甘肃北山明水岩基地质特征及成因讨论*

金　霞，朱彦虎，黄增保

（甘肃省地质调查院，甘肃 兰州730000）

甘肃北山明水岩基地质特征及成因讨论*

金霞，朱彦虎，黄增保

（甘肃省地质调查院，甘肃 兰州730000）

明水岩基是甘肃北山北带规模较大的复式岩基之一，野外调查表明，由新井岩体（早期）、明水岩体（中期）和大石山岩体（晚期）组成。其中，新井岩体侵位时代为早石炭世（314Ma），明水岩体形成于晚石炭世，而大石山岩体为中二叠世（273Ma）。通过对岩基岩石学、岩石地球化学的研究，初步认为新井岩体属埃达克岩，具高硅（SiO2＞56%），富铝（Al2O3≥16%）、低镁（MgO＜3%）的特征，微量元素中富集大离子亲石元素Sr，亏损Yb和Y等重稀土元素及高场强元素（Nb、Hf和Ti等）；明水岩体岩石中见白云母、石榴石等富铝矿物，A/NCK＞1.1，属S型花岗岩；而大石山岩体则为A型花岗岩。结合区域地质演化，认为新井岩体可能为晚石炭世早期，红石山洋向南俯冲过程中，俯冲洋壳板片部分熔融形成，明水岩体为板块俯冲结束后陆陆碰撞的结果，而大石山岩体为碰撞后陆内伸展的产物。

地质特征；甘肃北山；明水岩基；岩石成因

明水岩基位于甘肃北山马鬃镇西明水一带，构造上属塔里木板块北缘的白山岩浆弧上［1～9］。白山岩浆弧是红石山洋壳向南俯冲、碰撞的产物，在东西长＞100km，南北宽10～40km的范围内，分布有巨量的晚古生时代钙碱性火山-侵入岩。明水岩基是白山岩浆弧上规模最大，岩石类型最多，岩浆演化时间最长的一个岩基。对明水岩基的研究不仅可以了解研究区晚古生代构造演化，而且对深入了解甘肃北山乃至天山海西期构造演化有重要意义［10，11］。

1　岩基地质特征

明水岩基是甘肃北山北带白山岩浆弧的重要组成部分，也是岩石类型最丰富的复式岩基之一（图1）。分布于白山、明水、双尖山、大石山等地，东西长60km，南北宽6～25km，面积约800km2。岩基南侧侵入于太古代-古元古代敦煌岩群和石炭纪白山组地层中，局部地段可见少量侏罗纪、第三纪、第四纪地层不整合覆盖，岩基北侧侵入于红山蛇绿混杂岩带中，向西延入新疆境内，东侧为跃进山岩基侵入。

明水岩基具有多期次活动的特点，按照岩体分布、岩石组合，接触关系和同位素年龄，可以将其分为3个岩体：早期为新井岩体、中期为明水岩体、晚期为大石山岩体。依次叙述如下：

新井岩体：分布于岩基边部，呈捕虏体、顶垂体产出，侵入于早石炭世白山组及敦煌岩群地层中，被中期侵入的明水岩体所侵入，出露面积150km2。岩石类型为闪长岩、石英闪长岩。1∶25万红宝石幅区调曾在明水西新井一带的石英闪长岩中，获全岩Rb-Sr同位素年龄为314Ma，时代为晚石炭世。

明水岩体：位于明水-双尖山一带，为岩基的主体组成部分，面积450km2，侵入于新井岩体及白山组地层中，局部为大石山岩体侵入。岩石类型由边缘到中心依次为灰白色斑状花岗闪长岩、浅灰白色斑状二长花岗岩、含石榴石中细粒二长花岗岩、含白云母中细粒二长花岗岩，总体形成一个边缘基性，中心偏酸性的同心环状岩体。

大石山岩体：出露于岩基北部的大石山一带，呈小岩株、小岩体产出。岩体侵入于新井岩体、明水岩体、白山组地层及红石山蛇绿混杂岩带中，局部为第三系不整合覆盖，面积210km2。岩体内见有大量密集发育的北东向辉绿岩墙。岩石类型主要为角闪花岗岩、二长花岗岩。齐瑞荣等［11］在大石山一带的二长花岗岩中，获全岩Rb-Sr等时线年龄273± 1Ma，形成于中二叠世。

