巴顏喀拉北部江日嘎瑪花崗侵入巖地球化學(xué)特征及鋯石年齡

田光昊，侯紅星，邵興坤，孫肖，馬永君，秦丹鶴，安曉宇

(中國地質(zhì)調(diào)查局廊坊自然資源綜合調(diào)查中心，河北 廊坊 065000)

0 引言

巴顏喀拉地體位于青藏高原北部(圖1a)，夾持于阿尼瑪卿縫合帶和甘孜-理塘縫合帶以及龍門山斷裂帶之間[1-4]，呈北西西向展布。該地體大部分被巨厚的三疊系地層覆蓋，隱藏了大量的地質(zhì)信息，被稱為“中國地質(zhì)百慕大”[5-6]。受古特提斯造山作用的影響，巴顏喀拉盆地內(nèi)發(fā)育一定量的三疊紀(jì)花崗巖體，主要呈分散的巖株、巖基狀產(chǎn)出[1,7-8]，花崗巖體的分布總體上呈北西向, 是巴顏喀拉—松潘—甘孜造山帶構(gòu)造發(fā)展過程中的一個(gè)重要組成部分[9]。研究巖體的巖石地球化學(xué)、侵位年齡以及巖漿源區(qū)等特征，對(duì)了解巴顏喀拉—松潘—甘孜造山帶構(gòu)造演化具有重要意義。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置(a)及江日嘎瑪花崗侵入巖地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Geological map of Jiangri Gama intrusive granite with geotectonic position of the study area

研究區(qū)位于巴顏喀拉-松潘-甘孜造山帶北部(圖1a)，自然氣候惡劣以及交通條件較差，前人工作較少，研究程度不高。前人曾在1∶20萬區(qū)調(diào)工作中通過同位素鉀-氬法測(cè)得江日嘎瑪花崗的侵入巖年齡值為226.5 Ma±11 Ma，時(shí)代為印支期晚三疊世。由于侵入體受到后期構(gòu)造、風(fēng)化、蝕變等多重因素影響，黑云母礦物更易受到風(fēng)化和蝕變的影響，據(jù)此時(shí)代不確定，存在較大的質(zhì)疑，并且缺配套巖石樣。因此，本文通過在青海江日嘎瑪?shù)貐^(qū)開展的1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(I47E009010、I47E009011、I47E010010、I47E010011)野外工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合采集樣品的室內(nèi)鑒定、測(cè)試分析、研究等工作，對(duì)江日嘎瑪花崗侵入巖進(jìn)行巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)及年代學(xué)研究，探討其成因及構(gòu)造環(huán)境，為進(jìn)一步研究古特提斯洋的閉合以及陸塊碰撞拼合等構(gòu)造演化過程提供新的證據(jù)。

1 巖石學(xué)特征

江日嘎瑪花崗侵入巖位于青海省瑪多縣江日嘎瑪西側(cè)(圖1b)，出露面積較小，面積約1.32 km2。侵入巖以巖株產(chǎn)出，平面形態(tài)呈不規(guī)則狀渾圓狀，長軸方向北西-南東向，侵位于中三疊世甘德組三段地層中，接觸面呈彎曲狀-鋸齒狀。根據(jù)前人1︰20萬資料，侵入巖南側(cè)可見黑云母二長花崗巖蝕變帶，接觸變質(zhì)巖主要為黑云母堇青石角巖及角巖化不等粒巖屑長石雜砂巖；圍巖北部具堇青石角巖化蝕變強(qiáng)烈。巖體被斷層切割，斷層走向約120°，巖體節(jié)理發(fā)育。花崗巖由斑晶和基質(zhì)組成，局部可見砂巖包體。部分地段較差形成坡積碎石，沿破碎面發(fā)育弱孔雀石化，銅藍(lán)，呈浸染狀、薄膜狀分布。

