LA-ICP-MS zircon U-Pb age and petrochemical characteristics of magmatite from the Dadonggou gold deposit in east Liaoning
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摘要:
大东沟金矿位于华北克拉通北缘东段。对矿区内的岩浆岩进行了锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究。用LAICP-MS方法，测得花岗闪长岩和石英闪长岩中锆石207Pb/206Pb年龄加权平均值分别为2147±10Ma和140.8±1.2Ma，花岗闪长岩经历了1874±18Ma的后期热液活动事件。元素地球化学测试结果显示，两者均为高钾钙碱性I型花岗岩类。石英闪长岩稀土元素配分模式为明显的右倾模式，具有弱负Eu异常，而花岗闪长岩为平坦的右倾模式，具有明显的正Eu异常，两者呈现轻稀土相对富集的特征。微量元素均富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素。石英闪长岩表现为亏损Nb、Ta、Zr、Hf、Ti等高场强元素，而花岗闪长岩表现为Th、Nb、Ta、Ti等高场强元素亏损。结合区域大地构造背景及相关研究认为，花岗闪长岩形成于大陆弧后盆地的构造背景，主要是由约2.2Ca的岩浆底侵加热导致下地壳基性火成岩部分熔融而成；石英闪长岩形成于伊佐奈岐板块向华北板块斜向俯冲的构造背景，具有壳幔混合的特征，为俯冲带流体交代地幔，使其部分熔融，形成基性岩浆与地壳熔融物质混合而成的产物。
Abstract:The Dadonggou gold deposit is located in the east of the northern margin of North China craton.In this paper, zircon UPb chronology and petrochemistry of magmatite from the Donggou gold deposit were studied. The LA-ICP-MS method was used and the ages of zircon in granodiorite and quartz diorite are 2147±10Ma(207Pb/206Pb age-weighted mean, n=17, MSWD=0.59) and 140.8 ±1.2Ma(206Pb/238U age-weighted mean, n=22, MSWD=0.48) respectively; nevertheless, the granite diorite experienced late hydrothermal events of 1874 ±18Ma.Elemental geochemical test results show that both granodiorite and quartz diorite are high potassium calc-alkaline I type granite. Quartz diorite is a right-dipping model with weak negative Eu anomalies, but granodiorite is a relatively flat right-dipping model with obvious positive Eu anomalies; they both show characteristics of relatively rich light rare earth elements. As for trace elements, they are all enriched in large ion lithophile elements Rb, Ba and K. Quartz diorite is characterized by depletion of high field strength elements such as Nb, Ta, Zr, Hf and Ti, but the granodiorite shows the depletion of high field strength elements such as Th, Nb, Ta and Ti. Combined with regional tectonic evolution and related studies, the authors have reached the conclusion that granodiorite was formed in the tectonic background of continental back-arc basin, mainly caused by partial melting of the lower crustal igneous rocks due to the magmatic heating action of ~2.2Ca. However, quartz diorite was formed in the tectonic background of the oblique subduction of Izanagi plate to the North China plate, which had the feature of crust-mantle mixing.It was the fluid metasomatic mantle in the subduction zone, and the basic magma formed by partial melting was mixed with the crust molten material.
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新疆东准噶尔地区位于西伯利亚和哈萨克斯坦板块之间，是中亚造山带的重要组成部分。东准噶尔地区的地质研究程度整体较高，对区内地壳结构、构造演化等已有诸多论述[1-4]。自古生代以来，东准噶尔地区经历了复杂的古亚洲多岛洋的演化历史，包括多期的洋盆打开生长、俯冲消减及碰撞闭合造山的过程，其构造属性和演化历史目前仍未形成共识[5-8]。其中东准噶尔基底属性问题一直是焦点问题，目前东准噶尔地区发现的最老地层是阿拉安道岩群。卡拉麦里断裂南侧的老君庙岩群也是区内的一套老地层，对其研究有一些初步认识，总体研究程度不高。本次笔者在详细的野外地质调查的基础上，对老君庙岩群中的片岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb精准定年和岩石地球化学分析，以期为东准噶尔基底属性和构造演化研究提供更多信息和依据。
