青海省窑洞山地区五路沟岩体岩石地球化学特征及地质意义

杨雪松，余福承，孟 红,王国良，李根军

(1. 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； 2. 青海省地质调查院，青海 西宁 810012)

0 前 言

东昆仑造山带位于青藏高原东北缘，是我国中央造山带的重要组成部分，其形成与演化历来都是地质研究的热点。多年来地质学者在东昆仑地区开展地质调查与研究工作，均认为东昆仑地区的构造演化主要经历了元古代基底形成与发展、早古生代洋陆转换、晚古生代盆山转换演化、中生代陆内叠覆造山、新生代陆内演化阶段5个重要阶段演化发展。

近几年地质工作者在黑海—大灶火沟—黑刺沟—没草沟—万保沟一带陆续发现(枕状)玄武岩、辉长岩及少量硅质岩等蛇绿岩套(MORB)的残片，近一步证实，伴随Rodina超大陆的裂解，东昆仑地区进入了原特提斯洋的演化，前人对原特提斯洋的具体闭合时间做过大量研究，但争议较大。如昆中缝合带为同一个大陆内部两个相对独立的分离陆块间的碰撞缝合带，柴达木地块与东昆仑曾是完整的大陆块，在早古生代拉开形成小洋盆，末期又碰撞拼合；东昆仑东部在早寒武世为洋盆形成及扩张阶段，中寒武世开始进入俯冲阶段，持续到晚奥陶世，而东昆仑西部形成洋盆时间稍晚些；王立社等[1]在清水泉研究认为东昆南洋盆的闭合时间在426.5 Ma±3.8 Ma～408 Ma±1.6 Ma，朱云海等[2]测得诺木洪郭勒的枕状玄武岩U-Pb锆石年龄419 Ma，认为东昆洋的闭合晚于中志留世；靳立杰等[3]在赛什腾组获得可靠碎屑锆石年龄为421 Ma±7 Ma，认为东昆洋的闭合时间不早于中志留世。笔者参加青海省格尔木市窑洞山地区区调项目，在窑洞山地区的原志留纪岩体中解译出一套俯冲环境下的火山弧花岗岩，利用LA-ICP-MS方法，首次在该花岗闪长岩体中获得U-Pb锆石年龄为471 Ma±2 Ma，时代为中奥陶世，认为东昆洋在早寒武世处于拉张阶段，中寒武世向北俯冲消减，一直持续到中奥陶世。

1 地质特征

调查区位于青海省东昆仑山东段，区域构造位置处于东昆仑南坡混杂岩带与北巴颜喀拉地块的结合部位，五路沟岩体处于东昆仑南坡混杂岩带中，在调查区中部五路沟西侧，是从前人划分的晚志留纪二长花岗岩(ηγS3)中新解体出的一套中奥陶世侵入体，岩性有灰色中细粒花岗闪长岩和浅灰白色英云闪长岩，出露面积约13 km2。南侧与晚志留世花岗闪长岩呈超动侵入接触，其他大范围被第四系冲洪积物覆盖(见图1)。

1 地质界线；2 角度不整合接触界线；3 大断裂；4 一般性断裂；5 雪线；6 工区位置；7 第四系；8 下侏罗统羊曲组；9 下三叠统八宝山组；10 中上三叠统上巴颜喀拉亚群；11 下三叠统巴颜喀拉亚群；12 下中三叠统洪水川组；13 下中二叠统马尔争组；14 石炭—二叠系哈吉尔组；15 志留系赛什腾组；16 下寒武统沙松乌拉组；17 中元古代万保沟群；18 三叠世—早侏罗世二长花岗岩；19 晚三叠世—早侏罗世辉长岩；20 晚志留世—早泥盆世二长花岗岩；21 晚志留世—早泥盆世正长花岗岩；22 中奥陶世花岗闪长岩；23 晚奥陶世白云母二长花岗岩；24 U-PB同位素样

图1 窑洞山地区地质

2 岩石学特征

花岗闪长岩：岩石为灰白色，具中细粒花岗结构，块状构造(见图2)。岩石由斜长石48%～57%、石英21%～27%、钾长石13%～14%、黑云母2%～5%、角闪石假象1%～3%、白云母2%、磷灰石及不透明金属矿物1%组成。斜长石多呈半自形板状晶，少数呈半自形粒状晶，具明显绢云母化，高岭石化蚀变。石英呈半自形—它形粒状晶，斜长石呈半自形粒状晶，具明显的高岭石化蚀变，角闪石假象呈柱状，几乎被黑云母、绿泥石交代。白云母呈长条状，磷灰石呈柱状和它形粒状晶，在岩石中零星分布。不透明金属矿物呈微粒状，均为暗色矿物蚀变交代的产物。

