东昆仑马尼特地区花岗闪长岩地球化学特征及地质意义

2018-11-02魏小林甘承萍仓索南尖措

中国锰业 2018年5期

魏小林，甘承萍，仓索南尖措，康波

(1. 吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061; 2. 青海省地质调查局，青海西宁 810001; 3. 青海省第三地质矿产勘查院，青海西宁 810021； 4. 青海省第四地质矿产勘查院，青海西宁 810001)

0 前言

东昆仑造山带位于青藏高原东北部的昆仑造山带东段，属于划分中国大陆南北两大构造域的中央造山系的一部分，其地质构造位置与成岩成矿作用突出显著[1-2]。马尼特地区位于东昆仑阿尼玛卿造山带，该带处于东昆仑造山带、西秦岭造山带和巴颜喀拉造山带汇聚交接地区，是青藏高原东北边缘及北部与中央造山系复合交接的部位，也是原特提斯东段北缘分支洋盆和古特提斯洋构造体系域复合交织的重要构造部位，是研究中国大陆构造及其动力学的关键地区，因此对该带的构造演化研究较多，并认为本区存在早古生代和晚古生代两期洋—陆相互转化的构造演化过程[3]。但对于本区早古生代的构造演化研究较为薄弱，李王晔等[4]通过对德尔尼闪长岩(493 Ma)的研究认为，其形成于洋壳消减的时代；赵菲菲等[5]通过对马尼特地区的片麻状花岗闪长岩体(495.6 Ma)研究表明，该岩体代表了加里东早期原特提斯洋壳俯冲的活动大陆边缘环境；通过对本区花岗闪长岩的研究，获得463.9 Ma的侵入年龄，并认为其代表了原特提斯洋扩张演化在东昆仑地区的响应。本文选择马尼特地区花岗闪长岩进行了岩相学、地球化学、LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和同位素研究，并探讨其岩石成因、物质来源及与碰撞造山事件之间的关系，可为原特提斯洋早期俯冲构造演化提供新的证据。

1 区域地质背景及岩体特征

1.1 区域地质背景

东昆仑造山带位于柴达木盆地南缘，前人根据东昆仑不同的构造演化曾提出多种不同的构造单元划分方案[6-7]。马尼特地区位于东昆南构造带与巴颜喀拉造山带结合部位(图1)，处于阿尼玛卿蛇绿混杂岩带内。

马尼特地区出露的地层较为单一，主要为中元古代苦海岩群、二叠纪马尔争组和第四纪沉积地层。其中二叠纪马尔争组是本区主体地层，呈NWW-SEE向展布，在平面上形成菱形网络状，或平行叠瓦状结构，界面多为断层或强构造形变带，主要岩石类型为砂岩、杂砂岩、岩屑砂岩、粉砂岩、粉砂质板岩等碎屑岩沉积组合。本区地处位于东昆南构造带与巴颜喀拉造山带交接部位，地质构造比较复杂，不同规模的断裂构造及褶皱构造均很发育，多呈北西—南东向延伸。区内岩浆岩活动强烈，加里东期侵入岩分布面积较大，岩性以花岗闪长岩和花岗闪长岩为主，印支期侵入岩主要分布在北部，以石英闪长岩为主。

图1 研究区地质简图

1.2 岩石学特征

马尼特花岗闪长岩体出露于研究区中部，呈北西—北西西向展布，岩体中局部发育较明显的片麻理、糜棱面理(图2a)，面理方向与区域构造方向一致，可见暗色微粒包体(图2b)，一般呈椭圆状，拖尾现象不甚明显，大小在4～18 cm之间不等。根据岩性组合特征及变形变质情况，将该岩体划分为一个填图单元，其岩性组合为中细粒石英闪长岩、闪长玢岩(具变余斑状结构，图2c)和中细粒花岗闪长岩，其中花岗闪长岩出露面积占90%以上。岩石呈灰色、灰白色、灰绿色、浅灰黑色，中细粒花岗结构，局部中粗粒花岗结构，块状构造。岩石的主要组成矿物为石英、钾长石、斜长石、黑云母及少量角闪石。副矿物以榍石等为主。其中，石英含量在20%～30%，呈他形粒状，粒径在0.3～5 mm，杂乱分布，少数有破碎，且具波状消光。钾长石含量在5%～10%之间，成分为微斜长石，呈他形粒状，粒径在0.2～1 mm，未发生次变，部分可见清晰格子状双晶，杂乱分布于斜长石之间。斜长石含量在45%以上，成分为An≈10%～20%的更长石，呈他形粒状，粒径0.5～3 mm，部分发生了绢云母化，杂乱分布。黑云母含量在5%～10%，大都已发生绿泥石化，呈细片状，在应力作用下，多被扭曲，破碎。分布于长石石英之间。角闪石含量在5%以下，呈他形粒状，粒径在0.5～2 mm，呈绿色，散布于部分长石之间。黑云母及角闪石多已次变为绿泥石。岩石变质变形作用较强，以片麻岩化、碎裂岩化(图2d)为主。