1. 地质背景
研究区位于准噶盆地东缘卡拉麦里山一带，构造位置上属于准噶尔弧盆系与准噶尔-吐哈地块交汇处(图 1-a)，卡拉麦里深大断裂通过研究区，构成两者分界线。区内出露卡拉麦里蛇绿混杂岩[9-14]，构成东准噶尔一条重要的缝合带。同时，卡拉麦里构造带内发育大量规模不等的金矿[15-17]，是新疆一条重要的区域性金矿带。研究区构造单元由北向南依次划分为三塘湖岛弧带、卡拉麦里增生混杂岩带、东准噶尔被动陆缘、准噶尔中央地块和博格达裂谷带。区内地层主要为晚古生代地层，少量出露早古生代和中—新生代地层(图 1-b)。志留纪地层主要为白山包组(S2b)、红柳沟组(S3D1h)，泥盆纪地层主要为卓木巴斯套组(D1z)、乌苏鲁巴斯套组(D2w)、克安库都克组(D3k)、江孜尔库都克组(D3C1j)和卡拉麦里组(D1-3k)，石炭纪地层主要为塔木岗组(C1t)、山梁砾石组(C1sl)、巴塔玛依内山组(C2b)、石钱滩组(C2s)和六棵树组(C2lk)。发育2条区域性大断裂，分别是卡拉麦里断裂和清水-苏吉泉断裂。岩体出露较少，规模一般较小，大致可以划分为奥陶纪花岗闪长岩、泥盆纪斜长花岗岩和石炭纪正长花岗岩3期。增生混杂岩带由泥盆纪—石炭纪岩块和基质组成，岩块包括辉长岩、玄武岩、辉橄岩、硅质岩等，基质包括粉砂岩、岩屑砂岩、凝灰岩等。
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图 1 研究区地质简图(据参考文献①修改)1—第四系堆积物；2—新近系；3—侏罗系；4—三叠系；5—二叠系；6—石炭系；7—泥盆系；8—志留系；9—寒武系；10—泥盆纪-石炭纪增生混杂岩带；11—花岗岩体；12—超基性岩；13—地质界线；14—断层及编号；15—采样点；➊—卡拉麦里断裂；➋—清水-苏吉泉断裂Figure 1. Simplified geological map of the study area老君庙岩群是研究区最老的地层，分布于卡拉麦里断裂南侧，出露范围局限，面积约13km2，呈南西西向不规则纺锤状延伸。Landsat-8全色及多光谱融合影像中呈浅粉色，与围岩色调区分截然。野外特征常呈低缓山丘，石英脉风化大量散落地表，宏观上表现为白色碎石滩，基岩露头较差，岩石特征主要由前人探槽揭示。岩性主要为石英片岩、绿片岩、斜长片麻岩及钾长片麻岩。主要经历区域动热变质作用，后期叠加了动力变质作用，发育强烈变形，岩石的原始层理、示顶标志及原岩成分、结构、构造等均遭受了明显的构造置换，形成一系列新生糜棱面理、构造片理等。根据变质矿物组合，该套岩石属高绿片岩相-角闪岩相，绿泥石、黑云母、角闪石为典型矿物，角闪石多呈黄绿色调，少量正长石。与围岩呈断层接触关系，局部为角度不整合接触。
2. 样品采集与分析
本次针对老君庙岩群采集U-Pb同位素样品1件，全岩分析样品13件。同位素样品(TWS02)位于老君庙岩群出露段西侧向地层尖灭处(北纬44°35′42″、东经90°52′40″)，样品岩性为白云母钾长片岩。锆石分选、阴极发光(CL)图像拍摄在河北省廊坊市区域地质矿产调查研究所实验室完成，U-Pb同位素测年在中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。测试仪器采用等离子体质谱仪，激光剥蚀光束直径为32μm，载气使用氦，标准锆石91500为外标，SRM610为内标。数据处理采用ICP-MS DataCa程序，并进行普通铅校正[18]，年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot软件完成[19]。全岩样品测试在广州澳实分析检测公司完成，地球化学图件绘制采用Geokit软件完成[20]。同位素样品主要特征如下。
白云母钾长糜棱片岩：糜棱结构，岩石主要由正长石(39%)、白云母(35%)组成，有少部分石英(25%)、微量白钛石，少见磁铁矿。岩石由于受糜棱作用较强，矿物已呈拉长的长条状、长透镜状平行定向细条带纹线状相间分布，一般石英、正长石呈一条带，白云母呈一条带，正长石具强泥化，白云母呈云母鱼状定向条带状分布，少量的石英呈脉石英条带状分布，并具强波状消光。白钛石呈他形板状，大小0.04~0.5mm，分布于白云母之间，在白云母之间分布少量绿泥石化黑云母，局部少见自形粒状磁铁矿分布于石英、长石、白云母条带之间，磁铁矿大小0.4mm。
3. 锆石U-Pb年龄
样品(TWS02)共分析30颗锆石，得到26组谐和锆石年龄数据(表 1)。LA-ICP-MS分析时，选择无包裹体和裂隙的部位进行测定，所选位置多位于锆石边部。阴极发光图像(图 2)显示锆石呈自形-半自形，多呈长柱状，粒径100~200μm，长宽比为1~2，具振荡环带或扇形分带结构，其Th/U值为0.11~3.39，具岩浆锆石特征[21-22]。测试样品中锆石年龄均较年轻(小于1000Ma)，一般无Pb丢失，因此采用206Pb/238U年龄[23-24]。U-Pb谐和图(图 3-a)反映样品数据点除少数几个点外，基本落在谐和线上及其附近，数据谐和性较好，可信度高。由年龄直方图(图 3-b)可以看出，206Pb/238U年龄主要分布在2个年龄区间，分别是498.6~537.7Ma(16颗)和738.5~918.3Ma(10颗)，且在520Ma左右存在明显的峰值，498.6~537.7Ma区间年龄加权平均值为520.5±5.2Ma。
