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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (4): 532-537  
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王国强, 李向民, 余吉远, 唐卓, 朱涛, 潘峰, 张越, 卜涛. 北祁连玉石沟蛇绿岩形成时代的上限——来自正长岩锆石U-Pb定年的证据[J]. 地质通报, 2018, 37(4): 532-537.
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Wang G Q, Li X M, Yu J Y, Tang Z, Zhu T, Pan F, Zhang Y, Bu T. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of syenite from Yushigou in Northern Qilian Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(4): 532-537.
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基金项目

中国地质调查局项目《祁连成矿带肃南—大柴旦地区地质矿产调查》(编号:DD20160012)和国家自然科学基金项目《甘肃北山泥盆纪高镁安山岩岩石成因及其地球动力学意义》(批准号:41703038)

作者简介

王国强(1984-), 男, 博士, 工程师, 从事矿物学、岩石学、矿床学研究。E-mail:gqwangmint@gmail.com

文章历史

收稿日期: 2017-07-07
修订日期: 2018-02-05
北祁连玉石沟蛇绿岩形成时代的上限——来自正长岩锆石U-Pb定年的证据
王国强1,2 , 李向民1,2 , 余吉远1,2 , 唐卓1,2 , 朱涛1,2 , 潘峰1,2 , 张越1,2 , 卜涛1,2     
1. 中国地质调查局造山带地质研究中心/西安地质调查中心, 陕西 西安 710054;
2. 国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室/西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
摘要: 北祁连地区玉石沟蛇绿岩以发育较完整和典型的蛇绿岩岩石组合而备受关注。对侵入于玉石沟蛇绿岩中的正长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,获得正长岩的结晶年龄为522.7±5.3Ma,属早寒武世。这是北祁连地区最早的碱性侵入岩浆活动记录。该年龄的获得限定了玉石沟蛇绿岩形成时代的上限,应不晚于522Ma,即玉石沟蛇绿岩所代表的洋盆的发育扩张过程至少在该时限前已结束。
关键词: 玉石沟蛇绿岩    正长岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb定年    北祁连    
LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of syenite from Yushigou in Northern Qilian Mountain
WANG Guoqiang1,2, LI Xiangmin1,2, YU Jiyuan1,2, TANG Zhuo1,2, ZHU Tao1,2, PAN Feng1,2, ZHANG Yue1,2, BU Tao1,2     
1. Research Center for Orogenic Geology/Xi'an Center of Geological Survey, Geological Survey of China, Xi'an 710054, Shaanxi, China;
2. MLR Key Laboratory of Magmatic Ore Deposits Genetic Models and Exploration/Xi'an Center of Geological Survey, Geological Survey of China, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: The Yushigou ophiolite in Northern Qilian Mountain, which has developed relatively complete and typical ophiolite rock association, has received widespread attention. The authors conducted the chronological study of zircons from the syenite by means of LA-ICP-MS U-Pb. The weighted mean age of the zircons is 522.7±5.3Ma, which belongs to the Early Cambrian and confirms the earliest record of alkaline intrusive magmatic activity in Northern Qilian Mountain. At the same time, this age gives a constraint that the upper limit of the age of Yushigou ophiolite should be no later than 522.7Ma.
Key words: Yushigou ophiolite    syenite    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    Northern Qilian Mountain    

