东昆仑战红山地区花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年及岩石地球化学特征

李积清，张鑫利，王涛，李青，王泰山，薛万文

(青海省地质调查院，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)

东昆仑造山带位于青海省中部，属昆仑造山带的一部分，具有多旋回碰撞造山作用的特征(殷鸿福等，1998)，是青海省内重要的一条构造岩浆活动带。中酸性侵入岩出露广泛，该带内的花岗岩形成可以划分为前寒武纪、早古生代、晚古生代—早中生代、晚中生代—新生代4个时段，其中三叠纪的花岗岩最为发育(莫宣学等，2006,2007)。区内矿产资源丰富，是青海省重要的成矿带之一(肖小强等，2013)。区域上已发现按纳格、果洛龙洼、坑得弄舍等多处大型金多金属矿床，金多金属成矿与多期次复合造山演化关系密切(马维明等，2015)，特别是与晚古生代—早中生代侵入岩关系非常密切(丰成友等，2010)。如坑得弄舍金、铅、锌多金属矿床成矿与印支期花岗斑岩关系十分密切(蒋光明，2014)，前人对该区构造演化、成矿期次进行了大量研究，但由于该区自然条件恶劣，前人对成矿有关的中酸性花岗斑岩的研究鲜见报道，缺少岩石地球化学及可靠的同位素年龄数据。笔者以近期开展的青海省地质勘查基金、青海省应用基础研究项目为依托，通过野外调查，对坑得弄舍矿区西侧战红山地区出露的花岗斑岩采集样品进行LA-ICP-MS锆石测年及地球化学分析，探讨其成因及构造背景，以期为区域上进一步成矿规律研究提供基础资料(王兴等，2019)。

1 地质背景及岩石学特征

1.1 地质背景

战红山地区大地构造位置处于东昆仑南坡俯冲增生杂岩带(图1a)；区域出露地层主要为苦海岩群片岩岩组(Pt2Ksch)、早石炭世哈拉郭勒组(C1h2)、晚石炭—早二叠世浩特洛哇组(C2P1h)、早三叠世洪水川组(T1h1-2)及第四(Q)；受昆中、昆南断裂影响，区内次级北西向断裂构造发育，多为逆断层，其严格控制了区内岩浆活动的空间展布，侵入岩主要以早三叠世二长花岗岩(ηγT1)为主，火山岩多呈岩块分布，岩性为安山岩(α)、粗面安山岩(τα)、英安岩(ζ)，见少量闪长岩脉(δ)、辉绿岩脉(βμ)和大面积出露的花岗斑岩脉(γπ)(图1b)。结合区域已知矿(床)点特征来看，推测中酸性花岗斑岩脉与成矿关系较为密切。

1.苦海岩群片岩岩组；2.早石炭世哈拉郭勒组二段；3.晚石炭—早二叠世浩特洛哇组；4.早三叠世洪水川组；5.第四系冲积物；6.第四系洪冲积物；7.早三叠世二长花岗岩；8.块状安山岩；9.英安岩；10.粗面安山岩；11.辉绿岩；12.闪长岩脉；13.花岗斑岩脉；14.逆断层；15.性质不明断层；16.地质界线；17.研究区位置；18.产状；19同位素及地球化学采样位置；20.同位素年龄

1.2 岩石学特征

花岗斑岩多呈脉状产出，长为307～1 600 m，宽为56～186 m，平面形态呈透镜状，走向为89°～116°，总体呈北西向展布。与肉红色早三叠世二长花岗岩、浅灰色安山岩、灰白色英安岩、灰绿色辉绿岩均呈侵入接触(图2a花岗斑岩侵入辉绿岩中)，侵入界线明显，界面呈波状弯曲，外倾，局部花岗斑岩中见少量辉绿岩俘虏体。岩石具弱绿帘石化，绿泥石化强烈。该期侵入岩岩石类型单一，面积约为0.3 km2，岩石具中-细粒结构，后期遭受了一定的蚀变作用。

