陳邦學(xué)，徐勝利，周能武，白權(quán)金，李 超，張洪深

(1.中化地質(zhì)礦山總局 陜西地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710000；2.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第十一地質(zhì)大隊，新疆 昌吉 831100)

0 引 言

新元古代((1 000±1)～(541±1)Ma)是地球動力學(xué)演化主要時期之一[1]，羅迪尼亞(Rodinia)超大陸的匯聚和裂解作為該時期的主要地質(zhì)事件而受到地質(zhì)學(xué)界的廣泛關(guān)注[2-10]。目前，國內(nèi)外關(guān)于羅迪尼亞超大陸的研究已經(jīng)取得重大進展。相對于華南、華北克拉通而言，塔里木克拉通前寒武紀(jì)地質(zhì)研究相對薄弱[4]。目前有關(guān)塔里木克拉通新元古代Rodinia超大陸演化研究主要集中在鐵克里克、柯坪、庫魯克塔格、阿爾金等地區(qū)，對Rodinia超大陸匯聚和裂解時限仍存在較多的爭議。張傳林等在鐵克里克獲得變質(zhì)火山巖的黑云母和角閃石Ar-Ar坪年齡分別為(1 020±1)Ma和(1 050±1)Ma，認(rèn)為其代表Rodinia超大陸匯聚有關(guān)的格林威爾造山事件[3]；另外，張傳林等認(rèn)為本區(qū)新元古代輝長巖脈((802±9)Ma)、花崗巖巖墻((815±57)Ma)、花崗巖((783±10)Ma)形成于板內(nèi)伸展環(huán)境，是Rodinia超大陸裂解下的產(chǎn)物[5-7]；Gehrels等、張志誠等在阿爾金地區(qū)獲得花崗巖((922±6)Ma)、變流紋巖((920±20)Ma)認(rèn)為與Rodinia超大陸匯聚有關(guān)[10-11]。目前在庫魯克塔格地區(qū)獲得大量與Rodinia超大陸演化相關(guān)的年代數(shù)據(jù)，大部分學(xué)者認(rèn)為該區(qū)出露的830～600 Ma之間的基性巖墻、雙峰式火山巖、花崗巖、流紋巖為Rodinia超大陸裂解的產(chǎn)物[1,6,9,12-29]，也有學(xué)者認(rèn)為821～830 Ma之間花崗質(zhì)巖石具有島弧環(huán)境花崗巖的地球化學(xué)特征，可能與Rodinia超大陸匯聚有關(guān)[1]?？傊@些爭論的焦點主要集中在Rodinia超大陸演化的動力學(xué)轉(zhuǎn)換機制等方面。

庫魯克塔格位于塔里木克拉通北緣，中亞造山帶南緣，區(qū)內(nèi)新元古代巖漿巖較為發(fā)育，是研究新元古代Rodinia超大陸演化的理想地區(qū)。本次在興地塔格一帶開展的1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了大量的新元古代早期(830 Ma)花崗巖。通過對該期次花崗巖的巖石學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究，探討其成因及構(gòu)造背景，以期對Rodinia超大陸演化的動力學(xué)轉(zhuǎn)換機制提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

庫魯克塔格位于塔里木克拉通北緣，夾持于辛格爾斷裂和興地斷裂之間(圖1)。北以辛格爾斷裂為界與南天山縫合帶相隔，南以興地斷裂為界與塔里木克拉通相鄰。研究區(qū)位于庫爾勒以東興地塔格一帶，區(qū)內(nèi)巖漿巖較為發(fā)育，主要包括古元古代石英閃長巖(藍石英花崗巖)、二長花崗巖、斜長花崗巖，青白口紀(jì)二長花崗巖、花崗巖。二長花崗巖巖體內(nèi)發(fā)育大量的基性巖脈，巖脈呈北西—南東向侵入到巖體內(nèi)。地層主要為古元古界滹沱系圖奴爾布拉克巖群，為一套灰黑色黑云角閃片麻巖，與古元古代花崗巖呈斷層接觸，出露在研究區(qū)北部，少量第四系分布在研究區(qū)西南角。區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，且具有多期性，主要以大角度走滑性質(zhì)為主，斷層大致呈北東—南西向走向(圖2)。

