地质通报  2019, Vol. 38 Issue (2-3): 242-253  
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王玉玺, 董雅清, 余超, 张丹青, 王金荣, 张鑫, 朱永新. 敦煌地块南缘多坝沟花岗岩锆石U-Pb定年、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(2-3): 242-253.
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Wang Y X, Dong Y Q, Yu C, Zhang D Q, Wang J R, Zhang X, Zhu Y X. Zircon U-Pb dating, geochemistry and geological significance of the Duobagou granite pluton on the southern margin of the Dunhuang landmass[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(2-3): 242-253.
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基金项目

中国地质调查局项目《中国矿产地质与成矿规律综合集成和服务(矿产地质志)》(编号:DD20160346)、甘肃省地质勘查基金项目《甘肃省阿克塞县多坝沟金多金属矿普查》(编号:2017D18)和甘肃省基础地质调查项目《甘肃省多坝沟地区1:5万矿产远景调查》(编号:20151616)

作者简介

王玉玺(1985-), 男, 博士, 高级工程师, 从事地质矿产勘查和矿床学研究。E-mail:wangyx15@lzu.edu.cn

文章历史

收稿日期: 2017-07-30
修订日期: 2017-10-20
敦煌地块南缘多坝沟花岗岩锆石U-Pb定年、地球化学特征及其地质意义
王玉玺1,2,3 , 董雅清1 , 余超1 , 张丹青1 , 王金荣2 , 张鑫2 , 朱永新1     
1. 甘肃省地质调查院, 甘肃 兰州 73000;
2. 兰州大学地质科学与矿产资源学院/甘肃省西部矿产资源重点实验室(兰州大学), 甘肃 兰州 730000;
3. 甘肃省地质矿产勘查开发局, 甘肃 兰州 730000
摘要: 多坝沟黑云二长花岗岩体出露于敦煌地块南缘,呈近东西向带状分布,侵位于太古宙—古元古代敦煌岩群。LA-ICPMS锆石U-Pb年龄显示,该岩体形成于晚二叠世,206Pb/238U年龄加权平均值为252.1±2.3Ma。该岩体具高SiO2含量(68.32%~72.82%)和全碱含量(7.76%~8.00%);A/CNK值为0.97~1.02,均小于1.1,为高钾钙碱性准铝质花岗岩。岩石具有明显的轻、重稀土元素分异和弱的负Eu异常,具高Sr/Yb和(La/Yb)N值富集大离子亲石元素(K、Rb、Ba、Cs),显著亏损Nb、Ta、P和Ti,表明源岩具有经典岛弧岩石地球化学特征;(87Sr/86Sr)i值为0.707083,εNd(t)为-2.22,Nd模式年龄TDM2=1102Ma。元素和同位素地球化学特征显示,多坝沟花岗岩形成于加厚下地壳中岛弧玄武岩的部分熔融。结合岩体地质特征、年代学和区域地质背景,初步认为敦煌地块在晚古生代晚期依然受古亚洲洋汇聚碰撞相关的造山活动的影响,可能是中亚造山带的最南缘组成部分。
关键词: 花岗岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    二叠纪    敦煌地块    中亚造山带    
Zircon U-Pb dating, geochemistry and geological significance of the Duobagou granite pluton on the southern margin of the Dunhuang landmass
WANG Yuxi1,2,3, DONG Yaqing1, YU Chao1, ZHANG Danqing1, WANG Jinrong2, ZHANG Xin2, ZHU Yongxin1     
1. Geological Survey of Gansu Province, Lanzhou 730000, Gansu, China;
2. School of Earth Sciences, Lanzhou University/Key Laboratory of Mineral Resources in Western China, Lanzhou 730000, Gansu, China;
3. Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration & Development, Lanzhou 730000, Gansu, China
Abstract: The Duobagou biotite monzonitic granitic pluton, distributed as a nearly EW-trending belt, intruded into Archean-Paleoproterozoic Dunhuang complexes in southern Dunhuang landmass. Zircon LA ICP-MS U-Pb data revealed the crystallization age of 252.1±2.3Ma, suggesting that Duobagou pluton was formed in Late Permian. Geochemical characteristics of monzonitic granite are similar to those of typical arc rocks. For example, the granites have high content of SiO2 (68.32%~72.82%) and total alkali (7.76%~8.00%), and their A/CNK ratios are 0.97 to 1.02, which are less than 1.1, indicating that Duobagou granites are high potassium calcium alkaline aluminium. They have obvious differentiation of REEs and weak Eu negative anomaly, and are characterized by strong enrichment of K, Rb, Ba and Cs and depletion of Nb, Ta, P, and Ti, with high ratios of Sr/Yb and (La/Yb)N. The sample PM04-1 shows high initial Sr isotopic ratio (0.707083), relatively low εNd(t) (-2.22) and Nd model ages (TDM2=1102Ma). The authors thus hold that the Duobagou biotite monzonitic granites may be the product of partial melting of island arc basalt in thickened low crust, and the Dunhuang landmass was likely to be involved into a series of orogenic events by the closing of the Palaeo-Asian Ocean at the end of Late Paleozoic, and possibly became the southernmost part of central Asian orogenic belt.
Key words: granites    LA-ICP-MS zircon U-Pb age    Permian    Dunhuang landmass    Central Asian orogenic belt    

