青海塔塔棱河中上游地区花岗岩地球化学和年代学研究

，，,

(1.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；2.青海省地质调查院，青海 西宁 810012)

研究区位于南祁连西段的祁连造山带，南与柴达木盆地北缘为邻。依据青海省1∶100万大地构造说明书，测区涉及1个一级构造单元，2个二级构造单元，3个三级构造单元。3个三级构造单元分别为：南祁连早古生代岩浆弧、宗务隆裂谷、全吉地块(张雪亭等，2007)，形成时期从早到晚分别是全吉地块-南祁连早古生代岩浆弧-宗务隆裂谷。本次在区内进行区域地质调查时，发现该区内受多期次构造运动影响，岩浆活动频繁，形成类型各异、时空分布不同、规模不等的各类侵入岩，尤其以加里东晚期岩浆最为发育，面积分布广泛，在漫长地质演化过程中它们记录了大量的地质信息。以前主要侧重对该区宗务隆构造带物质组成及变质变形的研究，而本次主要针对南祁连岩浆带中规模最大的早志留岩体进行进一步研究，以至于对区内的岩浆岩有进一步的了解。笔者通过研究塔塔楞河中上游地区早志留世花岗岩类型、空间分布、地质地球化学特征，探讨花岗岩的来源形成机制及其形成的构造环境。

1 地质背景

塔塔楞河中上游地区位于祁连山西段，由南至北纵跨全吉山地块、宗务隆造山带及南祁连岩浆弧3个三级构造单元，其早志留世花岗岩位于南祁连地块岩浆带内。该岩体多呈规模巨大的岩基状产出，侵入体平面形态呈倒三角状、椭圆状等，规模小者呈岩株状。岩体为不同期次形成的复式岩体，在地表以复式岩体的形态存在。侵入岩总体出露面积约270km2。岩体受北西西向宗务隆山-青海南山断裂构造控制，与果可山组及江河组呈断层接触，而局部与志留纪巴龙贡嘎尔组及巴音河群呈侵入接触，局部被第四纪冲洪积所覆盖。花岗岩类主要岩石类型为斑状二长花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩、斑状正长花岗岩和正长花岗岩，其次为环斑花岗岩、花岗闪长斑岩和石英闪长岩。其中，斑状二长花岗岩、二长花岗岩、花岗斑岩分布面积最广，且二长花岗岩、花岗斑岩分别与斑状二长花岗岩为脉动侵入；正长花岗岩分布于二长花岗岩内，两者主要为脉动侵入，局部受次级断层影响，呈断层接触；斑状正长花岗岩、环斑花岗岩分布于斑状二长化岗岩内，局部斑状正长岩漂浮于环斑花岗岩上，两者为脉动侵入；其余花岗闪长斑岩、石英闪长岩分布于第四系中，局部花岗闪长斑岩与巴龙贡噶尔组呈侵入接触(图1)。

1.第四系；2.新近系—古近系；3.侏罗系；4.早—中三叠世江河组；5.二叠纪巴音河群；6.早—中二叠世果可山组；7.志留纪巴龙贡噶尔组；8.早奥陶世大头羊组；9.南华—震旦纪全吉群；10.古元古代达肯大阪岩群；11.晚三叠世正常花岗岩；12.晚泥盆世花岗闪长岩；13.早志留世花岗斑岩；14.早志留世斑状正常花岗岩；15.早志留世正长花岗岩；16.早志留世环斑花岗岩；17.早志留世斑状二长花岗岩；18.早志留世二长花岗岩；19.早志留世花岗闪长斑岩；20.早志留世石英闪长岩；21.断层；22.地质界线；23.脉动侵入；24.采样位置图1 早志留世花岗岩出露位置图Fig.1 Location map of the theexposed Early Silurian granite

