方永坤，曹成剛，董峻麟，李領貴

(1.青海省環(huán)境地質勘查局，青海 西寧 810001；2.青海九零六工程勘察設計院，青海 西寧 810001；3.青海省環(huán)境地質重點實驗室，青海 西寧 810001；4.青海省地質環(huán)境保護與災害防治工程技術研究中心，青海 西寧 810001；5.青海省第五地質勘查院，青海 西寧 810000)

0 引言

祁連造山帶具有極為復雜的大地構造演化歷史，是近年來熱點研究區(qū)之一。該造山帶又分為北祁連、中祁連及南祁連3個次級造山帶，3者擁有共同的前寒武紀結晶基底[1]，其構造演化普遍認為是隨著中祁連及北祁連發(fā)生大陸裂解，形成北祁連洋盆后，中南祁連地塊發(fā)生裂解分離，逐漸發(fā)育為南祁連洋盆。加里東期末期北祁連洋盆及南祁連洋盆均發(fā)生俯沖消減，陸塊完成拼合[2]。其中，中祁連與南祁連俯沖拼合時限與機制存在一定爭議，其原因主要集中在對該構造帶內斷續(xù)出露的寒武—奧陶系基性—中性火山巖、超基性巖及相關沉積組合形成構造環(huán)境認識的差異:如大陸裂谷[3-5]、地幔柱[6]、外來塊體[7]及溝弧體系[8]等，從而限制了對祁連造山帶構造演化的認識。近年來，通過對祁連造山帶巖漿巖[9-10]、變質巖、河流碎屑沉積物[11-14]以及區(qū)域構造等的研究，前人對沿碰撞帶分布的微陸塊在匯聚碰撞過程中的構造過程以及與地殼相關的構造—巖漿歷史取得了矚目的成果。由于南祁連早古生代巖漿活動研究數(shù)據(jù)較為分散，晚古生代蓋層大面積出露等因素導致一些基本問題：構造屬性，巖漿—構造歷史以及相關的地殼形成，以及南祁連構造帶的演化仍在爭論中。因此筆者選擇陽康地區(qū)花崗閃長巖巖體進行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學研究和巖石地球化學分析，探討花崗閃長巖成因類型和構造環(huán)境，為進一步制約南祁連的構造演化提供依據(jù)。

1 地質背景

祁連造山帶主要分為北祁連、中祁連和南祁連3個構造帶(圖1)。北祁連構造帶發(fā)育完整的溝—弧—盆體系巖石組合，包括增生楔、洋島/海山、蛇綠巖、HP/LT變質帶、島弧和弧前/弧后盆地等地質單元[15-17]。中祁連構造帶由前寒武紀花崗片麻巖、斜長角閃巖和變沉積巖[4,18]以及疊加于其上的早古生代俯沖和碰撞相關的鈣堿性侵入巖共同構成[20-22]，在湟源縣城附近主要發(fā)育湟源群(包括劉家臺組、東岔溝組、磨石溝組和青石坡組)和花石山群[23]。南祁連構造帶巖石組合類型時空差異較大，其中西段是由下古生界雜砂巖、板巖夾硅質巖及灰?guī)r透鏡體組成，東段是由前寒武紀黑云母斜長片麻巖、黑云母鉀長片麻巖以及少量石榴子石斜長角閃巖和石英巖共同組成(即化隆巖群)，同時發(fā)育大量與早古生代俯沖、碰撞作用密切相關的花崗巖和鎂鐵質—超鎂鐵質巖侵入體[24-26]。同時，南祁連構造帶北緣斷續(xù)發(fā)育一套由早古生代枕狀玄武巖、輝長輝綠巖、超基性巖等構成的蛇綠巖帶，自西向東斷續(xù)出露于鹽池灣大道爾吉、天峻縣木里、剛察縣納任哇爾瑪、湟中—化隆縣拉脊山和蘭州等地區(qū)。拉脊山蛇綠巖是該蛇綠巖帶中規(guī)模最大的蛇綠巖，同時也是南祁連構造帶的重要組成部分，南北兩側分別與中祁連湟源群和南祁連化隆巖群斷層接觸，主要由變質橄欖巖、超鎂鐵—鎂鐵質堆晶巖、輝長巖、輝綠巖、枕狀玄武巖和深海硅質巖共同構成[8,27]。

