中祁连东段黑龙二长花岗岩地球化学、年代学及其构造意义

徐磊，周伟，胡晓宇

中祁连东段黑龙二长花岗岩地球化学、年代学及其构造意义

徐磊，周伟，胡晓宇

（中陕核工业集团地质调查院有限公司，西安 710100）

通过对中祁连东段黑龙二长花岗岩开展详细的年代学、岩石地球化学的分析测试和研究工作。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年表明，黑龙二长花岗岩206Pb/238U的加权平均年龄为（481.3±3.7）Ma（MSWD=4.6），属于早奥陶世。岩石地球化学的特征表明，黑龙二长花岗岩属于高碱钙碱性的I型花岗岩，岩石为准铝质-过铝质类型（A/CNK=0.91～1.22）。该二长花岗岩相对富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，而相对亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，并且明显亏损P，显示出岛弧岩浆岩的信息。结合区域构造特征，认为黑龙二长花岗岩形成于活动大陆边缘弧的构造环境，同时，也佐证了北祁连洋盆双向俯冲的地质事实。

黑龙二长花岗岩；锆石U-Pb测年；构造环境；中祁连东；祁连造山带

祁连造山带是我国中央造山带——秦祁昆造山带的重要组成部分，是我国大陆板块构造研究的理想野外实验室。长期以来，祁连造山带受到国内外众多学者的高度关注，无论是区域地质还是矿产地质都取得了重要成果，尤其是在造山带形成与演化方面成果颇丰（李春昱等，1978；冯益民，1997；许志琴等，1997）。另外，对北祁连洋盆的形成、高压变质带、蛇绿岩套等方面也已有详细研究，对南祁连裂谷带以及发育的构造热事件亦有系统的认识。然而，对中祁连地块的构造-岩浆作用研究还相对不完善，不同学者对发育在中祁连东段和西段的花岗岩类进行了系统的研究，并取得了一些新的成果和认识，但是缺少详细的年代学和地球化学约束（雍拥等，2008；侯荣娜等，2015；黄增保等，2015）。本文以中祁连东段黑龙二长花岗岩为研究对象，进行年代学、岩石地球化学分析，并探讨其构造环境，以期对中祁连的构造演化提供更多的依据。

图1 研究区构造格架图（a）和黑龙岩体地质简图（b）

1 区域地质背景与岩体地质特征

祁连造山带由北向南依次可划分出北祁连褶皱带、中祁连地块和南祁连褶皱带三个构造单元（图1a）。其中，中祁连北缘断裂和中祁连南缘断裂是分割北祁连、中祁连、南祁连的重要断裂。本次研究的黑龙岩体位于中祁连东段，中祁连在中-新元古代经历了相对稳定的构造演化环境。

黑龙花岗岩体出露于扎龙沟附近，出露面积约10km2，呈东西向展布，侵位于古元古代托赖岩群中（图1b），与晚奥陶世扣门子组大理岩呈不整合接触。岩体中捕掳体极为发育，主要为古元古代托赖岩群片麻岩、片岩。岩体中暗色包体局部较为发育，主要为细粒闪长质包体，大小不一。岩体后期被NE向断层破坏。组成岩体的岩性较单一，主要为二长花岗岩。二长花岗岩呈浅肉红色（图2a、b），中细粒结构，块状构造，主要由斜长石（35%～40%）、钾长石（30%～35%）、石英（20%～ 30%）、黑云母（<1%）组成（图2c、d）。斜长石呈半自形板状，也见有它形粒状，粒径大小在0.5～2mm，以绢云母化为主，也见碳酸盐化。钾长石主要成分为微斜长石，呈它形粒状，粒径多在0.5～2mm。石英呈它形粒状，杂乱散布。偶见黑云母，多呈细小片状，片径小于0.5mm，杂乱分布。

2 分析测试方法

样品锆石分选程序如下：首先将新鲜的岩石样品粉碎至120目以下，先用人工淘洗和电磁选方法筛选锆石，然后通过双目镜手工精选单颗粒的锆石。锆石阴极发光图像及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。ICP-MS为美国Varian公司最新一代带有碰撞反应系统的820-MS型等离子体质谱仪，激光剥蚀系统为德国LambdaPhysikAG公司生产的GeoLas2005型，具体分析流程、方法（曾强等，2018）。

图2 黑龙二长花岗岩野外及镜下照片

a宏观露头；b-手标本；c、d-显微照片（＋）；Bi-黑云母；Kf-钾长石；Pl-斜长石；Q-石英

选取新鲜的具有代表性的样品进行岩石地球化学分析，先清除岩石表面的杂质，然后进行破碎处理，再将其放到稀盐酸中浸泡1小时去掉次生的碳酸盐岩矿物，用去离子水在超声波中清洗样品2～3次，烘干，经磨样机磨至200目供化学分析。样品的分析测试工作在核工业203研究所完成，主量元素分析采用荷兰帕纳科制造的Axios射线光谱仪，分析精度优于1%～5％。稀土、微量元素采用ThermoFisherScientific制造的XSERIES2型ICP-MS，分析精度为2%～5％。

