巴伦台钾长花岗岩的地球化学及年代学.pdf
r I NWU 西北大学学报 自然科学版 2 0 1 0年 2月, 第 4 0卷第 1 期, F e b . , 2 0 1 0 , V o 1 . 4 0 , N o . 1 J o u r n a l o f N o h w e s t U n i v e r s i t y N a t u r a l S c i e n c e E d i t i o n 新疆 巴伦台钾长花 岗岩的地球化学及年代学 王守敬, 王居里 西北大学 大陆动力学国家重点实验室/ 地质学系, 陕西 西安7 1 0 0 6 9 摘要 目的探究新疆中天山巴伦 台地 区钾长花 岗岩的地球化 学特征 、 成岩年龄及其地质意义。方 法在详细的地质调查基础上, 分析其主量、 微量元素含量等地球化学特征, 并利用锆石 L A . I C P . M S U P b定年方法确 定其成岩年龄 。结 果 钾 长花 岗岩具 有火 山孤花 岗岩特征 , 形成年龄 为 3 6 9 . 6 M a 4 - 2 . 6 M a 。结论 古生代南天山洋洋壳向伊犁一中天山微板块下的俯冲至少延续到晚泥 盆世 。 关键词 钾长花岗岩; 地球化学; 锆石 u . P b定年; 巴伦台地区; 中天山 中图分类号 P 5 8 8 . 1 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 - 2 7 4 X 2 o l o o l - 0 1 0 5 - 0 6 Th e g e o c h e mi c a l c ha r a c t e r i s t i c s a n d c h r o n o l o g y o f t h e K- f e l d s p a r g r a n i t e i n B a l u n t a i a r e a ,X i n j i a n g WA N G S h o u - j i n g .WA N G J u 一 1 i S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f C o n t i n e n t a l D y n a m i c s / D e p a r t m e n t o f G e o l o g y , N o r t h w e s t U n i v e rs i ty, x i a n 7 1 0 0 6 9 , C h i n a Ab s t r a c t Ai m T o s t u d y t h e g e o c h e mi s t r y c h a r a c t e r i s t i c s ,z i r c o n U P b c h r o n o l o g y a n d t h e g e o l o g i c a l s i g n i fi c a n c e o f the K f e l d s p a r g r a n i t e i n n o r t h e rn B a l u n t a i a r e a . Me t h o d s B a s e d o n the g e o l o gic a l i n v e s t i g a t i o n ,g e o c h e m i s t ry a n al y s i s a n d L A I C P MS z i r c o n U P b d a t i n g a b o u t t h e K - f e l d s p ar gra n i t e , t h e g e o l o gi c a l s i gnific a n c e o f th e K f e l d - s p a r gra n i t e h a s b e e n s t u d i e d . Re s u l t s T h e K f e l d s p ar gra n i t e h a s t h e c h ara c t e ris t i c s o f i s l a n d arC gra n i t e s ,a n d f o r me d a t 3 6 9 . 