青海省窯洞山地區(qū)五路溝巖體巖石地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

楊雪松，余福承，孟 紅,王國(guó)良，李根軍

(1. 青海省青藏高原北部地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810012； 2. 青海省地質(zhì)調(diào)查院，青海 西寧 810012)

0 前 言

東昆侖造山帶位于青藏高原東北緣，是我國(guó)中央造山帶的重要組成部分，其形成與演化歷來(lái)都是地質(zhì)研究的熱點(diǎn)。多年來(lái)地質(zhì)學(xué)者在東昆侖地區(qū)開展地質(zhì)調(diào)查與研究工作，均認(rèn)為東昆侖地區(qū)的構(gòu)造演化主要經(jīng)歷了元古代基底形成與發(fā)展、早古生代洋陸轉(zhuǎn)換、晚古生代盆山轉(zhuǎn)換演化、中生代陸內(nèi)疊覆造山、新生代陸內(nèi)演化階段5個(gè)重要階段演化發(fā)展。

近幾年地質(zhì)工作者在黑海—大灶火溝—黑刺溝—沒(méi)草溝—萬(wàn)保溝一帶陸續(xù)發(fā)現(xiàn)(枕狀)玄武巖、輝長(zhǎng)巖及少量硅質(zhì)巖等蛇綠巖套(MORB)的殘片，近一步證實(shí)，伴隨Rodina超大陸的裂解，東昆侖地區(qū)進(jìn)入了原特提斯洋的演化，前人對(duì)原特提斯洋的具體閉合時(shí)間做過(guò)大量研究，但爭(zhēng)議較大。如昆中縫合帶為同一個(gè)大陸內(nèi)部?jī)蓚€(gè)相對(duì)獨(dú)立的分離陸塊間的碰撞縫合帶，柴達(dá)木地塊與東昆侖曾是完整的大陸塊，在早古生代拉開形成小洋盆，末期又碰撞拼合；東昆侖東部在早寒武世為洋盆形成及擴(kuò)張階段，中寒武世開始進(jìn)入俯沖階段，持續(xù)到晚奧陶世，而東昆侖西部形成洋盆時(shí)間稍晚些；王立社等[1]在清水泉研究認(rèn)為東昆南洋盆的閉合時(shí)間在426.5 Ma±3.8 Ma～408 Ma±1.6 Ma，朱云海等[2]測(cè)得諾木洪郭勒的枕狀玄武巖U-Pb鋯石年齡419 Ma，認(rèn)為東昆洋的閉合晚于中志留世；靳立杰等[3]在賽什騰組獲得可靠碎屑鋯石年齡為421 Ma±7 Ma，認(rèn)為東昆洋的閉合時(shí)間不早于中志留世。筆者參加青海省格爾木市窯洞山地區(qū)區(qū)調(diào)項(xiàng)目，在窯洞山地區(qū)的原志留紀(jì)巖體中解譯出一套俯沖環(huán)境下的火山弧花崗巖，利用LA-ICP-MS方法，首次在該花崗閃長(zhǎng)巖體中獲得U-Pb鋯石年齡為471 Ma±2 Ma，時(shí)代為中奧陶世，認(rèn)為東昆洋在早寒武世處于拉張階段，中寒武世向北俯沖消減，一直持續(xù)到中奧陶世。

1 地質(zhì)特征

調(diào)查區(qū)位于青海省東昆侖山東段，區(qū)域構(gòu)造位置處于東昆侖南坡混雜巖帶與北巴顏喀拉地塊的結(jié)合部位，五路溝巖體處于東昆侖南坡混雜巖帶中，在調(diào)查區(qū)中部五路溝西側(cè)，是從前人劃分的晚志留紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖(ηγS3)中新解體出的一套中奧陶世侵入體，巖性有灰色中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖和淺灰白色英云閃長(zhǎng)巖，出露面積約13 km2。南側(cè)與晚志留世花崗閃長(zhǎng)巖呈超動(dòng)侵入接觸，其他大范圍被第四系沖洪積物覆蓋(見圖1)。

