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书书书 第53卷 第6期 2007年11月 地 质 论 评 G E O L O G I C A LR E V I EW V o l . 5 3 N o . 6 N o v. 2 0 0 7 注本文为国家自然科学基金资助项目( 编号4 0 3 7 2 0 8 8,4 0 5 7 2 1 1 1,4 0 4 7 2 0 4 3) 、 教育部科学技术研究重大项目(3 0 6 0 2 1) 和中国地质调查局 国土资源大调查研究项目( 西北地区重要成矿带基础地质综合研究,编号1 2 1 2 0 1 0 5 1 0 4 1 6) 的成果。 收稿日期2 0 0 7 0 2 2 2; 改回日期2 0 0 7 0 5 2 5; 责任编辑 章雨旭。 作者简介王超,男,1 9 7 9年生。助理研究员,岩石大地构造学专业。通讯地址7 1 0 0 5 4,西安市友谊东路4 3 8号;电话0 2 9- 8 7 8 2 1 9 4 5;E m a i lw a n g c -m a i l @1 6 3. c o m。 西南天山阔克萨彦岭巴雷公镁铁质岩石的地球化学 特征、 犔 犃 犐 犆 犘 犕 犛犝 犘 犫年龄及其大地构造意义 王超1 , 2) , 刘良2 ) , 车自成2 ) , 罗金海2 ) , 张静艺2 ) 1)中国地质调查局西安地质矿产研究所,西安,7 1 0 0 5 4; 2)大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,西安,7 1 0 0 6 9 内容提要 巴雷公镁铁超镁铁质岩套出露于南天山阔克萨彦岭地区, 本文对其中的镁铁质岩石进行了详细的 地球化学和锆石U P b年代学研究。岩石学和地球化学特征表明 巴雷公镁铁质岩石主要为洋岛拉斑岩石系列, P2O5(0 . 3 3%~0 . 7 5%) 、T i O2(2 . 4 9%~3 . 7 0%) 、T F e2O3(1 2 . 6 9%~1 5 . 6 3%) 含量高, 富集轻稀土,L R E E/HR E E 分异明显, (L a/Y b) N介于3 . 6 6~6 . 5 4之间。C r(2 8 . 9 31 0 -6~1 2 3 . 9 91 0-6) 、 C o(4 4 . 0 41 0 -6~5 2 . 4 01 0-6) 和N i(2 5 . 6 11 0 -6~6 3 . 0 41 0-6) 含量低, 且 N i、C r与M g O呈正相关关系指示其母岩浆在岩浆房中或上升途中 经受了橄榄石和尖晶石分离结晶作用。Z r/N b(7 . 0 6~7 . 9 9)和Z r/H f(3 5 . 9 8~3 7 . 5 3)比值低, 推测其可能来自于 含石榴子石的富集地幔的深部熔融。Z r/YN b/Y和N b/T hZ r/N b图解显示, 其源区具有EM 1EM 2型地幔端 元组分混入, 可能主要有再循环的发生了交代熔融作用的深部大洋岩石圈的参与。锆石L A I C P M SU P b定年结 果表明, 巴雷公洋岛火山岩的结晶年龄为4 5 02 M a。结合新获得的该岩套夹层灰岩中的牙行刺化石资料, 指示该 岩体在早石炭世以后成为蛇绿混杂岩的一部分。综合区域年代学和地球化学研究资料, 推测南天山古洋盆在晚奥 陶世早志留世期间已演化成为成熟的多岛洋盆。 关键词 镁铁质岩石; 洋岛; 锆石U P b年代学; 阔克萨彦岭; 南天山 南天山造山带为中天山南缘断裂带以南的天山 地区( 图1 a) 。在震旦纪早古生代, 南天山为卡拉 库姆塔里木板块和克孜尔库姆哈萨克斯坦板块 之间的一个宽阔古洋盆(V o l k a v a,1 9 9 9) 。在洋盆 演化过程中, 古大陆边缘和沉积盆地构造类型频繁 转换, 碰撞期及其后构造变形复杂多样, 总体构成了 一条绵延几千千米的 晚古 生 代 造 山 带 ( 高 俊 等, 2 0 0 6) 。它是天山造山带地质构造最复杂的地区之 一, 保存有亚洲大陆形成演化的重要信息。 