北山造山帶早泥盆世埃達(dá)克巖的發(fā)現(xiàn)及地質(zhì)意義

楊鎮(zhèn)熙 ，丁書宏 ，張 晶，樊新祥，孔維瓊，趙吉昌 ，荊德龍

(1.甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000；2.蘭州新區(qū)自然資源局，甘肅 蘭州 730000；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054)

埃達(dá)克巖是具有一定地球化學(xué)特征的鈣堿性中酸性巖石，具有高SiO2(≥56%)、高鋁(Al2O3≥15%)、富鈉(Na2O>K2O)、高Sr(>300×10-6)、低Y(<20×10-6)和Yb(<2×10-6)以及Eu異常不明顯等地球化學(xué)特征(張旗，2008；張旗等，2020)，被認(rèn)為是俯沖板片在部分熔融作用下的產(chǎn)物，可能代表了俯沖作用開(kāi)始的記錄(Defant and Drummond，1990)。由于其特有的地球化學(xué)特征和特殊的成巖機(jī)理以及在恢復(fù)巖石形成的大地構(gòu)造環(huán)境方面和認(rèn)識(shí)陸殼增生方面的特殊意義(趙宏剛等，2019)，埃達(dá)克巖一經(jīng)提出就受到了廣泛關(guān)注(毛啟貴等，2010)。埃達(dá)克巖最早由美國(guó)學(xué)者Defant和Drummond(1990)提出，他們將板片熔融形成的一套中酸性火山巖命名為adakite，其概念于2000年被首次引入中國(guó)(王焰等，2000)。近年來(lái)中國(guó)科學(xué)家圍繞埃達(dá)克巖開(kāi)展了大量研究，提出了不少學(xué)術(shù)觀點(diǎn)(王焰等，2000；張旗等，2001a，2001b，2003，2020；張旗，2008，2011，2012；毛啟貴等，2010；許繼峰等，2014)。張旗(2011)根據(jù)埃達(dá)克巖中Na和K的含量的高低將其分為O型埃達(dá)克巖(板塊熔融形成的埃達(dá)克巖)和C型埃達(dá)克巖(加厚下地殼部分熔融形成的埃達(dá)克巖)；許繼峰等(2014)將板片在俯沖環(huán)境下熔融形成且具上述地球化學(xué)特征的中酸性火成巖稱為埃達(dá)克巖(adakite)，將具有埃達(dá)克質(zhì)地球化學(xué)特征但不是由板片熔融形成的中酸性火成巖稱之為埃達(dá)克質(zhì)巖(adakitic rock或adakite-like rock)。

北山造山帶地處西伯利亞板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的交匯部位，處于中亞巨型造山帶南緣(圖1)，是研究中亞造山帶增生造山的關(guān)鍵地區(qū)之一，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的持續(xù)關(guān)注(劉雪亞等，1995；左國(guó)朝等，1996，2003；湯中立等，1997；龔全勝等，2003；鄭榮國(guó)等，2012，2016；宋東方等，2018；田健等，2020)。中亞造山帶廣泛發(fā)育埃達(dá)克巖，但多見(jiàn)報(bào)道于東天山地區(qū)，近年來(lái)隨著北山地區(qū)花崗巖研究的深入，在柳園地區(qū)(毛啟貴等，2010)、金塔老虎山地區(qū)(王啟航等，2014)、公婆泉地區(qū)(余吉遠(yuǎn)等，2017)、算井子一帶(趙宏剛等，2019)、紅石山地區(qū)(黃增保等，2005；劉明強(qiáng)，2007)、尖山和石板井地區(qū)(王鑫玉等，2018)、東七一山地區(qū)(Zhangetal.，2012)均有埃達(dá)克(質(zhì))巖的報(bào)道。針對(duì)北山南帶，僅在柳園地區(qū)和金塔老虎山地區(qū)有零星埃達(dá)克巖被報(bào)道，其代表的柳園洋(古亞洲洋)在古生代俯沖碰撞的時(shí)限缺乏有力的依據(jù)。一些學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋在北山地區(qū)最終閉合時(shí)間為泥盆紀(jì)，在晚古生代轉(zhuǎn)為陸內(nèi)演化階段(左國(guó)朝等，2003；李向民等，2011；牛亞卓等，2014)，也有學(xué)者提出泥盆紀(jì)時(shí)古亞洲洋仍處于俯沖階段，并列舉了其在晚古生代活動(dòng)陸緣的記錄(Maoetal.，2012；Guoetal.，2012)。研究者對(duì)古亞洲洋閉合時(shí)間存在較大爭(zhēng)議，聚焦點(diǎn)在于泥盆紀(jì)古亞洲洋仍在俯沖還是已經(jīng)閉合。前人對(duì)研究區(qū)石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)巖漿活動(dòng)進(jìn)行了較為深入的研究，但對(duì)泥盆紀(jì)巖漿活動(dòng)的研究略顯薄弱，需進(jìn)一步開(kāi)展精準(zhǔn)的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)研究。