1 地質(zhì)界線；2 角度不整合接觸界線；3 大斷裂；4 一般性斷裂；5 雪線；6 工區(qū)位置；7 第四系；8 下侏羅統(tǒng)羊曲組；9 下三疊統(tǒng)八寶山組；10 中上三疊統(tǒng)上巴顏喀拉亞群；11 下三疊統(tǒng)巴顏喀拉亞群；12 下中三疊統(tǒng)洪水川組；13 下中二疊統(tǒng)馬爾爭(zhēng)組；14 石炭—二疊系哈吉爾組；15 志留系賽什騰組；16 下寒武統(tǒng)沙松烏拉組；17 中元古代萬(wàn)保溝群；18 三疊世—早侏羅世二長(zhǎng)花崗巖；19 晚三疊世—早侏羅世輝長(zhǎng)巖；20 晚志留世—早泥盆世二長(zhǎng)花崗巖；21 晚志留世—早泥盆世正長(zhǎng)花崗巖；22 中奧陶世花崗閃長(zhǎng)巖；23 晚奧陶世白云母二長(zhǎng)花崗巖；24 U-PB同位素樣

圖1 窯洞山地區(qū)地質(zhì)

2 巖石學(xué)特征

花崗閃長(zhǎng)巖：巖石為灰白色，具中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(見圖2)。巖石由斜長(zhǎng)石48%～57%、石英21%～27%、鉀長(zhǎng)石13%～14%、黑云母2%～5%、角閃石假象1%～3%、白云母2%、磷灰石及不透明金屬礦物1%組成。斜長(zhǎng)石多呈半自形板狀晶，少數(shù)呈半自形粒狀晶，具明顯絹云母化，高嶺石化蝕變。石英呈半自形—它形粒狀晶，斜長(zhǎng)石呈半自形粒狀晶，具明顯的高嶺石化蝕變，角閃石假象呈柱狀，幾乎被黑云母、綠泥石交代。白云母呈長(zhǎng)條狀，磷灰石呈柱狀和它形粒狀晶，在巖石中零星分布。不透明金屬礦物呈微粒狀，均為暗色礦物蝕變交代的產(chǎn)物。

Pl 斜長(zhǎng)石；Qz 石英集合體；Mu 白云母

英云閃長(zhǎng)巖：巖石為灰白色，變余中—細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)、似斑狀結(jié)構(gòu)、基質(zhì)具細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由似斑晶7%和基質(zhì)93%組成。似斑晶成分為斜長(zhǎng)石和石英，似斑晶大小在0.71 mm×1.25 mm～1.1 mm×2.25 mm間，其中斜長(zhǎng)石呈半自形斑狀晶。基質(zhì)由斜長(zhǎng)石、石英、黑云母、角閃石假象、鉀長(zhǎng)石、綠簾石、褐簾石、磷灰石、金紅石、鋯石及不透明礦物組成。磷灰石呈細(xì)柱狀、粒狀。鋯石呈短柱狀，多以包裹體狀賦存于石英、長(zhǎng)石中，不透明礦物呈粉末狀，主要分布于云母片中，為綠泥石交代的析出產(chǎn)物。

3 同位素年代學(xué)特征

本次在五路溝花崗閃長(zhǎng)巖體中采集U-Pb同位素測(cè)年樣品1件，重約18 kg，編號(hào)為IX(U-Pb)01。該樣品在河北廊坊完成樣品表面清洗并晾干，粉碎后用電磁選挑選鋯石，制靶后送由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，利用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)完成鋯石U-Pb同位素測(cè)試分析[4]。測(cè)試中共挑選出25顆鋯石，從鋯石陰極光照片可見(見圖3)，鋯石多為淺淡棕色，透明，晶形完整，多呈短柱狀，少量為長(zhǎng)柱狀，發(fā)育明暗相間的條紋構(gòu)造，具有較好振蕩型環(huán)帶特征，為巖漿成因鋯石。25顆鋯石同位素分析數(shù)據(jù)中(見表1)，除12號(hào)點(diǎn)206Pb/238U值在265 Ma左右，數(shù)據(jù)明顯偏小，其他1～11，13～25號(hào)點(diǎn)206Pb/238U表面年齡加權(quán)平均值為471 Ma±2 Ma(見圖4)，同位素諧和圖中年齡值較集中(見圖5)，筆者認(rèn)為該測(cè)試年齡可靠，代表花崗閃長(zhǎng)巖鋯石的結(jié)晶年齡，也代表該巖體的侵位時(shí)代為中奧陶世。