目前在中国南天山洋盆研究中主要存在三个问 题①南天山古洋盆的性质问题, 一种认识是塔里木 古陆与中天山岛弧间的弧后盆地( 汤耀庆等, 1 9 9 5; 梁云海等, 2 0 0 0;董云鹏等,2 0 0 5) , 另一种认识是 具有古大陆分隔意义的较广阔的古洋盆( 郝杰等, 1 9 9 3;卢华复等,1 9 9 6;李曰俊等,2 0 0 1) ;②洋盆的 多次开合( 汤耀庆等, 1 9 9 5;梁云海等,2 0 0 0;陈哲 夫, 2 0 0 4) 和一次洋盆( 姜常义等,2 0 0 1;李曰俊等, 2 0 0 4) 问题;③洋盆最终闭合、 碰撞造山的时限问题, 主要有 晚 古 生 代 ( 高 长 林 等,1 9 9 5;蔡 东 升 等, 1 9 9 5;C h e nC h u m i n g,1 9 9 9;夏林圻,2 0 0 2;高俊 等,2 0 0 6)和三叠纪( 李曰俊等,2 0 0 4;张立飞等, 2 0 0 5)两种观点, 从而产生南天山是一条晚古生代 还是 三 叠 纪 碰 撞 造 山 带 的 不 同 认 识 ( 高 俊 等, 2 0 0 6) , 南天山碰撞造山时限的确定对认识中亚造山 带的构造演化及显生宙中亚地壳增生的方式至关重 要( 高俊等,2 0 0 6;肖文交等,2 0 0 6) 。 造成上述分歧的主要原因是由于不同学者对南 天山镁铁超镁铁质岩石( 蛇绿岩) 研究所采取的方 法、 角度及分析测试手段不尽相同, 从而对这些镁 铁超镁铁质岩石的鉴别、 分布、 时代、 构造环境及 区域上的对比以及延伸等方面产生了不同的认识。 由于中国西南天山一带是天山最为高耸险峻的 地段, 邻近中吉边境, 交通困难, 其研究程度相对薄 弱。近年来, 阔克萨彦岭巴雷公地区的镁铁超镁 铁质岩套作 为蛇绿混 杂岩 已 见 报 道 ( 梁 云 海 等, 1 9 9 9;赵仁夫等,2 0 0 2;李曰俊等,2 0 0 4) , 并且在 该剖面的硅质岩中发现了早石炭世早期和晚二叠世 两个放射虫化石组合( 李曰俊等,2 0 0 4) , 但对该蛇 绿混杂岩未进行详细的地球化学和年代学研究。本 文在野外地质调研的基础上, 重点对该岩套中的镁 铁质岩石进行了地球化学和锆石L A I C P M SU P b 年代学研究, 试图通过对其岩石成因、 源区性质及其 形成时代的分析, 并结合近年关于南天山蛇绿岩带 的文献报道, 为探讨南天山乃至中亚地区古亚洲洋 南部的洋盆演化过程和动力学机制提供新的信息。 1 地质背景和样品特征 研究区位于南天山西南缘冲断带的阔克萨彦岭 地区, 由一系列冲断岩片组成, 主要为志留纪泥盆 纪和石炭纪地层( 图1 b) 。志留纪泥盆纪地层与 中亚南天山东阿赖地区十分相似, 主要由碎屑岩、 灰 岩和火山岩组成。碎屑岩发育特征的含炭千枚岩化 447 地 质 论 评 2 0 0 7年 图1(a) 南天山及邻区地质略图; (b) 巴雷公地区地质图; (c) 巴雷公蛇绿混杂岩剖面与采样位置图 F i g . 1 (a)S i m p l i f i e dg e o l o g i c a lm a po f t h eS o u t h e r nT i a n s h a nM t s . a n da d j a c e n t a r e a ;(b)g e o l o g i c a lm a p o f t h eB a l e i g o n g;(c)s e c t i o no f t h eo p h i o l i t i cm l a n g e,s h o w i n gt h es a m p l i n g l o c a t i o n s 图(a)中数字代表南天山蛇绿岩或蛇绿混杂岩出露地点①榆树沟;②古洛沟;③霍拉山;④色日克牙依拉克;⑤库勒湖;⑥米斯布拉克;⑦ 长阿吾子;⑧巴雷公;Ⅰ中天山北缘断裂;Ⅱ中天山南缘断裂;Ⅲ塔拉斯费尔干纳断裂;Ⅳ尼古纳耶夫线。图(b) Q第四系; N2狓新近系西域组;N2犪新近系阿图什组;N1 狑 狇 新近系克孜洛依组; (C2P1)犽 犾上石炭统下二叠统喀尔治尔金组;C2犪上石炭 统阿依里河组; (S 3D1) 狑 狆 上志留统下泥盆统乌帕塔尔坎群;D2狋中泥盆统托格买提组。图(c) 的图例1蛇纹石化橄榄岩;2 辉绿辉长岩;3玄武岩;4花岗岩;5硅质岩;6泥灰岩;7变长石石英砂岩;8砂岩;9采样位置及编号 N u m b e r s i nt h e f i g .(a)r e p r e s e n tt h eo u t c r o p so ft h eo p h i o l i t eo ro p h i o l i t i cm l a n g ei nt h es o u t h e r nT i a n s h a n M t s .