柴達(dá)木西北緣大通溝南山北閃長(zhǎng)巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

劉軍，息朝莊，黃波，楊濤，夏浩東，鄧會(huì)娟

(1.西安西北有色物化探總隊(duì)有限公司，陜西 西安 710068；2.湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院，湖南 益陽(yáng) 413000；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558000；4.貴州理工學(xué)院建筑與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550000；5.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源實(shí)物地質(zhì)資料中心, 河北 燕郊 065201)

柴達(dá)木西北緣地處柴達(dá)木地塊和阿爾金構(gòu)造帶交界處，柴達(dá)木地塊和塔里木地塊的交匯部位。阿爾金斷裂從該區(qū)北側(cè)穿過(guò)，次級(jí)構(gòu)造發(fā)育，成礦條件和找礦前景優(yōu)越。研究區(qū)成礦區(qū)域地層齊全，構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，巖漿活動(dòng)活躍，礦產(chǎn)資源豐富，有銅鎳礦床、銅多金屬礦點(diǎn)等(孫小攀等，2018a,2018b)。近年來(lái)，眾多學(xué)者分別對(duì)大通溝閃長(zhǎng)巖(劉軍等，2020)、大通溝北山閃長(zhǎng)巖體(孫小攀等，2018a，2018b)、柴北緣西段花崗巖、南阿爾金茫崖地區(qū)花崗巖、都蘭花崗巖(吳才來(lái)等，2008，2014a，2014b，2016)和柴北緣雙口山金-銀-鉛礦床(俞軍真等，2020)進(jìn)行年代學(xué)研究；錢兵等(2017)、李卓凡等(2020)對(duì)柴北緣榴輝巖進(jìn)行巖石學(xué)和礦物學(xué)研究；也有學(xué)者對(duì)柴北緣賽壩溝金礦(唐名鷹等，2021)、柴達(dá)木西北緣古生代鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖體銅-鎳成礦條件(錢兵等，2017)進(jìn)行礦床成因研究。

柴北緣高壓-超高壓變質(zhì)作用和蛇綠巖研究成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，尤其在研究超高壓變質(zhì)作用和大陸俯沖作用方面(王佳興等，2020；劉良等，2015)。因?yàn)檠芯繀^(qū)自然條件惡劣，對(duì)這些巖體研究程度不高，仍需進(jìn)一步做深入的研究工作。筆者選取大通溝南山北序列閃長(zhǎng)巖為研究對(duì)象，在野外詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)和地球化學(xué)研究，以期厘定其成巖時(shí)代，探討巖石成因、源區(qū)性質(zhì)和構(gòu)造環(huán)境，為研究區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程和巖漿活動(dòng)提供新認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景與巖石學(xué)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

大通溝南山北巖漿巖序列大地構(gòu)造位置位于柴達(dá)木板塊、阿爾金構(gòu)造帶接觸處(圖1a)，主要位于調(diào)查區(qū)南部的大通溝南山北側(cè)一帶；巖體主要侵入于元古界青白口系小泉達(dá)坂組中，巖體南側(cè)為大通溝南山序列(圖1b)，北側(cè)受大通溝南山北斷裂控制，呈東西向長(zhǎng)條狀展布，出露面積小，東西長(zhǎng)8 km，南北寬3 km，面積約為16.76 km2。筆者以同源巖漿演化序列觀點(diǎn)為依據(jù)，對(duì)大通溝南山序列進(jìn)行劃分；結(jié)合花崗巖各類巖石學(xué)特征、花崗巖與圍巖及相互間的接觸關(guān)系、時(shí)代及分布特征，將大通溝南山北側(cè)的花崗巖劃分為大通溝南山北序列；其巖性為灰色中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖、灰白色中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖(圖2a)。

1.第四系；2.中侏羅統(tǒng)采石嶺組；3.中—下侏羅統(tǒng)大煤溝組；4.小泉達(dá)坂組；5.平洼溝組；6.閃長(zhǎng)巖；7.石英閃長(zhǎng)巖；8.花崗閃長(zhǎng)巖；9.二長(zhǎng)花崗巖；10.基性-超基性巖；11.斷層；12.采樣位置

巖石類型主要為閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖。其中，閃長(zhǎng)巖沿巖體北側(cè)邊部分布；石英閃長(zhǎng)巖為巖體的主要巖石類型，出露面積較大，局部夾花崗閃長(zhǎng)巖。大通溝南山北序列與青白口系小泉達(dá)坂組接觸界線呈港灣狀；在二長(zhǎng)花崗巖和閃長(zhǎng)巖中可見小泉達(dá)坂組的捕擄體；剖面測(cè)制和地質(zhì)填圖中可見閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)花崗巖呈涌動(dòng)接觸關(guān)系，同時(shí)在石英閃長(zhǎng)巖中可見閃長(zhǎng)巖包裹體(圖2b)。

