準噶爾北部科克森套蛇綠巖中輝長巖年代學、巖石化學特征及地質意義

滕宇翔 薛曉峰 穆利修 朱志新 夏靜福

摘? 要：新疆西準噶爾北部科克森套蛇綠巖由輝長巖、輝橄巖、橄輝巖、輝石巖、蛇紋巖、玄武巖、硅質巖、含放射蟲硅質板巖及片巖、片麻巖組成。輝長巖化學特征表現為富Al2O3、CaO、MgO，貧K2O、TiO2特點，與島弧玄武巖相似。稀土元素與E-MORB特征基本一致，反映巖漿來源于富集地幔。微量元素具大離子親石元素Rb，Th，K，Sr相對富集，高場強元素Nb，Ta，Ti相對虧損特征，顯示與俯沖帶流體交代有關。輝長巖鋯石年齡（405±4） Ma，代表洋殼形成年代。在構造環境上，科克森套蛇綠混雜巖顯示富集洋脊玄武巖特征，形成于島弧環境，與島弧消減帶擴張環境相一致，因此，科克森套蛇綠混雜巖應形成于早泥盆世。從時間、空間分布及構造環境上，科克森套蛇綠巖與庫爾提蛇綠巖、沙爾布拉克蛇綠巖及布爾根蛇綠巖具相似性，為早泥盆世古亞洲洋在準噶爾北緣向西伯利亞板塊俯沖所形成的溝-弧-盆體系下的弧后系統，與相鄰哈薩克斯坦齋桑蛇綠巖帶、蒙古比基蛇綠巖帶共同構成西伯利亞與準噶爾板塊間的縫合帶。

關鍵詞：科克森套;輝長巖;巖石化學;鋯石U-Pb測年

科克森套蛇綠混雜巖位于額爾齊斯斷裂帶南界，該斷裂帶是蒙古-阿勒泰地體與準噶爾-哈薩克斯坦地體的界線，呈NW向延伸，向西北延伸到哈薩克斯坦境內額爾齊斯斷裂，向東延伸至蒙古國境內的布爾干斷裂。沿該斷裂帶分布有大量蛇綠混雜巖[1-3]，自西向東為科克森套、吐庫爾班套、沙爾布拉克、瑪因鄂博、布爾根蛇綠巖[4-9]。準噶爾北緣及阿爾泰南緣構成一條范圍較廣的蛇綠巖帶——齋桑-額爾齊斯蛇綠混雜巖帶，與塔城北-阿爾曼太蛇綠混雜巖帶、卡拉麥里蛇綠混雜巖帶由北向南依次分布，為東準噶爾地體的3大蛇綠巖帶。蛇綠混雜巖的出現常被視為板塊間縫合帶的標志，因此，齋桑-額爾齊斯蛇綠巖帶被視為西伯利亞板塊與準噶爾板塊之間的縫合帶（或阿勒泰弧和準噶爾地體之間的縫合帶），其構造演化與古亞洲洋板塊演化及中亞造山帶的形成密切相關[10]。前人對科克森套蛇綠巖的認識分歧較大，有研究者認為科克森套蛇綠巖帶中未見席狀巖墻群、海相玄武巖和深海沉積物等典型蛇綠巖結構[11]。王玉往認為科克森套蛇綠巖形成于晚泥盆世洋中脊環境[12];倪康認為科克森套蛇綠巖形成于早石炭世[4];王若梅認為科克森套蛇綠巖形成于晚泥盆世弧后盆地環境[13]。通過對科克森套蛇綠巖及巖石學、巖石地球化學、同位素年代學相關研究，進一步對科克森套蛇綠巖形成時期區域大地構造演化進行討論。

