柴北緣賽什騰地區(qū)早古生代巖漿活動與構(gòu)造演化*

王秉璋 付長壘 潘彤 李青 逯永卓 金婷婷

古洋盆演化過程是造山帶研究的主要內(nèi)容(Wilson，1989；Condie，1997；李繼亮等，1999；肖文交等，2019)，洋盆俯沖和閉合過程中通常分別形成大量俯沖和碰撞相關(guān)的巖漿巖(Duceaetal.，2015；吳福元等，2015)，它們蘊含了洋陸轉(zhuǎn)化過程的重要信息。同時，洋盆俯沖和陸陸碰撞過程也是斑巖銅礦、火山塊狀硫化物礦床(VMS)和淺成低溫?zé)嵋旱V床形成的重要階段(侯增謙等，2006；陳衍景等，2009；Pirajno，2016；Grovesetal.，2021)。因此，俯沖和碰撞相關(guān)巖漿巖的系統(tǒng)研究不僅為洋盆演化歷史的恢復(fù)提供重要地質(zhì)證據(jù)，同時對揭示造山作用過程和區(qū)域成礦規(guī)律也具有重要現(xiàn)實意義。

青藏高原北部早古生代造山帶被認(rèn)為是原特提斯洋增生造山和碰撞造山的產(chǎn)物(Panetal.，2012；張建新等，2015)，其中柴北緣構(gòu)造帶是青藏高原北部早古生代造山系的主要組成部分，夾持于柴達木地塊和歐龍布魯克地塊之間(圖1)，以發(fā)育榴輝巖、石榴橄欖巖、高壓麻粒巖及相關(guān)片麻巖組成的高壓-超高壓變質(zhì)巖為特征，前人對其做了大量的研究工作。通常認(rèn)為柴北緣構(gòu)造帶的形成主要與大洋板塊向大陸板塊之下的連續(xù)深俯沖過程相關(guān)(安第斯型大陸邊緣弧)(吳才來等，2008；朱小輝等，2010；高曉峰等，2011；宋述光等，2013；Songetal.，2014a，2019；Yuetal.，2019)。然而，柴北緣構(gòu)造帶內(nèi)與大洋俯沖相關(guān)的大洋島弧也逐漸被識別出來(史仁燈等，2004；Fuetal.，2022)。由此，對于柴北緣構(gòu)造帶在早古生代大洋巖石圈板塊俯沖階段形成的是安底斯型陸緣弧還是大洋島弧就產(chǎn)生了不同認(rèn)識。

賽什騰山位于柴北緣構(gòu)造帶西段(圖1)，早古生代巖漿巖比較發(fā)育，分布范圍大。賽什騰地區(qū)還沒有發(fā)現(xiàn)超高壓變質(zhì)巖的報道，暗示其遭受大陸碰撞構(gòu)造過程的影響相對較小，不同于柴北緣高壓/超高壓變質(zhì)巖廣泛分布的綠梁山、錫鐵山等地區(qū)。因此，賽什騰地區(qū)早古生代巖漿巖的研究有助于進一步認(rèn)識柴北緣構(gòu)造帶大陸深俯沖之前洋盆俯沖過程。本文針對賽什騰地區(qū)早古生代花崗閃長巖、變輝長巖和變輝綠巖鋯石U-Pb年齡、Lu-Hf同位素和全巖主量元素、微量元素和Sr-Nd同位素進行了研究，結(jié)合以往研究成果分析了賽什騰早古生代巖漿活動的時空分布規(guī)律、巖石成因和構(gòu)造環(huán)境，探討了柴北緣原特提斯洋俯沖和閉合過程。

圖1 中央造山系大地構(gòu)造格架和柴北緣位置(a)以及柴北緣及其鄰區(qū)地質(zhì)圖(b，據(jù)Fu et al.，2018修改)

1 地質(zhì)背景

柴北緣構(gòu)造帶包含了柴北緣超高壓變質(zhì)帶(Chenetal.，2009；Songetal.，2014a；Zhangetal.，2017)，大體相當(dāng)于柴北緣-南阿爾金俯沖碰撞雜巖帶(張建新等，2015)，也被稱為柴北緣早古生代活動陸緣帶(許志琴等，2006)和柴北緣結(jié)合帶(潘桂棠等，2009)，南北兩側(cè)分別與柴達木地塊和歐龍布魯克地塊相臨(圖1)。賽什騰山位于柴北緣構(gòu)造帶西段，整體呈北西向展布(圖2)，長約100km，寬約20km，地層分布、地層走向、不同時代侵入巖長軸方向和巖漿弧邊界斷層均呈北西走向。賽什騰地區(qū)出露最老地層為元古界萬洞溝群，分布于東部灘間山一帶，其中發(fā)現(xiàn)了新元古代(846～821Ma)基性巖墻群和變質(zhì)基性火山巖(Xuetal.，2016)。下古生界灘間山群是區(qū)內(nèi)分布最廣泛的地層單位，可分為碎屑巖組和火山巖組，碎屑巖組分布在千枚嶺一帶，巖性為灰色千枚巖、變砂巖、灰?guī)r夾絹云石英片巖和少量含錳硅質(zhì)巖；火山巖組沿賽什騰山主脊兩側(cè)廣泛分布，為灰綠色蝕變安山巖、玄武巖、英安巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖夾大理巖、硅質(zhì)巖、千枚巖、砂質(zhì)板巖等，大致可分為3類(島弧拉斑玄武巖系列、鈣堿性系列和高A1次鈣堿性-堿性系列)，英安巖鋯石U-Pb年齡為514Ma(史仁燈等，2004)。泥盆系牦牛山組為陸相砂礫巖建造，斷續(xù)分布，角度不整合在下古生界之上。