① Y u s h u g o u;② G u l u o g o u;③ H u o l a s h a n;④S e r i k e y a y i l a k e;⑤ K u l e h u;⑥ M i s i b u l a k e;⑦ C h a n g a w u z i;⑧ B a l e i g o n g .ⅠN o r t h e r nm a r g i n a l s u t u r eo f t h eC e n t r a lT i a n s h a n M t s .;ⅡS o u t h e r n m a r g i n a ls u t u r eo ft h eC e n t r a lT i a n s h a n M t s .;ⅢT a l a sF e r g a n af a u l t;ⅣN i k o l a e v s u t u r e . F i g .(b) QQ u a t e r n a r y;N2狓N e o g e n e X i y u F o r m a t i o n;N2犪N e o g e n e A t u s h i F o r m a t i o n;N1 狑 狇 N e o g e n e K e z i l u o y i F o r m a t i o n; (C2P1)犽 犾U p p e rC a r b o n i f e r o u sL o w e rP e r m i a nK a e r z h i e r j i nF o r m a t i o n;C2犪U p p e rC a r b o n i f e r o u sA y i l i h eF o r m a t i o n; (S 3D1) 狑 狆 U p p e rS i l u r i a nL o w e rD e v o n i a nWu p a t a ' e r k a nF o r m a t i o m;D2狋M i d d l eD e v o n i a nT u o g e m a i t iF o r m a t i o n. L e g e n d so f t h e f i g .(c) 1s e r p e n t i n i z e dp e r i d o t i t e;2d i a b a s i cg a b b r o;3b a s a l t;4g r a n i t e;5s i l i c a l i t e;6m a r l i t e;7m e t a g r e y w a c k e;8 s a n d s t o n e;9s a m p l i n g l o c a t i o na n d i t ss e r i a ln u m b e r 泥质岩, 火山岩主要为基性火山熔岩和少量中性火 山岩,基性熔岩主要为玄武岩、 细碧岩、 细碧玢岩, 中性火山岩主要为蚀变安山岩。石炭纪地层主要由 碎屑岩和灰岩组成,夹极少量玄武岩流纹岩。1 ∶2 0万阿合奇幅区域地质图将其中的志留纪泥 盆纪地层定为乌帕塔尔坎群[ ( SD2) 狑 狆 ] 。 巴雷公镁铁超镁铁质岩石出露于乌帕塔尔坎 群之中, 位于阔克沙勒岭西南部( 阿合奇县城西北约 1 2 0 k m处) , 托什罕河上游北岸的齐齐加纳克苏河 两侧, 呈近东西向分布, 长轴平行齐齐加纳克苏逆冲 断层走向, 北侧与S 1D2地层呈断层接触, 南侧分 布有中二叠纪后碰撞型钾长花岗岩侵入体( 王超等, 2 0 0 7) 。该镁铁超镁铁质岩石主要为蛇纹石化橄 榄岩、 辉绿 ( 辉长)岩、 辉绿玢岩、 块状玄武岩, 多呈 大小不一的残块产于构造岩片或混杂带中, 伴生有 硅质岩、 泥灰岩( 图1 c) 。蛇纹石化橄榄岩出露宽约 2 0 m, 呈透镜体状沿齐齐加纳克苏断裂分布, 蛇纹石 化、 碳 酸 岩 化 强 烈,具 有S S Z(S u p r a s u b d u c t i o n z o n e) 型蛇绿岩的地幔橄榄岩特征( 王超,待刊) 。 泥灰岩为灰黑色, 为蛇纹岩和玄武岩之间的夹层。 玄武岩具块状构造, 块体倾向S E、 倾角2 5 ~4 5 。 