新疆天格尔地区早志留世糜棱岩化花岗岩的锆石shrimp年代学研究

新疆天格尔地区早志留世糜棱岩化花岗岩的锆石shrimp年代学研究

1中私家车天湖东片麻状岩化新疆中天天格尔峰附近（又名北达坂，又名西达坂）的片麻岩花岗岩（所谓的“混合岩”）被用作伊卡-中天空间-微大陆的组成部分，但这些岩石的形成时代一直是一个尚未确定的问题（王宝玉等人，1994）。胡霭琴等(2001)依据Nd同位素资料认为天山基底变质岩系形成于2100～1700Ma。中天山东段前寒武纪变质地块中广泛发育花岗质片麻岩与星星峡群、卡瓦布拉克群副变质表壳岩系为侵入接触。尾亚变质地块花岗闪长质片麻岩中锆石U-Pb同位素不一致线上交点年龄为1218±17Ma,下交点年龄为426±26Ma(刘树文等,2004)。库米什-干沟眼球状花岗质片麻岩全岩Sm-Nd同位素等时线年龄1142±120Ma(εNd(t)=-4.3,刘树文等,2004)。中天山天湖东片麻状花岗岩发生了强烈的糜棱岩化,其Rb-Sr等时线年龄为707.7Ma(张遵忠等,2003)。中天山库米什镇以北的阿克塔西片麻状花岗岩发生了韧性变形,其侵位年龄被确定为457.5±1.8Ma(韩宝福等,2004)。这些作者发现,从同样岩石中选出的部分锆石具有更年轻的年龄,他们推测韧性剪切作用导致部分锆石发生了不同程度的放射性成因Pb丢失。对拉尔敦达坂附件钾长花岗岩的5组锆石样品进行的单颗粒锆石U-Pb定年表明(韩宝福等,2004),其中1组到4组锆石构成不一致线,与谐和曲线的上交点为1114±102Ma,下交点为457±27Ma,第5组锆石明显偏离不一致线,其207Pb/206Pb年龄为816±42Ma。然而,拉尔敦达坂地区花岗片麻岩中的单颗粒锆石U-Pb年龄为882Ma(VG354质谱仪测定,陈义兵等,1999)。准确测定中天山地区广泛分布的片麻状花岗质岩石的年代对理解伊犁-中天山微陆块的形成与演化具有重要理论意义。本文提供的地质、岩石学和锆石SHRIMP数据(表1)表明,糜棱岩化的天格尔花岗岩(片麻状花岗岩)并不是中天山微陆块基底的组成部分。这表明中天山古老基底的出露面积远没有以前所描述的那样大面积。另外,本文更关注花岗岩中的热液锆石及其定年问题。我们所展示的数据表明,糜棱岩化花岗岩中存在热液锆石增生边,这种增生的热液锆石边明显晚于岩浆锆石。2特克斯群与德国法地层的构造背景天山分南天山(南天山古生代造山带)和北天山(博罗霍洛古生代造山带),中间为前寒武纪地核(即伊犁-中天山微陆块,图1a)。伊犁-中天山微陆块呈楔形向西北方向(哈萨克斯坦和吉尔吉斯斯坦)扩展,向东尖灭,它可能是早古生代期间由一系列前寒武纪碎块聚合在一起形成的(ZoneshainLetal.,1990;何国琦等,2005)。伊犁-中天山微陆块的基底只在其南北两侧出露,主要由长城系特克斯群和蓟县系科克苏群构成。特克斯群下部岩性主要为云母石英片岩夹绿泥片岩、斜长片岩、混合岩、石英岩、微晶灰岩和含石英大理岩,上部为绢云千枚岩、粉砂质千枚岩、变泥质粉砂岩-细砂岩、绿片岩相变质的安山岩、玄武安山岩、安山质火山角砾岩和玄武质角砾熔岩。侵入到特克斯群中的花岗岩变形较强,其锆石SHRIMP年龄为435.7±7.8Ma。蓟县系科克苏群主体为一套中浅变质的碳酸盐岩沉积,主要岩性为大理岩夹粒屑灰岩,下与特克斯岩群顶部千枚岩和粉砂岩整合过渡,上与青白口系角砾状灰岩整合接触。覆盖在长城系之上(不整合覆盖或者呈断层接触)未变质石炭纪火山岩的锆石SHRIMP年龄为313～354Ma(朱永峰等,2005a),但这套火山岩中存在1800～2250Ma的锆石(朱永峰等,2005b)可能意味着伊犁-中天山微陆块具有更古老的结晶基底。在伊犁-中天山微陆块的南北两侧均发育巨型韧性剪切带(图1a,何国琦等,1994;舒良树等,1998)。