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    东昆仑高压变质带榴辉岩年代学、地球化学及其地质意义

    国显正 贾群子 李金超 孔会磊 姚学钢 弥佳茹 钱兵 王宇

    国显正, 贾群子, 李金超, 孔会磊, 姚学钢, 弥佳茹, 钱兵, 王宇, 2018. 东昆仑高压变质带榴辉岩年代学、地球化学及其地质意义. 地球科学, 43(12): 4300-4318. doi: 10.3799/dqkx.2018.142
    引用本文: 国显正, 贾群子, 李金超, 孔会磊, 姚学钢, 弥佳茹, 钱兵, 王宇, 2018. 东昆仑高压变质带榴辉岩年代学、地球化学及其地质意义. 地球科学, 43(12): 4300-4318. doi: 10.3799/dqkx.2018.142
    Guo Xianzheng, Jia Qunzi, Li Jinchao, Kong Huilei, Yao Xuegang, Mi Jiaru, Qian Bing, Wang Yu, 2018. Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry and Their Geological Significances of Eclogites from East Kunlun High-Pressure Metamorphic Belt. Earth Science, 43(12): 4300-4318. doi: 10.3799/dqkx.2018.142
    Citation: Guo Xianzheng, Jia Qunzi, Li Jinchao, Kong Huilei, Yao Xuegang, Mi Jiaru, Qian Bing, Wang Yu, 2018. Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry and Their Geological Significances of Eclogites from East Kunlun High-Pressure Metamorphic Belt. Earth Science, 43(12): 4300-4318. doi: 10.3799/dqkx.2018.142

    东昆仑高压变质带榴辉岩年代学、地球化学及其地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2018.142
    基金项目: 

    中国地质调查局项目 DD20160013

    详细信息
      作者简介:

      国显正(1990-), 男, 在读博士研究生, 主要从事岩石学、矿床学与成矿规律研究

      通讯作者: 贾群子
    • 中图分类号: P581

    Zircon U-Pb Geochronology and Geochemistry and Their Geological Significances of Eclogites from East Kunlun High-Pressure Metamorphic Belt

    • 摘要: 近年来在东昆仑造山带中发现出露多处榴辉岩,由夏日哈木-苏海图、大格勒、宗加、尕日当(浪木日上游)、温泉、加当等多个榴辉岩、榴闪岩高压变质地体组成,呈透镜体或条带状产于金水口岩群中,构成了一条长达530 km的高压变质带.从榴辉岩的岩石学、地球化学、同位素年代学等方面进行系统梳理,结果表明岩石类型复杂,主要可分为榴辉岩、退变榴辉岩、榴闪岩,岩石地球化学显示东昆仑榴辉岩SiO2含量为41.58%~59.00%,平均值为50.19%,Al2O3含量为11.27%~18.54%,平均值为14.66%,TiO2含量为0.76%~1.59%,平均值为1.03%.稀土配分曲线主要为轻稀土富集型,微量元素配分主要介于E-MORB与N-MORB之间.获得加当榴闪岩变质年龄为440±13 Ma,原岩年龄为934±15 Ma,同时结合东昆仑地区榴辉岩锆石年龄对其进行分析,锆石单点206Pb/238U年龄在直方图上显示出丰富的信息,变质峰期年龄出现明显3个年龄峰,分别为451 Ma、432 Ma和412 Ma,原岩年龄出现峰值934 Ma,其中515~440 Ma记录了板块俯冲时段的岩浆热事件;440~420 Ma为陆壳俯冲-碰撞的记录;420~390 Ma是榴辉岩在折返过程中退化变质的反映.东昆仑榴辉岩变质时代与东昆仑原特提斯洋构造演化密切相关.
    • 图 1  青藏高原构造单元划分

      Figure 1.  Distribution of major tectonic units in the Tibetan plateau

      Liou et al.(2009)修改

      图 2  东昆仑榴辉岩分布

      Figure 2.  Distribution of eclogites in East Kunlun

      张建新等(2015)修改

      图 3  榴辉岩野外及镜下照片

      Figure 3.  Field photos and photomicographs of eclogites

      a.苏海图大理岩中的榴辉岩;b.苏海图榴辉岩镜下特征;c.夏日哈木榴辉岩;d.夏日哈木榴辉岩镜下特征;e.夏日哈木榴闪岩;f.夏日哈木榴闪岩镜下特征;g.尕日当榴辉岩;h.尕日当榴辉岩镜下照片;i宗加榴闪岩露头;j.宗加榴闪岩镜下照片;k.加当榴辉(闪)岩野外宏观照片;l.加当榴辉(闪)岩边部后成合晶结构;Grt.石榴子石;Omp.绿辉石;Pl.斜长石;Bi.黑云母

      图 4  东昆仑榴辉岩Nb/Y-Zr/TiO2(a)及Nb/Y-SiO2(b)图解

      Figure 4.  Nb/Y-Zr/TiO2 (a) and Nb/Y-SiO2 (b) diagrams of eclogites in East Kunlun

      底图据Winchester and Floyd(1977)

      图 5  东昆仑榴辉岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式

      Figure 5.  Chondrite-normalized REE patterns of eclogites in East Kunlun

      标准化数据据Sun and Mcdonough(1989),温泉榴辉岩编号1-11,其余样品编号见表 1

      图 6  东昆仑榴辉岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

      Figure 6.  Primitive mantle-normalized trace element patterns of eclogites in East Kunlun

      标准化数据据Sun and Mcdonough(1989),温泉榴辉岩编号1-11,其余样品编号见表 1

      图 7  加当榴闪岩中锆石阴极发光图像、年龄谐和图及锆石稀土配分模式

      Figure 7.  CL images and ages of zircons from Jiadang amphibole-eclogites

      图 8  东昆仑地区榴辉岩锆石206Pb/238U年龄直方图

      Figure 8.  Diagrams of zircon 206Pb/238U ages of eclogites in East Kunlun

      数据来源同表 4

      图 9  东昆仑榴辉岩构造判别图解

      Figure 9.  Tectonic discrimination diagrams of eclogites in East Kunlun

      ALB.碱性玄武岩;ORB.洋脊玄武岩;MORB.洋中脊玄武岩;OIB.洋岛玄武岩;IAT.岛弧拉斑玄武岩;WPB.板内玄武岩.a.据Bass et al.(1973);b.据Glassley(1974);c.据Pearce and Cann(1973);d.据Shervais(1982)

      表 1  东昆仑榴辉岩、榴闪岩主量元素(%)分析结果

      Table 1.  Major (%) element concentrations of eclogites and amphibole-eclogites in East Kunlun

