谷 浩，吳 松

(河南省地質礦產勘查開發(fā)局第三地質礦產調查院，鄭州，450003)

(No.3 Institute of Geological and M ineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003，Henan，China)

西昆侖苦水海西一帶寒武系甜水湖組粗面巖的發(fā)現(xiàn)、鋯石U-Pb定年及其地質意義

谷 浩，吳 松

(河南省地質礦產勘查開發(fā)局第三地質礦產調查院，鄭州，450003)

(No.3 Institute of Geological and M ineral Resources Survey of Henan Geological Bureau,Zhengzhou 450003，Henan，China)

西昆侖苦水海西寒武系甜水湖組內首次發(fā)現(xiàn)了粗面巖。通過巖相學、巖石地球化學及鋯石U-Pb年代學研究，粗面巖貧鈦（Ti2O3：0.11%～0.29%），富鉀（K2O：5.16%～8.49%），富堿（ALK：5.45%～8.71%），屬于過鋁質鉀玄巖系列，具有明顯的負銪異常。鋯石（LA-ICP-MS）U-Pb年齡為534±23 Ma（MSWD=2.0），火山噴發(fā)時代為早寒武世。粗面巖構造環(huán)境為伸展拉張機制下的陸內裂谷，顯示羌塘陸塊在～534 Ma已經從Rodinia超大陸裂解出來，并形成了初始洋盆。

西昆侖；甜水湖組；粗面巖；鋯石U-Pb定年

1993年，新疆區(qū)域地質志將葉爾羌河上游支流阿克塔河南部產三葉蟲化石Pagodia？Kunlunensis的黑色灰?guī)r劃為上寒武統(tǒng)。甜水湖組是從原長城系甜水海巖群中新解體出的一套淺變質碎屑巖組合，因生物屑灰?guī)r內含海百合莖化石，認為其不屬于前寒武紀地層，其變質變形程度強于奧陶紀冬瓜山群，將其歸為寒武紀[1]。本次在西昆侖苦水海西首次填繪出了一套碎屑巖夾火山巖建造，火山巖主要為粗面巖，定為甜水湖組，通過粗面巖的巖石地球化學和鋯石U-Pb同位素年齡研究，提高了對寒武紀時期的構造環(huán)境的認識，并提供了年代學證據，對恢復西昆侖地區(qū)的地質演化具有重要意義。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于西昆侖苦水海西，隸屬新疆和田皮山縣。區(qū)域上以苦水海斷裂為界，北為巴顏喀拉中生代濁積盆地褶斷帶，南為北羌塘陸塊[2]；北羌塘陸塊又以岔路口斷裂為界，北為甜水海微陸塊，南為神仙灣晚古生代裂陷盆地（圖1）。甜水湖組位于甜水海微陸塊內，呈北西西向分布。

研究區(qū)內甜水湖組為一套碎屑巖夾火山巖建造，巖性主要為細粒-中粒長石石英砂巖、砂礫巖、（杏仁狀）粗面巖等；在研究區(qū)東約40 km甜水海湖東側為一套碎屑巖沉積，巖性為灰色泥質粉砂質板巖、細-中粒巖屑長石砂巖、褐黃色巖屑中-粗砂巖、砂礫巖；在研究區(qū)西側平達坂北為一套碎屑巖夾火山巖地層，巖性為灰-綠色細-中粒長石石英砂巖、流紋質含礫晶屑凝灰?guī)r和熔結凝灰?guī)r；在研究區(qū)西約60 km阿克塔河南為一套碳酸鹽沉積，巖性為鮞?；?guī)r、灰?guī)r[3]。

2 甜水湖組粗面巖

2.1 粗面巖的發(fā)現(xiàn)

在苦水海西5272高地測得甜水湖組剖面（圖2），其與北側甜水海巖群、南側溫泉溝群均斷層接觸。

圖1 研究區(qū)寒武系甜水湖組區(qū)域分布特征示意圖Fig.1 Distribution characteristics ofCambrian Tianshui Lake Formation in studyarea1.第四系；2.下志留統(tǒng)溫泉溝組；3.寒武系甜水湖組；4.長城系甜水海巖群；5.粗面巖；6.巖石全分析樣品；7.鋯石U-Pb年齡樣品及年齡；8.剖面位置；9.斷層及傾向；10.地質界線；Ⅰ-昆南地塊；Ⅱ-巴顏喀拉中生代濁積盆地褶斷帶；Ⅲ-北羌塘陸塊；Ⅲ1-甜水海微陸塊；Ⅲ2-神仙灣晚古生代裂陷帶；Ⅳ-南羌塘陸塊；①-康西瓦斷裂；②苦水海斷裂；③岔路口斷裂