(a) 糜棱岩化花岗闪长岩；(b) 暗色微粒包体；(c) 闪长玢岩的斑状结构；(d) 碎斑+碎基

2 分析方法

2.1 化学全分析

本文选择新鲜无蚀变花岗闪长岩体样品7件，在国土资源部华北矿产资源监督检测中心天津地质矿产研究所实验测试室进行样品的主量、微量和稀土元素分析。除H2O用重量法和FeO用容量滴定法测定外, 其余主量元素都用 X 萤光光谱仪测定, 分析精度(相对误差)优于1%。微量元素和稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪(TJA-PQ-ExCell ICP-MS)测定, 分析误差小于5%。

2.2 锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

用于锆石测年研究的样品采集2件(图1)，采样点地理坐标分别为97(°)39(′)48(″)N，35(°)27(′)46(″)E和97(°)38(′)54(″)N，35(°)27(′)51(″)E，样品岩性为灰色、灰白色中细粒花岗闪长岩。在分选锆石之前，首先用水将样品清洗并晾干，然后粉碎至0.18 mm(80目)，经过分选、细淘之后，在实体显微镜下手工挑选出锆石，将不同特征的锆石粘在双目胶上，并用无色透明的环氧树脂固定。锆石分选工作在河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。

锆石U-Pb年龄在天津地质矿产研究所实验测试室进行,通过同位素实验室激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICPMS)来测定[9]。本次测试采用的激光剥蚀束斑直径为35 μm，激光剥蚀样品的深度为20～40 μm。采用TEMORA和GJ-1作为外部锆石年龄标准进行U、Pb同位素分馏校正，单个分析点的同位素比值和同位素年龄的误差为1σ，年龄值选206Pb/238U年龄，加权平均年龄误差为95%置信度。原始数据数据处理、年龄计算和绘图使用ICPMSDataCal程序和ISOPLOT程序。

3 分析结果

3.1 地球化学

3.1.1 主量元素

马尼特花岗闪长岩体SiO2含量为60.98%～73.20%(平均为65.83%)，TiO2含量为0.14%～0.58%(平均0.35%)，Al2O3含量为13.84%～16.57%(平均14.83%)，MgO含量为0.38%～2.98%(平均1.79%)，Alk含量为4.64%～8.18%，其中Na2O和K2O含量分别为3.31%～4.69%(平均4.02%)和1.29%～3.74%(平均2.48%)，Na2O/K2O介于1.06～3.37之间(平均1.87)，铝饱和指数A/CNK为0.80～1.45(平均1.10)，属准铝质—过铝质系列。

在TAS判别图上(图3a)，花岗闪长岩体主要落在闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩区域及其与石英二长岩的过渡区域内，属亚碱性系列；在K2O-SiO2图上(图3b)，主要落在钙碱性系列到高钾钙碱性系列；在图3c中，主要落入准铝质—过铝质区域；AFM图解(图3d)中，岩体主体为钙碱性系列，具碱富集趋势。总体上看，马尼特岩体在主量元素上表现出高硅、富铝、低Ti、ALK含量较高和钙碱性-高钾钙碱性系列的岩石地球化学特征。

3.1.2 稀土和微量元素特征

马尼特花岗闪长岩体的稀土总量(ΣREE)除个别样品外(ΣREE=78.43×10-6)均较高，变化于96.11×10-6～210.63×10-6(平均132.80×10-6)之间。在球粒陨石标准化的稀土元素配分模式图(图4a)上，表现为轻稀土强烈富集的右倾型模式。其中，(La/Yb)N比值介于7.88～20.73之间，(La/Sm)N比值介于3.69～5.49之间，(Gd/Yb)N比值介于1.09～2.66之间，说明石英闪长岩体稀土元素分馏明显，轻稀土富集且明显分馏，重稀土亏损且分馏不明显。除样品D1570外，岩石均具负Eu异常(Eu/Eu*=0.58～0.96，平均0.74)，说明斜长石的分离结晶作用在岩石形成过程中起一定作用，未显示明显的Ce异常(Ce/Ce*=0.88～1.02，平均0.93)。

