東昆侖馬尼特地區(qū)花崗閃長巖地球化學特征及地質意義

魏小林，甘承萍，倉索南尖措，康 波

(1. 吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061; 2. 青海省地質調查局，青海 西寧 810001; 3. 青海省第三地質礦產勘查院，青海 西寧 810021； 4. 青海省第四地質礦產勘查院，青海 西寧 810001)

0 前 言

東昆侖造山帶位于青藏高原東北部的昆侖造山帶東段，屬于劃分中國大陸南北兩大構造域的中央造山系的一部分，其地質構造位置與成巖成礦作用突出顯著[1-2]。馬尼特地區(qū)位于東昆侖阿尼瑪卿造山帶，該帶處于東昆侖造山帶、西秦嶺造山帶和巴顏喀拉造山帶匯聚交接地區(qū)，是青藏高原東北邊緣及北部與中央造山系復合交接的部位，也是原特提斯東段北緣分支洋盆和古特提斯洋構造體系域復合交織的重要構造部位，是研究中國大陸構造及其動力學的關鍵地區(qū)，因此對該帶的構造演化研究較多，并認為本區(qū)存在早古生代和晚古生代兩期洋—陸相互轉化的構造演化過程[3]。但對于本區(qū)早古生代的構造演化研究較為薄弱，李王曄等[4]通過對德爾尼閃長巖(493 Ma)的研究認為，其形成于洋殼消減的時代；趙菲菲等[5]通過對馬尼特地區(qū)的片麻狀花崗閃長巖體(495.6 Ma)研究表明，該巖體代表了加里東早期原特提斯洋殼俯沖的活動大陸邊緣環(huán)境；通過對本區(qū)花崗閃長巖的研究，獲得463.9 Ma的侵入年齡，并認為其代表了原特提斯洋擴張演化在東昆侖地區(qū)的響應。本文選擇馬尼特地區(qū)花崗閃長巖進行了巖相學、地球化學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學和同位素研究，并探討其巖石成因、物質來源及與碰撞造山事件之間的關系，可為原特提斯洋早期俯沖構造演化提供新的證據。

1 區(qū)域地質背景及巖體特征

1.1 區(qū)域地質背景

東昆侖造山帶位于柴達木盆地南緣，前人根據東昆侖不同的構造演化曾提出多種不同的構造單元劃分方案[6-7]。馬尼特地區(qū)位于東昆南構造帶與巴顏喀拉造山帶結合部位(圖1)，處于阿尼瑪卿蛇綠混雜巖帶內。

馬尼特地區(qū)出露的地層較為單一，主要為中元古代苦海巖群、二疊紀馬爾爭組和第四紀沉積地層。其中二疊紀馬爾爭組是本區(qū)主體地層，呈NWW-SEE向展布，在平面上形成菱形網絡狀，或平行疊瓦狀結構，界面多為斷層或強構造形變帶，主要巖石類型為砂巖、雜砂巖、巖屑砂巖、粉砂巖、粉砂質板巖等碎屑巖沉積組合。本區(qū)地處位于東昆南構造帶與巴顏喀拉造山帶交接部位，地質構造比較復雜，不同規(guī)模的斷裂構造及褶皺構造均很發(fā)育，多呈北西—南東向延伸。區(qū)內巖漿巖活動強烈，加里東期侵入巖分布面積較大，巖性以花崗閃長巖和花崗閃長巖為主，印支期侵入巖主要分布在北部，以石英閃長巖為主。

