北祁连西段玉石沟辉长岩岩石特征、LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地质意义

2018-11-02吴少锋何存发张海青袁桂林陈礼标钱玉山

中国锰业 2018年5期

吴少锋，何存发，张海青，袁桂林，陈礼标，钱玉山

(青海省第四地质矿产勘查院，青海西宁 810029)

北祁连位于华北克拉通西部阿拉善地块与中祁连—柴达木泛地块之间，是中国最具特色的造山带之一。区内发育了多条蛇绿混杂岩带，其中玉石沟蛇绿岩是该区最为著名且国内最早报道的蛇绿岩[1]。长期以来，许多学者就区内的地层、岩浆岩、蛇绿岩、大地构造等问题进行了大量的专题研究，其中对蛇绿岩的研究尤为突出。玉石沟蛇绿岩的形成时代目前还存在争议，史仁灯等[2]通过对堆晶辉长岩中锆石(SHRIMP)U-Pb法测年认定其时代为晚震旦世；夏林圻等[3]根据基性熔岩全岩Sm-Nd等时线测定年龄为522～495 Ma，认为玉石沟蛇绿岩形成于晚寒武世—早奥陶世；冯益民等[4]通过对沉积在火山岩上的硅质岩中放射虫时代研究，认为玉石沟蛇绿岩形成于早—中奥陶世。本文通过对玉石沟辉长岩的最新测年结果和岩石化学的分析，对玉石沟蛇绿岩的形成时代和形成环境进行了厘定和探讨。

1 区域地质背景

北祁连山地区的大陆裂谷化起始于古元古代。由于古地幔柱的上涌，导致大陆岩石圈拉伸、减薄、裂谷化，至新元古代，裂谷作用进一步强化，到晚寒武世，最终发生大陆裂解和分离，形成北祁连早古生代洋盆，目前以构造片形式被保存下来的托莱山晚寒武—早奥陶世洋脊—洋岛型火山岩带，就是北祁连山早古生代洋壳火山作用的产物。至早奥陶世，洋盆开始向北俯冲、消减，形成十分完整的北祁连早古生代脊—沟—弧—盆系[5]。玉石沟所处的北祁连中段寒武—奥陶纪地区为洋壳扩张和俯冲作用并存的机制，该地区分布的蛇绿岩为大洋扩张环境下所形成的洋壳残片，现已仰冲构造岩片形式被保存完整的蛇绿岩层序，超基性和基性岩为蛇绿岩的组成部分[1]。超基性岩体的岩石类型包括蛇纹石化辉橄岩、纯榄岩及蛇纹岩等；基性岩体岩性较为单一，为辉长岩类，岩体内时有超基性岩异离体。

2 岩相学

图1 玉石沟地区地质简图

玉石沟辉长岩是北祁连蛇绿混杂岩带中出露面积较大的基性岩体，近东西向展布，南北最宽约5～5.5 km，东西最长为14.5 km，呈透镜状产出(图1)，岩体南侧与玄武岩断层接触，北侧与辉橄岩、辉绿岩等呈断层接触。岩石为中细粒角闪辉长岩，露头呈灰绿色，主要包括斜长石、暗色矿物、个别的副矿物等。斜长石为半自形晶板条状、长柱状，晶体的棱边较平直，双晶纹较宽，为中基性斜长石，含量约为63%，具较强烈的钠黝帘石化。暗色矿物为角闪石和辉石，角闪石为长柱状、柱粒状，含量约为19%，具有纤闪石化、绿泥石化；辉石为短柱状、柱粒状，充填分布在斜长石的间隙中，粒径多在1.0 mm以下，含量约为15%，见有少量绿泥石化。岩石的各类组份不均匀分布。偶见长柱状、柱粒状的磷灰石和粒状的榍石出现，粒径在0.1 mm以下，多包裹在角闪石之中。

3 样品采集与测试方法

地球化学样品采用垂直岩体走向等间距采集，采集间距约为60 m。采样时挑选坚硬致密，蚀变较弱的块状样品，样品采集点经度98(°)53(′)32(″)，纬度38(°)37(′)14(″)。

主量元素和微量元素在国土资源部西宁矿产资源监督检测中心完成，其中主量元素采用ELAN DRC-e电感耦合等离子质谱仪测定，微量元素采用ZSX PrimusⅡ波长色散X荧光光谱仪测定。

野外采集的年代学测试样品约为15 kg，破碎至0.15～0.18 mm(80～120目)，用清水淘洗粉尘后，先用磁铁出去磁铁矿等磁性矿物，再用重液选出锆石，最后在双目镜下人工挑选出锆石，锆石由河北省区域地质矿产调查研究所实验室挑选。锆石年代分析在中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室微区同位素地球化学实验室完成。

4 岩石化学特征

辉长岩岩石化学分析结果见表1。样品的SiO2含量为45.61%～52.63%，平均值48.55%，属于基性岩。所有岩石皆显示出低Ti、P的特点，其中TiO2含量为0.15%～1.01%，以0.15%～0.54%为主，平均0.40%，P2O5含量为0.008 3%～0.05%。在TAS图解(图2)上主要位于辉长岩区，所有岩石均落在亚碱性系列区。样品以贫钾(K2O<1.25%)为特征。Al2O3介于7.36%～15.69%之间，FeO*为6.14%～12.71%(FeO=Fe3O4×0.899 8)。岩石的镁值(Mg#)在0.34～0.67之间，FeO*/MgO值在0.49～1.94之间。在AFM图解中(图3)可以看出岩石主要落在拉斑玄武岩系列区，并接近FM线分布，反映出贫碱的特点。在FeO*/MgO-FeO*图解中(图4)，岩石投点大多落在MORB区，总体显示岩石在大洋扩张脊条件下形成。

