中祁连东段上莫吉岩体地球化学特征及年代学意义

吕东奕，任二峰*，杨启鹏，熊文顺

(1.青海大学地质工程系，青海 西宁 810016； 2.青海煤炭地质局105勘探队，青海 西宁 810016)

祁连造山带是典型的增生型造山带，由北向南可分为北祁连、中祁连和南祁连3个构造单元[1-3]。祁连山造山带是中国重要的构造单元，前人对祁连山的研究主要集中在北祁连造山带，对于地质构造和岩体年龄等研究不够完善。一些学者对中祁连花岗岩进行了年龄地球化学研究，李继永等[4]通过对青城山岩体和通渭地区岩体进行测试得出，其侵位年代为晚古生代—中生代产物；雍拥等[5-6]对五间房岩体等进行测试表明，其侵位年代为新远古带早中期和古生代产物；郭进京等[7-8]对湟源群等岩体进行分析表明，其侵位年代为中晚元古代产物；高亮等[9]对白花沟岩体研究表明，其侵位年代为新元古带产物。为进一步完善中祁连的地球化学特征及年代学意义，本研究对中祁连东段上莫吉二长花岗岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，以确定该岩体的地质时代及构造环境。

1 研究区概况及岩石学特征

研究区位于中祁连东段，出露的地层主要有：第四系松散堆积物，主要为砂砾石、卵石、泥沙；磨石沟组(Chm)，为中层—厚层状石英岩，局部夹石英砂岩；东岔沟组(Pt1d)，为一套片麻岩、白云母片岩、斜长角闪片岩。研究区内侵入岩广泛发育，主要为晚奥陶世似斑状二长花岗岩(πηγO3)、二长花岗岩(ηγO3)、花岗闪长岩(γδO3)以及上莫吉二长花岗岩(图1)。

图1 研究区地质图Fig.1 Geological sketch of the study area

上莫吉岩体北侧与晚奥陶世似斑状二长花岗岩呈超动接触，其余部分与古元古代湟源群东岔沟组(Pt1d)侵入接触，岩体内可见长城纪湟中群磨石沟组(Chm)的捕虏体。岩体岩性主要为二长花岗岩(ηγPt3)。

灰白色片麻状二长花岗岩为花岗结构，弱片麻状构造。岩石主要由钾长石(30%～38%)、石英(25%～28%)、 斜长石(25%)、 黑云母(6%～15%)及少量的白云母(1%)组成。钾长石成它形粒状，粒度为0.05～0.7 mm，晶内见格子双晶且有土状高岭石分布；斜长石成半自形粒状，粒度为0.04～0.6 mm，晶内可见聚片双晶；石英成它形粒状，粒度为0.03～0.67 mm，有的石英成碎粒化及波状消光；黑云母成片状，片径为0.05～1.5 mm，晶内有白钛石析出物；白云母成片状，片径为0.03～0.89 mm，云母成定向排列，与长石、石英构成岩石的片麻状构造；磁铁矿含量0.1%，成细小粒状，零散分布，岩石中绿帘石、绿泥石、磷灰石含量分别为2%、0.6%、0.5%。

2 样品采集与测试

本实验采集的为二长花岗岩岩石标本。全岩主量、微量及稀土元素含量在武汉综合岩矿测试中心分析完成。锆石U-Pb同位素定年利用中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)的LA-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas 2005，ICP-MS为Agilent 7500a。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均用Isoplot软件[10]计算分析完成。在锆石分选之前，先用水清洗样品表面并晾干，将样品粉碎至80～90目，用手淘洗，再用电磁选分离，选取无磁或弱磁性的锆石单颗粒，在双目实体镜下人工挑选无包体、自形程度好、黄色透明的短柱状自形晶，作为测定年龄的样品。详细的实验条件及实验流程见文献[11-12]。