圖1 歐亞大陸構(gòu)造簡圖(a)和塔里木克拉通及周緣地質(zhì)構(gòu)造簡圖(b)(據(jù)文獻[1])

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖

本文研究的巖體為似斑狀二長花崗巖(圖3)，巖石呈淺肉紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)、中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斑晶(5%)和基質(zhì)(95%)組成。斑晶為鉀長石(5%)，半自形板狀，粒徑1.5～2.0 mm(結(jié)合手標(biāo)本)，具條紋結(jié)構(gòu)，發(fā)育格子狀雙晶，輕度泥化，內(nèi)嵌有斜長石?；|(zhì)具中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，由斜長石、鉀長石、石英和云母組成。斜長石(約48%)呈半自形板狀，粒徑1.0 mm×0.8 mm～2.8 mm×1.4 mm，可見聚片雙晶，普遍中輕度絹云母化、隱晶簾石化、高嶺土化，蝕變不均勻。鉀長石(25%)呈它形粒狀，粒徑0.6～4.5 mm，具條紋結(jié)構(gòu)、格子狀雙晶，為條紋長石、微斜長石，輕度泥化。石英(20%)呈它形粒狀，粒徑0.5～2.0 mm，波狀消光，分布不均勻。黑云母和白云母(2%)為片狀，片徑0.3～1.2 mm，黑云母均綠泥石化、綠簾石化。磷灰石(微量)呈柱狀、粒狀，粒徑0.03～0.20 mm。

圖3 巖石手標(biāo)本和顯微鏡下照片

2 樣品信息和分析方法

本次研究樣品采自庫魯克塔格興地村地區(qū)二長花崗巖體地表不同平面位置(圖1、圖2)，均為新鮮巖石，共采集樣品7件。編號為PM020-2為似斑狀二長花崗巖，PM020-6、PM020-7為中粗粒二長花崗巖，PM026-1為粗?；◢彾L巖，PM019-3、PM019-4、PM018-1為中粗粒二長花崗巖。對所采集的樣品進行了薄片鑒定和化學(xué)分析，并對PM020-7樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試。

鋯石挑選和制靶委托河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。樣品經(jīng)嚴(yán)格粉碎、重液分離和磁選，之后在雙目鏡下挑選出晶型好、無裂隙、干凈透明的鋯石晶體(圖4)，再將鋯石樣品置于環(huán)氧樹脂中固結(jié)后進行拋光，使鋯石內(nèi)核完全暴露，然后送往北京離子探針中心進行陰極發(fā)光(CL)照相。鋯石U-Pb同位素定年分析利用中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室LA-ICP-MS完成。激光剝蝕系統(tǒng)為193 mm ICP-MS，激光剝蝕中采用氦氣作為載氣，氬氣作為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。所用激光直徑為32 μm，時間分析數(shù)據(jù)包括20 s的空白信號和35 s的分析信號。分析原理和流程參照文獻[30-32]，使用Isoplot 3.23程序[33]數(shù)據(jù)處理和計算年齡，年齡加權(quán)平均值具有95%的置信度。

巖石主、微量元素由烏魯木齊礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心新疆維吾爾自治區(qū)礦產(chǎn)實驗研究所完成。主量元素采用X射線熒光光譜(XRF)分析，分析誤差小于1%，其中FeO含量通過濕化學(xué)方法測定。微量元素分析儀器為X系列電感耦合等離子質(zhì)譜儀，分析誤差在5%左右。檢測環(huán)境溫度10～24 ℃，濕度30%～65%。

