库米什南黄尖石山岩体年龄0708174.pdf

书书书 南天山库米什南黄尖石山岩体的年代学地球化学 和 同位素组成及其成因意义 张成立周鼎武王居里王润三 西北大学 大陆动力学国家重点实验室 西安 山东科技大学 青岛 中国地质大学 地质过程与矿产资源国家重点实验室 武汉 收稿 改回 摘要南天山北缘库米什地区铜花山南部黄尖石山岩体高 和 准铝或过铝质 它们相对 富集 贫 等 略亏损 和 具典型岛弧钙碱性 型花岗岩的元素地球化学特征 其锆石 年龄 为 表明它们是早古生代早志留纪晚期由先存中元古代幔源基性地壳 物质熔融的产物 岩体的 和 等弱亏损 和 丰度及 比值中等则指示是活动大陆边缘俯冲带岛弧演化到正 常大陆弧环境的产物 因此该岩体的形成标志着南天山洋盆于晚志留世时期已进入俯冲消减的活动大陆边缘演化阶段 关键词南天山北缘 库米什 花岗岩类 地球化学 同位素年代学 中图法分类号 岩石学报 国家重点基础研究发展规划编号 自然科学基金编号 中国地质大学地质过程与矿产资源国家 重点实验室科学基金编号 和教育部科学技术研究重大项目批准号 联合资助 第一作者简介 张成立 男 年生 教授 博士生导师 岩石地球化学专业 引言 天山是中国大陆西部一条重要大陆造山带 该造山带 经历了多期构造变形及岩浆活动并发育多条不同时代蛇绿 混杂岩带 其中沿南天山北缘出露的规模宏大的蛇绿构造 混杂岩带被认为是中南天山之间的一条重要地质界线汤 耀庆等李茂松等张旗和周国庆 近年 来 在该蛇绿混杂岩带的西部已获得震旦纪和志留纪的年 代学资料杨海波等龙灵利等高峻等 同时确定出大量早古生代花岗岩体 高 峻等朱志新等朱永峰和宋彪杨天南等 东部库米什以南的铜花山和硫磺山蛇绿混杂岩带中 也有古生代花岗岩体出露 吴文奎等 但至今还少有 岩体精确的锆石 定年也较缺乏系统的岩石地球化学 和同位素示踪研究 鉴于大陆造山带中与蛇绿混杂岩有关 的花岗岩可能存在多种成因类型其中不但包括了与幔源玄 武岩浆结晶分异的斜长花岗岩而且还存在与蛇绿岩形成 演化过程相关的花岗岩类 李武显和李献华 同时造山带花岗岩岩 浆活动常常代表一次重要构造岩浆事件对它们的研究不但 能确定岩浆构造热事件及其形成构造环境而且可有效限定 造山作用过程 因此我们对铜花山南部黄尖石山地区与该 蛇绿混杂岩可能相关的花岗岩体进行详细的野外地质调研 选择典型岩体开展 锆石 定年元素地球化学及 同位素研究确定它们与蛇绿混杂岩的成因关系并为 南天山古生代构造演化提供新的证据 地质概况 南天山北缘库米什蛇绿构造混杂岩出露于库米什以南 的榆树构铜花山和硫磺山一线成一近似透镜状沿北西方 向展布 区内发育超基性岩火山岩以及硅质岩和碳酸盐岩 岩块由各类断层分割并被不同期次花岗岩体所穿插 图 其中在黄尖石山一带前志留系地层中出露了多个 花岗岩体前人将这些岩体归为斜长花岗岩 吴文奎等 有代表性的是铜花山南部黄尖石山南部一个较大岩 体后称为黄尖石山岩体和几个小岩体 其中大岩体出露 图 库米什南部地质简图据新疆地质矿产局 万地质图修编 岩石学报 面积可达 小岩体仅几 或不足 产出 这 些岩体均以近似椭球状呈明显侵入关系侵入于志留系地层 中部分地段可见侵入于蛇绿混杂岩不同岩块中 岩体成分 较均一未发现任何包体但目前已被不同程度片理化特别 是紧邻断层的地带片理化更为强烈指示了后期区域构造活 动的改造 镜下观察表明大小岩体均以中粗粒半自形粒状 结构为主部分可见片状矿物云母类发生扭曲和定向排 列除小岩体很少出现角闪石矿物外它们的主要矿物组成 没有太大区别主要有 斜长石 石英 角闪石 