圖2 新疆和田縣5272高地寒武系甜水湖組實測剖面圖Fig.2 The measured profile ofCambrian Tianshui Lake Formation at altitude 5272 m highland in Hetian county,Xinjiangprovince

研究區(qū)甜水湖組可見2層粗面巖，中間夾細粒-中細粒長石石英砂巖，局部含礫，礫石成分復雜，大小0.5～1.5 cm，水平層理發(fā)育，粗面巖與砂巖為平行整合接觸關系。第一層粗面巖主要顯示硅化或絹英巖化，其下部粗面巖內多含外來碎屑角礫（圖3a），角礫不規(guī)則狀和次棱角狀，成分主要為粉砂巖；第二層粗面巖主要為硅化杏仁狀粗面巖（圖3b）。

2.2 巖石學特征

粗面巖呈深灰色、黃綠色和灰白色，多殘余斑狀結構、塊狀構造、杏仁狀構造（圖3c，3d），基質具粗面結構。斑晶（15%～25%）：主要為長石，呈自形-半自形板狀，粒徑0.2×0.2㎜2～0.5×2.0㎜2，部分被石英和絹云母交代呈假象，可見較多正長石殘留，具卡式雙晶，其次為少量石英斑晶，全部?；亟Y晶，由多顆粒石英組成?；|（50%～80%）：主要為正長石，呈顯微板條狀，粒徑一般小于0.02×0.05㎜2，定向排列，少部分被綠泥石、石英交代，其次為褐鐵礦（5%～15%），呈自形假象。有時含杏仁（20%～30%）：呈橢圓形、透鏡體狀，長軸直徑0.2～10㎜，定向排列，充填物是石英和白云母，以石英為主。

2.3 巖石地球化學特征

2.3.1 樣品采集與分析

在苦水海西5272高地甜水湖組粗面巖內共采集4件巖石全分析樣品，樣品均為新鮮、無污染，但由于該地區(qū)粗面巖均不同程度遭受熱液蝕變作用及硅質杏仁體未能有效的剔除，導致分析數(shù)據與標準粗面巖差異較大。樣品制樣和測試單位為國土資源部河南省巖石礦物測試中心，主量元素主要采用全譜直讀等離子體發(fā)射光譜（IRIS-Intrepid）分析，分析相對誤差＜1%；微量元素和稀土元素多采用等離子質譜（XSERIES2）分析，Sr、Zr、Ba采用射線熒光光譜（ZSX100eX）分析，其相對標準偏差小于5%。

2.3.2 樣品分析結果

巖石全分析樣品分析結果如表1所示，主量元素、稀土元素及微量元素特征如下。

圖3 甜水湖組粗面巖露頭及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Han specimen(a,b)and microphotography(c,d)of Tianshuihu Formation trachytea.粗面巖內碎屑特征；b.粗面巖內杏仁狀構造；c.粗面巖鏡下斑狀構造；d.粗面巖鏡下杏仁狀構造

（1）主量元素

粗面巖SiO2含量71.44%～79.60%，由于粗面巖硅化、絹英巖化較強及硅質杏仁體等，均可能導致SiO2含量較高；貧鈦（Ti2O3：0.11%～0.29%）、鈉（Na2O:0.15%～0.48%）、鐵（FeOT：0.81%～1.80%），富鉀（K2O：5.16%～8.49%），富堿（ALK：5.45%～8.71%）。粗面巖鈣鋁指數(shù)A/CNK=1.02～1.66，屬于鋁飽和巖石；ALK含量在5.45～8.71之間，根據A. R-SiO2圖解（圖4），粗面巖屬于堿性系列，在SiO2-K2O圖解（圖5）中，樣點主要落入鉀玄巖系列。因此，甜水湖組粗面巖應屬于過鋁質鉀玄巖系列火山巖。

