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塔里木克拉通位于欧亚大陆中心,北接中亚造山带西南部天山造山带,南临青藏高原,面积约600000km2,总体呈眼球形,其中90%以上被沙漠或新生代沉积岩覆盖,早前寒武纪岩石主要出露在库鲁克塔格、北阿尔金、铁克里克和敦煌等四个边缘基底隆起带,前人研究表明在这四个基底露头区均有不少太古宙岩石记录。最近,在盆地覆盖区的钻井岩芯中,也获得了少量的太古宙岩石的信息(Cai Zhihui et al., 2020)。位于塔里木克拉通东北缘的库鲁克塔格地块是塔里木克拉通太古宙岩石研究最早、最成熟的前寒武纪露头区。库鲁克塔格地区的太古宙基底称为“托格杂岩”,其上被古元古代的辛地塔格群不整合覆盖,虽然高振家等(1993)将“托格杂岩”描述为表壳岩夹侵入岩透镜体,但后来的研究发现这些表壳岩大多是古元古代的。
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迄今为止,库鲁克塔格太古宙岩石的研究主要是针对TTG片麻岩和其中的斜长角闪岩包体开展的,有关沉积表壳岩的研究几乎没有。本文在补充相关年代学资料的基础上,结合前人研究成果,对该地区太古宙岩石的形成时代和地球化学性质展开讨论,同时依据Hf同位素资料对塔里木克拉通各边缘地块太古宙地壳演化进行对比研究。
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1 地质背景与太古宙的基底组成
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库鲁克塔格地区位于塔里木克拉通东北缘,呈狭长形东西向延伸,北以辛格尔断裂与南天山相邻,南以兴地断裂与塔里木早古生代坳陷接触(Shu Liangshu et al., 2011)。库鲁克塔格地区前寒武系可以划分为变质基底和沉积盖层两个部分,呈克拉通典型的双层结构(图1)。库鲁克塔格地区出露的前寒武纪基底从下到上,由新太古界托格布拉克杂岩、古元古界兴地塔格群、中元古界扬吉布拉克群和爱尔基干群以及新元古界帕尔岗塔格群组成,总厚度大于8800m,主要由一套经历过强烈褶皱、韧性变形和中高级变质作用的泥砂质碎屑岩、碳酸盐岩、火山岩以及侵入岩组成,并出露有前寒武纪基底的特征岩浆岩TTG组合(高振家等,1993)。帕尔岗塔格群之上为成冰系—埃迪卡拉系(南华系—震旦系)沉积盖层,称为库鲁克塔格群,两者为角度不整合接触。该群是一套6000m厚的以碎屑岩为主的含火山岩和冰碛砾岩的沉积地层,自下而上可分为8个组,即贝义西组、照壁山组、阿勒通沟组、特瑞爱肯组、扎摩克提组、育肯沟组、水泉组和汉格尔乔克组,其中在贝义西组、阿勒通沟组、特瑞爱肯组和汉格尔乔克组保存有与冰川活动有关的冰碛岩层。目前为止,有可靠年代学报道的太古宙岩石主要出露在库尔勒、辛格尔、兴地和帕尔岗塔格四个地区,下面将对这四个地区的岩石组合及经历的岩浆变质事件进行详细描述。
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1.1 库尔勒地区
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位于库鲁克塔格地块最西段的库尔勒地区出露一套高级变质岩,总体呈NW—SE向展布,面积约300km2。 1∶20万库尔勒幅地质图将其划归兴地塔格群和杨吉布拉克群,但近来的研究表明其中包含不同时代的片麻状花岗岩和变质火山岩与变质沉积岩(郭召杰等, 2003; Long Xiaoping et al., 2010, 2011; 董昕等, 2011; Shu Liangshu et al., 2011; Zhang Chuanlin et al., 2012; 吴海林等, 2012; He Zhenyu et al., 2013;Ge Rongfeng et al., 2014a, 2014b),本研究将其统称为“库尔勒杂岩”。库尔勒杂岩大致分为南北两部分,北部以多种变质火成岩为主,岩性包括黑云角闪斜长/二长片麻岩、片麻状花岗岩、斜长角闪岩等,其中前两种岩石中获得的锆石结晶年龄有2.74Ga、2.71Ga、2.66Ga、2.58Ga、2.47Ga、2.39~2.36Ga等(Long Xiaoping et al., 2010, 2011; 董昕等, 2011; Shu Liangshu et al., 2011; He Zhenyu et al., 2013; Ge Rongfeng et al., 2014b),斜长角闪岩中目前有2.49Ga和1.84Ga两个锆石TIMS年龄 (郭召杰等, 2003)和一个2.71Ga锆石La-ICPMS年龄(Ge Rongfeng et al., 2014b)。南部主要是以各种变质沉积岩为主,包括副片麻岩、(石榴子石)云母片岩、云母石英片岩、大理岩、斜长角闪岩、钙硅酸盐岩及少量石英岩等,大体可与兴地塔格群相对比(图2)。这些岩石普遍发生不同程度的混合岩化,形成条带状、肠状、团块状等多种混合岩,混合岩浅色体宽度从微米至米尺度均有发育,大多数与主片理面平行,但也有不少斜切片麻理或呈团块状,说明存在不同尺度的熔体抽取与迁移。总体来看,库尔勒杂岩的混合岩化程度有由南向北逐渐增强的趋势。由于受强烈混合岩化和韧性变形改造,不同岩石之间界线常是过渡的;此外,在库尔勒东南冲沟剖面,大量斜长角闪岩以大小不一的包体形式产出于大理岩中。
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1.2 辛格尔地区
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辛格尔地区的太古宙岩石主要出露在辛格尔村以南约9km的托格拉克布拉克和卡拉克苏水泉一带,所以被称为“托格拉克布拉克杂岩”(托格杂岩)。辛格尔村向南,沿着近南北向的冲沟可以观察到比较完整的岩性剖面,岩层厚度达800~1000m,近东西向展布。这套太古宙岩石由TTG灰色片麻岩和表壳岩组成,其中表壳岩在库鲁克塔格块体其他地区鲜见报道。灰色片麻岩主要岩性为灰色白云母斜长片麻岩、二云母斜长片麻岩、黑云母斜长片麻岩,多具条带状构造,原岩为英云闪长岩、奥长花岗岩和花岗闪长岩(TTG组合);表壳岩由暗灰色或深绿色的斜长角闪岩、角闪片岩、石榴黑云片岩、阳起石云母石英片岩、黑云石英片岩和灰色变粒岩组成,夹透镜状浅灰绿色、灰白色大理岩夹层。表壳岩呈不规则的团块状及透镜状,或以包体的形式分布于TTG灰色片麻岩中,单片最大出露面积不到10km2(郭召杰等,2003)。表壳岩中的暗灰色角闪岩以包体或团块形式产出,块体大小不一,小的仅有几平方米,大的可达上百平方米,沿片麻理走向分布于灰色片麻岩中。上述岩石遭受了多期变形和变质改造,形成了复杂的多期面理叠加和构造置换。
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在辛格尔地区的红卫庄、深沟和驱狼沟等许多地方可以见到呈岩枝状的花岗片麻岩侵入TTG灰色片麻岩中,其中以出露于红卫庄一带的花岗片麻岩分布最广,主要岩石类型为粗粒肉红色云母钾长花岗片麻岩和二长花岗片麻岩。在红卫庄和深沟花岗片麻岩中分别得到的锆石U-Pb年龄1943±6Ma(郭召杰等,2003)和2059±14Ma(董富荣等,1999),说明这些富钾花岗岩是古元古代的产物。在辛格尔村以南可以观察到,这些花岗片麻岩与太古宙TTG灰色片麻岩和表壳岩一起被古元古代兴地塔格群不整合覆盖。兴地塔格群底部,不整合面之上发育底砾岩,砾石主要为花岗片麻岩类,向上过渡为含磁铁矿的石英岩。再向上,中-新元古界不整合覆盖于兴地塔格群之上。
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图1 库鲁克塔格地区地质图(据Cai Zhihui et al., 2018)
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Fig.1 Geological map of the Kuluketage region (after Cai Zhihui et al., 2018)
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图2 库尔勒变质杂岩体地质简图及样品位置
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Fig.2 Simplified geological map of the Korlacomplex and sampling localities
