青藏高原北緣大通溝閃長巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡及意義

劉 軍，劉 敏，楊春雷，黃 波，袁海潮，郭文波，曹其琛，孫芳芳

(1.西安西北有色物化探總隊有限公司，西安 710068；2.咸陽西北有色712總隊有限公司，陜西 咸陽 712000；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊，貴州 都勻 558000；4.中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，濟(jì)南 250101；5.山東正元地質(zhì)資源勘查有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250101)

阿爾金斷裂帶是分割塔里木地塊與柴達(dá)木地塊的斷裂構(gòu)造(圖1)，是塔里木地塊漫長地質(zhì)演化中拉張、裂解、碰撞等構(gòu)造活動產(chǎn)物[1-7]①；沿阿爾金走滑斷裂巖漿活動強(qiáng)烈，但對于阿爾金斷裂，尤其是大通溝一帶的巖漿活動研究較少；因此，用鋯石LA-ICP-MS U-Pb法定年分析巖漿活動形成時代，對深入了解青藏高原北緣與鉀質(zhì)鈣堿性巖的地質(zhì)特征、形成時代、成因機(jī)制，研究阿爾金走滑斷裂活動及相關(guān)成礦地質(zhì)背景有著重要意義。

1 地質(zhì)背景與巖石學(xué)特征

1.1 地質(zhì)背景

本區(qū)在區(qū)域大地構(gòu)造位于秦祁昆中央造山系的阿爾金構(gòu)造帶(Ⅱ)和柴達(dá)木-西秦嶺微地塊，柴達(dá)木地塊與阿爾金構(gòu)造帶交界處(圖1)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動復(fù)雜，阿爾金斷裂從工作區(qū)北西部穿過，形成了與之相關(guān)較強(qiáng)動力變質(zhì)作用，伴隨著強(qiáng)烈的巖漿活動和接觸變質(zhì)作用①。

柴達(dá)木地塊是一個夾持在祁連山(南)和昆侖山(北)褶皺帶之間的前震旦紀(jì)地塊，其西北側(cè)以阿爾金斷裂帶與塔里木地塊相鄰，向東插入西秦嶺帶；多數(shù)被中、新生界地層所覆蓋，較老的基巖露頭只在盆地北緣出露；地塊為元古界的變質(zhì)基底，從下至上為角閃質(zhì)混合巖、斜長角閃巖等各種片巖及大理巖等三個巖組；蓋層為震旦系紫紅色砂礫巖、砂頁巖夾冰磧巖及白云巖[1-7]、①。

左上角：1.地層界線；2.斷層及編號；3.推測斷層；4.調(diào)查區(qū)范圍

區(qū)內(nèi)地層以元古界分布最廣，其次為侏羅系地層，少量石炭系和古近系—新近系地層。元古界由薊縣系(斯米爾布拉克組、卓阿布拉克組、木孜薩依組、金雁山組)(Jx)和青白口系(平洼溝組、小泉達(dá)坂組)(Qb)組成，經(jīng)過了中深變質(zhì)程度的碳酸鹽巖—碎屑巖建造；石炭系(C)及三疊系(T)為碎屑巖—碳酸鹽巖建造；侏羅系(J)地層中、下侏羅統(tǒng)為陸相含煤沉積，上侏羅統(tǒng)為紅色碎屑建造；古近系(E)—新近系(N)為一套以碎屑巖為主的沉積建造。

1.2 巖石學(xué)特征

1.2.1 巖石特征

大通溝位于調(diào)查區(qū)中南部，巖體出露主要為閃長巖，其次為花崗閃長巖和少量二長花崗巖；二長花崗巖僅在中東部零星分布；閃長巖主要在北東部出露，與二長花崗巖有明顯的界限，二者呈脈動接觸關(guān)系；與青白口系小泉達(dá)坂組接觸界線呈港灣狀。此外在二長花崗巖和花崗閃長巖可見小泉達(dá)坂組地層的捕擄體，也可見二長花崗巖后期存在侵入花崗閃長巖現(xiàn)象。

