青海省天峻縣陽(yáng)康地區(qū)花崗巖巖體鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征研究

方永坤，曹成剛，董峻麟，李領(lǐng)貴

(1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海 西寧 810001；2.青海九零六工程勘察設(shè)計(jì)院，青海 西寧 810001；3.青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810001；4.青海省地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與災(zāi)害防治工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810001；5.青海省第五地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000)

0 引言

祁連造山帶具有極為復(fù)雜的大地構(gòu)造演化歷史，是近年來熱點(diǎn)研究區(qū)之一。該造山帶又分為北祁連、中祁連及南祁連3個(gè)次級(jí)造山帶，3者擁有共同的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底[1]，其構(gòu)造演化普遍認(rèn)為是隨著中祁連及北祁連發(fā)生大陸裂解，形成北祁連洋盆后，中南祁連地塊發(fā)生裂解分離，逐漸發(fā)育為南祁連洋盆。加里東期末期北祁連洋盆及南祁連洋盆均發(fā)生俯沖消減，陸塊完成拼合[2]。其中，中祁連與南祁連俯沖拼合時(shí)限與機(jī)制存在一定爭(zhēng)議，其原因主要集中在對(duì)該構(gòu)造帶內(nèi)斷續(xù)出露的寒武—奧陶系基性—中性火山巖、超基性巖及相關(guān)沉積組合形成構(gòu)造環(huán)境認(rèn)識(shí)的差異:如大陸裂谷[3-5]、地幔柱[6]、外來塊體[7]及溝弧體系[8]等，從而限制了對(duì)祁連造山帶構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)。近年來，通過對(duì)祁連造山帶巖漿巖[9-10]、變質(zhì)巖、河流碎屑沉積物[11-14]以及區(qū)域構(gòu)造等的研究，前人對(duì)沿碰撞帶分布的微陸塊在匯聚碰撞過程中的構(gòu)造過程以及與地殼相關(guān)的構(gòu)造—巖漿歷史取得了矚目的成果。由于南祁連早古生代巖漿活動(dòng)研究數(shù)據(jù)較為分散，晚古生代蓋層大面積出露等因素導(dǎo)致一些基本問題：構(gòu)造屬性，巖漿—構(gòu)造歷史以及相關(guān)的地殼形成，以及南祁連構(gòu)造帶的演化仍在爭(zhēng)論中。因此筆者選擇陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖巖體進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究和巖石地球化學(xué)分析，探討花崗閃長(zhǎng)巖成因類型和構(gòu)造環(huán)境，為進(jìn)一步制約南祁連的構(gòu)造演化提供依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

祁連造山帶主要分為北祁連、中祁連和南祁連3個(gè)構(gòu)造帶(圖1)。北祁連構(gòu)造帶發(fā)育完整的溝—弧—盆體系巖石組合，包括增生楔、洋島/海山、蛇綠巖、HP/LT變質(zhì)帶、島弧和弧前/弧后盆地等地質(zhì)單元[15-17]。中祁連構(gòu)造帶由前寒武紀(jì)花崗片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖和變沉積巖[4,18]以及疊加于其上的早古生代俯沖和碰撞相關(guān)的鈣堿性侵入巖共同構(gòu)成[20-22]，在湟源縣城附近主要發(fā)育湟源群(包括劉家臺(tái)組、東岔溝組、磨石溝組和青石坡組)和花石山群[23]。南祁連構(gòu)造帶巖石組合類型時(shí)空差異較大，其中西段是由下古生界雜砂巖、板巖夾硅質(zhì)巖及灰?guī)r透鏡體組成，東段是由前寒武紀(jì)黑云母斜長(zhǎng)片麻巖、黑云母鉀長(zhǎng)片麻巖以及少量石榴子石斜長(zhǎng)角閃巖和石英巖共同組成(即化隆巖群)，同時(shí)發(fā)育大量與早古生代俯沖、碰撞作用密切相關(guān)的花崗巖和鎂鐵質(zhì)—超鎂鐵質(zhì)巖侵入體[24-26]。同時(shí)，南祁連構(gòu)造帶北緣斷續(xù)發(fā)育一套由早古生代枕狀玄武巖、輝長(zhǎng)輝綠巖、超基性巖等構(gòu)成的蛇綠巖帶，自西向東斷續(xù)出露于鹽池灣大道爾吉、天峻縣木里、剛察縣納任哇爾瑪、湟中—化隆縣拉脊山和蘭州等地區(qū)。拉脊山蛇綠巖是該蛇綠巖帶中規(guī)模最大的蛇綠巖，同時(shí)也是南祁連構(gòu)造帶的重要組成部分，南北兩側(cè)分別與中祁連湟源群和南祁連化隆巖群斷層接觸，主要由變質(zhì)橄欖巖、超鎂鐵—鎂鐵質(zhì)堆晶巖、輝長(zhǎng)巖、輝綠巖、枕狀玄武巖和深海硅質(zhì)巖共同構(gòu)成[8,27]。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(據(jù)參考文獻(xiàn)[19]修改)

