东昆仑造山带东段晚二叠世岩浆作用:来自尕之麻地区花岗岩的制约

王凤林, 魏俊浩, 李小亮, 张新铭, 徐崇文, 李艳军

东昆仑造山带东段晚二叠世岩浆作用:来自尕之麻地区花岗岩的制约

王凤林1, 2, 魏俊浩1*, 李小亮3, 张新铭1, 徐崇文1, 李艳军1*

(1. 中国地质大学(武汉) 资源学院, 湖北 武汉 430074; 2. 青海省环境地质勘查局,青海 西宁 810008; 3. 青海有色地质矿产勘查局, 青海 西宁 810001)

东昆仑造山带晚二叠世岩浆作用及构造背景研究薄弱。本文对东昆仑造山带东段尕之麻地区那更康切尔花岗闪长岩和新识别出的二长花岗岩开展了岩石地球化学及锆石Hf同位素分析, 并对二长花岗岩进行了年代学研究。锆石U-Pb测年结果显示, 二长花岗岩中11颗年轻锆石U-Pb谐和年龄为256±2 Ma, 加权平均年龄为255±2 Ma, 两者在误差范围内一致, 表明其形成于晚二叠世; 除此之外, 还获得古元古代、早古生代等继承锆石和捕获锆石记录。岩石地球化学结果显示, 二长花岗岩具高SiO2(72.66%～73.74%)、Na2O(4.94%～6.73%)含量, 贫K2O和Fe2O3T, 属低钾‒中钾钙碱性岩石; 富集大离子亲石元素和轻稀土元素, 亏损高场强元素, 具Eu正异常。花岗闪长岩SiO2=63.31%～65.05%, K2O=3.27%～3.66%, 属高钾钙碱性准铝质岩石; 富集Rb、K, 亏损Nb、P和Ti, 稀土元素配分型式呈明显右倾型, 具有中等Eu负异常(0.53～0.58)。两者的104×Ga/Al值分别为1.51～1.84和2.27～2.35, Zr+Nb+Ce+Y值分别为13.4×10−6～28.0×10−6和333×10−6～352×10−6。结合岩相学特征, 表明两类岩石均属于I型花岗岩。二长花岗岩中晚二叠世锆石Hf()=−5.6～12.8, 二阶段模式年龄DM2=1461～436 Ma; 花岗闪长岩锆石Hf()=−5.6～−1.1,DM2=1456～1210 Ma。综合研究表明, 壳幔混合作用形成的初始岩浆在上升过程中混染了早古生代和早二叠世地壳物质, 并经历了岩浆分异结晶形成二长花岗岩和花岗闪长岩。二长花岗岩和花岗闪长岩地球化学特征差异也显示了岩浆混合作用的不均一性。结合构造背景, 两者均形成于大陆边缘弧环境, 与早二叠世晚期‒晚二叠世时期阿尼玛卿洋板片北向俯冲作用有关。

I型花岗岩; 晚二叠世; 岩浆混合; 俯冲作用; 大陆边缘弧; 东昆仑

增生造山带因发育多阶段弧‒弧、弧‒陆或陆‒陆碰撞作用而记录了大陆增生重要信息, 其间往往发育岩浆弧及与俯冲相关的花岗质岩石或火山岩(Xiao et al., 2003; 邓晋福等, 2016)。弧花岗岩或弧火山岩通常用来识别俯冲增生造山带, 如中亚造山带(Xiao et al., 2003; 肖文交等, 2019)、班公湖‒怒江缝合带(刘一鸣等, 2019)、保山地块西缘泸水‒潞西构造带(毛晓长等, 2014)、华南海西‒印支俯冲带(Li et al., 2016)等。东昆仑造山带是中央造山带的重要组成部分(许志琴等, 2006), 其晚古生代‒早中生代的构造岩浆活动与古特提斯演化密切相关(杨经绥等, 2005; Dong et al., 2018), 为典型俯冲增生造山带类型, 发育蛇绿岩带、弧前盆地、岩浆弧和弧后盆地等俯冲带构造分区(Dong et al., 2018; 裴先治等, 2018)。大量的构造岩浆事件揭示该时期东昆仑造山带发育大陆边缘弧(吴芳等, 2010; Huang et al., 2014; Xiong et al., 2014; Dong et al., 2018; Li et al., 2020)或安第斯型弧(Li et al., 2018)。

尽管大量研究成果表明东昆仑地区早中生代构造岩浆事件与阿尼玛卿洋俯冲或碰撞作用有关, 但是关于阿尼玛卿洋闭合或俯冲作用结束时限仍存在争论, 究竟是晚二叠世(殷鸿福和张克信, 1997; Huang et al., 2014)、早三叠世(杨经绥等, 2005; Shao et al., 2017)、早侏罗世(Roger et al., 2003), 还是中三叠世(Liu et al., 2004; 李瑞保等, 2012; Xia et al., 2015; Dong et al., 2018; 裴先治等, 2018; Li et al., 2020)？此外, 二叠纪岩浆岩在东昆仑地区分布相对较少, 尤其是其东端地区目前仅在那更康切尔矿区报道有晚二叠世花岗闪长岩(徐崇文等, 2020)。对于这些岩石的成岩机制也存在不同观点, Zhang et al. (2012)和Xiong et al. (2014)认为晚二叠世花岗闪长岩为古老地壳重熔形成; 孙雨等(2009)和陈国超等(2018b)认为哈拉尕吐花岗闪长岩(256～253 Ma)由壳幔岩浆混合作用形成; 中‒晚二叠世基性岩研究表明其源区为富集地幔(熊富浩等, 2011a; 罗文行等, 2013)、交代岩石圈地幔(胡朝斌等, 2018)和富集软流圈地幔(Zhao et al., 2019)等。因此, 东昆仑地区晚二叠世岩浆岩的成岩机制及构造背景还有待进一步深入研究。为此, 本文选择东昆仑造山带东段尕之麻二长花岗岩及那更康切尔花岗闪长岩开展岩石地球化学和锆石Hf同位素研究, 并对新识别的尕之麻二长花岗岩进行年代学研究, 探讨它们的成因和及其动力学背景, 以期为晚二叠世岩浆作用研究提供制约。

