青海南山奧陶紀(jì)巖漿弧:來自茶卡北山閃長巖鋯石U-Pb年代學(xué)、元素地球化學(xué)和Hf同位素的證據(jù)

李五福, 潘 彤, 王秉璋, 張新遠(yuǎn), 鄭 英,王春濤, 李善平, 韓 杰

青海南山奧陶紀(jì)巖漿弧:來自茶卡北山閃長巖鋯石U-Pb年代學(xué)、元素地球化學(xué)和Hf同位素的證據(jù)

李五福1, 2, 潘 彤3*, 王秉璋1, 2, 張新遠(yuǎn)1, 2, 鄭 英1, 2,王春濤1, 2, 李善平1, 2, 韓 杰1, 2

(1. 青海省地質(zhì)調(diào)查院, 青海 西寧 810012; 2. 青海省青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青海 西寧 810012; 3. 青海省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 青海 西寧 810001)

青海南山構(gòu)造帶發(fā)育NW-SE向展布的早古生代侵入巖, 對(duì)其開展研究對(duì)了解青海南山構(gòu)造帶早古生代階段地質(zhì)屬性與地質(zhì)過程具有重要意義。本文對(duì)茶卡北山恰讓地區(qū)閃長巖進(jìn)行了詳細(xì)的巖石學(xué)、地球化學(xué)和LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究。結(jié)果表明, 恰讓閃長巖形成于晚奧陶世(446～447 Ma)。巖石具中等含量的硅(SiO2=49.68%～62.52%)、富鈉(Na2O=2.48%～3.13%、K2O/Na2O=0.37～1.30, 平均0.79)、高鎂(MgO=4.45%～6.84%、Mg#值為62～68)、高Cr(158×10–6～ 384×10–6)和Ni(74.7×10–6～136×10–6)特征。巖石的稀土元素總量較低, 稀土元素配分曲線顯示富集輕稀土元素, 略虧損重稀土元素, 具有輕微的Eu負(fù)異常(δEu=0.76～0.82)。微量元素蛛網(wǎng)圖顯示富集大離子親石元素(LILE)K、Cs、Sr、Rb, 相對(duì)虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta、P、Ti等元素。鋯石Hf()值較低為?7.8～?2.6。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景資料, 我們認(rèn)為恰讓 閃長巖巖體形成于島弧背景, 可能是南祁連洋向北俯沖背景下俯沖沉積物熔體與地幔楔橄欖巖反應(yīng)的產(chǎn)物。

青海南山; 恰讓閃長巖; 鋯石U-Pb定年; 地球化學(xué); 構(gòu)造環(huán)境

0 引 言

青海南山構(gòu)造帶位于青藏高原東北部, 處于祁連造山帶和秦嶺?大別造山帶之間宗務(wù)隆陸緣裂谷中(張雪亭等, 2007; 潘桂棠等, 2013; 張永明等, 2017), 是西秦嶺構(gòu)造帶、南祁連構(gòu)造帶和宗務(wù)隆構(gòu)造帶多級(jí)別地塊?洋盆的銜接、轉(zhuǎn)換、匯聚重組的重要區(qū)域, 長期受到地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注(馮益民等, 2002; 宋述光等, 2004; 潘彤等, 2006; 郭安林等, 2009; 閆臻等, 2012a)。姜春發(fā)等(2000)將青海南山構(gòu)造帶稱作昆秦岔口, 認(rèn)為其與瑪卿斷裂以北、西秦嶺南部和東昆侖南帶共同構(gòu)成了中央造山帶的印支期褶皺帶。由于該構(gòu)造帶獨(dú)特的構(gòu)造位置, 成為研究特提斯構(gòu)造演化的最佳場所。構(gòu)造帶內(nèi)以大面積出露三疊系并發(fā)育中生代火山?巖漿作用為典型特征, 依據(jù)這些出露豐富的早三疊世復(fù)理石沉積和三疊紀(jì)侵入巖提供的證據(jù), 可以確定青海南山中生代屬于南祁連南緣的活動(dòng)大陸邊緣(閆臻等, 2012b; Yan et al., 2014, 2020; 張永明等, 2017)。近年來, 在青海南山發(fā)現(xiàn)早古生代巖漿記錄(田淇等, 2018; 張永明等, 2019; 張世成等, 2019), 但對(duì)其構(gòu)造屬性研究相對(duì)較少。因此, 開展青海南山構(gòu)造帶早古生代巖漿活動(dòng)的研究, 對(duì)于探討特提斯演化階段各造山帶及塊體的銜接轉(zhuǎn)換關(guān)系等具有重要意義。

