中祁連西段肅北白石頭溝輝長巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

楊國林 任文秀 李軍 王文佳 丁仨平 梁明宏

摘? ?要：為厘清白石頭溝輝長巖體形成時代、成因及構(gòu)造環(huán)境，對該巖體開展LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年和地球化學(xué)特征分析。結(jié)果顯示，巖體鋯石206Pb/238U同位素加權(quán)平均年齡為（300.8±3.5） Ma，時代為晚石炭世。肅北地區(qū)白石頭溝輝長巖之鋯石在CL圖像呈條痕狀吸收，Th/U比值較高，為0.30～2.97，為典型巖漿成因鋯石。輝長巖具較低的SiO2含量（48.01%～49.32%）、較高的Al2O3（16.90%～17.42%）和CaO含量（8.19%～9.71%）;稀土總量較高，∑REE=129.77×10-6～145.53×10-6，具弱的Eu負(fù)異常，δEu=0.79，LREE/HREE=6.25～8.03，輕重稀土元素分餾相對明顯，（La/Yb）N=9.36～12.55，稀土元素分布模式呈右傾型。在微量元素蛛網(wǎng)圖上，相對富集大離子親石元素（LILE）Rb，Ba，Sr，虧損高場強元素（HFSE）Th，Nb，Ta，Ce，Zr，Hf。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化歷史，表明肅北地區(qū)晚石炭世輝長巖體可能形成于板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。

關(guān)鍵詞：中祁連;肅北;輝長巖;SHRIMP鋯石U-Pb定年;晚石炭世

中亞造山帶位于華北板塊與西伯利亞板塊之間，是當(dāng)今地質(zhì)學(xué)研究的熱點區(qū)域之一[1-7]。祁連造山帶處于中亞造山帶南側(cè)，在大地構(gòu)造上位于秦-祁-昆三岔裂谷系交匯部位[8]。由于特殊的構(gòu)造位置，研究該區(qū)巖漿作用對認(rèn)識祁連造山帶、中亞造山帶和中國板塊構(gòu)造及演化歷史具重要意義[4，9]。祁連山造山帶位于阿拉善地塊與柴達(dá)木板塊之間[10-11]，由北往南依次劃分為北祁連、中祁連和南祁連等3個構(gòu)造單元。前人對北祁連基性火山巖、中祁連東段早古生代基性火山巖及早古生代閃長巖研究較多[8，11-16-18]，對中祁連西段晚古生代基性火山巖研究相對薄弱。本文通過對中祁西段肅北地區(qū)白石頭溝輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)特征的研究，結(jié)合前人研究成果，討論該巖體形成時的構(gòu)造環(huán)境，為探討中祁連山大地構(gòu)造演化及地球動力學(xué)機制研究提供新證據(jù)。

1? 區(qū)域地質(zhì)背景

祁連山造山帶是研究大陸造山帶古構(gòu)造體制、動力學(xué)和造山作用過程的理想場所[17]。北祁連造山帶為加里東期增生造山帶（圖1），該造山帶經(jīng)歷了早古生代俯沖消減、陸-陸碰撞及晚古生代以來的陸內(nèi)匯聚等階段[4，17，19-22]，北祁連洋殼向南俯沖最終消亡于中祁連和歐龍布魯克隆起區(qū)之下[23]，發(fā)育有蛇綠巖殘片、高壓變質(zhì)巖、中酸性侵入巖和島弧火山巖、磨拉石建造和復(fù)理石建造等，至石炭紀(jì)祁連山造山運動完全終止，地殼相對穩(wěn)定，火山活動減弱[4，17，19-22]。白石頭溝輝長巖體位于肅北地區(qū)南東20 km處（圖1），構(gòu)造上處于阿爾金主斷裂南側(cè)，屬中祁連山地塊西段[11]。區(qū)內(nèi)出露黨河群、敦煌群和多若諾爾群組成的元古代變質(zhì)結(jié)晶基底巖系，寒武系淺變質(zhì)灰?guī)r、碎屑巖及火山巖等覆蓋于其上，石炭系為灰黑色頁巖、砂巖、灰?guī)r夾薄煤層[11]。