      样品编号 尕日当榴辉岩 大格勒榴辉岩(Du et al., 2017) 苏海图榴辉岩 加当榴闪岩(本文)
      D1817/1 D1817/2 D1817/3 D1817/4 D1817/5 D1817/6 dgl-10 dgl-14 dgl-22 dgl-26 dgl-29 D.Gs4200 D.Gs4200-2 17eclH1 17eclH2 17eclH3 17eclH4 17eclH5
      SiO2 49.90 51.46 50.83 51.91 50.46 50.91 44.12 41.58 44.40 44.86 45.32 47.44 48.40 48.39 49.70 48.81 49.94 50.56
      TiO2 1.03 1.01 0.76 0.91 0.95 0.93 0.94 1.24 0.95 0.95 0.93 1.27 1.59 1.17 1.20 1.18 1.21 1.36
      Al2O3 13.80 11.56 13.34 11.27 11.38 12.27 17.81 18.43 15.72 17.35 18.54 14.33 16.40 14.18 14.07 14.13 14.01 13.40
      Fe2O3 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 11.92 14.32 10.99 12.68 12.29 2.69 2.05 1.73 1.38 1.36 1.52 1.08
      FeO 12.23 12.41 12.24 12.30 12.88 12.41 9.85 8.85 9.31 10.03 9.94 9.68 10.92
      MnO 0.22 0.21 0.21 0.22 0.23 0.22 0.18 0.23 0.16 0.18 0.18 0.24 0.18 0.20 0.20 0.21 0.20 0.21
      MgO 9.43 10.34 9.74 10.80 10.90 10.24 8.20 7.83 11.23 8.62 7.37 7.93 7.29 8.07 8.20 8.68 7.94 7.31
      CaO 10.83 11.05 11.02 10.78 10.32 10.80 11.62 12.25 11.88 11.68 11.78 11.63 11.00 11.71 11.38 12.03 11.66 11.32
      Na2O 1.22 1.16 1.19 1.08 0.94 1.12 2.86 1.61 2.08 2.56 2.69 2.12 2.10 2.13 1.93 1.61 1.71 2.09
      K2O 0.18 0.05 0.11 0.05 0.11 0.10 0.19 0.15 0.22 0.21 0.17 0.47 0.41 0.37 0.30 0.29 0.20 0.18
      P2O5 0.11 0.07 0.22 0.06 0.08 0.11 0.19 0.30 0.08 0.15 0.19 0.12 0.12 0.11 0.09 0.10 0.08 0.11
      H2O+ 1.68 0.75
      LOS 0.35 0.27 0.29 0.49 0.51 0.48 0.54 0.15 0.40 0.16 0.03 1.40 0.62 2.54 1.42 1.57 1.76 1.39
      Total 99.40 99.69 100.05 99.97 98.86 99.69 98.57 98.09 98.11 99.40 99.49 101.17 99.76 99.91 99.90 99.91 99.91 99.93
      注:①陕西省核工业地质调查院,2016.青海省都兰县尕日当地区I47E002011、I47E003011、I47E004011、I47E004012四幅1:5万区域地质调查报告.1-468.②青海省地质调查院,2013.青海1:25万大灶火(J46C004003)幅区域地质调查报告.1-416.
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      表 2  东昆仑榴辉岩、榴闪岩微量元素(10-6)分析结果

      Table 2.  Trace element (10-6) concentrations of eclogites and amphibole-eclogites in East Kunlun

      样品编号 尕日当榴辉岩 大格勒榴辉岩(Du et al., 2017) 苏海图榴辉岩 加当榴闪岩(本文)
      D1817/1 D1817/2 D1817/3 D1817/4 D1817/5 D1817/6 dgl-10 dgl-14 dgl-22 dgl-26 dgl-29 D.Gs4200 D.Gs4200-2 17eclH1 17eclH2 17eclH3 17eclH4 17eclH5
      Rb 10.40 4.48 7.68 3.89 8.20 6.90 5.28 6.04 5.03 5.01 5.15 20.19 16.84 25.20 10.40 26.30 10.40 7.21
      Sr 126 109 104 119 124 116 760.67 720.35 258.76 558.16 677.28 181 180 158 101 160 121 128
      Ba 74.2 20.4 28.6 17.6 27.9 33.7 64.81 34.20 33.05 73.96 62.77 94.6 95.0 101.0 60.0 93.9 49.7 39.4
      Th 1.19 0.66 1.32 0.66 0.99 0.96 0.11 0.10 0.02 0.07 0.11 0.99 1.46 2.15 0.57 1.28 0.68 0.66
      U 9.52 11.50 12.80 13.30 11.10 11.64 0.06 0.05 0.05 0.04 0.03 0.54 0.45 0.78 0.17 0.26 0.21 0.26
      Nb 0.81 0.51 0.74 0.53 0.56 0.63 7.91 12.40 3.55 6.07 8.32 3.84 1.91 5.08 4.51 5.90 5.41 5.66
      Ta 0.51 0.51 0.53 0.51 0.51 0.51 0.23 0.33 0.11 0.16 0.21 12.40 8.28 0.39 0.33 0.38 0.38 0.38
      Zr 55.1 51.5 45.4 53.2 56.2 52.3 26.32 26.94 14.52 26.21 26.70 76.3 104.5 54.1 49.8 53.7 55.8 66.2
      Hf 10.5 10.8 10.5 10.9 10.8 10.7 1.00 1.02 0.69 0.99 0.98 3.3 3.6 1.56 1.44 1.48 1.59 1.94
      V 273 292 286 291 266 281 349.18 374.30 329.01 362.51 354.37 310.7 243.5 289 285 295 308 333
      Ti 6 180 6 060 4 560 5 460 5 700 5 580 5 640 7 440 5 700 5 700 5 580 7 620 9 540 7 020 7 200 7 080 7 260 8 160
      La 5.10 3.85 9.38 4.06 4.84 5.45 9.92 13.96 2.69 7.23 10.00 5.76 10.10 7.37 4.54 9.53 5.77 5.78
      Ce 9.43 7.61 18.04 8.25 9.91 10.65 26.83 36.66 9.44 19.74 26.64 13.21 22.14 15.7 11.1 21.1 14.1 14.4
      Pr 1.72 1.50 2.77 1.55 1.73 1.86 3.80 5.04 1.68 2.96 3.73 1.97 2.97 2.18 1.69 2.92 2.06 2.20
      Nd 8.52 7.70 12.62 8.16 8.99 9.20 17.88 23.03 9.28 14.11 16.95 8.74 13.80 9.85 8.13 12.10 9.78 10.80
      Sm 2.78 2.52 3.34 2.60 2.72 2.79 3.90 5.19 2.63 3.54 3.85 2.57 3.28 2.69 2.36 2.94 2.72 2.99
      Eu 0.96 0.81 1.11 0.85 0.86 0.92 1.28 1.68 0.94 1.19 1.19 0.95 1.38 0.95 0.88 0.98 1.01 1.06
      Gd 3.10 2.81 3.89 2.95 3.02 3.15 3.89 5.67 2.77 3.77 3.88 3.35 3.94 3.01 2.81 3.50 3.26 3.52
      Tb 0.67 0.65 0.74 0.67 0.67 0.68 0.58 0.89 0.44 0.54 0.59 0.67 0.74 0.52 0.48 0.58 0.55 0.61
      Dy 4.02 3.98 4.40 4.27 4.07 4.15 3.52 5.44 2.61 3.12 3.42 4.32 4.67 3.27 3.11 3.56 3.61 3.98
      Ho 0.95 0.97 1.05 1.06 1.01 1.01 0.70 1.12 0.53 0.64 0.70 0.89 0.97 0.69 0.67 0.72 0.75 0.82
      Er 2.62 2.72 2.84 3.06 2.78 2.81 2.01 3.29 1.44 1.79 1.99 2.54 2.81 1.97 1.89 2.10 2.11 2.36
      Tm 0.43 0.45 0.45 0.49 0.45 0.46 0.28 0.47 0.20 0.25 0.27 0.39 0.42 0.30 0.29 0.32 0.32 0.36
      Yb 2.66 2.82 2.82 3.08 2.75 2.83 1.73 2.91 1.24 1.55 1.76 2.56 2.76 1.95 1.82 1.95 2.02 2.31
      Lu 0.43 0.46 0.46 0.51 0.46 0.47 0.25 0.43 0.18 0.22 0.26 0.37 0.39 0.28 0.27 0.29 0.31 0.34
      Y 22.91 23.17 24.87 25.21 23.54 23.90 17.15 27.23 12.64 15.66 17.47 21.8 24.9 21.2 17.4 20.4 18.5 22.2
      ΣREE 43.39 38.85 63.91 41.56 44.26 46.43 76.57 105.78 36.07 60.65 75.23 48.29 70.37 50.73 40.04 62.59 48.37 51.53
      LREE 28.51 23.99 47.26 25.47 29.05 30.87 63.61 85.56 26.66 48.77 62.36 33.20 53.67 38.74 28.70 49.57 35.44 37.23
      HREE 14.88 14.86 16.65 16.09 15.21 15.56 12.96 20.22 9.41 11.88 12.87 15.09 16.70 11.99 11.34 13.02 12.93 14.30
      LREE/HREE 1.92 1.61 2.84 1.58 1.91 1.98 4.908 18 4.231 45 2.833 16 4.105 22 4.845 38 2.200 13 3.213 77 3.231 03 2.530 86 3.807 22 2.740 91 2.603 50
      (La/Yb)N 1.38 0.98 2.39 0.95 1.26 1.38 4.11 3.44 1.56 3.35 4.08 1.61 2.62 2.71 1.79 3.51 2.05 1.79
      δEu 1.00 0.93 0.94 0.94 0.92 0.95 1.004 68 0.946 80 1.064 72 0.995 86 0.941 29 0.989 82 1.173 59 1.020 68 1.044 71 0.933 99 1.036 94 0.998 90
      δCe 0.78 0.78 0.87 0.81 0.84 0.82 1.07 1.07 1.09 1.05 1.07 0.96 0.99 0.96 0.98 0.98 1.00 0.99
      注:数值由分析值经标准化值得来,采用Sun and Mcdonough(1989)的标准值.其中:(La/Yb)N=(La/0.237)/(Yb/0.17);(La/Sm)N=(La/0.237)/(Sm/0.153).
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      表 3  加当榴闪岩锆石LA-ICP-MS测年结果

