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西昆仑慕士塔格岩体锆石U―Pb和黑云母40Ar39Ar年龄及其地质意义

中图分类号:P597文献标志码:A

Abstract:AsakeytectonicregimeofthesubductionandclosureofPaleoTethysOcean,theWestK论文网unlunorogenicbelthasgreatsignificanceinthestudyonthetectonicthermalhistoryofPaleoTethysOcean。Moreover,ithascloseconnectionwiththetectonicandclimaticevolutionofTibetanPlateauandTarimBasin。InordertorevealtheevolutionhistoryofMuztagplutoninthenorthwestsectionofWestKunlunorogenicbelt,severalisotopiccharacteristicsofzirconUPbagesandbiotite40Ar39Aragesofmelanocraticenclaveshostedinitwerediscussed。ThezirconUPbisotopicanalysisreturnsaweightedaverageUPbageof(2188±19)Ma,whichisinterpretedasthecrystallizationageofthepluton。Combinedwithregionalgeologicaldata,itisinferredthatMuztagplutonemplacesinanextensionalregimerelatedtothepostcollisionalsettingfollowingtheclosureofPaleoTethysOcean。Biotite40Ar39Arisotopicanalysisyieldstheplateauagesof(6。018±0。072)Maand(5。675±0。059)Ma,respectively,whichareconsideredasupliftingandcoolingagesofthepluton,indicatingthatWestKunlunareaundergoesacoolinguplifteventinLateMiocene。Theeventvehementlychangesthetectonics,topographyandgeomorphologyofWestKunlunanditsadjacentarea,givesrisetoaregionalaridclimate,andimpelstheformationofTaklimakanDesertinTarimBasin。

Keywords:geochemistry;zirconUPbage;40Ar39Arage;LateTriassic;LateMiocene;uplift;WestKunlunorogenicbelt

0引言

西昆?鲈焐酱?位于青藏高原西北边缘,是古亚洲构造域和特提斯构造域的结合部位,代表了早古生代到早中生代原特提斯洋和古特提斯洋的形成。俯冲。削减及碰撞造山过程[14],也是作为研究青藏高原新生代强烈变形。隆升历史和环境效应等重大问题的关键地区之一[57]。因此,西昆仑造山带也成为国际地质学界研究的热点地区。然而,青藏高原西北边缘的西昆仑山脉地区由于地处偏远,气候严寒干旱,交通条件恶劣,研究资料相对匮乏,一直是青藏高原研究程度较低的区域。此外,研究区构造演化历史复杂,诸多问题仍然缺乏统一的认识,如古特提斯洋最终缝合的时限和青藏高原远程效应所导致的强烈隆升开始年限还存在争议。此,本文选取位于西昆仑造山带西北部的慕士塔格岩体作为研究对象,对其中发育的暗色包体进行锆石UPb年代学与黑云母40Ar39Ar年代学研究,确定慕士塔格岩体的形成时代与冷却年龄,旨在为限定古特提斯洋碰撞闭合的具体年限及西昆仑地区强烈隆升的开始年限提供更多的研究资料。

1区域地质背景

西昆仑造山带是青藏高原的重要组成部分,位于塔里木板块和冈底斯板块的衔接部位,西临帕米尔高原,东邻东昆仑―秦岭造山带,北接塔里木盆地,南连青藏高原,隶属中央造山带的一部分[812]。构造线总体沿NNW―NWW向,呈现西北部收敛。东南部分散的喇叭状(图1)。该地区从北到南发育了4条与昆仑山走向近平行的主要断裂,依次为昆仑山北(柯岗)断裂。昆仑山中(苏巴什)断裂。昆仑山南(麻扎―康西瓦)断裂和喀喇昆仑断裂。以这4条断裂为界,可将西昆仑造山带由北至南分为西昆仑北地体。西昆仑南地体和甜水海―喀喇昆仑地体3个构造单元。西昆仑造山带岩浆活动强烈,火成岩记录也非常丰富,以侵入岩为主,被认为是特提斯洋不同演化阶段的产物。这些岩浆岩呈NW―SE向分布于昆仑山南。北断裂之间(图1),构成两条与构造线近一致的巨型中酸性深成岩带,通常分别称之为南岩带“和北岩带“。北岩带“以早古生代岩浆作用为主,主要分布于昆仑山北断裂南侧,代表岩体有大同岩体;南岩带“以早中生代岩浆作用为主,主要位于昆仑山南断裂北侧,代表岩体有慕士塔格岩体。分布于南岩带“的侵入岩体还有阿卡阿孜岩体。麻扎岩体。大红柳滩岩体。泉水沟北岩体等,为Ⅰ型花岗岩,与古特提斯洋的闭合及碰撞造山有着密切的联系[1315]。新生代岩浆活动较弱,出露的主要侵入岩体有苏巴什西岩体(年龄为624Ma)[16]。苦子干岩体(11～54Ma)[1618]。卡日巴生岩体(98～172Ma)[16,18]和赞坎岩体(10。59Ma)[16]等。区域内出露的火山岩有通天桥玄武岩(年龄为60Ma)[19]。泉水沟玄武岩(3。30～5。84Ma)[1920]。黑龙山黑色熔岩(0。67Ma)[21]和阿塔木帕下钾玄岩(056Ma)[22]等。这些岩浆活动主要集中在始新世―中新世以及中更新世这两个时期。