圖1 北山地區(qū)大地構(gòu)造位置略圖[a，據(jù)Jahn(2002)]和地質(zhì)簡(jiǎn)圖[b，據(jù)王國(guó)強(qiáng)(2015)]Fig.1 Geotectonic map (a,after Jahn,2002) and simplified regional geological map (b,after Wang Guoqiang,2015) of the Beishan area1—新生界；2—白堊系；3—侏羅系；4—三疊系；5—二疊系；6—石炭系；7—泥盆系；8—志留系；9—奧陶系；10—寒武系；11—元古界；12—花崗質(zhì)巖類；13—斷裂；14—基性巖墻；15—研究區(qū)位置1—Cenozoic;2—Cretaceous;3—Jurassic;4—Triassic;5—Permian;6—Carboniferous;7—Devonian;8—Silurian;9—Ordovician;10—Cambrian;11—Proterozoic;12—granites;13—fault;14—basic dike;15—location of the study area

本文在大量野外和室內(nèi)研究工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，在北山造山帶南緣黑山頭一帶發(fā)現(xiàn)了一套具典型埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征的中酸性侵入巖,通過(guò)對(duì)黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖成因和動(dòng)力學(xué)背景研究，對(duì)古亞洲洋俯沖、閉合時(shí)限進(jìn)行約束，對(duì)北山地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)背景研究和大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐痔峁┝酥匾罁?jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

北山造山帶呈東西向展布，其西以星星峽斷裂為界與東天山構(gòu)造帶相隔，北接蒙古南部增生系統(tǒng)，南鄰敦煌地塊，向東延入巴丹吉林沙漠(Xiaoetal.，2010，2013；王疆濤等，2016；王鑫玉等，2018)。該造山帶是由大量小的構(gòu)造單元及構(gòu)造塊體，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的構(gòu)造演化過(guò)程而形成的多旋回復(fù)合造山帶(左國(guó)朝等，1990，2011；劉雪亞等，1995；何世平等，2002；龔全勝等，2003；楊合群等，2012)。在復(fù)雜的地質(zhì)過(guò)程中，北山境內(nèi)自北向南形成了紅石山-百合山、芨芨臺(tái)子-小黃山、牛圈子-洗腸井、輝銅山-帳房山等4條蛇綠巖帶，專家學(xué)者據(jù)此將北山地區(qū)劃分至不同的構(gòu)造單元(劉雪亞等，1995；左國(guó)朝等，1996，2003；何世平等，2002；龔全勝等，2003；楊合群等，2008，2012)。

研究區(qū)位于輝銅山-帳房山蛇綠巖帶南側(cè)(圖2a)。最新資料表明，帳房山蛇綠巖帶為一晚古生代蛇綠巖帶(余吉遠(yuǎn)等，2012b)。區(qū)內(nèi)侵入巖以花崗巖類為主，主要有三疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、似斑狀花崗閃長(zhǎng)巖，二疊紀(jì)石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖及泥盆紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖。區(qū)內(nèi)出露地層主要為長(zhǎng)城系古硐井群、侏羅系水西溝群、白堊系新民堡群以及第四系等。古硐井群是一套淺變質(zhì)碎屑巖及碳酸鹽巖建造，為區(qū)內(nèi)重要的含金、鉛鋅層位，水西溝群是一套含煤碎屑巖建造，新民堡群為一套雜色碎屑巖建造。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，以NW向、NWW向斷裂構(gòu)造為主(楊鎮(zhèn)熙等，2021)。

