祁連馬銜山巖群新元古代S型花崗巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

高奕霖,趙 靜,龍曉平

(1.西北大學(xué) 地質(zhì)學(xué)系/大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710069；2.成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059)

祁連造山帶位于我國西北部,是前寒武紀(jì)微陸塊之一(見圖1A),被華南、華北和塔里木克拉通所包圍。從巖性學(xué)上看,祁連造山帶由大量古生代以及元古代巖石構(gòu)成，其中,元古代巖石主要以前寒武紀(jì)變質(zhì)基底和侵入其中的巖漿巖組成,出露有低-高級變質(zhì)巖,可高至角閃巖相,部分新元古代花崗質(zhì)侵入巖也較好地保留下來。此外，古生代花崗質(zhì)巖石也廣泛地分布在祁連造山帶內(nèi),它們多以大型巖基形式存在,但部分巖石因石炭紀(jì)沉積層較厚,僅在地形較高處有出露[1-6]。

圖1 中央造山系地質(zhì)簡圖(A)和祁連造山帶地質(zhì)圖(B)(改編自文獻(xiàn)[4-6])Fig.1 A Geographical location of the Central Orogenic Belt, B Regional geolog ical map of the Qilian Orogenic Belt

花崗質(zhì)巖石對研究地質(zhì)體的構(gòu)造演化歷史有著重要的意義，近年來,隨著對祁連造山帶前寒武紀(jì)構(gòu)造演化的研究加深,學(xué)者們對花崗質(zhì)巖石的討論也逐漸增多。Wan等獲得了湟源巖群花崗巖的全巖Rb-Sr同位素年齡(1 414 Ma和1 250 Ma)[7];郭進(jìn)京等發(fā)現(xiàn)侵入湟源巖群的花崗巖鋯石U-Pb年齡為910 Ma和917 Ma[8-9],認(rèn)為其可能為碰撞造山的產(chǎn)物,并指出湟源巖群可能形成于新元古代早期；Tung等發(fā)現(xiàn)了新元古代不同類型的花崗巖[10-12],認(rèn)為相關(guān)的花崗片麻巖和糜棱巖化花崗片麻巖的鋯石U-Pb年齡分別為930 Ma和790 Ma,與華南板塊新元古代兩期熱事件具有相似性。此外,在祁連造山帶北部出露有I型花崗巖[13-15]，雍擁等發(fā)現(xiàn)湟源巖群內(nèi)出露S型花崗巖[16],并認(rèn)為它們可能是同碰撞造山環(huán)境下形成的；陳雋璐等在祁連造山帶中部也發(fā)現(xiàn)了S型花崗質(zhì)巖石[17],并推測它們是在同碰撞至后碰撞造山環(huán)境中由泥砂巖在低溫條件下部分熔融而形成的；Fu等對祁連造山帶南部約1 100 Ma的斜長角閃巖展開研究[18],認(rèn)為其形成于大陸弧環(huán)境下的活動(dòng)大陸邊緣,而880 Ma的斜長角閃巖可能是板內(nèi)巖漿作用的產(chǎn)物。此外,約900 Ma和800 Ma弧相關(guān)花崗巖也零星出露于祁連造山帶內(nèi)[19-24]。

盡管學(xué)者們開展了相關(guān)研究,但前寒武紀(jì)巖漿巖的成因和構(gòu)造意義還存在爭議,例如花崗質(zhì)巖石的類型及分布、巖漿中地幔物質(zhì)的貢獻(xiàn),以及地殼生長事件及規(guī)律等。為了能夠更好地理解祁連造山帶前寒武紀(jì)構(gòu)造演化歷史,我們采集了祁連造山帶東部的新元古代花崗質(zhì)巖石,開展了巖相學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)等研究工作,并討論了花崗質(zhì)巖石的成因及祁連造山帶前寒武紀(jì)構(gòu)造演化過程。