2　岩石地球化学特征

明水岩基各岩体岩石主量元素、稀土元素和微量元素含量见表1。

表1　明水岩基主量元素（%）和微量元素（×10-6）分析结果表

大石山岩　明水岩体　新井岩体Pg-1　Pg-2　Pi-1　2106-1P17-3　P19-2　626-1　627-1　P17-12698-1 2699-1 2088-1 2697-1　644-1 Dy　5.79　3.8　4.06　1.52　7.28　5.4　6.45　2.92　2.6　2.4　5.24　3.44　3.57　4.24 Ho　1.15　0.78　0.85　0.32　1.64　1.16　1.42　0.61　0.52　0.46　1.05　0.69　0.54　0.91 Er　3.77　2.34　2.9　0.84　5.35　3.68　4.32　1.62　1.43　1.36　2.74　1.98　1.78　2.54 Tm　0.58　0.37　0.44　0.1　0.84　0.66　0.68　0.25　0.2　0.2　0.43　0.29　0.24　0.39 Yb　3.94　2.34　2.59　0.98　5.36　4.51　4.09　1.5　1.34　1.19　1.44　2.06　1.63　2.33 Lu　0.56　0.34　0.37　0.17　0.79　0.7　0.62　0.24　0.22　0.2　0.36　0.33　0.2　0.38 Y　28.7　17.6　18.8　7.44　42.3　31.1　30.9　13.6　11.4　11　22.8　15.1　13.4　21.8 ΣREE　120　116.9　102.2　102　109　97.65　334.4　198.8　170.3　91.22　194.5　117.4　185.3　188 δEu　0.11　0.32　0.63　0.63　0.1　0.31　0.27　0.49　0.48　0.95　0.64　0.73　0.8　0.73 LaN/　2.84　6.66　4.66　17.89　1.14　1.64　13.2　23.6　22.49　9.74　9.92　7.85　17.99　10.74分析项目

图1　甘肃北山北带明水岩基地质概图（据甘肃省地质调查院，2004）

2.1岩石化学特征

新井岩体：SiO2变化于59.13～67.90%之间，在SiO2-K2O（图2）中落入正常钙碱性系列区，MgO变化于1.96%～5.70%之间，Mg#介于40～48之间，高于典型的岛弧钙碱性英安岩 （Mg#=36）［12］，Al2O3介于14.90%～16.42%之间，与典型的埃达克岩相似［12-14］。

图2　明水岩基SiO2-K2O图解

明水岩体：SiO2介于 74.74%～77.75%，平均75.91%，Na2O+K2O变化于7.00%～8.56%，且K2O＞Na2O，里特曼指数介于1.35～2.20之间，在SiO2-K2O图解（图2）中落入高钾钙碱性系列区，A/NCK值介于1.46～1.72之间，标准矿物中刚玉含量在0.92～1.34之间，属强铝过饱和岩石。

大石山岩体：SiO2含量变化于74.22%～78.38%之间，Na2O+K2O变化于7.60%～8.50%之间，赖特碱度率AR=3.5～3.6，且Na2O/K2O小于1，属钾质岩石，CaO、MgO、Al2O3含量较低，分别为0.01%～0.99%、0.05%～1.15%和12.18%～13.37%，与澳大利亚加博（Cabo）岩套花岗岩岩石化学特征相似。

2.2稀土元素特征

新井岩体：稀土总量∑REE介于91.22×10-6～194.53×10-6之间，LaN/YbN比值介于9.92～17.99之间，轻稀土富集，重稀土亏损，其中Yb值介于1.19× 10-6～2.33×10-6之间，大多数在1.19×10-6～2.03×10-6之间，Y值介于11.0×10-6～22.8×10-6之间，大多数在11×10-6～15.1×10-6之间，与典型埃达克岩含量相当（Y＜18×10-6，Yb≤1.9×10-6）［12-14］。稀土配分曲线右倾（图3C），属轻稀土富集型，δEu介于0.64～0.95之间，弱的负铕异常。

明水岩体：稀土总量∑REE介于97.65×10-6～198.77×10-6之间，个别达334×10-6，LREE/HREE介于0.75～7.01之间，LaN/YbN介于1.39～23.60之间，轻稀土富集，重稀土亏损。δEu介于0.21～0.49之间，表明源区有斜长石的残余或岩浆演化过程中存在斜长石的结晶分异作用。稀土配分曲线右倾 （图3B），轻稀土富集，负铕异常。

大石山岩体：稀土总量∑REE介于102.3×10-6～120.02×10-6之间，轻稀土富集（LREE/HREE=1.45～6.61，LaN/YbN=2.84～17.89），强负铕异常（δEu值介于0.11～0.63之间），稀土配分曲线（图3A）为右倾海鸥式，与弱负铕异常的新井岩体稀土配分型式明显不同。

2.3微量元素特征

新井岩体：低场强元素Ba、Th、K、LREE、Sr含量较高，而高场强元素Nb、Ta、P、Ti含量较低。Sr/Y＞20（22.4～79.1），Sr含量为364×10-6～871×10-6，多数＞400×10-6。在原始地幔标准化微量元素蛛网图 （图3F）中：Ba、Nb、P、Ti等元素呈负异常，而Rb、Th、Ta、La、Ce、Sr、Hf、Zr等元素呈正异常，与正常岛弧钙碱性中酸性侵入岩明显不同，后者一般为明显的Sr、Zr、Hf的负异常。

