新疆库鲁克塔格西段三叠纪辉绿岩墙的发现及地质意义

吕彪，郭瑞清，王克卓，魏震，郭羽，何海伦，胡雪原(.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；.新疆地质调查院，新疆 乌鲁木齐 8300)

新疆库鲁克塔格西段三叠纪辉绿岩墙的发现及地质意义

吕彪1，郭瑞清1，王克卓2，魏震1，郭羽1，何海伦1，胡雪原1
(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830011)

对新疆库鲁克塔格西段辉绿岩墙进行LA-ICP-MS测年、岩石学和岩石地球化学分析，结果表明，该岩墙为碱性系列，在稀土元素球粒陨石标准化图解中显示弱Eu正异常的向右陡倾特征，微量元素标准化图解显示其富集Rb，Ba，Sr等大离子亲石元素，高场强元素Nb，Ta，Ti等弱富集，与板内洋岛玄武岩特征相似；辉绿岩墙起源于具OIB性质的富集地幔，原始岩浆在侵位过程中发生了分离结晶作用，还受到地壳混染作用影响；辉绿岩墙的锆石UPb加权平均年龄为(233.0±2.4)Ma(MSWD=1.17)，岩墙显示板内岩浆特征，指示其为板内伸展作用产物。

库鲁克塔格西段；三叠纪；辉绿岩墙

库鲁克塔格地块属中亚造山带的一部分，前寒武系出露面积较大，地层序列较全，对该地块的研究多关注前寒武纪及古生代的地质演化[1-6]，对其中生代的岩浆作用及构造事件研究不足，郭瑞清等对出露在库鲁克塔格东段阔克塔格西碱性岩体进行详细的年代学及地球化学分析，获得了(224±2)Ma的锆石U-Pb年龄，认为其形成于造山后板内伸展环境[7]。边伟华等在库鲁克塔格地区的中寒武统磨合儿山组中发现3条形成于二叠纪末至中三叠世的基性岩床，认为其形成于造山后碰撞伸展环境[8]。基性岩墙(群)主要由地幔玄武质岩浆沿张裂隙贯入形成，被作为区域伸展作用的标志[9,10]。塔里木东北缘及库鲁克塔格地区广泛发育二叠纪(260~290 Ma)基性岩墙群，与塔里木大火成岩省形成时代相近[11-16]，指示塔里木北缘二叠纪经历较强的地壳伸展作用。作者在兴地塔格阿匐口地区进行1∶5万区调时，在南华系中发现多条切穿地层的辉绿岩墙，定年结果表明其形成于三叠纪中期，指示本区在该时期同样存在一次较强的伸展作用。本文利用高精度LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及地球化学分析，探讨辉绿岩墙的岩石成因及构造背景，为库鲁克塔格地区中生代地质演化提供新的依据。

1　地质背景

库鲁克塔格处于塔里木地块北缘和中亚造山带南缘天山造山系的结合部位，是塔里木板块基底出露最完好的地区之一，由大面积前南华纪变质、褶皱变形的基底岩系和变质、变形微弱的震旦系和古生界盖层组成，呈典型的克拉通双层结构[17,18]，以北部辛格尔断裂及南部兴地断裂为界(图1-a)。区内侵入岩分布广泛，以辛格尔断裂为界，南部主要为前寒武纪侵入岩，北部以古生代侵入岩为主[2-4]。

研究区位于库鲁克塔格西段，紧邻库尔勒市，主要出露古元古代兴地塔格岩群、新元古代青白口系帕尔岗塔格群和新元古代南华系贝义西组、照壁山组、阿勒通沟组和特瑞艾肯组(图1-b)。辉绿岩墙侵位于本区南华系贝义西组中，切穿该组地层，近SE向展布(图2-a)。岩石风化色为灰黑-红褐色，新鲜面为灰绿色，灰绿结构，块状构造。主要由斜长石(50%~55%)与辉石(25%~35%)组成。斜长石呈半自形板状，杂乱分布。辉石呈半自形-它形粒状。岩石蚀变明显，蚀变矿物为绢云母、阳起石、绿泥石、方解石、角闪石。副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石。

