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      北祁連措龍溝地區(qū)輝長巖地球化學(xué)特征及構(gòu)造環(huán)境探討

      2018-05-07 08:59:47田成秀付彥文張金明張志青
      西北地質(zhì) 2018年1期
      關(guān)鍵詞:龍溝輝長巖祁連

      田成秀,付彥文,張金明,張志青

      (青海省地質(zhì)調(diào)查院,青海省青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點實驗室,青海 西寧 810012)

      祁連山是世界著名的復(fù)合造山帶之一,是研究大陸造山帶古構(gòu)造體制、動力學(xué)和造山作用過程的理想場所,也是中國的一個重要成礦帶。自20世紀(jì)70年代以來,眾多地質(zhì)工作者對祁連山大地構(gòu)造格局與演化、海相火山巖、蛇綠巖、高壓變質(zhì)帶、地球化學(xué)以及沉積特征等領(lǐng)域的研究取得了舉世矚目的成果和長足的進(jìn)展(韓松等,2000)。但是,對該造山帶中出露的前寒武紀(jì)基性侵入巖的研究涉及較少?;詭r體對探討構(gòu)造格局的時空演化起著重要作用,包含著豐富的幔源信息,可以作為重要構(gòu)造轉(zhuǎn)換時間衡量的標(biāo)尺,在地球動力學(xué)研究中有著重要而特殊的意義。近幾年,對基性巖脈群的研究成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點,表現(xiàn)為在巖墻群的分布、形態(tài)、巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)和構(gòu)造演化等方面取得了一系列的成果(HOEK J D,1995;李才等,2004;邵濟(jì)安等,2001)。通過青海1∶5萬玉龍灘、抓什究、賀爾、橋頭幅區(qū)調(diào)工作者在北祁連蛇綠(混雜)巖帶中發(fā)現(xiàn)的新元古代輝長巖,結(jié)合區(qū)域資料,研究認(rèn)為大坂山北、中祁連結(jié)合帶在南華紀(jì)—早震旦世就有一期伸展裂解的構(gòu)造事件發(fā)生(馮益民等,1992,1996)。這一信息對北、中祁連造山帶的構(gòu)造演化及成礦地質(zhì)背景研究具有重要地質(zhì)意義。筆者在野外工作的基礎(chǔ)上,對基性侵入巖的年代學(xué)及地球化學(xué)特征進(jìn)行論述,并對其構(gòu)造環(huán)境加以探討。

      1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

      1.1 地質(zhì)背景

      祁連造山帶北鄰阿拉善地塊,南接祁連-柴達(dá)木地塊,西以阿爾金斷裂為界與塔里木地塊相鄰,東與秦嶺褶皺系相接,大地構(gòu)造位置十分重要。祁連造山帶由北向南劃分為北祁連弧盆系和中南祁連陸塊。北祁連弧盆系以北祁連蛇綠混雜巖帶與中南祁連陸塊相接。措龍溝地區(qū)位于北祁連蛇綠構(gòu)造混雜巖帶中?;祀s帶主要由大小不等的構(gòu)造塊體和基質(zhì)組成,巖石類型復(fù)雜,其中古元古代托賴巖群呈外來構(gòu)造巖塊分布最廣,為一套中高級變質(zhì)巖系,以長英質(zhì)片麻巖為主,鎂質(zhì)碳酸巖鹽次之。少量碳酸鹽巖、基性-超基性巖、玄武巖、礫巖等以構(gòu)造塊體、構(gòu)造透鏡體形態(tài)產(chǎn)出?;|(zhì)由強片理化的碎屑巖和火山碎屑巖構(gòu)成。

      輝長巖(體)整體產(chǎn)出在祁連蛇綠構(gòu)造混雜巖帶的北緣部位,以透鏡體呈北西—南東向展布,出露面積1.02km2。北側(cè)、西側(cè)與混雜帶內(nèi)托賴巖群片巖外來塊體呈韌性剪切斷層接觸;東側(cè)以混雜帶北裂為界與志留紀(jì)花崗閃長巖呈斷層接觸;西南部與混雜巖帶的碎屑巖、玄武巖塊體呈斷層接觸。受后期構(gòu)造作用影響,巖石體中發(fā)育強劈理化,內(nèi)部次級斷裂發(fā)育;普遍具綠泥石化、綠簾石化、黏土化、碎裂巖化蝕變現(xiàn)象(圖1)。