表 1 老君庙岩群LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测年结果Table 1. Data of LA-ICP-MS U-Th-Pb dating of zircons from Laojunmiao Group测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 206Pb/238U 1σ 1 27 16 58 0.28 0.1474 0.0023 1.610 0.062 0.0793 0.0031 886.2 12.9 2 184 255 449 0.57 0.0853 0.0010 0.688 0.014 0.0585 0.0013 527.9 5.8 3 117 146 255 0.57 0.0852 0.0013 0.772 0.047 0.0701 0.0080 527.2 7.8 4 148 189 636 0.30 0.0826 0.0005 0.674 0.012 0.0590 0.0010 511.7 3.3 5 455 479 369 1.30 0.1214 0.0009 1.098 0.020 0.0655 0.0012 738.5 5.4 6 194 147 279 0.52 0.1509 0.0013 1.494 0.030 0.0716 0.0014 906.0 7.4 7 193 283 358 0.79 0.0834 0.0007 0.643 0.015 0.0558 0.0013 516.3 4.3 8 119 168 259 0.65 0.0833 0.0008 0.684 0.020 0.0597 0.0017 515.5 4.8 9 185 261 328 0.80 0.0845 0.0008 0.703 0.016 0.0601 0.0013 523.1 4.5 10 131 189 284 0.66 0.0843 0.0009 0.724 0.019 0.0622 0.0016 521.9 5.4 11 301 196 846 0.23 0.1531 0.0012 1.560 0.025 0.0735 0.0011 918.3 6.6 12 162 209 409 0.51 0.0857 0.0011 0.729 0.021 0.0618 0.0017 529.9 6.5 13 167 149 303 0.49 0.1318 0.0012 1.202 0.027 0.0660 0.0015 798.4 6.9 14 176 91 824 0.11 0.1523 0.0012 1.497 0.026 0.0711 0.0013 913.7 6.8 15 125 191 236 0.81 0.0825 0.0012 0.692 0.063 0.0593 0.0039 510.8 7.4 16 167 241 362 0.67 0.0804 0.0008 0.705 0.022 0.0632 0.0019 498.6 4.9 17 152 98 317 0.31 0.1401 0.0024 1.589 0.046 0.0812 0.0017 845.1 13.7 18 182 265 422 0.63 0.0841 0.0008 0.681 0.014 0.0585 0.0012 520.6 4.8 19 85 113 255 0.44 0.0841 0.0009 0.688 0.020 0.0594 0.0018 520.7 5.8 20 305 428 818 0.52 0.0854 0.0007 0.688 0.014 0.0582 0.0012 528.3 4.3 21 112 144 302 0.48 0.0865 0.0010 0.748 0.034 0.0633 0.0034 534.9 5.9 22 138 187 333 0.56 0.0837 0.0009 0.704 0.021 0.0610 0.0019 517.9 5.5 23 150 108 342 0.32 0.1521 0.0013 1.496 0.030 0.0713 0.0015 912.5 7.5 24 114 153 284 0.54 0.0870 0.0009 0.736 0.031 0.0614 0.0026 537.7 5.6 25 101 92 129 0.71 0.1430 0.0018 1.381 0.037 0.0702 0.0019 861.7 10.3 26 167 738 218 3.39 0.1376 0.0016 1.373 0.033 0.0723 0.0017 831.1 8.9 ![]()
图 2 老君庙岩群锆石阴极发光(CL)图像、测点及年龄Figure 2. CL images, analytical spots and ages of zircons from Laojunmiao Group![]()
图 3 老君庙岩群锆石U-Pb谐和图(a)及年龄概率分布直方图(b)Figure 3. U-Pb concordia diagram(a)and relative probability histogram(b)of the zircons in Laojunmiao Group4. 原岩恢复
根据野外宏观特征及镜下微观特征，大部分岩石原岩成分、结构、构造及示顶构造已不复存在，地层层序难以恢复。通过岩石留有原岩的特征恢复原岩较困难，鉴于以上情况，依据变质岩石化学成分、微量元素、稀土元素等进行地球化学判别，以确定原岩性质和类型。变质岩的岩石化学成分是变质岩研究工作的一项重要内容，可以比较同一地区不同变质岩或不同地区变质岩类的化学特征及其演化规律，也可以作为变质岩分类的依据，更是变质岩原岩痕迹完全消失时恢复原岩的有效手段。本次工作针对老君庙岩群进行详细的野外地质调查，共采集全岩分析样品13件，分析结果见表 2。
表 2 老君庙岩群主量、微量及稀土元素组成Table 2. Compositions of major, trace and rare earth elements in Laojunmiao Group样品号 QY-1 QY-2 QY-3 QY-4 QY-5 QY-6 QY-7 QY-8 QY-9 QY-10 QY-11 QY-12 QY-13 SiO2 69.75 69.0 70.15 62.92 62.21 61.69 64.58 66.25 77.48 63.36 79.87 62.79 60.79 TiO2 0.29 0.35 0.31 0.71 0.66 0.58 0.38 0.39 0.50 0.48 0.11 0.77 0.77 Al2O3 13.47 15.31 13.74 15.33 14.20 12.11 9.36 9.81 8.13 10.48 3.52 12.37 12.97 Fe2O3 0.81 1.03 0.88 1.38 1.72 0.96 0.71 0.58 1.12 1.40 0.67 0.90 1.67 FeO 1.35 1.78 1.62 4.60 3.97 4.24 2.90 3.24 1.90 2.74 1.28 5.00 