2　测试方法

样品锆石分选由廊坊天地源矿物测试分选公司完成，锆石制靶、阴极发光(CL)图像采集由北京锆年领航科技有限公司完成，锆石LA-ICP-MS UPb测年在天津地质调查中心实验室完成。利用193 nmFX激光器对锆石进行剥蚀，频率为10 Hz，激光斑束直径为35 μm，利用动态变焦扩大色散使质量分数相差很大的U、Pb同位素可同时接收，采用He作为激光剥蚀物质的载气，送入Neptune，进行U-Pb同位素测定[19]。使用标准锆石GJ-1作为同位素组成的外标锆石，测试数据误差为2σ，并扣除普通Pb的影响。U-Pb表面年龄采用ICP MS Date-Cal96程序进行处理[20]，年龄计算及成图采用Isoplot完成[21]。

图1　库鲁克塔格西段构造纲要图（b）及在塔里木克拉通中的位置（a）Fig.1 Tectonic map of the western segment of Quruqtagh(b)and the location in Tarim craton(a)

图2　辉绿岩墙野外（a）及镜下特征（b）Fig.2 Field(a)and microscopic(b)of mafic dykes

3　测试结果

3.1锆石U-Pb年龄

对辉绿岩墙(TKD53)锆石进行LA-ICP-MS分析，U-Pb同位素组成及年龄分析结果见表1。辉绿岩墙中锆石多为长柱状-不规则长柱状，粒径为50~ 160 μm，阴极发光图像上锆石颜色较暗，发育震荡环带，具岩浆锆石特征(图3-a)，Th，U含量分别为32×10-6~98×10-6和106×10-6~256×10-6，Th/U值为0.25~0.46，均大于0.1，区别于变质成因锆石Th/U比值[22]。锆石206Pb/238U年龄值相对集中，变化范围小，在226~239 Ma，16个年龄数据点成群分布(图3-b)，206Pb/238U 年龄加权平均值为(233.0±2.4)Ma (MSWD=1.17)(图3-c)，代表岩墙侵位年龄，指示为三叠纪中期幔源岩浆作用产物。

3.2主、微量元素特征

辉绿岩墙主、微量元素含量及特征参数见表2，岩石SiO2含量为45.55%~52.59%；Al2O3含量为11.95%~14.77%；全碱含量为2.15%~3.84%，Na2O> K2O。岩石烧失量较高(LOI=2.8%~9.84%)，指示样品发生了不同程度的热液蚀变，因此，K，Na等活动性元素不宜用来进行相关解释和判别。在蚀变过程中，一般认为高场强元素(Nb，Ta，Zr，Hf等)、相容元素(Cr，Co，Ni)和稀土元素受到的影响较小，可用来讨论蚀变岩石类型和成因[23]。使用Nb/Y-Zr/TiO2图解进行岩石学定名，所有样品均落在碱性玄武岩区(图4-a)；在Nb/Y-Zr/(P2O5*10 000)图解中，多数样品落入碱性玄武岩区(图4-b)；样品Mg#为62~68，含量较高，但均低于原生玄武岩(Mg#为70)[24]，具演化玄武岩特征。

表1　辉绿岩墙La-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果Table 1 La-ICP-MS Zircon U-Pb isotopic analysis of the mafic dykes

图3　辉绿岩墙锆石阴极发光图像(a),辉绿岩墙锆石U-Pb年龄谐和图(b)和加权平均年龄(c)Fig.3 CLimages of ziroon from mafic dykes(a),The Concordia diagram(b)and the average data(c) of SHRIMPU-Pb zircon dating result from mafic dykes

辉绿岩墙稀土元素总量∑REE为84.99×10-6~ 88.35×10-6，LREE/HREE为6.51~6.83，(La/Yb)N为9.17~7.58，具轻稀土富集，重稀土亏损特征。(La/Sm)N为2.89~3.09、(Gd/Yb)N为2.47~2.56，表现为轻重稀土分馏程度相当，在稀土元素分布模式图中，曲线右倾(图5-a)。δCe=0.99~1.02，Ce无异常，δEu= 1.03~1.10，Eu弱正异常。原始地幔标准化蛛网图具一致的变化趋势(图5-b)，表现为Rb，Ba，Sr等大离子亲石元素富集，高场强元素Nb，Ta，Ti等弱富集，K相对亏损，原始地幔标准化蛛网图与板内洋岛玄武岩相似。岩石Zr/Y比值5.91~6.56，大于3，Ti/V比值54.8~59.1，与板内玄武岩特征一致[25]。

