中祁連東段黑龍二長(zhǎng)花崗巖地球化學(xué)、年代學(xué)及其構(gòu)造意義

徐磊，周偉，胡曉宇

中祁連東段黑龍二長(zhǎng)花崗巖地球化學(xué)、年代學(xué)及其構(gòu)造意義

徐磊，周偉，胡曉宇

（中陜核工業(yè)集團(tuán)地質(zhì)調(diào)查院有限公司，西安 710100）

通過對(duì)中祁連東段黑龍二長(zhǎng)花崗巖開展詳細(xì)的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)的分析測(cè)試和研究工作。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年表明，黑龍二長(zhǎng)花崗巖206Pb/238U的加權(quán)平均年齡為（481.3±3.7）Ma（MSWD=4.6），屬于早奧陶世。巖石地球化學(xué)的特征表明，黑龍二長(zhǎng)花崗巖屬于高堿鈣堿性的I型花崗巖，巖石為準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)類型（A/CNK=0.91～1.22）。該二長(zhǎng)花崗巖相對(duì)富集Rb、Th、U等大離子親石元素，而相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，并且明顯虧損P，顯示出島弧巖漿巖的信息。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征，認(rèn)為黑龍二長(zhǎng)花崗巖形成于活動(dòng)大陸邊緣弧的構(gòu)造環(huán)境，同時(shí)，也佐證了北祁連洋盆雙向俯沖的地質(zhì)事實(shí)。

黑龍二長(zhǎng)花崗巖；鋯石U-Pb測(cè)年；構(gòu)造環(huán)境；中祁連東；祁連造山帶

祁連造山帶是我國中央造山帶——秦祁昆造山帶的重要組成部分，是我國大陸板塊構(gòu)造研究的理想野外實(shí)驗(yàn)室。長(zhǎng)期以來，祁連造山帶受到國內(nèi)外眾多學(xué)者的高度關(guān)注，無論是區(qū)域地質(zhì)還是礦產(chǎn)地質(zhì)都取得了重要成果，尤其是在造山帶形成與演化方面成果頗豐（李春昱等，1978；馮益民，1997；許志琴等，1997）。另外，對(duì)北祁連洋盆的形成、高壓變質(zhì)帶、蛇綠巖套等方面也已有詳細(xì)研究，對(duì)南祁連裂谷帶以及發(fā)育的構(gòu)造熱事件亦有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。然而，對(duì)中祁連地塊的構(gòu)造-巖漿作用研究還相對(duì)不完善，不同學(xué)者對(duì)發(fā)育在中祁連東段和西段的花崗巖類進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并取得了一些新的成果和認(rèn)識(shí)，但是缺少詳細(xì)的年代學(xué)和地球化學(xué)約束（雍擁等，2008；侯榮娜等，2015；黃增保等，2015）。本文以中祁連東段黑龍二長(zhǎng)花崗巖為研究對(duì)象，進(jìn)行年代學(xué)、巖石地球化學(xué)分析，并探討其構(gòu)造環(huán)境，以期對(duì)中祁連的構(gòu)造演化提供更多的依據(jù)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造格架圖（a）和黑龍巖體地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）

1 區(qū)域地質(zhì)背景與巖體地質(zhì)特征

祁連造山帶由北向南依次可劃分出北祁連褶皺帶、中祁連地塊和南祁連褶皺帶三個(gè)構(gòu)造單元（圖1a）。其中，中祁連北緣斷裂和中祁連南緣斷裂是分割北祁連、中祁連、南祁連的重要斷裂。本次研究的黑龍巖體位于中祁連東段，中祁連在中-新元古代經(jīng)歷了相對(duì)穩(wěn)定的構(gòu)造演化環(huán)境。

