中祁连西段巴嘎德尔基岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

齐瑞荣

(甘肃省地矿局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735009)

祁连山西段的野马山地区分布着大量呈岩基产出的中酸性侵入岩，1:20万区域地质调查认为其是加里东期花岗岩，主要是根据构造旋回、岩浆建造及岩体穿插关系，并与祁连山地区同一构造带内侵入岩进行对比而确定的，并无可靠的同位素测年资料。20世纪90年代以来，一些学者对祁连山西段的中酸性侵入岩开展了同位素测年工作，如苏建平等［1］通过对野马山东侧的黑沟梁子花岗岩单颗粒锆石U-Pb同位素测年，获得206Pb/238U表面年龄444±17Ma，并认为形成于板块碰撞阶段;而野马南山主峰一带花岗岩单颗粒锆石U-Pb同位素年龄为444±38Ma，成因为埃达克质岩石，形成于板块碰撞前［2］。李建峰等(2010)运用SHRIMP锆石 U-Pb定年获得石包城、肃北地区花岗岩体侵入时代分别为435±4Ma和415±3Ma，并认为前者形成于洋壳俯冲的岛弧环境，而后者为加里东造山作用晚期陆陆碰撞后产物［3］。

上述研究提高了该地区中酸性侵入岩的研究程度，但中祁连西段花岗岩类的研究，仍然相对薄弱。笔者在开展区域地质调查工作过程中，在祁连山西段野马南山南侧巴嘎德尔基一带花岗岩体中获得462.9±1.4Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄，本文试图通过对该岩体岩石学、岩石地球化学及年代学的研究，为研究祁连山西段构造演化提供基础资料。

1 岩体地质和岩石学特征

巴嘎德尔基岩体位于甘肃省肃北县县城东南约86km的大道尔吉铬矿区-巴嘎德尔基一带(图1)，是野马南山岩基的重要组成部分，构造上位于祁连山西段中祁连地块的南缘。呈近东西向的小岩基产出，岩体长20km，宽3～5km，出露面积约70km2，侵入于蓟县纪花儿地组(Jxh)、北大河岩群C岩组(Ar-PtB)等地层以及晚寒武世闪长岩中。在巴嘎德尔基一带与大道尔基蛇绿岩套也呈侵入接触。岩体呈外倾式接触，倾角40°～60°不等，接触界线清楚，外接触带形成热接触变质带，接触带内侧见有大量的闪长岩、大理岩、变砂岩等捕掳体。据岩体内侵入体产状、岩石特征的不同，可分为早、晚两期侵入岩。

图1 中祁连西段巴嘎德尔基地区地质简图Fig.1 Simplified geological map of the Bagadeerji area in thewestern part of the central Qilian Mountains

早期侵入岩主要分布于岩体边部，岩石为中粒二长花岗岩，肉红色，中粒花岗结构，块状构造，矿物粒径在2～5mm之间。岩石由斜长石(35% ±)、钾长石(27% ±)、石英25% ±、黑云母(9% ±)、角闪石(6%±)和微量磁铁矿、榍石组成。斜长石呈板状、宽板状，半自形晶，粒径以2～3mm居多，少量可达40mm±，发育聚片双晶，表面见较弱的绢云母化。钾长石呈他形粒状，局部可见钾长石包裹斜长石，钾长石为显微条纹长石。黑云母、角闪石呈自形晶，与斜长石、钾长石镶嵌分布。副矿物磁铁矿等包裹在暗色矿物质中。

晚期为细粒钾长花岗岩，主要分布于岩体中心部位，岩石呈肉红色，细粒花岗结构，块状构造，矿物粒径＜2mm。岩石矿物组成:钾长石(52% ±)、斜长石(5% ±)、石英(25% ±)、黑云母(12% ±)、角闪石(5% ±)和微量磁铁矿、磷灰石等。斜长石呈板状、宽板状，半自形晶，粒径＜2mm，大多数在1～2mm间，发育聚片双晶，表面见较弱的绢云母化。钾长石:呈他形粒状，为显微条纹长石。黑云母、角闪石呈自形-半自形晶，与长石、石英镶嵌分布，副矿物磁铁矿等包裹在暗色矿物质中。石英成形粒状，填充在长石与暗色矿物的空隙中。

2 样品的采集及分析方法

本文分析的样品均采自巴嘎德尔基岩体内部远离脉体、蚀变带和裂隙的新鲜岩石，并在显微镜下详细观察后，挑选出较新鲜、蚀变相对较弱，具代表性的样品。主量元素、稀土、微量元素测试在国土资源部天津地质矿产研究所进行，其中主量元素分析了 SiO2、Fe2O3、Al2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、CO2、MnO、烧失量和 H2O 等 15 项，除H2O采用重量法外，其余氧化物都用X-萤光光谱法测定，分析精度(相对误差)优于1%。微量和稀土元素采用ICP-MS测定，其元素的分析误差小于 5%。微量元素分析了 Cr、Ni、Co、Li、Rb、Cs、Sr、Ba、V、Sc、Nb、Ta、Zr、Hf、Be、Ga、U、Th 等 18 项元素，稀土元素分析了 La、Ce、Pr、Sm、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 等15 项元素。

