西秦嶺尖藏花崗閃長巖地球化學(xué)特征、巖石成因及構(gòu)造背景

武鵬飛，毛深秋，趙旭陽，張學(xué)東，陳書文，陳柳

中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，天津 300222

0 引言

西秦嶺造山帶主要指以寶成鐵路為界的秦嶺造山帶西段，北以唐藏--武山--臨夏--貴德斷裂為邊界與祁連造山帶相鄰, 南以勉略--阿尼瑪卿縫合帶為邊界與巴顏喀拉--松潘造山帶和碧口塊體相鄰，經(jīng)歷了特提斯阿爾卑斯—喜馬拉雅、太平洋和古亞洲及其后的環(huán)西伯利亞弧形構(gòu)造三大構(gòu)造體系疊加，是一個“碰撞--陸內(nèi)型”復(fù)合造山帶[1--2]。區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖極為發(fā)育，以印支期為主，其次為燕山期，加里東期、晚元古代零星發(fā)育[3--4]，西秦嶺北部中酸性侵入巖較南部發(fā)育，且規(guī)模相對較大。近年來，不少學(xué)者對西秦嶺地區(qū)中酸性侵入巖進行了研究，積累了大量的年代學(xué)、地球化學(xué)資料[5--8]，但這些研究大多集中在西秦嶺中北部地區(qū)，且多針對規(guī)模較大的巖體，而對西秦嶺南部零星發(fā)育且規(guī)模較小的花崗巖體的研究程度相對較低，已制約了該區(qū)古生代晚期—中生代巖漿侵入作用時空格局、巖石圈構(gòu)造演化及其動力學(xué)機制的深入理解?；诖?，筆者對西秦嶺南部甘南迭部地區(qū)的尖藏花崗閃長巖體進行了詳細的巖石學(xué)、地球化學(xué)研究，以探討其成因及形成的動力學(xué)背景，為該區(qū)域構(gòu)造演化提供新的依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

尖藏花崗閃長巖體位于甘南藏族自治州迭部縣洛大鄉(xiāng)尖藏村附近(圖1a)，大地構(gòu)造位置上隸屬西秦嶺造山帶南緣(圖1b)，在平面上呈不規(guī)則橢圓形近北西向展布(圖1c)，出露面積約0.5 km2，K--Ar同位素測年結(jié)果(205 Ma)顯示，其形成時代為晚三疊世(印支期)[4]，該區(qū)出露地層為志留系卓烏闊組。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造圖及地質(zhì)略圖(圖a、b據(jù)文獻[5]修改，圖c據(jù)文獻[4]修改)Fig.1 Tectonic map and sketch geological map of study area

通過野外地質(zhì)觀測，花崗閃長巖風(fēng)化面呈淺黃色，新鮮面多呈灰白色，巖體中多發(fā)育不規(guī)則樹枝狀灰黑色石英脈(圖2a)，局部可見細粒閃長質(zhì)暗色包體及暗色條帶構(gòu)造，包體與寄主巖石呈界線截然(圖2b、圖2c)。室內(nèi)薄片鑒定顯示(圖2d)，尖藏花崗閃長巖具中細粒半自形結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物成份為斜長石(50%～55%)+鉀長石(10%～15%)+石英(20%～25%)+黑云母(5%～10%)+角閃石(1%～2%)。斜長石主呈半自形板狀，粒度一般0.1～1.8 mm，雜亂狀排列，具絹云母化、高嶺土化，局部黝簾石化、白云母化，部分具環(huán)帶構(gòu)造，為中長石；鉀長石呈近半自形板狀--他形粒狀，零散狀或填隙狀分布，為微斜長石，粒度一般<2.0 mm，表面較干凈，輕微交代斜長石；石英呈他形粒狀，粒度一般<2.0 mm，主呈填隙狀分布于長石粒間，有的呈堆狀聚集分布，具波狀、帶狀消光；黑云母呈葉片狀，零散狀分布，粒度一般<1.0 mm，顯棕褐色，多色性明顯，少見綠泥石化；角閃石呈他形柱狀，少見，粒度<0.8 mm，顯綠色，多色性明顯。副礦物可見磷灰石、鋯石及榍石等。

2 巖石地球化學(xué)特征

本文對尖藏巖體黑云母花崗閃長巖中的7件樣品進行了主量和微量元素分析。主微量元素測試工作均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成，其中主量元素分析在Axios max X射線熒光光譜儀上完成，微量元素測試分析在X Serise 2等離子體質(zhì)譜儀上完成，分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于5%。測試成果統(tǒng)計見表1。

