中祁連黨河南山-木里地區(qū)早古生代火山-沉積巖系鋯石U-Pb年代學(xué)、物源示蹤及其地質(zhì)意義*

張帥 王超 郝江波 李航 朱小輝, 喻遵譜 孫曉奎 靳夢琪

1.大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069 2.中國地質(zhì)調(diào)查局造山帶地質(zhì)研究中心，中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054

造山帶中發(fā)育有與板塊俯沖-碰撞過程有關(guān)的不同成因類型的沉積盆地，甄別這些沉積盆地類型和演化歷史對重建造山帶演化歷史具有重要的意義(Ingersoll and Busby, 1995; 閆臻等, 2008, 2018; Cawoodetal., 2009, 2012; 胡修棉等, 2021)。盡管這些盆地會被構(gòu)造變形改造，但沉積物的物質(zhì)組成和擴(kuò)散(dispersion)模式可以有效記錄物源區(qū)和構(gòu)造環(huán)境信息，反映盆地演化歷史。例如，與俯沖帶相關(guān)的盆地沉積物主要來源于同時期的弧巖漿巖(包括弧火山巖及侵入巖)，而與碰撞相關(guān)的盆地沉積物物源主要為具有俯沖雜巖、碰撞造山帶混合物源特征的再旋回造山帶碎屑(Dickinson and Suczek, 1979; 閆臻等, 2018)。沉積物由源(source)到匯(sink)的過程中往往經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，包括風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、固結(jié)成巖以及可能的變質(zhì)作用。因此，強(qiáng)抗風(fēng)化、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的礦物或礦物組合能夠很好地揭示物源區(qū)性質(zhì)(Mortonetal., 2016)。鋯石是常見的強(qiáng)抗風(fēng)化礦物，其在沉積過程中物理化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，廣泛分布于各種陸源碎屑巖中。同時鋯石具有高U、204Pb含量低、封閉溫度高(900℃)的特點(diǎn)，是開展U-Pb定年的良好載體。沉積物中碎屑鋯石分析能夠很好的反映物源區(qū)的性質(zhì)，如母巖時代、物源區(qū)巖石組合、風(fēng)化剝蝕強(qiáng)度、巖漿作用強(qiáng)度等等，揭示造山帶演化過程，是目前造山帶地質(zhì)研究最主要的手段之一(Dickinson and Gehrels, 2009; Cawoodetal., 2012; Gehrels, 2014; Sharmanetal., 2015; Tangetal., 2021)。

祁連造山帶保留了典型的溝-弧-盆演化體系，記錄了原特提斯洋演化過程中大洋俯沖和碰撞造山過程(李春昱等, 1978; 左國朝和劉寄陳, 1987; 許志琴等, 1994; 馮益民等, 2002; 吳才來等, 2004; Xiaoetal., 2009; Gehrelsetal., 2011; Songetal., 2013, 2014; Yanetal., 2015, 2019b; 張建新等, 2015; 夏林圻等, 2016; Wangetal., 2017a; Fuetal., 2018; 馬蓁等, 2018; Maetal., 2020; Yuetal., 2021)。中祁連南緣存在一條約2000km的早古生代巖漿巖帶，包括大量的寒武紀(jì)-奧陶紀(jì)弧-弧后盆地雜巖(Songetal., 2014, 2017; Wangetal., 2017a; Fuetal., 2018; Gaoetal., 2018; Yangetal., 2019; Zhaoetal., 2020)。該巖漿巖帶沿拉脊山-黨河南山一帶NWW向展布，反映了俯沖帶不同階段演化歷史，保留了弧巖漿演化的重要信息(圖1a)。目前，對該巖漿巖帶形成環(huán)境仍然存在不同認(rèn)識：(1)有學(xué)者認(rèn)為該巖漿巖帶是原特提斯洋向北俯沖形成的增生雜巖，發(fā)育洋底高原、洋島/海山、弧前玄武巖和洋中脊巖石組合(Songetal., 2017；Zhangetal., 2017; Fuetal., 2018; Yanetal., 2019a)；(2)也有學(xué)者認(rèn)為它形成于早古生代裂谷型小洋盆(曾廣策等, 1997; 楊巍然等, 2000, 2002)或弧后盆地環(huán)境(黃增保等, 2016; Gaoetal., 2018; Taoetal., 2018; Zhaoetal., 2020)。沿該巖漿巖帶廣泛分布著一系列奧陶-志留系火山-沉積巖系，對該沉積巖系的成因研究能夠?yàn)榻鉀Q上述爭議問題提供新途徑。本文選取中祁連黨河南山-木里地區(qū)早古生代火山-沉積巖系作為研究對象，綜合巖相學(xué)、碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素特征的研究，來探討中-南祁連早古生代沉積巖系盆地性質(zhì)及構(gòu)造演化歷史，為進(jìn)一步研究祁連造山帶演化提供新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