表2　辉绿岩墙主量元素和微量元素分析结果Table 2Major and trace element compositions of themafic dykes

4　讨论

4.1岩浆演化及源区性质

辉绿岩墙中出现大量蚀变矿物、岩石烧失量较高均指示辉绿岩经历了较明显的后期热液蚀变。在岩脉侵位过程中，会发生一定程度的地壳混染，这点可从岩石中出现古老的捕获锆石得到证实。此外，陆壳中Ti/Zr比值明显低于各种地幔类型[26]，可作为地壳混染的良好指标，玄武岩Ti/Zr比值为68.82~96.72，远低于原始地幔Ti/Zr比值183.83[27]；Ce/Pb和Nb/U值可有效识别出岩浆是否受到地壳混染影响，原始地幔Ce/Pb和Nb/U比值分别为9和30，大陆地壳的Ce/Pb和Nb/U比值为36和12[28]，辉绿岩墙Ce/Pb和Nb/U平均值分别为10.6和22.9，介于原始地幔和地壳之间，指示辉绿岩墙岩浆在上升过程中遭受了地壳混染。

岩石的Mg#低于原始岩浆值，Cr，Ni含量低于原始岩浆值(Cr含量为400×10-6~500×10-6，Ni含量大于1000×10-6)[29]，指示基性岩浆形成过程中曾经历橄榄石、单斜辉石分离结晶作用。在MgO-Harker图解中，MgO与SiO2、Al2O3、Na2O+K2O呈明显负相关，与Ni，Cr呈正相关关系，反映岩浆演化过程中曾发生橄榄石、单斜辉石、斜长石的分离结晶作用。此外，MgO与TFeO、Ti2O呈正相关，暗示岩浆演化过程中存在Ti-Fe氧化物矿物的分离结晶作用。

图4　Zr/TiO2-Nb/Y图解(a)和Nb/Y-Zr/(P2O5×10 000)图解(b)Fig.4 Zr/TiO2-Nb/Y diagram(a)and Nb/Y-Zr/(P2O5×10 000)diagram(b)

图5　辉绿岩墙稀土元素球粒陨石标准化布分图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized trace element spidergrams(b)of the mafic dykes

辉绿岩墙地球化学特征与洋岛玄武岩特征类似，表明其源区可能类似OIB源区。Nb/Yb、Ta/Yb、La/Yb等微量元素比值可以有效区分地幔源区，在Nb/Yb-Ta/Yb图解和Nb/Yb-La/Yb图解中(图6)，本区辉绿岩墙的数据点都落在地幔序列中，且落在EMORB和OIB型地幔序列之间，但更靠近OIB，说明辉绿岩墙玄武岩起源于具OIB性质的富集地幔。

图6　辉绿岩墙Nb/Yb-Ta/Yb图解(a)及Nb/Yb-La/Yb图解(b)Fig.6 Nb/Yb-Ta/Yb diagram(a)and Nb/Yb-La/Yb diagram(b)of the mafic dykes

4.2构造背景

Ti，Z，Y和Nb是不活泼的微量元素，可有效识别玄武岩的构造背景[25,30]，在Nb-Zr-Y构造判别图解中，所有样品落入A2区，即板内玄武岩区(图7-a)；在Ti-Zr-Y构造判别图解中，所有样品均落入板内玄武岩区，指示玄武岩形成于板内环境(图7-b)。此外，在微量元素蛛网图中，所有样品缺乏Nb-Ta-Ti负异常，明显区别于岛弧和大陆弧玄武岩的特征。因此，本区玄武岩应形成于板内伸展的构造背景。

图7　辉绿岩墙Ti-Zr-Y图解（a）和Nb-Zr-Y图解（b）Fig.7 Ti-Zr-Y diagram(a)and Nb-Zr-Y diagram(b)