1)閃長巖(圖2)：灰綠色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要為斜長石和少量角閃石、黑云母、石英及微量金屬礦物；斜長石多呈半自形粒狀、板狀和短柱狀，長徑0.4～1.5 mm，按粒度和蝕變現(xiàn)象，大致可分兩種。①較粗晶體，強(qiáng)蝕變，被大量隱晶狀簾石交代，約20%。②較細(xì)晶體，多呈半自形短柱狀，蝕變程度較低，約40%。角閃石:它形粒狀，少見半自形柱狀，長徑0.2～1 mm，具綠泥石化，多與黑云母伴生或連晶分布于斜長石粒間，約20%。黑云母:它形—半自形片狀，長徑0.2～1.8 mm，蝕變現(xiàn)象不明顯，多與角閃石伴生，分布于斜長石粒間，約15%。石英:不規(guī)則狀，粒徑<0.05～0.6 mm，分布于斜長石粒間，約5%。

圖2 閃長巖標(biāo)本及鏡下 右圖為正交偏光 ×50

2)花崗閃長巖：淺灰白色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要為斜長石、石英、黑云母、鉀長石及微量金屬礦物。斜長石約60%，半自形板狀，粒徑1～5 mm，具輕度絹云母化，可見聚片雙晶；石英約20%，呈它形粒狀，粒徑0.5～3 mm；黑云母約5%，片狀，片徑1～3 mm，少數(shù)發(fā)生了綠簾石化；鉀長石約15%，它形粒狀，粒徑0.5～2 mm，散布于斜長石之間，微斜長石的格子狀雙晶清楚，雜亂分布。

3)二長花崗巖：淺灰白色，中粗粒似斑狀結(jié)構(gòu)、花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要為長石、石英、黑云母及微量金屬礦物。鉀長石約40%以上，它形粒狀，粒徑一般0.5～5 mm，最大10 mm以上，晶體中包有斜長石，格子狀狀雙晶；斜長石約35%，它形粒狀，粒徑0.5～4 mm，雜亂分布；石英約20%，它形粒狀，粒徑1～5 mm；黑云母較少，在5%以下，呈細(xì)片狀，片徑在0.5 mm×2 mm以下，呈條紋狀分布。

1.2 巖石化學(xué)特征

區(qū)內(nèi)各巖體中K2O/Na2O比值為0.26～0.99(表1)。里特曼指數(shù)(σ)介于1.58～2.57的鈣堿性系列；在K2O—SiO2圖解(圖3左)中樣品多位于鉀質(zhì)鈣堿性系列中，一個樣品位于高鉀鈣堿性系列中；在全堿-SiO2(TAS)圖解中(圖3右,據(jù)涂光熾等，2003)[8]顯示樣品均處于Ir下方為亞堿性，樣品多位于(輝長)閃長巖中，其中有兩個樣品分別落入了花崗閃長巖及花崗巖中。

1-橄欖輝長巖；2-輝長巖；3-輝長閃長巖；4-閃長巖；5-花崗閃長巖；6-花崗巖；8-二長輝長巖；9-二長閃長巖；10-二長巖；11-石英二長巖；12-正長巖；13-似長輝長巖；14-似長二長閃長巖；15-似長二長正長巖；16-似長正長巖；17-似長巖

表1 侵入巖常量元素含量及特征參數(shù)

2 分析方法

本次用于同位素測試樣品采自調(diào)查區(qū)中南部的大通溝-斑紅山東部分布面積最大的閃長巖(圖1)。分析樣品質(zhì)量約8 kg，先在實驗室將樣品粉碎至149 μm，經(jīng)常規(guī)浮選和磁選方法分選后得到約200多粒鋯石；在雙目鏡下選出晶型較完好的鋯石作為測定對象。將鋯石樣品置于DEVCON環(huán)氧樹脂中，待固結(jié)后拋磨使鋯石內(nèi)部充分暴露，然后進(jìn)行鋯石CL顯微圖像的優(yōu)選研究及U-Pb定年分析。

