甘肃金塔县碱凹井岩体岩石地球化学特征及构造环境分析

蒲万峰，严镜，汪宏涛，王舒恒，刘景显

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050）

甘肃金塔县碱凹井岩体岩石地球化学特征及构造环境分析

蒲万峰，严镜，汪宏涛，王舒恒，刘景显

（甘肃省地矿局第三地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730050）

甘肃金塔县东北的张家疙瘩一带发育大量侵入岩体，碱凹井岩体出露规模较大，侵入蓟县系平头山组，北东局部侵入石炭系干泉组，岩性主要为二长花岗岩和正长花岗岩。岩石组合类型和岩石地球化学研究表明，碱凹井岩体SiO2含量71.59%～75.86%，平均74.06%，Na2O含量3.73%～4.10%，K2O含量4.55%～4.76%，铝饱和指数A/CNK= 1.04～1.20，稀土元素总量为79.95×l0-6～201.65×l0-6，（La/Yb）N=1.05～2.24，球粒陨石标准化分布模式图总体呈略微右倾的V字型，具相对平缓的富集轻稀土元素稀土分布模式。重稀土元素分馏不明显且相对亏损，Eu具明显负异常，δEu=0.07～0.36。在微量元素原始地幔标准化蛛网图上，亏损Ba，Nb，Sr，Ti，富集Rb，Th，K。结合区域地质背景认为，该岩体形成于后碰撞伸展作用阶段，可能源于幔源岩浆底侵，导致上覆年轻地壳（可能为洋壳和岛弧建造组成）部分熔融，并发生了较强的结晶分异作用。

北山；碱凹井；富碱高钾花岗岩；岩石地球化学；构造环境

北山造山带位于甘肃、内蒙古和新疆交界处，西邻天山和阿尔泰山，东接阿拉善，为华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块陆缘结合部，构造过程极复杂，为一多旋回复合造山带。该带大地构造分区一直存在争议，多年来备受国内地质学家关注［1-15］。北山造山带由北向南依次为雀儿山古生代岩浆弧、红石山晚古生代蛇绿构造混杂岩带、白山晚古生代岩浆弧、马鬃山早古生代岩浆弧、牛圈子早古生代弧后盆地、双鹰山早古生代被动陆缘、红柳园古生代裂谷和石板墩前陆基底［16］。其中红柳园古生代裂谷的形成与演化是北山南带古生代构造演化研究的难点和重点。因此，对北山南带花岗岩体的成因、构造环境背景及形成时代等问题的研究，不仅对阐明北山南带的大地构造归属具重要意义，且对古生代构造演化及EW构造带对比尤为重要。前人研究主要集中在对该区花岗岩岩体岩相学及成矿专属性调查［17-21］，缺乏对岩石地球化学及地质意义专题研究。笔者在甘肃省金塔县石板泉一带1：5万矿产远景调查时，对碱凹井岩体进行了详细的调查研究。本文通过岩石学和岩石地球化学研究，结合前人锆石LA-ICP-MS定年，对该岩体成因机制及构造意义进行探讨，为该地区晚古生代构造演化提供依据。

1 区域地质背景

金塔县位于塔里木板块与华北、西伯利亚板块交汇部位，大地构造位置特殊，构造变形复杂，是铁、铜、铅锌等多金属矿产成矿的有利地段，也是研究造山带理论的典型地区。区内出露地层以中元古代片岩、石英岩、糜棱岩和千枚岩，志留系浅变质砂泥质碎屑岩和火山岩及石炭系中酸性火山岩、碎屑岩和灰岩为主。区内侵入岩发育，有正长花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩、花岗闪长岩、闪长岩、角闪辉长岩等，其中二长花岗岩分布最广，次为正长花岗岩，多呈带状分布于张家疙瘩、石板泉、白山堂、大红山、拐把头、羊头泉、白石坝以及铁矿场一带。岩体侵入时代主要为加里东中期及华力西期，以华力西期岩浆侵入最强烈，如小红山岩体、苗儿山岩体、碱凹井岩体和辉长山岩体。

碱凹井岩体在小红山北西、张家疙瘩南至碱凹井一带呈岩株状产出，呈NW向展布（图1）［22］❶赵福寿，胡令善.张家疙瘩幅、石板泉幅1：5万区域地质调查报告，1994，出露面积约60 km2，侵入于蓟县系平头山组中。北东局部与石炭系干泉组侵入接触，北侧和南侧多被第四系覆盖。岩性主要为二长花岗岩和正长花岗岩，平面上呈NWW向展布，西头大，东头小，形状不规则，侵入接触关系清楚。侵入体在中心部位石英含量较高，蚀变微弱，边缘部位石英含量较低，有明显的绿帘石化、绿泥石化、褐铁矿化等。岩体与围岩呈突变接触，接触面倾向围岩，局部与围岩接触处粒度变细，围岩有不同程度热变质，呈不规则状。在前人研究基础上，据野外调查及室内分析将碱凹井岩体解体为二长花岗岩和正长花岗岩两个组成部分，二者呈脉动接触关系。