2? 巖相學(xué)特征

輝長巖呈半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由斜長石（55%～57%）、角閃石（35%～37%）、石英（3%～5%）、輝石（1%～5%）和黑云母等組成（圖2）。斜長石呈半自形-自形板柱狀，無色，表面較臟，可見聚片雙晶，少量長石表面發(fā)生絹云母化。角閃石呈柱狀、粒狀，橫切面見兩組閃石解理。角閃石顆粒邊緣較破碎，多呈撕裂狀，伴隨有金屬礦物的析出，沿解理部分發(fā)生陽起石化和綠泥石化。石英呈他形粒狀，無色，表明較干凈，沿長石和角閃石間分布。輝石呈自形-半自形短柱狀。黑云母微量，呈片狀，紅褐色，局部析出鐵質(zhì)，可見綠泥石化。

3? 樣品采集和測試方法

在白石頭溝輝長巖體中采集巖石地球化學(xué)樣品4件，同位素測年樣品1件，采樣點地理坐標(biāo)為： E95°15′28′′，N39°20′34′′。鋯石分選在西安地質(zhì)調(diào)查中心實驗室進(jìn)行，將原巖樣品破碎至100 μm，采用磁法和重液進(jìn)行分選，在雙目顯微鏡下手工挑選，據(jù)宋彪等論述方法制作靶區(qū)[24]。本文鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像在西安地質(zhì)調(diào)查中心實驗室電子顯微鏡專業(yè)實驗室掃描電鏡上完成。鋯石U-Pb定年在西安地質(zhì)調(diào)查中心實驗室完成，使用分析儀器為激光等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）。數(shù)據(jù)處理、年齡計算和繪圖采用ISOPLOT程序[25]。主量元素在長安大學(xué)成礦作用及動力學(xué)實驗室分析完成，采用X熒光光譜（XRF）方法測試，測試精度在1%之內(nèi)。微量和稀土元素在國土資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心分析測試完成。測試時室內(nèi)溫度20°C，相對溫度35°C，儀器型號為ELEMENT等離子體質(zhì)譜分析儀。

4? LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果

BS01樣品鋯石顆粒大小不一，呈長柱狀自形-半自形，少量為它形。鋯石長寬比為1.2∶1～2.1∶1，CL圖像顯示（圖3），鋯石成分大多不均勻，具不規(guī)則振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，部分顯示核-邊結(jié)構(gòu)。對24個點的LA-ICP-MS進(jìn)行定年分析，結(jié)果見表1。輝長巖樣品BS01的23個鋯石顆粒中（剔除測點號20異常值343.6），所有數(shù)據(jù)點均落在諧和線上及附近（圖4）。206Pb/238U年齡集中于288.2～321 Ma，206Pb/238U加權(quán)平均值為（300.8±3.5） Ma（MSWD=2.4），代表巖漿結(jié)晶年齡。

5? 巖石地球化學(xué)特征

選取新鮮巖石樣品進(jìn)行主、微量和稀土元素測量分析，結(jié)果見表2。

5.1? 主量元素

晚石炭世輝長巖樣品SiO2含量較低，為48.01%～49.32%，平均48.61%，屬基性巖范圍;Al2O3含量較高，為16.90%～17.42%，平均17.16%;Na2O含量較低，平均2.93%;K2O含量較高，平均1.16%;全堿（Na2O+K2O）含量較高，為3.72%～4.70%，平均4.09%;CaO含量較高，為8.19%～9.71%，平均8.97%;TiO2含量較低，為1.22%～1.45%，平均1.38%;TFeO含量較高，為9.72%～10.71%，平均10.34%，呈富鐵特征;Mg#值較低，為35.46～37.53，平均36.39。巖體在TAS圖解中落入輝長巖范圍，為亞堿性系列基性巖。里特曼指數(shù)σ=1.46<3.3（圖5-a），在AFM圖解中落入鈣堿性玄武巖系列（圖5-b）。與中國輝長巖類平均值相比[26]，Al2O3含量偏高，TiO2含量偏低，P2O5含量略低。MgO含量與Na2O+K2O含量呈負(fù)相關(guān)，表明有斜長石結(jié)晶堆積[27]。