1? 輝長巖地質特征及巖石特征

科克森套蛇綠混雜巖帶出露于查爾斯克-喬夏哈拉縫合帶一線（圖1），呈NW向展布，長約27.5 km，寬10～20 m，蛇綠巖出露于中泥盆統北塔山組與蘊都喀拉組之間。蛇綠巖南北兩側發育一條寬1～2 km的似動力變質的片巖、片麻巖混雜巖帶，與區域構造線方向一致。科克森套蛇綠巖由蛇紋巖、輝橄巖、輝石巖、輝長巖、玄武巖、含放射蟲泥質板巖等組成，主要以輝橄巖、蛇紋巖為主，洋殼組成部分輝長巖，玄武巖少量出露，以巖塊形式產出，類似其他造山帶蛇綠混雜巖。蛇綠混雜巖不連續分布于構造擠壓帶中，整個構造擠壓帶受多期斷裂及巖漿熱液作用，巖石較破碎。蛇綠巖單元呈規模不等的透鏡狀、團塊狀或帶狀散亂分布于構造混雜帶內，少量被晚石炭世閃長玢巖侵入，呈不規則塊狀出露。整個構造擠壓帶內蛇綠巖發育強構造蝕變，變形變質強烈，普遍發育蛇紋石化、碎裂巖化、糜棱巖化及構造片理化。輝長巖塊體呈條帶狀出露于晚石炭世閃長玢巖巖體中（圖2），地表出露寬20～40 m，延伸長100 m。與該巖塊平行分布有3～4條寬10～20 m被閃長巖侵入的不完整巖墻，產狀與構造線方向一致。本文通過1條實測剖面PMXII-1對整個構造混雜巖帶中輝長巖進行控制。PMXII-1剖面位于科克森套北側（圖3），主要控制西科克森套蛇綠混雜巖相關巖石單元。該剖面中依次出現片理化蝕變玄武巖、輕度片理化輝長巖、蝕變輝長巖、全蝕變橄輝巖、蛇紋巖、蝕變輝長巖及片麻巖。玄武巖主要與中泥盆紀北塔山組呈斷層接觸，其余基性、超基性巖圍巖主要被石炭系閃長巖侵入，片麻巖中未見基性-超基性巖。

經鑒定輝長巖呈灰綠色（圖3），變余輝長結構，塊狀構造，由斜長石（54%）、輝石（45%）組成，分布少量鈦鐵礦。斜長石半自形板狀，一般0.2～1 mm，少量1～2 mm，被絹云母、綠簾石、黝簾石交代，內雙晶模糊不清或消失。角閃石呈半自形柱狀，一般0.2～0.5 mm，少量1～2 mm，雜亂分布，被陽起石及綠泥石交代，多呈假象產出，少量殘留。輝石呈他形-半自形粒狀、柱狀分布于斜長石之間。輝石中嵌布有少量細板條狀斜長石，斜長石蝕變為板狀斜長石，輝石蝕變為陽起石。鈦鐵礦呈自形板狀分布于斜長石、輝石之間，沿邊部具白鈦石化。巖石碎裂明顯，常見網狀裂隙，沿裂隙分布有碎粒、碎粉狀長石，被陽起石、黝簾石、綠泥石、葡萄石、不透明礦物充填交代。巖石蝕變明顯，蝕變礦物為絹云母、綠簾石、黝簾石、陽起石、綠泥石、葡萄石。綠簾石呈半自形-它形粒狀，為0.01～0.1 mm，呈星散狀分布，交代斜長石。

2? 輝長巖巖石化學特征

2.1? 主量元素特征

輝長巖主量元素經全鐵調整，去燒失量重新百分比換算，SiO2含量48.43%～52.58%，Al2O3含量較高，為14.05%～19.91%;MgO含量較高，為7.68%～9.48%，TiO2含量較低，為0.28%～0.57%;CaO含量較高，為8.1%～11.33%;全堿含量（K2O+Na2O）較低，K2O為0.39%～0.92%，Na2O為2.34%～2.96%，顯示鈣堿性系列;Mg#值為53.1～58.6，介于印度洋輝長巖的Mg#值含量范圍（32～88），屬蛇綠巖中的鎂鐵質堆晶巖[6]，低于原生巖漿范圍（68～75），表明巖石經過了一定的分異演化。整體上輝長巖以富Al2O3、CaO、MgO、TFeO，貧TiO2及全堿，尤其貧K2O為特征，類似于大洋拉斑玄武巖。在TAS圖中（圖4），有5個樣品均為輝長閃長巖，且所有樣品均屬亞堿性系列。

