石有關，高場強元素（HFSE）Nb，Ta相對虧損，Ti元素相對富集。

4 ?討論

4.1 ?巖石成因

烏尊塔格北輝長巖SiO2含量低，Mg#偏高，接近幔源玄武質原生巖漿鎂質范圍，可能是部分熔融成因。在La/Sm-La圖解中（圖6-a），輝長巖類巖石呈直線型正斜率平行部分熔融演化趨勢。球粒隕石標準化稀土元素分布曲線圖解中，烏尊塔格北輝長巖具E-MORB相似的分布曲線，原始地幔標準化微量元素蜘蛛網圖中輝長巖LILE富集，HFSE虧損，其中Nb=0.8～2.2×10-6，均值11.2×10-6，低于N-MORB的2.33×10-6，Ta=0.05～0.10×10-6，均值0.07×10-6，低于N-MORB的0.132×10-6。巖漿運移過程中地殼物質的加入富集LREE和LILE，虧損Ti、Nb和Ta，輝長巖中Ta，Nb含量遠小于地殼中兩者的含量（Nb=8×10-6，Ta=0.7×10-6）。Lu/Y=0.014×10-6～0.017×10-6，低于大陸地殼的分布范圍0.16～0.18[20]，排除了地殼物質加入的可能。

原始地幔和MORB的Nb/La值大于1.0，大陸地殼平均值Nb/La為0.7左右。樣品Nb/La值為0.27～0.37，低于大陸地殼平均值，且結晶分異不會導致 Nb/La值降低（Nb比La更不相容），再次說明地殼混染不是主導因素，主要是由于地幔源區受到俯沖流體的交代所致。La/Ba-La/Nb圖解中（圖6-b），同樣指示巖漿源區為俯沖改造的巖石圈地幔[21]。

巖石富集LILE和LREE，虧損Nb，Ta等HFSE，可能是由于源區存在俯沖板塊派生的富水流體交代或較弱的地殼混染作用所致。LILE/HFSE比值能很好地反映源區性質，源于軟流圈地幔的玄武巖La/Nb<1.5[22]，La/Ta<22[23]，巖石圈地幔來源的玄武巖與之相反。烏尊塔格輝長巖的La/Nb值為2.90～3.56、La/Ta值為41.43～66.00，兩者比值分別大于1.5和22。上述特征再次顯示了本期巖石富集巖石圈地幔源區特征。綜上所述，烏尊塔格輝長巖為來源于俯沖改造的巖石圈地幔的玄武巖發生部分熔融所致。

4.2 ?構造環境

巖體主要巖石類型為細晶輝長巖，具細晶輝長結構，表明巖漿侵位深度較淺。Mg#指數低于原生巖漿Mg#值范圍，表明巖漿經一定程度的部分熔融作用。稀土元素分布模式呈右傾型，富集LREE，微量元素明顯富集K，Rb，Sr，Ba等大離子親石元素，虧損Nb，Ta，Ti，P等高場強元素。放射性生熱元素Th，U也顯示出一定程度虧損，總體類似于板內玄武巖地球化學特征。在2Nb-Zr/4-Y圖解和Zr-Zr/Y圖解中（圖7-a，7-b），樣品具從島弧玄武巖向板內玄武巖過渡趨勢，表明烏尊塔格北輝長巖形成于多種構造體制轉折期，可能形成于俯沖結束之后從擠壓環境向拉張環境過渡的構造環境。

5 ?結論

（1）烏尊塔格輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（337±17）Ma，MSWD=2.3，為早石炭世晚期巖漿活動產物。

（2）烏尊塔格輝長巖形成于受俯沖改造的巖石圈地幔的玄武巖發生部分熔融，且上升過程中未受到地殼物質的明顯混染。

（3）烏尊塔格輝長巖形成具有島弧玄武巖向板內玄武巖過渡特征，可能形成于俯沖結束之后從擠壓環境向拉張環境過渡的構造環境。

參考文獻

[1] ? ?韓寶福，季建清，宋彪，等.新疆準噶爾晚古生代陸殼垂向生長（I）： 后碰撞深成巖漿活動的時限[J].巖石學報，2006，22（5）：1077-1086.

[2] ? ?蘇玉平，唐紅峰，劉叢強等.新疆東準噶爾蘇吉泉鋁質 A 型花崗巖的確立及其初步研究.巖石礦物學雜志，2006，25（3）：175-184.

[3] ? ?蘇玉平，唐紅峰，叢峰.新疆東準噶爾黃羊山堿性花崗巖體的鋯石 U-Pb 年齡和巖石成因.礦物學報，2008， 28（2）：117-126.

[4] ? ?閆存興，楊高學，李永軍等.東準庫布蘇南巖體巖石化學特征及其地質意義.新疆地質，2008，26（3） ：220-224.

[5] ? ?楊高學，李永軍，吳宏恩等.東準噶爾卡拉麥里地區黃羊山花崗巖和包體LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年及地質意義.巖石學報，2009，25（12）：3197-3207.

[6] ? ?李永軍，楊高學，吳宏恩等.東準噶爾貝勒庫都克鋁質 A 型花崗巖的厘定及意義.巖石礦物學雜志，2009，28（1） ：17-25.