圖2 賽什騰地區(qū)地質(zhì)略圖

柴北緣賽什騰地區(qū)鎂鐵-超鎂鐵質(zhì)巖分布較為廣泛，北西向沿賽什騰山脈主脊斷續(xù)出露。其中超鎂鐵質(zhì)巖巖性主要為蛇紋巖和蛇紋石化橄欖巖，呈規(guī)模不一的透境體零星分布于灘間山群火山巖組中(圖2)；鎂鐵質(zhì)巖出露面積相對較大，以含有磁鐵礦點的長征溝巖體為代表(出露面積約87km2)，巖體呈不規(guī)則條帶狀北西向展布于長征溝一帶；其它巖體主要呈長軸北西走向的巖株產(chǎn)出，部分地區(qū)侵入于下古生界灘間山群和元古界萬洞溝群中。三岔口北部地區(qū)主要為呈脈狀分布的輝長巖，鋯石U-Pb年齡為271Ma(莊玉軍等，2020)。

不同時代中酸性侵入巖的廣泛出露是賽什騰地區(qū)的一個顯著特點。早古生代中酸性侵入巖主要沿賽什騰山脈主脊及兩側(cè)分布，早期(470～465Ma)為偏鋁質(zhì)鈣堿性系列花崗巖類，成因與洋板塊俯沖相關(guān)(吳才來等，2008)，晚期(444～437Ma)為弱過鋁質(zhì)鈣堿性花崗巖類，形成與大陸深俯沖相關(guān)(吳才來等，2008；朱小輝等，2013)。泥盆紀(jì)石英閃長巖呈巖株分布在三角頂北、團魚山和灘間山北東部，灘間山北部石英閃長巖鋯石U-Pb年齡為372Ma(吳才來等，2008)。二疊紀(jì)花崗巖呈規(guī)模較大的巖基分布在三岔口北，時代為273～260Ma(高萬里等，2019)。

2 巖體特征

在以往研究的基礎(chǔ)上，本文分別對賽什騰地區(qū)早古生代花崗閃長巖、變輝綠巖和變輝長巖開展了研究工作。

花崗閃長巖主要分布在賽什騰山脈主脊三角頂一帶(圖2)，出露面積約為197km2，侵入于灘間山群中。巖石多具塊狀構(gòu)造，局部地段黑云母和角閃石具弱的定向，主要礦物為石英(26%～38%)、斜長石(35%～50%)和鉀長石(11%～15%)，暗色礦物為角閃石和黑云母(9%～13%)。巖體普遍具有較強的蝕變，風(fēng)化面呈灰色調(diào)(圖3a)，新鮮面灰色和淺綠色(圖3a, b)，鏡下斜長石具弱的絹云母化、綠簾石化和粘土礦化(圖4a)，鉀長石具輕微褐色粘土化蝕變，暗色礦物角閃石和黑云母被綠泥石、綠簾石等集合體交代呈殘留假像。副礦物為磷灰石、褐簾石、鋯石和榍石。巖體中見有極少量暗色微粒包體，不規(guī)則橢圓狀，大小在1～5cm之間(圖3b)。

圖3 賽什騰地區(qū)巖漿巖野外特征

圖4 賽什騰地區(qū)巖漿巖顯微結(jié)構(gòu)照片

輝長巖體呈透鏡狀巖株沿賽什騰主脊北西向展布，與圍巖灘間山群和其它時代花崗巖類侵入體呈斷層接觸。巖石具灰綠色調(diào)，塊狀構(gòu)造(圖3c)，中細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，礦物主要為斜長石(9%～57%)、角閃石假象(40%～88%)和少量磁鐵礦(3%±)；斜長石具明顯鈉黝簾石化，暗色礦物被綠泥石、綠簾石和少量碳酸鹽礦物集合體交代，僅保留柱狀、粒狀假象(圖4b)。

變輝綠巖呈脈狀侵入于花崗閃長巖(圖3a)，三角頂一帶構(gòu)成巖墻群，巖脈與圍巖接觸界面較為平直，具隱晶質(zhì)細?；?。巖脈走向優(yōu)勢方位主要是北西向和北東向兩組，脈寬一般是0.5～3.0m，長一般是200～1000m，傾角較陡，多數(shù)近于直立，一般大于70°，傾向無優(yōu)勢方位。塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)(圖4c)，少數(shù)為變余輝綠結(jié)構(gòu)(圖4d)。斑晶為斜長石(1%～7%)和暗色礦物(2%～5%)，其中斜長石半自形板狀、粒狀晶體，粒徑在0.51～1.03mm之間，暗色礦物粒徑為0.55mm。基質(zhì)為暗色礦物(42%～43%)、斜長石(41%～47%)、石英(3%～4%)和碳酸鹽礦物(3%)，其中，暗色礦物一般為柱狀晶，部分為粒狀晶，晶體長軸為0.2～0.38mm；斜長石為半自形板狀晶，少量為粒狀晶，個別晶體可見環(huán)帶構(gòu)造，晶體長軸一般在0.16～0.31mm之間；石英為他形粒狀晶，粒徑為0.05～0.15mm。巖石蝕變十分強烈，斜長石被鈉長石和鈉黝簾石交代呈假象，暗色礦物被綠泥石和陽起石交代，礦物類型無法確定。

