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书书书 塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩锆石 U P b年龄和 H f 同位素研究 李广伟1 , 2 方爱民3 吴福元4 刘小汉1 潘裕生4 王世刚5 L I G u a n g We i 1 , 2 ,F A N GA i Mi n 3 ,WUF u Y u a n 4 ,L I UX i a o H a n 1 ,P A NY u S h e n g 4a n dWA N GS h i G a n g5 1 .中国科学院青藏高原研究所, 北京 1 0 0 0 8 3 2 .中国科学院研究生院, 北京 1 0 0 0 3 9 3 .中国地质科学院地质力学研究所, 北京 1 0 0 0 8 1 4 .中国科学院地质与地球物理研究所, 北京 1 0 0 0 2 9 5 中国矿业大学, 北京 1 0 0 0 8 3 1 I n s t i t u t e o f T i b e t a nP l a t e a uR e s e a r c h , C h i n e s e A c a d e m yo f S c i e n c e s , B e i j i n g1 0 0 0 8 3 , C h i n a 2 G r a d u a t e U n i v e r s i t yo f C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s , B e i j i n g 1 0 0 0 3 9 , C h i n a 3 I n s t i t u t e o f G e o m e c h a n i c s ,C h i n e s e A c a d e m yo f G e o l o g i c a l S c i e n c e , B e i j i n g 1 0 0 0 8 1 , C h i n a 4 I n s t i t u t e o f G e o l o g ya n dG e o p h y s i c s , C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s , B e i j i n g 1 0 0 0 2 9 , C h i n a 5 C h i n aU n i v e r s i t y o f M i n i n g&T e c h n o l o g y ,B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 , C h i n a 2 0 0 8 0 3 1 4收稿, 2 0 0 8 0 9 2 0改回 L i G W,F a n gA M,WuF Y ,L i uX H,P a nY Sa n dWa n gS G 2 0 0 9 S t u d i e s o nt h eU P ba g e s a n dH f i s o t o p e s o f z i r c o n s i n t h eA o y i t a k ep l a g i o c l a s eg r a n i t e ,w e s t T a r i m A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a , 2 5 ( 1 ) 1 6 6- 1 7 2 A b s t r a c t I ns i t uU P ba g e s a n dH f i s o t o p e s o f A o y i t a k ep l a g i o c l a s eg r a n i t ei nw e s t K u n l u nw e r ea n a l y z e do nt h eb a s i s o f m i r c r o d i s t r i c t s t u d i e s u p o nz i r c o n s s e l e c t e df r o mt w os a m p l e s Z i r c o nU P ba g e s o f t h e t w o s a m p l e s a r e 3 3 7 5 6 5 M a a n d 3 3 9 2 6 5 M a , r e s p e c t i v e l yw i t ht h e i r T h / Ur a t i oo f 0 3~1 0 ,w h i c hi sc o n s i s t e n t w i t ht h eS H R I M Pa g e st e s t e db yZ h a n ge t a l ( 2 0 0 6 ) T h e A o y i t a