中祁連東段上莫吉巖體地球化學(xué)特征及年代學(xué)意義

呂東奕，任二峰*，楊啟鵬，熊文順

(1.青海大學(xué)地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016； 2.青海煤炭地質(zhì)局105勘探隊，青海 西寧 810016)

祁連造山帶是典型的增生型造山帶，由北向南可分為北祁連、中祁連和南祁連3個構(gòu)造單元[1-3]。祁連山造山帶是中國重要的構(gòu)造單元，前人對祁連山的研究主要集中在北祁連造山帶，對于地質(zhì)構(gòu)造和巖體年齡等研究不夠完善。一些學(xué)者對中祁連花崗巖進行了年齡地球化學(xué)研究，李繼永等[4]通過對青城山巖體和通渭地區(qū)巖體進行測試得出，其侵位年代為晚古生代—中生代產(chǎn)物；雍擁等[5-6]對五間房巖體等進行測試表明，其侵位年代為新遠古帶早中期和古生代產(chǎn)物；郭進京等[7-8]對湟源群等巖體進行分析表明，其侵位年代為中晚元古代產(chǎn)物；高亮等[9]對白花溝巖體研究表明，其侵位年代為新元古帶產(chǎn)物。為進一步完善中祁連的地球化學(xué)特征及年代學(xué)意義，本研究對中祁連東段上莫吉二長花崗巖進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年，以確定該巖體的地質(zhì)時代及構(gòu)造環(huán)境。

1 研究區(qū)概況及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于中祁連東段，出露的地層主要有：第四系松散堆積物，主要為砂礫石、卵石、泥沙；磨石溝組(Chm)，為中層—厚層狀石英巖，局部夾石英砂巖；東岔溝組(Pt1d)，為一套片麻巖、白云母片巖、斜長角閃片巖。研究區(qū)內(nèi)侵入巖廣泛發(fā)育，主要為晚奧陶世似斑狀二長花崗巖(πηγO3)、二長花崗巖(ηγO3)、花崗閃長巖(γδO3)以及上莫吉二長花崗巖(圖1)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological sketch of the study area

上莫吉巖體北側(cè)與晚奧陶世似斑狀二長花崗巖呈超動接觸，其余部分與古元古代湟源群東岔溝組(Pt1d)侵入接觸，巖體內(nèi)可見長城紀湟中群磨石溝組(Chm)的捕虜體。巖體巖性主要為二長花崗巖(ηγPt3)。

灰白色片麻狀二長花崗巖為花崗結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造。巖石主要由鉀長石(30%～38%)、石英(25%～28%)、 斜長石(25%)、 黑云母(6%～15%)及少量的白云母(1%)組成。鉀長石成它形粒狀，粒度為0.05～0.7 mm，晶內(nèi)見格子雙晶且有土狀高嶺石分布；斜長石成半自形粒狀，粒度為0.04～0.6 mm，晶內(nèi)可見聚片雙晶；石英成它形粒狀，粒度為0.03～0.67 mm，有的石英成碎?；安钕?；黑云母成片狀，片徑為0.05～1.5 mm，晶內(nèi)有白鈦石析出物；白云母成片狀，片徑為0.03～0.89 mm，云母成定向排列，與長石、石英構(gòu)成巖石的片麻狀構(gòu)造；磁鐵礦含量0.1%，成細小粒狀，零散分布，巖石中綠簾石、綠泥石、磷灰石含量分別為2%、0.6%、0.5%。

2 樣品采集與測試

本實驗采集的為二長花崗巖巖石標本。全巖主量、微量及稀土元素含量在武漢綜合巖礦測試中心分析完成。鋯石U-Pb同位素定年利用中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室(GPMR)的LA-ICP-MS同時分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7500a。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均用Isoplot軟件[10]計算分析完成。在鋯石分選之前，先用水清洗樣品表面并晾干，將樣品粉碎至80～90目，用手淘洗，再用電磁選分離，選取無磁或弱磁性的鋯石單顆粒，在雙目實體鏡下人工挑選無包體、自形程度好、黃色透明的短柱狀自形晶，作為測定年齡的樣品。詳細的實驗條件及實驗流程見文獻[11-12]。

3 鋯石U-Pb測年

通過對上莫吉巖體中二長花崗巖(TK31JD(U-Pb)1-1)樣品中的鋯石進行分析得出，該樣品巖礦鑒定為片麻狀二長花崗巖。在樣品中的27個陰極發(fā)光圖像(CL)中(圖2)，除少量鋯石顏色略帶深褐色外，大部分鋯石的顏色為無色透明，形狀多數(shù)為長柱狀，少數(shù)為短柱狀，自形程度中等，自形—半自形，粒徑范圍為110～220 μm，長短軸之比為2∶1～3∶1。有的鋯石表面可以發(fā)現(xiàn)晶棱和錐體被圓化的痕跡，部分鋯石表面出現(xiàn)凹蝕坑，由此推測鋯石遭受了后期熱液蝕變或者鋯石發(fā)生了變質(zhì)作用。

