青海省半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

李成福，趙明福，史連昌，韓建軍，云啟成，談 艷

(青海省地質(zhì)調(diào)查局，青海 西寧 810000)

自上世紀(jì)50年代對(duì)該地區(qū)開(kāi)展了1∶100萬(wàn)、1∶50萬(wàn)、1∶20萬(wàn)的重、磁、電及礦產(chǎn)調(diào)查，大致建立了構(gòu)造格架，較系統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查始于八十年代末，進(jìn)入本世紀(jì)后開(kāi)展了1∶5萬(wàn)化探普查、1∶5萬(wàn)遙感地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查和科研工作。前人通過(guò)開(kāi)展面積性地物化工作，在本區(qū)積累了較為豐富的地質(zhì)、礦產(chǎn)、地球物理、地球化學(xué)資料，較合理的建立了本區(qū)的地層層序，了解了區(qū)內(nèi)基本構(gòu)造輪廓，對(duì)區(qū)內(nèi)的巖漿活動(dòng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的劃分，基本了解了本區(qū)地球物理及地球化學(xué)背景及異常特征，針對(duì)阿爾金斷裂進(jìn)行了專題研究，為本次工作提供了可靠的基礎(chǔ)資料[1]。而對(duì)早石炭世侵入巖的地球化學(xué)特征及對(duì)其構(gòu)造背景、地質(zhì)意義等方面資料欠缺，近年的1∶5萬(wàn)、1∶25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查獲得了一些地球化學(xué)數(shù)據(jù)，結(jié)合野外地質(zhì)產(chǎn)狀研究了分布在半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖的地球化學(xué)特征、侵入深度、侵位機(jī)制及構(gòu)造環(huán)境，提高了該區(qū)巖漿巖的研究程度。

1 地質(zhì)特征

研究區(qū)位于柴達(dá)木盆地西北緣—阿爾金山南坡一帶，大地構(gòu)造劃分隸屬柴北緣結(jié)合帶中的灘間山火山弧[2]。研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，除了近東西向、南北向、北東向、北西向斷裂非常發(fā)育外，北西西向和北東向韌性剪切帶也十分發(fā)育，還發(fā)育有褶皺構(gòu)造和節(jié)理構(gòu)造。

地層區(qū)隸屬秦—祁—昆地層大區(qū)阿爾金地層區(qū)阿中地層分區(qū)，出露地層主要有古元古代達(dá)肯大坂巖群(Pt1D)、新近紀(jì)油砂山組(N2y)及第四紀(jì)地層[3]。

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)比較頻繁，中酸性侵入巖極為發(fā)育。侵入時(shí)期為晉寧期、華力西期和印支期，其中華力西期侵入巖最為強(qiáng)烈，而且分布面積也比較廣。巖石類型以基性—酸性為主。區(qū)內(nèi)出露的侵入巖主要有早泥盆世二長(zhǎng)花崗巖，晚泥盆世斜輝橄欖巖、角閃橄欖巖、輝石巖，早石炭世英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、角閃閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖，早三疊世角閃閃長(zhǎng)巖，中三疊世鉀長(zhǎng)花崗巖等；區(qū)內(nèi)脈巖較發(fā)育，主要有橄欖巖脈、輝石橄欖巖脈、輝綠巖脈、輝長(zhǎng)巖脈、閃長(zhǎng)巖脈、花崗巖脈、閃長(zhǎng)玢巖脈、輝綠玢巖脈等。

研究區(qū)內(nèi)早石炭世侵入巖主要分布于半沙山及其以西地區(qū)，主要以巖株形式產(chǎn)出，出露面積約為84 km2，平面形態(tài)多呈不規(guī)則狀、條帶狀，總體呈北1 古元古代達(dá)肯達(dá)坂巖群片麻巖組；2 古元古代達(dá)肯達(dá)坂巖群大理巖組；3 中元古代薊縣紀(jì)萬(wàn)洞溝群碎屑巖組；4新近紀(jì)油砂山組；5 第四紀(jì)；6 早泥盆世二長(zhǎng)花崗巖；7 中三疊世鉀長(zhǎng)花崗巖；8 早石炭世英云閃長(zhǎng)巖；9 早石炭世黑云母石英閃長(zhǎng)巖；10 早石炭世花崗閃長(zhǎng)巖；11 早石炭世閃長(zhǎng)巖；12 早石炭世角閃閃長(zhǎng)巖；13 輝長(zhǎng)巖脈；14 石英脈；15 花崗巖脈；16 輝綠巖脈；17 鉀長(zhǎng)花崗巖脈；18 超基性—基性巖；19 閃長(zhǎng)巖脈；20 地質(zhì)界線；21 不整合界線；22 巖體超動(dòng)接觸界線；23 巖體脈動(dòng)接觸界線；24 斷層西向展布。圍巖主要為古元古代達(dá)肯達(dá)坂群、中元古代薊縣紀(jì)萬(wàn)洞溝群及第四系，以侵入接觸為主，局部呈斷層接觸。侵入界線呈波狀彎曲，界面多為外傾，外接觸帶巖石可見(jiàn)烘烤現(xiàn)象，圍巖中多處見(jiàn)有輝長(zhǎng)巖脈、輝綠巖脈、閃長(zhǎng)巖脈、鉀長(zhǎng)花崗巖脈穿插，內(nèi)接觸形成幾厘米不等的細(xì)粒邊[4]。

