新疆富蘊縣南緣基性雜巖的巖石地球化學特征及其成因

新疆富蘊縣南緣基性雜巖的巖石地球化學特征及其成因

根據(jù)對阿拉泰阿拉泰戈克、塔浪鄉(xiāng)和富云縣東南部野外地質(zhì)調(diào)查，本研究對阿勒泰造山帶南緣基性雜巖的巖石地球化學特征進行了研究，闡明了這些基性雜巖形成的原始構(gòu)造環(huán)境。本文結(jié)合前人對阿拉泰造山帶南緣花崗巖的研究結(jié)果，探討了基性雜巖的產(chǎn)生機制和形成過程。這項研究對于深入研究阿爾泰中亞造山帶的形成和演化具有十分重要的意義。1基性巖礦物組合基性雜巖樣品主要采集于阿勒泰南部的阿拉尕克、塔爾浪、富蘊縣東南烏恰溝一帶,基性巖主要由變玄武巖、變輝長巖和輝綠巖組成?；噪s巖一般呈灰綠色,但有些顆粒較粗的巖石中輝石、角閃石和斜長石明顯可見塊狀或片狀構(gòu)造。顯微鏡下觀察,其礦物組合由斜長石、角閃石、單斜輝石、綠簾石、黑云母組成,且副礦物有磷灰石、榍石和不透明礦物。有些基性巖局部受綠泥石化和糜棱巖化的影響。輝石被角閃石所交代,有些僅保留輝石的假象。角閃石中有不透明礦物包體,且出現(xiàn)被黑云母交代現(xiàn)象。斜長石具聚片雙晶,An含量變化較大,并或多或少被絹云母等交代。黑云母呈片狀,多數(shù)呈褐色。鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀或片狀構(gòu)造為主,有些樣品具變余輝長和輝綠結(jié)構(gòu),少數(shù)變玄武巖樣品保留有變余斑狀結(jié)構(gòu)。2基性雜巖微量元素特征實驗條件:巖石的常量、微量和稀土元素的化學分析在國家地質(zhì)實驗測試中心進行。其中常量元素采用X射線熒光(XRF,Rigaku3080E)、微量和稀土元素采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)進行測試,基性雜巖的分析結(jié)果列于表1和表2。這些來自阿勒泰阿拉尕克、塔爾浪、富蘊縣東南烏恰溝的基性雜巖的SiO2介于45.19%～50.04%之間;Al2O3含量偏高(13.52%～17.49%);Na2O和K2O含量變化范圍較大,且Na2O>K2O;Mg/(Mg+Fe*)主要介于0.40～0.70之間;TiO2含量總體偏高,但是樣品間的差異較大,有的高達5.27%(烏恰溝),有的僅0.83%(塔爾浪)。SiO2-(Na2O+K2O)圖解(IrvineTNandBaragarWAR,1971)顯示本區(qū)基性巖的成分屬堿性到亞堿性系列的過渡區(qū)(圖3)。利用PearceJA(1982)提供的洋中脊玄武巖(MORB)數(shù)據(jù)進行標準化后的微量元素蛛網(wǎng)圖中,塔爾浪、阿拉尕克和烏恰溝的基性巖樣品表現(xiàn)為大離子親石元素相對富集,輕微的虧損Nb、Ta(圖4)。因此,基性雜巖的微量元素特征不同于典型的洋中脊玄武巖?；噪s巖雖然出現(xiàn)輕微的Nb、Ta虧損,但它與島弧環(huán)境形成的強Nb、Ta虧損玄武巖又有不同,因此它們形成于島弧環(huán)境的可能性較小(圖4)。基性巖類稀土元素總量為∑REE=34×10-6～236×10-6,(La/Yb)N為1.36～5.68。在經(jīng)球粒隕石標準化稀土分配模式上(圖5),阿勒泰阿拉尕克、塔爾浪樣品的稀土元素基本上沒有發(fā)生輕、重稀土分異,為一條近平直的曲線;而富蘊縣烏恰溝基性巖的稀土元素發(fā)生了中-弱的輕、重稀土分異,為一條略微右傾的曲線。