辉绿( 辉长) 岩与上部枕( 块) 状玄武岩产状相协调, 显示了同源演化的特征, 其均发生了黝帘石、 绿泥石 化蚀变。硅质岩为灰黑色, 呈夹层状分布于玄武岩 的中上部, 层厚一般为6~3 0 m, 沉积界面与枕状熔 岩表面形态不一致, 岩石具细纹层状构造。 本文涉及的样品包括玄武岩和辉绿岩, 均为黑 色墨绿色。玄武岩具块状构造, 可见气孔状构造, 具斑状结构, 斑晶以斜长石为主, 含量约2 0%。基 质为拉斑玄武结构, 针柱状微晶斜长石杂乱排列, 辉 石、 磁铁矿或隐晶玻璃质填充斜长石格架之中构 成间粒间隐结构, 并且多数被绿泥石化、 钠黝帘石 化或碳酸盐化。辉绿岩具有辉绿结构、 填隙结构, 多 发生钠黝帘石化、 次闪石化, 与玄武岩样品具有相似 的矿物组合及构造特征。 2 测试方法 本文选取了不含气孔和杏仁体的新鲜标本, 经 粗碎后, 挑选足够多的新鲜无脉体的碎块细碎至 2 0 0目以下, 进行地球化学分析。主量、 微量元素分 析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成, 分 析结果见表1。主量元素含量在日本理学R I X 2 1 0 0 X R F仪上测定; 微量和稀土元素是在美国P e r k i n E l m e r公司E l a n6 1 0 0 D R C型电感耦合等离子质谱 ( I C P M S)仪上测试, 样品测试中采用AVG 1和 BHVO 1国际标样监控。 使用传统的重液及电磁方法从岩石样品中分选 出锆石后, 在双目镜下选择晶形好无明显包裹体及 裂隙的锆石颗粒制成样靶以便进行U P b同位素定 年工作。将挑选好的锆石用环氧树脂固定, 待环氧 树脂充分固化后, 仔细抛光至锆石露出核部, 然后进 行锆石的C L显微成像及L A I C P M S分析。锆石 的C L图象分析是利用中国科学院地质与地球物理 所电子探针仪上加载的阴极发光扫描电镜完成。锆 石U P b年龄测定是利用西北大学大陆动力学国家 重点实验室的四极杆I C P M SE l a n 6 1 0 0 D R C, 激光 剥 蚀 系 统 为 德 国 M i c r o L a s 公 司 生 产 的 G e o L a s 2 0 0 M。本研究在标准模式下进行, 测试时 激光束斑直径为3 0 μm,激光剥蚀样品的深度为2 0 ~4 0μm。实验中采用H e作为剥蚀物质的载气,用 547 第6期 王超等 西南天山阔克萨彦岭巴雷公镁铁质岩石的地球化学特征、L A I C P M SU P b年龄及其大地构造意义 表1 巴雷公镁铁质岩石主量元素(%) 及微量元素( μ 犵 /犵) 化学分析数据表 犜 犪 犫 犾 犲1 犕 犪 犼 狅 狉(%)犪 狀 犱狋 狉 犪 犮 犲 犲 犾 犲 犿 犲 狀 狋 狊( μ 犵 /犵)犮 狅 犿 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳犅 犪 犾 犲 犻 犵 狅 狀 犵犫 犪 狊 犻 犮 狉 狅 犮 犽 狊 样品号 0 5 QQ 8 1 0 5 QQ 8 3(2)0 5 QQ 8 4 0 5 QQ 8 5(1)0 5 QQ 8 5(2)0 5 QQ 8 7(2)0 5 QQ 8 7(3) 岩石名称玄武岩玄武岩辉绿岩玄武岩玄武岩辉绿岩辉绿岩 S i O24 7. 1 64 8. 2 44 7. 5 54 7. 3 54 5. 5 34 7. 8 54 7. 6 7 T i O22. 4 92. 9 43. 1 52. 8 13. 7 03. 7 03. 3 4 A l2O31 3. 4 81 3. 0 11 3. 1 31 3. 4 21 2. 4 61 2. 6 61 1. 4 5 Σ F e2O31 2. 6 9 1 3. 7 31 4. 5 41 4. 1 31 5. 0 01 5. 6 31 4. 9 7 Σ F e O1 1. 3 8 1 2. 3 21 3. 0 41 2. 6 71 3. 4 61 4. 0 21 3. 4 3 M n O0. 1 90. 1 40. 1 30. 1 50. 2 10. 1 90. 1 8 M g O7. 0 57. 7 06. 9 56. 8 25. 5 36. 1 86. 3 9 C a O8. 9 87. 4 47. 6 59. 1 38. 9 48. 3 38. 0 9 N a2O3. 6 03. 4 62. 4 63. 