（2）微量元素特征

由微量元素原始地幔標準化模式圖（圖6）可以看出：曲線形式顯示峰谷迭起的樣式，其中大離子親石元素除Sr相對虧損外均顯富集，高場強元素Ce、Zr、Hf明顯富集，P、Ti、Nb、Ta明顯虧損；Y、Yb含量接近于洋殼的平均值。

（3）稀土元素特征

圖4 A.R-SiO2圖解Fig.4 A.R-SiO2diagram

粗面巖稀土元素總量124.90×10-6～292.34× 10-6，輕重稀土之比值LREE/HREE為7.01～11.08之間，（La/Yb）N=6.08～12.96，說明輕稀土有較強的富集，稀土分餾明顯。δEu=0.53～0.89，平均值0.7，為中等負銪異常。稀土元素配分曲線（圖7）顯示左高右低形態(tài)特征，與鉀玄巖系列巖石稀土元素配分曲線像似。

表1 寒武系甜水湖組粗面巖化學元素含量特征表Table 1 Element coposition in the trachyte rocks of the Cambrian Tangshuihu Formation

圖5 火山巖SiO2-K2O圖解Fig.5 Schematic diagram ofSiO2-K2O in volcanic rocks

圖6 粗面巖微量元素原始地幔標準化模式圖[3]Fig.6 Primitive mantle normalized trace elements pattern of trachyte in Tianshuihu Formation

3 粗面巖年代學研究

3.1 樣品采集與測試

甜水湖組粗面巖鋯石U-Pb測年樣品（D1506-TW1）采集自苦水海西5272高地附近甜水湖組剖面上第4層粗面巖內，鋯石相對蝕變較弱，外來碎屑成分較少，采樣位置見圖1。鋯石的單礦物分選按常規(guī)方法在河北省廊坊區(qū)調研究所實驗室進行。鋯石分選后，在天津地質礦產研究所同位素實驗室將分選的鋯石顆粒進行鋯石挑選、制片、照相及U-Pb同位素分析。在測年之前進行了反射光、透射光和陰極發(fā)光照相（CL），選取自形好、裂隙少、光滑平整及環(huán)帶清晰的鋯石，并選擇合適的測年晶域進行測年。根據GHJZ 0014-2009標準，采用ThermoFisher公司制造的Neptune激光燒蝕多接收器等離子體質譜儀（LA-MC-ICP-MS）進行微區(qū)原位鋯石U-Pb同位素測定，激光波長193 nm，脈沖寬度5 ns，激光剝蝕的斑束直徑為25μm。詳細分析方法及儀器參數(shù)見李懷坤等[6]。采用中國地質大學劉勇勝博士研發(fā)的ICPM SDataCa程序進行數(shù)據處理，同位素比值誤差為1σ，年齡值選206Pb/238U年齡。

圖7 粗面巖稀土元素球粒隕石標準化分配模式圖[4]Fig.7 Chondrite-normalized rare earth elements pattern oftrachyte in Tianshuihu Formation

3.2 測試結果

本次研究樣品共測定了25顆鋯石，其CL圖像顯示（圖8）大部分鋯石自行程度較好，粒徑100～200 μm，延長比多在2∶1～3∶1之間，內生環(huán)帶窄而較為清晰，個別可見扇形環(huán)帶，指示了其巖漿鋯石的特征。25粒鋯石的測試結果顯示（表2）：Pb含量變化在31×10-6～97×10-6之間，U變化在371×10-6～1093×10-6之間，Pb和U之間具有正相關關系；Th/U值在0.435～0.966之間，Th與U之間呈正相關關系，具有巖漿巖成因特征[7]。206Pb/238U年齡自晚太古代至早古生代均存在，變化較大。10號點2834 Ma，為晚太古代，屬于繼承性鋯石，說明北羌塘地區(qū)可能存在太古代時期的結晶基底；12號點921 Ma，18號點831 Ma，22號點778 Ma，3個點測年位置均為晶核和環(huán)帶交界部位，可能為捕獲的新元古代圍巖的鋯石；7號點600 Ma，23號點586 Ma，前兩者打在了暗色蝕變帶上，為在早期繼承性鋯石；24號點637 Ma，顯示后期鋯石捕獲早期鋯石而生長，而打點位置為捕獲鋯石，因而打點失誤，年齡不可用。剩余17個測年點均顯示較好的環(huán)帶特征，打點位置均在環(huán)帶上，206Pb/238U年齡變化在473～508 Ma之間，顯示較好的集群特征，一致線與不一致線的上交點年齡為534±23 Ma（MSWD=2.0，n=17）（圖 9），模式年齡值為491.35±5.3 Ma（圖9），考慮鉛丟失原因，534±23 Ma更能代表粗面巖形成年齡。

