东准噶尔Ga古陆的发现及其意义

发布网友 发布时间：2022-05-07 03:07

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热心网友 时间：2023-10-13 01:39

准噶尔地块基底的性质一直是中亚地区构造演化与成矿的核心问题之一。关于准噶尔盆地的基底组成，有存在前寒武纪刚性结晶基底（杨宗仁，1987；吴庆福等，1987；黄汲清等，1990；袁学诚等，1994；袁学诚，1995；李锦轶等，2000；李锦轶，2004a）、盆地下伏地壳为古生代洋壳物质（即不存在刚性古陆块）（江远达，1982；李继亮，1989；Coleman，1989；Carroll等，1990；秦克章，2000；Qin等，2002；Xiao等，2004，2008）、含有陆壳碎块的洋壳（肖序常等，1992）、底垫或底侵的二叠纪岩浆岩（韩宝福等，1998）等不同解释。产生不同认识的根本原因是准噶尔地区还没有确切的、被认可的前寒武地壳存在的岩石证据。

已有一些资料显示准噶尔盆地可能具有前寒武纪陆壳基底。例如新疆第一区域地质调查大队在东准噶尔红柳峡一带发现了一套变质程度达角闪岩相的深变质岩；在东、西准噶尔发现了前寒武纪的碎屑锆石，如卡拉麦里组砂岩中含大量年龄大于550Ma的碎屑锆石、且部分碎屑锆石年龄大于2500Ma（李亚萍等，2007），哈尔里克山地区石炭纪砂岩中有年龄为949Ma的碎屑锆石（孙桂华等，2007），克拉玛依西山枕状玄武岩中发现了大量古元古代—太古宙（1883～2536Ma）岩浆锆石（朱永峰等，2007）。但由于纸房幅（1∶25万）提供的红柳峡变质岩的年龄数据可信度低（胡霭琴等，2003），该成果没有被认可；由于不能确定砂岩与玄武岩中锆石的来源，砂岩中老锆石不能直接说明准噶尔地区存在前寒武纪基底。

此次工作中在对东准噶尔塔黑尔巴斯套铜矿点考察与对该地区变质火山碎屑岩的深入研究过程中，在一闪长岩脉中发现了斜长角闪岩包体，进一步的研究与测年结果显示，该斜长角闪岩锆石U-Pb年龄为1.88Ga，而斜长角闪岩为2.52Ga岩石变质的产物。这是新疆乃至中亚地区区域构造研究的重大进展。

3.1.1.1 塔黑尔巴斯套地区地质构造概况

塔黑尔巴斯套地区位于巴里坤县纸房北约10km，卡拉麦里蛇绿岩带的北侧，大地构造上属于野马泉-老爷庙-琼河坝古生代岛弧带（图3.1a）。

研究区以发育一套奥陶系变火山岩为特征（图3.1b）。火山岩的岩石类型包括熔结集块岩、角砾岩、凝灰岩、角砾凝灰岩与晶屑凝灰岩，角砾成分有辉石响岩、粗面岩、英安岩与流纹岩。角砾以流纹英安岩为多，凝灰质成分主要为安山质、粗面质与流纹质。集块与角砾以流纹岩与英安岩为主，强烈压扁（图3.2）。这套火山岩中侵入有花岗斑岩、二长岩与石英二长岩、闪长岩和流纹斑岩（图3.1c）。花岗斑岩强烈片理化。地层中片理近水平状产出。

图3.1 塔黑尔巴斯套地区地质图

图3.2 塔黑尔巴斯套地区奥陶系火山集块-角砾岩照片

奥陶纪地层被泥盆纪火山-沉积岩和石炭纪碎屑岩所不整合或断层接触。其中泥盆纪火山-沉积岩底部为含Thamnopora sp.（灌木孔珊瑚）、Syringaxon sp.（管轴珊瑚）、Syringaxon cf.bakterion（棍棒状管轴珊瑚）与Isorthis sp.（正形贝）等化石碎屑泥灰岩的火山-沉积岩，中部为一套安山岩与安山玢岩，上部为火山凝灰岩。石炭系为一套河床相与湖相的砾岩、砂砾岩与砂岩。石炭系与泥盆系间为断层接触。石炭系与泥盆系内部岩石变形以发育小断层与节理为特征，地层产状平缓。

