北山造山帶南部黃草灘巖體年代學(xué)、地球化學(xué)及地質(zhì)意義

王疆濤，董云鵬，曾忠誠，楊 釗，孫圣思，張菲菲，周 波，孫嬌鵬

(1. 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系,大陸動力學(xué)國家重點實驗室, 陜西 西安 710069; 2. 陜西省地質(zhì)調(diào)查中心, 陜西 西安 710068)

北山造山帶南部黃草灘巖體年代學(xué)、地球化學(xué)及地質(zhì)意義

王疆濤1，董云鵬1，曾忠誠2，楊 釗1，孫圣思1，張菲菲1，周 波1，孫嬌鵬1

(1. 西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系,大陸動力學(xué)國家重點實驗室, 陜西 西安 710069; 2. 陜西省地質(zhì)調(diào)查中心, 陜西 西安 710068)

北山位于中亞造山帶南緣中部東西段的交接地區(qū)，是研究中亞造山帶東西段交界關(guān)系的關(guān)鍵地區(qū)，其中的花崗質(zhì)巖石記錄了造山過程中深部巖漿的豐富信息。北山南部黃草灘巖體是其代表，主要由閃長巖和花崗閃長巖組成，鋯石U-Pb定年表明其年齡分別為(402±3 )Ma、(394±7 )Ma。巖石SiO2含量相對較高(59.24%～71.54%)，富Na(Na2O=3.76%～4.09%)，總體顯示準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)(A/CNK=0.94～1.11)的典型I型花崗巖特征。此外，∑REE相對較低、LREE富集、輕重稀土分餾明顯以及具弱負Eu異常，LILE中Rb、Th、U和K等高度富集，HFSE中Nb、P、Hf和Ti等強烈虧損，顯示出與俯沖相關(guān)的地球化學(xué)特征，其形成可能與幔源巖漿底侵使中下地殼變玄武質(zhì)巖石部分熔融有關(guān)，并伴有幔源組分的混染。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)研究成果，認為巖體形成于活動大陸邊緣火山弧環(huán)境，可能是北山柳園地區(qū)古亞洲洋向北俯沖消減作用下巖漿活動的產(chǎn)物，代表早泥盆世在北山南部可能發(fā)生過與大洋俯沖有關(guān)的巖漿事件。

北山造山帶；黃草灘巖體；鋯石U-Pb定年；大洋俯沖；活動陸緣

0 引 言

中亞造山帶夾持于東歐板塊、西伯利亞板塊、塔里木板塊和華北板塊的結(jié)合部位，是世界上最大的增生型造山帶之一[1-4]。北山造山帶位于中亞造山帶南緣，是古亞洲構(gòu)造域的組成部分(圖1a)，構(gòu)造帶內(nèi)出露的大量巖漿巖記錄了其在古生代多期次、多階段的板塊俯沖和增生構(gòu)造演化事件[5-7]，使之成為研究中亞造山帶的關(guān)鍵。

北山造山帶以其特殊的構(gòu)造位置，復(fù)雜的物質(zhì)組成和強烈的構(gòu)造-巖漿活動，一直受到地質(zhì)學(xué)家的廣泛關(guān)注，特別是對該地區(qū)巖漿作用的研究，約束了古亞洲洋在北山造山帶的構(gòu)造演化過程[4-6,8-19]。一些學(xué)者認為古亞洲洋在北山地區(qū)最后閉合于泥盆紀(jì)，在晚古生代轉(zhuǎn)為陸內(nèi)演化階段[8-10,12,15-16]；也有學(xué)者認為泥盆紀(jì)時其仍處于俯沖階段，并有晚古生代活動陸緣的記錄[4-6,17-18,20]?？梢姡瑢艁喼扪笤诒鄙降貐^(qū)的最后閉合時限還存在爭議。為此，本文選取柳園地區(qū)規(guī)模較大，出露形態(tài)、接觸關(guān)系及巖漿演化清晰的黃草灘巖體作為研究對象，通過巖石學(xué)、鋯石U-Pb定年和巖石地球化學(xué)研究，討論該花崗巖的形成時代、巖石成因、構(gòu)造環(huán)境，為探討北山造山帶的構(gòu)造演化提供更多證據(jù)。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