图件引自文献[1],有所修改

西昆仑局部地区的隆升活动早在二叠世时期已经开始[23],但剧烈隆升活动自晚中生代至新生代才开始,隆升在新生代则占据着主导地位[2326]。受新生代以来剧烈隆升剥蚀作用的影响,西昆仑构造区内的新生界地层发育较少,主要分布于特克里克断裂以北区域,沿西昆仑山前凹陷分布,总厚度大于10km,总体上南部地层较北部地层厚。古近系地层统称为喀什群,包含阿尔塔什组。齐姆根组。卡拉塔尔组。乌拉根组和巴什布拉克组,岩性稳定,厚度数千米,主要岩性为生物灰岩。砾岩。砂岩。泥岩等,含有丰富的双壳类和有孔虫等生物化石。新近系地层包括中新统由克孜洛依组。安居安组与帕卡布拉克组构成的乌恰群以及上新统阿图什组,主要岩性为灰绿色。褐色的砾岩,砂岩,粉砂岩,含有植物孢粉化石。更新统包含西域组。乌苏群和新疆群。西域组主要岩性为砾岩。砂砾岩夹砂岩。泥岩,其磨拉石沉积特征反映了西昆仑地区的快速隆升;乌苏群主要岩性为砾岩,属冲积。洪积成因;新疆群为典型的山前沉积,由山前至平原矿物粒度逐渐变细。全新统地层为风成砂。冲洪积层和湖积层,特征沉积为灰色砾石层。

2样品采集与岩石学特征

慕士塔格岩体为西昆仑地区出露面积最大的岩体,呈不规则长条状分布于麻扎―康西瓦构造带西北段两侧,岩体长轴方向与构造线一致,长轴约为170km,短轴为1～35km,出露面积达3300km2。岩体东南部分侵入到奥陶系―志留系地层中,西北部分侵入到下元古界布伦阔勒群中,局部以断层与古生代地层接触。该岩体主要岩性为黑云母花岗闪长岩,局部地区发育片状。片麻状构造。岩体中发育有大量暗色包体与同深成岩墙[图2(a)。(b)],两者岩性相同,都为闪长岩,因含有较多的铁镁质矿物,其颜色较寄主花岗岩要深,而且矿物粒度也更细。暗色包体多呈次浑圆状或不规则状,半径从几厘米到数十米不等。包体与寄主花岗岩接触边界呈截然状或弥散状,具岩浆结构[图2(a)]。

本次研究样品均采集于西昆仑慕士塔格岩体中的暗色包体。包体的矿物粒度要明显小于寄主花岗岩。显微镜下矿物呈现微弱的定向。中―粗粒似斑状结构[图2(c)],主要矿物组成有石英(体积分数约为5百分号)。斜长石(30百分号～35百分号)。碱性长石(20百分号～25百分号)。黑云母(15百分号～20百分号)。角闪石(30百分号～40百分号),副矿物有榍石。锆石。磷灰石(多呈针状)等,其铁镁质矿物体积分数要明显高于寄主花岗岩。几乎所有矿物都存在两个世代:第一世代矿物粒径较小(0。02～030mm);第二世代矿物(粒径为0。3～2。0mm)常常包裹第一世代矿物,形成嵌晶结构[图2(c)。(d)],?@是由于结晶环境遭到扰动。角闪石中可见大量针状磷灰石[图2(d)],是岩浆快速冷却事件的产物,暗示可能存在岩浆注入现象。部分矿物发育微弱蚀变,如长石发育高岭土化蚀变,黑云母与角闪石发育绿泥石化蚀变[图2(c)]。