4 討論

4.1 粗面巖形成的構造環(huán)境

圖8 粗面巖中鋯石陰極發(fā)光照片特征圖8 Cathodoluminescence images ofzircons in trachyte of Tianshuihu Formation

表2 苦水海西甜水湖組粗面巖鋯石U-Pb同位素分析結果表Table 1 Zircon U-Pb isotopic analysis results of trachyte for Tianshuihu Formation in W estern Kushuihai area

研究區(qū)粗面巖稀土含量較高，輕重稀土比值7.01～11.08，顯示輕稀土富集，稀土元素分餾程度較高。粗面巖負銪異常明顯，可能原因為斜長石結晶保存在殘余固相；(Ce/Yb)N比值在4.49～7.98之間，平均值為5.98，說明粗面巖結晶分異程度較高；微量元素特征顯示富集大離子親石元素和輕稀土元素，而高場強元素則選擇性富集，如：Ce、Zr、Hf、Sm、Yb、Y富集，Nb、Ta、Ti虧損，與Pearce[8]不同構造環(huán)境花崗巖蜘蛛網圖中的板內花崗巖（減薄的大陸巖石圈）特征一致。一般認為：隨壓力增加，巖漿中Sr增加，Yb降低；源區(qū)貧K則巖漿貧Yb，源區(qū)富K則巖漿富Yb[9]。研究區(qū)粗面巖貧Sr富Yb,可能環(huán)境為低壓環(huán)境，源區(qū)可能富鉀。

研究區(qū)內粗面巖屬于鉀玄巖系列[10]，鉀玄質巖漿的活動常常與軟流圈地幔上涌和巖石圈伸展-減薄作用相聯(lián)系[11]。粗面巖為富堿、鋁、硅而貧鈣、鎂、鐵的長英質巖漿，負銪異常明顯，為低壓型粗面巖[12]，其構造環(huán)境為拉張環(huán)境。在Th/Hf-Ta/Hf判別圖解中（圖10），粗面巖樣品投點主要落在了大陸拉張帶或初始裂谷區(qū)。

在平衡部分熔融作用和分離結晶作用圖解（圖11）中，粗面巖顯示為平衡部分熔融特征。甜水湖組粗面巖并不是單一的同源巖漿演化，必定受到外來物質的混染作用，可能為玄武質巖漿上侵分離結晶過程中部分熔融地殼物質導致粗面巖中高場強元素的富集與虧損不一，即富水條件下的熔融增大硅酸鹽礦物的部分熔融的程度，對副礦物的熔融沒有明顯的影響，使大離子親石元素傾向于進入熔漿，而高場強元素傾向于殘留在殘余固相中（如Nb、Ta、Ti主要與副礦物有關，而副礦物是較難熔融的）。因此粗面巖在演化時期應為富水的環(huán)境-即小洋盆環(huán)境。

圖9 粗面巖鋯石U-Pb年齡不一致線圖Fig.9 Magmatic zircon U-Pb concordia diagram of trachyte in Tianshuihu Formation

圖10 玄武巖大地構造環(huán)境的Th/Hf-Ta/Hf判別圖Fig.10 Th/Hf-Ta/Hfplot of trachyte in Tianshuihu Formation

綜合以上分析，武系甜水湖組粗面巖構造環(huán)境應偏向于大陸裂谷，并且該裂谷可能已經拉張到形成初始洋盆的程度。

4.2 粗面巖噴發(fā)時代及地質意義

圖11 平衡部分熔融作用和分離結晶作用圖解Fig.11 Schematic diagram ofequilibrium partial meltingand separation crystallization