k ep l a g i o c l a s eg r a n i t ez i r c o n s ,w i t ht h e i r 1 7 6H f /1 7 7H f r a t i o s v a r y i n gi n0 2 8 2 9~ 0 2 8 3 1 ,h a v eh i g hp o s i t i v eε H f( 1 2~ 1 7 )a n d d e p l e t e dm a n t l em o d e l a g e s ( a v e r a g e da t 3 5 9 1 M a ) ,w h i c hi sa l m o s t e q u a l t ot h e i r U P ba g e s I nt h e 1 7 6H f /1 7 7H f ε H fd i s c r i m a t i o n d i a g r a m s , t h e s e z i r c o n s w e r e p l o t t e do nt h e d e p l e t e dm a n t l e e v o l u t i o nl i n e , i n d i c a t i n g t h a t t h i s g r a n i t e w a s d e r i v e df r o mt h e n e wb a s a l t i c l o w e r c r u s t w h i c hi so r i g i n a t e df r o md e p l e t e dm a n t l e ,t h r o u g has e r i e so f c r y s t a l l i z a t i o nd i f f e r e n t i a t i o n s C o m p a r e dw i t hc u r r e n t d a t a f r o ms t u d i e s o nt h el a y e r e dc o m p l e xm a s s i nB a c h u K a s h g a r z o n e ,A o y i t a k eg r a n i t eb e a r s s i m i l a r c h a r a c t e r i s t i c s o f i t s p r i m a r y m a g m a w i t ht h e f o r m e r ,w h i c hw e r e s u p p o s e dt o b e o r i g i n a t e df r o mp a r t i a l m e l t i n g o f t h e y o u n g b a s a l t i c l o w e r c r u s t r e l a t e dt o t h e m a n t l e p l u m e a c t i o nd u r i n gt h ec a r b o n i f e r o u s T i a n s h a nr i f t p e r i o d K e yw o r d s We s t e r nT a r i m ;A o y i t a k ep l a g i o c l a s eg r a n i t e ;U P bd a t i n ga n dH f i s o t o p e 摘 要 作者对塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩中的锆石进行了配套的原位微区 U P b 年龄和 H f 同位素分析。两个样品 的锆石 U P b 平均年龄分别为 3 3 7 5 6 5 M a 和 3 3 9 2 6 5 M a ( T h / U比值在 0 3~ 1 0之间) , 与前人所获得的 S H R I M P年龄 基本一致。所有锆石的1 7 6H f / 1 7 7H f 比值均分布在 0 2 8 2 9~ 0 2 8 3 1之间, 并具有极高的正 ε H f值( 1 2~ 1 7 ) , 其平均 L u H f 亏损地 幔模式年龄为 3 5 9 1 M a , 与其 U P b 年龄十分接近。上述 H f 同位素特点反映出其源区可能为新生的玄武质下地壳。此外, 所 有锆石的1 7 6H f / 1 7 7H f 比值和 ε H f值基本位于亏损地幔演化线上, 指示该新生的玄武质下地壳来源于亏损地幔。结合前人对该 岩体以及区域地质的研究, 推测奥依塔克岩体应与巴楚喀什一带石炭纪似层状杂岩体相关, 其形成可能受石炭纪时导致天 1 0 0 0 0 5 6 9 / 2 0 0 9 / 0 2 5 ( 0 1 ) 0 1 6 6 7 2A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a 岩石学报 国家自然科学基金( 4 0 6 7 2 1 5 2 ) 、 地质力学研究所基本科研业务费项目( D Z L X J K 2 0 0 8 0 8 ) 以及中国科学院知识创新工程重要方向项目 ( k z c x 3 s w 1 4 3 ) 资助. 