中祁连西段东干沟闪长岩地质地球化学特征及构造意义

，，

(青海省地质调查院，青海省青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海 西宁 810012)

祁连构造带是横贯中国东西的秦祁昆巨型造山带的重要组成部分，祁连构造带北侧为阿拉善地块，南侧为祁连-柴达木地块，西以阿尔金断裂为界与塔里木地块相邻，东与秦岭造山带相接。祁连构造带从北到南划分为：北祁连、中祁连和南祁连3个构造单元(图1)。近几年前人针对祁连山花岗岩的研究取得了大量的研究成果。在中祁连一带圈定了众多的华力西期、燕山期岩浆岩体(贾群子等，2007；徐学义，2008；吴才来等，2010)。认为燕山期岩浆热事件与区内成矿关系较为密切(赵辛敏等，2014；杨钟堂等，2004)。研究区位于中祁连地块西段，区内出露的地层较简单，主要为晚元古代青白口纪五个山组和不同成因的第四系沉积物(图1)。晚元古代青白口纪五个山组为一套稳定-次稳定型泥砂质-碳酸盐沉积组合。区内岩浆活动较弱，仅有晚侏罗世闪长岩体和少量的晚元古代辉绿岩脉产出。目前对于区内燕山期侵入岩的研究报道较少。笔者在详细野外工作的基础上，对闪长岩的类型、空间分布、时代及地球化学特征进行论述，并对其构造背景加以探讨。

1.全新世冰雪堆积；2.全新世冲积；3.晚更新世冲洪积；4.晚元古代青白口纪五个山组；5.晚侏罗世闪长岩；6.辉绿岩脉；7.地质界线；8.断层；9.产状；10.锆石U-Pb样品采集点图1 东干沟地区地质矿产图Fig.1 The sketch geological map of Donggangou area

1 闪长岩地质特征及岩石学特征

1.1 地质特征

东干沟闪长岩体出露宽约230m，长约800m左右，以岩株形式产出，平面形态呈透镜状，沿近南北向展布。与晚元古代青白口纪五个山组灰色、灰黑色灰岩呈侵入接触，二者侵入界线清楚，界面呈波状弯曲，外倾。岩石绿泥石化强烈，矿物不具定向。该期侵入岩岩石类型单一，面积较小，为中性闪长岩，岩石具细粒结构，后期蚀变作用强烈。

1.2 岩石学特征

蚀变细粒闪长岩野外露头的岩石多呈深灰色-浅灰绿色，以细粒结构为主，块状构造。粒度一般在0.21～0.72mm，岩石组成为：斜长石(65%～81%)，为中长石，An32～39，半自形-自形板柱状，环带构造；普通角闪石(15%～25%)或黑云母(10%～20%)，角闪石呈半自形-自形柱状，黑云母呈片状，部分被绿泥石替代;石英为8%～10%，他形粒状，次生裂纹发育；部分岩石中有钾长石，含量为3%～5%，为微斜长石和正条纹长石，呈不规则他形粒状。副矿物有锆石、磷灰石、屑石、磁铁矿等。在岩石裂隙中，充填了绿泥石和铁质，铁质铁染裂隙边缘呈褐色。

2 成岩时代

2.1 样品采集与分析方法

在野外采集相对新鲜的约60kg岩石样品。样品经碎样、磁选及重液选等选出锆石，经手选纯后装入环氧树脂中并磨光。用光学显微镜及扫描电镜阴极发光(CL)观察选出晶形较好、没有裂纹及包裹体不发育的锆石晶体点进行测定(图2)。锆石LA-ICP-MS定年在天津地质矿产研究所ICP-MS实验室完成，大量数据分析和描述采用Song et al程序和Isoplot程序完成。单个测试点的误差均为1σ ，加权平均值的误差为95%置信度误差。

2.2 分析结果

闪长岩锆石韵律环带较发育(图2)，具岩浆锆石的一般特征，其 U/Th值较大(表1)，也反映岩浆锆石的一般特征。在闪长岩中采用锆石激光探针等离子体质谱法分析数据后获得14颗锆石的206Pb/238U表面年龄加权平均值为(155.1±1.4)Ma(MSWD=2.3)，为晚侏罗世。同位素谐和图和同位素参数特征见图3和表1。

