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    东昆仑按纳格角闪辉长岩体地球化学特征及其对古特提斯洋演化的制约

    赵旭 付乐兵 魏俊浩 赵玉京 唐洋 杨宝荣 管波 王晓云

    赵旭, 付乐兵, 魏俊浩, 赵玉京, 唐洋, 杨宝荣, 管波, 王晓云, 2018. 东昆仑按纳格角闪辉长岩体地球化学特征及其对古特提斯洋演化的制约. 地球科学, 43(2): 354-370. doi: 10.3799/dqkx.2018.020
    引用本文: 赵旭, 付乐兵, 魏俊浩, 赵玉京, 唐洋, 杨宝荣, 管波, 王晓云, 2018. 东昆仑按纳格角闪辉长岩体地球化学特征及其对古特提斯洋演化的制约. 地球科学, 43(2): 354-370. doi: 10.3799/dqkx.2018.020
    Zhao Xu, Fu Lebing, Wei Junhao, Zhao Yujing, Tang Yang, Yang Baorong, Guan Bo, Wang Xiaoyun, 2018. Geochemical Characteristics of An'nage Hornblende Gabbro from East Kunlun Orogenic Belt and Its Constraints on Evolution of Paleo-Tethys Ocean. Earth Science, 43(2): 354-370. doi: 10.3799/dqkx.2018.020
    Citation: Zhao Xu, Fu Lebing, Wei Junhao, Zhao Yujing, Tang Yang, Yang Baorong, Guan Bo, Wang Xiaoyun, 2018. Geochemical Characteristics of An'nage Hornblende Gabbro from East Kunlun Orogenic Belt and Its Constraints on Evolution of Paleo-Tethys Ocean. Earth Science, 43(2): 354-370. doi: 10.3799/dqkx.2018.020

    东昆仑按纳格角闪辉长岩体地球化学特征及其对古特提斯洋演化的制约

    doi: 10.3799/dqkx.2018.020
    基金项目: 

    中国地质调查局项目 12120114081401

    中国地质调查局项目 12120114000701

    中央高校基本科研业务费专项资金 CUGL170413

    国家自然科学基金项目 41302065

    详细信息
      作者简介:

      赵旭(1994-), 男, 博士研究生, 主要从事矿床地球化学、成矿规律与成矿预测研究

      通讯作者: 付乐兵
    • 中图分类号: P597

    Geochemical Characteristics of An'nage Hornblende Gabbro from East Kunlun Orogenic Belt and Its Constraints on Evolution of Paleo-Tethys Ocean

    • 摘要: 目前关于东昆仑地区二叠纪-三叠纪基性岩浆岩的研究极为薄弱, 这不仅限制了对该时期东昆仑地区地幔源区性质的理解, 也在一定程度上制约了对古特提斯洋演化历史的准确认识.对东昆仑东段按纳格角闪辉长岩体进行了锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究.结果显示:角闪辉长岩的锆石U-Pb定年结果为242±2 Ma; 岩体具有较低的SiO2(46.00%~52.40%)及(Na2O+K2O)含量(3.07%~3.79%), 碱度(δ)值为1.26~3.14;另外, 岩石具有较高的Al2O3(17.35%~20.10%), MgO(4.65%~6.53%)和FeOT(8.77%~11.07%)含量, Mg#值为68~75, 属于钙碱性系列.岩石(La/Yb)N为1.72~5.48, δEu为0.87~1.00, 具有弱的轻重稀土分异和负铕异常, 其富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素, 具有低Nb/Ta值(3.7~8.8), 显示岛弧岩浆岩的地球化学特征.全岩(87Sr/86Sr)i值(0.708 80~0.710 36)和εNd(t)值(-4.8~-3.4)相对集中, 锆石εNd(t)值为-4.9~-0.4.综合分析表明, 岩浆起源于俯冲板片流体交代的地幔楔, 为尖晶石相金云母二辉橄榄岩的部分熔融产物, 岩浆在上升侵位过程中未遭受明显地壳混染, 但经历了少量单斜辉石和斜长石的分离结晶作用.综合区域构造演化史以及同时代岩浆岩的年代学和地球化学特征, 认为按纳格角闪辉长岩体侵位于古特提斯洋北向俯冲的晚期, 该区古特提斯洋的最终闭合时间为中-晚三叠世.
    • 图 1  东昆仑造山带构造位置(a)、岩浆岩分布(b)和按纳格角闪辉长岩体地质简图(c)

      Figure 1.  Geotectonic framework(a) and magmatite distribution(b) of East Kunlun orogenic belt, and simplified geological map of the An'nage hornblende gabbro(c)

      图a据Xia et al.(2015a), 图b据Xia et al.(2015b)

      图 2  按纳格角闪辉长岩体镜下照片(正交光)

      Figure 2.  Microphotographs of An'nage hornblende gabbro

      Am.角闪石; Bi.黑云母; Pl.斜长石

      图 3  按纳格角闪辉长岩体样品An2典型锆石阴极发光图像(CL)

      Figure 3.  Zircon cathodoluminescence(CL) images of sample An2 for An'nage hornblende gabbro

      图中虚线圈和实线圈分别代表U-Pb和Hf同位素分析测试点; 括号外数值表示年龄, 括号内数值表示锆石Hf同位素组成

      图 4  按纳格角闪辉长岩锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagram for An'nage hornblende gabbro

      图 5  按纳格角闪辉长岩体TAS图解(a)和FeOT-FeOT/MgO图解(b)

      Figure 5.  TAS diagram(a) and FeOT vs.FeOT/MgO diagram(b) for An'nage hornblende gabbro

      图a底图据Wison(1989); 图b底图据Miyashiro(1974); 白日其利镁铁质岩(251 Ma)数据据熊富浩等(2011)

      图 6  按纳格角闪辉长岩体哈克图解

      Figure 6.  Harker diagrams for An'nage hornblende gabbro

      图 7  按纳格角闪辉长岩体球粒陨石标准化稀土元素分布模式(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)

      Figure 7.  The chondrite-normalized REE pattern(a) and PM-normalized trace element spider diagram(b) of An'nage hornblende gabbro

      图 8  按纳格角闪辉长岩体的εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(a), Nd同位素图解(b), 锆石Hf同位素图解(c)和Hf同位素二阶段模式年龄直方图(d)

      Figure 8.  The εNd(t)-(87Sr/86Sr)i relations(a), Nd isotopic compositions(b), Hf isotopic compositions of zircons(c) and histogram of Hf isotopic two-stage model age(d) of An'nage hornblende gabbro

      图中白日其利镁铁质岩数据来源同图 5; a图中东昆仑基底数据来自陈宣华等(2011), 富集岩石圈地幔数据来自刘成东等(2003)以及熊富浩等(2011), 岩浆弧数据来自Xiong et al.(2012)刘成东等(2003)

      图 9  按纳格角闪辉长岩体源区成分判别图解

      Figure 9.  The discrimination diagrams of source composition for An'nage hornblende gabbro

      图a数据来自Furman and Graham(1999); 图c数据来自柴凤梅等(2007); 图d数据来自赵少卿等(2015); 图c和d中带短横线曲线为地幔岩浆熔融程度趋势线

      图 10  按纳格角闪辉长岩体Hf/3-Th-Nb/16(a)和Ti/100-Zr-Sr/2(b)构造环境判别图解

      Figure 10.  Hf/3-Th-Rb/16(a) and Ti/100-Zr-Sr/2(b) discrimination diagrams for An'nage hornblende gabbro

      图a底图据Wood et al.(1979); 图b底图据Pearce and Cann(1973)

      表 1  按纳格角闪辉长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析数据

      Table 1.  Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of An'nage hornblende gabbro