5 Ma2. 6 Ma . Co n c l u s i o n T h e p a l e o s o u t h e rn T i a n s h a n o c e a n l i tho s p h e r e h a d b e e n s u b d u c t i n g b e n e a th t h e Yi l i . mi d d l e T i a n s h a n b l o c k f r o m S i l u ri a n t o l a t e De v o n i a n . Ke y wo r d s K- f e l d s p ar gra n i t e ;g e och e mi s t r y; Z i r c o n U P b d a ti n g ; B a l u n t a i a r e a ;Mi d d l e T i a n s h a n b l o c k 天山是 中国大陆西部一条重要的大陆造山带 , 该造山带经历了多期构造变形及 岩浆活动 , 并发育 多条不同时代的蛇绿混杂岩带。其中, 沿中天山南 缘出露的大规模的蛇绿混杂岩 , 被认为是 中天 山和 南天山之间一条重要的地质界线 J 。该带出露大 量不同时期、 成因有别的花岗岩体 I 9 J , 其中, 中天 山巴伦 台以北地区出露的闪长岩、 花岗闪长岩、 黑云 母花岗岩等具有火山弧花岗岩的特征, 形成年龄为 4 4 1 4 0 5 Ma J 。在这些火山弧花岗岩中还侵入 了大量钾长花岗岩 见图 1 , 目前还缺少精确的同 位素测年和地球化学数据。鉴于造山带花岗岩岩浆 活动常常代表一次重要的构造岩浆事件, 对它们的 研究不仅有助于确定岩浆构造热事件, 而且对于研 究造山带演化过程也具有重要 的制约意义 。因此 , 本文在对巴伦台以北地区钾长花岗岩进行详细野外 地质调研的基础上, 选择典型岩体进行锆石 L A . I C P M S U . P b定年和地球 化学研究 , 为探讨天 山构 造演化提供新的证据。 收稿日期 2 0 0 8 - 0 6 - 0 9 基金项目 国家科技攻关计划基金资助项 目 2 0 0 3 B A 6 1 2 A - 0 6 . 1 0 - 0 1 ; 国家科技支撑计划基金资助项 目 2 0 0 6 B A B 0 7 B 0 4 - O5 作者简介 王守敬, 男, 陕西潼关人, 从事矿物学、 岩石学、 矿床学研究。 通讯作者 王居里, 男, 陕西大荔人 , 西北大学教授, 从事矿物学、 岩石学、 矿床学研究。 .- 1 0 6. 西北大学学报 自然科学版 第 4 o卷 4 3。 01 4 2。 4 4 赢 警 受粤垄 篓 鬟 霆 8 6。 O 0 87 。 O0 囡 钾 长 花岗 岩 目 黑 云 母 花岗 岩 曰 闪 长 岩 圆 斜 长 花岗 岩团 花岗 闪 长 岩E 前 寒 武 系困 志 留 系 囫 石 炭 系 L 主 j 钾 长 花岗 岩 L j 黑 云 母 花岗 岩 闪 长 岩 斜 长 花岗 岩l 花岗 闪 长 岩匕三 I 前 寒 武 系 志 留 系 石 炭 系 图 1 巴伦台以北地区地质简图 据巴仑台幅1 2 0万地质图修编, 构造单元划分据文献[ 3 ] F i g . 1 G e o l o g i c a l s k e t c h ma p o f t h e n o r t h e r n B a l u n t a i , X i n j i a n g 1 区域地质背景及岩体地质简况 前人的研究成果表明, 西天山存在中天山南缘 断裂带和中天山北缘断裂带等两个古生代板块缝合 带 , 将天山划分为南天山、 中天山和北天山 3个构造 单元 J 。巴伦台地区位于天山核部 , 李 向民等 D 】 和董云鹏等 卜 的研究表明, 本区南侧乌瓦门地区 和北侧冰达坂地区发育大量 的蛇绿混杂岩, 证实本 区发育中天山南缘断裂带和中天山北缘断裂带两条 古生代板块缝合带, 表明研究区构造上处于中天山 构造单元内 见图 1 。 