祁連造山帶北鄰阿拉善板塊，南接全吉地塊和柴北緣超高壓變質(zhì)帶，向西以阿爾金走滑斷裂帶為界與塔里木地塊相鄰，向東延伸與秦嶺造山帶相連(圖1a)。祁連造山帶自北向南可劃分為北祁連、中祁連和南祁連3個構(gòu)造帶(馮益民等, 2002)。

北祁連構(gòu)造帶由早古生代蛇綠巖、島弧雜巖及俯沖雜巖組成(詳見Songetal., 2013及其參考文獻(xiàn))。

中祁連構(gòu)造帶主要由前寒武紀(jì)基底、早古生代巖漿巖(島弧火山巖、中酸性侵入巖、少量基性-超基性巖體)和沉積巖系組成(蘇建平等, 2004a, b; 李建鋒等, 2010; 齊瑞榮, 2012; 黃增保等, 2015; Wangetal., 2017a; Lietal., 2020; Maetal., 2020; Zhaoetal., 2020)，其中的前寒武紀(jì)基底包括野馬南山群、湟源群、馬銜山群深變質(zhì)巖系和黨河群、湟中群、興隆山群淺變質(zhì)巖系，時代上主要集中在中-新元古代(張建新等, 2021)。早古生代巖漿巖主要形成于530～410Ma之間(Wangetal., 2017a)。早古生代沉積巖系主要包括中祁連構(gòu)造帶西段黨河南山-木里地區(qū)吾力溝組、鹽池灣組、多索曲組(圖1a, c)和東段拉脊山地區(qū)寒武系深溝組和六道溝組、奧陶系花抱山組、阿夷山組、茶鋪組、藥水泉組(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1989)。新的研究表明花抱山組和藥水泉組形成于晚奧陶世-早志留世(450～420Ma)的弧后前陸盆地環(huán)境(Yanetal., 2019a)。

南祁連構(gòu)造帶中西段物質(zhì)組成主要表現(xiàn)為一套原劃為志留系的巴龍貢嘎爾組碎屑沉積巖及花崗質(zhì)巖石(圖1a)。其中的花崗質(zhì)巖石主要形成于460～445Ma，而原巴龍貢嘎爾組碎屑沉積巖中不斷被解體出新元古代和寒武-奧陶紀(jì)巖石組合(計(jì)波等, 2018, 2020, 2021; Lietal., 2019; 王磊等, 2019)。Lietal.(2019)根據(jù)碎屑鋯石譜系特征和野外變質(zhì)變形特征差異，將巴龍貢噶爾組劃分為A和B兩個單元。單元A主要為濁積巖相厚層雜砂巖，碎屑鋯石年齡大于0.7Ga，具有2.2～1.8Ga和0.8～0.7Ga兩個年齡峰值。單元B為強(qiáng)烈變形變沉積巖系，沉積時代小于560Ma，碎屑鋯石具有0.56～0.68Ga、1.2～0.9Ga 和1.60Ga三個年齡峰值，具有岡瓦納大陸超級扇沉積特征。南祁連構(gòu)造帶東段主要為化隆雜巖，其中的940～850Ma花崗質(zhì)巖石、變火山-沉積巖系遭受了470～440Ma巖漿侵入和變質(zhì)事件改造(Yanetal., 2015)。

本文研究區(qū)位于中祁連構(gòu)造帶南緣黨河南山-木里地區(qū)，出露大范圍的早古生代花崗質(zhì)巖石和早古生代-新生界沉積巖系，其中，沉積地層有奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系、侏羅系以及新生界地層，以奧陶-志留系吾力溝組、鹽池灣組、多索曲組和志留系巴龍貢嘎爾組地層為主。本文以研究區(qū)奧陶-志留系地層為主要研究對象，其中吾力溝組、鹽池灣組主要分布于黨河南山地區(qū)(圖1b)，多索曲組分布于天峻縣木里地區(qū)(圖1c)。

圖1 祁連山區(qū)域地質(zhì)簡圖(a,據(jù)Wang et al., 2017a修改)、黨河南山地區(qū)早古生代火山-沉積巖系分布圖(b)及木里地區(qū)早古生代火山-沉積巖系分布圖(c, 據(jù)甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1975(1)甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1975.1/20萬月牙湖幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 1979(2)甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1979.1/20萬多索卡幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, 1985(3)甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1985.1/20萬下環(huán)倉幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)

吾力溝組層型剖面(起點(diǎn)坐標(biāo)為39°12′00″N、95°24′00″E)位于甘肅省肅北縣扎子溝(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1975)。吾力溝組由下至上依次為中基性火山巖段、沉積巖段、中酸性火山巖段及頂部的結(jié)晶灰?guī)r段四個巖性段。吾力溝組主要由底部發(fā)育氣孔、杏仁構(gòu)造的玄武安山巖到頂部玄武質(zhì)火山碎屑巖組成(圖2、圖3b)。扎子溝吾力溝組頂部為鹽池灣組，為斷層接觸。扎子溝鹽池灣組巖性組合為灰色砂巖、粉砂巖及板巖，夾少量薄層灰?guī)r。