3分析方法及结果

本次研究共选取3件样品进行分析,其中对样品12TS71。BM2进行了黑云母40Ar39Ar同位素分析,对样品BM8进行了锆石UPb同位素分析。

3。1锆石UPb同位素分析

将岩石样品破碎后使用重液与磁选法初步分选出锆石晶体,并在双目镜下人工挑纯;其后由北京凯德正科技有限公司将锆石固定在环氧树脂上,并抛光打磨至露出锆石核心,完成制靶过程;锆石反射光。透射光与阴极发光(CL)图像在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成,并依据这些图像确定分析点位置;锆石UPb同位素分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成,ICPMS仪为Agilent7500a型,激光剥蚀系统为NewWaveResearch213nm激光烧蚀系统,校正外标为GEMOC/GJ1(年龄为608Ma),标准参考锆石为MudTank(年龄为735Ma),采用GLITTER4。0软件离线处理原始输出ASCⅡ数据,采用Isoplot3。00软件[27]完成锆石UPb年龄谐和曲线的绘制及年龄加权平均值的计算。

样品BM8的锆石均为透明。自形到半自形短柱状或近等轴状,长轴为60～300μm,短轴与长轴比为1∶1～1∶3。大多数锆石晶体洁净透明,在阴极发光图像中呈现清晰的震荡环带结构(图3)。w(Th)/w(U)值大于0。4,显示锆石为岩浆成因[2829]。锆石阴极发光图像见图3,锆石UPb年龄分析结果见表1,锆石UPb年龄谐和曲线及年龄分布见图4。

本次研究有22个分析点,其中分析点BM89的年龄明显小于其余分析点,且离谐和曲线较远,可能是Pb丢失造成的,故应舍弃。剩余21个分析点年龄谐和度较高,并且集中分布在谐和曲线上或附近,n(206Pb)/n(238U)年龄加权平均值为(218。8±19)Ma,平均标准权重偏差(MSWD)为1。5,解释为结晶年龄。综上所述,晚三叠世甜水海地体与西昆仑地体沿着麻扎―康西瓦断裂碰撞拼合后的板片断离,引发西昆仑造山带下部软流圈地幔上涌,之前交代的岩石圈地幔部分熔融,从而导致了较大规模的高钾钙碱性岩浆岩侵位[13,31]。慕士塔格岩体中的暗色包体和寄主花岗岩也就是在这个时期侵位的。

4。2黑云母40Ar39Ar年龄地质意义

黑云母40Ar39Ar年龄记录的是岩石降温冷却至黑云母40Ar39Ar同位素体系到达封闭温度所处的深度范围时的年龄,其一般可代表岩体的原位冷却年龄[47]。岩体侵位后剪切变形年龄[48]或热变质改造年龄[49]以及岩体隆升年龄[50]。样品BM2。12TS71取自西昆仑慕士塔格岩体中的暗色包体,黑云母40Ar39Ar年龄分别为(6018±0。072)Ma和(5。675±0。059)Ma(图5),与慕士塔格岩体中的暗色包体锆石UPb年龄((2188±19)Ma)相差甚远,表明黑云母40Ar39Ar年龄不可能代表慕士塔格岩体的侵位年龄。一般而言,花岗岩体的原位冷却速率为10～30℃?Ma-1[51],因此,本次研究获得的两个慕士塔格岩体中暗色包体的黑云母40Ar39Ar坪年龄分别为(6018±0072)Ma和(5675±0059)Ma(图5),但并不能代表岩体侵位后的原位冷却年龄。矿物晶格变形会对矿物保存与俘获40Ar的能力造成影响[5254]。慕士塔格岩体出露于麻扎―康西瓦断裂上,该断裂自形成以来活动较为频繁。野外特征和显微薄片观察都明确显示,慕士塔格岩体中矿物存在微弱定向,这可能是岩体经受剪切变形造成的或是原始岩浆流动所致。然而,样品中单个矿物晶体变形并不明显[图2(c)],表明即使本次研究样品经历过剪切变质作用,但岩石中的黑云母并未受到此次剪切变质作用的影响,因而并没有记录下该变质作用的年龄[55]。区域地层资料表明慕士塔格岩体毗邻地区未发现有6Ma左右的岩浆活动,但并不排除该时期该地区的岩浆活动发生在较深部位,目前并未抬升至地表出露的可能。但在寄主花岗岩及暗色包体的显微薄片中并未观察到重结晶等接触变质活动记录[图2(c)]。样品BM2。12TS71的黑云母40Ar39Ar年龄谱中构成坪年龄的加温阶段数少,且这些阶段的39Ar释放量非常高,明显为岩浆结晶黑云母的年龄谱特征(内部资料)。一般情况下,岩浆中的黑云母是在平衡物理化学条件下结晶的,因此,K。Ar同位素与黑云母结合的化学键强度都各自相当,40Ar等同位素会在很窄的加温区间内释放量非常大,从而使得构成坪年龄的加温阶段数少,并且39Ar累计释放量高。因此,本次研究样品的黑云母40Ar39Ar年龄代表岩体的剪切变形年龄或热变质年龄的可能性非常小,而很可能记录了岩体隆升冷却年龄。

