中天山卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的鋯石U-Pb年齡及Hf同位素特征

尼加提·阿布都遜，木合塔爾·扎日，吳兆寧

1.新疆大學地質與礦業工程學院，烏魯木齊 830046 2.新疆大學中亞造山帶大陸動力學與成礦預測自治區重點實驗室，烏魯木齊 830046

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中天山卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的鋯石U-Pb年齡及Hf同位素特征

尼加提·阿布都遜1,2，木合塔爾·扎日1,2，吳兆寧1

1.新疆大學地質與礦業工程學院，烏魯木齊 830046 2.新疆大學中亞造山帶大陸動力學與成礦預測自治區重點實驗室，烏魯木齊 830046

卡瓦布拉克雜巖帶出露于中天山地塊東段卡瓦布拉克--阿克塔格地區，沿卡瓦布拉克斷裂呈東西向展布。筆者選擇構成該雜巖帶的中--基性巖石主體——閃長巖，開展了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學和LA-MC-ICP-MS鋯石Hf同位素研究。結果表明：閃長巖中鋯石呈自形--半自形，發育典型的巖漿鋯石振蕩生長環帶，Th/U值較高(均大于0.40)，且Th、U含量呈現較好的正相關關系，為典型的巖漿成因鋯石；這些鋯石的206Pb/238U年齡加權平均值為(375±1) Ma，MSWD=0.081，屬晚泥盆世，可代表其結晶年齡；鋯石具有較均一的Hf同位素組成，初始比值為0.282 655～0.282 747、εHf(t)值為4.0～7.2，其對應的虧損地幔模式年齡為714～842 Ma。結合區域地質資料認為，卡瓦布拉克雜巖帶中的閃長巖由虧損巖石圈地幔發生部分熔融而形成。

中天山；卡瓦布拉克；閃長巖；鋯石U-Pb年齡；Hf同位素

0 引言

卡瓦布拉克雜巖帶主要由中--基性、超基性巖石組成，東西向延伸100多千米，是中天山地塊最具有學術價值的地質現象之一。這兩套成因和來源都不相同、形成時代也可能不同的巖石產出在一起，它們所蘊含的地質演化和大地構造信息，對重建中天山南緣古生代期間洋陸構造格局及其演變過程具有重要意義。新疆地礦局于20世紀60年代初首次發現該雜巖帶，但因當時以地質找礦為主要工作目的，對其年代學、成因等沒有進行深入研究*新疆維吾爾自治區地礦局地質科學研究所. 新疆維吾爾自治區超基性巖及鉻鐵礦資料匯編.烏魯木齊： 新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局，1979.。21世紀初，李錦軼*李錦軼. 國土資源大調查項目“東天山構造格架研究”研究報告. 北京：中國地質科學院地質研究所, 2002.在探索東天山南部地區地質構造演化的研究過程中，基于該雜巖的巖石組合、野外地質產狀和地球化學分析結果，認為其中的中--基性巖不是蛇綠巖的組成部分，是后碰撞造山階段熱侵入作用的產物，而超基性巖可能來自大洋巖石圈地幔的巖石，并指出它們可能代表一條古俯沖-碰撞帶，卡瓦布拉克斷裂帶則是一條古板塊之間的分界線 。雖然前人②對該雜巖帶總體地質特征及巖石組合有一定的研究，但關于其侵位時間序列至今仍沒有確切的同位素年代學證據，從而制約了人們對該雜巖的深入認識。筆者選擇構成卡瓦布拉克雜巖帶中--基性巖石主體的閃長巖，首次對其進行精確的LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素年代學和LA-MC-ICP-MS鋯石Hf同位素研究，以期為該雜巖帶的成因及構造演化過程研究提供依據。

1 區域地質背景

研究區位于中天山地塊東段的卡瓦布拉克--阿克塔格一帶，為前寒武系中深變質區，其北以阿奇克庫都克--沙泉子斷裂與覺羅塔格構造帶相接，南以卡瓦布拉克斷裂與南天山造山帶相鄰(圖1)。區內地層出露相對連續和完整，以長城系星星峽群和薊縣系卡瓦布拉克群為主。星星峽群巖性為石英片巖、二云石英片巖、石英巖，夾少量大理巖，局部見層理構造。卡瓦布拉克群主要為一套濱海相碳酸鹽巖建造，與下伏星星峽巖群多呈斷層接觸。該群可劃分為3個組:第一組主要為灰巖、白云巖、白云質大理巖夾少量石英片巖及二云石英片巖；第二組主要為石英片巖、石英巖；第三組主要為大理巖、白云巖及灰巖，夾有硅質巖和石英砂巖，發育一定程度的硅化，富含不同類型疊層石[2-3]。新元古代及海西兩期巖漿熱液活動在該區影響強烈，造成該區地質構造異常復雜[4-5]。星星峽群和卡瓦布拉克群中廣泛發育韌性剪切帶，呈 NWW 向或近 EW 向延伸[3]。