圖2 吾力溝組和鹽池灣組剖面地層柱狀圖(剖面實(shí)測資料據(jù)甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1975)

圖3 代表性野外露頭照片

鹽池灣組的層型剖面(起點(diǎn)坐標(biāo)為38°49′00″N、95°56′00″E)位于甘肅省肅北縣吾力溝和黑刺溝(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1975)。鹽池灣組未見底、頂，主要由灰、灰綠色雜砂巖、長石砂巖、長石質(zhì)雜砂巖，灰綠、暗灰綠、黑色板巖與礫巖夾層組成(圖2、圖3c, d)。除最下部由砂、板巖夾少量礫巖和灰?guī)r組成的不完整旋回之外，全組由中-巨厚層礫巖起始向上變細(xì)為粉砂質(zhì)板巖、粉砂巖或砂、板巖互層的三個正粒序旋回組成，且礫巖厚度由下至上逐漸減小(圖2)，礫石成分主要為石英巖、花崗巖和灰?guī)r等(圖3c)。

前人在天峻縣多索曲南部對多索曲組進(jìn)行了剖面實(shí)測，多索曲組與下伏鹽池灣組呈整合接觸，與上覆下三疊統(tǒng)江河組呈斷層接觸。多索曲組主要由火山巖及火山碎屑巖沉積組成(圖3e-g)，頂部沉積一套特征長石雜砂巖，巖相特征、沉積序列和地球化學(xué)特征表明多索曲組為一套弧火山-沉積巖系(白旭東等，2018)。

1.2 樣品特征

本文分別對黨河南山-木里地區(qū)奧陶-志留系火山-沉積巖系中的1件玄武安山巖和6件碎屑巖進(jìn)行了鋯石年代學(xué)分析。

玄武安山巖樣品20CQ-108 來自鹽池灣地區(qū)扎子溝吾力溝組層型剖面的中-基性火山巖段，采樣位置見圖1b。玄武安山巖中氣孔構(gòu)造發(fā)育，可見方解石填充物。鏡下有較多的脫?；遍L石微晶及絹云母(圖4a)。

圖4 代表性巖石正交偏光下顯微照片

鹽池灣組 樣品20CQ-5、16HC-1采自鹽池灣地區(qū)吾力溝-黑刺溝層型剖面，16CQ-1采自黑刺溝以南地區(qū)鹽池灣組地層，采樣位置見圖1b。樣品20CQ-5為礫巖，礫巖中礫石含量約為60%，主要為石英巖、灰?guī)r和火山巖(圖3c)。礫石分選磨圓均較好，礫石粒徑介于2～5cm之間。正交偏光下礫巖中填隙物主要由火山巖屑、變質(zhì)巖屑、石英、白云母等(約占全巖35%)和亮晶方解石膠結(jié)物(約占5%)組成(圖4d)。樣品16HC-1巖性為砂巖。16CQ-1為巖屑砂巖，野外露頭上呈紫紅色，鏡下主要碎屑為火成巖巖屑及石英(圖4c)；雜基含量較高，主要為方解石，呈他形充填于顆粒之間。

多索曲組 2個碎屑鋯石樣品采自木里地區(qū)沙柳河地區(qū)(13SLH04、13SQL10，圖1c)，巖性為砂巖，變質(zhì)程度較淺(圖3e)。1個樣品采自扎子溝西北(17QL-31-2，圖1b)，巖性為凝灰質(zhì)砂巖。此外，沙柳河地區(qū)多索曲組中還含有大量基性火山巖(白旭東等，2018)。朱小輝等(未發(fā)表)也在該地區(qū)多索曲組中發(fā)現(xiàn)流紋巖及礫巖(圖3f, g)，礫石成分主要為花崗巖、火山巖。17QL-31-2為彭巖等(2014)樣品12-99-R1的補(bǔ)采樣品(圖1b)，手標(biāo)本及鏡下描述詳見彭巖等(2014)。

2 分析方法

鋯石挑選由河北省廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成。鋯石制靶、透反射光和陰極發(fā)光(CL)在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。根據(jù)鋯石透、反射光和CL圖像，仔細(xì)觀察鋯石的晶體形態(tài)和內(nèi)部特征，避開存在裂隙和包裹體的鋯石，選取環(huán)帶清晰和晶形良好的鋯石進(jìn)行U-Pb-Hf同位素分析。

