东昆仑沙松乌拉环斑花岗岩的时代及地质意义

才航加， 张金明，张启龙

(青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海省地质调查院，青海 西宁 810012)



东昆仑沙松乌拉环斑花岗岩的时代及地质意义

才航加， 张金明，张启龙

(青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海省地质调查院，青海 西宁 810012)

东昆仑沙松乌拉环斑花岗岩位于南昆仑结合带，该构造带隶属于秦岭-昆仑造山带的一部分。由似斑状花岗闪长岩、花岗闪长岩和环斑花岗岩组成，主体岩性为环斑花岗岩，具特殊的环斑结构。对似斑状花岗闪长岩和环斑花岗岩进行U-Pb同位素测年，分别获得(440.6±1.1)Ma和(437±1.2)Ma的锆石U-Pb年龄，均显示其时代为早志留世。通过对其地质特征、地球化学特征等资料的研究,结合区域大地构造环境,认为沙松乌拉环斑花岗岩为碰撞造山阶段的产物,是增厚了的造山地壳的部分熔融形成的；沙松乌拉环斑花岗岩时代的精确定年不仅证实了南昆仑结合带存在加里东期花岗质岩浆活动，而且也揭示了该区存在加里东期造山型环斑花岗岩；对认识南昆仑结合带的构造演化特征和物质组成具有重要意义。

环斑花岗岩；环斑结构；碰撞造山；早志留世

环斑花岗岩(rapakiv granite)以其独特的结构、岩石组合及构造环境一直倍受人们的关注(周滨等，2008)。大量的研究显示，这种岩石主要发育于元古宙稳定大陆，它们的出现多标志着非造山的稳定环境(王晓霞等，2001)。例如，最著名的北半球巨型元古宙环斑花岗岩带。因此，认为环斑花岗岩的特征是产出于非造山带环境，形成于元古宙，具有环斑结构。近期，又有一些报道显示，环斑花岗岩可以发育于造山带环境，这种造山带的环斑花岗岩已得到了很多环斑花岗岩专家的认可。例如，HAPALA和RäMÖ认为造山带中产出环斑花岗岩已是公认的事实(HAPALA et al,1999)。本次在开展1∶25万布伦台幅、大灶火幅区域地质调查中,对分布于南昆仑结合带中,侵入于中—新元古代万保沟岩群等不同地质体中的沙松乌拉环斑花岗岩进行了调查和研究,发现与世界典型环斑花岗岩存在着较大差异,它的形成和侵位无疑对造山带的形成、发展、演化和动力学的研究具独特的地质意义。笔者从环斑花岗岩地质特征、年代学、地球化学特征等方面对其成因及大地构造意义给予探讨。

1 区域地质概况

东昆仑造山带位于青藏高原北部，呈近东西向展布于东昆仑—鄂拉山一带，北邻柴达木盆地，以南昆仑结合带为界，南邻巴颜喀拉，其西端被阿尔金大型走滑断裂所截，东端大体以塘格木断裂和赛什塘-苦海断裂为界，与秦岭弧盆系为界，是横亘在青藏高原内部的一条造山带，也是一条基底隆起带(姜春发等，1992)。带内从北至南划分为祁漫塔格地块、昆北地块、南昆仑结合带3个构造单元(姜春发等，1992；潘桂棠等，2002；2009)。东昆仑造山带演化不是一个简单的俯冲增生过程，而是一个具多旋回复杂演化历史的造山带，经历了多旋回的洋陆转化，碰撞后的陆内演化也很复杂(殷鸿福等，1997)。其中南昆仑结合带内沉积建造记录主要为中—新元古代万保沟群，由上部碳酸盐组和下部火山岩组组成，其次是早古生代奥陶—志留纪纳赤台群，属整体无序，局部有序或无序的构造混杂岩范畴，以及早寒武世沙松乌拉组复理石建造。沙松乌拉组、万保沟群、纳赤台群分别在晋宁末期、加里东中晚期发生区域低温动力变质作用，使岩石发生高绿片岩相、低绿片岩相变质，之后动力变质作用加强，中浅构造层次韧性剪切变质变形作用叠加强烈；印支期大量岩浆侵入，岩石发生大规模强烈接触变质作用，形成不同类型接触变质岩。

