巴颜喀拉北部江日嘎玛花岗侵入岩地球化学特征及锆石年龄

2022-06-27田光昊侯红星邵兴坤孙肖马永君秦丹鹤安晓宇

地质找矿论丛 2022年2期

田光昊，侯红星，邵兴坤，孙肖，马永君，秦丹鹤，安晓宇

(中国地质调查局廊坊自然资源综合调查中心，河北廊坊 065000)

0 引言

巴颜喀拉地体位于青藏高原北部(图1a)，夹持于阿尼玛卿缝合带和甘孜-理塘缝合带以及龙门山断裂带之间[1-4]，呈北西西向展布。该地体大部分被巨厚的三叠系地层覆盖，隐藏了大量的地质信息，被称为“中国地质百慕大”[5-6]。受古特提斯造山作用的影响，巴颜喀拉盆地内发育一定量的三叠纪花岗岩体，主要呈分散的岩株、岩基状产出[1,7-8]，花岗岩体的分布总体上呈北西向, 是巴颜喀拉—松潘—甘孜造山带构造发展过程中的一个重要组成部分[9]。研究岩体的岩石地球化学、侵位年龄以及岩浆源区等特征，对了解巴颜喀拉—松潘—甘孜造山带构造演化具有重要意义。

图1 研究区大地构造位置(a)及江日嘎玛花岗侵入岩地质简图(b)Fig.1 Geological map of Jiangri Gama intrusive granite with geotectonic position of the study area

研究区位于巴颜喀拉-松潘-甘孜造山带北部(图1a)，自然气候恶劣以及交通条件较差，前人工作较少，研究程度不高。前人曾在1∶20万区调工作中通过同位素钾-氩法测得江日嘎玛花岗的侵入岩年龄值为226.5 Ma±11 Ma，时代为印支期晚三叠世。由于侵入体受到后期构造、风化、蚀变等多重因素影响，黑云母矿物更易受到风化和蚀变的影响，据此时代不确定，存在较大的质疑，并且缺配套岩石样。因此，本文通过在青海江日嘎玛地区开展的1∶5万区域地质调查(I47E009010、I47E009011、I47E010010、I47E010011)野外工作的基础上，结合采集样品的室内鉴定、测试分析、研究等工作，对江日嘎玛花岗侵入岩进行岩相学、岩石地球化学及年代学研究，探讨其成因及构造环境，为进一步研究古特提斯洋的闭合以及陆块碰撞拼合等构造演化过程提供新的证据。

1 岩石学特征

江日嘎玛花岗侵入岩位于青海省玛多县江日嘎玛西侧(图1b)，出露面积较小，面积约1.32 km2。侵入岩以岩株产出，平面形态呈不规则状浑圆状，长轴方向北西-南东向，侵位于中三叠世甘德组三段地层中，接触面呈弯曲状-锯齿状。根据前人1︰20万资料，侵入岩南侧可见黑云母二长花岗岩蚀变带，接触变质岩主要为黑云母堇青石角岩及角岩化不等粒岩屑长石杂砂岩；围岩北部具堇青石角岩化蚀变强烈。岩体被断层切割，断层走向约120°，岩体节理发育。花岗岩由斑晶和基质组成，局部可见砂岩包体。部分地段较差形成坡积碎石，沿破碎面发育弱孔雀石化，铜蓝，呈浸染状、薄膜状分布。

江日嘎玛花岗侵入岩岩性以二长花岗岩为主，岩石风化色多为灰黄色、灰白色(图2a)，新鲜色为灰白色，表面见有少量褐铁矿化，似斑状结构，块状构造，主要由斑晶和基质组成(图2b)。其中，斑晶粒度0.3～1 cm，斑晶中主要以灰白色石英和长石组成；基质粒度肉眼可见，粒度多为1～3 mm。主要矿物成分有石英(约占20%)、斜长石(约占18%)、条纹长石(约占30%)和中长石(约占12%)，次要矿物为黑云母(约占13%)和绿泥石(5%)，副矿物为磷灰石(1%)、锆石(1%)和极少量的绿帘石。斜长石呈半自形板条状(图2b)，晶面较浑浊，次生泥化、绢云母化，可见细密且平直的聚片双晶。中长石呈半自形板条状、宽板状，可见聚片双晶和环带构造。条纹长石呈半自形板条状、宽板状，糙面明显，可见细脉状、细棒状条纹双晶。石英呈他形粒状，可见干静明亮，具有波状消光，黑云母呈宽板状、片状，具有明显多色性，浅褐色-棕褐色，可见一组极完全解理，平行消光，发生退变质作用，形成绿泥石化，具有墨水兰异常干涉色。

