地质通报  2019, Vol. 38 Issue (5): 802-809  
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白春东, 王金贵, 李典, 专少鹏, 陈圆圆, 张新征, 张子轩. 新疆库地北中三叠世斑状二长花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其构造意义[J]. 地质通报, 2019, 38(5): 802-809.
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Bai C D, Wang J G, Li D, Zhuan S P, Chen Y Y, Zhang X Z, Zhang Z X. Zircon U-Pb age and geochemistry of Middle Triassic porphyritic granite in the north of Kudi, Xinjiang[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(5): 802-809.
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基金项目

新疆维吾尔自治区地质勘查基金项目管理中心招标项目《新疆叶城县库地东一带1:5万区域地质矿产调查》(编号:XJDKJJZ2011-4)

作者简介

白春东(1984-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查与研究。E-mail:bcd841025@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-01-14
修订日期: 2017-05-03
新疆库地北中三叠世斑状二长花岗岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其构造意义
白春东 , 王金贵 , 李典 , 专少鹏 , 陈圆圆 , 张新征 , 张子轩     
河北省区域地质矿产调查研究所, 河北 廊坊 065000
摘要: 西昆仑山是塔里木地块和羌塘地块在晚中生代碰撞造山的产物,古特提斯洋分支库尔良-阿羌裂谷闭合时限亦存在争议。以库地北斑状二长花岗岩为研究对象,进行岩石学、地球化学和年代学研究。获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄244.42±0.87Ma,时代为中三叠世。斑状二长花岗岩的SiO2含量为65.57%~67.70%,Mg#值为35~38,A/CNK值为0.90~1.01,属于偏铝质高钾钙碱性岩石。稀土元素总量为193×10-6~339×10-6,δEu=0.72~0.78,具弱负Eu异常。微量元素Rb、K、Th、U、La、Ce、Zr富集,Nb、Ti、P中等-强亏损。斑状二长花岗岩属于I型花岗岩,源岩为安山岩,形成于俯冲的大陆岛弧环境。结合区域资料和前人研究成果表明,斑状二长花岗岩形成于中三叠世大陆岛弧环境,中三叠世库地一带存在古特提斯洋壳俯冲活动,库尔良-阿羌裂谷尚未消减闭合。
关键词: 西昆仑    库地    中三叠世    花岗岩    古特提斯洋    LA-ICP-MS锆石U-Pb测年    斑状二长花岗岩    
Zircon U-Pb age and geochemistry of Middle Triassic porphyritic granite in the north of Kudi, Xinjiang
BAI Chundong, WANG Jingui, LI Dian, ZHUAN SHAOpeng, CHEN Yuanyuan, ZHANG Xinzheng, ZHANG Zixuan     
Regional Geology and Mineral Resources Research Institute of Hebei Province, Langfang 065000, Hebei, China
Abstract: The West Kunlun Mountains is the product of the Tarim block and the Qiangtang plots in the Late Mesozoic collision orogeny. The closing time of the Kurdish-Aqiang rift valley is also controversial. In this paper, we studied the petrology, geochemistry and chronology of prophyritic monzonitic granite of the Kudi northern. In this paper, the LA-ICP-MS zircon U-Pb age is 244.42±0.87Ma, and the age is Middle Triassic. The SiO2 content of the porphyritic granite is 65.57%~67.70%, Mg#=35~38, A/CNK=.90~1.01, belonging to the aluminum-alkali high-potassium calc-alkaline rock. The total amount of rare earth elements is 193×10-6~339×10-6, δEu=0.72~0.78, with weak negative anomaly。Trace elements Rb, K, Th, U, La, Ce, Zr are enriched, Nb, Ti, P medium-strong loss. The porphyritic granite belongs to the I-type granite, and the source rock is the Andesite, which is formed in the subduction continental island arc environment. Regional data, previous achievements and research in this paper indicate that the porphyritic granite was formed in the continental arc environment of the Middle Triassic, and that the ancient Tethys oceanic crust subduction activity existed in the reservoir area of the Middle Triassic, Kulliag-A Rift Valley has not yet reduced closure.
Key words: West Kunlun Mountains    Kudi    Middle Triassic    granites    Paleo-Tethys Ocean    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    prophyritic granite    