2 岩体地质

沙松乌拉环斑花岗岩位于东昆仑西段(图1)，昆中断裂带的南侧，北为东昆仑弧盆系，即位于东昆仑弧盆系与巴颜喀拉地块之间的南昆仑结合带。区域出露地层为中—新元古代万保沟群、早寒武世沙松乌拉组和奥陶—志留纪纳赤台群。沙松乌拉环斑花岗岩由似斑状花岗闪长岩、花岗闪长岩、环斑花岗岩组成，主体岩性为环斑花岗岩，具特殊的环斑结构；平面形态呈不规则状，长条状、不规则带状沿昆中断裂呈北西向展布；侵位于中—新元古代万保沟群中，侵入界面多呈外倾，在局部呈断层接触，局部内倾，呈波状弯曲，接触面产状：195°∠50°，侵入体原生节理中充填有安山岩的捕掳体；接触带围岩见角岩化、矽卡岩化蚀变。同期岩体之间呈脉动侵入接触，局部被第四系冲洪积物沉积掩盖。岩石普遍较为破碎，风化强烈，发育球形风化。沙松乌拉环斑花岗岩可以确定有2种岩石类型：一种为灰红色椭圆状-卵状钾长石，被1～4 mm的深灰色环带所包围；另一种为灰白色椭圆状微斜长石，被2～3 mm的灰色环带包围。2种环斑花岗岩之间无明显的界线。

3 岩石化学特征

3.1 主量元素

沙松乌拉环斑花岗岩主量元素特征见表1，w(SiO2)变化不大，为60.46%～71.79%，其中环斑花岗岩的w(SiO2)为61.84%～71.79%，属中酸性岩范畴。w(Al2O3)、w(TiO2)含量较高，分别为13.13%～15.9%和0.34%～1.46%；岩石的w(K2O)普遍较高，为2.46%～4.83%，里特曼指数σ=0.80～3.20，属钙碱性岩。在SiO2-(K2O+Na2O)图解中(图2)样品均投在亚碱性区域内，显示出中高钾的特点。在AFM图解中(图3)样品投点均多落在钙碱性系列区域内，且早期单元岩石靠近拉斑玄武岩系列区分布。ASI=0.87～1.3，在铝饱和指数图解中(图4)样品投点落在过铝质和偏铝质区域内。在岩石CIPW标准矿物计算中多出现标准矿物刚玉分子，岩石总体显示过铝质高钾钙碱性系列岩石特点。

1.中—新元古代万保沟群；2.早寒武世沙送乌拉组；3.奥陶—志留纪纳赤台群中酸性火山岩组合；4.晚二叠世大灶火组；5.第四系沉积物；6.早志留世环斑花岗岩；7.早志留世花岗闪长岩；8.早志留世似斑状花岗闪长岩；9.早三叠世花岗闪长岩；10.中三叠世二长花岗岩；11.地理位置；12.昆中断裂；13.脉动接触；14.U-Pb同位素采样位置图1 环斑花岗岩出露位置图Fig.1 Location map of rapakivi granite

样号岩石类型氧化物含量(%)SiO2TiO2Al2O3Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2OP2O5CO2H2O+H2O-σASIXⅡGS019⁃2PM016⁃11⁃1VIGS895⁃1ⅥGs23花岗闪长岩604614614031477050122203952362460350952839969126102634909514081465180120134429736902601519599732110936324104153412439400720743235436903—131987325108768160613950783530046074227376384014—1129894226096XⅡGS015ⅥP9Gs1⁃1ⅥGs430⁃1似斑状花岗闪长岩686005314720443000041800643154610160101999978232130622205215815452880046086193144016—04497792841196616096137507551800891533123044018—0829958212092ⅥGs412ⅥP4Gs0⁃1ⅥGs894XⅡGS018环斑花岗岩6184106159223850076142389294372025—13298472281006994058150602730400441581283444016—23102052261197066074131311526900580652133244012—079927188097717903413460691900040561673294830090121049982228098

