阿尔金地区曼特里克一带花岗岩地球化学特征及构造意义

庞振甲，成欢，王瑞廷

（陕西西北有色地质调查院有限公司，陕西 西安 710054）

曼特里克位于青藏高原北缘、塔里木地块与柴达木地块接合部位，构造位置处于阿尔金断裂带西段[1,2]。区内花岗岩类分布广泛，前人研究多集中于对岩体年代学和单个岩体的研究，且对花岗岩形成的构造环境存在争议。李琦等在盖里克片麻岩获得的锆石U-Pb年龄为（886.5±5）Ma，认为塔里木和柴达木板块在新元古代早期存在板块的汇聚碰撞[3]；崔军文等在盖里克片麻岩中获得的锆石U-Pb 年龄为（2 679±142）Ma[4]；王永和等认为亚干布阳片麻岩、盖里克片麻岩原岩形成时代为新太古—古元古代[5]，将喀拉乔喀片麻岩时代置于古元古代；张若愚等在帕夏拉依档岩体中获得锆石U-Pb 测年结果为（460.1±3.9）Ma，认为中—晚奥陶世阿中地块和柴达木地块间阿尔金造山带已由挤压碰撞阶段转为伸展后碰撞阶段[6]；王超等在玉苏普阿勒克塔格岩体花岗细晶岩和寄主花岗岩获得形成时代分别为406 Ma和424 Ma，认为在阿尔金南缘早古生代末期存在造山后伸展背景下的幔源岩浆底侵作用[7]；吴才来等在茫崖地区花岗岩的U-Pb 测年结果为（466±5）Ma 和（469±5）Ma，具岛弧火成岩地球化学属性，形成可能与洋壳的俯冲作用有关[8]；曹玉亭等在阿尔金南缘塔特勒克布拉克花岗岩获得U-Pb测年结果为（451±1.7）Ma和（462±2）Ma，认为岩体形成于俯冲造山后抬升阶段，对应区内深俯冲陆壳的折返时代[9]。可见前人对本区花岗岩获得的岩石年龄跨度大，本区形成环境复杂，目前尚有较大争议。

近年来，笔者在该区进行1∶5 万区域地质矿产调查时，在阿尔金地区曼特里克一带厘定出大量青白口纪和早—中奥陶世的花岗岩体。通过对花岗岩岩石地球化学的研究，结合前人研究成果，探讨该区岩体形成的构造环境，为丰富阿尔金造山带地质构造演化提供新的佐证。

1 地质概况

研究区位于阿尔金造山带之阿尔金北缘断裂和阿尔金南缘断裂夹持的阿中地块内[10,11]，介于阿帕-茫崖蛇绿构造混杂岩带与红柳沟-拉配泉蛇绿构造混杂岩带之间[12,13]，是一个由不同时期、不同构造层次和不同构造环境形成的复合造山带，经历了古元古代结晶基底形成、中新元古代古大陆裂解与罗迪尼亚超大陆汇聚、新元古代晚期—早古生代洋陆转换及晚古生代—新生代陆内演化[14,15]。

研究区内以卡尔恰尔-阔什断裂带为界，南为阿中地块阿尔金杂岩带，出露地层主要为早元古界阿尔金岩群以碎屑沉积和火山沉积为主的变质岩结晶基底和中元古界长城系巴什库尔干岩群贝壳滩组的变质岩[16]；其北为中新元古界陆源盆地，出露地层为中元古界蓟县系塔昔达坂群一套碎屑岩。

区内侵入岩据其岩性组合、变质变形特征及成岩时代可分为青白口纪和早—中奥陶世两个时代，其中青白口纪可划分为盖里克、喀拉乔喀和亚干布阳三个序列，岩性组合主要为黑云二长片麻岩，少量花岗闪长质片麻岩和眼球状片麻状花岗闪长岩；早—中奥陶世划分为帕夏拉依档和苏吾什杰二个序列，岩性组合主要为二长花岗岩、花岗闪长岩、正长花岗岩。岩体地质特征见表1。

表1 曼特里克地区花岗岩地质特征表Table 1 Geological characteristics of granite in the Mantelike area

2 岩石化学特征

岩体岩石化学数据见表2。青白口纪岩体和早—中奥陶世岩体SiO2含量分别为48.45%～75.99%和61.96%～76.52%，均值分别为66.67% 和68.70%，里特曼指数σ分别为1.62～2.04 和2.14～2.47，均值分别为1.88 和2.31，均显示为钙碱性系列岩石。铝饱和指数（A/CNK）分别为1.06～1.14 和1.10～1.14，平均值分别为1.11 和1.12，A/NK 均大于1，显示岩石为准铝（靠近过铝质）-过铝质花岗岩。固结指数SI 值分别为4.83～15.93和2.13～13.47，说明岩浆分异程度高。MgO-SiO2图解显示均来源于下地壳熔融（图1）。

图1 曼特里克地区花岗岩类MgO-SiO2图解Fig.1 Diagram of MgO-SiO2 for Granitoids in the Mantelike area

3 微量元素特征

岩体微量元素特征见表3。青白口纪岩体在微量元素蛛网图中，曲线呈锯齿状右倾（图2-a-c），明显富集Rb，Th，K，Nd 等元素，相对亏损Nb，Ta，Zr，Hf等高场强元素，显著亏损Ba，Sr，P，Ti 等元素。总体与同碰撞花岗岩的分布相似，反映花岗岩的形成与演化主体受控于碰撞环境。Nb，Ta亏损说明岩体岩浆具大陆地壳特征，指示其原岩岩浆来源于地壳。Rb，Th等强不相容元素的富集表明岩体形成深度相对较浅，为地壳物质发生熔融形成的花岗岩。