5.2? 稀土元素

白石頭溝輝長巖體稀土元素含量及特征值顯示（表2）： 稀土總量較高，∑REE=129.77×10-6～145.53×10-6，平均139.07×10-6，高于N-MORB的39.11×10-6;LREE/HREE=6.25～8.03，平均7.24，說明輕稀土明顯富集，重稀土虧損;（La/Yb）N=9.36～12.55，平均10.05，說明輕、稀土分餾明顯。白石頭溝輝長巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖中（圖6-a）， 曲線總體呈輕稀土富集的右傾型特征。樣品模式曲線大致平行，顯示同源演化特征[28]。樣品具Eu弱的負(fù)異常，δEu=0.79，Ce幾乎無異常，δCe=1.04。

5.3? 微量元素

從表2可見，白石頭溝輝長巖體微量元素含量變化較大。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中（圖6-b），白石頭溝輝長巖體總體呈右傾[28]。大離子親石元素（LILE）Rb，Ba，Sr等相對富集，高場強元素（HFSE）Th，Nb，Ta，Ce，Zr，Hf等相對虧損。Nb，Ta的虧損可能與地殼物質(zhì)混染有關(guān)[30]。Th/Ta比值為0.43～3.96，平均2.29，比原始地幔Th/Ta比值（2.2）略高[31]，說明與地殼物質(zhì)混染有關(guān)。

6? 討論

6.1? 巖體成巖時代

1976年甘肅省地質(zhì)局在1∶20萬肅北幅地質(zhì)圖區(qū)域調(diào)查報告中1，將白石頭溝附近元古代基底巖系中的侵入巖，劃為早古生代巖漿巖。毛景文等獲得北祁連山西段寒山金礦床石英流體包裹體同位素等時線年齡（303±10） Ma[32]。白石頭溝輝長巖體鋯石以自形柱狀為主，具較好的生長環(huán)帶或扇形分帶，Th/U=0.30～2.97，平均1.57，為典型巖漿成因鋯石[33-37]。利用LA-ICP-MS鋯石獲得白石頭溝巖漿侵位時代為（300.8±3.5） Ma，為晚石炭世，屬華力西期巖漿巖。晚古生代（300.8±3.5） Ma輝長巖在中祁連西段肅北白石頭溝為首次報道。

6.2? 源巖和構(gòu)造環(huán)境分析

白石頭溝輝長巖固結(jié)指數(shù)平均值SI=28，相對較高，說明其結(jié)晶分離程度低。其樣品具Eu弱負(fù)異常，δEu=0.79，說明斜長石結(jié)晶分離作用不顯著，可能是由于輝長巖發(fā)生混染所致。地殼La/Nb值（2.2）比原始地幔La/Nb值（0.98～1）高。據(jù)La/Nb值可判斷地幔物質(zhì)是否受到陸殼的混染[38]，當(dāng)前樣品La/Nb值為1.98（1.60～2.31），非常接近地殼，說明地殼混染程度較高。在Rb/Nb-Rb/Zr圖解中（圖7-a），輝長巖體具平行于部分熔融演化趨勢，在Cr–Rb圖解中（圖7-b），樣品呈近似平行部分熔融演化趨勢，說明白石頭溝輝長巖可能是幔源物質(zhì)部分熔融產(chǎn)物[39-40]。稀土等分布圖顯示，成巖過程中有較多地殼成分混染（圖6-a），表明巖漿在上升侵位過程中受到地殼混染作用。

輕稀土明顯富集，（La/Yb）N=9.36～12.55，平均10.05，大離子親石元素（LILE）Rb，Ba，Sr等相對富集，高場強元素（HFSE）Th，Nb，Ta，Ce，Zr，Hf等相對虧損，與板內(nèi)幔源巖漿作用產(chǎn)物一致[27，41-42]。在TiO2-K2O-P2O5圖解上，白石頭溝輝長巖4件樣品均投在大陸玄武巖區(qū)（圖8-a），指示輝長巖產(chǎn)出于板內(nèi)環(huán)境[42-43];在2Nb-Zr/4-Y圖解中，該巖體2件樣品投在E-MORB，另2件樣品投在板內(nèi)堿性玄武巖或板內(nèi)拉斑玄武巖向E-MORB過渡區(qū)域（圖8-b）[44]。白石頭溝輝長巖Ta/Hf=0.34、Th/Ta=2.29、Nb/Zr=0.17、Th/Nb=0.13和La/Nb=1.95，推測該輝長巖形成于大陸板內(nèi)環(huán)境或大陸裂谷環(huán)境[42，45-46]。在Ta/Hf-Th/Hf微量元素構(gòu)造判別圖解中（圖9-a）[46]，白石頭溝輝長巖3件樣品主要投在大陸板內(nèi)初始裂谷區(qū);在Nb/Zr-Th/Zr構(gòu)造判別圖解中（圖9-b）[47]，白石頭溝輝長巖2件樣品投在大陸板內(nèi)玄武巖區(qū)，說明白石頭溝輝長巖可能形成于板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。