图2 硅-钾图解Fig.2 w(SiO2)-w(K2O+Na2O) diagram

图3 A-F-M图解Fig.3 A-F-M diagram(After T.N.Irvine et al.,1971)

图4 铝饱和指数图解Fig.4 Al2O3 vs(Na2O+ K2O+CaO) diagram

3.2 稀土元素

早志留世侵入岩的稀土元素含量及特征参数见表2，从表中可以看出：除个别样品外，绝大部分样稀土总量较高，ΣREE=208.04×10-6～303.56×10-6，明显具有壳源特征。LREE/HREE=6.49～16.24，轻稀土强烈富集，δEu=0.32～0.79，(La/Yb)N=7.3～36.48，显示明显的负Eu异常。稀土配分曲线均为向右倾斜的富集型曲线(图5)，轻重稀土分馏明显，且轻稀土分馏明显而重稀土分馏较弱，显示明显的负Eu异常，分布型式具地壳重融型花岗岩类的特征，稀土曲线近于平行，反映属同源岩浆的产物。

表2 稀土元素分析结果及主要参数表

续表2

样号主要参数ΣREELREEHREELREE/HREEδEu(La/Yb)nLa/SmXⅡXT019⁃223496203603136649079730433PM016⁃11⁃125820228352985765060896501VIXT895⁃1208041872220828990561288620ⅥXT2321172188872285827052984501XⅡXT015286522566629868600571086569ⅥP9XT1⁃1303562723531218730451361651ⅥXT430⁃1293152626030558600521273604ⅥXT4123583533756207916240643648927ⅥP4XT0⁃12744425155228910990441993709ⅥXT89421830192042626731039944586XⅡXT01826604236172987791032894608

图5 稀土元素配分模式图Fig.5 Chondrite normalized REE distribution patterns for diabase dike swarms in the study area

3.3 微量元素

早志留世侵入岩的微量元素见表3，以原始地幔为标准的微量元素分布形式图中(图6)各岩石表现出相似的特征，曲线形态呈锯齿状，峰和谷非常明显，显示出均为K、Rb、Th等低场强元素(LFS)富集，Hf、Zr、Sm、Y、等高场强元素(HFS)弱富集，具Rb、Th、Ce的正异常以及Ba、Nb不同程度的负异常，与碰撞型花岗岩类分布形式相似，具大陆壳的特征。说明了沙松乌拉环斑花岗岩的岩浆由地壳物质熔融产生，且可能产生于增生大陆边缘的新的地壳，即与造山作用有关。

表3 微量元素丰度及主要参数表(10-6)

图6 微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.6 Spider diagram of metamorphic intrusive rock

4 年代学

笔者对沙松乌拉以东一带的似斑状花岗闪长岩和环斑花岗岩做了U-Pb同位素测年。分别选取25颗锆石开展测年工作，测试的锆石多呈无色透明，金刚光泽，颗粒较为粗大，多在100 μm×200 μm左右，通常为半自形到自形，以柱状锆石居多；锆石颗粒的长∶宽=2∶1，内部存在继承性的核发育，锆石显示出明显的岩浆锆石的形态特征，其震荡环带发育，岩浆环带宽窄不一(图7、 图8)。分析数据后在似斑状花岗闪长岩中获得21颗锆石的206Pb/238U表面年龄加权平均值为(440.6±1.1)Ma(MSWD=0.054)，测试数据见表4，年龄图见图9；在环斑花岗岩中获得20颗锆石的206Pb/238U表面年龄加权平均值为(437±1.2)Ma(MSWD=0.007 0)，测试数据见表5，年龄图见图10，均显示其时代为早志留世。