表1 尖藏花崗閃長巖的主量元素(%)及稀土和微量元素(10-6 )Table 1 Major elements(%)and trace elements(10-6)of Jianzang granodiorite

2.1 主量元素

研究區(qū)試驗樣品的各元素氧化物含量分別為：SiO2=65.36%～68.72%，Al2O3=15.42%～16.80%，MgO=0.66%～1.62%，Na2O=3.10%～4.29%，K2O=2.45%～4.04%，巖石的全堿含量Na2O+K2O=6.25%～7.98%，Na2O/K2O為0.77～1.55，在w(SiO2)-w(K2O)圖解中(圖3a)主要位于高鉀鈣堿性系列的范圍內(nèi)；A/CNK=1.02～1.26，A/NK=1.46～2.06，A/CNK--A/NK圖解中(圖3b)數(shù)據(jù)點均位于準(zhǔn)鋁質(zhì)到弱過鋁質(zhì)范圍內(nèi)，為弱過鋁質(zhì)巖石； TAS圖解中(圖略)，除兩個樣品落入石英二長巖外，其余樣品均落入花崗閃長巖及其邊界附近，結(jié)合野外巖石特征及巖相學(xué)特征，綜合考慮將其定名為黑云母花崗閃長巖。

圖3 尖藏花崗閃長巖w(SiO2-K2O)和A/KNC-A/NK圖解(埃達克巖數(shù)據(jù)引自文獻[9])Fig.3 SiO2(%)-K2O(%) and A/KNC-A/NK diagrams of Jianzang granodiorite

2.2 微量元素

尖藏花崗閃長巖稀土元素含量ΣREE=80.47×10-6～220.31×10-6，LREE/HREE=14.14～25.36，(La/Yb)N=33.85～101.03，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖4a)上顯示右傾型稀土元素配分型式。巖石具有較強的輕重稀土分餾，輕稀土相對富集而重稀土相對虧損的特征，δEu介于0.88～1.29之間，為弱的負異常到弱的正異常，尖藏花崗巖δEu值表明其巖漿源區(qū)斜長石的殘留很少或分離結(jié)晶程度較低，同時在成巖過程中可能經(jīng)歷了黑云母的分離結(jié)晶，這也與巖相學(xué)中黑云母含量不高相吻合。

Qtz.石英；Pl.斜長石；Or.鉀長石；Bi.黑云母。(a)花崗閃長巖發(fā)育石英脈；(b)花崗閃長巖中的包體；(c)花崗閃長巖中的暗色條帶構(gòu)造；(d)細?；◢忛W長巖(正交偏光)。圖2 尖藏花崗閃長巖野外和顯微結(jié)構(gòu)照片F(xiàn)ig.2 Field and microstructure photographs of Jianzang granodiorite

續(xù)表1

微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖(圖4b)顯示，尖藏花崗巖富集大離子親石元素(LILE)Rb、K和高場強元素(HFSE)Th、U等，相對虧損Zr、Hf、Y、Yb等高場強元素(HFSE)，而顯著虧損Nb、Ta、P、Ti等元素?；◢弾r中的Ba/Nb的比值(36.72～84.93)變化較大，而Ba/Rb的比值(8.88～15.18)相對較為穩(wěn)定，說明巖石受后期蝕變作用較弱[10]，其地球化學(xué)分析成果基本代表了原始巖漿的特征。

圖4 尖藏花崗閃長巖稀土元素配分模式圖(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(球粒隕石和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻[11--12]；埃達克巖數(shù)據(jù)引自文獻[13--15])Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution pattern and primitive mantle-normalized spidergram of Jianzang granodiorite

3 巖石成因

本文的尖藏花崗閃長巖具有和埃達克巖相似的地球化學(xué)性質(zhì)，表現(xiàn)為SiO2>65%，Al2O3>15%，Na2O>K2O，鈉質(zhì)花崗巖，相對富集LILE和LREE，Eu異常不明顯, 強烈富集Sr(Sr=299.49×10-6～677.74×10-6, 平均為541.85×10-6)和虧損Y(Y=5.00×10-6～9.31×10-6, 平均為6.52×10-6)，高Sr /Y比值(59.90～108.09，平均值83.20)和(La /Yb)N比值(33.85～101.03，平均值69.44)。在Y-Sr /Y和YbN-(La /Yb)N圖解(圖5a、5b)上，數(shù)據(jù)點均落于典型埃達克巖范圍內(nèi)。