表3 曼特里克地区花岗岩类微量元素地球化学数据Table 3 Trace element geochemical data for granitoids in the Mantelike area 单位：×10-6

续表3

早—中奥陶纪岩体在微量元素蛛网图中，曲线呈右倾锯齿状（图2-d，e）。富集大离子亲石元素Rb，Th，K，LREE 等，亏损Ba，Nb，Sr，Ti 等高场强元素，暗示成岩过程中存在斜长石、钛铁矿等的分离结晶作用。总体特征显示出与上地壳的明显相似性，但其相对富集K，Th；亏损Ti，Sr，Nb，暗示出形成该岩体的岩浆可能是壳源的。

图2 曼特里克地区花岗岩类微量元素蛛网图Fig.2 Trace element distribution patterns of granitoids in the Mantelike area

4 稀土元素特征

岩体稀土元素特征见表4。青白口纪岩体和早—中奥陶世岩体稀土总量∑REE分别为198.87×10-6～412.96×10-6和87.66×10-6～291.83×10-6，∑LREE/∑HREE分别为6.13～13.82和7.5～11.58，均具轻稀土富集、重稀土亏损特征；轻重稀土分馏明显，（La/Yb）N分别为7.15～21.12 和17.74～19.00，其中轻稀土分馏较强，（La/Sm）N分别为3.09～5.45 和2.91～5.15，重稀土分馏相对较弱，（Gd/Yb）N分别为1.73～2.62和2.32～4.15（表2）。δEu 分别为0.50～0.62 和0.40～0.66，均具Eu 负异常。从稀土元素分布图中可看出，二者均具LREE 富集、HREE 略显平坦的右倾的＂V＂型分布特征（图3-a，b，c，d，e），呈Eu元素“V”型谷，显示典型的地壳重熔型花岗岩特征[3]。

图3 曼特里克地区花岗岩类稀土元素分布曲线Fig.3 REE distribution patterns of granitoids in the Mantelike area

表4 曼特里克地区花岗岩类稀土元素地球化学数据Table 4 REE Data for Granitoids in the Mantelike area 单位：×10-6

5 构造环境分析

青白口纪岩体总体上为富硅、富碱、低钙、准铝-过铝质的钙碱性花岗质岩石，Nb，Ta 元素亏损指示其原岩岩浆来源于地壳。早—中奥陶世岩体属准铝-过铝质、钙碱-碱钙性系列的铁质-镁质花岗质岩石。二者Rb/Sr比值分别为1.82和8.26，高于地壳值（0.35）[17]，反映出壳源的特点；Nb/Ta 比值分别为12.00 和14.64，低于上地幔平均值[18]，与大陆地壳的比值（10～14）相近[19]，属陆壳成因类型；CaO/Na2O比值分别为1.07 和0.69，表明其可能为地壳中变质杂砂岩的部分熔融[20]。

从R1-R2构造环境判别图解中可看出，青白口纪和早—中奥陶世岩体大部分样品落在活动板块边缘（板块碰撞前）和同碰撞区域（图4-a，b），在Rb-Y+Nb和Nb-Y 图解上位于同碰撞-火山弧花岗岩区（图5-a，c）。显示两个时代的岩体均与同碰撞作用有关。

图4 曼特里克地区花岗岩类R1-R2构造环境图解Fig.4 R1-R2 tectonic environments dircrimination diagram of Granitoids in the Mantelike area

图5 曼特里克地区花岗岩类Rb-Y+Nb（a）和Nb-Y（b）构造环境图解Fig.5 Tectonic environments dircrimination diagram of Rb-Y+Nb（a）and Nb-Y（b）for granitoids in the Mantelike area

6 地质意义

阿尔金地区发育大量花岗岩（（800～1 274）Ma），可能是对罗迪尼亚超大陆汇聚事件的响应[21]；阿尔金南缘江尕勒萨依一带新元古代早期花岗质片麻岩形成于碰撞构造环境，可能是罗迪尼亚超大陆中塔里木、柴达木及祁连等陆块在新元古代早期汇聚碰撞作用的结果[22,23]。盖里克片麻岩锆石U-Pb年龄为（886.5±5）Ma，原岩为地壳中角闪岩相基性岩类（变玄武岩），形成于同碰撞构造环境，可能对应于新元古代的罗迪尼亚超大陆汇聚事件[3]。

研究区出露的青白口纪岩体呈岩枝状或透镜状，岩石变质变形强烈，岩石地球化学信息表明，岩体形成于同碰撞构造环境，本次获得锆石U-Pb年龄为（880.3±3.4）～（927.1±5.5）Ma，表明研究区在青白口纪经历了强烈的挤压汇聚事件，青白口纪花岗质片麻岩是对青白口纪中晚期罗迪尼亚超大陆汇聚的响应，为罗迪尼亚超大陆汇聚研究提供了新的佐证。

曼特里克一带帕夏拉依档岩体锆石U-Pb 年龄为（460.1±3.9）Ma，形成于挤压体制向拉张体制转换的构造环境[5]。阿尔金南缘茫崖二长花岗岩锆石UPb 年龄为472.1 Ma，表明阿尔金南缘早奥陶世晚期仍处于陆-陆碰撞的深俯冲阶段[24]。研究区早—中奥陶世岩体主要呈岩基状或不规则状，岩石基本未变质变形，岩石地球化学信息表明，岩体形成于同碰撞构造环境，本次获得锆石U-Pb年龄为（471.5±2.7）～（472.2±2.2）Ma，与前人在阿尔金南缘获得的年龄数据基本接近，表明包括研究区在内的阿尔金南缘在早—中奥陶世发生了强烈的碰撞造山，为阿中地块与柴达木地块碰撞造山的响应。