區(qū)域上，拉脊山地區(qū)出露的巖石主要為寒武系火山沉積巖系、寒武系超基性巖、奧陶系火山巖和沉積巖以及少量志留系—泥盆系陸相碎屑沉積組合，其中寒武系火山沉積巖系包括枕狀玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r、硅質(zhì)巖和灰?guī)r透鏡體，灰?guī)r透鏡體中產(chǎn)溝頰蟲,隱球接子,庫(kù)廷蟲, 蝴蝶三葉蟲, 球接子類,多節(jié)類三葉蟲等化石[28-30]；寒武系超基性巖包括輝石橄欖巖、橄欖巖、輝石巖和蛇紋巖；奧陶系主要為安山巖、英安巖、凝灰?guī)r、礫巖和砂巖；志留系和泥盆系由礫巖、含礫砂巖、砂巖和粉砂巖組成，砂巖中發(fā)育槽狀、楔狀及板狀斜層理，礫巖中礫石疊瓦狀構(gòu)造極為發(fā)育。志留系和泥盆系角度不整合于寒武系和奧陶系之上。

研究區(qū)位于南祁連中段，區(qū)內(nèi)地層自元古宇—新生界均有不同程度分布，其中新元古界陽(yáng)康片巖是測(cè)區(qū)最老的地層，其次為奧陶系鹽池灣組，二疊系巴音河群主要有勒門溝組、草地溝組、哈吉爾組、忠什公組，下—中三疊統(tǒng)郡子河群、上三疊統(tǒng)默勒群出露范圍較少，新近系咸水河組、第四系砂礫石多出露于地勢(shì)較低的主河道兩側(cè)。區(qū)內(nèi)巖漿侵入活動(dòng)微弱，主要呈巖株?duì)罘植?，主要有輝長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖，還有少量的各類脈巖。巖漿侵入時(shí)代為主要為新元古代和奧陶紀(jì)晚期。斷裂構(gòu)造較發(fā)育，按走向大致可劃分為NW、NE、SN和EW向斷裂，從各組斷裂的相互切割關(guān)系上看，NW向斷裂是測(cè)區(qū)最早的斷裂組，NE向斷裂是測(cè)區(qū)最新的斷裂組。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造發(fā)育不均，元古宇、奧陶系地層內(nèi)較為發(fā)育，其次為二疊系地層，多為寬緩背向斜，主要以近EW向和NW向的寬緩褶皺為主。

花崗閃長(zhǎng)巖巖體位于研究區(qū)西南，沿構(gòu)造呈NW-SE向展布，長(zhǎng)5 km，寬約2～3 km，內(nèi)部發(fā)育有較多的變質(zhì)砂巖包體。該巖體侵入新元古界陽(yáng)康片巖、奧陶系鹽池灣組中，被二疊系地層系不整合覆蓋(采樣位置見圖1)?；◢忛W長(zhǎng)巖新鮮面呈灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由角閃石、斜長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、黑云母及少量的石英組成，礦物大小不等。石英呈不規(guī)則狀、他形粒狀充填，約占20%；微斜長(zhǎng)石約占7%～8%，呈不規(guī)則狀、粒狀，粒度為0.2～2.0 mm，具條紋結(jié)構(gòu)和格子雙晶，局部見有交代包裹斜長(zhǎng)石、黑云母現(xiàn)象；斜長(zhǎng)石呈自形板狀，粒度0.25～1.55 mm，多具聚片雙晶和環(huán)帶構(gòu)造，較強(qiáng)簾石化，局部見有強(qiáng)烈的絹云母化，輕微碳酸鹽化，約占60%；黑云母呈片狀，約占5%～6%，局部見有強(qiáng)烈的綠泥石化，并伴有鐵質(zhì)析出。

