祁连地区窑井子岩龄及同位素特征

2022-02-04樊生龙刘子锐

有色金属设计 2022年4期

樊生龙，刘子锐，胡妍

(甘肃省地质调查院，甘肃兰州 730000)

0 引言

窑井子岩体位于北祁连造山带，北祁连造山带属早古生代造山带[1]。自南东向北西，该造山带分布了多处加里东期花岗岩。部分学者对该造山带上的花岗岩进行了研究，位于景泰西南的井子川岩体，其锆石年龄为464.0±15 Ma(SHRIMP)，其形成的构造环境为火山岛弧；黄洋河岩体锆石年龄为383.0±6 Ma(ICP-MS)，为后碰撞花岗岩，岩体形成于北祁连洋闭合后[2]；北大板岩体锆石年龄为414 Ma±4 Ma(U-Pb)，岩体形成于同碰撞向后碰撞的构造转换时期[3]；位于山丹县西南的大佛寺岩体，其锆石年龄为426.0±2.8 Ma(U-Pb)，位于酒泉东南部的金佛寺岩体，其U-Pb锆石年龄为424.0±1.6 Ma(U-Pb)，二者形成环境均为碰撞后伸展，此时北祁连洋已经闭合[4]；自中晚奥陶世-早泥盆世，北祁连造山带经历了祁连板块向华北板块俯冲、碰撞环境，构造环境复杂。前人工作将北大板南北两部分岩体归并于加里东晚期侵入，未进行岩石学及年代学研究；黄增宝(2010)研究认为北大板南侧岩体为晚志留纪侵入，而窑井子岩体缺少年代学研究证据，因此，研究窑井子岩体有助于对北祁连构造演化提供新的岩石学、年代学方面的依据。

1 地质概况与岩石学特征

1.1 地质概况

窑井子岩体位于武威市金山乡西南约4 km，岩体出露呈倒三角形，呈北西西相延伸，岩体出露面积约578.25 km2，据1：200 000河西堡幅区域地质调查资料，岩体与寒武系大黄山群(εd)呈侵入接触，并分别与侏罗系窑街组(J2y)，二叠系大黄山组(P2d)，石炭系太原组(C1t)呈不整合接触。

1.2 岩石学特征

窑井子岩体主要岩性为肉红色中粗粒正长花岗岩、肉红色似斑状正长花岗岩，局部为肉红色中细粒二长花岗岩，岩性以肉红色中粗粒正长花岗岩为主，肉红色中粗粒正长花岗岩，风化面呈灰白色，新鲜面为肉红色，中粗粒花岗质结构，块状构造，岩石中矿物主要是钾长石35 %～40 %，斜长石15 %～20 %，石英25 %～30 %，黑云母2 %～3 %、角闪石3 %～5 %和褐帘石1 %～2 %，副矿物为磁铁矿和磷灰石，岩石中可见大量暗色闪长质包体(图1c)，具有I型花岗岩特征[5]。见图1。

2 样品分析方法

该次工作在窑井子岩体中部窑井子一带采集了新鲜无蚀变的5件样品用于锆石年龄及锶钕铅同位素分析，样品编号为1#～5#，其中2#样品一并采集了U-Pb锆石年龄样。

岩石化学分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。锶、钕、铅同位素分析采用ISOPROBE-T热表面电离质谱仪，Phoenix热表面电离质谱仪完成，分析误差为2σ；U-Pb锆石年龄样品由河北省地质测绘院完成锆石制靶，在中国地质调查局天津地质调查中心同位素重点实验室完成。将样品粉碎为100 μm，利用双目镜选择透明、无包裹体且具有代表性的锆石颗粒，将锆石颗粒制成环氧树脂样品靶；将样品靶打磨剖光并使其露出中心部位，进行锆石阴极发光图像(CL)采集，然后选择合适的锆石颗粒进行U-Pb年龄测定，利用激光剥蚀多接收器等离子质谱仪(LA-MC-ICP-MS)进行微区原位U-Pb同位素测定，数据处理及作图采用ICPMSDataCal和ISOPLOT程序[6]。

3 岩石地球化学特征

3.1 锶、钕同位素特征

依据窑井子岩体锶、钕同位素分析结果可知，87Sr/86Sr值为0.717 81～0.721 48之间，均值为0.719 77；。147Sm/144Nd值为0.08～0.10之间，平均0.09；143Nd/144Nd值为0.511 75～0.511 93之间，平均0.511 85；εNd(t)为-11.18～-8.22之间，平均-9.46；TDM值为1.51～1.83 Ga，平均1.65 Ga，指示其物源来自古元古代-中元古代。见表1。

