內(nèi)蒙古陰山地塊西烏梅不浪地區(qū)高級(jí)變質(zhì)雜巖中鋯石u-pb年代學(xué)研究

內(nèi)蒙古陰山地塊西烏梅不浪地區(qū)高級(jí)變質(zhì)雜巖中鋯石u-pb年代學(xué)研究

近年來，中國(guó)北方克拉通西部陸塊前的寒武紀(jì)孔茲巖系引起了國(guó)內(nèi)外地學(xué)界的廣泛關(guān)注（coie等人，1992；陸良兆等，1996；李江等，1999；錢桂生等，1999；萬一生等，2000；徐仲元等，2002；2005年；趙春等，2002；吳長(zhǎng)華等，2006；翟明國(guó)等，2007年；zhoa等人，2000年、2001年、2005年；watal.，2006a、2006b）?？灼潕r系的原巖形成于穩(wěn)定的克拉通沉積盆地(Condieetal.,1992;李江海等,1999;錢祥麟等,1999;萬渝生等,2000;徐仲元等,2002,2005)或相對(duì)穩(wěn)定的被動(dòng)大陸邊緣沉積盆地(盧良兆等,1996;趙國(guó)春等,2002),遭受具有順時(shí)針P—T軌跡的麻粒巖相變質(zhì),為碰撞造山作用產(chǎn)物(盧良兆等,1996;趙國(guó)春等,2002;Zhaoetal.,2000,2001a,2001b,2005;)。趙國(guó)春等(趙國(guó)春等,2002;Zhaoetal.,2005)將西部陸塊進(jìn)一步分為南部的鄂爾多斯地塊、北部的陰山地塊和中部的孔茲巖帶,認(rèn)為南部和北部陸塊大致是在1.85Ga碰撞拼合在一起的。Wan等(2006a)對(duì)內(nèi)蒙古大青山地區(qū)孔茲巖系中的富鋁片麻巖進(jìn)行了SHRIMP鋯石測(cè)年,發(fā)現(xiàn)存在2.5~2.4和2.1~1.9Ga不同時(shí)期的變泥砂質(zhì)巖石。在陰山陸塊的西烏蘭不浪地區(qū)高級(jí)變質(zhì)雜巖的地質(zhì)填圖中,筆者等發(fā)現(xiàn)了一套藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石墨藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石墨石榴長(zhǎng)英片麻巖和石榴藍(lán)晶石英巖構(gòu)成的巖石組合,也是一套富鋁質(zhì)巖石。對(duì)其研究有助于深化孔茲巖帶構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)。1麻粒巖和石榴石英巖組合西烏蘭不浪地區(qū)位于大青山北麓的武川縣西部。按照趙國(guó)春等(趙國(guó)春等,2002;Zhaoetal.,2005)的劃分,處于陰山地塊的中部,其南側(cè)為以孔茲巖系大面積產(chǎn)出為特征的高級(jí)變質(zhì)雜巖(孔茲巖帶)(圖1b)。西烏蘭不浪地區(qū)早前寒武紀(jì)變質(zhì)基底主要由新太古代興和巖群和紫蘇石英閃長(zhǎng)質(zhì)—紫蘇斜長(zhǎng)花崗質(zhì)—紫蘇花崗質(zhì)片麻巖(狼牙山片麻巖)組成,有少量新太古代片麻狀石英閃長(zhǎng)巖~花崗閃長(zhǎng)巖(村空山片麻巖)侵位其中(圖1a)。區(qū)內(nèi)興和巖群變質(zhì)地層包含三個(gè)巖石組合:暗色麻粒巖組合、中色麻粒巖組合和石榴石英巖組合。暗色麻粒巖組合由深灰色的石榴斜長(zhǎng)輝石巖、石榴透輝斜長(zhǎng)角閃巖、石榴角閃二輝麻粒巖夾磁鐵石英巖組成;中色麻粒巖巖組由淺灰褐色黑云二輝斜長(zhǎng)麻粒巖、石榴二輝斜長(zhǎng)麻粒巖、角閃二輝斜長(zhǎng)麻粒巖和長(zhǎng)英片麻巖組成;石榴石英巖組合以石榴石英巖與石榴二輝麻粒巖、(角閃)二輝麻粒巖不等厚互層為特征。這些麻粒巖與狼牙山片麻巖在空間上密切共生,漸變過渡。對(duì)其中2件二輝斜長(zhǎng)麻粒巖和一件紫蘇石英閃長(zhǎng)質(zhì)片麻巖樣品的鋯石U-PbSHRIMP測(cè)年結(jié)果發(fā)現(xiàn),這三個(gè)樣品中的鋯石陰極發(fā)光圖像均顯示十分相似的核—?！吔Y(jié)構(gòu),核部鋯石具有巖漿環(huán)帶,但環(huán)帶模糊,幔部鋯石為深灰色變質(zhì)鋯石,邊部鋯石為淺灰色具有環(huán)帶的深熔鋯石。