1 地质背景

东昆仑造山带夹持于柴达木地块及巴颜喀拉‒松潘‒甘孜地体两大构造单元之间, 北以红柳泉‒格尔木大断裂(HGF)为界与柴达木地块相邻, 而南则以布青山‒阿尼玛卿缝合带(BAM)为界与巴颜喀拉‒松潘‒甘孜地体接壤, 经历了始特提斯和古特提斯两期构造活动(Dong et al., 2018)。东昆仑造山带被昆北(NKLF)和昆中(CKLF)两条区域性深大断裂划分为昆北(NKLB)、昆中(CKLB)和昆南(SKLB)三个构造带(图1)。昆北带和昆中带以广泛出露的元古宇金水口群和冰沟群变质基底, 及古生代‒早中生代侵入岩和火山岩为特征。金水口群总体为一套角闪岩相‒麻粒岩相深变质岩系, 由下部的白沙河组片麻岩、斜长角闪岩、片岩和上部的小庙组石英岩、片岩、片麻岩、大理岩组成。冰沟群主要由大理岩、砂岩、粉砂岩和硅质岩组成。碎屑锆石U-Pb年代学研究表明金水口群形成于古元古代, 冰沟群则为中元古代(He et al., 2016a)。变质基底普遍经历了455～ 401 Ma和246～212 Ma两期变质作用(Liu et al., 2005; 陈能松等, 2007; He et al., 2016a)。昆南带主要为中元古界苦海群和万宝沟群火山‒沉积岩, 多被古生代‒中生代沉积盖层覆盖。

断裂带及构造单元代号: HGF. 红柳泉‒格尔木断裂; NKLF. 昆北断裂; CKLF. 昆中断裂; BAM. 布青山‒阿尼玛卿缝合带; NKLB. 昆北地体; CKLB. 昆中地体; SKLB. 昆南地体。文献来源: 1. 王秉璋等(2009); 2. 胡朝斌等(2018); 3. 祁生胜(2015); 4. 罗文行等(2013); 5. 陈静等(2013); 6. 史连昌等(2016); 7. 熊富浩等(2011a); 8. 李希等(2014); 9. Zhang et al. (2017); 10. 孙雨等(2009); 11. 李瑞保(2012); 12. Huang et al. (2014); 13. Zhao et al. (2019)。

东昆仑地区岩浆活动强烈, 发育少量中‒新元古代S型花岗岩, 如西段祁漫塔格地区伯喀里克和牛苦头片麻状花岗岩, 其形成时代为1006～938 Ma (孟繁聪等, 2013; He et al., 2016b)。古生代岩浆事件集中于470～390 Ma, 与始特提斯的演化有关(Dong et al., 2018)。岩石类型主要有与俯冲作用相关的花岗闪长岩和闪长岩(Dong et al., 2018), 俯冲洋壳重熔的埃达克质花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩(454～437 Ma;李瑞保等, 2014; 陈加杰等, 2016; Zhou et al., 2016), 板片折返相关的高镁闪长岩和花岗闪长岩(～438 Ma; Zhang et al., 2014), 以及424～417 Ma后碰撞伸展背景下的I型(陆露等, 2013; 严威等, 2016)和A型(李希等, 2014; 王艺龙等, 2018)花岗岩。中二叠世‒三叠纪中基性岩、酸性岩分布广泛, 尤其是中‒晚三叠世花岗闪长岩、二长花岗岩和闪长岩最为发育。二叠纪岩浆岩主要为辉长岩、辉绿岩、闪长岩、花岗闪长岩及少量的火山岩(图1), 成岩机制有不同性质幔源物质熔融(熊富浩等, 2011a; Liu et al., 2014; 胡朝斌等, 2018; Zhao et al., 2019)、地壳物质重熔(Zhang et al., 2012; Xiong et al., 2014)和壳幔混合(孙雨等, 2009; 陈国超等, 2018a)等认识。中三叠世侵入岩以含有大量中基性包体为特征, 部分被认为是析离体(Huang et al., 2014; Shao et al., 2017), 但更多的是岩浆混合成因包体(Xia et al., 2015; Chen et al., 2017; Dong et al., 2018; Li et al., 2020)。该阶段的岩浆岩大多具有弧花岗岩或弧火山岩特征, 但其成岩机制及动力学背景仍存在争论(Li et al., 2020)。晚三叠世侵入岩主要为花岗闪长岩、二长花岗岩和钾长花岗岩, 往往具有碰撞或后碰撞特征, 形成于古特提斯碰撞及后碰撞阶段(Shao et al., 2017; 陈国超等, 2018a; 周红智等, 2020)。

2 岩石学特征

尕之麻地区位于东昆仑造山带最东端昆中地体内, 靠近昆中断裂带。尕之麻二长花岗岩体呈岩枝或岩脉状侵入古元古界白沙河组中, 走向为300°～315° (图2)。主岩体长约2.8 km, 宽20～250 m, 东端被第四系覆盖, 出露面积为0.5 km2。其他二长花岗岩脉长200～850 m, 宽10～110 m, 面积为0.02～0.05 km2。岩石总体呈灰白色, 中粗粒花岗结构, 块状构造, 边部发育少量片麻状构造。本次研究的二长花岗岩样品主要采自主岩枝上, 少量采自外围岩脉。岩石由石英(30%±)、斜长石(35%±)、钾长石(25%±)及黑云母(10%±)等组成(图3a、b), 粒径为1～7 mm。石英为不规则粒状, 分布不均匀, 常呈团块状集合体产出于长石间隙。斜长石多为半自形长板状, 见聚片双晶, 局部不同程度发育显微鳞片状绢云母化。钾长石以条纹长石‒微斜长石为主, 多呈半自形板状, 见格子双晶, 部分发育弱绢云母化和高岭土化。黑云母为片状, 部分蚀变成绢云母和发生绿泥石化。

