甘肅北山中帶早白堊世的中帶帶帶

甘肅北山中帶早白堊世的中帶帶帶

北冰山位于內(nèi)蒙古、甘肅和新疆的交匯處。西與天目相連，東與阿拉森相連。在大地構(gòu)造位置上屬于中亞造山帶南緣,是華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊陸緣結(jié)合部1紅柳河–牛區(qū)域–洗腸井蛇綠巖帶北山中帶南北兩側(cè)地區(qū)發(fā)育了兩套具有明顯差別的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底。南側(cè)以紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖帶為界,其以南地區(qū)(馬鬃山微大陸)的前寒武系結(jié)晶基底主要由中、上元古界前長(zhǎng)城系敦煌群花崗–變質(zhì)巖、長(zhǎng)城系陸源碎屑巖和變質(zhì)火山巖夾碳酸鹽巖、薊縣系和青白口系硅鎂質(zhì)碳酸鹽巖和陸源碎屑巖構(gòu)成,并沿東西向線狀分布著一系列的古冰成巖,應(yīng)屬于塔里木板塊的一部分北山中帶南側(cè)的紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖帶侵位于奧陶系地層中,不具有板塊縫合線的特征,并且其地球化學(xué)特征表明其形成于弧后盆地環(huán)境相關(guān)地質(zhì)體的年代學(xué)資料主要集中在紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖帶所代表的弧后盆地演化過(guò)程(圖1(b))。紅柳河段堆晶輝長(zhǎng)巖鋯石SHRIMPU-Pb年齡為516.2±7.1Ma(n=9,MSWD=0.63)本次研究選擇公婆泉島弧帶西部的公婆泉花崗巖巖體,通過(guò)鋯石LA-ICP-MS定年和地球化學(xué)分析研究,對(duì)該巖體的形成年代、成因機(jī)制及構(gòu)造意義進(jìn)行探討,為公婆泉島弧的演化過(guò)程提供時(shí)間限定,同時(shí)為北山地區(qū)的構(gòu)造演化研究提供新的資料。2巖石礦物組成公婆泉花崗巖體位于明水–小黃山蛇綠巖帶以南,紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖帶以北,是兩條蛇綠巖帶之間眾多花崗巖體之一(圖1)。根據(jù)我們已獲得的地球化學(xué)資料(未發(fā)表)和野外觀察發(fā)現(xiàn),公婆泉花崗巖體與相鄰較大規(guī)模的花崗巖體成分有所區(qū)別,馬鬃山鎮(zhèn)東南的“弧形”花崗巖體(圖1(b))主要形成于俯沖帶環(huán)境的片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖類,而馬鬃山鎮(zhèn)以北的花崗巖體主要為鉀長(zhǎng)花崗巖。公婆泉花崗巖體位于馬鬃山鎮(zhèn)附近,由于第四系沉積物的覆蓋,巖體被分隔為諸多小的塊體,巖體內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的相變。公婆泉花崗巖體侵入于中、上志留系公婆泉群,該套地層在北山中帶分布較廣,主要是一套細(xì)碧玢巖、火山巖和砂頁(yè)巖建造,其中火山巖主要為中性,其次是酸性,基性火山巖少見(jiàn)。另外,花崗巖體內(nèi)部也出現(xiàn)公婆泉群地層的頂垂體。本次研究選擇馬鬃山鎮(zhèn)以南的巖體進(jìn)行詳細(xì)采樣,該巖體位于諸多小巖體的中部,能夠代表整個(gè)巖體的特征。樣品呈致密塊狀,變形不明顯,部分樣品(AB10-84)中含有暗色包體。將樣品切片進(jìn)行顯微鏡下觀察,根據(jù)樣品礦物組成的不同,可以將其分為兩組。第1組(BS07-136BS07-138,AB09-112和AB10-84)的礦物組成為堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、白云母和黑云母,幾乎不見(jiàn)有副礦物。第2組(AB10-83,AB10-85,AB10-86和BS07-140)主要是由堿性長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、白云母組成,并且含有石榴子石、電氣石、獨(dú)居石等礦物。