測(cè)年結(jié)果顯示,這些樣品中鋯石核—?！叺?07Pb/206Pb年齡十分接近,均在2.5Ga左右,反映了在2.5Ga左右發(fā)生的一次重大變質(zhì)深熔事件(另文發(fā)表)。在西烏蘭不浪鎮(zhèn)南部萬城店溝—頭號(hào)一帶,藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)組合呈規(guī)模較小的構(gòu)造殘片零星產(chǎn)于上述高級(jí)變質(zhì)雜巖之上(圖1a)。在接觸界面附近,巖石變形強(qiáng)烈,為構(gòu)造接觸。該組合由藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石墨藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石墨石榴長(zhǎng)英片麻巖和藍(lán)晶石榴石英巖組成,以發(fā)育石榴子石、藍(lán)晶石、石墨為特征(圖2),藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖、石墨藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖和藍(lán)晶石榴石英巖呈淺藍(lán)灰色—淺藍(lán)色,片麻狀構(gòu)造,細(xì)?！写至Ａ钪鶢钭兙ЫY(jié)構(gòu),由石榴子石(15%~30%)、藍(lán)晶石(5%~25%)、石英(40%~50%)、條紋長(zhǎng)石(5%~25%)和少量黑云母組成,部分巖石含有少量石墨。含石墨石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖呈灰白色,中粗粒變晶結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,主要由石榴子石、長(zhǎng)石和石英組成,含少量石墨。2u-q-ms-ro全巖常量元素含量采用X熒光光譜測(cè)定,微量和稀土元素用等離子質(zhì)譜測(cè)定,由國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)中心完成(表1)。鋯石分選在廊坊市科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司按標(biāo)準(zhǔn)程序完成。鋯石定年在北京離子探針中心SHRIMPⅡ上完成,測(cè)年原理和流程參見Willianms(1998)。一次離子流O2-強(qiáng)度為9nA,束斑大小為25~30μm。標(biāo)準(zhǔn)鋯石BR266(U含量為909μg/g)(Nasdalaetal.,2008)和TEMORA(年齡為417Ma)(Blacketal.,2003)用于未知樣品U含量標(biāo)定和年齡校正。TEMORA標(biāo)準(zhǔn)和待測(cè)鋯石測(cè)年之比為1:3~4。用204Pb進(jìn)行普通鉛年齡校正(Cummingetal.,1975)。數(shù)據(jù)處理采用SOUID11.03d和ISOPLOT程序(Ludwig,2001)。單個(gè)數(shù)據(jù)的誤差為1σ,加權(quán)平均年齡誤差為95%置信度(表2)。3巖石學(xué)基因特征本文對(duì)3件藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖和1件藍(lán)晶石榴石英巖樣品進(jìn)行了元素分析。樣品位置地理坐標(biāo)為北緯41°5′47″,東經(jīng)110°55′02″(圖1a)。藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英質(zhì)片麻巖的SiO2含量在61.09%~63.46%之間,富Al2O3(19.36%~23.15%);藍(lán)晶石榴石英巖則相對(duì)富SiO2含量(70.7%)、貧Al2O3(14.51%)。二者均以高TFeO(TFeO=Fe2O3×0.9+FeO,6.26%~9.42%),低CaO(0.93%~1.18%)、貧K2O(0.56%~0.81%)、Na2O(0.52%~1.08%)為特征,MgO、TiO2和MnO分別為2.48%~3.3%、0.74%~1.32%和0.07%~0.1%(表1)。