圖1 研究區(qū)地質簡圖(據(jù)參考文獻[19]修改)

區(qū)域上，拉脊山地區(qū)出露的巖石主要為寒武系火山沉積巖系、寒武系超基性巖、奧陶系火山巖和沉積巖以及少量志留系—泥盆系陸相碎屑沉積組合，其中寒武系火山沉積巖系包括枕狀玄武巖、安山巖、凝灰?guī)r、硅質巖和灰?guī)r透鏡體，灰?guī)r透鏡體中產溝頰蟲,隱球接子,庫廷蟲, 蝴蝶三葉蟲, 球接子類,多節(jié)類三葉蟲等化石[28-30]；寒武系超基性巖包括輝石橄欖巖、橄欖巖、輝石巖和蛇紋巖；奧陶系主要為安山巖、英安巖、凝灰?guī)r、礫巖和砂巖；志留系和泥盆系由礫巖、含礫砂巖、砂巖和粉砂巖組成，砂巖中發(fā)育槽狀、楔狀及板狀斜層理，礫巖中礫石疊瓦狀構造極為發(fā)育。志留系和泥盆系角度不整合于寒武系和奧陶系之上。

研究區(qū)位于南祁連中段，區(qū)內地層自元古宇—新生界均有不同程度分布，其中新元古界陽康片巖是測區(qū)最老的地層，其次為奧陶系鹽池灣組，二疊系巴音河群主要有勒門溝組、草地溝組、哈吉爾組、忠什公組，下—中三疊統(tǒng)郡子河群、上三疊統(tǒng)默勒群出露范圍較少，新近系咸水河組、第四系砂礫石多出露于地勢較低的主河道兩側。區(qū)內巖漿侵入活動微弱，主要呈巖株狀分布，主要有輝長巖、石英閃長巖和花崗閃長巖，還有少量的各類脈巖。巖漿侵入時代為主要為新元古代和奧陶紀晚期。斷裂構造較發(fā)育，按走向大致可劃分為NW、NE、SN和EW向斷裂，從各組斷裂的相互切割關系上看，NW向斷裂是測區(qū)最早的斷裂組，NE向斷裂是測區(qū)最新的斷裂組。區(qū)內褶皺構造發(fā)育不均，元古宇、奧陶系地層內較為發(fā)育，其次為二疊系地層，多為寬緩背向斜，主要以近EW向和NW向的寬緩褶皺為主。

花崗閃長巖巖體位于研究區(qū)西南，沿構造呈NW-SE向展布，長5 km，寬約2～3 km，內部發(fā)育有較多的變質砂巖包體。該巖體侵入新元古界陽康片巖、奧陶系鹽池灣組中，被二疊系地層系不整合覆蓋(采樣位置見圖1)?；◢忛W長巖新鮮面呈灰白色，中細粒結構，塊狀構造，主要由角閃石、斜長石、微斜長石、黑云母及少量的石英組成，礦物大小不等。石英呈不規(guī)則狀、他形粒狀充填，約占20%；微斜長石約占7%～8%，呈不規(guī)則狀、粒狀，粒度為0.2～2.0 mm，具條紋結構和格子雙晶，局部見有交代包裹斜長石、黑云母現(xiàn)象；斜長石呈自形板狀，粒度0.25～1.55 mm，多具聚片雙晶和環(huán)帶構造，較強簾石化，局部見有強烈的絹云母化，輕微碳酸鹽化，約占60%；黑云母呈片狀，約占5%～6%，局部見有強烈的綠泥石化，并伴有鐵質析出。

2 分析方法

野外挑選新鮮無蝕變的樣品，樣品編號為Pm04-4。將樣品粉碎至200目，利用標準重礦物分離技術分選出鋯石。經過雙目鏡下仔細挑選，將不同特征的鋯石粘在雙面膠上，并用無色透明的環(huán)氧樹脂固定；待其固化之后，拋光露出鋯石表面，對鋯石進行反射光透射光和陰極發(fā)光圖像采集(CL)，在上述工作的基礎上進行鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年。