      点号 Th(10-6) U(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
      207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ
      An2-1 166 128 1.30 0.074 81 0.002 61 0.394 59 0.015 03 0.038 27 0.000 59 0.011 31 0.000 45 1 064 69 338 11 242 4 227 9
      An2-2 146 124 1.18 0.051 58 0.001 71 0.271 33 0.009 99 0.038 17 0.000 56 0.012 75 0.000 50 267 74 244 8 242 3 256 10
      An2-3 46 49 0.94 0.056 86 0.004 13 0.300 69 0.021 89 0.038 37 0.000 81 0.013 70 0.000 70 486 153 267 17 243 5 275 14
      An2-4 99 108 0.91 0.053 26 0.002 07 0.280 41 0.011 69 0.038 20 0.000 58 0.012 06 0.000 52 340 85 251 9 242 4 242 10
      An2-5 282 160 1.76 0.067 25 0.002 64 0.350 68 0.014 70 0.037 83 0.000 60 0.012 12 0.000 53 846 80 305 11 239 4 244 11
      An2-6 227 179 1.27 0.052 06 0.002 27 0.274 84 0.012 63 0.038 30 0.000 61 0.011 54 0.000 54 288 97 247 10 242 4 232 11
      An2-7 383 268 1.43 0.050 25 0.001 33 0.265 62 0.008 23 0.038 35 0.000 53 0.011 48 0.000 52 207 60 239 7 243 3 231 10
      An2-08 442 342 1.29 0.059 45 0.001 69 0.314 34 0.010 26 0.038 36 0.000 54 0.012 58 0.000 60 584 61 278 8 243 3 253 12
      An2-09 114 97 1.17 0.051 35 0.002 09 0.270 21 0.011 70 0.038 18 0.000 59 0.012 14 0.000 62 256 91 243 9 242 4 244 12
      An2-10 421 219 1.93 0.051 77 0.001 56 0.276 53 0.009 41 0.038 75 0.000 55 0.011 59 0.000 60 275 68 248 7 245 3 233 12
      An2-11 266 157 1.69 0.051 43 0.002 60 0.273 35 0.014 24 0.038 55 0.000 64 0.012 12 0.000 41 260 112 245 11 244 4 244 8
      An2-12 346 224 1.54 0.056 81 0.001 48 0.298 47 0.009 03 0.038 11 0.000 51 0.012 20 0.000 38 484 56 265 7 241 3 245 8
      An2-13 206 108 1.90 0.060 45 0.003 02 0.318 83 0.016 36 0.038 25 0.000 65 0.012 61 0.000 46 620 104 281 13 242 4 253 9
      An2-14 187 119 1.57 0.062 93 0.003 16 0.330 72 0.017 03 0.038 12 0.000 66 0.012 83 0.000 50 706 103 290 13 241 4 258 10
      An2-15 138 135 1.02 0.058 67 0.002 45 0.307 74 0.013 51 0.038 05 0.000 59 0.012 33 0.000 50 555 89 272 10 241 4 248 10
      An2-16 163 145 1.13 0.053 87 0.001 75 0.283 48 0.010 15 0.038 17 0.000 54 0.012 29 0.000 49 366 72 253 8 242 3 247 10
      An2-17 206 195 1.05 0.050 82 0.001 39 0.265 47 0.008 35 0.037 89 0.000 52 0.012 10 0.000 50 233 62 239 7 240 3 243 10
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      表 2  按纳格角闪辉长岩主量元素(%)、微量元素(10-6)和稀土元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Major elements(%), trace elements(10-6) and rare earth elements(10-6) results of An'nage hornblende gabbro

      样号 An1 An2 An3 An4 An5 An6
      SiO2 51.20 52.40 51.40 49.80 51.40 46.00
      Al2O3 18.20 17.95 18.25 17.45 17.35 20.10
      FeOT 8.92 8.77 10.04 11.07 10.10 8.86
      TiO2 0.82 1.08 1.07 1.12 1.16 0.92
      MnO 0.17 0.13 0.17 0.17 0.15 0.14
      MgO 5.82 4.65 5.53 5.95 5.71 6.53
      CaO 8.39 7.98 7.80 7.83 7.76 10.95
      BaO 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
      Na2O 2.21 2.37 2.48 2.04 2.34 2.05
      K2O 1.01 1.42 0.90 1.34 1.30 1.02
      P2O5 0.09 0.15 0.10 0.10 0.10 0.06
      LOI 2.04 2.39 1.57 2.40 1.69 2.55
      Total 99.06 99.49 99.58 99.61 99.32 99.37
      Na2O+K2O 3.22 3.79 3.38 3.38 3.64 3.07
      FeOT/MgO 1.53 1.89 1.82 1.86 1.77 1.36
      Mg# 72 68 69 68 69 75
      δ 1.26 1.53 1.36 1.68 1.58 3.14
      Li 33.8 35.3 23.9 15.1 13.9 12.5
      Be 1.56 2.12 1.81 0.69 0.77 0.46
      Sc 46.8 50.1 57.7 25.5 28.4 23.5
      V 381 537 623 293 278 186
      Cr 68.3 42.7 59.4 37.3 24.5 86.8
      Co 158.0 139.0 164.0 56.1 59.5 65.6
      Ni 73.3 66.2 83.1 33.7 27.8 45.3
      Cu 21.5 33.2 88.9 35.9 35.2 10.2
      Zn 223 225 283 124 145 109
      Ga 37.3 42.3 41.1 17.4 17.3 17.3
      Rb 74.3 105.0 69.6 43.7 45.5 33.2
      Sr 655 714 621 241 256 273
      Y 51.8 46.3 45.3 20.1 22.0 26.2
      Zr 171.0 129.0 143.0 46.8 48.8 51.7
      Nb 13.7 16.0 13.8 5.3 12.6 3.8
      Cs 3.5 6.1 3.5 2.1 2.7 1.6
      Ba 523 677 522 270 292 221
      La 26.9 35.3 29.8 10.6 12.8 6.1
      Ce 55.3 71.2 59.4 23.1 26.0 14.2
      Pr 7.2 9.0 7.2 2.9 3.2 2.1
      Nd 31.5 36.6 28.9 12.4 13.1 10.1
      Sm 7.9 7.9 6.9 3.0 3.2 3.1
      Eu 2.32 2.63 2.20 0.95 1.04 0.99
      Gd 8.4 7.9 7.4 3.3 3.6 3.8
      Tb 1.44 1.28 1.23 0.54 0.60 0.66
      Dy 8.7 7.7 7.5 3.3 3.7 4.3
      Ho 1.83 1.60 1.57 0.69 0.76 0.91
      Er 5.28 4.68 4.58 2.01 2.22 2.63
      Tm 0.77 0.68 0.66 0.29 0.32 0.38
      Yb 4.85 4.34 4.21 1.84 1.99 2.40
      Lu 0.73 0.65 0.64 0.28 0.30 0.36
      Hf 4.39 3.94 4.23 1.52 1.64 1.68
      Ta 3.71 1.82 2.37 0.73 1.72 0.82
      Tl 0.37 0.53 0.36 0.25 0.25 0.17
      Pb 11.0 16.2 12.2 5.1 5.9 4.7
      Th 5.9 7.0 9.2 2.4 2.9 0.8
      U 0.72 0.83 1.55 0.62 0.48 0.24
      ΣREE 215 238 208 85 95 78
      (La/Yb)N 3.74 5.48 4.77 3.88 4.34 1.72
      δEu 0.87 1.00 0.94 0.92 0.93 0.88
      注:FeOT为全铁含量; LOI为烧矢量; Mg#=100×Mg/(Ma+Fe), 原子个数之比; 碱度δ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43);δEu=2EuN/(SmN+GdN)(Sun and McDonough, 1989), 下标N为球粒陨石标准化值.
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      表 3  按纳格角闪辉长岩Sr-Nd同位素分析结果