2 巖石學(xué)特征

黑山頭中酸性侵入巖出露于甘肅省玉門市、北山縫合帶黑山頭一帶，主體為花崗閃長(zhǎng)巖(圖3a)，局部見(jiàn)英云閃長(zhǎng)巖，呈北西向展布，出露面積約30 km2，侵入長(zhǎng)城系古硐井群，在黑山頭一帶被二疊紀(jì)石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖侵入(圖2b)。

圖2 黑山頭一帶地質(zhì)略圖[a據(jù)楊合群等(2010)，b據(jù)楊鎮(zhèn)熙等(2021)]Fig.2 Geological map of Heishantou area (a after Yang Hequn et al.,2010;b after Yang Zhenxi et al.,2021)1—第四系；2—長(zhǎng)城系古硐井群；3—晚三疊世斑狀花崗閃長(zhǎng)巖；4—中三疊世花崗閃長(zhǎng)巖；5—晚二疊世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；6—早泥盆世花崗閃長(zhǎng)巖；7—斷層；8—鋯石U-Pb年齡樣/巖石全分析采樣點(diǎn)；9—蛇綠巖帶；10—研究區(qū)1—Quaternary;2—Gudongjing Group of Changcheng System;3—Late Triassic porphyritic granodiorite;4—Middle Triassic granodiorite;5—Late Permian quartz monzodiorite;6—Early Devonian granodiorite;7—fault;8—sampling site;9—ophiolite belt;10—study area

本次工作選擇黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體6件新鮮巖石樣品進(jìn)行了巖石地球化學(xué)研究，對(duì)其中1件樣品進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡測(cè)定。

花崗閃長(zhǎng)巖，新鮮面淺灰-灰色，中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由斜長(zhǎng)石(35%～40%)、鉀長(zhǎng)石(15%±)、石英(20%±)、黑云母(15%～20%)、角閃石(10%±)和鋯石、磷灰石、榍石等副礦物及高嶺土、絹云母、綠泥石等少量次生礦物組成。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，粒度一般0.2～2 mm，部分2～4.5 mm，雜亂分布，具高嶺土化、絹云母化等，環(huán)帶構(gòu)造較為發(fā)育，聚片雙晶常見(jiàn)，與鉀長(zhǎng)石接觸部位可見(jiàn)有交代蠕蟲結(jié)構(gòu)；鉀長(zhǎng)石呈半自形板狀-它形粒狀，粒度一般0.2～2 mm，部分2～3 mm，具輕高嶺土化，少見(jiàn)格子雙晶，局部交代斜長(zhǎng)石；石英呈它形粒狀，粒度一般0.2～2 mm，部分<0.2 mm，填隙狀分布，重結(jié)晶作用明顯，粒內(nèi)具波狀消光現(xiàn)象；黑云母呈片狀，片徑一般0.2～2.5 mm，少數(shù)<0.2 mm，雜亂分布，少具綠泥石化，多色性較明顯；角閃石呈半自形-它形柱狀、柱粒狀，粒度一般0.2～2.5 mm，雜亂分布，多色性較明顯(圖3b)。

圖3 黑山頭巖體花崗閃長(zhǎng)巖野外(a)和顯微特征(b,正交偏光)Fig.3 Field image (a) and microscopic characteristics (b，crossed nicols) of granodiorite in the Heishantou plutonKf—鉀長(zhǎng)石；Pl—斜長(zhǎng)石；Q—石英；Hb—角閃石；Bi—黑云母Kf—K-feldspar；Pl—plagioclase；Q—quartz；Hb—hornblende；Bi—biotite

3 分析方法

主量、微量及稀土元素的分析測(cè)試由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)。首先將樣品粗碎至2～4 cm，采用3%～5%的稀鹽酸經(jīng)超聲波清除表面雜質(zhì)，再細(xì)碎至200目備用。主量元素分析儀器為Axiosmax X射線熒光光譜儀(XRF)，分析精度優(yōu)于2%，其中FeO測(cè)試采用氫氟酸、硫酸溶樣和重鉻酸鉀滴定容量法；稀土、微量元素檢測(cè)使用XSeries2型電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)，精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%。

