阿爾金地區(qū)曼特里克一帶花崗巖地球化學特征及構造意義

龐振甲，成歡，王瑞廷

（陜西西北有色地質調查院有限公司，陜西 西安 710054）

曼特里克位于青藏高原北緣、塔里木地塊與柴達木地塊接合部位，構造位置處于阿爾金斷裂帶西段[1,2]。區(qū)內花崗巖類分布廣泛，前人研究多集中于對巖體年代學和單個巖體的研究，且對花崗巖形成的構造環(huán)境存在爭議。李琦等在蓋里克片麻巖獲得的鋯石U-Pb年齡為（886.5±5）Ma，認為塔里木和柴達木板塊在新元古代早期存在板塊的匯聚碰撞[3]；崔軍文等在蓋里克片麻巖中獲得的鋯石U-Pb 年齡為（2 679±142）Ma[4]；王永和等認為亞干布陽片麻巖、蓋里克片麻巖原巖形成時代為新太古—古元古代[5]，將喀拉喬喀片麻巖時代置于古元古代；張若愚等在帕夏拉依檔巖體中獲得鋯石U-Pb 測年結果為（460.1±3.9）Ma，認為中—晚奧陶世阿中地塊和柴達木地塊間阿爾金造山帶已由擠壓碰撞階段轉為伸展后碰撞階段[6]；王超等在玉蘇普阿勒克塔格巖體花崗細晶巖和寄主花崗巖獲得形成時代分別為406 Ma和424 Ma，認為在阿爾金南緣早古生代末期存在造山后伸展背景下的幔源巖漿底侵作用[7]；吳才來等在茫崖地區(qū)花崗巖的U-Pb 測年結果為（466±5）Ma 和（469±5）Ma，具島弧火成巖地球化學屬性，形成可能與洋殼的俯沖作用有關[8]；曹玉亭等在阿爾金南緣塔特勒克布拉克花崗巖獲得U-Pb測年結果為（451±1.7）Ma和（462±2）Ma，認為巖體形成于俯沖造山后抬升階段，對應區(qū)內深俯沖陸殼的折返時代[9]?？梢娗叭藢Ρ緟^(qū)花崗巖獲得的巖石年齡跨度大，本區(qū)形成環(huán)境復雜，目前尚有較大爭議。

近年來，筆者在該區(qū)進行1∶5 萬區(qū)域地質礦產調查時，在阿爾金地區(qū)曼特里克一帶厘定出大量青白口紀和早—中奧陶世的花崗巖體。通過對花崗巖巖石地球化學的研究，結合前人研究成果，探討該區(qū)巖體形成的構造環(huán)境，為豐富阿爾金造山帶地質構造演化提供新的佐證。

1 地質概況

研究區(qū)位于阿爾金造山帶之阿爾金北緣斷裂和阿爾金南緣斷裂夾持的阿中地塊內[10,11]，介于阿帕-茫崖蛇綠構造混雜巖帶與紅柳溝-拉配泉蛇綠構造混雜巖帶之間[12,13]，是一個由不同時期、不同構造層次和不同構造環(huán)境形成的復合造山帶，經歷了古元古代結晶基底形成、中新元古代古大陸裂解與羅迪尼亞超大陸匯聚、新元古代晚期—早古生代洋陸轉換及晚古生代—新生代陸內演化[14,15]。

研究區(qū)內以卡爾恰爾-闊什斷裂帶為界，南為阿中地塊阿爾金雜巖帶，出露地層主要為早元古界阿爾金巖群以碎屑沉積和火山沉積為主的變質巖結晶基底和中元古界長城系巴什庫爾干巖群貝殼灘組的變質巖[16]；其北為中新元古界陸源盆地，出露地層為中元古界薊縣系塔昔達坂群一套碎屑巖。

區(qū)內侵入巖據其巖性組合、變質變形特征及成巖時代可分為青白口紀和早—中奧陶世兩個時代，其中青白口紀可劃分為蓋里克、喀拉喬喀和亞干布陽三個序列，巖性組合主要為黑云二長片麻巖，少量花崗閃長質片麻巖和眼球狀片麻狀花崗閃長巖；早—中奧陶世劃分為帕夏拉依檔和蘇吾什杰二個序列，巖性組合主要為二長花崗巖、花崗閃長巖、正長花崗巖。巖體地質特征見表1。