北山造山帶呈東西向展布，北接蒙古南部增生系統(tǒng)，南與敦煌地塊相鄰[5,21-22](圖1b)。該造山帶主要是由微地塊和公婆泉復(fù)合弧拼貼形成的復(fù)雜增生系統(tǒng)，在拼貼過程中由北向南形成了紅石山、石板井、紅柳河-洗腸井、柳園4條蛇綠混雜巖帶[6-7,23-26]。公婆泉復(fù)合弧早期由洋殼俯沖形成的旱山、馬鬃山、雙鷹山、花牛山等早古生代弧組成，隨后與黑鷹山、石板山晚古生代弧拼貼，在晚古生代晚期最終形成，其中旱山和雙鷹山弧是洋殼向微地塊俯沖過程中形成的[5]。

黃草灘巖體位于紅柳河-洗腸井蛇綠混雜巖帶與柳園蛇綠混雜巖帶之間的雙鷹山弧中西部(圖1b)，出露于柳園鎮(zhèn)東北黃草灘-酒鋼山一帶，中部被新生界地層覆蓋，面積約160 km2(圖1c)。區(qū)內(nèi)廣泛出露下古生界寒武系雙鷹山組、西雙鷹山組、奧陶系羅雅楚山組，局部零星出露中元古界薊縣系平頭山組、上元古界青白口系大豁落山組和震旦系洗腸井群，它們一同被后期大量花崗巖基和一些小基性巖脈侵入；區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以近東西向為主，次為北東向。

黃草灘巖體呈巖基狀產(chǎn)出，近東西向帶狀展布，與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。東部閃長巖北部邊界受控于酒鋼山斷裂，并與下古生界地層呈韌性斷層接觸，西部閃長巖侵入中元古界薊縣系平頭山組及下古生界寒武系雙鷹山組、西雙鷹山組和奧陶系羅雅楚山組(圖1c)，侵入界面比較規(guī)整，傾向北，傾角30°～60°；外接觸帶可見角巖化帶，寬度幾十米至數(shù)百米，變質(zhì)程度由界面向外逐漸變?nèi)?；?nèi)接觸帶可見橢球狀、不規(guī)則長條狀羅雅楚山組圍巖捕虜體。南部花崗閃長巖和少量閃長巖侵入體受控于廟廟井—紅山斷裂，并與中、上元古界和下古生界呈斷層接觸。閃長巖與花崗閃長巖侵入體呈脈動接觸，界線清晰，在其接觸帶花崗閃長巖侵入體多呈犬牙狀、鋸齒狀穿插于閃長巖侵入體之中，顯示其就位稍晚。巖體的局部地段可見暗色包體，與寄主巖石界線模糊，具巖漿混合作用的特征，巖體南部出露大面積早泥盆世A型正長花崗巖[27]。

圖2 黃草灘巖體顯微照片(正交偏光)Fig.2 Microphotographs of diorite (a) and granodiorite (b) samples from the Huangcaotan pluton(a)閃長巖具半自形中細?；◢徑Y(jié)構(gòu); (b)花崗閃長巖半自形-它形中細粒結(jié)構(gòu)Qz.石英; Hb.角閃石; Pl.斜長石; Bit.黑云母; Kf.鉀長石