在研究区外围，与泥盆纪和石炭纪地层断层接触的是一套志留系硅质岩，硅质岩褶皱构造与塑性流动构造发育。硅质岩逆冲推覆于泥盆系和石炭系之上（图3.1b）。

3.1.1.2 奥陶系火山岩与闪长岩年代学研究

为了确定塔黑尔巴斯套地区奥陶系火山岩的时代，对集块岩中流纹岩集块开展了锆石SIMS U-Pb定年研究。分析所用的流纹岩集块取自图3.3a所示的集块岩中，岩石的锆石具典型花岗岩锆石的特征，具围绕中心的振荡环带构造（图3.3b）。测年结果显示15粒锆石的谐和年龄为（455.4±3.4）Ma（图3.3c），权平均年龄为（455.7±3.4）Ma，年龄直方图具很好的正态分布，峰值年龄位于450～460Ma之间（图3.3d）。因此，火山集块与该套火山岩形成年龄为455Ma，为中奥陶世地层。图3.4a显示闪长岩的显微照片，图3.4b为锆石U-Pb谐和年龄及锆石的CL图。由此可见，闪长岩的年龄为406Ma，为早泥盆世侵入体。

图3.3 流纹岩集块的产出（a）及其中锆石的CL图像（b）与U-Pb年龄图谱（c与d）

图3.4 闪长岩的显微照片（a）与锆石U-Pb谐和年龄及锆石的CL图（b）

3.1.1.3 闪长岩中斜长角闪岩包体的特征

研究区的闪长岩不同程度地都发育含量不等的包体。图3.5a显示的是包体较集中发育的闪长岩，其出露面积约10m²。包体形态不规则，总体呈薄饼状（图3.5b）。其与闪长岩界线呈不规则港湾状（图3.5c）。包体岩性为斜长角闪岩，发育片麻状构造（图3.5d）。

图3.5 发育包体的闪长岩（a）与包体的产状（b与c）和标本照片（d）

镜下角闪石定向排列构成片理构造（图3.6 a）。角闪石多集中分布，形成角闪石条带或层（图3.6b）。一些颗粒较大的角闪石变斑晶中常包含石英、磁铁矿和磷灰石等矿物（图3.6 c）。

图3.6 斜长角闪岩的薄片扫描图片（a）与BSE图片（b与c）

电子探针分析结果显示，斜长角闪岩中的斜长石为中长石，其分子组成为Ab_63～59An_37～41。变斑晶角闪石的化学组成为：SiO₂49.53%，TiO₂0.49%，Al₂O₃3.35%，MgO 12.25%，FeO 6.31%，MnO 0.37%，Na₂O 0.56%，K₂O 0.30%。角闪石的化学组成为：SiO₂45.88%，TiO₂0.91%，Al₂O₃7.72%，MgO 10.24%，FeO 17.75%，MnO 0.39%，Na₂O 0.96%，K₂O 0.63%。从变斑晶角闪石到角闪石，流体从富硅与镁变为富铝、铁、钛、钾与钠。角闪岩相变质过程有壳源组分加入。

斜长角闪岩中有一些包含有石英、磁铁矿、普通辉石与石榴子石残留体的棕*绿泥石集合体（图3.7）。绿泥石中含石榴子石残余，并具石榴子石假象。可见石英与磁铁矿和普通辉石间具镶嵌变晶结构。磁铁矿中有钛铁矿出溶，它们一起被榍石交代。

电子探针分析结果显示，绿泥石（Chl）的化学组成为：SiO₂29.03%，TiO₂2.79%，Al₂O₃15.0%，MgO 12.53%，FeO 23.6%，MnO 0.28%，CaO 1.43%，Na₂O 0.04%，K₂O 0.69%。石榴子石的化学组成为：SiO₂37.50%，Al₂O₃8.08%，FeO 18.64%，CaO 33.89%，相当于40%钙铝榴石+60%钙铁榴石，分子组成为Ca₃Fe_1.2Al_0.8Si₃O₁₂。普通辉石［Ca₁（MgAl）₁Si₂O₆］含49.27%SiO₂、22.16%Al₂O₃、12.53%MgO与25.86%CaO。

从变质残留矿物与角闪石变斑晶中包裹体组成特征看，岩石的主体为斜长角闪岩，其后经历了强烈的蚀变与交代，形成绿泥石及其中的石榴子石与普通辉石。从角闪石变斑晶到基质矿物Al含量明显增加的特征推断岩石经历了增压的变质过程。