3 結(jié)果分析

3.1 鋯石U-Pb測年結(jié)果

本次挑選的24顆鋯石共測24個點，測試結(jié)果見表1。二長花崗巖鋯石顆粒較大，呈自形長柱狀-長板狀，長寬比在2:1到4:1之間，鋯石大多呈無色透明，晶面光潔清晰，無裂痕。鋯石陰極發(fā)光圖顯示，少量鋯石邊部發(fā)育白色環(huán)帶，局部可見少量繼承內(nèi)核，邊部平直且發(fā)育明顯的韻律環(huán)帶，屬于典型的巖漿鋯石[34-35]。在LA-ICP-MS分析時，選擇內(nèi)部純凈、沒有包裹體和裂隙的部位打點(圖4)；除了一顆鋯石可能為繼承鋯石((1 469±8)Ma)，其余23顆鋯石206Pb/238U年齡在867～819 Ma之間，其206Pb/238U加權(quán)平均值為(832.3±3.3)Ma(圖5)，表明二長花崗巖形成于新元古代。

圖4 鋯石陰極發(fā)光照片(年齡單位：Ma)

表1 鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果

圖5 鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和加權(quán)平均年齡(b)

3.2 巖石地球化學(xué)特征

二長花崗巖樣品地球化學(xué)元素分析結(jié)果和特征值見表2。

表2 樣品主量(%)、稀土(10-6)和微量元素(10-6)分析結(jié)果

3.2.1 主量元素

二長花崗巖樣品的燒失量(LOI)介于1.26%～3.51%之間(<5%)，表明巖石風(fēng)化蝕變程度一般。SiO2的含量介于68.68%～71.21%之間，屬于酸性巖范疇。Na2O(2.21%～4.58%)、K2O(2.39%～4.48%)含量中等。MgO、TiO2含量分別為1.44%～2.21%、0.09%～0.15%，CaO(3.23%～4.55%)含量較高。在侵入巖TAS(圖6(a))和Q-A-P(巖石CIPW計算)分類圖(圖6(b))中，主要落于花崗巖區(qū)。Al2O3含量介于12.6%～15.78%之間，平均為14.01%，中等偏低；A/CNK介于0.77～1.17之間，在A/CNK-A/NK圖解中主要落于準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域(圖7(a))。全堿含量(Na2O+K2O)介于4.60%～8.68%之間，平均為7.33%。里特曼指數(shù)(σ)介于0.78～2.63(0～3.3)。在SiO2-K2O圖(圖7(b))中樣品均落入高鉀鈣堿性區(qū)域。

圖6 (Na2O+K2O)-SiO2圖解((a)，底圖據(jù)參考文獻[36])和Q-A-P圖解((b)，底圖據(jù)參考文獻[37])

圖7 A/CNK-A/NK圖解((a),底圖據(jù)參考文獻[38])和SiO2-K2O圖解((b),底圖據(jù)參考文獻[39])

3.2.2 稀土元素

稀土總量為29.88×10-6～63.57×10-6，平均為49.75×10-6，總體含量相對較低。(La/Yb)N=5.100～8.978，反映輕稀土富集、重稀土虧損的特點，輕重稀土分餾較為明顯。(La/Sm)N=3.27～4.46，(Gd/Yb)N=0.85～1.39，表明輕稀土內(nèi)部分餾明顯，重稀土內(nèi)部無明顯分餾。δEu為0.87～1.39，弱正異常，表明源區(qū)無斜長石的殘留。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線表現(xiàn)為變化規(guī)律一致、右傾近平行的曲線簇(圖8)。

3.2.3 微量元素

大離子親石元素(LILE)Ba、K、Sr、U等富集，Th、Rb等微弱虧損，高場強元素(HFSE)Nb、Ta、Ti、P等強烈虧損，具有典型的島弧花崗巖的特征。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上，呈近似一致的配分型式(圖8)。

圖8 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(上、中、下地殼數(shù)據(jù)引自參考文獻[40],底圖據(jù)參考文獻[41])