具體特征如下(見(jiàn)圖2)。第1組花崗巖:堿性長(zhǎng)石(35%)主要為條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石,晶形為半自形到它形,條紋長(zhǎng)石具條紋狀構(gòu)造,微斜長(zhǎng)石有特征的格子雙晶,條紋長(zhǎng)石含量大于微斜長(zhǎng)石;石英(25%)晶形較為破碎,呈它形粒狀,邊緣呈鋸齒狀,并有波狀消光現(xiàn)象;斜長(zhǎng)石(25%)大部分發(fā)生絹云母化蝕變;黑云母(10%呈片狀,分布較為集中;白云母(5%)大部分呈脈狀交代黑云母,或者分布在斜長(zhǎng)石顆粒之間,應(yīng)為次生礦物。該組花崗巖應(yīng)為二長(zhǎng)花崗巖。第2組花崗巖:堿性長(zhǎng)石(35%)主要為條紋長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石,晶形為半自形到它形,條紋長(zhǎng)石具條紋狀構(gòu)造,微斜長(zhǎng)石有特征的格子雙晶,條紋長(zhǎng)石含量大于微斜長(zhǎng)石;石英(30%)呈它形粒狀,邊緣呈鋸齒狀,發(fā)育波狀消光;斜長(zhǎng)石(20%)部分發(fā)生絹云母化蝕變;白云母(7%),根據(jù)形態(tài)不同可分為兩種,一種呈片狀分布,自形至半自形,端面清晰不與其他造巖礦物呈交代反應(yīng)邊關(guān)系,還有一種分布于堿性長(zhǎng)石顆粒邊部或顆粒內(nèi)部;黑云母(3%)晶體較大,分布有獨(dú)居石;石榴子石(3%)部分晶形較為破碎,裂隙充填有石英脈,并且邊緣發(fā)生絹云母化及簾石化;電氣石(2%)晶形為半自形至它形,部分電氣石晶體破碎。這組礦物組合是典型的淡色花崗巖的礦物組成。3巖石的地球化學(xué)特征3.1稀土元素及微量元素的測(cè)試方法公婆泉花崗巖體的巖石地球化學(xué)分析由教育部造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,采用熔片法對(duì)樣品的主量元素進(jìn)行測(cè)試,使用掃描型波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜儀分析,儀器型號(hào)為ARLADVANTXP+,誤差<5%。微量元素、稀土元素采用ICP-MS方法分析,測(cè)試之前將樣品進(jìn)行高壓罐溶樣,測(cè)試儀器型號(hào)為FinniganMATElement2,誤差<10%。分析結(jié)果見(jiàn)表1。3.2長(zhǎng)質(zhì)礦巖由于公婆泉花崗巖體礦物組成的不同,我們將其分成兩組進(jìn)行討論,即二長(zhǎng)花崗巖和淡色花崗巖。二長(zhǎng)花崗巖樣品包括BS07-136,BS07-138AB09-112和AB10-84,淡色花崗巖樣品包括BS07140,AB10-83,AB10-85和AB10-86。3.2.1白云母充填充填礦物顆粒該組樣品的礦物組成為堿性長(zhǎng)石+石英+斜長(zhǎng)石+黑云母+白云母,其中白云母呈脈狀充填在其他礦物顆粒之間,應(yīng)為蝕變產(chǎn)物。該組樣品SiO該組花崗巖稀土元素總含量較高(ΣREE=44.00~190.83μg/g),(La/Yb)3.2.2有色礦物含量這類花崗巖以含有原生白云母+石榴子石+電氣石等富鋁礦物、暗色礦物含量低為特征。SiO該組花崗巖的稀土元素總含量相對(duì)較低(ΣREE=7.21~28.04μg/g),并且輕、重稀土元素的分異現(xiàn)象也不明顯,(La/Yb)4la-sicpms年代學(xué)與hff事件的性質(zhì)4.1年代學(xué)測(cè)定結(jié)果選取樣品BS07-136(二長(zhǎng)花崗巖)作為鋯石激光探針年齡分析對(duì)象,通過(guò)CL和BSE圖像分析,選擇測(cè)點(diǎn)位置,然后采用激光剝蝕等離子體分析技術(shù)(LA-ICP-MS)對(duì)鋯石進(jìn)行微區(qū)原位單點(diǎn)U-Pb同位素定年。