西天山独库公路花岗片麻岩的锆石UPb年龄及其地质意义.pdf

28 增刊 63 70 8 Chen J F, Foland K A. Magmatism along the southeast margin of the Yangtze block, Precambrian collision of Yangtze and Cathysia blocks of China. Geology, 1991, 19 815 -818 9 郭令智, 卢华复, 施央申, 等. 江南中、 新元古代岛弧的运动学和动力学. 高校地质学报,1996, 21 1 13 10 李献华,周国庆, 赵建新, 等. 赣东北蛇绿岩的离子探针锆石 U -Pb年龄及其构造意义. 地球化学,1994, 23 2 117 123 11 Shi Y, Shu L, Brewer R C, et al. Late Proterozoic terrane tectonics in the central Jiangnan belt, southeast China. 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Geology, 1989, 16 418 421 21 李继亮,孙枢, 许靖华, 等. 南华夏造山带构造演化的新证据. 地质科学, 1989, 24 3 217 325 1999 -04 -01 收稿, 1999 -05 -26 收修改稿 西天山独库公路花岗片麻岩的锆石 U -Pb 年龄及其地质意义 陈义兵 胡霭琴 张国新 张前锋 中国科学院广州地球化学研究所, 广州 510640 摘要 采用颗粒级锆石U -Pb 定年方法, 精确测得西天山独库公路拉尔敦达坂处花岗片麻岩中 的结晶锆石年龄为 882 33 Ma, 它代表了花岗质岩浆的结晶时代. 其较高的ASI 值 1. 09 和 LILE,LREE 含量, 明显的负 Eu 异常D Eu 0. 42 和 Ba, Sr, P,Ti, Nb 的亏损, 表明源岩为成熟度 很高的陆壳物质.花岗片麻岩具有较老的 Nd 模式年龄值 2. 65 Ga 和低的 ENd t 值 - 1411 、 高的初始 Sr 比值 0. 717 0 , 表明熔融母岩具有很长的地壳存留时间.地质解释认 为花岗片麻岩是由古老的基底地壳物质重熔形成的. 关键词 锆石 U -Pb 年龄 花岗片麻岩 独库公路 西天山 天山造山带是中亚造山带的重要组成部份, 是目前世界上最重要的显生宙增生造山带之 一, 最新研究表明天山造山带古生代花岗岩的 Nd 同位素组成明显受其基底特征控制[1].因 此, 天山造山带基底特征对研究古生代地壳增生, 以及中亚造山带地壳演化均具有重要意义, 这也是 IGCP -420项目当前研究的热点问题之一1. Nd -Sr 同位素示踪结果表明, 天山造山带基 1 Jahn BM. Introduction to IGCP -420 What, Why andHow Continental Growth in the Phanerozoic Evidence from the Eas- t Central Asian Orogenic Belt ECAOB . IGCP -420 Frist Workshop Schedule and Abstracts, 1998 2328 第44 卷 第 21 期科 学 通 报1999 年11 月 简报 底为18 20 亿年前形成的大陆地壳[2], 而构造研究结果还指出东、 西天山有不同的地质演化历 史, 并把它们归入不同的构造单元中[3 5]. 东天山基底时代的研究已积累了较可靠的Sm -Nd, Rb - Sr, 锆石U -Pb 年代学资料,基本上确定为 18 14亿年[6 8]. 但是, 西天山基底岩石的时代一直是 个悬而未决的问题, 由于研究对象和测试条件限制, 以前的研究都没有获得十分可靠的年龄结 果[9], 1. 因此, 精确的锆石U -Pb年龄结果对于认识西天山前寒武纪基底性质是十分必要的. 