4 討 論

4.1 巖石類型

花崗巖作為大陸殼上分布最廣泛的巖石之一，也是大陸殼的主要組成部分，記錄著大陸殼形成、演化、增生、改造和殼幔相互作用過程的豐富信息，是研究大陸演化的核心內(nèi)容?；◢弾r的成因類型、源區(qū)及分類方案是目前研究花崗巖的焦點問題，因此準(zhǔn)確解決這些問題，有助于了解其成因機制和構(gòu)造背景。MIAS分類方案是目前最常用的花崗巖成因分類方案[42]。例如，自然界中由幔源衍生的M型花崗巖極少，通常與蛇綠巖相伴生的斜長花崗巖，被認(rèn)為是輝長質(zhì)巖石在含水的條件下熔融而形成的[43-44]；A型花崗巖基于特定性的化學(xué)指標(biāo)(富SiO2、Na和K，貧CaO、MgO，高的(K2O+Na2O)/Al2O3和FeOT/MgO值，富集Zr、Nb、Ti、Ga等高溫元素)、礦物學(xué)特征(堿性角閃石、含F(xiàn)黑云母、角閃石和螢石等副礦物)和構(gòu)造環(huán)境判別(裂谷、板內(nèi)、后造山型)來判定[45-48]；I和S型花崗巖基于巖石源區(qū)性質(zhì)判定[49]，而I型花崗巖通常被認(rèn)為殼?；煸?具有富鈉、含榍石、黑云母、角閃石等副礦物。

從巖相學(xué)和巖石地球化學(xué)特征看，該期花崗巖普遍富含黑云母等礦物，屬于高鉀鈣堿系列，Na2O/K2O介于0.93～1.35之間，平均值為1.1，顯示富鈉特征，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)介于0.77～1.17之間，平均值0.89(<1)；在A/CNK-A/NK圖上落于準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域(圖7(a))，明顯區(qū)別于S(富硅、富鉀質(zhì)、強過鋁質(zhì))型花崗巖。微量元素顯示Zr、Nb、Ta、Ti較為虧損，Zr(51.3×10-6～112×10-6)的含量較低，依據(jù)鋯石飽和溫度來估算花崗巖形成的溫度為695～765 ℃，平均為734 ℃低于A型花崗巖平均溫度833 ℃[50]，明顯區(qū)別于A型花崗巖。Pichavant等認(rèn)為磷在強過鋁質(zhì)硅酸鹽熔體中具有較高的溶解度，且隨著分異程度增高而升高，反之降低；在保證樣品屬于同源情況下，P2O5和SiO2含量可以作為有效的判據(jù)。在P2O5-SiO2圖中P2O5和SiO2具有明顯的負(fù)相關(guān)性，且都沿著I型花崗巖趨勢演化(圖9(a))；QAP圖解中主要落于I型花崗巖區(qū)域(圖9(b))。微量元素Rb、Sr具有相似的化學(xué)性質(zhì)，在殼幔演化中Rb一般富集于演化成熟度高的地殼中，而Sr趨于富集于成熟低的地殼中，Rb/Sr值能靈敏地記錄源區(qū)性質(zhì)；當(dāng)Rb/Sr<0.9時，為I型花崗巖[51]。本文樣品的Rb/Sr值介于0.07～0.25之間(<1)。綜上判斷該區(qū)花崗巖屬于I型花崗巖。

圖9 SiO2-P2O5圖解((a),底圖據(jù)參考文獻[48])和QAP圖解((b),底圖據(jù)參考文獻[49])