图2 二长花岗岩岩石学特征Fig.2 Petrological characteristics of mozonitic granitea.岩石标本照片；b.显微镜下特征(+,10×5; 据D5512-b2薄片)Q.石英；Pl.斜长石；Per.条纹长石；Bt.黑云母

2 岩石地球化学特征

2.1 主量元素特征

本次研究在江日嘎玛花岗侵入岩不同位置采集了4块花岗岩石样品，并将4块样品送往中国地质调查局西安地质调查中心分别进行主量、微量及稀土元素测试分析。

由表1可知，检测据4件样品w(SiO2)=69.63%～71.05%，较高，属酸性岩。里特曼指数σ=1.97～2.06(表2)，σ<4，为钙碱性岩。从w(SiO2)—w(K2O)分类图解(图3)上可以看出，岩体属于高钾钙碱性系列岩石(图3a)。岩石的w(K2O)>w(Na2O)，A/NK=1.396～1.459，A/CNK=1.017～1.043，属弱过铝质岩石(图3b)。碱度指数AR=2.4～2.61，较高；固结指数SI=7.88～10.29，较低，岩浆分异程度高，岩石酸性程度也高；分异指数DI=76.62～83.46，较高，表明岩浆酸性程度高；说明SiO2、K2O含量高，FeO、MgO、CaO含量低，岩石属酸性高硅、铝、钾，低镁、钠、铁。从表3不难看出，江日嘎玛二长花岗岩岩石CIPW标准矿物缺少标准矿物透辉石(Di)，而出现标准矿物刚玉(c)，标准矿物组合为Q、Or、Ab、An、C、Hy，显示岩石属SiO2过饱和铝过饱和类型。怀特和查佩尔(Write A J R和Chappell B W, 1974, 1977)等在区分Ⅰ型和S型花岗岩的化学参数，A/CNK值小于1.1者为Ⅰ型，大于1.1者为S型。Griffiths等(1983)在区分M型、Ⅰ型、S型和A型花岗岩时又曾提出了一个岩石化学指数S/I(S/I=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O+CaO))。S/I指数<1.1、SiO2含量范围较宽、w(Fe2O3)/w(FeO)>0.4，为Ⅰ型花岗岩；S/I指数>1.05、SiO2含量高而变化范围窄、w(Fe2O3)/w(FeO)<0.4，为S型花岗岩。江日嘎玛二长花岗岩的A/CNK值或S/I指数为1.017～1.043，该值<1.1，具有Ⅰ型花岗岩特征。

表1 江日嘎玛二长花岗岩岩石化学含量Table 1 Petrochemical analysis of Jiangri Gama Mozonitic granite

表2 江日嘎玛二长花岗岩岩石化学特征Table 2 Petrochemical characteristics of Jiangri Gama Mozonitic granite

表3 江日嘎玛二长花岗岩岩石CIPW组成特征Table 3 CIPW characteristics of Jiangri Gama Mozonitic granite

图3 江日嘎玛二长花岗岩w(SiO2)—w(K2O)图解及A/CNK—A/NK图解Fig.3 w(SiO2)-w(KO2) and A/CNK-A/AK diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

2.2 稀土元素特征

江日嘎玛二长花岗岩的稀土元素分析结果见表4，稀土元素特征值见表5。

表4 江日嘎玛二长花岗岩稀土元素含量Table 4 REE content of Jiangri Gama Mozonitic granite

花岗岩稀土总量144.98×10-6～159.39×10-6，平均152.05×10-6，略低于地壳平均值(据黎彤, 1976)，高于地幔平均值(据黎彤，1976)，稀土元素属富集型。轻稀土含量130.02×10-6～142.91×10-6，重稀土含量14.96×10-6～16.63×10-6，轻重稀土比值为8.01～8.83(表5)，且稀土元素曲线为右倾型，属轻稀土富集型。La与Yb比值高(12.15～14.65)、变化范围较小，稀土分馏程度也高(w(La)N/w(Yb)N=8.72～10.51)；Gd与Yb比值较高(1.96～2.38)、变化范围较小，Sm与Nd比值低(0.20～0.21)、变化范围小且均<0.333(据赫尔曼)，为富集型。表明为轻稀土富集型。

表5 江日嘎玛二长花岗岩稀土元素特征值Table 5 REE characteristics value of Jiangri Gama Mozonitic granite

图4a为稀土元素球粒陨石标准化曲线图，该标准化曲线为左高右低向右略陡倾的曲线，负铕异常，其中δEu=0.57～0.60，样品均有Eu负异常，Eu亏损明显，成岩主要处于强氧化环境。造成Eu亏损可能是在分馏结晶过程中长石结晶或在部分熔融作用中长石残留在源区，形成强负Eu异常的残余熔体。δCe=0.98～1.03，平均1.01，Ce无异常，说明岩体受流体影响不明显。本次工作获得的4件样品稀土配分曲线基本一致，配分曲线均为向右倾斜的轻稀土富集型，显示了岩浆演化的同源性。