斑状二长花岗岩：浅红色-肉红色，斑状结构，块状构造。斑晶约占25%，基质约占75%。斑晶主要为钾长石、石英、斜长石(少量)。二长花岗岩：浅肉红色夹灰绿色，细粒花岗结构，块状构造。矿物成分主要为钾长石(35%)、斜长石(30%～35%)、石英(25%～30%)、角闪石(2%～3%)、白云母(2%～3%)，磷灰石微量，榍石偶见，不透明矿物少量。花岗斑岩：肉红色-灰色-灰褐色，斑状结构，基质具显微粒状结构-显微球粒结构，块状构造。斑晶由钾长石(25%～28%)、石英(10%～15%)、斜长石(6%～8%)、黑云母(6%～13%)组成。斑状正长花岗岩：肉红-红色，似斑状结构，块状构造。岩石由斑晶和基质组成，斑晶成分为钾长石，基质组成为斜长石(12%)、钾长石(49%)、石英(34%)、黑云母(5%)。正长花岗岩：肉红色，中粗粒花岗结构，块状构造。岩石矿物组成主要为钾长石(60%～65%)，次为斜长石(10%±)、石英(25%～30%)，黑云母、白云母少量等。环斑花岗岩：中粗粒花岗结构，块状构造。岩石具灰白-浅灰红色，两种不同颜色的花岗岩呈过渡关系。岩石中黑云母含量为4%～9%，石英、钾长石和斜长石的含量分别为20%～29%、40%～61%和13%～29%。花岗闪长斑岩：浅灰白色，斑状结构，基质微粒结构，块状构造。岩石由斑晶和基质组成。斑晶成分由斜长石(24%)、钾长石(10%)、石英(17%)及暗色矿物(2%)组成。石英闪长岩：灰白色，花岗结构，块状构造；矿物成分主要由斜长石(60%)、角闪石(20%)、石英(10%)、黑云母(5%)等组成。

2 岩石地球化学

2.1 主量元素

花岗岩岩石地球化学分析结果见表1。岩石中SiO2含量为71.69%～78.24%，TiO2含量为0.07%～0.42%，Al2O3含量为10.65%～14.19%，Fe2O3含量为0.38%～1.73%，FeO含量为0.27%～2.08%，MnO含量为0.01%～0.04%，MgO含量为0.12%～0.56%，CaO含量为0.55%～1.45%，Na2O含量为1.89～2.59%，K2O含量为5.05～5.87%，P2O5含量为0.05～0.15%。Na2O

表1 主量元素、稀土元素、微量元素特征表Tab.1 The major elements,rare earth elemente,trace element characteristice of metamorphic intrusive rock

续表1

序号主 要 参 数A/NKACNKARσSIMFFLALKK2O/Na2O11.451.163.071.976.7479.8885.377.532.5521.471.143.042.019.5662.5884.107.673.0631.421.183.222.228.7566.8387.808.062.6841.381.153.641.228.5959.3088.506.544.7951.241.104.081.573.2578.5991.707.402.2061.481.263.111.928.8163.4189.697.572.5471.261.144.041.483.5178.9592.917.212.3481.261.124.021.456.9468.1591.967.092.4891.281.153.881.592.7572.2592.537.432.14101.451.173.102.177.6469.6285.857.892.70111.361.143.342.289.2568.3187.938.092.12序号稀土丰度(10-6)LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu171.71139.5616.6767.7212.621.6712.541.9810.742.126.100.925.510.80260.11119.9012.8645.368.901.017.771.237.321.403.960.583.610.49364.31123.2814.0753.699.271.398.071.266.151.143.160.472.720.41452.69103.4013.5846.979.810.459.401.8311.082.226.401.015.980.86529.1861.017.0925.176.570.317.121.6810.972.277.481.197.060.96657.66107.5014.0048.709.441.388.581.498.411.674.630.734.150.61719.7841.595.0917.895.200.235.431.368.691.795.730.925.590.75827.3955.077.1525.236.270.407.381.7111.132.336.901.196.900.99949.6496.1711.4139.618.680.338.101.8210.932.197.171.076.430.891065.14121.9015.0154.039.831.308.801.487.691.504.430.673.830.521167.54130.8016.3158.9210.971.519.421.548.211.574.570.694.170.56序号主 要 参 数LREEHREE∑REELREE/HREEσEuσCe(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)N1309.9540.70350.657.620.400.948.783.571.842248.1426.36274.509.410.360.9911.214.251.733266.0023.38289.3811.380.480.9515.974.362.404226.9138.78265.695.850.140.915.943.381.275129.3338.73168.063.340.140.992.792.790.916238.6830.27268.957.890.460.889.363.841.677203.7141.23244.944.940.280.915.453.221.378121.5138.52160.023.150.180.932.682.750.869205.8438.61244.455.330.120.945.203.601.0210267.2128.92296.139.240.420.9111.454.171.8511286.0530.73316.789.310.440.9210.923.871.82

续表1

序号微量元素丰度(10-6)RbBaThTaNbHfZrYSr1232.401 146.6024.851.9424.0713.95441.2057.41105.902284.20629.7042.950.9911.636.84221.0041.0781.063174.70872.7030.902.2513.026.35189.3030.00109.404439.50148.5043.911.4914.764.93136.0058.2030.405412.60141.1023.291.9614.004.0494.4069.6637.206335.20638.3032.891.6214.627.00174.4044.6044.607409.80136.3525.362.1614.884.0596.8064.1534.108445.40158.8046.232.1715.115.24131.9062.5936.209458.9092.2418.542.2212.113.1164.0049.1728.5010227.801 208.3027.741.1814.268.82249.6039.66113.2811199.401 385.4027.041.3214.699.65263.4040.89167.47