4.2 巖漿來源

I型花崗巖主要有以下兩種成因方式：一種是幔源巖漿與其誘發(fā)的地殼物質(zhì)部分熔融形成的長英質(zhì)巖漿在地殼深部混合形成殼?；煸磶r漿[44,52]；另一種源于由幔源分異的巖漿底侵而導(dǎo)致地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融[53-56]。研究區(qū)花崗巖成因更傾向于后一種方式。在野外宏觀特征上該期花崗巖內(nèi)部缺少與巖漿混合有關(guān)的暗色包體，反而發(fā)育大量的超基型雜巖體、基性巖脈、巖墻群，以及雙峰式火山巖等幔源巖漿。Ge 等對塔里木克拉通北緣的超基型雜巖體、基性巖巖脈、巖墻群，以及雙峰式火山巖的同位素年齡進行統(tǒng)計，大致形成于830～730 Ma[1]。Hf同位素被廣泛應(yīng)用于巖漿源區(qū)示蹤，可以有效地判別巖漿成因。Ge等對約800 Ma的花崗質(zhì)巖體鋯石Hf同位素組成統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)普遍具有負(fù)εHf(t)值，且變化范圍較大，推斷其可能源于元古宙—太古宙古老結(jié)晶基底的部分熔融[1,8]。綜上分析，認(rèn)為該期次的I型花崗巖形成于幔源巖漿底侵所導(dǎo)致的古老地殼物質(zhì)的部分熔融。

4.3 構(gòu)造環(huán)境及地質(zhì)意義

巖石地球化學(xué)特征表明，本文研究區(qū)花崗巖屬于高鉀鈣堿準(zhǔn)鋁質(zhì)系列，微量元素Zr、Nb、Ta、Ti、P較為虧損，稀土元總體含量相對較低，δEu具有弱正異常，總體與下地殼的特征一致。巖石地球化學(xué)特征顯示具有典型島弧花崗巖的特征。在微量元素(Y+Nb)-Rb、Y-Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖10)上樣品均落入火山弧花崗巖區(qū)域。

圖10 Y-Nb(a)和(Y+Nb)-Rb(b)圖解[56]

在塔里木克拉通周緣發(fā)育中元古代晚期—新元古代(1 050～600 Ma)巖漿(圖1)。Ge 等利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，將這些時代的巖漿作用劃分為4期不同的巖漿事件：(1)1 050～900 Ma為格林威爾造山事件；(2)830～790 Ma可能與板塊俯沖和地幔柱共同作用有關(guān)；(3)760～730 Ma增生造山和弧后擴張有關(guān)；(4)670～620 Ma與弧后擴張有關(guān)(圖11)。他們認(rèn)為這些巖漿事件與羅迪尼亞超大陸的匯聚、裂解及岡瓦納超大陸演化有關(guān)。其中1 050～900 Ma巖漿主要分布在塔里木克拉通南緣，830～600 Ma巖漿主要分布于塔里木克拉通北緣庫魯克塔格一帶[1](圖1和表3)。

圖11 塔里木克拉通周緣1 050～600 Ma地質(zhì)年代數(shù)據(jù)年齡譜(據(jù)表3數(shù)據(jù))

表3 塔里木克拉通周緣新元古代地質(zhì)年代數(shù)據(jù)

目前關(guān)于塔里木北緣庫魯克塔格地區(qū)新元古代的構(gòu)造背景仍存在爭議，主要歸因于對這些巖漿的侵入期次劃分和構(gòu)造屬性認(rèn)識不清。張傳林認(rèn)為820～760 Ma塔里木北緣洋殼持續(xù)俯沖伴隨地幔柱活動，740 Ma以后塔里木從古澳大利亞大陸分離，新元古界開始接收沉積，代表了羅迪尼亞超大陸的裂解[2-7]。王海培等對庫魯克塔格北火山-侵入雜巖進行研究，測得鋯石U-Pb年齡為735 Ma，認(rèn)為其屬于A2型花崗巖，形成于碰撞后(或造山后)減壓伸展的構(gòu)造背景，代表了羅迪尼亞超大陸的裂解[9]。Ge 等認(rèn)為830～790 Ma的巖漿為塔里木克拉通北緣板塊俯沖和地幔柱活動共同作用的結(jié)果[1,8]；并且對830～790 Ma巖漿的鋯石飽和溫度和(Ho/Yb)N值進行了計算，發(fā)現(xiàn)該期次巖漿具有低的鋯石飽和溫度和高的(Ho/Yb)N值，(Ho/Yb)N值增加而鋯石飽和溫度降低，而760～730 Ma巖漿具有高的鋯石飽和溫度和低的(Ho/Yb)N值。有研究認(rèn)為，(Ho/Yb)N值可作為石榴子石殘留量的指標(biāo)，對于某一區(qū)域來說(Ho/Yb)N值可作為地殼深度和地殼厚度的代表，鋯石飽和溫度代表巖漿的溫度[53]。因此，筆者認(rèn)為830～790 Ma期間研究區(qū)經(jīng)歷洋殼俯沖而導(dǎo)致地殼加厚，760～730 Ma可能經(jīng)歷了短暫的由俯沖向減壓伸展構(gòu)造轉(zhuǎn)化的過程。