1 地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

祁連造山帶呈北西西—南東東走向，位于青藏高原北緣,長約1 200 km,寬約為300 km,是我國“秦-祁-昆”中央造山系的組成部分之一(見圖1A)[3,25-26]。其向北連接阿拉善地塊,南緣與柴北緣超高壓變質(zhì)帶相連,西面以阿爾金走滑斷裂帶與塔里木克拉通分隔,東北緣與西秦嶺和華北克拉通接壤。祁連造山帶從北至南以4條斷裂帶為界(冷龍嶺斷裂、黑河斷裂、南山斷裂和天峻斷裂),分為北祁連構(gòu)造帶、中祁連構(gòu)造帶和南祁連構(gòu)造帶3個(gè)構(gòu)造單元(見圖1B)[27-30]。造山帶內(nèi)主要由前寒武紀(jì)變質(zhì)基底及侵入其中的巖漿巖、顯生宙沉積蓋層和大量古生代花崗質(zhì)巖石組成。其中,前寒武紀(jì)變質(zhì)基底巖系可按照巖石層序分為3類，下層大體包括西部的野馬南山巖群、中部的湟源巖群和東部的馬銜山巖群等,主要由正片麻巖、片巖、斜長角閃巖等組成,并且被少量的元古代花崗質(zhì)巖石侵入。黨和巖群、湟中巖群和興隆山巖群等位于中部層序,其內(nèi)含有板巖、千枚巖和變火山巖等。上部主要包括了托來南山巖群和高家灣巖群等,由未變質(zhì)的、較為廣泛的碳酸鹽巖和少量鐵錳沉積物構(gòu)成[11]。

除此之外,在造山帶內(nèi)分散出露有前寒武紀(jì)花崗質(zhì)巖石侵入基底巖系中，此次我們的研究對象為侵入馬銜山巖群的新元古代花崗巖，位處中祁連構(gòu)造帶東部的馬銜山巖群是祁連造山帶變質(zhì)基底巖系的重要組成部分,由于后期覆蓋嚴(yán)重并且經(jīng)歷了多期次地質(zhì)事件疊加改造,整體呈構(gòu)造巖塊零散分布[31],巖群主要以片麻巖、斜長角閃巖、片巖和混合巖等組成。本研究區(qū)主要位于甘肅省榆中縣,區(qū)域內(nèi)新生代砂礫巖覆蓋較厚,但巖體露頭較為完整,保存良好，對兩個(gè)巖體進(jìn)行了采樣工作(見圖2),具體描述如下。

圖2 祁連造山帶馬銜山地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Sketch geological map of the Maxianshan area, Qilian Orogenic Belt

花崗閃長巖巖體出露約有1 km,表面為深褐色,新鮮面呈灰色-灰白色,塊狀構(gòu)造,中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)(見圖3A)。巖石主要為斜長石(40%～45%)、堿性長石(20%～30%)、石英(15%～20%)以及部分黑云母(5～15%)。副礦物主要包含鋯石、磷灰石、榍石等。斜長石為巖石的主要組成礦物,多呈半自形-自形的柱狀(見圖3B)。堿性長石多為半自形,顆粒大小較斜長石偏小,雙晶發(fā)育不明顯。石英多為他形，分布于斜長石及堿性長石之間,可見波狀消光現(xiàn)象，黑云母則為不均勻分布。

A Pl 斜長石; B Kfs 鉀長石; C Qtz 石英; D Bi 黑云母圖3 馬銜山巖群內(nèi)新元古代花崗閃長巖和花崗巖侵入體野外及鏡下照片F(xiàn)ig.3 Field and microscopic photos of the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusionsin the Maxianshan group

花崗巖野外露頭為棕褐色,新鮮面為灰白色,塊狀構(gòu)造,中粗粒花崗結(jié)構(gòu)(見圖3C)。巖石主要礦物組成為堿性長石(40%～50%)、斜長石(20%～25%)、石英(～25%)、黑云母(～10%),以及少量的角閃石(<5%)。副礦物主要為磷灰石、鋯石、榍石、磁鐵礦等。堿性長石主要以條紋長石(30%～40%)和微斜長石(5%～10%)為主,多為自形狀,可見明顯的高嶺土化,部分可見卡式雙晶(見圖3D)。斜長石多呈半自形-自形柱狀,可見鈉黝簾石化蝕變,局部發(fā)育聚片雙晶。石英多呈他形粒狀，黑云母為深褐色。