3 樣品采集及分析方法

在野外露頭較好的賽什騰主脊三角頂一帶選擇具有代表性的早古生代花崗閃長巖、變輝長巖和變輝綠巖巖體(圖2)，采集了一批新鮮樣品進行鋯石U-Pb年齡、Lu-Hf同位素和全巖主量元素、微量元素及Sr-Nd同位素分析。其中，用于鋯石U-Pb測年及Hf同位素分析的樣品包括1件花崗閃長巖樣品(SJD2Gs6，三角頂南部，N38°34′54″、E94°10′11″)、1件變輝綠巖樣品(SJD2Gs1，三角頂南部，N38°34′44″、E94°09′53″)和2件變輝長巖樣品(2020SJD1，三角頂北部長征溝，N38°40′13″、E94°04′45″；2020XTG1，三角頂北西部西挺溝，N38°39′39″，E94°06′45″)。用于全巖地球化學(xué)分析的樣品包括4件花崗閃長巖樣品(SJD2Gs6～9，三角頂南部，N38°34′54″、E94°10′11″)、5件輝綠巖樣品(SJD2Gs1～5，三角頂南部，N38°34′44″、E94°09′53″)和4件輝長巖樣品(2020SJD1和2020SJD2，三角頂北部長征溝，N38°40′13″、E94°04′45″；2020XTG1和2020XTG2，三角頂北西部西挺溝，N38°39′39″，E94°06′45″)。用于全巖Sr-Nd同位素分析的樣品包括3件花崗閃長巖、3件變輝綠巖和4件變輝長巖，采樣地點和位置與相同編號的全巖地球化學(xué)分析樣品一致。

本文所有分析測試工作均在武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司完成。

鋯石U-Pb測年使用的ICP-MS型號為Agilent 7700e，其GeolasPro激光剝蝕系統(tǒng)由MicroLas光學(xué)系統(tǒng)和COMPexPro 102 ArF 193nm準(zhǔn)分子激光器組成，激光束斑直徑為32μm，頻率控制在5Hz，能量密度為8J/cm2。外標(biāo)樣為國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和NIST 610。具體分析流程詳見Zongetal.(2017)；數(shù)據(jù)處理采用的軟件是ICPMSDataCal(Liuetal.，2008，2010)；年齡計算與諧和圖繪制利用Isoplot軟件(ver 3.0)完成(Ludwig，2003)。

鋯石原位Hf同位素比值測定采用LA-MC-ICP-MS完成。激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD，多接收杯等離子質(zhì)譜為Neptune Plus，束斑直徑為44μm，激光輸出能量密度為5.3J/cm2，采用單點剝蝕模式。測試中采用176Yb/173Yb值為0.79639(Fisheretal.，2014)扣除176Yb對176Hf的同量異位干擾，采用176Lu/175Lu為0.02656(Blichert-Toftetal.，1997)扣除干擾程度較小的176Lu對176Hf的同量異位干擾。標(biāo)樣為國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500和GJ-1。2個標(biāo)樣的外部精密度(2SD)均優(yōu)于0.000020。采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal.，2010)完成數(shù)據(jù)處理。

主量元素分析采用波長色散X射線熒光光譜儀(ZSXPrimusⅡ)，標(biāo)樣為GBW07105(標(biāo)準(zhǔn)值)，分析精度約在1%～5%之間，F(xiàn)eO采用了化學(xué)滴定法，檢出限為0.5%。微量元素采用GB/T14506.30—2010硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法完成，測試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7700eICP-MS)，精度優(yōu)于10%。

Sr-Nd同位素比值測定利用Nepture Plus MC-ICPMS(Thermo Fisher Scientific)開展，Sr同位素標(biāo)樣為NIST SRM987，Nd同位素標(biāo)樣為JNdi-1。SRM987標(biāo)樣測試值(0.710245±0.000010和0.710237±0.000012)與推薦值一致(0.710241±0.000012，Thirlwall，1991)。USGS標(biāo)樣BCR-2(玄武巖)和RGM-2(流紋巖)的測試值(0.705015±0.000006和0.704147±0.000009)與推薦值一致(Lietal.，2012)。JNdi-1的143Nd/144Nd測試值(0.512118±0.000009和0.512119±0.000009)與推薦值一致(0.512115±0.000007，Tanakaetal.，2000)。BCR-2和RGM-2的測試值(0.512636和0.512801)與推薦值一致(Lietal.，2012)。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡測定

1件花崗閃長巖(SJD2Gs6)、1件變輝綠巖(SJD2Gs1)和2件變輝長巖樣品(2020SJD1、2020XTG1)樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果見表1和圖5。

圖5 賽什騰地區(qū)巖漿巖鋯石陰極發(fā)光圖像和U-Pb年齡諧和圖

表1 賽什騰地區(qū)巖漿巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測定結(jié)果

續(xù)表1

陰極發(fā)光圖像顯示花崗閃長巖樣品(SJD2Gs6)中鋯石晶群簡單，總體呈深灰色，均為完整、自形的柱狀晶體，鋯石顆粒長度在80～110μm。所測8顆鋯石206Pb/238U年齡分布在492～478Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡是485±3Ma(n=8；MSWD=1.8)，鋯石具巖漿振蕩環(huán)帶(圖5a)，Th/U為0.60～0.92，為巖漿鋯石，可代表花崗閃長巖樣品的結(jié)晶年齡。