圖1 研究區(qū)地質簡圖

1.2 巖石學特征

馬尼特花崗閃長巖體出露于研究區(qū)中部，呈北西—北西西向展布，巖體中局部發(fā)育較明顯的片麻理、糜棱面理(圖2a)，面理方向與區(qū)域構造方向一致，可見暗色微粒包體(圖2b)，一般呈橢圓狀，拖尾現(xiàn)象不甚明顯，大小在4～18 cm之間不等。根據巖性組合特征及變形變質情況，將該巖體劃分為一個填圖單元，其巖性組合為中細粒石英閃長巖、閃長玢巖(具變余斑狀結構，圖2c)和中細?；◢忛W長巖，其中花崗閃長巖出露面積占90%以上。巖石呈灰色、灰白色、灰綠色、淺灰黑色，中細粒花崗結構，局部中粗粒花崗結構，塊狀構造。巖石的主要組成礦物為石英、鉀長石、斜長石、黑云母及少量角閃石。副礦物以榍石等為主。其中，石英含量在20%～30%，呈他形粒狀，粒徑在0.3～5 mm，雜亂分布，少數(shù)有破碎，且具波狀消光。鉀長石含量在5%～10%之間，成分為微斜長石，呈他形粒狀，粒徑在0.2～1 mm，未發(fā)生次變，部分可見清晰格子狀雙晶，雜亂分布于斜長石之間。斜長石含量在45%以上，成分為An≈10%～20%的更長石，呈他形粒狀，粒徑0.5～3 mm，部分發(fā)生了絹云母化，雜亂分布。黑云母含量在5%～10%，大都已發(fā)生綠泥石化，呈細片狀，在應力作用下，多被扭曲，破碎。分布于長石石英之間。角閃石含量在5%以下，呈他形粒狀，粒徑在0.5～2 mm，呈綠色，散布于部分長石之間。黑云母及角閃石多已次變?yōu)榫G泥石。巖石變質變形作用較強，以片麻巖化、碎裂巖化(圖2d)為主。

(a) 糜棱巖化花崗閃長巖；(b) 暗色微粒包體；(c) 閃長玢巖的斑狀結構；(d) 碎斑+碎基

2 分析方法

2.1 化學全分析

本文選擇新鮮無蝕變花崗閃長巖體樣品7件，在國土資源部華北礦產資源監(jiān)督檢測中心天津地質礦產研究所實驗測試室進行樣品的主量、微量和稀土元素分析。除H2O用重量法和FeO用容量滴定法測定外, 其余主量元素都用 X 螢光光譜儀測定, 分析精度(相對誤差)優(yōu)于1%。微量元素和稀土元素采用電感耦合等離子體質譜儀(TJA-PQ-ExCell ICP-MS)測定, 分析誤差小于5%。

2.2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年

用于鋯石測年研究的樣品采集2件(圖1)，采樣點地理坐標分別為97(°)39(′)48(″)N，35(°)27(′)46(″)E和97(°)38(′)54(″)N，35(°)27(′)51(″)E，樣品巖性為灰色、灰白色中細?；◢忛W長巖。在分選鋯石之前，首先用水將樣品清洗并晾干，然后粉碎至0.18 mm(80目)，經過分選、細淘之后，在實體顯微鏡下手工挑選出鋯石，將不同特征的鋯石粘在雙目膠上，并用無色透明的環(huán)氧樹脂固定。鋯石分選工作在河北省廊坊市宇能巖石礦物分選技術服務有限公司完成。

鋯石U-Pb年齡在天津地質礦產研究所實驗測試室進行,通過同位素實驗室激光燒蝕多接收器電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICPMS)來測定[9]。本次測試采用的激光剝蝕束斑直徑為35 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm。 采用TEMORA和GJ-1作為外部鋯石年齡標準進行U、Pb同位素分餾校正，單個分析點的同位素比值和同位素年齡的誤差為1σ，年齡值選206Pb/238U年齡，加權平均年齡誤差為95%置信度。原始數(shù)據數(shù)據處理、年齡計算和繪圖使用ICPMSDataCal程序和ISOPLOT程序。

3 分析結果

3.1 地球化學

3.1.1 主量元素

馬尼特花崗閃長巖體SiO2含量為60.98%～73.20%(平均為65.83%)，TiO2含量為0.14%～0.58%(平均0.35%)，Al2O3含量為13.84%～16.57%(平均14.83%)，MgO含量為0.38%～2.98%(平均1.79%)，Alk含量為4.64%～8.18%，其中Na2O和K2O含量分別為3.31%～4.69%(平均4.02%)和1.29%～3.74%(平均2.48%)，Na2O/K2O介于1.06～3.37之間(平均1.87)，鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.80～1.45(平均1.10)，屬準鋁質—過鋁質系列。