2 樣品分析方法

野外采集花崗閃長巖樣品5塊,編號為17MXS11-15,其中17MXS11為鋯石樣,花崗巖樣品7塊,編號17MXS27-33,其中17MXS27為鋯石樣。

2.1 鋯石U-Pb測年

將雙目鏡下挑選出的晶型發(fā)育良好的鋯石顆粒黏在雙面膠上,放置于環(huán)氧樹脂中加固冷凝,拋光至鋯石一半處。鋯石的CL(cathodoluminescence)圖像分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的電子顯微掃描電鏡上完成。結(jié)合鏡下獲得的鋯石反射光、透射光圖像,選出合適的分析點(diǎn)位。在進(jìn)行年齡測定實(shí)驗(yàn)前,用3%的HNO3溶液清除鋯石靶表面的雜質(zhì)。鋯石U-Pb同位素分析測試在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所進(jìn)行，所用儀器為美國Resonetics公司生產(chǎn)的RESOlution M-50激光剝蝕，193 nm的ArF準(zhǔn)分子激光器,激光剝蝕直徑為31 μm,激光脈沖為8 Hz,激光剝蝕能量為恒定的80 MJ,具體流程參考文獻(xiàn)[32]。分析測試之后,利用ICPMSDataCal 11軟件處理已被剝蝕的信號數(shù)據(jù)[33-36]。

2.2 全巖主微量元素分析

用酸清洗樣品表面,去除表面雜質(zhì)后磨制成全巖粉末(200目),用于后續(xù)地球化學(xué)分析。全巖主量和微量元素測試是在南京聚譜檢測有限公司完成的,分別使用的是Agilent 5110電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)和Agilent 7700x四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)。主量元素用標(biāo)樣BHVO-2、AGC-2進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,結(jié)果的相對誤差在2%以內(nèi),與推薦值保持基本一致。測定微量元素時(shí),使用美國地質(zhì)調(diào)查局USGS地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)巖石粉末(GSP-2、AGV-2、BHVO-2、W-2)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,整體微量元素誤差在±5%之間,個(gè)別元素誤差在±10%之內(nèi)。

2.3 全巖Sr-Nd同位素分析

本研究所選5個(gè)(2個(gè)花崗閃長巖和3個(gè)花崗巖)樣品的全巖Sr-Nd同位素的化學(xué)前處理和測定工作均是在南京聚譜檢測科技有限公司完成的。將巖石粉末置于聚四氟乙烯溶樣器中,將0.5 ml濃硝酸與1.0 ml濃氫氟酸按照1∶1比例進(jìn)行混合,加入溶洋器中并用鋼套密封,放入195℃的烘箱內(nèi)加熱78 h。將消解液在電熱板上蒸干轉(zhuǎn)化為1.5 mL，1.5 mol/L HCL介質(zhì)溶液,而后使用Agilent 7700x四級桿型ICP-MS測定元素準(zhǔn)確含量,詳細(xì)實(shí)驗(yàn)流程參考文獻(xiàn)[37-39]。

3 鋯石U-Pb定年結(jié)果

對花崗閃長巖樣品和花崗巖樣品的鋯石U-Pb定年分析結(jié)果如表1所示，具體鋯石形態(tài)及點(diǎn)位如圖4所示?；◢忛W長巖樣品(17MXS11)多數(shù)鋯石呈透明、 自形棱柱狀形態(tài), 長80～120 μm, 寬30～60 μm, 長寬比為2∶1 ～ 3∶1(見圖4)。 所有鋯石都具有較高的Th/U比值(>0.2), 此外, 約80%的鋯石具有明顯的巖漿韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu),顯示巖漿成因。 此次共選取了13顆鋯石進(jìn)行年齡分析， 由于部分鋯石存在Pb丟失現(xiàn)象, 其中11個(gè)分析點(diǎn)給出諧和年齡, 少量為繼承鋯石的年齡,206Pb/238U年齡介于1 508～939 Ma。 其中6個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為958±17 Ma(MSWD=2.7),代表花崗閃長巖的結(jié)晶年齡(見圖5A)。