圖1半沙山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)簡(jiǎn)圖

2 巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)早石炭世侵入巖巖石組合為中細(xì)粒黑云母石英閃長(zhǎng)巖—細(xì)粒閃長(zhǎng)巖—中細(xì)粒英云閃長(zhǎng)巖—中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖—中細(xì)粒角閃閃長(zhǎng)巖，其中黑云母石英閃長(zhǎng)巖為灰色，中細(xì)粒半自形柱狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、黑云母、石英、輝石、磷灰石等；閃長(zhǎng)巖為灰色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、角閃石、石英、輝石、磁鐵礦等；英云閃長(zhǎng)巖為灰白—淺灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、石英、黑云母等；花崗閃長(zhǎng)巖為灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、角閃石、黑云母等；角閃閃長(zhǎng)巖為灰色，細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，顯流動(dòng)構(gòu)造，主要礦物成分為斜長(zhǎng)石、角閃石、石英、黑云母等。本次研究工作主要選取半沙山一帶出露的早石炭世侵入巖作為主要研究對(duì)象[4]。

3 巖石地球化學(xué)特征

半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖主量、稀土和微量元素組見(jiàn)表1。

表1 早碳世侵入巖巖石化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

研究區(qū)內(nèi)早石炭世侵入巖氧化物含量見(jiàn)表1，其中SiO2含量為51.3%～65.29%，Al2O3含量為15.69%～17.82%，K2O含量為0.82%～7.73%，Na2O含量為3.42%～4.31%，K2O/Na2O值介于0.2～2.26，CaO含量為3.92%～9.17%，CaO/K2O值介于1.19～11.12，明顯具有富硅富鋁富鈣鈉貧鉀鎂鐵的特點(diǎn)。根據(jù)里特曼指數(shù)σ為1.4～12.92，屬于鈣堿性巖[5]。

在SiO2-(K2O+Na2O)圖解上(圖2)，樣品投點(diǎn)大部分落入亞堿性系列；在AFM圖解中(圖3)樣品投點(diǎn)均落在鈣堿性系列；在鋁飽和指數(shù)圖解中(圖4)樣品投點(diǎn)多落在過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)。綜上所述，早石炭世侵入巖總體顯示過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列花崗巖的成分特點(diǎn)。

圖2 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖ω(SiO2)-ω(K2O+Na2O)圖解

圖3 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖AFM圖解

圖4 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖A/CNK-A/NK圖解

3.2 稀土元素

早石炭世侵入巖稀土元素含量及特征值見(jiàn)表1，稀土總量(ΣREE)較高，在60.91×10-6～189.73×10-6之間；輕重稀土比(LREE/HREE)在4.96～10.46之間，輕稀土元素強(qiáng)烈富集，δEu=0.78～1.37，(La/Yb)n=3.29～14.37。Eu的虧損較為明顯，稀土配分曲線均為向右斜的曲線(圖5)，輕重稀土分餾中等，具較強(qiáng)的負(fù)銪異常，各巖石稀土曲線近于平行，反映屬同源巖漿的產(chǎn)物。

圖5 早石炭世侵入巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線

3.3 微量元素

早石炭世侵入巖微量元素含量見(jiàn)表1，在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖6)，具Rb、Th、Ce、Zr、Sm的正異常以及Ba、Nb、Sr、P、Ti不同程度的負(fù)異常，與活動(dòng)大陸邊緣花崗巖分布型式相似[6]。

圖6 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖微量元素

4 討 論

4.1 侵入深度與剝蝕程度

侵入巖與圍巖侵入接觸關(guān)系明顯，圍巖熱接觸變質(zhì)條帶發(fā)育，局部侵入體邊部具冷凝邊，略顯示定向組構(gòu)并大致平行于接觸面，侵入體之間接觸關(guān)系協(xié)調(diào)，界限清楚。該侵入體侵入深度屬中等[7-8]。