2.2? 稀土微量元素特征

輝長巖稀土元素總量較低，為25.99×10-6～39.71×10-6，輕、重稀土元素分餾不明顯，LREE/HREE為1.92～3.78，LaN/YbN為0.96～2.99;δEu為0.86～1.18，顯示Eu輕微負異常，說明斜長石分離結晶程度較低。稀土元素球粒隕石標準化分布曲線圖中（圖5），輝長巖多為輕稀土稍富集的弱右傾曲線，與E-MORB標準曲線分布型式基本一致。

原始地幔標準化蛛網圖中（圖6），輝長巖具大離子親石元素Rb，Th，K，Sr相對富集，高場強元素Nb，Ta，Ti，P相對虧損特征，俯沖帶上，俯沖板片流體交代上覆地幔巖發生巖石部分熔融，由于Nb，Ta等高場強元素相對大離子親石元素及輕稀土元素在流體中溶解度降低，發生沉淀留在殘留相中，表明其形成可能與俯沖帶有關，可能有殼源物質或流體帶入（表1）。

3? 輝長巖鋯石年齡

3.1? LA-ICP-MS 鋯石U-Pb測年方法

鋯石樣品在新疆國土資源廳礦物研究所經單礦物分選，鋯石微U-Pb同位素定年利用北京科薈測試技術有限公司的LA-Q-ICP-MS同時分析完成。激光剝蝕系統為ESINWR193nm，ICP-MS為Analytikjena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。對分析數據的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal完成[11]。鋯石微量元素含量利用SRM610作為外標、Si作內標的方法進行定量計算[11]。玻璃中元素含量推薦值據GeoReM數據。U-Pb 同位素定年中采用鋯石標準GJ-1作為外標進行同位素分餾校正，每測5～10個樣品點，分析2次GJ-1。對與分析時間有關的U-Th-Pb同位素比值漂移，利用GJ-1變化采用線性內插方式進行校正。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權重平均計算均采用Isoplot完成。

3.2? 分析測試成果

鋯石多為無色透明，個別為淺黃色，呈較自形短柱狀和正方雙錐狀，顆粒晶形較完整，陰極發光圖像表現出典型的巖漿韻律環帶和明暗相間的條帶結構，表明為巖漿結晶產物。從測得的同位素比值和年齡數據可見（表2），鋯石中Th含量27.27×10-6～1 484.11×10-6，U含量47.72×10-6～1 637.45×10-6，變化幅度較大，Th，U含量呈較好的正相關關系，具較高的Th/U比值，為0.1～1.05。鋯石微區測試數據共10個，所有數據點集中分布在諧和曲線附近，分析測試的鋯石在U-Pb年齡一致曲線圖上構成較集中的鋯石群（圖7，8），樣品206Pb/238U加權平均年齡（405±4）Ma（MSWD=0.87），地質時代屬早泥盆世。