图1 碱凹井岩体地质略图Fig.1 Geological sketch of Jianaojing pluton

2 岩体岩相学特征

二长花岗岩新鲜面为灰白色，中细粒半自形粒状结构，块状构造（图2-a）。岩石中石英呈烟灰色或无色波状消光，且脆性裂隙发育，含量35%；斜长石呈灰白色，聚片双晶发育，An=29，为更长石，次生矿物为绢云母等，约占28%；钾长石呈肉红色，交代严重，含量33%。黑云母除部分残留体外，多褪色，并有白云母交代现象，次生矿物有绿泥石，含量4%。正长花岗岩新鲜面为肉红色，中细-中粗粒花岗结构，块状构造（图2-b）。矿物成分主要为石英（30%～40%）、钾长石（40%～50%）、斜长石（10%～15%）及少量黑云母，次为角闪石，副矿物为萤石、锆石等。石英晶面亮净；斜长石呈半自形板粒状，不同程度绢云母化，一般中心部位绢云母化明显；钾长石为条纹长石，半自形板柱状，晶体粗大，常包含斜长石晶体。次生矿物有帘石。

图2 碱凹井岩体正长花岗岩（a）和二长花岗岩（b）显微照片Fig.2 Microscopic photos of syenogranite（a）and monzonitic granite（b）for Jianaojing Pluton

3 地球化学特征

3.1 主量元素

：%su单位anty，Gun数Jinta Co参及Gran相关ite of据数化学aojing岩of石Jian体er井mb岩碱凹县塔d index nu金an肃1甘data表Table 1 Petrochemistry量总100.6799.99 99.90 99.83烧失1.710.860.850.48P2O5 0.070.070.020.01MnO 0.030.040.040.03Na2O 4.104.003.733.73K2O 4.764.554.614.68MgO 0.450.260.350.28CaO 1.140.680.850.56FeO 0.240.440.161.10Fe2O3 1.341.051.470.53Al2O3 .20 15.60 14.36 12.49 12TiO2 0.040.020.090.08SiO2 71.59 73.42 75.37 75.86岩岩岩岩性岗岗岗岗岩花花花花长长长二长正二正号编品-01 -02 -03 -04样YQYQYQYQ号1234序100.03OX0.570.580.580.580.99K/N 1.161.141.241.250.04K N+8.868.558.348.410.04R22.68442.13370.92358.90313.89R12 162.632 371.452 578.752 592.664.65MF77.83 85.14 82.32 85.34 0.34FL0 88.63 92.65 90.76 93.70.81AR3.013.203.593.670.491.09SI4.132.523.392.71.66 13DI.36 90.62 92.61 93.81 930.06/ANK0.780.790.900.9074.06K A/CN1.171.201.041.07岩岩岩岩岗岗性岗岗花岩花花花长长长长正二正二值均号平编品-01 -02 -03 -04样YQYQYQYQ号1234序0.58Ap0.150.150.040.02p（CIPW源资土；国集采1.16Il0.08Lc+K0.04+N院r+勘0.15Ab查0.17质8.54He0.830.02DI=Q矿+O产1.22数三0.00地异局0.76指第1.161.50Mt0.39Fe2O3）；分矿0.77地37省/（FeO+甘由肃eO品2 426.37fs0.00Hy0.000.001.51=FOX）；样数+M化82.66指eOHy0.66gOen0.6.0.7.l2O3；氧e2O3+F1.14K2O）/A）/（FeO91.44 Ac0.000.000.000.00/A=（Na2O+=100×（Fe2O3+FMFC1.380.28）；NK0.002.01比数子指3.37K2O）（分铁Ne0.00Na2O+0.000.000.00Al2O3/（CaO+K2O+2.992.74CaO）；镁3.20An5.303.36K2O）/（Na2O+K=a2O+标准01A/CN.02 .60 G93-3534.1（N.83 92Ab31.73 31数00指=1DZ和FL合；指符饱数K2O）英质铝27.53 28.45 0.85Or量27.15 27.86 -（Na2O+长aOa2O+析，2012，K2O）；/（Al2O3+C+N法31.37eO方分34.22 34.25 1.12Q26.89 Fe2O3+F等谱光岩岩岩岩K2O）子岗原岗岗性岗P岩花花花花/（MgO+IC长长长长+（Na2O+gOSI=100×M心二e+aO二用正正中值测均号检平编品-01 -02 -03 -04 =（Al2O3+CAR指监YQYQYQYQ数督样率固资结源度）；产：碱据矿序号1234注数州算兰计部