第一作者简介 李广伟, 男, 1 9 8 2年生, 博士生, 构造地质专业, E m a i l g u a n g w e i l i @i t p c a s . a c . c n 通讯作者 方爱民, f a m @m a i l . i g g c a s . a c . c n 山裂谷发育的地幔柱活动的影响。 关键词 塔里木西段; 奥依塔克岩体; 斜长花岗岩; U P b 年龄和 H f 同位素 中图法分类号 P 5 9 7 . 3 1 引言 作为大陆地壳的重要组分 花岗岩, 一直是岩石学的 重要研究方向, 而其成因方面的研究, 又是其中的核心问题。 西昆仑作为我国中央造山带的重要组成部分, 其内部发现众 多与造山带相关的花岗岩体( 潘裕生和王毅, 1 9 9 4 ; 丁道桂 等, 1 9 9 6 ; 姜耀辉等, 1 9 9 9 ; 袁超等, 2 0 0 3 ; Y ee t a l ,2 0 0 8 ) , 对 这些花岗岩体成因方面的研究为揭示中央造山带的地质演 化提供了重要的指示。近年来, 随着西昆仑地区花岗岩成因 研究的不断进步, 人们对西昆仑造山带构造演化的认识也深 入了不少。肖文交等( 2 0 0 3 ) 、 X i a oe t a l ( 2 0 0 2 , 2 0 0 3 ) 根据一 些克沟复理石火山岩组合以及不孜完超基性岩块的岩石 地球化学特征, 指出石炭三叠纪西昆仑有明显的俯冲增 生, 并提出西昆仑多期增生造山作用的观点。随之, 袁超等 ( 2 0 0 3 ) 通过对北昆仑地体南缘‘ 1 2 8公里’ 花岗岩体的研究, 提出引起南北昆仑地体碰撞的原特提斯, 其俯冲消减极是向 北, 并非前人所认为的向南 ( 潘裕生, 1 9 8 9 ; M a t t e r na n d S c h n e i d e r , 2 0 0 0 ) 。根据前人对西昆仑的花岗岩类岩石的研 究表明, 尽管该类岩石以钙碱性为主, 但它们并不都与俯冲 消减作用有关( 袁超等, 2 0 0 0 , 2 0 0 3 ) 。而在西昆仑造山带北 部与塔里木板块的接触带上发现的奥依塔克斜长花岗岩体, 对揭示该造山带演化有着重要作用, 但前人对该岩体的研究 仍存在不少争议( 姜耀辉等, 1 9 9 9 ; 张传林等, 2 0 0 6 ) 。本文以 该岩体为研究对象, 挑选其中的锆石进行了单颗粒锆石 U P b 年龄的测试, 并首次对其锆石进行了 H f 同位素研究, 藉此 探讨其年龄及源区性质。 2 地质背景 奥依塔克斜长花岗岩体位于西昆仑造山带内的北昆仑 地体与塔里木地块交汇处, 岩体出露面积约 6 0 k m 2,侵入于 中元古代片岩、 千枚岩和下石炭统火山岩中。其主要的岩石 组合为英云闪长岩, 含少量的闪长岩和石英闪长岩( 张传林 等, 2 0 0 6 ) 。根据区域资料和前人研究成果, 早古生代南昆仑 地体沿库地苏巴什蛇绿岩带与北昆仑地体发生拼合, 并在 北昆仑地体内形成了大量加里东期花岗岩( 丁道桂等, 1 9 9 6 ; 姜耀辉等, 1 9 9 9 ) 。根据其地球化学特点, 将这些花岗岩分别 划分为洋中脊型( O R G ) 、 俯冲型、 碰撞型、 碰撞后 A型等, 其 中奥依塔克岩体被认为是洋中脊型, 并属于库地苏巴什蛇 绿岩带的重要组成之一( 丁道桂等, 1 9 9 6 ; 姜耀辉等, 1 9 9 9 ) 。 但随后张传林等( 2 0 0 6 ) 根据锆石 U P b年龄的限定, 认为奥 依塔克岩体不是库地绿岩带的组成部分, 而是石炭纪天山造 山带大陆裂谷作用在塔里木板块内部的反映。 对于奥依塔克岩体年代以及源区的研究一直存在着争 议。许荣华等用 T I M S法测定片麻状黑云母花岗岩的锆石 U P b 年龄为 2 7 7 6 M a ( 转引自张传林等, 2 0 0 6 ) 。新疆第二 区调队采用颗粒锆石 U P b蒸发法获得其年龄为 3 5 94 6 M a , 姜耀辉等( 1 9 9 9 ) 报道了其 S m N d法年龄为 6 2 3 M a 。张 传林等( 2 0 0 6 ) 利用锆石 S H R I M PU P b法测得其年龄为 3 3 0 7 4 8 M a 。本文主要通过采用 L A M C I C P M S法对其 锆石 U P b 以及 H f 同位素组成进行了测定, 为确定该岩体的 形成年代和源区性质提供了新的资料。 3 采样及分析方法 本文样品取自奥依塔克村西( 样品 F A Y 5 , 坐标 N 3 8 5 7 1 9 4 ′ , E 7 5 2 2 3 9 7 ′ ) 以及奥依塔克中巴公路西出露的花岗 岩体( 样品 F G Z 1 5 , 坐标 N 3 8 4 9 7 3 0 ′ , E 7 5 2 8 8 9 7 ′ ) ( 图 1 ) 。