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资料来源:1—Ge Rongfeng et al.(2014b); 2、3—Long Xiaoping et al.(2010,2011); 4—Shu Liangshu et al.(2011); 5—Ge Rongfeng et al.(2012a); 6—Zhu Wenbin et al.(2008);7—Ge Rongfeng et al.(2012b)
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Data sources:1—Ge Rongfeng et al.(2014b); 2,3—Long Xiaoping et al.(2010,2011); 4—Shu Liangshu et al.(2011); 5—Ge Rongfeng et al.(2012a);6—Zhu Wenbin et al.(2008);7—Ge Rongfeng et al.(2012b)
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1.3 兴地地区
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兴地地区的太古宙岩石主要包括英云闪长岩、奥长花岗岩、辉长岩和钾长花岗岩。区域上,英云闪长岩主要出现在南部,奥长花岗岩出现在北部,有些地方又呈交互出现。辉长岩以20~50cm大小的包体形式出现在英云闪长岩和奥长花岗岩中(Hu Aiqin et al.,2000)。钾长花岗岩体侵入在英云闪长岩-奥长花岗岩-辉长岩杂岩中,两者之间呈现明显的侵入接触关系,说明英云闪长岩-奥长花岗岩-辉长岩杂岩和钾长花岗岩代表了该地区两期不同的岩浆事件。上述太古宙岩石又被约820Ma切干布拉克镁铁质—超镁铁质—碳酸岩杂岩侵入(Zhang Chuanlin et al., 2007),与北部的古—中元古代地层则呈断层接触。岩相学研究表明,英云闪长岩具中-粗粒花岗结构和片麻岩构造,主要矿物为斜长石、黑云母、角闪石、石英、Ti-Fe氧化物,副矿物为褐帘石、钛石、磷灰石、锆石;奥长花岗岩与英云闪长岩结构构造相同,主要矿物依次为斜长石、石英、微斜长石和黑云母,副矿物有钛铁矿、Ti-Fe氧化物和锆石;辉长岩为中至细粒结构,具片麻岩构造,主要由斜长石、角闪石、黑云母、辉石、绿帘石和少量石英组成;钾长花岗岩同样具有中粗粒花岗质结构和片麻状构造,主要原生矿物为微斜长石、正长石、石英、黑云母,副矿物为锆石、钛铁矿、磷灰石(Zhang Chuanlin et al., 2012)。
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1.4 帕尔岗塔格地区
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帕尔岗塔格位于库鲁克塔格块体东部,早前寒武纪基底岩石主要由古元古代的杨吉布拉克组和南兴格尔组,以及太古宙花岗片麻岩三个岩性单元组成。古元古代杨吉布拉克组以灰色变质砂岩为主,南辛格尔组则是一套片理化大理岩、片岩和砂岩的沉积组合。太古宙灰色或浅灰色花岗片麻岩体具东西向面理,呈透镜状产出,出露面积约为12km2,北部被辛格尔断裂切过,南部与古元古界南兴格尔组不整合接触,东西两侧被石炭系不整合覆盖。花岗质片麻岩中见有少量暗色角闪岩,通常以透镜体或岩脉的形式出现,与花岗质片麻岩具有相同的面理构造。花岗质片麻岩的主要矿物组成为:斜长石(40%~45%)、碱长石(30%~35%)、石英(25%~30%)和黑云母(3%~5l%);而角闪岩主要含角闪石(65%~75%)、斜长石(15%~20%)和一些蚀变矿物,如绿泥石、绢云母,并有少量副矿物,如钛铁矿、钛铁氧化物和锆石(Cai Zhihui et al., 2018)。
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2 样品采集与测试结果
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库尔勒杂岩中的太古宙岩石主要出露在杂岩体的北部,本次研究的两个长英质正片麻岩样品分别取自库尔勒杂岩北部的G218公路中部(样品XJ1802)和铁门关水库南侧(样品XJ1807)(图2,3)。岩石由浅色体和暗色体组成,浅色体由石英、斜长石、钾长石构成,宽度从＜1mm到＞20cm不等,大多与区域性片麻理平行,但少数斜切片麻理;暗色体则是由定向排列的黑云母、角闪石、斜长石、石英构成,有时还含有钾长石和黝帘石(图3d、f);副矿物包括铁氧化物、锆石、磷灰石等。依据薄片观察,两个长英质正片麻岩样品的岩性为混合岩化黑云-角闪二长片麻岩,但原岩性质较难确定。此外,在样品XJ1802附近采集了一块石英岩样品XJ1801,石英岩在露头上呈黑色块状,与墨绿色钙硅酸岩互层产出(图3a、b)。对以上三个样品中的锆石拍摄CL图像进行内部结构分析,进而开展SHRIMP原位U-Pb定年,定年分析结果见附表1、2。
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样品XJ1802的锆石多呈短柱状,具核-幔-边结构。核部锆石有棱角,具模糊的振荡环带与其他内部结构。从阴极发光图像上看,核部锆石颜色较浅,内部散布着不规则黑色斑点,同时核部发育细小的裂纹,裂纹可延伸至边部,可能是溶蚀作用所致;部分颗粒存在重结晶幔部,幔部颜色偏黑;边部颜色较浅,呈灰色至浅灰色(图4)。12个岩浆锆石的U含量和Th/U比值分别为100×10-6~220×10-6和0.57~0.83。12个岩浆锆石均靠近谐和线(1.1MA、2.1MA、5.1MA、6.1MA,、8.1MA、10.1MA、11.1MA、14.1MA、15.1MA、16.1MA、17.1MA、18.1MA),它们的207Pb/206Pb加权平均年龄为2695±9Ma(MSWD=1.8)(图5),代表了岩石形成年龄。由于样品点9.1ME(RIM)、12.1ME(RIM)和18.2ME(RIM)的不谐和度超过10%,不参与年龄计算和讨论。8个变质锆石的U含量和Th/U比值分别为210×10-6~503×10-6和0.0055~0.0153。其中4个年龄相近的锆石(2.2ME(RIM)、4.1ME(RIM)、6.2ME(RIM)、11.2ME(RIM))的207Pb/206Pb加权平均年龄为1864±11Ma(MSWD=0.8)(图5),说明岩石形成以后,在古元古代经历过较高级的变质作用。
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样品XJ1807的锆石呈椭圆状、短柱状,具核-边结构。该样品锆石颗粒粒径普遍较大。多数锆石核部较自形,少数棱角不明显。锆石核部振荡环带明显,核-边界线常不规则,边部颜色偏暗,部分锆石有不止一个核-边结构(17.1)(图4)。由于样品点14.1MA、2.1ME(RIM)、6.2ME(RIM)、18.1ME(RIM)、19.1ME(RIM)、22.1ME(RIM)和24.2ME(RIM)的不谐和度超过10%,不参与年龄计算和讨论。13个岩浆锆石的U含量和Th/U比值分别为103×10-6~213×10-6和0.6~0.9。其中12个年龄在2700Ma周围的锆石(3.1MA、5.1MA、6.1MA、7.1MA、8.1MA、9.1MA、12.1MA、13.1MA、15.1MA,、21.1MA、23.1MA、24.1MA)的207Pb/206Pb加权平均年龄为2705±8Ma(MSWD=1.6)(图5)。9个变质锆石的U含量和Th/U比值分别为98×10-6~1178×10-6和0.05~0.79。其中7个变质锆石(1.1ME(RE)、2.1ME(RIM)、4.1ME(RIM)、10.1ME(RIM)、16.1ME(RIM),17.1ME(RIM)、26.1ME(RIM))与13个岩浆锆石各构成一条不一致线,不一致线上、下交点年龄分别为2713±34Ma和1728±45Ma(MSWD=1.9)(图5)。上交点年龄与12个岩浆锆石得到的加权平均年龄在误差范围内一致,代表了岩石的结晶年龄,而下交点年龄则代表了岩石后期经历的变质事件。
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图3 库尔勒杂岩中的新太古代岩石露头及薄片照片
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Fig.3 Outcrop and microscopic photographs of Neoarchean rocks in the Korla complex