圖2 上莫吉巖體U-Pb同位素鋯石陰極發(fā)光照片F(xiàn)ig.2 Luminescent photos of U-Pb isotope zircon of Shangmoji rock mass

在上莫吉巖體二長花崗巖U-Pb同位素鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)中，25個樣品點的鋯石顯示典型的韻律振蕩環(huán)帶(圖2)，這與鋯石的巖漿成因密切相關(guān)，并且在樣品的2個鋯石顆粒中發(fā)現(xiàn)卵圓形的殘留鋯石核，該殘留鋯石核與其他鋯石不同，CL亮度低并且沒有明顯環(huán)帶，該殘留鋯石核可能為源巖殘留相，或者是巖漿在上升侵位過程中從圍巖中捕獲的。在樣品的27個鋯石點中，25個鋯石具有典型的韻律振蕩環(huán)帶，2個鋯石無典型的韻律振蕩環(huán)帶。本實驗對25個具有典型振蕩環(huán)帶的鋯石進行了LA-ICP-MS法U-Pb同位素定年顯示，25個具振蕩環(huán)帶的鋯石分析點給出的206Pb/238U年齡范圍為861～931 Ma。所測樣品的23個數(shù)據(jù)點均位于U-Pb諧和線上及其附近，形成了一條不一致線，2個數(shù)據(jù)點發(fā)生偏離，可能數(shù)據(jù)有誤差，可以刪除兩個異常點。23個數(shù)據(jù)點的U-Pb年齡較集中，諧和度≥95%，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為(922.3±5.3) Ma(MSWD=0.037)，代表了二長花崗巖的成巖年齡，顯示其形成時代為新元古代(圖3和圖4)。

圖3 上莫吉巖體同位素測定結(jié)果諧和圖Fig.3 Concordance diagram of the determination results of isotope of Shangmoji rock mass

圖4 上莫吉巖體U-Pb同位素表面年齡加權(quán)平均值Fig.4 Concordance diagram of the determination results of isotope of Shangmoji rock mass

4 巖石地球化學(xué)

4.1主量元素研究區(qū)上莫吉巖體巖石化學(xué)特征見表1。

表1上莫吉巖體主量元素分析表

圖5 上莫吉巖體主量元素分類圖解Fig.5 Classification of major elements of Shangmoji rock mass

本實驗采集的10件上莫吉二長花崗巖樣品，將其巖石化學(xué)換算成“干”體系(扣除水等揮發(fā)分之后換算成100%)后，繪制侵入巖主量元素分類圖(圖5)。從圖中可看出，9個點花崗巖區(qū)間分布，1個點在花崗閃長巖區(qū)間分布，少部分與室內(nèi)顯微鏡下定名存在一定偏差，但大部分巖性與定名基本一致。本研究對有偏差的樣品進行校正，各侵入巖石化學(xué)成分略有差異。

根據(jù)表1的數(shù)據(jù)可知，主量元素：SiO2(0.92%～75.00%)、Al2O3(12.98%～14.67%)、Na2O+K2O(5.18%～7.66%)，F(xiàn)eO(0.78%～3.05%)，MgO(0.34%～0.89%)，里特曼指數(shù)σ為0.84～2.01，堿度率AR為1.79～3.23，山德指數(shù)(A/CNK)為1.049～1.346，平均為1.25，A/NK為1.460～1.857，樣品具有富鈉、富鉀的特點。硅堿圖解(圖5)樣品集中分布于Ir分界線下方亞堿性巖區(qū)，該巖體為亞堿性巖。SiO2-K2O圖解(圖6)中8個樣點分布在高鉀鈣堿性區(qū)，2個樣點分布在鈣堿性區(qū)，該巖體為鈣堿性巖。山德指數(shù)圖解(圖7)樣品點均落在過鋁質(zhì)區(qū)，樣品山德指數(shù)均大于1.1，為強過鋁質(zhì)花崗巖[13-14]。故上莫吉二長花崗巖為強過鋁質(zhì)花崗巖，研究區(qū)上莫吉侵入巖屬于強過鋁質(zhì)鈣堿性巖。

