北祁连措龙沟地区辉长岩地球化学特征及构造环境探讨

田成秀，付彦文，张金明，张志青

(青海省地质调查院，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 西宁 810012)

祁连山是世界著名的复合造山带之一，是研究大陆造山带古构造体制、动力学和造山作用过程的理想场所,也是中国的一个重要成矿带。自20世纪70年代以来,众多地质工作者对祁连山大地构造格局与演化、海相火山岩、蛇绿岩、高压变质带、地球化学以及沉积特征等领域的研究取得了举世瞩目的成果和长足的进展(韩松等，2000)。但是，对该造山带中出露的前寒武纪基性侵入岩的研究涉及较少。基性岩体对探讨构造格局的时空演化起着重要作用，包含着丰富的幔源信息，可以作为重要构造转换时间衡量的标尺，在地球动力学研究中有着重要而特殊的意义。近几年，对基性岩脉群的研究成为国内外学者关注的热点，表现为在岩墙群的分布、形态、岩石学、年代学、地球化学和构造演化等方面取得了一系列的成果(HOEK J D,1995；李才等，2004；邵济安等，2001)。通过青海1∶5万玉龙滩、抓什究、贺尔、桥头幅区调工作者在北祁连蛇绿(混杂)岩带中发现的新元古代辉长岩，结合区域资料，研究认为大坂山北、中祁连结合带在南华纪—早震旦世就有一期伸展裂解的构造事件发生(冯益民等，1992，1996)。这一信息对北、中祁连造山带的构造演化及成矿地质背景研究具有重要地质意义。笔者在野外工作的基础上，对基性侵入岩的年代学及地球化学特征进行论述，并对其构造环境加以探讨。

1 区域地质背景及岩石学特征

1.1 地质背景

祁连造山带北邻阿拉善地块，南接祁连-柴达木地块，西以阿尔金断裂为界与塔里木地块相邻，东与秦岭褶皱系相接，大地构造位置十分重要。祁连造山带由北向南划分为北祁连弧盆系和中南祁连陆块。北祁连弧盆系以北祁连蛇绿混杂岩带与中南祁连陆块相接。措龙沟地区位于北祁连蛇绿构造混杂岩带中。混杂带主要由大小不等的构造块体和基质组成，岩石类型复杂，其中古元古代托赖岩群呈外来构造岩块分布最广，为一套中高级变质岩系，以长英质片麻岩为主，镁质碳酸岩盐次之。少量碳酸盐岩、基性-超基性岩、玄武岩、砾岩等以构造块体、构造透镜体形态产出。基质由强片理化的碎屑岩和火山碎屑岩构成。

辉长岩(体)整体产出在祁连蛇绿构造混杂岩带的北缘部位，以透镜体呈北西—南东向展布，出露面积1.02km2。北侧、西侧与混杂带内托赖岩群片岩外来块体呈韧性剪切断层接触；东侧以混杂带北裂为界与志留纪花岗闪长岩呈断层接触；西南部与混杂岩带的碎屑岩、玄武岩块体呈断层接触。受后期构造作用影响，岩石体中发育强劈理化，内部次级断裂发育；普遍具绿泥石化、绿帘石化、黏土化、碎裂岩化蚀变现象(图1)。

1.2 岩石特征

措龙沟辉长岩块体岩石类型主要由辉长岩构成，岩石结构为细粒辉长岩和中细粒辉长岩两种。岩石受后期构造叠加作用明显，其岩石学特征如下。

蚀变细粒辉长岩：岩石为灰色，碎裂结构与细粒辉长结构并存，具不太明显的流动构造。岩石主要组成矿物为斜长石(52%～53%)、辉石(38%～47%)、绿泥石(6%)、绿帘石(4%)、方解石少量。岩石受动力变质作用影响，发育网状裂隙；沿裂隙绿帘石、绿泥石及方解石交代岩石中的斜长石和辉石，使岩石显碎裂结构。斜长石呈半自形粒状晶，晶体长短轴平均值在0.22～2.40mm，一般在2.00mm以下，细粒级晶粒为主，发育压碎裂，普遍具波状消光变形结构，具钠长双晶、钠长机械双晶、肖钠双晶，测得An值在46左右，故为中长石。辉石呈半自形粒状晶，晶体长短轴平均值在0.24～2.88mm，多在2.00mm以下，多数或部分被阳起石交代。