北祁连构造带内的蛇绿岩研究最早始于20世纪70年代中期,区内蛇绿岩主要集中分布于北祁连山中西段,是中国最早研究蛇绿岩的造山带之一[1-2]。自北祁连中西段蛇绿岩被确认以来,众多学者[3-9]先后讨论了岩石学、地球化学、形成时代及构造意义。关于北祁连蛇绿岩带的分布范围,目前最新的研究[10-11]认为,北祁连蛇绿岩主要由南、北2条蛇绿岩带组成(图 1),分别是:①南部蛇绿岩带(大洋型),自西北的熬油沟经玉石沟、祁连(东草河)延伸到东南的永登;②北部蛇绿岩带(弧后盆地型),自东向西从景泰老虎山,经肃南一直延伸到玉门以西,并被阿尔金左行走滑断裂穿切。目前,在这2条蛇绿岩带中已相继获得一批高精度同位素年龄[11-19],北祁连蛇绿岩的时代格架逐渐清晰。在北祁连蛇绿岩中,玉石沟蛇绿岩以发育较完整和典型的蛇绿岩岩石组合为特征,以仰冲岩片形式被保存在北祁连山中,受到众多学者的关注。前人对其开展了岩石学和地球化学研究,表明玉石沟蛇绿岩上覆火山岩具有MORB (洋中脊玄武岩)的特征[4, 7, 20-23]。关于玉石沟蛇绿岩的形成时代,目前存在不同的认识:肖序常等[2]根据覆盖在基性熔岩上板岩夹层灰岩中的化石,认为玉石沟蛇绿岩形成于寒武纪;冯益民等[4]根据蛇绿岩组合中含放射虫硅质岩团块中的化石,认为玉石沟蛇绿岩的形成时代为晚寒武世—早奥陶世;夏林圻等[20]获得玉石沟蛇绿岩单元中的基性火山岩的Rb-Sr等时线年龄为521Ma;史仁灯等[18]对玉石沟蛇绿岩中堆晶辉长岩的SHRIMP年代学研究表明,其形成时代约为550Ma;Song等[11]对玉石沟堆晶辉长岩的SHRIMP测年结果表明,其形成时代为529~548Ma。近年来U-Pb定年工作的研究对象均为堆晶辉长岩,辉长岩的年龄仅限定了玉石沟蛇绿岩形成时代的下限,其上限目前并未限定,因此有必要选择合适的定年对象开展玉石沟蛇绿岩形成时代上限的研究。本次工作以新发现的侵入于玉石沟蛇绿岩中的正长岩脉为研究对象,开展高精度的U-Pb同位素测年,以期与已知的辉长岩年龄共同精确限定玉石沟蛇绿岩的形成时限。该年龄的获得对于玉石沟蛇绿岩所代表的洋盆的扩张时限及机制研究具有重要意义。

图 1 北祁连造山带地质略图(兼示主要蛇绿岩位置及年龄,据参考文献[11]修改) Fig.1 Geological map of the North Qilian orogen with localities of major ophiolite suites and their ages
1 地质概况

北祁连造山带北部以深大断裂与华北板块相接,西部被阿尔金断裂截切而与塔里木板块相邻,南部为以前寒武纪地层为主的中祁连隆起,东部与北祁连造山带东段相连[24],寒武纪—奥陶纪俯冲杂岩带、岛弧火山岩带和弧后盆地火山岩带均被完好地保存于北祁连造山带中[24-27]。玉石沟蛇绿岩产出于北祁连俯冲杂岩-碰撞带中部,该带是阿拉善板块和祁连微板块的分界线[28-29]

玉石沟蛇绿岩沿走廊南山南缘祁连县玉石沟一带出露,南北最宽5~5.5km,东西长约14.5km,南北均以断裂为界,在构造上呈一巨大的外来移置体[4]。玉石沟蛇绿岩保存有较完整的蛇绿岩岩石组合(图 2),底部为超基性岩(蛇纹石化方辉橄榄岩、蛇纹石化纯橄岩),向上为堆晶辉长岩及均质辉长岩,上部为枕状角斑岩和细碧质枕状熔岩及以团块形式出现于枕状熔岩中的含放射虫硅质岩,由于后期构造仰冲叠置于含中寒武世三叶虫化石的浊积岩之上,目前地表出露层序已完全倒转。本次路线地质调查中新发现的正长岩以脉状侵入于蛇纹石化纯橄岩中(图 2,第8层中)。正长岩及蛇纹石化纯橄岩均遭受强烈的风化作用,岩石较破碎,但仍能观察到正长岩以灰白色、细条带状区别于蛇纹石化纯橄岩。此外,由于草皮覆盖,野外露头尺度的正长岩脉规模较小,未见明显延伸。