天格尔韧性剪切带呈NWW向展布,长大于100km,宽200～2000m,局部宽度可能超过10km,从胜利达坂北东约20km的红五月桥附近(中—晚石炭世砂岩、粉砂岩)就开始出现韧性剪切变形现象(杨天南等,2004)。剪切带中心局部出现含金透镜体,一些已经构成了工业矿体,其中的望峰、天格尔和萨日达拉金矿已经被开采(图1b,王居里等,2001;ZhuYFetal.,2005c)。剪切带中心部位的岩石具眼球构造,糜棱岩化程度明显比两侧强,向南逐渐转变成弱变形花岗岩,向北进入中-晚石炭世砂岩、粉砂岩地层(断层接触,图1b)。天格尔韧性剪切带的中心部分主要由含斜长角闪岩透镜体的糜棱岩化(二长)花岗岩和糜棱岩化石英脉组成。未变形的辉绿岩-闪长岩脉穿切糜棱岩和糜棱岩化花岗岩,剪切带核心部位发育断层,断层中充填糜棱岩化花岗岩角砾和石英脉。糜棱岩化程度自剪切带中心向两侧逐渐变弱(图1c)。3石英的定向伸长天格尔地区出露的糜棱岩化花岗岩中普遍见到眼球状构造(图2a),糜棱岩化花岗岩中的白云母具明显波状消光并局部形成云母鱼(图2b)。在所有糜棱岩化花岗岩样品中,石英的亚颗粒结构及波状消光发育,石英局部被定向拉长(图2c)。弱糜棱岩化花岗岩中具格子结构的钾长石与斜长石和石英共生,细小云母分布在这些矿物的边缘(图2d)。糜棱岩化花岗岩中的斜长石碎斑与亚颗粒化的石英共生,云母沿糜棱面理分布(图2e),强糜棱岩化花岗岩的斜长石假象中有钠长石、石英以及针状金红石(图2f)。岩相学研究表明,在变形变质过程中斜长石转变为钠长石和石英,Ca从斜长石中释放出来形成了方解石,方解石出现在斜长石的压力影中(图2g)。在弱糜棱岩化花岗岩中可见斜长石的钠长石亮边,在钠长石环边附近分布着方解石。方解石与云母、新生石英颗粒、钠长石和绿泥石共生(图2h)。4锆石充填的热液锆石边的shrimp年龄在糜棱岩化花岗岩中采集样品TS277,从中分离出锆石进行SHRIMP年代学研究。锆石阴极发光(CL图像)在北京大学国家纳米重点实验室完成,锆石SHRIMP测定工作在北京离子探针中心完成。天格尔糜棱岩化花岗岩中的锆石形态各异,以长柱状和短柱状为主。锆石中包含各种形态的矿物包裹体,激光拉曼光谱和电子探针研究表明,这些矿物包裹体主要是钠长石、石英和磷灰石。锆石的阴极发光图像显示,主要存在两类锆石:具强阴极发光锆石和不具阴极发光特征的锆石边。锆石核和幔一般为强发光部分(有些锆石核的CL图像相对比较暗,图3b)。大部分锆石具有明显的核、幔和边(图3a,b,c),少数锆石没有明显的核,只有幔和边(图3d,e)。锆石幔的形状很不规则(图3;图4a,b,c,d),幔与锆石增生边的接触边界不规则,显示锆石增生边交代锆石幔的结构特征。锆石增生边的宽度从数微米到<30μm不等。大多数锆石具有规则的晶体外形,但CL图像显示,这种规则的外形是其锆石增生边的特征。这种自形的不具阴极发光特征的锆石是热液锆石特有的特征(HoskinPWOandSchalteggerU,2003),它们在流体环境下结晶生长,因而不具有岩浆锆石的特征(例如无阴极发光特征),这种锆石应该是热液锆石。具有这种热液锆石边的锆石均呈很好的自形晶体(图3;图4a,b,c,d)。为了确认这种热液锆石是在韧性剪切过程中形成的,我们将上述锆石与远离剪切带中心的弱变形花岗岩中的锆石(图4e,f,g,h)进行比较。显然,未变形花岗岩中的锆石没有热液锆石边。这说明,TS277样品中的热液锆石边是在韧性剪切过程中形成的。因此,热液锆石边的SHRIMP年龄不代表天格尔花岗岩的侵位时代。由于这种热液锆石边比较窄,SHRIMP也很难获得其准确的U-Pb年龄(因为在实际测试过程中难免会测到锆石边与幔的混合年龄)。锆石SHRIMP测定结果表示在图5中。