岩石呈浅灰色，板状结构，块状构造。显微镜下岩石由斑晶(29%)和基质(71%)组成(图2b)。斑晶成分为：石英(12%)、斜长石(15%)、普通角闪石假象(2%)，晶体长短轴平均值为0.32～3.44 mm；石英呈自形粒状晶，具熔蚀现象；斜长石呈自形粒状及半自形粒状晶，具绢云母化蚀变，见钠长双晶，测得钙长石组分的号数An的值为16左右，为更长石；普通角闪石全部被绿色黑云母鳞片、绿泥石的集合体交代，或被绿帘石、绿泥石的集合体交代，保留柱状晶，六边形断面的结晶形态；基质具球粒结构，基质成分为钾长石、斜长石、石英、蚀变角闪石、金属矿物、磷灰石等，其中长英质球粒及扇状排列纤维占63%，斜长石为5%，角闪石为2%；钾长石和石英呈纤维状，集合体多呈放射状排列形成球粒，其球粒直径为0.06～0.72 mm，部分呈扇状集合体，且围绕石英斑晶生长；斜长石呈自形粒状晶及柱状晶，晶体长短轴平均值为0.02～0.045 mm，含在长英质球粒或球粒集合体中，突起程度不易比较，种类难确定；角闪石呈柱状、粒状晶，全部被绿泥石或绿色黑云母交代。

γπT1.花岗斑岩；βμ.辉绿岩；Q.石英斑晶；Pl.斜长石斑晶；Hb.角闪石

2 样品采集与测试

本次样品采集于都兰县沟里乡战红山地区(E98°42′26.71″，N35°34′13″)，在详细野外调查的基础上进行了采样工作，采样时尽量选取较为新鲜的岩石，并在室内进一步详细挑选，祛除岩石的风化面，进行了送检分析。花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年在“北京燕都中实测试技术有限公司”完成。U-Pb同位素测年中激光剥蚀系统为New Wave UP213，ICP-MS为布鲁克M90，锆石标准采用91500和Plesovice作为外标进行同位素分馏校正，剥蚀光斑直径根据实际情况选择25μm。普通铅计算按Andersen(2002)的3D坐标法进行校正，样品的同位素比值和元素含量计算采用GLITTER4.4软件处理，锆石的谐和曲线和加权平均年龄的计算采用Isoplot3.2等程序完成。主量、微量、稀土元素分析由湖北省地质实验测试中心完成，其中主量元素利用X荧光光谱仪(Magix pro2440)分析，稀土和微量元素样利用X荧光光谱仪(Magix pro2440)和质谱仪(Thermo elemental X7)分析。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素

战红山花岗斑岩5件样品主量元素分析结果见表1，其特征为：SiO2含量为73.82%～75.65%，平均为74.65%，属酸性岩范畴；Al2O3含量为12.02%～13.12%，平均为12.74%；Na2O、K2O含量分别为3.95%～4.63%和2.81%～3.75%，全碱含量(K2O+Na2O)为7.36%～7.81%，平均含量为7.57%；K2O/Na2O值为0.61～0.95，平均为0.81，表现出相对富钠；CaO含量为0.78%～1.04%，MgO含量为0.67%～0.74%，TiO2含量为0.17%～0.2%，P2O5含量为0.05%，在CIPW标准矿物计算中出现刚玉(0.06%～1.12%)、紫苏辉石(2.62%～2.91%)及少量磷灰石(0.12%)和锆石(0.03)。在Middlemost E A K.1994的SiO2-(K2O+Na2O)图解(图3a)中样品投点落在花岗岩区域，与镜下定名一致。在w(SiO2)-w(K2O)图解中(图3b)，5件样品均落入钙碱性-高钾钙碱性系列，但结合里特曼指数(属钙碱性)、区域地质背景及构造环境(岛弧花岗岩)，认为战红山花岗斑岩岩石具钙碱性岩石特征。分异指数(DI)为91.2～92.64，固结指数(SI)为6.68～7.24，表现高分异特征，应为岩浆晚期的产物。

图3 (a)战红山花岗斑岩TAS图解和(b)K2O-SiO2图解(a.据Middlemost E A K.1994;b.据Richwood.1989)Fig.3 (a) TAS diagrams and (b)K2O-SiO2 diagrams of Zhanhongshan granite porphyry

表1 战红山花岗斑岩主量元素含量及参数特征表(%)Tab1 Characteristic table of major elements content and parameters of Zhanhongshan granite porphyry(%)