鋯石U-Pb-Hf同位素測試在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。分析儀器為Agilent 7700x型四級桿型等離子體質(zhì)譜儀、Neptune Plus型多接收等離子體質(zhì)譜儀及與之配套的GeoLas Pro激光剝蝕系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)過程中以He作為載氣、Ar為補(bǔ)償氣用以調(diào)節(jié)靈敏度。樣品氣溶膠部分被輸送到四級桿型等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行鋯石微量元素和U-Pb同位素年齡測定，另一部分被輸送到多接收等離子體質(zhì)譜儀中進(jìn)行Hf同位素測試。詳細(xì)儀器參數(shù)和測試過程可參考李艷廣等(2015)。鋯石U-Pb測年以91500標(biāo)準(zhǔn)鋯石作為外標(biāo)，GJ-1同時作為鋯石測年和Hf同位素監(jiān)控標(biāo)樣，U、Th含量以NIST 610為外標(biāo)。對鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)的處理使用Glitter 4.0，年齡數(shù)據(jù)計(jì)算、諧和圖使用Isoplot R(Vermeesch, 2018)，碎屑鋯石頻譜的繪制使用KDredX2。對于年齡小于1200Ma的鋯石，采用206Pb/238U年齡，大于1200Ma的鋯石采用207Pb/206Pb年齡(Gehrels, 2014)。單點(diǎn)年齡及同位素比值誤差均為1σ。6件碎屑鋯石樣品選取諧和度大于90%的碎屑鋯石年齡繪制碎屑鋯石頻譜圖。鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果見附表1。Hf同位素校正計(jì)算采用實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)程序Hfllow來完成，本次測試GJ-1標(biāo)樣176Hf/177Hf 同位素測試精度為0.282030±20(2σ)。Lu-Hf同位素分析結(jié)果見附表2。

3 鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

3.1.1 吾力溝組

吾力溝組玄武安山巖樣品(20CQ-108)的鋯石呈短柱狀，長寬比約為3:1～1.5:1。鋯石中Th、U的放射性元素含量較高，Th/U比值介于0.52～0.99之間，平均值為0.78。鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)發(fā)光性較弱，震蕩環(huán)帶不清晰。鋯石發(fā)育非常窄的亮邊(圖5)，可能代表后期流體作用影響(玄武安山巖巖石地球化學(xué)燒失量約為4.2%，未發(fā)表數(shù)據(jù))。該樣品下交點(diǎn)年齡為472±10Ma(MSWD=0.59，n=5)，代表了吾力溝組玄武安山巖形成年齡，為早奧陶世(圖6)。

圖5 典型鋯石CL圖像、Th/U比值及U-Pb年齡(Ma)(激光斑束直徑24μm)

圖6 吾力溝組玄武安山巖(20CQ-108)鋯石U-Pb年齡諧和圖(數(shù)據(jù)誤差=1σ)

3.1.2 鹽池灣組及多索曲組

鹽池灣組和多索曲組碎屑鋯石樣品中大部分鋯石粒徑介于70～150μm，鋯石呈長柱狀，自形程度較好，磨圓中等(13SQL-10、13SLH04、16HC-1、16CQ-1和17QL-31-2, 圖5)。少量鋯石呈棱角-次棱角狀(20CQ-5, 圖5)。CL圖像顯示鋯石均發(fā)育較為清晰的振蕩環(huán)帶，指示其為巖漿成因鋯石。

鹽池灣組碎屑鋯石樣品包括20CQ-5、16CQ-1和16HC-1，分析結(jié)果如下：

樣品20CQ-5(礫巖)共得到62個有效鋯石年齡數(shù)據(jù)(圖7a)。碎屑鋯石年齡介于1670～440Ma之間，其中4個鋯石年齡位于1670～1028Ma區(qū)間(6.5%)，58個碎屑鋯石年齡(93.5%)介于544～444Ma之間，最年輕碎屑鋯石峰值年齡為467Ma(圖8a)。

圖7 碎屑鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖8 黨河南山-木里地區(qū)早古生代鹽池灣組(a-c)、多索曲組(d-f)碎屑鋯石頻譜圖

樣品16CQ-1(巖屑砂巖)共得到65個有效鋯石年齡數(shù)據(jù)(圖7b)。碎屑鋯石年齡介于2187～447Ma之間，其中，12個測點(diǎn)位于2187～1310Ma區(qū)間(18.5%)，10個測點(diǎn)數(shù)據(jù)介于1144～856Ma區(qū)間(12.3%)，43個碎屑鋯石年齡(66.2%)介于559～447Ma之間，最年輕碎屑鋯石峰值年齡為491Ma(圖8b)。

樣品16HC-1(砂巖)共得到38個有效鋯石年齡數(shù)據(jù)(圖7c)。所有年齡數(shù)據(jù)介于2446～401Ma之間，其中，1個測點(diǎn)獲得古元古代鋯石年齡(2446Ma，3%)，5個數(shù)據(jù)點(diǎn)位于1599～1100Ma區(qū)間(13%)，32個碎屑鋯石年齡(占比約84%)介于506～401Ma之間，最年輕碎屑鋯石峰值年齡為461Ma(圖8c)。