鋯石U-Pb年齡測(cè)定和微量元素分析在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所多接收等離子體質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室使用MC-ICPMS(Neptune)193nm激光器(GeoLas)Q-ICP-MC(Agilent7500a)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣,用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NISTSRM610進(jìn)行儀器最佳化,使儀器達(dá)到最高的靈敏度、最小的氧化物產(chǎn)率、最低的背景值和穩(wěn)定的信號(hào)。鋯石年齡測(cè)定采用外標(biāo)校正方法,每隔5個(gè)樣品分析點(diǎn)測(cè)一次標(biāo)準(zhǔn),以保證標(biāo)準(zhǔn)和樣品的儀器條件完全一致。在分析樣品的前后各測(cè)2次NISTSRM610,以Si做內(nèi)標(biāo)來(lái)測(cè)定鋯石中U,Th,Pb的含量。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理及流程參見(jiàn)文獻(xiàn)[26]。樣品的同位素比值及元素含量計(jì)算采用GLITTER(Ver4.0,MacquarieUniversity)程序,并應(yīng)用Andersen從鋯石陰極發(fā)光圖像(圖6)可知,鋯石晶形較好,大部分為長(zhǎng)柱狀,少部分為短柱狀,長(zhǎng)短軸之比為2:1~4:1。大部分鋯石發(fā)育有巖漿型韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),少量鋯石內(nèi)部較為模糊,可能是退晶質(zhì)化等后期作用影響。鋯石Th,U含量較高,Th/U比值較大(>0.336),具有典型的巖漿鋯石特征本次測(cè)試共選取21顆鋯石,共有21個(gè)測(cè)點(diǎn)(圖6),結(jié)果見(jiàn)表2。21號(hào)鋯石打點(diǎn)位置位于核部,并且其Th,U含量也相對(duì)偏高,所得年齡較老(449±4Ma),可能是捕獲/繼承鋯石。除21號(hào)鋯石外,其余鋯石的打點(diǎn)位置集中在環(huán)帶處,其中11號(hào)和17號(hào)鋯石所得年齡值較小(382±8Ma和309±8Ma),仔細(xì)分析鋯石CL圖像(圖6)和BSE圖像(圖略)發(fā)現(xiàn),造成年齡偏小的原因可能為11號(hào)鋯石的打點(diǎn)位置有裂縫,而17號(hào)鋯石環(huán)帶模糊,可能是因?yàn)榉派湫猿梢蜚U的丟失導(dǎo)致年齡數(shù)據(jù)偏低。其余18個(gè)4.2質(zhì)譜條件及標(biāo)樣參照鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像進(jìn)行了鋯石Hf同位素原位測(cè)試。實(shí)驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理所配有193nm激光取樣系統(tǒng)的Nepture多接受電感耦合等離子體質(zhì)譜(LA-MC-ICPMS)上進(jìn)行。激光斑束直徑63μm,激光剝蝕時(shí)間為26s,激光脈沖頻率6Hz,激光脈沖能量100mJ,采用鋯石國(guó)際標(biāo)樣91500做外標(biāo)。詳細(xì)的分析流程見(jiàn)文獻(xiàn)[31]。5討論5.1長(zhǎng)火山巖組合根據(jù)公婆泉花崗巖體的礦物組成和地球化學(xué)特征的不同,可將其分為兩種不同的花崗巖類型。野外觀察并未發(fā)現(xiàn)公婆泉花崗巖體具有明顯的相帶兩者應(yīng)形成于同一地質(zhì)作用過(guò)程,但由于不同階段溫度、壓力條件的不同,使其具有不同的礦物學(xué)和巖石地球化學(xué)特征。淡色花崗巖(BS07-140,AB10-83,AB10-85和AB10-86)的主要礦物組成為石英+斜長(zhǎng)石+鉀長(zhǎng)石+白云母+石榴子石+電氣石+黑云母(圖2(c)~(f))。