同位素測年樣品在天津地質礦產研究所測試完成。本次測試采用激光單點剝蝕，數(shù)據(jù)采集采用調峰方式，鋯石年齡采用國際標準鋯石91500作為外標，標準玻璃NIST SRM610作為內標，校正鋯石微量元素。分析方法見文獻[31]；分析結果采用Glitter 4.0進行處理計算。

野外挑選5件新鮮無蝕變樣品(PM07-3、PM07-8、PM17-7、PM17-8、QC8112)進行全巖主微量元素分析，測試工作由自然資源部長春礦產資源監(jiān)督檢測中心承擔完成，主量元素利用熔片X-射線熒光光譜法(XRF)測定，并采用等離子光譜和化學法測定進行相互檢測。微量元素和稀土元素采用電感耦合等離子質譜法(ICP-MS)測定。主量元素分析精度和準確度優(yōu)于5%，微量稀土元素分析精度和準確度優(yōu)于10%。分析方法見文獻[32]。

3 分析結果

3.1 LA-ICP-MS鋯石測年

巖石樣品Pm04-4中鋯石較為完整，表面干凈，多為自形晶—半自形晶，長寬比1∶2～1∶4，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石震蕩環(huán)帶清楚(圖2)，成因為巖漿鋯石，于樣品Pm04-4中選擇了18件鋯石樣品進行了U-Pb同位素測定，測試結果見表1和圖2。分析結果在一致線曲線上成群分布(圖3)，w(206Pb)/w(238U)年齡介于440～448 Ma,加權平均年齡為444±1.2 Ma，MSWD=1.14，代表了巖漿結晶時代，為花崗巖巖體形成的時代，屬奧陶紀晚期。

圖2 陽康地區(qū)花崗閃長巖鋯石陰極發(fā)光圖像

表1 陽康地區(qū)花崗閃長巖同位素測年結果

圖3 陽康地區(qū)花崗閃長巖的U-Pb年齡諧和圖(a)和加權平均年齡(b)

3.2 地球化學特征

3.2.1 主量元素

陽康地區(qū)花崗閃長巖分析結果及特征值見表2，其中SiO2含量為64.72%～69.05%，在TAS巖石分類圖解中(圖4)，樣品均落于亞堿性系列范圍、花崗閃長巖區(qū)，與定名吻合。全堿含量介于6.23%～7.51%之間，Na2O和K2O分別介于2.37%～3.75%和3.51%～3.91%之間；w(K2O)/w(Na2O)值為0.94～1.63，除Pm17-7號樣品外，均顯示富鉀特征。在w(SiO2)-w(K2O)圖解中，樣品全部落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖5a)，Al2O3含量較高且變化范圍小，介于13.08%～16.87%間，鋁飽和指數(shù)A/CNK值為1.09～1.15，堿總量(NK值)較高，DI值反映巖漿結晶分異程較低；里特曼指數(shù)σ值為1.5～2.6，屬鈣堿性系列。在ANK-A/CNK圖解中，投影點均落于弱過鋁質區(qū)域(圖5b)。因此，陽康地區(qū)花崗閃長巖屬弱過鋁質、高鉀鈣堿性系列。

圖4 陽康地區(qū)TAS巖石分類圖解

表2 花崗閃長巖主量元素、稀土元素和微量元素含量及有關參數(shù)

圖5 w(SiO2)-w(K2O)圖解(a)和ANK-A/CNK圖解(b)

3.2.2 稀土元素

巖石樣品稀土總量ΣREE=133.06×10-6～458.40×10-6，平均260.67×10-6，其中輕稀土總量109.6×10-6～397.59×10-6，重稀土總量9.66×10-6～27.92×10-6，w(LREE)/w(HREE)為6.81～14.72，LREE相對富集，HREE相對虧損。[w(La)/w(Yb)]N為5.64～26.75，δEu值為0.46～0.98，具有負異常，揭示了斜長石經歷了分離結晶作用。在球粒隕石標準化稀土配分模式圖上，配分曲線顯示出明顯右傾(圖6a)，輕重稀土元素分餾明顯。ΣREE高于上地殼值168.37[33]，δCe介于0.92～1.0之間，平均0.96，接近原始地幔δCe值(δCe=1.00)[8]。