      1.2 巖石特征

      措龍溝輝長巖塊體巖石類型主要由輝長巖構(gòu)成,巖石結(jié)構(gòu)為細(xì)粒輝長巖和中細(xì)粒輝長巖兩種。巖石受后期構(gòu)造疊加作用明顯,其巖石學(xué)特征如下。

      蝕變細(xì)粒輝長巖:巖石為灰色,碎裂結(jié)構(gòu)與細(xì)粒輝長結(jié)構(gòu)并存,具不太明顯的流動構(gòu)造。巖石主要組成礦物為斜長石(52%~53%)、輝石(38%~47%)、綠泥石(6%)、綠簾石(4%)、方解石少量。巖石受動力變質(zhì)作用影響,發(fā)育網(wǎng)狀裂隙;沿裂隙綠簾石、綠泥石及方解石交代巖石中的斜長石和輝石,使巖石顯碎裂結(jié)構(gòu)。斜長石呈半自形粒狀晶,晶體長短軸平均值在0.22~2.40mm,一般在2.00mm以下,細(xì)粒級晶粒為主,發(fā)育壓碎裂,普遍具波狀消光變形結(jié)構(gòu),具鈉長雙晶、鈉長機(jī)械雙晶、肖鈉雙晶,測得An值在46左右,故為中長石。輝石呈半自形粒狀晶,晶體長短軸平均值在0.24~2.88mm,多在2.00mm以下,多數(shù)或部分被陽起石交代。

      細(xì)粒陽起石化輝長巖:淺灰色,細(xì)粒輝長結(jié)構(gòu),具流紋構(gòu)造。巖石礦物成分為斜長石(53%)、輝石假象(40%)、葡萄石(5%)、綠簾石(2%),不透明礦物少量。大部分斜長石和輝石的長軸排列方向一致,形成流動構(gòu)造。斜長石呈半自形粒狀晶,晶體長短軸平均值在0.24~1.76mm,具較強的黏土化,簾石化蝕變,少量晶體中具鈉長雙晶,部分晶體中鈉長雙晶彎曲或顯鈉長機(jī)械雙晶,測得鈣長石組分的號數(shù)An值在53~55,為拉長石。輝石呈半自形粒狀晶,晶體長短軸平均值在0.32~1.38mm,幾乎全部被陽起石交代,保留結(jié)晶形態(tài)。另外沿裂隙葡萄石、綠簾石的集合體交代巖石。

      蝕變中細(xì)粒輝長巖:淺灰色或灰色,中細(xì)粒輝長結(jié)構(gòu),塊狀或流動構(gòu)造。巖石礦物成分為斜長石(41%~65%)、普通輝石(30%~52%)、葡萄石(0~5%)、綠泥石(0~1%)。斜長石呈他形、半自形粒狀晶,晶體長短軸平均值在0.44~3.07mm,細(xì)粒級晶粒占多數(shù),具較強的黏土化、絹云母化蝕變,伴碳酸鹽化、簾石化蝕變,發(fā)育鈉長聚片雙晶,受動力變質(zhì)作用雙晶彎曲現(xiàn)象常見,且還具鈉長機(jī)械雙晶,晶體伴有碎裂化,測得鈣長石組分號數(shù)An的值為46±,為中長石。普通輝石呈他形、半自形粒狀晶,少數(shù)呈柱狀晶,晶體長短軸平均值在0.66~3.56mm,細(xì)粒級晶粒占多數(shù),少數(shù)晶體被纖閃石、綠泥石交代,或被綠色陽起石交代。巖石網(wǎng)狀裂隙中葡萄石、綠簾石、綠泥石交代巖石。中長石和普通輝石長軸排列基本一致,呈定向排列而形成流動構(gòu)造。

      1.全新世沖洪積;2.古元古代托賴巖群;3.晚志留世二長花崗巖;4.震旦紀(jì)輝長巖;5.粉砂巖;6.板巖;7.灰?guī)r;8.礫巖;9.輝綠巖;10.整合界線;11.斷層界線;12.韌性剪切帶;13.構(gòu)造塊體;14.層理/片理;15.同位素圖1 輝長巖體出露位置圖Fig.1 Location map of the exposed location rock