本文以青海南山構(gòu)造帶西段茶卡北山地區(qū)的恰讓奧陶紀(jì)閃長巖為研究對(duì)象, 在詳細(xì)的野外考察基礎(chǔ)上, 開展了巖石學(xué)、地球化學(xué)和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年工作, 結(jié)合前人研究成果, 探討了該巖體的巖石成因和動(dòng)力學(xué)背景, 為合理理解青海南山構(gòu)造帶早古生代構(gòu)造演化提供依據(jù)。

1 地質(zhì)特征

青海南山構(gòu)造帶地處鄂拉山陸緣弧和宗務(wù)隆山?夏河甘家裂谷結(jié)合部位(潘桂堂等, 2013)(圖1b)。該構(gòu)造帶內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育, 主要呈NWW-SEE或近EW向展布。主要出露有前寒武系達(dá)肯大坂巖群、石炭系?中二疊統(tǒng)中吾農(nóng)山群、下?中三疊統(tǒng)隆務(wù)河組和大量侵入巖。其中達(dá)肯大坂巖群由斜長角閃巖、黑云斜長片麻巖、鎂質(zhì)大理巖等組成, 遭受角閃巖相變質(zhì)作用。

在茶卡北山一帶呈狹窄帶狀分布的灰色二云母石英片巖、云母片巖組合(圖1c), 1∶2.5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時(shí)將其從大肯大阪巖群中解體出來, 命名為長城紀(jì)?奧陶紀(jì)茶卡片巖。該套片巖組合在露頭上普遍發(fā)生糜棱巖化、碎裂巖化, 并含有豐富的石榴子石、堇青石、十字石。中吾農(nóng)山群出露于茶卡片巖兩側(cè), 張雪亭等(2007)根據(jù)巖性組合將其劃分為土爾根大坂組、果可山組和甘家組。土爾根大坂組主要為淺海相細(xì)碎屑巖沉積組合; 果可山組為一套碳酸鹽巖夾細(xì)碎屑巖和少量火山巖組合; 甘家組是一套淺海相碳酸鹽巖組合夾變火山巖。隆務(wù)河組是一套典型的復(fù)理石碎屑巖沉積建造。區(qū)域地質(zhì)資料表明, 茶卡北山巖漿巖類型相對(duì)復(fù)雜, 包括新元古代?晚三疊世輝長巖、石英閃長巖、二長花崗巖、斑狀花崗巖以及偉晶巖等。其中晚古生代?三疊紀(jì)巖漿事件最強(qiáng)烈, 巖石類型齊全, 從基性到中酸性巖均有發(fā)育, 以中酸性巖為主; 偉晶巖脈呈帶狀展布, 與稀有金屬關(guān)系密切(王秉璋等, 2020)。本次研究的恰讓閃長巖體位于茶卡北山恰讓瑪隴哇, 呈NW向帶狀展布, 與茶卡北山片巖、土爾根大坂組、果可山組均呈斷層接觸, 但局部地段可見其侵入于茶卡北山片巖(圖1c), 出露面積約19.3 km2。該巖體巖性主要為閃長巖(圖2a、b), 含有豐富的細(xì)粒閃長質(zhì)包體(圖2c); 因受后期構(gòu)造影響, 部分包體具有定向性。此外, 該巖體中發(fā)育含Li、Be礦的偉晶巖脈。