图2 尕之麻二长花岗岩地质图(据李艳军等, 2017修改)

(a) 二长花岗岩野外照片; (b) 二长花岗岩中粗粒花岗结构; (c) 花岗闪长岩角闪石包含黑云母; (d) 花岗闪长岩斜长石包裹钾长石呈反环带。矿物代号: Q. 石英; Kfs. 钾长石; Pl. 斜长石; Bt. 黑云母; Amp. 角闪石。

那更康切尔花岗闪长岩体呈椭圆状(图4), 出露面积约1.5 km2, 形成时代为252±1 Ma(徐崇文等, 2020)。该岩体西南部侵入金水口群片麻岩中, 东北部被上三叠统鄂拉山组流纹岩、安山岩和英安岩等(217±3 Ma; 国显正等, 2019)覆盖, 中部则被239±1 Ma的二长花岗岩侵入(徐崇文等, 2020)。花岗闪长岩为灰白色, 中粗粒花岗结构, 块状构造, 主要组成矿物为斜长石(40%～45%)、石英(20%～25%)、钾长石(10%～20%)、角闪石(5%～10%)及黑云母(5%～10%); 可见典型的角闪石包裹黑云母和斜长石包裹钾长石反环带(图3c、d)。该岩体被NW向矿化带和矿体切割, 断裂带附近发育绿泥石化、硅化和高岭土化等蚀变。

3 测试方法

3.1 锆石U-Pb定年及Lu-Hf同位素测试

用于锆石U-Pb定年的尕之麻二长花岗岩样品(GZM-5)采自主岩枝中部(图2), 岩石较新鲜。样品清洗干净后送至河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室挑选锆石。将挑选出的锆石颗粒置于环氧树脂中制靶, 然后磨蚀和抛光至锆石核心出露。阴极发光(CL)照相在武汉上谱分析科技有限责任公司(WHSS)进行。结合反射光和透射光, 观察锆石的内部结构并确定测试点位。锆石原位微区U-Th-Pb同位素及微量元素测试在WHSS激光剥蚀(COMPexPro 102 ArF系统)等离子体质谱(Agilent 7700e ICP-MS)仪器上完成, 激光束斑直径为24 μm。U-Th-Pb同位素组成及微量元素分析应用标准锆石91500进行同位素分馏校正, 锆石GJ-1和Plešovice为监控样, 并选用NIST610为外标、29Si为内标进行微量元素校正, 详细分析流程和仪器参数见Liu et al. (2010)。数据处理采用ICPMSDataCal软件(Liu et al., 2010)。

尕之麻二长花岗岩锆石Lu-Hf同位素分析在武汉上谱分析科技有限责任公司LA-MC-ICP-MS上进行, 激光剥蚀系统为德国Geolas HD excimer ArF, MC-ICP-MS为Neptune Plus型。那更康切尔花岗闪长岩Hf同位素分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)Neptune Plus型MC-ICP-MS上完成, 激光剥蚀系统为配备有193 nmArF准分子激光器的GeoLas 2005。激光束斑直径为44 μm, 具体分析方法及仪器参数详见Hu et al. (2012)。用179Hf/177Hf=0.7325和173Yb/171Yb=1.1248(Blichert- Toft and Albarède, 1997)用于计算Hf、Yb的质量分馏系数Hf、Yb。数据处理采用ICPMSDataCal软件(Liu et al., 2010)。

图4 那更康切尔银矿区地质图(据徐崇文等, 2020修改)

3.2 岩石主量、微量元素测试

切取5件新鲜或蚀变较弱的二长花岗岩样品50 g, 表面清洗干净, 并全部粉碎至200目, 然后送至澳实(广州)矿物实验室进行主量、微量元素测试。主量元素利用荷兰PAN alytical Axios Max荧光光谱仪采用ME-XRF26方法测试, 试样煅烧后加入Li2B4O7- LiBO2助熔物, 充分混合后放置在自动熔炼仪中使之在1000 ℃以上熔融, 然后制成扁平玻璃片, 用X荧光光谱仪分析。除P2O5检出限为0.001%外, 其他元素为0.01%, 相对误差低于5%。微量元素和稀土元素采用ME-MS81方法测试, 将试样加入到LiBO2熔剂中混合均匀, 在1000 ℃以上的熔炉中熔化后用硝酸定容, 在美国Perkin Elmer Elan 9000 等离子体质谱仪(ICP-MS)上完成分析, 分析精度高于10%。4件那更康切尔花岗闪长岩样品主量元素于澳实(广州)矿物实验室采用ME-XRF26方法完成, 微量元素则于武汉上谱分析科技有限责任公司Agilent 7700e ICP-MS上完成, 分析精度优于5%。

4 结 果

4.1 锆石U-Pb年代学

尕之麻二长花岗岩中锆石为浅黄色‒无色透明, 以短柱状为主, 其次为近等粒状和长柱状, 粒径一般为80～100 μm, 大者可达200 μm以上, 长宽比为1.5∶1～5∶1。CL图像显示该样品中的锆石有两种类型(图5a): ①发育典型岩浆成因的生长振荡环带, 无晶核和增生边; ②具有核边结构, 包括具微弱环带晶核和存在窄的次生增生边。