      Table 3.  Sr-Nd isotopic compositions of An'nage hornblende gabbro

      样号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 1σ (87Sr/86Sr)i 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd 1σ εNd(t) tDM2(Ma)
      An1 0.328 0.710 48 0.000 02 0.709 35 0.151 418 0.512 369 0.000 006 -3.9 1 326
      An2 0.426 0.711 82 0.000 02 0.710 36 0.130 812 0.512 287 0.000 005 -4.8 1 405
      An3 0.324 0.710 02 0.000 02 0.708 91 0.143 496 0.512 381 0.000 006 -3.4 1 287
      An4 0.525 0.710 74 0.000 02 0.708 94 0.145 768 0.512 375 0.000 003 -3.6 1 303
      An5 0.514 0.710 56 0.000 04 0.708 80 0.148 593 0.512 388 0.000 006 -3.4 1 289
      注:εNd(t)值计算采用(147Sm/144Nd)CHUR=0.196 7, (143Nd/144Nd)CHUR=0.512 638;t代表成岩年龄(242 Ma); 同位素亏损地幔模式年龄tDM2计算采用(147Sm/144Nd)DM=0.213 7, (143Nd/144Nd)DM=0.513 15.
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      表 4  按纳格角闪辉长岩锆石Hf同位素分析结果

      Table 4.  Hf isotopic data for zircon samples from An'nage hornblende gabbro

      点号 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σ t(Ma) εHf(0) εHf(t) tDM1(Ma) tDM2(Ma) fLu/Hf
      An2-1 0.037 146 0.001 727 0.282 583 0.000 020 242 -6.7 -1.6 965 1 153 -0.95
      An2-2 0.039 615 0.001 834 0.282 491 0.000 025 242 -9.9 -4.9 1100 1 318 -0.94
      An2-3 0.036 556 0.001 650 0.282 557 0.000 027 243 -7.6 -2.6 1001 1 200 -0.95
      An2-4 0.034 658 0.001 657 0.282 568 0.000 021 242 -7.2 -2.2 985 1 179 -0.95
      An2-5 0.034 797 0.001 571 0.282 576 0.000 019 239 -6.9 -1.9 972 1 165 -0.95
      An2-6 0.037 491 0.001 661 0.282 575 0.000 027 242 -7.0 -1.9 975 1 167 -0.95
      An2-7 0.064 186 0.002 795 0.282 572 0.000 027 243 -7.1 -2.2 1010 1 181 -0.92
      An2-8 0.022 967 0.001 044 0.282 590 0.000 034 243 -6.4 -1.3 938 1 136 -0.97
      An2-10 0.048 051 0.002 033 0.282 592 0.000 037 245 -6.4 -1.4 960 1 139 -0.94
      An2-11 0.051 703 0.002 161 0.282 619 0.000 037 244 -5.4 -0.4 925 1 092 -0.93
      An2-12 0.086 838 0.003 532 0.282 594 0.000 038 241 -6.3 -1.6 999 1 148 -0.89
      An2-13 0.043 328 0.001 806 0.282 611 0.000 036 242 -5.7 -0.7 927 1 103 -0.95
      An2-14 0.025 801 0.001 089 0.282 577 0.000 029 241 -6.9 -1.7 957 1 158 -0.97
      An2-15 0.041 244 0.001 818 0.282 522 0.000 036 241 -8.9 -3.8 1056 1 264 -0.95
      An2-16 0.053 913 0.002 218 0.282 571 0.000 025 242 -7.1 -2.1 996 1 179 -0.93
      An2-17 0.041 781 0.001 861 0.282 568 0.000 028 240 -7.2 -2.1 991 1 181 -0.94
      注:εHf(t)采用(176Lu/177Hf)CHUR=0.033 2和(176Hf/177Hf)CHUR, 0=0.282 772进行计算(Blichert-Toft et al., 1997), tDM采用(176Lu/177Hf)DM=0.038 4和(176Hf/177Hf)DM=0.283 25进行计算(Griffin et al., 2004), 176Lu衰变常数采用1.867×10-11 a-1(Söderlund et al., 2004).
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    出版历程
    • 收稿日期:  2017-07-08
    • 刊出日期:  2018-02-01

    东昆仑按纳格角闪辉长岩体地球化学特征及其对古特提斯洋演化的制约

      通讯作者: 付乐兵, fulebing1212@126.com
      作者简介: 赵旭(1994-), 男, 博士研究生, 主要从事矿床地球化学、成矿规律与成矿预测研究
    • 1. 中国地质大学资源学院, 湖北武汉 430074
    • 2. 青海省有色地质矿产勘查局, 青海西宁 810007
    基金项目:  中国地质调查局项目 12120114081401中国地质调查局项目 12120114000701中央高校基本科研业务费专项资金 CUGL170413国家自然科学基金项目 41302065

    摘要: 目前关于东昆仑地区二叠纪-三叠纪基性岩浆岩的研究极为薄弱, 这不仅限制了对该时期东昆仑地区地幔源区性质的理解, 也在一定程度上制约了对古特提斯洋演化历史的准确认识.对东昆仑东段按纳格角闪辉长岩体进行了锆石U-Pb年代学、全岩地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究.结果显示:角闪辉长岩的锆石U-Pb定年结果为242±2 Ma; 岩体具有较低的SiO2(46.00%~52.40%)及(Na2O+K2O)含量(3.07%~3.79%), 碱度(δ)值为1.26~3.14;另外, 岩石具有较高的Al2O3(17.35%~20.10%), MgO(4.65%~6.53%)和FeOT(8.77%~11.07%)含量, Mg#值为68~75, 属于钙碱性系列.岩石(La/Yb)N为1.72~5.48, δEu为0.87~1.00, 具有弱的轻重稀土分异和负铕异常, 其富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素, 具有低Nb/Ta值(3.7~8.8), 显示岛弧岩浆岩的地球化学特征.全岩(87Sr/86Sr)i值(0.708 80~0.710 36)和εNd(t)值(-4.8~-3.4)相对集中, 锆石εNd(t)值为-4.9~-0.4.综合分析表明, 岩浆起源于俯冲板片流体交代的地幔楔, 为尖晶石相金云母二辉橄榄岩的部分熔融产物, 岩浆在上升侵位过程中未遭受明显地壳混染, 但经历了少量单斜辉石和斜长石的分离结晶作用.综合区域构造演化史以及同时代岩浆岩的年代学和地球化学特征, 认为按纳格角闪辉长岩体侵位于古特提斯洋北向俯冲的晚期, 该区古特提斯洋的最终闭合时间为中-晚三叠世.

    English Abstract

      • 东昆仑造山带是青藏高原东北端一条巨型的构造岩浆岩带, 带内岩浆活动频繁, 主要集中在寒武纪(元古宙)、早古生代、晚古生代-早中生代、晚中生代-新生代4个时段, 并分别与4个造山旋回相对应(莫宣学等, 2007)(图 1a, 1b).其中的晚古生代-早中生代时期, 东昆仑地区经历了古特提斯洋北向俯冲和板块碰撞造山两个阶段的构造运动, 形成了大量与之相关的岩浆岩.前人对区域上该时期形成的中酸性岩浆岩做了大量研究, 并将区域岩浆岩划分为安第斯型岛弧岩浆岩和碰撞-后碰撞岩浆岩两类.安第斯型岛弧岩浆岩多形成于240 Ma以前, 主要为闪长岩-石英闪长岩, 岩石类型多为钙碱性, 普遍亏损高场强元素而富集大离子亲石元素, 岩浆起源于地幔楔和下地壳部分熔融形成的混合岩浆(李碧乐等, 2012; 王冠等, 2014).碰撞-后碰撞岩浆岩多形成于230 Ma以后, 主要为含暗色包体花岗岩-花岗闪长岩, 岩石类型多为富钾钙碱性, 岩浆起源于加厚下地壳熔融(陈国超等, 2013; 罗明非等, 2014; Li et al., 2015).但是, Huang et al.(2014)通过系统研究后则认为250 Ma含镁铁质包体的花岗岩应属同碰撞花岗岩.因此, 区域上中酸性岩浆岩形成的动力学背景与古特提斯洋演化过程之间的耦合关系尚存在争议, 限制了人们对古特提斯洋演化历史的准确认识.