      2 巖石地球化學(xué)特征

      本次研究工作選擇了7件輝長巖的新鮮巖石樣品進(jìn)行巖石化學(xué)全分析。主量元素采用常規(guī)化學(xué)分析方法(分析精度一般優(yōu)于2%),微量元素采用質(zhì)譜法,稀土元素采用等離子光譜法。測試工作均由國土資源部武漢綜合巖礦測試中心完成。其中主量元素通過x熒光光譜儀測定(3080E),其中FeO檢測精密度RSD<10%,其余主量元素H2O及CO2檢測精密度RSD<2%~8%。微量元素由等離子質(zhì)譜(X.series)測定,檢測精密度RSD<8%。

      2.1 主量元素

      措龍溝輝長巖巖石化學(xué)分析結(jié)果見表1。從表1可見,巖石普遍H2O含量較高,平均為2.57%,反映出巖石后期具較強的綠泥石化蝕變。其SiO2含量為46.05%~50.94%,變化不大,屬基性巖范疇;Fe2O3含量小于FeO;MgO含量為5.75%~9.87%,CaO含量介于9.27%~14.49%;Na2O含量介于1.91%~2.73%,普遍>2%以上;Al2O3含量介于14.25%~22.62%,含量明顯較高,顯示富鋁特點;其中TiO2含量為0.12%~0.58%,平均值低于火山弧拉斑玄武巖。鎂鐵比值(m/f)在0.67~1.59,小于2,為鐵質(zhì)基性巖。巖石普遍Na2O>K2O。標(biāo)準(zhǔn)礦物組合為Or+ab+an+hy+ol+ap+il+mt。與世界火成巖中(R.W.LEMAITRE,1976)同類巖石相比,措龍溝輝長巖的TiO2、FeOt、K2O偏低,Al2O3、CaO較高,Na2O、MgO接近或近于一致。

      表1 巖石化學(xué)特征表Tab.1 The petrochemistry characteristics

      注:樣品測試單位:國土資源部武漢綜合巖礦測試中心。

      在硅堿圖中(圖2),樣品投點均落于亞堿性系列區(qū)。在AFM圖解中(圖3),大部分樣品投點落于拉斑玄武巖系列區(qū)和鈣堿性系列區(qū)界線上,少數(shù)樣品落入鈣堿性系列區(qū),并靠近FM線分布,反映出明顯的貧堿富鎂特征;在TiO2-K2O-P2O5圖解中(圖4),樣品大部分落于大陸拉斑玄武巖區(qū),個別樣品落于大洋拉斑玄武巖區(qū)。由此可見,措龍溝輝長巖具有大陸拉斑玄武巖巖漿成因的特征。

      圖2 輝長巖硅堿圖Fig.2 Gabbro alkali silica diagram

      圖3 輝長巖AFM圖解Fig.3 A-F-M diagram(據(jù)T.N.IRVINE et al.,1971)

      OT.大洋拉斑玄武巖;CT.大陸拉斑玄武巖圖4 輝長巖TiO2-K2O-P2O5圖解Fig.4 TiO2- K2O- P2O5 diagram

      2.2 稀土元素

      由表2可見,措龍溝輝長巖巖石稀土總量較低,大部分樣品∑REE在10.19×10-6~21.71×10-6,個別樣品∑REE=6.33×10-6;輕重稀土之比LREE/HREE=1.43~3.49,(La/Yb)N=0.79~2.57,少部分巖石反映輕稀土微弱富集,大部分反映輕重稀土分餾不明顯,δEu在1.39~2.46,均大于1,具Eu正異常特征。Sm/Nd=0.26~0.41,與地幔源區(qū)巖漿成分相一致(張治洮等,1996)。

      在以球粒隕石為標(biāo)準(zhǔn)的配分模式圖中(圖5),7件樣品的曲線呈輕稀土略微富集右傾斜型,大部分樣品的曲線呈輕稀土虧損,稀土更為明顯的近于向左、右皆緩傾的分布型式,所有樣品具較強的正Eu異常特征,這兩種分配型式基本分別與薩德伯里邊緣相和中央相層狀輝長巖(CROCKET,1979)的稀土配分型式相似。特征反映形成輝長巖的原生玄武質(zhì)巖漿隨分異程度增大和堆積作用加強,其稀土總量逐漸降低,曲線由輕稀土富集轉(zhuǎn)變?yōu)檩p稀土虧損型,Eu正異常明顯,反映分離結(jié)晶作用的堆積相富集Eu的特征(任紀(jì)舜等,2004)。綜合而言,措龍溝輝長巖與堆晶層狀輝長巖的特征十分相似。

      表2 輝長巖稀土元素特征表(10-6)Tab.2 REE characteristics(10-6)