圖4 新元古代花崗閃長巖和花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)圖Fig.4 Zircon cathodoluminescene (CL) images for the Neoproterozoicgranodiorite and granite

A 花崗閃長巖； B 花崗巖圖5 新元古代鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.5 Zircon U-Pb Concordia diagram for the Neoproterozoic

花崗巖樣品(17MXS27)多數(shù)鋯石顆粒都無色、透明,多呈自形-半自形晶形,顆粒大小為120 ～ 260 μm,長寬比為2∶1 ～ 3∶1。鋯石CL圖像顯示這些顆粒發(fā)育明顯的巖漿震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(見圖4),并具有較高的Th/U比值(>0.1),指示巖漿成因。該樣品共分析了23個(gè)測試點(diǎn),由此獲得了諧和的U-Pb年齡結(jié)果,206Pb/238U年齡介于1 544～868 Ma,其中11個(gè)年齡接近點(diǎn)的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為934±5 Ma(MSWD=0.2),代表此花崗巖體的侵位年齡(見圖5B)。

4 主量元素地球化學(xué)特征

樣品的主量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)如表2所示?？梢园l(fā)現(xiàn),4個(gè)花崗閃長巖樣品的SiO2含量為66.00 ～ 67.99 wt.%,TiO2含量為0.47～ 0.48 wt.%,CaO含量為2.52～ 3.93 wt.%,在TAS巖石類型劃分圖解中均位于花崗閃長巖區(qū)域內(nèi)(見圖6)，Al2O3含量為14.21 ～ 15.33 wt.%,鋁飽和指數(shù)A/CNK大于1.0(1.11～1.15),均屬于過鋁質(zhì)系列(見圖7B)，K2O含量變化較大,為1.09 ～ 2.72 wt.%,Na2O含量為3.02 ～3.16 wt.%,K2O/Na2O 比值為0.34 ～ 0.89,在SiO2-K2O圖解中位于鈣堿性系列-低鉀系列區(qū)域內(nèi)(見圖7A)，MgO含量為1.50 ～ 1.67 wt.%,Mg#值在40附近變化,為39.7 ～ 41.96。

圖6 新元古代花崗閃長巖和花崗巖巖體的TAS圖解Fig.6 TAS plots for the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

表2 新元古代花崗閃長巖和花崗巖主量(%)及微量元素分析結(jié)果(×10-6)Tab.2 Analytical results of major (%) and trace element (×10-6) of the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

6個(gè)花崗巖樣品的SiO2含量為69.02 ～ 73.57 wt.%,TiO2含量為0.34 ～ 0.55 wt.%,在TAS圖解中,除了樣品17MXS30位于花崗閃長巖-花崗巖的分界線附近,其余樣品均落在花崗巖區(qū)域內(nèi)(見圖6)，CaO含量低于花崗閃長巖,為1.73 ～ 2.79 wt.%,Al2O3含量為13.45 ～ 15.29 wt.%,鋁飽和指數(shù)與花崗閃長巖接近,為 1.07～1.12,同樣均屬于過鋁質(zhì)系列(見圖7B)，K2O含量變化較大,為2.70 ～ 4.90 wt.%,Na2O為2.77 ～ 3.57 wt.%,K2O/Na2O含量為0.79 ～ 1.74,在SiO2-K2O圖解中位于鈣堿性系列-高鉀鈣堿性系列(見圖7A)，MgO含量較低，為(0.49～ 0.86 wt.%,Mg#值為27.9 ～ 35.44。