鋯石制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像分析由廊坊誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司完成，首先將原樣破碎至60～80 μm后分離出重砂，經(jīng)磁選和電磁選后，在雙目鏡下選取晶形和透明度較好的代表性鋯石，將鋯石顆粒粘在雙面膠上，用環(huán)氧樹(shù)脂固定，并對(duì)其進(jìn)行拋光，直到樣品露出光潔的平面；然后拍攝鋯石顆粒的透射光、反射光和陰極發(fā)光圖像。

鋯石年齡分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析儀器為Agilent7700x型激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用Glitter(4.0版)程序計(jì)算鋯石的表面年齡及標(biāo)準(zhǔn)偏差，并對(duì)測(cè)試過(guò)程中產(chǎn)生的元素分餾和質(zhì)量歧視進(jìn)行校正；應(yīng)用Isoplot(3.0版)程序?qū)︿喪瘶悠返?06Pb/238U年齡和207Pb/235U年齡在諧和圖上進(jìn)行投圖，并計(jì)算年齡諧和測(cè)點(diǎn)的加權(quán)平均值(李艷廣等，2015)。

4 鋯石年齡測(cè)定結(jié)果

對(duì)花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行了鋯石U-Pb測(cè)年,結(jié)果見(jiàn)表1。鋯石多呈自形程度較好的柱狀，部分為粒狀，粒徑130～250 μm，長(zhǎng)寬比變化于1∶1～1∶3之間，具有清晰、致密的巖漿結(jié)晶振蕩環(huán)帶，屬典型的巖漿結(jié)晶鋯石(吳元保等，2004)。20個(gè)鋯石顆粒點(diǎn)CL圖像及U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖4。LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)定結(jié)果顯示，20個(gè)樣品點(diǎn)的U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致，206Pb/238U加權(quán)平均(2б)年齡為407.7±1.6 Ma(MSWD=0.099)(圖5)，表明黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體形成于早泥盆世。

圖4 黑山頭巖體鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及測(cè)試點(diǎn)Fig.4 Zircon cathodoluminescence (CL) images and test points of the Heishantou pluton

圖5 黑山頭巖體鋯石U-Pb諧和圖(a)和加權(quán)平均年齡圖(b)Fig.5 Zircon U-Pb concordia (a) and weighted average age (b) diagrams of the Heishantou pluton

表1 黑山頭巖體鋯石U-Pb同位素測(cè)年分析結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb isotopic analytical result of the Heishantou pluton

5 巖石地球化學(xué)特征

5.1 主量元素

黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體具高硅(SiO2=60.85%～67.81%)、高鋁(Al2O3=15.59%～16.98%)、低鎂(MgO=0.55%～1.53%，Mg#=0.36～0.46)、富鈉貧鉀(Na2O=2.65%～3.54%，K2O=1.09%～3.16%，Na2O/K2O=0.96～2.44)等特征，TiO2含量為0.54%～0.91%，CaO含量3.71%～5.95%(表2)。在TAS圖解中大多數(shù)樣品落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)，且均歸屬于亞堿性巖石(圖6a)；在SiO2-AR圖解上，全部落入鈣堿性區(qū)域(圖6b)；在K2O-SiO2圖解上(圖6c)，除1個(gè)樣品外，其余均落入鈣堿性系列；鋁飽和指數(shù)A/CNK值為0.98～1.05，A/NK值為1.85～3.00，顯示其屬于過(guò)鋁質(zhì)巖石系列(圖6d)。

圖6 黑山頭巖體主量元素地球化學(xué)圖解Fig.6 Geochemical diagrams of principal elements of the Heishantou plutona—TAS圖解(底圖據(jù)Middlemost，1994)；b—SiO2-AR圖解(底圖據(jù)Wright，1969)；c—K2O-SiO2圖解(底圖據(jù)Middlemost，1985)； d—A/NK-A/CNK圖解(底圖據(jù)Maniar and Piccoli，1989)a—TAS diagram (Middlemost,1984);b—SiO2-AR diagram (Wright,1969);c—K2O-SiO2 diagram (Middlemost,1985);d—A/NK-A/CNK diagram (Maniar and Piccoli,1989)