西昆仑造山带位于青藏高原的北缘,是塔里木地块和羌塘地块在晚中生代碰撞造山的产物, 并受到新生代印度板块和亚洲板块碰撞引起的远距离构造效应的影响。晚古生代,西昆仑地区进入古特提斯构造域,随着二叠纪潘基亚联合大陆的形成,古特提斯洋逐渐消减闭合。陕西地质调查院认为,西昆仑北部康西瓦-苏巴什洋盆在中二叠世晚期发生褶冲变形进而关闭;三叠纪发生陆内俯冲作用;张传林等[1]利用锆石TIMS法获得柯岗一带花岗岩年龄为228.2±1.5Ma,时代为晚三叠世,为造山后伸展环境,说明古特提斯洋已经闭合;赵冬冬等[2]认为,晚三叠世康西瓦—麻扎一带为残留海盆或与岛弧非常靠近;康磊等[3]认为,西昆仑造山带在中三叠世早期(243Ma)仍处于古特提斯碰撞造山期;刘金菊等[4]认为,三十里营房-康西瓦花岗岩体年龄为224.7~211.4Ma,与印支晚期古特提斯洋俯冲消减作用有关,可能为岛弧成因花岗岩;杨文强等[5]认为,西昆仑塔什库尔干高压麻粒岩的峰期变质年龄为220±2~253±2Ma,由古特提斯洋印支期闭合形成;计文化等[6]认为,新藏公路沿线闪长岩脉和花岗岩脉230~244Ma的侵位年龄对应古特提斯洋碰撞造山的时间。

新疆库地北喀拉斯坦代里牙一带位于麻扎-康西瓦结合带北部,古特提斯洋分支库尔良-阿羌裂谷的西部,受地理交通因素和地质工作程度的限制,古特提斯洋在库地一带的构造演化认识存在分歧。笔者在库地北喀拉斯坦代里牙一带首次厘定出中三叠世花岗岩体,并对其中的斑状二长花岗岩开展岩石学、岩石地球化学和锆石定年研究,确定其形成时代,探讨物质来源、成因机制及构造环境,为该地区印支早期大地构造演化研究提供新的依据。

1 区域地质背景

新疆库地一带位于麻扎-康西瓦断裂和库地断裂之间,横跨北昆仑古生代复合沟弧带和中昆仑地块,是研究古特提斯洋构造演化的有利地段(图 1)。

图 1 库地地区地质简图 Fig.1 Simplified geological map of Kudi area Qhal—全新统冲积物;C2K—上石炭统库尔良群;C1T—下石炭统他龙群;∈2Y—中寒武统依莎克群;Pt3St.—新元古界赛图拉岩群;Jxb—蓟县系博查特塔格组;Pz1Tmlg—早古生代构造混杂岩;Pz1οψ—库地蛇绿岩;T2ηγ—晚三叠世二长花岗岩;O3ηγ—晚奥陶世二长花岗岩

研究区发育北西向哈拉斯坦河断裂并贯穿全区,是古特提斯洋闭合的地质表现。断裂北东侧发育下石炭统他龙群和上石炭统库尔良群,他龙群和库尔良群为库尔良-阿羌裂谷的裂陷槽沉积;断裂南西侧发育早古生代构造混杂岩、中三叠世斑状二长花岗岩和粗粒二长花岗岩,斑状二长花岗岩侵入早古生代构造混杂岩,粗粒二长花岗岩侵入斑状二长花岗岩(图 2)。

图 2 斑状二长花岗岩野外(a)和显微结构(b)照片 Fig.2 Field (a) and microstructure (b) photographs of prophyritic granite

中奥陶世构造混杂岩为一套构造片岩,与库地蛇绿岩伴生,是加里东期碰撞造山的产物。下石炭统他龙群主要岩性为千枚岩、砂岩、砾岩及碳酸盐岩;上石炭统库尔良群主要岩性为灰绿色、灰黑色变质岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩、石英砂岩,以及灰绿色千枚状砂板岩、灰色变质含砂质粉晶生屑灰岩。

2 岩体地质及岩石学特征

笔者对库地北喀拉斯坦代里牙—穷牙依拉克一带的斑状二长花岗岩进行系统地质调查,地质调查表明,斑状二长花岗岩分布于哈拉斯坦河断裂南西侧,呈北西向长椭圆状展布,内部北西向断裂极其发育。岩体北部侵入早古生代构造混杂岩,南部为粗粒二长花岗岩侵入,局部见粗粒二长花岗岩的岩枝侵入斑状二长花岗岩。

斑状二长花岗岩呈灰色-深灰色,似斑状-基质中粒花岗结构,块状构造。斑晶主要为钾长石(15%)和少量斜长石(5%)。基质由斜长石(40%~45%)、钾长石(5%~10%)、石英、暗色矿物构成,粒度一般为2.0~4.5mm;暗色矿物主要为黑云母,角闪石较少,含量10%(图 2),副矿物为榍石和磁铁矿。

3 分析方法

在库地北喀拉斯坦代里牙—穷牙依拉克一带的斑状二长花岗岩中采集6件岩石地球化学样品和1件锆石U-Pb测年样品。锆石U-Pb测年样品采自喀拉斯坦代里牙简易公路南西(地理坐标为北纬36°50′15″、东经77°10′13″),样品重3.78kg,用于锆石LA-ICP-MS定年。岩石地球化学分析由河北省区域地质矿产调查研究所实验室测试完成,主量元素采用碱烧法制备样品,使用AxiosmaxX射线荧光光谱仪完成分析测试,分析精度高于5%,烧蚀量、H2O+和H2O-采用P1245电子分析天平完成测试。微量和稀土元素采用酸溶法制备样品,使用X Serise 2等离子体质谱仪完成测试,分析精度高于5%。