4? 討論

4.1 巖漿成因

前人研究認為，與地幔橄欖巖平衡的原生巖漿的Mg#=68～75指標，是原生巖漿重要標志之一[12-13]。研究區輝長巖的Mg#值為50～58，屬演化巖漿，表明其不是原始地幔橄欖巖部分熔融產物。稀土、微量特征顯示Nb，Ta，Zr，Hf高場強元素虧損，為地殼混染或俯沖帶流體熔融交代作用形成的富集地幔熔融，稀土分布形式曲線與E-MORB一致。Nb，Ta具類似地球化學特征[14]，Nb/Ta=21.2～29.5，他們之間的分異主要受富Ti礦物控制[15-16]，高壓條件下（大于1.5 GPa）主要受金紅石控制。由于金紅石中Ta相容性明顯強于Nb，其熔融巖漿通常具極高的Nb/Ta值，低壓條件下角閃石是影響Nb/Ta值的主要礦物。與金紅石相反，其相對Ta更加富集Nb[17]。俯沖板塊熔融產生富Na的安山質熔體，Nb，Ta，Ti在富Na安山質熔體中分布系數明顯高于和熔體共存的流體，導致流體強烈虧損Nb，Ta，Ti等高場強元素[18]。推測虧損地幔巖漿受俯沖帶流體熔融交代作用，形成富集洋脊玄武巖。在Nb-Yb-Ta-Yb圖解中（圖9）[19]，輝長巖全部落入E-MORB區域，Nb-Yb-TiO2-Yb圖解中（圖10）[20]，輝長巖全部落入富集洋脊玄武巖中，顯示與上述分析巖漿成因一致。

4.2? 構造環境

輝長巖以富Al2O3、CaO、MgO、TFeO，貧TiO2及全堿，尤其貧K2O為特征。大離子親石元素Rb，Th，K，Sr相對富集，高場強元素Nb，Ta及Ti，P相對虧損，表明其可能受到俯沖帶殼源流體的影響。稀土分布曲線呈輕稀土輕微虧損的弱左傾型，與E-MORB曲線基本一致，Eu負異常不明顯。綜合主量、微量、稀土元素特征及構造環境判別圖看出，科克森套蛇綠巖中輝長巖可能形成于島弧環境。前人認為科克森套蛇綠巖中的玄武巖形成于洋中脊構造環境[21-22]，通過對研究區不同位置所采輝長巖及巖石地球化學分析，我們認為其形成于島弧消減帶擴張環境。島弧蛇綠巖通常指具IAT地球化學特征的蛇綠巖[23]，與其他類型蛇綠巖一樣，島弧蛇綠巖噴出巖主要為玄武巖。島弧火山巖成分相當廣泛，包括玄武巖、安山巖和流紋巖，玄武巖中有（IAT）、鈣堿性玄武巖（CAB）及少量堿性玄武巖（AB）。在V-Ti/1000圖解中（圖11）[24]，所有樣品落入IAT區域，反映消減帶的海底擴張作用，使新洋殼產生，V-Ti 圖解中（圖12）[24]，輝長巖樣品落入與俯沖上盤型（SSZ）的弧后-弧前型（BA-FA），推測輝長巖可能來源于富集的地幔柱。

綜上，本文認為其形成環境與俯沖作用無關，產生于島弧消減帶的擴張，島弧擴張形成新的洋殼，新洋脊拉張減薄，地幔對流使虧損地幔熔融了俯沖帶上盤的水和大離子親石元素，形成富集地幔，具富集洋脊玄武巖特征。

4.3? 構造意義

前人關于科克森套地區是否出現典型的蛇綠巖及額爾齊斯斷裂帶是否是一條典型的構造縫合帶具有爭議。本文對科克森套蛇綠巖中輝長巖的巖石類型、巖石組合、巖石地球化學及年代學分研究，推測早泥盆世之后處于島弧擴張環境。結合前人研究，認為科柯森套蛇綠巖形成于早泥盆世，一直持續到晚石炭世末期俯沖消減帶完全閉合。因此，不管從時間、空間分布及構造環境上，科克森套蛇綠巖與庫爾提蛇綠巖、沙爾布拉克蛇綠巖及庫爾提蛇綠巖具有相似性，均為早泥盆世古亞洲洋在準噶爾北緣向西伯利亞板塊俯沖所形成的一系列溝-弧-盆體系下的弧后系統。研究表明，境外齋桑蛇綠巖帶和外蒙古比基蛇綠巖帶具同樣特征，因此，額爾齊斯構造縫合帶為西起境外的齋桑蛇綠巖帶，向南東經過布爾津地區的科克森套蛇綠巖帶、庫爾提地區的庫爾提蛇綠巖帶、富蘊地區的沙爾布拉克蛇綠巖帶、清河縣南部的布爾根蛇綠巖帶，一直延伸到外蒙古的比基蛇綠巖帶，最終構成西伯利亞板塊與準噶爾-哈薩克斯坦板塊在晚古生代時碰撞閉合縫合帶，同時說明科克森套蛇綠巖在早泥盆世已形成，且為弧環境下消減帶擴張產物。