      Table 3.  LA-ICP-MS isotopic data of zircon from Jiadang amphibole-eclogites in East Kunlun

      样品 U Th U/Th 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 206Pb/238U 207Pb/235U
      007CL04.D 30.60 0.53 0.02 0.063 0 0.011 0 0.573 0 0.085 0 0.069 3 0.003 7 432 22 454 61
      012CL08.D 33.80 0.51 0.02 0.054 4 0.008 0 0.545 0 0.080 0 0.072 8 0.003 6 452 21 437 58
      015CL11.D 29.10 0.72 0.02 0.057 0 0.010 0 0.600 0 0.100 0 0.076 2 0.004 8 473 29 466 69
      020CL13.D 46.80 0.22 0.00 0.068 8 0.007 8 0.658 0 0.070 0 0.070 2 0.003 0 437 18 503 43
      022CL15.D 22.57 0.53 0.02 0.055 0 0.012 0 0.530 0 0.100 0 0.071 2 0.003 8 443 23 437 69
      024CL17.D 35.70 1.01 0.03 0.060 6 0.007 6 0.609 0 0.079 0 0.073 5 0.004 2 456 25 467 54
      025CL18.D 39.40 1.37 0.03 0.061 0 0.010 0 0.551 0 0.086 0 0.067 9 0.003 9 423 24 428 56
      027CL19.D 24.50 0.30 0.01 0.060 0 0.012 0 0.600 0 0.120 0 0.070 9 0.004 7 441 28 439 79
      030CL22.D 42.10 0.46 0.01 0.060 2 0.007 9 0.587 0 0.076 0 0.069 3 0.003 3 431 20 456 48
      037CL26.D 26.10 0.48 0.02 0.052 0 0.012 0 0.490 0 0.100 0 0.068 6 0.003 8 427 23 374 72
      045CL33.D 43.90 0.63 0.01 0.055 0 0.008 1 0.527 0 0.079 0 0.071 4 0.003 7 444 22 418 55
      021CL14.D 246.00 101.40 0.41 0.072 0 0.002 2 1.605 0 0.058 0 0.159 0 0.002 5 951 14 970 22
      046CL34.D 370.00 121.00 0.33 0.069 6 0.001 9 1.463 0 0.058 0 0.154 0 0.005 7 923 32 912 24
      047CL35.D 1 023.00 161.10 0.16 0.070 0 0.001 1 1.481 0 0.028 0 0.154 6 0.001 7 927 10 922 11
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      表 4  东昆仑榴辉岩锆石同位素年龄

      Table 4.  Summary on eclogite ages in East Kunlun

      位置 岩石 原岩年龄 榴辉岩相变质年龄 测定方法 资料来源
      温泉 细粒榴辉岩 934±2 Ma SHRIMP Meng et al., 2013
      温泉 粗粒榴辉岩 428±2 Ma LA-MC-ICPMS Meng et al., 2013
      温泉 榴辉岩 451±2 Ma LA-ICP-MS 贾丽辉等,2014
      温泉 榴辉岩中石英脉 449.9±1.9 Ma LA-ICP-MS 贾丽辉等,2014
      夏日哈木-苏海图 榴辉岩 410.9±1.6 Ma LA-ICP-MS 祁生胜等,2014
      尕日当 榴辉岩 432.1±4.5 Ma LA-ICP-MS 祁晓鹏等,2016
      大格勒沟 榴辉岩 650~520 Ma 451.0±4.1 Ma LA-ICP-MS 熊富浩和马昌前,2016
      加当 榴闪岩 934±15 Ma 440±13 Ma LA-ICP-MS 本文
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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-04-19
    • 刊出日期:  2018-12-01

    东昆仑高压变质带榴辉岩年代学、地球化学及其地质意义

      通讯作者: 贾群子, xajqunzi@126.com
      作者简介: 国显正(1990-), 男, 在读博士研究生, 主要从事岩石学、矿床学与成矿规律研究
    • 1. 中国地质大学地质调查研究院, 湖北武汉 430074
    • 2. 中国地质调查局西安地质调查中心, 造山带地质研究中心, 陕西西安 710054
    基金项目:  中国地质调查局项目 DD20160013

    摘要: 近年来在东昆仑造山带中发现出露多处榴辉岩,由夏日哈木-苏海图、大格勒、宗加、尕日当(浪木日上游)、温泉、加当等多个榴辉岩、榴闪岩高压变质地体组成,呈透镜体或条带状产于金水口岩群中,构成了一条长达530 km的高压变质带.从榴辉岩的岩石学、地球化学、同位素年代学等方面进行系统梳理,结果表明岩石类型复杂,主要可分为榴辉岩、退变榴辉岩、榴闪岩,岩石地球化学显示东昆仑榴辉岩SiO2含量为41.58%~59.00%,平均值为50.19%,Al2O3含量为11.27%~18.54%,平均值为14.66%,TiO2含量为0.76%~1.59%,平均值为1.03%.稀土配分曲线主要为轻稀土富集型,微量元素配分主要介于E-MORB与N-MORB之间.获得加当榴闪岩变质年龄为440±13 Ma,原岩年龄为934±15 Ma,同时结合东昆仑地区榴辉岩锆石年龄对其进行分析,锆石单点206Pb/238U年龄在直方图上显示出丰富的信息,变质峰期年龄出现明显3个年龄峰,分别为451 Ma、432 Ma和412 Ma,原岩年龄出现峰值934 Ma,其中515~440 Ma记录了板块俯冲时段的岩浆热事件;440~420 Ma为陆壳俯冲-碰撞的记录;420~390 Ma是榴辉岩在折返过程中退化变质的反映.东昆仑榴辉岩变质时代与东昆仑原特提斯洋构造演化密切相关.

    English Abstract

    • 大陆造山带的高压-超高压变质带是古板块汇聚边界及古大洋俯冲和大陆碰撞造山的重要标志,记录了地壳物质从俯冲到折返、大洋闭合到大陆碰撞造山的完整动力学过程.根据Maruyama et al.(1996)Ernst(2001)Song et al.(2006)的分类,造山带中高压变质带可以划分为太平洋型(大洋型)和阿尔卑斯型(大陆型).青藏高原北部发育有世界上典型的新元古代-早古生代大洋和大陆俯冲碰撞带(Liou et al., 2009Song et al., 2014)(图 1),其中包括:(1)北祁连山早古生代“大洋型”低温高压变质带(许志琴等,2006aZhang et al., 2009Xia et al., 2012李兆等,2016);(2)柴北缘早古生代“大陆型”中高温超高压变质带(杨经绥等,2000许志琴等,2006aSong et al., 2012, 2013, 2014);(3)阿尔金早古生代“大陆型”超高压变质带(张建新等,2002Liu et al., 2009, 2015); (4)秦岭“大陆型”超高压变质带(杨经绥等,2002王浩和吴元保,2013Liu et al., 2016).这些高压-超高压变质带的岩石学、地球化学和同位素年代学的深入研究对揭示大洋俯冲和大陆碰撞的相互联系、壳幔物质交换及大陆增生机制等方面起到举足轻重的作用.