黃草灘巖體由閃長巖和花崗閃長巖組成。閃長巖呈半自形細粒結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要由斜長石(50%～60%)、角閃石(～30%)組成，少量黑云母(～5%)和石英(～5%)，其中斜長石粒徑0.16～0.55 mm，半自形板狀，聚片雙晶發(fā)育，可見綠泥石化和弱絹云母化，黑云母大部分已綠泥石化，多以交代假象出現(xiàn)；角閃石粒徑0.13～0.34 mm，半自形長柱狀、它形粒狀，可見絹云母化(圖2a)，副礦物主要為磷灰石、榍石、白鈦礦、鋯石?；◢忛W長巖為半自形-它形中細粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要由斜長石(35%～40%)、鉀長石(15%～20%)、石英(20%～25%)、角閃石(～10%)及黑云母(～5%)等組成，其中斜長石粒徑2.43～3.06 mm，多為半自形板柱狀，部分具聚片雙晶，偶見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，且晶體次生鈉黝簾石化、高嶺土化、絹云母化較強；鉀長石粒徑0.41～2.35 mm，它形碎裂狀，表面混濁；石英粒徑0.1～0.25 mm，它形粒狀，分布于長石之間；角閃石粒徑0.1～1.1 mm，半自形長柱狀、碎裂狀、它形粒狀，可見絹云母化 (圖2b)，副礦物主要為磷灰石、鋯石。

2 分析方法

本次工作選取黃草灘巖體中閃長巖(PM019RZ1)和花崗閃長巖(D0276RZ1)樣品各1件進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年研究，閃長巖樣品2件、花崗閃長巖樣品4件進行主量元素、微量元素分析。其中閃長巖樣品采自E95°31′41″、N41°25′47″，位于巖體北部閃長巖單元的中南部(圖1c)；花崗閃長巖巖石樣品采自E95°31′54″、N41°23′24″和E95°52′24″、N41°26′40″，分別位于巖體西部花崗閃長巖單元的南部和東部花崗閃長巖單元的中部(圖1c)。

定年樣品每件采集質(zhì)量約15 kg，樣品在核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心采用常規(guī)方法進行粉碎、淘選、重選、磁選分離出鋯石，然后在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室進行手工挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒，將它們粘貼在環(huán)氧樹脂表面，待環(huán)氧樹脂充分固化后，再對其進行拋光至鋯石內(nèi)部暴露。在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室進行反射光、透射光和陰極發(fā)光顯微照相。通過對反射光、透射光和陰極發(fā)光圖像分析，選擇吸收程度均勻和形態(tài)明顯不同的區(qū)域進行分析。其中，LA-ICP-MS原位U-Pb定年實驗采用Agilent 7500型 ICP-MS和德國Lambda Physik公司的Compex102ArF準(zhǔn)分子激光器(波長193 nm)，并用Micro Las公司的Geolas光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機進行。數(shù)據(jù)分析處理采用GLITTER 4.0并用鋯石91500進行校正。采用ISOPLOT 3.0獲得鋯石U-Pb年齡及其諧和圖。實驗原理和流程見參考文獻[28-29]。

主量、稀土、微量元素檢測分析由核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心完成。FeO采用容量法分析，其余主量元素采用XRF法分析，使用儀器為荷蘭帕納科公司制造的Axios X射線光譜儀。微量元素和稀土元素采用ICP-MS法分析，使用儀器為Thermo Fisher Scientific公司制造的XSERIES2型ICP-MS，主量元素分析數(shù)據(jù)中燒失量值介于1.46%～2.24%之間，總量在99.49%～99.66%之間，滿足精度標(biāo)準(zhǔn)要求；主量元素分析誤差小于1%，微量元素和稀土元素分析精度優(yōu)于5%。

3 分析結(jié)果

3.1 年代學(xué)特征

閃長巖、花崗閃長巖中鋯石CL圖像(圖3)顯示其顆粒粗大，晶形較好，多呈自形、半自形柱狀晶體，具巖漿鋯石震蕩環(huán)帶。閃長巖中鋯石粒徑為150～350 μm，長寬比為1.5∶1～3.5∶1，Th/U=0.31～0.71；花崗閃長巖中鋯石粒徑為100～200 μm，長寬比為1.5∶1～3∶1，Th/U=0.34～1.19。一般巖漿鋯石的Th/U比值介于0.2～1.0之間，而變質(zhì)鋯石的Th/U比值一般小于0.1[30-31]。樣品中鋯石Th/U比值均大于0.2，大多數(shù)介于0.2～1.0之間，顯示典型的巖漿鋯石特征。

