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黄波等——蛇绿混杂岩内基性岩锆石年龄的复杂性：以内蒙古贺根山蛇绿岩为例

已有 2397 次阅读 2021-4-9 14:18 |个人分类:论文推广|系统分类:论文交流

蛇绿混杂岩内基性岩锆石年龄的复杂性：

以内蒙古贺根山蛇绿岩为例

黄　波^{1, 2}　付　冬²　周文孝³　宁文彬²

（1. 中国地质大学（武汉）教育部三峡库区地质灾害研究中心　武汉　430074；2. 中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室，全球大地构造中心　武汉　430074；3. 中国地质大学（武汉）地质调查研究院　武汉　430074）

摘　要　蛇绿混杂岩是大洋板块俯冲增生的产物，往往发育不同时代、来源和成因的蛇绿岩岩块或岩片，物质组成和结构构造十分复杂。蛇绿混杂岩内发育的基性岩（辉长岩、辉绿岩和玄武岩）是揭示古洋盆时限、性质和造山带演化过程的关键。然而，造山带往往伴随多期次构造、岩浆和变质等事件的叠加改造，如何准确识别蛇绿岩内基性岩组份，并限定其形成时代，一直是蛇绿混杂岩解析的重点和难点。锆石U-Pb年代学是最常用的蛇绿岩定年方法之一，但在许多复合造山带内，与蛇绿岩伴生的基性岩锆石年龄往往十分复杂。多期次岩浆、构造、变质或流体作用的叠加可能会改造蛇绿岩的锆石年龄，也可能会以侵入体形式增加识别蛇绿岩组份的难度。本研究以中亚造山带东南缘的贺根山蛇绿岩带为例，通过分析野外接触关系、锆石形貌、U-Pb年代学已有的数据等证据，表明贺根山地区的基性岩可能至少存在早石炭世和早白垩世两期，白垩纪基性岩可能是后期岩浆事件的产物，与贺根山地区超基性岩为主的蛇绿岩之间是否同源和时代关系尚不明确。同时，讨论了其它造山带内晚期基性岩侵入蛇绿岩、蛇绿岩组份受年轻的变质—构造—岩浆—流体事件叠加改造等典型研究实例，强调通过详细野外大比例尺填图、接触关系解析、岩石学、地球化学、锆石形貌、U-Pb年代学和Hf-O同位素等综合研究，才能更为准确地识别蛇绿岩基性岩组份，限定其形成、改造和变质时代。

关键词蛇绿岩　蛇绿混杂岩　基性岩　锆石U-Pb定年　贺根山蛇绿岩

蛇绿岩（ophiolite）是就位于造山带或陆缘的大洋岩石圈（洋壳和上地幔）残片，记录了古洋盆扩张、俯冲到最终闭合等地质过程，是揭示古洋盆和造山带构造演化研究的关键地质体（Dilek and Furnes, 2011, 2014）。经典的彭罗斯型蛇绿岩组合自下而上包括地幔超镁铁岩、辉长岩、辉绿岩（席状岩墙）、玄武岩和上覆海相沉积岩（硅质岩、薄层页岩和灰岩等）（Anonymous, 1972）。其中的岩浆岩岩石单元在形成时代和岩石成因上往往具有关联性。随着对全球古老蛇绿岩和现代大洋岩石圈的深入研究发现，其中许多组份会因为构造环境、洋脊扩张和岩浆供给速率等因素，在厚度、组成和结构上存在显著差异，上部的许多基性岩端元可以先天缺失，也可以在后期构造侵位中被侵蚀，理想的蛇绿岩剖面在地质记录中较少（Dilek and Furnes, 2011; Kusky et al., 2011）。在大洋俯冲消亡阶段，俯冲带上盘往往仰冲至岛弧或被动陆缘，形成较为完整的仰冲型蛇绿岩，如阿曼蛇绿岩；而俯冲板片物质则沿着俯冲界面发生刮削（off-scraping）、底垫（underplating）或底辟（diapirism）等过程增生至上盘增生楔，形成侧向不连续、构造叠置的俯冲增生杂岩（Kimura and Mukai, 1991; Cawood et al., 2009; Kusky et al., 2013, 2020; Wakita, 2015; 张继恩等, 2018），或通过俯冲侵蚀循环进入地幔。俯冲增生杂岩往往包括较为连续的大洋板块地层（玄武岩—硅质岩—页岩、海山玄武岩—硅质岩—灰岩和海沟浊积岩等）组成的构造岩片，以及分隔其间的无序构造混杂岩带（Zhang et al., 2011a, 2011b; Wakabayashi, 2015, 2017; Huang et al., 2019; Fu et al., 2020）。含有地幔橄榄岩（常蚀变为蛇纹岩）、基性岩和远洋沉积物的混杂岩，常称为蛇绿混杂岩（ophiolitic mélange），是指示古俯冲增生界面的标志性产物，对于造山带增生构造演化研究具有十分重要的意义。