巴伦 台地区主要出露不同时代的花岗岩类和闪 长岩, 以及少量的前寒武纪变质基底 , 其 中, 花 岗岩 类和闪长岩是新元古到华力西晚期不同期次不同构 造环境下的产物。新元古花岗岩类出露于冰达坂地 区和巴伦台以北地区, 在冰达坂地区岩体受韧性剪 切带影响明显, 岩体形成年龄为 9 3 0 9 0 0 M a ①。志 留纪一早泥盆世花岗岩类和闪长岩在研究区出露面 积最大, 主要为闪长岩、 花岗闪长岩、 黑云母花岗岩 等 见图 1 , 局部受到韧性剪切带影响, 具有火山弧 花岗岩特征, 形成年龄为 4 4 1 4 0 5 M a 5 - 7 ] 。华力 西晚期花岗岩主要分 布在 中天 山北缘和南天 山北 缘 , 主要为碱长花 岗岩。姜常义等 的研究表 明, 南天山出露的碱长花 岗岩为华力西晚期后碰撞花岗 岩, 形成年龄 2 6 0 Ma , 王居里对 中天山北缘碱长花 岗岩定年研究获得其形成年龄为 2 6 9 Ma ④, 与南天 山碱长花岗岩基本一致。 4 3。 o1 4 2 。 4 4 巴伦台以北地区钾长花岗岩主要呈带状 近东西 向断续侵入于该地区志留纪一早泥盆世花岗岩类和 闪长岩中 见图1 , 目 前还没有精确的同位素测年和 地球化学数据。岩石风化较弱 , 未见蚀变 , 几乎未发 生变形 , 围岩为灰白色粗粒黑云母花岗岩。钾长花岗 岩为中粒半 自型粒状结构, 块状构造 , 主要由钾长石 5 0 % , 酸陛斜长石 1 0 % , 石英 3 5 % 和黑 云母 3 % 一 5 % 组成, 可见少量白云母 , 副矿物为榍 石、 褐帘石、 锆石等。 2 样品及分析方法 样品采集于巴伦台以北包格旦地区的新鲜钾长 花岗岩中, 地理坐标为 北纬 4 2 。 5 7 l 6 ” , 东经 8 6 。 2 0 4 3 ” 见图 1 。对采 自区内的 4个新鲜样品进行主 量、 微量元素分析, 分析在西北大学大陆动力学国家 重点实验室完成。主量元素用 X R F光谱测定 , 分析 精度优于2 %, 微量元素在 I C P M S 上测定, 分析精 度一般优于 2 % ~ 5 %。 在薄片 观察和地 球化学 研究 的基 础上 , 选 择 B L 2 样品进行锆石定年分析。锆石按常规重力和磁 选方法分选, 共分选锆石 1 0 0 0颗。将分选出的锆 石在双 目镜下挑纯 , 选择无色透明、 没有包裹体的锆 石 1 0 0多颗。首先将挑纯的锆石镶嵌在环氧树脂中 并抛光至锆石颗粒 的一半 , 然后进 行锆石的光学 、 ①王居里. 萨日达拉金矿及外围靶区评价研究报告.国家 三 0五项 目办公室 , 2 0 0 5 , 第 1 期 王守敬等 新疆巴伦台钾长花岗岩的地球化学及年代学 一 1 0 7一 c L 显微图像及 L A I C P M S分析。锆石的 c L图像 分析和 u . P b年龄测定在西北大学大陆动力学国家 重点实验室进行, 仪器的性能、 工作参数、 测试条件 以及详 细 的分 析步 骤 和数 据处 理方 法 参 见文 献 [ 1 3 ] 。 3 分析结果 3 . 1 地球化学 本 区钾长花 岗岩 的分析结果见表 1 。其 S i O , A 1 0 3含 量 高 , 分 别 为 S i O 7 5 . 2 5 % ~ 7 7 . 5 1 % , W A 1 2 0 3 1 1 . 9 5 % ~1 2 . 7 4 % ; A / C N K 铝指数 1 . 0 4~ 1 . 0 8 , 属弱过铝质花岗岩; 钾钠 总量高 W K 2 0 W N a 2 O 7 . 6 2 % ~ 8 . 7 8 %, 钾 略高于钠 I1 K 0 / w N a 00 . 8 0~1 . 4 2 , 平均 1 . 2 4 。在 S i O - K 0图解上主要投入高钾钙碱性系 列 见图 2 。 