圖7 新元古代花閃長巖和花崗巖SiO2-K2O(A)與A/NK-A/CNK圖解(B)(據(jù)文獻(xiàn)[41-42])Fig.7 The diagrams of SiO2-K2O(A) and A/NK-A/CNK(B) for the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

5 微量元素地球化學(xué)特征

樣品的微量和稀土元素的分析數(shù)據(jù)如表2所示，花崗閃長巖樣品的稀土元素總量為58.8×10-6～ 67.5×10-6,輕稀土相對重稀土富集,重稀土平坦,(La/Yb)N為4.50 ～ 6.10,(Ce/Yb)N為3.72 ～ 4.91,顯示比較明顯Eu負(fù)異常(δEu=0.71 ～ 0.74)；花崗巖樣品稀土元素總量為66.9×10-6～114.3×10-6,輕稀土富集，(La/Yb)N為2.77 ～ 5.89,重稀土平坦，(Gd/Yb)N為0.56 ～ 0.99,可見明顯的Eu負(fù)異常(δEu=0.47 ～ 0.81)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(見圖8A, C)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(見圖8B, D)中,2組巖石樣品具有較為一致的配分模式。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解顯示,花崗閃長巖和花崗巖樣品稀土配分曲線均表現(xiàn)為右傾的輕稀土富集、重稀土平坦的配分模式。此外,在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解中,2組巖石的Rb、Th、K、Hf等元素相對富集,而Nb、Ta、Sr、P元素表現(xiàn)出明顯的負(fù)異常,其中,Nb、Ta、P、Ti具有顯著的虧損現(xiàn)象。此外,Nb、Ta的虧損和Zr的富集揭示源區(qū)巖石可能以陸殼組分構(gòu)成為主[43-45]。

圖8 新元古代花崗閃長巖和花崗巖的稀土元素配分圖解(A, C)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(B, D)(據(jù)文獻(xiàn)[46])Fig.8 Chondrite-normalized REE patterns(A, C) and primitive-mantle-normalized trace element spider diagrams(B, D) of the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

6 Sr-Nd同位素特征

選擇2個(gè)花崗閃長巖樣品和3個(gè)花崗巖樣品進(jìn)行Sr-Nd同位素分析測試,其同位素結(jié)果如表3所示。2個(gè)花崗閃長巖樣品的87Sr/86Sr比值分別為0.724 926和0.728 250,143Nd/144Nd比值分別為0.511 923 和 0.511 930,對應(yīng)的初始鍶同位素比值(87Sr/86Sr)i分別為0.694 767和0.704 952,具有富集的εNd(t)值(-5.93和-5.06),二階段模式年齡T2DM為2.02 Ga和2.10 Ga；3個(gè)花崗巖樣品的87Sr/86Sr比值為0.771 773 ～ 0.781 762,143Nd/144Nd比值為0.511 984 ～ 0.512 018,對應(yīng)的初始鍶同位素比值(87Sr/86Sr)i為0.708 366 ～ 0.716 585,與花崗閃長巖接近的εNd(t)值(-5.42 ～-4.83)和略微年輕的二階段模式年齡T2DM(2.04～1.99 Ga)。

表3 新元古代花崗閃長巖和花崗巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果Tab.3 Sr-Nd isotopic analysis results of the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

7 討論

7.1 巖石成因類型

現(xiàn)有研究表明,花崗巖成因類型通常被分為4種:M型、I型、S型以及A型花崗巖。鉀長石鮮少出現(xiàn)在M型花崗巖中,并且較低的K2O以及Rb值也是M型花崗巖的典型特征之一[47-48]。然而2組樣品中,Rb含量為60.0×10-6～ 223×10-6,K20含量為1.09×10-6～ 4.90×10-6,兩者含量較高,并且存在較多的堿性長石,這與M型花崗巖明顯有較大出入。此外,根據(jù)A型花崗巖的判別標(biāo)準(zhǔn),10個(gè)巖石樣品的10 000×Ga/Al值為2.00 ～ 2.59,(Nb+Ce+Zr+Y)值為198.3×10-6～ 326.3×10-6, 這都小于Whalen提出的10 000×Ga/Al和(Nb+Ce+Zr+Y)的臨界值2.6與350.0×10-6[49]。此外,顯微鏡下也未發(fā)現(xiàn)明顯代表性的堿性暗色礦物,因此它們也不符合A型花崗巖特征。