      图  1  青藏高原构造单元划分

      Figure 1.  Distribution of major tectonic units in the Tibetan plateau

      榴辉岩是高压-超高压环境下形成的特征性标型岩石,由绿辉石和石榴子石组成,经高压变质作用,折返到地表形成,主要赋存于板块间的俯冲带及碰撞带中,包含了高压-超高压变质矿物相及丰富的地球动力学信息,记录了大陆俯冲和碰撞的动力学过程(Song et al., 2003张安达,2006).而对于榴辉岩的原岩探讨有助于理解板块碰撞造山的起源和过程.由于高压—超高压变质岩石原岩组合通常比较复杂,它们可以是来自基性的火成岩,如玄武质岩石或基性侵入岩,或是超镁铁质岩石和各类变质沉积岩,因此通过对岩石地球化学分析来恢复原岩和讨论其形成构造背景是重要手段及依据之一(Shatsky et al., 1990).随着调查研究工作的深入,Meng et al.(2013)祁生胜等(2014)熊富浩和马昌前(2016)在东昆仑发现榴辉岩,西北主要成矿带地质矿产调查工程下设的东昆仑铜镍多金属资源基地调查二级项目分别在东昆仑浪木日上游(祁晓鹏等,2016)、宗加(中国地质大学(武汉),2017.青海省都兰县宗加地区1:5万J47E023003、J47E023004两幅区域地质矿产调查.1-249)、夏日哈木(张照伟等,2017)、加当(国显正等,2017)等地区发现多处榴辉岩、榴闪岩露头,沿昆中深大断裂分布在带内金水口岩群中,厘定出一条长达530 km的高压变质带,本文依据上述研究成果(Meng et al., 2013祁生胜等,2014祁晓鹏等,2016熊富浩和马昌前,2016国显正等,2017张照伟等,2017),从岩石学、地球化学、同位素年代学等方面系统梳理了东昆仑高压变质带榴辉岩、榴闪岩,它们是深入研究东昆仑造山带地质构造背景的重要岩石之一,为研究和解决地壳岩石发生深俯冲和快速折返的过程和机理提供了最好的样本.

      • 东昆仑造山带作为中央造山带重要的部分,历来是地质学家研究的热点(郭正府等,1998陈能松等,2002许志琴等,2006b李荣社等, 2007, 2008陈能松等,2008肖庆辉等,2009张克信等,2015).该造山带位于青藏高原北部(图 2),在青海省境内位于中西部,大地构造位置北邻柴达木地块,南接松潘-甘孜地块,向东、西分别被温泉断裂和阿尔金断裂截切,呈近东西向展布于东昆仑-鄂拉山一带,是一条横亘在青藏高原内部的造山带,同时也是一条基底隆起带.不同学者有不同划分方案,带内根据昆中断裂及沿昆中断裂分布的蛇绿混杂岩带划分为两个地块,即北昆仑地块和南昆仑地块(古凤宝,1994许志琴等,2006b),北昆仑地块以昆北断裂为界又分为祁漫塔格-都兰构造单元和昆中构造单元(潘桂棠等,2009).

        图  2  东昆仑榴辉岩分布

        Figure 2.  Distribution of eclogites in East Kunlun

      • 东昆仑榴辉岩主要沿昆中断裂分布在北昆仑地块中,自西向东依次出露于夏日哈木-苏海图、大格勒、宗加、加当、浪木日上游(尕日当)和温泉等地(图 2),构成了断续延长530 km的高压变质带.榴辉岩呈大小不同的透镜体分布于古元古代金水口岩群内花岗片麻岩、黑云石英片岩、黑云斜长片麻岩、大理岩中.榴辉岩大部分岩石较新鲜,主要由石榴子石、绿辉石、石英、金红石等矿物组成.部分榴辉岩发生退变质作用,形成榴闪岩.

        榴辉岩:在夏日哈木-苏海图、五龙沟西、宗加、加当、尕日当、温泉等地均有出露.岩石呈灰绿色,粒状变晶结构,块状、平行定向构造.矿物组成主要为绿辉石和石榴子石,含斜长石、石英、角闪石及少量金红石等矿物.

        退变质榴辉岩:岩石呈暗绿色-黑灰色,粒状变晶结构,局部具有片麻理构造.该类岩石以较多的角闪石和后成合晶出现为特征,岩石保留石榴子石、绿辉石等矿物的残余.

        榴闪岩:由榴辉岩完全退变形成,呈深灰绿色,粒状变晶结构,平行定向或块状构造,由石榴子石、石榴子石假象(由斜长石和普通角闪石组成的集合体)、角闪石、普通辉石、斜长石、金红石等组成.石榴子石呈混圆状,部分石榴子石发生退变质,周围可见由角闪石、斜长石等组成的“白眼圈”结构(图 3f3l).

        图  3  榴辉岩野外及镜下照片

        Figure 3.  Field photos and photomicographs of eclogites

      • 东昆仑榴辉岩、榴闪岩主量元素见表 1,其中温泉榴辉岩数据(孟繁聪等,2015)未列入表中,SiO2含量主要介于41.58%~59.00%,平均值为50.19%,Al2O3含量为11.27%~18.54%,平均值为14.66%,TiO2含量为0.76%~1.59%,平均值为1.03%,Na2O含量为0.94%~5.16%,平均值为2.50%,K2O含量为0.04%~0.47%,平均值为0.15%.由于Na、K等元素的活动性,TAS图解对原岩判别往往得到不可靠的结果,但是对一些不活动元素而言则相对稳定,因而本文对样品的岩石类型判别选用不活动元素分类图解.在Nb/Y-Zr/TiO2图解中温泉榴辉岩分为2类,一类主要位于玄武岩-安山岩区域,另一类在亚碱性玄武岩区域,Nb/Y-SiO2图解与其相似,也分为两类,主要原因在于Zr/TiO2值稳定,而Nb/Y值变化大;尕日当榴辉岩分布较为集中,在Nb/Y-Zr/TiO2图解中介于玄武岩-安山岩与亚碱性玄武岩过渡区域,在Nb/Y-SiO2图解中全部落入亚碱性玄武岩区域,其主量元素TiO2含量介于0.76%~1.03%,K2O含量介于0.05%~0.18%,Na2O含量为0.94%~1.22%(表 1),苏海图榴辉岩与尕日当榴辉岩较为相似,均落在亚碱性玄武岩区域,SiO2平均含量为48.40%,Al2O3平均含量为15.29%,Na2O平均含量为2.12%,K2O平均含量为0.39%;大格勒榴辉岩在Nb/Y-Zr/TiO2图解与Nb/Y-SiO2图解(图 4)中均位于亚碱性玄武岩区域,其SiO2含量为41.58%~45.32%,平均值为44.06%,Al2O3含量为15.72%~18.54%,平均值为17.57%,Na2O含量为1.61%~2.86%,平均值为2.36%,K2O含量为0.15%~0.22%,平均值为0.19%;加当榴闪岩主要落入亚碱性玄武岩区域,SiO2含量为48.39%~50.56%,平均值为49.48%,Al2O3含量为13.40%~14.18%,平均值为13.96%,Na2O含量为1.61%~2.13%,平均值为1.89%,K2O含量为0.18%~0.37%,平均值为0.27%.由此东昆仑榴辉岩、榴闪岩主要为2类:一类为玄武安山岩系列(温泉),另一类为亚碱性玄武岩系列(苏海图、大格勒、尕日当、加当).