锆石的表观年龄在393.9～1788Ma之间变化(图5a)。锆石核均显示出相对较老的年龄,其表观年龄从1788Ma断断续续变化到469.2Ma。这些年龄有的位于谐和线上,有的位于谐和线之下(图5b)。本文主要关心天格尔花岗岩的形成时代问题,因此把锆石幔和边的SHRIMP测定结果列在表1并表示在图6中(为了便于比较,同时也列出了部分锆石核的年龄)。通过分析发现它们不是一组数据,而可以分解为三组(>450Ma、450～431Ma和<421Ma):比较老的年龄可能是锆石幔与锆石核混合的结果,最年轻的年龄数据可能是锆石幔与热液锆石边混合的结果。真正代表锆石幔的9个测点的加权平均年龄为441.6±3.8Ma(MSWD=1.06),这些年龄测定值基本落在U-Pb谐和线上。这个年龄应该代表天格尔花岗岩的侵位时代。6个热液锆石边的测定结果得到一个加权平均值为408.6±1.7Ma(MSWD=40)。显然,热液锆石边的年龄比岩浆锆石幔的加权平均年龄晚约33Ma。5热液锆石的性质本文测得天格尔糜棱岩化花岗岩中岩浆型锆石幔的SHRIMP年龄为441.6Ma,代表天格尔花岗岩的形成年龄。因此天格尔花岗岩在早志留世早期侵位于长城系特克斯群中。天格尔糜棱岩化花岗岩(所谓的片麻状花岗岩)因此不是中天山的前寒武纪结晶基底,而是早古生代岩浆活动的产物。然而,天格尔花岗岩的锆石具有复杂的核以及所测到的SHRIMP年龄(1788～470Ma)表明,花岗岩岩浆中富含各种继承性锆石,这种锆石核应该反映中天山基底的特征,并对中天山基底的年代有一定的限定意义。天格尔糜棱岩化花岗岩受剪切带破坏,剪切带中心的糜棱岩化程度明显强于边缘的片麻状花岗岩。叠加在糜棱岩化花岗岩上的绿泥石-云母-石英-钠长石组合表明韧性剪切作用发生在绿片岩相变质条件下(<450℃)。本文所研究的热液锆石增生边是在韧性剪切变形所诱发的变质作用过程中通过流体交代形成的。锆石的Th/U比值以及Th和U含量变化很大,热液锆石增生边的Th含量(65×10-6～1554×10-6)和Th/U比值(0.14～0.80)的变化范围大于岩浆锆石幔(图7)。这种不均匀的Th含量和Th/U比值可能反映流体交代的不均一性。本文所报道的热液锆石增生边与澳大利亚BoggyPlain岩体中的热液锆石非常类似。BoggyPlain岩体中的锆石边(无阴极发光特征)被证明是在热液条件下生长而成(HoskinPWO,2004)。热液锆石曾经在岩浆岩中报道过(RubinJNetal.,1989)。这些作者在岩体中发现的热液锆石是在热液流体中结晶生长的,它们交代岩浆锆石(HoskinPWOandSchalteggerU,2003)。Zr和一些通常情况下被认为是“不活动的元素”如高场强元素(Ti,Hf,Nb,Ta)和重稀土元素在某种热液环境中会表现出明显活动的地球化学性质,并从流体中结晶(或者交代岩浆锆石)形成热液锆石(RubinJNetal.,1993;HoskinPWOandSchalteggerU,2003)。由于天格尔糜棱岩化花岗岩中的热液锆石增生边较窄(<30(m),无法获得准确的SHRIMP年龄(所得到的可能是岩浆锆石幔与热液锆石边的混合年龄),但本文得到6个数据的加权平均年龄(408Ma)至少指示早志留世早期(441.6Ma)侵位的天格尔花岗岩在早泥盆世(408Ma,或者更晚)经历了一次重要的有热液参予的改造事件,这很可能是花岗岩经受韧性剪切变形的记录。天格尔糜棱岩化花岗岩中的锆石结构、阴极发光特征以及SHRIMP数据表明,对糜棱岩化花岗岩的U-Pb定年需要十分慎重,如果不仔细研究锆石的结构及其成因,就不可能得到有地质意义的年龄。因此,变形花岗岩的锆石SHRIMP年代学研究必须以详细的岩石学和锆石阴极发光研究为基础。另外,我们在天格尔