        图  1  东昆仑造山带构造位置(a)、岩浆岩分布(b)和按纳格角闪辉长岩体地质简图(c)

        Figure 1.  Geotectonic framework(a) and magmatite distribution(b) of East Kunlun orogenic belt, and simplified geological map of the An'nage hornblende gabbro(c)

        基性岩浆通常源于地幔的部分熔融, 在洋壳俯冲过程中往往伴随着基性岩浆岩的生成(可产于岛弧和弧后).其中, 产于岛弧的岩浆岩最显著特征是其富集大离子亲石元素而亏损高场强元素(Iwamori and Nakamura, 2015; Rawson et al., 2016), 而产于弧后盆地中的基性岩则往往同时表现出岛弧岩浆岩与洋中脊玄武岩的性质(Shinjo et al., 1999; Fan et al., 2010, 周文婷等, 2016); 另外, Th、Nb、Ba等强活动性元素在俯冲板片与熔体中的含量差别很大, 不同的壳幔反应过程所生成的基性岩中该类元素含量有较大差异(Woodhead et al., 2001; Labanieh et al., 2012; Guo et al., 2015).因此, 区域上基性岩的研究对于反演地幔源区性质、解析壳-幔交互作用并探讨成岩动力学背景意义重大.然而, 有关东昆仑地区二叠纪-三叠纪基性岩浆岩的研究却极为薄弱, 仅熊富浩等(2011)报道过白日其利镁铁质岩墙群(251 Ma), 认为其为富集地幔的部分熔融产物, 却缺少对源区成分的详细解剖.区域上二叠纪-三叠纪时期基性岩研究的不足不仅限制了对该时期东昆仑地区地幔源区性质的理解, 也在一定程度上制约了对古特提斯洋演化历史的准确认识.

        鉴于此, 本文选取东昆仑东段沟里地区按纳格金矿床南侧的角闪辉长岩体为研究对象, 开展锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学、主微量元素和Sr-Nd-Hf同位素地球化学研究, 以探讨岩体的侵位时代、岩石成因及地幔源区性质.同时, 笔者梳理了区域构造-沉积-岩浆演化序列, 探讨其成岩构造环境及深部动力学过程, 以期能进一步限定古特提斯洋的演化过程.

      • 东昆仑造山带地处青藏高原北缘、柴达木地块东南缘、大陆中央造山带西北段, 是我国造山带的重要组成部分(程裕淇, 1994)(图 1a).东昆仑造山带为典型的复合造山带, 主要经历了早古生代的原特提斯洋以及晚古生代-早中生代古特提斯两期造山作用(马昌前等, 2015), 并且两期碰撞活动分别对应形成了如今的昆中断裂带(昆中缝合带)以及昆南断裂带(布青山蛇绿混杂岩带)(陈加杰等, 2016; 赵菲菲等, 2017).以昆中断裂带和昆南断裂带为界, 东昆仑造山带由北向南被划分为昆北地体、昆南地体、巴颜喀拉地体3个主要的构造单元(许志琴等, 2007)(图 1b).研究区位于昆北地体中, 区内地层年代跨度较大, 中元古代小庙组分布于研究区北侧, 主要岩性为一套低角闪岩相变质岩; 晚元古代万宝沟群分布于小庙组南部, 由一套绿片岩相-中压绿帘角闪岩相变质岩组成, 与小庙组呈断层接触; 奥陶-志留纪纳赤台群区域变质岩则分布于研究区中部, 与北部万宝沟群呈断层接触.石炭-二叠纪浩特洛洼组沉积岩主要分布于研究区南端, 北部与纳赤台群呈断层接触.区内元古代-志留纪地层普遍发育强烈的韧性变形, 但均为后期北西-近东西向脆性-脆韧性断裂所切割(图 1c).

        按纳格角闪辉长岩体出露于按纳格金矿区南侧的一小型岩株, 岩体侵位于万宝沟以及纳赤台群地层中, 出露面积约为12 km2, 岩体内部岩性单一, 颜色结构无明显变化, 均为灰黑色中-粗粒结构块状角闪辉长岩.本次测试的6件样品均采自地表新鲜、无脉、无裂隙露头, 岩石主要由斜长石、角闪石、黑云母以及少量辉石组成(图 2).斜长石呈自形-半自形长板状, 粒径为0.2~0.8 mm, 多发育卡纳复合双晶, 含量为40%~50%, 多数发育明显的环带结构, 斜长石局部发育弱绿帘石化、绢云母化.普通角闪石含量约为30%, 呈半自形-他形柱状、板状, 粒径介于0.2~0.6 mm, 简单双晶和聚片双晶较为发育, 局部可见自形程度较好的斜长石被包裹在角闪石中, 角闪石中常见节理发育, 且节理夹角在120°左右, 表明其为结晶形成而非由辉石转变.黑云母多呈片状, 粒径为0.2~0.5 mm, 含量为15%~20%, 辉石含量较少, 镜下几乎不可见.另外岩石中可见少量榍石、锆石等副矿物以及极少量不透明矿物(主要为磁铁矿).

        图  2  按纳格角闪辉长岩体镜下照片(正交光)

        Figure 2.  Microphotographs of An'nage hornblende gabbro

      • 测年锆石样品采样位置为98°16′16″E, 35°45′30″N, 样品的分选工作由河北省廊坊市区域地质调查研究所完成.按照标准程序破碎、用浮选和电磁法进行单矿物分选, 并在双目镜下挑选表面平整且具有良好晶形的锆石颗粒制靶; 将制好的靶抛光, 然后在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室进行透射光、反射光和阴极发光(CL)照相.

        U-Pb同位素分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室激光剥蚀等离子质谱仪(LA-ICP-MS)上完成, 实验室使用New Wave 213nm激光取样系统与Agi1ent7500s ICP-MS联机装置, 在分析过程中以He作为剥蚀物质的载气, 激光束斑直径为32 μm, 频率为5 Hz, 每个测试流程的开头和结尾分别测2个GJ-1标样(207Pb/206Pb年龄为608.5±1.5 Ma; Jackson et al., 2004), 测试1个MT标样(207Pb/206Pb年龄为732±5 Ma; Black and Gulson, 1978), 每个测试流程测试10个待测样品点.普通铅校正采用Andersen(2002)方法, 锆石加权平均年龄的计算及谐和图的绘制利用Isoplot 3.0软件(Ludwig, 2003)完成.本次共测试17颗锆石上的17个测点, 测试数据见表 1.