2 32. 4 42. 5 52. 2 2 K2O0. 5 50. 4 81. 1 00. 5 70. 7 01. 2 20. 8 1 P2O50. 3 30. 3 30. 4 10. 3 20. 4 10. 7 50. 4 0 烧失量 3. 7 72. 7 33. 0 02. 4 25. 1 81. 0 34. 7 3 总量 1 0 0. 2 91 0 0. 2 01 0 0. 0 71 0 0. 3 51 0 0. 1 01 0 0. 0 91 0 0. 2 5 L i1 6. 2 71 3. 6 11 0. 7 01 2. 6 89. 9 84 3. 8 41 7. 2 0 B e1. 1 71. 0 21. 1 61. 0 41. 2 81. 5 01. 1 0 S c3 1. 0 63 2. 2 03 5. 6 33 4. 6 73 3. 5 83 4. 2 42 9. 0 6 V2 8 4. 7 03 0 9. 4 03 5 8. 4 93 3 6. 8 64 2 3. 9 33 4 1. 9 13 5 4. 4 0 C r1 1 1. 8 81 2 3. 9 91 1 3. 6 28 5. 7 92 8. 9 33 2. 3 23 1. 8 5 C o4 4. 6 05 2. 4 04 4. 0 45 4. 8 44 8. 2 14 7. 1 54 9. 4 2 N i6 2. 9 16 1. 3 65 5. 2 16 3. 0 43 2. 0 82 5. 6 12 9. 1 4 C u8 8. 2 09 2. 4 67 5. 3 11 2 1. 8 69 4. 3 41 5. 0 97 1. 6 3 Z n7 7. 1 11 0 5. 5 51 0 4. 4 31 0 4. 8 41 2 3. 7 71 6 3. 7 81 2 3. 4 5 G a1 8. 5 32 0. 1 12 0. 0 82 0. 1 82 1. 3 82 0. 9 62 0. 4 6 G e1. 9 61. 5 91. 5 41. 5 81. 3 21. 7 01. 3 7 R b9. 3 28. 3 11 9. 4 95. 7 21 3. 1 81 9. 7 41 1. 8 8 S r2 5 6. 2 92 2 7. 7 56 5 6. 1 14 2 6. 0 94 1 2. 1 34 6 6. 1 62 5 3. 6 4 Y2 6. 9 92 9. 1 74 0. 9 52 7. 6 63 7. 3 54 1. 8 13 7. 0 5 Z r1 4 9. 4 71 4 9. 3 01 8 8. 6 81 4 3. 2 71 9 5. 7 52 4 5. 6 71 8 6. 6 8 N b2 0. 0 71 8. 7 42 3. 6 01 8. 0 12 5. 5 83 4. 7 82 4. 2 1 C s1. 8 60. 8 80. 4 40. 4 10. 3 00. 5 73. 0 1 B a1 0 0. 9 31 0 5. 2 12 3 7. 6 62 4 3. 0 81 9 0. 8 15 5 6. 6 01 4 9. 5 4 L a1 7. 6 61 6. 6 72 1. 3 51 6. 0 92 1. 2 93 1. 6 32 2. 7 3 C e3 9. 5 53 8. 0 84 8. 1 43 6. 9 34 8. 0 96 9. 0 15 0. 3 0 P r5. 1 34. 9 06. 4 54. 7 56. 4 49. 2 76. 6 4 N d2 3. 9 52 3. 1 82 9. 7 72 2. 7 72 9. 7 64 1. 2 83 0. 3 9 S m5. 7 45. 7 37. 4 35. 7 27. 2 89. 3 97. 3 0 E u2. 0 52. 0 22. 7 92. 2 62. 5 13. 1 02. 3 5 G d5. 9 56. 0 17. 9 45. 9 77. 5 89. 6 57. 5 9 T b0. 9 50. 9 71. 3 50. 9 71. 2 31. 4 81. 2 0 D y 5. 4 55. 5 68. 2 45. 5 06. 9 78. 4 06. 8 2 H o1. 0 51. 0 71. 6 41. 0 61. 3 41. 6 01. 3 2 E r2. 7 42. 8 24. 5 72. 8 23. 