3 锆石U-Pb测年

通过对上莫吉岩体中二长花岗岩(TK31JD(U-Pb)1-1)样品中的锆石进行分析得出，该样品岩矿鉴定为片麻状二长花岗岩。在样品中的27个阴极发光图像(CL)中(图2)，除少量锆石颜色略带深褐色外，大部分锆石的颜色为无色透明，形状多数为长柱状，少数为短柱状，自形程度中等，自形—半自形，粒径范围为110～220 μm，长短轴之比为2∶1～3∶1。有的锆石表面可以发现晶棱和锥体被圆化的痕迹，部分锆石表面出现凹蚀坑，由此推测锆石遭受了后期热液蚀变或者锆石发生了变质作用。

图2 上莫吉岩体U-Pb同位素锆石阴极发光照片Fig.2 Luminescent photos of U-Pb isotope zircon of Shangmoji rock mass

在上莫吉岩体二长花岗岩U-Pb同位素锆石阴极发光图像(CL)中，25个样品点的锆石显示典型的韵律振荡环带(图2)，这与锆石的岩浆成因密切相关，并且在样品的2个锆石颗粒中发现卵圆形的残留锆石核，该残留锆石核与其他锆石不同，CL亮度低并且没有明显环带，该残留锆石核可能为源岩残留相，或者是岩浆在上升侵位过程中从围岩中捕获的。在样品的27个锆石点中，25个锆石具有典型的韵律振荡环带，2个锆石无典型的韵律振荡环带。本实验对25个具有典型振荡环带的锆石进行了LA-ICP-MS法U-Pb同位素定年显示，25个具振荡环带的锆石分析点给出的206Pb/238U年龄范围为861～931 Ma。所测样品的23个数据点均位于U-Pb谐和线上及其附近，形成了一条不一致线，2个数据点发生偏离，可能数据有误差，可以删除两个异常点。23个数据点的U-Pb年龄较集中，谐和度≥95%，206Pb/238U年龄加权平均值为(922.3±5.3) Ma(MSWD=0.037)，代表了二长花岗岩的成岩年龄，显示其形成时代为新元古代(图3和图4)。

图3 上莫吉岩体同位素测定结果谐和图Fig.3 Concordance diagram of the determination results of isotope of Shangmoji rock mass

图4 上莫吉岩体U-Pb同位素表面年龄加权平均值Fig.4 Concordance diagram of the determination results of isotope of Shangmoji rock mass

4 岩石地球化学

4.1主量元素研究区上莫吉岩体岩石化学特征见表1。

表1上莫吉岩体主量元素分析表

图5 上莫吉岩体主量元素分类图解Fig.5 Classification of major elements of Shangmoji rock mass

本实验采集的10件上莫吉二长花岗岩样品，将其岩石化学换算成“干”体系(扣除水等挥发分之后换算成100%)后，绘制侵入岩主量元素分类图(图5)。从图中可看出，9个点花岗岩区间分布，1个点在花岗闪长岩区间分布，少部分与室内显微镜下定名存在一定偏差，但大部分岩性与定名基本一致。本研究对有偏差的样品进行校正，各侵入岩石化学成分略有差异。

根据表1的数据可知，主量元素：SiO2(0.92%～75.00%)、Al2O3(12.98%～14.67%)、Na2O+K2O(5.18%～7.66%)，FeO(0.78%～3.05%)，MgO(0.34%～0.89%)，里特曼指数σ为0.84～2.01，碱度率AR为1.79～3.23，山德指数(A/CNK)为1.049～1.346，平均为1.25，A/NK为1.460～1.857，样品具有富钠、富钾的特点。硅碱图解(图5)样品集中分布于Ir分界线下方亚碱性岩区，该岩体为亚碱性岩。SiO2-K2O图解(图6)中8个样点分布在高钾钙碱性区，2个样点分布在钙碱性区，该岩体为钙碱性岩。山德指数图解(图7)样品点均落在过铝质区，样品山德指数均大于1.1，为强过铝质花岗岩[13-14]。故上莫吉二长花岗岩为强过铝质花岗岩，研究区上莫吉侵入岩属于强过铝质钙碱性岩。