圖3 花崗閃長(zhǎng)巖鋯石陰極發(fā)光圖像

表1 中奧陶世花崗閃長(zhǎng)巖U-Pb同位素測(cè)定結(jié)果

注：表中所列誤差均為1σ誤差；1～11,13～25號(hào)點(diǎn)206Pb/238U表面年齡加權(quán)平均值471 Ma±2 Ma。

圖4 206Pb/238U鋯石年齡加權(quán)平均值

圖5 鋯石U-Pb年齡諧和圖

4 巖石化學(xué)及地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

從巖石化學(xué)成分及特征表可見(見表2)，SiO2含量變化不大，介于65.03×10-2～71.86×10-2間，屬中酸性巖范圍；Al2O3在14.37×10-2～20.04×10-2間；K2O介于1.89×10-2～3.03×10-2；除IXGS1453樣品中Na2O含量高達(dá)9.06×10-2外，其他介于3.25×10-2～3.79×10-2；IXGS1453樣品σ=5.43，為堿性巖，其他樣品里特曼指數(shù)1<σ<3.3，為鈣堿性，在SiO2-(Na2O+ K2O)圖解(見圖6)中僅IXGS1453落在堿性巖區(qū)域，其他樣品均落在鈣堿性巖區(qū)域，說(shuō)明巖石由鈣堿性—堿性系列過(guò)渡；Al2O3介于 14.37～20.04間，且Al2O3>(K2O+Na2O+CaO)>(K2O+Na2O)，為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。其中A/CNK介于1.62～1.77，大于1.1，具S型花崗巖特征，源巖來(lái)源于陸殼沉積物熔融；K2O/Na2O介于0.21～0.80，小于1，具I型花崗巖特征，來(lái)源于地殼中火成巖重熔，無(wú)論S型或I型，源巖主要為殼源，混合少量幔源成分；鋁飽和指數(shù)ASI=1.07～1.14，在ACNK-CNK圖解中(見圖7)，所有樣品均落于過(guò)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)，在SiO2-K2O圖解(見圖8)中，樣品均落入中鉀區(qū)，巖石的CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物組合中(見表3)剛玉的出現(xiàn)，表明巖石具過(guò)鋁特征。綜述五路溝巖體為一套過(guò)鋁質(zhì)中鉀鈣堿性—堿性巖，源巖為以陸殼成分為主，混合少量地幔物質(zhì)，具I型花崗巖特征。

圖6 五路溝巖體 SiO2-(Na2O+K2O)判別圖

表2 五路溝巖體巖石化學(xué)成分及特征值

注：樣品由武漢綜合巖礦測(cè)試中心完成，巖石化學(xué)含量為10-2。

圖7 五路溝巖體A/CNK-A/NK判別圖

圖8 五路溝巖體SiO2-K2O判別圖

4.2 稀土特征

從巖石的稀土元素含量及特征表中可見(見表4)，∑REE在25.31×10-6～166.02×10-6間，低于上地殼平均值(210×10-6)，LREE/HREE比值=4.89×10-6～11.31×10-6。(La/Yb)N在4.43～15.76，屬輕稀土富集，重稀土較分散。稀土配分圖中可見(見圖9)，曲線呈左高右低向右傾斜的“V”形曲線，表明輕稀土分餾較明顯，重稀土分餾不明顯，δEu呈弱負(fù)異常，其值在0.65～0.86間，小于1；具殼?；旌闲突◢弾r的特征，稀土配分曲線與火山弧花崗巖曲線類似，但巖石稀土總量不高，表明原巖來(lái)源于殼幔物質(zhì)的重熔結(jié)晶，總體以地殼成分為主，地幔成分為輔。

表3 五路溝巖體標(biāo)準(zhǔn)礦物組合及含量

表4 五路溝巖體稀土元素及特征值

注：樣品由武漢綜合巖礦測(cè)試中心完成。

圖9 五路溝巖體稀土元素配分圖

圖10 五路溝巖體微量元素株網(wǎng)圖

4.3 微量元素特征

從巖石的微量元素含量及特征表(見表5)可見，巖石中K、Th、Rb、Ba等強(qiáng)不相容元素豐度值較高；中等不相容元素Hf、Zr、Sm、Ce、Nb等中等富集；弱不相容元素Y、Yb豐度值弱富集。五路溝巖體蛛網(wǎng)圖(見圖10)呈左高右低，從圖中可見K、Rb、Ba等大離子親石元素相對(duì)富集，而Nb、Ce、Y、Yb等高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損，說(shuō)明主要來(lái)源于地殼成分，曲線與火山弧花崗巖(VAG)標(biāo)準(zhǔn)蛛網(wǎng)圖相似，表現(xiàn)出火山弧花崗巖特征。