(La/Sm)N比值變化較大,為0.89～2.12之間;(Eu/Eu*)N值在0.85～1.15之間,以接近于1為主,顯示了弱的Eu正異常。Th/Ta變化大,在0.1～2.5之間。一般來說,與消減作用有關的玄武質(zhì)巖石虧損Ta、富集Th,Th/Ta值多在4以上,而產(chǎn)于島弧環(huán)境的玄武巖比值通常大于3(PearceJA,1982)。因此基性雜巖不可能形成于島弧的環(huán)境。汪云亮等(2001)根據(jù)世界典型大地構(gòu)造環(huán)境區(qū)玄武巖類的Th、Hf、Ta資料,提出玄武巖類形成的大地構(gòu)造環(huán)境的Th/Hf-Ta/Hf圖解判別,認為大洋板內(nèi)的洋島、海山鏈玄武巖的Th/Ta<1.6,Ta/Hf≥0.1。而基性雜巖的Th/Ta除了個別樣品大于1.6外,其它都小于1.6;而Ta/Hf在0.10～0.25之間,因此基性雜巖的形成環(huán)境與大洋板類的洋島和海山的環(huán)境相似。3基性雜巖的構(gòu)造環(huán)境采用TiO2-MnO-P2O5,Ti-Zr-Y(PearceJAandCannJR,1973)、Th-Hf/3-Nb/16、Ti-Zr、Y-Cr的構(gòu)造判別圖對花崗巖中基性雜巖進行構(gòu)造環(huán)境的判別。在TiO2-MnO-P2O5的圖解上基性雜巖的的大部分樣品落在洋島玄武巖的區(qū)域(圖6);在其它圖解上,基性巖樣品落在洋中脊玄武巖和島弧玄武巖的過渡區(qū)域(圖6),與位于大洋板塊不同位置上(靠近俯沖帶和靠近洋中脊)的海山玄武巖所表現(xiàn)出的特點相似(圖6)。結(jié)合前面的地球化學特征分析,認為花崗巖中的基性雜巖的原巖形成環(huán)境主體為大洋板塊上的海山環(huán)境。4地球能源的含義4.1閃輝長巖的年齡為了獲得阿勒泰南緣基性雜巖的年代,作者對阿拉尕克基性雜巖樣品進行了角閃石40Ar/39Ar同位素年代學測定。該巖石為變基性巖,所采的樣品比較新鮮,遭受變質(zhì)作用后以角閃石和斜長石為主要礦物成分。通過碎樣、過篩,挑選出角閃石礦物進行40Ar/39Ar同位素年代測定,測定在中國地質(zhì)科學院地質(zhì)研究所同位素實驗室進行。樣品測試結(jié)果顯示坪年齡為262.7±1.1Ma(表3,圖6),這一結(jié)果與袁超等(2005a)獲得的塔爾浪地區(qū)角閃輝長巖的年齡(坪年齡266.9±4.2Ma)基本一致,而并也與袁超等(2005a)獲得的片麻狀二云母花崗巖和片麻狀花崗巖的年齡十分相似,它們都是記錄了晚古生代末期的一次重要的構(gòu)造熱事件的年齡。因此,這一變基性巖的角閃石40Ar/39Ar年齡并不是代表基性巖形成的年齡,而是后期構(gòu)造熱事件影響的年齡。ZhuYFetal.(出版中)在阿勒泰地區(qū)獲得的黑云母花崗巖的Rb-Sr等時線年齡為248Ma,二云母花崗巖的Rb-Sr等時線年齡為247Ma,偉晶巖3號脈的Rb-Sr等時線年齡為218Ma。因此,不同的學者在不同的地區(qū)都獲得了240～270Ma年左右的年齡,這些年齡不可能是一次局部的構(gòu)造事件的所造成的年齡,如縫合帶后期側(cè)向走滑變形所記錄的年齡(Laurent-CharvetSetal.,2002),應該是代表了一次重要的,區(qū)域性的、強烈的構(gòu)造事件的年齡。