表2 黑山頭巖體主量元素(wB/%)和微量元素(wB/10-6)分析結(jié)果Table 2 Analytical results of major elements (wB/%) and trace elements (wB/10-6) of the Heishantou pluton

續(xù)表2 Continued Table 2

5.2 稀土和微量元素

從稀土元素分析結(jié)果表(表2)中可以看出，黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素總量變化范圍較大，介于119.92×10-6～263.51×10-6之間，輕、重稀土元素明顯分餾，LREE/HREE值平均為19.77，(La/Yb)N值變化于37.36～76.60之間，平均為57.54，具有明顯右傾的稀土元素配分型式(圖7a)。樣品均顯示不明顯的Eu異常(δEu=0.66～1.31，平均0.92)。

從微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)及微量分析結(jié)果表(表2)中可以看出，黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體明顯富集大離子親石元素Rb、K、Th、U，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、P，顯示出島弧巖漿巖的成分特征。

圖7 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and trace element spider diagram (b) (normalization value after Sun and McDonoug，1989)

6 討論

6.1 黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體成因類型

花崗巖是陸殼最主要的組成部分，前人將成因類型劃分為I型、S型、A型及M型(Chappell，1999；Bonin，2007)。自然界中由幔源巖漿衍生的M型花崗巖極少，黑山頭巖體空間上缺乏共生的蛇綠巖及基性巖，可排除M型花崗巖的可能。A型花崗巖與源區(qū)無(wú)關(guān)，是形成于拉張環(huán)境中的高溫?zé)o水花崗巖(張旗等，2012)，多數(shù)學(xué)者認(rèn)為研究區(qū)泥盆紀(jì)并非處于拉張的大地構(gòu)造環(huán)境，故排除A型花崗巖的可能。一般情況下，I型花崗巖中P2O5隨SiO2含量增加而降低，而S型花崗巖中P2O5隨SiO2含量增加而升高或者基本不變(Chappell，1999)，黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體巖石的P2O5與SiO2呈明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系，與Ⅰ型花崗巖特征一致。吳福元等(2007)曾提出巖石中堇青石、角閃石及堿性鐵鎂礦物可作為判斷Ⅰ型、S型和A型花崗巖的重要且有效的礦物學(xué)標(biāo)志，通過(guò)CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖的剛玉分子AC<1%(除9YQ-45為1.03)，同時(shí)不含有石榴子石、堇青石、原生白云母等特征富鋁礦物，這與S型花崗巖的特征(Sylvester，1998；李獻(xiàn)華等，2007)明顯不符，故其不是S型花崗巖。據(jù)野外及鏡下觀察，黑山頭巖體花崗閃長(zhǎng)巖暗色礦物主要是角閃石和黑云母，而角閃石被認(rèn)為是Ⅰ型花崗巖的標(biāo)志礦物，具有Ⅰ型花崗巖的成分特征。巖石的104Ga/Al值較低，介于2.00～2.49之間，平均值為2.27，低于A型花崗巖下限值(2.6，Whalenetal.，1987)；巖石的Zr+Nb+Ce+Y含量在108.16×10-6～249.33×10-6之間，平均值為166.52×10-6，遠(yuǎn)低于A型花崗巖的下限值(350×10-6，Whalenetal.，1987)。在相關(guān)的巖石成因類型判別圖解(圖8，Whalenetal.，1987)中，樣品全部投入未分異的Ⅰ型花崗巖區(qū)域。綜合分析表明黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖為未分異的Ⅰ型花崗巖。

圖8 黑山頭巖體成因類型判別圖解(據(jù)Whalen et al.，1987)Fig.8 Diagrammatic diagram of genetic types of the Heishantou pluton (after Whalenet al.,1987)

6.2 巖石成因及源區(qū)性質(zhì)

