地质通报  2019, Vol. 38 Issue (6): 1040-1051  
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陈邦学, 徐胜利, 杨有生, 周能武, 朱志新. 东昆仑西段其木来克一带晚二叠世侵入岩的成因及其构造意义[J]. 地质通报, 2019, 38(6): 1040-1051.
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Chen B X, Xu S L, Yang Y S, Zhou N W, Zhu Z X. Genesis and tectonic significance of Late Permian Qimulaike intrusive rocks in the west of East Kunlun Mountains, Xinjiang[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(6): 1040-1051.
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基金项目

中国地质调查局项目《新疆西昆仑1:5万J45E019001、J45E020001、J45E020002、J45E021001、J45E021002等5幅区调》(编号:1212011220640)

作者简介

陈邦学(1986-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质矿产勘查。E-mail:674620069@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-06-05
修订日期: 2017-07-18
东昆仑西段其木来克一带晚二叠世侵入岩的成因及其构造意义
陈邦学1 , 徐胜利1 , 杨有生2 , 周能武2 , 朱志新3     
1. 中化地质矿山总局陕西地质勘查院, 陕西 西安 710000;
2. 新疆地矿局第十一地质大队, 新疆 昌吉 831100;
3. 新疆地调院, 新疆 乌鲁木齐 830046
摘要: 对东昆仑其木来克一带的花岗质岩体进行锆石U-Pb测年,获得花岗闪长岩年龄为274.6±1.2Ma,黑云母花岗岩闪长岩年龄271.2±0.6Ma,认为其形成于晚二叠世。该岩体的地球化学特征显示,其具有钙碱性、弱过铝质(A/CNK=0.99~1.1)特征;稀土元素球粒陨石标准化分布图表现为左陡右缓,具弱的负Eu异常;微量元素特征显示高场强元素Nb、Ta、Ti、P等亏损,结合构造环境认为其形成于岛弧环境,属于I型花岗岩。结合区域构造演化,认为古特提斯洋于晚二叠世开始向塔里木板块俯冲,与此同时洋中脊还在持续扩张,表明此时的特提斯洋已处于消亡期。
关键词: 花岗闪长岩    古特提斯洋    构造演化    东昆仑造山带    
Genesis and tectonic significance of Late Permian Qimulaike intrusive rocks in the west of East Kunlun Mountains, Xinjiang
CHEN Bangxue1, XU Shengli1, YANG Yousheng2, ZHOU Nengwu2, ZHU Zhixin3     
1. Shaanxi Geological Exploration Institute of Geology and Mine Bureau, Xi, an 710000, China;
2. No.11 Geological Party, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, Changji 831100, Xinjiang, China;
3. Geological Research Academy of Xinjiang, Urumqi 830046, Xinjiang, China
Abstract: Zircon U-Pb dating of Qimulaike granitic stocks shows that the age of the granodiorite is 274.6 ±1.2Ma and that of diatomite granitic diorite is 271.2±0.6Ma, implying the formation time of Late Permian. The geochemical characteristics of the rocks show that they have calc-alkaline and weak aluminum (A/CNK being 0.99~1.1)characteristics; the chondrite-normalized REE patterns show steepness on the left and smoothness on the rightwith weak negative anomaly of the δEu; the trace elements exhibit depletion of high field strong elements such as Nb, Ta, Ti and P.Combined with the structural environment, the authors hold that the rocks were formed in an island arc environment and belong to the I-type granite. In combination with regional tectonic evolution, it is shown that ancient Tethys in the Late Permian began subducting to the Tarim plate, while the mid-ocean ridge was still continuing to expand, indicating that the ancient Tethys at that time had been in the dying period.
Key words: granodiorite    Paleo-Tethys Ocean    tectonic evolution    Eastern Kunlun Orogen    

造山带作为板块缝合的重要标志,是研究大陆动力学的天然实验室[1]。侵入岩作为造山带构造演化的产物,与造山带的形成演化密不可分,并记录了整个造山带演化的过程,也是研究地球动力学的重要依据[2-5]。因此,对造山带中的侵入岩开展研究,可反演整个造山带的演化过程。