2 巖相學(xué)特征

恰讓閃長巖呈半自形粒、柱狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。巖石礦物由斜長石(55%)、普通角閃石(22%)、黑云母(6%)、石英(5%)以及少量磷灰石(<1%)、鋯石、不透明金屬礦物等組成(圖2d)。斜長石呈半自形板狀, 發(fā)育聚片雙晶, 為中長石(An=37, Ab=56), 可見弱碳酸鹽化和絹云母化蝕變。磷灰石、鋯石包裹體在巖石中雜亂分布。普通角閃石呈短柱狀和它形粒狀, 粒徑大小一般在0.20～1.41 mm之間, 多色性明顯, Ng′呈藍(lán)綠色、Nm′呈黃綠色、Np′呈淺黃綠色, 角閃石中解理發(fā)育, 晶體見有細(xì)小裂紋, 裂紋中可見少量黑云母, 在巖石中與黑云母一同不均勻分布于斜長石和石英之間。黑云母呈片狀, 變化于0.08～1.27 mm之間, 受應(yīng)力作用解理發(fā)生輕微的彎曲, 多色性明顯, Ng′=Nm′呈褐色, Np′呈淺黃色, 具輕微的綠泥石化蝕變, 并沿解理析出少許粉末狀不透明礦物。石英呈它形粒狀晶, 粒徑大小多在0.08～0.72 mm之間, 具明顯的波狀消光, 個(gè)別石英晶內(nèi)偶見細(xì)小磷灰石、鋯石包裹體。石英充填于其他礦物間隙并受間隙制約。不透明金屬礦物呈微粒狀、板狀, 量極少, 在巖石中零星分布。

3 分析方法

3.1 鋯石U-Pb定年及Hf同位素分析

用于鋯石LA-ICP-MS定年樣品QR-U-Pb1和QR-U-Pb2均采自無變形、無蝕變且沒有后期巖脈穿插的新鮮基巖露頭(37°01′38″N, 99°02′41″E和37°01′41″N, 99°02′55″E)(圖1c), 每件樣品重量均大于5 kg。樣品的破碎和鋯石的挑選在北京燕都中實(shí)測試技術(shù)有限公司完成。樣品經(jīng)常規(guī)方法粉碎, 通過粗淘、強(qiáng)磁分選等工序分離鋯石, 最后利用顯微鏡人工挑選出晶型相對(duì)完整、透明度高且內(nèi)部裂紋相對(duì)較少的鋯石顆粒, 并制作鋯石靶, 之后拋光至鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)暴露, 在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成鋯石反射光、透射光及陰極發(fā)光(CL)照相。

鋯石U-Pb同位素定年在北京燕都中實(shí)測試技術(shù)有限公司利用LA-ICP-MS完成。激光剝蝕系統(tǒng)為New Wave UP213, ICP-MS為布魯克M90。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度, 二者在進(jìn)入ICP之前通過一個(gè)勻化混合器混合。每個(gè)樣品點(diǎn)分辨包括大約20～30 s的空白信號(hào)和50 s的樣品信號(hào)。U-Pb同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500和Plesovice作為外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正。鋯石微量元素含量利用SRM610作為多外標(biāo)、Si作內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計(jì)算。測試剝蝕束斑直徑為25 μm。普通鉛計(jì)算按3D坐標(biāo)法進(jìn)行校正(Anderson, 2002), 樣品的同位素比值和元素含量計(jì)算采用GLITTER4.4軟件處理, 鋯石的諧和曲線和加權(quán)平均年齡的計(jì)算采用Isoplot3.2程序完成。

圖c中: 1. 古元古代大肯大坂巖; 2. 青白口紀(jì)?奧陶紀(jì)茶卡北山片巖; 3. 石炭系?中二疊統(tǒng)土爾根達(dá)坂組; 4. 石炭系?中二疊統(tǒng)果可山組; 5. 石炭系?中二疊統(tǒng)甘家組; 6. 下?中三疊統(tǒng)隆務(wù)河組; 7. 第四系; 8. 新元古代二長花崗巖; 9. 中奧陶世石英閃長巖; 10. 晚奧陶世石英閃長巖; 11. 早二疊世石英閃長巖; 12. 早三疊世似斑狀二長花崗巖; 13. 早三疊世斑狀花崗巖; 14. 晚三疊世二長花崗巖; 15. 偉晶巖脈; 16. 地質(zhì)界線; 17. 角度不整合界線; 18. 性質(zhì)不明斷層; 19. 正斷層; 20. 平移斷層; 21. 同位素測年。

