青海省黑山晚志留世花岗岩岩石地球化学特征及构造背景分析

李杰 李焕学 王伟

青海省地质调查院，青海西宁 810012

青海省黑山晚志留世花岗岩岩石地球化学特征及构造背景分析

李杰 李焕学 王伟

青海省地质调查院，青海西宁 810012

对青海省黑山晚志留世花岗岩的岩石及地球化学研究表明，岩石属典型钙碱性系列岩石，并具有富钾特征。对于主量元素如MgO，A12O3，Fe2O3、CaO随SiO2的含量增加而增加，呈现一定的线性关系。岩石中Ba、Th强不相容元素等强烈富集，其含量高于地幔岩，其之间呈现同步增长关系。中等不相容元素Ta、Nb、Hf、Zr、Sr等富集程度中等，轻微一中等程度的负铕异常（δEu=0.53～0.67）；δCe值0.92～0.96，铈略有亏损；(La/Yb）N值4.93～31.36,均大于1。其特征显示岩石物质来源于地壳上部，有下地壳或上地幔物质混入。结合花岗岩构造环境判别图解可知，该花岗岩应是同碰撞环境下的产物。

花岗岩；晚志留世；构造环境；黑山

引言

区内岩浆侵入活动从早古代开始，一直延续到燕山期。岩石构造组合复杂，以中酸性花岗岩类为主，少量基性一超基性岩类。按岩浆侵入活动的旋回，可划分为加里东期、华力西期两个旋回，各旋回都存在不同的构造岩石组合序列[1-3]。

该区的花岗岩虽有一些学者[4]进行了研究，但研究程度仍然较低，特别是对于晚志留世花岗岩研究程度不够。本文通过研究试图查明晚志留世花岗岩类型、地质地球化学特征、探讨花岗岩形成演化机制及其大地构造指示意义。

1 地质特征

该期花岗岩分布于乌兰乌珠尔黑山红垭豁一带，构造岩浆带属加里东早期构造岩浆带。岩石组合为中细粒花岗闪长岩（γδS3）-中细粒二长花岗岩（ηγS3）。侵入岩（体）受断裂构造控制，呈带状岩株产出，展布方向总体为北西西向。其中小型岩脉较发育，主要为闪长岩脉、辉绿岩、辉绿玢岩脉（墙）等。闪长岩脉在岩体各部位均有分布，岩体边部多以不规则状产出，脉体宽度一般在2～10m间，岩体内部闪长岩脉宽度一般在50～80m，最宽在100m左右，走向多为北西向、近东西向；辉绿岩、辉绿玢岩脉（墙）走向多为北西向、北东向、近东西向，近直立，脉体宽度一般在10～20m间，脉体与寄主岩界线清楚，脉体接触面发育冷凝边。

图1 二长花岗岩（6PM202JD9）铀-铅同位素谐和图

2 时代归属

对于该期的花岗岩的时代确定，采用锆石U-P b同位素测年法，测年对象为二长花岗岩，测年工作由中国地质调查局天津地质矿产研究所完成。测试结果（图1）显示其（U-P b）同位素年龄值413±5Ma（图2），确定侵入时代为晚志留世。

3 岩石学特征

岩石呈中细粒花岗结构，局部为中粗粒花岗结构，大部分矿物颗粒、闪长质包体等分布均匀，岩石缺乏定向组构。花岗闪长岩中偶含斜长石似斑晶，大小在1～2cm，局部见黑云母、角闪石矿物呈断续定向集合体，岩石显片麻状构造。二长花岗岩中见钾长石似斑晶，大小在1～1.5cm，含量小于5%。