东昆仑造山带作为中央造山带的重要组成部分,夹持于南古中国板块群和北古中国板块之间,位于青藏高原北部、塔里木南缘,其形成与特提斯洋的演化密切相关,记录了印度板块和亚欧板块最终碰撞造山的整个过程,备受关注[2-12]。东昆仑造山带作为青藏高原北部的巨型岩浆带,岩浆活动强烈,尤其以古特提斯构造演化相关的晚古生代—早中生代侵入岩最发育[13]。目前东昆仑造山带岩浆岩的研究主要集中在东带,对西段研究较薄弱。研究的不均衡,以及对该期花岗岩的构造背景及演化过程认识的不足,造成对古特提斯洋的演化认识存在争议:部分学者认为碰撞造山发生在中—晚三叠世[14-16];部分学者认为东昆仑古特提斯洋盆于晚二叠世闭合,三叠纪花岗岩为碰撞-碰撞后环境的产物[17-19];还有部分学者认为碰撞造山发生在晚三叠世—早侏罗世[13, 20]

本次选取东昆仑造山带西段其木来克晚二叠纪侵入岩为研究对象,展开详细的岩石学、岩石地球化学、锆石U-Pb测年工作,探讨其岩石成因类型、构造属性、动力学背景,以期为东昆仑造山带乃至整个昆仑造山带构造格局研究提供基础资料。

1 区域地质概况与岩相学特征 1.1 区域地质概况

东昆仑弧盆系隶属于秦祁昆造山系,主要由北昆仑早古生代岩浆弧、其漫于特蛇绿混杂岩带、中昆仑微地块、南昆仑古生代楔状杂岩带及南昆仑结合带组成[17]图 1-a)。本文研究的岩体主要分布于其木来克一带,出露面积约18.93km2。南侧呈岩基侵入于石炭系哈拉米兰河组,外接触带具角岩化蚀变;北侧与巴什康阔勒辉长岩体呈断层接触。空间展布很不规则,主体呈近南北向。根据侵入体的空间分布、接触关系、岩石结构等,将其划分为灰白色中细粒花岗闪长岩、中粒黑云母花岗岩2个侵入次。第一侵入次:花岗闪长岩,出露面积约5.51km2,呈岩株、岩基产出。第二侵入次:黑云母花岗闪长岩,出露总面积约13.42km2,呈岩基产出(图 1-b、c)。

图 1 东昆仑构造简图(a)[17]、区域地质图(b)及地质剖面 Fig.1 East Kunlun tectonic map(a), regional geological map (b) and geological section (c) of the study area 1—第四系;2—石炭系哈拉米兰河组;3—泥盆系布拉克巴什组;4—奥陶系库拉普河岩组;5—二叠纪花岗闪长岩;6—奥陶纪花岗闪长岩;7—辉长岩;8—断层;9—采样点;10—研究区;11—铜钼/铜矿点;12—实测剖面; 13—侵入接触/涌动接触;14—产状;Ⅰ-1-1—塔里木南缘中新生代盆地;Ⅱ-2-1—北昆仑早古生代岩浆弧;Ⅱ-2-2—库地-其曼于特混杂岩带;Ⅱ-1-2-3—中昆仑微地块;Ⅱ-2-4—南昆仑古生代增生杂岩楔
1.2 岩相学特征

针对其木来克岩体,分别对2个期次岩体(黑云母花岗闪长岩和花岗闪长岩)采集新鲜样品(图 2-a、b)。

图 2 岩石野外露头(a、b)和显微(c、d)照片 Fig.2 Outcrop(a, b)and microscopic(c, d)photos a—黑云母花岗闪长岩;b—中粒花岗闪长岩;c—黑云母花岗闪长岩(正交光);d—中粒花岗闪长岩(正交光);Qz—石英;Bt—黑云母;Kfs—钾长石;Hb—角闪石;Pl—斜长石

