青海團寶山花崗巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

張保濤，胡兆國，姜曉平，王向偉，孫璐偉，張 揚，王小玉，趙曉博，郭 偉

(1.中國冶金地質(zhì)總局 山東正元地質(zhì)勘查院, 山東 濟南 250013;2.中國冶金地質(zhì)總局 礦產(chǎn)資源研究院, 北京 100131;3.山東正元地質(zhì)資源勘查有限責(zé)任公司, 山東 濟南 250101)

0 引 言

在中國西北地區(qū)的新疆、青海和甘肅等地，出露一套極其復(fù)雜的造山帶與盆地相間的地質(zhì)單元[1]，祁連—昆侖造山帶即是其中之一。祁連—昆侖造山帶東連秦嶺造山帶，西接阿爾金—西昆侖造山帶，構(gòu)成了青藏高原北緣的主體[2-11]。其中，祁連造山帶位于阿拉善地塊與柴達木板塊之間，由北向南依次劃分為北祁連縫合帶、中祁連陸塊和南祁連陸塊3個次級構(gòu)造單元[12]，是世界上典型的造山帶之一，曾被黃汲清當(dāng)作多旋回地槽演化與造山作用的范例[13-37]。板塊構(gòu)造理論問世后，該造山帶被李春昱[38]和肖序常等選為理想的野外實驗室[14]。目前，祁連造山帶依然是國內(nèi)礦產(chǎn)勘查和科學(xué)研究的熱點區(qū)域之一。

中酸性花崗巖類是造山帶中普遍存在的侵入體，攜帶著地質(zhì)構(gòu)造演化過程中的大量信息[15]，可以反映源巖、時代和構(gòu)造環(huán)境等信息。但是，目前對祁連造山帶中酸性花崗巖類的研究主要集中于北祁連地區(qū)[16-21,36]，對南祁連中酸性花崗巖類的研究相對薄弱[15]。除1:20萬和1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的資料外，關(guān)于南祁連團寶山花崗巖巖體的研究文獻極少。對于團寶山花崗巖巖體，1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查僅對其空間分布和巖相學(xué)特征進行了簡要介紹，將其定為混染花崗巖巖體；1:25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查對其巖相學(xué)和地球化學(xué)特征進行了簡要研究，將其定為奧陶紀花崗閃長巖，認為其為火山弧成因，但缺少年代學(xué)數(shù)據(jù)。在野外地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，本文對團寶山花崗巖進行巖石礦物學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)方面的研究，限定了巖體的侵位時代，推斷巖體源巖和形成構(gòu)造環(huán)境，以期為南祁連陸塊乃至祁連造山帶的整體構(gòu)造演化過程的恢復(fù)提供依據(jù)和參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于青藏高原東北部青海省海晏縣境內(nèi)，在大地構(gòu)造上位于中—南祁連弧盆系之南祁連巖漿弧與中祁連陸塊的結(jié)合部位，以中祁連南緣斷裂為界，以東屬于中祁連陸塊，以西屬于南祁連巖漿弧帶(圖1)。研究區(qū)內(nèi)主構(gòu)造線方向為北西—南東向，早元古代化隆巖群組成了研究區(qū)內(nèi)的結(jié)晶基底，是與團寶山花崗巖巖體接觸的唯一地質(zhì)體。

圖1 中南祁連東段團寶山地區(qū)地質(zhì)簡圖(圖(a)據(jù)馬建軍等[22])

化隆巖群巖性組成十分復(fù)雜，整體上為一套有層無序的早元古代變質(zhì)巖，巖性以灰黑色黑云石英片巖和淺灰色二云石英片巖為主，夾少量灰褐色褐鐵礦化石英巖、深灰色黑云角閃斜長片麻巖和深灰色角閃黑云片麻巖等，條紋條帶狀構(gòu)造普遍發(fā)育，局部可見眼球狀構(gòu)造。

團寶山花崗巖巖體侵入化隆巖群，分布于團寶山中部，分為南北兩個次巖體，均呈北西—南東向展布。其中，北部巖體長約6 km，寬3～4 km，出露面積約為15 km2；南部巖體規(guī)模相對較小，長約3 km，寬約1.5 km，出露面積約為5 km2。團寶山花崗巖巖體與化隆群地層接觸帶具有混合巖化作用，局部可見烘烤塑化現(xiàn)象?；◢弾r巖石顏色為灰白色，中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物組成為斜長石(40%)、鉀長石(20%)、石英(30%)及黑云母等暗色礦物(10%)。