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(a)—钙硅酸岩和石英岩互层;(b)—样品XJ1801石英岩;(c)、(d)—样品XJ802,长英质正片麻岩;(e)、(f)—样品XJ807,长英质正片麻岩;Bt —黑云母; Ep—绿帘石; Kfs—钾长石; Mag —磁铁矿; Pl —斜长石; Qz—石英; Hbl—角闪石
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(a)—Calc-silicate and quartzite interbedded; (b)— sample XJ1801, quartzite; (c), (d)—sample XJ802, felsic orthogneiss; (e), (f)—sample XJ807,felsic orthogneiss; Bt—biotite; Ep—epidote; Kfs—K-feldspar; Mag—magnetite; Pl—plagioclase; Qz—quartz; Hbl—hornblende
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石英岩样品XJ1801中的锆石多呈椭圆状、短柱状,具核-边结构。锆石核部磨圆度较好,幔部、边部形态各异。锆石多裂纹,部分颗粒破碎、形态不完整。从阴极发光图像上看,大多锆石颜色偏浅,也有部分颗粒核部颜色较深,部分核部具振荡环带;幔部颜色普遍偏黑,边部色浅,发育较宽大且不对称,组成均匀。另外,有的锆石核部发生重结晶(12.1),显示出与增生边相似的灰白色(图6)。由于样品点7.1X、11.1X、24.1X、27.1X和17.1ME(RIM)的不谐和度超过10%,不参与年龄计算和讨论。24个碎屑锆石的U含量和Th/U比值分别为58×10-6~599×10-6和0.25~1.49。碎屑锆石的年龄从2513Ma到3154Ma不等,其中有三个主要的年龄峰: 2726~2659Ma,2817Ma和2929Ma(图7),说明该地区存在大量太古宙的物源。7个变质锆石的U含量和Th/U比值分别为36×10-6~1145×10-6和0.0045~1.14。其中有4个207Pb/206Pb在2000~1800Ma的锆石(4.1ME(RIM),6.1ME(RIM),10.1ME(RIM),16.1ME(RIM)),这4个锆石的加权平均年龄为1843±65Ma(MSWD=8.4)(图7)。年龄谱中的碎屑锆石核形成的最小年龄峰2513Ma限定了石英岩的最大沉积年龄,而变质边得到的年龄峰1800Ma和1875Ma则代表了岩石后期经历的多期变质事件。
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图4 库尔勒杂岩新太古代正片麻岩典型锆石CL图
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Fig.4 Typical zircon CL images for the Neoarchean orthogneiss in the Korla complex
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图5 库尔勒杂岩新太古代正片麻岩U-Pb年龄谐和图
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Fig.5 Concordia diagrams the Neoarchean orthogneiss in the Korla complex
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红色椭圆为未参与年龄计算的分析点,绿色和黄色椭圆分别代表岩浆锆石和变质锆石分析点
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Analyses with red ellipses were not used for calculation, with green and yellow ellipses representing magmatic and metamorphic zircon domains, respectively
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图6 库尔勒杂岩中样品XJ1801中典型锆石CL图
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Fig.6 Typical zircon CL images in sample XJ1801in the Korla complex
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注:a—TTG(英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩); b—均为锆石U-Pb年龄,误差为2σ;方括号[]内的为继承锆石年龄。
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3 太古宙岩石的形成时代
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库鲁克塔格地块太古宙岩石年代学研究近年来有了较大进步,新获得了一批可靠的年代学数据,对确定该地区太古宙岩石的岩石类型、形成时代和分布范围均起到较大的推动作用。表1汇总了库鲁克塔格地块太古宙岩浆岩的年代学资料,考虑到测试误差,一些古元古代初期的年龄资料也统计在其中。
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库鲁克塔格中部辛格尔地区的托格拉克布拉克杂岩是塔里木克拉通最早确认的太古宙岩石,主要由TTG片麻岩和花岗片麻岩(狭义)以及少量以包体产出的斜长角闪岩等表壳岩。陆松年 (1992)首次报道了一个TTG片麻岩的TIMS锆石U-Pb年龄为2582±11Ma,并发现一粒~2.8Ga的捕获锆石。Hu and Rogers (1992) 对辛格尔地区太古宙表壳岩中的角闪岩包体开展Sm-Nd等时线研究,10个角闪岩样品构成一条相关性很好的等时线,等时线年龄为3263±129Ma,这一年龄一直被解释为库鲁克塔格地区最古老的地壳组分。遗憾地是,对该地区表壳岩近年来未进一步开展更高精度的年代学工作。胡霭琴和韦刚健(2006) 及Long Xiaoping et al.(2010) 分别用SIMS和LA-ICP-MS方法对托格杂岩中的TTG片麻岩进行了锆石原位U-Pb定年,获得2565±18Ma和2516±6Ma的结晶年龄。这些不同方法得到了较为一致的年龄结果,相互印证了年龄的可靠性,也确认了辛格尔地区太古宙岩石的存在。
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兴地太古宙岩石出露在兴地断裂以南,新元古代切干布拉克镁铁质-超镁铁质-碳酸岩杂岩以北。Zhang Chuanlin et al.(2012)对英云闪长岩、奥长花岗岩和钾长花岗岩开展了锆石U-Pb年代学研究,分别获得了2601±21Ma、2640±41Ma和2534±19Ma岩石结晶年龄。这些年代学资料进一步表明,英云闪长岩和奥长花岗岩是同时侵位的,而钾长花岗岩的侵位时代较晚,这与野外观察到地质现象一致。此外,在英云闪长岩和奥长花岗岩样品中还分别得到了古元古代的变质年龄1855±14Ma和1819±35Ma,与库尔勒地区获得的结果相一致。除太古宙TTG片麻岩外,前人还在兴地断裂南侧发现了新太古代变质辉长岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb加权平均年龄为2502±31Ma(邓兴梁等,2008)。此外,该地区一些古元古代早期的年龄数据也值得关注,分别是TTG片麻岩年龄2460±3Ma(Long Xiaoping et al., 2010)和变质闪长岩年龄2470±24Ma(Shu Liangshu et al., 2011)。兴地地区太古宙岩石同位素研究发现,英云闪长岩和奥长花岗岩Nd同位素组成相似,它们的εNd值(t=2.6Ga)变化范围分别是0.4~2.6和1.3~3.1,两者的Nd模式年龄也相近,介于3.1~2.7Ga之间。钾长花岗岩的 εNd值为0.7~4.7 (t=2.53Ga),Nd模式年龄为2.8~2.5Ga,与英云闪长岩和奥长花岗岩的Nd模式年龄相似(Zhang Chuanlin et al.,2012)。