图 2 青海省祁连县玉石沟蛇绿岩剖面及采样位置(据参考文献[4]修改) Fig.2 Section of the Yushigou ophiolite in Qilian County, Qinghai Province 1—花岗岩;2—生物灰岩、砂岩及砾岩;3—下部为角斑岩及角斑质火山碎屑岩,上部为巨厚的细碧质枕状熔岩;4—砾岩、砂岩、粉砂岩;5—粉砂质板岩;6—均质辉长岩;7—镁铁质堆晶杂岩;8—蛇纹石化纯橄岩;9—蛇纹石化方辉橄榄岩;10—钠长绿泥片岩+变硅质岩
2 样品及分析方法 2.1 样品特征及采样位置

本次工作在前人玉石沟蛇绿岩实测剖面研究的基础上,通过路线地质调查,在玉石沟蛇绿岩组成单元中发现了正长岩并采集定年样品(编号16KC003TW,图 2),采样位置位于玉石沟简易路的垭口西侧,地理坐标为北纬38°36′51″、东经98° 59′41″。正长岩与蛇纹石化纯橄岩呈侵入接触关系,蛇纹石化纯橄岩为灰绿色-灰黑色,正长岩为灰白色(图 3-a)。

图 3 玉石沟正长岩显微照片(正交偏光) Fig.3 Microphotograph of syenite inYushigou Mc—微斜长石;Per—条纹长石;Zo—斜黝帘石;Kao—高岭石

正长岩矿物组成为长石族矿物和斜黝帘石,以不含石英为主要特征,长石均为碱性长石。其中微斜长石含量为85%~90%,条纹长石含量为5%~8%,斜黝帘石含量约为5%。局部发育碎裂结构,块状构造。微斜长石为灰白色,板状或板柱状,一级灰白干涉色,负低凸起,碎屑状粗晶,边部发育破碎现象,内部蚀变强烈,为高岭土化,使得表面较脏,多见格子状双晶的残留十字交叉结构,多数晶体内部可明显观察到残留双晶。条纹长石为一级灰白干涉色,负低突起,粒状他形晶体,有多世代结晶现象,边部与核部光性方位不同,无双晶,条纹可见,发育强烈的高岭土化现象。斜黝帘石呈淡绿-无色微弱多色性,中高突起,多数斜消光,二级蓝最高干涉色(图 3-b)。

2.2 分析方法

对样品进行清洗后,粉碎至80~100目,用常规的重液浮选和电磁分离方法进行分选。在双目镜下对分选出的锆石进行人工挑选,尽量挑选无包裹体、无裂纹、透明度高、晶形完好的锆石颗粒为测定对象,将所选锆石镶嵌于环氧树脂中抛光使其内部暴露,对待测锆石进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相,以检查锆石的内部结构,帮助选定最佳锆石待测部位,从而进行LA-ICP-MS分析。

锆石CL照像和LA-ICP-MS单颗粒锆石微区U-Pb年龄测定在中国地质调查局西安地质调查中心实验测试中心完成,实验采用Agilent 7700x型ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex 102 ArF准分子激光器(工作物质ArF,波长193nm)及Micro Las公司的GeoLas Pro光学系统联机进行。激光束斑直径为30μm,激光剥蚀样品的深度为20~40μm。实验采用氦作为剥蚀物质载气,用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM 610进行仪器最佳化,采样方式为单点剥蚀,数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式,每完成4~5个测点的测定,加测标样1次。对所测锆石分析15~20个点前后,各测2次NIST SRM 610。锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质,按照Anderson的3D坐标法对普通铅进行校正,元素含量采用NIST SRM 610作为外标,29Si作为内标。测试结果应用GLITTER(ver 4.0)软件计算得出,年龄计算及谐和图采用Isoplot (ver 3.0)完成,详细分析步骤和数据处理方法见柳小明等[30]