黑龍花崗巖體出露于扎龍溝附近，出露面積約10km2，呈東西向展布，侵位于古元古代托賴巖群中（圖1b），與晚奧陶世扣門子組大理巖呈不整合接觸。巖體中捕擄體極為發(fā)育，主要為古元古代托賴巖群片麻巖、片巖。巖體中暗色包體局部較為發(fā)育，主要為細(xì)粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體，大小不一。巖體后期被NE向斷層破壞。組成巖體的巖性較單一，主要為二長(zhǎng)花崗巖。二長(zhǎng)花崗巖呈淺肉紅色（圖2a、b），中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長(zhǎng)石（35%～40%）、鉀長(zhǎng)石（30%～35%）、石英（20%～ 30%）、黑云母（<1%）組成（圖2c、d）。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，也見有它形粒狀，粒徑大小在0.5～2mm，以絹云母化為主，也見碳酸鹽化。鉀長(zhǎng)石主要成分為微斜長(zhǎng)石，呈它形粒狀，粒徑多在0.5～2mm。石英呈它形粒狀，雜亂散布。偶見黑云母，多呈細(xì)小片狀，片徑小于0.5mm，雜亂分布。

2 分析測(cè)試方法

樣品鋯石分選程序如下：首先將新鮮的巖石樣品粉碎至120目以下，先用人工淘洗和電磁選方法篩選鋯石，然后通過雙目鏡手工精選單顆粒的鋯石。鋯石陰極發(fā)光圖像及LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。ICP-MS為美國Varian公司最新一代帶有碰撞反應(yīng)系統(tǒng)的820-MS型等離子體質(zhì)譜儀，激光剝蝕系統(tǒng)為德國LambdaPhysikAG公司生產(chǎn)的GeoLas2005型，具體分析流程、方法（曾強(qiáng)等，2018）。

圖2 黑龍二長(zhǎng)花崗巖野外及鏡下照片

a宏觀露頭；b-手標(biāo)本；c、d-顯微照片（＋）；Bi-黑云母；Kf-鉀長(zhǎng)石；Pl-斜長(zhǎng)石；Q-石英

選取新鮮的具有代表性的樣品進(jìn)行巖石地球化學(xué)分析，先清除巖石表面的雜質(zhì)，然后進(jìn)行破碎處理，再將其放到稀鹽酸中浸泡1小時(shí)去掉次生的碳酸鹽巖礦物，用去離子水在超聲波中清洗樣品2～3次，烘干，經(jīng)磨樣機(jī)磨至200目供化學(xué)分析。樣品的分析測(cè)試工作在核工業(yè)203研究所完成，主量元素分析采用荷蘭帕納科制造的Axios射線光譜儀，分析精度優(yōu)于1%～5％。稀土、微量元素采用ThermoFisherScientific制造的XSERIES2型ICP-MS，分析精度為2%～5％。

3 分析結(jié)果

3.1 年代學(xué)特征

鋯石U-Pb年齡樣品采自中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖（坐標(biāo)N:36°47′49.88″；E:102°31′6.84″），從中挑選的鋯石為淺黃色-無色透明自形晶體，以短柱狀為主，晶體長(zhǎng)100～200μm，寬50～100μm。鋯石內(nèi)部成分相對(duì)均一，可見清晰的震蕩環(huán)帶（圖3），具有巖漿結(jié)晶鋯石的特點(diǎn)。共測(cè)定18個(gè)有效數(shù)據(jù)點(diǎn)（表1）。鋯石Th含量為57.95×10-6～261.82×10-6，U的含量為173.81×10-6～608.07×10-6，樣品鋯石具有較高的Th/U比值（平均0.44），屬于巖漿成因鋯石。所有數(shù)據(jù)的206Pb/238U年齡變化于（469±3）Ma～（491±4）Ma，所有鋯石數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在諧和線上及其附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（481.3±3.7）Ma（MSWD=4.6）（圖4），時(shí)代為早奧陶世，可代表巖體的侵位年齡。

3.2 地球化學(xué)特征

黑龍二長(zhǎng)花崗巖的主量元素測(cè)試結(jié)果見表2。7件樣品的SiO2含量介于70.23％～75.95％，平均為73.63％；TiO2含量0.08％～0.33％，平均0.17％；Al2O3為11.75％～13.70％，平均12.76％；TFe2O3介于1.76％～3.23％，平均2.41％；MgO含量0.23％～0.82％，平均0.47％；CaO含量0.54％～2.14％，平均1.43％；Na2O含量2.44％～3.54％，平均2.93％；K2O含量3.12％～5.05％，平均4.45％。這些特點(diǎn)表明，黑龍二長(zhǎng)花崗巖具有高硅、貧鈦、高鋁、貧鐵的特征。在SiO2-K2O圖上（圖5a），樣品落入高鉀鈣堿性系列的范圍。巖石的鋁飽和指數(shù)A/CNK=0.91～1.22，平均為1.05，在A/CNK-A/NK圖上（圖5b），樣品位于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)的范圍內(nèi)。