5 岩石成因及构造环境分析

由前述可知，沙松乌拉环斑花岗岩岩石的207Pb/235U总体显示过铝质高钾钙碱性系列岩石特点，另外微量元素显示出K、Rb、Th等低场强元素(LFS)富集，Hf、Zr、Sm、Y等高场强元素(HFS)弱富集，具Rb、Th、Ce的正异常以及Ba、Nb不同程度的负异常，与碰撞型花岗岩类分布形式相似，具大陆壳的特征。稀土元素显示出明显的负Eu异常，具轻稀土富集型特征。总体上沙松乌拉环斑花岗岩是在碰撞造山作用中产生的花岗岩。在侵入岩R1-R2判别图解中(图11)，投点多落在2区和6区，代表俯冲型花岗岩和同碰撞花岗岩。利用构造环境判别图解进行投影，在(Al2O3-Na2O-K2O)-TFeO-MgO三元图解中(图12)，岩石样品投点落在IAG+CAG+CCG和POG区；在(Al2O3-Na2O-K2O)-(TFeO+MgO)-CaO三元图解中(图13)，样品投点多落在POG区且靠近POG区分布。

图7 似斑状花岗闪长岩中的锆石CL图像Fig.7 CL images of zircon from porphyritie granodiorite

图8 环斑花岗岩锆石中的CL图像Fig.8 CL images of zircon from rapakivi granite

样品情况点号含量(10-6)PbU同位素比值206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb208Pb/232Th232Th/238U年龄(Ma)206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb1181259100707054250055700211027614404404402496930070705438005580021003041441441442372992007100543400555002360374544244143247710760070805436005570020103648441441439514220560070705432005570018502890440441442613319550070605428005580018402292440440443761892007070544600559001720271444044144882130000706054430055900151049814404414489179483034397256501530007010456019062143238010385400070805442005570019203646441441442113650600698052080054100146061024354263761233466007080543400557001470491044144144013487080070805433005570014302770441441440141143140343071717015170068203558190121332365151921653012361100700646002490104075175476216931281007070543600557001410668844144144217263630070905432005560015904129441441436186910030070805444005580015702846441441444199314210070705445005580017100628440441446209012660070705438005580020503498441441443213940000964111540083900380023725937611291227511170070705437005580025701129441441443237310680070805446005580022702024441441445241662408007060544500559002270219244044144925415850070805445005580017103691441441443

注:测试单位：天津地质矿产研究所；表中所列1～8,10,12,13,16～20,22～25号点206Pb/238U表面年龄加权平均值(441±1)Ma。

图9 似斑状花岗闪长岩锆石U-Pb同位素年龄图Fig.9 U-Pb Concordia diagram and 207Pb/235U age plots of zircon from porphyritie granodiorite

岩 性灰色似斑⁃环斑花岗闪长岩点号含量(10-6)PbU同位素比值206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb208Pb/232Th232Th/238U年龄(Ma)206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb1288350500701079470082200263071584375941250253745007020537600556001950439943743743538612340070205377005560018403658437437436415521870070207027007260029402226437540100452636200701053800055700176044284364374406126182800702053780055600173030354374374367771090007010538000556001700451143743743881512159007020538200556001670403543743743794464500701053750055600179029274374374361096138500701053730055600184032454374374351124328007010537700557001970473443743743912649310070205377005560021502375437437435136692800701053780055600203038604374374381443605007020537500556002130352743743743415921260007020537600556002040489043743743616598450070105373005560020302989437437435178411960070105374005560021103247437437435181361974007010538400557001920293943743744019114168700701080790083500350006284376011282

续表5

岩 性灰色似斑⁃环斑花岗闪长岩点号含量(10-6)PbU同位素比值206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb208Pb/232Th232Th/238U年龄(Ma)206Pb/238U207Pb/235U207Pb/206Pb20105152100701053840055700230026064374374422177110800701053630055500184035014374364312239534007020536900555001810548743743643223426060070105381005560017503234437437438245717628007010640100662002060561543750281225239288800701101070104500297060654377091706