閃長巖中鋯石共進行了24個點的U-Pb年齡分析(表1)，除2號點206Pb/238U年齡值(424±6)Ma諧和度略高之外，其余23個數(shù)據(jù)均落在諧和線上及其附近(圖4a)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(402±3)Ma (MSWD=0.43)(圖4b)，代表閃長巖的形成年齡。

表1 黃草灘巖體閃長巖鋯石U-Pb測試結(jié)果

花崗閃長巖中鋯石進行了20個點的U-Pb年齡分析(表2)，其中1、2、8、14、16、17、20號點分析數(shù)據(jù)諧和性差，其余13個數(shù)據(jù)點均落在諧和線上(圖4c)，206Pb/238U年齡在381～401 Ma之間，加權(quán)平均值為(394±7 )Ma (MSWD=0.17)(圖4d)，代表花崗閃長巖的形成年齡。

黃草灘巖體侵入最新地層為奧陶系下—中統(tǒng)羅雅楚山組，說明巖體在奧陶紀(jì)之后侵位。本次在閃長巖和花崗閃長巖侵入體中分別獲得鋯石U-Pb同位素年齡為(402±3) Ma和(394±7) Ma，顯示花崗閃長巖比閃長巖巖漿結(jié)晶年齡略晚，這與花崗閃長巖侵入體脈動侵入閃長巖侵入體的宏觀事實一致。綜上所述，黃草灘巖體的形成時代為早泥盆世。

3.2 主量元素特征

黃草灘巖體巖石主量元素分析結(jié)果見表3。

在TAS分類圖解中，樣品分布在閃長巖和花崗閃長巖區(qū)域(圖5)，與巖相學(xué)觀察結(jié)果一致。閃長巖中SiO2含量(59.24%～61.43%)、Al2O3含量(15.16%～17.49%)、TiO2含量(0.82%～1.08%)、MgO含量(2.26%～3.69%)、富鈉(Na2O/K2O=3.17～4.08)、Mg#=37.78～56.04、σ=1.4～1.6(小于3.3)、A/CNK=0.92～0.94，為準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性巖類?；◢忛W長巖中硅含量變化較大(SiO2=66.57%～71.54%，平均值68.2%)、Al2O3含量(11.38%～15.36%、平均值14.4%)、TiO2含量(0.51%～0.57%，平均值0.54%)、MgO含量(1.38%～2.68%，平均值1.8%)、Na2O/K2O值(除1件樣品比值為0.66外，其余比值為3.20～4.09，平均值3.62)、Mg#=36.99～50.51、σ=1.03～1.7(小于3.3)、A/CNK=1.03～1.1(除1件花崗閃長巖樣品A/CNK略大于1.1，可能與巖石絹云母化蝕變有關(guān))，為弱過鋁質(zhì)鈣堿性巖類。在SiO2-AR圖解中(圖6a)，樣品均落入鈣堿性系列。在A/NK-A/CNK圖解(圖6b)中，樣品落入準(zhǔn)鋁質(zhì)與過鋁質(zhì)巖石系列的過渡區(qū)域?？傮w上，該巖體成分變化范圍較寬，與富鈉的準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)鈣堿性巖石系列的I型花崗巖類的成分特征[32]一致。

圖3 黃草灘巖體中閃長巖(a)和花崗閃長巖(b)鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 Cathodoluminescence images for zircons from the diorite (a) and granodiorite (b) from the Huangcaotan pluton

樣品編號232Th238UTh/U同位素比值207Pb/206Pb比值1σ207Pb/235U比值1σ206Pb/238U比值1σ同位素年齡/Ma207Pb/206Pb比值1σ207Pb/235U比值1σ206Pb/238U比值1σ諧和度/%123234687880340049670001550187940005530027440000231797117551751100213846011703011805132100058766469500475400939200006042801720666579435735322117670450055590002320477170019110062240000704369039613389410243303961716054005393000099047221000758006349000041368413935397299530273489970620054390001150466890008860062250000433874738963893100617363288780600056810002350477490018920060940000704848939613381410476196723408600583500032505056000273500628300009154311741618393610683009972528831190543780005706501840038290086700000484365152046553633829330886936704800560000009904876800073800631500004045238403539521021032847363640900056280002040478070016520061590000634637839711385410311209613514206000548600015204855100125400641700005340760402940131001231825633860500055140000990480380007420063170000404183939853952101131516932058047005743000142050464001150006372000049508544158398310414725591014480720071910002210517280014890052160000519836142310328312915127124186053005550000185048032001522006275000060432733981039241021634381562170610077180001480687300011550064570000461126385317403313217985813483073006410000203050732001514005739000054745664171036031161859881176405100578200040905022900345500629900011852314841323394710519171353323105200547900012504829900100300639200004640450400739931002038027651170580049430001450180010004940026410000211686716841681100