3 分析结果

3.1 年代学特征

锆石U-Pb年龄样品采自中细粒二长花岗岩（坐标N:36°47′49.88″；E:102°31′6.84″），从中挑选的锆石为浅黄色-无色透明自形晶体，以短柱状为主，晶体长100～200μm，宽50～100μm。锆石内部成分相对均一，可见清晰的震荡环带（图3），具有岩浆结晶锆石的特点。共测定18个有效数据点（表1）。锆石Th含量为57.95×10-6～261.82×10-6，U的含量为173.81×10-6～608.07×10-6，样品锆石具有较高的Th/U比值（平均0.44），属于岩浆成因锆石。所有数据的206Pb/238U年龄变化于（469±3）Ma～（491±4）Ma，所有锆石数据点均落在谐和线上及其附近，206Pb/238U加权平均年龄为（481.3±3.7）Ma（MSWD=4.6）（图4），时代为早奥陶世，可代表岩体的侵位年龄。

3.2 地球化学特征

黑龙二长花岗岩的主量元素测试结果见表2。7件样品的SiO2含量介于70.23％～75.95％，平均为73.63％；TiO2含量0.08％～0.33％，平均0.17％；Al2O3为11.75％～13.70％，平均12.76％；TFe2O3介于1.76％～3.23％，平均2.41％；MgO含量0.23％～0.82％，平均0.47％；CaO含量0.54％～2.14％，平均1.43％；Na2O含量2.44％～3.54％，平均2.93％；K2O含量3.12％～5.05％，平均4.45％。这些特点表明，黑龙二长花岗岩具有高硅、贫钛、高铝、贫铁的特征。在SiO2-K2O图上（图5a），样品落入高钾钙碱性系列的范围。岩石的铝饱和指数A/CNK=0.91～1.22，平均为1.05，在A/CNK-A/NK图上（图5b），样品位于准铝质-过铝质的范围内。

图3 黑龙二长花岗岩锆石阴极发光图像

图4 黑龙二长花岗岩锆石U-Pb谐和图

图5 黑龙二长花岗岩的SiO2-K2O图解（a）和A/CNK-A/NK图解（b）

图6 黑龙二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线和微量元素地幔标准化蛛网图

黑龙二长花岗岩的微量、稀土元素组成见表3。其稀土总量∑REE变化较大，变化于62.89×10-6～172.55×10-6。样品的LREE/HREE=4.68～15.61，(La/Yb)N=4.22～20.91，表明轻、重稀土元素之间发生了较强的分馏作用。样品的(La/Sm)N=3.11～8.42，(Gd/Yb)N=1.12～2.25，表明轻稀土元素内部分馏作用较强，而重稀土元素内部分馏作用较弱。全岩的δEu呈明显的负异常（0.32～0.57），这与斜长石的分离结晶作用有关。在稀土元素配分曲线上显示轻稀土元素右倾、重稀土元素平坦的特征（图6a）。在微量元素蛛网图上（图6b），表现为相对富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，而相对亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，以及明显亏损P，从而显示出岛弧岩浆岩的信息。

表2 黑龙二长花岗岩主量元素分析表

4 讨论

4.1 岩石成因

花岗岩成因历来是花岗岩研究的重要基础问题，也是争论最多的问题之一。已有众多学者从矿物学、岩石学、地球化学等方面提出了各类花岗岩（ISAM）的判别标志，并论述了其成因机制。角闪石、菫青石、碱性暗色矿物是判别花岗岩成因最有效的矿物学标志，但需要综合岩石学、地球化学，尤其是地质背景等多种证据来判别（吴福元等，2007）。

黑龙二长花岗岩的主要组成矿物为钾长石、斜长石、石英以及少量黑云母，副矿物为主要为榍石、磷灰石、磁铁矿等，且岩体之中以发育暗色包体为特征。黑龙岩体的TFe2O3/MgO=3.94～7.65（平均5.18），与典型A型花岗岩的高TFe2O3/MgO值（＞10）相区别。黑龙花岗岩SiO2与P2O5呈明显负相关性。微量元素方面，岩石不同程度亏损Nb、Ta、Ti、P等。综合矿物学、岩石地球化学方面的证据，判断黑龙二长花岗岩属于I型花岗岩。在Y-Nb图解上（图7a），样品位于火山弧/同碰撞花岗岩的范围，进一步利用(Yb+Nb)-Rb图解进行判别（图7b），发现样品大部分都位于弧花岗岩的区域，而微量元素方面亏损Nb、Ta、Ti的特征，亦与岛弧岩浆岩相吻合。