表5 五路溝巖體微量元素

注：樣品由武漢綜合巖礦測(cè)試中心完成，“—”者表示本次未測(cè)試該項(xiàng)。

5 構(gòu)造環(huán)境討論

目前在窯洞地區(qū)發(fā)現(xiàn)的花崗巖以志留紀(jì)—泥盆紀(jì)同碰撞型花崗巖為主，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)完成的1∶25萬(wàn)《不凍泉幅》區(qū)調(diào)報(bào)告，在窯洞地區(qū)的艾尼瓦爾溝的二云二長(zhǎng)花崗巖中獲得U-Pb年齡410.7 Ma±4.7 Ma，為晚志留世；在五路溝附近的二長(zhǎng)花崗巖中獲得U-Pb年齡423 Ma±16 Ma，為早泥盆世；該區(qū)域發(fā)現(xiàn)的俯沖型花崗巖(島弧花崗巖)很少，該類花崗巖的U-Pb年齡更為空白。筆者此次解體出的五路溝巖體，通過(guò)對(duì)其巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)綜合分析，該巖石屬于中鉀鈣堿性—堿性系列，過(guò)鋁質(zhì)—高鋁質(zhì)花崗巖，具S型和I型 花崗巖特征，與島弧型花崗巖相似，且在花崗閃長(zhǎng)巖中獲得了鋯石U-Pb年齡471 Ma±2 Ma，時(shí)代為中奧陶世，為該類花崗巖提供了新的時(shí)代約束。

將樣品投在Pearce[5]提出的Nb-Y和Rb-(Y+Nb)環(huán)境判別圖中，在Nb-Y圖(見圖11)樣品均落在VAG和Syn-COLG區(qū)，因?yàn)閂AG和Syn-COLG的巖石Y、Yb、Nb必定虧損，而ORG和WPG中Y、Yb、Nb必定富集，同在VAG和Syn-COLG區(qū)的樣品通過(guò)Rb-(Y+Nb)(見圖12)進(jìn)一步進(jìn)行判別，樣品均落于VAG構(gòu)造環(huán)境區(qū)，因?yàn)閂AG和Syn-COLG的巖石Y和Nb都虧損且都富集大離子親石元素，但Syn-COLG源巖為陸殼，其K和Rb的含量遠(yuǎn)高于VAG中Rb的含量；綜合判斷五路溝巖體形成于俯沖構(gòu)造環(huán)境。

圖11 五路溝巖體Y-Nb識(shí)別圖

圖12 五路溝巖體Y+Nb-Rb識(shí)別圖

6 結(jié) 論

1)窯洞山地區(qū)五路溝巖體屬于中鉀鈣堿性—堿性系列，過(guò)鋁質(zhì)—高鋁質(zhì)花崗巖；稀土配分曲線呈左高右低的右傾型，輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)平坦，δEu呈弱負(fù)異常特征；微量元素的蛛網(wǎng)曲線具大離子親石元素相對(duì)富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素相對(duì)虧損特征。

2)五路溝巖體具有S型又有I型花崗巖特征，反映源巖以殼源重熔為主，混合少量幔源物質(zhì)，以過(guò)鋁質(zhì)鈣堿性S型花崗巖為主，I型花崗巖為輔。

3)五路溝巖體為一套俯沖構(gòu)造環(huán)境的島弧花崗巖，首次在花崗閃長(zhǎng)巖中獲得鋯石U-Pb年齡為471 Ma±2 Ma，說(shuō)明中奧陶世東昆洋繼續(xù)向北俯沖，彌補(bǔ)了該地區(qū)中奧陶世構(gòu)造演化的空白，同時(shí)為東昆侖窯洞山地區(qū)早古生構(gòu)造演化提供了新的年代學(xué)依據(jù)。