西昆仑慕士塔格岩体所含暗色包?w中黑云母40Ar39Ar年龄记录了岩体约6Ma的冷却年龄,属中新世晚期。古地层。古环境以及热年代学记录了西昆仑及周边地区在中新世晚期到上新世早期发生的一系列构造事件[57,2326,5662]。古地层特征包括:中新世晚期到上新世早期,西昆仑山前盆地出现巨厚层磨拉石沉积,并且向上粒度变粗,层中出现不整合;上新统阿图什组下段为扇三角洲平原亚相沉积。滨浅湖相沉积与扇三角洲相沉积,相对于前期地层,岩石粒度变粗,分选变差,砾石棱角更明显,矿物成熟度降低,砾石含量明显增多[6264]。这些山前快速沉积反映了快速隆升的动荡环境。古环境特征包括:区域水流方向在中新世末期到上新世早期发生了剧变[25,65];晚中新世―早上新世期间,西昆仑山前出现的风成沉积意味着山前带气候为干旱气候,塔克拉玛干沙漠逐步扩张[25,6668],区域构造背景发生了明显变化。热年代学特征包括:区域内广泛存在着晚中新世热事件;公格尔正断层存在大量约75Ma的热事件;塔合曼断裂存在着约8Ma的热事件[5960]。曹凯等认为这些热事件引发了区内垂向剥蚀,造成了公格尔山至慕士塔格峰山链的强烈隆升[26]。此,本次研究的慕士塔格岩体中暗色包体的黑云母40Ar39Ar年龄((6。018±0。072)Ma和(5。675±0。059)Ma)代表着岩体的隆升冷却年龄。样品12TS71。BM2的采样点海拔分别为2520m与3012m,而样品BM2的黑云母40Ar39Ar坪年龄比样品12TS71老0。343Ma,据此估算出岩体的隆升速率为每年143mm。如此大的隆升速率表明,西昆仑地区至少于中新世晚期已进入强烈隆升阶段。正是由于西昆仑地区的强烈隆升,其高海拔阻挡了印度季风带来的水汽,使得青藏高原西北缘自中新世晚期出现干旱的气候,隆升的西昆仑地区也阻挡了风成物质的搬运,加速了在西昆仑北侧的塔里木盆地形成塔克拉玛干沙漠[26,62,6768]。

5结语

(1)LAICPMS锆石UPb定年测得西昆仑慕士塔格岩体中暗色包体UPb加权平均年龄为(2188±19)Ma(MSWD值为15),为晚三叠世,代表着岩体的结晶年龄。结合区域资料,可推断慕士塔格岩体形成于古特提斯洋闭合后的后碰撞阶段。

(2)西昆仑慕士塔格岩体中暗色闪长岩包体的黑云母40Ar39Ar同位素分析给出了(6018±0072)Ma(MSWD值为0530)和(5675±0059)Ma(MSWD值为0092)的坪年龄,其代表了岩体的隆升冷却年龄,说明西昆仑地区最晚于中新世晚期已进入快速隆升阶段。

新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局董连慧教授级高级工程师和屈迅教授级高级工程师在第一手野外资料的获取上提供了大量帮助,中国科新疆生态与地理研究所周可法研究员在野外工作保障上提供了有益帮助,北京大学地球与空间科学季建清教授与周晶博士在实验测试中提供了热情帮助,在此一并表示感谢!

西昆仑慕士塔格岩体锆石U―Pb和黑云母40Ar39Ar年龄及其地质意义