Pl 斜长石；Qz 石英集合体；Mu 白云母

英云闪长岩：岩石为灰白色，变余中—细粒半自形粒状结构、似斑状结构、基质具细粒半自形粒状结构，块状构造。岩石由似斑晶7%和基质93%组成。似斑晶成分为斜长石和石英，似斑晶大小在0.71 mm×1.25 mm～1.1 mm×2.25 mm间，其中斜长石呈半自形斑状晶。基质由斜长石、石英、黑云母、角闪石假象、钾长石、绿帘石、褐帘石、磷灰石、金红石、锆石及不透明矿物组成。磷灰石呈细柱状、粒状。锆石呈短柱状，多以包裹体状赋存于石英、长石中，不透明矿物呈粉末状，主要分布于云母片中，为绿泥石交代的析出产物。

3 同位素年代学特征

本次在五路沟花岗闪长岩体中采集U-Pb同位素测年样品1件，重约18 kg，编号为IX(U-Pb)01。该样品在河北廊坊完成样品表面清洗并晾干，粉碎后用电磁选挑选锆石，制靶后送由天津地质矿产研究所，利用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)完成锆石U-Pb同位素测试分析[4]。测试中共挑选出25颗锆石，从锆石阴极光照片可见(见图3)，锆石多为浅淡棕色，透明，晶形完整，多呈短柱状，少量为长柱状，发育明暗相间的条纹构造，具有较好振荡型环带特征，为岩浆成因锆石。25颗锆石同位素分析数据中(见表1)，除12号点206Pb/238U值在265 Ma左右，数据明显偏小，其他1～11，13～25号点206Pb/238U表面年龄加权平均值为471 Ma±2 Ma(见图4)，同位素谐和图中年龄值较集中(见图5)，笔者认为该测试年龄可靠，代表花岗闪长岩锆石的结晶年龄，也代表该岩体的侵位时代为中奥陶世。

图3 花岗闪长岩锆石阴极发光图像

表1 中奥陶世花岗闪长岩U-Pb同位素测定结果

注：表中所列误差均为1σ误差；1～11,13～25号点206Pb/238U表面年龄加权平均值471 Ma±2 Ma。

图4 206Pb/238U锆石年龄加权平均值

图5 锆石U-Pb年龄谐和图

4 岩石化学及地球化学特征

4.1 主量元素特征

从岩石化学成分及特征表可见(见表2)，SiO2含量变化不大，介于65.03×10-2～71.86×10-2间，属中酸性岩范围；Al2O3在14.37×10-2～20.04×10-2间；K2O介于1.89×10-2～3.03×10-2；除IXGS1453样品中Na2O含量高达9.06×10-2外，其他介于3.25×10-2～3.79×10-2；IXGS1453样品σ=5.43，为碱性岩，其他样品里特曼指数1<σ<3.3，为钙碱性，在SiO2-(Na2O+ K2O)图解(见图6)中仅IXGS1453落在碱性岩区域，其他样品均落在钙碱性岩区域，说明岩石由钙碱性—碱性系列过渡；Al2O3介于 14.37～20.04间，且Al2O3>(K2O+Na2O+CaO)>(K2O+Na2O)，为过铝质花岗岩。其中A/CNK介于1.62～1.77，大于1.1，具S型花岗岩特征，源岩来源于陆壳沉积物熔融；K2O/Na2O介于0.21～0.80，小于1，具I型花岗岩特征，来源于地壳中火成岩重熔，无论S型或I型，源岩主要为壳源，混合少量幔源成分；铝饱和指数ASI=1.07～1.14，在ACNK-CNK图解中(见图7)，所有样品均落于过铝质花岗岩区，在SiO2-K2O图解(见图8)中，样品均落入中钾区，岩石的CIPW标准矿物组合中(见表3)刚玉的出现，表明岩石具过铝特征。综述五路沟岩体为一套过铝质中钾钙碱性—碱性岩，源岩为以陆壳成分为主，混合少量地幔物质，具I型花岗岩特征。

