青海省那陵郭勒河中游晚三叠世侵入岩地球化学特征及地质意义

2021-03-02 02:37吉明甲魏丽琼徐博刘博白洪溪陈晓琳李兄
西北地质 2021年1期
关键词:花岗闪长岩昆仑

吉明甲,魏丽琼,徐博,刘博,白洪溪,陈晓琳,李兄

(1.青海省地质调查局,青海 西宁 810001;2.中国地质大学(北京),北京 100083)

东昆仑造山带是青藏高原北部的巨型岩浆岩带(马昌前等,2015),侵入岩和火山岩分布广泛,尤其以侵入岩最为发育(4.84万km2),从元古宙到晚中生代均有分布,并以花岗岩类为主(占侵入岩出露面积的98%),主要分布在昆中断裂以北,总体呈北西西—南东东向展布,基本与区域构造线方向一致(袁万明等,2000)。祁漫塔格地区位于青海省西部、柴达木盆地西南缘,构造位置处东昆仑造山带西段,岩浆侵入活动广泛而强烈,以华力西期和印支期为主(丰成友等,2012)。近年来,在祁漫塔格地区发现了哈西雅图大型铁多金属矿床、夏日哈木超大型镍矿以及拉陵高里河沟脑、拉陵灶火中游小型铜钼矿床,已成为中国重要的资源接替基地(王秉璋,2014)。现有研究资料表明,本区印支期中酸性侵入岩体发育,尤其是呈小岩株、岩脉、岩枝及不规则状产出的中晚三叠世花岗质侵入岩体广泛分布(丰成友等,2012)。王松等(2009)在那陵郭勒河上游南部的卡而却卡地区获得富含暗色微粒包体的花岗闪长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为(237±2) Ma,刘云华等(2006)报道了野马泉地区的景忍钾长花岗岩的锆石SHRIMP U-Pb年龄为(204.1±2.6) Ma,但对那陵郭勒河中游地区侵入岩研究未见报道。笔者以祁漫塔格那陵郭勒河中游一带花岗岩为研究对象,进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、元素地球化学研究,分析岩石成因,推断成岩构造背景,对提高该区岩浆岩研究程度有重要意义。

1 地质概况

研究区地质工作程度较低,20世纪50~60年代地质工作者在东昆仑造山带西段祁漫塔格那陵郭勒河中游地区开展了路线地质调查和1∶100万区域地质调查,初步建立了调查区地层系统,圈定了主要岩体,确定了区域构造格架。目前,1∶100万、1∶20万、1∶5万基础性地质调查覆盖全区,建立了本区的构造格架、地层系统,查明了岩浆岩的分布及时空演化特征,划分了变质作用类型等(刘长财等,2015)。研究区位于东昆仑西段祁漫塔格那陵郭勒一带,大地构造划分隶属秦祁昆造山系之东昆仑弧盆系北昆仑岩浆弧。研究区断裂构造发育,东北部有北西向昆北断裂,北西向、北东向、近东西向等次级断裂也十分发育(图1)。地层区隶属秦祁昆地层大区东昆仑地层区,分属祁漫塔格地层分区和北昆仑地层分区。出露地层主要有古元古代金水口岩群(Pt1J)片麻岩夹片岩岩组、片麻岩夹大理岩岩组,次为晚泥盆世牦牛山组(D3m2)及第四系冲洪积物。

1.第四系;2.晚泥盆世牦牛山组火山岩段;3.古元古代金水口岩群;4.晚三叠世正长花岗岩;5.晚三叠世钾长花岗岩;6.晚三叠世二长花岗岩;7.晚三叠世闪长岩;8.晚三叠世花岗闪长岩;9.晚三叠世中粒闪长岩;10.晚三叠世中细粒闪长岩;11.早泥盆世二长花岗岩;12.地质界限;13.实测逆断层及编号;14.实测平移断层及编号;15.韧性剪切带;16.岩体侵入界线;17.地层产状;18.同位素测年位置及年龄;19.钼矿化点;20.铜矿化点;21.铁矿化点;22.铜钼多金属矿化点