      圖5 稀土配分模式圖Fig.5 Chondrite normalized REE distribut patterns for the diabase dike swarms in the study area(據(jù)BOYNTON,1984)

      2.3 微量元素

      措龍溝輝長巖巖石微量元素分析結(jié)果見表3,巖石各元素豐度值與維氏(1962)基性巖平均值相比,其中Sc、Rb元素豐度值大于維氏值,Cr、Co元素平均值大于維氏值,Cu、Nb、Ta、Th、U、Ba、Sr、Zr、Hf、Ni、W、Mo等元素普遍低于維氏值。

      以原始地幔為標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素比值蛛網(wǎng)圖中(圖6),曲線呈單隆起右傾的型式,Rb、Ba、Th、U、K強不相容元素具較強富集,Nb、La、Ce、Nd、Hf、Zr、Sm中等不相容元素及Tb、Ti、Y、Yb弱不相容元素具較強虧損,其中La元素虧損明顯,形成“凹”谷,Sr元素明顯富集,形成凸起,各曲線近于平行一致;經(jīng)計算,所有樣品的(Rb∕Yb)N值均>1。各元素豐度及蛛網(wǎng)圖曲線型式與(HOLM,1985)所劃分的大陸拉斑玄武巖的特征很相似。

      圖6 微量元素比值蛛網(wǎng)圖Fig.6 Web diagram of metamorphic intrusive rock (據(jù) PEACE,1984)

      3 形成時代確定

      本次工作對措龍溝輝長巖進(jìn)行了U-Pb同位素測年,其樣品號為IPm06JD5-1,巖性為淺灰色中細(xì)粒輝長巖。

      分析鋯石選自約15kg巖石樣品。樣品經(jīng)碎樣、磁選及重液選等選出鋯石,經(jīng)手選純后裝入環(huán)氧樹脂中磨光。用光學(xué)顯微鏡及掃描電鏡陰極發(fā)光(CL)觀察選出好的、沒有裂紋及包裹體不發(fā)育的鋯石晶體點進(jìn)行測定。鋯石LA-ICP MS 定年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究ICP-MS實驗室完成。測試定年的打點鋯石共25顆,其分析結(jié)果見表4,由表4可見,1~25號點206Pb/238U和207Pb/235U表面年齡較為混亂,大小不一致,但其中第3、4、8、21號4個點的年齡較為一致,給出了(675±31)Ma的年齡值,其鋯石U-Pb同位素諧和圖見圖7。另外3、4、6、8、11、20、21、23共8個點的表面年齡較為接近,但仍有差別,其同位素直方圖見圖8。

      從鋯石陰極發(fā)光圖片(圖9)來看,該樣品中篩選的鋯石明顯具有多種類型,少部分鋯石呈長柱狀、短柱狀形態(tài),震蕩環(huán)帶清楚,具巖漿鋯石特征,而大部分鋯石具圓滑外邊的橢圓狀外形,具溶蝕結(jié)構(gòu)、斑雜狀分帶、云霧狀分帶,少量具明顯的變質(zhì)增生邊,因此大多數(shù)鋯石具有變質(zhì)鋯石的特征。但從巖石本身來看,基本不具明顯的較高程度變質(zhì)。因此,這類鋯石應(yīng)以在沒有流體參與的亞固相條件下重結(jié)晶作用形成的鋯石為主,一部分屬于古老熔體的繼承鋯石。

      綜上所述,4顆鋯石打點給出的(675±31)Ma的年齡值很可能是輝長巖成巖結(jié)晶過程中形成的鋯石,也即該類輝長巖的成巖年齡,為新元古代早震旦世。

      表3 微量元素特征表Tab.3 Trace element characteristics

      注:樣品測試單位:國土資源部武漢綜合巖礦測試中心;Au含量為10-9,其他為10-6。

      圖7 U-Pb同位素諧和圖Fig.7 U-Pb Concordia diagrams of zircon

      圖8 U-Pb同位素加權(quán)圖Fig.8 U-Pb Concordia diagrams of zircon

      圖9 輝長巖U-Pb鋯石陰極發(fā)光圖片(據(jù)IPmm006JD5-1)Fig.9 Cathodoluminescence images of zircons

      表4 輝長巖鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果表Tab.4 U-Pb isotope age determined result of rock