马尼特花岗闪长岩体的大离子亲石元素(LILEs)Rb、Sr、Ba含量分别为50.04×10-6～126.15×10-6、153.75×10-6～469.05×10-6、600.49×10-6～2 595.99×10-6，放射性生热元素(RHPEs)U、Th含量分别为0.76×10-6～5.45×10-6、13.88×10-6～33.04×10-6，高场强元素(HFSEs)Nb、Ta、Zr、Hf含量分别为7.23×10-6～12.90×10-6、0.28×10-6～1.70×10-6、107.00×10-6～153.99×10-6、3.30×10-6～6.19×10-6。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图4b)上，马尼特岩体表现出大离子亲石元素(LILEs)Rb、Ba、K和放射性生热元素(RHPEs)U、Th富集，不同程度亏损Nb、Ta、Ti、P等元素的特点。

3.2 锆石U-Pb年代学

为了厘定马尼特花岗闪长岩体的形成时代，采用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年法对马尼特花岗闪长岩体的锆石进行了测试。测年样品(样号D0013-1、D1570-1)采样点地理坐标分别为97(°)39(′)48(″)N，35(°)27(′)46(″)E和97(°)38(′)54(″)N，35(°)27(′)51(″)E，样品岩性为灰色、灰白色中细粒花岗闪长岩。

图3 马尼特花岗闪长岩TAS、SiO2-K2O和A/CNK-A/NK图,AFM图

图4 马尼特花岗闪长岩稀土元素配分模式和微量元素蛛网图

对样品D0013-1、D1570-1的锆石进行了LA-ICP-MS定年分析，剔除极度不谐和点后，D0013-1有效点25个，D1570-1有效点19个，在有效的测试点中，锆石中Th含量分别介于188.09×10-6～685.84×10-6和186.48×10-6～2 021.45×10-6，U含量分别介于685.41×10-6～1 617.47×10-6和688.45×10-6～4 718.83×10-6，所有Th/U比分别介于0.24～0.42和0.27～0.47之间，也显示了岩浆成因锆石的特征。这些测点均位于岩浆生长环带上，其206Pb/238U表面年龄相接近，分别集中在468～495 Ma和480～519 Ma之间，加权平均年龄分别为475.2 Ma±6.2 Ma(MSWD=0.18)(图5)和490.9 Ma±7.8 Ma(MSWD=0.41)(图6)。因此，将马尼特花岗闪长岩体的结晶时代定为顶寒武世—早奥陶世。

4 讨论

一般认为，岛弧环境下岩浆是俯冲洋壳在一定深度发生脱水作用释放出俯冲带流体,这种变质脱水流体与俯冲板片上覆地幔发生水—岩反应，使消减洋壳及地幔楔发生部分熔融，形成岛弧火山岩和占次要地位的花岗岩类侵入岩。在Pearce等的花岗岩构造环境判别图解上(图7a)，马尼特花岗闪长岩体均落在火山弧花岗岩(VAG)范围内，马尼特花岗闪长岩体在微量元素蛛网图上显示为Rb、Ba、Th等大离子亲石元素富集，Zr、Hf、Ta等高场强元素相对亏损，Nb、Y、Ti、P等元素显著亏损、Ti、P等呈明显的低谷的配分型式，表现出活动陆缘俯冲消减带中岩浆弧的特征，在岩浆演化过程中可能混入了少量的壳源物质。在图6b中，样品主要落入板块碰撞前消减区花岗岩区域，相当于活动板块边缘。

图5 D0013-1样品LA-ICP-MS锆石U一Pb年龄谐和图及表面年龄权重值图

图6 D1570-1样品LA-ICP-MS锆石U一Pb年龄谐和图及表面年龄权重值图

东昆仑在加里东期一直处于持续挤压造山的构造背景[9]，莫宣学等[1]认为东昆仑东部在早寒武世为洋盆形成及扩张阶段，中寒武世开始进入俯冲阶段，持续到晚奥陶世。东昆仑都兰可可沙石英闪长岩体的形成年龄为515.2 Ma±4.4 Ma[10]，被认为是洋盆俯冲的开始，赵菲菲等[5]通过对东昆仑造山马尼特地区的片麻状花岗闪长岩体年代学研究，测得形成年龄495.6 Ma±1.1 Ma代表了洋壳俯冲环境，李王晔等[4]测得东昆仑南部的德尔尼岛弧闪长岩年代为493.6 Ma±6 Ma，认为其形成于洋壳消减的时代。上述资料表明，东昆仑地区在加里东早期存在存在一次重要的俯冲事件，结合本次研究认为，马尼特花岗闪长岩形成的构造环境应为加里东早期特提斯洋俯冲的活动大陆边缘环境，原特提斯洋俯冲到柴达木地块之下造成陆壳加厚，新生的陆壳部分熔融形成马尼特花岗闪长岩。