3.2.3 微量元素

花崗閃長巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖顯示(圖6b)，微量元素的配分模式近似一致。微量元素含量與同中國花崗閃長巖元素豐度[34]相比，僅是Sr、Cr低于平均值，其他元素均高于平均值。其中w(K)/w(Rb)值為195.12～232.12,w(Rb)/w(Sr)值為0.76～0.90，均屬劉英俊等[35]劃分的同熔型花崗巖。相對于原始地幔，微量元素表現(xiàn)出了富集Ba、Rb等大離子親石元素和活潑的不相容元素Th的特征，同時富集極不相容元素Zr，相對虧損Nb、Ta等高場強元素，且具有明顯的Sr、Ti、P的負異常，類似中、上地殼微量元素蛛網圖分布模式[36]，并與正?；』◢徺|巖石的蛛網圖特征基本一致，反映巖石成因與巖漿弧環(huán)境相關。

圖6 球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖解(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網圖(b)

4 討論

4.1 巖體形成時代

筆者對花崗閃長巖巖體進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學分析，結果表明鋯石均為巖漿成因，其邊部年齡代表了巖體的結晶時代，該年齡代表了鋯石w(206Pb)/w(238U)年齡介于440～448 Ma,加權平均年齡為444±1.2 Ma，MSWD=1.14，說明了花崗閃長巖巖體的形成于晚奧陶世。該年齡與中祁連石包城花崗巖(435±4 Ma)[37]及南祁連北段剛查大寺組花崗閃長巖年齡(435±4 Ma)相近，與中祁連湟源新店黑云母二長花崗巖(446±1 Ma)[38]、南祁裕龍溝黑云角閃輝石巖(442±2 Ma)[39]及車路溝巖體(446±3 Ma)[40]年齡相一致，反映了中南祁連地區(qū)在晚奧陶世至早志留世存在一期巖漿事件[41]。

4.2 巖石成因類型及源區(qū)性質

花崗巖的成因類型，目前大多數(shù)地質學者最常用的分類方案是將其劃分為Ⅰ型、S型、A型及M型[42]。暗色礦物(角閃石、堇青石、堿性暗色礦物)是區(qū)分Ⅰ型、S型及A型的礦物學標志，陽康地區(qū)花崗閃長巖具有角閃石及黑云母等暗色礦物，礦物學角度顯示其Ⅰ型花崗巖特征。研究表明[43]，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)是區(qū)分Ⅰ型、S型花崗巖重要的地球化學參數(shù)，Ⅰ型A/CNK值<1.1，S型A/CNK值>1.1，陽康地區(qū)花崗巖巖體A/CNK值為1.007～1.104，除Pm17-7外，其余4個樣品的A/CNK值均小于1.1，樣品全部落入弱過鋁質范圍，顯示Ⅰ型花崗巖成因類型特征。此外，磷灰石的含量作為一重要指標，用于區(qū)分Ⅰ型及S型花崗巖[44-47]，陽康地區(qū)花崗巖P2O5含量0.07～0.15，明顯低于S型花崗巖所具P2O5>0.2的特征[48]，w(FeO*)/w(MgO)比值(FeO*代表氧化鐵及氧化亞鐵總量，下同)為2.45～9.92，不具A型花崗巖w(FeO*)/w(MgO)>10[49]的富鐵特征。綜上，陽康地區(qū)花崗巖為Ⅰ型花崗巖。