4.39 MnO 0.05 0.05 0.04 0.09 0.09 0.11 0.10 0.11 0.07 0.13 0.10 0.09 0.09 MgO 1.00 1.74 0.89 4.09 3.71 3.70 2.65 2.81 1.15 2.85 0.85 3.70 4.10 CaO 2.64 0.71 2.76 1.62 3.66 5.96 7.15 5.53 2.59 6.78 6.65 3.48 3.83 Na2O 5.86 6.49 5.96 2.70 3.36 3.06 2.60 3.08 3.49 3.44 1.20 2.90 2.31 K2O 0.74 0.72 0.69 2.51 1.74 1.18 0.87 0.61 0.29 0.57 0.15 1.06 1.74 P2O5 0.07 0.09 0.08 0.17 0.17 0.15 0.12 0.11 0.16 0.13 0.07 0.18 0.19 烧失量 3.23 3.23 1.86 3.55 4.39 6.21 7.53 6.19 3.12 7.17 5.97 5.31 5.85 合计 99.4 100.7 99.2 100.2 100.3 100.4 99.3 99.1 100.2 99.8 100.3 99.1 99.2 Rb 26.9 29.6 24.1 89.2 53.1 39.2 34.6 25.5 13.6 22.4 6.5 44.5 74.1 Sr 121.5 223 178.5 188 300 277 243 169.5 101.5 186.5 143.5 114 139 Ba 65.9 93.7 83.1 491 469 303 196 159 77.4 159 158 191 352 Th 6.13 7.2 6.21 9.23 7.92 7.4 4.92 5.8 11.9 6.38 2.51 12.55 14.45 U 0.95 1.24 1.16 2.65 2.19 2.38 0.95 1.18 3.23 0.9 0.43 1.68 2.51 Nb 5.8 4.5 3.7 8.8 7.8 6.7 4.5 4.9 7.4 5.5 1.8 8.6 9 Ta 0.2 0.1 0.2 0.4 0.6 0.4 0.42 0.43 0.64 0.47 0.16 0.68 0.72 Zr 80 113 80 163 151 168 85 101 299 133 34 240 252 Hf 2.4 3.4 2.5 4.6 4.1 4.7 2.3 2.7 7.5 3.5 0.9 6.3 6.4 P 285.5 367.1 326.3 693.4 693.4 611.8 489.5 448.7 652.6 530.3 285.5 734.2 775 Ti 2320 2800 2480 5680 5280 4640 3040 3120 4000 3840 880 6160 6160 La 17.6 18.8 13.2 24.6 23.3 21.3 15 16.8 27.1 19.3 5.2 32 37.5 Ce 30.7 34.7 24.2 51.8 48.5 44.1 31.3 33.4 56.5 38.9 10.9 68.6 77.9 Pr 3.24 3.61 2.58 5.92 5.7 5.1 3.52 3.79 6.33 4.47 1.37 7.43 8.29 Nd 11.4 12.6 9.1 23.1 22 20.5 13.9 14.9 24.7 17.7 5.7 29 32.1 Sm 1.94 2.05 1.55 4.92 4.96 4.08 2.7 2.98 4.89 3.47 1.26 5.39 6.08 Eu 0.5 0.57 0.44 1.13 1.2 0.99 0.63 0.65 0.93 0.81 0.25 1.09 1.24 Gd 1.55 1.61 1.21 4.46 4.46 3.81 2.42 2.57 4.56 3.19 1.3 4.44 5.23 Tb 0.2 0.25 0.2 0.74 0.73 0.59 0.36 0.38 0.71 0.47 0.19 0.61 0.73 Dy 1.18 1.26 1.07 4.46 4.11 3.36 2.26 2.45 4.7 2.91 1.27 3.79 4.51 Ho 0.22 0.25 0.21 0.95 0.82 0.67 0.48 0.51 0.98 0.61 0.29 0.79 0.86 Er 0.59 0.71 0.6 2.72 2.37 1.89 1.37 1.48 2.92 1.71 0.92 2.27 2.5 Tm 0.09 0.11 0.09 0.44 0.35 0.28 0.2 0.22 0.44 0.27 0.15 0.36 0.37 Yb 0.6 0.73 0.6 2.63 1.87 1.39 1.51 2.77 1.71 2.45 1.13 2.45 2.52 Lu 0.1 0.11 0.1 0.41 0.34 0.3 0.21 0.22 0.41 0.27 0.21 0.37 0.4 Y 6.5 6.7 6.4 24.5 21.1 18 13.5 14 31.4 17 9 22.9 25.8 ∑REE 76.4 84.1 61.6 153 142.2 126.8 89.2 95.9 169.3 112.8 181.5 206 LR/HR 5.93 6.17 4.87 2.69 2.89 3.12 3.02 3.11 2.46 3.01 3.78 3.8 CeN/YbN 13.23 12.3 10.43 5.09 5.65 6.1 5.82 5.72 5.28 5.88 7.24 8.0 δEu 0.85 0.93 0.95 0.72 0.77 0.76 0.74 0.7 0.59 0.73 0.66 0.66 RbN/YbN 14.76 13.35 13.22 11.16 7.87 6.9 8.19 5.56 1.62 4.31 5.98 9.68 (al+fm)- (c+alk) 22 47 22 47 24 2 -17 -5 12 -10 24 23 Si尼格里值 507 522 497 445 399 378 421 474 803 396 455 413 注：QY-1~QY-6为白云母钾长糜棱片岩；QY-7、QY-9、QY-10和QY-13为斜长绿泥石英片岩；QY-8为斜长二云母石英片岩；QY-11为石英脉；QY-12为黑云母斜长片岩；数据由广州澳实分析检测公司测试；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 由于11号样品岩性为石英脉，与老君庙岩群岩石化学成分差异较大，因此不参与讨论。从表 2可以看出，12件样品的化学成分各不相同，有的相似，有的主要成分相差较大。显示老君庙岩群在同一变质条件下形成的变质岩石化学成分不同，与原岩化学组成不同有关，也就是说，老君庙岩群变质岩是由不同性质、类型的原岩组成的。
