青海省半沙山地区早石炭世侵入岩地球化学特征及其地质意义

李成福，赵明福，史连昌，韩建军，云启成，谈 艳

(青海省地质调查局，青海 西宁 810000)

自上世纪50年代对该地区开展了1∶100万、1∶50万、1∶20万的重、磁、电及矿产调查，大致建立了构造格架，较系统的区域地质调查始于八十年代末，进入本世纪后开展了1∶5万化探普查、1∶5万遥感地质调查、地质矿产调查和科研工作。前人通过开展面积性地物化工作，在本区积累了较为丰富的地质、矿产、地球物理、地球化学资料，较合理的建立了本区的地层层序，了解了区内基本构造轮廓，对区内的岩浆活动进行了较为详细的划分，基本了解了本区地球物理及地球化学背景及异常特征，针对阿尔金断裂进行了专题研究，为本次工作提供了可靠的基础资料[1]。而对早石炭世侵入岩的地球化学特征及对其构造背景、地质意义等方面资料欠缺，近年的1∶5万、1∶25万区域地质调查获得了一些地球化学数据，结合野外地质产状研究了分布在半沙山地区早石炭世侵入岩的地球化学特征、侵入深度、侵位机制及构造环境，提高了该区岩浆岩的研究程度。

1 地质特征

研究区位于柴达木盆地西北缘—阿尔金山南坡一带，大地构造划分隶属柴北缘结合带中的滩间山火山弧[2]。研究区构造发育，除了近东西向、南北向、北东向、北西向断裂非常发育外，北西西向和北东向韧性剪切带也十分发育，还发育有褶皱构造和节理构造。

地层区隶属秦—祁—昆地层大区阿尔金地层区阿中地层分区，出露地层主要有古元古代达肯大坂岩群(Pt1D)、新近纪油砂山组(N2y)及第四纪地层[3]。

区内岩浆活动比较频繁，中酸性侵入岩极为发育。侵入时期为晋宁期、华力西期和印支期，其中华力西期侵入岩最为强烈，而且分布面积也比较广。岩石类型以基性—酸性为主。区内出露的侵入岩主要有早泥盆世二长花岗岩，晚泥盆世斜辉橄榄岩、角闪橄榄岩、辉石岩，早石炭世英云闪长岩、花岗闪长岩、石英闪长岩、角闪闪长岩、闪长岩，早三叠世角闪闪长岩，中三叠世钾长花岗岩等；区内脉岩较发育，主要有橄榄岩脉、辉石橄榄岩脉、辉绿岩脉、辉长岩脉、闪长岩脉、花岗岩脉、闪长玢岩脉、辉绿玢岩脉等。

研究区内早石炭世侵入岩主要分布于半沙山及其以西地区，主要以岩株形式产出，出露面积约为84 km2，平面形态多呈不规则状、条带状，总体呈北1 古元古代达肯达坂岩群片麻岩组；2 古元古代达肯达坂岩群大理岩组；3 中元古代蓟县纪万洞沟群碎屑岩组；4新近纪油砂山组；5 第四纪；6 早泥盆世二长花岗岩；7 中三叠世钾长花岗岩；8 早石炭世英云闪长岩；9 早石炭世黑云母石英闪长岩；10 早石炭世花岗闪长岩；11 早石炭世闪长岩；12 早石炭世角闪闪长岩；13 辉长岩脉；14 石英脉；15 花岗岩脉；16 辉绿岩脉；17 钾长花岗岩脉；18 超基性—基性岩；19 闪长岩脉；20 地质界线；21 不整合界线；22 岩体超动接触界线；23 岩体脉动接触界线；24 断层西向展布。围岩主要为古元古代达肯达坂群、中元古代蓟县纪万洞沟群及第四系，以侵入接触为主，局部呈断层接触。侵入界线呈波状弯曲，界面多为外倾，外接触带岩石可见烘烤现象，围岩中多处见有辉长岩脉、辉绿岩脉、闪长岩脉、钾长花岗岩脉穿插，内接触形成几厘米不等的细粒边[4]。

图1半沙山地区区域地质矿产简图

2 岩石学特征

研究区内早石炭世侵入岩岩石组合为中细粒黑云母石英闪长岩—细粒闪长岩—中细粒英云闪长岩—中细粒花岗闪长岩—中细粒角闪闪长岩，其中黑云母石英闪长岩为灰色，中细粒半自形柱状结构、块状构造，主要矿物成分为斜长石、黑云母、石英、辉石、磷灰石等；闪长岩为灰色，半自形粒状结构、块状构造，主要矿物成分为斜长石、角闪石、石英、辉石、磁铁矿等；英云闪长岩为灰白—浅灰白色，中细粒花岗结构、块状构造，主要矿物成分为斜长石、石英、黑云母等；花岗闪长岩为灰白色，中细粒花岗结构、块状构造，主要矿物成分为斜长石、钾长石、石英、角闪石、黑云母等；角闪闪长岩为灰色，细粒半自形粒状结构，显流动构造，主要矿物成分为斜长石、角闪石、石英、黑云母等。本次研究工作主要选取半沙山一带出露的早石炭世侵入岩作为主要研究对象[4]。