綜合上文分析，庫魯克塔格二長花崗巖的鋯石U-Pb年齡為(832.0±3.2)Ma，屬于I型花崗巖，形成島弧環(huán)境。對其巖漿鋯石飽和溫度(TZr)和(Ho/Yb)N值進行了計算，獲得巖漿鋯石飽和溫度為695～765 ℃，平均為734 ℃，屬于“冷的花崗巖”(<800 ℃)(圖12)；(Ho/Yb)N值為0.69～0.91。二者呈負(fù)相關(guān)，隨著(Ho/Yb)N值增大而鋯石飽和溫度降低(圖12)。與Ge等計算的830～790 Ma巖漿具有相似的高(Ho/Yb)N值[8]和鋯石飽和溫度。這表明在832 Ma研究區(qū)洋殼已經(jīng)開始俯沖，使得區(qū)內(nèi)巖石圈地幔被來自俯沖板片的脫水或部分熔融所形成的熔體所交代，形成高度不均一且主體顯示富集地幔特征的巖石圈地幔[1,7-8]，地幔柱上升導(dǎo)致巖石圈地幔部分熔融形成大量的超基性-基性巖墻。此認(rèn)識與野外地質(zhì)觀察一致。同時，由于塔里木北緣洋殼俯沖作用使得這一地區(qū)的地殼加厚，地幔柱的加熱作用導(dǎo)致古老地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融，最終形成該期花崗巖。

圖12 花崗巖年齡-溫度(TZr)圖(a)和溫度(TZr)-(Ho/Yb)N圖(b)

5 結(jié) 論

本文在對庫魯克塔格花崗巖進行巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合前人的研究成果，分析其成因并討論羅迪尼亞超大陸在塔里木周緣的響應(yīng)及演化，得到以下認(rèn)識：

(1)對庫魯克塔格花崗巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年，獲得該二長花崗巖巖體的年齡為(832.3±3.3)Ma。

(2)該二長花崗巖具有高鉀鈣堿性和準(zhǔn)鋁質(zhì)特征，微量元素(LILE)Ba、K、Sr、U等富集，強烈虧損高場強元素(HFSE)Nb、Ta、Ti、P等；稀土總量相對較低，富集輕稀土，δEu具有弱正異常；屬于I型花崗巖，形成于島弧環(huán)境。

(3)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化，認(rèn)為832 Ma研究區(qū)洋殼已經(jīng)開始俯沖，使得該區(qū)的巖石圈地幔被來自俯沖板片的脫水或部分熔融所形成的熔體所交代，形成高度不均一且主體顯示富集地幔特征的巖石圈地幔，而地幔柱的上升導(dǎo)致巖石圈地幔部分熔融形成大量的超基性-基性巖墻；同時由于塔里木北緣洋殼俯沖作用，使得區(qū)內(nèi)地殼加厚，地幔柱的加熱作用導(dǎo)致古老地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融而形成該期花崗巖。