多索曲組碎屑鋯石樣品包括13SLH04、13SQL10和17QL-31-2，分析結(jié)果如下：

樣品13SLH04(砂巖)共得到71個有效鋯石年齡數(shù)據(jù)(圖7d)，介于2882～436Ma之間。存在三個明顯的年齡區(qū)間：2917～2299Ma(25.4%)、1379～941Ma(47.9%)和764～436Ma(16.9%)，另外還存在一個較弱的年齡峰值區(qū)間1859～1659Ma(9.8%)。其中最年輕年齡區(qū)間的碎屑鋯石峰值年齡為455Ma(圖8d)。

樣品13SQL10(砂巖)共得到72個有效鋯石年齡數(shù)據(jù)(圖7e)，介于3498～494Ma之間。主要的年齡峰值區(qū)間為1205～706Ma(47.2%)、1780～1425Ma(22.2%)、2679～2281Ma(26.4%)。最年輕碎屑鋯石峰值年齡為975Ma(圖8e)。

樣品17QL-31-2(砂巖)僅得到24個有效鋯石數(shù)據(jù)，但彭巖等(2014)在相同地點(diǎn)采集樣品12-99-R1并得到35個有效鋯石數(shù)據(jù)，即兩個樣品共得到59個有效鋯石年齡數(shù)據(jù)(圖7f)，其值介于2565～429Ma之間。主要年齡峰值區(qū)間為2043～1432Ma(40.7%)、1342～736Ma(39%)、446～429Ma(15.3%)，另有3顆古元古代-新太古代鋯石(2483Ma、2549Ma、2565Ma，5.1%)。最年輕碎屑鋯石數(shù)據(jù)的加權(quán)平均年齡為441±1Ma(MSWD=3.06，n=9)。

3.2 鋯石Hf同位素

在鋯石U-Pb測年基礎(chǔ)上，本文對16CQ-1砂巖樣品中47顆鋯石進(jìn)行Hf同位素測試(圖9)。結(jié)果顯示，所有鋯石εHf(t)介于-38～-2.7之間，均為負(fù)值，176Hf/177Hf比值(0.281692～0.282645)。除少量前寒武紀(jì)古老碎屑鋯石以外，中祁連西段早古生代弧花崗巖鋯石Hf同位素與鹽池灣組16CQ-1砂巖樣品中早古生代碎屑鋯石Hf同位素具有一致性(圖9)。

圖9 鹽池灣組16CQ-1砂巖碎屑鋯石Hf同位素圖解

4 討論

4.1 地層時代

依據(jù)吾力溝組、鹽池灣組中發(fā)現(xiàn)的腕足類Hesperonomiasp.,Toquimiasp.,Syntrophopsissp.,Sytrophinellasp.,Tritoechiasp.,Anomalorthissp.,Finkelnburgiasp., 鸚鵡螺Discocerassp., 腹足類Euomphalidae等化石，甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)局(1975)在《1:20萬月牙湖幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》中將這些地層時代定為早-中奧陶世。但也有學(xué)者依據(jù)扎子溝剖面中基性火山巖和花崗巖中獲得的684.89±71Ma、666.63±1.6Ma、510.85±14Ma的Rb-Sr等時線年齡(趙虹等，2001；李厚民等，2003；劉志武等，2006)，認(rèn)為該套中基性火山巖形成于震旦紀(jì)。本文獲得扎子溝吾力溝組層型剖面中的玄武安山巖鋯石U-Pb年齡為472±10Ma，代表了吾力溝組中基性火山巖更加精確的同位素時代。

本文獲得鹽池灣組底部礫巖最年輕碎屑鋯石峰值年齡為467Ma(20CQ-5)、鹽池灣組頂部16HC-1砂巖最年輕鋯石峰值年齡為461Ma。另外，白旭東等(2018)在南祁連天峻縣多索曲地區(qū)測得多索曲組與鹽池灣組呈整合接觸，并獲得多索曲組基性火山巖的鋯石U-Pb年齡分別為449.9±1.5Ma和449.5±1.8Ma。朱小輝等(未發(fā)表資料)獲得沙柳河多索曲組流紋巖的U-Pb年齡為440Ma。本文獲得多索曲組最年輕碎屑鋯石峰值年齡為455～444Ma(圖8d, f)。這些新數(shù)據(jù)限定鹽池灣組沉積時代應(yīng)當(dāng)介于467～450Ma之間，多索曲組的形成時代為450～440Ma。