注:测试单位：天津地质矿产研究所；表中所列2,3,5～18,20～23号点206Pb/238U表面年龄加权平均值(437±1)Ma；3. 1～25号点238U-206Pb等时线年龄值(437±12)Ma；岩石样口号为XIID018。

图10 环斑花岗闪长岩锆石U-Pb同位素年龄图Fig.10 U-Pb Concordia diagram and 207Pb/235U age plots of zircon from rapakivi granite

图11 R1-R2图解Fig.11 Diagram of R1-R2

图12 (Al2O3-Na2O-K2O)-TFeO-MgO三元图解Fig.12 (Al2O3-Na2O-K2O)-TFeO-MgO diagram

图13 (Al2O3-Na2O-K2O)-(TFeO+MgO)-CaO三元图解Fig.13 (Al2O3-Na2O-K2O)-(TFeO+MgO)-CaO diagram

综合判断，笔者认为早志留世侵入岩为碰撞造山阶段的产物。区域地质特征显示早志留世加里东运动进入陆内俯冲碰撞阶段，形成秦祁昆加里东造山带，随着陆壳的不断短缩增厚，大量的变形热、变质热、摩擦热以及压力的增高，造成中下地壳部分熔融，形成岩浆上升侵位。但是增厚的陆壳阻碍了大规模岩浆的上升，只有部分岩浆侵入地壳浅部，沙松乌拉环斑花岗岩正是在这一构造背景下形成的。

6 结论

(1)长期以来，南昆仑结合带的花岗质岩石多作为华力西期构造岩浆活动的结果。近年来，大量地质事实表明早古生代和晚古生代—早中生代造山旋回是南昆仑结合带2个重要的构造旋回。岩浆活动是内动力作用下岩石圈-软流圈系统结构调整的产物，尤其是花岗岩类的形成与造山带的构造演化息息相关，特殊的花岗岩类型往往表明了造山带构造演化的一个特定阶段(卢欣祥等，2000)，对于阐明区域地质演化具有特殊的意义。本次工作对环斑花岗岩进行U-Pb同位素测年，分别获得(440.6±1.1)Ma和(437±1.2)Ma的锆石U-Pb年龄，均显示其时代为早志留世，表明其属于加里东期。由此，沙松乌拉环斑花岗岩锆石U-Pb年龄的获得再次证明了南昆仑结合带早古生代时期存在强烈的构造岩浆活动。

(2)以往的研究，不少学者从变质作用、火山作用等方面论述了南昆仑属加里东构造带(张建新等，2003，曹永清等，1999)。沙松乌拉环斑花岗岩时代的精确定年不仅证实了该区存在加里东期花岗质岩浆活动，而且为南昆仑属加里东构造带提供了进一步的证据。

(3)通过对沙松乌拉环斑花岗岩地质特征、地球化学特征等资料的研究,结合区域大地构造环境,认为沙松乌拉环斑花岗岩为碰撞造山阶段的产物,是增厚了的造山地壳的部分熔融形成的；是南昆仑早古生代构造演化的产物；揭示了该区存在加里东期造山型环斑花岗岩；对认识南昆仑结合带的构造演化特征和物质组成具有重要意义。

周滨，汪方跃，孙勇，等.秦岭沙河湾造山带型环斑花岗岩地球化学特征及构造属性讨论[J].岩石学报，2008，24(6)：1261-72.

ZHOU B，WANG FY，SONG Y，et al.Geochemistry and tectonic affinity of Shahewan orogenic rapakivi from Qinling[J].Acta Petrologica Sinica，2008，24(6)：1261-72.

王晓霞，王涛，卢欣祥.环斑花岗岩研究及存在的问题[J].地质科技情报，2001，20(4)：19-23.

WANG XX，WANG T，LU XX.Studies and Problems on Rapakivi Granites[J]. Geological Science and Technology Information，2001，20(4)：19-23.

姜春发，杨经绥，冯秉贵.昆仑开合构造[M].北京：地质出版社，1992：10-115.

JIANG CF，YANG JS，FENG BG.Openning-Closing Tectonics of the Kunlun Mountain[M].Beijing：Geological Publishing House，1992：10-115.