鋯石的陰極發(fā)光(CL)圖片的優(yōu)選在西北大學(xué)大陸動力學(xué)實驗室掃描電鏡實驗室完成。測試點的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光照片進(jìn)行初選，再與CL照片對比，力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體，以獲得盡可能準(zhǔn)確的年齡信息。

鋯石中LA-ICP-MS U-Pb年齡測定在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成，測試儀器為Agilent 7500型ICP-MS和德國Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器以及MicroLas公司的GeoLas 200M光學(xué)系統(tǒng)。激光束斑直徑為30 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm。實驗中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM 610進(jìn)行儀器最佳化，采樣方式為單點剝蝕，數(shù)據(jù)采集選用一個質(zhì)量峰一點的跳峰方式，每完成4～5個測點的樣品測定，加測標(biāo)樣一次。在15～20個鋯石樣品分析點前后各測2次NIST SRM 610。鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NIST SRM 610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)；同時采用Glitter 4.0程序?qū)︿喪耐凰乇戎?、元素含量及U-Pb表面年齡進(jìn)行計算，并按照Andersen(2002)的方法，用LA-ICP-MS Common Lead Correction 3.15對其進(jìn)行了普通鉛校正[9-13]，年齡計算及諧和圖采用Isoplot 3.0完成。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡

閃長巖中的鋯石呈無色透明或淺玫瑰色柱狀，本文分析了30個鋯石點，其中6個分析點諧和度小于90%，在計算時排除(表2)，Th/U比值為0.28～0.94，平均為0.58，具典型巖漿鋯石特征[9-10,13]。鋯石年齡數(shù)據(jù)集中于356～385 Ma，諧和年齡為366.8±9.7 Ma，加權(quán)平均年齡為367.5±5.2 Ma(圖4)。

4.2 稀土元素特征

樣品中稀土元素變化較大(表3)，∑REE=(130.21～245.44)×10-6，LREE/HREE=1.92～5.17。δEu變化0.59～1.08，多具負(fù)銪異常，Eu/Eu*在0.59～1.08。(La/Sm)N比值在1.89～4.83，(La/Yb)N比值在4.02～12.99，顯示了較強(qiáng)的輕稀土富集而重稀土相對虧損的稀土分餾；在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖上(圖5)，6個樣品具有一致的配分曲線，呈明顯的右傾型，具較強(qiáng)分異的元素配分模式。從巖漿巖序列微量元素分析結(jié)果，微量元素含量變化較大，Rb=28.8×10-6～111×10-6，Sr=154×10-6～597×10-6，Ba=285.3×10-6～614×10-6，Y=16.08×10-6～31.08×10-6，Nb=8.13×10-6～13.0×10-6，Ta=0.68×10-6～1.10×10-6。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖中，表現(xiàn)不同程度的富集親石元素(LILE)Rb、Th、K等和輕稀土元素(LREE)，相對虧損元素Nb、Ti、Y、Yb。具有明顯的Sr、P和Ti負(fù)異常。

表2 鋯石LA-ICP-MS U-Pb法測定數(shù)據(jù)

圖4 大通溝序列侵入巖鋯石年齡諧和圖

4.3 構(gòu)造環(huán)境

在Rb-Hf-Ta圖解中樣品基本都落于火山弧與板內(nèi)花崗巖的交界處(圖6)。在Y-Nb、Rb-Y+Nb、Rb-Yb+Ta圖解中三組樣品基本上都投入到同碰撞花崗巖及火山弧花崗巖區(qū)，個別點落在火山弧及板內(nèi)花崗巖區(qū)的交界處；反映了區(qū)內(nèi)巖體的形成侵位與印度和歐亞板塊俯沖-碰撞火山弧花崗巖的構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。

表3 侵入巖稀土元素含量及特征參數(shù)

圖5 稀土元素球粒隕石分布圖及微量元素蛛網(wǎng)圖

圖6 大通溝序列花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

5 討論

大通溝巖體中鋯石晶形完好，陰極發(fā)光(CL)圖環(huán)帶構(gòu)造發(fā)育，不同環(huán)帶測得的年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致，表明不同顏色鋯石是同一時期形成[9-10,13-14]。

