青海省曲麻莱地区扎日尕那南地区花岗岩体地球化学特征及构造意义＊

2021-10-13叶红锋王富贵王建龙

甘肃科技 2021年15期

叶红锋，闫旺，高翔，王富贵，王建龙

（甘肃省地矿局第三地勘院，甘肃兰州 730050）

青藏高原北部的东昆仑造山带是中国大陆中央造山系的重要组成部分，在其内部存在着大量晚华力西期-印支期岩浆岩，虽然不同学者对其开展过较深入的研究工作，但对晚三叠世花岗质岩石成因和地球动力学背景的研究相对较少。造成这种情况的主要原因是缺少系统的、高精度的年代学和岩石地球化学数据[1]。东昆仑造山带广泛出露三叠纪岩浆混合成因花岗岩,它们具有共同的特征:岩体成分变化大;花岗岩类岩石中富含镁铁质微粒包体（maficmicrogranularenclave--MME）;不同岩性之间常常呈渐变过渡关系[2]，东昆仑造山带晚华力西期-印支期花岗质岩石中广泛发育暗色微粒包体[3]。从能量、物质运移的角度认识岩浆混合作用,以揭示上地幔、地壳的信息,并为认识区域构造-岩浆演化提供约束[4]。扎日尕那南花岗岩体位于扎日尕那南4781 高地周围，出露面积约1.1km2，平面上呈椭圆状。该岩体岩性可细分为中细粒黑云母二长花岗岩、中细粒黑云母花岗闪长岩两种类型，围岩为清水河组二段砂岩，砂岩角岩化强烈，该岩体为一小岩株，岩株南侧发育不规则状的岩枝，岩体与地层之间接触面北倾，倾角介于56°～66°之间。本文在野外地质调查的基础上，通过对东昆仑扎日尕南花岗岩提供岩石、地球化学分析和锆石U-Pb 年代的资料，并对花岗岩区晚三叠世的起源、成因和岩浆作用动力学的背景等进行分析和探讨。

1 区域地质概况

研究所在地区位于中国青藏高原东部的昆仑山中部，跨越了东昆仑山口昌马河口的俯冲高原增生带地楔，巴颜喀拉雅山边缘的前陆高原盆地上具有两个重要构造性地带。主要露下的二叠统马尔争组碎屑岩为非扇大陆的斜坡沉积，上三叠统清水河组是典型的海相复理石沉积。侵入岩不太发育，以小岩株的形态单独产出，主要分布于扎日戈那南地区，扎日戈那南岩体周围为扎日戈那南4781 高地，露面约1.1 km2，平面呈椭圆形（如图1 所示）。岩体的岩性可分为中粒黑云母二长花岗岩和中粒黑云母花岗闪长岩两大类。围岩为清水河组二段砂岩，砂岩角岩化强烈。

图1 研究区侵入岩分布图

2 岩石学特征

中细粒黑云母花岗闪长岩:浅灰色,花岗结构,块状构造。组成矿物包括钾长石(20%)、斜长石(45%)、石英(28%)、黑云母(7%)。斜长石宽板状、短柱形和近粒状，大小在0.1～3.0mm。发育微绢云母，帘石化；钾长石是微斜长石，钠长石。石英呈不规则的粒状，大小约0.5mm，可见斜长石、微量包裹物等。黑云母鳞片长轴在0.1～1.0mm，晶体边缘及解理缝为轻微的绿泥石及帘石，副矿物经常与黑云母同时生或包裹在一起。

3 同位素年龄

3.1 样品采集

扎日尕那南花岗岩体采集了1 件LA-ICP-MS锆石U-Pb 测年样品，岩性为浅灰色中细粒黑云母花岗闪长岩，公里网坐标为X=619901，Y=3915768。采集样品新鲜并具有代表性。

3.2 锆石U-Pb 定年

锆石的阴极光(LC)照相完成于河北廊坊诚信地质服务有限公司的电子探针仪，由激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)原位U-Pb 定年，在西北大学动力学国家重点实验室进行（见表1、表2）。锆石U-Pb 同位素测定由西北大学动力学国家重点实验室进行，采用德国MicroLas 公司生产的GeoLas 200M 激光剥蚀系统与Elan6100DRC ICP-MS 联机测定，分析采用的激光斑束直径为30μm，激光脉冲为10Hz，能量为32～36mJ，激光剥蚀样品的深度为20～40μm。锆石年龄测定采用国际标准锆石91500作为外部标准物质。采用Glitter(ver4.0，Macquarie University) 序对锆石的同位素比值及元素含量进行计算。并按照Andersen Tom 的方法。用LAMICPMS Common Lead Correction(ver 3.15)进行普通铅校正。年龄计算及谐和图采用Isoplot(ver3.0)完成。