圖3 黑龍二長(zhǎng)花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像

圖4 黑龍二長(zhǎng)花崗巖鋯石U-Pb諧和圖

圖5 黑龍二長(zhǎng)花崗巖的SiO2-K2O圖解（a）和A/CNK-A/NK圖解（b）

圖6 黑龍二長(zhǎng)花崗巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線和微量元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

黑龍二長(zhǎng)花崗巖的微量、稀土元素組成見表3。其稀土總量∑REE變化較大，變化于62.89×10-6～172.55×10-6。樣品的LREE/HREE=4.68～15.61，(La/Yb)N=4.22～20.91，表明輕、重稀土元素之間發(fā)生了較強(qiáng)的分餾作用。樣品的(La/Sm)N=3.11～8.42，(Gd/Yb)N=1.12～2.25，表明輕稀土元素內(nèi)部分餾作用較強(qiáng)，而重稀土元素內(nèi)部分餾作用較弱。全巖的δEu呈明顯的負(fù)異常（0.32～0.57），這與斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用有關(guān)。在稀土元素配分曲線上顯示輕稀土元素右傾、重稀土元素平坦的特征（圖6a）。在微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖6b），表現(xiàn)為相對(duì)富集Rb、Th、U等大離子親石元素，而相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，以及明顯虧損P，從而顯示出島弧巖漿巖的信息。

表2 黑龍二長(zhǎng)花崗巖主量元素分析表

4 討論

4.1 巖石成因

花崗巖成因歷來是花崗巖研究的重要基礎(chǔ)問題，也是爭(zhēng)論最多的問題之一。已有眾多學(xué)者從礦物學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)等方面提出了各類花崗巖（ISAM）的判別標(biāo)志，并論述了其成因機(jī)制。角閃石、菫青石、堿性暗色礦物是判別花崗巖成因最有效的礦物學(xué)標(biāo)志，但需要綜合巖石學(xué)、地球化學(xué)，尤其是地質(zhì)背景等多種證據(jù)來判別（吳福元等，2007）。

黑龍二長(zhǎng)花崗巖的主要組成礦物為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英以及少量黑云母，副礦物為主要為榍石、磷灰石、磁鐵礦等，且?guī)r體之中以發(fā)育暗色包體為特征。黑龍巖體的TFe2O3/MgO=3.94～7.65（平均5.18），與典型A型花崗巖的高TFe2O3/MgO值（＞10）相區(qū)別。黑龍花崗巖SiO2與P2O5呈明顯負(fù)相關(guān)性。微量元素方面，巖石不同程度虧損Nb、Ta、Ti、P等。綜合礦物學(xué)、巖石地球化學(xué)方面的證據(jù)，判斷黑龍二長(zhǎng)花崗巖屬于I型花崗巖。在Y-Nb圖解上（圖7a），樣品位于火山弧/同碰撞花崗巖的范圍，進(jìn)一步利用(Yb+Nb)-Rb圖解進(jìn)行判別（圖7b），發(fā)現(xiàn)樣品大部分都位于弧花崗巖的區(qū)域，而微量元素方面虧損Nb、Ta、Ti的特征，亦與島弧巖漿巖相吻合。