相關研究表明，西昆侖地區(qū)在Rodinia超大陸形成以后，于南華紀-震旦紀時期進入了又一次的裂解，并在早寒武世-早奧陶世裂解達到鼎盛，形成了復雜的、彌散性的、多級別的小陸塊-小洋盆[13]。但是這些微陸塊、裂谷、小洋盆的發(fā)展是不均一的，一部分表現(xiàn)為俯沖-碰撞，例如，昆中微地塊內寒武紀俯沖型的花崗巖和東昆侖寒武系納赤臺群島弧-弧前盆地碎屑巖夾島弧火山巖沉積均證實了寒武紀時期的西昆侖地區(qū)發(fā)生了俯沖消減；另一部分則表現(xiàn)為繼續(xù)伸展裂解，例如，西昆侖庫地-其曼于特寒武紀-奧陶紀末期小洋盆內發(fā)育庫地蛇綠巖（512～503 Ma[14]；494.28～500.30 Ma[15]）和其曼于特基性-超基性雜巖（526 Ma[16]），為早期區(qū)域伸展裂解作用形成的產物[17]。

研究區(qū)粗面巖鋯石U-Pb測年結果為534±23 Ma，代表該粗面巖的噴發(fā)時間，記錄西昆侖地區(qū)在～534 Ma裂解事件。王炬川等[18]的研究表明了，在晚震旦世－中寒武世，羌塘陸塊從Rodinia超大陸中裂解出來，成為一個獨立的微陸塊，并在康西瓦-蘇巴什一帶形成了原特提斯小洋盆，該洋盆一直延續(xù)到中二疊世才完全閉合。因此可以認為，在534 Ma前后羌塘陸塊已經從Rodinia超大陸裂解出來，二者之間可能已經發(fā)育初具規(guī)模的原特提斯小洋盆。

5 結論

（1）甜水湖組粗面巖貧鈦（Ti2O3：0.11%～0.29%），富鉀（K2O：5.16%～8.49%），富堿（ALK：5.45%～8.71%），屬于過鋁質鉀玄巖系列；稀土元素和微量元素分析結果表明粗面巖巖石成因為玄武質巖漿分離結晶過程中平衡部分熔融作用形成。

（2）甜水湖組粗面巖鋯石（LA-ICP-MS）U-Pb諧和年齡為534±23 Ma，說明火山巖噴發(fā)時間為早寒武世。

（3）甜水湖組粗面巖巖石地球化學特征具有明顯的負銪異常，輕稀土富集明顯，具有鄧晉福等所劃分的低壓型粗面巖特征，構造環(huán)境為伸展拉張機制下的陸內裂谷，顯示羌塘陸塊在534 Ma前后已經從Rodinia超大陸裂解出來，并形成了初始洋盆。

本文初稿承蒙河南省地礦三院總工程師楊澤強、副總工程師李法嶺和何孝良三位教授級高工的審閱，并提出寶貴意見，在此表示由衷感謝。

[1]李新林,周小康,黎敦朋,等.中華人民共和國區(qū)域地質調查報告.阿克薩依湖幅（I44C001002）[R].陜西省地質調查院, 2012.

[2]李榮社,計文化,楊永成,等.昆侖山及鄰區(qū)地質[M].北京:地質出版社,2008.

[3]計文化，尹宗義，李博秦，等.中華人民共和國區(qū)域地質調查報告：麻扎幅（J43C004004）、神仙灣幅(I43C001004)[R].陜西省地質調查院,2013.

[4]Sun S S and McDonough W F.Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts:implication for mantle composition and processes[J].Geological Society,London,Special Publication,1989,42:313-345.

[5]Boynton W V.Cosmochemistry of the rare earth elements; meteorite studies[M].In:Rare earth element geochemistry. Henderson,P.(Editors),Elsevier Sci.Publ.Co.,Amsterdam, 1984:63-114.

[6]李懷坤,耿建珍,郝爽,張永清,李惠民.用激光燒蝕多接收器等離子體質普儀(LA-MC-ICPMS)測定鋯石U-Pb同位素年齡的研究[J].礦物巖石地球化學通報,2009,28(s1):77.