(a)、(b) 閃長巖露頭照片; (c) 閃長質(zhì)包體; (d) 閃長巖顯微結(jié)構(gòu)照片。礦物代號(hào): Hb. 角閃巖; Pl. 斜長石; Bit. 黑云母; Qz. 石英。

鋯石原位Hf同位素分析由美國熱電Nepture-plus MC-ICP-MS與NewWave UP213激光燒蝕聯(lián)機(jī)測試, 由于鋯石中的176Lu/177Hf值極其低(一般小于0.002),176Lu對(duì)176Hf的同位素干擾可以忽略不計(jì), 每個(gè)測試點(diǎn)的173Yb/172Yb平均值用于計(jì)算Yb的分餾系數(shù), 然后再扣除176Yb對(duì)176Hf的同質(zhì)異位素干擾。173Yb/172Yb的同位素比值為1.35274。

3.2 全巖地球化學(xué)測試

主量、微量元素測試在武漢綜合巖礦測試中心完成。主量元素分析測試采用X熒光光譜法(XRF)完成, 分析儀器為菲利普PW2440型波長色散X-射線熒光光譜儀, 微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)完成, 測試儀器采用美國熱電公司X7電感耦合等離子質(zhì)譜儀。

4 分析結(jié)果

4.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡

閃長巖樣品QR-U-Pb1和QR-U-Pb2中的鋯石顆粒均呈無色透明、自形程度高, 且大多呈短柱狀或等軸狀, 個(gè)別為長柱狀(圖3)。鋯石粒徑長50～180 μm,長/寬值為1～2, 少數(shù)鋯石顆粒長/寬值達(dá)4。CL圖像顯示鋯石顆粒具有清晰的巖漿環(huán)帶。樣品QR-U-Pb1中獲得有效測試點(diǎn)26個(gè), 所有測點(diǎn)均集中分布在諧和線上(圖4a), 顯示出良好的諧和性, 表明鋯石形成后其U-Pb體系一致保持在封閉狀態(tài), 無Pb丟失。這些測點(diǎn)的206Pb/238U年齡集中分布在442～451 Ma之間(表1), 加權(quán)平均年齡為446.8±2.3 Ma(MSWD= 0.01)。樣品QR-U-Pb2獲得有效測試點(diǎn)29個(gè), 所有鋯石測點(diǎn)在諧和線上集中分布, 顯示出極好的諧和性(圖4b),206Pb/238U年齡集中分布在441～450 Ma之間(表1), 加權(quán)平均年齡為445.7±2.5 Ma(MSWD= 0.14)。2件樣品的鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡在誤差范圍內(nèi)基本一致, 代表了閃長巖的巖漿結(jié)晶年齡。綜合分析認(rèn)為恰讓閃長巖的侵位時(shí)間為446～447 Ma。

4.2 巖石地球化學(xué)特征

恰讓閃長巖的主量、微量元素分析結(jié)果見表2。

樣品的SiO2含量為49.68%～62.52%, 屬中性巖類, K2O含量為1.15%～3.37%之間, Na2O含量為2.48%～3.13%之間, K2O+Na2O值為4.36%～6.19%, K2O/Na2O值為0.37～1.30, 平均0.79, 顯示富鈉特征; MgO含量為4.47%～6.84%; Mg#值為62～68。里特曼指數(shù)在1.23～4.47之間, 平均2.02, 為鈣堿性系列; 在TAS圖解(圖5)中, 8個(gè)樣品落入閃長巖區(qū), 1個(gè)樣品落入二長閃長巖區(qū); 在K2O-SiO2圖解(圖6a)中, 樣品主體落入中?高鉀(鈣堿性系列)區(qū)域, 1個(gè)樣品落入鉀玄巖系列區(qū)域。樣品的Al2O3含量為14.33%～18.02%,在A/NK-A/CNK圖解(圖6b)中, 樣點(diǎn)全部落入準(zhǔn)鋁質(zhì)區(qū)域, 表明恰讓閃長巖屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)鈣堿性系列巖石。