江日嘎瑪花崗侵入巖巖性以二長花崗巖為主，巖石風(fēng)化色多為灰黃色、灰白色(圖2a)，新鮮色為灰白色，表面見有少量褐鐵礦化，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斑晶和基質(zhì)組成(圖2b)。其中，斑晶粒度0.3～1 cm，斑晶中主要以灰白色石英和長石組成；基質(zhì)粒度肉眼可見，粒度多為1～3 mm。主要礦物成分有石英(約占20%)、斜長石(約占18%)、條紋長石(約占30%)和中長石(約占12%)，次要礦物為黑云母(約占13%)和綠泥石(5%)，副礦物為磷灰石(1%)、鋯石(1%)和極少量的綠簾石。斜長石呈半自形板條狀(圖2b)，晶面較渾濁，次生泥化、絹云母化，可見細(xì)密且平直的聚片雙晶。中長石呈半自形板條狀、寬板狀，可見聚片雙晶和環(huán)帶構(gòu)造。條紋長石呈半自形板條狀、寬板狀，糙面明顯，可見細(xì)脈狀、細(xì)棒狀條紋雙晶。石英呈他形粒狀，可見干靜明亮，具有波狀消光，黑云母呈寬板狀、片狀，具有明顯多色性，淺褐色-棕褐色，可見一組極完全解理，平行消光，發(fā)生退變質(zhì)作用，形成綠泥石化，具有墨水蘭異常干涉色。

圖2 二長花崗巖巖石學(xué)特征Fig.2 Petrological characteristics of mozonitic granitea.巖石標(biāo)本照片；b.顯微鏡下特征(+,10×5; 據(jù)D5512-b2薄片)Q.石英；Pl.斜長石；Per.條紋長石；Bt.黑云母

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 主量元素特征

本次研究在江日嘎瑪花崗侵入巖不同位置采集了4塊花崗巖石樣品，并將4塊樣品送往中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心分別進(jìn)行主量、微量及稀土元素測(cè)試分析。

由表1可知，檢測(cè)據(jù)4件樣品w(SiO2)=69.63%～71.05%，較高，屬酸性巖。里特曼指數(shù)σ=1.97～2.06(表2)，σ<4，為鈣堿性巖。從w(SiO2)—w(K2O)分類圖解(圖3)上可以看出，巖體屬于高鉀鈣堿性系列巖石(圖3a)。巖石的w(K2O)>w(Na2O)，A/NK=1.396～1.459，A/CNK=1.017～1.043，屬弱過鋁質(zhì)巖石(圖3b)。堿度指數(shù)AR=2.4～2.61，較高；固結(jié)指數(shù)SI=7.88～10.29，較低，巖漿分異程度高，巖石酸性程度也高；分異指數(shù)DI=76.62～83.46，較高，表明巖漿酸性程度高；說明SiO2、K2O含量高，F(xiàn)eO、MgO、CaO含量低，巖石屬酸性高硅、鋁、鉀，低鎂、鈉、鐵。從表3不難看出，江日嘎瑪二長花崗巖巖石CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物缺少標(biāo)準(zhǔn)礦物透輝石(Di)，而出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)礦物剛玉(c)，標(biāo)準(zhǔn)礦物組合為Q、Or、Ab、An、C、Hy，顯示巖石屬SiO2過飽和鋁過飽和類型。懷特和查佩爾(Write A J R和Chappell B W, 1974, 1977)等在區(qū)分Ⅰ型和S型花崗巖的化學(xué)參數(shù)，A/CNK值小于1.1者為Ⅰ型，大于1.1者為S型。Griffiths等(1983)在區(qū)分M型、Ⅰ型、S型和A型花崗巖時(shí)又曾提出了一個(gè)巖石化學(xué)指數(shù)S/I(S/I=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+CaO))。S/I指數(shù)<1.1、SiO2含量范圍較寬、w(Fe2O3)/w(FeO)>0.4，為Ⅰ型花崗巖；S/I指數(shù)>1.05、SiO2含量高而變化范圍窄、w(Fe2O3)/w(FeO)<0.4，為S型花崗巖。江日嘎瑪二長花崗巖的A/CNK值或S/I指數(shù)為1.017～1.043，該值<1.1，具有Ⅰ型花崗巖特征。

表1 江日嘎瑪二長花崗巖巖石化學(xué)含量Table 1 Petrochemical analysis of Jiangri Gama Mozonitic granite