        点号 Th(10-6) U(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
        207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ
        An2-1 166 128 1.30 0.074 81 0.002 61 0.394 59 0.015 03 0.038 27 0.000 59 0.011 31 0.000 45 1 064 69 338 11 242 4 227 9
        An2-2 146 124 1.18 0.051 58 0.001 71 0.271 33 0.009 99 0.038 17 0.000 56 0.012 75 0.000 50 267 74 244 8 242 3 256 10
        An2-3 46 49 0.94 0.056 86 0.004 13 0.300 69 0.021 89 0.038 37 0.000 81 0.013 70 0.000 70 486 153 267 17 243 5 275 14
        An2-4 99 108 0.91 0.053 26 0.002 07 0.280 41 0.011 69 0.038 20 0.000 58 0.012 06 0.000 52 340 85 251 9 242 4 242 10
        An2-5 282 160 1.76 0.067 25 0.002 64 0.350 68 0.014 70 0.037 83 0.000 60 0.012 12 0.000 53 846 80 305 11 239 4 244 11
        An2-6 227 179 1.27 0.052 06 0.002 27 0.274 84 0.012 63 0.038 30 0.000 61 0.011 54 0.000 54 288 97 247 10 242 4 232 11
        An2-7 383 268 1.43 0.050 25 0.001 33 0.265 62 0.008 23 0.038 35 0.000 53 0.011 48 0.000 52 207 60 239 7 243 3 231 10
        An2-08 442 342 1.29 0.059 45 0.001 69 0.314 34 0.010 26 0.038 36 0.000 54 0.012 58 0.000 60 584 61 278 8 243 3 253 12
        An2-09 114 97 1.17 0.051 35 0.002 09 0.270 21 0.011 70 0.038 18 0.000 59 0.012 14 0.000 62 256 91 243 9 242 4 244 12
        An2-10 421 219 1.93 0.051 77 0.001 56 0.276 53 0.009 41 0.038 75 0.000 55 0.011 59 0.000 60 275 68 248 7 245 3 233 12
        An2-11 266 157 1.69 0.051 43 0.002 60 0.273 35 0.014 24 0.038 55 0.000 64 0.012 12 0.000 41 260 112 245 11 244 4 244 8
        An2-12 346 224 1.54 0.056 81 0.001 48 0.298 47 0.009 03 0.038 11 0.000 51 0.012 20 0.000 38 484 56 265 7 241 3 245 8
        An2-13 206 108 1.90 0.060 45 0.003 02 0.318 83 0.016 36 0.038 25 0.000 65 0.012 61 0.000 46 620 104 281 13 242 4 253 9
        An2-14 187 119 1.57 0.062 93 0.003 16 0.330 72 0.017 03 0.038 12 0.000 66 0.012 83 0.000 50 706 103 290 13 241 4 258 10
        An2-15 138 135 1.02 0.058 67 0.002 45 0.307 74 0.013 51 0.038 05 0.000 59 0.012 33 0.000 50 555 89 272 10 241 4 248 10
        An2-16 163 145 1.13 0.053 87 0.001 75 0.283 48 0.010 15 0.038 17 0.000 54 0.012 29 0.000 49 366 72 253 8 242 3 247 10
        An2-17 206 195 1.05 0.050 82 0.001 39 0.265 47 0.008 35 0.037 89 0.000 52 0.012 10 0.000 50 233 62 239 7 240 3 243 10

        表 1  按纳格角闪辉长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年分析数据

        Table 1.  Zircon LA-ICP-MS U-Pb data of An'nage hornblende gabbro

        锆石Lu-Hf同位素测试在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成, 所用仪器为New Wave UP193激光剥蚀系统及与其相连接的Thermo Neptune Plus多接收等离子体质谱仪(MC-ICP-MS), 以He作为载气, 分析中使用的激光束斑直径为44 μm, 采用锆石91500和MT作为标样, 其176Hf/177Hf比值分别为0.282 279±0.000 016和0.282 475±0.000 008, Hf同位素测试点位置与U-Pb测试点一致, 或者在同一颗锆石上相同环带内进行.详细流程参照Hu et al.(2012).

      • 用于主微量、Sr-Nd同位素测试的样品均为200目以下的粉末样.主量元素在澳实分析检测(广州)有限公司完成, 釆用X荧光光谱仪测定(XRF), 流程如下:称取0.9 g样品, 煅烧后加入9.0 g Li2B4O7-LiBO2固体助熔物, 充分混匀, 放置于自动熔炼仪中, 保持1 050~1 100 ℃使其熔融; 熔融物倒出后置于扁平玻璃片上, 用XRF荧光光谱分析, 精度优于5%.

        微量和稀土元素分析在中国科学院贵阳地球化学研究所完成(表 2), 采用ICP-MS(ElanDRC-e)测定, 分析流程如下:取50 mg样品于封闭溶样装置中, 加入1 mL HF和0.5 mL HNO3, 在低温电热板上蒸干, 以去掉大部分SiO2, 取下、冷却, 加入1 mL HF、1 mL HNO3, 加盖密封, 放入已升温至200 ℃的烘箱中, 加热12 h以上, 取出、冷却、去盖, 加入0.5 mL 1 μg/mL的Rh内标溶液, 在电热板上蒸干, 加入1 mL HNO3再蒸干, 重复一次.最后残渣用6 mL 40% HNO3在140 ℃下封闭溶解3 h, 取出、冷却并将溶液转移至50 mL塑料试管中, 待测; 空白样品与样品同样处理, 具体测试方法见漆亮和胡静(2000).

        样号 An1 An2 An3 An4 An5 An6
        SiO2 51.20 52.40 51.40 49.80 51.40 46.00
        Al2O3 18.20 17.95 18.25 17.45 17.35 20.10
        FeOT 8.92 8.77 10.04 11.07 10.10 8.86
        TiO2 0.82 1.08 1.07 1.12 1.16 0.92
        MnO 0.17 0.13 0.17 0.17 0.15 0.14
        MgO 5.82 4.65 5.53 5.95 5.71 6.53
        CaO 8.39 7.98 7.80 7.83 7.76 10.95
        BaO 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03
        Na2O 2.21 2.37 2.48 2.04 2.34 2.05
        K2O 1.01 1.42 0.90 1.34 1.30 1.02
        P2O5 0.09 0.15 0.10 0.10 0.10 0.06
        LOI 2.04 2.39 1.57 2.40 1.69 2.55
        Total 99.06 99.49 99.58 99.61 99.32 99.37
        Na2O+K2O 3.22 3.79 3.38 3.38 3.64 3.07
        FeOT/MgO 1.53 1.89 1.82 1.86 1.77 1.36
        Mg# 72 68 69 68 69 75
        δ 1.26 1.53 1.36 1.68 1.58 3.14
        Li 33.8 35.3 23.9 15.1 13.9 12.5
        Be 1.56 2.12 1.81 0.69 0.77 0.46
        Sc 46.8 50.1 57.7 25.5 28.4 23.5
        V 381 537 623 293 278 186
        Cr 68.3 42.7 59.4 37.3 24.5 86.8
        Co 158.0 139.0 164.0 56.1 59.5 65.6
        Ni 73.3 66.2 83.1 33.7 27.8 45.3
        Cu 21.5 33.2 88.9 35.9 35.2 10.2
        Zn 223 225 283 124 145 109
        Ga 37.3 42.3 41.1 17.4 17.3 17.3
        Rb 74.3 105.0 69.6 43.7 45.5 33.2
        Sr 655 714 621 241 256 273
        Y 51.8 46.3 45.3 20.1 22.0 26.2
        Zr 171.0 129.0 143.0 46.8 48.8 51.7
        Nb 13.7 16.0 13.8 5.3 12.6 3.8
        Cs 3.5 6.1 3.5 2.1 2.7 1.6
        Ba 523 677 522 270 292 221
        La 26.9 35.3 29.8 10.6 12.8 6.1
        Ce 55.3 71.2 59.4 23.1 26.0 14.2
        Pr 7.2 9.0 7.2 2.9 3.2 2.1
        Nd 31.5 36.6 28.9 12.4 13.1 10.1
        Sm 7.9 7.9 6.9 3.0 3.2 3.1
        Eu 2.32 2.63 2.20 0.95 1.04 0.99
        Gd 8.4 7.9 7.4 3.3 3.6 3.8
        Tb 1.44 1.28 1.23 0.54 0.60 0.66
        Dy 8.7 7.7 7.5 3.3 3.7 4.3
        Ho 1.83 1.60 1.57 0.69 0.76 0.91
        Er 5.28 4.68 4.58 2.01 2.22 2.63
        Tm 0.77 0.68 0.66 0.29 0.32 0.38
        Yb 4.85 4.34 4.21 1.84 1.99 2.40
        Lu 0.73 0.65 0.64 0.28 0.30 0.36
        Hf 4.39 3.94 4.23 1.52 1.64 1.68
        Ta 3.71 1.82 2.37 0.73 1.72 0.82
        Tl 0.37 0.53 0.36 0.25 0.25 0.17
        Pb 11.0 16.2 12.2 5.1 5.9 4.7
        Th 5.9 7.0 9.2 2.4 2.9 0.8
        U 0.72 0.83 1.55 0.62 0.48 0.24
        ΣREE 215 238 208 85 95 78
        (La/Yb)N 3.74 5.48 4.77 3.88 4.34 1.72
        δEu 0.87 1.00 0.94 0.92 0.93 0.88
        注:FeOT为全铁含量; LOI为烧矢量; Mg#=100×Mg/(Ma+Fe), 原子个数之比; 碱度δ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43);δEu=2EuN/(SmN+GdN)(Sun and McDonough, 1989), 下标N为球粒陨石标准化值.