1.2 巖石學(xué)特征

大通溝南山北巖漿巖序列由早到晚由深灰色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖、灰色中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖組成，具體巖石學(xué)特征如下。

細(xì)粒閃長(zhǎng)巖(圖2c)：淺灰色，細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斜長(zhǎng)石含量為70%～75%，呈半自形板狀、板條狀，粒徑大小為0.5～1.5 mm，成分是An≈30～40的中長(zhǎng)石，發(fā)生了輕度絹云母化，聚片雙晶清楚，雜亂分布；角閃石約占15%～20%，呈柱粒狀，粒徑大小為0.5～2 mm，少數(shù)發(fā)生了纖閃石化，雜亂分布；黑云母很少，少于5%，呈板狀，片徑小于1 mm，呈棕褐色，星點(diǎn)狀散布；石英很少，呈他形粒狀，粒徑大小為0.1～0.5 mm，散布于部分斜長(zhǎng)石之間；微量磁鐵礦。

中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖(圖2d)：灰色，中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斜長(zhǎng)石含量為75%～80%，成分是An≈30～40的中長(zhǎng)石，少數(shù)具環(huán)帶構(gòu)造，呈半自形板狀，粒徑為0.5～3 mm的中細(xì)粒級(jí)，有輕度絹云母化，聚片雙晶清楚，雜亂分布；石英約占5%～10%，呈他形粒狀，粒徑大小為0.1～0.5 mm，雜亂散布于斜長(zhǎng)石晶體之間；暗色礦物總含量約為10%～15%，成分以角閃石為主，其次為黑云母。角閃石呈柱粒狀，粒徑大小為0.5～2 mm，少數(shù)發(fā)生了綠泥石化和黑云母化，雜亂分布；黑云母呈板狀，片徑大小為0.5～2 mm，雜亂分布，少數(shù)黑云母呈細(xì)小片狀分布于角閃石顆粒的邊部，系角閃石次變形成。

Pl.斜長(zhǎng)石；Hbl.角閃石

2 樣品采集與測(cè)試方法

本次用于巖石地球化學(xué)和同位素測(cè)試的樣品采自大通溝—斑紅山之間分布面積最大的花崗巖體，確保樣品的代表性。巖石地球化學(xué)在西北有色研究院實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成，主量元素由PANalytical 生產(chǎn)的AxiosmAX型X射線熒光光譜儀完成測(cè)試分析；微量元素與稀土原色由Agilent公司7700X型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀完成測(cè)試工作。

鋯石LA-ICP-MS測(cè)年在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，測(cè)試儀器為Agilent 7500型ICP-MS和德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器及MicroLas公司的GeoLas 200M光學(xué)系統(tǒng)。測(cè)年樣品重約5kg，先在實(shí)驗(yàn)室將樣品粉碎至80～100目，經(jīng)常規(guī)浮選和磁選方法分選后得到>200粒鋯石。在雙目鏡下選出晶型較完好的鋯石作為測(cè)定對(duì)象。將鋯石樣品置于DEVCON環(huán)氧樹脂中，待固結(jié)后拋磨至鋯石粒徑的大約二分之一，使鋯石內(nèi)部充分暴露，然后進(jìn)行鋯石顯微(反射光和透射光)照相、CL顯微圖像研究及U-Pb定年分析。鋯石的陰極發(fā)光(CL)照相在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室掃描電鏡實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試點(diǎn)的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光照片進(jìn)行初選，再與CL照片對(duì)比，力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體，以獲得盡可能準(zhǔn)確的年齡信息。

3 分析結(jié)果

3.1 主量元素

大通溝南山北閃長(zhǎng)巖主量元素、稀土元素和微量元素分析結(jié)果見表1。從表1可看出，SiO2含量為60.57%～66.88%，介于中性至酸性巖石范疇；Na2O+K2O為5.06%～6.28%，平均為5.80%，富堿，K2O較低，相對(duì)富Na，K2O/Na2O值為0.13～0.44，平均為0.26。里特曼指數(shù)(σ)介于1.46～1.64，平均為1.53，反映其為鈣堿性系列。在全堿-硅(TAS)圖解中(圖3a)，樣品多處于花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)，其中有一個(gè)樣品落入了閃長(zhǎng)巖區(qū)。Al2O3含量為15.15%～16.76%，平均為15.98%，A/NK值介于2.56～3.31，平均為2.77，A/CNK值介于1.52～1.57，平均為1.55，在A/NK-A/CNK圖解(圖3b)中屬過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。在SiO2-Ce圖解中(圖3c)，樣品均落在I-型花崗巖中；在SiO2-K2O圖解(圖3d)中投影在鈣堿性系列和低鉀系列范圍內(nèi)。