圖4 黃草灘巖體中閃長巖(a和b)和花崗閃長巖(c和d)鋯石U-Pb諧和圖和加權(quán)平均年齡圖Fig.4 U-Pb Concordia and weighted mean ages for zircons from the diorite (a and b) and granodiorite (c and d) in the Huangcaotan pluton

巖性樣品號SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5燒失量總量σMg#A/CNKA/NK閃長巖PM018GS96143108156011556001222648640409902422099571603778094202PM019GS125924082174907145201036963638012001014699491405604092232花崗閃長巖PM018GS46742051153007931900913836837811801022499661703867108204PM020GS57154056113804942401026843609113801417999571305051104380PM019GS116727054153603939301014132940910000920499511113699111197PM019GS96657057152508133600917540937610501022499641034328103208

表4 黃草灘巖體微量元素分析結(jié)果(wB/10-6)

表5 黃草灘巖體稀土元素分析結(jié)果(wB/10-6)

圖5 黃草灘巖體TAS圖解(底圖據(jù)文獻[33])Fig.5 TAS diagram of the Huangcaotan pluton

3.3 微量與稀土元素特征

圖6 黃草灘巖體SiO2-AR(a，底圖據(jù)文獻[34])和A/NK-A/CNK圖解(b，底圖據(jù)文獻[35])Fig.6 SiO2-AR diagram (a) and A/NK-A/CNK diagram (b) of the Huangcaotan pluton

圖7 黃草灘巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)文獻[36])

圖8 黃草灘巖體w(Na2O+K2O+FeO+Mg+TiO2)-w(Na2O+K2O)/w(FeO+ MgO+TiO2)圖解(a,底圖據(jù)文獻[43])和w(CaO)/w(MgO+TFeO)-w(Al2O3)/w(MgO+TFeO)圖解 (b,底圖據(jù)文獻[44])Fig.8 (Na2O+K2O+FeO+Mg+TiO2)- (Na2O+K2O)/w(FeO+MgO+TiO2) diagram (a)and CaO/ (MgO+TFeO)-Al2O3/(MgO+TFeO) diagram (b) of the Huangcaotan pluton

黃草灘巖體微量和稀土元素分析結(jié)果見表4和表5。黃草灘巖體中閃長巖稀土總量∑REE為(66.60～134.3)×10-6，∑LREE/∑HREE為5.17～8.70，輕重稀土分餾明顯(La/Yb)N=4.39～6.22，其中輕稀土分餾較強(La/Sm)N=2.34～2.99，重稀土分餾相對較弱(Gd/Yb)N=1.47～1.61，顯示LREE富集、HREE略顯平坦的右傾型分布特征(圖7a)?；◢忛W長巖中稀土總量∑REE為(81.35～152.31)×10-6，輕重稀土元素分餾明顯(La/Yb)N=5.35～9.23，輕稀土分餾較強(La/Sm)N=3.14～3.69，重稀土分餾相對較弱(Gd/Yb)N=1.26～1.79，說明LREE富集而HREE虧損，顯示右傾型分布特征(圖7a)，所有樣品中除1個閃長巖樣品不具負Eu異常外(δEu=1.01)，其余均具弱Eu負異常(δEu=0.63～0.94)，暗示巖漿在形成過程中可能存在斜長石的分離結(jié)晶作用或源區(qū)有斜長石的殘留。所有不同巖石原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)上，比較類似地表現(xiàn)為相對富集Rb、Th、U、K等大離子親石元素(LILE)和虧損Nb、P、Hf、Ti等高場強元素(HFSE)的地球化學(xué)特征，與活動陸緣島弧區(qū)巖漿產(chǎn)物地球化學(xué)特征一致[46]。