灰白色中细粒黑云母花岗闪长岩(1311AY- P23-b4):灰白色,中粒结构,块状构造,由斜长石、石英、钾长石组成,少量角闪石、微量磷灰石,少见锆石。斜长石(55%)粒度为0.2~2.4mm,呈半自形宽板状,具中度高岭土化、绢云母化,为更-中长石。角闪石呈他形柱状,与黑云母共生状分布,多沿黑云母解理穿插状分布,已纤闪石化。黑云母(15%)粒度为0.2~1.4mm,呈他形板片状,有退色,少部分绿泥石化,分布在斜长石之间。石英、钾长石呈不规则粒状,分布在长石、黑云母之间,钾长石分布不均匀,为正长石、条纹长石。磷灰石(微量)粒度为0.05~ 0.24mm,呈自形粒状,柱状,多分布在斜长石中。锆石(少见)粒度为0.06~0.1mm,呈自形锥柱状,也分布在长石中,部分分布在石英中(图 2-c)。

灰白色细中粒花岗闪长岩(1311AY-P30-b1):灰白色,花岗结构,块状构造,由更-中长石、正长石、角闪石、黑云母、石英组成,少量磷灰石、磁铁矿、方解石等。更-中长石(33%)为自形半自形板状,具环带结构,长石表面有次生绢云母和细粒的绿帘石。正长石(20%)呈半自形板状,分布于中长石之间。角闪石(7%)呈半自形针柱状,黑云母(10%)呈片状,分布于长石之间。石英(27%)呈他形粒状,表面多裂纹,受构造挤压多具波状消光,分布于长石之间。副矿物有粒状磷灰石(1%),多包在石英中,在黑云母和石英中还包有半自形粒状的磁铁矿。此外,长石之间还有次生方解石(图 2-d)。

2 分析方法

硅酸盐、微量元素样品均由由自然资源部乌鲁木齐矿产资源监督检测中心新疆维吾尔自治区矿产实验研究所完成,主量元素采用X射线荧光光谱仪(XRF)分析完成,分析误差小于1%,其中FeO含量通过湿化学方法测定。微量元素分析仪器为X系列电感耦合等离子质谱仪,分析误差在5%左右,检测环境温度为10~24℃,湿度为30%~65%[22]

锆石挑选和制靶委托河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室完成。样品经粉碎、重液分离和磁选之后,在双目镜下挑选出晶形好、无裂隙、干净透明的锆石晶体,再将锆石样品置于环氧树脂中,固结后进行抛光,使锆石内核完全暴露,然后送往北京离子探针中心进行阴极发光(CL)照相。锆石U-Pb测年在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室激光剥蚀等离子质谱(LA-ICP- MS)仪器上完成,激光束斑直径为32μm。试验中采用氦气为剥蚀物质的载气,以SRM610为外标,29Si为内标。分析原理和流程参照Anderson等[23]、Williams等[24]、王岚等[25]。单次测量结果列于表 1,用Isoplot3.23程序[26]处理数据并计算年龄,年龄加权平均值具有95%的置信度。

表 1 锆石U-Th-Pb年龄分析结果 Table 1 Zircon U-Th-Pb dating results
3 测试结果 3.1 锆石U-Pb年龄

本次对其木来克岩体中的花岗闪长岩(1311AY- P23- TW1)和黑云母花岗闪长岩(1311AY-QM-TW2)2个侵入期次的岩体进行锆石U-Pb定年。

花岗闪长岩锆石颗粒较大,大多呈无色透明至浅黄色,自形长柱状,长宽比在2:1~3:1之间,晶面光洁清晰,边部平直且发育明显的韵律环带,232Th/238U值处于0.24~1.3之间,平均值为0.42(>0.4),且Th、U之间具有良好的正相关性,说明它们与岩浆结晶作用有关,属于典型的岩浆锆石[27-28]。本次挑选20颗锆石共测定24个点(图 3),其206Pb/238U年龄加权平均值为274.6 ± 1.2Ma (MSWD=0.27)(图 4表 1),代表花岗闪长岩的结晶年龄,属于晚二叠世。

图 3 锆石阴极发光照片 Fig.3 Cathodoluminescence images of zircons

黑云母花岗闪长岩锆石颗粒较花岗闪长岩锆石小,多为无色透明、长柱状,少量具扇状、锥状,长宽比在1:1~3:1之间,晶面光洁清晰,边部平直且发育明显的韵律环带,且Th、U之间具有良好的正相关性,232Th/238U值为0.26~0.66,除个别外均大于0.4,属于典型的岩浆锆石[27-28]。本次共测定24个点(图 3),206Pb/238U年龄加权平均值为271.2±0.6Ma (MSWD=0.67)(图 4表 1),代表黑云花岗闪长岩的结晶年龄,属于晚二叠世。