該侵入體剝蝕程度屬淺剝蝕到中等剝蝕，其特征為:圍巖除具十分發(fā)育的熱變質(zhì)帶外，其中并有巖枝貫入，圍巖具熱變質(zhì)及蝕變(硅化)，內(nèi)接觸帶中圍巖捕擄體發(fā)育，部分圍巖以殘留體形式出現(xiàn)在侵入巖頂部，局部可見(jiàn)冷凝邊且平行于接觸面，侵入巖中后期巖脈發(fā)育，以區(qū)域?qū)Ρ确治?，該侵入巖在區(qū)內(nèi)出露以中期為主，接觸關(guān)系以超動(dòng)形式，形成時(shí)溫度為700～750℃，壓力均大于2×108Pa。

4.2 巖體構(gòu)造與侵位機(jī)制

侵入體大部分沿?cái)嗔褞Х植迹矫嫘螒B(tài)以不規(guī)則狀為主，與圍巖構(gòu)造基本一致，接觸接線多呈彎曲不平，外接觸帶常見(jiàn)有巖枝及相關(guān)性巖脈貫入，內(nèi)接觸帶中見(jiàn)有大小不等的圍巖捕擄體，侵入體內(nèi)部巖石中礦物晶粒分布較均勻。綜上所述，本侵入體侵位機(jī)制是一種在被動(dòng)的巖墻擴(kuò)張機(jī)制下形成的。

4.3 構(gòu)造環(huán)境探討

早石炭世半沙山地區(qū)侵入巖屬鈣堿性系列偏鋁質(zhì)—過(guò)鋁質(zhì)巖石，巖石屬殼幔型花崗巖，具俯沖型花崗巖特點(diǎn)。A/CNK比值為 0.89～1.005，Na2O/K2O 比值為0.77～0.80，A/NK 比值為1.75～1.9，屬鈣堿性系列巖石。在R1-R2圖解中(圖7)，樣品投點(diǎn)大多數(shù)落在2區(qū)，屬板塊碰撞前花崗巖。利用構(gòu)造環(huán)境判別圖解進(jìn)行投影，在TFeO-MgO圖解(圖8)、(TFeO+MgO)-CaO圖解(圖9)中，投影點(diǎn)均落在IAG+CAG+CCG區(qū)。

區(qū)域地質(zhì)特征顯示，石炭紀(jì)隨著古特提斯多島洋的強(qiáng)烈擴(kuò)張[9]，環(huán)柴達(dá)木周緣接受濱淺海環(huán)境的碎屑巖—碳酸鹽巖沉積，陸陸碰撞持續(xù)的擠壓應(yīng)力和洋殼的拖曳造成強(qiáng)烈的陸內(nèi)俯沖作用，隨著陸殼的不斷短縮增厚，大量的變形熱、變質(zhì)熱、摩擦熱以及壓力的增高，造成中下地殼和上升地幔物質(zhì)的混合熔融，形成巖漿上升侵位。但是增厚的陸殼阻礙了大規(guī)模巖漿的上升，只有部分巖漿侵入地殼淺部，早石炭世侵入巖正是在這一構(gòu)造背景下形成的[10-11]。

結(jié)合區(qū)域特征綜合判斷，半沙山地區(qū)石英閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖等侵入巖應(yīng)屬陸內(nèi)俯沖階段地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，巖漿形成過(guò)程中有地幔物質(zhì)的參與。

圖7 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖R1-R2圖解

圖8 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖TFeO-MgO圖解

圖9 半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖(TFeO+MgO)-CaO圖解

5 結(jié) 論

1)半沙山地區(qū)出露的早石炭世侵入巖的巖石組合為灰色中細(xì)粒黑云母石英閃長(zhǎng)巖—灰色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖—灰白色中細(xì)粒英云閃長(zhǎng)巖—灰白色中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖—灰色中細(xì)粒角閃閃長(zhǎng)巖。

2)半沙山地區(qū)早石炭世侵入巖總體顯示過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列花崗巖的成分特點(diǎn)，輕稀土元素強(qiáng)烈富集，具較強(qiáng)的負(fù)銪異常。

3)半沙山地區(qū)出露的早石炭世侵入巖為殼?；旌显闯梢?，應(yīng)屬陸內(nèi)俯沖階段地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，形成過(guò)程中有地幔物質(zhì)的參與。