细粒阳起石化辉长岩：浅灰色，细粒辉长结构，具流纹构造。岩石矿物成分为斜长石(53%)、辉石假象(40%)、葡萄石(5%)、绿帘石(2%)，不透明矿物少量。大部分斜长石和辉石的长轴排列方向一致，形成流动构造。斜长石呈半自形粒状晶，晶体长短轴平均值在0.24～1.76mm，具较强的黏土化，帘石化蚀变，少量晶体中具钠长双晶，部分晶体中钠长双晶弯曲或显钠长机械双晶，测得钙长石组分的号数An值在53～55，为拉长石。辉石呈半自形粒状晶，晶体长短轴平均值在0.32～1.38mm，几乎全部被阳起石交代，保留结晶形态。另外沿裂隙葡萄石、绿帘石的集合体交代岩石。

蚀变中细粒辉长岩：浅灰色或灰色，中细粒辉长结构，块状或流动构造。岩石矿物成分为斜长石(41%～65%)、普通辉石(30%～52%)、葡萄石(0～5%)、绿泥石(0～1%)。斜长石呈他形、半自形粒状晶，晶体长短轴平均值在0.44～3.07mm，细粒级晶粒占多数，具较强的黏土化、绢云母化蚀变，伴碳酸盐化、帘石化蚀变，发育钠长聚片双晶，受动力变质作用双晶弯曲现象常见，且还具钠长机械双晶，晶体伴有碎裂化，测得钙长石组分号数An的值为46±，为中长石。普通辉石呈他形、半自形粒状晶，少数呈柱状晶，晶体长短轴平均值在0.66～3.56mm，细粒级晶粒占多数，少数晶体被纤闪石、绿泥石交代，或被绿色阳起石交代。岩石网状裂隙中葡萄石、绿帘石、绿泥石交代岩石。中长石和普通辉石长轴排列基本一致，呈定向排列而形成流动构造。

1.全新世冲洪积；2.古元古代托赖岩群；3.晚志留世二长花岗岩；4.震旦纪辉长岩；5.粉砂岩；6.板岩；7.灰岩；8.砾岩；9.辉绿岩；10.整合界线；11.断层界线；12.韧性剪切带；13.构造块体；14.层理/片理；15.同位素图1 辉长岩体出露位置图Fig.1 Location map of the exposed location rock

2 岩石地球化学特征

本次研究工作选择了7件辉长岩的新鲜岩石样品进行岩石化学全分析。主量元素采用常规化学分析方法(分析精度一般优于2%)，微量元素采用质谱法，稀土元素采用等离子光谱法。测试工作均由国土资源部武汉综合岩矿测试中心完成。其中主量元素通过x荧光光谱仪测定(3080E)，其中FeO检测精密度RSD<10%，其余主量元素H2O及CO2检测精密度RSD<2%～8%。微量元素由等离子质谱(X.series)测定，检测精密度RSD<8%。

2.1 主量元素

措龙沟辉长岩岩石化学分析结果见表1。从表1可见，岩石普遍H2O含量较高，平均为2.57%，反映出岩石后期具较强的绿泥石化蚀变。其SiO2含量为46.05%～50.94%，变化不大，属基性岩范畴；Fe2O3含量小于FeO；MgO含量为5.75%～9.87%，CaO含量介于9.27%～14.49%；Na2O含量介于1.91%～2.73%，普遍>2%以上；Al2O3含量介于14.25%～22.62%，含量明显较高，显示富铝特点；其中TiO2含量为0.12%～0.58%，平均值低于火山弧拉斑玄武岩。镁铁比值(m/f)在0.67～1.59，小于2，为铁质基性岩。岩石普遍Na2O>K2O。标准矿物组合为Or+ab+an+hy+ol+ap+il+mt。与世界火成岩中(R.W.LEMAITRE，1976)同类岩石相比，措龙沟辉长岩的TiO2、FeOt、K2O偏低，Al2O3、CaO较高，Na2O、MgO接近或近于一致。

表1 岩石化学特征表Tab.1 The petrochemistry characteristics

注：样品测试单位：国土资源部武汉综合岩矿测试中心。

在硅碱图中(图2)，样品投点均落于亚碱性系列区。在AFM图解中(图3)，大部分样品投点落于拉斑玄武岩系列区和钙碱性系列区界线上，少数样品落入钙碱性系列区，并靠近FM线分布，反映出明显的贫碱富镁特征；在TiO2-K2O-P2O5图解中(图4)，样品大部分落于大陆拉斑玄武岩区，个别样品落于大洋拉斑玄武岩区。由此可见，措龙沟辉长岩具有大陆拉斑玄武岩岩浆成因的特征。

图2 辉长岩硅碱图Fig.2 Gabbro alkali silica diagram

图3 辉长岩AFM图解Fig.3 A-F-M diagram(据T.N.IRVINE et al.,1971)

