青海洪水河地区侵入岩地球化学特征与地球动力学意义

李 萌，肖渊甫，张俊柯，杨秋平，谭 韬

(成都理工大学，四川 成都 610059)

1 地质概况

红水河地区位于东昆仑复合造山带中段北坡祁漫塔格地区红水河下游一带，由于特殊的构造位置，不同时期发育不同强度的岩浆活动[1]，犹以中三叠世花岗岩浆侵入活动最为剧烈。中三叠世侵入岩以岩株和岩基的形式广泛分布在研究区南部，沿NW-SE向的区域构造线走向展布，产出花岗闪长岩和细粒二长花岗岩两种岩石类型。

2 岩石化学特征

2.1 主量元素

1)酸度的过渡性

研究区侵入岩的SiO2含量为64.55%～69.12%，平均含量为66.75%，其低于中国花岗岩中SiO2的平均含量(72.83%)，属于中酸性岩石。CIPW标准矿物计算结果显示所有样品均含有标准矿物石英(含量22.04%～29.24%)，呈现SiO2过饱和。

2)中钾

Na2O含量为3.35%～3.63%，平均值为3.53%；K2O含量为2.32%～3.17%，平均值为2.80%，与中国花岗岩[2]中Na2O(3.13%)与K2O(5.01%)相比，Na2O含量略高，K2O含量则较低。碱度率AR指数在1.79～2.3之间，全碱ALK(Na2O+K2O)含量为6.03%～6.92%，Na2O含量略大于K2O，Na2O与/K2O值为1.06～1.56，平均为1.28，具有I型花岗岩的特征。在硅钾图(图1)中，只有PM07样品落入高钾钙碱系列区，其余4个样品全部落入中钾钙碱系列区。Rittman指数介于1.56～1.75之间，小于3.3，属于钙碱性岩石。

图1 红水河侵入岩K2O-SiO2图解

3)铝的过渡性

Al2O3含量为14.6%～16.2%，均值15.43%，略高于中国花岗岩平均值(Al2O3=13.4%)，CIPW标准矿物显示，只有PM01样品的刚玉分子量大于1，其余均小于1，铝饱和指数(A/CNK)在0.95～1.07之间。平均值为1，具备I型花岗岩的特征。在铝饱和指数图(图2)上，三个样品落入过铝区，两个样品落入偏铝区。

图2 红水河侵入岩铝饱和指数

2.2 微量元素

由红水河地区侵入岩微量元素标准化(据McDonough等，1992)蛛网图(图3)，各岩石曲线基本一致，具有类似的亏损和富集特征，曲线总体向右倾斜，局部差异体现在：PM07与D1098样品与其余样品相比呈现Th亏损，PM01样品较与其余样品呈现Ba的相对富集。从左到右，随着元素不相容性的逐渐减少，元素含量也随之整体下降。各样品富集K、Th、Rb、Ba、等大离子亲石元素(LILE)，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE)，与俯冲环境中高钾低钛钾质岩[3]特征类似，显著的“TNT”负异常意味着在岩浆源区的俯冲带中存在地幔物质的混合物。Ti、P的显著亏损说明岩浆结晶分异作用较强，原因在于早期岩浆中钛铁矿、磷灰石和蛭石的沉淀造成了剩余岩浆中Ti和P的消耗。Tb的强烈富集说明花岗质岩来源于上地壳或受上地壳的影响。

图3 红水河侵入岩微量元素蛛网图

2.3 稀土元素

与世界花岗岩中的稀土平均含量(290×10-6)相比，红水河地区的稀土总量(ΣREE)较低。介于83.02～116.02×10-6之间，LREE/HREE介于7.09～18.89之间，(La/Yb)N=7.40～24.13，强烈分馏轻重稀土，δEu为0.78～0.93，小于1，显示弱的或无负的异常，重稀土强烈亏损和Eu的不明显负异常说明形成红水河地区侵入岩的岩浆先结晶出石榴子石，但斜长石的结晶作用不明显，说明岩浆源区较深，与地壳混合。在红水河侵入岩标准化稀土分布模型图(根据Boynton，1984)(图4)中，元素曲线具有良好的一致性。这表明侵入岩具有相同的物源供给区，并经历了类似的演化过程。曲线中重稀土部分较平，分馏不明显，轻稀土分馏强烈。该曲线与典型的壳型花岗岩REE“V”型配分模式大相径庭，说明源岩岩浆存在地幔物质的贡献。