对34颗代表性锆石进行定年分析, 获得23个有效数据, 根据U-Pb年龄分布特征, 可分为5组(图5b～ d)。①古元古代(=6): U和Th含量分别为426×10−6～ 2650×10−6和72.8×10−6～1713×10−6, Th/U值为0.07～0.65 (表1),207Pb/206Pb年龄为2050±43 Ma～1806±57 Ma。②寒武纪(GZM-5-11;=1): U和Th含量分别为3133×10−6和322×10−6, Th/U值为0.10,206Pb/238U年龄为512±3 Ma。③晚奥陶世‒早志留世(GZM-5-05, 18, 19;=3): U和Th含量分别为1212×10−6～ 8275×10−6和154×10−6～787×10−6, Th/U值为0.04～ 0.27,206Pb/238U年龄为447±6 Ma～432±4 Ma。④早二叠世(GZM-5-03, 13;=2): U和Th含量分别为1343× 10−6～1776×10−6和774×10−6～973×10−6, Th/U值为0.55～0.58,206Pb/238U年龄为282±5 Ma和285±5 Ma。⑤晚二叠世(=11): U和Th含量分别为316×10−6～ 1353×10−6和377×10−6～894×10−6, Th/U值为0.38～ 1.83,206Pb/238U年龄为259±5 Ma～252±3 Ma, 11个点的谐和年龄为256±2 Ma(MSWD=0.5), 加权年龄为255±2 Ma(MSWD=0.7)(图5d、e)。

4.2 岩石地球化学特征

二长花岗岩和花岗闪长岩主量和微量元素测试结果见表2。结果显示, 尕之麻二长花岗岩总体表现为高硅特征, SiO2含量为72.66%～73.74%; Na2O含量较高, 为4.94%～6.73%, 但K2O含量较低且变化范围较大(0.35%～2.54%), K2O+Na2O=6.82%～7.48%, K2O/Na2O=0.05～0.51, 属低钾‒中钾钙碱性岩石系列(图6a)。样品中Al2O3含量为13.80%～16.66%, 铝饱和指数A/CNK=0.98～1.14, 主体属准铝质‒弱过铝质(图6b); 其中两件样品显示出过铝质特征(A/CNK=1.12～1.14), 可能与其发生弱绢云母化导致Al2O3含量升高有关。二长花岗岩稀土元素总量极低, 为4.06×10−6～8.62×10−6, LREE/HREE值为1.27～14.05 (表2), (La/Yb)N=1.16～15.54, 轻、重稀土元素分馏较明显; (Gd/Yb)N变化不大, 集中在0.67～1.79之间; Eu/Eu*=1.26～21.92, 呈明显Eu正异常。在球粒陨石标准化稀土元素配分图中, 所有样品呈轻稀土元素相对富集, 重稀土元素相对亏损的右倾模式(图7a)。微量元素方面, 样品富集大离子亲石元素(LILE), 而亏损高场强元素(HFSE); 在原始地幔标准化微量元素蛛网图上, 样品表现出显著Rb、Ba、K、Sr正异常和Th、Nb、P、Ti负异常(图7b)。

图5 尕之麻二长花岗岩体代表性锆石阴极发光图(a)、U-Pb年龄谐和图(b～d)和加权平均年龄图(e)

表1 尕之麻二长花岗岩(GZM-5)锆石U-Pb年龄分析结果

表2 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩主量(%)、微量元素(×10−6)组成

续表2:

图6 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩K2O-SiO2(a)和A/NK-A/CNK图解(b)

数据来源: LCC引自Rudnick and Gao (2003); 白日其利铁镁质岩墙引自熊富浩等(2011b); 坑得弄舍辉长岩引自Zhao et al. (2019); 标准化数据引自Sun and McDonough (1989)。

那更康切尔花岗闪长岩SiO2含量为63.31%～ 65.05%, Na2O为3.21%～3.26%, 但K2O含量较高(3.27%～3.66%), 样品均落在高钾钙碱性系列区域(图6a)。样品中Al2O3含量为15.24%～15.48%, 铝饱和指数A/CNK=0.91～0.95, 属准铝质岩石(图6b); MgO含量为2.05%～2.60%, Mg#值为47～51。那更康切尔花岗闪长岩稀土元素总量为197×10−6～206×10−6, LREE/HREE值变化于9.89～10.04之间, 具有中等Eu负异常(Eu/Eu*=0.53～0.58)。在球粒陨石标准化稀土元素配分图上, 样品呈相对富集LREE, 亏损HREE的右倾模式(图7a)。微量元素方面, 样品显示LILE富集、HFSE亏损的特征; 在原始地幔标准化微量元素蛛网图上, 样品呈显著的Rb、K正异常和Nb、P、Ti负异常(图7b)。

4.3 锆石Hf同位素

对尕之麻二长花岗岩18颗锆石进行Lu-Hf原位同位素分析, 结果见表3。其中古元古代继承锆石176Lu/177Hf值为0.000055～0.001756,176Hf/177Hf值为0.281520～0.281656,Hf()=−1.2～3.1(表3), 对应的二阶段Hf模式年龄(DM2)为2625～2367 Ma。寒武纪锆石176Lu/177Hf值为0.003462,176Hf/177Hf值为0.282731,Hf()=8.7,DM2=874 Ma。晚奥陶世‒早志留世锆石176Lu/177Hf值为0.000310～0.002768,176Hf/177Hf值为0.282441～0.282621,Hf()=−2.0～3.5,DM2=1411～1101 Ma。早二叠世继承锆石176Lu/177Hf值为0.001824～ 0.001964,176Hf/177Hf值为0.282891～0.282930,Hf()= 10.1～11.5,DM2=612～533 Ma。晚二叠世锆石176Lu/177Hf值为0.000636～0.003579, 显示锆石在形成以后具有较低的放射性成因Hf积累,176Hf/177Hf值为0.282459～ 0.282992,Hf()=−5.6～12.8,DM2=1461～436 Ma。