表1 窑井子岩体体锶、钕同位素组成Tab.1 Sr and Nd isotopic composition of the Yaojingz rock

3.2 锆石年代学特征

此次锆石有效点16点，从锆石CL阴极发光图像(图3)可知，锆石可分为3类，其中1、2、5、6、7号锆石，颜色多呈褐色，表面不平整，震荡环带不发育，个别可见椭圆形暗色继承性核，8、10、12、16、19号锆石表面具有蚀变；而11、14、15、18、20号锆石晶形完整，透明，震荡韵律环带明显，具有岩浆锆石特征。从窑井子岩体正长花岗岩锆石U-Pb年龄测定结果可知，锆石Th/U值普遍集中于0.65～0.91，为岩浆成因锆石。

图2 窑井子正长花岗岩锆石U-Pb年龄和谐图和直方图Fig.2 Diagrams of U-Pb zircon ages of the Yaojingzi syenogranite

图3 窑井子正长花岗岩锆石阴极发光图和年龄Fig.3 Zircon illumination and ages of the Yaojingzi syenogranite

在窑井子正长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图上(图2a)，和谐等时线下交点年龄为444±16 Ma，MSWD为0.5，而11、14、15、18、20号锆石206Pb/238U表面年龄集中于447 Ma～457 Ma，加权平均值452±1.5 Ma，MSWD为0.75，95 %置信度，与和谐等时线下交点年龄接近，可解释为岩浆结晶年龄。

4 讨论

4.1 岩体的形成时代

据1：200 000河西堡、武威县幅区域地质调查报告，将北大坂岩体和窑井子岩体归为加里东晚期侵入花岗岩，未进行测年及地球化学分析；2010年黄增保等对北大坂岩体进行过单颗粒U-Pb锆石分析，认为北大坂岩体形成环境为同碰撞向后碰撞转换时期，形成时代为早泥盆世(414±4 Ma)[3]，此次工作对窑井子岩体进行单颗粒U-Pb锆石分析，结果表明岩体年龄为晚奥陶世(452±1.5 Ma)，与北大板岩体为不同时代侵入，应予以划分，这一成果为窑井子岩体提供了年代学依据。

4.2 物源分析

窑井子岩体岩石中未出现白云母、堇青石等过铝制矿物，含有少量的角闪石(3 %～5 %)这些特征与S型花岗岩特征不符，具有I型花岗岩特征[7，8]。I型花岗岩原指来自于火成岩源岩的花岗岩，后来研究者发现地幔及地壳岩浆混合及下地壳岩浆上升中与上地壳岩石混染等也可形成I型花岗岩，窑井子岩体的87Sr/86Sr初始值为0.708 7～0.711 2之间，均值为0.709 4，介于0.706～0.719之间，说明岩浆来源为壳源，受到了幔源物质混染[9]，而岩体中普遍发育暗色闪长质包体(图1c)也对源岩为壳幔混合成因进行了佐证，因此，笔者认为窑井子岩体为壳幔混合成因。

窑井子岩体TDM值为1.51～1.83 Ga，平均1.65 Ga，指示其物源主要为古中元古代地层。在(FeO。T+MgO+TiO2)-ω(SiO2)关系图解(图4a)显示窑井子岩体样品投影点多数位于黑云片麻岩区；而在Al2O3/(FeOT+MgO+TiO2)/Al2O3+FeOT+MgO+TiO2图解中(图4b)，样品投影点多数靠近变火山岩部分熔融区，可见窑井子岩体源岩为富长石质，可能为变火山岩熔融而来。结合区域地质资料，推测其源岩可能为北大河岩群黑云石英片岩、二云石英片岩、钾长片麻岩等。

图4 窑井子正长花岗岩Y-SiO2图解，窑井子岩体εNd(t)-t图解Fig.4 Diagrams of Y-SiO2，εNd(t)-t

4.3 构造意义

前人研究结果表明，北祁连造山带在寒武纪中后期形成洋盆(522 Ma～495 Ma)，于奥陶纪早期开始向华北板块俯冲(486 Ma～455 Ma)，到奥陶纪末-志留纪中后期碰撞造山(445 Ma～428 Ma)[1]，窑井子岩体正处于祁连板块向华北板块俯冲末期的构造环境，俯冲作用减弱，北祁连洋向北俯冲阻力增加，发生板片的断离及脱水作用，导致上地幔部分熔融形成岩浆，岩浆上涌与下地壳古中元古代地层发生混合熔融，随后侵位至浅层成岩。