老君庙岩群岩石稀土元素总量中等至较高，∑REE=61.6×10-6~206.0×10-6，平均值为163×10-6，反映原岩可能为酸性岩或砂岩。在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(图 4)中，岩石总体表现为轻稀土元素(LREE)相对富集的右倾曲线，向右斜率逐渐变小，重稀土元素(HREE)亏损，轻、重稀土元素分馏明显，LREE/HREE=2.46~6.17，平均值为3.74，CeΝ/YbΝ值为5.09~13.23，平均值为7.56，所有样品均大于1，表现为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损型。具较弱的负Eu异常，δEu＜1(0.59~0.95)，平均值为0.76。稀土元素曲线总体特征与地壳岩石相似，表明其为地壳物质经变质作用形成的。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 5)呈现多峰谷形态，表现为强不相容元素富集，RbΝ/YbΝ值为1.62~14.76，平均值为8.55，远大于1，为强不相容元素富集型。大离子亲石元素K、Rb、Pb、Th、U富集，Ba、Sr显示负异常特征；高场强元素Nb、Ta、P、Ti亏损，Hf、Zr相对富集。微量元素特征亦显示老君庙岩群具大陆壳的特征，与稀土元素特征一致。
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图 4 老君庙岩群稀土元素配分模式图(球粒陨石标准化值据参考文献[25])Figure 4. Rare earth element distribution pattern of Laojunmiao Group![]()
图 5 老君庙岩群微量元素蛛网图(原始地幔标准化值据参考文献[26])Figure 5. Primitive mantle-normalized trace element spidegrams of Laojunmiao Group对老君庙岩群原岩恢复的研究很少，仅在15万区域地质调查②工作中有少量记录。此次工作对调查区内采集的12件样品进行判别分析，使用((al+fm)-(c+alk))-Si图解(图 6)[27]，其尼格里值参数见表 2。其中7、8、10号样品(al+fm)-(c+alk)值为负，脱离了图解的范围，原岩可能为碳酸盐岩，9号样品Si尼格里值为803，同样超出图解范围。使用剩余样品投图，在图解(图 6)中，全部样品均落入沉积岩范围，仅有5、12号样品处于火山岩与沉积岩界线上。同时，2、4号样落入砂质沉积岩中，其余均位于泥质沉积岩范畴。引用15万区域地质调查报告②相关数据(8件样品)，其中3个样品(al+fm)-(c+alk)值为负，1个样品Si尼格里值(776)超越图解范围，其余4个样品投图，3个落入沉积岩区，仅1个样品落入火山岩区边缘位置。Pettijohn等[28]的log(SiO2/Al2O3)-log(Na2O/K2O)(图 7)图解对进一步恢复变质沉积岩(主要是泥砂质岩石)的原岩类型及形成条件有较大意义，该图解不适用于含碳酸盐较多的变质岩，因此7、8、10号样品不参与投图，9号样品log(Na2O/K2O)值为1.08(大于1)，超越图解范围。由图 7可以看出，全部样品均落入杂砂岩范畴，反映原岩为未成熟的砂岩且碎屑成分差异较大。总的来说，老君庙岩群原岩由成熟度较低的杂砂岩、泥岩及碳酸盐岩组成，原岩建造类似复理石建造，其形成的构造环境应属于陆缘海环境。
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图 6 老君庙岩群Si-((al+fm)-(c+alk))图解[27]Figure 6. Si-((al+fm)-(c+alk)) diagram of Laojunmiao Group![]()
图 7 老君庙岩群log(SiO2/Al2O3)-log(Na2O/K2O)图解[28]Figure 7. log(SiO2/Al2O3)-log(Na2O/K2O)diagram of Laojunmiao Group5. 讨论
5.1 时代
对该套老地层的形成时代，前人进行了一些研究。李锦轶等[29]认为，出露在准噶尔盆地东北缘的老君庙变质岩，主要由绿片岩和石英片岩构成，其上残存含前泥盆纪床板珊瑚和海百合茎化石的大理岩，对石英片岩中的白云母进行40Ar/39Ar定年，获得了461.5±0.2Ma的坪年龄和462.0±4.1Ma的等时线年龄，表明该套变质岩的变质时代不晚于中奥陶世晚期，即准噶尔盆地东部具有前奥陶纪的陆壳基底。在新一轮15万区域地质调查中，新疆地矿局第一区调队在老君庙岩群绿泥石英片岩中采集碎屑锆石样品，获得最年轻的一组岩浆锆石SHRIMP U-Pb同位素年龄值为486±9Ma，核部锆石显示730~3043Ma的残留年龄信息，可能代表了源区岩石的年龄②。同时，在侵入该套地质体北侧的奥陶纪花岗岩体中获得SHRIMP锆石U-Pb同位素年龄值为468.1±5.5Ma，认为是老君庙岩群形成的上限年龄。总的来说，现多将老君庙岩群时代划分为前奥陶纪。但仍然存在很大争议，且同位素测试结果缺乏可靠性，本次工作在白云母钾长糜棱片岩中采集一套同位素样品，获得一批LA-ICP-MS U-Pb年龄数据。
基于锆石形成年龄必早于地层沉积时代的理论，以往的研究中多用最年轻的单颗粒锆石年龄反映地层沉积时代的上限[30-32]，然而一个数据点存在很大的随机性，是非常不严谨的[33]。近年的研究提出大致7种不同的方法确定地层沉积上限[33-36]，包括单颗粒锆石年龄、年轻年龄峰值、年轻锆石数据的谐和年龄、年龄加权平均值、算术均值，以及TuffZirc算法年龄[37-38]，很多学者对这些方法进行了重新评估和对比，不同的方法能够提供更可靠的沉积上限的近似值。在本次测试获得数据中，最年轻的锆石年龄为498.6±4.9Ma，直方图中年轻年龄峰值在520Ma左右，年轻锆石数据的谐和年龄为519.1±1.7Ma(谐和度大于97%数据)，年龄加权平均值为520.5±5.2Ma，下交点年龄为514±11Ma，算术平均值为521.44Ma。综合以上数据看，峰值520Ma作为沉积上限近似值具有较高的可信度，据此本次将老君庙岩群的形成时代重新厘定为早寒武世。