图2 锆石阴极发光图像和206Pb/238U年龄图Fig.2 CL images of zircongrains

3 岩石地球化学特征

在薄片观察分析的基础上，在东干沟闪长岩体中采集了新鲜的岩石样品5495、5312、5312-1进行了主量、微量和稀土元素测量分析，结果见表2。主量元素中SiO2含量为56.27%～57.92%，属中性岩范畴；TiO2含量为1.53%～1.68%；Al2O3含量为13.37%～13.55%；Fe2O3含量为5.37%～5.90%；FeO含量为5.64%～6.20%；MnO含量为0.11%～0.16%，MgO含量为1.85%～2.16%，CaO含量为5.15%～5.67%，Na2O含量为3.13%～3.58%，K2O含量为1.39%～1.54%。具富铁富钙贫硅贫铝的特点，全碱含量Alk=4.72%～5.07%，含量中等且K2O、Na2O含量较低。在SiO2-(K2O+Na2O)图解(图4)中，样品投点落在闪长岩区域内且属亚碱性系列岩石，与镜下定名一致。里特曼指数为1.32～1.43，属钙碱性岩类。在铝饱和指数图解中(图5)，样品投在准铝质区域内。综上所述，晚侏罗世侵入岩总体显示偏铝质钙碱性系列岩石化学特点。

表1 锆石U-Pb同位素分析结果数据表Tab.1 U-Pb isotope age determined result of rock

注：1.测试单位：天津地质矿产研究所；2.3～10、12、14～17、22～24号点206Pb/238U表面年龄加权平均值为(155±1)Ma。

图3 闪长岩锆石U-Pb年龄谐和图和加权图Fig.3 U-Pb Concordia diagrams and Weighted graph of zircon

岩石稀土总量较高，ΣREE=291.44×10-6～319.87×10-6，明显具有壳源岩浆岩特征。LREE/HREE=5.06～6.11，轻稀土强烈富集，δEu=0.86，(La/Yb)N=5.33～7.2。稀土配分曲线均为向右陡倾的富集型曲线(图6)，轻重稀土分馏明显，且轻稀土分馏明显而重稀土分馏较弱，具弱的负Eu异常，显示变质-交代型花岗岩的特点。

表2 晚侏罗世侵入岩主量、稀土及微量元素分析结果表Tab.2 The major elements,rare earth elemente,trace element characteristice

1.橄榄辉长岩；2.辉长岩；3.辉长闪长岩；4.闪长岩；5.花岗闪长岩；6.花岗岩；7.似长石辉长岩；8.二长辉长岩；9.二长闪长岩；10.二长岩；11.石英二长岩；12.似长石岩；13.似长石二长闪长岩；14.似长石二长正长岩石；15.正长岩；16.似长石正长岩图4 w(SiO2)-w(Na2O+K2O)图解(据NIDDLEMOST,1994)Fig.4 w(SiO2)-w(Na2O+K2O) diagram

图5 闪长岩铝饱和指数图解(据 PECCERILLO，1976)Fig.5 Aluminum saturation index diagram

图6 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(据BOYNTON,1984)Fig.6 Chondrite normalized REE distribut patterns diagram(据BOYNTON, 1984)

微量元素中大离子亲石元素中Rb的含量较低，Ba的含量相对较高，分别为37.98×10-6～44.72×10-6、298.23×10-6～353.45×10-6。Sr的含量相对较高，为259.67×10-6～319.87×10-6。Th的含量低，为7.22×10-6～10.98×10-6。高场强元素(HFS)中Nb、Ta、Hf的含量普遍较低。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图7)上，早侏罗世侵入岩表现出明显的Ba、K、Sr、Ti等元素的负异常，而Rb、Th、Ce、Nd等元素相对富集；其洋脊花岗岩标准化图与成熟大陆弧花岗岩相近，为造山后期花岗岩特征，显示板内裂谷型花岗岩特征(李昌年，1992)；Rb/Yb=5.8～7.2，比值大于1，属强不相容元素富集型，标准化蛛网图表现出向右倾斜，曲线呈“W”型。