同位素样品采集了新鲜无蚀变的细粒钾长花岗岩样品30kg，在河北区域地质调查队实验室进行了锆石的挑选工作，首先对样品进行破碎，选取无磁或弱磁性的锆石单颗粒，然后对锆石进行矿物学和形态学鉴定，样品测试是在国土资源部天津地质矿产研究所分析测试研究中心同位素室完成，采用LA-ICP-MS对颗粒锆石进行测试，测试过程中采用标样和平行样对测试过程进行质量监控和检验，以确保数据准确性。数据处理、年龄计算和绘图使用(Ludwig 2003)ISOPLOT程序，206Pb/238U加权平均年龄的误差为95%置信的结果。

2 岩石地球化学特征

2.1 主量元素

巴嘎德尔基岩体主量元素分析结果见表1，稀土元素分析结果见表2，微量元素分析结果见表3。

图2 巴嘎德尔基岩体硅碱图Fig.2 SiO2vs.K2O diagram of the granitoids from the Bagadeerji granitic plutons

从表1中可以看出，巴嘎德尔基岩体SiO2介于65.45% ～70.00%之间，平均68.18%，属酸性侵入岩范畴。岩石富碱(Na2O+K2O含量介于7.3%～8.0%之间)，且相对富钾质(Na2O/K2O介于0.62～0.68之间)，里特曼组合指数(σ)为2.06～2.48，在硅碱图解上(图2)样品投点落入高钾钙碱性系列区。Al2O3含量介于13.37% ～15.26%，铝饱和指数(A/CNK)介于1.3～1.5之间，在CIPW标准矿物中见刚玉分子(0.00% ～0.96%)，说明岩石属过铝质的花岗岩。此外，岩石的Fe2O3、K2O含量随SiO2的增加而增加，而CaO、FeO、TiO2、MnO含量呈减少趋势，具正常岩浆演化的特点。

2.2 稀土、微量元素特征

岩体稀土总量中等(∑REE介于128.89×10-6～169.52×10-6之间)，轻稀土富集，LREE/HREE 介于4.60～5.31之间，(La/Yb)n介于12.40～13.63之间)，弱负铕异常(δEu介于0.78～0.93之间)，在C1球粒陨石标准化稀土配分曲线图解上中，曲线呈轻稀土富集右倾分配模式(图3)，且轻稀土分馏明显，重稀土分馏不明显，负铕异常不明显。

巴嘎德尔基岩体中相对富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Th等，Rb含量介于157×10-6～184×10-6之间;Zr、Hf、Y、Yb等中等相容元素相对亏损，在洋脊花岗岩标准化微量元素蛛网图中(图4)，主要表现 Ba、Rb 强烈富集，Ce 弱富集，而 K2O、Ba、Ta、Nb、Zr相对亏损，形成峰谷相间的模式，与同碰撞花岗岩相似［4］。

3 讨论

3.1 岩体时代

1:20 万《月牙湖幅》区域地质调查报告将巴嘎德尔基岩体成岩时代确定为晚加里东期。由于很难从地质体野外相互关系来确定其形成时代。故本文采用同位素测年来确定其成岩时代。本次所采细粒钾长花岗岩样品中锆石呈柱状，一般长0.1～0.3 mm，宽0.02～0.1 mm，呈无色透明至浅黄色透明状，锆石较自形，结晶完好，具有岩浆锆石的特征。测年采用LA-ICP-MS锆石原位U-Pb定年法，测年过程中，尽量挑选纯净的、无包体、透明度好的锆石晶体为测定年龄的对象，测试结果见表4和图4。从图4中可已看出，所测锆石样品均落入谐和线上，说明锆石形成后，U和Pb同位素基本上没有加入或丢失，U-Pb同位素体系是封闭的，根据谐和线上20颗锆石的U-Pb年龄值，通过加权平均获得462.9±1.4Ma的年龄，MSWD=0.16，说明巴嘎德尔基岩体形成时代为晚奥陶世。

这一结果与中祁连西段野马南山黑沟梁子花岗岩(444±17Ma)［1］和野马南山花岗岩(444 ±38)［1］接近，但较肃北、石包城地区出露的早古生代花岗岩形成时代早(435±4～415±3Ma)［3］。说明在中祁连山西段的野马南山地区，在晚奥陶世－志留纪末这一时期发生过重要的构造活动事件。