锆石U-Pb测年样品由河北省区域地质矿产调查研究所实验室分选锆石单矿物。在双目镜下根据锆石颜色、自形程度、形态等特征初步分类,挑选具有代表性的锆石。将待测锆石与标准锆石制成环氧树脂样品靶,待样品靶固结、干燥后,打磨并抛光至锆石颗粒中心暴露,然后拍摄可见光和阴极发光(CL)显微照片,并选取测点部位,力求避开裂隙和包裹体,使获得的年龄值有较确切的地质意义。锆石U-Th-Pb同位素测定在天津地质调查中心同位素实验室的LA-MC-ICP-MS上完成,测定结果(表 1)中的同位素比值和年龄误差为1σ水平。

表 1 斑状二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data of prophyritic granite
4 分析结果 4.1 LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果

斑状二长花岗岩锆石以半自形柱状为主,其次为短柱状。阴极发光图像(图 3)显示,锆石具有清晰的内部结构和典型的振荡环带,具有岩浆锆石特征;Th/U值为0.2382~0.6471,平均值为0.35,大于0.1(表 1),表明这些锆石为岩浆成因。

图 3 斑状二长花岗岩锆石阴极发光图像、U-Th-Pb同位素测点位置及206Pb/238U年龄 Fig.3 Zircon CL images, U-Th-Pb isotope location and 206Pb/238U age of prophyritic granite

本次共测得25颗锆石的25个数据,多数数据投影点在U-Pb谐和图中位于谐和线上或其附近(图 4)。测得的206Pb/238U年龄介于237~250Ma之间,其年龄加权平均值为244.42 ± 0.87Ma(n=25,MSWD=0.98),此年龄被解释为斑状二长花岗岩的结晶年龄。

图 4 斑状二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of prophyritic granite
4.2 岩石地球化学特征

斑状二长花岗岩的主量、微量和稀土元素分析结果及相关参数见表 2

表 2 斑状二长花岗岩元素分析结果及相关参数 Table 2 Analytical results and some parameters of prophyritic granite
4.2.1 主量元素

斑状二长花岗岩SiO2含量为65.57%~67.70%,Al2O3为14.12% ~16.16%,K2O为3.11% ~5.83%,Na2O为3.13%~3.96%,K2O/Na2O值为0.74~1.87,平均为1.11,A/CNK值为0.90~1.01,属于偏铝质岩石,CaO为2.18%~4.36%;TiO2、FeO和MgO含量低,Mg#值为35~38,在Frost等[7]提出的SiO2-FeO/(FeO+MgO)图解中落入Mg质区(图 5-a),里特曼指数σ为1.88~3.25,属于高钾钙碱性系列(图 5-b)。

图 5 SiO2-FeO/(FeO+MgO)(a)[7]和SiO2-K2O(b)[8]图解 Fig.5 SiO2-FeO/(FeO+MgO) (a) and SiO2-K2O(b) diagrams
4.2.2 微量和稀土元素

斑状二长花岗岩稀土元素总量∑REE=193× 10-6~339 × 10-6,含量高;(La/Yb)N=10.9~16.7,(La/Sm)N=5.09~6.87,(Gd/Yb)N=1.49~1.65,轻、重稀土元素分馏较强,轻稀土元素富集,重稀土元素近于平坦,轻稀土元素分馏较强;δEu=0.72~0.78,具弱负Eu异常。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线呈较强右倾,重稀土元素平坦,Eu略亏损(图 6-a)。

图 6 球粒陨石标准化稀土元素配分模式(a)[9]和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)[10] Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle normalized trace element spidergram (b)

微量元素蛛网图(图 6-b)显示,高场强元素Ti、P强亏损,Nb中等亏损,大离子亲石元素Sr亏损,Ba弱亏损,大离子亲石元素Rb、K,高场强元素Th、U、轻稀土元素、Zr等富集。Sr含量高(303.2×10-6~400.1 × 10-6),富Rb(134 × 10-6~243 × 10-6)、Nb(19.6×10-6~25.4×10-6)、Ta(2.1×10-6~2.8×10-6)和Th(14.8×10-6~24.0×10-6),贫Sc(5.2×10-6~7.2× 10-6)和Cr(4.2×10-6~6.3×10-6)。