潘桂棠，李兴振，王立全，等.青藏高原及邻区大地构造单元初步划分[J].地质通报，2002，21(11)：701-707.

PAN GT，LI XZ，WANG LQ，et al.Preliminnnary division tectonic units of Qinghai-Tibet Plateau and its adjacent regions[J].Geological Bulletin of China，2002，21(11)：701-707.

潘桂棠，肖庆辉，陆松年，等.中国大地构造单元划分[J].中国地质，2009，36(1)：2-28.

PAN G T，XIAO Q H，LU S N，et al.Subdivision of tectonic units in China[J].Geology in China，2009，36(1)：2-28.

殷鸿福，张克信.东昆仑造山带的一些特点[J].地球科学，1997，22(4)：339-342.

YIN HF，ZHANG KX.Characteristics of the eastern Kunlun orogenic belt[J].Earth Science，1997，22(4)：339-342.

张建新，孟繁聪，万渝生，等.柴达木盆地南缘金水口群的早古生代构造热事件：锆石U-Pb SHRIMP 年龄证据[J].地质通报，2003，(6)：397-404.

ZHANG JX，MENG FC，WAN YS，et al.Early Paleozoic tectono-thermal event of the Jinshuikou Group on the southern margin of Qaidam:Zircon U-Pb SHRIMP age [J].Geological Bulletin of China，2003，(6)：397-404.

曹永清，罗照华，邓晋福，等.东昆仑—柴达木北缘地区早古生代火山活动与构造演化[J].地质论评，1999,45 (增刊)：1002-1009.

CAO YQ，LUO ZH，DENG JF，et al.Paleozoic Volcanic Activities and Tectonic Evolution of the Eastern Kunlun Mountains—the Northern Margin of the Qaidam Basin[J]. Geological Review，1999，45 (Supplement)：1002-1009.

卢欣祥，尉向东，肖庆辉，等.秦岭环斑花岗岩的年代学及其意义[J].高校地质学报，1999，5(4)：372-377.

LU XX，WEI XD，XIAO QH，et al.Geochronological studies of rapakivi granites in Qinling and its geological implications [J].Geological Journal of China Universities，1999，5(4)：372-377.

Hapala I RämöOT.Rapakivi granite and related rocks:an introduction[J].Precumbrtun Research.1999，95(1-2)：1-7.

Age and Geological Implications of Shasongwula Rapakivi Granite in East Kunlun Mountains

CAI Hangjia, ZHANG Jinming, ZHANG Qilong

(Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources of The Northern Qinghai Tibet Plateau，Qinghai Geological Survey Institute, Xining 810012, Qinghai, China)

Shasongwula rapakivi granite, located in the South Kunlun suture belt, belongs to a part of Qinling-Kunlun orogenic belt. This rapakivi granite consists of porphyritic granodiorite,granodiorite,rapakivi granite, with special rapakivi texture. The U-Pb isotopic dating of porphyritic granodiorite and rapakivi granite has been carried out, the obtained zircon U-Pb ages are (440.6±1.1)Ma and (437±1.2)Ma respectively, which belong to the Early Silurian. Based on its geological characteristics and geochemical data, the Shasongwula rapakivi granite has been considered as a product of the collision orogenic stage and was formed by the partial melting of thickened orogenic crust through combining with the data regional tectonic environment. The dating of Shasongwula rapakivi granite has confirmed the existence of Caledonian granitic magma activity in South Kunlun suture belt, and has revealed the existence of Caledonian orogenic type rapakivi granite in this studying area. Thus, this study has a great significance to recognize the tectonic evolution haracteristics and composition of South Kunlun suture belt.

rapakivi granite; rapakivi texture; collision orogenic; Early Silurian

2015-12-10；

2016-05-10

青海1∶25万布伦台、大灶火幅区域地质调查(1212011121187)

才航加(1984-)，男，工程师，从事区域地质矿产调查工作。E-mail:35844043@qq.com

P588.121

A

1009-6248(2016)04-0062-11