敦煌地块处于特殊的大地构造位置,北接北山造山带,西北接天山造山带,西南接阿尔金造山带,东南以阿尔金断裂与祁连造山带相隔(图 1)。敦煌地块被认为是稳定克拉通前寒武纪变质基底的组成部分,由出露于塔里木东南缘阿尔金北部—敦煌地区的米兰杂岩和敦煌杂岩组成[1-11]。天山造山带和北山造山带均属于中亚造山带的重要组成部分。有研究表明,阿拉善地块北缘[12-13]、塔里木地块北缘[14]和敦煌地块[11, 15-16]均受到古亚洲洋古生代闭合相关的造山作用影响。

图 1 敦煌地块南缘区域构造地质简图(据参考文献[1-2]修改) Fig.1 Regional tectonic and geological map of southern Dunhuang landmass

敦煌地块南缘大红山-三危山构造岩浆岩带是塔里木板块东缘的重要组成部分[2, 11, 17]。敦煌地块经历了太古宙—古元古代多阶段的地壳生长事件,全球Columbia超级大陆碰撞事件和裂解事件在该地块留下了丰富的信息,即在古元古代晚期的变质事件[18],随后发生了大规模的超大陆裂解事件[7, 19]。敦煌地块早古生代构造热事件研究不断深入,尤其各类花岗岩的研究备受重视[6, 16-21]。但晚古生代构造热事件鲜有报道,在蘑菇台地区发现430~440Ma的基性高压麻粒岩,认为敦煌地区的造山事件可能发生在志留纪—早泥盆世(440~400Ma)[15-16]。赵燕等[11]在三危山发现大洋斜长花岗岩,认为在晚泥盆世—早-中石炭世(370~330Ma)敦煌地区经历了洋盆扩张-俯冲过程,该洋盆可能代表古亚洲洋南缘弧后盆地的扩张。张志诚等[3]在党河水库地区发现440Ma的TTG质岩石;孟繁聪等[22]在三危山地区发现400~435Ma的斜长角闪岩及阿克塞县青石沟地区335Ma的埃达克岩[4],表明敦煌地块古生代的岩浆作用可能与中亚造山带的构造演化存在成因联系。晚古生代晚期—早中生代,敦煌地块南缘已发现的侵入体仅有大红山地区早二叠世(273.6 ± 4.8Ma)具有岛弧地球化学特征的角闪石岩[5]和小西弓石英正长斑岩(247.5±2.2Ma)为A型花岗岩,是造山后伸展环境的产物[23]

笔者自2012年以来在敦煌地块南缘多坝沟地区开展矿产远景调查和矿产评价工作,前人在1:20万区域地质调查中通过对比将该岩体划分为二叠纪侵入活动的产物,但未开展过更详尽的研究。本文对多坝沟花岗岩体进行年代学、岩石学和地球化学特征研究,分析岩石成因和地球动力学意义,进而为敦煌地块南缘晚古生代构造岩浆演化研究提供新的依据。

1 地质背景及岩石学特征

多坝沟地区位于敦煌地块,其基底为太古宙—古元古代敦煌岩群(或米兰岩群),主要由二云母片岩、角闪斜长片麻岩、斜长角闪岩、麻粒岩等组成,变质相可见绿片岩相-角闪岩相-麻粒岩相。南部以阿尔金巨型左行走滑断裂与红柳沟-拉配泉加里东期构造混杂岩带、中阿尔金地块、欧龙布鲁克微陆块相邻(图 2)。大红山-多坝沟南侧近东西向红柳沟-拉配泉加里东期蛇绿混杂岩带的厘定,反映出拉配泉—多坝沟一带在加里东期存在洋壳闭合和碰撞造山运动,而大红山北部早二叠世具有岛弧性质角闪石岩的发现揭开了该地区晚古生代构造岩浆活动研究的序幕[5]。区域上侵入岩广泛发育,超基性-酸性岩体均有分布。

图 2 多坝沟岩体地质简图和岩石学特征 Fig.2 Simplified geological map and petrographic features of Duobagou granites 1—第四系;2—敦煌岩群第四岩组;3—敦煌岩群第三岩组;4—敦煌岩群第二岩组;5—二长花岗岩;6—花岗岩脉;7—面理产状;8—片理产状;9—片麻理产状;10—采样点及编号。Kfs—钾长石;Bi—黑云母