表1 扎日尕那南花岗闪长岩LA-ICP-MS 同位素分析数据

表2 扎日尕那南花岗闪长岩LA-ICP-MS 同位素分析数据

4 岩石地球化学分析

主量元素在国土资源部兰州矿产资源监督检验中心用X 射线荧光光谱(XRF)方法分析完成，XRF 溶片法按照国家标准GB/T14506.28-1993 执行。元素分析误差小于2.5%，氧化物总量介于99.75%～100.25%。FeO 用湿化学分析法单独测定完成，烧失量(LOI)在烘箱中经1000℃高温烘烤90min 后称重获得。微量元素在国土资源部兰州矿产资源监督检验中心采用Thermo-X7 电感耦合等离子体质谱仪进行样品测定。

4.1 主量元素

扎日尕那南岩体的SiO2含量变化范围为67.48%～69.38%，高于中国花岗闪长岩平均值64.98%；TiO2含量为0.438%～0.793%；Al2O3含量为14%～16.46%；Fe2O3含量为0.40%～1.08%；FeO 含量为0.09%～2.95%；MgO 含量为0.03%～1.63%；Na2O/K2O 值为0.68～0.77，小于1；而FeO 含量和MgO 含量较低，且K2O 含量较Na2O 含量高。与中国花岗闪长岩平均值含对比（如图2 所示），扎日尕那南花岗岩体显示出高钾低钠特点，显示岩体与地壳之间存在成因上的关系。

图2 扎日尕那南花岗岩体TAS 图解

从岩石全分析数据（见表3）可以看出，SiO2与TiO2、CaO、MnO、FeO、Al2O3、MgO 大致呈负相关，而与K2O 成正相关，与Na2O、P2O5的关系不明显，全碱值（Alk）较高，为5.89%～7.98%，平均值为6.40%，总体上具有高硅、富碱和低Fe、贫钙镁的特点。

表3 扎日尕那南花岗岩体主量元素分析结果（wB/%）及参数特征

Na2O/K2O 值为0.68～0.77，平均值为0.67，小于1；铝饱和指数A/CNK 值为0.95～1.21，平均值为1.11，均值大于1.0；有两件样品小于1.0，可能为岩浆侵位过程中发生轻微同化混染。说明该侵入岩为S 型花岗岩；在花岗岩成因系列Na2O-K2O 图解中（如图3 所示），所有样品落入S 型花岗岩区；里特曼指数（σ）值为1.33～1.72，平均1.51，小于3.3，为钙碱性系列；碱度率（AR）值为1.70～2.00，平均值为1.80，表明该岩体具有弱碱性；在岩石系列SiO2-K2O图解（如图4 所示）中，该岩体表现为高钾钙碱性系列岩石。因此，扎日尕那南花岗岩体具铝质-准铝质高钾钙碱性岩系中S 型花岗岩的特点。

图3 扎日尕那南花岗岩体的Na2O-K2O 图解

图4 扎日尕那南花岗岩体SiO2-K2O 图解

综上所述，扎日尕那南花岗岩体具铝质高钾钙碱性岩系中S 型花岗岩的特点，形成于相对还原的条件，岩浆来源于陆壳，在侵位过程中发生同化混染。

4.2 稀土元素、微量元素地球化学特征

扎日尕那南花岗岩体稀土元素分析数据见表4，SREE 值为149.07～184.04×10-6，平均值为162.87×10-6，小于173×10-6。LREE 值为116.52～157.74×10-6，平均值为131.45×10-6，大于137.4×10-6；HREE 值为23.36～52.28×10-6，平均值为31.42×10-6，大于15×10-6；LREE/HREE 值为2.23～6.00，平均值为4.54，小于9.13；总体上和中国中生代花岗岩类比较，SREE、LREE 和LREE/HREE 较低，而HREE 较高。花岗闪长岩稀土元素均有不同程度的分馏，经球粒陨石标准化的稀土元素配分模式呈现轻稀土强烈富集的右倾斜型（如图5、图6 所示）。（La/Yb）N 值为4.89～17.53，平均值为12.48，高于9.54，表明轻重稀土元素分馏比中国中生代花岗岩类明显；(La/Sm)N 值为3.00～4.17，平均值为3.73，低于4.97；(Gd/Yb)N 值为1.11～2.51，平均值为2.04，高于1.80，说明轻稀土分馏程度较重稀土分馏程度差。中细粒黑云母花岗闪长岩中基本无CE 异常，δCe 值为1.04～1.11，平均值为1.06，说明岩浆演化过程处于弱还原环境下；闪长岩具有显著的负铕异常，δEu 值为0.32～1.01，平均值为0.63，且铕异常的变化是连续的，负铕异常及HREE 的亏损，说明中细粒黑云母花岗闪长岩的岩浆源区有斜长石和石榴子石的残留或斜长石发生过结晶分离作用。