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图7 库尔勒杂岩中样品XJ1801的锆石年龄谐和图(a)和年龄分布谱(b)
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Fig.7 Concordia diagram (a) and age histogram (b) of zircons for sample XJ1801in the Korla complex
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红色和绿色椭圆分别代表碎屑锆石和变质锆石分析点
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Analyses with red and green ellipses representing detrital and metamorphic zircon domains, respectively
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帕尔岗塔格位于库鲁克塔格块体东部,其太古宙岩石的确定是近年来库鲁克塔格块体太古宙研究的新进展。Cai Zhihui et al.(2018)对该地区角闪岩和花岗片麻岩开展锆石U-Pb测年,得到的侵入年龄分别为2524±20Ma和2501±17Ma。角闪岩样品具有中等正εNd值 (t=2524Ma),介于3.43~5.52之间, Nd模式年龄(tDMC)范围为2613~2469Ma;同样,花岗质片麻岩样品εNd 值(t=2501Ma) 亦为正值,在3.21~4.42之间,获得的Nd模式年龄从2515Ma到2612Ma。新太古代斜长角闪岩中锆石εHf(t=2524Ma)值变化较大,介于1.36~6.53之间,相应的Hf的地壳模式年龄(tDMC) 为2936~2619Ma;花岗片麻岩中新太古代锆石的εHf(t=2501Ma)值从1.64到6.31,产生的Hf的地壳模式年龄(tDMC) 为2936~2619Ma。
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本研究获得的库尔勒杂岩中的正片麻岩的年龄分别为2695±9Ma和2705±8Ma,与Ge Rongfeng et al.(2014b)在该地区正片麻岩和斜长角闪岩中得到的岩石结晶年龄(2.74~2.71Ga)大致相同,比Long Xiaoping et al.(2011)报道的2.66Ga的正片麻岩老80~40Ma,这也是库鲁克塔格地区具有可靠岩浆结晶年龄的最古老岩石。石英岩样品(XJ1801)中碎屑锆石核最小的年龄峰为2513Ma,推测该样品有可能是太古宙的沉积岩。如果这一结果得到确认,将是塔里木克拉通得到的第一例有确切的太古宙年龄的沉积表壳岩。需要说明的是,虽然2.5Ga石英岩与2.7Ga正片麻岩(样品XJ1801和XJ1802)野外紧密伴生,但其接触关系并不清楚。不同时代,不同性质或相同性质的岩石混合在一起,片麻理产状完全一致,接触关系难以区分,这种现象在早前寒武纪变质杂岩体中非常常见(Ge Rongfeng et al.,2018)。值得注意的是,样品XJ1801和XJ1802的锆石的增生边获得了一致的变质年龄1.86Ga和1.80Ga,说明古元古代构造热事件对新太古代岩石的影响。前人研究发现,库尔勒杂岩中的新太古代岩石至少受到两期变质作用的影响,一期为古元古代晚期(约2.0~1.8Ga),另一期为新元古代中期(约0.8~0.6Ga)(Long Xiaoping et al., 2010; 董昕等, 2011; Ge Rongfeng et al., 2013a, 2013b, 2014a, 2014b)。这些后期构造热事件的叠加影响,正是造成2.5Ga石英岩与2.7Ga正片麻岩接触关系并不清楚的主要原因。
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库鲁克塔格地块新太古代(2.74~2.70Ga)岩石与敦煌地区报道的2.72~2.71Ga的TTG片麻岩年龄相当(Zong Keqin et al., 2013),说明~2.7Ga可能是塔里木北缘新太古代岩浆作用的重要时期。辛后田等 (2013)在阿尔金地块北缘的阿克塔什塔格中的黑云斜长片麻岩和英云闪长片麻岩中也发现了大量2.8~2.7Ga的岩浆锆石(SHRIMP U-Pb年龄),原作者将其解释为继承锆石,而稍微年轻的2.59~2.57Ga锆石年龄作为岩浆结晶年龄。但一般认为,TTG是水化的基性岩部分熔融的产物,而基性岩本身是很少含原生岩浆锆石的,因此TTG不太可能包含如此多的继承锆石(＞50%的分析点);另一个解释是2.8~2.7Ga的年龄代表TTG的岩浆结晶年龄,而2.59~2.57Ga的年龄代表后期的重结晶或部分熔融事件时代(Long Xiaoping et al., 2014)。无论采取哪种解释,这些数据说明~2.70Ga的岩浆作用在阿尔金地块同样发育。此外,黎敦朋等(2007)在西昆仑地区报道了一个稍微年轻(2.68Ga)变质辉长岩包体。总之,上述数据表明~2.70Ga的岩浆作用在塔里木克拉通四个早前寒武纪地块均有发育,可能广泛分布于整个塔里木,与华北(Wan Yusheng et al., 2011, 2014) 和世界其他太古宙克拉通类似。值得注意的是,约2.6~2.5Ga的岩浆岩在库鲁克塔格(表1)、敦煌及阿尔金等地也广泛发育,该期岩石类型包括TTG(埃达克质)和花岗质片麻岩、斜长角闪岩、变质闪长岩、变质辉长岩等。Ge Rongfeng et al.(2014b)对塔里木克拉通的太古宙岩石结晶年龄的总结发现,存在~2.55Ga和~2.71Ga两个年龄峰值,说明塔里木克拉通可能经历了~2.55Ga和~2.71Ga两期重要的新太古代岩浆作用。
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4 太古宙岩石的地球化学特征
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对库鲁克塔格地块不同地区的太古宙长英质岩石和基性岩石开展了地球化学研究,结果表明,不同地区相同类型的岩石既有相同之处,又存在区别。
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4.1 长英质岩石
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辛格尔地区太古宙长英质岩石以TTG片麻岩为主,它们构成了“托格杂岩”的主体。托格杂岩中的片麻岩的岩石化学成分总体Na2O＞K2O, 为钠质片麻岩系列,SiO2、Na2O、K2O和CaO含量与国内外太古宙灰色片麻岩系类似具TTG岩系组合特征(图8)。在An-Ab-Or分类图解中, 托格杂岩中的片麻岩主要落入花岗闪长岩区域内。Long Xiaoping et al.(2010)对托格杂岩中的TTG片麻岩开展了详细的地球化学分析,研究发现这些片麻岩的SiO2含量高,ASI (A/CNK=Al2O3/(CaO +Na2O+K2O)指数低 (＜1.1),显示样品具有弱铝质或过铝质特征。其较低的Mg# (35~44)和负的εHf(t) 值(-5~1),以及古老继承性锆石的存在,表明原岩为地壳成因。进一步的研究表明,样品具有低Al2O3/(MgO+TFeO)(＜2.0)和高CaO/(MgO+TFeO)(大多为＞0.5)摩尔比,说明原岩可能为玄武岩或变质英云闪长岩。此外,这些片麻岩的Sr/Y值较低,Sr含量亏损,Nb、Ta、Ti异常为负,稀土元素分异强烈,表现出典型的弧岩浆岩的地球化学特征(图8,图9e、f)。
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兴地地区的太古宙长英质岩石有两类,一类为TTG片麻岩,另一类为侵入其中的钾长花岗岩。在地球化学图解中前者偏中性,后者偏酸性(图8a、b)。Long Xiaoping et al.(2010)研究发现,兴地地区TTG片麻岩具有低SiO2含量、高Sr/Y比值和高Mg#值(46~67)的特征,变化的稀土配分模式,少量的Sr富集和正Eu异常,类似产生于俯冲构造背景的埃达克质岩石。无论是TTG片麻岩还是钾长花岗岩,在Sr/Y-Y图解中,都落入埃达克质岩石的范围内(图8d)。在An-Ab-Or图解中,灰色片麻岩具有不同的地球化学组成,分别落入英云闪长岩和奥长花岗岩区域,但都具有明显的太古宙TTG特征;钾质花岗岩的地球化学组成与英云闪长岩和奥长花岗岩有很大差异,落入在花岗岩区域(图8c)。在稀土和微量元素蛛网图上,钾质花岗岩表现为LREE和LILE极端富集,HREE和HFSE明显亏损;无论是TTG片麻岩还是钾长花岗岩,都具有明显的Nb、 Ta亏损,暗示这两类岩石可能都来自与俯冲有关的岛弧背景(图9c、d)。