3 锆石定年结果

锆石颗粒无色透明,呈短柱状、长柱状或不规则状,CL图像(图 4)显示,部分锆石韵律环带清晰,具明显的核幔结构。选取晶形完整、颗粒较大且具有明显振荡环带的锆石进行测年。样品(16KC003TW)锆石的U、Th含量分别为230.8×10-6~830.72×10-6和79.75×10-6~347.99×10-6,Th/U值变化范围为0.30~0.68,均大于0.1,是岩浆成因锆石[31]。锆石的Th、U含量正相关性较好,应属典型的岩浆锆石[31-32]

图 4 玉石沟蛇绿岩中正长岩锆石阴极发光图像 Fig.4 Cathodoluminescence images of analyzed zircons from the syenite of the Yushigou ophiolite

在进行普通铅校正后,剔除铅丢失严重的点,最终选择正长岩的17颗锆石的17个剥蚀点参与年龄计算,计算结果见表 1。本次测试获得的数据点比较集中,17个点均在谐和线上(图 5),年龄在520~526Ma范围内集中分布,其年龄加权平均值为522.7±5.3Ma,可代表正长岩的结晶年龄。

表 1 玉石沟蛇绿岩中正长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测试结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb test results of zircons from the syenite in Yushigou ophiolite
图 5 玉石沟蛇绿岩中正长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig.5 U-Pb concordia diagrams for zircons from syenite in Yushigou ophiolite
4 讨论

对北祁连新元古代—早古生代火山岩的研究[27, 33]表明,新元古代中—晚期,北祁连处于大陆裂谷化过程,之后在北祁连中南部的局部地段形成的蛇绿岩(如晚震旦世[18]或早寒武世玉石沟蛇绿岩[11]、晚寒武世东草河蛇绿岩[12]、晚寒武世熬油沟蛇绿岩[16-17]、晚寒武世扎麻什东沟蛇绿岩[19])则代表伸展裂解至洋壳出现的产物。北祁连中南部地区的玉石沟蛇绿岩岩石组合出露较完整,目前已有堆晶辉长岩的SHRIMP年龄报道(550 ± 17Ma[18],548±9Ma和529±9Ma[11),]这些高精度年龄均在玉石沟蛇绿岩层序中的“底层”镁铁质单元中获得,可代表玉石沟蛇绿岩形成的下限,代表在晚震旦世—早寒武世时,北祁连海底扩张持续或洋壳的形成时代,为北祁连地区年龄最古老的蛇绿岩。本次通过路线地质调查新发现的正长岩与蛇纹石化纯橄岩呈侵入接触关系,该正长岩的结晶年龄为522.7± 5.3Ma,为北祁连地区最早的碱性侵入岩浆活动的记录,限定了玉石沟蛇绿岩代表的洋壳的形成时代上限应早于正长岩的结晶年龄。

玉石沟火山岩研究显示,在早寒武世该区仍然处于拉张环境[24, 27, 33-34];考虑到碱性岩形成于特殊的构造背景,即都形成于伸展构造环境[35-36],本次调查发现的玉石沟蛇绿岩中的碱性侵入岩形成时代稍晚于玉石沟蛇绿岩。综合以上两点,笔者认为,早寒武世玉石沟地区处于拉张环境,玉石沟蛇绿岩形成后碱性侵入岩浆活动,正长岩侵入至玉石沟蛇绿岩中。同时结合北祁连中南部蛇绿岩形成时代的高精度同位素年龄(图 1)分析结果,各地拉张裂解至洋盆出现的时限不一,最早发生开裂的地段为北祁连西段的玉石沟一带,其余各处(熬油沟、东草河、东沟)拉张裂解至洋盆发育时限稍晚于玉石沟,整个北祁连洋盆的发育过程从晚震旦世延续至晚寒武世。

5 结论

(1) 玉石沟正长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为522.7±5.3Ma,属早寒武世,这是北祁连地区最早的碱性侵入岩浆的活动记录。