图2 SiO2-Na2O+K2O图解Fig.2 SiO2-Na2O+K2O diagram

图3 A-F-M图解Fig.3 A-F-M diagram

图4 SiO2-K2O图解Fig.4 SiO2-K2O diagram

图5 A/KNC-A/NK铝饱和指数图解Fig.5 A/KNC-A/NK saturation diagram

通过分析以上特征表明，该区早志留世花岗岩为高钾、过铝质钙碱性系列岩性，具S型花岗岩特征(肖庆辉等，2002；马鸿文等，1992)。

2.2 稀土元素

稀土元素含量分析见表1。由表1看出，稀土元素总量较高(ΣREE=160.02×10-6～350.65×10-6，平均为261.78×10-6)，其平均值高于上地壳平均值(210×10-6)；轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损(LREE=121.51×10-6～309.95×10-6，平均为227.58×10-6；HREE=23.38×10-6～41.23×10-6，平均为34.20×10-6)，轻、重稀土元素分馏较为明显(LREE/HREE=3.15～11.38，平均为7.04；LaN/YbN=2.68～15.97，平均为15.91)。轻稀土元素内部分馏相对明显(LaN/SmN=2.75～4.36，平均为3.68)，而重稀土元素内部分馏相对较差(DdN/YbN=0.86～2.40，平均为1.52)。岩石中δEu=0.14～0.48，平均为0.38，均小于1，具有负异常特征，显示Eu强亏损。

在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图6)中，曲线呈右倾斜的轻稀土富集型式，显示了轻稀土元素分馏相对强烈、重稀土元素分馏较弱，曲线近于平坦特征，显示来自地壳，具同源岩浆特征。而Eu均具有明显的负异常特征，反映岩浆经历了较为彻底的分离结晶作用。

图6 稀土配分模式图Fig.6 Chondrite normalized REE distribut patteren For the diabase dike swarms in the study area

综上所述各项稀土特征与S型壳源花岗岩很相似，表明该区花岗岩源区为地壳物质熔融作用演化而成的产物(申文环等，2006)。

2.3 微量元素

微量元素特征见表1。从表1可以看出，各类岩石中微量元素组合一致，仅在含量上有一定差异。岩石大离子亲石元素(LIL)中，Ba的含量为92.24×10-6～1 385.40×10-6，Rb的含量较高，为174.70×10-6～458.90×10-6。Sr的含量大部分相对较低，少部分相对较高，为28.50×10-6～167.47×10-6。Th的含量较高，为18.54×10-6～46.23×10-6。高场强元素(HFS)中Nb、Ta、Hf的含量普遍较低，分别为11.63×10-6～24.07×10-6、0.99×10-6～2.25×10-6和3.11×10-6～13.95×10-6。Zr的含量较高，为64.00×10-6～441.20×10-6。

在经ORG花岗岩标准化值的微量元素比值蛛网图上(图7)，该区花岗岩表现出明显的Rb、Th富集，K含量较高，Ba、Nb、Ta、Zr、Hf、Sm、Y、Yb等明显亏损的特点，曲线呈明显右倾锯齿状，这与洋脊花岗岩(ORG)标准的碰撞型花岗岩微量元素分布形式相一致。尤其Ba的亏损更倾向于碰撞型花岗岩，而Na、Ta的亏损表明了岩浆更具陆壳的特征(申文环等，2006)。

图7 微量元素比值蛛网图Fig.7 Wed diagram of metamorphic intrusive rock

3 时代讨论

本次对二长花岗岩中取同位素U-Pb测年样品进行了精确的定年，并获得了一些新的数据。测年样品由国土资源部天津地质矿产研究所测试，锆石U-Pb同位素组成分析仪器为LA-MC-ICP-MS，检测依据为DZ/T1084.3-1997，样品测试温度为22℃，湿度为28%。样品(BGS2001)中选取的测年锆石的CL图(图8)，锆石多为浅黄色-无色透明的短柱状、中长柱状晶体，少部分为半截状，粒度多为80～200 μm，大多数锆石长宽比为1.5∶1～2∶1，个别锆石长宽比为4∶1。阴极发光图像表现出典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构(图8)，说明锆石为岩浆结晶产生的锆石(陈岳龙等，2005)。锆石内部结构比较简单，部分锆石颗粒具有窄的浅色边和港湾状的溶蚀边，但大多数锆石显示出清晰的岩浆环带特征，浅色边可能为后期的变质增生边。