区内晚三叠世岩浆活动强烈,侵入岩发育,主要分布在那陵郭勒河中游两侧,呈巨大的岩基、岩株状产出,平面形态呈不规则条带状、浑圆状、岩枝状等。侵入体总体呈近东西向展布。岩体侵入于金水口岩群,侵入界限清晰,侵入接触面弯曲不平,岩体与围岩的接触带上一般都见有强烈的硅化、角岩化等蚀变现象(图2a)。部分侵入晚泥盆世侵入体,使其残留顶盖出露。本期侵入体主体受北西西—南东走向断层控制比较明显,局部地段岩石裂隙可见有绿泥石化、帘石化蚀变,大多岩石表面见有褐铁矿化,受北西向构造应力作用,岩石发育与构造方向一致的破劈理带及节理、裂隙(图2b)。裂隙多被同期的闪长岩和正长岩脉所充填。在与古老地层接触带,局部可见蜂窝状的烘烤边,有褐铁矿化现象,在外接触带的围岩中局部可见不同程度的糜棱岩化。

a.片麻岩与花岗岩接触带;b.二长花岗岩X节理

图3 侵入岩TAS图解(据Wilson,1989)Fig.3 TAS diagram of intrusive rocks

图4 岩浆岩AFM图解(据Kuno,1968;Irvine Barager,1971)Fig.4 AFM of igneous rocks

2 岩石学特征

研究区内晚三叠世侵入岩岩性有中细粒花岗闪长岩、中粒花岗闪长岩、粗粒花岗闪长岩、不等粒石英闪长岩、二长花岗岩、二长花岗斑岩等。

花岗闪长岩(γδaT3、γδbT3、γδcT3):灰色,花岗结构,块状构造。主要矿物成分:斜长石约为35%~40%,钾长石为20%~25%,石英约为15%~20%,角闪石为5%~10%,黑云母为3%~5%。斜长石半自形粒状,具聚片状双晶、环带状构造,见少量显微鳞片状绢云母化、他形粒状碳酸盐化等;钾长石主要为正长石,少量微斜长石,他形粒状结构;石英无色透明,呈他形粒状结构,聚斑状、集合体状分布;角闪石浅绿色,多色性与吸收性极强,已基本绿泥石化,与团块状绿泥石共生,同时析出铁质;黑云母为褐色,多色性与吸收性极强,呈显微鳞片状结构。

石英闪长岩(δοT3):灰白色,半自形粒状结构,块状构造。主要矿物成分∶斜长石约为45%~50%,钾长石约为10%~15%,石英约为15%~20%,角闪石约为10%~15%。斜长石半自形中细粒状结构,粒径<2.0 mm,少量达5 mm,具聚片状双晶、环带状构造,见显微鳞片状绢云母化、他形粒状碳酸盐化等;钾长石主要为正长石,少量微斜长石,半自形粒状;石英无色透明,他形粒状结构,呈聚斑状、集合体状分布;角闪石浅绿色,针状或放射状,多色性与吸收性极强,已基本绿泥石化,与团块状绿泥石共生。

二长花岗岩(ηγT3):肉红色,半自形粒状结构,块状构造。主要矿物成分:斜长石为30%~35%,钾长石为25%±,石英为20%~25%,角闪石为5%±,绿泥石为5%~10%。斜长石半自形粒状结构,其晶体具明显的双晶纹,为聚片状双晶,晶带较宽,An值不易测定,从突起和双晶看为钠-更长石;钾长石为简单双晶正长石,条纹长石、格子状双晶的微斜长石,表面亦有高岭土化;石英无色透明,他形粒状结构;角闪石无色,高正突起,干涉色比较鲜艳,一组解理完全发育,局部具闪石式解理,偶有绿帘石化;绿泥石浅绿色,叶片状,是黑云母、角闪石等暗色矿物的蚀变产物。岩石可见绿泥石化,少量的绢云母化等。

二长花岗斑岩(ηγπT3):肉红色,斑状结构,块状构造。岩石由斑晶和基质两部分组成。斑晶约为58%,2~5 mm,由石英,斜长石,钾长石,黑云母等矿物组成。石英多呈自形熔蚀状,熔蚀浑圆状,斜长石具环带构造。基质约为42%,0.1~0.3 mm,由石英、斜长石呈细晶结构组成。亦可见粒度为0.5~1 mm的斜长石,黑云母呈星散分布。

本次研究工作主要选区那陵郭勒河中游一带出露的花岗闪长岩和二长花斑岩为主要研究对象。

3 样品采集及分析方法

3.1 化学分析

笔者选择那陵郭勒河中游地区7件晚三叠世花岗岩新鲜岩石样品进行了化学全分析。在北京锆年领航科技有限公司实验测试室进行了主量元素、微量元素和稀土元素分析。除H2O用重量法和FeO用容量滴定法测定外,其余主量元素都用X荧光光谱仪测定,分析精度(相对误差)优于1%。微量元素和稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪测定,分析误差小于5%。