表3 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩LA-MC-ICP-MS锆石Hf同位素组成

那更康切尔花岗闪长岩12颗锆石176Lu/177Hf值为0.001187～0.001678,176Hf/177Hf值为0.282461～ 0.282590,Hf()=−5.6～−1.1, 对应的二阶段模式年龄为1456～1210 Ma(表3)。

5 讨 论

5.1 晚二叠世岩浆活动

尕之麻二长花岗岩紧邻南部的昆中断裂带(图1), 1∶20万冬给措纳湖幅(殷鸿福和张克信, 2003)和1∶5万月日岗幅(青海省有色地质矿产勘查局地质矿产勘查院, 2010)地质图显示该区发育大面积的古元古界白沙河组黑云母斜长片麻岩、石英云母片岩以及少量的闪长玢岩脉等。但在尕之麻地区金银矿普查项目1∶1万地质草测过程中, 在普查区中部识别出了二长花岗岩株及岩脉(李艳军等, 2017)(图2)。尽管边部局部可见弱片麻状构造, 但整体以灰白色中粗粒花岗结构而区别于围岩的黑云母二长片麻岩和白云母石英片岩。该二长花岗岩锆石显示了复杂的年龄信息, 最老的6颗古元古代锆石年龄与东昆仑地区白沙河组和小庙组中碎屑锆石年龄(He et al., 2016a)、白日其利基性岩体中古元古代(2310～2109 Ma)继承锆石年龄(熊富浩等, 2011a)及新元古代伯喀里克S型花岗岩中继承锆石年龄(He et al., 2016b)基本一致, 记录了东昆仑地区古元古代构造‒岩浆事件。中寒武世(512±3 Ma)锆石与昆中带可可沙地区辉长岩、石英闪长岩成岩年龄(515～509 Ma) (冯建赟等, 2010; 张亚峰等, 2010)及清水泉变质岩中锆石重结晶年龄(517～516 Ma)(陈能松等, 2008)一致, 代表了该时期东昆仑地区构造‒岩浆事件。晚奥陶世‒早志留世(447～432 Ma)年龄则与东昆仑地区大量的玄武岩、流纹岩、辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩及花岗岩年龄一致(454～436 Ma), 代表了始特提斯北向俯冲作用时间(Liu et al., 2014; Dong et al., 2018)。东昆仑地区早二叠世岩浆事件目前仅见小庙基性岩脉(角闪石Ar-Ar年龄为278±3 Ma; Liu et al., 2014)和北祁曼塔格地区斑状石英闪长岩(锆石TIMS U-Pb年龄为284±1 Ma; 王秉璋等, 2009)报道。样品中两颗285～282 Ma的锆石应是该时代岩浆事件的记录, 其形成与古特提斯的初始北向俯冲有关(Liu et al., 2014; Li et al., 2020)。上述中寒武世‒早二叠世的锆石应来源于岩浆上升过程中混入的地壳物质。而11颗年轻锆石, 具清晰振荡环带, Th/U值为0.38～1.83, 显示为岩浆成因, 谐和年龄(256±2 Ma)和加权平均年龄(255±2 Ma)结果在误差范围内一致(图5d～e), 代表了尕之麻二长花岗岩体形成于晚二叠世。

近年来东昆仑地区晚二叠世的岩浆事件逐渐被报道, 岩性主要为石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩及少量的辉长岩或闪长质包体等。但目前该地区晚二叠世成岩事件主要集中于中段大灶火‒五龙沟地区(图1)。祁生胜(2015)发现了中灶火‒小干沟等地发育257～251 Ma花岗闪长岩、二长花岗岩、石英闪长岩和辉长岩; 陈静等(2013)在拉陵灶火钼矿区发现了250±4 Ma花岗闪长岩; 五龙沟矿田中也发现了259±2 Ma和253±2 Ma辉长岩、花岗闪长岩和闪长岩(李希等, 2014; Zhang et al., 2017), 以及258～251 Ma辉长岩和铁镁质岩墙(熊富浩等, 2011b; Zhang et al., 2017); 甚至大灶火沟‒万宝沟还发现255±0.6 Ma流纹岩(史连昌等, 2016)。西段祁漫塔格地区仅报道有254～251 Ma石英二长岩、斑状二长花岗岩(王秉璋等, 2009)及255±0.6 Ma查可勒图闪长岩(祁生胜, 2015)。东段都兰地区发育晚二叠世哈拉尕吐花岗岩体, 主岩体锆石U-Pb年龄为256～255 Ma,而闪长质包体年龄为255～253 Ma(孙雨等, 2009; 李瑞保, 2012); Huang et al. (2014)也在都兰县西南地区报道有251～250 Ma花岗闪长岩及包体。结合最东端那更康切尔花岗闪长岩(252±1 Ma; 徐崇文等, 2020)和本文获得的尕之麻二长花岗岩年龄, 表明东昆仑地区晚二叠世也存在一期重要的构造–岩浆事件。