图8 锆石CL发光照片Fig.8 The CL images of zircons

本次测年在样品(BGS2001)中共测试了25颗锆石，并获得有效点25个。从样品测试得到的同位素比值和年龄数据(表2)。该样品25个测点的Th/U值为0.19～0.75，且这些测点多位于明显的岩浆韵律环带上，显示了岩浆成因的锆石特征。其25个测点多数集中在一个小范围内，且206Pb/238U和207Pb/235U的谐和性较好，表明了锆石结晶以后其U-Pb体系一直保持封闭状态。其谐和年龄为(443.0±2.3)Ma(MSWD=0.57)(图9)，206Pb/238U年龄为431～444 Ma，206Pb/238U加权平均年龄为(440.4±1.4)Ma(MSWD=0.75)(图10)，代表了塔塔棱河岩体的结晶年龄，即该期侵入岩形成的地质时期为早志留世。

图9 锆石U-Pb年龄谐和图Fig.9 U-Pb Concordia diagrams of zircon

图10 锆石U-Pb加权平均年龄图Fig10 Zircon U-Pb weighted average age diagrams

4 构造分析探讨

利用不同的图解判断其构造环境，在花岗岩Rb-(Y+Nb)图解(图11)上，全部样品位于后碰撞区域；

在花岗岩TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2图解(图12)上，大多数样品投影点落在后造山花岗岩区域，2个样品在IAG+CAG+CCG区域；在花岗岩Nb-Y图解(图13)上，绝大多数样品投影点在后造山花岗岩区，1个样品落在火山弧花岗岩区和同碰撞花岗岩区；在花岗岩Ta-Yb图解(图14)上，多数落入后造山花岗岩区域，3个样品落在火山弧花岗岩区或同碰撞花岗岩区；在R1-R2图解(图15)上，多数样品投在同碰撞区域(6区)，少数样品投在同碰撞与造山期后的边界上(7区)。总体反映出活动大陆边缘特征，显示岩石具后造山花岗岩特征。因此，认为该区花岗岩构造环境应属后碰撞构造环境(夏林忻等，1995；冯益民等，1992)。

该区带属于加里东期碰撞造山带，各种与碰撞相关的事件年代学测试显示，碰撞(峰期)主要发生于500～470 Ma。例如，柴北缘绿梁山地区辉长岩的年龄为(496.3±0.3)Ma(锆石U-Pb)(袁桂邦等，2002)，柴达木北缘超高压变质带中岛弧拉斑玄武岩的年龄为515 Ma(锆石U-Pb)(史仁灯等，2004)，祁连南缘嗷唠山俯冲型钙碱性的Ⅰ型花岗岩年龄为(496±7.6)～(445±15.3) Ma，平均为473Ma(锆石SHRIMP U-Pb)(吴才来等，2001)。柴北缘及阿尔金超高压榴辉岩带的变质作用发生在500～440 Ma，折返时间为470～460 Ma(杨经绥等，2003)。区内塔塔楞河岩体的锆石U-Pb年龄为440 Ma左右(卢欣祥等，2007)。本次工作新测得塔塔楞河岩体二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为(440.4±1.4)Ma，晚于俯冲碰撞峰期时间60～30 Ma。因此，440 Ma的二长花岗岩可以解释为后碰撞或后造山环境所致。

IAG.岛弧花岗岩类；CAG.大陆弧花岗岩类；CCG.大陆碰撞花岗岩类；POG.后造山花岗岩类；RRG.与裂谷有关的花岗岩类；CEUG.与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类图12 TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2图解Fig.12 TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2 diagrams

syn-CLOG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩图13 Nb-Y图解Fig.13 Nb-Y diagrams

Syn-CLOG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩图14 Ta-Yb图解Fig.14 Ta-Yb diagrams

①.地幔分异的；②.板块碰撞前的；③.碰撞后的抬升；④.造山晚期的；⑤.非造山的；⑥.同碰撞期的；⑦.造山期后的图15 R1-R2图解Fig.15 R1-R2 diagrams

5 结论

(1)塔塔棱河中上游地区花岗岩是一套铝过饱和钾玄岩-高钾钙碱性系列岩石(K2O>Na2O)，地球化学特征显示岩石具有碰撞型花岗岩和板内花岗岩特征，显示了后碰撞或后造山环境。通过LA-MC-ICP-MS测定年龄为(440.4±1.4)Ma，即该地区花岗岩形成时代为早志留世。

(2)从早志留世花岗岩产出的构造环境及区域地质分析，其形成在空间上和时间上都应该与南部全吉地块和北部南祁连地块之间的结合部位相关联，即在早志留时期陆-陆汇聚时，南祁连陆块向南俯冲，与全吉地块发生碰撞，南祁连地块遭受挤压导致陆壳部分熔融引发强烈的岩浆活动，故形成了南祁连岩浆孤花岗岩。

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