大通溝閃長巖體鋯石U-Pb年齡為367.5±5.2 Ma，MSWD:6.8，屬晚泥盆—早石炭世，主要在海西期構(gòu)造運動形成；獲得的巖體鋯石年齡與王永和獲得的阿爾金山斷裂上測試的閃長巖327.4±1.2 Ma[5-6,15]，在誤差范圍內(nèi)一致，屬晚泥盆—早石炭世，表明沿阿爾金斷裂發(fā)生了海西期巖漿活動。

阿爾金斷裂總體走向北東東，長度超過1 600 km，累計錯位達(dá)400 km，形成于元古代，切穿了巖石圈地幔，具多期活動特點，是塔里木地塊和柴達(dá)木地塊漫長的地質(zhì)演化中拉張、裂解、碰撞等構(gòu)造活動的產(chǎn)物[1-5，14-16]。由于阿爾金斷裂帶切穿了巖石圈地幔，海西期板塊俯沖—碰撞產(chǎn)生軟流圈沿阿爾金斷裂帶上涌和部分巖石圈熔融[8-9，18-22]，沿斷裂帶形成海西期賦礦與非賦礦巖體，結(jié)合Rb-Hf-Ta圖解反映了區(qū)內(nèi)巖體的構(gòu)造環(huán)境；因此，我們認(rèn)為與印度和歐亞板塊俯沖-碰撞的構(gòu)造環(huán)境有成因聯(lián)系。

巖體中稀土元素變化較大，具較強(qiáng)的輕稀土富集而重稀土相對虧損的稀土分餾和分異的元素配分模式，表現(xiàn)了不同程度的富集親石元素(LILE)Rb、Th、K等和輕稀土元素(LREE)，對本區(qū)各元素的分異和富集有較好的指示意義。此外區(qū)內(nèi)巖體主要屬鉀質(zhì)鈣堿性系列，與伍躍中等研究阿爾金山西南段海西期A型花崗巖對應(yīng)的鉀質(zhì)鈣堿性系列對應(yīng)[1]；在工作中見有多處和Cu(Au、Ag、Mo等)有關(guān)的礦床(點)和民采礦點(床)，與區(qū)內(nèi)化探Cu、Au、Ag、Mo、W、Sb、Bi、As等元素異常強(qiáng)度較高對應(yīng)①，結(jié)合前人對鉀質(zhì)鈣堿性系列巖體的研究，認(rèn)為多與Cu(Au、Ag、Mo等)等礦床關(guān)系密切[9-10, 23-26]，提供了與之相關(guān)的找礦信息，具較好的找礦前景。

6 結(jié)論

1)大通溝巖體Th/U比值在0.28～0.94，平均為0.58，具典型巖漿鋯石特征；形成時代為367.5±5.2 Ma，屬晚泥盆—早石炭世，形成時代及其沿阿爾金走滑斷裂帶分布鉀質(zhì)鈣堿性巖體的鋯石年齡在誤差范圍內(nèi)一致，為海西期構(gòu)造運動產(chǎn)物。

2)區(qū)內(nèi)巖體主要為碰撞花崗巖及火山弧花崗巖區(qū)，巖體的形成侵位與印度板塊和歐亞板塊俯沖-碰撞的構(gòu)造環(huán)境有關(guān)的阿爾金走滑斷裂有成因聯(lián)系。

3)大通溝巖體表現(xiàn)不同程度的富集親石元素(LILE)Rb、Th、K等和輕稀土元素(LREE)，具較強(qiáng)的輕稀土富集而重稀土相對虧損的稀土分餾和分異的元素配分模式，對本區(qū)各元素的分異和富集有較好的指示意義；巖體類型屬屬鉀質(zhì)鈣堿系列，多與Cu(Au、Ag、Mo)等礦床關(guān)系密切，顯示了較好的找礦前景。

注釋：①西北有色地質(zhì)勘查局地質(zhì)勘查院，《青海省茫崖鎮(zhèn)大通溝南山地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查報告》，2015。