有效區(qū)分S型和I型花崗巖的標(biāo)準(zhǔn)之一就是鋁飽和指數(shù)，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)大于1.1，并且SiO2含量較高為S型花崗巖的突出特征，Chappell指出P2O5在I型和S型花崗巖內(nèi)相反的表現(xiàn)形式也是區(qū)分2種花崗巖的最顯著的特征之一[50]。通常來說,在I型花崗巖內(nèi),P2O5的含量隨著SiO2含量的增高而降低,呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)聯(lián)系,這主要是由于含磷灰石晶體的變沉積巖源熔體和含磷灰石晶體的殘余體之間分離比例不同造成的。然而在S型花崗巖中,P2O5的含量變化較大,其隨著SiO2含量增加明顯升高[51-52]。此外,由于源自變沉積原巖的花崗巖可以表現(xiàn)出類似于所謂過鋁質(zhì)I型花崗巖的成分變化,因此鋁飽和指數(shù)與SiO2含量也可進(jìn)行I型以及S型花崗巖的區(qū)別。隨著SiO2含量增高,I型花崗巖的鋁飽和指數(shù)也隨之增加,呈正相關(guān)趨勢,并主要處于偏鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)。而S型花崗巖則趨勢相反,隨著SiO2含量提升,鋁飽和指數(shù)卻降低,但A/CNK大多高于1.0[51]。

本研究的4個(gè)花崗閃長巖樣品SiO2(66.00 ～ 67.99 wt.%)和TiO2(0.47 wt.% ～ 0.48 wt.%)含量偏低,鋁飽和指數(shù)A/CNK都大于1.1(A/CNK=1.11 ～ 1.15),均屬于過鋁質(zhì)系列,在SiO2-P2O5圖解中(見圖9B),樣品均表現(xiàn)出S型花崗巖的演化趨勢。在A/CNK-SiO2圖解中(見圖9A)，隨著SiO2含量提升,樣品的鋁飽和指數(shù)下降,但均超過1.0,顯示出S型花崗巖的標(biāo)志特征；6個(gè)花崗巖樣品SiO2含量偏高(69.02～71.54 wt.%)，TiO2含量偏低(0.34～0.55 wt.%),多數(shù)樣品的鋁飽和指數(shù)大于1.1(A/CNK=1.07 ～ 1.12),在A/NK-A/CNK圖解中,屬于過鋁質(zhì)系列，隨著樣品SiO2含量增高,P2O5的值也隨之升高(見圖9B),而A/CNK值卻逐漸降低(見圖9A)。由此綜合判斷,此次研究的花崗閃長巖和花崗巖均屬于S型花崗巖。

圖9 新元古代花崗巖類成因類型判別圖A/CNK-SiO2圖解(A)和P2O5-SiO2圖解(B)(據(jù)文獻(xiàn)[50-51,53])Fig.9 Genesis types discrimination diagrams of the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions:A/CNK-SiO2diagram (A); P2O5-SiO2diagram (B)