[7]Hoskin P W O and Ireland T R.Rare earth element chemistry of zircon and its use as a provence indicator[J].Geology, 2000,28(7):627-630.

[8]Pearce JA,Harris NBW and Tindle AG.Trace element discrimination diagrams for the tectonic interpretation of granitic rocks[J].Journal ofPetrology,1984,25:956-983.

[9]張旗,王焰,李承東,王元龍，金惟俊，賈秀勤.花崗巖的Sr-Yb分類及其地質意義 [J].巖石學報,2006,22(9): 2249-2269.

[10]江東輝,劉嘉麒,丁林.青藏高原北部可可西里地區(qū)新生代鉀質火山巖地球化學特征及成因 [J].巖石學報, 2008,024（08):0279-90.

[11]李獻華,周漢文,劉穎，李寄嵎，陳正宏，于津生，桂訓唐.粵西陽春中生代鉀玄質侵入巖及其構造意義:Ⅱ.微量元素和Sr-Nd同位素地球化學 [J].地球化學,2001,30(1): 57-65.

[12]鄧晉福,羅照華,蘇尚國,等.巖石成因、構造環(huán)境與成礦作用[M].北京：地質出版社，2009.

[13]李榮社,計文化,趙振明,陳守建，孟勇，于浦生，潘小平.昆侖早古生代造山帶研究進展 [J].地質通報,2007,26 （04）：373-382.

[14]肖序常,王軍.西昆侖-喀喇昆侖及其鄰區(qū)巖石圈結構、演化中幾個問題的探討 [J].地質論評,2004,50(3): 285-294.

[15]李天福,張建新.西昆侖庫地蛇綠巖的二輝輝石巖和玄武巖鋯石LA-ICP-MSU-Pb年齡及其意義[J].巖石學報, 2014,30(8):2393-2401

[16]韓芳林.西昆侖其曼于特蛇綠混雜巖帶及地質意義[D].北京：中國地質大學(北京),2003.

[17]韓芳林，崔建堂，計文化，李海平，郝俊武.西昆侖加里東期造山作用初探[J].陜西地質，2001,19（2）：8-18.

[18]王炬川,崔建堂,羅乾周,邊小衛(wèi)，朱海平，楊克儉，彭海練，王峰，張漢甫，林仕元，葛雙民，馬宗科.西昆侖康西瓦北側蒙古包-普守原特提斯洋一分支小洋盆的發(fā)現(xiàn)及構造意義[J].陜西地質,2006,24(2)：41-49.

GUHao,WUSong

In the Western Kunlun Mountain,the Trachyte in Cambrian Tianshuihu Formation has been firstly found.Through the research of petrography,geochemistry and zircon U-Pb dating,and the results show that:the Trachyte belongs to Peraluminous basalt,which has the characteristics for that:poor in REE and Ti,rich in K and ALK(K2O=5.16～8.49 wt%;ALK=5.45～8.71 wt%.Otherwise,the zircon U-Pb ages of Trachyte age is 534±23 Ma(MSWD=2.0),and indicated that the Tianshuihu Formation formed in later Cambrian.In combination with the regional geological resourches,we think that the Tianshuihu Formation is the product of intraplate extension,and also reflects a magmatic event,which for that Tianshuihu micro-plate split out from Rodinia supercontinent at～534 Ma.

Tianshuihu Formation;Trachyte;zircon U-Pb ages;western Kunlun mountain

P534.41；P597+.3

A

11007-3701（2017）01-025-09

10.3969/j.issn.1007-3701.2017.01.003

Gu H and W u S.The discovery of Trachyte from Cambrian Tianshuihu Form ation in western Kushuihai area,western Kunlun M ountain:its zircon U-Pb dating and geology significance.Geology and M ineral Resources of South China,2017,33(1):25-33.

2017-2-15；

2017-3-29.

中國地質調查局國土資源大調查項目"新疆1︰5萬克孜勒吉勒干幅（I44E003005、I44E003006、I44E004004、I44E004005、I44E004006）等五幅區(qū)域地質調查"（編號：1212011120534、121201120628）.

谷浩（1982—），男，工程師，資源勘查專業(yè)，從事區(qū)域地質調查工作,E-mail：879861310@qq.com.