明水岩体：在原始地幔标准化微量元素蛛网图中（图3E），表现为Rb、Th、K、La和Ce的正异常，Nb、Sr、Ti、P等元素的负异常，其余元素具弱富集的特征。

大石山岩体：富集大离子亲石元素Ba、Sr，高场强元素Zr、Nb、Y、Yb、P、Ti含量较低；在原始地幔标准化微量元素蛛网图上（图3D），Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素形成5个尖锐的低谷，其余元素呈富集状态，其中，不相容元素K、Rb、Th正异常最为明显，具有后造山A型花岗岩地球化学特征［15～17］。

图3　明水岩基球粒陨石标准化稀土元素配分图（A，B，C）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（D，E，F）（A，D为大石山岩体；B，E为明水岩体；C，F为新井岩体）

3　岩体成因

新井岩体：具有埃达克岩相似的岩石地球化学特征，主要表现为：SiO2≥56%，Al2O3≥15%，MgO通常＜3%，富集LREE和大离子亲石元素Sr（一般大于400×10-6），亏损HREE，其中Yb含量介于0.98×10-6～3.97×10-6之间，Y含量介于7.74×10-6～18.7×10-6之间，Sr/Y比值＞20，岩石富Na2O，较低的87Sr/86Sr值（0.703），负铕异常不明显，与板片部分熔融形成的O型埃达克岩相似，在图4中，样点全落入I型花岗岩区，也显示其形成与板块俯冲有关。

明水岩体：岩石类型为二长花岗岩，岩石中常见白云母、石榴石等过铝矿物，标准矿物中普遍见刚玉分子。岩石A/NCK＞1.1，K2O＞Na2O，副矿物中含磁铁矿，在图4中，样点基本落入S型花岗岩区，表明明水岩体属S型花岗岩。

图4　明水岩基Na2O-K2O图解

大石山岩体：岩石中富含钠铁闪石和碱性长石，其化学组成与A型花岗岩相似，主要表现为富碱、低钙、镁的特点，SiO2＞70%，Na2O+K2O＞7，CaO＜1.8，＜FeO＞/MgO＞8，微量元素中LREE、Zr、Nb和Ta含量较高，而Sc、Cr、Ba、Sr和Eu含量较低，（87Sr/ 86Sr）i值为0.703。Y/Nb=0.96～3.9，Yb/Ta=0.82～4.98，Ce/Nb=4.4～6.9，具A2型花岗岩的地球化学特征。在图4中样点全落入A型花岗岩区。

4　构造环境及动力学过程

众所周知，经加里东造山运动后，浩瀚的古亚洲洋已闭合。受特提斯运动的影响，早石炭早期，沿塔里木板块北缘扫子山-红石山-甜水井一线发生裂解作用，形成红石山蛇绿岩，蛇绿岩上覆基性火山岩系轻稀土弱亏损，配分曲线左倾，微量元素具有洋脊玄武岩的特征，表明在早石炭世沿扫子山-红石山已裂解成洋。早石炭世晚期，红石山洋向南发生俯冲作用，沿塔里木板块北缘形成巨量钙碱性

中酸性岩基和以白山组为代表的陆缘岛弧火山-沉积岩系，即白山岩浆弧。明水岩基早期侵入的新井岩体，时代为314Ma，且有与俯冲板片部分熔融形成的埃达克岩地球化学特征，可能为红石山洋低角度快速俯冲至75～90km处发生部分熔融的产物。明水岩体侵入于新井岩体中，又为大石山岩体侵入，表明其侵位时代应在新井岩体之后，大石山岩体之前，即时代介于314～273Ma之间，其岩石学、岩石地球化学特征表明，属S型花岗岩，形成于碰撞环境。值得注意的是，与研究区毗邻的东天山地区海西期主碰撞作用的大致时代为300±10Ma［18］，研究区为东天山的东延部分，有着相似的地质作用过程，即在晚石炭末，由于持续俯冲作用，造成哈萨克斯坦板块与塔里木板块北缘最终碰撞，地壳增厚，上地壳含水的变质沉积物发生熔融作用，形成明水岩体。在碰撞造山之后，于中二叠世由于应力的松迟，挤压体制向伸展体制转换，岩石圈发生伸展作用，诱发岩石圈地幔的减压熔融，形成上涌的玄武岩浆，这些上升的玄武岩浆带去大量的热能，底侵于下地壳，引起下地壳的部分熔融，形成明水岩基末期大石山A型花岗岩。

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P558.124；P558.145

甘肃省自然科学基金资助项目中国地质调查局项目（编号NO.200213000020）。