2 分析方法

本文在系統(tǒng)收集前人資料的基礎(chǔ)上，開展了大量的取樣與分析化驗工作，系統(tǒng)采集了用于鋯石U-Pb測年、薄片鑒定以及主量元素、微量元素和稀土元素測試的樣品。其中，鋯石U-Pb測年樣品1件，薄片鑒定樣品25件，主量元素樣品6件，微量元素樣品7件，稀土元素樣品6件。具體分析方法如下。

2.1 LA-ICP-MS鋯石定年

LA-ICP-MS鋯石定年由中國冶金地質(zhì)總局山東測試中心完成。測試過程分鋯石分選、制靶、鋯石陰極發(fā)光(CL)照相和鋯石同位素分析等主要流程，測定過程中使用標準測定程序條件進行。實驗中采用He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣；U-Th-Pb同位素組成分析用29Si作為內(nèi)標，采用NIST SRM610作為外標。樣品的同位素比值計算采用ICPMSDATACAL軟件進行數(shù)據(jù)處理，年齡計算采用Isoplot 3.0程序進行處理。實驗采用的激光束斑直徑為32 μm，實驗獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen的方法進行同位素比值矯正，以扣除普通Pb的影響[23]。

2.2 巖石地球化學(xué)分析

主量、微量元素測試在中國冶金地質(zhì)總局一局測試中心完成。主量元素分析方法為X射線熒光光譜法(XRF)，分析誤差小于5%；稀土和微量元素采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)進行分析，分析精度在5%～10%。

針對團寶山花崗巖巖體采取的硅酸鹽和稀土元素、微量元素等樣品測試結(jié)果，對原始數(shù)據(jù)進行處理：對硅酸鹽進行水分和燒失量去除后歸一化處理，對稀土元素和微量元素分別進行球粒隕石標準化和洋脊花崗巖標準化處理[24]。

3 結(jié) 果

3.1 年代學(xué)特征

團寶山花崗巖巖體樣品中的鋯石顆粒大小不一，平均粒徑約為100 μm，大者150 μm，細碎不完整顆粒小至50 μm左右。鋯石大多無色透明，部分略帶深褐色，多呈自形-半自形長柱狀，部分為短柱狀，長短軸之比介于2:1～3:1之間。部分鋯石表面可見晶棱和錐體圓化現(xiàn)象，部分表面出現(xiàn)凹蝕坑。在陰極發(fā)光圖像(CL)中，大多數(shù)的鋯石都顯示典型的韻律振蕩環(huán)帶，在極少數(shù)的鋯石顆粒中，發(fā)現(xiàn)有卵圓形的殘留鋯石核，這些殘留鋯石CL亮度低，且無明顯環(huán)帶(圖2)。

圖2 中南祁連東段團寶山花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像及年齡

樣品鋯石的U-Pb定年結(jié)果比較復(fù)雜(表1)，多個分析點的年齡數(shù)據(jù)偏離諧和曲線。18個鋯石分析點得出的207Pb/206Pb、207Pb/235U和206Pb/238U年齡值相差程度不一，207Pb/206Pb年齡范圍為2 665～687 Ma，207Pb/235U年齡范圍為1 812～677 Ma，206Pb/238U年齡范圍為1 352～451 Ma。造成這種結(jié)果的原因之一是，鋯石結(jié)構(gòu)復(fù)雜，顆粒細小，存在裂縫、包裹體、老鋯石殘核等，直徑約為30 μm的激光束斑無法完全避開這些區(qū)域[1]。在分析中將這些無意義的數(shù)據(jù)去除，選取利用207Pb/235U和206Pb/238U年齡值相似的分析點。

表1 團寶山花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果

通過對206Pb/238U年齡值的統(tǒng)計分析(圖2)，發(fā)現(xiàn)有13個分析點的206Pb/238U年齡值介于781～742 Ma之間，代表了巖體侵位的年齡區(qū)間；3個分析點的206Pb/238U年齡值介于571～566 Ma之間，1個分析點的206Pb/238U年齡值為451 Ma，可能代表了巖體侵位后的若干巖漿事件；1個分析點的206Pb/238U年齡值為1 352 Ma，可能是由于非放射性鉛混入導(dǎo)致的無意義年齡。有效分析點的加權(quán)平均年齡為(776±8)Ma(圖3)。