與工作區(qū)南側(cè)孔茲巖帶中的富鋁片麻巖?相比,除明顯貧鉀、鈉外,其他常量元素含量類似(圖3)。在lg([CaO+Na2O]/K2O)—lg(SiO2/Al2O3)圖解中,石榴藍(lán)晶石英巖樣品投入頁巖區(qū),石墨藍(lán)晶石榴石英巖落入砂巖區(qū)(圖4)。巖石稀土總量低(∑REE=34.4μg/g~51.14μg/g),輕稀土略有富集,重稀土無明顯分餾[(La/Yb)n=1.6~3.98,(Gd/Yb)n=0.7~1.45](表1,圖5a),具負(fù)銪異?；蜾B異常不明顯(Eu*/Eu=0.57~1.04)。在用北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化的稀土模式上,顯示出強(qiáng)烈的虧損(圖5b)。與南側(cè)孔茲巖帶的富鋁片麻巖相比,稀土總量明顯偏低,輕稀土相對(duì)虧損。與北美頁巖相比,巖石明顯虧損大離子親石元素Rb(5.39~13.8μg/g)、Ba(126~201μg/g)、Sr(26~48μg/g),而富集過渡元素Ni(35.8~79.4μg/g)、Cr(197~424μg/g)、Co(20.6~25.7μg/g)、Sc(20.6~23.3μg/g)、V(129~247μg/g)(表1,圖5b)。高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb(4.35~5.18μg/g)、Ta(0.27~0.47μg/g)略有虧損,Zr(89.5~192μg/g)、Hf(2.38~5.36μg/g)相對(duì)富集。4真正的人工林和變質(zhì)成因鋯石呈短柱狀或等軸狀,粒徑通常在150μm~250μm之間。陰極發(fā)光圖像中,鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化很大(圖6a、b、c、d)。一些鋯石外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的不協(xié)調(diào)關(guān)系表明它們?yōu)樗樾汲梢?圖6a中顆粒11)。部分鋯石具核—幔—邊結(jié)構(gòu)或核—邊結(jié)構(gòu)。大部分鋯石都存在白邊,為變質(zhì)或熱液作用的結(jié)果,但該白邊太窄,未能作SHRIMPU-Pb定年。大部分核部鋯石都存在巖漿環(huán)帶,包括板狀環(huán)帶和封閉密集環(huán)帶等不同類型。顆粒21的邊部巖漿環(huán)帶仍清楚可見,并與核部鋯石結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)(圖6d),可能為麻粒巖相變質(zhì)條件下鋯石發(fā)生重結(jié)晶的結(jié)果。顆粒16中的核部鋯石和22的幔部鋯石具杉樹葉狀結(jié)構(gòu),與麻粒巖相變質(zhì)巖石中的變質(zhì)鋯石和一些輝長(zhǎng)巖中的巖漿鋯石類似。顆粒14和16的邊部具變質(zhì)鋯石的結(jié)構(gòu)特征。顆粒20的幔部為變質(zhì)成因,邊部具清楚的巖漿環(huán)帶,很可能為深熔成因(圖6c)。在25顆鋯石上進(jìn)行了32個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分析,主要集中在2461~2542Ma和2349~2399Ma兩個(gè)年齡段。2461~2542Ma年齡段共14個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),U、Th含量分別為19~842μg/g、10~182μg/g,Th/U比值為0.14~1.06,多數(shù)在0.18~0.25之間。n(207Pb)/n(206Pb)加權(quán)平均年齡為2479±8Ma(MSWD=1.7)。2349~2399Ma年齡段共10個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),U、Th含量分別為65~586μg/g、10~143μg/g,Th/U比值為0.13~0.68,n(207Pb)/n(206Pb)加權(quán)平均年齡為2367±15Ma(MSWD=3.1)(圖7)。