5? 結論

（1）本文所測LA-ICP-MS鋯石U-Pb輝長巖年齡為（405±4） Ma。

（2）輝長巖主量元素具富Al2O3、CaO、MgO及TFeO，貧全堿及TiO2，尤其貧K2O特點，總體上類似大洋拉斑玄武巖和島弧玄武巖。輝長巖稀土元素與E-MORB特征基本一致，巖漿來源于富集地幔。微量元素表現為大離子親石元素Rb，Th，K，Sr相對富集，高場強元素Nb，Ta，及Ti相對虧損特征，與俯沖帶流體交代有關。據Nb，Ta比值推測巖漿受到俯沖帶流體熔融交代。

（3）從構造環境上，科克森套蛇綠混雜巖既顯示富集洋脊玄武巖特征，同時形成于島弧環境。該環境與消減帶弧擴張環境一致，因此科克森套蛇綠混雜巖形成于早泥盆世。

（4）從時間、空間分布及構造環境上，科克森套蛇綠巖與庫爾提蛇綠巖、沙爾布拉克蛇綠巖及布爾根蛇綠巖具一致性，都為泥盆世古亞洲洋在準噶爾北緣向西伯利亞板塊俯沖所形成的一系列溝-弧-盆體系下的弧后系統，與哈薩克斯坦的齋桑蛇綠巖帶和蒙古的比基蛇綠巖帶，共同構成西伯利亞板塊與準噶爾-哈薩克斯坦板塊的縫合帶-額爾齊斯縫合帶。

致謝：新疆地調院吉木乃恰勒什海一帶1：5萬四幅區調項目對本文的支持。

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Chronology and Lithochemistry of Gabbro from Kekesentao Ophiolite in the Northern Junggar，Xinjiang and Its Geological Significance

Teng Yuxiang，Xue Xiaofeng，Mu Lixiu，Zhu Zhixin，Xia Jingfu

（Xinjiang institute of geological survey，Urumqi，Xinjiang，833000，China）

Abstract：The kekesengtao ophiolite is located at the north part of western Junggar，Xinjiang，which is composed of gabbro，peridotite，pyroxenite，serpentine，basalt，siliceous rock，radiolarian siliceous slate，schist and gneiss.The petrochemical characteristics of gabbro are rich in Al2O3，CaO，MgO and poor in K2O and TiO2.Similar to island arc basalt.The characteristics of rare earth elements are basically consistent with e-MORB.It indicates that magma originates from the enriched mantle.Trace elements are characterized by the relative enrichment of large ion lithophile elements Rb，Th，K and Sr，and the relative loss of high field strong elements Nb，Ta and Ti.It is related to subduction zone fluid replacement.Zircons from gabbro are （405±4） Ma old，indicating the age of oceanic crust.From the perspective of tectonic environment，the kekesengtao ophiolite hybrid shows the characteristics of rich oceanic ridge basalt.It also shows that it was formed in the island arc，which is consistent with the expansion environment of the island arc subduction zone.Therefore，the kekesengtao ophiolite hybrid should have formed in the early devonian.From time，space distribution and tectonic environment.Kekesengtao ophiolite is similar to kurti ophiolite sarbraque ophiolite and burgen ophiolite.It is a back-arc system formed under the trench-arc-basin system formed by the devonian paleo-asian ocean subducting to the Siberian plate in the northern margin of junggar.Together with the adjacent isaimulberry ophiolite belt in kazakhstan and the biki ophiolite belt in Mongolia，it forms the suture belt between the Siberian and junggar plates.

Keywords：Kekesengtao ophiolite;Gabbro;Lithochemistry;Zircon U-Pb dating