3.2 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

根据野外地质特征,在出露面积较大的花岗岩体中,采取中粒花岗闪长岩(U-Pb6-1)和二长花岗斑岩(U-Pb4-1)作为测试对象。锆石挑选在北京锆年领航科技有限公司实验室完成,采集无蚀变的花岗岩作为同位素分析样品,先将其破碎至60~80目,用水淘洗粉尘,然后用磁铁将磁铁矿除去,重选出锆石等重矿物,最后在双目镜下挑选出晶形较好透明锆石晶体。

锆石U-Pb年龄测定在北京锆年领航科技有限公司实验室进行,首先将样品粉碎至100 μm左右,利用重液和电磁法分选,然后在双目镜下选择透明、无包裹体具有代表性的锆石颗粒,将待测的锆石颗粒制成环氧树脂样品靶,打磨抛光并使其露出中心部位,进行CL显微结构观察,在此基础上选择合适的锆石颗粒进行U-Pb年龄测定,利用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS) 进行了微区原位U-Pb同位素测定,数据处理及做图采用ICPMSDataCal和ISOPLOT程序。详细测试流程见李怀坤(2009)。

4 岩石化学特征

4.1 主量元素特征

研究区内晚三叠世花岗闪长岩氧化物含量见表1,其中石英闪长岩、石英闪长玢岩样SiO2含量较低,为57.59%~60.58%,其余样品SiO2含量为63.52%~70.66%,整体平均值为64.64%,属于酸性岩范畴。Al2O3含量中等,为14.22%~18.17%,平均值为16.34%;K2O含量为2.18%~5.22%,Na2O含量为3.24%~4.26%,CaO含量为1.26%~5.28%。岩石全碱K2O+Na2O含量为5.65%~8.31%,K2O/Na2O=0.62~1.68,里特曼指数σ=1.65~2.62,属高钾的钙碱性岩。铝饱和指数(A/CNK)为0.85~1.18,为偏铝质-过铝质花岗岩。碱度率(AR)=1.63~2.33。岩石固结指数(SI)为5.7~22.44。P2GS3-1、P11GS19-1号样属于低程度,P5GS2-1、P9GS18-1、P11GS8-1、P17GS19-1、P17GS29-1号样属于高程度。分异指数(DI)为52.66~86.67,除石英闪长岩类,其余岩样均在70以上,较高,表明岩石酸性程度较高,岩浆分离结晶作用较强、分异程度较高。

表1 那陵郭勒河中游地区侵入岩主要元素(%)和稀土、微量元素(10-6)分析结果表Tab.1 Analysis results of major elements (%) and rare earth and trace elements (10-6) of intrusive rocks in the middle reaches of Naling Guole River

岩石在侵入岩TAS图解(图3)中落入正长闪长岩、闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩区域,样品整体落入亚碱性区域;在AFM图解(图4)中落入钙碱性区域;在SiO2-K2O图解(图5)中落入高钾钙碱性系列;在A/CNK-A/NK图解(图6)中落入过铝质区域。从Harker图解(图7)中可以看出,Al2O3、CaO、MgO、P2O5、TiO2含量均具有相同的变化趋势,随着SiO2含量增高而降低,K2O与SiO2呈正相关,Na2O、MnO、Fe2O3与SiO2之前的协变关系不明显。

图5 SiO2-K2O图解(据Rickwood,1989) Fig.5 SiO2-K2O diagram

图6 A/NK-A/CNK图解(据Maniar et al.,1989)Fig.6 A/NK-A/CNK diagram

图7 那陵郭勒河中游地区侵入岩Harker图解Fig.7 Harker diagram of intrusive rocks in the middle reaches of the Nalinguole River

续表1

4.2 稀土元素特征

研究区晚三叠世侵入岩稀土元素含量及特征值见表1,岩石稀土总量(∑REE)为125.22×10-6~195.19×10-6,重稀土(HREE)总量为26.35×10-6~53.95×10-6,轻稀土(LREE)总量为96.54×10-6~141.24×10-6,轻重稀土比(LREE/HREE)值为2.62~4.74,轻稀土元素强烈富集,(La/Yb)N值为7.44~19.51,δEu值为0.36~2.04,大部分特征值均小于1。在稀土配分曲线图(图8a)中,配分曲线表现为右倾的轻稀土富集型,二长花岗岩呈正Eu异常,其余岩样均不同程度呈负Eu异常,以石英闪长岩尤为突出。各岩石稀土元素含量曲线近于平行,反映属同源岩浆产物。