        样品编号 尕日当榴辉岩 大格勒榴辉岩(Du et al., 2017) 苏海图榴辉岩 加当榴闪岩(本文)
        D1817/1 D1817/2 D1817/3 D1817/4 D1817/5 D1817/6 dgl-10 dgl-14 dgl-22 dgl-26 dgl-29 D.Gs4200 D.Gs4200-2 17eclH1 17eclH2 17eclH3 17eclH4 17eclH5
        SiO2 49.90 51.46 50.83 51.91 50.46 50.91 44.12 41.58 44.40 44.86 45.32 47.44 48.40 48.39 49.70 48.81 49.94 50.56
        TiO2 1.03 1.01 0.76 0.91 0.95 0.93 0.94 1.24 0.95 0.95 0.93 1.27 1.59 1.17 1.20 1.18 1.21 1.36
        Al2O3 13.80 11.56 13.34 11.27 11.38 12.27 17.81 18.43 15.72 17.35 18.54 14.33 16.40 14.18 14.07 14.13 14.01 13.40
        Fe2O3 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 11.92 14.32 10.99 12.68 12.29 2.69 2.05 1.73 1.38 1.36 1.52 1.08
        FeO 12.23 12.41 12.24 12.30 12.88 12.41 9.85 8.85 9.31 10.03 9.94 9.68 10.92
        MnO 0.22 0.21 0.21 0.22 0.23 0.22 0.18 0.23 0.16 0.18 0.18 0.24 0.18 0.20 0.20 0.21 0.20 0.21
        MgO 9.43 10.34 9.74 10.80 10.90 10.24 8.20 7.83 11.23 8.62 7.37 7.93 7.29 8.07 8.20 8.68 7.94 7.31
        CaO 10.83 11.05 11.02 10.78 10.32 10.80 11.62 12.25 11.88 11.68 11.78 11.63 11.00 11.71 11.38 12.03 11.66 11.32
        Na2O 1.22 1.16 1.19 1.08 0.94 1.12 2.86 1.61 2.08 2.56 2.69 2.12 2.10 2.13 1.93 1.61 1.71 2.09
        K2O 0.18 0.05 0.11 0.05 0.11 0.10 0.19 0.15 0.22 0.21 0.17 0.47 0.41 0.37 0.30 0.29 0.20 0.18
        P2O5 0.11 0.07 0.22 0.06 0.08 0.11 0.19 0.30 0.08 0.15 0.19 0.12 0.12 0.11 0.09 0.10 0.08 0.11
        H2O+ 1.68 0.75
        LOS 0.35 0.27 0.29 0.49 0.51 0.48 0.54 0.15 0.40 0.16 0.03 1.40 0.62 2.54 1.42 1.57 1.76 1.39
        Total 99.40 99.69 100.05 99.97 98.86 99.69 98.57 98.09 98.11 99.40 99.49 101.17 99.76 99.91 99.90 99.91 99.91 99.93
        注:①陕西省核工业地质调查院,2016.青海省都兰县尕日当地区I47E002011、I47E003011、I47E004011、I47E004012四幅1:5万区域地质调查报告.1-468.②青海省地质调查院,2013.青海1:25万大灶火(J46C004003)幅区域地质调查报告.1-416.

        表 1  东昆仑榴辉岩、榴闪岩主量元素(%)分析结果

        Table 1.  Major (%) element concentrations of eclogites and amphibole-eclogites in East Kunlun

        图  4  东昆仑榴辉岩Nb/Y-Zr/TiO2(a)及Nb/Y-SiO2(b)图解

        Figure 4.  Nb/Y-Zr/TiO2 (a) and Nb/Y-SiO2 (b) diagrams of eclogites in East Kunlun

      • 稀土元素总量及其配分模式特征(表 2图 5)显示,主要为轻稀土富集型;温泉榴辉岩可分为2类,第1类样品编号1~4(孟繁聪等,2015),具有稀土元素总量相对较低(ΣREE介于37.39×10-6~52.84×10-6,平均值为47.29×10-6)和轻稀土元素微弱富集特征(ΣLREE=18.26×10-6 ~29.10×10-6),LREE/HREE介于0.95到1.28,而其(La/Yb)N=0.62~0.66,平均值为0.64,略高于N-MORB值0.59,其配分模式特征与N-MORB相似,第2类样品编号5~11(图 5),ΣLREE =62.12×10-6 ~75.41×10-6,LREE/HREE=2.11~2.82,平均值为2.54,(La /Yb)N=1.60~2.36,平均值为2.02,配分模式与E-MORB相似;尕日当轻、重稀土元素间及其内部分馏不明显,没有明显的Eu异常,δEu=0.92~1.00,平均值为0.95,总体配分模式与E-MORB相似,其中D1817/3样品稀土总量ΣLREE=63.91×10-6、(La/Yb)N=2.39,而高于其他样品ΣLREE=38.85×10-6~46.63×10-6;大格勒榴辉岩轻稀土富集,轻重稀土分馏明显,稀土配分图呈明显的左倾式(图 5),LREE/HREE介于2.8到4.9,样品总体特征与洋岛型玄武岩(OIB)类似;苏海图榴辉岩轻重稀土分馏不明显,且轻稀土亏损,稀土配分图显示,样品均为左弱倾式,具有E-MORB特征.加当榴闪岩ΣLREE=48.37×10-6~62.59×10-6,LREE/HREE=2.53~3.80,平均值为2.98,(La /Yb)N=1.79~3.51,平均值为2.37,配分模式与E-MORB相似.