2.3 微量元素特征

江日嘎玛二长花岗岩的微量元素分析结果(表6和表7)表明，Ni、Cr等亲铁元素含量高于世界同类花岗岩，预示着成矿条件较差；明显富集高场强元素Zr、Hf，亏损Nb、U、Ta、Ti，明显富集大离子亲石元素Ba，亏损Rb、K。微量元素蛛网元素分布图(图4b)中P、Ti亏损强烈，元素分布形式与同碰撞花岗岩相近，反映出该期花岗岩具有Ⅰ型花岗岩的特征。总体上，显示有同碰撞花岗岩的特点。

表6 江日嘎玛二长花岗岩微量元素含量Table 6 Trace element content of Jiangri Gama Mozonitic granite

表7 江日嘎玛二长花岗岩微量元素含量Table 7 Trace element content of Jiangri Gama Mozonitic granite

图4 江日嘎玛二长花岗岩稀土元素配分曲线(a)和微量元素蛛网图(b)Fig.4 REE pattern (a) and trace element spider (b) diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

3 侵入岩时代

本次工作采集中细粒二长花岗岩锆石U-Pb测年样品共1件，选出单颗粒锆石送西安地质矿产研究所实验测试中心进行SHRIMP U-Pb同位素测年分析。共选取31颗形态各异的锆石开展测年工作。锆石样品为短柱状、长柱状，以短柱状居多，少量为长柱状，淡棕色，透明，核部具有较好的振荡型环带，为无色透明中短柱状自形晶体，属岩浆成因锆石(图5)。其具体的测定结果和计算得到相关参数详见表8。

图5 中细粒二长花岗岩锆石阴极发光图像Fig.5 Cathodo-luminescence image of zircon from medium-fine grained Mozonitic granite

表8 江日嘎玛二长花岗岩锆石U-Pb法同位素年龄测定结果Table 8 U-Pb dating age of zircon from Jiangri Gama Mozonitic granite

样品共获得了17个测点的年龄数据，206Pb/238U年龄变化于219 Ma—227Ma，均投影在U-Pb谐和曲线上或附近(图6)；206Pb/238U加权平均年龄为222.5 Ma±1.9 Ma。数据表明，花岗岩的时代为中生代晚三叠统，代表了花岗岩的结晶年龄。

图6 江日嘎玛二长花岗岩锆石U-Pb谐和曲线(a)及加权平均年龄(b)Fig.6 U-Pb concordia diagram and weighted averge age of zircon from Jiangri Gama Mozonitic granite

4 讨论

江日嘎玛二长花岗岩在岩石学具有似斑状结构。岩石地球化学特征上，富铝高钾，高Si、Al2O3、K，低Na、贫Ca、Mg、Fe，为钙碱性岩。在岩石成因系列的w(TiO2)—w(Zr)图解(图7)及w(SiO2)—w(Zr)图解(图8)中，江日嘎玛二长花岗岩均投在Ⅰ型花岗岩。稀土元素方面，稀土总略低于地壳平均值而高于地幔平均值，轻重稀土比值变化范围8.01～8.83，稀土配分曲线均为向右倾斜的轻稀土富集型，具有碰撞造山环境特征。Rb/30-Hf-Ta×3构造环境判别图(图9)显示，属碰撞后花岗岩。以上表明，江日嘎玛二长花岗岩为碰撞后形成的花岗岩。

图7 江日嘎玛二长花岗岩w(TiO2)—w(Zr)图解Fig.7 w(TiO2)—w(Zr) diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

图8 江日嘎玛二长花岗岩w(Zr)—w(SiO2)图解Fig.8 w(Zr)—w(SiO2) diagram of Jiangri Gama Mozonitic granite

图9 Rb/30-Hf-Ta×3构造环境判别图Fig.9 Rb/30-Hf-Ta×3 tectonic discrimination diagram

巴颜喀拉山晚三叠世岩浆活动时间时代跨度较大，从晚三叠世早期到晚期在巴颜喀拉山内呈带状分布。本次测得江日嘎玛二长花岗岩年龄在215.7 Ma—230Ma ，基本符合巴颜喀拉岩区花岗岩类岩浆侵位年龄为220 Ma—212 Ma[1-4,10-14]，属碰撞造山后期及不久形成，为碰撞后阶段拆沉作用形成的镁铁质岩浆底侵不同源区地壳部分熔融的结果[1,6,15]。江日嘎玛花岗侵入岩形成于碰撞造山后期地壳减薄环境中。