5.2 盆地基底
长期以来，准噶尔盆地的基底结构与属性一直是焦点问题，前人已对其做了大量的研究工作，但直到目前仍颇具争议。部分学者认为准噶尔盆地的基底是陆壳，另一些学者认为基底是古生代洋壳[39-42]。关于陆壳的物质组成也是众说纷纭，一种观点认为是前寒武纪微大陆地块[43-46]，另一种观点认为是前寒武基性-超基性杂岩[47]，还有观点认为是早古生代的陆块[29]。到目前为止，没有直接的证据表明准噶尔盆地存在前寒武纪基底，多是根据地球物理资料进行推测，没有准噶尔盆地内部直接的钻井资料，周缘造山带中也没有发现前寒武纪地质实体。近年获得的同位素资料虽然包含一些前寒武纪的记录，但这些数据误差较大。例如巴里坤地区的新元古代小石头泉花岗片麻岩[46]，在东准噶尔125万纸房幅③中也划分了中—新元古代的超单元和糜棱杂岩。然而这些数据均不可靠，只能推测可能有少量前寒武纪地壳成分[48]，至今没有任何年龄数据指出准噶尔的基底岩石具有前寒武纪年龄。在东准噶尔125万滴水泉幅④中出露阿拉安道岩群，时代依据主要来自张以熔等在该套地层中发现的Sachites sp.等晚震旦世—早寒武世古圆藻类化石及其小壳化石群分子，其时代并不被广泛认可。此外，东准噶尔地区大量的碎屑锆石研究也发现了一些元古宙甚至太古宙的年龄信息(图 8)，据此推测准噶尔盆地可能存在前寒武纪古老结晶基底[49-51]，但可能非常有限[52]。总的来看，准噶尔盆地存在前寒武纪基底的证据依然不足。
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图 8 东准噶尔地区碎屑锆石年龄统计(不含大于1000Ma的数据)Figure 8. Diagrams of the detrital zircon ages in Eastern Junggar准噶尔盆地周缘前寒武纪年龄主要分布在中天山地块[53-54]和库鲁克塔格[55-56]，以及阿尔泰[57-58]和萨彦岭—蒙古地区[59-61]。在东准噶尔泥盆纪—石炭纪地层中含大量前寒武纪年龄的碎屑锆石，但从物源限定的角度看，该时期并不能完全排除物源多样性的干扰。虽然大洋盆的存在可以隔绝碎屑物质的交换，然而古亚洲洋的分支洋盆并不是在统一的时间打开和关闭的，东准噶尔地区主要受其南北两侧的洋盆控制。康古尔塔格蛇绿岩代表的洋盆形成于晚寒武世[62]，该洋盆将东准噶尔与中天山和库鲁克塔格分开，至石炭纪才关闭[63]。北天山巴音沟蛇绿岩代表的洋盆形成于早石炭世[64-65]，博格达山前海洋盆地也形成于早石炭世[66]，到早二叠世仍未关闭[67-68]，因此可以排除中天山地块和库鲁克塔格地质体的剥蚀对东准噶地区的影响。阿尔曼太洋形成于寒武纪[69-72]，早泥盆世之前已经闭合[73]，可以认为至少在寒武纪—奥陶纪，东准噶尔地区不会受到阿尔泰及蒙古地区碎屑物的影响。以上物源区分析表明，东准噶尔地区不受中天山碎屑物的影响，但不能排除泥盆纪—石炭纪碎屑沉积物中来自阿尔泰的物源贡献。虽然有干扰，但主要物源区仍是准噶尔，结合前人碎屑锆石年龄数据(图 8)，发现在500Ma和900Ma左右的区间均有所反映，可以与本次结果进行对比，表明这些样品应具有相同的物源区。
众所周知，新疆北部新元古代中期—早寒武世是Rodinia超大陆裂解和古亚洲洋扩张期[74-78]，古老陆块被洋盆分隔，寒武纪碎屑沉积物只可能来源于这些古老陆块本身。本次在早寒武世地层中出现的新元古代早期数据，相对于前人所研究的碎屑锆石更具有原地特征，不会受到阿尔泰和中天山物源的干扰，因此是对准噶尔前寒武纪基底存在的更有力证明。鉴于目前没有发现直接的前寒武纪地质体，认为准噶尔盆地的前寒武纪古老结晶基底非常有限。
6. 结论
(1) 通过对原划为前奥陶纪老君庙岩群中的片岩进行锆石U-Pb定年，认为年轻年龄峰值约520Ma代表老君庙岩群岩石的沉积上限，将其形成时代重新厘定为早寒武世。
(2) 使用岩石地球化学方法对老君庙岩群岩石进行原岩恢复，认为其原岩由成熟度较低的杂砂岩、泥岩及碳酸盐岩组成，类似一套复理石建造。
(3) 老君庙岩群片岩中新元古代早期(740~920Ma)的锆石来源于准噶尔古陆，不受其他物源区干扰，是侧面反映准噶尔存在前寒武纪基底的有力证明。
致谢：论文写作过程中得到新疆地质调查院朱志新教授级高级工程师的大力支持和帮助，赵同阳高级工程师对本文提出了宝贵的意见和建议，在此一并感谢。
致谢: 在野外工作期间辽宁省第五地质队有限责任公司刘显高高级工程师给予了悉心指导和帮助，锆石U-Pb同位素测试由中国地质科学院国家地质实验测试中心的赵令浩博士完成，审稿专家对本文进行了细致的审阅并提出了大量建设性修改意见，在此一并表示感谢。 -
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图 1 辽东古元古代裂谷地质构造简图（据参考文献[1]修改）
1—太古宙古陆；2—北缘斜坡；3—中央凹陷；4—南缘浅台；5—构造岩相带界线；6、7—吕梁旋回主要背斜与向斜；8—郯庐断裂系；9—地名
Figure 1. Simplified geological-structural map of Liaodong Paleoproterozoic rift
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图 2 大东沟金矿地质图
1—第四系；2—灰色矿化绢云千枚岩；3—深灰色绢云千枚岩；4—含炭绢云千枚岩；5—含绿泥绢云千枚岩；6—变质石英砂岩；7—黑云母化绢云千枚岩；8—黑云母角岩；9—黑云母石英闪长岩；10—花岗闪长岩；11—云英岩；12—钠长斑岩；13—水库；14—性质不明断层；15—挤压破碎带；16—采样位置；17—勘探线位置及编号；18—钻孔位置及编号；19—村庄
Figure 2. Geological map of the Dadonggou gold deposit
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图版Ⅰ
a.花岗闪长岩；b.花岗闪长岩镜下照片（－）；c.花岗闪长岩镜下照片（+）；d.石英闪长岩；e.石英闪长岩中的暗色包体；f.石英闪长岩镜下照片（+）。Q—石英；Pl—斜长石；Bi—黑云母；Aml—角闪石；Chl—绿泥石
图版Ⅰ.