图2 玉石沟辉长岩TAS图解(Wilson，1989)

图3 玉石沟辉长岩AFM图解

5 地球化学特征

5.1 微量元素

微量元素测试成果见表2，辉长岩微量元素标准化蛛网图(图5)呈现规律性变化，Rb、Ba、Th、Ta元素富集，K2O、Nb、Ce较为富集，P2O5和Cr的配分曲线呈平坦的右倾分布，其特征与E型MORB一致。Ba、Rb、Th、K2O都是活跃于地壳中的元素，这4个元素丰度值高，说明岩浆上升侵位过程中受到地壳的混染作用比较强烈。利用微量元素在Zr/4-Nb/2-Y图解(图6)，投点大多落在E型MORB区及附近区域，总体显示出岩石为洋壳扩张环境下的产物。

1 扩张中心岛屿；2 岛弧及活动大陆边缘；3 MORB；4 大洋岛；5 大陆的

图5 玉石沟辉长岩微量元素标准化蛛网图

AⅠ 板内碱性玄武岩；AⅡ 板内玄武岩和板内拉班玄武岩；B E型MORB；C 板内拉斑玄武岩；D N型MORB和火山弧玄武岩

5.2 稀土元素

岩石的稀土总量总体偏低，ΣREE为53.26×10-6～105.03×10-6之间，低于上地壳平均值(210×10-6)，岩石的δEu在0.51～0.70之间，显示具有负Eu异常特征，反映了岩石中基性斜长石经历了较为强烈的分离结晶作用。岩石(La/Yb)N=6.04～9.77之间，(La/Sm)N=3.84～4.35之间，LREE/HREE=5.67～8.79之间，表明轻稀土富集，重稀土亏损，其有明显的E型MORB特征。在以球粒陨石为标准化的稀土元素配分模式图(图7)，明显看出曲线呈右倾斜的轻稀土富集型式，曲线模式与E型MORB曲线相似，指示了亏损地幔源的特征。

图7 玉石沟辉长岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图

6 形成时代

史仁灯等[2]对玉石沟蛇绿岩中的蚀变的堆晶辉长岩挑选出11颗锆石，其锆石离子探针(SHRIMP)206Pb-238U加权平均年龄为 550 Ma±17 Ma，其MSWD=3.2，测试结果较为可靠。据夏林圻等[10]在上部具MORB特征的基性熔岩测得Sm-Nd等时线年龄522～495 Ma，代表了洋盆初具规模的时代。本次针对蛇绿岩中的堆晶辉长岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，其谐和年龄为502.0 Ma±4.3 Ma，属于晚寒武世，应该代表玉石沟辉长岩体的形成时间。本次研究采集的辉长岩较新鲜，块状构造。在辉长岩样品中选取了30锆石进行了离子探针分析，选择测年的锆石大部分呈自形—半自形长柱状，个别短柱状，淡棕色，透明。绝大部分锆石发育明显的振荡环带，环带窄而细密，个别锆石中出现出现扇形分带的结构，锆石阴极发光照片见，具有岩浆成因岩浆型锆石的重要特征。锆石同位素分析结果见表3，这30个点的Pb207/Pb206、Pb207/U235、Pb206/U238、Pb208/Th232有22个谐和性较好，8个不谐和。22个样点锆石U-Pb同位素谐和加权平均年龄为502.1 Ma±4.3 Ma。属于晚寒武世，代表玉石沟蛇绿岩体的形成时间。综上所述，玉石沟蛇绿岩主要是早寒武纪到早奥陶世形成，说明玉石沟古洋盆在早寒武纪已具有规模，其洋盆在550 Ma±17 Ma之前就已经开启。

7 构造环境

洋中脊玄武岩(MORB)产于强扩张的大洋板块边缘，是洋壳的主要组成部分。MORB按照LREE亏损和富集分为N-MORB和E-MORB两类，N-MORB相对亏损高度不相容元素和LREE，而E-MORB则相对富集不相容元素和LREE[6-7]。冯益民等[4]通过对玉石沟蛇绿岩的基性熔岩中的REE和微量元素的标准化配分曲线的分析，认为玉石沟蛇绿岩接近N型MORB，而本次通过对玉石沟蛇绿岩套中的辉长岩进行微量元素、常量元素及稀土元素综合分析，可以明显的看出岩石不相容元素和LREE较富集，具有明显的E型MORB特征，E型MORB被认为是富集的地幔柱与亏损的地幔组分不同程度混合的产物，通过大量具有E-MORB特征的熔岩出现在远离地幔柱的洋中脊或慢速扩张的洋中脊以及弧后盆地构造背景，说明了E-MORB是与地幔柱无关的，是洋脊自身的特点。玉石沟蛇绿岩具有N-MORB和E-MORB特征，N-MORB来自亏损的软流圈地幔橄榄岩，是在洋脊下无水环境的中—高程度部分熔融形成的[7]，而产于洋中脊的E-MORB可能受下部富集地幔上来的包体的影响，具有富集LREE特征。因此，玉石沟蛇绿岩形成于玉石沟古洋中脊环境，同时受到下部富集地幔的影响。