表1 曼特里克地區(qū)花崗巖地質特征表Table 1 Geological characteristics of granite in the Mantelike area

2 巖石化學特征

巖體巖石化學數據見表2。青白口紀巖體和早—中奧陶世巖體SiO2含量分別為48.45%～75.99%和61.96%～76.52%，均值分別為66.67% 和68.70%，里特曼指數σ分別為1.62～2.04 和2.14～2.47，均值分別為1.88 和2.31，均顯示為鈣堿性系列巖石。鋁飽和指數（A/CNK）分別為1.06～1.14 和1.10～1.14，平均值分別為1.11 和1.12，A/NK 均大于1，顯示巖石為準鋁（靠近過鋁質）-過鋁質花崗巖。固結指數SI 值分別為4.83～15.93和2.13～13.47，說明巖漿分異程度高。MgO-SiO2圖解顯示均來源于下地殼熔融（圖1）。

圖1 曼特里克地區(qū)花崗巖類MgO-SiO2圖解Fig.1 Diagram of MgO-SiO2 for Granitoids in the Mantelike area

3 微量元素特征

巖體微量元素特征見表3。青白口紀巖體在微量元素蛛網圖中，曲線呈鋸齒狀右傾（圖2-a-c），明顯富集Rb，Th，K，Nd 等元素，相對虧損Nb，Ta，Zr，Hf等高場強元素，顯著虧損Ba，Sr，P，Ti 等元素。總體與同碰撞花崗巖的分布相似，反映花崗巖的形成與演化主體受控于碰撞環(huán)境。Nb，Ta虧損說明巖體巖漿具大陸地殼特征，指示其原巖巖漿來源于地殼。Rb，Th等強不相容元素的富集表明巖體形成深度相對較淺，為地殼物質發(fā)生熔融形成的花崗巖。

表3 曼特里克地區(qū)花崗巖類微量元素地球化學數據Table 3 Trace element geochemical data for granitoids in the Mantelike area 單位：×10-6

續(xù)表3

早—中奧陶紀巖體在微量元素蛛網圖中，曲線呈右傾鋸齒狀（圖2-d，e）。富集大離子親石元素Rb，Th，K，LREE 等，虧損Ba，Nb，Sr，Ti 等高場強元素，暗示成巖過程中存在斜長石、鈦鐵礦等的分離結晶作用?？傮w特征顯示出與上地殼的明顯相似性，但其相對富集K，Th；虧損Ti，Sr，Nb，暗示出形成該巖體的巖漿可能是殼源的。

圖2 曼特里克地區(qū)花崗巖類微量元素蛛網圖Fig.2 Trace element distribution patterns of granitoids in the Mantelike area

4 稀土元素特征

巖體稀土元素特征見表4。青白口紀巖體和早—中奧陶世巖體稀土總量∑REE分別為198.87×10-6～412.96×10-6和87.66×10-6～291.83×10-6，∑LREE/∑HREE分別為6.13～13.82和7.5～11.58，均具輕稀土富集、重稀土虧損特征；輕重稀土分餾明顯，（La/Yb）N分別為7.15～21.12 和17.74～19.00，其中輕稀土分餾較強，（La/Sm）N分別為3.09～5.45 和2.91～5.15，重稀土分餾相對較弱，（Gd/Yb）N分別為1.73～2.62和2.32～4.15（表2）。δEu 分別為0.50～0.62 和0.40～0.66，均具Eu 負異常。從稀土元素分布圖中可看出，二者均具LREE 富集、HREE 略顯平坦的右傾的＂V＂型分布特征（圖3-a，b，c，d，e），呈Eu元素“V”型谷，顯示典型的地殼重熔型花崗巖特征[3]。

圖3 曼特里克地區(qū)花崗巖類稀土元素分布曲線Fig.3 REE distribution patterns of granitoids in the Mantelike area