5 34. 2 33. 5 1 Tm0. 3 90. 4 00. 6 90. 4 00. 5 10. 6 00. 5 1 Y b2. 2 22. 3 64. 1 82. 3 73. 0 23. 4 72. 9 5 L u0. 3 20. 3 40. 6 10. 3 40. 4 30. 5 00. 4 2 H f4. 0 53. 9 85. 1 23. 8 45. 2 96. 5 55. 0 9 T a1. 4 61. 4 01. 7 61. 3 41. 8 72. 6 01. 8 0 P b2. 0 22. 7 53. 1 72. 5 82. 3 27. 4 53. 3 1 T h1. 3 71. 5 62. 1 51. 4 22. 0 33. 1 01. 9 7 U0. 4 10. 4 70. 6 50. 4 30. 6 00. 8 90. 6 1 M g # 0. 5 20. 5 30. 4 90. 4 90. 4 20. 4 40. 4 6 M g #=狀( M g 2+) / [ 狀(M g 2+) +狀(Σ F e 2+) ] ; 其中狀( Σ F e 2+=Σ( F e2O3) /8 0。 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N I S TS RM 6 1 0进行仪器最佳 化。详细分析步骤和数据处理方 法参见袁洪林等( 2 0 0 3) 。 3 岩石地球化学 本文玄武岩和辉绿岩的主量 元 素 含 量 基 本 一 致,S i O 2 (4 5 . 5 3% ~ 4 7 . 8 5%) 、A 1 2O3 (1 1 . 4 5% ~1 3 . 4 8%) 、C a O ( 7 . 4 4% ~9 . 1 3%)含 量 较 低; P2O5(0 . 3 3% ~0 . 7 5%) 、T i O2 (2 . 4 9% ~ 3 . 7 0%) 、T F e 2O3 ( 1 2 . 6 9%~1 5 . 6 3%) 含量高; 在 N b/YZ r/ (T i O20 . 0 0 0 1) 图 解上 ( 图2 a) , 样 品 主 体 为 亚 碱 性, 在A l 2O3M g O (F e O t+ T i O2) 图解上均系高F e拉斑系 列 ( 图2 b) ,样 品 总 体 富 钠 (N a 2O/K2O>2) , 但K2O含 量 低, 为低钾钙碱性岩石。M g O含 量为5 . 5 3%~7 . 7 0%, M g #值( 狀 ( M g ) / [ 狀( M g )+狀(F e t o t a l) ]较 低, 介于0 . 4 2~ 0 . 5 3, 显示了演 化 岩 浆 特 征。 样 品 中S i O 2、 N a2O、C r、N i与M g O成较好的 正 相 关,T F e 2O3、T i O2、C a O、 M n O与M g O呈负相关, 显示了 同源演化的特点( 图3) 。 在稀土元素球粒陨石标准化 图解上( 图4 a) , 玄武岩和辉绿岩 具有相似的稀土分配模式, 亦显 示了同源演化的特征。所有样品 稀 土 总 量Σ R E E为1 0 7 . 9 6~ 1 9 3 . 6 1μg/g, 轻 稀 土 富 集, L R E E/HR E E分 异 明 显, (L a/ Y b)N介 于3 . 6 6~6 . 5 4之 间。 稀土元素均比E MO R B富集, 与 洋岛拉斑玄武岩稀土配分模式相 似。样品均富集活动性强不相容 元素(C s、R b、B a、T h、U等) , 具 有明 显 的K、S r亏 损 和B a、P、 N b、T a的富集。与E MO R B相 647 地 质 论 评 2 0 0 7年 图2 巴雷公镁铁质岩石N b/YZ r/(T i O20 . 0 0 0 1) 图解(a)( 底图据W i n c h e s t e ra n dF l o y d, 1 9 7 7) 和 A l2O3M g O(F e O t+T i O 2) 图解(b)( 底图据J e n s o n,1 9 7 6) F i g . 2N b/YZ r/(T i O20 . 