1 地质概况 在西天山地区, 沿那拉提山主脊和哈尔克山北坡呈带状断续分布的一套角闪岩相变质岩 下元古界那拉提群, 被看作是天山基底的组成部分, 即所谓的/ 中天山结晶轴0[10].独库公路 剖面横穿那拉提山, 是认识那拉提群地质特征的窗口, 对于认识西天山前寒武纪地壳基底的性 质和重建中亚造山带构造演化有着重要的意义, 备受中外地质学家的关注. 独库公路南段拉尔敦达坂 巴音布鲁克北部 处出露了 2 3 km 的前寒武纪变质岩, 属于 下元古界那拉提群, 主要岩性为斜长角闪岩、 云母石英片岩、 角闪斜长片麻岩、 眼球状混合片麻 岩、 肠状混合片麻岩及花岗片麻岩等, 其南与上志留统巴音布鲁克组火山岩及灰岩断层接触, 北与闪长岩体呈侵入接触. 其岩石成分具有明显的分带现象, 南段以斜长角闪岩为主, 北段以 花岗片麻岩类为多.花岗片麻岩具鳞片不等粒状变晶结构, 片麻状构造, 局部具有粗糜棱结 构.主要矿物成分与花岗岩相当, 以石英, 斜长石及钾长石为主, 暗色矿物主要为黑云母, 其次 为少量白云母.副矿物为微量自形或半自形磷灰石及锆石.本文在前人已有的研究基础上, 进一步对花岗片麻岩进行精确的颗粒级锆石U -Pb 定年, 并根据地球化学特征讨论其物质来 源, 从而为进一步揭示西天山前寒武纪地壳演化历史提供新的证据. 2 元素地球化学特征 常量元素用常规化学方法分析, 在中国科学院地球化学研究所完成.微量元素用电感耦 合等离子体质谱法 ICP -MS 分析, 在中国科学院广州地球化学研究所完成. 常量元素组成为 SiO2 69. 82 , TiO2 0. 50, Al2O3 14. 94, Fe2O3 1. 00, FeO 2113, MnO 0. 05, MgO 0. 80, CaO 2. 90 , Na2O 4. 24 , K2O 1. 35, 烧失量为 1172, 总计 99. 45, 从化学成分上看, 其原岩相当于英云闪长岩. 花岗片麻岩的 Al2O3含量 相对较高, 表现在 C. I. P. W 指数中标准刚玉分子为 1. 71 1 , 而铝饱和指数 ASI 即 Al2O3/ CaO Na2O K2O 克分子比值 为 1. 09 1. 05 , 相当于过铝质花岗岩.在岩石化学特 点上类似于陆壳改造型 或S 型 花岗岩, 表明其来源于硅铝质地壳的重熔. 在初始地幔标准化的微量元素分布图上, 花岗质片麻岩表现出典型的大陆上地壳岩石的 特点, K, Rb, U, Th 等大离子亲石元素明显富集, 低 Ba, Sr, Ti 和 Nb, Ta, Zr, Hf 的相对亏损.其 Rb/ Sr 0. 5, Th/Ta 23. 81,Th/ Yb 9. 83,Nb/Y 0. 43,Ti/ Zr 21. 65, Zr/Y 5. 0, Ti/V 127. 7, Ga/Sc 1. 1, Ga/Al2O3 1. 29.稀土元素总量为 200 10- 6, 轻稀土富集, La/YbN 10. 93, 有 明显 Eu 负异常, 其D Eu 0. 42.上述元素地球化学特征反映花岗片麻岩具有陆壳重熔型 或 S 型 花岗岩特征, 在Nb -Y 和 Rb - Y Nb 图[11]和 R1-R2图解上[12], 花岗片麻岩投点在火山弧 VGA 和同碰撞 Syn -COLG 区内, 是大陆碰撞阶段的产物. 1 胡霭琴, 张国新, 张前锋, 等. 新疆北部造山带前寒武纪基底特征及其成矿前景研究. 新疆维吾尔自治区国家 305 项 目办公室, 1995 2329 第44 卷 第 21 期科 学 通 报1999 年11 月 简报 3 锆石 U -Pb年龄测定结果 花岗片麻岩的采样位置为独库公路 784 km 处的拉尔敦达坂, 样品重约 30 kg.从中分选 出来的锆石除少数具有熔蚀圆化现象外, 大部分晶形完好, 浅紫色、 浅黄色和无色透明, 呈短柱 状或长柱状, 主要为{ 100} 、 {110}和{111} 的聚形.长度为 0. 05 0. 35 mm, 延伸系数 长度/ 宽 度 一般为 1 4.