獲得的最老鋯石年齡為2585±35Ma,但誤差很大。兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)年齡為2284±10Ma(19.2)和2304±18Ma(17.2),U、Th含量和Th/U比值分別為96~183μg/g、10~38μg/g和0.11~0.22。根據(jù)鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成特征,以上所測(cè)鋯石都為碎屑成因,其中~2.5Ga和~2.35Ga碎屑鋯石既有來自巖漿巖物源區(qū)也有來自變質(zhì)巖物源區(qū)。在華北克拉通,~2.5Ga巖漿—變質(zhì)熱事件廣泛存在,但~2.35Ga巖漿熱事件,特別是~2.35Ga變質(zhì)熱事件知之甚少。較為可靠的最年輕鋯石年齡為2173±6Ma(17.1)和2143±19Ma(14.1)。數(shù)據(jù)點(diǎn)都位于碎屑鋯石核的邊部,根據(jù)結(jié)構(gòu)和組成特征為變質(zhì)成因。但是,不能確定它們是形成于物源區(qū)的變質(zhì)作用或碎屑沉積巖形成之后的變質(zhì)的?？紤]到區(qū)域地質(zhì)演化歷史,前一種可能性更大,即藍(lán)晶石榴長(zhǎng)英片麻巖的變質(zhì)原巖形成于2.15Ga之后。5石榴藍(lán)晶石英巖組合成巖模式及物源區(qū)根據(jù)大量同位素年代學(xué)研究,南側(cè)孔茲巖帶中的富鋁片麻巖形成于2個(gè)時(shí)期沉積。早期沉積作用時(shí)代發(fā)生在2.51~2.45Ga之間,在2.45~2.40Ga之間發(fā)生麻粒巖相變質(zhì)、深熔;晚期沉積作用時(shí)代發(fā)生在2.0~1.96Ga之間,在1.96Ga左右發(fā)生變質(zhì)(Wanetal.,2006a;董春艷)。區(qū)內(nèi)石榴藍(lán)晶石英巖的變質(zhì)原巖形成于2.35Ga之后,并很可能形成于2.15Ga之后,與南部孔茲巖帶中富鋁片麻巖沉積時(shí)代相似。推測(cè)石榴藍(lán)晶石英巖的變質(zhì)作用也可能發(fā)生在1.96~1.8Ga之間。所以,古元古代晚期孔茲巖系變質(zhì)巖不僅分布于孔茲巖帶內(nèi),在孔茲巖帶以北地區(qū)也有分布?？紤]到工作區(qū)位于由北向南逆沖推覆的色爾騰山逆沖推覆構(gòu)造(劉正宏等,2002)的上盤,可以推測(cè),古元古代晚期孔茲巖系形成的范圍可能更大。與南側(cè)孔茲巖帶富鋁片麻巖相比,區(qū)內(nèi)石榴藍(lán)晶石英巖組合的巖石類型和礦物組合特征明顯不同。南側(cè)孔茲巖帶中的富鋁片麻巖由石榴黑云片麻巖、夕線堇青石榴黑云片麻巖、石榴長(zhǎng)英片麻巖、石墨片麻巖夾薄層夕線石英巖、紫蘇磁鐵石英巖組成。存在4個(gè)時(shí)代礦物組合(M1~M4)(盧良兆等,1996;徐仲元等,2002;翟明國(guó)等,2007;吳昌華等2006;趙國(guó)春等,2002),總體反映了順時(shí)針演化的P—T軌跡,指示碰撞造山過程(趙國(guó)春等,2002)。其中M1礦物以包裹體的形式出現(xiàn)在M2階段石榴子石變斑晶中,其代表性礦物組合為斜長(zhǎng)石+黑云母+石英±藍(lán)晶石±金紅石。區(qū)內(nèi)石榴藍(lán)晶石英巖以石榴子石+藍(lán)晶石+石英±中長(zhǎng)石±條紋長(zhǎng)石±石墨為特征,僅僅與南側(cè)孔茲巖帶中第一世代(M1)的礦物組合相當(dāng)。這意味著二者所經(jīng)歷的變質(zhì)作用及相應(yīng)的構(gòu)造演化歷史存在差異。區(qū)內(nèi)石榴藍(lán)晶石英巖組合巖石貧鉀、鈉和低鈣,虧損大離子親石元素Rb、Ba、Sr、Th和高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta,稀土總量低,Zr、Hf和過渡元素Ni、Cr、Co、Sc、V相對(duì)富集。變質(zhì)原巖中長(zhǎng)石、云母碎屑較少,獨(dú)居石等富Th和輕稀土的副礦物少,但存在碎屑鋯石,過渡元素可能主要是以吸附在粘土礦物上發(fā)生沉積的(Dashetal.,1