两样品岩性均为斜长花岗岩, 主要造岩矿物包括斜长石 ( 5 5 %) 、 钾长石( 1 5 %) 、 石英( 1 5 %) 和角闪石( 1 0 %) ,副矿 物包括榍石、 磷灰石和锆石等。样品破碎后手工淘洗分离出 重矿物, 经磁选和电磁选后, 在双目镜下挑出锆石颗粒( 大于 1 0 0 0粒) 。选取代表性锆石 3 0 0余粒, 制靶后通过透射光和 反射光照相, 并在中国科学院地质与地球物理研究所采用阴 极发光对锆石内部结构进行了研究。 样品的锆石 U P b和 H f 同位素测试是在中国科学院地 质与地球物理研究所多通道等离子质谱实验室完成, 该实验 室是采用 N e p t u n e 多接收电感耦合等离子体质谱仪和 1 9 3 n m 激光取样系统( L A M C I C P M S ) 进行测试的。分析时激光束 直径为 4 0~ 5 0 μ m , 激光剥蚀时间 8 0~ 1 2 0 s , 剥蚀样品的深度 为 4 0~ 6 0 μ m , 测定时用 9 1 5 0 0标样 N I S T 6 1 0作外标。分析 中所用的激光脉冲速率为 1 0 H z , 激光束的脉冲能量为 0 6~ 1 3 m J 。G r i f f i ne t a l ( 2 0 0 0 ) 对 L A M C I C P M S 的运行条件、 详 细的分析过程、 数据精度等做了详细介绍。锆石 L A M C I C P M S 测年和 H f 同位素测定的精度和分析误差见文献 ( B e l o u s o v ae ta l ,2 0 0 1 ; J a c k s o ne ta l ,2 0 0 4 ; Wue t a l , 2 0 0 6 ) 。 本文中锆石 H f 同位素的 ε H f值以及亏损地幔模式年龄 计算采用公式如下 ε H f( 0 )= [ ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) S/ ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) C H U R , 0- 1 ] 1 0 0 0 0 ε H f( t )={ [ ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) S-( 1 7 6L u /1 7 7H f ) S( e t-1 ) ] / [ ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) C H U R , 0-( 1 7 6L u /1 7 7H f ) C H U R( e t- 1 ) ]- 1 } 1 0 0 0 0 t D M=1 / λ{ 1+[ ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) S-( 1 7 6H f /1 7 7H f ) D M] / [ ( 1 7 6L u /1 7 7H f ) S- ( 1 7 6L U/1 7 7H f ) D M] } 761李广伟等 塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩锆石 U P b 年龄和 H f 同位素研究 图 1 奥依塔克花岗岩所处构造位置、 岩体地质图以及 采样点位置( 据张传林等, 2 0 0 6 , 修改) F i g 1 T e c t o n i c a n ds a m p l i n g p o s i t i o na n dg e o l o g i c a l s k e t c h f o r A o y i t a k ep l a g i o c l a s eg r a n i t eb o d y( m o d i f i e da f t e r Z h a n g e t a l , 2 0 0 6 ) 其中, ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) S和 ( 1 7 6L u /1 7 7H f ) S为 样 品 测 定 值, ( 1 7 6L u /1 7 7H f ) C H U R=0 0 3 3 2 , ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) C H U R , 0=0 2 8 2 7 7 2 ; ( 1 7 6L u /1 7 7H f ) D M= 0 0 3 8 4 , ( 1 7 6H f /1 7 7H f ) D M= 0 2 8 3 2 5 。