黑山頭巖體SiO2含量為60.85%～67.81%(≥56%)，Al2O3含量為15.59%～16.98%(≥15%)，MgO含量為1.08%～2.75%(<3%)，Na2O含量為2.65%～3.54%，K2O含量為1.09%～3.16%，Na2O/K2O值為0.96～2.44(除1個(gè)樣品外，Na2O>K2O>2)，Y含量為5.65×10-6～16.70×10-6(<20×10-6)，Yb含量為0.37×10-6～0.96×10-6(<2×10-6)，Sr含量為253×10-6～487×10-6(除9YQ-41外，其余均大于300×10-6)，Sr/Y值為25.75～73.58(>20)，顯示其具有高硅、高鋁、富鈉、貧鉀、低Mg#、低Y、低Yb、高Sr/Y值的特征。巖體輕稀土元素高度富集，重稀土元素虧損，不具明顯的Eu異常(δEu=0.66～1.31，平均0.92)，微量元素富集大離子親石元素Th、U、Rb、K，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、P，這些都揭示黑山頭巖體屬典型的埃達(dá)克巖(Defant and Drummond，1990;Defantetal.,2002；毛啟貴等,2010；Zhengetal.,2018)，在Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN判別圖解(圖9)上，樣品全部落入埃達(dá)克巖區(qū)域。

圖9 黑山頭巖體Sr/Y-Y和(La/Yb)N-YbN 判別圖(底圖據(jù)Defant and Drummond，1990)Fig.9 Sr/Y-Y and(La/Yb)N-YbN discriminant diagrams of granodiorites (after Defant and Drummond,1990)

前人根據(jù)不同的成因機(jī)制對(duì)埃達(dá)克(質(zhì))巖進(jìn)行了分類，總結(jié)起來(lái)主要有以下5種成因模式：① 俯沖洋殼的部分熔融形成埃達(dá)克巖(Defant and Drummond，1990;Kayetal.，1993；Defantetal.,2002；Martinetal.，2005；Wangetal.，2007，2008a；Tangetal.，2010；毛啟貴等,2010；許繼峰等，2014；Zhengetal.，2018；王鑫玉等，2018；樊新祥等,2020)；② 受玄武質(zhì)巖漿底侵作用或陸內(nèi)俯沖的上地殼脫水作用產(chǎn)生的流體誘發(fā)的增厚下地殼熔融形成埃達(dá)克巖(Wangetal.，2008b；Lai and Qin，2013；唐卓等，2018；樊新祥等，2020)；③ 拆沉下地殼部分熔融產(chǎn)生的流體和地幔楔物質(zhì)發(fā)生作用形成高M(jìn)g#埃達(dá)克巖 (Rudnicketal.，1995；Gaoetal.，2004；Wangetal.，2006；朱濤等，2014；王楠等，2016；唐卓等，2018；樊新祥等，2020)；④ 含水玄武質(zhì)巖漿高壓分異形成埃達(dá)克巖(Castilloetal.，1999;Macphersonetal.，2006；Castillo，2012；許繼峰等，2014；趙宏剛等，2019；樊新祥等，2020)；⑤ 混合成因的埃達(dá)克巖(許繼峰等，2014)。

黑山頭巖體地球化學(xué)特征表明其為高Al富Na貧K的鈣堿性巖漿，與俯沖洋殼熔融形成的埃達(dá)克巖特征一致(Defantetal.，2002；樊新祥等，2020)，與增厚下地殼部分熔融形成的低Al、富堿、富K特征的埃達(dá)克巖存在明顯差異，在MgO-SiO2圖解中樣品全部投入俯沖洋殼形成的埃達(dá)克巖區(qū)域(圖10)。巖體Mg#值為0.36～0.46(平均0.41)，屬典型的MORB部分熔融的產(chǎn)物(Mg#<0.45;Rapp，1997)。拆沉下地殼部分熔融過(guò)程中不可避免地與地幔橄欖巖發(fā)生反應(yīng)導(dǎo)致Mg#值明顯增高，同時(shí)該類型埃達(dá)克巖多見(jiàn)有殼源繼承鋯石，研究區(qū)樣品中未見(jiàn)有繼承性鋯石且Mg#值較低，故其應(yīng)不是拆沉下地殼部分熔融形成的埃達(dá)克巖。許繼峰等(2014)認(rèn)為，含水玄武質(zhì)巖漿在高壓條件下發(fā)生結(jié)晶分異形成的埃達(dá)克巖通常與一系列有成因聯(lián)系的中基性巖石密切共生，研究區(qū)未發(fā)現(xiàn)與黑山頭巖體共生的中基性巖石，黑山頭巖體也不屬于玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異形成的埃達(dá)克巖?；旌铣梢虻陌＿_(dá)克巖應(yīng)該保留有基性巖漿和酸性巖漿混合作用的證據(jù)。因此，黑山頭巖體是典型的由俯沖洋殼部分熔融形成的埃達(dá)克巖。