        样品编号 尕日当榴辉岩 大格勒榴辉岩(Du et al., 2017) 苏海图榴辉岩 加当榴闪岩(本文)
        D1817/1 D1817/2 D1817/3 D1817/4 D1817/5 D1817/6 dgl-10 dgl-14 dgl-22 dgl-26 dgl-29 D.Gs4200 D.Gs4200-2 17eclH1 17eclH2 17eclH3 17eclH4 17eclH5
        Rb 10.40 4.48 7.68 3.89 8.20 6.90 5.28 6.04 5.03 5.01 5.15 20.19 16.84 25.20 10.40 26.30 10.40 7.21
        Sr 126 109 104 119 124 116 760.67 720.35 258.76 558.16 677.28 181 180 158 101 160 121 128
        Ba 74.2 20.4 28.6 17.6 27.9 33.7 64.81 34.20 33.05 73.96 62.77 94.6 95.0 101.0 60.0 93.9 49.7 39.4
        Th 1.19 0.66 1.32 0.66 0.99 0.96 0.11 0.10 0.02 0.07 0.11 0.99 1.46 2.15 0.57 1.28 0.68 0.66
        U 9.52 11.50 12.80 13.30 11.10 11.64 0.06 0.05 0.05 0.04 0.03 0.54 0.45 0.78 0.17 0.26 0.21 0.26
        Nb 0.81 0.51 0.74 0.53 0.56 0.63 7.91 12.40 3.55 6.07 8.32 3.84 1.91 5.08 4.51 5.90 5.41 5.66
        Ta 0.51 0.51 0.53 0.51 0.51 0.51 0.23 0.33 0.11 0.16 0.21 12.40 8.28 0.39 0.33 0.38 0.38 0.38
        Zr 55.1 51.5 45.4 53.2 56.2 52.3 26.32 26.94 14.52 26.21 26.70 76.3 104.5 54.1 49.8 53.7 55.8 66.2
        Hf 10.5 10.8 10.5 10.9 10.8 10.7 1.00 1.02 0.69 0.99 0.98 3.3 3.6 1.56 1.44 1.48 1.59 1.94
        V 273 292 286 291 266 281 349.18 374.30 329.01 362.51 354.37 310.7 243.5 289 285 295 308 333
        Ti 6 180 6 060 4 560 5 460 5 700 5 580 5 640 7 440 5 700 5 700 5 580 7 620 9 540 7 020 7 200 7 080 7 260 8 160
        La 5.10 3.85 9.38 4.06 4.84 5.45 9.92 13.96 2.69 7.23 10.00 5.76 10.10 7.37 4.54 9.53 5.77 5.78
        Ce 9.43 7.61 18.04 8.25 9.91 10.65 26.83 36.66 9.44 19.74 26.64 13.21 22.14 15.7 11.1 21.1 14.1 14.4
        Pr 1.72 1.50 2.77 1.55 1.73 1.86 3.80 5.04 1.68 2.96 3.73 1.97 2.97 2.18 1.69 2.92 2.06 2.20
        Nd 8.52 7.70 12.62 8.16 8.99 9.20 17.88 23.03 9.28 14.11 16.95 8.74 13.80 9.85 8.13 12.10 9.78 10.80
        Sm 2.78 2.52 3.34 2.60 2.72 2.79 3.90 5.19 2.63 3.54 3.85 2.57 3.28 2.69 2.36 2.94 2.72 2.99
        Eu 0.96 0.81 1.11 0.85 0.86 0.92 1.28 1.68 0.94 1.19 1.19 0.95 1.38 0.95 0.88 0.98 1.01 1.06
        Gd 3.10 2.81 3.89 2.95 3.02 3.15 3.89 5.67 2.77 3.77 3.88 3.35 3.94 3.01 2.81 3.50 3.26 3.52
        Tb 0.67 0.65 0.74 0.67 0.67 0.68 0.58 0.89 0.44 0.54 0.59 0.67 0.74 0.52 0.48 0.58 0.55 0.61
        Dy 4.02 3.98 4.40 4.27 4.07 4.15 3.52 5.44 2.61 3.12 3.42 4.32 4.67 3.27 3.11 3.56 3.61 3.98
        Ho 0.95 0.97 1.05 1.06 1.01 1.01 0.70 1.12 0.53 0.64 0.70 0.89 0.97 0.69 0.67 0.72 0.75 0.82
        Er 2.62 2.72 2.84 3.06 2.78 2.81 2.01 3.29 1.44 1.79 1.99 2.54 2.81 1.97 1.89 2.10 2.11 2.36
        Tm 0.43 0.45 0.45 0.49 0.45 0.46 0.28 0.47 0.20 0.25 0.27 0.39 0.42 0.30 0.29 0.32 0.32 0.36
        Yb 2.66 2.82 2.82 3.08 2.75 2.83 1.73 2.91 1.24 1.55 1.76 2.56 2.76 1.95 1.82 1.95 2.02 2.31
        Lu 0.43 0.46 0.46 0.51 0.46 0.47 0.25 0.43 0.18 0.22 0.26 0.37 0.39 0.28 0.27 0.29 0.31 0.34
        Y 22.91 23.17 24.87 25.21 23.54 23.90 17.15 27.23 12.64 15.66 17.47 21.8 24.9 21.2 17.4 20.4 18.5 22.2
        ΣREE 43.39 38.85 63.91 41.56 44.26 46.43 76.57 105.78 36.07 60.65 75.23 48.29 70.37 50.73 40.04 62.59 48.37 51.53
        LREE 28.51 23.99 47.26 25.47 29.05 30.87 63.61 85.56 26.66 48.77 62.36 33.20 53.67 38.74 28.70 49.57 35.44 37.23
        HREE 14.88 14.86 16.65 16.09 15.21 15.56 12.96 20.22 9.41 11.88 12.87 15.09 16.70 11.99 11.34 13.02 12.93 14.30
        LREE/HREE 1.92 1.61 2.84 1.58 1.91 1.98 4.908 18 4.231 45 2.833 16 4.105 22 4.845 38 2.200 13 3.213 77 3.231 03 2.530 86 3.807 22 2.740 91 2.603 50
        (La/Yb)N 1.38 0.98 2.39 0.95 1.26 1.38 4.11 3.44 1.56 3.35 4.08 1.61 2.62 2.71 1.79 3.51 2.05 1.79
        δEu 1.00 0.93 0.94 0.94 0.92 0.95 1.004 68 0.946 80 1.064 72 0.995 86 0.941 29 0.989 82 1.173 59 1.020 68 1.044 71 0.933 99 1.036 94 0.998 90
        δCe 0.78 0.78 0.87 0.81 0.84 0.82 1.07 1.07 1.09 1.05 1.07 0.96 0.99 0.96 0.98 0.98 1.00 0.99
        注:数值由分析值经标准化值得来,采用Sun and Mcdonough(1989)的标准值.其中:(La/Yb)N=(La/0.237)/(Yb/0.17);(La/Sm)N=(La/0.237)/(Sm/0.153).

        表 2  东昆仑榴辉岩、榴闪岩微量元素(10-6)分析结果

        Table 2.  Trace element (10-6) concentrations of eclogites and amphibole-eclogites in East Kunlun

        图  5  东昆仑榴辉岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式

        Figure 5.  Chondrite-normalized REE patterns of eclogites in East Kunlun

      • 微量元素方面,与N-MORB、E-MORB和OIB相比(图 6),主要介于E-MORB与N-MORB之间;温泉榴辉岩也可分为2类:一类总体上与富集型洋中脊玄武岩特征类似,Sr、Eu和Ti的相对亏损反映出斜长石与钛磁铁结晶分异作用有关;另一类总体表现为与N-MORB相似的配分曲线模式;尕日当榴辉岩、苏海图榴辉岩、加当榴闪岩在原始地幔标准化蛛网图上均与E-MORB配分模式具有相似特征,而大格勒榴辉岩Sr表现出富集,高场强元素Th、Ta、Zr、Hf则相对亏损,高场强元素如Nb、Ta、Zr、Hf、Th以及Ti都属于不相容元素,易于进入熔体相,其中Nb/Ta比值为32.27~39.62,存在明显的分馏,可能为榴辉岩原岩中钛铁矿的结晶堆积作用引起.

        图  6  东昆仑榴辉岩微量元素原始地幔标准化蛛网图

        Figure 6.  Primitive mantle-normalized trace element patterns of eclogites in East Kunlun

      • 加当榴闪岩出露于加当-哈陇休玛地区(国显正等,2017),主要矿物组成为石榴子石、角闪石、辉石,由本团队在区域地质矿产调查填图时发现,断续出露长约为3 km,采样坐标为98°41′50″E,35°53′39″N,本次采集新鲜样品约30 kg,在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室进行锆石分选;在北京前寒武科技有限公司进行锆石制靶、反射光、阴极发光图像分析;在中国地质调查局西安地质调查中心自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定,仪器参数及相关操作参考李艳广等(2015).

        锆石U-Pb测试得到的年龄数据及同位素比值可见表 3,获得14个有效分析点.锆石显示出两类,一类为变质锆石,具有杉树叶结构,弱分带(图 6),该类U、Th含量较低,其中U含量介于22.57×10-6~46.8×10-6、Th含量介于0.22×10-6~1.37×10-6,Th /U比值小于0.03,另一类显示U、Th含量均较高,U含量介于246×10-6~1023×10-6、Th含量介于101×10-6~161×10-6,Th /U比值介于0.16~0.41,显示岩浆成因特征(吴元保和郑永飞,2004),同时两类锆石稀土配分曲线明显不同,变质成因锆石具有较缓的左倾配分模式,而岩浆成因锆石具有较陡的左倾配分模式(图 6).所有数据均分布在谐和线附近,说明普通Pb的丢失不大,因此本次获得榴闪岩变质年龄为440±13 Ma(n=11),其原岩年龄为934±15 Ma(n=3).