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图 3 花岗闪长岩（DD08）和石英闪长岩（DD09）锆石阴极发光图像及U-Pb年龄
（DD08为207Pb/206Pb年龄，DD09为206Pb/238U年龄）
Figure 3. The cathodoluminescence images and U-Pb ages of zircon grains for granodiorite (DD08) and quartz diorite (DD09)
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图 4 大东沟矿区岩浆岩锆石U-Pb谐和图及年龄
Figure 4. Zircon U-Pb condordia diagrams and weighted average age diagrams of magmatite from the Dadonggou deposit
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图 6 大东沟矿区岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化图解（a）和微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）（标准化数值据参考文献[13]）
Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams(b) of magmatite from the Dadonggou deposit
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图 8 大东沟花岗闪长岩源区岩石判别图解
Figure 8. Discrimination diagram of source rocks for granodiorite from the Dadonggou deposit
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图 9 大东沟矿区岩浆岩Y-Nb（a）和（Y+Nb）-Rb（b）构造环境图解[42]
VAG—火山弧花岗岩；syn-COLG—同碰撞花岗岩；WPG—板内花岗岩；ORG—洋脊花岗岩
Figure 9. Y-Nb (a) and (Y+Nb)-Rb (b) diagrams of tectonic discrimination of magmatite from the Dadonggou deposit
表 1 大东沟金矿区花岗闪长岩和石英闪长岩锆石U-Th-Pb同位素测试结果
Table 1 The zircon U-Th-Pb isotopic test results for granodiorite and quartz diorite in the Dadonggou gold deposit
测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb Th U 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ DD08-1 351 54 63 0.87 7.96461 0.18704 0.43743 0.00615 0.1349 0.00174 2227 21 2339 28 2163 22 2 2623 516 590 0.87 5.29804 0.07447 0.33184 0.00445 0.11465 0.00118 1869 12 1847 22 1874 18 3 197 34 48 0.71 7.32554 0.29407 0.40871 0.00653 0.13393 0.00258 2152 36 2209 30 2150 33 4 307 38 56 0.69 8.26433 0.17607 0.45327 0.00627 0.13379 0.00163 2260 19 2410 28 2148 21 5 593 91 93 0.98 7.66163 0.13664 0.42445 0.00577 0.13272 0.00149 2192 16 2281 26 2134 20 6 517 69 98 0.71 7.55391 0.15626 0.4103 0.00565 0.13229 0.00161 2179 19 2216 26 2129 21 7 258 39 66 0.60 7.07075 0.1314 0.39822 0.00543 0.13329 0.00155 2120 17 2161 25 2142 20 8 724 99 131 0.76 7.03708 0.17647 0.38628 0.00548 0.13714 0.00189 2116 22 2106 25 2191 24 9 750 116 125 0.93 6.94606 0.1178 0.36792 0.00497 0.13414 0.00149 2105 15 2020 23 2153 19 10 827 129 141 0.91 7.6063 0.15172 0.42351 0.00579 0.13358 0.00159 2186 18 2276 26 2146 21 11 466 99 91 1.08 7.1141 0.13686 0.41021 0.00558 0.13203 0.00157 2126 17 2216 25 2125 21 12 450 94 76 1.24 7.3301 0.17625 0.40491 0.00566 0.13453 0.0018 2153 21 2192 26 2158 23 13 452 118 156 0.75 4.8441 0.08304 0.28008 0.00377 0.12363 0.00144 1793 14 1592 19 2009 20 14 872 189 115 1.65 7.39634 0.13693 0.39855 0.00538 0.13238 0.00154 2161 17 2162 25 2130 20 15 325 60 74 0.82 7.70733 0.15562 0.38722 0.00526 0.13274 0.0016 2198 18 2110 24 2135 21 16 366 71 106 0.67 7.53115 0.14242 0.41168 0.00556 0.13289 0.00156 2177 17 2223 25 2137 20 17 423 80 123 0.65 5.79661 0.1105 0.29586 0.00401 0.13491 0.00164 1946 17 1671 20 2163 21 18 325 61 284 0.21 3.98935 0.06076 0.25093 0.00333 0.11658 0.00129 1632 12 1443 17 1905 20 19 315 60 88 0.68 7.04878 0.13114 0.39017 0.00525 0.13502 0.00159 2118 17 2124 24 2164 20 20 559 109 99 1.10 7.13277 0.14496 0.40243 0.00546 0.13439 0.00165 2128 18 2180 25 2156 21 DD09-1 72 186 122 1.52 0.15074 0.00584 0.02231 0.0004 0.05026 0.0019 143 5 142 3 207 86 2 30 77 74 1.04 0.14841 0.00931 0.02255 0.00054 0.04703 0.00293 141 8 144 3 51 143 3 43 111 97 1.15 0.14748 0.00621 0.02221 0.00042 0.04728 0.00196 140 6 142 3 63 96 4 26 72 54 1.32 0.14452 0.01439 0.02052 0.00079 0.05422 0.00547 137 13 131 5 380 213 5 30 91 55 1.66 0.15012 0.00972 0.02157 0.00056 0.04928 0.0032 142 9 138 4 161 145 6 64 168 88 1.91 0.15022 0.00912 0.02235 0.00052 0.04737 