蛇绿混杂岩往往发育不同时代、来源和成因的蛇绿岩岩块或岩片，物质组成和结构构造十分复杂（Zhang et al., 2011a；Wang et al., 2017a, 2019；付长垒等, 2018；Fu et al., 2018, 2020；裴先治等, 2018；Wu et al., 2018；闫臻等, 2018；张继恩等, 2018；肖文交等, 2019；Kusky et al., 2020）。蛇绿混杂岩中发育的基性岩（辉长岩、辉绿岩和玄武岩）是恢复蛇绿岩时代、构造环境、地幔源区性质和古洋盆扩张—闭合过程等问题的关键对象。最年轻的蛇绿混杂岩带一般可作为大洋关闭后的缝合带，如中亚造山带南部的南天山—北山—阿拉善—索伦缝合带（Xiao et al., 2015, 2018; Fu et al., 2018）。然而，由于造山带往往伴随多期次构造—岩浆—变质事件叠加改造，如何准确识别基性岩是否属于蛇绿岩，并限定其形成时代，一直是造山带解析的重点和难点。

锆石U-Pb年代学已成为蛇绿岩定年最常用的方法之一，但在许多复合型造山带内，与增生杂岩伴生的基性岩锆石U-Pb年龄往往十分复杂，如何对这些锆石年龄以及岩石构造属性进行合理的地质解释往往存在一定难度或争议。例如，部分基性岩中的锆石年龄比围岩地质体或伴生的其它蛇绿岩单元年轻，可能表明这些基性岩是晚期侵入体而非蛇绿混杂岩组份（Jian et al., 2010a；Song et al., 2014）；或者是蛇绿岩组份，被后期岩浆、变质、构造或流体事件改造（Jian et al., 2010b；Belousova et al., 2015；Wang et al., 2017b）。此外，一些基性岩含有大量继承锆石，可能表明这些基性岩是蛇绿岩组份，继承锆石是经壳幔循环（俯冲、地壳拆沉等）进入到地幔源区（Rojas-Agramonte et al., 2016）；抑或是后期侵入体，继承锆石是岩浆侵位过程中经同化混染捕获自围岩（Fu et al., 2018）。因此，如何正确解释需要结合地质体野外接触关系、年代学、地球化学、同位素和区域大地构造背景等进行综合判断。

本文针对蛇绿混杂岩内基性岩锆石年龄的复杂性这一主题进行简要总结。选取中亚造山带东南缘的贺根山蛇绿岩带为例，通过分析野外接触关系、锆石形貌和U-Pb年龄等目前已有的数据（Miao et al., 2008；Jian et al., 2012；黄波等, 2016），表明贺根山地区的基性岩可能存在时代不同的两种类型。早石炭世基性岩（和中酸性侵入岩）锆石年龄（359~330 Ma）组成较为单一，可能代表了贺根山蛇绿岩的主要形成时代。而含有大量继承锆石的某些基性岩可能是白垩纪岩浆事件产物，它们与伴生的超基性岩之间是否存在时代或成因联系，以及二者的构造背景等问题仍有待进一步研究。同时，综述了其它造山带内晚期基性岩侵入蛇绿岩或混杂岩、蛇绿岩组份叠加年轻锆石等实例，简要总结了蛇绿混杂岩基性岩定年需要注意的一些问题。