表2 江日嘎瑪二長花崗巖巖石化學(xué)特征Table 2 Petrochemical characteristics of Jiangri Gama Mozonitic granite

表3 江日嘎瑪二長花崗巖巖石CIPW組成特征Table 3 CIPW characteristics of Jiangri Gama Mozonitic granite

圖3 江日嘎瑪二長花崗巖w(SiO2)—w(K2O)圖解及A/CNK—A/NK圖解Fig.3 w(SiO2)-w(KO2) and A/CNK-A/AK diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

2.2 稀土元素特征

江日嘎瑪二長花崗巖的稀土元素分析結(jié)果見表4，稀土元素特征值見表5。

表4 江日嘎瑪二長花崗巖稀土元素含量Table 4 REE content of Jiangri Gama Mozonitic granite

花崗巖稀土總量144.98×10-6～159.39×10-6，平均152.05×10-6，略低于地殼平均值(據(jù)黎彤, 1976)，高于地幔平均值(據(jù)黎彤，1976)，稀土元素屬富集型。輕稀土含量130.02×10-6～142.91×10-6，重稀土含量14.96×10-6～16.63×10-6，輕重稀土比值為8.01～8.83(表5)，且稀土元素曲線為右傾型，屬輕稀土富集型。La與Yb比值高(12.15～14.65)、變化范圍較小，稀土分餾程度也高(w(La)N/w(Yb)N=8.72～10.51)；Gd與Yb比值較高(1.96～2.38)、變化范圍較小，Sm與Nd比值低(0.20～0.21)、變化范圍小且均<0.333(據(jù)赫爾曼)，為富集型。表明為輕稀土富集型。

表5 江日嘎瑪二長花崗巖稀土元素特征值Table 5 REE characteristics value of Jiangri Gama Mozonitic granite

圖4a為稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線圖，該標(biāo)準(zhǔn)化曲線為左高右低向右略陡傾的曲線，負(fù)銪異常，其中δEu=0.57～0.60，樣品均有Eu負(fù)異常，Eu虧損明顯，成巖主要處于強(qiáng)氧化環(huán)境。造成Eu虧損可能是在分餾結(jié)晶過程中長石結(jié)晶或在部分熔融作用中長石殘留在源區(qū)，形成強(qiáng)負(fù)Eu異常的殘余熔體。δCe=0.98～1.03，平均1.01，Ce無異常，說明巖體受流體影響不明顯。本次工作獲得的4件樣品稀土配分曲線基本一致，配分曲線均為向右傾斜的輕稀土富集型，顯示了巖漿演化的同源性。

2.3 微量元素特征

江日嘎瑪二長花崗巖的微量元素分析結(jié)果(表6和表7)表明，Ni、Cr等親鐵元素含量高于世界同類花崗巖，預(yù)示著成礦條件較差；明顯富集高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr、Hf，虧損Nb、U、Ta、Ti，明顯富集大離子親石元素Ba，虧損Rb、K。微量元素蛛網(wǎng)元素分布圖(圖4b)中P、Ti虧損強(qiáng)烈，元素分布形式與同碰撞花崗巖相近，反映出該期花崗巖具有Ⅰ型花崗巖的特征。總體上，顯示有同碰撞花崗巖的特點(diǎn)。

表6 江日嘎瑪二長花崗巖微量元素含量Table 6 Trace element content of Jiangri Gama Mozonitic granite

表7 江日嘎瑪二長花崗巖微量元素含量Table 7 Trace element content of Jiangri Gama Mozonitic granite

圖4 江日嘎瑪二長花崗巖稀土元素配分曲線(a)和微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.4 REE pattern (a) and trace element spider (b) diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

3 侵入巖時(shí)代

本次工作采集中細(xì)粒二長花崗巖鋯石U-Pb測(cè)年樣品共1件，選出單顆粒鋯石送西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行SHRIMP U-Pb同位素測(cè)年分析。共選取31顆形態(tài)各異的鋯石開展測(cè)年工作。鋯石樣品為短柱狀、長柱狀，以短柱狀居多，少量為長柱狀，淡棕色，透明，核部具有較好的振蕩型環(huán)帶，為無色透明中短柱狀自形晶體，屬巖漿成因鋯石(圖5)。其具體的測(cè)定結(jié)果和計(jì)算得到相關(guān)參數(shù)詳見表8。