圖10 黑山頭巖體MgO-SiO2圖解(底圖據(jù)王強(qiáng)等，2003)Fig.10 MgO-SiO2 diagram of the Heishantou pluton (after Wang Qiang et al.,2003)

黑山頭巖體虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti、P和HREE，具不明顯的Eu異常，說(shuō)明源區(qū)角閃石或石榴子石是主要的殘留相。前人研究成果表明巖漿源區(qū)中角閃石或石榴子石的殘留體對(duì)巖漿熔體的HREE配分模式和Y/Yb值有明顯影響(張新遠(yuǎn)等，2020)，即當(dāng)巖漿源區(qū)中以角閃石為殘留相時(shí)，熔體的Y/Yb值一般接近10，且具輕微上凹的HREE配分模式；當(dāng)源區(qū)中以石榴子石為殘留相時(shí)，熔體的Y/Yb值明顯大于10且具有傾斜的HREE配分模式(Rollinson,1993；高永豐等，2003；趙宏剛等，2019；樊新祥等，2020)。黑山頭巖體Y/Yb值為13.44～20.74(平均16.16)，遠(yuǎn)大于10且稀土元素配分曲線(圖7a)顯示其為向右傾斜的HREE配分模式，表明巖漿巖區(qū)殘留相以石榴子石為主。

目前關(guān)于Nb、Ta、Ti的負(fù)異常主要有以下3種解讀：① 俯沖背景下，地幔楔物質(zhì)與大陸地殼發(fā)生混染 (趙振華，2005；趙志雄等，2018)；② 源區(qū)為早先存在的火山弧或地殼(趙澤輝等，2007)；③ 源區(qū)有金紅石殘留，巖漿來(lái)源較深(Xiongetal.，2005)。黑山頭巖體位于帳房山蛇綠巖帶南側(cè)，塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的俯沖帶上(何世平等，2005；楊合群等，2012)，處于火山弧的構(gòu)造環(huán)境(圖11)。因此，黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖 Nb、Ta、Ti 的負(fù)異常表明其形成于與島弧有關(guān)的俯沖環(huán)境，源區(qū)可能有金紅石殘留。

圖11 黑山頭巖體Rb-(Y+Nb)圖解(a)和Nb-Y圖解(b)(Pearce et al.，1984)Fig.11 Rb-(Y+Nb) diagram and Nb-Y diagram of the Heishantou pluton (after Pearce et al.,1984)

6.3 地球動(dòng)力學(xué)意義

北山造山帶位于中亞巨型造山帶南緣，是剖析中亞造山帶南緣增生大地構(gòu)造過(guò)程的重要區(qū)域之一(宋東方等，2018)。北山造山帶具復(fù)雜造山和增生演化的特征，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和前沿地區(qū)。研究者對(duì)北山造山帶構(gòu)造演化提出了不同的觀點(diǎn)，對(duì)于古亞洲洋閉合的時(shí)限存在泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)3種不同的認(rèn)識(shí)(劉雪亞等，1995；左國(guó)朝等，1996，2003；何世平等，2002；聶風(fēng)軍等，2002；龔全勝等，2002，2003；毛啟貴等，2008；楊合群等，2012)。余吉遠(yuǎn)等(2012a)依據(jù)中泥盆統(tǒng)三個(gè)井組和寒武系、奧陶系為不整合接觸關(guān)系，提出早泥盆世是北山地區(qū)古生代洋盆閉合時(shí)限的上限；田健等(2020)通過(guò)對(duì)北山中部地區(qū)上泥盆統(tǒng)墩墩山群火山巖研究認(rèn)為，北山造山帶中部晚泥盆世處于陸緣弧的構(gòu)造環(huán)境，柳園洋(古亞洲洋)的演化持續(xù)到早石炭世之后；基于大量沉積學(xué)、構(gòu)造變形和年代學(xué)研究，部分學(xué)者提出北山地區(qū)俯沖-增生造山作用可能一直持續(xù)到二疊紀(jì)甚至早中三疊世(Xiaoetal.，2010；Guoetal.，2012；Tianetal.，2015；Songetal.，2016)。

