甘肃北山志留纪花岗岩的厘定及其构造意义*

王红杰 郭 峰 赵海波 刘 佳 王伟红3

（1.中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所，2.自然资源部多金属矿评价与综合利用重点实验室；3.西北地质科技创新中心）

北山地区是中亚造山带的重要组成部分，且位于3 大板块的过渡部位，北临西伯利亚板块南缘，南属塔里木—中朝板块北缘，西有哈萨克斯坦板块嵌入，大地构造位置十分特殊［1-3］，区域内广泛发育古生代不同期次的花岗岩类侵入岩体，且类型众多，这些岩浆岩为揭示甘肃北山造山带构造演化提供了重要信息。近年来北山古生代盆山演化一直是众多学者的研究热点，产生的主要争议是北山造山带造山结束时间是在志留纪还是泥盆纪，古亚洲洋在北山地区何时消亡及洋盆中央位置［4-15］所在。

本研究依托区域地质调查项目，在北山造山带明水—旱山地块原划震旦纪侵入岩中厘定出了志留纪侵入岩，这对讨论北山造山带古生代盆山演化和古亚洲洋在北山地区古生代的重建都具有重大意义。

1 地质背景

明水—旱山地块是由太古宙结晶岩系和中元古代变质岩系组成，古生代受剥蚀作用和沉积作用，古生代为基本为一微陆块，在华力西期造山运用中被卷入，之后局部发生裂谷作用，形成了二叠纪裂谷沉积，晚期形成坳陷盆地，形成中生代—新生代陆内盆地沉积。

明水—旱山地块结晶基底主体为一套中深变质体，岩性有片麻岩、斜长角闪岩、大理岩、片岩、石英岩等，笔者在夏尔陶勒东部厘定出一套志留纪侵入岩，呈不规则状出露，岩体普遍具有弱片麻岩化，岩性以片麻状花岗闪长岩、片麻状二长花岗岩和片麻状正长花岗岩为主，1∶25 万马鬃山幅地质图将其划为震旦纪侵入岩，通过详细的野外调查和室内研究将其厘定为变质变形侵入体，称为夏尔陶勒岩体（图1）。

2 岩石学特征

夏尔陶勒岩体出露在马鬃山镇夏尔陶勒东，以往一直被认为属于前寒武变质基底，岩石由于受到变质作用影响，多表现出片麻岩的外貌（图2），这是在以往工作中被认为属前寒武变质基底的一个重要原因，前人认为其时代是震旦纪（1：25 万马鬃山幅Rb—Sr测年为727±50 Ma）［17］，测得其中的片麻状花岗闪长岩锆石U—Pb 年龄为443.1 ±9.2 Ma（另文发表），属早志留世侵入体。本次研究在前人所划震旦纪侵入岩中解体出一套片麻状侵入岩，岩性以片麻状花岗闪长岩、片麻状二长花岗岩和片麻状正长花岗岩为主。

夏尔陶勒岩石为灰色，细粒半自形粒状结构，片麻状构造。①主要矿物成分及含量为钾长石62%，斜长石15%，石英20%，黑云母3%。②不透明矿物微量，钾长石表面相对干净，粒状、碎粒状，粒径大小0.02～0.2 mm，多可见与石英交生呈条纹状，干涉色一级灰白；斜长石表面绢云母化而略混浊，粒状、长粒状、碎斑状、碎粒状，粒径大小为0.02～0.50 mm，部分聚片双晶，干涉色一级灰白，具斑点状消光；石英晶面干净，大多数为拉长粒状，粒径大小为0.02～0.14 mm，干涉色一级灰白；黑云母呈鳞片状，粒径大小为0.01～0.06 mm，褐绿色强多色性、吸收性，沿边缘及1组节理析出大量铁质。③岩石主要由钾长石、斜长石、石英及少量暗色矿物黑云母组成，粒径多为细粒级，且其中碎粒化现象较强，整体有片麻状构造特征，推测在区域变质作用之前，经历了一定的脆性变形作用，整体碎粒化，局部碎裂状特征（图3）。

3 年代学特征

对夏尔陶勒岩体中的片麻状二长花岗岩（样号为PM006-50TW）进行锆石U—Pb测年，锆石测年在中国地质调查局西安地质调查中心实验室完成。锆石的阴极发光图像（图4）显示，样品多呈自形柱状，多可见有清晰的振荡环带，表明岩浆成因，锆石同时具有变质增生边，反映了岩石受到一定变质作用。共测试了25 颗锆石，其中8 颗锆石谐和度为0.9～1.1之外，17 个有效点谐和度较高且年龄集中（图5），U含量为178.33×10-6～5 369.24×10-6，Th 含量91.94×10-6～5 569.75×10-6，Th/U 比值0.15～2.21，均大于0.1，锆石206Pb/238U 年龄加权平均值为437.3 ±9.8 Ma（n=17，MSWD=2.4）（图6），为早志留世。