图6 上莫吉岩体SiO2-K2O图解Fig.6 Diagram of SiO2-K2O of Shangmoji rock mass

图7 上莫吉岩体山德指数图解Fig.7 Diagram of Shande index of Shangmoji rock mass

4.2稀土元素特征稀土元素测试结果见表2。稀土元素总量∑REE=(147～246)×10-6，轻、重稀土元素比值LREE/HREE=3.83～13.18，(La/Yb)n为2.71～22.84，δEu=0.36～0.96，平均值为0.514，Sm/Nd=0.20～0.25，平均值为0.224，均小于1。图8为稀土元素球粒陨石标准化配分模式图，从图中显示为富集型模式，曲线向右倾斜，轻稀土从La到Eu依次递减，曲线较陡，表明分馏较强，重稀土曲线从Gd到Lu较为平缓，表明重稀土分馏程度相对较低，Eu具明显的负异常，曲线整体呈“海鸥型”，这种模式图与典型碰撞型花岗岩具有相似性。

图8 上莫吉岩体稀土元素配分模式图Fig.8 Distribution pattern of rare earth of Shangmoji rock mass

图9 上莫吉岩体微量元素蛛网图Fig.9 Cobweb diagram of trace elements of Shangmoji rock mass

4.3微量元素特征花岗岩微量元素测试结果见表2。Hf、Nb、Sc、Cu、W、Ni等元素相对富集，其中，Rb、Ta两类元素相对贫化，Zn、Th、Ba、Sr、Zr元素含量表现不一，高于或低于丰度值。以ORG为标准的微量元素分布形式图中(图9)，显示强烈正Rb、Th异常，Ce、Sm的中等正异常以及Nb、Zr不同程度的负异常，与阿曼同碰撞花岗岩的分布形式一致，表明其与大陆碰撞、地壳增厚密切相关。

表2上莫吉岩体微量及稀土元素分析表

表2(续)

5 构造背景分析

中祁连东段上莫吉二长花岗岩的岩石矿物特征及岩石地球化学特征显示为强过铝质类型，钙碱性系列，可以推断上莫吉二长花岗岩为CPG(含白云母过铝质花岗岩)型花岗岩，说明它是由古老的硅铝质大陆壳经重熔再结晶形成。在Nb-Y图解中(图10)，样品均落在火山弧及同碰撞区域，在Rb-(Y+Nb)图解中(图11)，样品数据落入后碰撞区域内。

图10 上莫吉岩体Nb-Y图解图Fig.10 Diagram of Nb-Y of Shangmoji rock mass

图11 上莫吉岩体Rb-(Y+Nb)图解Fig.11 Diagram of Rb-(Yb+Nb)of Shangmoji rock mass

R1-R2图解中(图12)，除少数样品外，大多样品集中分布于同碰撞花岗岩区，微量元素特征显示与阿曼同碰撞花岗岩相似，表明上莫吉二长花岗岩形成于大陆碰撞的构造环境中。

图12 上莫吉岩体R1-R2图解Fig.12 Diagram of R1-R2 of Shangmoji rock mass

6 讨论与结论

上莫吉花岗岩位于中祁连东段，其岩石组合、岩石地球化学特征及年代学是研究中祁连东段大地构造背景的重要因素。前期研究中，虽然得到岩体的铝饱和指数[ASI=AI2O3/(Ca+Na2O+K2O)或A/CNK(摩尔比)]大于1[7]，但并未将其与地质构造背景结合进行研究[7-9]。本研究上莫吉花岗岩体具有富钠、富钾的特征，属于强过铝质钙碱性岩。其稀土元素分布具有明显的负Eu异常；微量元素蛛网图上具有明显的正Rb、Th异常，Nb、Zr不同程度的负异常。岩体锆石U-Pb加权平均年龄为(922.3±5.3) Ma(MSWD=0.037)，为新元古代岩浆侵位活动的产物，此与前人的研究结果[7-9]相吻合。从岩石矿物特征及岩石地球化学特征可以推断中祁连变质侵入体为CPG(含白云母过铝质花岗岩)型花岗岩，说明其岩体由古老的硅铝质大陆壳经重熔再结晶而成。综上所述，研究区上莫吉二长花岗岩形成于新元古代的一次造山运动，为古老陆壳重熔形成的同碰撞花岗岩。