3 岩石地球化学特征

半沙山地区早石炭世侵入岩主量、稀土和微量元素组见表1。

表1 早碳世侵入岩岩石化学特征

3.1 主量元素特征

研究区内早石炭世侵入岩氧化物含量见表1，其中SiO2含量为51.3%～65.29%，Al2O3含量为15.69%～17.82%，K2O含量为0.82%～7.73%，Na2O含量为3.42%～4.31%，K2O/Na2O值介于0.2～2.26，CaO含量为3.92%～9.17%，CaO/K2O值介于1.19～11.12，明显具有富硅富铝富钙钠贫钾镁铁的特点。根据里特曼指数σ为1.4～12.92，属于钙碱性岩[5]。

在SiO2-(K2O+Na2O)图解上(图2)，样品投点大部分落入亚碱性系列；在AFM图解中(图3)样品投点均落在钙碱性系列；在铝饱和指数图解中(图4)样品投点多落在过铝质区域内。综上所述，早石炭世侵入岩总体显示过铝质高钾钙碱性系列花岗岩的成分特点。

图2 半沙山地区早石炭世侵入岩ω(SiO2)-ω(K2O+Na2O)图解

图3 半沙山地区早石炭世侵入岩AFM图解

图4 半沙山地区早石炭世侵入岩A/CNK-A/NK图解

3.2 稀土元素

早石炭世侵入岩稀土元素含量及特征值见表1，稀土总量(ΣREE)较高，在60.91×10-6～189.73×10-6之间；轻重稀土比(LREE/HREE)在4.96～10.46之间，轻稀土元素强烈富集，δEu=0.78～1.37，(La/Yb)n=3.29～14.37。Eu的亏损较为明显，稀土配分曲线均为向右斜的曲线(图5)，轻重稀土分馏中等，具较强的负铕异常，各岩石稀土曲线近于平行，反映属同源岩浆的产物。

图5 早石炭世侵入岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线

3.3 微量元素

早石炭世侵入岩微量元素含量见表1，在微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图6)，具Rb、Th、Ce、Zr、Sm的正异常以及Ba、Nb、Sr、P、Ti不同程度的负异常，与活动大陆边缘花岗岩分布型式相似[6]。

图6 半沙山地区早石炭世侵入岩微量元素

4 讨 论

4.1 侵入深度与剥蚀程度

侵入岩与围岩侵入接触关系明显，围岩热接触变质条带发育，局部侵入体边部具冷凝边，略显示定向组构并大致平行于接触面，侵入体之间接触关系协调，界限清楚。该侵入体侵入深度属中等[7-8]。

该侵入体剥蚀程度属浅剥蚀到中等剥蚀，其特征为:围岩除具十分发育的热变质带外，其中并有岩枝贯入，围岩具热变质及蚀变(硅化)，内接触带中围岩捕掳体发育，部分围岩以残留体形式出现在侵入岩顶部，局部可见冷凝边且平行于接触面，侵入岩中后期岩脉发育，以区域对比分析，该侵入岩在区内出露以中期为主，接触关系以超动形式，形成时温度为700～750℃，压力均大于2×108Pa。

4.2 岩体构造与侵位机制

侵入体大部分沿断裂带分布，平面形态以不规则状为主，与围岩构造基本一致，接触接线多呈弯曲不平，外接触带常见有岩枝及相关性岩脉贯入，内接触带中见有大小不等的围岩捕掳体，侵入体内部岩石中矿物晶粒分布较均匀。综上所述，本侵入体侵位机制是一种在被动的岩墙扩张机制下形成的。

4.3 构造环境探讨

早石炭世半沙山地区侵入岩属钙碱性系列偏铝质—过铝质岩石，岩石属壳幔型花岗岩，具俯冲型花岗岩特点。A/CNK比值为 0.89～1.005，Na2O/K2O 比值为0.77～0.80，A/NK 比值为1.75～1.9，属钙碱性系列岩石。在R1-R2图解中(图7)，样品投点大多数落在2区，属板块碰撞前花岗岩。利用构造环境判别图解进行投影，在TFeO-MgO图解(图8)、(TFeO+MgO)-CaO图解(图9)中，投影点均落在IAG+CAG+CCG区。

区域地质特征显示，石炭纪随着古特提斯多岛洋的强烈扩张[9]，环柴达木周缘接受滨浅海环境的碎屑岩—碳酸盐岩沉积，陆陆碰撞持续的挤压应力和洋壳的拖曳造成强烈的陆内俯冲作用，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，造成中下地壳和上升地幔物质的混合熔融，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，早石炭世侵入岩正是在这一构造背景下形成的[10-11]。

结合区域特征综合判断，半沙山地区石英闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩等侵入岩应属陆内俯冲阶段地壳物质部分熔融的产物，岩浆形成过程中有地幔物质的参与。

图7 半沙山地区早石炭世侵入岩R1-R2图解

图8 半沙山地区早石炭世侵入岩TFeO-MgO图解

图9 半沙山地区早石炭世侵入岩(TFeO+MgO)-CaO图解

5 结 论

1)半沙山地区出露的早石炭世侵入岩的岩石组合为灰色中细粒黑云母石英闪长岩—灰色细粒闪长岩—灰白色中细粒英云闪长岩—灰白色中细粒花岗闪长岩—灰色中细粒角闪闪长岩。

2)半沙山地区早石炭世侵入岩总体显示过铝质高钾钙碱性系列花岗岩的成分特点，轻稀土元素强烈富集，具较强的负铕异常。

3)半沙山地区出露的早石炭世侵入岩为壳幔混合源成因，应属陆内俯冲阶段地壳物质部分熔融的产物，形成过程中有地幔物质的参与。