钾长花岗岩相对富集大离子亲石元素 L I L E , 亏损高场强元素 H F S E , 在洋脊花岗岩标准化微 量元素蛛网图上富集 K , R b , B a , T h 等强不相容元 素, 亏损 T a , H f , Z r , S m, Y , Y b等高场强元素, 与智 利、 牙买加岛弧花岗岩微量元素特征 基本一致 见图3 。岩体稀土总量低, W ∑ R E E 5 5 . 1 3 1 2 5 . 5 2 1 0~, 轻重 稀 土分 异较 强 , Y b 1 . 6 7~4 . 5 0 ,铕负异常强烈 8 E u 0 . 2 0 0 . 2 8 ,重 w s i O ” ,0 图2 巴伦台花岗岩类 S i O - K 0图解 志留纪一早泥盆 纪花岗岩类数据引自文献[ 6 ] F i g . 2 T h e S i O2 - K2 0 d i a g r a m o f t h e B a l u n t a i g r a n i t e s 稀土分异不明显 见图4 , 与火山弧花岗岩基本一 致。 表 1 巴伦台钾长花岗岩主量元素 % 、 微量元素 1 O 分析结果 T a b . 1 Ma j o r %a n d t r a c e e l e me n t 1 0 c o n t e n t s o f t h e B a l u n t a i K- f e l d s p a r g r a n i t e 样品 B L 1 B L 2 B L 3 B L 4 样品 B L 1 B L 2 B L 3 B L 4 样品 B L 1 B L 2 B L 3 B L 4 S i O , 7 7 . 5 1 7 6 . 6 8 7 7 . 3 2 7 5 . 2 6 C o 1 31 1 3 9 l 6 4 1 4 7 U 1 . 8 6 4 . 1 8 2 . 3 7 3 . 8 6 0,0 . 1 1 O . 2 2 O . 0 9 O . 1 4 Ni 2 . 6 9 3 . 8 6 2 . 5 5 3 . 4 0 L a 8 . 7 6 2 O . 4 1 3 . 9 1 9 . 4 A1 , 0 1 1 . 9 5 l 1 . 9 8 l 2 . 6 2 1 2 . 7 4 C u 3 . 9 9 1 1 . 5 3 . 4 3 l 1 . 5 C e 1 8 . 0 4 4 . 0 3 0 . 3 4 1 . 3 F e , 0 1 . 0 3 1 . 7 5 0 . 8 5 1 . 4 1 Z n 2 1 . 0 2 1 . 4 1 O . 7 1 1 . 5 P r 2 . 2 7 5 . 1 8 3 . 6 6 4 . 9 1 Mn O 0 . 0 2 0 . 0 2 0 . 0 2 0 . O 1 Ga 1 1 . 6 1 2 . 6 1 3 . 0 1 2 . 9 Nd 7 . 8 2 l 9 . 5 1 3 . 4 1 8 . 3 Mg 0 0 . 3 0 0 . 4 9 0 . 2 0 0 . 3 4 f u l 2 4 2 0l 2 3 3 2 2 5 S m . 2 . 1 4 4 . 8 2 3 . 3 7 4 . 6 0 C a 0 0 . 3 3 O . 3 9 O . 3 3 0 . 3 3 s r 5 6 . 0 7 3 . 4 6 7 . 4 7 7 . 6 E u 0 . 2 1 0 . 3 6 0 . 21 0 . 3 7 N a 1 0 4 . 2 3 3 . 3 1 3 . 5 1 3 . 6 3 Y 2 9 . 6 6 0 . 4 2 2 . 1 5 6 . 4 G d 2 . 3 9 5 . 3 1 3 . 1 5 5 . 2 3 k 0 3 . 3 9 4 . 5 1 4 . 8 5 5 . 1 5 Z r 6 6 . 6 1 2 5 7 7 . 9 8 7 . 9 I 0 . 5 5 1 . 1 7 0 . 61 1 . 1 6 0 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 5 0 . 0 5 N b 4 . 5 8 8 . 7 0 6 . 4 9 5 . 9 2 D v 3 . 9 5 8 . 2 6 3 . 5 7 8 . 1 7 烧失量0 . 