钾长石 黑云 母 副矿物有锆石磷灰石和不透明矿物等 其 中 部分矿物已发生较强变形和蚀变特别是黑云母矿物多 已弯曲并大致定向排列于其它矿物之间长石大多发生绢云 母化黑云母和角闪石也不同程度有绿泥石化 分析测试方法 经常规浮选和磁选方法从黄尖石山岩体中分选出锆石 然后在双目镜下选出晶型完好无裂隙无包体干净透明的 锆石颗粒作为定年样品 锆石矿物的同位素测定由国土资 源部天津地质矿产研究所完成化学分离采用改进后的 流程 和 同位素比值用 热电离质谱测定 和 的全流程本底 详细的测试方法李惠民等已有详述李惠民等 测试结果列于表 谐和图见图 图 黄石尖山岩体锆石 协和图 主量元素在西北大学大陆动力学国家重点实验室采用样品 的碱熔玻璃片在日本理学 荧光光谱仪 上分 析经 和 标样监控分析精度优于 用湿法化学分析确定烧失量 在烘箱中经 高温下烘烤 小时后称重获得 微量元素在同一实 验室用 测定分析方法同 所有样品经 和 国际标 样监控多数微量元素的分析精度优于 分析结果见 表 表 黄尖石山岩体单颗粒锆石 同位素分析结果 样品描述浓度 点号锆石特征 重量 普通铅 含量 同位素原子比率表面年龄 浅黄色透明长柱状自形晶 浅黄色透明长柱状自形晶 近无色透明细长柱状自形晶 浅黄色透明细长柱状自形晶 近无色透明细长柱状自形晶 注 号点 表面年龄统计权重平均值 号点 表面年龄值 同位素原子比率 已对实验空白 及稀释剂做了较正 其它比率中的铅同位素均为放射性铅同位素括弧内的数 字为 绝对误差如 表示 张成立等 南天山库米什南黄尖石山岩体的年代学地球化学和 同位素组成及其成因意义 表 黄尖石山岩体主量元素 微量和稀土元素 分析结果 样品 样品 岩体大岩体小岩体岩体大岩体小岩体 烧失量 总量 同位素组成及 和 含量在中国科学 院地质地球物理研究所经 同位素质谱计测定分析 流程见黄萱的描述黄萱 测试时采用的标样测定 结果及误差为 同位素国际标样 测定值 同 位 素 标 样 的 测 定 值 用 和 进行 同位素质量歧视校正 分 析流程空白实验本底为 和 测试结果列于表 结果 锆石 年龄 用以定年的锆石颗粒为淡黄或近无色的透明长柱状自 形晶所有锆石测定结果均落在谐和线上特别是 号点 的 表面年龄在误差范围内 几乎完全一致其 统计权重平均年龄为 与用 处理所获得的交点年 龄 相一致图 代表岩体的 结晶年龄 谐和线上的 号点数据明显偏低给出 的 表面年龄可能系岩体后期片理化过程 造成放射性 丢失的结果 主量微量及稀土元素 黄尖石山大岩体的 含量较低变化范围较大 为 而小岩体的 高且变化不大 为 属中到酸性岩类 但总体上 它们均表现为中度碱 为 高 铝 和钠 为 富铁 和 岩石的 为 为 属准铝或过铝质钙碱性花岗岩类 岩石学报 表 黄尖石山岩体 同位素组成 样品 注 [] [] 其中 岩体结晶年龄 这些岩体的稀土总量变化范围大 并显示两组稀土模式 一组表现为轻重 稀土分馏较弱 铕中等或弱的负异 常 呈现轻稀土略微富集的右倾谱型另 一组的轻重稀土分馏变化很大 铕 正异常明显 表现为重稀土亏损到强亏损 右倾模式图 然而所有岩石的原始地幔和洋中脊花岗 岩标准化图却表现了相对一致的 等 富集 贫化 亏损的火山弧花岗岩的特点图 同位素 研究区岩体的 和 分别变化于 和 之间表 以 为岩 体形成年龄计算所得的岩体 介于 之间 由于岩石 图 黄石尖山岩体稀土配分模式 图 黄石尖山岩体洋中脊花岗岩及原始地幔标准化图解 洋中脊花岗岩和原始地幔微量元素值分别引自 和 张成立等 南天山库米什南黄尖石山岩体的年代学地球化学和 