現(xiàn)有研究表明，中祁連地塊出露有較多的新元古代早期的花崗巖,大多為I型和S型花崗巖,也保留有少部分A型花崗巖[11-12,54-55]。而馬銜山巖群內(nèi)多見I型花崗巖,僅在蘭州地區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有S型花崗巖。而本研究的S型花崗巖屬于強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖,為造山期花崗巖類,一般存在于大陸碰撞褶皺帶內(nèi)或克拉通內(nèi)。通常來說,富黏土、貧長石(<5%)的強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖的源巖是泥質(zhì)的,并且多形成在成熟的大陸克拉通。相反的是,形成于海溝俯沖帶環(huán)境中(未成熟的板塊邊緣,例如島弧等)的過鋁質(zhì)花崗巖的源巖是貧黏土、富長石(>5%)(見圖10A)[56]。2組巖石樣品的CaO/Na2O值較高(0.56 ～ 1.25)，Al2O3/TiO2值較低(26.7 ～ 41.9),Al2O3/TiO2比值能夠指示巖漿形成時(shí)的溫度,當(dāng)比值小于100時(shí),則熔體溫度大于875℃。相反的,當(dāng)比值大于100,熔體溫度小于875℃[57]。此外,Rb/Sr比值較高(0.18 ～ 0.30)，Rb/Ba比值較低(0.382 ～ 1.87)。這些數(shù)據(jù)顯示馬銜山巖群內(nèi)花崗閃長巖和花崗巖的源區(qū)，都主要為貧黏土的雜砂巖高溫熔融而形成(見圖10B),這與我們巖石類型的討論結(jié)果相一致。雖然花崗閃長巖中部分樣品并未完全落于強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖區(qū)域內(nèi),但綜合上述元素比值趨勢特征,我們?nèi)哉J(rèn)為其為強(qiáng)過鋁質(zhì)S型花崗巖。

圖10 新元古代花崗閃長巖和花崗巖Al2O3/TiO2-CaO/Na2O(A)和Rb/Sr-Rb/Ba(B)圖解(據(jù)文獻(xiàn)[57])Fig.10 The diagrams of Al2O3/TiO2-CaO/Na2O(A)and Rb/Sr-Rb/Ba(B) for the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

Jahn曾提出, 對Rb/Sr比值偏高的巖石來說, (87Sr/86Sr)i值具有很大的不確定因素[58]。 所以, 對馬銜山巖群內(nèi), 經(jīng)過年齡校正計(jì)算出(87Sr/86Sr)i值小于0.700的巖石樣品在后續(xù)成因討論中不再使用。 在全巖87Sr/86Sr-εNd(t)圖解中, 可以發(fā)現(xiàn)樣品的全巖87Sr/86Sr比值較為集中, 顯示富集的地殼物質(zhì)屬性(見圖11A)。 此外, εNd(t)的值變化較小,為-6.05 ～-4.83,而較低的εNd(t)值對應(yīng)較高的模式年齡。馬銜山巖群內(nèi)2組花崗質(zhì)巖石的二階段模式年齡T2DM為1.99 ～ 2.09 Ga(見表3),可以看出,其同位素模式年齡與巖漿結(jié)晶年齡(958 Ma和934 Ma)差異較大,這意味著巖漿很可能來自古元古代地殼物質(zhì)的再循環(huán)。因此,推測馬銜山巖群內(nèi)新元古代花崗閃長巖及花崗巖為古元古代地殼雜砂巖高溫熔融而形成。

7.2 巖石形成的構(gòu)造環(huán)境

祁連造山帶內(nèi)廣泛出露有新元古代巖漿巖,這對探討其與周圍板塊的構(gòu)造演化關(guān)系以及與同時(shí)期羅迪尼亞超大陸(Rodinia supercontinent)之間的聯(lián)系提供了重要依據(jù)。而近年來,學(xué)者們發(fā)現(xiàn)祁連內(nèi)存在新元古代早期I型花崗巖并對其展開了研究,但相對缺少同時(shí)期其他類型花崗巖的對比研究。前人研究表明,祁連造山帶在新元古代早期經(jīng)歷了多期次的巖漿熱事件,按照已有測年數(shù)據(jù)可歸納為2個(gè)時(shí)段：～800 Ma(826 Ma、809 Ma、788 Ma、816 Ma和795 Ma)，～900 Ma(896 Ma、920 Ma和932 Ma)。