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帕尔岗塔格花岗质片麻岩的地球化学特征具有高SiO2,低Mg#、Cr、Ni的特点,在An-Ab-Or图解中,样品全部落入奥长花岗岩区域内(图8c)。这些奥长花岗岩有着显著的稀土分馏模式,以及高Sr、(La/Yb)N和Sr/Y比值(图9g、h),其特点与新生代埃达克岩的地球化学特征相一致,样品在Sr/Y-Y图解中也全部落入埃达克岩石区域中(图8d),说明其是在岛弧构造背景下基性岩部分熔融形成的。花岗质片麻岩正的εNd(t)值(3.21~4.42)和锆石正εHf(t)值(1.64~6.31),表明其来源于早期地壳物质的部分熔融(Cai Zhihui et al, 2018)。
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图8 库鲁克塔格新太古代岩石地球化学分类图
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Fig.8 Geochemical classification of Neoarchean rocks from the Kuluketage block
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(a)—Al-(TFe+Ti)-Mg三角图 (据Jensen, 1976);(b)—Zr/TiO2-Nb/Yb图(据Winchester and Floyd,1977); (c)—An (钙长石)-Ab(钠长石)-Or(正长石) 图 (据Barker, 1979);(d)—Sr/Y-Y图 (据Defant and Drummond, 1990; Drummond and Defant, 1990);(e)—Hf/3-Th-Ta图 (据Wood, 1980); (f)—对数转换不活动元素图 (据Agrawal et al., 2008);数据来源:库尔勒样品据Ge Rongfeng et al, 2014;兴地样品据Zhang Chuanlin et al., 2012, Long Xiaoping et al., 2010;辛格尔样品据Long Xiaoping et al., 2010;帕尔岗塔格样品据Cai Zhihui et al., 2018
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(a)—Al-(TFe+Ti)-Mg ternary diagram (modified after Jensen, 1976); (b)—Zr/TiO2 versus Nb/Yb diagram (modified after Winchesterand Floyd, 1977); (c)—normative An (anorthite)-Ab(albite)-Or(orthoclase) diagram (after Barker, 1979); (d)—Sr/Y-Y diagram (modified after Defant and Drummond, 1990; Drummond and Defant, 1990); (e)—Hf-Th-Ta diagram (modified after Wood, 1980); (f)—log-transformed immobile trace-element diagram (modified after Agrawal et al., 2008);data sources: Korle samples after Ge Rongfeng et al., 2014;Xingdi samples after Zhang Chuanlin et al., 2012, Long Xiaoping et al., 2010;Xinger samples after Long Xiaoping et al., 2010;Pargangtage samples after Cai Zhihui et al., 2018
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图9 库鲁克塔格地块中新太古代花岗质岩石REE配分图和微量元素蛛网图 (球粒陨石标准化值和正常洋脊数据据Sun and McDonough,1989)
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Fig.9 REE and trace element patterns of Neoarchean granitic rocks from the Kuluketage block (chondrite-normalized values and data for E-MORB after Sun and McDonough,1989)
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数据来源:＜3.0Ga TTG据Martin et al.2005; 库尔勒样品据Ge Rongfeng et al, 2014b;兴地样品据Zhang Chuanlin et al., 2012, Long Xiaoping et al., 2010;辛格尔样品据Long Xiaoping et al., 2010;帕尔岗塔格样品据Cai Zhihui et al., 2018
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Data sources: ＜3.0Ga TTG after Martin et al.2005; Korle samples after Ge Rongfeng et al, 2014b;Xingdi samples after Zhang Chuanlin et al., 2012, Long Xiaoping et al., 2010;Xinger samples after Long Xiaoping et al., 2010;Pargangtage samples after Cai Zhihui et al., 2018
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本文对库尔勒地区的新太古代长英质片麻岩开展了地球化学分析,结合Ge Rongfeng et al (2014b)已发表数据综合研究发现,这些样品具有变化的SiO2 (57.9%~71.9%)和Al2O3(12.4%~18.8%)含量,在Al-(TFe+Ti)-Mg和Zr/TiO2-Nb/Y地球化学分类图上都落在流纹岩和英安岩区域(图8a、b)。在稀土配分模式图上,这些样品具有变化较大的REE含量(148×10-6~518×10-6),中等分异程度的REE配分模式(LaN/YbN=6.0~12.9;GdN/YbN=1.3~2.1)和变化的Eu异常(Eu*=0.63~1.40;图9a)。在地球化学蛛网图上,这些样品具有显著的Nb-Ta负异常(Nb*=0.13~0.24)和Ti负异常,除个别样品具有弱的Zr-Hf正异常外,大部分样品都具有弱的Zr-Hf负异常(Zr*=0.7~0.93)(图9b)。相对于新太古代TTG (Yb＜1.8×10-6, Y＜18×10-6, Sr＞400×10-6, Sr/Y＞20)(Drummond and Defant, 1990; Martin et al., 2005; Moyen and Martin, 2012),这些正片麻岩具有较高的Yb(1.8×10-6~8.4×10-6)和Y(19×10-6~69×10-6)含量,以及较低的Sr(193×10-6~389×10-6)含量和Sr/Y比值(2.8~12.4)。在An-Ab-Or图解中,库尔勒地区长英质片麻岩样品主要落入花岗闪长岩、花岗岩和石英二长岩区域内,结合上述微量元素特征,说明这些样品不属于典型的TTG片麻岩(图8c)。