陽康地區(qū)花崗巖具有高硅、高堿、貧鎂、貧鐵的特征，富集LREE、LILE元素(K、Ba、Rb)和活潑的不相容元素Th，虧損HFSE元素(Ta、Nb、Ti)，顯示殼源的地球化學屬性。其中w(Nb)/w(Ta)值為 10.84～15.06，平均12.60，接近上地殼值(w(Nb)/w(Ta)=10)；w(Rb)/w(Sr)為0.29～0.70，平均 0.53，接近大陸地殼值(w(Rb)/w(Sr)=0.32)。樣品中Zr元素的富集，也暗示源區(qū)的殼源性質。在w(La)/w(Sm)-w(La)圖解中(圖7)，w(La)/w(Sm)比值與La值呈正相關關系，說明巖漿侵位過程中，以部分熔融作用為主，并伴隨一定程度的分離結晶，但結晶分異作用相對較弱。樣品中Sr、Eu的虧損，說明巖漿源區(qū)有殘留的斜長石，P、Ti的虧損顯示源區(qū)有殘留的磷灰石、鈦鐵礦等物質。

圖7 w(La)/w(Sm)-w(La)圖解

綜上所述，本次花崗閃長巖地球化學特征顯示為殼源物質部分熔融的產物。

4.3 構造環(huán)境

花崗巖類型不僅可以指示動力學環(huán)境，而且也能作為動力學演變過程的示蹤物，指示動力學的演變過程[50]?；◢忛W長巖作為高鉀鈣堿性巖類，它的出現(xiàn)指示了一種構造體系的變化，其巖石地球化學特征很好地映證了這一點。陽康地區(qū)花崗閃長巖以富Si、Al、K，貧Mg、Fe、Ti，富集LILE和LREE，虧損HFSE和HREE為特征，顯示島弧和大陸邊緣花崗巖特點。在構造環(huán)境判別的w(Nb)-w(Y)圖中(圖8a)，樣品落入火山弧和同碰撞花崗巖范圍；w(Rb)-w(Y)+w(Nb)圖解中圖中(圖8b)，樣品落入火山弧花崗巖區(qū)域，顯示火山弧和同碰撞的環(huán)境。綜合巖石為高鉀鈣堿性巖石的特點，且并未出現(xiàn)低鉀系列，以上分析，表明陽康地區(qū)花崗巖總體顯示活動大陸邊緣的構造背景[51]。同期的巖漿事件在南祁連構造帶廣泛發(fā)育，如柴達木盆地北緣都蘭地區(qū)旺尕秀島弧型輝長巖(468～522 Ma)[52]、440～470 Ma洋內弧火山巖[53]以及445～514 Ma灘間山群弧火山—沉積序列。結合柴達木北西段的敖包山—呂梁山地區(qū)的鈣堿性I型花崗巖(445～496 Ma)[54]以及黨河南山地區(qū)奧陶紀的大道爾吉俯沖帶型蛇綠巖[55]等巖漿記錄都反映了該時期南祁連洋殼的北向俯沖，暗示該時期區(qū)域上應為活動大陸邊緣構造環(huán)境。

圖8 w(Nb)-w(Y)圖解(a)和w(Rb)-[w(Y)+w(Nb)]圖解(b)

該地區(qū)的構造背景表明[56-57]，早奧陶世晚期之后，中—南祁連的擴張體制逐漸轉化為俯沖消減體制；到早志留世時，中—南祁連間由于大洋板塊向深部俯沖，深部洋殼發(fā)生高溫脫水熔融，熔融的熔體交代上覆地幔橄欖巖，沿深大斷裂繼續(xù)上升至地殼，同時與周圍巖石發(fā)生物質交換，進而發(fā)生部分熔融形成陽康地區(qū)花崗巖。最終在晚志留世—晚泥盆世時，中—南祁連完成拼貼和碰撞[2]。

5 結論

1)陽康地區(qū)花崗閃長巖中鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡介于440～448 Ma，加權平均年齡為444±1.2 Ma(MSWD=1.14)，該年齡為代表了巖體的結晶年齡，屬奧陶紀晚期。

2)陽康地區(qū)花崗閃長巖以高硅、高堿、貧鎂、貧鐵的特征，富集LREE元素、LILE元素(K、Ba、Rb)和活潑的不相容元素Th，虧損HREE和HFSE元素(Ta、Nb、Ti)，具Sr、Eu的負異常，虧損P、Ti，具有Ⅰ型花崗巖的地球化學屬性，其為Ⅰ型花崗巖。

3)陽康地區(qū)花崗閃長巖是地殼部分熔融的產物，形成于活動的大陸邊緣構造環(huán)境。