圖5 尖藏花崗閃長巖的埃達克判別圖(圖a據(jù)文獻[16]；圖b據(jù)文獻[17])Fig.5 Adakites discrimination diagrams of Jianzang granodiorite

具有埃達克性質(zhì)的尖藏花崗閃長巖有其特殊的形成機制，目前研究認(rèn)為埃達克巖的成因模式和物質(zhì)來源主要有3種：①俯沖大洋板片的部分熔融[18--19]；②玄武質(zhì)巖漿的地殼混染和分離結(jié)晶[20]；③增厚玄武質(zhì)下地殼部分熔融[21]或拆沉下地殼部分熔融[22--23]。俯沖大洋板片部分熔埃達克形成的埃達克巖主要為鈣堿性系列，一般具有較高的Na2O/K2O比值(>2)以及較低的K2O含量[24]，而尖藏花崗閃長巖屬高鉀鈣堿性系列具較低的Na2O/K2O(1.01～1.53)比值和較高的K2O含量(2.45～4.04)，這與中國大陸東部下地殼部分熔融形成C型埃達克巖K2O=2.9～3.9，Na2O/K2O=1.0～1.3)的地球化學(xué)特征一致[25]，在w(SiO2)-w(K2O)圖解中(圖3a)，數(shù)據(jù)點主要落入C型埃達克巖范圍內(nèi)，而C型埃達克巖被認(rèn)為是與加厚陸殼底部中基性巖部分熔融的產(chǎn)物，微量元素地球化學(xué)顯示，尖藏花崗閃長巖的Nb/U(3.92～6.37)、Ce/Pb(1.15～3.20)、Ti/Eu(1 492～3 938)及Nd/Sm(5.39～5.87)比值明顯區(qū)別于洋中脊玄武巖，而與大陸地殼的平均值類似[26]，均表明該花崗巖的源巖來自于大陸地殼而非俯沖的大洋板片。玄武質(zhì)巖漿在下地殼深部高壓條件下，通過分離結(jié)晶作用形成的埃達克巖應(yīng)該與一系列成因有聯(lián)系的中基性巖共生[27]，在地球化學(xué)特征上表現(xiàn)銪負異常，通過野外觀察，研究區(qū)巖性單一，未發(fā)現(xiàn)與之共生的中基性巖，且地球化學(xué)特征顯示無明顯的銪異常，分離結(jié)晶作用較弱，表明尖藏花崗閃長巖可能并非由玄武質(zhì)巖漿經(jīng)分離結(jié)晶作用形成。在實驗巖石學(xué)源巖判別圖解中(圖6a、6b)，所有的數(shù)據(jù)點均落入角閃巖部分熔融區(qū)域內(nèi)，暗示源巖可能為下地殼的基性巖石。在SiO2(wt%)-Mg#圖解(圖7)中，數(shù)據(jù)點大部分落入增厚下地殼與拆沉下地殼部分熔融重疊區(qū)域內(nèi)，表明巖漿源區(qū)可能來自增厚基性下地殼部分熔融或拆沉下地殼部分熔融。

圖6 尖藏花崗閃長巖的源巖判別圖(據(jù)文獻[28])Fig.6 Source rock discrimination of Jianzang granodiorite

圖7 尖藏花崗閃長巖SiO2(wt%)-Mg#關(guān)系圖(實驗數(shù)據(jù)引自文獻[34--37])Fig.7 SiO2-Mg# diagram of Jianzang granodiorite

Mg#值大小可以反映埃達克巖源巖是否受到地幔物質(zhì)的混染。由玄武質(zhì)下地殼直接部分熔融的巖漿，其Mg#值一般<0.40，而尖藏花崗閃長巖的Mg#值(平均值0.47)多>0.40，表明由基性下地殼部分熔融形成的埃達克熔體，可能受到了地幔物質(zhì)的混染。前人研究表明，西秦嶺地區(qū)在二疊末—三疊初，由于華北板塊和揚子板塊的陸陸碰撞，發(fā)生過地殼加厚事件[29--32]，印支晚期由于加厚的下地殼密度增大導(dǎo)致重力不穩(wěn)，巖石圈發(fā)生拆沉，地幔巖漿上涌底侵，為下地殼部分熔融提供熱源，且形成一定程度殼幔巖漿的混合[33]，這可能是尖藏花崗閃長巖體中發(fā)育暗色閃長質(zhì)包體以及暗色條帶構(gòu)造(圖2b、2c)的直接原因，此外尖藏花崗閃長巖在微量元素特征上與拆沉下地殼部分熔融形成的埃達克巖較為接近(圖4a、4b)。綜上認(rèn)為，尖藏花崗閃長巖巖漿來源于拆沉的下地殼基性巖石部分熔融，并且熔體在上升過程中受到地幔橄欖巖的混染。