4.2 物源分析

4.2.1 鹽池灣組、多索曲組物源分析

鹽池灣組與多索曲組碎屑鋯石頻譜表現(xiàn)出了截然不同的特征(圖8a-f)。鹽池灣組樣品碎屑鋯石頻譜中主要為早古生代峰值，年齡峰值分別為467Ma、491Ma、461Ma，僅有極少量的前寒武紀(jì)碎屑鋯石(圖8a-c)，顯示了物源較為單一的特征。多索曲組樣品中記錄了中-新元古代和早古生代多個碎屑鋯石年齡峰值(圖8d-f)，代表了復(fù)雜的源區(qū)特征。

鹽池灣組碎屑鋯石譜系特征與中祁連西段花崗巖鋯石年齡數(shù)據(jù)峰值特征較為一致(圖5、圖10a)。另外，黨河南山地區(qū)鹽池灣組碎屑鋯石εHf(t)也與中祁連西段弧花崗巖一致(圖9)，而與陽康地區(qū)鹽池灣組火山巖的鋯石Hf同位素特征不同(εHf(t)介于+4.8～+12之間，未發(fā)表數(shù)據(jù))。這些數(shù)據(jù)說明鹽池灣組中大量早古生代碎屑鋯石可能來自中祁連西段弧花崗巖。

圖10 早古生代(500～400Ma)鋯石年齡KDE曲線(a)和前寒武紀(jì)碎屑鋯石年齡KDE曲線(b)

多索曲組碎屑鋯石頻譜主要由一個早古生代碎屑鋯石峰值和多個前寒武紀(jì)碎屑鋯石峰值組成(圖8d-f)，其中早古生代碎屑鋯石峰值年齡分別為444Ma及490Ma(圖10a)。多索曲組中早古生代鋯石年齡峰值與該組中的火山巖(白旭東等, 2018; 朱小輝等, 未發(fā)表資料)和南祁連廣泛發(fā)育的花崗巖(峰值年齡約440Ma)時代近乎一致(圖10a)。多索曲組碎屑樣品中的前寒武碎屑鋯石譜系主要分為中-新元古代以及太古宙峰值，主要有900～1200Ma、1500～1700Ma和2400～2600Ma三個峰值區(qū)間。這些前寒武碎屑鋯石年齡譜峰與中祁連前寒武紀(jì)碎屑鋯石譜系特征和巖漿記錄(如湟源群、馬銜山群)具有相似性(圖10b，Lietal., 2020)，但與南祁連巴龍貢嘎爾組、化隆群中較為缺少>900Ma的中元古代碎屑鋯石記錄特征不同(圖10b)；另外，多索曲組碎屑鋯石譜系中也缺少巴龍貢嘎爾組中顯著的700～800Ma碎屑鋯石年齡峰值(圖10b)。因此，南祁連巴龍貢嘎爾組和化隆群可能沒有為多索曲組提供沉積物源。綜合分析說明，多索曲組早古生代碎屑物質(zhì)來源于南祁連花崗巖或者該組中的火山巖，中-新元古代碎屑鋯石物源應(yīng)該來自于中祁連，更古老的古元古代-太古宙碎屑鋯石可能來自再循環(huán)的地殼物質(zhì)。

需要注意的是，在南祁連南側(cè)的全吉地塊的變質(zhì)基底中也存在古元古代-新太古代鋯石年齡(Chenetal., 2013; Luetal., 2018)；此外，在全吉地塊北部的烏北地體的變質(zhì)巖中也具有900～1200Ma，1500Ma的年齡(Wangetal., 2016; Yuetal., 2019)。但多索曲組主要為一套近源堆積的火山-沉積巖系，地層中含有大量成分和結(jié)構(gòu)成熟度較差的礫巖(圖3g)、長石砂巖等(白旭東等，2018)。另一方面，如果全吉地塊和烏北地體為多索曲組提供了物源，那么南祁連巴龍貢嘎爾組應(yīng)該也會為多索曲組碎屑巖提供物源，但本文樣品缺少這些信息。因此，作者排除較遠(yuǎn)的全吉地塊和烏北地體為多索曲組碎屑巖提供物源的可能性。

與鹽池灣組單一碎屑鋯石峰值相比，多索曲組中出現(xiàn)了大量古老碎屑鋯石記錄，僅有少量早古生代鋯石，表明碎屑物源由下伏鹽池灣組的中祁連弧巖漿巖過渡為多索曲組的造山帶再旋回的古老基底，暗示了由鹽池灣組沉積期到多索曲組沉積期的構(gòu)造活動引發(fā)了沉積物源的顯著變化。

4.2.2 黨河南山-木里多索曲組與拉脊山早古生代碎屑物源對比

本文分析結(jié)果表明多索曲組中具有奧陶-志留系地層組分。多索曲組地層(450～440Ma)與東段拉脊山早古生代花抱山組、藥水泉組地層在時代上基本一致(450～420Ma, Yanetal., 2019a)，碎屑物源能夠進(jìn)行對比(圖10a)。