图 4 锆石U-Pb谐和图 Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircon
3.2 岩石地球化学

岩石样品主量元素分析结果见表 2。SiO2含量介于64.32%~67.91%之间,平均为66.4%,全碱含量为6.06%~6.74%,平均为6.44%,K2O/Na2O平均值为0.66。在侵入岩TAS分类图解中,主要落于花岗闪长岩区(图 5-a)。MgO、CaO含量分别为1.44%~ 2.21%、3.23%~4.55%。Al2O3含量介于15.9%~17.63%之间,平均为16.66%,属中等,A/CNK值介于0.99~1.1之间,在A/CNK-A/NK图解中主要落于弱过铝质区域(图 5-b)。里特曼指数σ介于1.61~1.91之间,属钙碱性系列,在SiO2-K2O图解中样品点均落入钙碱性区域(图 6-a);在SiO2-(Na2O + K2O-CaO)图解中主要落于I-S花岗岩重叠的钙碱性区域(图 6-b)。

图 5 SiO2-(Na2O+K2O)图解[29](a)和A/CNK-A/NK图解[30](b) Fig.5 SiO2-(Na2O+K2O) diagram (a) and A/CNK-A/NK diagram (b)
图 6 SiO2-K2O图解[31](a)和SiO2-(Na2O+K2O-CaO)图解[32](b) Fig.6 SiO2-K2O diagram (a) and SiO2-(Na2O+K2O-CaO)diagram (b)
表 2 样品主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Main, trace and rare earth elements analytical results of samples

样品稀土元素分析结果见表 2。稀土总量ΣREE=77.32 × 10-6~139.39 × 10-6, 平均为107.42 × 10-6。LREE/HREE=6.72~11.76,(La/Yb)N=6.77~16.99,反映轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特点,轻、重稀土元素分馏非常明显。(La/Sm)N=4.06~6.03,(Gd/Yb)N=0.87~1.10,表明轻稀土元素内部分馏明显,重稀土元素内部无明显分馏。δEu为0.62~0.96,具负Eu异常,表明源区发生了斜长石的残留。稀土元素球粒陨石标准化分布图变化规律一致,为右倾近平行的曲线(图 7-a)。

图 7 侵入岩稀土元素球粒陨石化配分模式(a)和微量元素原始地化幔蛛网图(b)[33] Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spidergrams of trace elements(b)

样品微量元素分析结果见表 2。大离子亲石元素(LILE)Rb、K、Th、U等富集,Sr、Ba亏损,高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Ti、P等强烈亏损,Zr、Hf等轻微富集。微量元素标准化蛛网图呈锯齿状的分配形式,与平均陆壳成分的分配形式一致(图 7-b)。

4 讨论 4.1 花岗岩成因类型

花岗岩的成因类型、源区及分类方案是目前研究花岗岩的焦点问题,因此解决这些问题有助于了解其成因机制和构造背景。MIAS分类方案是目前最常用的花岗岩成因分类方案[34]。I和S型花岗岩主要基于源区性质[35],而A型花岗岩主要以地球化学指标来判定[36]。I型花岗岩通常被认为是壳幔混源, 富钠,含榍石、黑云母、角闪石等副矿物[35]。本次研究的花岗闪长岩明显含黑云母、角闪石等副矿物;主量元素显示其属弱过铝质(0.99~1.1)钙碱系列,在SiO2-(Na2O+K2O-CaO)图解中,样品点主要落入I-S型花岗岩重叠区域;在SiO2-P2O5图解(图 8-a)中,SiO2与P2O5具有明显的负相关性,且位于I型花岗岩演化区域;在Q-A-P图解(图 8-b)中,主要落入I型花岗岩区域。利用主量元素可以有效地判别岩石类型,但是主量元素容易蚀变,往往造成多解性[2138-39],微量元素Rb、Sr具有相似的化学性质,在岩浆结晶分异过程中,Rb一般富集在演化成熟度高的地壳中,而Sr趋于成熟低地壳中,Rb/Sr值能灵敏地记录源区性质,当Rb/Sr<0.9时,为I型花岗岩[39],本次样品的Rb/Sr值介于0.09~0.59之间,为I型花岗岩;再次利用SiO2与Ce、Zr、Nb、Y图解(图 9)判别,所有样品点都落入I型花岗岩区域。上述特征表明,研究区花岗闪长岩属于I型花岗岩。