OT.大洋拉斑玄武岩；CT.大陆拉斑玄武岩图4 辉长岩TiO2-K2O-P2O5图解Fig.4 TiO2- K2O- P2O5 diagram

2.2 稀土元素

由表2可见，措龙沟辉长岩岩石稀土总量较低，大部分样品∑REE在10.19×10-6～21.71×10-6，个别样品∑REE=6.33×10-6；轻重稀土之比LREE/HREE=1.43～3.49，(La/Yb)N=0.79～2.57，少部分岩石反映轻稀土微弱富集，大部分反映轻重稀土分馏不明显，δEu在1.39～2.46，均大于1，具Eu正异常特征。Sm/Nd=0.26～0.41，与地幔源区岩浆成分相一致(张治洮等，1996)。

在以球粒陨石为标准的配分模式图中(图5)，7件样品的曲线呈轻稀土略微富集右倾斜型，大部分样品的曲线呈轻稀土亏损，稀土更为明显的近于向左、右皆缓倾的分布型式，所有样品具较强的正Eu异常特征，这两种分配型式基本分别与萨德伯里边缘相和中央相层状辉长岩(CROCKET，1979)的稀土配分型式相似。特征反映形成辉长岩的原生玄武质岩浆随分异程度增大和堆积作用加强，其稀土总量逐渐降低，曲线由轻稀土富集转变为轻稀土亏损型，Eu正异常明显，反映分离结晶作用的堆积相富集Eu的特征(任纪舜等，2004)。综合而言，措龙沟辉长岩与堆晶层状辉长岩的特征十分相似。

表2 辉长岩稀土元素特征表(10-6)Tab.2 REE characteristics(10-6)

图5 稀土配分模式图Fig.5 Chondrite normalized REE distribut patterns for the diabase dike swarms in the study area(据BOYNTON，1984)

2.3 微量元素

措龙沟辉长岩岩石微量元素分析结果见表3，岩石各元素丰度值与维氏(1962)基性岩平均值相比，其中Sc、Rb元素丰度值大于维氏值，Cr、Co元素平均值大于维氏值，Cu、Nb、Ta、Th、U、Ba、Sr、Zr、Hf、Ni、W、Mo等元素普遍低于维氏值。

以原始地幔为标准化的微量元素比值蛛网图中(图6)，曲线呈单隆起右倾的型式，Rb、Ba、Th、U、K强不相容元素具较强富集，Nb、La、Ce、Nd、Hf、Zr、Sm中等不相容元素及Tb、Ti、Y、Yb弱不相容元素具较强亏损，其中La元素亏损明显，形成“凹”谷，Sr元素明显富集，形成凸起，各曲线近于平行一致；经计算，所有样品的(Rb∕Yb)N值均>1。各元素丰度及蛛网图曲线型式与(HOLM，1985)所划分的大陆拉斑玄武岩的特征很相似。

图6 微量元素比值蛛网图Fig.6 Web diagram of metamorphic intrusive rock (据 PEACE，1984)

3 形成时代确定

本次工作对措龙沟辉长岩进行了U-Pb同位素测年，其样品号为IPm06JD5-1，岩性为浅灰色中细粒辉长岩。

分析锆石选自约15kg岩石样品。样品经碎样、磁选及重液选等选出锆石，经手选纯后装入环氧树脂中磨光。用光学显微镜及扫描电镜阴极发光(CL)观察选出好的、没有裂纹及包裹体不发育的锆石晶体点进行测定。锆石LA-ICP MS 定年在天津地质矿产研究ICP-MS实验室完成。测试定年的打点锆石共25颗，其分析结果见表4，由表4可见，1～25号点206Pb/238U和207Pb/235U表面年龄较为混乱，大小不一致，但其中第3、4、8、21号4个点的年龄较为一致，给出了(675±31)Ma的年龄值，其锆石U-Pb同位素谐和图见图7。另外3、4、6、8、11、20、21、23共8个点的表面年龄较为接近，但仍有差别，其同位素直方图见图8。

从锆石阴极发光图片(图9)来看，该样品中筛选的锆石明显具有多种类型，少部分锆石呈长柱状、短柱状形态，震荡环带清楚，具岩浆锆石特征，而大部分锆石具圆滑外边的椭圆状外形，具溶蚀结构、斑杂状分带、云雾状分带，少量具明显的变质增生边，因此大多数锆石具有变质锆石的特征。但从岩石本身来看，基本不具明显的较高程度变质。因此，这类锆石应以在没有流体参与的亚固相条件下重结晶作用形成的锆石为主，一部分属于古老熔体的继承锆石。