白云母有兩種:一種呈片狀分布(圖2),電子探針結(jié)果(略)表明其富Ti,Na和Al,貧Mg和Si,應(yīng)屬于原生白云母;另一種主要分布于堿性長(zhǎng)石顆粒邊部和內(nèi)部,呈脈狀分布,與二長(zhǎng)花崗巖中白云母類似,應(yīng)是后期蝕變作用的產(chǎn)物。該種組合是典型淡色花崗巖的礦物組合二長(zhǎng)花崗巖(BS07-136,BS07-138,AB09-112和AB10-84)中也存在白云母,呈脈狀或細(xì)鱗片狀分布,多出現(xiàn)在堿性長(zhǎng)石、黑云母等邊部(圖2(a)和(b))與淡色花崗巖中呈脈狀分布的白云母一樣,應(yīng)為次生白云母,是后期蝕變的產(chǎn)物。二長(zhǎng)花崗巖的地球化學(xué)特征總體表現(xiàn)為富硅高堿貧鎂,A/CNK=0.98~1.22,平均1.12(>1.1),CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉含量為2.29%~6.35%(>1%),應(yīng)屬過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖。目前普遍認(rèn)為,過(guò)鋁質(zhì)S型花崗巖主要由地殼中–上部熔融而形成值得注意的是在巖石地球化學(xué)特征上,兩種花崗巖的稀土元素特征具有明顯的不同。與二長(zhǎng)花崗巖類相比,淡色花崗巖的稀土元素總量相對(duì)較低,輕、重稀土元素分異不明顯,并具有明顯的Eu負(fù)異常。這主要是由于其礦物組成中含有石榴子石,在花崗質(zhì)巖漿中石榴子石強(qiáng)烈富集重稀土而虧輕稀土元素,并具有低的Eu分配系數(shù),使得巖石出現(xiàn)明顯的Eu負(fù)異常。另外,二長(zhǎng)花崗巖的Eu異常不明顯,其原因可能為斜長(zhǎng)石分異作用較弱或者溫度、氧逸度較高?？紤]到樣品Hf同位素特征表明此類巖石形成過(guò)程中有幔源物質(zhì)的加入,因此該過(guò)程的溫度也必然較高,故高溫可能是造成二長(zhǎng)花崗巖類的Eu異常不明顯的原因。綜合上述兩種不同類型的花崗巖,我們認(rèn)為公婆泉花崗巖體形成于碰撞后的環(huán)境。碰撞后階段指主碰撞構(gòu)造事件之后到板內(nèi)非造山階段開(kāi)始之前這段特定地質(zhì)時(shí)期另外,相鄰區(qū)域的構(gòu)造–沉積建造特征也反映了該區(qū)早古生代末的碰撞造山事件。位于公婆泉花崗巖體南部墩墩山附近的泥盆系地層表現(xiàn)出火山磨拉石建造的特征。該泥盆系地層下部具有海相磨拉石特征,屬于同造山期的產(chǎn)物;上部具有上磨拉石建造特征,屬于造山期后的產(chǎn)物5.2北北方地區(qū)中帶的組成公婆泉花崗巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果中,北山造山帶是西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的結(jié)合部,大地構(gòu)造背景十分復(fù)雜。研究區(qū)廣泛分布的眾多地體在三大板塊的相互作用下經(jīng)歷了多次增生拼合,在復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程中,北山境內(nèi)自北向南以此形成了紅石山–百合山–蓬勃山蛇綠巖帶、紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖帶以及明水–小黃山蛇綠巖帶。其中,紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖、明水–小黃山蛇綠巖帶和公婆泉島弧帶共同構(gòu)成了北山中帶,相關(guān)資料表明該帶是一條早古生代的俯沖帶值得注意的是,北山中帶的俯沖過(guò)程從西向東延伸距離很大,在地質(zhì)演化過(guò)程中,很容易出現(xiàn)東西部地質(zhì)過(guò)程的不同步性。相關(guān)的火山巖研究也表明,公婆泉島弧帶的西段是在陸殼基底上發(fā)育起來(lái)的,而東段(東七一山火山弧