        表 2  按纳格角闪辉长岩主量元素(%)、微量元素(10-6)和稀土元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Major elements(%), trace elements(10-6) and rare earth elements(10-6) results of An'nage hornblende gabbro

      • Sr-Nd同位素测试在中国地质调查局武汉地质调查中心同位素实验室完成.Rb-Sr同位素测试流程:将全岩样品和适量(85Rb+84Sr)混合稀释剂置于聚四氟乙稀溶样坩埚中并充分混合均匀, 在坩埚中加入HF-HClO4混合酸分解样品; 将溶解的样品蒸干, 反复加入HClO4以去除HF; 采用Dowex50阳离子交换技术分离Rb和Sr; 在MAT261可调多接收质谱计上直接完成Rb、Sr同位素比值测试, Rb、Sr含量则采用同位素稀释质谱法测定, 用NBS987标样对仪器和分析流程进行监控.Sr同位素质量分馏用88Sr/86Sr=8.375 209校正, 87Rb/86Sr相对误差低于1%.Sm-Nd同位素测试流程:称取全岩样品两份, 一份用于Sm、Nd浓度测定, 一份用于143Nd/144Nd值测定; 在密封溶样器中用HF-HClO4混合酸将样品分解, 加入(145Nd+149Sm)混合稀释剂, 并充分混合均匀.Sm、Nd化学分离流程均在超净化实验室中进行, 含量测定和143Nd/144Nd值分析分别在德国生产的Finnigan on MAT26和Triton多接收质谱仪上完成, 用La Jolla标样对仪器准确性进行检测.Nd同位素质量分馏用146Nd/144Nd=0.721 900校正, 147Sm/144Nd相对误差低于0.5%.

      • 锆石为自形-半自形柱状, 无色-淡黄色, 其长轴介于200~500 μm, 长宽比介于1:1~3:1, CL图像多显示弱环带结构、条带状结构(图 3), 具有典型基性岩岩浆锆石的特征.锆石中Th含量为46×10-6~442×10-6, U含量为49×10-6~342×10-6, Th和U呈正相关, 且Th/U值介于0.91~1.93, 均大于0.40, 进一步指示锆石的岩浆成因(Wu and Zheng, 2004).单颗粒锆石206Pb/238U年龄为239~245 Ma, 数据点均落在谐和线上或其附近, 加权平均年龄为242±2 Ma, MSDW=0.28(图 4).因此角闪辉长岩体的形成年龄为242±2 Ma, 为三叠纪岩浆活动的产物.

        图  3  按纳格角闪辉长岩体样品An2典型锆石阴极发光图像(CL)

        Figure 3.  Zircon cathodoluminescence(CL) images of sample An2 for An'nage hornblende gabbro

        图  4  按纳格角闪辉长岩锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagram for An'nage hornblende gabbro

      • 表 2所示, 岩石的SiO2含量为46.00%~52.40%, 属基性岩石; 其(Na2O+K2O)含量为3.07%~3.79%, K2O/Na2O比值为0.69~0.75, 碱度(δ)值为1.26~3.14, 表明岩石属于亚碱性系列的辉长岩(图 5a).岩石的MgO含量为4.65%~6.53%, FeOT含量为8.77%~11.07%, Mg#值较高(68~75), 在图 5b中样品均落在钙碱性区域.另外, 样品的Al2O3含量较高, 为17.35%~21.10%, CaO含量为7.76%~10.95%, 具有高铝玄武质岩石特征.图 6显示MgO与SiO2、Na2O大致呈负相关, 而FeOT、CaO、CaO/Al2O3、Cr均与MgO呈弱正相关关系, 表明岩浆演化过程中可能经历了单斜辉石的分离结晶.

        图  5  按纳格角闪辉长岩体TAS图解(a)和FeOT-FeOT/MgO图解(b)

        Figure 5.  TAS diagram(a) and FeOT vs.FeOT/MgO diagram(b) for An'nage hornblende gabbro

        图  6  按纳格角闪辉长岩体哈克图解

        Figure 6.  Harker diagrams for An'nage hornblende gabbro

        全岩样品稀土元素总含量(ΣREE)为78×10-6~238×10-6, 具有较弱的轻重稀土分异(图 7a), 其LREE/HREE值为0.88~2.16, (La/Yb)N值为1.72~5.48, 其稀土球粒陨石标准化分布型式与典型高铝玄武质岩石大致相似(张宏飞和高山, 2012).岩石具有较弱的负Eu异常, δEu为0.87~1.00, 表明岩浆演化过程中可能经历了斜长石的分离结晶作用.微量元素原始地幔标准化蛛网图上反映出岩石亏损高场强元素Nb、P、Ti、Ce、Zr, 富集大离子亲石元素K、Sr(图 7b); 另外岩石Nb/Ta比值较低, 仅为3.7~8.8.

        图  7  按纳格角闪辉长岩体球粒陨石标准化稀土元素分布模式(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)

        Figure 7.  The chondrite-normalized REE pattern(a) and PM-normalized trace element spider diagram(b) of An'nage hornblende gabbro

      • 岩石的87Sr/86Sr值为0.710 02~0.711 82, (87Sr/86Sr)i值为0.708 80~0.710 36(图 8a, 表 3); 其143Nd/144Nd值为0.512 287~0.512 388, εNd(t)值为-4.8~-3.4, 变化范围较小(图 8b), 对应的二阶段模式年龄为1 287~1 405 Ma.

        图  8  按纳格角闪辉长岩体的εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解(a), Nd同位素图解(b), 锆石Hf同位素图解(c)和Hf同位素二阶段模式年龄直方图(d)

        Figure 8.  The εNd(t)-(87Sr/86Sr)i relations(a), Nd isotopic compositions(b), Hf isotopic compositions of zircons(c) and histogram of Hf isotopic two-stage model age(d) of An'nage hornblende gabbro

        样号 87Rb/86Sr 87Sr/86Sr 1σ (87Sr/86Sr)i 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd 1σ εNd(t) tDM2(Ma)
        An1 0.328 0.710 48 0.000 02 0.709 35 0.151 418 0.512 369 0.000 006 -3.9 1 326
        An2 0.426 0.711 82 0.000 02 0.710 36 0.130 812 0.512 287 0.000 005 -4.8 1 405
        An3 0.324 0.710 02 0.000 02 0.708 91 0.143 496 0.512 381 0.000 006 -3.4 1 287
        An4 0.525 0.710 74 0.000 02 0.708 94 0.145 768 0.512 375 0.000 003 -3.6 1 303
        An5 0.514 0.710 56 0.000 04 0.708 80 0.148 593 0.512 388 0.000 006 -3.4 1 289
        注:εNd(t)值计算采用(147Sm/144Nd)CHUR=0.196 7, (143Nd/144Nd)CHUR=0.512 638;t代表成岩年龄(242 Ma); 同位素亏损地幔模式年龄tDM2计算采用(147Sm/144Nd)DM=0.213 7, (143Nd/144Nd)DM=0.513 15.

        表 3  按纳格角闪辉长岩Sr-Nd同位素分析结果

        Table 3.  Sr-Nd isotopic compositions of An'nage hornblende gabbro

        锆石Hf同位素分析结果见表 4.样品176Yb/177Hf值为0.022 967~0.086 838, 176Lu/177Hf值为0.001 044~0.003 532, 绝大多数测试点的176Lu/177Hf值小于0.002, 表明锆石中衰变成因形成的Hf较少, 因此所测得锆石176Hf/177Hf比值即为其形成时的176Hf/177Hf比值(吴福元等, 2007).计算获得的εHf(t)值介于-4.9~-0.4(图 8c), 对应的二阶段模式年龄为1 091~1 319 Ma(图 8d), 与前述Nd同位素二阶段模式年龄基本一致.