Ir.Irvine巖石系列分界線

綜上所述，該花崗侵入巖主要為高鈉鈣堿性巖石系列，具有堿性系列變化趨勢(shì)。

3.2 稀土元素

大通溝南山北巖漿巖序列稀土總量(表1)變化較大，∑REE為43.09×10-6～102.45×10-6，平均為67.46×10-6，∑LREE為33.60×10-6～74.35×10-6，平均為49.82×10-6，∑HREE為9.49×10-6～28.10×10-6，平均為17.64×10-6，LREE/HREE值為2.78～3.54，具輕稀土富集、重稀土虧損特征。δEu介于0.74～1.10，多小于1.0，僅一個(gè)樣品的δEu大于1.0，具負(fù)Eu異常。在巖石的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖上可以看出，5個(gè)樣品具有一致的稀土配分曲線，呈明顯的右傾型分配模式(圖4a)。

表1 大通溝南山北巖體主量元素、稀土元素和微量元素地球化學(xué)組成表

3.3 微量元素

大通溝南山北巖漿巖序列微量元素分析結(jié)果見表1。巖體各微量元素含量變化較大，Rb含量為2.77×10-6～35.93×10-6，Sr含量為266.9×10-6～354.6×10-6，Ba含量為98.8×10-6～365.6×10-6，Y含量為3.88×10-6～15.19×10-6，Nb含量為2.49×10-6～7.59×10-6，Ta含量為0.18×10-6～0.57×10-6。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖4b)中表現(xiàn)出不同程度的富集大離子親石元素(LILE)Rb、Th、K等和輕稀土元素(LREE)，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ti、Y、Yb，和Ti元素，呈“V”型谷，具有明顯虧損。

圖4 (a)閃長(zhǎng)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(據(jù)Sun et al,1989)和(b)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(據(jù)SUN et al,1989)

3.4 鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果

在顯微鏡下觀察，石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖中的鋯石呈無(wú)色透明或淺玫瑰色，鋯石短軸長(zhǎng)度為30～75 μm，長(zhǎng)軸為55～120 μm，呈自形、短柱狀、長(zhǎng)條狀。在鋯石樣品CL圖像中發(fā)現(xiàn)清晰巖漿振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖5)。在測(cè)試數(shù)據(jù)中獲得36個(gè)有效數(shù)據(jù)(表2)，U含量為37.74×10-6～89.44×10-6，Th含量為0.22×10-6～7.42×10-6，Rb含量為20.54×10-6～87.94×10-6，Th/U值為0.54～1.13，大于巖漿鋯石Th/U值(>0.40)，屬典型巖漿鋯石(Wu et al.，2004)。鋯石年齡數(shù)據(jù)集中于252～284 Ma，誤差范圍內(nèi)基本一致，協(xié)和圖上(圖6a)可看出分析點(diǎn)位范圍集中。石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖的鋯石年齡加權(quán)平均值為(270±3)Ma(95%置信度，MSWD=0.076)(圖6b)。因此，將大通溝南山北花崗巖時(shí)代厘定為中—早二疊世。

圖5 大通溝南山北閃長(zhǎng)巖鋯石CL圖像

圖6 (a)大通溝南山北閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb年齡諧和圖和(b)頻數(shù)圖

4 討論

4.1 巖石類型與巖漿源區(qū)

大通溝南山北花崗巖序列具有高硅、富堿、富鋁、貧鈦特征。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.52～1.57，均大于1.10，為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。在SiO2-Ce圖解中(圖3)，樣品均落在I-型花崗巖中。5件樣品∑REE含量較低，平均為67.46×10-6，具有負(fù)Eu異常，反映可能存在弱的斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用或部分熔融過(guò)程中有斜長(zhǎng)石的殘留；(La/Sm)N值介于1.92～2.61，(La/Yb)N值為4.76～5.68，反映了巖石具有輕重稀土分餾，輕稀土富集的特征；重稀土表現(xiàn)的相對(duì)虧損，這可能是殘留體中含量較高的富重稀土石榴子石和角閃石引起的(sun et al.，1989)。

LREE/HREE值為2.78～3.54，平均為2.91，輕重稀土分異程度較高。巖石學(xué)特征顯示，研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖中斜長(zhǎng)石廣泛發(fā)育于斑晶及基質(zhì)中，斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用明顯。