6 6 0 . 7 2 0 . 5 0 0 . 6 3 C s 1 . 7 1 3 . 0 7 3 . 0 3 2 . 8 5 H o 0 . 9 5 1 . 9 3 0 . 7 5 1 . 8 5 总量9 9 . 5 7 1 0 0 . 1 2 1 0 0 . 3 4 9 9 . 6 9 B a 1 3 1 1 8 4 1 3 6 2 0 8 E r 3 . 1 9 6 . 2 2 2 . 2 0 5 . 8 7 B e 2 . 2 8 1 . 9 4 1 . 7 7 2 . 0 8 Hf 2 . 3 6 3 . 9 3 2 . 7 5 2 . 8 6 T I n O . 5 7 1 . 0 4 0 . 3 6 0 . 9 4 S c 2 . 6 7 5 . 4 9 2 . 1 8 3 . 8 0 T a O . 6 0 1 . 0 5 1 . O 8 O . 8 l Y b 3 . 7 6 6 . 4 7 2 . 21 5 . 7 0 V 7 . 3 1 1 5 . 3 5 . 8 5 1 2 . 5 P b 1 5 . 5 2 O . 9 1 9 . 0 2 1 . 8 I m 0 . 5 5 0 . 9 1 O . 3l 0 . 7 8 C r 3 . 6 7 6 . 7 2 3 . 6 0 6 . 5 8 T h 8 . 3 2 l 7 . 7 1 5 . 1 1 7 . 2 8 E u 0 . 2 8 0 . 2 2 0 . 2 0 0 . 2 3 3 . 2 锆石定年 3 . 2 . 1 锆石 阴极发光图像特征钾长花 岗岩中锆 石的C L图像如图 5 所示。锆石可以分为两类, 一 类为自形长柱状, 柱面发育, 长 1 0 02 0 0 I.L m, 宽 5 0~ 7 0 m, 锆石内部结构 比较均一 , 基本未见核幔 结构, 发育韵律环带, 是岩浆锆石的典型特征 ; 另 一 类为 自形短柱状 , 长 1 0 0~1 5 0 , 宽 8 O一1 2 0 la x n , 具有明显的核幔结构, 核部和幔部都具有岩浆锆石 特征。 3 . 2 . 2 定年结果对巴伦 台钾长花 岗岩 B IL 2样 品 1 5颗锆石的 1 9次分析结果见表 2和图 5 。在锆石 u . P b 谐和图上 见图 6 a , 数据点主要分为两群, P b u年龄值分别集中在4 1 8 - 4 1 3 M a 和3 7 3 3 6 3 M a 。有4个点的撕P b / 。 u年龄值集中在4 1 8 8 7 6 5 4 3 2 l O / 邑≥ . 1 0 8. 西北大学学报 自然科学版 第 4 0卷 4 1 3 Ma , 加权平均值为4 1 6 . 3 M a 5 . 5 Ma 2 o “ 。从 锆石 c L图像上可以看出, 这些点主要分布在短柱 状锆石核部, 且其年龄与围岩年龄基本一致 , 很 可能是残留锆石年龄。有 1 4个点的 P b / U年龄 值集中在 3 7 3~ 3 6 3 M a , 加权平均值为 3 6 9 . 6 M a j 匠 舡 楚 \ 、 j 2 . 6 Ma 2 t r 见图 6 b 。这些点 主要是长柱状锆石 和短柱状锆石幔部的分析结果, 应该代表花岗岩的 形成年龄。B L 2 . 1 4 3 2 0 M a 年龄与其他点不一致, 可能不具有地质意义。 图 3 巴伦台花岗岩类不相容元素洋脊花岗岩标准化蛛网图 F i g . 3 OR G- n o r ma l i z e d t r a c e e l e me n t c o n c e n t r a t i o n s 注 洋脊花岗岩标准化值及球粒陨石标准化值引 自文献[ 1 4 , 1 5 ] 图5 锆石 C L图像 F i g . 5 Zi r c o n c a t h o d o l u mi n e s c e n c e e l e c t r o n i ma g e s 注 圆圈为 L A I C P M S分析位置, 数字为表面年龄 Ma La Ce Pr Nd S m Eu GdTb Dy Ho E r T m Yb Lu 图4 稀土元素球粒陨石标准化配分模式图 F i g . 