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综上所述,库鲁克塔格地块新太古代长英质片麻岩的原岩有多种岩石类型,并非全部是TTG岩石。从岩石成因看,辛格尔和库尔勒的长英质岩石都是典型的岛弧岩石,而帕尔岗塔格的TTG片麻岩和兴地的TTG片麻岩及钾长花岗岩都属于埃达克岩。结合稀土和微量元素特征,这些新太古代长英质岩石的形成背景都是与俯冲作用有关的岛弧构造背景。
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4.2 基性岩石
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库鲁克塔格地块新太古代基性岩石现有的地球化学分析资料较少,主要来自于库尔勒、兴地和帕尔岗塔格(Zhang Chuanlin et al., 2012; Ge Rongfeng et al., 2014b; Cai Zhihui et al., 2018)。
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兴地辉长岩样品Zr/(P2O5×10000)比值较低,介于0.07~0.10之间,TiO2含量也较低,表明其具有拉斑玄武岩性质(Winchester and Floyd, 1977),在Al-(TFe+Ti)-Mg三角图解中,样品落入高镁拉斑玄武岩区域(图8a)。样品同时具有较低的Nb/Y比值 (0.2~0.3),因此在Zr/TiO2-Nb/Yb图解中落入玄武岩与亚碱性玄武岩边界范围内(图8b)。辉长岩的稀土总量从52×10-6变化到107×10-6,轻稀土相对富集(LaN/YbN=5~7),Eu异常不明显,具有相似的稀土配分模式。元素蜘蛛图显示了大离子亲石元素(LILE)较为富集,Nb相对于La亏损 (Nb/La≈ 0.42),Zr、Hf和Ti相对于相邻元素呈负异常(图10c、d)。
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帕尔岗塔格斜长角闪岩样品的SiO2含量为50.1%~50.7%, MgO含量为4.87%~5.15%, TiO2含量为1.68%~2.01%, Al2O3含量为12.6%~12.9%。 Mg指数(Mg#)范围为36~38。在Al-(TFe+Ti)-Mg三角图上,角闪岩样品主要分布在高铁拉斑玄武岩区域中;在Zr/TiO2-Nb/Yb图中,则分布在亚碱性玄武岩区域中(图8a、b)。角闪岩在稀土配分图中显示出LREE富集模式,没有明显的Eu异常(Eu/Eu*=0.82~0.87)。在微量元素蛛网图上,样品具有强Nb、Ta负异常和弱Zr、Ti、Y负异常的特征(图10e、f)。
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库尔勒地区的新太古代斜长角闪岩在地球化学上可被分为两组。第一组以高TFe2O3 (18.7%~24.1%)、高TiO2 (1.5%~2.5%) 及低SiO2 (40.2%~43.6%)为特征,与第二组的低TFe2O3 (8.4%~14.2%)、低TiO2(0.6%~1.3%)及高SiO2 (45.8%~52.9%),与第一组形成显著对比。第一组斜长角闪岩类分布在高铁拉斑玄武岩或亚碱性玄武岩区域内,而第二组落在高镁拉斑玄武岩或玄武安山岩中(图8a、b)。两组斜长角闪岩具有不同的微量元素特征。第一组斜长角闪岩大多具有相对较高的REE含量(102×10-6~169×10-6),平坦或弱分异的REE的配分模式(LaN/YbN=1.4~4.7;GdN/YbN=1.2~1.7)以及弱的Eu异常(Eu*=0.75~0.87)(图10a)。大多数样品具有Zr-Hf负异常(Zr*=0.45~0.64)和Ti负异常,但其Nb-Ta异常变化较大,部分样品无Nb-Ta异常或弱Nb-Ta正异常(Nb*=1.06~1.78)(Zr*=2×Zr/(Nd+Sm),Nb*=2×Nb/(Th+La)。第二组斜长角闪岩具有较低的REE含量(46×10-6~122×10-6),分异明显的REE配分模式(LaN/YbN=3.3~9.1;GdN/YbN=1.2~2.0),无明显Eu异常(Eu*=0.93~1.13;图10a),这些样品同时具有显著的Nb-Ta负异常(Nb*=0.13~0.28)及Zr-Hf (Zr*=0.53~0.93)和Ti负异常(图10b)。
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图10 库鲁克塔格地块中新太古代基性质岩石REE配分图和微量元素蛛网图 (球粒陨石标准化值和正常洋脊数据据Sun and McDonough, 1989)
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Fig.10 REE and trace element patterns of Neoarchean basic rocks from the Kuluketage block (chondrite-normalized values and data for E-MORB after Sun and McDonough, 1989)
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数据来源:库尔勒样品据Ge Rongfeng et al, 2014b;兴地样品据Zhang Chuanlin et al., 2012;帕尔岗塔格样品据Cai Zhihui et al., 2018
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Data sources: Korle samples after Ge Rongfeng et al, 2014b;Xingdi samples after Zhang Chuanlin et al., 2012; Pargangtage samples after Cai Zhihui et al., 2018
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上述三个区域新太古代基性岩石的岩石成因和形成的构造背景明显不同。帕尔岗塔格斜长角闪岩和库尔勒地区第二组斜长角闪岩具有相似的地球化学特征,这些样品系统性的Nb-Ta、Zr-Hf和Ti亏损及LREE和Th的轻微富集,这一般被解释为俯冲洋壳板片脱水、地幔交代过程中高场强元素(HFSE)因在流体中活动性较低被保留,而LREE和Th活动性强被富集的结果 (如Saunders et al., 1991; Mcculloch and Gamble, 1991; Hawkesworth et al., 1993; Pearce and Peate, 1995; Pearce, 2008)。在构造环境判别图解中,帕尔岗塔格斜长角闪岩和库尔勒地区第二组斜长角闪岩均落在岛弧相关的区域(图8e、f),因此,这些斜长角闪岩的母岩可能来源于俯冲流体加入导致氧化且亏损的岛弧地幔楔的部分熔融。兴地地区的辉长岩和库尔勒地区第一组斜长角闪岩的岩石成因较为复杂,从构造环境判别图上看,它们主要形成于大洋板内,以洋脊玄武岩为主(图8e、f)。
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图11 塔里木克拉通太古宙—古元古代(变质) 岩浆岩锆石Hf同位素数据与地壳演化
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Fig.11 Zircon Hf isotope data and crustal evolution for Archean-Paleoproterozoic (meta-) igneous rocks from the Tarim Craton