前人大量研究表明，南天山洋盆从震旦纪裂解，寒武纪持续扩张，奥陶—石炭纪向南北两侧俯冲闭合，至二叠纪南天山造山带进入后造山调整阶段[4,31-34]。塔里木北缘库鲁克塔格地区广泛发育二叠纪(260~290 Ma)基性岩墙群[12,13]，与塔里木大火成岩省形成时代相近[15,16]，指示塔里木北缘二叠纪已进入后碰撞板内伸展阶段。边伟华等在库鲁克塔格地区的中寒武统磨合儿山组中发现3条形成于二叠纪末到中三叠世的基性岩床，认为其形成于造山后碰撞伸展环境[8]。郭瑞清等对出露在库鲁克塔格东段的阔克塔格西碱性岩体进行详细的年代学及地球化学分析，从该岩体中获得了(224±2)Ma的锆石U-Pb年龄，认为其形成于造山后板内伸展环境[7]。此外，在紧邻库鲁克塔格的北山地区，刘畅等在该区柳园下二叠统中发现多条煌斑岩脉，煌斑岩K-Ar、Ar-Ar测年表明岩脉侵入时间为220~240 Ma，认为其形成是二叠纪裂谷作用的延续[35]；李舢等在北山地区识别出了5个三叠纪花岗质侵入体，认为其形成于造山后的构造背景[36]。以上研究表明，库鲁克塔格及北山地区三叠纪已进入造山后板内伸展构造背景。本区辉绿岩墙形成于三叠纪中期，晚于塔里木二叠纪裂谷岩浆活动，辉绿岩墙地球化学特征具板内岩浆特征，指示其为板内伸展作用产物。

5　结论

(1)库鲁克塔格西段辉绿岩墙切穿本区南华系地层，锆石U-Pb加权平均年龄为(233.0±2.4)Ma，表明其为三叠纪中期幔源岩浆作用产物。

(2)地球化学特征表明辉绿岩墙为碱性系列，高场强元素Nb，Ta，Ti等弱富集，与板内洋岛玄武岩特征相似。分析表明其起源于具OIB性质的富集地幔，原始岩浆在侵位过程中发生了分离结晶作用，同时还受到了地壳混染作用的影响。

(3)辉绿岩墙形成时代晚于塔里木二叠纪裂谷岩浆活动，且显示板内岩浆的地球化学特征，指示其为板内伸展作用产物。

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TheDiscovery of theTriassic Mafic Dykesin Western Quruqtag and ItsGeological Implications

Lv Biao1,Guo Ruiqin1,Wang Kezhuo2,Wei Zhen1,Guo Yu1,He Hailun1,Hu Xueyuan1
(1.School of Geology and Exploration Engineering,Xinjiang University,Urumqi,830047,Xinjiang,China;2.Geological Research Academy of Xinjiang,Urumqi,830011,Xinjiang,China)

Systematically LA-ICP-MS dating technique,petrography and geochemical analyses were used to the mafic dykes located in the Western Quruqtag,Xinjiang.Geochemistry of mafic dykes shows that they are belongs to alkaline series.The chondrite-normalized REE patterns of mafic dykes are characterized by high dip REE right-deviation and slightly positive Eu anomaly.The primitive mantle-normalized spidergrams are similar to OIB which characterized by enrichment of LILE(Rb,Ba and Sr)and Weak enrichment of HFSE(Nb,Ta and Ti).Analysis shows that magma of these mafic dykes was derived from OIB-type enriched mantle and experienced crustal contamination and fractional crystallization in the emplacement process.The zircon SHRIMP U-Pb age of the mafic dykes is(233.0±2.4)Ma(MSWD=1.17),these dykes showing the within plate basalt characteristics,integrating with regional geology,it can be concluded that the mafic dykes formed in a intraplate extension tectonic setting.

Western Quruqtagh;Triassic;Mafic dykes

1000-8845(2016)03-317-08

P534.51;P619.22+4

A

项目资助:中国地质调查局新疆兴地塔格阿匍口地区1∶5万（K45E014010、K45E014011、K45E015010、K45E015011、K45E016011）等5幅区调项目（1212011120477）资助

2015-11-11;

2016-01-25;作者E-mail:616955103@qq.com

吕彪（1991-），男，新疆阿克苏人，新疆大学矿产普查与勘探专业在读硕士

郭瑞清（1964-），男，吉林德惠人，副教授，博士，E-mail:guoruiqing8888@163.com