圖7 黑龍二長(zhǎng)花崗構(gòu)造環(huán)境判別圖

4.2 構(gòu)造環(huán)境及意義

史仁燈等（2004）報(bào)道了北祁連山玉石溝蛇綠巖套中輝長(zhǎng)巖的鋯石SHRIMP鋯石U-Pb年齡為（550±17）Ma，推測(cè)洋盆開啟的時(shí)間在550Ma之前，即新元古代晚期。新近，剡曉旭和韓曉陽（剡曉旭，2014；韓曉陽，2015）獲得該蛇綠巖套輝長(zhǎng)巖的鋯石U-Pb年齡分別為（515.4±3.2）Ma和（513.4±6.4）Ma。北祁連是在新元古代巖石圈斷陷作用基礎(chǔ)上，于早古生代發(fā)育成具有現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制的溝-弧-盆體系。在奧陶紀(jì)（495～440Ma），北祁連古洋盆發(fā)生俯沖作用，形成島弧拉斑玄武巖、鈣堿性火山巖和相應(yīng)的侵入巖，弧后盆地形成與消亡的時(shí)限為465～454Ma。本次獲得中祁連東段黑龍巖體的LA-ICP-MSU-Pb年齡為（481.3±3.7）Ma，并且野外地質(zhì)調(diào)查表明，晚奧陶世大理巖不整合于巖體之上，由此而確定黑龍巖體形成于早奧陶世，它應(yīng)該是北祁連洋盆向南俯沖于中祁連地塊之下，引發(fā)玄武質(zhì)地殼部分熔融的產(chǎn)物。黑龍巖體反映了活動(dòng)大陸邊緣弧的環(huán)境。

表3 黑龍二長(zhǎng)花崗巖微量元素、稀土元素（10-6）分析結(jié)果及主要參數(shù)

目前看來，不同學(xué)者對(duì)北祁連洋俯沖極性問題存在較大分歧，有向北、向南和雙向俯沖等不同觀點(diǎn)。根據(jù)本文研究結(jié)果，結(jié)合近年來中祁連，以及北祁連南緣花崗巖的研究進(jìn)展，認(rèn)為北祁連洋在形成洋盆后，開始向兩側(cè)俯沖，即雙向俯沖。北東俯沖于華北板塊之下，形成了弧后盆地和一系列的島弧火山巖系；同時(shí)向南西俯沖于中祁連地塊之下，形成了北祁連南緣巨量花崗質(zhì)巖漿巖。而位于中祁連東段的黑龍二長(zhǎng)花崗巖正好記錄了這一地質(zhì)過程。

5 結(jié)論

1）中祁連東段黑龍二長(zhǎng)花崗巖為高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁-過鋁質(zhì)花崗巖類，成因?qū)買型花崗巖，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（481.3±3.7）Ma，時(shí)代屬早奧陶世。

2）巖石稀土元素配分曲線上顯示輕稀土元素右傾、重稀土元素平坦的特征。微量元素方面，相對(duì)富集Rb、Th、U等大離子親石元素，而相對(duì)虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，以及明顯虧損P，顯示出島弧巖漿巖的特點(diǎn)。

3）巖體形成于北祁連洋向南俯沖于中祁連地塊的活動(dòng)陸緣弧環(huán)境，也從側(cè)面證明了北祁連洋雙向俯沖的地質(zhì)事實(shí)。

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Petrochemistry and Geochronology of the Heilong Monzogranite in the East Section of the Central Qilian Mts. and Their Tectonic Implication

XU Lei ZHOU Wei HU Xiao-yu

(Geological Survey Co, Ltd., Sino Shaanxi Nuclear Industry Group, Xi’an 710100)

This paper has a discussion on petrochemistry and geochronology of the Heilong monzogranite in the east section of the Central Qilian Mountains. The LA-ICP-MS zircon dating for the Heilong monzogranite yields an average206Pb/238U age of (481.3±3.7) Ma (MSWD=4.6), belonging to the Early Ordovician. The geochemical features show the Heilong monzogranite belongs to a high-K calc-alkaline of I-type granite, and is characterized by quasi-aluminous to peraluminous series. The monzogranite enriches large ion lithophile element of Rb, Th, U and depletes high field strength element of Nb, Ta, Ti, being obviously P-depleted, which show information of arc-related igneous rocks. Combined with regional geologic structure, this paper considers the Heilong monzogranite may be formed in a continental marginal arc which provides an evidence for bidirectional subduction of the North Qilian ocean basin.

Heilong monzogranite; Zircon U-Pb dating; petrogeochemistry; east section of the central Qilian; Qilian orogenic belt

2020-07-15

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)大調(diào)查項(xiàng)目（12120113033012）資助

徐磊（1985-），男，甘肅鎮(zhèn)原人，碩士，地質(zhì)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作

P597

A

1006-0995（2021）01-0027-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.005