(2) 玉石沟蛇绿岩形成时代的上限应不晚于522.7±5.3Ma,即玉石沟蛇绿岩所代表的洋盆的发育扩张过程至少在该时限前已结束。

致谢: 野外工作得到西北大学董云鹏教授及其团队的大力帮助;锆石LA-ICP-MS原位U-Pb同位素定年得到中国地质调查局西安地质调查中心实验室李艳广等的大力帮助,在此一并深表谢忱。

参考文献
[1] 王荃, 刘雪亚. 我国西部祁连山区的古海洋地壳及其大地构造意义[J]. 地质科学, 1976, 1: 42–55.
[2] 肖序常, 陈国铭, 朱志直. 祁连山古蛇绿岩带的地质构造意义[J]. 地质学报, 1978, 52(4): 281–95.
[3] 冯益民, 何世平. 祁连山大地构造与造山作用[M]. 北京: 地质出版社, 1996.
[4] 冯益民, 何世平. 北祁连蛇绿岩的地质地球化学研究[J]. 岩石学报, 1995, S1: 125–140.
[5] 张旗, 周国庆, 王焰. 中国蛇绿岩的分布、时代及其形成环境[J]. 岩石学报, 2003, 19(1): 1–8.
[6] 张旗, 周国庆. 中国蛇绿岩[M]. 北京: 科学出版社, 2001.
[7] 张旗, 孙晓猛, 周德进, 等. 北祁连蛇绿岩的特征、形成环境及其构造意义[J]. 地球科学进展, 1997, 12(4): 366–393.
[8] 张旗, 贾秀琴. 北祁连大岔大坂蛇绿岩的地球化学特征及其成因[J]. 中国科学:地球科学, 1998, 19(1): 30–34.
[9] 张招崇, 毛景文, 杨建民, 等. 北祁连西段中元古代蛇绿岩的发现及地质意义[J]. 矿物岩石地球化学通报, 1998, 17(2): 114–118.
[10] 宋述光, 张贵宾, 张聪, 等. 大洋俯冲和大陆碰撞的动力学过程:北祁连-柴北缘高压-超高压变质带的岩石学制约[J]. 科学通报, 2013, 58(23): 2240–2245.
[11] Song S G, Niu Y L, Su L, et al. Tectonics of the North Qilian orogen, NW China[J]. Gondwana Research, 2013, 23(4): 1378–1401. DOI:10.1016/j.gr.2012.02.004.
[12] Tseng C Y, Yang H J, Yang H Y, et al. The Dongcaohe ophiolite from the North Qilian Moun-tains:A fossil oceanic crust of the Paleo-Qilian ocean[J]. Science Bulletin, 2007, 52(17): 2390–2401. DOI:10.1007/s11434-007-0300-3.
[13] Xia X H, Song S G, Niu Y L. Tholeiite-Boninite terrane in the North Qilian suture zone:Implications for subduction initiation and back-arc basin development[J]. Chemical Geology, 2012, 328(11): 259–277.
[14] Xia X H, Song S G. Forming age and tectono-petrogenises of the Jiugequan ophiolite in the North Qilian Mountain, NW China[J]. Science Bulletin, 2010, 55(18): 1899–1907. DOI:10.1007/s11434-010-3207-3.
[15] 孟繁聪, 张建新, 郭春满, 等. 大岔大坂MOR型和SSZ型蛇绿岩对北祁连洋演化的制约[J]. 岩石矿物学杂志, 2010, 29(5): 453–466.
[16] 夏小洪, 孙楠, 宋述光, 等. 北祁连西段熬油沟二只哈拉达坂蛇绿岩的形成环境和时代[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2012, 48(5): 757–769.
[17] 相振群, 陆松年, 李怀坤, 等. 北祁连西段熬油沟辉长岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄及地质意义[J]. 地质通报, 2007, 26(12): 1686–1691.
[18] 史仁灯, 杨经绥, 吴才来, 等. 北祁连玉石沟蛇绿岩形成于晚震旦世的SHRIMP年龄证据[J]. 地质学报, 2004, 78(5): 649–657.
[19] 武鹏, 李向民, 徐学义, 等. 北祁连山扎麻什地区东沟蛇绿岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及其地球化学特征[J]. 地质通报, 2012, 31(6): 896–906.
[20] 夏林圻, 夏祖春, 徐学义. 北祁连山海相火山岩岩石成因[M]. 北京: 地质出版社, 1996.