圖5 中細(xì)粒二長花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.5 Cathodo-luminescence image of zircon from medium-fine grained Mozonitic granite

表8 江日嘎瑪二長花崗巖鋯石U-Pb法同位素年齡測(cè)定結(jié)果Table 8 U-Pb dating age of zircon from Jiangri Gama Mozonitic granite

樣品共獲得了17個(gè)測(cè)點(diǎn)的年齡數(shù)據(jù)，206Pb/238U年齡變化于219 Ma—227Ma，均投影在U-Pb諧和曲線上或附近(圖6)；206Pb/238U加權(quán)平均年齡為222.5 Ma±1.9 Ma。數(shù)據(jù)表明，花崗巖的時(shí)代為中生代晚三疊統(tǒng)，代表了花崗巖的結(jié)晶年齡。

圖6 江日嘎瑪二長花崗巖鋯石U-Pb諧和曲線(a)及加權(quán)平均年齡(b)Fig.6 U-Pb concordia diagram and weighted averge age of zircon from Jiangri Gama Mozonitic granite

4 討論

江日嘎瑪二長花崗巖在巖石學(xué)具有似斑狀結(jié)構(gòu)。巖石地球化學(xué)特征上，富鋁高鉀，高Si、Al2O3、K，低Na、貧Ca、Mg、Fe，為鈣堿性巖。在巖石成因系列的w(TiO2)—w(Zr)圖解(圖7)及w(SiO2)—w(Zr)圖解(圖8)中，江日嘎瑪二長花崗巖均投在Ⅰ型花崗巖。稀土元素方面，稀土總略低于地殼平均值而高于地幔平均值，輕重稀土比值變化范圍8.01～8.83，稀土配分曲線均為向右傾斜的輕稀土富集型，具有碰撞造山環(huán)境特征。Rb/30-Hf-Ta×3構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖9)顯示，屬碰撞后花崗巖。以上表明，江日嘎瑪二長花崗巖為碰撞后形成的花崗巖。

圖7 江日嘎瑪二長花崗巖w(TiO2)—w(Zr)圖解Fig.7 w(TiO2)—w(Zr) diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

圖8 江日嘎瑪二長花崗巖w(Zr)—w(SiO2)圖解Fig.8 w(Zr)—w(SiO2) diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

圖9 Rb/30-Hf-Ta×3構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.9 Rb/30-Hf-Ta×3 tectonic discrimination diagram

巴顏喀拉山晚三疊世巖漿活動(dòng)時(shí)間時(shí)代跨度較大，從晚三疊世早期到晚期在巴顏喀拉山內(nèi)呈帶狀分布。本次測(cè)得江日嘎瑪二長花崗巖年齡在215.7 Ma—230Ma ，基本符合巴顏喀拉巖區(qū)花崗巖類巖漿侵位年齡為220 Ma—212 Ma[1-4,10-14]，屬碰撞造山后期及不久形成，為碰撞后階段拆沉作用形成的鎂鐵質(zhì)巖漿底侵不同源區(qū)地殼部分熔融的結(jié)果[1,6,15]。江日嘎瑪花崗侵入巖形成于碰撞造山后期地殼減薄環(huán)境中。

5 結(jié)語

通過對(duì)巴顏喀拉北部江日嘎瑪花崗侵入巖開展系統(tǒng)的鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)綜合研究獲得主要認(rèn)識(shí)如下：

(1)江日嘎瑪?shù)貐^(qū)花崗侵入巖具似斑狀結(jié)構(gòu)，富含黑云母，高Si、Al2O3、K，低Na、貧Ca、Mg、Fe的特點(diǎn)，為鈣堿性巖，鋁飽和指數(shù)<1.1，屬后碰撞環(huán)境下形成的I型花崗巖。

(2)該花崗侵入巖侵位于三疊紀(jì)地層中，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為222.5 Ma±1.9 Ma，時(shí)代為中生代晚三疊世。

(3)該花崗侵入巖形成于碰撞造山后期地殼減薄環(huán)境中。