表4 曼特里克地區(qū)花崗巖類稀土元素地球化學數據Table 4 REE Data for Granitoids in the Mantelike area 單位：×10-6

5 構造環(huán)境分析

青白口紀巖體總體上為富硅、富堿、低鈣、準鋁-過鋁質的鈣堿性花崗質巖石，Nb，Ta 元素虧損指示其原巖巖漿來源于地殼。早—中奧陶世巖體屬準鋁-過鋁質、鈣堿-堿鈣性系列的鐵質-鎂質花崗質巖石。二者Rb/Sr比值分別為1.82和8.26，高于地殼值（0.35）[17]，反映出殼源的特點；Nb/Ta 比值分別為12.00 和14.64，低于上地幔平均值[18]，與大陸地殼的比值（10～14）相近[19]，屬陸殼成因類型；CaO/Na2O比值分別為1.07 和0.69，表明其可能為地殼中變質雜砂巖的部分熔融[20]。

從R1-R2構造環(huán)境判別圖解中可看出，青白口紀和早—中奧陶世巖體大部分樣品落在活動板塊邊緣（板塊碰撞前）和同碰撞區(qū)域（圖4-a，b），在Rb-Y+Nb和Nb-Y 圖解上位于同碰撞-火山弧花崗巖區(qū)（圖5-a，c）。顯示兩個時代的巖體均與同碰撞作用有關。

圖4 曼特里克地區(qū)花崗巖類R1-R2構造環(huán)境圖解Fig.4 R1-R2 tectonic environments dircrimination diagram of Granitoids in the Mantelike area

圖5 曼特里克地區(qū)花崗巖類Rb-Y+Nb（a）和Nb-Y（b）構造環(huán)境圖解Fig.5 Tectonic environments dircrimination diagram of Rb-Y+Nb（a）and Nb-Y（b）for granitoids in the Mantelike area

6 地質意義

阿爾金地區(qū)發(fā)育大量花崗巖（（800～1 274）Ma），可能是對羅迪尼亞超大陸匯聚事件的響應[21]；阿爾金南緣江尕勒薩依一帶新元古代早期花崗質片麻巖形成于碰撞構造環(huán)境，可能是羅迪尼亞超大陸中塔里木、柴達木及祁連等陸塊在新元古代早期匯聚碰撞作用的結果[22,23]。蓋里克片麻巖鋯石U-Pb年齡為（886.5±5）Ma，原巖為地殼中角閃巖相基性巖類（變玄武巖），形成于同碰撞構造環(huán)境，可能對應于新元古代的羅迪尼亞超大陸匯聚事件[3]。

研究區(qū)出露的青白口紀巖體呈巖枝狀或透鏡狀，巖石變質變形強烈，巖石地球化學信息表明，巖體形成于同碰撞構造環(huán)境，本次獲得鋯石U-Pb年齡為（880.3±3.4）～（927.1±5.5）Ma，表明研究區(qū)在青白口紀經歷了強烈的擠壓匯聚事件，青白口紀花崗質片麻巖是對青白口紀中晚期羅迪尼亞超大陸匯聚的響應，為羅迪尼亞超大陸匯聚研究提供了新的佐證。

曼特里克一帶帕夏拉依檔巖體鋯石U-Pb 年齡為（460.1±3.9）Ma，形成于擠壓體制向拉張體制轉換的構造環(huán)境[5]。阿爾金南緣茫崖二長花崗巖鋯石UPb 年齡為472.1 Ma，表明阿爾金南緣早奧陶世晚期仍處于陸-陸碰撞的深俯沖階段[24]。研究區(qū)早—中奧陶世巖體主要呈巖基狀或不規(guī)則狀，巖石基本未變質變形，巖石地球化學信息表明，巖體形成于同碰撞構造環(huán)境，本次獲得鋯石U-Pb年齡為（471.5±2.7）～（472.2±2.2）Ma，與前人在阿爾金南緣獲得的年齡數據基本接近，表明包括研究區(qū)在內的阿爾金南緣在早—中奧陶世發(fā)生了強烈的碰撞造山，為阿中地塊與柴達木地塊碰撞造山的響應。