      注:表中所列誤差均為1σ誤差;測試單位:天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所。

      4 構(gòu)造環(huán)境判別

      前已表述,措龍溝震旦紀(jì)基性巖產(chǎn)出在柏木峽蛇綠構(gòu)造混雜巖帶之中,呈構(gòu)造透鏡體產(chǎn)出,其原始產(chǎn)狀特征被破壞殆盡,因此,從其產(chǎn)狀以及與其圍巖的關(guān)系等方面已經(jīng)不能判斷其環(huán)境。

      據(jù)巖石地球化學(xué)分析,巖石具有類似大陸拉斑玄武巖的巖漿特征;稀土配分型式與堆晶層狀輝長巖的特征十分相似,其中部分輕稀土微富集的配分型式更類似于大陸玄武巖;而微量元素特征及蛛網(wǎng)圖曲線型式與HOLM(1985)所劃分的大陸拉斑玄武巖的特征很相似(肖慶輝等,2002)。

      通過圖解判別,在TiO2-MnO×10-P2O5×10圖解中(圖10),輝長巖樣品投點較集中落入島弧拉斑玄武巖區(qū),僅有1個樣品投于落于鈣堿性玄武巖區(qū);在FeOt-MgO-Al2O3圖解中(圖11),投點較集中地落入造山帶環(huán)境區(qū)并有向大洋島嶼演化的特征。將輝長巖7組樣品投于R1-R2圖解中(圖12)進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別,結(jié)果樣品較集中分布于地幔分離環(huán)境區(qū),基本說明輝長巖形成于伸展性構(gòu)造環(huán)境。

      OIT.大洋島嶼拉斑玄武巖;MORB.洋中脊玄武巖;CAB.鈣堿性玄武巖;OIA.大洋島嶼堿性玄武巖;IAT.島弧拉斑玄武巖圖10 TiO2-MnO×10-P2O5×10圖解Fig.10 TiO2-MnO×10-P2O5×10 diagram

      結(jié)合本區(qū)區(qū)域地質(zhì)分析,輝長巖為洋殼或上地幔玄武質(zhì)巖漿分異或分離結(jié)晶堆積作用形成的、類似于大陸拉斑玄武巖的產(chǎn)物。進(jìn)一步明言,措龍溝輝長巖具有大陸或陸緣初始裂谷環(huán)境成因特征。

      1.洋中脊及洋底;2.大洋島嶼;3.造山帶;4.大陸板塊內(nèi)部;5.擴(kuò)張中心島嶼圖11 輝長巖TFeO-MgO-Al2O3圖解Fig.11 FeOt-MgO-Al2O3 diagram

      1.地幔分離的;2.板塊碰撞前的;3.碰撞后的抬升;4.造山晚期的;5.非造山的;6.同碰撞期的;7.造山期后的圖12 輝長巖R1-R2圖解Fig.12 R1-R2 diagram

      另外,在措龍溝輝長巖南側(cè)的柏木峽蛇綠構(gòu)造混雜巖帶中還發(fā)現(xiàn)了南華紀(jì)基性火山熔巖(玄武巖鋯石U-Pb測年764±3Ma,)構(gòu)造塊體,其巖石地球化學(xué)與大陸裂谷型玄武巖極為相似;很可能該類玄武巖和輝長巖是同一構(gòu)造背景之下形成的產(chǎn)物。由此反映,大坂山北、中祁連結(jié)合帶在南華紀(jì)—早震旦世就有一期伸展裂解的構(gòu)造事件發(fā)生,形成的少量的巖石記錄在加里東晚期強烈的碰撞造山運動中被構(gòu)造混雜拼貼到了古生代蛇綠構(gòu)造混雜巖帶中(徐學(xué)義等,2008)。

      5 結(jié)論

      (1)措龍溝地區(qū)輝長巖樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析的結(jié)果表明,其年齡值為為(675±31)Ma,確定其時代為新元古代。

      (2)措龍溝地區(qū)輝長巖體,巖石化學(xué)分析表明輝長巖具有富鎂、富鋁、富鈉特點,與地幔源區(qū)巖漿成分相一致。

      (3)措龍溝地區(qū)輝長巖為大陸或陸緣初始裂谷環(huán)境下的產(chǎn)物;反映大坂山北、中祁連結(jié)合帶在南華紀(jì)—早震旦世就有一期伸展裂解的構(gòu)造事件發(fā)生。

      致謝:誠摯感謝審稿專家對本文提出的寶貴意見。青海省地質(zhì)調(diào)查院區(qū)調(diào)所玉龍灘項目組同事給予了大力支持和幫助,在此一并致以衷心的感謝。

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