碱凹井岩体主量元素分析结果见表1。岩石SiO2含量71.59%～75.86%，平均74.06%；Al2O3含量12.36%～15.20%，A/CNK=1.04～1.20，在铝饱和指数判别图解上落在过铝质区域（图3-a）；K2O+Na2O含量较高，平均8.54%，富钾（Na2O=3.73%～4.10%，K2O= 4.55%～4.76%，Na2O/K2O＜1），NK/A=0.78～0.90，在SiO2-AR与碱度关系图解上，样品均落入碱性系列区域。样品总体在SiO2-K2O图中属高钾碱性系列（图3-b）。氧化指数（OX）=0.57～0.58，反应岩体就位较浅，形成于相对氧化的环境。另外，P2O5含量低且变化不大（0.01%～0.07%）；低CaO（0.56%～1.14%）；低TiO2（0.02%～0.09%）；低MgO（0.26%～0.45%）。分异指数（DI）较高（90.36～93.81，平均92.60），固结指数（SI）较低（2.52～4.13，平均3.19），长英指数（FL）和镁铁指数（MF）都较大，平均分别为91.43和82.66，表明岩体形成过程中受外来物质影响程度较低，岩浆演化分异程度较高。综上所述，碱凹井岩体SiO2饱和，形成于相对氧化的环境，为分异程度较高的富碱高钾型花岗岩。

图3 碱凹井岩体铝饱和指数判别图（a）及碱凹井岩体SiO2-K2O图（b）Fig.3 The alkalinity ratio versus（a）and SiO2-K2O（b）diagram of the Jianaojing pluton

表2 甘肃金塔县碱凹井岩体微量元素数据及相关参数Table 2 Trace elements and index number of Jianaojing Granite of Jinta County，Gansu单位：×l0-6

3.2 稀土元素

由表2看出，碱凹井花岗岩体稀土元素总量相对较低，为79.95×l0-6～201.65×l0-6，随酸度增加呈增大趋势，表明总体变异趋势不明显。在球粒陨石标准化分布模式图中（图4-a），相对富集轻稀土元素（LREE），重稀土元素（HREE）分馏不明显且相对亏损，但明显高于10倍球粒陨石丰度，因此具相对较低的（La/Yb）N比值（1.05～2.24）。Eu具明显负异常，δEu=0.07～0.36，可能与斜长石在源区的残余有关。稀土元素球粒陨石标准化分布模式整体呈略微右倾V字形。

3.3 微量元素

在微量元素原始地幔标准化蛛网图中（图4-b），样品的稀土模式图和原始地幔标准化图基本平行，显示了同源演化特征。Nb，Ba，Sr和Ti出现较大亏损，Rb，Th和K具明显正异常，其中Nb元素明显亏损，反映了伸展环境［25］，类似大陆裂谷或减薄的大陆岩石圈花岗岩特点。在花岗岩Sr-Yb类型判别图解中投入非常低Sr高Yb区［27］，张旗等认为具非常低Sr高Yb型花岗岩形成的压力极低，相图上多位于高温低压区，代表了地壳减薄产物［27-29］。在Rb-Y+Nb图解上（图5-a），样品均落入后碰撞范围。在样品与典型后碰撞花岗岩大洋中脊标准化图解中（图5-b），样品走势与典型后碰撞花岗岩不一致，表明碱凹井花岗岩体非典型后碰撞花岗岩，可能为后碰撞晚期初始伸展阶段产物。

图4 碱凹井岩体稀土元素球粒陨石标准化图（a）和微量元素原始地幔标准化图（b）Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle normalized trace element spider diagram（b）of the Jianaojing pluton

图5 Rb-Y+Nb图解（a）与典型后碰撞花岗岩大洋中脊标准化图解（b）Fig.5 Diagram of Rb-Y+Nb（a）and ocean ridge granite（ORG）normalized geochemical patterns for samples and representative post-collision granites（b）

4 成因类型及构造环境分析

碱凹井花岗岩体高硅，富碱富钾，具较低的CaO和MgO，稀土元素球粒陨石标准化分布模式整体呈略微右倾的V字形，类似于A型花岗岩。在Na2OK2O判别图解中［32］，不能完全投入到A型花岗岩区域中，推测其为一种向A型花岗岩过渡的富碱高钾型花岗岩。