多坝沟花岗岩体的围岩为敦煌岩群第二岩组,属角闪岩相,原岩以富镁碳酸盐岩为主,夹中酸性火山岩、火山碎屑岩及砂泥质岩建造组合。岩体西南被第四系掩盖,可能被北北东向断裂错断而分离,长轴呈北西西向,与区域构造线垂直,长2km,宽约0.6km,出露面积约1km2。岩体形态及围岩特征见图 2。多坝沟花岗岩体的岩性为黑云二长花岗岩,其风化面呈灰白色-浅肉红色,新鲜面肉红色,中粒花岗结构,块状构造。主要矿物为石英(20%~ 26%)、斜长石(20%~28%)、钾长石(30%~45%),次要矿物为黑云母(2%~6%)、黝帘石(小于1%),仅见个别角闪石颗粒。钾长石为无色粒状,见2组解理,局部可见条纹或格子、卡氏双晶;斜长石为无色粒-板柱状,见聚片双晶、卡钠联合双晶,具环带构造;石英具波状消光,为他形粒状;黑云母呈片状,黄色-深褐色,可见假六边形切面,可变为绿泥石并析出铁质。副矿物主要有锆石、磷灰石、磁铁矿,岩石在区域构造演化过程中发生微弱的变质作用。其中同位素年龄样品(DYQ25)采样点坐标为北纬39° 46′19.07″、东经93°27′20.15″,主量、稀土和微量元素样品采集点较均匀地分布在岩体中。

2 样品采集与分析测试

本文采集的花岗岩样品经过薄片鉴定和严格筛选,选择新鲜的花岗岩样品进行分析。主量、稀土和微量元素测试由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。样品测试前清除表面杂质,并将其破碎成岩屑,然后放置在稀盐酸中浸泡1h,去除次生的碳酸盐岩矿物,再使用去离子水在超声波中清洗样品,重复2次以上,烘干后经磨样机磨至200目供分析。主量元素采用X荧光光谱仪(XRF- 1800)分析,分析误差优于3%。微量及稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析,分析误差优于5%。

锆石颗粒选自黑云母二长花岗岩样品(DYQ25),首先经过破碎,经浮选和电磁选后,挑选出单颗粒锆石。将锆石颗粒用环氧树脂固定于样品靶上。样品靶表面经研磨抛光,磨至锆石晶体近中心截面。对靶上锆石进行阴极发光(CL)分析,根据阴极发光特征选择典型的岩浆锆石进行U-Pb测年分析。锆石U-Pb年龄测定工作在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用LAICP-MS完成,ICP-MS型号为Agilent7500a型,激光剥蚀系统为New Wave公司生产的UP213固体激光剥蚀系统。测试过程中激光束斑的剥蚀孔径为25μm,剥蚀时间为60s,背景扫描时间40s,激光脉冲重复频率5Hz。实验原理和详细的测试方法见参考文献[24]。ICP-MS的分析数据通过及时分析软件Glitter[25]计算获得同位素比值、年龄和误差。普通铅采用Anderson[26]的方法进行校正,分析误差为1σ。用Isoplot程序(V.3.23)完成年龄计算和U-Pb谐和图的绘制[27]

3 岩石地球化学特征 3.1 同位素年龄

岩体中的锆石大多呈长柱状,无色透明或淡黄色,玻璃光泽,表面欠光滑,粒径100~300μm,长宽比为1.5~3。锆石阴极发光图像显示出清晰的振荡环带结构,指示岩浆成因(图 3)。锆石的Th/U值变化范围在0.69~1.21之间,均大于0.1,也指示岩浆成因。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果见表 1。共分析20个测点,其中2个测点的206Pb/238U年龄分别为289Ma和272Ma,可能为暗色包体继承锆石的年龄;其他18个测点的206Pb/238U年龄加权平均值为252.1±2.3Ma(1σ,MSWD=2.4)(图 4),代表多坝沟花岗岩的结晶年龄,为晚二叠世晚期岩浆活动的产物。

图 3 多坝沟花岗岩锆石阴极发光图像 Fig.3 Cathodoluminescence images of zircons from Duobagou granite
表 1 多坝沟花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb年龄测定结果 Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb ages of the granite from Duobagou region
图 4 多坝沟花岗岩U-Pb谐和图和206Pb/238U年龄加权平均值图 Fig.4 U-Pb concordia diagram and weighted average 206Pb/238U age diagram of zircons from the Duobagou granites
3.2 元素地球化学特征

多坝沟岩体代表性样品的元素分析结果见表 2。结果表明,岩石具有富硅、碱的特征(SiO2 = 68.32% ~ 72.82%;Na2O + K2O = 7.76% ~ 8.00%);相对富钾(Na2O/K2O值介于0.74 ~ 0.91之间)、贫镁(MgO = 0.59% ~ 1.10%,Mg# = 35 ~ 40)。岩石铝饱和指数A/CNK变化范围为0.97 ~ 1.02,A/NK值介于1.29 ~ 1.42之间,属于准铝质岩石(图 5-a)。在岩浆岩系列SiO2 - K2O图解(图 5-b)上,样品点均落在高钾钙碱性系列。岩石主量元素特征表明,多坝沟岩体为高钾钙碱性准铝质黑云母二长花岗岩。