综上所述，4颗锆石打点给出的(675±31)Ma的年龄值很可能是辉长岩成岩结晶过程中形成的锆石，也即该类辉长岩的成岩年龄，为新元古代早震旦世。

表3 微量元素特征表Tab.3 Trace element characteristics

注：样品测试单位：国土资源部武汉综合岩矿测试中心；Au含量为10-9,其他为10-6。

图7 U-Pb同位素谐和图Fig.7 U-Pb Concordia diagrams of zircon

图8 U-Pb同位素加权图Fig.8 U-Pb Concordia diagrams of zircon

图9 辉长岩U-Pb锆石阴极发光图片(据IPmm006JD5-1)Fig.9 Cathodoluminescence images of zircons

表4 辉长岩锆石U-Pb同位素分析结果表Tab.4 U-Pb isotope age determined result of rock

注：表中所列误差均为1σ误差；测试单位：天津地质矿产研究所。

4 构造环境判别

前已表述，措龙沟震旦纪基性岩产出在柏木峡蛇绿构造混杂岩带之中，呈构造透镜体产出，其原始产状特征被破坏殆尽，因此，从其产状以及与其围岩的关系等方面已经不能判断其环境。

据岩石地球化学分析，岩石具有类似大陆拉斑玄武岩的岩浆特征；稀土配分型式与堆晶层状辉长岩的特征十分相似，其中部分轻稀土微富集的配分型式更类似于大陆玄武岩；而微量元素特征及蛛网图曲线型式与HOLM(1985)所划分的大陆拉斑玄武岩的特征很相似(肖庆辉等，2002)。

通过图解判别，在TiO2-MnO×10-P2O5×10图解中(图10)，辉长岩样品投点较集中落入岛弧拉斑玄武岩区，仅有1个样品投于落于钙碱性玄武岩区；在FeOt-MgO-Al2O3图解中(图11)，投点较集中地落入造山带环境区并有向大洋岛屿演化的特征。将辉长岩7组样品投于R1-R2图解中(图12)进行构造环境判别，结果样品较集中分布于地幔分离环境区，基本说明辉长岩形成于伸展性构造环境。

OIT.大洋岛屿拉斑玄武岩;MORB.洋中脊玄武岩;CAB.钙碱性玄武岩;OIA.大洋岛屿碱性玄武岩;IAT.岛弧拉斑玄武岩图10 TiO2-MnO×10-P2O5×10图解Fig.10 TiO2-MnO×10-P2O5×10 diagram

结合本区区域地质分析，辉长岩为洋壳或上地幔玄武质岩浆分异或分离结晶堆积作用形成的、类似于大陆拉斑玄武岩的产物。进一步明言，措龙沟辉长岩具有大陆或陆缘初始裂谷环境成因特征。

1.洋中脊及洋底;2.大洋岛屿;3.造山带;4.大陆板块内部;5.扩张中心岛屿图11 辉长岩TFeO-MgO-Al2O3图解Fig.11 FeOt-MgO-Al2O3 diagram

1.地幔分离的；2.板块碰撞前的;3.碰撞后的抬升;4.造山晚期的;5.非造山的;6.同碰撞期的;7.造山期后的图12 辉长岩R1-R2图解Fig.12 R1-R2 diagram

另外，在措龙沟辉长岩南侧的柏木峡蛇绿构造混杂岩带中还发现了南华纪基性火山熔岩(玄武岩锆石U-Pb测年764±3Ma，)构造块体，其岩石地球化学与大陆裂谷型玄武岩极为相似；很可能该类玄武岩和辉长岩是同一构造背景之下形成的产物。由此反映，大坂山北、中祁连结合带在南华纪—早震旦世就有一期伸展裂解的构造事件发生，形成的少量的岩石记录在加里东晚期强烈的碰撞造山运动中被构造混杂拼贴到了古生代蛇绿构造混杂岩带中(徐学义等，2008)。

5 结论

(1)措龙沟地区辉长岩样品LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析的结果表明，其年龄值为为(675±31)Ma，确定其时代为新元古代。

(2)措龙沟地区辉长岩体，岩石化学分析表明辉长岩具有富镁、富铝、富钠特点，与地幔源区岩浆成分相一致。

(3)措龙沟地区辉长岩为大陆或陆缘初始裂谷环境下的产物；反映大坂山北、中祁连结合带在南华纪—早震旦世就有一期伸展裂解的构造事件发生。

致谢:诚挚感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见。青海省地质调查院区调所玉龙滩项目组同事给予了大力支持和帮助，在此一并致以衷心的感谢。

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