4 討 論

4.1 巖石成因

黃草灘巖體巖石中的Na2O/K2O比值大于2(Na2O/K2O=3.17～4.09)，此特征與下地殼基性巖石的部分熔融或與俯沖洋殼有關(guān)的部分熔融作用關(guān)系密切[37]。實驗巖石學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，Mg#是判斷巖漿熔體單純來源于地殼還是有地幔物質(zhì)參與的有效參數(shù)，地殼部分熔融形成的熔體不管熔融程度如何，形成的巖石均具有較低的Mg#(<40)，而高Mg#(>40)的巖石則可能是與地幔物質(zhì)加入有關(guān)[38]，黃草灘巖體具有較高的Mg#(平均為43.88)指示其巖石在形成過程中有地幔物質(zhì)的參與。巖石中Zr富集和Ba、Nb、P、Hf、Ti的虧損表明巖漿源區(qū)以陸殼組分為主[39]，除1件樣品Nb/Ta值較低(4.34)之外，其余樣品Nb/Ta值介于6.19～8.67之間，接近或略大于地殼Nb/Ta平均值8.3[40]，指示巖漿主要來源于地殼部分熔融。巖石中Sr含量為(173～407)×10-6(1件樣品略大于400×10-6)，Y、Yb含量分別為(16.5～29.1)×10-6、(1.48～2.63)×10-6(2件樣品略大于2×10-6)，整體偏低，且Sr/Y=8～24。因此，大部分巖石具有低Sr (<300×10-6，少數(shù)略大于300×10-6)、低Yb (<2×10-6)的特征，與喜馬拉雅型花崗巖特征[41]基本一致，推斷巖漿源區(qū)為中下地殼。巖石中Ti/Zr=18.04～40.95 (1件樣品為40.95，5件樣品接近20)，與地殼中Ti/Zr平均值(<20)[42]基本一致，少量樣品Ti/Zr值較高，同樣說明在成巖過程中有幔源組分參與，這與巖體中指示殼幔巖漿混合作用存在的暗色包體的地質(zhì)事實一致。在源巖判別圖解(圖8)中樣品主要落入角閃巖和變玄武巖范圍，因此推斷該巖石的源巖可能主要為殼源角閃巖相的變玄武巖。

綜上所述，黃草灘巖體可能為幔源巖漿底侵使中下地殼變玄武質(zhì)巖石發(fā)生部分熔融，且遭受幔源組分混染形成混合巖漿，經(jīng)結(jié)晶分異作用后的產(chǎn)物。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

圖9 黃草灘巖體構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)文獻[46])Fig.9 Tectonic discrimination diagrams of the Huangcaotan pluton

黃草灘巖體巖石總體顯示準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)鈣堿性I型花崗巖特征。Pitcher[45]認為I型花崗巖大多形成于兩種構(gòu)造環(huán)境：(1)活動大陸邊緣(科迪勒拉型)；(2)造山后抬升隆起帶(加里東型)。其中活動大陸邊緣巖漿活動往往以鈣堿性系列巖石為主，標(biāo)志性的巖石組合為英云閃長巖-花崗閃長巖-閃長巖；而造山后抬升減壓熔融形成的I型花崗巖巖石類型為雙峰式花崗閃長巖、閃長巖-輝長巖。黃草灘巖體花崗閃長巖、閃長巖的巖石組合符合活動大陸邊緣產(chǎn)出的巖石類型，而明顯區(qū)別于造山后抬升隆起帶的巖石組合類型。此外，巖石中富集Rb、Th、U、K，虧損Nb、P、Hf、Ti (圖7b)，表現(xiàn)出相對富集LILE，虧損HFSE的特征，顯示出與活動陸緣洋殼俯沖消減帶巖漿活動相關(guān)的地球化學(xué)特征[46]；區(qū)域上，位于紅柳河—洗腸井蛇綠混雜巖帶與柳園蛇綠混雜巖帶之間的墩墩山地區(qū)發(fā)育中―下泥盆統(tǒng)三個井組、上泥盆統(tǒng)墩墩山群島弧型火山巖[47]和花牛山地區(qū)發(fā)育374 Ma俯沖成因的埃達克巖[17]，這些火成巖與黃草灘巖體共同構(gòu)成了晚古生代島弧的組成部分，共同佐證了該地區(qū)泥盆紀(jì)處于洋殼俯沖階段；此外，花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖9)中樣品均投在火山弧構(gòu)造環(huán)境范圍內(nèi)。綜合分析認為黃草灘巖體形成于活動大陸邊緣俯沖構(gòu)造環(huán)境。