變輝綠巖(SJD2Gs1)中鋯石陰極發(fā)光圖像總體呈深灰色，具較弱巖漿震蕩環(huán)帶或扇狀分帶。選取其中11顆較大的鋯石晶體進行測試，結(jié)果顯示鋯石Th和U含量變化較大，Th含量為263×10-6～975×10-6、U含量為484×10-6～1037×10-6，這些鋯石U-Pb年齡諧和度較好，206Pb/238U年齡集中在485～467Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為473±4Ma(n=11；MSWD=1.3)(圖5b)，Th/U比值介于0.53～0.96之間，加權(quán)平均年齡可代表輝綠巖的形成時代。

長征溝變輝長巖樣品(2020SJD1)的鋯石陰極發(fā)光圖像顯示其呈灰白色，晶群簡單，均為較完整、自形的長柱狀晶，鋯石顆粒長度為80～120μm，振蕩環(huán)帶明顯。測試結(jié)果顯示鋯石Th和U含量變化較大，Th含量在87×10-6～328×10-6之間、U含量在185×10-6～709×10-6之間，鋯石U-Pb年齡諧和度好，2～20號鋯石測點206Pb/238U年齡集中在469～453Ma，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為464±2Ma(n=18；MSWD=0.53)(圖5c)，Th/U為0.31～0.89。西挺溝變輝長巖(2020XTG1)鋯石晶群相對復(fù)雜，1～12號鋯石為晶形較完整的、自形的長柱狀晶，鋯石顆粒長度為60～120μm，振蕩環(huán)帶清晰；鋯石Th和U含量變化較大(Th=275×10-6～2410×10-6、U=298×10-6～1255×10-6)，Th/U為0.92～1.92，206Pb/238U表面年齡分布在475～465Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為470±4Ma(n=12；MSWD=0.24)(圖5d)，13～16號鋯石為渾圓狀粒狀晶，有較明顯熔蝕現(xiàn)象，是捕虜晶，206Pb/238U表面年齡分布在2.4～1.9Ga。

4.2 全巖地球化學(xué)特征

賽什騰地區(qū)4件花崗閃長巖、5件輝綠巖和4件輝長巖樣品全巖地球化學(xué)分析結(jié)果見表2。

表2 賽什騰地區(qū)巖漿巖主量元素(wt%)、稀土和微量元素(×10-6)化學(xué)成分分析結(jié)果

續(xù)表2

花崗閃長巖樣品具有高SiO2(68.96%～71.48%)、低Al2O3(13.54%～14.05%)特征，其全堿含量為5.28%～6.04%，Na2O/K2O為0.6～1.8，TiO2含量為0.22%～0.26%，F(xiàn)eOT含量為2.76%～2.94%，CaO含量為3.0%～3.78%，MgO含量為0.94%～1.07%，A/CNK為0.99～1.04，為弱過鋁質(zhì)鈣堿性系列巖石(圖6a, b)。結(jié)合吳才來等(2008)在三角頂花崗巖巖基東南部采集2件樣品的分析結(jié)果，賽什騰地區(qū)早-中奧陶世侵入巖為奧長花崗巖、英云閃長巖和花崗閃長巖(圖6a, c)。分析樣品的稀土總量為76.4×10-6～103.4×10-6，(La/Yb)N在12.9～18.0之間，輕重稀土分餾較強，輕稀土曲線相對陡傾，重稀土曲線具有十分明顯“U”型分布特征(圖7a)，δEu介于0.9～1.1。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中大離子親石元素K、Rb和Ba富集，Pb具明顯正異常，高場強元素Nb、Ta、P和Ti具有明顯的負(fù)異常(圖7b)。

5件輝綠巖樣品燒失量較大(4.02%～6.14%)，與巖石具有較強蝕變的特征相吻合，其SiO2含量變化范圍較小，在46.99%～49.03%之間，MgO(5.31%～8.79%)含量和Mg#值(47～58)較高，Al2O3含量介于14.5%～18.07%，CaO含量為7.79%～11.92%，TiO2含量較低、介于0.41%～0.83%，K2O+Na2O為1.03%～2.56%、Na2O/K2O為1.7～41.3。在去除燒失量影響后的地球化學(xué)分類投影圖中，所有樣品均位于SiO2-(K2O+Na2O)圖解中的亞堿性區(qū)(圖6a)以及SiO2-(FeOT/MgO)圖解中的拉斑玄武巖系列區(qū)(圖6d)。樣品的稀土總量較低(26.0×10-6～62.5×10-6)，(La/Yb)N為3.3～4.0，輕重稀土分餾弱(圖7c)，δEu介于 0.9～1.1，有弱的負(fù)Ce異常。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中顯示富集Ba、Th和U，Sr和Pb具正異常，Nb、K和P呈明顯的負(fù)異常，Ti具微弱的負(fù)異常(圖7d)。

圖6 賽什騰地區(qū)巖漿巖分類圖解

圖7 賽什騰巖漿巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線(a、c)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)