t 为样 品形成时间, λ= 1 8 6 7 1 0 - 1 1y e a r- 1( B i c h e r t T o f t a n dA l b a r , 1 9 9 7 ;G r i f f i ne t a l ,2 0 0 0 ;S o d e r l u n de t a l ,2 0 0 4 ;Y a n g e t a l , 2 0 0 5 ;吴福元等, 2 0 0 7 ) 。 4 分析结果 4 1 锆石结构特征 两个样品中挑选的所有锆石均为透明长柱状晶体( 部分 颗粒表面有溶蚀) , 晶体自形好( 部分颗粒有残缺) , 其长轴 在 1 0 0~ 2 5 0 μ m , 之间, 长短轴之比为 1 / 2~ 1 / 4 。在阴极发光 照片中, 具有典型的岩浆锆石生长环带( 图 2 ) 。 4 2 锆石 U P b 年龄 在所测试样品 F A Y 5的 1 9颗锆石中, 其 T h / U比值为 0 2 6~ 0 4 0之间, 另有三个分别为 0 4 7 、 0 5 6 、 0 6 1 , 但 T h / U 总体偏低( 表 1 ) , 其年龄相对协和, 并给出平均 3 3 7 5 6 5 M a 的2 0 6P b / 2 3 8U ( 9 5 % c o n f M S WD =4 5 ; 图 3 ) 。同样 在所测样品 F G Z 1 5的 1 9颗锆石中, T h / U比值( 除两个值为 0 9 3 、 1 0外) 分布相对比较均匀( 0 6~ 0 8 ) ( 表 1 ) , 其分析 点较为协和, 并给出平均 3 3 9 2 6 5 M a 的2 0 6P b / 2 3 8U ( 9 5 % c o n f M S WD =2 ; 图 3 ) 。 4 3 锆石 H f 同位素 所测样品 F A Y 5锆石的1 7 6H f / 1 7 7H f 平均比值为 0 2 8 3 0 0 0 0 0 0 0 2 1 , ε H f值为 1 2 5~ 1 7 5 , 其平均平均 H f 模式年龄 t D M 1= 3 6 5 1 M a 。所测样品 F G Z 1 5锆石的 1 7 6H f /1 7 7H f 平均比 值为 0 2 8 3 0 2 0 0 0 0 0 2 4 , ε H f值为 1 4 0~ 1 7 2 , 平均 H f 模式 年龄 t D M 1= 3 4 4 1 M a ( 表 1 ) 。两个样品的模式年龄与其 U P b 图 2 F A Y 5 ( a ) 和 F G Z 1 5 ( b ) 锆石颗粒阴极发光影像 F i g 2 C Li m a g i n e s a n da g e s o f t e s t e dz i r c o n s f r o ms a m p l eF A Y 5a n dF G Z 1 5 861A c t aP e t r o l o g i c aS i n i c a 岩石学报 2 0 0 9 , 2 5 ( 1 ) 书书书 961李广伟等 塔里木西部奥依塔克斜长花岗岩锆石 U P b 年龄和 H f 同位素研究 图 3 奥依塔克斜长花岗岩锆石 U P b 年龄协和图 F i g 3 C o n c o r d i ap l o t o f U P br e s u l t f o r A o y i t a k ep l a g i o c l a s eg r a n i t ez i r c o n s 图 4 锆石年龄 H f 同位素相关性图解 F i g 4 U P ba g ev s H f i s o t o p e s o f z i r c o n s 图 5 锆石 H f 同位素比值与单模式年龄对应关系 F i g . 5 H f i s o t o p i cr a t i o s a n dm o d a l a g e s o f t e s t e dz i r c o n 年龄( 3 3 7 5 6 5 M a 、 3 3 9 2 6 5 M a ) 十分接近。同时所测 锆石年龄与 H f 同位素相关性分析( 图 4 ) 显示, 两个样品锆 石的7 6H f / 1 7 7H f 和 ε H f值投点几乎都位于亏损地幔演化线上, 这表明此区岩体可能为新生玄武质下地壳物质或者是亏损 地幔物质直接分异结晶来源。 5 讨论 5 1 形成年龄 根据锆石 U P b 年龄测定, 两个样品年龄值分别为 3 3 7 5 6 5 M a 、 3 3 9 2 6 5 M a , 其年龄协和度很高( 图 3 ) 。这一分 析结果与张传林等( 2 0 0 6 ) 通过锆石 S H R I M PU P b 法测得的 年龄( 3 3 0 7 4 8M a ) 一致。 5 2 源区讨论 H f 同位素的示踪研究已经广泛地应用于一些重要地球 化学储库( 如亏损地幔、 球粒陨石和地壳等) 的源区判别( 吴 福元等, 2 0 0 7 ; 图 4 ) 。对岩浆岩锆石 H f 同位素的研究表明, 具有低的
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