4.3 地質(zhì)意義

圖10 黃草灘巖體構(gòu)造成因模型Fig.10 Schematic tectonic model of the Huangcaotan pluton

多數(shù)學(xué)者認為北山造山帶俯沖增生作用在泥盆紀(jì)結(jié)束于紅柳河―洗腸井一帶，之后轉(zhuǎn)為陸內(nèi)演化階段[8,10,15-16,48-52]。趙澤輝等[53]采用SHRIMP法測得柳園地區(qū)花崗巖類年齡為397～423 Ma；李舢等[27,54]獲得雙峰山正長花崗巖(A型)和輝銅山鉀長花崗巖(I-A過渡型)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為(415±3) Ma、(397±3) Ma，均是后碰撞背景下的巖漿產(chǎn)物，據(jù)此認為北山南部在晚志留世―早泥盆世大洋已閉合演化為后碰撞造山階段。本文早泥盆世黃草灘巖體是形成于俯沖構(gòu)造環(huán)境的火山弧型花崗巖，表明北山地區(qū)南部早泥盆世發(fā)生了與大洋俯沖有關(guān)的巖漿事件，而前人認為產(chǎn)于晚志留世―早泥盆世的碰撞―后碰撞花崗巖類可能是由于紅柳河―洗腸井洋碰撞閉合后的產(chǎn)物，但并不代表泥盆紀(jì)古亞洲洋在北山地區(qū)的最后閉合，因為在北山南部柳園地區(qū)具有更晚(早二疊世)的碰撞閉合時間，并最終形成柳園蛇綠混雜巖帶[5-7,17,23,55]。

早泥盆世黃草灘巖體位于紅柳河―洗腸井蛇綠混雜巖帶與柳園蛇綠混雜巖帶之間，呈近EW向帶狀展布，平行于區(qū)域構(gòu)造線走向(圖1c)，指示其形成可能與洋殼俯沖有關(guān)。巖石學(xué)和地球化學(xué)特征顯示其形成于活動大陸邊緣弧俯沖構(gòu)造環(huán)境。由于紅柳河―洗腸井蛇綠巖所代表的古洋盆已于泥盆紀(jì)閉合，形成相應(yīng)的蛇綠巖帶[5,8,50-52]，使馬鬃山—旱山弧與雙鷹山弧拼貼形成早古生代公婆泉弧增生系統(tǒng)，而南側(cè)的古亞洲洋分支——柳園洋仍處于俯沖階段[5-7]。因此該巖體的形成與北山南部柳園洋的演化關(guān)系密切。

綜上，黃草灘巖體可能是在柳園洋向北側(cè)的早古生代公婆泉弧增生系統(tǒng)之下俯沖、消減作用的地球動力學(xué)背景下，由俯沖板片之上的幔源巖漿熱源導(dǎo)致中下地殼變基性巖石發(fā)生部分熔融，在巖漿上升過程中遭受幔源組分的混染，形成混合巖漿，經(jīng)結(jié)晶分異形成火山弧型花崗巖，后期受構(gòu)造作用拼貼在公婆泉復(fù)合弧之上(圖10)，與公婆泉復(fù)合弧共同構(gòu)成了弧地殼[56]的組成部分。