4件輝長巖樣品的SiO2含量為47.7%～49.77%，巖石富FeOT(11.79%～15.45%)、低MgO(3.41%～5.23%)和Mg#(31～44)，高Al2O3(15.37%～17.30%)和CaO(8.86%～10.33%)，TiO2含量較高、介于1.06%～1.57%，K2O+Na2O是2.47%～3.96%、Na2O/K2O是2.9～106.6。在去除燒失量影響后的地球化學(xué)分類投影圖中，所有樣品均位于SiO2-(K2O+Na2O)圖解的亞堿性區(qū)(圖6a)以及SiO2-(FeOT/MgO)圖解中的拉斑玄武巖系列區(qū)(圖6d)。樣品稀土總量較低(59.2×10-6～121.6×10-6)，(La/Yb)N為3.2～5.7，輕重稀土分餾弱(圖7c)，δEu介于0.9～1.1。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中富集Th、U和Ba，具有十分明顯的Pb和Sr的正異常，Ti和Nb、Ta具有較明顯的負(fù)異常(圖7d)。

4.3 鋯石Hf同位素

4件樣品鋯石原位Lu-Hf同位素分析均選擇在已完成U-Pb年齡測試并參與加權(quán)平均年齡計算的鋯石顆粒上進行，測試結(jié)果見表3。

花崗閃長巖(SJD2Gs6)選取8顆巖漿鋯石進行測試，176Hf/177Hf比值為0.282750～0.282809，平均值為0.282777；εHf(t)值均為正值，介于+9.4～+11.3之間，平均值為+10.3；對應(yīng)的Hf同位素一階段模式年齡(tDM1)分布范圍為0.72～0.65Ga，平均值為0.69Ga；地殼模式年齡(tDMC)在0.86～0.74Ga之間，平均值為0.81Ga。

變輝綠巖 (SJD2Gs1) 7顆巖漿鋯石的176Hf/177Hf比值為0.282337～0.282757，平均值為0.282672；εHf(t)值一個測點為-5.3，Hf同位素一階段模式年齡(tDM1)為1.29Ga，地殼模式年齡(tDMC)為1.79Ga；其余測點均為正值，介于+7.3～+9.1之間，一階段模式年齡(tDM1)是0.80～0.73Ga，地殼模式年齡(tDMC)是0.98～0.87Ga。

2件變輝長巖(2020XTG1、2020SJD1)20顆鋯石176Hf/177Hf比值為0.282709～0.282904，平均值是0.282778，εHf(t) 值在+7.5～+13.9之間， 地殼模式年齡 (tDMC)介于0.97～0.56Ga。

4.4 全巖Sr-Nd同位素

10件花崗閃長巖、變輝綠巖和變輝長巖樣品全巖Sr-Nd同位素測試結(jié)果見表4。

3件花崗閃長巖樣品87Sr/86Sr在0.709465～0.710395之間，(87Sr/86Sr)i為0.7048～0.7060。143Nd/144Nd為0.512371～0.512483，εNd(t)為+1.1～+3.4，tDM2為1.13～0.94Ga。

3件變輝綠巖樣品87Sr/86Sr在0.705429～0.705571之間，(87Sr/86Sr)i為0.7049～0.7055。143Nd/144Nd為0.512608～0.512748，εNd(t)為+2.2～+5.5，tDM2為1.03～0.76Ga。

4件變輝長巖87Sr/86Sr為0.704218～0.705123，(87Sr/86Sr)i為0.7042～0.7044。143Nd/144Nd為0.512531～0.512612，εNd(t)為+1.4～+1.9，tDM2在1.09～1.05Ga。

5 討論

5.1 巖漿活動期次

本文和前人研究結(jié)果表明，賽什騰地區(qū)存在寒武紀(jì)、早-中奧陶世和志留紀(jì)三期巖漿作用。

賽什騰地區(qū)巖漿活動最早的記錄是賽什騰山脈北坡灘間山群寒武紀(jì)火山巖組(圖2)，史仁燈等(2004)曾在賽什騰山脈北坡吉綠素一帶英安巖中獲得514Ma的鋯石U-Pb年齡。

早-中奧陶世巖漿巖包括花崗閃長巖、變輝長巖和變輝綠巖等(圖2)。本文在賽什騰山主脊一帶的花崗閃長巖獲得鋯石U-Pb年齡為485.3±4.3Ma(圖5a)，變輝綠巖鋯石U-Pb年齡為472.9±3.5Ma(圖5b)，三角頂北部長征溝變輝長巖鋯石U-Pb年齡為463.6±2.4Ma(圖5c)，三角頂北西部西挺溝變輝長巖鋯石U-Pb年齡為470.0±3.5Ma(圖5d)。吳才來等(2008)在巖基東南側(cè)邊部花崗閃長巖中獲得鋯石U-Pb年齡分別是465.5±3.5Ma和469.7±4.6Ma。因此該期巖漿活動時代初步約束在485～464Ma。

志留紀(jì)巖漿活動是以團魚山巖體為代表的花崗閃長巖體(圖2)。吳才來等(2008)和朱小輝等(2013)對賽什騰地區(qū)團魚山巖體(圖2)進行了研究，獲得的鋯石U-Pb年齡分別為443.5±3.6Ma和437.4±3.0Ma。