图7 黑龙二长花岗构造环境判别图

4.2 构造环境及意义

史仁灯等（2004）报道了北祁连山玉石沟蛇绿岩套中辉长岩的锆石SHRIMP锆石U-Pb年龄为（550±17）Ma，推测洋盆开启的时间在550Ma之前，即新元古代晚期。新近，剡晓旭和韩晓阳（剡晓旭，2014；韩晓阳，2015）获得该蛇绿岩套辉长岩的锆石U-Pb年龄分别为（515.4±3.2）Ma和（513.4±6.4）Ma。北祁连是在新元古代岩石圈断陷作用基础上，于早古生代发育成具有现代板块构造体制的沟-弧-盆体系。在奥陶纪（495～440Ma），北祁连古洋盆发生俯冲作用，形成岛弧拉斑玄武岩、钙碱性火山岩和相应的侵入岩，弧后盆地形成与消亡的时限为465～454Ma。本次获得中祁连东段黑龙岩体的LA-ICP-MSU-Pb年龄为（481.3±3.7）Ma，并且野外地质调查表明，晚奥陶世大理岩不整合于岩体之上，由此而确定黑龙岩体形成于早奥陶世，它应该是北祁连洋盆向南俯冲于中祁连地块之下，引发玄武质地壳部分熔融的产物。黑龙岩体反映了活动大陆边缘弧的环境。

表3 黑龙二长花岗岩微量元素、稀土元素（10-6）分析结果及主要参数

目前看来，不同学者对北祁连洋俯冲极性问题存在较大分歧，有向北、向南和双向俯冲等不同观点。根据本文研究结果，结合近年来中祁连，以及北祁连南缘花岗岩的研究进展，认为北祁连洋在形成洋盆后，开始向两侧俯冲，即双向俯冲。北东俯冲于华北板块之下，形成了弧后盆地和一系列的岛弧火山岩系；同时向南西俯冲于中祁连地块之下，形成了北祁连南缘巨量花岗质岩浆岩。而位于中祁连东段的黑龙二长花岗岩正好记录了这一地质过程。

5 结论

1）中祁连东段黑龙二长花岗岩为高钾钙碱性准铝-过铝质花岗岩类，成因属I型花岗岩，其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为（481.3±3.7）Ma，时代属早奥陶世。

2）岩石稀土元素配分曲线上显示轻稀土元素右倾、重稀土元素平坦的特征。微量元素方面，相对富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，而相对亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，以及明显亏损P，显示出岛弧岩浆岩的特点。

3）岩体形成于北祁连洋向南俯冲于中祁连地块的活动陆缘弧环境，也从侧面证明了北祁连洋双向俯冲的地质事实。

李春昱，刘仰文，朱宝清等.1978.秦岭及祁连山构造发展史[M]. 北京：地质出版社.174-187.

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许志琴，徐惠芬，张建新. 1997. 北祁连走廊南山加里东俯冲杂岩增生地体及其动力学[J]. 地质学报，68（1）：1-14.

雍拥，肖文交，袁超等. 2008. 中祁连东段古生代花岗岩的年代学、地球化学特征及其大地构造意义[J]. 岩石学报，24（4）：855-866.

侯荣娜，王淑华，张翔等. 2015. 中祁连西段花岗岩类的地球化学特征及构造意义[J]. 地球科学进展，30（9）：1034-1049.

黄增保，郑建平，李葆华等.2015.中祁连西段野马山岩基年代学、地球化学特征及地质意义[J]. 中国地质，42（2）：406-420.

曾强，张腾. 2018. 川西雀儿山燕山期黑云母二长花岗岩岩石地球化学及年代学研究[J]. 四川地质学报,38(01):39-45+51.

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史仁灯，杨经绥，吴才来.2004.北祁连玉石沟蛇绿岩形成于晚震旦世的SHRIMP年龄证据[J]. 地质学报，10（5）：649-657.

剡晓旭.2014.青海省玉石沟蛇绿岩套岩石学、年代学特征及其构造意义[D]. 中国地质大学（北京）.1-56.

韩晓阳.2015.北祁连玉石沟蛇绿混杂岩的组成、时代及成因[D]. 中国地质大学（北京）.1-65.

Petrochemistry and Geochronology of the Heilong Monzogranite in the East Section of the Central Qilian Mts. and Their Tectonic Implication

XU Lei ZHOU Wei HU Xiao-yu

(Geological Survey Co, Ltd., Sino Shaanxi Nuclear Industry Group, Xi’an 710100)

This paper has a discussion on petrochemistry and geochronology of the Heilong monzogranite in the east section of the Central Qilian Mountains. The LA-ICP-MS zircon dating for the Heilong monzogranite yields an average206Pb/238U age of (481.3±3.7) Ma (MSWD=4.6), belonging to the Early Ordovician. The geochemical features show the Heilong monzogranite belongs to a high-K calc-alkaline of I-type granite, and is characterized by quasi-aluminous to peraluminous series. The monzogranite enriches large ion lithophile element of Rb, Th, U and depletes high field strength element of Nb, Ta, Ti, being obviously P-depleted, which show information of arc-related igneous rocks. Combined with regional geologic structure, this paper considers the Heilong monzogranite may be formed in a continental marginal arc which provides an evidence for bidirectional subduction of the North Qilian ocean basin.

Heilong monzogranite; Zircon U-Pb dating; petrogeochemistry; east section of the central Qilian; Qilian orogenic belt

2020-07-15

中国地质调查局地质大调查项目（12120113033012）资助

徐磊（1985-），男，甘肃镇原人，硕士，地质工程师，主要从事地质矿产勘查工作

P597

A

1006-0995（2021）01-0027-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.01.005