2 分析方法

野外挑選新鮮無蝕變的樣品，樣品編號(hào)為Pm04-4。將樣品粉碎至200目，利用標(biāo)準(zhǔn)重礦物分離技術(shù)分選出鋯石。經(jīng)過雙目鏡下仔細(xì)挑選，將不同特征的鋯石粘在雙面膠上，并用無色透明的環(huán)氧樹脂固定；待其固化之后，拋光露出鋯石表面，對(duì)鋯石進(jìn)行反射光透射光和陰極發(fā)光圖像采集(CL)，在上述工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年。

同位素測(cè)年樣品在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所測(cè)試完成。本次測(cè)試采用激光單點(diǎn)剝蝕，數(shù)據(jù)采集采用調(diào)峰方式，鋯石年齡采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)玻璃NIST SRM610作為內(nèi)標(biāo)，校正鋯石微量元素。分析方法見文獻(xiàn)[31]；分析結(jié)果采用Glitter 4.0進(jìn)行處理計(jì)算。

野外挑選5件新鮮無蝕變樣品(PM07-3、PM07-8、PM17-7、PM17-8、QC8112)進(jìn)行全巖主微量元素分析，測(cè)試工作由自然資源部長(zhǎng)春礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心承擔(dān)完成，主量元素利用熔片X-射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定，并采用等離子光譜和化學(xué)法測(cè)定進(jìn)行相互檢測(cè)。微量元素和稀土元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定。主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，微量稀土元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。分析方法見文獻(xiàn)[32]。

3 分析結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS鋯石測(cè)年

巖石樣品Pm04-4中鋯石較為完整，表面干凈，多為自形晶—半自形晶，長(zhǎng)寬比1∶2～1∶4，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石震蕩環(huán)帶清楚(圖2)，成因?yàn)閹r漿鋯石，于樣品Pm04-4中選擇了18件鋯石樣品進(jìn)行了U-Pb同位素測(cè)定，測(cè)試結(jié)果見表1和圖2。分析結(jié)果在一致線曲線上成群分布(圖3)，w(206Pb)/w(238U)年齡介于440～448 Ma,加權(quán)平均年齡為444±1.2 Ma，MSWD=1.14，代表了巖漿結(jié)晶時(shí)代，為花崗巖巖體形成的時(shí)代，屬奧陶紀(jì)晚期。

圖2 陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石陰極發(fā)光圖像

表1 陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖同位素測(cè)年結(jié)果

圖3 陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖的U-Pb年齡諧和圖(a)和加權(quán)平均年齡(b)

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素

陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖分析結(jié)果及特征值見表2，其中SiO2含量為64.72%～69.05%，在TAS巖石分類圖解中(圖4)，樣品均落于亞堿性系列范圍、花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)，與定名吻合。全堿含量介于6.23%～7.51%之間，Na2O和K2O分別介于2.37%～3.75%和3.51%～3.91%之間；w(K2O)/w(Na2O)值為0.94～1.63，除Pm17-7號(hào)樣品外，均顯示富鉀特征。在w(SiO2)-w(K2O)圖解中，樣品全部落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖5a)，Al2O3含量較高且變化范圍小，介于13.08%～16.87%間，鋁飽和指數(shù)A/CNK值為1.09～1.15，堿總量(NK值)較高，DI值反映巖漿結(jié)晶分異程較低；里特曼指數(shù)σ值為1.5～2.6，屬鈣堿性系列。在ANK-A/CNK圖解中，投影點(diǎn)均落于弱過鋁質(zhì)區(qū)域(圖5b)。因此，陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖屬弱過鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性系列。

圖4 陽(yáng)康地區(qū)TAS巖石分類圖解

表2 花崗閃長(zhǎng)巖主量元素、稀土元素和微量元素含量及有關(guān)參數(shù)

圖5 w(SiO2)-w(K2O)圖解(a)和ANK-A/CNK圖解(b)

3.2.2 稀土元素

巖石樣品稀土總量ΣREE=133.06×10-6～458.40×10-6，平均260.67×10-6，其中輕稀土總量109.6×10-6～397.59×10-6，重稀土總量9.66×10-6～27.92×10-6，w(LREE)/w(HREE)為6.81～14.72，LREE相對(duì)富集，HREE相對(duì)虧損。[w(La)/w(Yb)]N為5.64～26.75，δEu值為0.46～0.98，具有負(fù)異常，揭示了斜長(zhǎng)石經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖上，配分曲線顯示出明顯右傾(圖6a)，輕重稀土元素分餾明顯。ΣREE高于上地殼值168.37[33]，δCe介于0.92～1.0之間，平均0.96，接近原始地幔δCe值(δCe=1.00)[8]。