3.2 稀土和微量元素特征

花岗斑岩微量元素和稀土元素测试结果见表2，岩石Rb(76.55×10-6～119.18×10-6)、Ba(731×10-6～968×10-6)、Pb(11.18×10-6～13.4×10-6)等元素含量较高，Nb(平均为11.78×10-6)、K(平均为110.25×10-6)、P(平均为2.2×10-6)、Ti(平均为0.9×10-6)等含量较低。稀土总量ΣREE=134.89×10-6～165.65×10-6，其中ΣLREE=119.88×10-6～148.84×10-6,ΣHREE=15.01×10-6～16.81×10-6，LREE/HREE=7.99～8.85,(La/Yb)N=9.9～11.21，轻重稀土分馏明显，轻稀土与重稀土相比较为富集，稀土元素球粒陨石分配图(图4a)呈现出明显的右倾，属于轻稀土富集型；δEu值为0.58～0.66，平均为0.63，具弱负异常。从原始地幔微量元素蛛网图(图4b)上可以看出，大离子亲石元素Rb、Ba以及高场强元素U、Th、Pb相对富集，K、P、Ti相对亏损。

图4 (a)战红山花岗斑岩稀土元素分配图和(b)微量元素蛛网图(标准化值据Sun S S,et al.,1989)Fig.4 (a) Rare earth element distribution maps and (b)trace element cobweb maps of Zhanhongshan granite porphyry

表2 战红山花岗斑岩微量元素(%)和稀土元素含量(10-6)分析表Tab.2 Analytical table of trace elements (%) and rare earth elements (10-6) in Zhanhongshan granite porphyry

4 锆石U-Pb测年

战红山花岗斑岩锆石CL显示(图5)，锆石多呈半自形，为短柱状或长柱状，棱角较清晰，长约为80～190 μm，宽约为40～110 μm，长宽比为1.21∶1～21∶1，发育明显的岩浆震荡环和扇形环带。表明其具有岩浆成因锆石的特征(边千韬，1999;吴元宝等，2004)。ZHS-1样品测试结果见表3。15粒锆石中Th、U含量分别为138.13×10-6～793.97×10-6和287.5×10-6～1 093.26×10-6，Th/ U值为0.52～0.97，平均为0.652,大于0.1。属岩浆结晶锆石(Slama等，2008)，所得206Pb/238U年龄基本一致，为241～245 Ma，在谐和曲线上具有较好的一致性(图6a)，谐和年龄为(243.4±0.74) Ma(MSWD=0.006 4)，平均年龄为(243.4±1.5) Ma (MSWD=0.12)(图6b)，代表了战红山花岗斑岩的结晶年龄，形成于中三叠世。

图5 战红山花岗斑岩锆石阴极发光图像Fig.5 Zircon cathodoluminescence image of Zhanhongshan granite porphyry

表3 战红山花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果表Tab.3 Zircon U-Pb analysis results of granite porphyry LA-ICP-MS

续表3

图6 (a)战红山花岗斑岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图和(b)平均值图Fig.6 (a) Zircon U-Pb Age harmonic diagram and (b) average diagram of granite porphyry LA-ICP-MS

5 讨论

5.1 岩石物源分析

本次采集的5件战红山花岗斑岩样品结果显示岩石SiO2为73.82%～75.65%，K2O/Na2O=0.61～0.95，相对富钠，贫MnO(0.05%～0.06%)、P2O5(0.05%)和TiO2(0.17%～0.2%)，A/CNK值为1～1.09，平均为1.053，Al2O3为12.02%～13.12%，里特曼指数[σ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43)]为1.61～1.89，属钙碱性，碱度率(AR)为3.3%～3.52%；铝指数A/CNK值为1～1.09，平均为1.05，A/NK值为1.18～1.26，平均为1.224，属过铝质，样品投点A/CNK-A/NK图解(图7a)中，全部落入过铝质花岗岩区域；TFeO/MgO为2.44～2.54，样品Rb/Sr值(0.76～1.01，平均为0.94)远大于地壳值(0.35)(Taylor S R，1995)，Nb/Ta值(7.21～9.14，平均8.59)近似于全球上地壳平均值12.0(Taylor S R，1995)，均反映了岩石的壳源成因。在K2O-Na2O图解(图7b)、SiO2-Ce图解(图7c)中，样品全部落在I型花岗岩区域内；花岗斑岩DI为91.2～92.64，在(K2O+Na2O)/CaO-Zr+Nb+Ce+Y(图7d)图解中，样品全部落入高分异花岗岩区域。综上可以表明战红山花岗斑岩为高分异的I型花岗岩，可能来源于上地壳的部分熔融。

a.据Peccerillo A,et al. 1976;b.据Whalen J B et al. 1987;c.据Collins W J,et al. 1982;d.据Whalen J B,et al. 1987