1.吐哈地塊；2.覺羅塔格構造帶；3.康古爾塔格碰撞帶；4.阿奇山--雅滿蘇構造帶；5.中天山地塊；6.南天山造山帶；7.塔里木地塊；8.敦煌地塊北部活動陸緣；9.紅柳河--玉石山碰撞帶；10.區域性斷裂：①康古爾塔格--黃山--鏡兒泉斷裂；②雅滿蘇斷裂；③阿奇克庫都克--沙泉子斷裂；④卡瓦布拉克斷裂；⑤塞里克沙依--星星峽斷裂；⑥辛格爾斷裂；⑦紅柳河斷裂。據參考文獻[1]修編。圖1 卡瓦布拉克地區大地構造位置圖Fig.1 Tectonic map of Kawabulak area

2 巖體地質及巖相學特征

卡瓦布拉克雜巖帶出露于中天山地塊東段卡瓦布拉克--阿克塔格地區，地理坐標西起E91°38′、N41°32′，東至E92°49′、N41°25′，沿卡瓦布拉克斷裂大致呈東西向展布，長105 km，寬4～8 km，總出露面積約8.01 km2(圖2)。在該雜巖帶中，出露巖體共計100多個，被分成19個巖體群。多數巖體長寬比大，呈脈狀和透鏡狀，長軸延長與區域構造線一致；個別因后期斷裂影響改造，呈不規則等軸狀，規模稍大。雜巖帶的構造變形，主要集中在卡瓦布拉克斷裂帶內，表現為強烈劈理化，劈理面產狀為175°∠71°，走向與卡瓦布拉克斷裂基本相同。巖石類型包括以蛇紋巖為主的超基性雜巖、劈理化輝長巖及變質玄武巖、閃長巖為主的中--基性雜巖和紅色花崗巖。其中以閃長巖為主的雜巖體，沿整個巖帶都比較發育。

1.雜巖帶巖體；2.斷裂；3.巖體(群)編號；4.地名；5.采樣位置。據腳注①修編。圖2 卡瓦布拉克雜巖帶地質簡圖Fig.2 Geological sketch map of Kawabulak complex——————————① 新疆維吾爾自治區地礦局地質科學研究所. 新疆維吾爾自治區超基性巖及鉻鐵礦資料匯編.烏魯木齊： 新疆維吾爾自治區地質礦產勘查開發局，1979.

本次研究對象為卡瓦布拉克雜巖帶中出露面積相對較大且露頭較新鮮的閃長巖(圖3)，采用LA-ICP-MS法對其進行U-Pb同位素年齡測試。樣品采自哈-羅公路(235省道)250 km處，地理坐標為N41°30′11.6″，E91°47′23.9″。樣品呈深灰色，半自形細粒狀結構，塊狀構造。主要礦物組成為斜長石、角閃石和少量輝石。斜長石體積分數約為64%，為更-中長石，半自形板狀，粒徑為0.5～1.5 mm。角閃石體積分數約為35%，半自形柱狀，粒徑為0.5～2.0 mm，分布于斜長石顆粒之間。副礦物有鋯石、磷灰石、黃鐵礦等，其中黃鐵礦多褐鐵礦化，粒度為0.05～0.1 mm(圖3)。

Pl.斜長石；Hb.角閃石；Aug.輝石。圖3 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的野外照片與鏡下顯微照片Fig.3 Field photographs and microphotographs of the studied diorite from Kawabulak complex