5.2 巖石成因

5.2.1 早-中奧陶世花崗閃長巖

在巖漿作用判別圖中，本區(qū)早-中奧陶世花崗閃長巖為部分熔融為主的巖漿演化過程，結(jié)晶分離作用不明顯(圖8a, b)。樣品輕重稀土分餾較強烈(圖7a)，La/Yb比值介于18.0～25.1，(La/Yb)N介于12.9～18.0，Sr/Y比值(30.0～44.8)較高，表明源區(qū)殘留相存在石榴石，Y-Sr/Y圖解中樣品投影則主要分布在埃達克巖區(qū)(圖9)。(MREE/HREE)N為1.33～1.41，可能暗示其源區(qū)無角閃石殘留(Tiepoloetal.，2007)。Eu具輕度負(fù)異常，Sr(平均值為336×10-6)含量相對于經(jīng)典埃達克巖(Defant and Drummond，1990)略低一些，表明源區(qū)存在少量斜長石的殘留或發(fā)生了輕度的斜長石的分離結(jié)晶。樣品具有較低的Nb/Ta比值(7.0～8.3)，低于島弧玄武巖的Nb/Ta比值(11.3～17.8，Münkeetal.，2004)，由于Nb和Ta貯存于角閃石和黑云母等富Ti的礦物，發(fā)生部分熔融時Ta比Nb優(yōu)先進入熔體，造成Nb/Ta比值降低(Stepanov and Hermann，2013)，因此，角閃巖的部分熔融可能是導(dǎo)致花崗閃長巖具有較低Nb/Ta(7.0～8.3)比值熔體形成的原因之一。樣品具有虧損的鋯石Hf同位素組成和虧損的全巖Nd同位素組成(圖10)，εHf(t)在+9.4～+11.3之間，εNd(t)介于+1.1～+3.4，表明花崗閃長巖源于虧損地?；蛟从谔潛p地幔部分熔融形成的新生地殼。年輕的鋯石Hf同位素地殼模式年齡(0.86～0.74Ga)、全巖Nd同位素二階段模式年齡(1.13～0.94Ga)和較低的Mg#(37～41)、Cr(2.6×10-6～3.5×10-6)、Ni(2.0×10-6～3.2×10-6)含量特征暗示巖石源于新生的、年輕的基性下地殼的重熔。根據(jù)上面的分析初步推斷賽什騰地區(qū)早-中奧陶世花崗閃長巖形成于早期形成的基性下地殼受后期(早-中奧陶世)規(guī)模較大的巖漿底侵作用供熱的影響，下地殼部分熔融形成酸性侵入巖，殘留相礦物主要為石榴石。

圖8 賽什騰地區(qū)巖漿巖地球化學(xué)圖解

圖9 賽什騰早古生代巖漿巖Y-Sr/Y圖解(底圖據(jù)Defant and Drummond，1990)

圖10 賽什騰地區(qū)巖漿巖鋯石Hf同位素隨時間分布圖(a)和(87Sr/86Sr)i-εNd(t)關(guān)系圖(b)

5.2.2 變輝長巖和變輝綠巖

5.2.2.1 變輝長巖

變輝長巖是具有富鐵(FeOT=11.79%～15.45%)、低鎂(MgO=3.41%～5.23%)和高鋁(Al2O3平均值16.31%)特征的拉斑玄武巖系列巖石，Mg#(31～44)較低，Cr(3.6×10-6～16.3×10-6)和Ni(4.3×10-6～15.7×10-6)含量很低，屬于非原生巖漿，可能是同化混染或結(jié)晶分異的進化巖漿。根據(jù)微量元素和同位素特征可以判斷巖漿在侵入過程中是否受到地殼成分的混染，Nb-U具有相同的元素行為，在部分熔融和巖漿分異過程中它們的比值趨于均勻，這一性質(zhì)可以用來判斷地殼污染對封閉的巖漿系統(tǒng)是否有影響(Hofmannetal.，1986)，本文樣品Nb/U比值為3.29～8.33，低于原始地幔Nb/U比值(34，Sun and McDonough，1989)，且與SiO2含量具正相關(guān)關(guān)系，表明巖漿沒有受到了地殼混染(圖8c)；SiO2含量與εNd(t)不具明顯相關(guān)關(guān)系(圖8d)，也排除了地殼混染的存在，鋯石εHf(t)變化范圍小(+7.5～+13.9)，也說明不存在地殼混染。

變輝長巖具有明顯的結(jié)晶分異趨勢(圖8a, b)，隨著Mg#值的減小Cr和Ni也呈減少趨勢(圖8e, f)，TiO2和FeOT含量明顯升高(圖8g, h)，暗示存在橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶，Ti-Fe氧化物發(fā)生了一定程度的堆晶，這也與變輝長巖中普遍含有磁鐵礦的特征吻合，CaO/Al2O3值與Mg#值相關(guān)性不明顯，排除了單斜輝石分離結(jié)晶作用的可能性(圖8i)。

樣品具有較低的不相容元素比值，Zr/Y比值為1.56～3.80，Nb/Y比值為0.14～0.20，Ta/Yb比值為0.07～0.14，Nb/Yb比值為1.50～1.90，表明源區(qū)很可能為虧損的地幔；全巖εNd(t)為+1.4～+1.9，鋯石εHf(t)為+7.5～+13.9，也表明源區(qū)為虧損的地幔。高Sr/Nd比值一般與板片流體相關(guān)，而高Th/Yb比值則往往與俯沖沉積物的加入有關(guān)(Davidson，1987)，變輝長巖具有偏高的Sr/Nd比值(29～39)，高于N-MORB(12.33，Sun and McDonough，1989)，Th/Yb比值(0.76～2.38)高于N-MORB(0.04，Sun and McDonough，1989)和E-MORB(0.25，Sun and McDonough，1989)。上述特征表明賽什騰地區(qū)變輝長巖在形成過程中受到了俯沖帶板片流體和少量俯沖帶沉積物熔體的影響。由此推斷，變輝長巖源于由俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體和少量俯沖帶沉積物熔體加入的虧損地幔源區(qū)。