據(jù)前人研究指出Rb元素和K元素地球化學(xué)特征相似，在地球演化中Rb元素和K元素逐漸遷移演化進(jìn)入硅鋁層；而Sr元素和Ca元素地球化學(xué)特征相似，并富集于斜長(zhǎng)石中，取代Ca(徐克勤等，1982；王德滋等，1993)。因此，花崗閃長(zhǎng)巖Rb/Sr值和Rb/Ba值越高，則表明源巖多來(lái)自于上部陸殼。部分學(xué)者認(rèn)為幔源Rb/Sr<0.05，殼幔混合源Rb/Sr值為0.05～0.5，殼源Rb/Sr>0.5(Tischendorf，1986)。研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖Rb/Sr值為0.01～0.10，表明源區(qū)物質(zhì)主要為殼?；旌显础Ｇ叭搜芯勘砻?桑明帥等，2020)，屬不同源區(qū)的部分熔融而形成的過(guò)鋁質(zhì)花崗巖具有不同的CaO/Na2O值；CaO/Na2O<0.3，暗示巖漿可能形成于泥質(zhì)巖石重熔；若CaO/Na2O >0.3，則砂屑巖石重熔而形成過(guò)鋁質(zhì)花崗巖(鐘長(zhǎng)汀等，2007)。研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖CaO/Na2O 值為0.85～1.34，表明源區(qū)可能以砂屑巖為主。綜上所述，筆者認(rèn)為巖漿來(lái)源于以砂屑巖為主的殼?；旌显础?/p>

4.2 構(gòu)造環(huán)境

研究區(qū)位于青海柴北緣大通溝地區(qū)，構(gòu)造位置隸屬柴達(dá)木板塊、阿爾金構(gòu)造帶接觸處。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，侵入巖廣泛分布，由于受后期阿爾金斷裂影響，呈現(xiàn)從北東向南帶狀展布，分別有閃長(zhǎng)巖-石英閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)花崗巖的巖石組合與巖漿序列特征(圖1)。LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果顯示，大通溝南山北花崗閃長(zhǎng)巖形成于中—早二疊世，其時(shí)代為(270±3)Ma。據(jù)吳才來(lái)等(2014a)研究，將研究區(qū)巖漿活動(dòng)劃分為3期：①大于(460～450)Ma，巖石組合包括石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖。②(410～400)Ma，巖石組合包括花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖。③265 Ma，巖石為石英閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖。由表3可看出，研究區(qū)鋯石U-Pb年齡為(458.3±8.2)～(263.0±2.0)Ma，與前人研究成果基本符合。

表3 大通溝南山閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb同位素年齡表

據(jù)吳才來(lái)等(2008)研究，認(rèn)為柴北緣西段三岔溝花崗巖體鋯石SHRIMP U-Pb年齡為(260.4±2.3)Ma和(271.2±1.5)Ma，通過(guò)分析認(rèn)為其形成時(shí)代為晚石炭世—早二疊世，由于古特提斯洋的關(guān)閉，柴北緣的構(gòu)造應(yīng)力從拉張改為收縮，從而發(fā)生陸內(nèi)俯沖，致使本區(qū)隆升為古陸，并且深部幔源物質(zhì)與能量的上侵造成區(qū)內(nèi)中下部地殼重熔，形成豐富的花崗質(zhì)巖漿。

本區(qū)花崗巖是由基性巖漿上升底侵從而導(dǎo)致地殼物質(zhì)熔融的產(chǎn)物，具島弧巖漿巖特征。因此，認(rèn)為區(qū)內(nèi)花崗巖應(yīng)該形成于火山弧構(gòu)造環(huán)境；本文花崗巖里特曼指數(shù)介于1.46～1.64，平均為1.53，為鈣堿性火成巖系列，鋁飽和指數(shù)平均為1.55，與RRG及CEUG具有強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK>1.15)相似。在 Pearce等提出的Rb-Hf-3Ta和Rb-Y+Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖中(圖7)，樣品分別落在火山弧花崗巖范圍內(nèi)，這反映了巖石為俯沖環(huán)境下的島弧花崗巖(Pearce et al.，1984)。

Syn-COLG.通碰撞花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；VAG.火山弧花崗巖；ORG.洋脊花崗巖

5 結(jié)論

(1)大通溝南山北閃長(zhǎng)巖具有高硅、富堿、富鋁、貧鈦特征。鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.52～1.57，均大于1.10，為強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。輕稀土富集，重稀土虧損。具負(fù)Eu異常。呈明顯的右傾型曲線。富集大離子親石元素(LILE)Rb、Th、K等和輕稀土元素(LREE)，相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ti、Y、Yb，Sr和Ti元素，呈“V”型谷，具有明顯虧損。巖漿來(lái)源于以砂屑巖為主的殼幔混合源，屬I-型花崗巖。

(2)大通溝南山北閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，其形成時(shí)代為(270±3)Ma(MSWD=0.076),厘定為中—早二疊世。

(3)本區(qū)巖石為俯沖環(huán)境下的島弧花崗巖，是由基性巖漿上升底侵導(dǎo)致地殼物質(zhì)熔融的產(chǎn)物。