圖3 恰讓閃長巖中鋯石CL圖像及同位素年齡

圖4 恰讓閃長巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

表1 恰讓閃長巖的LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分析結(jié)果(QR-U-Pb1、QR-U-Pb2)

續(xù)表1:

表2 恰讓閃長巖主量(%)、微量和稀土元素(′10?6)分析結(jié)果

續(xù)表2:

注：FeOT= FeO+Fe2O3×0.8998; δEu=2EuN/(SmN+GdN)。

1. 橄欖輝長巖; 2a. 堿性輝長巖; 2b. 亞堿性輝長巖; 3. 輝長閃長巖; 4. 閃長巖; 5. 花崗閃長巖; 6. 花崗巖; 7. 硅英巖; 8. 二長輝長巖; 9. 二長閃長巖; 10. 二長巖; 11. 石英二長巖; 12. 正長巖; 13. 似長石輝長巖; 14. 似長石二長閃長巖; 15. 似長石二長正長巖; 16. 似長正長巖; 17. 似長石巖; 18. 二長花崗巖。

閃長巖的稀土總量較低, ΣREE在117.18×10?6～ 146.16×10?6之間, 平均129.59×10?6。LREE/HREE值為7.64～9.92, 平均9.06, (La/Yb)N值為8.39～13.17, 表明閃長巖輕重稀土元素分餾較強(qiáng)。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖解(圖7a)中, 曲線呈右傾斜分布, 富集輕稀土元素, 具有輕微的Eu負(fù)異常(δEu=0.73～0.82)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)上, 富集大離子親石元素(LILE)Th、Pb, 相對(duì)虧損高場強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta、P、Ti等, 曲線明顯右傾, 并且?guī)r石的MgO、Cr、Ni含量高, 具有島弧巖漿巖的地球化學(xué)特征。

4.3 鋯石Hf同位素特征

對(duì)已經(jīng)完成U-Pb年齡測試的鋯石顆粒進(jìn)行Lu-Hf同位素分析, 結(jié)果見表3。樣品QR-U-Pb1中12顆鋯石的176Hf/177Hf值為0.28228～0.28239, 平均值為0.28234,Hf()值介于?7.8～?3.8之間, 平均值為?5.5, 對(duì)應(yīng)的Hf同位素地殼模式年齡(DM2)為1665～1915 Ma, 平均值為1769 Ma。樣品QR-U-Pb2中12顆鋯石的176Hf/177Hf值為0.28237～0.28243, 平均值為0.28239,Hf()值介于?4.7～?2.6之間, 平均值為?3.7, 對(duì)應(yīng)的Hf同位素地殼模式年齡(DM2)為1586～1720 Ma, 平均值為1657 Ma。

圖6 恰讓閃長巖K2O-SiO2(a; 據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)和A/NK-A/CNK(b; 據(jù)Rickwood, 1989)圖解

贊岐巖數(shù)據(jù)引自Tatsumi, 1982; Shimoda et al., 1998; Tatsumi et al., 2003; Kamei et al., 2004。球粒隕石、原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自Sun and McDonough, 1989。

表3 恰讓閃長巖的Hf同位素分析結(jié)果

續(xù)表3:

注：樣品QR-U-PB1的鋯石Hf()值按照446.8 Ma進(jìn)行回算; 樣品QR-U-PB2的鋯石Hf()值按照445.7 Ma進(jìn)行回算。

5 討 論

5.1 巖石成因

恰讓閃長巖SiO2含量為49.68%～62.52%, 屬中性巖類, K2O/Na2O值為0.37～1.30, 平均0.79, 顯示富鈉特征; Mg#值為62～68, 鋁飽和指數(shù)A/CNK值介于0.73～0.96, 屬于偏鋁質(zhì)系列巖石。巖石具有較低的P2O5含量(0.11%～0.22%), 并且隨SiO2的增加而呈現(xiàn)明顯的降低趨勢, A/CNK小于1。巖體富集Th、Pb等大離子親石元素(LILE), 虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素(HFSE), 顯示出與俯沖有關(guān)的弧巖漿巖特征(Kelemen et al., 2007)。巖石具有高的MgO、Cr、Ni含量以及Mg#值, 與高鎂安山巖相似(唐功建和王強(qiáng), 2010; Tang et al., 2010)。高鎂安山巖的成因(唐功建和王強(qiáng), 2010)包括: ①含水地幔橄欖巖的直接部分熔融; ②拆沉下地殼與地幔反應(yīng); ③基性巖漿與酸性巖漿混合; ④俯沖沉積物熔體與地幔橄欖巖反應(yīng)。Ba是流體活動(dòng)性元素, 而俯沖沉積物熔體一般富集Th(Woodhead et al., 2001), 所以俯沖沉積物熔體交代地幔發(fā)生部分熔融或與地幔反應(yīng)形成的巖石一般具有高Th/Yb值、低Ba/Th值。在Ba/Th-(La/Sm)N和Th/Yb-Ba/La(圖8)圖解中, 恰讓閃長巖的Th/Yb值顯著上升, 符合俯沖沉積物熔體交代地幔橄欖巖部分熔融的特征。另外, 恰讓閃長巖具有低的Hf()值(?7.8～?2.6), 也反映了其可能是俯沖沉積物熔體與地幔橄欖巖反應(yīng)形成的高鎂閃長巖。贊岐巖是俯沖沉積物熔體與地幔橄欖巖反應(yīng)的產(chǎn)物(唐功建和王強(qiáng), 2010)。恰讓閃長巖的稀土和微量元素特征呈現(xiàn)出與贊岐巖相似特點(diǎn)(圖7); 在TiO2-MgO/(MgO+FeOT)、Sr/Y-Y、 (La/Yb)N-YbN、Na2O-TiO2圖解中, 也具有與贊岐巖相似的特點(diǎn)(圖9)。綜上所述, 我們認(rèn)為恰讓閃長巖可能是俯沖沉積物熔體與地幔楔橄欖巖發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物。

圖8 恰讓閃長巖Ba/Th-(La/Sm)N(a; 據(jù)Tatsumi, 2003)和Th/Yb-Ba/La(b; 據(jù)Woodhead et al., 2001)圖解

相關(guān)數(shù)據(jù)引自: Tatsumi and Ishizaka, 1982; Shimoda et al., 1998; Tatsumi et al., 2003; Kamei et al., 2004。

5.2 構(gòu)造環(huán)境及其地質(zhì)意義

祁連造山帶為典型的加里東期造山帶, 雖然其不同的構(gòu)造單元在早古生代的演化特征具有一定的差異性, 但總體經(jīng)歷了震旦紀(jì)?中奧陶世的擴(kuò)張階段。目前, 對(duì)北祁連造山帶的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史已經(jīng)形成了較一致的認(rèn)識(shí), 認(rèn)為其是具有典型溝?弧?盆體系的早古生代增生造山帶(夏林圻等, 1998; 吳才來等, 2006; 何世平等, 2007; Xiao et al., 2009; Yan et al., 2009; Song et al., 2009, 2013; Fu et al., 2018)。近年來, 在柴達(dá)木北緣和西秦嶺北部邊緣及南祁連地區(qū)分別識(shí)別出相關(guān)的早古生代蛇綠巖(裴先治等, 2004, 2007; Zhang et al., 2008)。同時(shí), 南祁連構(gòu)造帶也保留有類似于北祁連洋的地質(zhì)演化記錄, 代表了早古生代洋殼的俯沖、消減直至陸塊碰撞的過程(閆臻等, 2012; 付長壘等, 2014; 郭周平等, 2015; Fu et al., 2018; 張永明等, 2019; Yan et al., 2019)。南祁連構(gòu)造帶拉水峽?青海湖一帶, 出露大量晚奧陶世基性?超基性巖, 被認(rèn)為可能形成于洋盆俯沖碰撞階段的活動(dòng)陸緣伸展環(huán)境(余吉遠(yuǎn)等, 2012)或后碰撞伸展環(huán)境(張照偉等, 2012)。南祁連洋在寒武紀(jì)?奧陶紀(jì)期間(520～442 Ma)向北俯沖至祁連陸塊之下(Fu et al., 2018; Yan et al., 2019), 該時(shí)期形成的巖體多為具島弧性質(zhì)或活動(dòng)大陸邊緣性質(zhì)的弧花崗巖。夏林圻等(2016)認(rèn)為早寒武世?晚奧陶世(520～442 Ma)南祁連大洋巖石圈向北東方向俯沖, 相伴軟流圈上涌, 期間發(fā)育陰溝群弧火山巖和弧花崗巖類侵入體。