5.2 岩石成因

尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩大部分样品K2O含量高于1%, 且区内无大面积同时代基性岩相伴生, 故可排除其为M型花岗岩。与典型S型花岗岩不同, 尕之麻二长花岗岩体和那更康切尔花岗闪长岩主要由石英、斜长石和钾长石等组成, 未见石榴石、堇青石等富铝矿物。花岗闪长岩为准铝质, 二长花岗岩主体属准铝质‒弱过铝质岩石(图6b), 其中两件样品A/CNK值偏大, 可能与其发生弱绢云母化有关, 但Zr/Hf和Hf/Sm值变化不大(表2), 因此HFSE仍然可以用来判断其岩石类型和成因(李艳军等, 2013)。同时, 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩P2O5含量低(0.01%～0.14%), 也不可能为S型花岗岩, 因为S型花岗岩往往具有高P2O5含量(均值为0.14%), 且其含量随着分异程度的增强而增加(Chappell and White, 1992)。二长花岗岩除了样品GZM-3外, 其他样品Fe2O3T含量低(0.54%～0.87%), 低于A型花岗岩的Fe2O3T含量(一般>1.00%)(贾小辉等, 2009; 李艳军等, 2014)。尽管尕之麻中GZM-3样品(1.76%)及那更康切尔花岗闪长岩样品具有较高的Fe2O3T含量(5.12%～5.56%), 但Fe2O3T/MgO值(1.54～2.50)均明显低于10, 而A型花岗岩Fe2O3T/MgO值往往>10(Whalen et al., 1987)。尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩样品104×Ga/Al值分别为1.51～1.84和2.27～2.35, 也低于A型花岗岩的下限值(2.6; Whalen et al., 1987); Zr+Nb+Ce+Y值分别为13.4×10−6～28.0×10−6和333×10−6～352×10−6(仅NG-18高于350×10−6), 也低于A型花岗岩的下限值(350×10−6; Whalen et al., 1987), 说明本次研究的样品不具备A型花岗岩富Ga和HFSE(Zr、Nb、Ta、Hf等)的地球化学特征。结合花岗岩判别图解(图8), 说明尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩均为I型花岗岩。

目前对于I型花岗岩成因, 主要有三种观点: 地幔玄武质岩浆分离结晶(Soesoo, 2000)、壳幔物质混合(邱检生等, 2008)和下地壳(Rudnick, 1995)或新生地壳(Wu et al., 2003)部分熔融。地幔玄武质岩浆分离结晶形成的I型花岗岩往往伴随发育同时代的辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩组合及大量的基性岩浆包体(Soesoo, 2000)。尕之麻地区尽管发育辉绿岩和闪长玢岩脉, 但规模不大且也未见基性包体。东昆仑地区报道有晚二叠世富集地幔来源的白日其利辉长岩岩墙(熊富浩等, 2011a)、甚至发育中二叠世板片流体交代的亏损地幔来源的小庙辉绿岩(Liu et al., 2014)、富集软流圈地幔来源的坑得弄舍辉长岩(Zhao et al., 2019)和交代岩石圈地幔来源的鹰爪沟铁镁质‒超铁镁质岩体(胡朝斌等, 2018), 但微量元素和稀土元素特征(图7)表明, 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩明显不同于这些地幔来源的基性岩岩石特征。且本次研究样品中高SiO2含量(63.31%～73.74%), 普遍偏低Mg#值(29～59)也表明它们不可能由幔源岩浆分离结晶而成。此外, 大量古元古代继承锆石和古生代的捕获锆石(图5)也不支持其由幔源物质分离结晶而成。

I、S、M和A分别代表I型、S型、M型和A型花岗岩。

尕之麻二长花岗岩中晚二叠世锆石和那更康切尔花岗闪长岩锆石Hf()值分别为−5.6～12.8和−5.6～−1.1(表3), 位于古元古代继承锆石、新元古代伯喀里克S型片麻状花岗岩及古‒中元古代继承锆石Hf同位素演化线之上(图9), 因此它们不可能由古‒中元古代下地壳基底物质直接部分熔融形成。新生地壳部分熔融而成的花岗岩往往具有年轻的DM2, 这与尕之麻二长花岗岩体中晚二叠世锆石DM2值(除01测点外均小于1000 Ma)一致; 但花岗闪长岩对应的二阶段模式年龄较老, 为1456～1210 Ma(表3)。此外, 东昆仑东段及鄂拉山地区部分中‒晚三叠世新生地壳部分熔融形成的花岗岩Hf()值往往偏低(<0) (Xiong et al., 2014; 周红智等, 2020)。而且野外并未观察到具有变质、变形特征的壳源包体。因此, 新生地壳熔融模式也无法解释二长花岗岩变化大的Mg#值(29～59)及高Hf()值(高达12.8)。

阿尼玛卿晚古生代OM2蛇绿岩Hf同位素组成由εHf=1.59εNd+1.28公式计算得出, 其εNd值引自Bian et al. (2004); 白日其利铁镁质岩墙引自熊富浩等(2011b); 鹰爪沟镁铁‒超镁铁质岩引自胡朝斌等(2018); 伯喀里克S型花岗岩引自He et al. (2016b)。

尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩样品中Nb/Ta和Zr/Hf值分别为9.0～27(均值分别为18.9和17.3)和30.0～60.0(均值分别为41.5和39.1)(表2),与地幔对应的值(17.5±2和36.7; Hofmann, 1988; Green, 1995)接近, 显示了地幔物质对成岩的贡献。同时, 样品中高SiO2含量、普遍偏低Mg#值、富集LILE和LREE、亏损HFSE和古元古代继承锆石的存在等特征也表明了基底地壳物质的参与。二长花岗岩和花岗闪长岩样品Hf()值均位于阿尼玛卿晚古生代OM2蛇绿岩和东昆仑地区基底物质演化线之间(图9), 应为两者混合而成。且花岗闪长岩中角闪石包裹黑云母和斜长石包裹钾长石反环带(图3c、d)等现象也显示了成岩过程基性物质的加入(谭俊等, 2008; Li et al., 2020)。孙雨等(2009)和陈国超等(2018b)也先后确定了东昆仑东段晚二叠世哈拉尕吐花岗闪长岩和暗色闪长质包体的岩浆混合成因观点。二长花岗岩中Hf()值、DM2(1461～436 Ma)、Mg#值(29～59)变化较大, 结合同时代二长花岗岩和花岗闪长岩地球化学特征差异, 可能反映了岩浆混合作用的不均一性。陈国超等(2018a)也发现哈拉尕吐岩基不同地点的寄主花岗闪长岩中斜长石和角闪石成分及结晶温度、压力和氧逸度等物理化学特征具有一定变化, 这也可能是东昆仑东段晚二叠世岩浆混合作用不均一性的微观佐证。因此, 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩可能是壳幔岩浆混合的产物, 且在混合作用过程中存在不均一性。