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图3 巴嘎德尔基岩体稀土配分曲线(a)和洋脊花岗岩标准化微量元素蛛网图(b)(图例见图2)Fig.3 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a)and ocean ridge granites-normalized Trace element spidergram(b)for the the representative analyses of the Bagadeerji granitic plutons(symbols as in Fig.2)

图4 巴嘎德尔基岩体锆石LA-ICP-MS同位素谐和图谱Fig.4 Concordia plot for the Bagadeerji granitic plutons

图5 巴嘎德尔基岩基Y－Nb(a)和(Y+Nb)－Rb(b)判别图解(据Pearce et al.，1984)Fig.5 Y－Nb(a)and(Y+Nb)－Rb(b)discrimination diagrams for the Bagadeerji granitic plutons(after Pearce et al.，1984)

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3.2 构造环境

巴嘎德尔基岩体岩相学、主量元素、稀土和微量元素特征都表明其属于过铝质高钾钙碱性岩浆系列花岗岩，如铝饱和指数(A/CNK)值大于1.1(介于1.3～1.5之间)，CIPW标准矿物中出现刚玉分子(0.00% ～0.96%)。岩体富集大离子亲石元素 K、Rb、Th 和轻稀土元素，亏损 Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Yb等元素，洋脊花岗岩标准化微量元素蛛网图(图3)也具有同碰撞花岗岩曲线模式［4］。

在Nb-Y图解(图5a)中落入火山弧和同碰撞花岗岩区域区，在Rb-Nb+Y图解(图5b)样点落入同碰撞与火山弧花岗岩过渡区。在R1-R2图解中(图6)中，巴嘎德尔基岩体落入同碰撞花岗岩，同样，在Rb/30-Hf-Ta*3图解中(图7)投影落入碰撞后期花岗岩范围类，说明巴嘎德尔基岩体具有碰撞期花岗岩的特征。

图6 巴嘎德尔基岩体R1－R2图解Fig.6 R1－R2 plot for the Bagadeerji granitic plutons

4 地质意义

本文测得巴嘎德尔基岩体LA-ICP-MS锆石UPb同位素年龄为462.9±1.4Ma，属晚奥陶世岩浆活动的产物。在区域上，中祁连构造带中存在大量同期中酸性侵入岩，同位素年龄一般在400～460Ma之间。这些花岗岩多数属S型花岗岩，形成于碰撞环境。少数为I型花岗岩，形成于俯冲环境和碰撞后伸展环境［1－3，5－7］，这些中酸性侵入岩共同构成了中祁连早古生代构造岩浆带。此外，在中祁连地块北侧，北祁连高压变质带榴辉岩变质时间为463±6Ma［8］，多硅白云母及蓝闪石等高压变质矿物的39Ar-40Ar年龄也集中在 440 ～460Ma［9－10］进一步证明了在奥陶纪末－志留纪中祁连地块与华北板块发生过强烈的俯冲、碰撞造山作用。巴嘎德尔基岩体无论是主量元素、稀土、微量元素特征，还是构造环境判别图解均显示出碰撞期花岗岩的特征。

夏林圻等(1996)［11］研究认为，中祁连地块与华北板块碰撞造山作用发生在志留纪末到泥盆纪初发生碰撞造山(445～428Ma)，但巴嘎德尔基岩体侵位时代为晚奥陶世(462.9±1.4Ma)，说明在祁连山西段中板块碰撞造山作用在晚奥陶世就已开始，很可能是晚奥陶世在祁连山区发生的古浪运动的产物［12］。

图7 巴嘎德尔基岩体Rb/30－Hf－Ta*3图解(据Harris et al.，1986)Fig.7 Rb/30－Hf－Ta*3 plot for the Bagadeerji granitic plutons(after Harris et al.，1986)

5 结论

(1)中祁连西段野马南山一带的巴嘎德尔基岩体LA-ICPMS锆石U-Pb加权平均年龄为462.9±1.4Ma，表明其形成时代为晚奥陶世。

(2)巴嘎德尔基岩体岩石相对富钾质，里特曼组合指数(σ)为2.06～2.48，属于高钾钙碱性岩浆系列花岗岩，铝饱和指数(A/CNK)值大于1.1(介于1.3～1.5之间)，CIPW标准矿物中出现刚玉分子(0.00% ～0.96%)，具S型花岗岩的特点。富集大离子亲石元素K、Rb、Th和轻稀土元素，亏损Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Yb 等元素。结合区域地质背景及构造环境判别图解其形成于陆陆碰撞环境。

致谢:本文为甘肃1:5万五个泉子达坂-大道尔基铬铁矿区域矿产调查项目的成果之一，参加野外工作的有魏志军，漆玮、程旭、黄增保等，在此表示衷心的感谢。

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