圖6 上莫吉巖體SiO2-K2O圖解Fig.6 Diagram of SiO2-K2O of Shangmoji rock mass

圖7 上莫吉巖體山德指數(shù)圖解Fig.7 Diagram of Shande index of Shangmoji rock mass

4.2稀土元素特征稀土元素測試結(jié)果見表2。稀土元素總量∑REE=(147～246)×10-6，輕、重稀土元素比值LREE/HREE=3.83～13.18，(La/Yb)n為2.71～22.84，δEu=0.36～0.96，平均值為0.514，Sm/Nd=0.20～0.25，平均值為0.224，均小于1。圖8為稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖，從圖中顯示為富集型模式，曲線向右傾斜，輕稀土從La到Eu依次遞減，曲線較陡，表明分餾較強，重稀土曲線從Gd到Lu較為平緩，表明重稀土分餾程度相對較低，Eu具明顯的負異常，曲線整體呈“海鷗型”，這種模式圖與典型碰撞型花崗巖具有相似性。

圖8 上莫吉巖體稀土元素配分模式圖Fig.8 Distribution pattern of rare earth of Shangmoji rock mass

圖9 上莫吉巖體微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.9 Cobweb diagram of trace elements of Shangmoji rock mass

4.3微量元素特征花崗巖微量元素測試結(jié)果見表2。Hf、Nb、Sc、Cu、W、Ni等元素相對富集，其中，Rb、Ta兩類元素相對貧化，Zn、Th、Ba、Sr、Zr元素含量表現(xiàn)不一，高于或低于豐度值。以O(shè)RG為標準的微量元素分布形式圖中(圖9)，顯示強烈正Rb、Th異常，Ce、Sm的中等正異常以及Nb、Zr不同程度的負異常，與阿曼同碰撞花崗巖的分布形式一致，表明其與大陸碰撞、地殼增厚密切相關(guān)。

表2上莫吉巖體微量及稀土元素分析表

表2(續(xù))

5 構(gòu)造背景分析

中祁連東段上莫吉二長花崗巖的巖石礦物特征及巖石地球化學(xué)特征顯示為強過鋁質(zhì)類型，鈣堿性系列，可以推斷上莫吉二長花崗巖為CPG(含白云母過鋁質(zhì)花崗巖)型花崗巖，說明它是由古老的硅鋁質(zhì)大陸殼經(jīng)重熔再結(jié)晶形成。在Nb-Y圖解中(圖10)，樣品均落在火山弧及同碰撞區(qū)域，在Rb-(Y+Nb)圖解中(圖11)，樣品數(shù)據(jù)落入后碰撞區(qū)域內(nèi)。

圖10 上莫吉巖體Nb-Y圖解圖Fig.10 Diagram of Nb-Y of Shangmoji rock mass

圖11 上莫吉巖體Rb-(Y+Nb)圖解Fig.11 Diagram of Rb-(Yb+Nb)of Shangmoji rock mass

R1-R2圖解中(圖12)，除少數(shù)樣品外，大多樣品集中分布于同碰撞花崗巖區(qū)，微量元素特征顯示與阿曼同碰撞花崗巖相似，表明上莫吉二長花崗巖形成于大陸碰撞的構(gòu)造環(huán)境中。

圖12 上莫吉巖體R1-R2圖解Fig.12 Diagram of R1-R2 of Shangmoji rock mass

6 討論與結(jié)論

上莫吉花崗巖位于中祁連東段，其巖石組合、巖石地球化學(xué)特征及年代學(xué)是研究中祁連東段大地構(gòu)造背景的重要因素。前期研究中，雖然得到巖體的鋁飽和指數(shù)[ASI=AI2O3/(Ca+Na2O+K2O)或A/CNK(摩爾比)]大于1[7]，但并未將其與地質(zhì)構(gòu)造背景結(jié)合進行研究[7-9]。本研究上莫吉花崗巖體具有富鈉、富鉀的特征，屬于強過鋁質(zhì)鈣堿性巖。其稀土元素分布具有明顯的負Eu異常；微量元素蛛網(wǎng)圖上具有明顯的正Rb、Th異常，Nb、Zr不同程度的負異常。巖體鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為(922.3±5.3) Ma(MSWD=0.037)，為新元古代巖漿侵位活動的產(chǎn)物，此與前人的研究結(jié)果[7-9]相吻合。從巖石礦物特征及巖石地球化學(xué)特征可以推斷中祁連變質(zhì)侵入體為CPG(含白云母過鋁質(zhì)花崗巖)型花崗巖，說明其巖體由古老的硅鋁質(zhì)大陸殼經(jīng)重熔再結(jié)晶而成。綜上所述，研究區(qū)上莫吉二長花崗巖形成于新元古代的一次造山運動，為古老陸殼重熔形成的同碰撞花崗巖。