3 岩石成因及构造环境分析

3.1 岩浆成因与演化

红水河地区侵入岩具有同源演化的趋势，在岩石化学方面，随着SiO2含量的升高(64.55%～69.12%)，K2O+Na2O含量亦升高(5.95%～6.7%)，CaO(4.72%～2.43%)和Fe2O3+MgO(2.79%～1.19%)的含量则随之降低；随着碱度率AR的增加(1.79～2.3)，拉森指数LI随之增加(14.61～21.40)，显示岩浆具有减少镁和铁含量以及提高碱度的趋势。P2O5含量(0.15%～0.09%)随着SiO2含量的升高而降低，结果表明，由于部分偏铝—过铝硅酸盐熔体中的磷具有较低的溶解度，所以岩浆分异更强。其含量会随着分异程度的增加而下降。研究区侵入岩Na2O(均值为3.53%大于3.2%)较高，且A/CNK值低于1.1，与典型的S型花岗岩特征迥然不同，此外Zr+Nb+Ce+Y含量在178.32～213.68 ppm，低于A型花岗岩的下限(350 ppm)，并且在铝饱和度指数图上(图2)，所有样品均落在I型花岗岩区。所以，红水河地区侵入岩属I型花岗岩，来自于壳幔混合作用，而所有样品Zr含量高(平均值为137.39 ppm大于100 ppm)，说明岩浆演化过程中，锆石结晶不明显，原因在于锆石在地壳深溶过程中发生差异溶解[4]，暗示地壳部分熔融。Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、MnO、TiO2表现出的随P2O5降低而降低的正相关线性关系，说明研究区岩浆经历了混合作用。综上所述，红水河侵入岩的壳源部分由于幔源岩浆的破坏而部分熔融，混合成的长英质岩浆于地壳深部通过较高的分异演化而形成的。

3.2 构造环境与地球动力学机制分析

在地球化学特征方面，研究区花岗岩普遍具有重稀土元素(HREE)和高场强元素(HFSE)亏损和轻稀土富集的典型弧岩浆岩特征。高场强元素如Ta，Ti，P和Nb的损失表明它们与俯冲密切相关。研究区侵入岩中Nb/Ta，Rb/Sr，Rb/Ba和Sr/Y的平均值为：13.88，0.24，0.14，42.84，与大陆弧均值(12.82，0.2，0.17，15.47)[5]基本一致，蛛网图与稀土配分模式图的曲线图形亦与大陆弧花岗岩相似。

在R1-R2图(图5)中，只有PM01样品落入靠近板块碰撞前花岗岩区的同碰撞花岗岩区，其余样品全部落入板块碰撞前的花岗岩区域，表明研究区内的侵入岩是在碰撞前形成的，并结合区域构造特征。在中三叠世期间，昆南洋向北俯冲后，进入陆内连续俯冲碰撞阶段。区域地质资料显示研究区花岗闪长岩锆石U-Pb同位素年龄为246.2±1.0 Ma。同时结合前文分析的花岗岩类地球化学特征，显示中三叠世的侵入岩为碰撞前俯冲的结果。

4 结 论

1)红水河地区侵入岩花岗岩SiO2平均含量为66.75%，属中酸性岩类，样品中全碱含量为6.03%～6.92%，K2O/Na2O=0.64～0.95，Rittman指数(σ)为1.56～1.75，铝饱和指数(A/CNK)为0.95～1.07，平均为1，表明该岩石属于中钾，副铝过铝钙碱性系列。

图5 红水河侵入岩R1-R2图解

2)红水河地区侵入岩在花岗岩类型判别图解上为I型花岗岩，地球化学特征总体表现为LILE和LREE元素相对富集，HFSE和HREE元素相对亏损的特征；岩石化学图解上各样品曲线形态基本一致，表明各岩石具同源演化的特征；δEu的弱负异常表明地壳物质的参与，而Ti和P的显着亏损表明岩浆具有强烈的分异性。

3)红水河地区侵入岩是中三叠世在昆南洋向北俯冲的动力学背景下，俯冲洋壳深埋于高温高压条件下部分熔融。然后，由扩散源熔体和壳源熔体混合产生的混合岩浆被输送到浅部并由较高结晶度分化形成。为昆南洋未完全闭合提供了依据，标志着碰撞造山阶段的滞后。