圖3 中南祁連東段團寶山花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素

根據(jù)團寶山花崗巖巖體主量元素原始分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)(表2)及繪制SiO2對各主量元素的Harker圖解(圖4)，巖體的SiO2含量高且變化范圍窄，Al2O3和K2O含量較高，而FeOT、MgO和CaO含量較低，且K2O含量普遍高于Na2O的含量。歸一化后，SiO2含量為72.38%～73.79%，平均為73.23%；Al2O3含量為13.2%～13.69%，平均13.49%；K2O含量為4.41%～6.04%，平均5.13%。Fe2O3含量為1.44%～2.29%，平均1.83%；MgO含量為0.15%～0.38%，平均0.24%；CaO含量為0.47%～1.40%，平均0.88%；Na2O含量為2.81%～4.66%。里特曼指數(shù)(σ)介于2.02～2.68之間，平均為2.42；堿度率AR介于3.36～4.75之間，平均為3.98；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)介于1.30～1.55；巖石固結(jié)指數(shù)(SI)為1.25～2.85，平均為1.97。團寶山花崗巖巖體主量元素特征與S型花崗巖相似[25-26]。

圖4 團寶山花崗巖SiO2對主量元素Harker圖解

表2 團寶山花崗巖主量(%)、稀土和微量元素(10-6)分析結(jié)果

3.2.2 稀土和微量元素

巖體稀土元素含量顯示為富集型模式，輕稀土分餾強烈，重稀土分餾程度相對較低，銪具明顯的負異常；球粒隕石標準化配分曲線呈典型的“海鷗型”(圖5)。經(jīng)球粒隕石標準化，稀土元素總量(REE)為41.66×10-6～521.91×10-6，平均為268.38×10-6。其中，輕稀土元素(LREE)為25.52×10-6～427.67×10-6，平均為204.78×10-6；重稀土元素(HREE)為16.14×10-6～94.24×10-6，平均為63.60×10-6。輕重稀土比值(LREE/HREE)為1.58～4.54，平均為2.87；(La/Yb)N為3.38～15.05，平均為8.00；(Sm/Nd)N為0.59～0.93，平均為0.72；δEu為0.29～0.69之間，平均值為0.48；δCe為0.29～0.69，平均值為0.48。

微量元素洋脊花崗巖(ORG)標準化蛛網(wǎng)圖是判斷巖漿源區(qū)與構(gòu)造環(huán)境的有效途徑[33]。從微量元素洋脊花崗巖標準化蛛網(wǎng)圖上發(fā)現(xiàn)，團寶山花崗巖各個樣品微量元素均表現(xiàn)出一致的分布型式，富集Rb、Th、Ce、Sr元素，虧損Ba、Zr等元素(圖5)。

圖5 團寶山花崗巖稀土元素球粒隕石標準化配分圖(a)和微量元素洋脊花崗巖標準化蛛網(wǎng)圖(b)

4 討 論

4.1 巖體形成時代

青海省地質(zhì)局1965年在1:20萬湟源幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告中，將團寶山一帶侵入基底化隆巖群中的巖體劃為加里東期混染花崗巖[39]。青海省地質(zhì)調(diào)查院2007年在1:25萬西寧幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告中將其劃為奧陶紀花崗閃長巖[40]。二者均無測年數(shù)據(jù)支撐。團寶山花崗巖直接侵入早元古代化隆巖群[27]，僅依靠地質(zhì)體間的接觸關(guān)系無法準確確定團寶山花崗巖巖體侵位時代，而依靠區(qū)域?qū)Ρ扔譄o法給巖體時代提供直接證據(jù)。

鋯石U-Pb測年結(jié)果表明，團寶山花崗巖巖體鋯石顆粒結(jié)晶較好，除少量鋯石具有繼承性核外，大多具有巖漿成因鋯石特征。根據(jù)鋯石U-Pb測年結(jié)果，結(jié)合團寶山花崗巖巖體侵入特征，認為(776±8)Ma代表了該巖體的侵位年齡，表明團寶山花崗巖巖體形成于晚元古代。這與區(qū)域上廣泛存在的晚元古代中酸性巖體分布相一致。結(jié)合鋯石U-Pb測年中存在的少量571～566 Ma和451 Ma年齡值，推測在團寶山花崗巖巖體侵位后分別在晉寧晚期和加里東中期各經(jīng)歷過一次巖漿熱事件。