5 讨论 5.1 岩石形成时代

内蒙古第九地质矿产勘查开发院[8]在哈拉斯坦河断裂北侧花岗闪长岩中获得锆石U-Pb年龄为238.1±1.3Ma;在斑状二长花岗岩边部粗粒二长花岗岩内获得锆石U-Pb年龄为238.2±1.8Ma,3个岩体形成时代一致。结合野外调查地质调查和对比研究,认为斑状二长花岗岩形成年龄为244.42 ± 0.87Ma,属于中三叠世。

5.2 岩石成因

斑状二长花岗岩是高钾钙碱性系列岩石,暗色矿物为角闪石,副矿物含榍石和磁铁矿,SiO2含量小于70%,K2O和Na2O含量近于相等,A/CNK < 1,富集大离子亲石元素,不同程度亏损Nb、Ti、P,显示Ⅰ型花岗岩的地质和地球化学特征,属于I型花岗岩。

斑状二长花岗岩K2O≈Na2O,A/CNK < 1,暗示源岩以中基性物质为主。邓晋福等[12]认为,高钾钙碱性I型花岗岩主要由钙碱性-高钾钙碱性安山质岩石部分熔融形成,在C/FM-A/FM图解(图 7)中,主要处于变玄武岩部分熔融区。综上表明,斑状二长花岗岩的源岩为安山岩。

图 7 C/FM-A/FM图解[11] Fig.7 C/FM-A/FM diagram

Smithies[13]研究认为,Mg#值是区分幔源组分是否参与壳源岩浆的良好指示剂。Rapp等[14]实验岩石学研究表明,玄武质下地壳发生部分熔融产生的熔体Mg#值小于40;地幔物质参与成岩时,导致熔体的Mg#值大于40。研究区斑状二长花岗岩的Mg#值为35~38,小于40,暗示其岩浆演化过程未受地幔物质影响。

5.3 大地构造环境

Hofmann[15]研究认为,花岗岩的Nb/U值源于源岩,在部分熔融过程中不随源区部分熔融程度发生改变,能够较好地反映岩浆源区特征。大离子亲石元素相对于高场强元素更易转移到俯冲板片脱水的流体中,造成起源于俯冲板片脱水熔融的流体具有明显低的Nb/U值(约0.22),因而俯冲环境下的花岗岩具有较低的Nb/U值[16-17]

安山岩的Nb/U估算值为11.1[18],研究区斑状二长花岗岩的源岩为安山岩,其Nb/U值为6.1~8.92,明显低于安山岩的Nb/U值,说明岩浆在源区部分熔融过程中受到俯冲流体交代作用影响,暗示其形成于俯冲背景。

肖庆辉等[19]认为,岩浆岩的弧成熟度具有重要意义。在SiO2-lgCaO/(Na2O+K2O)图解(图 8)中,斑状二长花岗岩介于大陆岛弧(CI)与大陆边缘(WA)之间,与美国西海岸-阿留申群岛-日本列岛的弧成熟度相似,弧成熟度趋势关系暗示斑状二长花岗岩具有弧花岗岩特征。

图 8 SiO2-lgCaO/(Na2O+K2O)图解[20] Fig.8 SiO2-lgCaO/(Na2O+K2O) diagram

上述讨论表明,斑状二长花岗岩具有火山弧花岗岩的地球化学特征,形成于大陆岛弧-大陆弧环境,岩浆演化过程受到俯冲流体交代作用。

野外地质调查表明,北西向哈拉斯坦河断裂是古特提斯洋分支库尔良-阿羌裂谷闭合而成的深大断裂,斑状二长花岗岩呈北西向长椭圆状产出,仅发育于哈拉斯坦河断裂南西侧,受哈拉斯坦河断裂影响,岩体内部北西向断裂发育,暗示岩体侵位早于哈拉斯坦河断裂,即岩体侵位早于库尔良-阿羌裂谷闭合。

地质调查成果与地球化学特征均表明,斑状二长花岗岩属于火山弧花岗岩,形成于库尔良-阿羌裂谷闭合之前,是古特提斯洋俯冲消减时期的地质反映,说明中三叠世库尔良-阿羌裂谷尚未闭合且处于俯冲消减阶段,进一步说明古特提斯洋在库地一带处于俯冲消减阶段。

6 结论

(1)斑状二长花岗岩的LA-ICP-MS锆石UPb年龄为244.42±0.87Ma,形成时代为中三叠世。

(2)斑状二长花岗岩属于偏铝质高钾钙碱性I型花岗岩,源岩为安山岩,形成于俯冲的大陆岛弧环境,是古特提斯洋俯冲消减的产物。

(3)结合区域资料和前人研究成果表明,中三叠世库地一带古特提斯洋处于俯冲消减阶段,库尔良-阿羌裂谷尚未消减闭合。

致谢: 样品分析得到河北省区域地质矿产调查研究所实验室、天津地质调查中心同位素实验室及耿建珍博士大力支持,审稿专家提出了宝贵的修改意见,在此表示衷心的感谢。

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