尕之麻二长花岗岩具有明显的Eu正异常(Eu/Eu*=1.26～21.92), 可能与岩体富集斜长石甚至斜长石堆晶有关, 样品GZM-4(Eu/Eu*=21.92)高CaO(2.81%)含量也指示存在斜长石堆晶。此外, 二长花岗岩中Rb、Ba与Sr具有明显正相关关系(图略), 显示岩浆演化过程中前者以钾长石和黑云母的结晶分异为主; 而花岗闪长岩则表现为负相关关系(图略), 存在斜长石结晶分异。结晶分异过程的差异也可能是引起二长花岗岩呈Eu和Sr正异常的原因。(La/Yb)N-La演化模拟图(图略)也显示二长花岗岩稀土元素受褐帘石和磷灰石结晶的联合控制, 而花岗闪长岩受控于磷灰石的结晶。两者P负异常可能均与磷灰石的分异结晶有关。因此, 正是由于壳幔来源岩浆不同比例混合形成初始岩浆, 并在上升过程中混染了早古生代和早二叠世的地壳物质, 而后经历了岩浆分异结晶形成尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩。

5.3 成岩动力学背景

东昆仑地区发育二叠纪‒三叠纪尤其是中‒晚三叠世侵入岩及火山岩。这些岩浆活动与东昆仑及南部的巴颜喀拉‒松潘‒甘孜地体间的古特提斯北支阿尼玛卿洋演化有关(Dong et al., 2018; Li et al., 2020)。阿尼玛卿‒布青山蛇绿岩带被认为是该缝合带的残存, 345～308 Ma的锆石U-Pb和全岩Ar-Ar年龄记录了古特提斯洋初始形成于中‒晚石炭世(陈亮等, 2001; 杨经绥等, 2004; 刘战庆等, 2011)。中二叠世(～270 Ma)(Dong et al., 2018)或早二叠世晚期(～278 Ma) (Liu et al., 2014), 古特提斯洋壳开始北向俯冲。北祁曼塔格地区284±1 Ma斑状石英闪长岩(王秉璋等, 2009)及本次发现的285±5 Ma～282±5 Ma继承锆石, 表明这一俯冲作用初始时间可能为～285 Ma。由于俯冲作用的影响, 东昆仑地区发育相关的弧花岗岩及火山岩, 如西山二长花岗岩(267±3 Ma)(张雨莲等, 2018)、五龙沟矿田259～253 Ma辉长岩、闪长岩和花岗闪长岩(李希等, 2014; Zhang et al., 2017)、白日其利辉长岩(熊富浩等, 2011a)、哈拉尕吐花岗闪长岩和暗色闪长质包体(孙雨等, 2009)及大灶火沟‒万宝沟255±0.6 Ma流纹岩(史连昌等, 2016), 甚至266～ 261 Ma坑得弄舍辉长岩(Zhao et al., 2019)和鹰爪沟辉长岩‒苏长岩(胡朝斌等, 2018)也形成于俯冲作用下的弧后盆地或活动大陆边缘裂谷环境。但是, 俯冲作用持续时限仍存在争论, 殷鸿福和张克信(1997)及Huang et al. (2014)认为阿尼玛卿洋闭合于二叠纪末期或晚二叠世。杨经绥等(2005)和Shao et al. (2017)则认为阿尼玛卿洋可能在早三叠世关闭。Roger et al. (2003)甚至认为阿尼玛卿洋的存在持续至早侏罗世。但越来越多的研究者认为阿尼玛卿洋板片的俯冲作用持续至中三叠世(Liu et al., 2004; 李瑞保等, 2012; Xia et al., 2015; Dong et al., 2018; 裴先治等, 2018; Li et al., 2020)。

尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩形成于256～252 Ma, 与上述俯冲背景下的辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩(孙雨等, 2009; 熊富浩等, 2011a; 李希等, 2014; Zhang et al., 2017)及大灶火沟‒万宝沟流纹岩(史连昌等, 2016)的形成时代一致。同时, 岩石富集LILE、LREE, 亏损HFSE, 具有相似的弧花岗岩地球化学特征(Eu正异常除外); 微量元素Nb-Y图解(图10a)中, 样品全部落在火山弧和同碰撞花岗岩区域; Rb/30-Hf-3×Ta图解进一步限定了两类样品主体为火山弧花岗岩(图10b)。因此, 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩等岩浆事件的厘定, 表明东昆仑地区中‒晚二叠世阶段已处于阿尼玛卿洋板片的北向俯冲阶段。尕之麻和那更康切尔样品Th/Sm值分别为0.28～2.07和2.50～2.99, Th/Ce值分别为0.03～0.27和0.18～0.21, Th/Ce-Th/Sm图解(图略)中两者呈明显的正相关关系, 显示了俯冲熔体的加入(Guo et al., 2015)。除样品GZM-6外, 其余样品Th/Yb(分别为0.42～4.00和5.98～6.98)和Ba/La(分别为110～391和15.6～17.5)值特征也显示了板片熔体的加入(Guo et al., 2015)。因此, 俯冲过程中, 板片熔体上升交代改造岩石圈地幔或与下地壳基底, 形成具有弧性质的中基性侵入岩、花岗岩及火山岩; 随后, 250～237 Ma期间俯冲作用进入了高峰期, 发生了板片折返并形成大量富含中基性包体的中酸性侵入岩(Dong et al., 2018; Li et al., 2020)。

a、b底图分别据Pearce (1996)和Harris et al. (1986)。Syn-COLG. 同碰撞花岗岩; VAG. 火山弧花岗岩; WPG. 板内花岗岩; ORG. 洋脊花岗岩。