[7] ? ?李錦軼. 新疆東準噶爾蛇綠巖的基本特征和侵位歷史[J].巖石學報，1995，（1）：73-84.

[8] ? ?何國琦，李茂松，賈進斗，等.論新疆東準噶爾蛇綠巖的時代及其意義[J].北京大學學報（自然科學版），2001，37（6）：852-858.

[9] ? ?唐紅峰，蘇玉平，劉叢強等.新疆北部卡拉麥里斜長花崗巖的鋯石U-Pb年齡及其構造意義[J].大地構造與成礦學，2007，31（1）：110-117.

[10] ?汪幫耀，姜常義，李永軍，等.新疆東準噶爾卡拉麥里蛇綠巖的地球化學特征及大地構造意義[J]. 礦物巖石，2009，29（3）：74-82.

[11] ?趙恒樂，許凡，張冀，等.東準噶爾卡拉麥里蛇綠巖形成時代、地質特征及構造意義[J].新疆地質，2012，30（2）：161-164.

[12] ?黃崗，牛廣智，王新錄，等.新疆東準噶爾卡拉麥里蛇綠巖的形成時代和侵位時限-來自輝綠巖和凝灰巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡的證據[J].地質通報，2012，31（8）：1267-1278.

[13] ?Liu YongShen， Hu Zhaochu， Gao Shan， et al. In situ analysis of ? ? ? ? ? ? ?major and trace elements of anhydrous minerals by LA-ICP-MS ? ? ? ? ? ?without applying an internal standard[J].Chemical Geology，2008， ?257（1-2）： 34 -43.

[14] ?Ludwing K R.User’s Manual for Isoplot 3.00：A geochronological toolkit for Microsoft Excel. [J].Berkeley，2003，Berkeley Geochronology Center Special Publication.

[15] ?Hoskin P W O， Black L P.Metamorphic zircon formation by solid-state recrystallization of protolith igneous zircon[J].Journal of Metamorphic Geology， 2000，18（4）： 423-439.

[16] ?Middlemost E A K.Naming materials in the magma/igneous rock ? ?system[J]. Earth Science Rev.， 1994，37：215-224.

[17] ?Miller C，Schuster R，Kl tzli U，er al.Post-collisional potassic and ultra-potassic magmatism in SW Tibet：Geochemical and Sr-Nd-Pb-O isotopic constraints for mantle sourcecharacteristics and petrogenesis [J].Journal of Petrology，1999，40：1399 -1424.

[18] ?Boynton W V.Geochemistry of the rare earth elements： meteorite studies. Henderson P[J]. Rare Earth Element Geochemistry，1984，Elsevier，63-114.

[19] ?Sun S S and McDonoungh W F. Chemical and isotopic systematicsof oceanic basalt： implication for mantle composition and processes[C]. In：Saunders A D ， Norry M J. Magmatism in the Ocean Basins. Geol. Soc. London Spec. Pub， 1989，42： 313-345.

[20] ?Rudnick R L and Gao S. Composition of the continental crust[J].Treatise on Geochemistry，2003，1- 64.

[21] ?Woodhead J D，Hergt J M，Davidson J P et al.Hafnium isotope evidence for “conservative” element moblility during subduction zone processes[J]. Earth and Planetary Science Letters，2001， 192：331-346.

[22] ?Fitton J G， James D， Kempton P D， et al.The role of lithosphere mantle in the generation of late Cenozoic basic magmas in the western United States[J].Journal Petrology，1998，331- 349.

[23] ?Leat P T，Thompson R N，Morrison MA，et al.Compositionally-diverse Miocene-Recent rift-related magmatism in northwest Colorado：partial melting and mixing of mafic mafmas from 3 different asthenospheric and lithospheric mantle sources[J].Journal of Petrology，1988，351-377.

[24] Meschede，M.A Method of Discirminating between Different Types of Mid-Ocean Ridge Basalts and Continental Tholeiites With the Nb-Zr-Y Diagram[J]. Chemical Geology，1986，56（3-4），207-208.

[25] ?Pearce J A，Norry M J.Petrogenetic Implications of Ti，Zr，Y and Nb Variations in Volcanic Rocks[J].Contributions to Mineralogy ? ?Petrology，1979，69（1）：33-47.

Abstract： Wuzuntage gabbro rock body lies in the eastern Kalamaili Mountains，East Junggar as well as north of Kalamaili ophiolite belt.The lithology is gabbro and quartz diorite.The gabbro consists mainly gabbro is characterized by its high content of Al2O3（18.87%～14.11% ） and CaO （8.64%～12.35%），low content of alkali （K2O=0.34%～0.86%，Na2O=1.68%～3.08%），P2O5（0.06%～ 0.20%） and TiO2（0.96%～1.76%）.Rock are enriched in LILE（Rb，K，Sr，Ba） and remarkably depleted in Nb，Ta，.The characteristics of petrography and petrochemistry indicate that the source of magma may be modified by subduction metasomatic fluids.LA-ICP-MS U-Pb dating of zircons from the gabbro yielded ages of （337±17） Ma（ MSWD=2.3，n=6）.All of these facts suggested that the Wuzuntage gabbro were probably formed in a tectonic setting of transition from compression to extension.

Key words： Eastern Junngar;Gabbro;Geochronology;Geochemistry