5.2.2.2 變輝綠巖

相對于原生巖漿，變輝綠巖Mg#(47～58)較低，Cr(15×10-6～321×10-6)和Ni(10×10-6～60×10-6)含量低，且變化范圍大，屬于非原始巖漿，即是經(jīng)過結(jié)晶分異和(或)同化混染的進化巖漿。SiO2-Nb/U和SiO2-εNd(t)圖解(圖8c, d)表明地殼同化混染作用不明顯，變輝綠巖呈巖墻狀產(chǎn)出，傾角大，厚度小而走向沿伸大，與圍巖界線清楚，說明基性巖漿有快速上升與快速冷凝的特點，這種條件下混染作用也難以發(fā)生。Ce-Ce/Sm圖解和La/Sm-La圖解上(圖8a, b)變輝綠巖具有明顯的結(jié)晶分異趨勢，Mg#值與Cr、Ni和CaO/Al2O3具明顯的正相關(guān)(圖8e, f, i)，表明橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用較強烈，Mg#值與FeOT和TiO2含量為輕度負(fù)相關(guān)(圖8g, h)，表明Ti-Fe氧化物發(fā)生了一定程度的堆晶。

變輝綠巖具有島弧拉斑玄武巖的地球化學(xué)組成，低TiO2(平均值為0.54%)、低Al2O3(平均值為15.9%)。由基性下地殼部分熔融而來的熔體Mg#一般較低(<40)(Rapp and Watson，1995)，變輝綠巖Mg#較高(47～58)，表明其源于地幔或有地幔組分的參與；巖石具有較低的不相容元素比值，Nb/Y為0.13～0.38，Zr/Y為2.11～2.50，Nb/Yb為1.24～3.37，Ta/Yb在0.21～1.08之間，暗示源區(qū)為虧損的地幔；全巖εNd(t)為+2.2～+5.5，鋯石εHf(t)在+7.3～+9.1之間，也證明變輝綠巖源區(qū)為虧損的地幔。樣品具有很低的Nb含量(1.10×10-6～3.27×10-6)和較低的Nb/La(平均值為0.44)，表明源區(qū)沒有俯沖帶洋殼熔融物質(zhì)的加入；具有很高的Sr/Nd比值(30～124)，遠高于N-MORB(12.33，Sun and McDonough，1989)，Th/Yb介于0.85～1.25，高于N-MORB(0.04，Sun and McDonough，1989)和E-MORB(0.25，Sun and McDonough，1989)。上述持征暗示變輝綠巖在形成過程中受到了十分強烈的俯沖帶流體的影響和少量俯沖沉積物的影響，即楔狀地幔中加入了大量的板片流體和少量的俯沖帶沉積物，偏高的初始Sr同位素比值(0.7049～0.7055)和負(fù)Ce異常(圖7c)也可能說明俯沖帶沉積物的少量加入。由此推斷，變輝綠巖源于由大量俯沖板片脫水產(chǎn)生的流體和少量俯沖帶沉積物熔體加入的虧損地幔源區(qū)。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

地球化學(xué)分析顯示本文花崗閃長巖、變輝長巖和變輝綠巖均富集Th且虧損Nb、Zr、Hf和Ti(圖7b, d)，與俯沖相關(guān)巖漿巖特征相似。其中，變輝綠巖Nb/Yb比值和Th/Yb比值與Mg#值不具相關(guān)性(圖8j, k)，基本不受堆晶作用影響，在Nb/Y-Th/Yb構(gòu)造環(huán)境判別圖解中偏離地幔演化線，位于地幔演化線上部(圖11)，表現(xiàn)出俯沖相關(guān)巖石的典型特征?；◢忛W長巖形成于485Ma，具有正的鋯石εHf(t)(+9.4～+11.3)和全巖εNd(t)(+1.1～+3.4)，可能源于虧損地?；蛐律貧げ糠秩廴?；變輝長巖和變輝綠巖形成于473～464Ma，它們具有正的鋯石εHf(t)(+7.3～+13.9)和全巖εNd(t)(+1.4～+5.5)，這些特征與俯沖環(huán)境下流體和俯沖沉積物加入虧損地幔形成的基性巖特征相似(Stern，2010)。區(qū)域地質(zhì)資料表明，柴北緣廣泛發(fā)育早-中奧陶世巖漿巖，例如賽什騰石英閃長巖(465Ma；吳才來等，2008)、團魚山花崗巖(470Ma；吳才來等，2008)、賽壩溝英云閃長巖(467～470Ma；吳洪彬等，2022；Fuetal.，2022)和旺尕秀輝長巖(468Ma；朱小輝等，2010)，這些巖石均具有島弧或活動大陸邊緣花崗巖的地球化學(xué)特征。結(jié)合本文研究結(jié)果，認(rèn)為柴北緣早-中奧陶世巖漿巖形成于陸緣弧構(gòu)造環(huán)境。

圖11 賽什騰變輝綠巖Nb/Y-Th/Yb圖解(據(jù)Pearce，2014)