4.2 源巖和構(gòu)造環(huán)境

團寶山花崗巖巖體為分異程度較高的過鋁質(zhì)鈣堿性巖，具有S型花崗巖特征。據(jù)TAS圖解[28](圖6)，團寶山花崗巖巖體投點落于亞堿性花崗巖區(qū)域，表現(xiàn)出強過鋁質(zhì)特性。AFM三角圖解投點顯示，該巖體為亞堿性巖之鈣堿性系列。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.30～1.55，據(jù)鋁飽和指數(shù)圖解[29]，該巖體樣品均落于過鋁質(zhì)區(qū)域(圖7)。巖石固結(jié)指數(shù)SI為1.25～2.85，平均為1.97，表現(xiàn)出較高的分異程度。

圖6 團寶山花崗巖巖體TAS圖解(底圖據(jù)Middlemost[28])

圖7 團寶山花崗巖AFM(a)和鋁飽和指數(shù)圖解(b)

團寶山花崗巖樣品CaO/Na2O值介于0.10～0.44之間，平均為0.27；Al2O3/TiO2值介于71～453之間，平均為199，指示團寶山花崗巖源巖含黏土礦物、富斜長石[30]，為碎屑沉積巖的可能性大。Al2O3/(MgO+FeOT)介于3～5之間，CaO/(MgO+ FeOT)多小于0.3；根據(jù)A/FM-C/FM圖解[31]，團寶山花崗巖源巖為泥質(zhì)巖或雜砂巖(圖8(a))。

圖8 團寶山花崗巖源巖及構(gòu)造環(huán)境判識圖(底圖分別據(jù)文獻[30]，[32]和[33])

稀土元素球粒隕石標準化配分圖顯示為稀土富集型模式：輕稀土分餾強烈，曲線向右傾斜；重稀土分餾程度相對低一些，曲線平緩。銪具明顯的負異常，稀土配分曲線整體呈“海鷗型”。這種模式圖與典型的碰撞成因花崗巖具有相似性。微量元素分布型式具有“Rb、Th強烈正異常，Ba顯著負異?！钡奶卣?，同樣反映其與大陸碰撞、地殼增厚密切相關(guān)。

利用CIPW標準礦物計算結(jié)果，R1-R2圖解可以指示巖體形成的構(gòu)造環(huán)境[32]。R1-R2圖解(圖8(b))顯示，團寶山花崗巖巖體樣品投點落在同碰撞花崗巖范圍內(nèi)，這與巖石微量元素洋脊花崗巖標準化蛛網(wǎng)圖顯示的結(jié)果一致。Ta-Yb和Nd-Y圖解可以反映巖體形成的構(gòu)造環(huán)境[33]。根據(jù)Ta-Yb和Nd-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖解，團寶山花崗巖巖體同樣為同碰撞成因花崗巖(圖8(c)和(d))。

中國西北部在新元古代曾發(fā)生大規(guī)模陸塊匯聚，如阿爾金造山帶880～940 Ma的同碰撞花崗巖、東昆侖造山帶875～870 Ma的同碰撞花崗巖等，均為響應(yīng)Rodinia超大陸聚合的花崗巖巖漿作用證據(jù)[34-35]。團寶山花崗巖或指示在新元古代中期中國西北地區(qū)的局部碰撞階段尚未結(jié)束，局部尚處于陸陸聚合過程中。

5 結(jié) 論

(1)團寶山花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(776±8)Ma，形成于晚元古代中期。據(jù)其年齡分布特征推測，在晉寧運動末期(571～566 Ma)和加里東運動中期(約451 Ma)經(jīng)歷過巖漿熱事件。

(2)團寶山花崗巖巖體為分異程度較高的過鋁質(zhì)鈣堿性巖，具S型花崗巖特征，源巖為泥質(zhì)巖或雜砂巖。

(3)團寶山花崗巖巖漿產(chǎn)生和侵位于同碰撞階段，指示在新元古代中期中國西北地區(qū)局部的碰撞階段尚未結(jié)束。