图7 微量元素原始地幔标准化蛛网图(据PEACE，1984)Fig.7 Web diagram of metamorphic intrusive rock

4 讨论

4.1 岩石成因

在花岗岩成因类型的判定中，重要的是野外地质关系和宏观特征结合矿物组成及地球化学特征综合分析。目前，最常用的花岗岩成因分类方案是CHAPPELL等(1974)提出的ISAM方案，其中M型较为少见。因此，自然界中花岗岩的成因类型主要为I型、S型和A型。从矿物组成上，角闪石、堇青石和碱性铁镁矿物被认为是判断上述三大类型花岗岩最有效的矿物学标志(MILLER，1985;吴福元等，2007)。对于东干沟闪长岩，在区域地质背景研究的基础上采集新鲜样品进行地球化学分析及构造环境判别后认为，闪长岩中缺乏标志性矿物，从矿物学上难以划分成因类型。此外，一系列地球化学图解(WHALEN et al.，1987;SYLVESTER，1989;EBY，1990)在判别这3类花岗岩中被得到广泛应用。但是对于经历高程度分异的花岗岩，由于其矿物组成和化学组成都趋近于低共结花岗岩，导致分异的 I 型、S 型和 A 型花岗岩在化学组成上部分重叠，使得鉴定出现困难，需要综合岩石学、矿物学和地球化学等多种证据进行判别。东干沟闪长岩其岩石主量元素σ=1.32～1.41,A/CNK=0.75～0.83，显示为偏铝质低钾高钙的岩石化学特征，与巴尔巴林(BARBARIN)划分的含角闪石钙碱性花岗岩类(ACG)相似；稀土元素ΣREE=291.44×10-6～319.87×10-6，LREE/HREE=4.93～5.06，δEu=0.79～0.86，显示变质-交代型花岗岩类特征，其物源为壳幔混合源，以壳源为主。在PEARCE(1984)的Y+Nb+Rb构造环境判别图中(图8)，样品均落入到板内花岗岩区。综上所述，东干沟闪长岩应归属为A型花岗岩。

4.2 地球动力学背景

祁连造山带作为中国中生代之前的古板块研究最透彻的造山带之一，其形成及构造演化仍存在一些争议，但同时也达成了一定的共识。大多数人认为祁连造山带从古元古代中期开始，大陆岩石圈拉伸减薄，发生裂谷化，发育元古宙大陆溢流玄武岩;新元古代裂谷作用继续加强，发育以双峰式火山岩为特征的大陆裂谷火山作用;最终至晚寒武世，发生大陆裂解和分离，形成祁连早古生代洋盆，并于奥陶纪洋盆开始了俯冲消减作用(左国朝等，1987;夏林沂等，1995)，俯冲消减作用可贯穿整个奥陶纪；志留—泥盆纪发生碰撞造山(ZHANG et al.， 2007)；石炭—二叠纪是伸展过程；晚三叠世末受印支运动为陆内俯冲阶段，该阶段块断、推覆、拉张和陆内造山作用发育, 在侏罗纪时整体是局部拉伸(冯益民等,1996；冯益民,1997)。在此区域构造演化的年代学框架内限定岩浆活动的时限。综合区域构造演化和成岩年代学资料，东干沟闪长岩形成于晚侏罗世(锆石U-Pb年龄为(155.1±1.4)Ma，且属于 A 型花岗岩，暗示着中祁连构造带在晚侏罗世存在伸展作用。由此可知，中祁连乃至整个祁连地区在晚侏罗世进入了造山后的伸展作用阶段，本研究区晚侏罗世闪长岩代表了碰撞后的张弛阶段属岩石圈减薄以及小规模岩浆底侵作用的发生的产物。这为认识中南祁连造山带的构造演化提供了很好的年代学和地球化学方面的地质信息，其对于研究中南祁连乃至重建整个祁连地区的构造演化模式无疑有着重要的地质意义。

VAG.火山弧花岗岩；WPG.板内花岗岩； Syn-COLG：同碰撞花岗岩;ORG.洋中脊花岗岩图8 Y+Nb+Rb判别图(据 PEACE，1984)Fig.8 Y+Nb+Rb diagram

5 结论

(1)东干沟闪长岩的 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为(155.1±1.4)Ma，表明其侵位时代为晚侏罗世，指示了中祁连晚侏罗世有一期岩浆活动事件。

(2)根据地球化学分析结果，并结合区域地质背景及构造环境判别图解表明，东干沟闪长岩形成于陆内拉伸环境，属碰撞后的张弛阶段，为板块拉伸环境下的产物，具有板内裂谷特征。

(3)晚侏罗世期间中祁连整体是局部拉伸，引起岩石圈减薄以及小规模岩浆底侵作用的发生，从而形成东干沟闪长岩。

致谢：诚挚感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见，青海省地质调查院区调所苏里区调项目组的同事在工作中给予了大力支持和帮助，在此一并致以衷心的感谢。

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