0 0 0 1)d i a g r a m(a)(a f t e rW i n c h e s t e rJAa n dF l o y dPA,1 9 7 7)a n d A l2O3M g O(F e O t+T i O 2)d i a g r a m(b)(a f t e r J e n s o n,1 9 7 6)f o rB a l e i g o n gb a s i cr o c k s 图3 巴雷公镁铁质岩石的M g O与其他 氧化物图解 ( 样品图例同图2) F i g . 3M g Ov s . o t h e ro x i d e s f o rB a l e i g o n gb a s i c r o c k s(s a m p l e s l e g e n d s t h es a m e t ot h o s e i nF i g . 2) 比, 除Y和Y b外, 其余元素均比较富集, 说明巴 雷公镁铁质岩石具有比E MO R B更加富集的源 区特征。在N MO R B标准化上( 图4 b) , 样品与 典型的O I T微量元素分配型式非常接近。 样品在Z rZ r/Y图解 ( 图5 a) 中均落入板 内玄武岩区, 在T hN bZ r图解( 图5 b) 中落 入洋岛拉斑玄武岩区玄武岩区, 结合稀土元素和 微量元素化学特征, 表明巴雷公镁铁质岩石具有 O I B性质, 应形成于洋岛( 海山) 环境。 4 锆石L A I C P M SU P b 定年结 果 巴雷公辉绿岩中的锆石非常少, 多呈半自形 到自形, 颗粒直径介于7 0~1 5 0 μm。C L图像显 示( 图6) , 大多数锆石环带结构不明显, 表现出 无环带或弱分带的特征。有些颗粒边部浑圆, 有 窄的圆形环带或半自形的边部。 本文对巴雷公辉绿岩中锆石的1 6个测点进 行了U P b同位素分析, 分析结果见表2和图7。 其中8个测点组成一个年龄密集区( 图7) , 在 C L图像上, 这些颗粒表现出明显的基性岩浆结 晶成因的特点( 图6) , 它们的狀( 2 0 6P b) / 狀( 2 3 8U) 年龄介于4 4 8~4 5 7 M a之间,加权平均年龄为 4 5 02 M a( 图7) 。这些锆石颗粒具有相对较高 的U、T h含量, 分别为1 3 7 . 9 5~5 8 4 . 1 1 μg /g, 1 1 2 . 8 7~3 4 2 . 0 7μg/g,T h/U比值较高, 均大于 0 . 1, 变化于0 . 3 1~1 . 1 9之间, 明显具有典型岩 浆锆石的特点。综合上述特征表明这些颗粒为 747 第6期 王超等 西南天山阔克萨彦岭巴雷公镁铁质岩石的地球化学特征、L A I C P M SU P b年龄及其大地构造意义 图4 巴雷公镁铁质岩石球粒陨石标准化稀土配分模式 (a) 及N MO R B标 准 化 图 解 (b) [ 球 粒 陨 石 数 据、E MO R B数据引自S u n(1 9 8 9) ,N MO R B数据引自P e a r c e (1 9 8 2) ,O I T数据引自T h o m p s o n(1 9 8 2) ] F i g . 4 C h o n d r i t e n o r m a l i z e dR E E p a t t e r n s(a)a n dN MO R B n o r m a l i z e ds p i d e rd i a g r a m(b)f o rt h eB a l e i g o n g b a s i cr o c k s .T h ec h o n d r i t ea n dE MO R Bd a t aa f t e rS u n (1 9 8 9) ,N MO R Bd a t aa f t e rP e a r c e(1 9 8 2) ,O I Td a t a a f t e rT h o m p s o n(1 9 8 2) 岩浆成因锆石特征 (R u b a t t o, 2 0 0 2) , 因而获得的年 龄代表了辉绿岩的结晶年龄。年龄结果表明辉绿岩 形成于晚奥陶世, 说明南天山古洋盆在晚奥陶世存 在洋岛( 海山) 。此外有部分锆石测点获得了较老的 年龄( 1 5 2 7~2 3 6 8 M a) , 但这些测点大都偏离谐和线 较远, 可能由于放射成因铅的丢失造成因, 其代表的 地质含义并不十分清楚, 但不排除可能是岩浆作用 过程中捕获的锆石信息; 还有少量年龄相对偏低的 不谐和年龄, 可能是由于其普通铅偏高造成的。 