5.2 形成构造环境

战红山花岗斑岩大离子亲石元素Rb、Ba以及高场强元素U、Th、Pb相对富集，K、P、Ti相对亏损，与典型的火山弧花岗岩地球化学特征基本一致。在Y+Nb-Rb和Yb-Ta图解(图8a、图8b)中，5件样品均落入岛弧花岗岩区域内，与典型的火山弧花岗岩地球化学特征基本一致。区域上已有研究表明，东昆仑地区在晚古生代—早中生代是一个连续的构造演化阶段(罗照华，1999；莫宣学，2007)。已有资料证实东昆仑晚华力西期—燕山期构造演化分为3个阶段：309～260 Ma为洋脊形成与扩张阶段；260～230 Ma为大洋板块大规模俯冲阶段；230～190 Ma为陆内造山阶段(郭正府等，1998)。对于中三叠世构造岩浆事件，前人在东昆仑也做了大量研究。如东昆仑香日德花岗闪长岩体形成年龄为(242±2) Ma(刘成东等，2004)，东昆仑东段可日正长花岗岩年龄为(231.58 ±0.49) Ma(陈国超等，2018)，东昆仑阿此特变基性侵入岩形成于(240.8±2.8) Ma(胡晨光等，2017)，均具有火山弧花岗岩的特征，形成于俯冲环境。而战红山花岗斑岩锆石LA-ICP-MS U-Pb定年结果为(243.4±1.5) Ma，属中三叠世，与区域上中三叠世岩体的形成时代接近，构造环境判别显示(图8a、图8b)，其具有岛弧性质的I型花岗岩特征。综上所述，战红山地区中三叠世花岗斑岩形成于古特提斯洋向北俯冲的碰撞环境。

图8 战红山花岗斑岩构造背景判别图解(据Pearce J A,et al. 1984)Fig.8 Discriminant diagram of the structural background of Zhanhongshan granite porphyry

5.3 成岩与成矿作用

东昆仑构造带岩浆侵入活动频繁而强烈，多形成巨大的构造岩浆岩带(杜玉良等，2012)，中三叠世主要发育与俯冲碰撞有关的岛弧花岗岩，这一时期在东昆仑东段发生了广泛的幔源岩浆底侵-壳/幔源岩浆混合作用(罗照华等，2002),壳幔物质的交换可能为区域大规模金属成矿提供了物质基础。前人已在战红山西侧发现大型坑得弄舍金多金属矿床和赛什塘铜铅锌多金属矿床。坑得弄舍与金铅锌多金属矿床关系密切的岩体为印支期高钾、过铝质钙碱性-高钾钙碱性的花岗岩与花岗斑岩(蒋光明，2014)，与本次战红山花岗斑岩地球化学特征一致。且2019年青海省地质调查院于战红山地区实施的预查项目，在花岗斑岩附近发现了不同程度的金、铅、锌多金属矿化，说明该期岩浆活动为金多金属矿化的富集提供了一定的物质来源，在今后工作中应进一步加以重视。

6 结论

(1)锆石LA-ICP-MS U-Pb结果表明，东昆仑战红山地区花岗斑岩结晶年龄为(243.4±1.5) Ma，为中三叠世岩浆活动的产物。

(2)战红山花岗斑岩岩石地球化学特征表明A/CNK值为1～1.09，里特曼指数δ值为1.61%～1.89%，全碱含量(K2O+Na2O)为7.36%～7.81%，CaO含量为0.78%～1.04%，分异指数(DI)为91.2～92.64，固结指数(SI)为6.68～7.24，显示其为过铝质、钙碱性岩系列高分异的I型花岗岩，应为岩浆晚期的产物。

(3)岩体具有大离子亲石元素Rb、Ba以及高场强元素U、Th、Pb相对富集，K、P、Ti相对亏损，轻稀土富集、弱δEu异常等特征，在Y+Nb-Rb等图解中，具岛弧花岗岩特性，认为其形成于古特提斯洋向北俯冲的碰撞构造环境。

致谢：野外工作中得到了青海省地质调查院高级工程师王涛的大力帮助，成文过程中编辑部匿名审稿老师对文章进行了详细审阅并提出了宝贵建议，在此一并表示感谢。

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