        样品 U Th U/Th 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 206Pb/238U 207Pb/235U
        007CL04.D 30.60 0.53 0.02 0.063 0 0.011 0 0.573 0 0.085 0 0.069 3 0.003 7 432 22 454 61
        012CL08.D 33.80 0.51 0.02 0.054 4 0.008 0 0.545 0 0.080 0 0.072 8 0.003 6 452 21 437 58
        015CL11.D 29.10 0.72 0.02 0.057 0 0.010 0 0.600 0 0.100 0 0.076 2 0.004 8 473 29 466 69
        020CL13.D 46.80 0.22 0.00 0.068 8 0.007 8 0.658 0 0.070 0 0.070 2 0.003 0 437 18 503 43
        022CL15.D 22.57 0.53 0.02 0.055 0 0.012 0 0.530 0 0.100 0 0.071 2 0.003 8 443 23 437 69
        024CL17.D 35.70 1.01 0.03 0.060 6 0.007 6 0.609 0 0.079 0 0.073 5 0.004 2 456 25 467 54
        025CL18.D 39.40 1.37 0.03 0.061 0 0.010 0 0.551 0 0.086 0 0.067 9 0.003 9 423 24 428 56
        027CL19.D 24.50 0.30 0.01 0.060 0 0.012 0 0.600 0 0.120 0 0.070 9 0.004 7 441 28 439 79
        030CL22.D 42.10 0.46 0.01 0.060 2 0.007 9 0.587 0 0.076 0 0.069 3 0.003 3 431 20 456 48
        037CL26.D 26.10 0.48 0.02 0.052 0 0.012 0 0.490 0 0.100 0 0.068 6 0.003 8 427 23 374 72
        045CL33.D 43.90 0.63 0.01 0.055 0 0.008 1 0.527 0 0.079 0 0.071 4 0.003 7 444 22 418 55
        021CL14.D 246.00 101.40 0.41 0.072 0 0.002 2 1.605 0 0.058 0 0.159 0 0.002 5 951 14 970 22
        046CL34.D 370.00 121.00 0.33 0.069 6 0.001 9 1.463 0 0.058 0 0.154 0 0.005 7 923 32 912 24
        047CL35.D 1 023.00 161.10 0.16 0.070 0 0.001 1 1.481 0 0.028 0 0.154 6 0.001 7 927 10 922 11

        表 3  加当榴闪岩锆石LA-ICP-MS测年结果

        Table 3.  LA-ICP-MS isotopic data of zircon from Jiadang amphibole-eclogites in East Kunlun

      • 东昆仑高压变质带榴辉岩年龄已报道4处,通过搜集资料及本次研究(表 4),表中年龄数据可以看出,变质时代不尽一致.

        位置 岩石 原岩年龄 榴辉岩相变质年龄 测定方法 资料来源
        温泉 细粒榴辉岩 934±2 Ma SHRIMP Meng et al., 2013
        温泉 粗粒榴辉岩 428±2 Ma LA-MC-ICPMS Meng et al., 2013
        温泉 榴辉岩 451±2 Ma LA-ICP-MS 贾丽辉等,2014
        温泉 榴辉岩中石英脉 449.9±1.9 Ma LA-ICP-MS 贾丽辉等,2014
        夏日哈木-苏海图 榴辉岩 410.9±1.6 Ma LA-ICP-MS 祁生胜等,2014
        尕日当 榴辉岩 432.1±4.5 Ma LA-ICP-MS 祁晓鹏等,2016
        大格勒沟 榴辉岩 650~520 Ma 451.0±4.1 Ma LA-ICP-MS 熊富浩和马昌前,2016
        加当 榴闪岩 934±15 Ma 440±13 Ma LA-ICP-MS 本文

        表 4  东昆仑榴辉岩锆石同位素年龄

        Table 4.  Summary on eclogite ages in East Kunlun

        夏日哈木-苏海图地区榴辉岩锆石样品有17颗锆石年龄集中在410~412 Ma,加权平均年龄为410.9±1.6 Ma;有3颗锆石年龄分别为499±31 Ma、499±31 Ma、571±21 Ma;前者笔者解释为榴辉岩的变质年龄,后者解释为榴辉岩的原岩年龄(祁生胜等,2014),然而结合锆石阴极发光及稀土元素分析,本文认为并非是原岩年龄,可能是混合年龄,锆石形态上与410 Ma的锆石并无差异,具有杉树叶结构,稀土元素并没有显示岩浆成因锆石特征,因此有待进一步确定.大格勒1件榴辉岩锆石谐和年龄为451.4±4.3 Ma(MSWD=2.9),加权平均年龄为451.0±4.1 Ma(MSWD=2.8)(熊富浩和马昌前,2016);祁晓鹏等(2016)在浪木日上游获得了1个榴辉岩年龄数据,锆石年龄数据有两组年龄,一组7个点,位于锆石核部或幔部,年龄为484~460 Ma,加权平均年龄为486±12 Ma,另一组24个点,年龄为429~434 Ma,加权平均年龄为432.1±4.5 Ma,为榴辉岩峰期变质年龄,这两组年龄可能对应不同构造变质相对应的活动事件;温泉榴辉岩样品分别获得了细粒榴辉岩原岩锆石U-Pb年龄为934±11 Ma,粗粒榴辉岩锆石U-Pb加权平均年龄为428±2 Ma(Meng et al., 2013),石英脉寄主榴辉岩锆石U-Pb加权平均年龄为451±2 Ma(贾丽辉等,2014),同一地区,不同岩石产状,其榴辉岩变质年龄相差近30 Ma,可能为不同变质时期的产物(图 7).

        图  7  加当榴闪岩中锆石阴极发光图像、年龄谐和图及锆石稀土配分模式

        Figure 7.  CL images and ages of zircons from Jiadang amphibole-eclogites

      • 东昆仑高压变质带年龄频数直方图(图 8)中,所有锆石单点年龄在206Pb/238U年龄直方图上显示出丰富的信息,主要单点变质年龄跨度约从360~480 Ma,出现明显的3个峰值,分别为412 Ma、432 Ma、451 Ma;原岩年龄主要集中在936 Ma,每个峰值代表了强烈构造岩浆热事件的活动.

        图  8  东昆仑地区榴辉岩锆石206Pb/238U年龄直方图

        Figure 8.  Diagrams of zircon 206Pb/238U ages of eclogites in East Kunlun

        其中936 Ma峰期年龄为榴辉岩峰期原岩年龄,本文获得3个单点数据,Meng et al.(2013)获得19个单点数据,该榴辉岩原岩年龄在东昆仑地区新元古界存在同时代的中酸性岩浆活动与其响应,区域构造事件表明可能是罗迪尼亚超大陆汇聚事件的反映,如青海卡而却卡变质侵入岩体花岗片麻岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为910±3 Ma(魏小林等,2016);青海格尕林格一带眼球状花岗片麻岩(正变质岩),SHRIMP和LA-MC-ICP-MS锆石年龄分别为938±5 Ma和938±2 Ma(孟繁聪等,2013);青海夏日哈木两件二长花岗岩锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb加权平均年龄分别为923.7±2.5 Ma和920.1±2.8 Ma(王冠等,2016),以上同时代的花岗岩均表明形成于陆-陆碰撞环境,由此表明936 Ma峰期原岩年龄是响应Rodinia超大陆汇聚事件的产物.

        第1组451 Ma榴辉岩变质峰期年龄值可能是与洋壳俯冲有关的构造岩浆-变质热事件的突出显示.结合区域岩浆事件,张亚峰等(2010)测定都兰可可沙地区石英闪长岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为515.2±4.4 Ma,可能代表了东昆仑原特提斯洋盆俯冲开始的时间(张亚峰等,2010).崔美慧等(2011)测定东昆仑祁漫塔格山鸭子泉岛弧闪长岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为480±3 Ma;孔会磊等(2014)在按纳格获得闪长岩和闪长玢岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄分别为474.1±2.4 Ma和478.3±5.7 Ma,其形成环境为岛弧.张建新等(2003)测定诺木洪南部金水口群中矽线黑云二长片麻岩的变质时代为460 Ma,表明昆北带在460 Ma左右时发生岛弧型低压角闪岩相-麻粒岩相变质.夏日哈木矿区西橄榄岩锆石U-Pb年龄为442.4±1.5 Ma,时代为早志留世早期;大格勒沟辉长岩锆石U-Pb年龄为445±4.8 Ma(Du et al., 2017),时代为晚奥陶世晚期.东昆仑北部祁漫塔格地区,存在时代相近的火山活动.其中十字沟蛇绿岩带中玄武岩的Sm-Nb等时线年龄为442±16 Ma,莲花山地区玄武岩和十字沟地区流纹岩锆石U-Pb年龄分别为440.2±2.4 Ma和450.3±1.2 Ma(宋泰忠等,2010),其火山岩岩石组合为玄武岩+玄武安山岩、英安岩+流纹岩、拉斑玄武岩,形成于弧后裂陷环境(王秉璋等,2012).由此可以看出在东昆仑地区,洋壳俯冲时段约在515~440 Ma.