5 岩石成因及其源区性质 L a/N b比值是指示岩浆陆壳混染的一个有效 指数(T h o m p s o ne ta l ., 1 9 8 4) , 巴雷公洋岛火山岩 的L a/N b比值( 0 . 8 3~0 . 9 4)<1, 说明几乎没有受 到陆壳混染。另外, 由于陆壳中的L I L E比HF S E 图5 巴雷公镁铁质岩石Z rZ r/Y图解(a)( 底图 据M e s c h e d e,1 9 8 6)和T hN bZ r图解(b) ( 底图据M e s c h e d e,1 9 8 6)( 样品图例同图2) F i g . 5 Z rZ r/Yd i a g r a m(a)(a f t e rM e s c h e d e,1 9 8 6) a n dN bZ rYd i a g r a m(b)(a f t e r M e s c h e d e,1 9 8 6) f o rB a l e i g o n gb a s i cr o c k s(s a m p l e sl e g e n d st h es a m et o t h o s e i nF i g . 2) 和R E E富集(T a y l o ra n dM c l e n n a n, 1 9 8 5) ,T h、N b 是相对不活动性元素, 且T h在上地壳中比MO R B 中强烈富集, 所以在绿片岩相中T h/N b是L I L E/ H F S E的 一 种 非 常 有 效 的 比 值。然 而, 具 有 高 L I L E/H F S E和L I L E/R E E比值的玄武岩也可以 是洋岛产生的玄武岩(P e a r ce ta l ., 1 9 8 4) 或特定的 弧后环境( S a u n d e r sa n dT a r n e y,1 9 9 1;F a l l o o ne t a l .,1 9 9 2) 。 由 于 俯 冲 楔 或 沉 积 物 携 带 额 外 的 L I L E,S u b a r c地幔楔也可以产生高L I L E/H F S E 和L I L E/R E E比值。未受到硅铝质地壳或s u b a r c 地幔混染的现代N MO R B和E MO R B,T h/N b比 值分别一般<0 . 0 7和<0 . 1( S a u n d e r se t a l .,1 9 8 8; 847 地 质 论 评 2 0 0 7年 图6 巴雷公辉绿岩中典型锆石的阴极发光电子图像 F i g . 6 C Li m a g e so f z i r c o n s f r o mB a l e i g o n gb a s i c r o c k s(t h en u m b e r r e p r e s e n t s t h eg r a i n s s e r i a l n u m b e r) 表2 巴雷公辉绿岩中锆石的犔 犃 犐 犆 犘 犕 犛犝 犘 犫同位素分析结果 犜 犪 犫 犾 犲2 犔 犃 犐 犆 犘 犕 犛犝 犘 犫犱 犪 狋 犪 犳 狅 狉狕 犻 狉 犮 狅 狀 狊 犳 狉 狅 犿犅 犪 犾 犲 犻 犵 狅 狀 犵犫 犪 狊 犻 犮狉 狅 犮 犽 狊 测点 含量 (1 0-6) P bT hU 2 0 6P b c (%) T h U 狀( 2 0 7P b) 狀( 2 0 6P b)1 σ 狀( 2 0 7P b) 狀( 2 3 5U)1 σ 狀( 2 0 6P b) 狀( 2 3 8U)1 σ 年龄1 σ(M a) 狀( 2 0 7P b) 狀( 2 0 6P b)狀 ( 2 0 7P b) 狀( 2 3 5U) 狀( 2 0 6P b) 狀( 2 3 8U 0 5 QQ 8 5. 0 1 1 5. 0 9 1 1 2. 8 71 4 0. 8 04. 2 2 8 20. 8 0 0. 0 5 4 30. 0 0 1 5 0. 5 4 0 70. 0 1 3 30. 0 7 2 1 20. 0 0 0 5 43 8 44 24 3 994 4 93 0 5 QQ 8 5. 0 2 2 0. 8 1 1 7 2. 9 41 8 9. 1 01. 4 6 0 30. 9 1 0. 0 5 5 40. 0 0 1 0 0. 5 5 1 30. 0 0 8 40. 0 7 2 1 50. 0 0
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