东昆仑造山带大水沟中酸性侵入岩的形成时代及岩石地球化学特征

邓红宾， 谢启兴， 魏华财， 孙 萍， 姚 波

(四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，绵阳 621000)

0 引言

东昆仑造山带在长期构造演化过程中，构造岩浆活动极为强烈，是青藏高原内可与冈底斯相媲美的又一条巨型构造岩浆岩带[1]。泥盆纪—白垩纪中酸性岩浆岩均有分布[2]。大水沟中酸性侵入岩地处东昆仑造山带东段，断裂构造多密集成束分布，主体构造线以NWW向为主，构造变形强烈。目前研究区花岗岩体缺乏系统的岩石地球化学和构造成因环境的研究，以及高精度锆石U-Pb同位素测年。野外实地调查期间，加强了对大水沟一带(尕牙合东沟—大格勒沟)中酸性侵入岩各侵入体间接触关系的观察研究，通过岩石地球化学特征和U-Pb同位素年代学资料综合研究，揭示了岩石成因和成岩构造背景，厘定其形成时代。这一研究有助于提高对该地区岩浆演化和成岩成矿背景方面的认识。

1 区域地质背景及岩体地质

以东昆中断裂为界，研究区大地构造位于秦祁昆造山系之东昆仑弧盆系北昆仑岩浆弧，是一条十分醒目的岩浆岩带[3]，且是一个经历多期构造活动的复杂造山带[4-5]，东昆仑花岗质岩浆活动极其强烈而广泛。大水沟一带中酸性侵入岩分布于尕牙合东沟—大格勒沟，位于东昆中断裂带与东昆北断裂带之间[6](图1)。研究区属北昆仑岩浆弧带的一部分，主要物质组成以前寒武纪岛弧基底为特征，为一套古元古代金水口岩群(黑云)二长片麻岩、长英片岩及长英变粒岩； 零星有中—新元古界长城系小庙组石英岩、白云石英片岩夹大理岩、蓟县系狼牙山组大理岩化细晶灰岩为主夹多层凝灰岩及青白口系邱吉东沟组变质砂岩夹板岩等。构造线呈NWW(近EW)向、NW向，少量NE向，不同规模断裂构成网结状，发育韧性剪切带、脆性逆冲断裂等构造变形，动力热流变质强烈。野外岩体基岩裸露，平面形态长轴方向呈不规则状、椭圆状近EW向分布，多呈岩基、岩株状产出，少量呈小岩瘤状。岩体侵位于金水口岩群及小庙组等地层中，接触界线不平整，多具角岩化蚀变，边缘泥化强烈。主要出露岩性有正长花岗岩、二长花岗岩、英云闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长岩，以英云闪长岩和正长花岗岩为主，见少量闪长岩和辉长岩体。

1.第四系； 2.石炭系； 3.奥陶系； 4.中—新元古界； 5.古元古界； 6.辉绿岩； 7.正长花岗岩； 8.二长花岗岩； 9.英云闪长岩； 10.花岗闪长岩； 11.石英闪长岩； 12.闪长岩； 13.断层及编号； 14.同位素地质年龄样； 15.剖面位置及编号

图1大水沟中酸性侵入岩分布

Fig.1Distributionofintermediate-acidintrusiverocksinDashuigou

2 样品描述、分析与测试

样品主要在实测剖面PM12上获取(图1)，采样地点岩体裸露，位于大格勒沟中游，采样编号(经纬度坐标)为PM012-13-U-Pb1(E95°40′55″，N36°09′33″)。PM012-13-U-Pb1样品薄片下定名为英云闪长岩。岩石呈灰色、灰白色，具中—细粒花岗结构，块状构造。矿物成分由斜长石(50%左右)、角闪石(小于3%)、石英(31%左右)和黑云母(13%左右)等组成。长石以斜长石为主，偶见正长石，斜长石无色、板状-它形粒状，由粒径为0.2～1.2 mm的颗粒组成； 正长石无色、板状，由粒径为0.3 mm左右的颗粒组成。石英无色，它形粒状，由粒径为0.12～2.0 mm的颗粒组成，充填于斜长石等矿物间。局部可见普通角闪石，柱状、褐绿色—绿色，由粒径为0.1～0.3 mm的颗粒组成。黑云母呈浸染状分布，棕褐色—浅褐色，片状，由粒径为0.1～0.8 mm的颗粒组成。

LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测试在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成。数据处理采用ICPMSDataCal[7]程序，测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1 000，未进行普通铅校正，204Pb由离子计数器检测，204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通Pb的影响，在计算时应予以剔除，锆石年龄谐和图采用Isoplot 3.0程序获得[8]。

3 锆石U-Pb年龄测年结果

通过详细对比分析锆石的透反射光和阴极发光CL显微图像，选取锆石测定部位，多数锆石自形程度较好，晶形特征相似，表面较光滑，内部结构清晰且震荡环带发育。测定中随时将数据投影至谐和曲线图中进行合理的现场判断，选取合适的锆石及其部位进行测定。PM012-13-U-Pb11样品同位素分析结果见表1，主要测点的阴极发光图像及锆石U-Pb年龄谐和曲线分别如图2和图3所示。

表1 大水沟英云闪长岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

(a) 锆石1 (b) 锆石2(c) 锆石3(d) 锆石4

(402.6±4)Ma(405±11)Ma(404±4)Ma (406.7±3.7)Ma

(e) 锆石5 (f) 锆石7(g) 锆石8(h) 锆石10 (i) 锆石12

(404.9±4.5)Ma (401.1±4)Ma (404.9±5)Ma (379.9±6)Ma(406±5.8)Ma

(j) 锆石13 (k) 锆石14(l) 锆石15(m) 锆石16 (n) 锆石19

(400±4)Ma(400±4.1)Ma(401.8±5.6)Ma(399.3±4)Ma(401.8±5.9)Ma

图2英云闪长岩中部分锆石的阴极发光图像

Fig.2Cathodeluminescenceimagesofpartofzirconsintonalite

(a) 谐和曲线 (b) 平均值

图3英云闪长岩中锆石U-Pb年龄谐和图

Fig.3ConcordiadiagramofU-Pbagesforzirconsintonalite

对PM012-13-U-Pb1样品英云闪长岩进行了20个锆石测点的同位素数据测试，其中有6个测点偏离谐和线，206Pb/238U表面年龄偏大，加权平均时剔除6个不谐和点； 校正后获得的206Pb/238U年龄介于397.9～406.1 Ma之间，年龄数据比较集中，在U-Pb一致曲线上均接近谐和线，加权平均年龄为(402.4±2.5) Ma(MSWD=0.34，n=14)，年龄结果能代表岩石的结晶年龄。

4 岩石地球化学特征

在研究区实测剖面(PM11，PM12和PM13)上不同位置共采集14件岩石地球化学样品进行分析，元素分析在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心(武汉综合岩矿测试中心)完成。岩石主量元素、稀土元素、微量元素及主要岩石化学参数特征见表2和表3。

表2 大水沟一带中酸性侵入岩体的主量元素分析结果

表3 大水沟一带中酸性侵入岩体稀土元素、微量元素分析结果及岩石化学相关参数特征

不同岩性岩石SiO2含量存在一定的差异性，花岗闪长岩SiO2含量主要在70.24%～72.83%之间，二长花岗岩SiO2含量主要在70.22%～73.25%之间，主要岩性英云闪长岩和正长花岗岩的SiO2含量在67.93%～75.14%之间。分析样品全碱含量范围4.88%～8.66%，投在TAS图解中分析数据皆落于Irvine分界线下方的花岗岩和花岗闪长岩2个区域中，采用O’Connor(1965)An-Ab-Or标准矿物分类方案[9-10](图4)与矿物名称总体较为一致。