        点号 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2σ t(Ma) εHf(0) εHf(t) tDM1(Ma) tDM2(Ma) fLu/Hf
        An2-1 0.037 146 0.001 727 0.282 583 0.000 020 242 -6.7 -1.6 965 1 153 -0.95
        An2-2 0.039 615 0.001 834 0.282 491 0.000 025 242 -9.9 -4.9 1100 1 318 -0.94
        An2-3 0.036 556 0.001 650 0.282 557 0.000 027 243 -7.6 -2.6 1001 1 200 -0.95
        An2-4 0.034 658 0.001 657 0.282 568 0.000 021 242 -7.2 -2.2 985 1 179 -0.95
        An2-5 0.034 797 0.001 571 0.282 576 0.000 019 239 -6.9 -1.9 972 1 165 -0.95
        An2-6 0.037 491 0.001 661 0.282 575 0.000 027 242 -7.0 -1.9 975 1 167 -0.95
        An2-7 0.064 186 0.002 795 0.282 572 0.000 027 243 -7.1 -2.2 1010 1 181 -0.92
        An2-8 0.022 967 0.001 044 0.282 590 0.000 034 243 -6.4 -1.3 938 1 136 -0.97
        An2-10 0.048 051 0.002 033 0.282 592 0.000 037 245 -6.4 -1.4 960 1 139 -0.94
        An2-11 0.051 703 0.002 161 0.282 619 0.000 037 244 -5.4 -0.4 925 1 092 -0.93
        An2-12 0.086 838 0.003 532 0.282 594 0.000 038 241 -6.3 -1.6 999 1 148 -0.89
        An2-13 0.043 328 0.001 806 0.282 611 0.000 036 242 -5.7 -0.7 927 1 103 -0.95
        An2-14 0.025 801 0.001 089 0.282 577 0.000 029 241 -6.9 -1.7 957 1 158 -0.97
        An2-15 0.041 244 0.001 818 0.282 522 0.000 036 241 -8.9 -3.8 1056 1 264 -0.95
        An2-16 0.053 913 0.002 218 0.282 571 0.000 025 242 -7.1 -2.1 996 1 179 -0.93
        An2-17 0.041 781 0.001 861 0.282 568 0.000 028 240 -7.2 -2.1 991 1 181 -0.94
        注:εHf(t)采用(176Lu/177Hf)CHUR=0.033 2和(176Hf/177Hf)CHUR, 0=0.282 772进行计算(Blichert-Toft et al., 1997), tDM采用(176Lu/177Hf)DM=0.038 4和(176Hf/177Hf)DM=0.283 25进行计算(Griffin et al., 2004), 176Lu衰变常数采用1.867×10-11 a-1(Söderlund et al., 2004).

        表 4  按纳格角闪辉长岩锆石Hf同位素分析结果

        Table 4.  Hf isotopic data for zircon samples from An'nage hornblende gabbro

      • 按钠格角闪辉长岩体具有一致的(87Sr/86Sr)iεNd(t)和εHf(t)值, 与MgO含量之间不存在明显相关关系, 其Mg#值(68~75)较高且变化范围较小, 表明岩浆未受到地壳混染.部分总分配系数相同或相近的元素比值受部分熔融和分离结晶作用影响较小, 其比值之间的协变关系可以反映是否存在地壳混染作用以及混染程度(Campbell and Griffiths, 1993; Macdonald et al., 2001).按纳格角闪辉长岩体的La/Nb、Zr/Nb、Ta/Yb、Th/Yb等比值相互之间没有线性关系, 也进一步说明岩浆未受到地壳混染.

        另外, 按纳格角闪辉长岩体部分元素含量与MgO含量呈现出弱的线性关系表明岩浆演化过程中可能经历了一定程度的结晶分异作用(图 5).CaO/Al2O3比值整体上小于0.5且与MgO含量呈正相关, Cr与MgO呈正相关, 进一步暗示岩浆经历了单斜辉石的分离结晶作用(Naumann and Geist, 1999); 岩石中微弱的负铕异常则表明其可能发生了一定程度的斜长石的分离结晶, 这与斜长石作为包体存在于角闪石中的镜下特征相符合(图 2).另外, 镜下可见斜长石发育较明显的环带结构, 而以包体形式存在于角闪石中的斜长石不发育这种环带结构(图 2), 这表明其经历了两个期次的斜长石结晶作用:早期结晶产物呈包体被裹于角闪石中或成为环带斜长石的核部; 而随着岩浆的演化, 剩余岩浆基性成分降低, 后结晶的斜长岩相对早期结晶的更偏酸性, 形成环带斜长石的边部.因此, 可以明确岩浆在上升过程中经历了一定程度的单斜辉石和斜长石的分离结晶作用.

      • 本文测试样品均采自地表新鲜露头且不含裂隙与细脉, 全岩烧失量均小于3%, 表明测试的岩石样品不受后期风化作用以及流体作用的影响.另外前文已论述岩浆演化过程中未受到地壳混染且经历了较弱的分离结晶(具有较高Mg#), 因此岩体的地球化学特征(包括Rb、Ba、Sr等活动性元素)主要受控于岩浆源区性质.

        按纳格角闪辉长岩体具有低SiO2含量(46.00%~52.40%), 高MgO(4.65%~6.53%)和FeOT含量(8.77%~11.07%); 岩石中相容元素Cr(24.5~86.8)、Ni(27.8~83.1)含量变化较大, 稀土元素球粒陨石标准化分布型式与典型高铝玄武质岩石大致相似, 为典型的钙碱性玄武质岩石, 应为汇聚板块边缘地幔物质部分熔融的产物.另外, 按纳格角闪辉长岩体中Nb/Ta值为3.7~8.8, Zr/Hf值为29.8~38.0, 相对于原始地幔中Nb/Ta值(17.7;Sun and McDonough, 1989)和Zr/Hf值(36.1;Sun and McDonough, 1989)明显偏低; 该岩体相对较高的(87Sr/86Sr)i值(0.708 80~0.710 36)和较低的εNd(t)值(-4.8~-3.4)亦偏离原始地幔端元同位素组成范围, 均指示按纳格角闪辉长岩体的岩浆源区经历过一定程度的改造.

        按纳格角闪辉长岩体为钙碱性岩石, 富含Al2O3, 具有较高的Mg#值, 富集大离子亲石元素K、Sr, 亏损高场强元素Nb、P、Ti、Ce、Zr, 具有典型俯冲带岩浆岩的地球化学特征(Kelemen et al., 2013).在该背景下, 其地幔源区演化过程有:(1)俯冲板片熔体上升交代地幔楔并发生部分熔融(Hawkesworth et al., 1993; Sajona et al., 2000); (2)俯冲板片脱水形成的流体交代地幔楔, 地幔楔发生部分熔融(Ishikawa and Tera, 1999; Guo et al., 2015).

        由俯冲板片熔体交代地幔楔并发生部分熔融形成的熔体富含Nb、Ti、P等高场强元素(Sajona et al., 2000), 且具有较高的(La/Yb)N值(>30;Yogodzinski et al., 1995), 在区域上往往会形成埃达克岩-富镁安山岩-富铌玄武岩的岩石组合(赵振华等, 2004).而按纳格角闪辉长岩体亏损Nb、Ti、P等高场强元素, (La/Yb)N比值很低(1.72~5.48), 区域上同时代的岩浆岩中没有见到埃达克岩-富镁安山岩-富铌玄武岩的岩石组合.因此, 按纳格角闪辉长岩体来源地幔楔可能经历了流体交代而并非熔体交代.