4 岩石地球化学特征

对夏尔陶勒岩体中的片麻状二长花岗岩，采集新鲜的5 件样品进行岩石地球化学分析。可知岩石具有高SiO2（71.2%～72.67%）、富Al2O3（13.27%～15.63%）特征，在SiO2—K2O 图解（图7）中可以看出，样品表现出钙碱性—高钾钙碱性系列特征，A/CNK（1.04～1.33），在A/CNK—A/NK 图解（图8）中，均投在过铝质区域。Mg#指数为普遍较低（0.17～0.26）。

样品δEu（0.52～0.58）小于1，具有明显的Eu 负异常，轻重稀土分馏明显，（La/Sm）N值（3.71～3.98）均大于1，LREE 富集。从微量元素原始地幔标准化结果中可知，样品表现出右倾形态，明显富集Rb、Th，Nb、Sr、Ti亏损。

5 讨论

5.1 形成时代

1∶20 万牛圈子幅区域地质调查报告将夏尔陶勒岩体划分为志留系勒巴泉组，1∶25 万马鬃山幅区域地质调查通过对二长花岗质糜棱岩进行Rb—Sr 测年，测年结果为727±50 Ma，认为其属于震旦纪侵入岩。本次研究对前人所划震旦纪侵入岩中的片麻状二长花岗岩进行锆石U—Pb测年，其206Pb/238U 年龄加权平均值为437.3±9.8 Ma，另外对原1：25 万地质图所划敦煌岩群中解体出的片麻状花岗闪长岩进行锆石U—Pb 测年，206Pb/238U 年龄加权平均值为443.1±9.2 Ma。综上，认为夏尔陶勒侵入岩体中的片麻状二长花岗岩成岩时代为早志留世（437.3±9.8 Ma）。

5.2 岩石类型及源区

花岗岩成因类型通常分为I、S、A 和M 型，夏尔陶勒片麻状花岗闪长岩具有高硅、高铝、低镁、钙碱性—高钾钙碱性系列特征，样品均非过碱性，不同于A型花岗岩［21］，在Na2O—K2O图解（图9）中，样品均表现为I 型花岗岩特征，在ACF 图解（图10）中，片麻状花岗闪长岩样品同样落入I 型花岗岩区域。样品的Mg含量较低，说明原始岩浆存在一定分异作用，稀土元素中Eu负异常明显，说明在岩浆分离结晶过程中，斜长石的大量晶出将导致残余熔体中形成明显负异常［22］。

综上推断，夏尔陶勒片麻状二长花岗岩为I 型花岗岩，其原始岩浆经历了一定的结晶分异作用。

5.3 构造环境

北山地区位于西伯利亚板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块3大板块接触部位，大地构造位置十分特殊，研究区北部为红石山蛇绿岩带，南部为红柳河—洗肠井—牛圈子蛇绿岩带，区域内既发育有前寒武大陆基底，也有板块俯冲造山作用形成的大量花岗岩，但对北山地区古生代早期的构造环境目前仍存在较多争议［4-15］，夏尔陶勒片麻状二长花岗岩作为明水—旱山古老地块中的侵入体，岩石类型为I 型花岗岩，具有高硅、过铝、钙碱性—高钾钙碱性系列特征，富集Rb、Th，亏损Nb、Sr、Ti。Hf-Rb/10—Ta×3三角形图解（图11）可以区分大洋底花岗岩、火山弧花岗岩和板内花岗岩，样品落入火山弧花岗岩和碰撞大地构造背景花岗岩重叠区域。RI—R2构造判别图不仅可以看出花岗岩板块构造环境，而且可以看出造山旋回过程中花岗岩碱度变化和板块碰撞不同阶段特征，受到广大学者广泛使用，在夏尔陶勒片麻状二长花岗岩R1—R2 构造判别图（图12）中，样品均落入同碰撞区域。

在Rb—（Yb+Ta）图解（图13）中，样品同样表现为同碰撞特征，与R1—R2 图解特征一致。综上认为，研究区在北山造山带在早志留世仍处在碰撞造山阶段。

6 结论

（1）夏尔陶勒地区发育有大量浅变质侵入体，其岩性主要为片麻状花岗闪长岩、片麻状二长花岗岩等，片麻状二长花岗岩形成时间为443.1±9.2 Ma，为早志留世。

（2）夏尔陶勒片麻状二长花岗岩类型为I 型花岗岩，其原始岩浆经历了一定的结晶分异作用，它的形成与北山造山带早古生代造山运动有关，北山造山带在早志留世处在同碰撞阶段。