甘肅北山中帶早白堊世的中帶帶帶

北冰山位于內蒙古、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合部1紅柳河–牛區域–洗腸井蛇綠巖帶北山中帶南北兩側地區發育了兩套具有明顯差別的前寒武紀結晶基底。南側以紅柳河–牛圈子–洗腸井蛇綠巖帶為界,其以南地區(馬鬃山微大陸)的前寒武系結晶基底主要由中、上元古界前長城系敦煌群花崗–變質巖、長城系陸源碎屑巖和變質火山巖夾碳酸鹽巖、薊縣系和青白口系硅鎂質碳酸鹽巖和陸源碎屑巖構成,并沿東西向線狀分布著一系列的古冰成巖,應屬于塔里木板塊的一部分北山中帶南側的紅柳河–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,并且其地球化學特征表明其形成于弧后盆地環境相關地質體的年代學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程(圖1(b))。紅柳河段堆晶輝長巖鋯石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,通過鋯石LA-ICP-MS定年和地球化學分析研究,對該巖體的形成年代、成因機制及構造意義進行探討,為公婆泉島弧的演化過程提供時間限定,同時為北山地區的構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)。根據我們已獲得的地球化學資料(未發表)和野外觀察發現,公婆泉花崗巖體與相鄰較大規模的花崗巖體成分有所區別,馬鬃山鎮東南的“弧形”花崗巖體(圖1(b))主要形成于俯沖帶環境的片麻狀花崗閃長巖類,而馬鬃山鎮以北的花崗巖體主要為鉀長花崗巖。公婆泉花崗巖體位于馬鬃山鎮附近,由于第四系沉積物的覆蓋,巖體被分隔為諸多小的塊體,巖體內部出現不同程度的相變。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,主要是一套細碧玢巖、火山巖和砂頁巖建造,其中火山巖主要為中性,其次是酸性,基性火山巖少見。另外,花崗巖體內部也出現公婆泉群地層的頂垂體。本次研究選擇馬鬃山鎮以南的巖體進行詳細采樣,該巖體位于諸多小巖體的中部,能夠代表整個巖體的特征。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。將樣品切片進行顯微鏡下觀察,根據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石、斜長石、石英、白云母和黑云母,幾乎不見有副礦物。第2組(AB10-83,AB10-85,AB10-86和BS07-140)主要是由堿性長石、斜長石、石英、白云母組成,并且含有石榴子石、電氣石、獨居石等礦物。具體特征如下(見圖2)。第1組花崗巖:堿性長石(35%)主要為條紋長石和微斜長石,晶形為半自形到它形,條紋長石具條紋狀構造,微斜長石有特征的格子雙晶,條紋長石含量大于微斜長石;石英(25%)晶形較為破碎,呈它形粒狀,邊緣呈鋸齒狀,并有波狀消光現象;斜長石(25%)大部分發生絹云母化蝕變;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,或者分布在斜長石顆粒之間,應為次生礦物。該組花崗巖應為二長花崗巖。第2組花崗巖:堿性長石(35%)主要為條紋長石和微斜長石,晶形為半自形到它形,條紋長石具條紋狀構造,微斜長石有特征的格子雙晶,條紋長石含量大于微斜長石;石英(30%)呈它形粒狀,邊緣呈鋸齒狀,發育波狀消光;斜長石(20%)部分發生絹云母化蝕變;白云母(7%),根據形態不同可分為兩種,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邊關系,還有一種分布于堿性長石顆粒邊部或顆粒內部;黑云母(3%)晶體較大,分布有獨居石;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巖石的地球化學特征3.1稀土元素及微量元素的測試方法公婆泉花崗巖體的巖石地球化學分析由教育部造山帶與地殼演化重點實驗室完成,采用熔片法對樣品的主量元素進行測試,使用掃描型波長色散X射線熒光光譜儀分析,儀器型號為ARLADVANTXP+,誤差<5%。微量元素、稀土元素采用ICP-MS方法分析,測試之前將樣品進行高壓罐溶樣,測試儀器型號為FinniganMATElement2,誤差<10%。分析結果見表1。3.2長質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行討論,即二長花崗巖和淡色花崗巖。二長花崗巖樣品包括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石+石英+斜長石+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,應為蝕變產物。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較低(ΣREE=7.21~28.04μg/g),并且輕、重稀土元素的分異現象也不明顯,(La/Yb)4la-sicpms年代學與hff事件的性質4.1年代學測定結果選取樣品BS07-136(二長花崗巖)作為鋯石激光探針年齡分析對象,通過CL和BSE圖像分析,選擇測點位置,然后采用激光剝蝕等離子體分析技術(LA-ICP-MS)對鋯石進行微區原位單點U-Pb同位素定年。鋯石U-Pb年齡測定和微量元素分析在中國科學院地質與地球物理研究所多接收等離子體質譜實驗室使用MC-ICPMS(Neptune)193nm激光器(GeoLas)Q-ICP-MC(Agilent7500a)進行。