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数据来源:1—本文; 2—Ye Xiantao et al.(2016); 3—Zhang Chuanlin et al.(2014); 4—Long Xiaoping et al.(2014); 5—Ge Rongfeng et al.(2018); 6—Ge Rongfeng et al.(2020); 7—Zhang Jianxin et al.(2013); 8—Zong Keqin et al.(2013); 9—He Zhenyu et al.(2013); 10—赵燕等 (2013); 11—赵燕等 (2015); 12—Zhao Yan et al.(2015b); 13—Yu Shengyao et al.(2014); 14—Gan Baoping et al.(2020); 15—Long Xiaoping et al.(2010); 16—Long Xiaoping et al.(2011); 17—Lei Ruxiong et al.(2012); 18—Ge Rongfeng et al.(2013b); 19—Ge Rongfeng et al.(2014b); 20—Ge Rongfeng et al.(2015); 21—Cai Zhihui et al.(2018); 22—Yang Haijun et al.(2018); 23—Cai Zhihui et al.(2020)
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Data sources: 1—this study; 2—Ye Xiantao et al.(2016); 3—Zhang Chuanlin et al.(2014); 4—Long Xiaoping et al.(2014); 5—Ge Rongfeng et al.(2018); 6—Ge Rongfeng et al.(2020); 7—Zhang Jianxin et al.(2013); 8—Zong Keqin et al.(2013); 9—He Zhenyu et al.(2013); 10—Zhao Yan et al.(2013); 11—Zhao Yan et al.(2015a); 12—Zhao Yan et al.(2015b); 13—Yu Shengyao et al.(2014); 14—Gan Baoping et al.(2020); 15—Long Xiaoping et al.(2010); 16—Long Xiaoping et al.(2011); 17—Lei Ruxiong et al.(2012); 18—Ge Rongfeng et al.(2013b); 19—Ge Rongfeng et al.(2014b); 20—Ge Rongfeng et al.(2015); 21—Cai Zhihui et al.(2018); 22—Yang Haijun et al.(2018); 23—Cai Zhihui et al.(2020)
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5 塔里木克拉通太古宙地壳演化
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库鲁克塔格地区太古宙岩石的锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素资料,对阐明塔里木北部太古宙地壳生长和演化具有重要意义。资料表明,库鲁克塔格地块在约2.7Ga和2.5Ga经历了两期重要的新太古代岩浆活动 (表1)。2.7Ga岩浆事件主要发生在库鲁克塔格西部地区,正片麻岩和角闪岩中都有记录,其锆石的εHf(t)值既有正值也有负值(Ge Rongfeng et al.,2014b)。库鲁克塔格地区~2.5Ga的岩浆活动分布范围更为广泛,全岩εNd(t)和锆石εHf(t)值以正值为主(Long Xiaoping et al., 2010; Zhang Chuanlin et al., 2012,Cai Zhihui et al.,2018)。2.7Ga锆石的εHf(t)值既有正值也有负值,表明这一时期地壳生长和改造同时并存。~2.5Ga岩石和锆石的同位素特征,暗示这一时期可能是地壳的主要生长期。地球化学研究发现,库鲁克塔格地区新太古代岩浆活动大都发生在岛弧构造背景,说明地壳生长和改造过程是通过添加具有弧亲缘性的新生基性岩浆或TTG岩浆来完成的(Condie and Kroner, 2013)。
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为了进一步探讨塔里木克拉通的太古宙地壳生长和演化,笔者总结了已发表的塔里木克拉通太古宙—古元古代岩浆岩和变质岩的锆石U-Pb年龄和Hf同位素数据,并进行了数据过滤和清洗,以期获得最可靠的岩浆源区Hf同位素组成。具体的数据处理方法见Ge Rongfeng et al.(2020)。图11展示了未经过滤的原始数据(统一计算后)(图11a),单个样品的平均值(图11b),以及最可靠样品(样品尺度锆石Hf同位素组成在所有误差范围内均一)的加权平均εHf(t)值(图11c),对塔里木克拉通太古宙—古元古代地壳形成演化讨论如下。
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塔里木克拉通可能普遍存在太古宙—古元古代基底。目前已在库鲁克塔格、敦煌、北阿尔金以及铁克里克地区发现大量太古宙—古元古代岩浆事件的岩石记录,钻井岩芯资料显示,在塔里木盆地数千米厚的沉积盖层之下同样存在太古宙—古元古代岩石(Cai Zhihui et al., 2020)。尽管受后期沉积覆盖和多期造山作用叠加改造,这些太古宙—古元古代岩石的出露规模不像典型的太古宙克拉通那么广泛,但其分布范围遍布塔里木克拉通的所有早前寒武纪露头区,说明其原始规模要比现今出露范围大得多。
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各个早前寒武纪露头区记录的太古宙岩浆作用时间和Hf同位素组成既有相似性,也有不同之处,是否表明这些地区的大陆地壳具有共同的起源和演化历史,尚难以定论。比如,库鲁克塔格、敦煌和北阿尔金地区普遍发育~2.7Ga和~2.5Ga两期新太古代岩浆作用,而铁克里克地区以中太古代(3.2~2.8Ga)和古元古代早期(~2.35Ga)岩浆记录为主,目前尚未发现确凿的新太古代岩浆事件的岩石记录。然而,需要指出的是,这些地区研究程度仍非常低,特别是铁克里克地区,太古宙地质研究才刚起步。敦煌和北阿尔金地区中太古代岩石的存在已有可靠的年代学证据,更重要的是,敦煌、北阿尔金和库鲁克塔格地区不少新太古代岩石的锆石εHf(t)值落在铁克里克地区中太古代—古元古代岩的地壳演化线上(图11),因此不能排除这些陆块具有共同的演化历史。
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塔里木克拉通最老的大陆地壳形成于始太古代。阿克塔什塔格地区约3.7~3.6Ga岩石的发现为始太古代大陆地壳的存在提供了可靠证据(Ge Rongfeng et al., 2018, 2020)。此外,敦煌地区~3.05Ga片麻岩的锆石Hf同位素数(据赵燕等, 2015),以及库鲁克塔格地区3.5~2.0Ga碎屑岩浆锆石的Hf同位素数据(Ge Rongfeng et al., 2014a),都表明始太古代大陆地壳可能具有相当规模。阿克塔什塔格地区约3.7~3.6Ga岩石的锆石Hf同位素表明,其源区可能是来自球粒陨石质地幔的新生地壳,并在较短时间(300~200Ma)内熔融,因此,目前没有证据表明塔里木克拉通存在更古老(冥古宙)的大陆地壳。
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塔里木克拉通可能经历了多期太古宙幕式地壳生长事件。除了始太古代(3.9~3.7Ga)古老陆核形成之外,目前可识别出中太古代(3.2~3.0Ga)和新太古代(2.8~2.5Ga)两期重要的地壳生长事件(图11)。这两期地壳生长事件均有同期亏损地幔物质的重要贡献,但这些新生地壳物质在后期岩浆事件中被不同程度再造或重熔。比如,中太古代新生地壳的再造对新太古代和古元古代早期岩浆作用具有重要的物质贡献,而新太古代新生地壳对古元古代晚期岩浆作用同样具有重要贡献。可能正是这种多期次的新生地壳添加与古老地壳的再造共同作用,导致大陆地壳体积的增长和成分的分异,形成了相对成熟、稳定的克拉通地壳。
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6 结论
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(1)塔里木克拉通90%以上区域被沙漠或新生代沉积岩覆盖,太古宙岩石主要出露在库鲁克塔格、北阿尔金、铁克里克和敦煌等四个边缘基底隆起带。库鲁克塔格地块位于塔里木克拉通东北缘,其中有可靠年代学报道的太古宙岩石主要出露在库尔勒、辛格尔、兴地和帕尔岗塔格四个地区。库鲁克塔格地块中太古宙岩石主要由长英质正片麻岩(含TTG片麻岩)以及少量以包体产出的斜长角闪岩组成,真正意义上的太古宙表壳岩较少见。