在稀土元素球粒陨石标准化配分图中(图5(a))，Eu负异常特征明显，所有数据表现为右倾缓倾斜型的特征。微量元素原始地幔标准化蛛网图解(图5(b))上，轻稀土显示富集，轻重稀土比值LREE/HREE为2.94～18.93； δEu为0.01～0.85，属于Eu亏损型； δCe在0.95～1.23之间，反映出无异常—轻微富集。LaN/YbN在2.40～44.11之间，反映岩浆岩体轻稀土相对重稀土元素相对富集。

图4 大水沟中酸性侵入岩An-Ab-Or分类图解

(a) 稀土元素球粒陨石标准化配分图 (b) 微量元素原始地幔标准化蛛网图

图5大水沟中酸性侵入岩稀土元素球粒陨石标准化配分图与微量元素原始地幔标准化蛛网图

Fig.5Rareearthelementschondrite-normalizedpatternandtraceelementsprimitivemantlespiderdiagramofintermediate-acidintrusiverocksinDashuigou

5 讨论

5.1 岩体形成时代的确定及其意义

前人研究表明，尕牙合东沟至大格勒沟一带中酸性侵入岩体中黑云母的K-Ar及Rb-Sr年龄为230～244 Ma，原划归为印支期[11]。而本次定年结果显示，该区中酸性侵入岩的年龄为(402±2) Ma，应为早泥盆世华力西期。研究区东曲龙英云闪长岩-花岗闪长岩组合获得4组锆石U-Pb年龄，集中在382～413 Ma之间，形成时代以早泥盆世为主，可能部分到晚泥盆世，大灶火东南正长花岗岩中锆石U-Pb年龄为(409±2) Ma[12]。德尔塔格西英云闪长岩锆石U-Pb年龄为(413±14) Ma，喀雅克登塔格石英闪长岩和二长花岗岩的锆石U-Pb年龄分别为(408±8) Ma和(408±5) Ma，祁漫塔格山北侧东沟二长花岗岩锆石U-Pb年龄为(410±2) Ma[13]。祁漫塔格地区石英二长闪长岩和二长花岗岩锆石U-Pb 年龄分别为(408±2) Ma和(408±5) Ma[14]。祁漫塔格阿达滩正长花岗岩锆石U-Pb年龄为(412.9±2.1) Ma[15]。跃进山花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为(407±3) Ma[16]，五龙沟地区4组二长花岗岩锆石U-Pb年龄在(417.7±2.0)～(419.7±2.3) Ma之间[17]。研究区正长花岗岩样品形成的年龄在395.4～402 Ma之间，属早泥盆世华力西期。

综上所示，本文尕牙合东沟至大格勒沟一带中酸性侵入岩的岩浆活动并不是一个孤立的岩浆事件，在东昆仑造山带存在着较多的早泥盆世岩浆活动，显示早泥盆世时期整个东昆仑造山带中存在大规模的岩浆事件。

5.2 岩石成因

MISA(即M、I、S和A型)是目前最常用的花岗岩成因的分类方案[18]，Chapell等根据岩浆源区性质将澳大利亚Laachlon造山带的花岗岩分为I型和S型2类[19]。研究区主要为英云闪长岩和正长花岗岩，其次为花岗闪长岩和二长花岗岩。14件样品主量元素Al饱和指数A/CNK集中在0.946～1.077之间，碱饱和指数NK/A集中在0.31～0.68之间，为偏铝质岩石类型。所有样品的里特曼组合指数σ43指数在0.86～2.53之间，属里特曼划分的钙性—钙碱性岩类型[20]。岩石CIPW标准矿物组合中主体样品含刚玉标准分子，其范围为0.13～2.3之间，大于1%的6件，小于1%的5件，含透辉石标准分子样品3件，范围为0.58～1.27之间； 在SiO2-P2O5图解(图6(a))中，样品的P2O5含量随着SiO2含量增加而降低，与 I型花岗岩变化趋势相一致[21-22]，这些特征与典型的S型花岗岩相区别[23-24]。在花岗岩成因类型ACF图解(图6(b))中，样品主要投在I型花岗岩中，少量落入S型花岗岩内。综上特征，岩体整体显示以I型花岗岩为主的特点。