實驗中采用He作為剝蝕物質的載氣,用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽標準參考物質NISTSRM610進行儀器最佳化,使儀器達到最高的靈敏度、最小的氧化物產率、最低的背景值和穩定的信號。鋯石年齡測定采用外標校正方法,每隔5個樣品分析點測一次標準,以保證標準和樣品的儀器條件完全一致。在分析樣品的前后各測2次NISTSRM610,以Si做內標來測定鋯石中U,Th,Pb的含量。采用國際標準鋯石91500作為外標標準物質。詳細的實驗原理及流程參見文獻[26]。樣品的同位素比值及元素含量計算采用GLITTER(Ver4.0,MacquarieUniversity)程序,并應用Andersen從鋯石陰極發光圖像(圖6)可知,鋯石晶形較好,大部分為長柱狀,少部分為短柱狀,長短軸之比為2:1~4:1。大部分鋯石發育有巖漿型韻律環帶結構,少量鋯石內部較為模糊,可能是退晶質化等后期作用影響。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試共選取21顆鋯石,共有21個測點(圖6),結果見表2。21號鋯石打點位置位于核部,并且其Th,U含量也相對偏高,所得年齡較老(449±4Ma),可能是捕獲/繼承鋯石。除21號鋯石外,其余鋯石的打點位置集中在環帶處,其中11號和17號鋯石所得年齡值較小(382±8Ma和309±8Ma),仔細分析鋯石CL圖像(圖6)和BSE圖像(圖略)發現,造成年齡偏小的原因可能為11號鋯石的打點位置有裂縫,而17號鋯石環帶模糊,可能是因為放射性成因鉛的丟失導致年齡數據偏低。其余18個4.2質譜條件及標樣參照鋯石陰極發光(CL)圖像進行了鋯石Hf同位素原位測試。實驗在中國科學院地質與地球物理所配有193nm激光取樣系統的Nepture多接受電感耦合等離子體質譜(LA-MC-ICPMS)上進行。激光斑束直徑63μm,激光剝蝕時間為26s,激光脈沖頻率6Hz,激光脈沖能量100mJ,采用鋯石國際標樣91500做外標。詳細的分析流程見文獻[31]。5討論5.1長火山巖組合根據公婆泉花崗巖體的礦物組成和地球化學特征的不同,可將其分為兩種不同的花崗巖類型。野外觀察并未發現公婆泉花崗巖體具有明顯的相帶兩者應形成于同一地質作用過程,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和巖石地球化學特征。淡色花崗巖(BS07-140,AB10-83,AB10-85和AB10-86)的主要礦物組成為石英+斜長石+鉀長石+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),電子探針結果(略)表明其富Ti,Na和Al,貧Mg和Si,應屬于原生白云母;另一種主要分布于堿性長石顆粒邊部和內部,呈脈狀分布,與二長花崗巖中白云母類似,應是后期蝕變作用的產物。該種組合是典型淡色花崗巖的礦物組合二長花崗巖(BS07-136,BS07-138,AB09-112和AB10-84)中也存在白云母,呈脈狀或細鱗片狀分布,多出現在堿性長石、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,應為次生白云母,是后期蝕變的產物。二長花崗巖的地球化學特征總體表現為富硅高堿貧鎂,A/CNK=0.98~1.22,平均1.12(>1.1),CIPW標準礦物中剛玉含量為2.29%~6.35%(>1%),應屬過鋁質S型花崗巖。目前普遍認為,過鋁質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。與二長花崗巖類相比,淡色花崗巖的稀土元素總量相對較低,輕、重稀土元素分異不明顯,并具有明顯的Eu負異常。這主要是由于其礦物組成中含有石榴子石,在花崗質巖漿中石榴子石強烈富集重稀土而虧輕稀土元素,并具有低的Eu分配系數,使得巖石出現明顯的Eu負異常。另外,二長花崗巖的Eu異常不明顯,其原因可能為斜長石分異作用較弱或者溫度、氧逸度較高。考慮到樣品Hf同位素特征表明此類巖石形成過程中有幔源物質的加入,因此該過程的溫度也必然較高,故高溫可能是造成二長花崗巖類的Eu異常不明顯的原因。綜合上述兩種不同類型的花崗巖,我們認為公婆泉花崗巖體形成于碰撞后的環境。碰撞后階段指主碰撞構造事件之后到板內非造山階段開始之前這段特定地質時期另外,相鄰區域的構造–沉積建造特征也反映了該區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,屬于同造山期的產物;上部具有上磨拉石建造特征,屬于造山期后的產物5.2北北方地區中帶的組成公婆泉花崗巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結果中,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合部,大地構造背景十分復雜。研究區廣泛分布的眾多地體在三大板塊的相互作用下經歷了多次增生拼合,在復雜的地質過程中,北山境內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成了北山中帶,相關資料表明該帶是一條早古生代的俯沖帶值得注意的是,北山中帶的俯沖過程從西向東延伸距離很大,在地質演化過程中,很容易出現東西部地質過程的不同步性。相關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育起來的,而東段(東七一山火山弧