在TAS判別圖上(圖3a)，花崗閃長巖體主要落在閃長巖、花崗閃長巖、花崗巖區(qū)域及其與石英二長巖的過渡區(qū)域內，屬亞堿性系列；在K2O-SiO2圖上(圖3b)，主要落在鈣堿性系列到高鉀鈣堿性系列；在圖3c中，主要落入準鋁質—過鋁質區(qū)域；AFM圖解(圖3d)中，巖體主體為鈣堿性系列，具堿富集趨勢?？傮w上看，馬尼特巖體在主量元素上表現(xiàn)出高硅、富鋁、低Ti、ALK含量較高和鈣堿性-高鉀鈣堿性系列的巖石地球化學特征。

3.1.2 稀土和微量元素特征

馬尼特花崗閃長巖體的稀土總量(ΣREE)除個別樣品外(ΣREE=78.43×10-6)均較高，變化于96.11×10-6～210.63×10-6(平均132.80×10-6)之間。在球粒隕石標準化的稀土元素配分模式圖(圖4a)上，表現(xiàn)為輕稀土強烈富集的右傾型模式。其中，(La/Yb)N比值介于7.88～20.73之間，(La/Sm)N比值介于3.69～5.49之間，(Gd/Yb)N比值介于1.09～2.66之間，說明石英閃長巖體稀土元素分餾明顯，輕稀土富集且明顯分餾，重稀土虧損且分餾不明顯。除樣品D1570外，巖石均具負Eu異常(Eu/Eu*=0.58～0.96，平均0.74)，說明斜長石的分離結晶作用在巖石形成過程中起一定作用，未顯示明顯的Ce異常(Ce/Ce*=0.88～1.02，平均0.93)。

馬尼特花崗閃長巖體的大離子親石元素(LILEs)Rb、Sr、Ba含量分別為50.04×10-6～126.15×10-6、153.75×10-6～469.05×10-6、600.49×10-6～2 595.99×10-6，放射性生熱元素(RHPEs)U、Th含量分別為0.76×10-6～5.45×10-6、13.88×10-6～33.04×10-6，高場強元素(HFSEs)Nb、Ta、Zr、Hf含量分別為7.23×10-6～12.90×10-6、0.28×10-6～1.70×10-6、107.00×10-6～153.99×10-6、3.30×10-6～6.19×10-6。在原始地幔標準化的微量元素蛛網圖(圖4b)上，馬尼特巖體表現(xiàn)出大離子親石元素(LILEs)Rb、Ba、K和放射性生熱元素(RHPEs)U、Th富集，不同程度虧損Nb、Ta、Ti、P等元素的特點。

3.2 鋯石U-Pb年代學

為了厘定馬尼特花崗閃長巖體的形成時代，采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年法對馬尼特花崗閃長巖體的鋯石進行了測試。測年樣品(樣號D0013-1、D1570-1)采樣點地理坐標分別為97(°)39(′)48(″)N，35(°)27(′)46(″)E和97(°)38(′)54(″)N，35(°)27(′)51(″)E，樣品巖性為灰色、灰白色中細?；◢忛W長巖。

圖3 馬尼特花崗閃長巖TAS、SiO2-K2O和A/CNK-A/NK圖,AFM圖

圖4 馬尼特花崗閃長巖稀土元素配分模式和微量元素蛛網圖

對樣品D0013-1、D1570-1的鋯石進行了LA-ICP-MS定年分析，剔除極度不諧和點后，D0013-1有效點25個，D1570-1有效點19個，在有效的測試點中，鋯石中Th含量分別介于188.09×10-6～685.84×10-6和186.48×10-6～2 021.45×10-6，U含量分別介于685.41×10-6～1 617.47×10-6和688.45×10-6～4 718.83×10-6，所有Th/U比分別介于0.24～0.42和0.27～0.47之間，也顯示了巖漿成因鋯石的特征。這些測點均位于巖漿生長環(huán)帶上，其206Pb/238U表面年齡相接近，分別集中在468～495 Ma和480～519 Ma之間，加權平均年齡分別為475.2 Ma±6.2 Ma(MSWD=0.18)(圖5)和490.9 Ma±7.8 Ma(MSWD=0.41)(圖6)。因此，將馬尼特花崗閃長巖體的結晶時代定為頂寒武世—早奧陶世。