        俯冲板片流体交代的地幔楔部分熔融后形成的岩浆岩通常亏损高场强元素, 富集大离子亲石元素.此外, 由于Pb和Sr在俯冲板片流体中具有很高的活动性, 由其交代的地幔楔熔融形成的岩浆会具有较高的Pb和Sr含量(Brenan et al., 1995; Class et al., 2000).按纳格角闪辉长岩体中亏损高场强元素Nb、P、Ti、Zr, 富集大离子亲石元素K、Sr、Pb, 其稀土元素和微量元素配分模式均与区域上俯冲板片流体交代过的地幔楔部分熔融形成的白日其利镁铁质岩(熊富浩等, 2011)的趋势大致相同(图 7), 表明岩浆源区可能为经过俯冲板片流体交代的地幔楔.岩体具有变化范围较大的Sr/Nd值(20~73), 而Th/Yb值的范围(主要在1.2~2.2)较小, 也说明了其源区地幔主要经历了流体交代而非熔体交代(Woodhead et al., 2001).岩石中具有较高的(87Sr/86Sr)i值(0.708 80~0.710 36), 负的εNd(t)值(-4.8~-3.4)以及负的εHf(t)值(-4.9~-0.4), 具有富集地幔来源Sr-Nd-Hf同位素的特征(图 8a~8c), 而富集岩石圈地幔的形成也与俯冲板片脱水形成流体的交代作用有关.另外, 赵振华等(2008)认为俯冲板片脱水产生的流体中组分的变化可导致Nb、Ta的分异, 在从蓝片岩相到角闪岩相的进变质作用过程中, 由于缺少金红石, 板片脱水作用会释放出低于球粒陨石Nb/Ta比值的流体; 丁兴和孙卫东(2013)也认为当板片脱水作用主要发生在蓝片岩相向角闪岩相或者角闪榴辉岩相转变过程中时, 脱水矿物主要为硬柱石, 残留矿物主要为角闪石, 由于缺少金红石使流体具有较低的Nb/Ta值.按纳格角闪辉长岩体的低Nb/Ta值(3.7~8.8)进一步指示其来源应为受板片流体交代过的地幔端元, 并且俯冲板片的脱水作用发生在蓝片岩相向角闪岩相或者角闪榴辉岩相转变过程中.

        按纳格角闪辉长岩体是由板片流体交代过的地幔楔部分熔融形成, 金云母和角闪石是两类较常见的交代产物, 熔体在金云母稳定区域表现为高Ba和相对低Rb的特征, 而在角闪石稳定区域则与之相反(Furman and Graham, 1999).岩石中具有相对较高的Rb/Sr值(>0.1), 较低的Ba/Rb值(<20), 表明岩浆源区应富集金云母(图 9a).岩石经球粒陨石标准化后的(Th/Yb)N值为1.02~1.12, 没有明显的重稀土分异, 暗示源区物质可能不含石榴石(Pollock and Hibbard, 2010), 同时表明岩石熔融应发生在尖晶石稳定区域(Wang et al., 2002)(图 9b).图 9c显示岩浆来源为尖晶石二辉橄榄岩部分熔融, 图 9d则进一步指示岩浆为尖晶石相金云母二辉橄榄岩的部分熔融产物, 且熔融程度为2%~10%.因此, 按纳格角闪辉长岩体岩浆来源应为成分为尖晶石相金云母二辉橄榄岩的地幔端元低程度部分熔融产物.

        图  9  按纳格角闪辉长岩体源区成分判别图解

        Figure 9.  The discrimination diagrams of source composition for An'nage hornblende gabbro

        综上所述, 按纳格角闪辉长岩的岩浆源区应为俯冲板片流体交代的地幔楔, 俯冲板片的脱水作用发生在蓝片岩相向角闪岩相或者角闪榴辉岩相转变过程中, 流体交代后的地幔楔则由尖晶石相金云母二辉橄榄岩组成, 其具有低Nb/Ta比值、富集大离子亲石元素、亏损高场强元素等地球化学特征.交代地幔楔2%~10%的低程度部分熔融即形成了按纳格角闪辉长岩体的母岩浆, 岩浆演化过程中经历了一定程度单斜辉石和斜长石的分离结晶作用, 但未受到明显的地壳混染.

      • 不少学者曾对东昆仑古特提斯洋的演化进行了研究, 昆南缝合带内德尔尼(345 Ma; 陈亮等, 2003)和哈尔郭勒(333 Ma; 刘战庆等, 2011)两处蛇绿岩的出现代表了古特提斯洋在早石炭世打开; 上二叠统格曲组和下伏石炭系浩特洛洼组之间的不整合面标志着二叠纪发生了重大构造事件, 格曲组底部的黄绿色水下磨拉石沉积组合则被认为是阿尼玛卿-布青山古特提斯洋洋壳开始向北俯冲的同构造沉积响应(李瑞保, 2012), 标志着古特提斯洋从早二叠世开始向北俯冲.

        如前所述, 按纳格角闪辉长岩体形成年龄为242 Ma, 其形成于俯冲带环境, 岩体中斜长石含量较高, Al2O3含量较高(>17%), 具有活动板块边缘高铝玄武质岩石的特征(桑康隆和马昌前, 2012); 岩石中相对较高的Th/Nb值(0.22~0.67)也指示其具有汇聚板块边缘玄武岩的特征(>0.1;李永军等, 2015); 图 10中样品落在岛弧岩浆岩范围内.因此, 按纳格角闪辉长岩体应形成于与古特提斯洋俯冲作用有关的岛弧环境中, 进一步表明早-中三叠世时期古特提斯洋仍然处于俯冲阶段, 其最终闭合时间应晚于早三叠世.这一观点也得到如下证据支持:(1)昆中断裂以北出露大量早-中三叠世中酸性岩浆岩, 且多为岛弧岩浆活动的产物(王冠等, 2014; 熊富浩, 2014); (2)熊富浩等(2011)报道的白日其利镁铁质岩墙(251 Ma)也显示其形成于岛弧环境; (3)中-晚三叠世, 东昆仑出现了区域性的地层不整合, 不整合上覆地层为上三叠世鄂拉山组的陆相火山岩, 下伏地层则为中三叠世海陆交互沉积相的闹仓坚沟组沉积岩; (4)李瑞保(2012)统计了区域上不同期次的构造活动, 显示东昆仑地区保存的早期褶皱构造变形、阿尼玛卿地区低角度自北向南韧性逆冲剪切变形构造发育时期为二叠纪-中三叠世, 且其为古特提斯洋壳向北俯冲造山作用的变形纪录.以上证据进一步表明了古特提斯洋的俯冲作用持续至中-晚三叠世.而晚三叠世时期区域上大量同碰撞-后碰撞型岩浆岩的出现(陈国超等, 2013; 罗明非等, 2014; Li et al., 2015)则表明古特提斯洋已完全闭合, 区内进入碰撞造山阶段.

        图  10  按纳格角闪辉长岩体Hf/3-Th-Nb/16(a)和Ti/100-Zr-Sr/2(b)构造环境判别图解

        Figure 10.  Hf/3-Th-Rb/16(a) and Ti/100-Zr-Sr/2(b) discrimination diagrams for An'nage hornblende gabbro

        综上所述, 古特提斯洋的闭合时间在中-晚三叠世, 而在早三叠世以及中三叠世早期, 东昆仑还处于古特提斯洋北向俯冲的环境.在该构造环境下, 由流体交代后的地幔楔部分熔融形成的基性岩浆经历后期演化, 并最终侵位形成按纳格角闪辉长岩体.

      • (1) 按纳格角闪辉长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为242±2 Ma, 指示按纳格角闪辉长岩体侵位于中三叠世.

        (2) 按纳格角闪辉长岩体起源于受俯冲板片流体交代过的地幔楔部分熔融, 其源区成分为尖晶石相金云母二辉橄榄岩, 部分熔融程度为2%~10%.岩浆在后期演化过程中经历了一定程度的单斜辉石和斜长石分离结晶作用, 但未受到明显的地壳混染.

        (3) 中-晚三叠世, 东昆仑地区经历了古特提斯洋北向俯冲和陆内碰撞造山的构造体制转换, 按纳格角闪辉长岩体产于古特提斯洋北向俯冲晚期.

    参考文献 (95)

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