图6 五路沟岩体 SiO2-(Na2O+K2O)判别图

表2 五路沟岩体岩石化学成分及特征值

注：样品由武汉综合岩矿测试中心完成，岩石化学含量为10-2。

图7 五路沟岩体A/CNK-A/NK判别图

图8 五路沟岩体SiO2-K2O判别图

4.2 稀土特征

从岩石的稀土元素含量及特征表中可见(见表4)，∑REE在25.31×10-6～166.02×10-6间，低于上地壳平均值(210×10-6)，LREE/HREE比值=4.89×10-6～11.31×10-6。(La/Yb)N在4.43～15.76，属轻稀土富集，重稀土较分散。稀土配分图中可见(见图9)，曲线呈左高右低向右倾斜的“V”形曲线，表明轻稀土分馏较明显，重稀土分馏不明显，δEu呈弱负异常，其值在0.65～0.86间，小于1；具壳幔混合型花岗岩的特征，稀土配分曲线与火山弧花岗岩曲线类似，但岩石稀土总量不高，表明原岩来源于壳幔物质的重熔结晶，总体以地壳成分为主，地幔成分为辅。

表3 五路沟岩体标准矿物组合及含量

表4 五路沟岩体稀土元素及特征值

注：样品由武汉综合岩矿测试中心完成。

图9 五路沟岩体稀土元素配分图

图10 五路沟岩体微量元素株网图

4.3 微量元素特征

从岩石的微量元素含量及特征表(见表5)可见，岩石中K、Th、Rb、Ba等强不相容元素丰度值较高；中等不相容元素Hf、Zr、Sm、Ce、Nb等中等富集；弱不相容元素Y、Yb丰度值弱富集。五路沟岩体蛛网图(见图10)呈左高右低，从图中可见K、Rb、Ba等大离子亲石元素相对富集，而Nb、Ce、Y、Yb等高场强元素相对亏损，说明主要来源于地壳成分，曲线与火山弧花岗岩(VAG)标准蛛网图相似，表现出火山弧花岗岩特征。

表5 五路沟岩体微量元素

注：样品由武汉综合岩矿测试中心完成，“—”者表示本次未测试该项。

5 构造环境讨论

目前在窑洞地区发现的花岗岩以志留纪—泥盆纪同碰撞型花岗岩为主，中国地质大学(武汉)完成的1∶25万《不冻泉幅》区调报告，在窑洞地区的艾尼瓦尔沟的二云二长花岗岩中获得U-Pb年龄410.7 Ma±4.7 Ma，为晚志留世；在五路沟附近的二长花岗岩中获得U-Pb年龄423 Ma±16 Ma，为早泥盆世；该区域发现的俯冲型花岗岩(岛弧花岗岩)很少，该类花岗岩的U-Pb年龄更为空白。笔者此次解体出的五路沟岩体，通过对其岩石学、岩石地球化学综合分析，该岩石属于中钾钙碱性—碱性系列，过铝质—高铝质花岗岩，具S型和I型 花岗岩特征，与岛弧型花岗岩相似，且在花岗闪长岩中获得了锆石U-Pb年龄471 Ma±2 Ma，时代为中奥陶世，为该类花岗岩提供了新的时代约束。

将样品投在Pearce[5]提出的Nb-Y和Rb-(Y+Nb)环境判别图中，在Nb-Y图(见图11)样品均落在VAG和Syn-COLG区，因为VAG和Syn-COLG的岩石Y、Yb、Nb必定亏损，而ORG和WPG中Y、Yb、Nb必定富集，同在VAG和Syn-COLG区的样品通过Rb-(Y+Nb)(见图12)进一步进行判别，样品均落于VAG构造环境区，因为VAG和Syn-COLG的岩石Y和Nb都亏损且都富集大离子亲石元素，但Syn-COLG源岩为陆壳，其K和Rb的含量远高于VAG中Rb的含量；综合判断五路沟岩体形成于俯冲构造环境。

图11 五路沟岩体Y-Nb识别图

图12 五路沟岩体Y+Nb-Rb识别图

6 结 论

1)窑洞山地区五路沟岩体属于中钾钙碱性—碱性系列，过铝质—高铝质花岗岩；稀土配分曲线呈左高右低的右倾型，轻稀土相对富集，重稀土相对平坦，δEu呈弱负异常特征；微量元素的蛛网曲线具大离子亲石元素相对富集，高场强元素相对亏损特征。

2)五路沟岩体具有S型又有I型花岗岩特征，反映源岩以壳源重熔为主，混合少量幔源物质，以过铝质钙碱性S型花岗岩为主，I型花岗岩为辅。

3)五路沟岩体为一套俯冲构造环境的岛弧花岗岩，首次在花岗闪长岩中获得锆石U-Pb年龄为471 Ma±2 Ma，说明中奥陶世东昆洋继续向北俯冲，弥补了该地区中奥陶世构造演化的空白，同时为东昆仑窑洞山地区早古生构造演化提供了新的年代学依据。