4 討 論

一般認為，島弧環(huán)境下巖漿是俯沖洋殼在一定深度發(fā)生脫水作用釋放出俯沖帶流體,這種變質脫水流體與俯沖板片上覆地幔發(fā)生水—巖反應，使消減洋殼及地幔楔發(fā)生部分熔融，形成島弧火山巖和占次要地位的花崗巖類侵入巖。在Pearce等的花崗巖構造環(huán)境判別圖解上(圖7a)，馬尼特花崗閃長巖體均落在火山弧花崗巖(VAG)范圍內，馬尼特花崗閃長巖體在微量元素蛛網圖上顯示為Rb、Ba、Th等大離子親石元素富集，Zr、Hf、Ta等高場強元素相對虧損，Nb、Y、Ti、P等元素顯著虧損、Ti、P等呈明顯的低谷的配分型式，表現(xiàn)出活動陸緣俯沖消減帶中巖漿弧的特征，在巖漿演化過程中可能混入了少量的殼源物質。在圖6b中，樣品主要落入板塊碰撞前消減區(qū)花崗巖區(qū)域，相當于活動板塊邊緣。

圖5 D0013-1樣品LA-ICP-MS鋯石U一Pb年齡諧和圖及表面年齡權重值圖

圖6 D1570-1樣品LA-ICP-MS鋯石U一Pb年齡諧和圖及表面年齡權重值圖

東昆侖在加里東期一直處于持續(xù)擠壓造山的構造背景[9]，莫宣學等[1]認為東昆侖東部在早寒武世為洋盆形成及擴張階段，中寒武世開始進入俯沖階段，持續(xù)到晚奧陶世。東昆侖都蘭可可沙石英閃長巖體的形成年齡為515.2 Ma±4.4 Ma[10]，被認為是洋盆俯沖的開始，趙菲菲等[5]通過對東昆侖造山馬尼特地區(qū)的片麻狀花崗閃長巖體年代學研究，測得形成年齡495.6 Ma±1.1 Ma代表了洋殼俯沖環(huán)境，李王曄等[4]測得東昆侖南部的德爾尼島弧閃長巖年代為493.6 Ma±6 Ma，認為其形成于洋殼消減的時代。上述資料表明，東昆侖地區(qū)在加里東早期存在存在一次重要的俯沖事件，結合本次研究認為，馬尼特花崗閃長巖形成的構造環(huán)境應為加里東早期特提斯洋俯沖的活動大陸邊緣環(huán)境，原特提斯洋俯沖到柴達木地塊之下造成陸殼加厚，新生的陸殼部分熔融形成馬尼特花崗閃長巖。

5 結 論

1)馬尼特花崗閃長巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為475.2 Ma±6.2 Ma(MSWD=0.18)和490.9 Ma±7.8 Ma(MSWD=0.41)，表明該巖體形成于晚寒武世—早奧陶世。

2)馬尼特花崗閃長巖體具有I型花崗巖的特征，高硅、富鋁、低Ti、ALK含量較高和鈣堿性—高鉀鈣堿性系列的巖石地球化學特征。

圖7 馬尼特花崗閃長巖體構造環(huán)境判別圖解

3)馬尼特花崗閃長巖體具有活動陸緣巖漿弧特征，在微量元素Rb-(Y+Nb)構造判別圖落入火山弧花崗巖區(qū)域，在R1-R2構造判別圖落入板塊碰撞消減區(qū)花崗巖區(qū)域。綜合巖石組合及地球化學特征認為其形成于早古生代早期與洋殼俯沖有關的洋盆俯沖起始構造環(huán)境。