從前面的分析,作者認為阿拉尕克基性雜巖的40Ar/39Ar年齡是晚古生代末期一次重要的構(gòu)造熱事件的記錄,它并不是基性雜巖的形成年齡。4.2基性雜巖的構(gòu)造與成礦從前面的分析可以得出,阿勒泰造山帶南緣的產(chǎn)出于片麻狀花崗巖內(nèi)部的基性雜巖形成于海山的構(gòu)造環(huán)境,屬于海山玄武巖。但是,作為基性雜巖寄生母體的片麻狀花崗巖,卻形成于完全不同的構(gòu)造環(huán)境。袁超等(2005b)年對基性雜巖所寄生的花崗巖進行了巖石地球化學特征和形成的構(gòu)造背景分析,認為這些花崗巖顯示出次鋁質(zhì)至輕微過鋁質(zhì)以及中鉀或高鉀鈣堿性的特征;在微量元素方面相對富集大離子親石元素,相對虧損高場強元素,具有中等程度的輕稀土富集和相對平緩的重稀土分布以及不同程度的負銪異常,并認為這些花崗巖均與消減作用有關。海山玄武巖寄生在島弧成因的花崗巖內(nèi)部,它不可能作為花崗巖的深源包體形式出現(xiàn),只可能是通過后期的構(gòu)造作用形成。因此,作者認為海山玄武巖寄生在島弧成因的花崗巖內(nèi)部是通過碰撞造山作用過程中的構(gòu)造混雜作用的結(jié)果。結(jié)合年代學的結(jié)果,本文提出了以下的構(gòu)造模式:(1)晚古生代早期,古亞洲洋向北俯沖到西伯利亞板塊之下,形成了阿勒泰南緣的400～410Ma左右的島弧花崗巖;同時由于古亞洲洋的俯沖,有大量的洋殼物質(zhì)(包括海山玄武巖)未能俯沖下去,成為增生楔的一部分。(2)到晚二疊世時期,由于哈薩克斯坦板塊與西伯利亞板塊的強烈碰撞(碰撞開始時間可能要早于晚二疊世時期,晚二疊世是碰撞最強烈的時期)導致增生楔和島弧地帶的強烈擠壓變形,并導致增生楔物質(zhì)和花崗巖的強烈變形與構(gòu)造混雜。阿爾泰造山帶是由一系列大陸塊體、島弧和增生雜巖構(gòu)成的增生型造山帶(AMCetal.,1993;Natal’inBAandAMC,1994;XiaoWJetal.,2003)。在阿爾泰造山帶南緣,自西向東從哈巴河、阿勒泰、富蘊到熱壩河一帶,分布著一條NW-SE向的泥盆紀花崗巖(劉生等,1995;袁峰等,2001a,2001b;袁峰等,2003;鄭長青等,2003)。在大地構(gòu)造位置上,花崗巖帶位于增生弧到弧前盆地區(qū)域(WindleyBFetal.,2002;LiSetal.,2003;XiaoWJetal.,2003)。在這一花崗巖帶內(nèi)部發(fā)育有大量的基性巖塊體,它們呈透鏡狀產(chǎn)出于片麻狀花崗巖中,有的與片麻狀花崗巖一起經(jīng)歷了強烈的變形作用。圖1和圖2分別為沿阿拉尕克-塔爾浪鄉(xiāng)一帶的地質(zhì)圖和片麻狀花崗巖中的輝長巖透鏡體。從野外可以發(fā)現(xiàn),片麻狀花崗巖與基性輝長巖之間為一種斷層接觸關系,在很多野外觀察點上兩者之間為一平直的斷層面,與花崗巖當中的來自于地球深部的基性幔源包體完全不同。這說明這些基性雜巖不太可能是屬于花崗巖體中深部幔源包體,而是通過其它地質(zhì)作用過程使花崗巖和基性雜巖混雜在一起。根據(jù)袁超等(2005a)對阿拉尕克-塔爾浪雜巖體的不同類型花崗巖的年代學研究結(jié)果,發(fā)現(xiàn)不同類型的花崗巖具有相似的鋯石U-Pb年齡,片麻狀二云母花崗巖的鋯石SHRIMP年齡為411±5Ma和414±7Ma,灰黑色片麻狀花崗巖的鋯石SHRIMP年齡為398±9Ma和406±5Ma,肉紅色細粒二長花崗巖的鋯石SHRIMP年齡為4