甘肃省肃北县红柳疙瘩一带酸性岩稀土元素特征及构造环境分析

熊文勃

（1.兰州大学地球科学与矿产资源学院，甘肃 兰州 730020；2.甘肃省地质矿产勘查开发局第二地质矿产勘查院，甘肃 兰州 730020）

1 概述

研究区位于甘肃省肃北县红柳疙瘩一带，发育晚古生代花岗岩，花岗岩附近已经发现中型钛铁矿一处，中型金矿一处，铜矿点一处，对该地区花岗岩的研究有助于研究该地区的成矿规律，本文通过对花岗岩稀土元素地球化学的研究，讨论了花岗岩的成因及该地区晚古生代的构造环境。

图1 红柳疙瘩一带地质图

2 地质背景

研究区大地构造位置处于塔里木陆块区，敦煌陆块，柳园裂谷区。

区内出露地层如下（图1）：第四系为砂砾石、淤积亚粘土；白垩系新民堡群为桔红色、桔黄色含砾泥岩、泥岩及灰褐色巨砾岩；侏罗系赤金堡群为一套土红色夹灰绿色泥质碎屑岩层；石炭系红柳园组为灰白色绢云石英片岩、绿泥石英片岩；早元古代敦煌岩群为斜长片麻岩、眼球状混合岩。区内出露辉长岩，辉长岩中富含钛铁矿，经过开发已成为一处中型钛铁矿。

区内发育大面积花岗岩，花岗岩与其周边的早元古带和石炭纪地层呈侵入接触关系，接触带上目前已经发现中型金矿一处，铜矿点一处。与侏罗纪地层呈不整合关系显示其形成年代应为二叠纪-三叠纪。

3 稀土元素特征

岩石稀土元素特征如（表1），岩石中∑REE=86.97～143.87、LREE=60.68～102.83，HREE=26.29～41.04，L/H=2.21～2.77。

δEu=0.19～0.25、δCe=2.29～2.46，在球粒陨石标准化的蛛网图上（图2），曲线明显右倾，说明岩石轻重稀土分馏比较明显，曲线显示Eu和Ce负异常，其中Eu的负异常与早期岩浆中斜长石的晶出有关，而Ce负异常则说明岩浆在运移过程中可能存在某种氧化环境使Ce呈Ce4+沉淀引起负异常，也可能有外来水或沉积物进入与岩浆发生作用，导致负异常的出现。

岩石Zr/Hf=20.51～24.43，低于球粒陨石值（38）,一般认为只有Zr/Hf＜25时，容易显示清楚的REE“四分组效应”。岩石球粒陨石标准化的蛛网曲线也显示了“W”型四分组效应[1]，说明了岩石中有海洋物质成分，暗示了原生岩浆中有洋壳物质加入。Zr/Hf比值的较小是由于富F（Cl）流体进入原生花岗岩浆。

岩石Nb/Ta=13.67～15.18，小于球粒陨石值（17），其比值的减小是因为Ta比Nb含量增加更多，由于通常Ta与Rb、Li、F等元素含量呈正相关关系，所以Nb/Ta的减小说明原生岩浆中含有流体成分[2]。

岩石Y/Ho=24.33～25.89，小于球粒陨石值（28），通常与碳酸盐（碳酸氢盐）化合物相关花岗岩中，Y/Ho比值则＜28，因此，说明岩浆在运移过程中有碳酸盐物质与原生岩浆发生过混染作用[3]。

图2 球粒陨石标准化的蛛网图

表1 岩石稀土元素化学成分及其特征数值表

4 成因及讨论

通过对岩石稀土元素的分析，可知花岗岩的原生岩浆在运移过程中存在同化混染作用，被带入原生岩浆的物质，很有可能来源于大洋地壳。

通过花岗岩的Rb--Yb+Ta图解（图3），可知岩石形成于岛弧构造环境，接近碰撞期，说明花岗岩的原生岩浆来源于岛弧岩浆作用的中后期，岩浆形成于地壳深部的高压状态下，岩浆中很难出现强氧化环境，Ce4+的高价态很难出现。所以通常认为岛弧岩浆岩中Ce负异常是地壳物质(海洋沉积物、以及变质流体)参与地幔重熔融的结果[4]。

这也与稀土元素中较低的Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho和岩石球粒陨石标准化的蛛网曲线也显示了“W”型四分组效应相互佐证。

综上所述，认为花岗岩形成于岛弧环境，其岩浆中含有洋壳物质和流体，是俯冲至深部的残留洋壳和深部地幔混熔的产物。

图3 花岗岩的Rb--Yb+Ta图解

5 结论

（1）研究区花岗岩轻重稀土分馏较好，有明显Eu和Ce负异常,稀土元素呈“W”型四分组模式，岩石具有较低的Zr/Hf、Nb/Ta、Y/Ho比值，暗示了原生岩浆含有洋壳物质或流体成分。

（2）研究区花岗岩形成于板块消减作用带的大地构造环境。是岛弧岩浆作用后期的产物，其形成时期接近同碰撞环境。原生岩浆来源于俯冲至深部地幔的残留大洋地壳物质、流体与周边地幔重熔作用。

（3）红柳疙瘩一带在二叠纪-三叠纪处于板块消减作用带的大地构造环境。

[1]Masuda,A.et al.Lanthanide tetrad effects in nature:two m u t u a l y o p p o s i t e t y p e s,W a n d M,G e o c h e m i c a l Journal,1987,Vol.21,pp.119-124.

[2]汪小妹,曾志刚.马里亚纳南部前弧橄榄岩铈(Ce)负异常成因[J].矿物学报,2007,21(2):359-360.

[3]陈炳辉,;韦慧晓,黄志国,周永章.表生地质体的Ce异常及其影响因素综述[J].稀土,2007,28(4):79-82.

[4]P.亨德森.稀土元素地球化学[M].地质出版社,1984.