4.3 微量元素特征

晚三叠世侵入岩岩石微量元素含量表见1,微量元素含量与中国花岗闪长岩(鄢明才,1997;迟清华,2003)元素丰度相比,在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图8b)中,富集Rb、Th、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,明显亏损Nb、P、Ti等高场强元素,相对于Rb和Th明显亏损Ba,显示大陆弧背景下造山花岗岩的特征(李昌年,1992)。

图8 (a)那陵郭勒河中游地区侵入岩稀土、(b)微量元素分配曲线(据Sun et al.,1989)Fig.8 (a) Distribution curves of rare earth and (b) trace elements in intrusive rocks in the middle reaches of Naling Guole River

5 锆石U-Pb测年

本次在那陵郭勒河中游地区中选取中粒花岗闪长岩(U-Pb6-1)和二长花岗斑岩(U-Pb4-1)2件样品进行了锆石U-Pb测年(表2)。花岗闪长岩共测试25个测点,均投影于谐和线上或其附近,206Pb/238U表面加权平均年龄为(225.7±1) Ma(图9a、图9b)。花岗斑岩共测试25个测点,均投影于谐和线上或其附近,206Pb/238U表面加权平均年龄为(213.7±0.7) Ma(图9c、图9d),显示时代均为晚三叠世。前人在邻区祁漫塔格阿格腾地区花岗岩中获得U-Pb年龄值为(220.7±5) Ma、(215.3±0.5) Ma、(220.7±0.4) Ma、(220.6±1.4) Ma,均显示晚三叠世(徐博等,2019),这与本次所测结果基本一致。因此,可以将本区本期的侵入岩厘定为晚三叠世。

表2 那陵郭勒河中游地区花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果表Tab.2 LA-ICP-MS zircon U-Pb analysis of granite in the middle reaches of Naling Guole River

续表2

图9 (a、c)那陵郭勒河中游地区中粒花岗闪长岩(U-Pb6-1)和二长花岗斑岩(U-Pb4-1)U-Pb年龄谐和图及(b、d)206Pb/238U加权平均年龄Fig.9 (a, c) U-Pb Age Concordance Diagrams and (b, d) 206Pb/238U Weighted Average Ages of Mesogranular Granodiorite (U-Pb6-1) and Monzonitic Granite Porphyry (U-Pb4-1) in the middle reaches of Naling Guole River

6 讨论

6.1 花岗岩类型及岩石成因

对花岗岩成因类型研究不仅可以反映岩浆源区的性质,而且还可以判别岩浆形成的构造环境(陈静等,2013)。研究区花岗岩主要矿物中未见碱性暗色矿物,且相对亏损Nb、P、Ti高场强元素,具有较低Zr(<250×10-6)、Nb、Y(<60×10-6)、Ce(<140×10-6)含量,与典型的A型花岗岩的矿物学和微量元素特征不同(Whalen et al.,1987)。前人的研究表明,研究区在华力西—印支期整体处于一个俯冲-碰撞造山加厚构造环境(莫宣学等,2007;何成等,2018),这也与A型花岗岩一般产于伸展减薄的环境不符,并且在Whalen的判别图解(图10)中样品均落入未分的M、I、S型花岗岩区,因此可以排除A型花岗岩的可能。在表1中可以看出A/CNK值为0.85~1.18(平均值为1.02),说明岩石铝饱和指数并不是很高。在Harker图解中SiO2与P2O5呈负相关,且P2O5的含量较低(均值<0.1%)。该区花岗岩也没有出现堇青石和白云母等过铝矿物(何成等,2018),这与S型花岗岩的特征不符。I型花岗岩具有Fe2O3含量较高(I型平均为1.04,S型平均为0.56),较低的Rb/Sr值(I型平均为0.61,S型平均为1.81),Th和Y与Rb呈正消长演化关系(Chappell et al.,1988;Xu Xisheng et al.,2010),SiO2含量在53%~76%,Na2O含量大于3.2(邱家骧,1991)等地球化学特征。分析那陵郭勒河中游地区花岗岩岩石地球化学特征,表1中主量元素SiO2含量为57.59%~72.82%,Na2O含量为3.09%~4.26%,Fe2O3含量较高,平均值为1.81,Rb/Sr值较低,平均为0.37,Th和Y含量较高,并与Rb呈正相关(表1),这些特征均与I型花岗岩地球化学特征相符。因此,笔者认为研究区中晚三叠世侵入岩属于I型花岗岩范畴。

图10 花岗岩类型判别图(据Whalen et al.,1987)Fig.10 Discriminant map of granite type (After Whalen et al.,1987)