4 構(gòu)造背景

西秦嶺造山帶地處特提斯構(gòu)造域、古亞洲構(gòu)造域和濱太平洋構(gòu)造域疊加的復(fù)雜地段[38]，先后經(jīng)歷了超大陸裂解、秦祁昆大洋形成演化、碰撞造山、板內(nèi)伸展和陸內(nèi)疊覆造山多個構(gòu)造演化階段[39--42]。部分學(xué)者[43]通過對西秦嶺與俯沖相關(guān)的巖漿巖鋯石U--Pb測年(251～244 Ma)分析認(rèn)為，早三疊世西秦嶺地區(qū)仍然處于洋殼俯沖的動力學(xué)背景下，勉略洋盆的閉合時間至少應(yīng)該在中--晚三疊世之后(晚于244 Ma)；賴紹聰和秦江峰[44]依據(jù)勉略帶變火山巖的變質(zhì)年齡(226.9～219.4 Ma) ，論證了勉略洋的閉合時間至少應(yīng)該在219～226 Ma；馮益民[39]認(rèn)為在中三疊世的拉丁期之后，西秦嶺造山帶已經(jīng)開始陸表海環(huán)境或板內(nèi)伸展階段向陸內(nèi)疊覆造山階段的轉(zhuǎn)換。

尖藏花崗閃長巖形成于印支期(205 Ma)，據(jù)野外地質(zhì)資料，尖藏花崗閃長巖體侵位于勉略帶北側(cè)的志留系地層中，本身基本無變形，其展布方向(NW)與區(qū)域構(gòu)造線一致，指示尖藏花崗閃長巖體形成于主碰撞和區(qū)域構(gòu)造變形之后，形成應(yīng)晚于勉略帶主變形期。尖藏花崗閃長巖為高鉀鈣堿性系列，且具有埃達克巖性質(zhì)，高鉀鈣堿性系列花崗巖可以形成于擠壓構(gòu)造體制向伸展體制轉(zhuǎn)換的過程中[45]，是后碰撞巖巖漿活動的重要標(biāo)志之一[46--47]，此外，埃達克質(zhì)中酸性熔體一般起源于≥40～50 km的地殼(下地殼)深處，而非埃達克質(zhì)熔體可能多形成于相對淺(<40 km)的中上地殼[27]，表明此時西秦嶺已經(jīng)進入華北和場子板塊碰撞后期，地殼加厚事件已結(jié)束，構(gòu)造環(huán)境由陸陸碰撞造山向板內(nèi)伸展階段轉(zhuǎn)換，因此尖藏花崗閃長巖可能形成于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換環(huán)境，屬后碰撞花崗巖。在Nb+Y-Rb判別圖解中(圖8)，數(shù)據(jù)點均落于后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)，顯示尖藏花崗閃長巖形成于后碰撞環(huán)境。因此結(jié)合前人資料，筆者認(rèn)為尖藏花崗閃長巖應(yīng)該形成于擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的后碰撞構(gòu)造環(huán)境，進一步證明此時勉略洋盆已經(jīng)完全閉合，碰撞造山作用結(jié)束，西秦嶺已經(jīng)進入板內(nèi)伸展階段。

post--COLG.后碰撞花崗巖; WPG.板內(nèi)花崗巖; VAG.火山弧花崗巖; ORG.洋脊花崗巖; syn--COLG.同碰撞花崗巖。圖8 尖藏花崗閃巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)文獻[48])Fig.8 Discrimination diagram of tectonic setting of trace elements for Jianzang granodiorite

5 結(jié)論

(1)尖藏花崗閃長巖屬高鉀鈣堿性系列，弱過鋁質(zhì)巖石，具有埃達克巖地球化學(xué)性質(zhì)，高Sr，低Y，輕重稀土分餾明顯，富集輕稀土、虧損重稀土元素。

(2)尖藏花崗閃長巖起源于拆沉下地殼基性巖石部分熔融，熔體在上升過程中受到地幔橄欖巖的混染。

(3)尖藏花崗閃長巖形成于擠壓向伸展轉(zhuǎn)換的后碰撞構(gòu)造環(huán)境。

致謝：感謝吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院茍軍副教授在論文編寫過程中提出的寶貴意見，感謝白龍江引水工程項目組所有人員的大力支持。