0.00285 142 8 143 3 67 138 7 53 131 91 1.44 0.1697 0.01381 0.02035 0.00065 0.06267 0.00512 159 12 130 4 697 165 8 99 278 163 1.71 0.14874 0.00888 0.02171 0.00049 0.04879 0.00288 141 8 138 3 138 133 9 66 172 116 1.48 0.15162 0.01309 0.02208 0.00067 0.0498 0.00428 143 12 141 4 186 188 10 109 298 157 1.90 0.14694 0.00769 0.02193 0.00045 0.0474 0.00244 139 7 140 3 69 119 11 63 202 105 1.92 0.14598 0.00744 0.02153 0.00045 0.04932 0.00248 138 7 137 3 163 114 12 105 326 163 2.00 0.14377 0.00412 0.02069 0.00032 0.04955 0.00135 136 4 132 2 174 63 13 51 155 93 1.66 0.14699 0.00773 0.02175 0.00046 0.04896 0.00255 139 7 139 3 146 118 14 36 105 65 1.62 0.14864 0.00536 0.02248 0.0004 0.04727 0.00167 141 5 143 3 63 83 15 28 89 66 1.35 0.1495 0.01099 0.0218 0.0006 0.05197 0.00382 142 10 139 4 284 159 16 46 138 69 2.00 0.14841 0.00856 0.02186 0.0005 0.05002 0.00286 141 8 139 3 196 128 17 28 90 74 1.21 0.14982 0.00526 0.02209 0.00038 0.04819 0.00165 142 5 141 2 109 79 18 56 165 119 1.39 0.14633 0.00425 0.02189 0.00035 0.05003 0.00139 139 4 140 2 197 63 19 25 81 66 1.23 0.15233 0.00996 0.02222 0.00056 0.05113 0.00333 144 9 142 4 247 143 20 57 172 100 1.72 0.14889 0.00461 0.02236 0.00036 0.04772 0.00142 141 4 143 2 85 70 21 41 115 65 1.77 0.15132 0.00582 0.0225 0.00041 0.05048 0.0019 143 5 143 3 217 85 22 46 118 80 1.47 0.14952 0.00699 0.02225 0.00044 0.04808 0.00221 142 6 142 3 103 105 23 34 99 74 1.34 0.14947 0.00886 0.02175 0.0005 0.04881 0.00287 141 8 139 3 139 132 24 50 145 125 1.16 0.1472 0.00815 0.02168 0.00047 0.04965 0.00271 139 7 138 3 179 123 25 55 162 116 1.39 0.15003 0.00593 0.0223 0.0004 0.05048 0.00195 142 5 142 3 217 87 
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表 2 大东沟金矿区花岗闪长岩和石英闪长岩主量、微量和稀土元素含量
Table 2 Analytical results of major, trace and rare earth elements from granodiorite and quartz diorite in the Dadonggou gold deposit
元素 DD002
石英闪长岩DD004
石英闪长岩DD006
花岗闪长岩DD007
花岗闪长岩SiO2 58.67 58.7 71.97 72.06 TiO2 0.654 0.639 0.102 0.097 Al2O3 15.95 15.95 14.88 15.25 TFe2O3 6.71 6.74 2.32 2.06 MnO 0.106 0.106 0.067 0.068 MgO 4.88 4.84 0.329 0.294 CaO 5.78 5.8 3.71 3.24 Na2O 3.24 3.21 0.59 0.57 K2O 2.9 2.91 4.38 4.17 P2O5 0.233 0.222 0.029 0.033 烧失量 0.47 0.47 1.19 1.73 总计 99.06 99.07 99.39 99.43 FeO 5.33 5.22 1.79 1.43 Na2O+K2O 6.14 6.12 4.97 4.74 K2O/Na2O 0.9 0.91 7.42 7.32 Mg# 58.51 58.74 18.04 18.51 A/NK 1.88 1.89 2.6 2.79 A/CNK 0.84 0.84 1.19 1.34 σ43 2.35 2.33 0.85 0.77 Li 24.8 30.1 12.4 13.9 Be 2.02 2.02 1.24 1.28 Sc 16.4 15.8 1.08 1.07 V 143 141 5.37 5.39 Cr 213 201 5.25 3.35 Co 20.8 20.3 1.1 0.972 Ni 52.2 48.8 2.16 1.76 Cu 20.5 24.3 6.25 6.03 Zn 77.9 75.1 32.3 33 Ga 20.5 19.6 16.6 16.3 Rb 99.9 103 125 119 Sr 612 587 104 142 Zr 17.5 16 52.9 50.9 Nb 9.24 9.28 3.52 3.36 Cs 6.12 5.71 3.28 3.79 Ba 865 830 1241 1302 Hf 1.05 0.945 2.2 2.19 Ta 0.699 0.704 0.353 0.318 Tl 0.591 0.669 0.443 0.402 Pb 20 20.2 13.5 14.5 Th 11 10 3.22 3.73 U 2.08 2.5 2.15 1.69 La 40.4 39.2 2.6 2.45 Ce 74 72.9 4.69 4.33 Pr 8.45 8.25 0.566 0.522 Nd 32.7 31.7 2.31 2.07 Sm 5.81 5.79 0.514 0.483 Eu 1.57 1.55 0.36 0.378 Gd 5.13 5.05 0.645 0.622 Tb 0.82 0.825 0.154 0.142 Dy 4.16 4.23 1.08 0.964 Ho 0.801 0.808 0.246 0.213 Er 2.2 2.18 0.733 0.649 Tm 0.365 0.368 0.128 0.115 Yb 2.29 2.32 0.819 0.76 Lu 0.308 0.331 0.113 0.111 Y 20.8 20.4 6.41 5.84 ΣREE 179 175.5 14.96 13.81 LREE/HREE 10.14 9.89 2.82 2.86 (La/Yb)N 12.65 12.12 2.28 2.31 δEu 0.88 0.88 1.91 2.11 δCe 0.98 0.99 0.95 0.94 Nb/Ta 13.22 13.18 9.97 10.57 Rb/Sr 0.16 0.18 1.2 0.84 注：Mg#=[100Mg/(Mg+TFe)]；A/NK=[Al2O3/(Na2O+K2O)](mol)；A/CNK=[Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)](mol)；σ43=(Na2O+K2O)2/ (SiO2-43)；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6
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