在双目显微镜下仔细挑选晶形好、 无暗色包体、 无裂隙的锆石送中国科学院 地质研究所同位素实验室, 采用205Pb -235U 混合稀释剂测定U, Pb 含量及 Pb 同位素组成, 同位 素分析在 VG354 质谱计上完成[13].U -Pb 分析结果列于表 1, 数据回归和年龄计算用 ISOPLOT[14]来处理, Pb/U 比值的误差为 1 2 . 表 1 西天山独库公路花岗片麻岩锆石 U -Pb 同位素分析结果a 序号样品号 含量 U pgaPb pga 铅同位素组成 206Pb/ 204Pb 207Pb/ 204Pb 208Pb/ 204Pb 同位素原子比值 206Pb* / 238U 207Pb* / 235U 207Pb* / 206Pb* 表面年龄/Ma 206Pb/ 238U 207Pb/ 235U 207Pb/ 206Pb 1966026 -1392. 269. 311 992150. 61133. 470. 154 41. 4570. 068 5925913881 2966026 -2419. 291. 733 344244. 91195. 090. 193 81. 8430. 069 01 142 1 061 899 3966026 -3716. 5111. 61 19096. 00794. 989 0. 133 21. 2610. 068 7806828888 4966026 -4498. 997. 7862056. 91468. 117 0. 159 41. 5120. 068 8954935891 5966026 -5129. 645. 748119. 79640. 861 0. 158 61. 4800. 067 8949922855 a 分析者 中国科学院地质研究所同位素实验室许荣华等. 206Pb* , 207Pb* 指放射成因Pb 同位素, 全流程Pb 本底为 0 1021 pga, 普通铅按206Pb/ 204Pb 17.53,207Pb/204Pb 15. 48 校正, 年龄计算所用的衰变常数为238U 0. 155 125 Ga- 1,235U 01984 85 Ga- 1,238U/235U 比值为 137. 88 图 1 西天山独库公路花岗片麻岩锆石 U -Pb 谐和图 从谐和图看 图 1 , 5 个组分点形成相关性非常好的不一致线, 与一致曲线的上交点年龄 为 882 33 Ma MSWD 5. 6 . 其中第 3 组分点的表面年龄关系为 t207/206 t207/235 t206/ 238, 说明表面年龄的不一致是由后期 Pb 丢失引起的, 这时 t207/206值 888 Ma 最接近真实年龄, 因 为这组年龄对 Pb 的丢失不敏感, 特别是近期的 Pb 丢失, 基本上不影响年龄值.除了第 2 组分 点在一致曲线的上方外, 第1, 4, 5组分点均落在一致曲线的附近.这种情况可能由以下的因 2330 第44 卷 第 21 期科 学 通 报1999 年11 月 简报 素引起 1 由于部分锆石颗粒中母体U 丢失的结果, 则年龄关系为 t207/206 t207/ 235 t206/ 238的 反相关关系, t207/ 206值最接近真实年龄. 2 由于某种原因造成子体 Pb 获得的结果, 但除非铅 获得是现在发生的, 地质上发生铅获得的可能性极小, 且由于其同位素组成未知, 3 个表面年 龄之间无规律可循, 无法进行判断. 3 由于样品锆石中含有其他矿物 如磷灰石 细小包裹 体, 其普通铅含量较高, 造成样品的206Pb/ 204Pb 较低, 因而在扣除普通铅时引起误差较大, 致使 所得年龄的误差较大, 且表面年龄之间无规律性可循. 这 4 个点的表面年龄关系均为 t2 07/ 206 t207/235 t2 06/ 238的反相关关系, 而且最不一致的第 2 组分206Pb/ 204Pb 比值最高 3344 , 因此可以 排除第 2 和 3 种情况, 说明表面年龄的不一致是由于U 丢失引起的. 几组分锆石构成所谓 的反向不一致线的情况是比较少见的, 在澳大利亚曾有类似的例子[15]. 