恰讓閃長巖的結(jié)晶年齡為445.7～446.8 Ma, 屬于晚奧陶世(圖4)。在Nb-Y圖解(圖10a) 中, 樣品落入弧花崗巖+同碰撞花崗巖區(qū)內(nèi); 在Rb-(Y+Nb)圖解(圖10b)中, 樣品落入弧花崗巖區(qū)內(nèi), 表明其構(gòu)造環(huán)境可能為島弧。樣品的巖石地球化學(xué)組成具有中等含量的Si, 富Na, 高M(jìn)gO、Cr、Ni的地球化學(xué)特征, 屬于偏鋁質(zhì)系列巖石, 與高鎂閃長巖相似; 稀土和微量元素組成與贊岐巖相似, 揭示其顯示出島弧型巖漿巖的性質(zhì), 推測其形成于俯沖背景下。青海南山構(gòu)造帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)加里東期具弧巖漿特征的閃長巖, 暗示其與南祁連構(gòu)造帶具有相似的早古生代基底, 可能是南祁連構(gòu)造帶的東延。

Syn-CLOG. 同碰撞花崗巖; VAG. 火山弧花崗巖; WPG. 板內(nèi)花崗巖; ORG. 洋中脊花崗巖。

前人研究顯示, 柴北緣西段賽什騰山巖體(465±4 Ma)、嗷嘮山巖體(473±15 Ma)和團(tuán)魚山巖體(444±4 Ma)均為I型花崗巖, 形成于島弧或活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境, 與洋殼俯沖作用有關(guān)(吳才來, 2008)。南祁連奧陶紀(jì)花崗巖, 如三個(gè)洼塘地區(qū)閃長巖巖體(444±1 Ma), 為洋殼俯沖的產(chǎn)物(羅志文等, 2015); 雞叫溝地區(qū)角閃閃長巖體(458±6 Ma)、哈拉湖西安山巖(466.3±2.4 Ma)和花崗巖體(466±4 Ma)形成與島弧巖漿活動(dòng)有關(guān)(李五福等, 2019, 2020); 南祁連南部柴達(dá)木山巖體(446±4 Ma)是柴達(dá)木陸塊向祁連陸塊深俯沖的產(chǎn)物(吳才來等, 2007); 南祁連北部敖果吞烏蘭巖體(444±2 Ma)和浪日娘含石榴子石白云母二長花崗巖體(438.7±4.2 Ma), 則形成于陸?陸碰撞環(huán)境(張新遠(yuǎn)等, 2018); 柴達(dá)木山巖體東南側(cè)塔塔楞環(huán)斑花崗巖(440±14 Ma), 形成于造山運(yùn)動(dòng)由擠壓造山向后碰撞拉張?bào)w制的轉(zhuǎn)折構(gòu)造環(huán)境, 代表了加里東運(yùn)動(dòng)的終結(jié)(盧欣祥等, 2007)。

綜合區(qū)域構(gòu)造背景與巖漿巖源區(qū)特征, 研究區(qū)晚奧陶世閃長巖可能為南祁連洋向南俯沖的地球動(dòng)力學(xué)背景下, 俯沖沉積物熔體與地幔楔橄欖巖反應(yīng)的產(chǎn)物。本次研究為認(rèn)識(shí)南祁連造山帶的構(gòu)造演化提供了很好的年代學(xué)和地球化學(xué)方面的地質(zhì)信息。