那陵郭勒河中游地区花岗岩的主量元素在Harker图解中显示CaO、MgO、P2O5和TiO2与SiO2呈负相关,而K2O和Na2O与SiO2呈正相关,岩浆具有一致的演化趋势,表明他们为同源岩浆演化的产物(李金超等,2015)。岩体明显富集Rb、Th、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,明显亏损Nb、P、Ti等高场强元素,相对于Rb和Th明显亏损Ba,显示具有岛弧环境的特点(李金超等,2015)。岩石具有Ta-Nb-Ti负异常和低的Nb/Ta值特征,显示俯冲带幔源岩石的成分特征(Sun et al.,1989)。Rb/Sr值(0.13~0.9)介于上地幔值0.034(Taylor et al.,1995)和地壳值5.36~6.55(Rudnick et al.,1995)之间,显示壳幔混合的特点(李金超等,2015)。前人在野外调查发现晚三叠世侵入岩普遍发育暗色闪长质包体及围岩捕掳体(丰成友等,2012;赵明福等,2017年),因此该期侵入岩可能为壳幔混合源成因。

6.2 构造环境分析

东昆仑造山带有着复杂而独特的构造演化史,经历了多次大洋俯冲到陆内碰撞的转换过程(陈加杰等,2016)。祁漫塔格地区属于古特提斯洋的一部分,华力西晚期—印支期洋盆依次向北俯冲、消减,在东昆仑南侧形成三叠世前陆堆积,在其北侧的微板块南缘则有华力西期—印支期花岗岩的大面积侵入,成为古特提北部的活动边缘。

以往研究表明,无负Eu异常的中酸性侵入岩标志着一个加厚陆壳的存在,具负Eu异常的中酸性侵入岩形成于一个正常厚度的陆壳,或形成于双倍陆壳的中上部(郭正府,1998)。研究区侵入岩具有负Eu异常,其不具备形成于双倍陆壳的中上部特征,因为形成于陆壳中上部的多为S型花岗岩,这说明其形成于一个正常厚度的陆壳。花岗岩Sr和Yb的含量可以判断地壳厚度,Sr<400×10-6,Yb>1.5×10-6为正常厚度的陆壳(张旗,2011)。研究区花岗岩样品Sr均值为344.66×10-6,Yb均值为2.11×10-6,显示地壳为正常厚度。上述特征表明,那陵郭勒河中游地区地壳还没有纵向加厚,处于板块俯冲阶段。在微量元素构造环境判别图中(图11)可见,大部分样品落入火山弧(VAG)区域,一个落入同碰撞区(syn-CLOG),表明俯冲已进入晚期,火山弧相对较为成熟(徐博等,2019)。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图8b)中,富集Rb、Th、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,明显亏损Nb、P、Ti等高场强元素,相对于Rb和Th明显亏损Ba,显示大陆弧背景下造山花岗岩的特征(李昌年,1992)。

VAG.火山弧;syn-CLOG.同碰撞;WPG.板内;ORG.洋脊

在东昆仑草木策地区上三叠统八宝山组下部发现有海相动物化石,并有较多灰岩夹层,沉积环境属海陆交互相;东昆仑南部地区治多—当江一带的上三叠统清水河组中夹数层不纯硅质岩或硅质页岩,且在横向上硅质岩分布较稳定,具有由半深海—深海—浅海沉积环境特征。这些是否意味着晚三叠世古特提斯洋依然存在?显然仅靠这些不足以限定古特提斯洋的闭合时限,仍需进行更为深入的研究。

综上所述,那陵郭勒河中游地区晚三叠世侵入岩从地球化学特征、地壳加厚程度来看具有明显的俯冲型岩浆特征,在俯冲阶段晚期,说明该地区岩浆岩为板块碰撞前的火山弧环境中的产物。

7 结论

(1)青海省那陵郭勒河中游地区侵入岩具有高钾钙碱性、过铝质,富集Rb、Th、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,明显亏损Nb、P、Ti等高场强元素,相对于Rb和Th明显亏损Ba等地球化学特征,显示具有大陆弧背景下造山花岗岩的特征。

(2)那陵郭勒河中游地区中酸性侵入岩形成年龄分别为(225.7±1)Ma、(213.74±1)Ma,时代为晚三叠世。

(3)那陵郭勒河中游地区晚三叠世侵入岩具有I型花岗岩特征,可能属壳幔混合成因,岩浆岩是板块碰撞前的火山弧环境中的产物。

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