田健等(2020)認(rèn)為，北山造山帶中部晚泥盆世酸性火山巖的源區(qū)包括了俯沖洋殼+地幔楔、弧增生物(變質(zhì)玄武巖為主)，晚泥盆世柳園洋仍在向北俯沖。余吉遠(yuǎn)等(2012b)通過(guò)同位素年代學(xué)研究，獲得輝銅山蛇綠巖帶中輝長(zhǎng)巖的年齡為446.1±3.0 Ma，相當(dāng)于晚奧陶世；帳房山蛇綠巖帶中輝長(zhǎng)巖的年齡為362.6±4.0 Ma，相當(dāng)于晚泥盆世。帳房山蛇綠巖帶中斜長(zhǎng)花崗巖的年齡為350.6±2.0 Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù)，引自田健等，2020)，相當(dāng)于早石炭世。由此可見(jiàn)，柳園洋(古亞洲洋)閉合時(shí)間在351 Ma之后，早石炭世是北山地區(qū)古生代洋盆閉合時(shí)限上限。埃達(dá)克巖代表俯沖作用開(kāi)始的記錄，柳園地區(qū)發(fā)現(xiàn)有465 Ma的榴輝巖(Liuetal.，2011)、451 Ma的富Nb玄武巖(Maoetal.，2012)及424 Ma的埃達(dá)克巖(毛啟貴等，2010)，說(shuō)明北山南部地區(qū)在中奧陶世已經(jīng)發(fā)生洋殼的俯沖消減作用(李小菲等，2015)。黑山頭早泥盆世埃達(dá)克巖的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)其所代表的柳園洋(古亞洲洋)在早泥盆世仍處于俯沖/碰撞階段，柳園洋在早泥盆世尚未閉合，這為研究古亞洲洋俯沖碰撞過(guò)程提供了較豐富的巖石學(xué)證據(jù)和時(shí)間約束。

前人研究認(rèn)為，中亞造山帶所代表的的亞洲洋具有自西向東呈“剪刀式”閉合的特征，即西段閉合時(shí)間相對(duì)較早，東段閉合時(shí)間相對(duì)較晚(何世平等，2002；龔全勝等，2002；苗來(lái)成等，2014)。北山造山帶南部柳園地區(qū)埃達(dá)克巖年齡為424 Ma，金塔老虎溝一帶埃達(dá)克巖年齡為407.8～391.0 Ma，本文在玉門黑山頭一帶發(fā)現(xiàn)的花崗閃長(zhǎng)體具有埃達(dá)克巖成分特征，成巖年齡為407.7 Ma，北山縫合帶埃達(dá)克質(zhì)巖石的成巖年齡表現(xiàn)出自西向東逐漸年輕的趨勢(shì)，佐證了柳園洋(古亞洲洋)具有自西向東呈“剪刀式”閉合的特征。

7 結(jié)論

(1) 黑山頭花崗閃長(zhǎng)巖體為未分異的過(guò)鋁質(zhì)、鈣堿性I型花崗巖，具有高硅、高鋁、富鈉、貧鉀、低Mg#、低Y、低Yb、高Sr/Y值和低HREE等典型埃達(dá)克巖的成分特征。

(2) 黑山頭巖體花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石LA-ICP-MS U-Pb加權(quán)平均年齡為407.7±1.6 Ma，顯示其形成于早泥盆世。

(3) 綜合前人研究成果，認(rèn)為柳園洋(古亞洲洋)具有自西向東呈“剪刀式”閉合的特征，柳園洋(古亞洲洋)在早泥盆世仍處于俯沖/碰撞階段。

致謝甘肅省地礦局四勘院趙青虎、張?jiān)鲕?、郭峰、魏萬(wàn)疆、成銳、陳世明、康維良、杜紅偉、雷自強(qiáng)等人參與了部分野外工作，胡金鳳女士在圖件繪制中給予了幫助，多位審稿人共同審閱了全文并提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，在此一并謹(jǐn)致謝忱。