6.3? 地質(zhì)意義

本文獲得中祁西段肅北地區(qū)白石頭溝輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb同位素年齡為（300.8±3.5） Ma，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景及構(gòu)造環(huán)境判別圖解，認(rèn)為該巖體產(chǎn)出于板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。從Rodinia超大陸裂谷化和裂解開始，經(jīng)早古生代大洋打開和擴張形成北祁連洋，北祁連洋向南俯沖形成弧后拉伸和洋盆閉合，直至弧-陸碰撞和陸-陸碰撞，形成祁連山構(gòu)造演化[4]。至石炭紀(jì)時，祁連山造山運動完全終止，地殼相對穩(wěn)定[4，17，19-22]。

7? 結(jié)論

（1） 甘肅肅北地區(qū)白石頭溝輝長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為（300.8±3.5） Ma，表明其侵位時代為晚石炭世，屬華力西期。

（2） 肅北地區(qū)白石頭溝輝長巖呈亞堿性，屬鈣堿性巖石系列，SiO2含量較低、Al2O3和CaO含量較高，結(jié)合相對富集大離子親石元素Rb，Ba，Sr，虧損高場強元素Th，Nb，Ta，Ce，Zr，Hf，說明巖漿上升侵位過程中受到地殼混染作用。

（3） 晚石炭世期間，肅北地區(qū)白石頭溝輝長巖可能形成于板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境。

致謝： 感謝中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院陳軍林博士在論文撰寫方面提供的指導(dǎo)與幫助。感謝匿名審稿人給予本文寶貴的修改意見與建議。

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Chronology and Geochemistry of Gabbro in Baishitougou area，the Western Segment of Central Qilian and Its Geological Implications

Yang Guolin1，Ren Wenxiu2，Li Jun3，Wang Wenjia2，Ding Sanping2，Liang Minghong2

（1.BaiLie School of Petroleum Engineering， Lanzhou City University， Lanzhou， Gansu，730070， China; 2.Gansu Geological Survey Institute， Lanzhou， Gansu， 730000， China; 3.College of Geography and Environmental

Engineering， Lanzhou City University， Lanzhou，Gansu，730070， China）

Abstract： In order to clarify the formation age， genesis and tectonic setting of the Baishitougou gabbro， LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating and geochemical characteristics were analyzed. The results show that the zircon 206Pb/238U isotope-weighted mean age is 300.8±3.5Ma， which is at the turn of the Late Carboniferous. The selected zircons of pluton exhibit striped absorption in cathodoluminescence （CL） images， and have high Th/U ratios （0.30～2.97）， implying a magmatic origin. Gabbro in Baishitougou， Subei area has low content of SiO2 （48.01%～49.32%）， high content of Al2O3 （16.90%～17.42%） and CaO （8.19%～9.71%）. And have high REE （∑REE=129.77×10-6～145.53×10-6）， with slightly Eu anomalies （δEu=0.79）， LREE/HREE=6.25～8.03， enrichment in LREE and relatively depletion in HREE [（La/Yb）N=9.36～12.55]. The rare earth element distribution patterns display as right-leaning. The trace element spider diagrams showed that they are enriched in LILE （Rb， Ba and Sr）， moderately depleted of HFSE （Th， Nb， Ta， Ce， Zr and Hf）. Combining with the tectonic implications， the Late Carboniferous gabbro was formed in intraplate extensional tectonic setting.

Key words：Central Qilian block;Subei;Gabbro;SHRIMP zircon U–Pb dating;Late Carboniferous