3 分析方法

鋯石單礦物分離由河北省廊坊區域地質調查隊實驗室完成。樣品經破碎、細磨篩選和淘選分離后，在雙目顯微鏡下挑選具代表性、晶形好、無裂紋和無包裹體的鋯石進行年代學研究。將分選出的鋯石與標準鋯石(TEM)用環氧樹脂固定在玻璃板上，然后將被固定的鋯石顆粒磨至約一半，以便全面觀察鋯石的內部結構。再經過拋光、清洗處理后，對其進行陰極發光掃描電子顯微鏡照相，以了解鋯石的內部結構，選擇最佳測試部位進行U-Pb同位素年齡測試。激光剝蝕熔融等離子質譜(LA-ICP-MS)鋯石U-Pb同位素分析在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成。鋯石的U-Th-Pb同位素分析是將美國相干公司(Coherenc)的ComPex 102 ArF準分子激光器(工作物質ArF，波長193 nm)與Agilent 7500cs型ICP-MS以及MicroLas 公司的GeoLas 200M光學系統連接，用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST610進行儀器最優化，采用PLE標準鋯石外部校正法進行鋯石原位U-Pb分析，用He氣做為剝蝕物質的載氣。分析中采用的激光束斑直徑為32 μm，激光剝蝕深度為30～40 μm，頻率為5 Hz，能量密度為12 J/cm2。數據采集為20 s氣體空白和60 s激光剝蝕。每隔4個樣品分析點測一次PL2標準樣，每隔12個樣品分析點測一次610標準樣，以便保證標準樣和樣品的儀器條件完全一致。同位素比值采用Glitter(4.0)程序[6]處理，樣品的加權平均年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot(3.0)軟件[7]完成。普通鉛校正采用Anderson[8]的方法實現，單個數據點誤差均為1σ，加權平均值誤差為2σ。

鋯石原位Lu-Hf同位素測試在中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室完成。采用儀器為Finnigan Neptune多接收等離子質譜(LA-MC-ICP-MS)，用New wave UP213紫外激光剝蝕系統熔樣。實驗過程中采用 He 作為剝蝕物質載氣，根據鋯石大小，剝蝕直徑采用 55 μm或40 μm，激發頻率為10 Hz，平均激光能量為2.5 g/cm3。測定時使用鋯石國際標樣 GJ1 和 Plesovice 作為參考物質，分析點與U/Pb定年分析點為同一位置。相關儀器運行條件及詳細分析流程見文獻[9]。具體原理與分析方法見文獻[10]，Hf同位素計算參數據文獻[11]。

4 鋯石U-Pb分析結果及Hf同位素組成

4.1 鋯石U-Pb年代學

樣品(KB2)中選取的測年鋯石多為淺黃色--無色透明短柱狀、半截錐狀、中長柱狀、渾圓狀等，粒度多為800～150 μm。陰極發光(CL)圖像(圖4)表現出典型的巖漿韻律環帶和明暗相間的條帶結構，表明鋯石為巖漿成因。

U-Pb年齡(白字)和Hf同位素(紅字)測試位置(黃圈)。圖4 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖鋯石代表性CL圖像Fig.4 Representative zircon CL images of diorites from Kawabulak complex

圖6 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a、b)和直方圖(c)Fig.6 LA-ICP-MS zircon U-Pb Concordia diagrams (a, b) and line diagrams of weighted average ages(c) of diorites from Kawabulak complex

鋯石U-Pb分析共測試了31個點，測試結果見表1。一般認為，巖漿成因的鋯石 Th/U值大于0.40，且Th和U之間具有明顯的正相關關系，而變質重結晶鋯石則小于0.10[12]。本次測定的31個數據的Th/U值為0.38～1.05，其中除有1個測點(KB2-4)的Th/U值(0.38)稍低外，其余30個測點的Th/U值均>0.40，且Th、U質量分數呈現出較好的正相關關系(圖5)，同樣表明了本次測試的鋯石為巖漿成因。

圖5 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的鋯石w(Th)-w(U)圖解Fig.5 w(Th)-w(U) plots of zircons of diorites from Kawabulak complex

由鋯石U-Pb諧和圖(圖6a)上可以看出，鋯石年齡可以分為2組：第一組只有1個測點KB2-28，位于鋯石邊部，其邊緣較亮且晶體稍破碎，較低的年齡值(164 Ma)可能代表了后期變質熱事件年齡，也或者與晶體破碎導致放射性成因Pb丟失有關；第二組共有30個測點，其年齡變化范圍較小，在誤差范圍內有一致的207Pb/206Pb、207Pb/235U、206Pb/238U值，所有分析點都集中于一致線上很小的區域(圖6b)，表明這些鋯石顆粒形成后U-Pb同位素體系是封閉的，基本上沒有U或Pb的丟失或加入。其中206Pb/238U的年齡變化于374～377 Ma，其加權平均值為(375±1)Ma(圖6c)。這組年齡數據點在諧和圖上集中分布，可信度高(MSWD=0.081)，是鋯石結晶年齡或巖漿侵位時代的具體展現，代表了卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的形成年齡。