4 R a r e e a r t h e l e me n t C h o n d ri t e - n o e mali z e d d i s t rib u t i o n p a t t e r n s 注 志留纪 一早泥盆纪花岗岩类数据引自文献[ 1 6 ] ’ Pb / U 图 6 锆石 u P b谐和图 F i g . 6 Z i r c o n L A I C P - MS U P b C o n c o r d i a d i a g r a m 表2 巴伦台钾长花岗岩锆石 L A - I C P - MS分析结果 Ta b . 2 T h e r e s u l t o f z i r c o n LA- I CP- MS U- P b d a t i n g f o r Ba l u n t a i r e d K- f e l d s p a r g r a n i t e 第 1 期 王守敬等 新疆巴伦台钾长花岗岩的地球化学及年代学 一 1 0 9 4 讨论 中天山巴伦台以北地区出露大量的闪长岩、 花 岗闪长岩、 黑云母花 岗岩 , 钾长花 岗岩 与其关系密 切, 主要出露于其边缘或内部。根据本次研究成果, 结合前人 的研究成果 显示该地区花岗岩类都具 有火山弧花岗岩特征 见图 3 , 4 。地质学和岩相学 研究显示 中天山巴伦 台以北地区花岗岩类很有可能 属于同一个岩浆演化序列。地球化学研究表明, 该 地区花岗岩类都属于高钾钙碱性系列 见图2 , 微 量元素特征也基本一致 见图 3 , 4 , 在 L a . L a / S m图 解上显示 出结 晶分异 的特征 见 图 7 。本次锆石 L A I C P . MS U P b定年结果表 明钾长花岗岩形成年 龄为 3 6 9 . 6 Ma 2 . 6 M a , 同时存在一些残 留锆石 , 吕 ∞ 图7 L a . L a / S m图解 志留纪 一早泥盆纪花 岗岩类数 据引自文献[ 1 6 ] F i g . 7 T h e L a L a / S m d i a g r a m 残留锆石具有岩浆锆石特征 , u P b年龄为 4 1 6 Ma , 与该地区闪长岩、 花岗闪长岩 、 黑云母花岗岩形成年 龄 4 4 1 4 0 5 M a 基本一致 , 很有 可能是继承 了其锆石年龄信息, 从侧面反映出它们可能具有同 源演化关系。因此, 中天 山巴伦 台地 区花 岗岩类可 能是在相同的构造体制下同源岩浆演化的产物, 它 们的时间跨度可以反映该地区火山弧岩浆活动的时 限。 参考文献[ 1 7 2 2 ] 对天山区域构造、 沉积作 用、 高压变质作用以及火山作用研究的结果显示 , 南 天山构造带于新元古代 震旦纪 打开, 到早古生代 晚期汇聚收缩并发生陆缘增生 , 并于早石炭世末洋 盆闭合。本次研究结合前人 的研究成果 显示 , 巴伦台以北 地区火 山弧岩浆活动 的时间为 4 4 1~ 3 6 9 M a , 与伊犁地块南缘活动陆缘花岗质侵人体形 成年龄 4 3 6~ 3 6 6 M a 8 基本一致 , 表明古生代南 天山洋洋壳向伊犁一中天山微板块下的俯冲至少持 续到晚泥盆世。 5 结 论 中天山巴伦台地 区出露的钾长花岗岩具有火 山 弧花 岗岩 的特征 , 形成年龄为 3 6 9 . 6 M a士 2 . 6 M a , 与该地区志留纪一早泥盆世火山弧花岗岩具有同源 演化的关系, 说明古生代南天山洋壳向中天山板块 下的俯冲至少持续到晚泥盆世。 致谢 本文得到西北大学大陆动力学国家重点 实验室柳小明高级工程师的指导, 在此表示诚挚的 感谢 参考文献 [ 1 ] 王作勋 , 邬继易, 吕喜朝, 等.天山多旋回构造演化及 成矿[ M] .北京 科学出版社, 1 9 9 0 . [ 2 ] 肖序常, 汤耀庆, 冯益民, 等.新疆北部及其邻区大地 构造[ M] . 北京 地质出版社, 1 9 9 2 . 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