黨河南山-木里地區(qū)多索曲組碎屑鋯石樣品顯示了4個明顯的古生代和元古宙峰值年齡，主要的峰值年齡為455Ma、985Ma、1680Ma和2483Ma(圖11a)。中祁連東段拉脊山地區(qū)拉脊山地區(qū)早古生代花抱山、藥水泉組碎屑鋯石頻譜主要的峰值年齡為462Ma、957Ma、1631Ma和2483Ma(圖11b)。通過對比碎屑鋯石頻譜和古流向數(shù)據(jù)，Yanetal.(2019a)認(rèn)為該套地層代表了弧后前陸盆地背景下河流相沉積，其中早古生代碎屑物質(zhì)來源于南祁連，而更古老的前寒武紀(jì)碎屑鋯石則來源于中祁連?；ū浇M和藥水泉組碎屑鋯石譜系和物源特征與本文多索曲組基本一致，表明多索曲組沉積期大地構(gòu)造體制可能與東段早古生代花抱山、藥水泉組相同，揭示中祁連東、西段均于450Ma左右進(jìn)入前陸盆地演化階段。

圖11 早古生代多索曲組(a)和拉脊山早古生代地層(b，數(shù)據(jù)引自Yan et al., 2019a)碎屑鋯石頻譜

4.3 盆地性質(zhì)與構(gòu)造演化

近幾年來，許多學(xué)者對中祁連南緣大道爾吉、干溝、木里以及拉脊山-永靖等地的基性-超基性雜巖進(jìn)行了大量研究(付長壘等, 2014; 黃增保等, 2016; Zhangetal., 2017; 陶剛, 2018; Yanetal., 2019b)。但是，對該巖漿巖帶形成的構(gòu)造環(huán)境還存在較大爭議。中祁連東段拉脊山基性-超基性混雜巖最初被認(rèn)為是形成于早古生代裂谷型小洋盆(曾廣策等, 1997; 楊巍然等, 2000, 2002)。付長壘等(2014)發(fā)現(xiàn)拉脊山混雜巖中的輝綠巖具有典型的OIB和MORB地球化學(xué)特征，并認(rèn)為可能形成于晚寒武世洋島/海山和洋中脊環(huán)境。也有學(xué)者根據(jù)拉脊山混雜巖中的一系列島弧相關(guān)枕狀熔巖、玻安巖及OIB玄武巖，認(rèn)為其是南祁連洋向北俯沖形成的弧后盆地，巖漿來源于俯沖板片脫水交代地幔楔及板片后撤引發(fā)的軟流圈地幔上涌導(dǎo)致的部分熔融(Gaoetal., 2018; Taoetal., 2018;陶璐, 2020)。但是，Zhangetal.(2017)報(bào)道了拉脊山混雜巖中具有地幔柱地球化學(xué)特征的玄武巖及苦橄巖，并估算了地幔溫度為1489～1600℃，認(rèn)為其巖石成因?yàn)榕c俯沖帶無關(guān)的洋底高原，通過洋殼俯沖增生拼貼至祁連地塊陸緣，是地幔柱型(洋底高原型)蛇綠混雜巖。相比之下，黃增保等(2016)、陶剛(2018)和Yanetal.(2019b)分別根據(jù)黨河南山大道爾吉、干溝和木里等地基性-超基性巖石地球化學(xué)特征，認(rèn)為三者同屬于南祁連洋北向俯沖形成的SSZ型蛇綠巖，但大道爾吉基性-超基性巖石和干溝基性-超基性巖石形成于弧后擴(kuò)張，木里基性-超基性巖石屬于弧前環(huán)境。而Zhaoetal.(2020)在鹽池灣地區(qū)識別出了一系列475Ma左右的高鉀-鉀玄質(zhì)玄武巖-玄武安山巖、高Ca玻安巖、OIB和MORB組成的弧后盆地火山巖組合，認(rèn)為該套巖石組合形成于北祁連洋向南俯沖引發(fā)的弧后擴(kuò)張。因此，爭議的焦點(diǎn)主要是中祁連南緣火山-沉積巖系是俯沖-增生雜巖還是弧后盆地雜巖？如若是弧后盆地環(huán)境，它究竟是形成于南祁連洋向北俯沖還是北祁連洋盆向南俯沖？