4.2 鋯石Hf同位素組成

在LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的基礎上，對KB2樣品的30顆鋯石進行了鋯石微區Hf同位素測定，測試對象與測年顆粒相一致，分析結果列于表2。εHf(t)值和模式年齡用巖體的諧和年齡計算。所測鋯石的176Yb/177Hf和176Lu/177Hf值范圍分別為0.010 311～0.032 436、0.000 298～0.001 066。所有鋯石176Lu/177Hf值均小于0.002，表明鋯石在形成以后沒有放射性成因Hf的積累，且沒有受后期巖漿熱事件的影響，所測樣品的176Lu/177Hf值可以代表其形成時的Hf同位素比值[13]。

表2 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的Lu-Hf同位素分析數據及相關的特征參數

注：tDM為虧損地幔模式年齡；fLu/Hf為分餾因子。

樣品KB2所測30顆鋯石中，除點KB2-04具較高的Hf同位素組成及較年輕的虧損地幔模式年齡(176Hf/177Hf=0.282 860；εHf(t)=11.2；tDM=553 Ma)之外，其余29顆鋯石Hf同位素組成較均一：176Hf/177Hf值為0.282 655～0.282 747，加權平均值為0.282 692±0.000 020(2σ，n=29)；εHf(t)值為4.0～7.2，平均值為5.3；虧損地幔模式年齡變化范圍為714～842 Ma(均值為788 Ma)。

5 討論

5.1 雜巖帶的形成時代

對中天山地塊卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，獲得206Pb/238U表面年齡為(375±1) Ma。結合所測鋯石的陰極發光特征及Th/U值，將上述年齡解釋為閃長巖的侵位年齡。從野外接觸關系可以判斷，雜巖帶中以蛇紋巖為主的超基性巖與劈理化輝長巖及玄武巖為主的基性巖組合，形成比較早；以閃長巖為主的中--基性雜巖形成較晚，屬于后期火成巖；紅色花崗巖形成最晚。盡管目前尚未獲得其他巖石類型結晶成巖的同位素年齡，但由本文所報道的年齡數據可推斷，超基性--基性巖石侵位早于375 Ma，而酸性巖則晚于375 Ma。

5.2 地質意義

卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的Hf同位素組成比較均一，由表2可知,176Lu/177Hf值為0.000 298～0.001 066，176Hf/177Hf值為0.282 655～0.282 747，εHf(t)均為正值，為4.0～7.2，平均值為5.3。在鋯石εHf(t)直方圖(圖7)上，所有數據都落在球粒隕石演化線的右側。176Hf/177Hf-t年齡圖解(圖8)中，鋯石投點落于球粒隕石與虧損地幔演化線之間。這些數值表明，其母巖漿起源于虧損地幔源區。中天山其他地區的幔源巖石也具有與該閃長巖一致的Hf同位素組成，如白石泉和天宇二疊紀鐵鎂--超鐵鎂質巖體[14]，反映中天山地幔經歷了長期基性巖漿熔融和抽提作用，并造成了地幔儲庫的虧損。這些幔源巖石在成因上與古洋殼的俯沖以及碰撞后造山帶伸展、垮塌作用密切相關[15-19]，反映古生代是中天山地區地殼增生的重要時段[20-24]。卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的礦物學及Hf同位素特征，顯示其自身就是晚古生代地殼增生的重要組分之一。

圖7 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的鋯石εHf(t)直方圖Fig.7 Zircons εHf(t) histograms of diorites from Kawabulak compelx

圖8 卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的鋯石176Hf/177Hf-t年齡圖解Fig.8 Zircons 176Hf/177Hf-t diagram of diorites from Kawabulak compelx

中天山地塊南緣古生代巖漿巖被視為南天山洋構造演化過程的產物[25-28]。巴侖臺--庫米什地區出露一套早泥盆世((396±4)～(416±5)Ma)的弧型花崗巖[29-30]，說明至少在早泥盆世之前南天山洋已經開始向北俯沖于中天山地塊之下。洋殼俯沖-消減過程中，俯沖板片上部地幔楔發生熔融及玄武質巖漿上涌帶來的熱引起中、下地殼的局部熔融，引起大陸邊緣火山-巖漿活動，分別形成玄武質侵入巖及重熔型花崗巖[31-33]。中天山南緣存在的高壓變質帶中，榆樹溝蛇綠巖的鋯石U-Pb年齡為(364±5)Ma[34]、斜長角閃巖中變質角閃石40Ar/39Ar坪年齡為(368±5)Ma[35]，代表其變質作用的年齡；其東側銅花山一帶藍片巖中藍閃石40Ar/39Ar坪年齡為(360.7±1.6) Ma[36]，說明該期高壓變質事件的形成年齡約為360 Ma。此外，巴侖臺地區340 Ma的早石炭世侵入巖具有鈣堿性火山弧花崗巖的地球化學特征[37]。據此推測，中天山南緣洋殼俯沖事件一直持續到早石炭世。中天山地塊南緣在卡瓦布拉克地區存在晚泥盆世的雜巖為典型的幔源巖漿活動產物，可能代表該區活動大陸邊緣巖漿弧的一部分。然而，由于缺乏巖石地球化學和全巖Sr-Nd同位素證據，該雜巖體形成的具體構造環境和深部巖漿過程還有待于進一步研究。