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

花岗闪长岩中SiO2含量在70.47～72.33%，二长花岗岩中SiO2含量在69.91～72.33%；二类岩石中Al2O3含量在13.45～14.47%之间，岩石中K2O含量2.92～4.75%大于Na2O含量2.71～3.90%，FeO、MgO、CaO、TiO2等均显低含量。碱度指数为0.62～0.74；铝过饱和指数=1.02～1.28，除个别外均大于1.1（表1）。岩石属高钾略偏碱的钙碱性岩石。此花岗岩类型应为I型花岗岩（Chappelland White(1974,1983））岩石固结指数SI=5.17～16.29，分异指数为79.52～88.35，岩石固结一般，但岩浆分异结晶完全；岩石氧化率OX= 0.05～0.32，岩石氧化程度不强。

4.2 稀土元素

稀土总量∑REE在花岗闪长岩中为169.46-185.77，二长花岗岩有一定的变化范围，在88.98～199.88之间；轻稀土含量在花岗闪长岩中LREE=152.39～176.07（u g/g），二长花岗岩中L R E E= 74.83～178.45（ug/g）；重稀土含量HREE在9.70～26.10（ug/g）间变化，LREE/ HREE比值=5.29～18.15；Sm/ Nd比值=0.17～0.22，小于0.333；岩石属轻稀土富集型（图2）。δEu值大多在0.53～0.67间，岩石中铕中等亏损，负铕异常较明显；δCe值0.92～0.96，铈略有亏损；(La/Yb）N值4.93～31.36,均大于1。其特征显示岩石物质来源于地壳上部，有下地壳或上地幔物质混入。

4.3 微量元素

花岗闪长岩、二长花岗岩中微量元素组合基本一致，仅在含量上略有区别，各类元素富集程度相当。岩石中Ba、Th强不相容元素等强烈富集，其含量高于地幔岩，其之间呈现同步增长关系。中等不相容元素Ta、Nb、Hf、Zr、Sr等富集程度中等。岩石中亲铜元素Cu、Pb、Zn未见显示，岩石无矿化特征。微量元素蛛网图（图3）显示其特征可同洋脊花岗岩（ORG）标准的同碰撞花岗岩相对比。

表1 晚志留世二长花岗岩铀-铅法同位素参数值表

5 构造背景分析

在微量和稀土元素地球化学特征方面，该花岗岩以富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素；轻、重稀土呈现较强的分馏并具有轻微-中等程度的负铕异常；这些地球化学特征均为弧花岗岩所常见的[5]。据Pearce[6]等的花岗岩构造环境判别法，在Rb-(Yb+Nb）判别图上，样品落于火山弧花岗岩区(图4），与岩浆来源于上地壳密切相关[7、8]；而在Nb-Y图解上(图4），投影点均落入同碰撞花岗岩区。根据TFeO/（TFeO+MgO）-SiO2图解（图4）反映侵入岩具有同碰撞花岗岩的特征，另外据R.A.Batchelor等在R1-R2多阳离子构造环境判别图6上[9]，样品多投入碰撞前及同碰撞花岗岩区。根据微量元素蛛网图（图3、图5）特征显示岩石属同碰撞花岗岩类。由此得出结论，本区晚志留世花岗岩的构造环境应属同碰撞构造环境。

6 结论

青海省黑山晚志留世岩体主要以花岗闪长岩为主，二长花岗岩次之。其花岗闪长岩中SiO2含量在70.47～72.33%，二长花岗岩中SiO2含量在69.91～72.33%；岩石属高钾略偏碱的钙碱性岩石。花岗岩类型应为I型花岗岩。岩浆分异结晶完全。

二长花岗岩轻稀土在88.98～199.88之间；LREE=74.83～178.45（ug/g），LREE/ HREE比值=5.29～18.15；Sm/Nd比值=0.17～0.22，小于0.333；岩石属轻稀土富集型。δEu值大多在0.53～0.67间，岩石中铕中等亏损，负铕异常较明显；δCe值0.92～0.96，铈略有亏损；(La/Yb）N值4.93～31.36,均大于1。岩石地球化学特征表明，岩石物质来源于地壳上部，有下地壳或上地幔物质混入。根据主、微量元素进行构造环境判别，本区晚志留世花岗岩的构造环境应属同碰撞构造环境。侵入体受多期构造、岩浆运动叠加明显。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.08.007