图3.7 斜长角闪岩中绿泥石集合体及其中包含与残留的矿物

3.1.1.4 斜长角闪岩包裹体的年代学特征

开展了斜长角闪岩包裹体的锆石SIMS U-Pb定年研究。图3.8a为斜长角闪岩的锆石的CL图像，锆石绝大多数呈灰黑色，多呈不规则浑圆状，环带构造不发育，具变质锆石的特征。

锆石SIMS U-Pb测年结果显示：29粒锆石U-Pb年龄除3粒锆石大于3.0Ga外，年龄介于1.8Ga与2.6Ga之间，并出现两组谐和年龄，分别为（1880±11）Ma（7粒锆石）与（2523±16）Ma（3粒锆石），其余锆石介于两者之间（图3.8）。所有锆石的误差椭圆都具与谐和线斜交的特征，两组年龄谐和锆石其误差椭圆趋势线的交点与闪长岩的年龄一致；其余锆石的投点位于两组年龄谐和锆石误差椭圆趋势线和谐和线所限定的三角区内，并显示Pb丢失的特征与趋势（图3.8b）。

结合上述斜长角闪岩的岩石学特征认为，1.88Ga为斜长角闪岩的形成年龄，而2.52Ga则为原岩的年龄。退变质过程造成部分锆石的Pb丢失，使锆石误差椭球投点向1.88Ga方向漂移。谐和年龄为1.88Ga的锆石应为变质重结晶锆石。闪长岩的包裹造成石榴子石的绿泥石化与部分锆石的Pb丢失。

图3.8 包裹体斜长角闪岩锆石的CL图（a）及其年龄谱图（b、c与d）

3.1.1.5 塔黑尔巴斯套地区岩体Nd-Hf同位素特征

综合已完成与获得的塔黑尔巴斯套地区岩体全岩Nd同位素与锆石Hf同位素结果（图3.9），发现研究区岩体的ε_Nd（t）值介于+3.5～+8之间，锆石Hf同位素ε_Hf（t）具较宽的变化范围，为-18～+15，对应Hf同位素所显示的从地幔析出的模式年龄从2.5Ga到480～390Ma。这意味着研究区岩体（特别是花岗岩）的源区组成含有大量*地壳组分，且最老的组分年龄为2.5Ga。这说明2.5Ga的地壳一直在为研究区火山岩与侵入岩提供物质组分。

3.1.1.6 结论及其大地构造意义

1）侵位于奥陶系火山碎屑岩（年龄为455Ma）的闪长岩（年龄为406Ma）中的包体为斜长角闪岩。

2）包体斜长角闪岩中绿泥石及其中的石榴子石与普通辉石为后期蚀变与水化的结果，其形成可能与斜长角闪岩熔融与被交代有关。

3）包体锆石测年结果显示岩石经历了年龄分别为1.88Ga与2.52Ga的热事件，结合岩石学特征，可以推断斜长角闪岩年龄为1.88Ga，2.52Ga为原岩的年龄。

4）准噶尔地区存在2.5Ga古陆，且其在1.88Ga时发生变质形成斜长角闪岩。

图3.9 塔黑尔巴斯套地区岩体全岩Nd同位素与锆石Hf同位素图解

5）2.52Ga的老地壳是研究区火山岩与侵入岩重要的物质供应者。

6）塔黑尔巴斯套地区闪长岩中新发现的斜长角闪岩中锆石所记录的两期热事件，是*地壳演化过程中非常重要而普遍的构造事件。这两次变质记录也是华北地台与印度地台普遍与重要的构造事件（彭澎等，2002；Zhao等，2002；沈其韩等，2005；刘富等，2009；翟明国，2010），并对应于克拉通化与克拉通拼合形成大克拉通的过程（Rosen等，2002；Zhao等，2003；Poller等，2005）。许多地质学家（如Rogers等，1996；Kusky等，2007）认为1.8～2.0Ga的变质带Columbia超级*形成与拼合过程形成了碰撞带，该次构造作用形成了Columbia超级*。因此，东准噶尔地区不仅有2.52Ga形成的古陆，而且发育有记录1.8～2.0Ga碰撞-变质事件的碰撞带，即存在可能与华北和印度具关系密切的Columbia超级*的碎块。

7）鉴于东天山也具1.8Ga变质基底的特征（Hu等，1998，2000；胡霭琴等，2001；胡霭琴等，2006；李秋根等，2009），推断东准噶尔可能与东天山具相同、年龄为1.8Ga的变质基底，即准噶尔地区具有大于1.8Ga的前寒武地壳。