工作区位于北山造山带南带，具独特的大地构造位置。石炭纪时期，北山北部古洋壳向南俯冲形成一套大陆边缘弧的早志留世流纹岩和晚志留世花岗岩类组合。早石炭世，中等成熟的过渡型地壳再次发生拉张作用，发育一套裂谷型双峰式火山岩建造（红柳园组）。进入鼎盛时期的晚石炭世，测区裂谷演化到消亡时期，形成甘泉组，这次裂谷岩浆作用可能预示着裂谷即将进入闭合、碰撞挤压造山过程［3，6，16，33］，本次碰撞造山属“软碰撞弱造山”［34］，经历时间较短。赵福寿等对碱凹井岩体进行锆石U-Pb同位素定年，年龄为302 Ma❶赵福寿，胡令善.张家疙瘩幅、石板泉幅1：5万区域地质调查报告，1994。据冯继承等在研究区以西约240 km的桥湾北地区研究成果，该时期主碰撞造山作用已结束，进入后碰撞伸展作用阶段［35］。样品在Pearce等花岗岩构造环境判别图解中均投入后碰撞环境（图5）［30-31］。后碰撞环境是一个复杂时期，该时期包括了诸如板块间沿剪切带的大规模运动、合拢、岩石圈拆沉作用、小型海洋板块的俯冲及裂谷生成等，这些事件包括持续的或间隙的伸展体系［36］。吴泰然将该类花岗岩归为拉张型过渡花岗岩（EGG），认为其形成是由于地壳的拉伸减薄，上地幔热物质上涌，使地壳形成一种高温低压环境，并使地壳发生部分重熔，同时上地幔上涌的热物质沿拉张的裂隙与地壳的热物质发生混染作用，对陆壳物质进行改造，使之向过渡类型转化，形成拉张型过渡壳的花岗岩［37］。

综上所述，北山地区在晚石炭世裂谷作用期间，伸展作用可能导致岩石圈连续性遭破坏而弱化。在随后裂谷闭合碰撞挤压造山过程中，部分脆弱的岩石圈过早地发生拆沉作用，引起地幔底辟上升部分熔融形成玄武质岩浆，随后，玄武质岩浆底侵作用又导致上覆年轻地壳（洋壳和岛弧建造组成）的部分熔融，在岩浆上升过程中发生了较强的结晶分异作用和混染作用，最终形成酸性侵入岩岩体。

5 结论

（1）碱凹井岩体为一种向A型花岗岩过渡的富碱高钾型花岗岩，Eu亏损明显，稀土元素球粒陨石标准化分布模式整体呈略右倾的V字形，富集Rb，Th和K，亏损Nb，Ba，Sr和Ti。

（2）碱凹井岩体可能源于幔源岩浆底侵导致年轻地壳（洋壳和岛弧建造组成）部分熔融，并发生较强的结晶分异作用和混染作用，最终形成酸性侵入岩体。

（3）碱凹井岩体形成年龄为302 Ma，研究区在该阶段主碰撞造山作用已结束，进入后碰撞伸展作用阶段，即碱凹井岩体形成于后碰撞伸展环境。

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Tectonic Setting and Geochemical Characteristics of the Jianaojing Pluton in Jinta County，Gansu

Pu Wanfeng，Yan Jing，Wang Hongtao，Wang Shuheng，Liu Jingxian
（No.3 Geological and Mineral Exploration team，Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploraion and Development，Lanzhou，Gansu，730050，China）

A large lump intrusive rocks develop in Zhangjiageda area of northeast of Jinta County，Gansu Province. Among them，Jianaojing pluton is the biggest one in the region.The pluton，intruding into Jixian Period Pingtoushan Formation in the west and south，and Carboniferous Period Ganquan Formation in the northeast，is mainly composed of syenogranite and monzonitic granite.Based on detailed field survey，the rock assemblage and geochemistry shows that the SiO2content in the pluton is 71.59%～75.86%，the average is 74.06%，Na2O content is 3.73%～4.10%，K2O content is 4.55%～4.76%，aluminum saturation index A/CNK=1.04～1.20，and the total rare earth element（REE）between 79.95×l0-6and 201.65×l0-6，（La/Yb）N=4.95～28.95.The Chondrite-normalized REE pattern was slightly rightist Figure V-shaped，with a relatively flat LREE enriched REE patterns.Besides，heavy REE fractionation is not obvious and relatively at loss.Moreover，Eu has obvious negative anomaly，with δEu=0.07～0.36.In the trace element spider diagram，loss is marked as Ba，Nb，Sr，Ti and the enrichment as Rb，Th，K.Combined with regional geological background，it is inferred that the pluton emplaced in post-collision setting.It may be resulted from partial melting of the overlying young crust（possibly be constructed by oceanic crust and island arc）caused by bottom invasion of mantle-derived magmas and a strong crystallization and differentiation occurred.

Beishan mountain；Jian'aojing；Alkali-rich potassium-high granites；Petrogeochemistry；Tectonic setting

1000-8845（2015）02-263-07

P111

A

项目资助：甘肃省金塔县石板泉一带矿产远景调查（甘财建（2010）254号）资助

2014-05-01；

2014-06-06；作者E-mail：395911917@qq.com

蒲万峰（1984-），男，甘肃兰州人，助理工程师，2009年毕业于长安大学地质学专业，主要从事地质矿产勘查