除第 2 组分点有较多 的U 丢失外, 第1, 4, 5 组分点的 U 丢失都很少, 它们的 t207/206值 855 899 Ma, 其加权平均年 龄值为 882 17/ - 27 Ma 同样是最接近真实年龄的.由图 1 可见母、 子体的迁移作用发生在 近期, 而其中第 5 组分点的206Pb/ 204Pb 比值太低 81 , 为了消除可能因扣除普通铅不当而引起 的较大误差, 因此可采用206Pb/ 204Pb -207Pb/204Pb 图解法进行对比, 5 个点得到线性相关性很好的 等时线, 年龄为 891 14 Ma MSWD 512 图 2 .5组分锆石组成的U -Pb 不一致线上交点 年龄、 Pb -Pb 等时线年龄与各组分点的 t207/206年龄在误差范围内是一致的, 因此我们认为 882 33 Ma 这个年龄代表了锆石结晶年龄, 同时也是花岗质岩浆的形成时代. 图 2 西天山独库公路花岗片麻岩锆石206Pb/ 204Pb -207Pb/204Pb等时线图 4 讨论 前寒武纪基底中花岗质岩石占有重要地位, 和许多重大的地质问题有关, 其成因问题成为 研究人员普遍关注的课题之一.由于经受了多次构造 -变质 -岩浆活动, 绝大多数的前寒武纪 的花岗质岩石以花岗片麻岩 或片麻状花岗岩 类产出. 本研究精确测定了西天山基底碰撞型 花岗片麻岩的形成年龄为 882 33Ma, 对深化西天山基底构造演化的认识具有重要意义.花 岗片麻岩的147Sm/ 144Nd 01116 8,f Sm/ Nd - 0. 41, 与大陆上地壳的平均值 - 014 一致, ENd 0 - 23.1, ENd t 值为- 14. 1; 87Rb/86Sr 1. 176 5,87Sr/86Sr 01731 8, 87Sr/86Sr i t 值为 01717 0. 2331 第44 卷 第 21 期科 学 通 报1999 年11 月 简报 Nd, Sr 同位素组成特征说明花岗片麻岩的物质来源于古老基底地壳物质, 其岩浆含古老的中 酸性地壳组分较多, 其Nd 模式年龄为 2. 65 Ga 按 ENd 0 10 的地幔演化线参数[16]计算 , 表明熔融母岩具有很长的地壳存留时间.花岗片麻岩的明显负 Eu 异常D Eu 0. 42 , Ba, Sr, P,Ti,Nb 的亏损都表明其来自成熟度很高的陆壳物质, 其原岩岩浆是由古老的基底地壳物质 选择性重熔形成的.过去的研究发现在拉尔敦达坂黑云母斜长片麻岩的锆石中存在约 215 Ga 的继承放射性成因 Pb1, 表明存在古老地壳物质的再循环.然而, 现有的地质和同位素年代学 资料均未发现实际存在的天山晚太古结晶基底岩石, 1. 7 2. 0 Ga 的斜长角闪岩和大致同时代 的酸性片麻岩仍是目前已知的最老结晶基底岩石1. 天山造山带是世界上重要的显生宙增生造山带, 震旦纪以来的大地构造格局与演化过程 研究已相当深入. 但是对造山带中出露的前寒武纪基底物质组成、 构造演化过程等方面的研 究却相对薄弱, 争论的问题也较多. 西天山独库公路新元古代碰撞型花岗片麻岩的发现, 对于 恢复新疆大陆前寒武纪构造格局及其在中 -新元古代超大陆 Rodinia 拼合过程中的位置, 有着 重大的科学意义, 因此需要进一步的深入探讨和研究. 致谢 许荣华教授、 乔广生教授、 涂湘林等完成锆石 U -Pb、 全岩 Rb -Sr 和 Sm -Nd 同位素分析, 并在数据讨论方 面予以很大的帮助; 李荪蓉高工完成主元素化学分析; 刘海臣、 刘颖帮助取得 ICP -MS数据; 梅厚钧教授也给予 了很多有益的建议和帮助; 在此致以诚挚的谢意.本文工作由国家自然科学基金 批准号 49633250 资助. 新疆维吾尔自治区人民政府国家 305 项目编号 96 -915 -07 -05A. 参 考 文 献 1 Hu Aiqin, Zhang Guoxin, Zhang Qianfeng, et al. 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