6 結論

1)鋯石U-Pb同位素測年獲得卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的侵位年齡為(375±1) Ma(MSWD=0.081)，表明中天山地塊南緣在卡瓦布拉克地區存在晚泥盆世的巖漿活動。

2)閃長巖具有較均一的Hf同位素組成，初始比值為0.282 655～0.282 747、εHf(t)值為4.0～7.2，其對應的虧損地幔模式年齡為714～842 Ma。結合礦物學特征，認為其母巖漿起源于虧損巖石圈地幔的部分熔融，可能代表該區活動大陸邊緣巖漿弧的一部分。

本研究在測試分析各環節中，先后得到了河北省廊坊區域地質調查隊實驗室、北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室、中國地質科學院礦產資源研究所國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室等相關單位和個人的大力支持與幫助；北京大學孫克克、中國地質大學(北京)博士生秦切等同學為樣品測試、數據處理提供了幫助，在此表示誠摯的謝意。

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Zircon U-Pb Isotopic Chronology and Hf Isotopes of Diorites from Kawabulak Complex,Central Tianshan

Nijat Abdursul1,2, Muhtar Zari1,2, Wu Zhaoning1

1.CollegeofGeologyandMiningEngineering,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China2.XinjiangKeyLaboratoryforGeodynamicProcessesandMetallogenicPrognosisoftheCentralAsianOrogenicBelt,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China

Kawabulak complex is distributed within Kawabulak-Aktagh area in the east section of Central Tianshan block, and extended nearly latitudinally along the Kawabulak fault. We present zircon LA-ICP-MS U-Pb chronology and LA-MC-ICP-MS Hf isotopes analyses of diorites that comprise the main parts of the intermediate and basic rocks of the complex. The zircons of diorites are mainly euhedral and hypidiomorphic texture with clear rings and high Th/U ratios(>0.40). The Th and U contents show a well positive correlation. This indicates that the zircons are typically from magma. The results show that the diorites intruded during the Late Devonian period with the206Pb/238U weighted average age of 375±1 Ma (MSWD=0.081). Zircon Hf analyses show a relatively homogeneous isotopic composition; the initial Hf values fall in between 0.282 655-0.282 747 and positiveεHf(t) values of +4.0-+7.2 with a depleted mantle mode age (from 714 to 842 Ma). Combining with previous studies, we suggest that the diorites from Kawabulak complex were formed through a partial melting of depleted lithospheric mantle.

Central Tianshan; Kawabulak; diorite; zircon U-Pb dating; Hf isotopes

10.13278/j.cnki.jjuese.201506112.

2015-01-20

國家自然科學基金項目(41162006，40862006)；新疆中亞造山帶大陸動力學與成礦預測自治區重點實驗室開放基金項目(XJDX1102-2013-01)

尼加提·阿布都遜(1987--)，男，維吾爾族，講師，主要從事火成巖及區域大地構造學方面的教學與科研工作，E-mail:nijatxju@163.com

木合塔爾·扎日(1960--)，男，維吾爾族， 教授，主要從事區域大地構造及成礦預測方面的教學與科研工作，E-mail:1205215168@qq.com。

10.13278/j.cnki.jjuese.201506112

P588.12

A

尼加提·阿布都遜，木合塔爾·扎日，吳兆寧.中天山卡瓦布拉克雜巖帶中閃長巖的鋯石U-Pb年齡及Hf同位素特征.吉林大學學報:地球科學版,2015,45(6):1-14.

Nijat Abdursul,Muhtar Zari,Wu Zhaoning.Zircon U-Pb Isotopic Chronology and Hf Isotopes of Diorites from Kawabulak Complex,Central Tianshan.Journal of Jilin University:Earth Science Edition,2015,45(6):1-14.doi:10.13278/j.cnki.jjuese.201506112.