(a) SiO2-P2O5相关性图解 (b) 成因类型ACF图解

图6大水沟中酸性侵入岩成因分析

Fig.6Originanalysisofintermediate-acidintrusiverocksinDashuigou

5.3 岩石构造环境的确定

岩浆岩研究的许多理论和判别图解思路来源于玄武岩的研究成果，花岗岩判别图可否用来判别花岗岩形成的构造环境一直存在疑问[25]。由于构造判别图解常具多解性，对岩浆岩体形成的构造背景应纳入整个区域构造演化历程中讨论。大水沟一带中酸性侵入岩以英云闪长岩、正长花岗岩为主，其图解如图7所示。

(a) Nb-Y判别图解[26](b) Rb-(Yb +Ta)判别图解[27](c) Hf-Rb/30-Ta×3判别图解[28]

图7判别图解

Fig.7Discriminantdiagrams

岩石在Nb-Y判别图解(图7(a))上，位于火山弧花岗岩+同碰撞花岗岩区(VAG+syn-COLG)与板内花岗岩(WPG)之间的界线附近，在Rb-(Yb+Ta)判别图解(图7(b))上，位于板内花岗岩(WPG)和火山弧花岗岩(VAG)范围内； 在Hf-Rb/30-Ta×3判别图解(图7(c))上，岩石主体位于火山弧花岗岩区，少量位于板内花岗岩区。综上所述，大水沟一带中酸性侵入岩显示属于后碰撞造山花岗岩。

东昆仑造山带主要经历了始特提斯和古特提斯2期重要演化过程。东昆仑始特提斯洋的打开和扩张应发生在早寒武世之前[29]。早寒武世末到晚奥陶世，东昆仑地区存在明显的始特斯洋持续的俯冲消减过程，志留纪为陆壳俯冲碰撞[16]。早泥盆世跃进山花岗岩岩浆活动均具有典型后碰撞岩浆作用[16]、曲龙山及大灶火东南花岗岩组合进入弧-陆碰撞阶段[12]等。大水沟一带中酸性侵入岩大地构造背景地处北昆仑岩浆弧带，带内大面积分布的泥盆纪岩体主要岩石类型角闪闪长岩、石英闪长岩和二长花岗岩与俯冲作用有关[3]，显示早泥盆世存在着大量岩浆活动。结合区域特征，研究区中酸性侵入岩是东昆仑造山带北昆仑岩浆弧带内早泥盆世岩浆活动的新增证据。

6 结论

(1)经测定，英云闪长岩的锆石U-Pb年龄为(402.4±2.5) Ma，属早泥盆世华力西期，而不是以前所认为的印支期。

(2)大水沟中酸性侵入岩铝饱和指数A/CNK集中在0.946～1.077之间； 其轻重稀土比值LREE/HREE在2.94～18.93范围，显示轻稀土富集； δEu在0.01～0.85之间，属于铕亏损型； δCe在0.95～1.23之间，反映出无异常—轻微富集； 岩体整体显示以I型花岗岩为主的特点。

(3)研究区中酸性侵入岩属东昆仑早泥盆世后碰撞造山花岗岩，是形成东昆仑造山岩浆活动早泥盆世中的一部分。

致谢： 野外工作及室内综合研究过程中得到了青海地质调查局田承盛副局长、常革红院长的指导，杨鹏涛、何文劲、廖徐生、钟刚、易军、庞仁俊等参与了该项目的野外地质调查工作，论文成稿和修改过程中匿名审稿专家提出了宝贵修改意见，在此表示真诚的谢意！

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