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(2)本次研究在库尔勒地区获得的正片麻岩SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为2695±9Ma和2705±8Ma;石英岩样品中碎屑锆石核最小的年龄峰为2513Ma,说明该样品有可能是太古宙的沉积岩,这也是塔里木克拉通得到的第一例有确切的太古宙年龄的沉积表壳岩。上述太古宙岩石都经历了古元古代早期1.9~1.8Ga的高级变质作用。
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(3)地球化学分析发现,库鲁克塔格地块新太古代长英质片麻岩的原岩有多种岩石类型,这些长英质岩石的形成背景都是与俯冲作用有关的岛弧构造背景;基性的斜长角闪岩和变质辉长岩则可能产出于不同的背景,一部分基性岩的母岩可能来源于岛弧地幔楔的部分熔融,另一部分则可能来自于大洋板内,以洋脊玄武岩为主。
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(4)库鲁克塔格地块太古宙岩石具有2.7Ga和2.5Ga两个年龄峰值。2.7Ga岩浆事件主要发生在库鲁克塔格西部地区,正片麻岩和斜长角闪岩中都有记录,其锆石的εHf(t)值既有正值也有负值,表明这一时期地壳生长和改造同时并存;~2.5Ga的岩浆活动分布范围更为广泛,全岩εNd(t)和锆石εHf(t)值以正值为主,暗示这一时期可能是地壳的主要生长期。
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(5)塔里木克拉通可能经历了多期太古宙幕式地壳生长事件。除了始太古代(3.9~3.7Ga)古老陆核形成之外,目前可识别出中太古代(3.2~3.0Ga)和新太古代(2.8~2.5Ga)两期重要的地壳生长事件。这两期地壳生长事件均有同期亏损地幔物质的重要贡献,但这些新生地壳物质在后期岩浆事件中被不同程度再造或重熔。
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本文附件(附表1、2)详见http://www.geojournals.cn/dzxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=202200996&flag=1
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摘要
塔里木克拉通太古宙岩石主要出露在库鲁克塔格、北阿尔金、铁克里克和敦煌等四个边缘基底隆起带。库鲁克塔格地块位于塔里木克拉通东北缘,其中有可靠年代学报道的太古宙岩石主要出露在库尔勒、辛格尔、兴地和帕尔岗塔格四个地区。库鲁克塔格地块的太古宙岩石主要由长英质正片麻岩(含TTG片麻岩)和少量以包体产出的斜长角闪岩组成,真正的太古宙表壳岩较少见。本次研究在库尔勒地区对长英质正片麻岩和石英岩开展锆石SHRIMP U-Pb测年分析,2个长英质正片麻岩样品的年龄分别为2695±9 Ma和2705±8 Ma;石英岩样品中的碎屑锆石核最小年龄峰为2513 Ma,石英岩有可能是太古宙沉积岩;上述岩石样品都经历了古元古代早期(1.9~1.8 Ga)高级变质作用。地球化学分析发现,库鲁克塔格地块新太古代长英质片麻岩的原岩有多种岩石类型,这些长英质岩石都形成于与俯冲作用有关的岛弧构造背景。基性的斜长角闪岩和变质辉长岩可能产出于不同的背景,一部分来源于岛弧地幔楔的部分熔融,另一部分则可能来自于大洋板内,以洋脊玄武岩为主。库鲁克塔格地块太古宙岩石具有2.7 Ga和2.5 Ga两个年龄峰值,2.7 Ga岩浆事件主要发生在库鲁克塔格西部地区,锆石的εHf(t )值既有正值也有负值,表明这一时期地壳生长和改造同时并存;~2.5 Ga的岩浆活动分布范围较为广泛,全岩εNd(t )和锆石εHf(t )值以正值为主,暗示这一时期可能存在显著的大陆地壳生长。
Abstract
The Archean rocks of the Tarim Craton are mainly exposed in the four marginal basement uplift belts, namely Kuruktagh, North Altyn Tagh, Tiekelike and Dunhuang. The Kuluketage block is located in the northeastern margin of the Tarim Craton, in which Archean rocks with reliable chronology reports are mainly exposed in Korla, Xinger, Xingdi and Pargangtage regions. Archean rocks in the Kuluketage block are mainly composed of felsic orthogneiss (including TTG gneiss) and a small amount of amphibolite enclaves, and the true Archean supracrustal rocks are rare. In this study, SHRIMP U-Pb zircon dating of felsic orthogneiss and quartzite in the Korla area shows that the ages of felsic orthogneiss are 2695±9 Ma and 2705±8 Ma, respectively. The minimum age peak of detrital zircon cores in a quartzite sample is 2513 Ma, suggesting that the quartzite may be Archaean sedimentary rocks. The above rock samples all experienced high-grade metamorphism of 1.9~1.8 Ga in the early Paleoproterozoic. Geochemical analysis shows that the protoliths of Neoarchean felsic gneiss in the Kuluketage block are of various rock types, all of which formed in island arc tectonic setting related to subduction. The parent mafic magmas of amphibolites and meta-gabbros may be derived from different geological backgrounds, one part from partial melting of subcontinental mantle wedge under arc, the other from oceanic plate, mainly mid-oceanic ridge basalt. The Archaean rocks of the Kuluketage block have two age peaks of 2.7 Ga and 2.5 Ga, and the 2.7 Ga magmatic event mainly occurred in the western part of the Kuluketage block. The εHf(t ) values of zircons are both positive and negative, indicating that crustal growth and reworking coexisted during this period. The whole-rock εNd(t ) and zircon εHf(t ) values are mainly positive, suggesting significant continental crustal growth in this period.
Keywords
Tarim Craton ； Kuluketage block ； Archean ； crustal evolution