        第2组432 Ma变质年龄峰值代表了榴辉岩相峰期变质年龄,与陆壳俯冲-碰撞作用有关.陆壳深俯冲作用是榴辉岩形成的主要形式,如温泉榴辉岩(孟繁聪等,2015).王涛等(2016)在五龙沟地区获得了花岗岩锆石U-Pb年龄为438±2.8 Ma,时代为早志留世晚期,认为该岩石很可能与早志留世东昆仑洋盆主体关闭和陆壳开始俯冲碰撞有关.施彬等(2016)在黑海一带发现过铝质-强过铝质花岗岩,岩石组合由黑云母英云闪长岩、黑云母花岗闪长岩、黑云母花岗岩、二云母花岗岩和白云母花岗岩组成,获得二云母花岗岩和白云母花岗岩的锆石U-Pb年龄,分别为424.0~421.5 Ma和420.5 Ma,但从对过铝质花岗岩研究趋势看,是与陆-陆碰撞作用有关的陆壳岩石熔融的产物(邓晋福等,1994Barbarin,1999).同时结合柴北缘超高压变质带中都兰沙柳河蓝晶石榴辉岩变质年龄,其锆石具有两期变质的核边结构,核部的年龄为450±7 Ma和450±11 Ma,边部的年龄为426±13 Ma和425±9 Ma,分别代表了早期大洋的冷俯冲变质和大陆俯冲的超高压变质年龄;都兰北带野马滩的榴辉岩锆石具有明显的核边结构,反映两期变质生长的特征,获得核部的年龄为462±13 Ma,边部的年龄为424±13 Ma,并认为早期年龄代表大洋俯冲的时间,晚期榴辉岩与石榴橄榄岩和柯石英片麻岩的变质年龄一致,反映大陆俯冲的超高压变质(Song et al., 2012, 2013, 2014);因此432 Ma变质年龄峰值代表了东昆仑大陆俯冲-碰撞的高压变质作用.

        第3组412 Ma变质年龄峰值是榴辉岩在折返过程中退化变质的反映,与碰撞后伸展作用有关.当超高压变质岩折返回浅层地表时,由于岩石圈拆沉,往往伴随着广泛而强烈的伸展作用.在折返过程中或折返之前上地幔或下地壳层次经历了热松弛作用(宋述光和张立飞,2007),发生强烈的岩浆活动,岩石类型复杂.东昆仑西部花岗岩年龄集中在413~391 Ma(谌宏伟等,2006赵振明等,2008王秉璋等,2012王冠等,2013);东部地区花岗岩集中在419~397 Ma(龙晓平等,2006刘彬等,2012陆露等,2013),多认为是碰撞后伸展背景下的产物(王秉璋等,2009刘彬等,2012陈静等,2013王冠等,2013).除花岗质岩浆活动外,在夏日哈木矿区与铜镍矿化有关的辉石岩和橄榄岩形成于411~393.5 Ma(Li et al., 2015张照伟等,2015Song et al., 2016),这与榴辉岩退变质作用基本同时发生,由此可以推断,夏日哈木矿区成矿岩体可能为陆壳折返过程中,由于强烈的伸展作用,含矿幔源岩浆侵入地壳后岩浆作用的产物.区内早泥盆世契盖苏组伸展磨拉石建造标志着早古生代构造旋回的结束和晚古生代构造旋回的启动,从该期榴辉岩年龄和岩浆岩反映的信息看,碰撞后伸展的时段约在420~390 Ma.

      • 主量元素中的某些元素在榴辉岩形成过程中其含量变化不大,例如TiO2、P2O5和Al2O3等在蚀变过程中基本保持稳定,保留了原岩的特征,可以作为判断原岩性质的依据之一(侯增谦和莫宣学,1996),在TiO2-P2O5(图 9a)图解中东昆仑榴辉岩、榴闪岩主要落在洋中脊玄武岩区域;在TiO2-TFeO/MgO图解中温泉榴辉岩主要落在岛弧拉斑玄武岩区域,而尕日当、苏海图、大格勒榴辉岩,加当榴闪岩主要落在洋中脊玄武岩区域;微量元素Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素含量与K、Na等碱金属元素差别很大,表明这些元素可能在成岩之后发生了一次或多次的带入或带出活动,已经不能反映原岩的成分,然而一些高场强元素和稀土元素则相对稳定,仍然能反映原岩的原始成分,它们的弱活动特征也能更好地约束原岩的岩浆组成(Becker et al., 1999).在Zr-Zr/Y图解(图 9c)中温泉部分榴辉岩、尕日当榴辉岩、加当榴闪岩落在洋中脊玄武岩与岛弧拉斑玄武岩重合区域,大格勒榴辉岩在Zr-Zr/Y图解与Ti/1 000-V图解中主要落在岛弧拉斑玄武岩区域,显示与岛弧玄武岩具有亲缘性;在Ti/1 000-V图解中加当榴闪岩与苏海图榴辉岩全部落入洋中脊玄武岩区域.然而以上构造判别图解具有一定的适用性,不能单纯依靠构造判别图解得出构造环境,同时应结合其他指标予以综合判定.首先结合温泉榴辉岩、加当榴闪岩原岩年龄表明其是响应Rodinia超大陆汇聚事件的产物(前已述及),更可能为大陆环境的基性-中性侵入岩或喷出岩,因此东昆仑榴辉岩原岩并非来自E-MORB、N-MORB或OIB,而是地球化学特征与之具有相似性;稀土元素特征表明东昆仑榴辉岩主要为轻稀土富集型,除温泉4件样品LREE/HREE小于1.5外,其余均大于1.5(表 2图 4),在相邻的柴北缘及阿尔金超高压变质带也以轻稀土元素富集型的榴辉岩为主.通常,LREE亏损的大陆拉斑玄武岩常出现在大陆裂谷环境(Cullers and Graf, 1984);而大多数学者认为轻稀土元素富集型的榴辉岩原岩形成于大陆边缘环境(张建新等, 2002, 2011孟繁聪等,2003Song et al., 2013, 2014张建新等,2015),其原岩可能是亏损地幔的岩浆在侵入地壳或喷出地表过程中遭受了陆壳物质的混染(Jahn,1999);一般起源于亏损地幔的岩石,其原岩结晶锆石的εHf(t)值均为正值,结合温泉榴辉岩同位素εNd(t)值为+0.51~+6.17,εHf(t)值为+8~+10,进一步表明东昆仑榴辉岩原岩形成于大陆边缘环境,遭受了地壳物质的混染(孟繁聪等,2015);综上,目前东昆仑已发现榴辉岩,如温泉、尕日当、加当、苏海图等其地球化学特征主要与E-MORB相似,原岩为中基性侵入岩或火山岩,经历了地壳物质的混染,形成于大陆边缘环境,然而不同地区榴辉岩还需要结合野外产状、岩石组合以及同位素等资料进一步加以限定.

        图  9  东昆仑榴辉岩构造判别图解

        Figure 9.  Tectonic discrimination diagrams of eclogites in East Kunlun

      • (1) 东昆仑高压变质带内的岩石组合包括花岗片麻岩、黑云石英片岩、黑云斜长片麻岩、大理岩、榴辉岩等正、副变质岩.东昆仑高压变质带的岩石组合为大陆地壳性质,是一个典型的大陆型俯冲碰撞带.

        (2) 515~440 Ma记录了大洋俯冲时段的岩浆热事件;440~420 Ma高压变质年龄,为陆壳俯冲-碰撞的记录;420~390 Ma是榴辉岩在折返过程中退化变质的反映,其变质时代与东昆仑原特提斯洋构造演化密切相关.

        (3) 东昆仑榴辉岩原岩恢复显示,地球化学特征主要与E-MORB相似,原岩为中基性侵入岩或火山岩,经历了地壳物质的混染,形成于大陆边缘环境,然而不同地区榴辉岩还需要结合野外产状、岩石组合以及同位素等资料进一步加以限定.

    参考文献 (132)

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