5 結(jié) 論

(1) LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，黃草灘巖體閃長巖和花崗閃長巖形成于(402±3) Ma、(394±7) Ma。

(2)黃草灘巖體巖石為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)鈣堿性系列I型花崗巖，富集大離子親石元素(Rb、Th、U、K)，虧損高場強元素(Nb、P、Hf、Ti)，形成于活動大陸邊緣俯沖構(gòu)造環(huán)境，可能為幔源巖漿底侵使中下地殼變玄武質(zhì)巖石發(fā)生部分熔融，在巖漿上升過程中遭受幔源組分混染后形成混合巖漿，經(jīng)結(jié)晶分異作用后的產(chǎn)物。

(3) 結(jié)合前人研究成果，黃草灘巖體的形成可能與北山南部柳園洋向北部早古生代公婆泉弧增生系統(tǒng)的俯沖消減作用有關(guān)，代表早泥盆世在北山地區(qū)南緣曾發(fā)生過與大洋俯沖有關(guān)的構(gòu)造巖漿事件，說明泥盆紀(jì)古亞洲洋在北山地區(qū)并未最后閉合。

致謝: 在野外工作中得到陜西省地質(zhì)調(diào)查中心崔繼崗高級工程師等的指導(dǎo)和幫助，深表感謝。

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Geochronology,Geochemistry and Geological Significance of the Huangcaotan Pluton in the Southern Beishan Orogenic Belt

WANG Jiangtao1, DONG Yunpeng1, ZENG Zhongcheng2,YANG Zhao1, SUN Shengsi1,ZHANG Feifei1,ZHOU Bo1, SUN Jiaopeng1

(1.State Key Laboratory of Continental Dynamics， Department of Geology， Northwest University， Xi’an, Shaanxi 710069， China;2.ShaanxiCenterofGeologicalSurvey，Xi’an,Shaanxi710068，China)

The Beishan orogenic belt is the transition zone located between the east and west part of southern margin of the Central Asian Orogenic Belt.It is the key area for the study of contact relationship between west and east of the Central Asian Orogenic Belt. The magma information during the orogenetic process was recorded in the granites, as a typical represent of the Huangcaotan pluton in the southern of Beishan, which consists mainly of diorite and granodiorite. Zircon U-Pb dating yields the crystallization ages of (402±3 )Ma for diorite and (394±7) Ma for granodiorite, respectively. The Huangcaotan pluton displays typical geochemical characteristics of I-type granite: high SiO2contents (59.24%-71.54%), high Na2O contents (3.76%-4.09%), and aluminum-weakly peraluminous affinity(A/CNK=0.94-1.11). The relatively lower level of ∑REE, enriched LREE, obvious fractionation of heavy and light rare earth, slightly negative Eu anomaly, together with the highly enriched Rb, Th, U and K in LILE and depleted Nb, P, Hf and Ti in HFSE, indicate subduction-related geochemical features. The granite may be derived from partial melting of meta-basaltic rocks in the middle-lower crust caused by underplating of mantle-derived magma and contaminated by the mantle-derived material. Together with regional geology, it is proposed that the Huangcaotan pluton was formed in volcanic arc on an active continental margin and may be the product of magmation related to the northward subduction of Paleo-Asian Ocean in Liuyuan area, representing an important magmatism related to oceanic slab subduction from the Early Devonian in the southern of Beishan orogenic belt.

Beishan orogenic belt; Huangcaotan pluton; zircon U-Pb dating; oceanic subduction; active continental margin

2016-04-21；改回日期：2016-05-30；責(zé)任編輯：樓亞兒。

國家自然科學(xué)基金重大項目(41190074)；國家自然科學(xué)基金委創(chuàng)新群體項目(41421002)。

王疆濤，男，碩士研究生， 1990年出生， 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)， 主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。Email: wjt280038@foxmail.com。

董云鵬，男，教授，博士生導(dǎo)師，1967年出生，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究。 Email: dongyp@nwu.edu.cn。

P588.12； P597+.3

A

1000-8527(2016)05-0937-13