3.2.3 微量元素

花崗閃長(zhǎng)巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖顯示(圖6b)，微量元素的配分模式近似一致。微量元素含量與同中國(guó)花崗閃長(zhǎng)巖元素豐度[34]相比，僅是Sr、Cr低于平均值，其他元素均高于平均值。其中w(K)/w(Rb)值為195.12～232.12,w(Rb)/w(Sr)值為0.76～0.90，均屬劉英俊等[35]劃分的同熔型花崗巖。相對(duì)于原始地幔，微量元素表現(xiàn)出了富集Ba、Rb等大離子親石元素和活潑的不相容元素Th的特征，同時(shí)富集極不相容元素Zr，相對(duì)虧損Nb、Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素，且具有明顯的Sr、Ti、P的負(fù)異常，類似中、上地殼微量元素蛛網(wǎng)圖分布模式[36]，并與正常弧花崗質(zhì)巖石的蛛網(wǎng)圖特征基本一致，反映巖石成因與巖漿弧環(huán)境相關(guān)。

圖6 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖解(a)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)

4 討論

4.1 巖體形成時(shí)代

筆者對(duì)花崗閃長(zhǎng)巖巖體進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)分析，結(jié)果表明鋯石均為巖漿成因，其邊部年齡代表了巖體的結(jié)晶時(shí)代，該年齡代表了鋯石w(206Pb)/w(238U)年齡介于440～448 Ma,加權(quán)平均年齡為444±1.2 Ma，MSWD=1.14，說明了花崗閃長(zhǎng)巖巖體的形成于晚奧陶世。該年齡與中祁連石包城花崗巖(435±4 Ma)[37]及南祁連北段剛查大寺組花崗閃長(zhǎng)巖年齡(435±4 Ma)相近，與中祁連湟源新店黑云母二長(zhǎng)花崗巖(446±1 Ma)[38]、南祁裕龍溝黑云角閃輝石巖(442±2 Ma)[39]及車路溝巖體(446±3 Ma)[40]年齡相一致，反映了中南祁連地區(qū)在晚奧陶世至早志留世存在一期巖漿事件[41]。

4.2 巖石成因類型及源區(qū)性質(zhì)

花崗巖的成因類型，目前大多數(shù)地質(zhì)學(xué)者最常用的分類方案是將其劃分為Ⅰ型、S型、A型及M型[42]。暗色礦物(角閃石、堇青石、堿性暗色礦物)是區(qū)分Ⅰ型、S型及A型的礦物學(xué)標(biāo)志，陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖具有角閃石及黑云母等暗色礦物，礦物學(xué)角度顯示其Ⅰ型花崗巖特征。研究表明[43]，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)是區(qū)分Ⅰ型、S型花崗巖重要的地球化學(xué)參數(shù)，Ⅰ型A/CNK值<1.1，S型A/CNK值>1.1，陽(yáng)康地區(qū)花崗巖巖體A/CNK值為1.007～1.104，除Pm17-7外，其余4個(gè)樣品的A/CNK值均小于1.1，樣品全部落入弱過鋁質(zhì)范圍，顯示Ⅰ型花崗巖成因類型特征。此外，磷灰石的含量作為一重要指標(biāo)，用于區(qū)分Ⅰ型及S型花崗巖[44-47]，陽(yáng)康地區(qū)花崗巖P2O5含量0.07～0.15，明顯低于S型花崗巖所具P2O5>0.2的特征[48]，w(FeO*)/w(MgO)比值(FeO*代表氧化鐵及氧化亞鐵總量，下同)為2.45～9.92，不具A型花崗巖w(FeO*)/w(MgO)>10[49]的富鐵特征。綜上，陽(yáng)康地區(qū)花崗巖為Ⅰ型花崗巖。