6 結(jié) 論

(1) 恰讓閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為445.7±2.5 Ma～446.8±2.3 Ma, 為晚奧陶世中期巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。

(2) 恰讓巖體具有中等含量的硅、富鈉、高M(jìn)gO、Cr、Ni等地球化學(xué)特征, 屬于偏鋁質(zhì)系列巖石, 與高鎂閃長巖相似, 其稀土和微量元素特征具有與贊岐巖具有相似的特點(diǎn)。

(3) 恰讓閃長巖體形成于洋殼俯沖階段, 可能為南祁連洋向南俯沖的地球動(dòng)力學(xué)背景下, 俯沖沉積物熔體與地幔楔橄欖巖反應(yīng)的產(chǎn)物。

致謝:感謝北京大學(xué)宋述光教授和匿名審稿人在論文評(píng)審過程中提出的寶貴修改意見, 論文撰寫過程中得到了中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王強(qiáng)研究員的幫助, 野外工作得到了青海省地質(zhì)調(diào)查院貢卡休瑪項(xiàng)目組所有技術(shù)人員的大力支持, 在此一并表示感謝。

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Ordovician Magmatic Arc in the Nanshan Area, Qinghai Province: Evidence from Zircon U-Pb Chronology, Element Geochemistry and Hf Isotope Compositions of the Diorites in the Chakaibeishan Area

LI Wufu1, 2, PAN Tong3*, WANG Bingzhang1, 2, ZHANG Xinyuan1, 2, ZHENG Ying1, 2, WANG Chuntao1, 2, LI Shanping1, 2, HAN Jie1, 2

(1. Qinghai Institute of Geological Survey, Xining 810012, Qinghai, China; 2. Qinghai ProvincialKey Laboratory of Geological Process and Mineral Resources for Northern Qinghai-Tibet Plateau, Xining 810012, Qinghai, China; 3. Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Qinghai Province, Xining 810001, Qinghai, China)

TheEarly Paleozoic intrusive rocks in the NW-SE trending Qinghai Nanshan tectonic belt are of great significance for the understanding of the geological properties and geological processes of the tectonic belt. This paper presents petrological, geochemical, and LA-ICP-MS zircon U-Pb chronological and Hf isotope results of the Qiarang diorites. The results show that the Qiarang diorites were generated in the Late Ordovician (446 to 447 Ma). These diorites are characterized by low and variable silicon (SiO2: 49.68% to 62.52%), high sodium (Na2O: 2.48% to 3.13%, K2O/Na2O: 0.37 to 1.30, with an average of 0.79) and magnesium (MgO: 4.45% to 6.84%, Mg#: 62 to 68) and high Cr (158×10–6to 384×10–6) and Ni (74.7×10–6to 136×10–6). They have relatively low total amount of rare earth elements, relatively enriched in light rare earth elements and depleted in heavy rare earth elements with weak Eu negative anomalies (δEu: 0.76 to 0.82). They also show enrichment of large-ion lithophile elements (LILE) (K, Cs, Sr and Rb), and relatively depletion of high field strength elements (HFSE) Nb, Ta, P, Ti and other elements. They have negative and slightly variableHf() values (?7.8 to ?2.6). Combined with the regional geological background, we suggest that the Qiarang diorites were formed in an arc setting, and were generated by the interaction between subducted oceanic sediment-derived melts and mantle wedge peridotites during the northward subduction of the Southern Qilian Ocean.

Qinghai Nanshan; Qiarang diorite; zircon U-Pb dating; geochemistry; tectonic environment

P597; P595

A

1001-1552(2022)04-0788-015

10.16539/j.ddgzyckx.2021.05.014

2021-02-04;

2021-03-01;

2021-11-02

第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究(STEP)項(xiàng)目(2019QZKK0702)、青海省地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(2020021022jc013)和中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(1212011221151)聯(lián)合資助。

李五福(1982–), 男, 教授級(jí)高級(jí)工程師, 從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究。E-mail: 15422504@qq.com

潘彤(1966–), 男, 教授級(jí)高級(jí)工程師, 從事技術(shù)及管理工作。E-mail: pant66@163.com