[21] 夏林圻. 祁连山及邻区火山作用与成矿[M]. 北京: 地质出版社, 1998.
[22] 宋述光. 北祁连山俯冲杂岩带的构造演化[J]. 地球科学进展, 1997, 12(4): 351–365.
[23] 侯青叶, 赵志丹, 张宏飞, 等. 北祁连玉石沟蛇绿岩印度洋MORB型同位素组成特征及其地质意义[J]. 中国科学:地球科学, 2005, 35(8): 710–719.
[24] 夏林圻. 北祁连山构造-火山岩浆-成矿动力学[M]. 北京: 中国大地出版社, 2001.
[25] Xia L Q, Xia Z C, Xu X Y. Magmagenesis in the Ordovician backarc basins of the Northern Qilian Mountains, China[J]. Geological Society of America Bulletin, 2003, 115(12): 1510–1522. DOI:10.1130/B25269.1.
[26] Xia L Q, Xia Z C, Zhao J T, et al. Determination of properties of Proterozoic continental flood basalts of western part from North Qilian Mountains[J]. Science China Earth Sciences, 1999, 42(5): 506–514. DOI:10.1007/BF02875244.
[27] Xia L Q, Li X M, Yu J Y, et al. Mid-late neoproterozoic to early paleozoic volcanism and tectonic evolution of the Qilianshan, NW China[J]. Geo. Res. J., 2016, 9/12: 1–41.
[28] 许志琴, 杨经缓, 吴才来, 等. 柴达木北缘超高压变质带形成与折返的时限及机制[J]. Acta Geologica Sinica, 2003, 77(2): 163–176.
[29] Zhiqin X, Jianxin Z, Haibin L. Architecture and orogeny of the northern Qilian orogenic belt, northwestern China[J]. Journal of the Geological Society of China (Taibei), 2000, 34(1): 125–141.
[30] 柳小明, 高山, 袁洪林, 等. 193nm LA-ICP-MS对国际地质标准参考物质中42种主元素和微量元素的分析[J]. 岩石学报, 2002, 18(3): 408–418.
[31] Claesson S, Vetrin V, Bayanova T, et al. U-Pb zircon ages from a Devonian carbonatite dyke, Kola peninsula, Russia:a record of geological evolution from the Archaean to the Palaeozoic[J]. Lithos, 2000, 51(1/2): 95–108.
[32] Belousova E, Griffin W, O'reilly S Y, et al. Igneous zircon:trace element composition as an indicator of source rock type[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2002, 143(5): 602–22. DOI:10.1007/s00410-002-0364-7.
[33] 夏林圻, 李向民, 余吉远, 等. 祁连山新元古代中-晚期至早古生代火山作用与构造演化[J]. 中国地质, 2016, 43(4): 1087–1138.
[34] 夏林圻, 夏祖春, 徐学义. 北祁连山构造-火山岩浆演化动力学[J]. 西北地质科学, 1995, 16(1): 1–28.
[35] Upadhyay D, Raith M M, Mezger K, et al. Mesoproterozoic riftrelated alkaline magmatism at Elchuru, Prakasam Alkaline Province, SE India[J]. Lithos, 2006, 89(3/4): 447–477.
[36] Shaw C S J. The petrology of the layered gabbro intrusion, eastern gabbro, Coldwell alkaline complex, Northwestern Ontario, Canada:evidence for multiple phases of intrusion in a ring dyke[J]. Lithos, 1997, 40(2/4): 243–259.