陽(yáng)康地區(qū)花崗巖具有高硅、高堿、貧鎂、貧鐵的特征，富集LREE、LILE元素(K、Ba、Rb)和活潑的不相容元素Th，虧損HFSE元素(Ta、Nb、Ti)，顯示殼源的地球化學(xué)屬性。其中w(Nb)/w(Ta)值為 10.84～15.06，平均12.60，接近上地殼值(w(Nb)/w(Ta)=10)；w(Rb)/w(Sr)為0.29～0.70，平均 0.53，接近大陸地殼值(w(Rb)/w(Sr)=0.32)。樣品中Zr元素的富集，也暗示源區(qū)的殼源性質(zhì)。在w(La)/w(Sm)-w(La)圖解中(圖7)，w(La)/w(Sm)比值與La值呈正相關(guān)關(guān)系，說明巖漿侵位過程中，以部分熔融作用為主，并伴隨一定程度的分離結(jié)晶，但結(jié)晶分異作用相對(duì)較弱。樣品中Sr、Eu的虧損，說明巖漿源區(qū)有殘留的斜長(zhǎng)石，P、Ti的虧損顯示源區(qū)有殘留的磷灰石、鈦鐵礦等物質(zhì)。

圖7 w(La)/w(Sm)-w(La)圖解

綜上所述，本次花崗閃長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征顯示為殼源物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

4.3 構(gòu)造環(huán)境

花崗巖類型不僅可以指示動(dòng)力學(xué)環(huán)境，而且也能作為動(dòng)力學(xué)演變過程的示蹤物，指示動(dòng)力學(xué)的演變過程[50]?；◢忛W長(zhǎng)巖作為高鉀鈣堿性巖類，它的出現(xiàn)指示了一種構(gòu)造體系的變化，其巖石地球化學(xué)特征很好地映證了這一點(diǎn)。陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖以富Si、Al、K，貧Mg、Fe、Ti，富集LILE和LREE，虧損HFSE和HREE為特征，顯示島弧和大陸邊緣花崗巖特點(diǎn)。在構(gòu)造環(huán)境判別的w(Nb)-w(Y)圖中(圖8a)，樣品落入火山弧和同碰撞花崗巖范圍；w(Rb)-w(Y)+w(Nb)圖解中圖中(圖8b)，樣品落入火山弧花崗巖區(qū)域，顯示火山弧和同碰撞的環(huán)境。綜合巖石為高鉀鈣堿性巖石的特點(diǎn)，且并未出現(xiàn)低鉀系列，以上分析，表明陽(yáng)康地區(qū)花崗巖總體顯示活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造背景[51]。同期的巖漿事件在南祁連構(gòu)造帶廣泛發(fā)育，如柴達(dá)木盆地北緣都蘭地區(qū)旺尕秀島弧型輝長(zhǎng)巖(468～522 Ma)[52]、440～470 Ma洋內(nèi)弧火山巖[53]以及445～514 Ma灘間山群弧火山—沉積序列。結(jié)合柴達(dá)木北西段的敖包山—呂梁山地區(qū)的鈣堿性I型花崗巖(445～496 Ma)[54]以及黨河南山地區(qū)奧陶紀(jì)的大道爾吉俯沖帶型蛇綠巖[55]等巖漿記錄都反映了該時(shí)期南祁連洋殼的北向俯沖，暗示該時(shí)期區(qū)域上應(yīng)為活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。

圖8 w(Nb)-w(Y)圖解(a)和w(Rb)-[w(Y)+w(Nb)]圖解(b)

該地區(qū)的構(gòu)造背景表明[56-57]，早奧陶世晚期之后，中—南祁連的擴(kuò)張?bào)w制逐漸轉(zhuǎn)化為俯沖消減體制；到早志留世時(shí)，中—南祁連間由于大洋板塊向深部俯沖，深部洋殼發(fā)生高溫脫水熔融，熔融的熔體交代上覆地幔橄欖巖，沿深大斷裂繼續(xù)上升至地殼，同時(shí)與周圍巖石發(fā)生物質(zhì)交換，進(jìn)而發(fā)生部分熔融形成陽(yáng)康地區(qū)花崗巖。最終在晚志留世—晚泥盆世時(shí)，中—南祁連完成拼貼和碰撞[2]。

5 結(jié)論

1)陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖中鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡介于440～448 Ma，加權(quán)平均年齡為444±1.2 Ma(MSWD=1.14)，該年齡為代表了巖體的結(jié)晶年齡，屬奧陶紀(jì)晚期。

2)陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖以高硅、高堿、貧鎂、貧鐵的特征，富集LREE元素、LILE元素(K、Ba、Rb)和活潑的不相容元素Th，虧損HREE和HFSE元素(Ta、Nb、Ti)，具Sr、Eu的負(fù)異常，虧損P、Ti，具有Ⅰ型花崗巖的地球化學(xué)屬性，其為Ⅰ型花崗巖。

3)陽(yáng)康地區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖是地殼部分熔融的產(chǎn)物，形成于活動(dòng)的大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。