黨河南山地區(qū)早奧陶世吾力溝組主要由一套厚達(dá)數(shù)千米的雙峰式火山巖、凝灰?guī)r、火山碎屑巖及頂部灰?guī)r組成(計(jì)波等, 2021)，表明其可能形成于早期裂谷環(huán)境。鹽池灣組由下至上，由中-厚層礫巖到中-薄層砂巖、粉砂巖組成(圖2)。砂巖、礫巖中含有大量的巖屑和火山礫石(圖3c, d、圖4c, d)，且碳酸鹽沉積逐漸減少，頂部為一套薄層板巖、頁巖，缺乏碳酸鹽沉積。木里地區(qū)多索曲組主要為一套鈣堿性火山巖及近源火山碎屑巖沉積，頂部沉積一套特征長石雜砂巖(白旭東等，2018)。研究區(qū)碎屑巖整體上自下而上由吾力溝組到鹽池灣組呈現(xiàn)逐漸變細(xì)的特征；空間上，自北向南沿遠(yuǎn)離中祁連島弧方向水體逐漸變深。這在沉積序列上與典型的弧前盆地、弧后前陸盆地向上變粗水體變淺的沉積特征不同(Dickinson and Suczek, 1979; DeCelles and Giles, 1996；閆臻等, 2018; 胡修棉等, 2021)。

作者通過野外調(diào)查，觀察到大道爾吉和木里等地基性-超基性混雜巖中缺少深海遠(yuǎn)洋沉積，俯沖增生雜巖的強(qiáng)烈變質(zhì)變形特征在黨河南山-木里地區(qū)并不明顯。這些基性-超基性雜巖在野外主要呈侵入體狀產(chǎn)出，且與這些侵入體毗鄰的火山巖主要為中性火山巖。這些特征與蛇綠巖或者蛇綠混雜巖的特征并不完全吻合。結(jié)合黨河南山-木里地區(qū)的巖漿巖具有弧后盆地環(huán)境特征(黃增保等, 2016; Gaoetal., 2018; Taoetal., 2018; 陶剛, 2018;陶璐, 2020; Zhaoetal., 2020)，本文認(rèn)為中祁連南緣巖漿巖帶可能不是代表南祁連洋存在的蛇綠巖帶。再結(jié)合目前中祁連已經(jīng)報(bào)道的與鹽池灣組中碎屑巖同時期的大量弧巖漿記錄(吳才來等, 2004; Gehrelsetal., 2011; 侯榮娜等, 2015; Wangetal., 2017a; Zhaoetal., 2020; 武美云，2021)，本文認(rèn)為該巖漿巖帶是北祁連洋向南俯沖形成的弧后盆地產(chǎn)物。

鹽池灣組碎屑巖物源主要來自于中祁連弧巖漿巖，說明了弧地體的抬升剝蝕主要作用于中祁連古老基底之上快速生長的弧雜巖體(圖12b)，弧雜巖體的生長速率遠(yuǎn)大于風(fēng)化剝蝕速率。而多索曲組碎屑巖中加入了大量中祁連古老基底碎屑物質(zhì)，說明中祁連弧的進(jìn)一步抬升剝蝕，此時中祁連弧的巖漿作用也趨于減弱(圖10c)，弧雜巖體的生長速率小于風(fēng)化剝蝕速率，沉積物源由早期弧巖漿巖轉(zhuǎn)變?yōu)橹衅钸B基底。隨后，多索曲組中加入了南祁連早古生代碎屑物質(zhì)，指示了弧后盆地的關(guān)閉過程，可能代表了弧后前陸盆地的特征(Yanetal., 2019a)。因此，本文推測黨河南山-木里地區(qū)的火山-沉積巖系可能形成于由弧后盆地到弧后前陸盆地演化的構(gòu)造背景(圖12)，而不代表一個俯沖增生雜巖帶。

圖12 黨河南山-木里地區(qū)早古生代構(gòu)造演化模式圖

5 結(jié)論

(1)本文對中祁連南緣黨河南山-木里地區(qū)之間出露的早古生代地層進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年：吾力溝組玄武安山巖形成時代為472±10Ma；鹽池灣組沉積時代介于467～450Ma之間；多索曲組形成時代介于450～440Ma之間。

(2)鹽池灣組碎屑物質(zhì)主要來源于中祁連弧花崗巖；多索曲組的早古生代碎屑物質(zhì)來源于該組中的火山巖或南祁連花崗巖，中元古代末-新元古代早期碎屑物質(zhì)可能來源于中祁連，更老的古元古代-太古宙碎屑鋯石可能來自祁連地塊再循環(huán)的古老基底。

(3)綜合黨河南山-木里地區(qū)早古生代地層物質(zhì)組成、鋯石U-Pb年代學(xué)及沉積序列特征，吾力溝組為中祁連弧后裂谷火山巖組合，鹽池灣組可能代表了弧后盆地沉積演化序列，而多索曲組則代表了中祁連西段南緣前陸盆地沉積。

致謝感謝課題組馬得青、李雪在野外采樣以及實(shí)驗(yàn)分析過程中的幫助！感謝中國地質(zhì)科學(xué)院閆臻研究員與張建新研究員的寶貴意見和建議；感謝編輯部老師在文章修改和校對過程中的指導(dǎo)和幫助。