6 结 论

(1) 尕之麻二长花岗岩锆石U-Pb谐和年龄为256±2 Ma, 加权年龄为255±2 Ma, 为晚二叠世岩浆活动产物。

(2) 岩石地球化学和Hf同位素特征表明尕之麻二长花岗岩为低钾‒中钾钙碱性I型花岗岩, 那更康切尔花岗闪长岩为高钾钙碱性I型花岗岩, 两者均由壳幔混合作用形成初始岩浆并混染了早古生代和早二叠世的地壳物质, 而后经历了分异结晶形成。两者地球化学和Hf同位素差异显示了壳幔混合作用的不均一性。

(3) 尕之麻二长花岗岩和那更康切尔花岗闪长岩均具有弧花岗岩特征, 形成于阿尼玛卿洋北向俯冲阶段的大陆边缘弧环境。

致谢:论文承蒙中国地质大学(武汉)苏玉平教授及另一名匿名审稿人的审阅, 论文撰写及修改过程中得到了中国地质大学(武汉)资源学院谭俊教授的指导与帮助, 在此一并表示感谢！

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Late Permian Magmatism at the Eastern Segment of the Eastern Kunlun Orogenic Belt: Insights from Granites in the Gazhima Area

WANG Fenglin1, 2, WEI Junhao1*, LI Xiaoliang3, ZHANG Xinming1, XU Chongwen1, LI Yanjun1*

(1. School of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 2. Qinghai Bureau of Environmental Geology Exploration, Xining 810008, Qinghai, China; 3. Qinghai Bureau of Nonferrous Metals Geology and Mineral Exploration, Xining 810001, Qinghai, China)

The eastern Kunlun orogenic belt (EKLO) is an important accretionary orogen in Northwest China, however, studies on the origin and geodynamic setting of the Late Permian magmatism in the belt are rare. The recently discovered Gazhima monzogranite and the Nagengkangqieer granodiorite in the Gazhima area, the easternmost segment of the EKLO, yield an important research opportunity. This paper reports LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for the monzogranite, and geochemical and Hf isotopic compositions of the Gazhima and Nagengkangqieer granites. The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating yielded similar intercept and weighted mean206Pb/238U ages of 256±2 Ma to 255±2 Ma, indicating that it was emplaced in the Late Permian. The monzogranite exhibits high silic (SiO2=72.66%–73.74%) and sodium (Na2O=4.94%–6.73%), but low potassium and iron. It belongs to low-K tholeiitic to medium-K calc-alkaline rocks, and characterized by enrichment of LREE and LILEs (such as Rb, Ba, K, and Sr), and depletion of HFSEs (including Th, Nb, and Ti). In contrast, the Nagengkangqieer granodiorite has SiO2of 63.31% to 65.05%, and belongs to high-K calc-alkaline and metaluminous rocks with K2O of 3.27% to 3.66% and A/CNK of 0.91 to 0.95. It is enriched in Rb and K, but depleted in Nb, P, and Ti. The rock samples exhibit right-inclined REE patterns with significant negative Eu anomalies (Eu/Eu*=0.53–0.58). The monzogranite has low 104×Ga/Al ratios of 1.51–1.84 with Zr+Nb+Ce+Y values of (13.4–28.0)×10−6, whereas the granodiorite has relatively high 104×Ga/Al (2.27–2.35) and Zr+Nb+Ce+Y ((333–352)×10−6) values. The geochemical and mineralogical features of the two types of granites show an affinity of I-type granite. The monzogranite hasHf() values of −5.6 to 12.8, with two-stage mode ages (DM2)of 1461 Ma to 436 Ma, while the Nagengkangqieer granodiorite hasHf() values of −5.6 to −1.1 andDM2of 1456 Ma to 1210 Ma. The geochemical and Hf isotopic characteristics, along with the occurrence of Paleoproterozoic to Early Permian inherited zircon grains, suggest that the Gazhima monzogranite and the Nagengkangqieer granodiorite are most likely generated via a two-stage process, including mixing of a mantle-derived magma and a crust-derived magma in the deep crust, followed by limited contamination of the Early Paleozoic and Early Permian crust, and subsequent magmatic differentiation. The geochemical and Hf isotopic differences between the two coeval granites suggest a heterogeneity of the magmatic mixing. The monzogranite and granodiorite exhibit an arc-like affinity and are likely to have been generated in a tectonic setting of continental arc, which is associated with the northernward subduction of the A’nyemaqen oceanic slab during the late stage of the Early Permian to the Late Permian.

I-type granite; Late Permian; magma mixing; subduction; continental arc; eastern Kunlun orogenic belt

2021-03-05;

2021-03-31

国家自然科学基金项目(42172084)和青海省地勘基金项目([2020]-123)联合资助。

王凤林(1978–), 男, 博士研究生, 主要从事地质矿产勘查与评价研究。E-mail: 609231180@qq.com

魏俊浩(1961–), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事矿床学和矿产勘查学的教学和研究工作。E-mail: junhaow@163.com

李艳军(1982–), 男, 副教授, 主要从事矿床地球化学和成矿规律与成矿预测教学和研究工作。E-mail: liyj@cug.edu.cn

P595; P597

A

1001-1552(2022)05-1028-018

10.16539/j.ddgzyckx.2022.05.009