利用馬銜山巖群內(nèi)花崗閃長巖和花崗巖的地化數(shù)據(jù)進(jìn)行投圖,可以發(fā)現(xiàn)在Rb vs. (Yb+Ta)和(Rb/30 vs. Hf vs. Ta×3)的圖解中(見圖12),2組巖石樣品處于火山弧花崗巖區(qū)域內(nèi),表明馬銜山巖群內(nèi)新元古代早期巖漿多源自弧相關(guān)環(huán)境。并且,Tung對本區(qū)域內(nèi)鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖石進(jìn)行研究[60],得出約910 Ma結(jié)晶的巖石形成于島弧環(huán)境，920～930 Ma的花崗質(zhì)巖石也被認(rèn)為在新元古代早期島弧環(huán)境中產(chǎn)生。此外,本研究巖石樣品的Sr-Nd同位素組成較為一致,都呈現(xiàn)出富集的特征[61],對比祁連造山帶內(nèi)部同時(shí)期花崗巖的Nd同位素組成,表明約900 Ma花崗質(zhì)巖石可能來自相同的源區(qū)。較小的εNd(t)值說明古老地殼物質(zhì)的重熔是該期花崗巖形成的重要機(jī)制,這也與圖11A的特征結(jié)果較為相符。因此,Sr-Nd同位素組成特征與早期島弧環(huán)境形成的花崗質(zhì)巖石是一致的。盡管,郭進(jìn)京指出中祁連板塊湟源巖群內(nèi)出露有917 Ma同碰撞形成的花崗質(zhì)巖石[9]，Wan也認(rèn)為930 Ma和940 Ma的花崗質(zhì)巖石是碰撞造山的產(chǎn)物[7，55],但其在Rb vs. (Nb+Y)圖解中均處于與弧相關(guān)的區(qū)域內(nèi)(見圖12A)。

圖12 新元古代花崗閃長巖和花崗巖(Y+Ta)-Rb (A)和(Rb/30)-Hf-(Ta×3) (B)構(gòu)造環(huán)境判別圖(據(jù)文獻(xiàn)[7，60，62-63])Fig.12 (Y+Ta)-Rb (A) and (Rb/30)-Hf-(Ta×3) (B) tectonic discrimination diagrams for the Neoproterozoic granodioritic and granitic intrusions

綜上所述,祁連造山帶新元古代早期位于俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。現(xiàn)有研究表明,華南板塊也發(fā)育大量約900 Ma的花崗質(zhì)巖漿作用,與晉寧早期巖漿事件相對應(yīng)[64]。這些分布于揚(yáng)子板塊和華夏板塊的巖漿作用一起構(gòu)成了華南新元古代早期的島弧巖漿作用[23，65],主要有巖漿弧花崗巖[23，66]和火山巖[19,67-68],表明華南在新元古代早期也處于活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境[6,69-71]。此外,祁連造山帶與華南板塊的同時(shí)期花崗質(zhì)巖漿作用具有相似的Hf同位素模式年齡。祁連造山帶該時(shí)期花崗巖類鋯石Hf同位素二階段模式年齡為0.73～2.26 Ga,峰值約處于1.8～2.1 Ga[70,72-74],并且在新元古代發(fā)生了顯著的地殼生長事件。與此類似,華南板塊該期花崗巖類鋯石的T2DM值為1.50～2.14 Ga,新元古代也發(fā)生了顯著的地殼生長[75-79]。

這些相似性說明,祁連造山帶與華南板塊都經(jīng)歷了新元古代早期相似的構(gòu)造巖漿事件,具有較為相似的同位素組成特征和構(gòu)造環(huán)境,顯示了一定的構(gòu)造親緣性,新元古代早期可能經(jīng)歷了相同的構(gòu)造演化過程。華南板塊記錄了羅迪尼亞超大陸的聚合與裂解,因此祁連造山帶在新元古代早期可能也參與了羅迪尼亞超大陸的聚合過程。

8 結(jié)論

1)馬銜山巖群內(nèi)出露有約900 Ma的S型花崗巖,形成于活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境。

2)新元古代早期,祁連造山帶與華南板塊經(jīng)歷了相似的巖漿熱事件,兩者可能一并參與了Rodinia超大陸的聚合過程。