表4 扎日尕那南花岗岩体稀土、微量元素分析结果（wB/10-6）及参数特征

（续表4）

图5 扎日尕那南花岗岩体稀土元素配分模式图

图6 扎日尕那南花岗岩体微量元素配分模式图

4.3 锆石U-pb 年代学

花岗闪长岩中的锆石颗粒形状比较规则，粒径在150～200μm 之间，锆石的CL 图像显示大多数锆石具有较好的晶型，并显示明显的岩浆结晶环带，没有被后期改造的痕迹。锆石的Th/U 比值范围为0.14～0.39，均大于0.1，且Th、U 之间具有良好的正相关关系，表明其为岩浆成因锆石。

花岗闪长岩锆石微区有效数据分析点共13 个（如图7 所示），分析数据见表2，所测锆石的206Pb/238U表面年龄范围在207.1±1.87Ma～215.6±1.92Ma，最大的年龄误差3.08Ma，所有的数据点集中分布在协和曲线附近。其206Pb/238U 年龄的加权平均值为211.5±2.2Ma，MSWD=0.46（95%置信度）（如图8 所示）。形成时代为晚三叠世。

图7 扎日尕那南花岗闪长岩（2013ⅩⅢTW-2）典型锆石的CL 图像和年龄值

图8 扎日尕那南花岗闪长岩U-Pb 年龄谐和图及206Pb/238U 加权平均年龄

5 讨论

5.1 成岩温压

扎日尕那南花岗岩体呈岩株状产出，形态椭圆形，其长轴方向与主构造方向基本一致，主动侵入于三叠系清水河组地层中，接触变质明显，角岩带北宽南窄，岩体剥蚀深度较浅。将花岗岩计算成标准矿物后，投影于Q-Ab-An 图（如图9 所示）上，花岗岩样品投点落在700℃等温线内，对应的负荷围压约0.5-1GPa，显示随着岩浆的演化，温度、压力均递减，Sm/Nd 介于0.21-0.29，平均0.255，略高于地壳平均值0.20，远远低于球粒陨石0.33，说明花岗岩的形成主要以地壳物质为主或受到壳幔循环作用的影响，显示了典型的地壳重熔花岗岩特征。

图9 扎日尕那南花岗岩体Q-Ab-An 图

综上，扎日尕那南部的花岗岩地区具有S 型铝质准质的铝质高锰酸钾岩和钙质的碱性岩形成系统和S 型铝质花岗石的地质特征，形成于这种挤压和同重力碰撞撞击构造的地质环境中，在高度印支后期的与燕山山脉碰撞的页岩造山运动过程中，在这种挤压和同撞击碰撞构造动力学的机制下，引发页岩地壳中矿物质部分快速熔融从而形成。

5.2 构造意义

前人研究认为I 型花岗岩与俯冲阶段相对应，S型花岗岩与碰撞阶段相对应，A 型花岗岩与后造山伸展背景相联系[5]。东昆仑地区晚华力西期-印支期存在着广泛的岩浆活动（260～190Ma）。区域内，东昆仑东段南缘和勒岗希里可特、科科阿龙等地出露了一套小型的花岗岩，侵位与三叠统闹仓坚沟(T2n)相似，侵位年龄228 Ma，花岗岩地球化学性质表明，属于碰撞结构阶段[6]。八宝山组合闹仓坚沟组在不整合的面下地层结构变形强。区域构造变形是不整合的中三叠世晚期至早期主碰撞造山的表现，以上几个地质实例一致都表明，东昆仑地区的晚三叠世早期由以前局部初始碰撞转为陆(弧)大地区全面碰撞的造山结构阶段，这次碰撞为东昆仑和其邻地区的基础构造建筑奠定了条件[7]。

碰撞造山的作用是以S 型花岗岩矿物为标志的。本次研究结果表明，扎日尕那南花岗岩是同碰撞S 型花岗石，侵位年限为211.5±2.2 Ma 。这些岩浆是阿尼玛卿一布青山洋俯冲、巴颜喀拉地块与东昆仑地段的陆上碰撞反映了巴颜喀拉。通过研究东昆仑中晚三叠世花岗岩，说明了东昆仑地区碰撞后的转换过程，先有了新底侵的地壳拆沉，导致了玄武岩浆下融合形成，导致了地壳在减压下融合，使其下融化，然后新生地壳熔融而成。通过研究扎日喀拉南花岗岩体，对解释了巴颜喀拉和东昆仑地块在碰撞后发生的构造体系转换，为东昆仑晚三叠世特提斯洋从碰撞到极端的碰撞转换提供了直接证据，综合这次工作和前人的研究结果，认为阿尼玛卿古特提斯洋的俯冲作用将持续至早三叠世，直到晚三叠时期。晚三叠世才完全转入造山的陆内碰撞阶段。