同位素组成及其成因意义 时可能会给出不合理的 陈江峰和江 明 因此为了减少因高 比值对 模式 年龄计算产生的影响本文采用两阶段模式 计算了岩体 模式年龄 获得的 表明该区大小岩体的 同位素组成比较均一 它们相对一致的 以及 和 小于 除 指示 了大陆地壳演化物质熔融产物的特征 由于花岗岩的 模 式年龄代表其源区物质的平均地壳存留年龄因此根据这些 岩体的 与天山基底岩石 模式年龄峰 值 胡霭琴等相近以及较低的 推断这些岩体应主要为天山基底中元古 代地壳物质部分熔融所形成形成过程可能没有明显地幔物 质的加入这也得到岩体中未发现任何与幔源基性岩浆混合 产生的微粒包体的支持 成因讨论 黄尖石山岩体锆石 定年结果证明其侵位结 晶年龄为 根据该岩体呈明显侵入关系侵入于库米 什南铜花山地区蛇绿混杂岩及志留系地层中图 并结合 该区蛇绿混杂岩块中存在晚志留纪的放射虫硅质岩王作勋 等以及它们形成于洋壳俯冲消减阶段与岛弧密切相 关的弧前盆地环境张成立等同时区内存在早古生 代末期活动陆缘岛弧和大洋环境的多成因类型火山岩 吴 文奎等 董云鹏等 等综合分析黄尖石山岩体 是在早古生代末志留纪活动陆缘大洋俯冲消减过程蛇绿构 造混杂岩不同岩块构造就位过程或之后侵入其中的 岩石学研究表明黄尖石山岩体以斜长石普通角闪石 黑云母石英和少量钾长石及 氧化物为主要矿物组合 地球化学高 和 准铝或过铝质 突出表现了成分变化范围较大的钙碱性 型花岗岩 成因特征 实验岩石学的研究证明当存在中等含量水 压力约 约 的中下地 壳条件下中到高钾含量的玄武质组分物质部分熔融可产 生这种弱过铝 钾中等 的 花岗质岩浆并形成具有斜长石普通角闪石黑云母石英 和 氧化物矿物组合的钙碱性 型花岗岩 黄尖石山大岩体相对低硅 准铝到弱 过铝质 钾不高 它们的 中等偏高 具负的 模式年龄介于 与天山地区古老地壳物质熔融形成的古生代花岗岩 负的 中等到高的 以及岩体 模式年龄 远高于形成年龄的同位素特征十分一致陈义兵等姜 常义等徐学义等而与该时期幔源辉长岩明显 不同在 图中黄尖石山岩体集中分布于天山古 生代基底陆壳物质熔融花岗岩分布范围图 因而表明 它们是中元古代时期源自幔源岩浆的基性地壳物质相当于 玄武质组分部分熔融的产物 而高硅的小岩体表现的高铝 富钠 矿 物组合富斜长石无角闪石矿物则可能代表了岩浆高度演 化过程形成的富含斜长石堆晶组分的产物这与玄武质物质 部分熔融熔体演化晚期与熔体相平衡的矿物组合表现为以 富含斜长石和富 氧化物缺少角闪石矿物组合的特征 相一致 因此黄尖石山岩体是南天山 洋盆演化进入到洋壳俯冲消减时期不同蛇绿岩构造岩块就 位过程活动陆缘中早期幔源分异物质熔融的产物 图 图解 花岗岩及辉长岩数据分别引自徐学义等姜常义等 和朱永峰等 研究表明与俯冲带岩浆活动有关的岩浆岩相对富集 贫化 亏损 和 而且火山弧区花岗岩 及 的比值与其形成过程地幔和地壳组 分的贡献以及岛弧演化不同阶段相关表现为初始弧花岗岩 的 和 低正常弧钙碱性花岗岩高 低 成熟弧花岗岩具有高 和 和高 比值 黄尖石山花岗岩富集 等元 素贫 亏损 和 在洋中脊和原始地幔标准化 图解中显示了与典型火山弧花岗岩基本一致的谱型图 在 构建的花岗岩构造环境判别图解 中落在火山弧花岗岩区图略说明与火山弧构造环境 密切相关 此外 岩体的 和 等元素亏损不强 和 丰度及 比值中等又反映它们可能是活动大陆边缘 俯冲带岛弧演化到正常弧环境的岩浆产物 稀土元素上黄 尖石山岩体主体稀土总量不高轻重稀土分馏不大 中等 或弱负异常图 表现了源自中下地