此外，賽什騰地區(qū)早-中奧陶世花崗閃長巖輕重稀土分餾較強烈(圖7a)，具有較高的(La/Yb)N(12.9～18.0)和Sr/Y(30.0～44.8)比值，表現(xiàn)出埃達克巖地球化學(xué)特征?；◢忛W長巖具有較高的鋯石εHf(t)和全巖εNd(t)值以及較低的Mg#(37～41)、Cr(2.6×10-6～3.5×10-6)和Ni(2.0×10-6～3.2×10-6)含量，暗示花崗閃長巖源于早期形成的新生下地殼熔融。區(qū)域地質(zhì)資料顯示，早-中奧陶世花崗閃長巖侵入早古生代灘間山群中，灘間山群主體為一套中基性火山巖組合。史仁燈等(2014)報道了賽什騰地區(qū)灘間山群中存在寒武紀(jì)島弧拉斑玄武巖、鈣堿性-堿性過渡型玄武巖以及較N-MORB更虧損的拉斑玄武巖以及埃達克巖(514Ma)，F(xiàn)uetal.(2022)在柴北緣東側(cè)托莫爾日特一帶識別出寒武紀(jì)島弧玄武巖、安山巖和英安巖組合，上述島弧火山巖被認(rèn)為是大洋島弧巖漿作用產(chǎn)物，代表洋內(nèi)俯沖形成的新生地殼。綜合野外地質(zhì)資料和上述研究表明，賽什騰地區(qū)早-中奧陶世花崗閃長巖巖漿源區(qū)為寒武紀(jì)新生大洋島弧，是活動大陸邊緣環(huán)境大洋島弧下地殼部分熔融產(chǎn)物。

5.4 柴北緣原特提斯洋俯沖和閉合過程

寒武紀(jì)時期柴北緣存在大量島弧拉斑玄武巖、鈣堿性-堿性過渡型玄武巖、安山巖和英安巖等巖石，巖漿主要源于俯沖帶上盤地幔楔的部分熔融，這些島弧火山巖是原特提斯洋早期俯沖的重要證據(jù)，表明原特提斯洋早期經(jīng)歷洋內(nèi)俯沖過程(圖12)。

圖12 柴北緣早古生代構(gòu)造演化模型圖

早-中奧陶世(485～464Ma)時期，花崗巖開始較大規(guī)模出現(xiàn)，說明大洋島弧地殼拼貼至大陸邊緣，組成賽什騰地區(qū)花崗巖為島弧新生下地殼部分熔融的產(chǎn)物，基性下地殼源于俯沖帶虧損地幔楔的分熔與底侵，殘余相礦物組合含有石榴石，表明相對于寒武紀(jì)早期，島弧地殼有一定程度的加厚。該階段還形成了大量基性巖漿的侵入，洋板塊俯沖帶虧損楔狀地幔的部分熔融與幔源巖漿的侵入非常強烈。上述特征表明早-中奧陶世(485～464Ma)是賽什騰地區(qū)與大洋俯沖相關(guān)巖漿活動最強烈的時期，是俯沖帶上盤基性巖漿作用和新生大洋島弧下地殼重熔最強烈的時期(圖12)。

志留紀(jì)團魚山花崗閃長巖(444～437Ma)具有埃達克巖的化學(xué)成分，源區(qū)殘留相主要為石榴石+角閃石，巖漿可能起源于由古老元古代地殼和新生地殼組成的加厚下地殼的部分熔融(朱小輝等，2013)。已有研究表明柴北緣超高壓變質(zhì)帶主要形成于大陸深俯沖作用，陸殼變質(zhì)榴輝巖的變質(zhì)年齡在440～423Ma之間(Chenetal.，2009；Songetal.，2014a；Zhangetal.，2017)，大陸初始俯沖約在445～440Ma(Songetal.，2014a，2019)，也有人認(rèn)為是～450Ma(周桂生等，2017；Renetal.，2019)。柴北緣錫鐵山同碰撞花崗巖時代為442～441Ma(Zhaoetal.，2017)，柴北緣與退變質(zhì)榴輝巖相變質(zhì)共生的埃達克質(zhì)石英閃長巖-奧長花崗巖形成于446～420Ma(Yuetal.，2012，2015，2019；Chenetal.，2012；Songetal.，2014b；王強等，2020)，上述證據(jù)表明陸塊碰撞時間約為445～420Ma(圖12)。

6 結(jié)論

(1)賽什騰地區(qū)早-中奧陶世巖漿巖由花崗閃長巖、變輝長巖和變輝綠巖組成，具較高的鋯石εHf(t)(+7.3～+13.9)和全巖εNd(t)(+1.1～+5.5)，花崗閃長巖源于有一定程度加厚的、新生的島弧下地殼；變輝長巖和變輝綠巖源于俯沖帶楔狀虧損地幔的部分熔融。

(2)綜合區(qū)域地質(zhì)資料表明，柴北緣賽什騰地區(qū)存在寒武紀(jì)(～514Ma)、早-中奧陶世(485～464Ma)、志留紀(jì)(444～437Ma)三期早古生代巖漿巖，分別代表大洋島弧、大陸邊緣弧和陸陸碰撞巖漿作用產(chǎn)物。

(3)柴北緣賽什騰地區(qū)早古生代巖漿巖形成于原特提斯洋內(nèi)和陸緣俯沖(514～450Ma)以及洋盆閉合后陸陸碰撞過程(445～420Ma)。

致謝宋述光教授和匿名審稿專家及本刊編輯對本文提出了建設(shè)性修改意見，在此表示感謝！