图 8 岩石SiO2-P2O5图解[35](a)和Na2O-K2O图解[37](b) Fig.8 SiO2-P2O5 diagram (a) and Na2O-K2O diagram (b)
图 9 SiO2-(Ce、Nb、Y、Zr)图解[36] Fig.9 SiO2-(Ce, Nb, Y, Zr) diagrams
4.2 花岗岩形成构造环境及地质意义

花岗岩的构造环境研究是目前花岗岩研究的前沿问题[40]。东昆仑地区广泛发育晚二叠世—早侏罗世花岗岩[41],目前关于这些花岗质岩体构造环境的认识还存在较多争议。本次花岗闪长岩主量元素特征显示其属钙碱性、弱过铝质花岗质岩石;稀土元素球粒陨石标准化分布图表现为左陡右缓,具弱负Eu异常;微量元素特征显示高场强元素Nb、Ta、Ti、P等亏损。岩石地球化学特征显示典型岛弧花岗岩的特征。微量元素Nb+(Y-Rb)、Y-Nb构造环境判别图解显示,样品点均落入火山弧花岗岩区域(图 10)。上述特征表明,花岗闪长岩形成于与大洋俯冲有关的火山弧环境。

图 10 Nb+(Y-Rb)、Y-Nb图解[42] Fig.10 Nb+Y-Rb, Y-Nbdiagram VAG—火山弧花岗岩;WPG—板内花岗岩;ORG—洋脊花岗岩;Sgn-COLG—同碰撞花岗岩

已有资料表明,东昆仑造山带经历了原特提斯洋和古特提斯洋2期重要演化。然而,由于对东昆仑造山带缺乏系统的研究,对古特提斯洋的构造演化认识一直存在较大的争议,特别是古特提斯洋闭合时限问题[14-20]。杨有生等[43]对该区南侧的阿克苏勒蛇绿岩进行了研究,获得玄武岩年龄为263.4± 7.4Ma,辉长岩年龄为270.3±0.7Ma,认为其属于典型的洋中脊型蛇绿岩,表明古特提斯洋到晚二叠世还在持续扩张。而本次对其木来克一带花岗闪长岩的研究表明,其形成时代为晚二叠世,属于I型花岗岩,形成于与大洋俯冲有关的岛弧环境。结合已有的区域地质资料,认为古特提斯洋的演化模式和现今太平洋演化模式(一边扩张一边俯冲)极相似,表明古特提斯洋于晚二叠世开始向塔里木板块俯冲,与此同时洋中脊还在持续扩张,说明此时的古特提斯洋已处于消亡期。

5 结论

在其木来克一带花岗闪长岩岩石学、岩石地球 化学、锆石 U-Pb年代学研究的基础上,结合区域研究结果,分析其木来克一带花岗闪长岩成因,并讨 论东昆仑造山带及古特提斯洋的演化过程,得出以 下结论。

(1)对其木来克一带的岩体进行锆石 U-Pb 测 年,获得花岗闪长岩年龄为274.6±1.2Ma,黑云母花岗 闪长岩年龄为271.2±0.6Ma,认为其形成于晚二叠世。

(2)地球化学特征显示,该岩体具有钙碱性、弱过铝质(A/CNK值为0.99~1.1)特征;稀土元素球粒陨石标准化分布图表现为左陡右缓,Eu具弱的负异常;微量元素特征显示高场强元素Nb、Ta、Ti、P等亏损,结合构造环境认为其形成于岛弧环境,属于I型花岗岩。

(3)结合区域构造演化,认为特提斯洋于晚二叠世开始向塔里木板块俯冲,与此同时洋中脊还在持续扩张,表明此时的古特提斯洋已处于消亡期。

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