白榮龍 虎金榮 趙甫峰 岳雅慧 周慧玲

1.天水師范學院資源與環(huán)境工程學院，天水 741001 2.自然資源部黃河上游戰(zhàn)略性礦產資源重點實驗室，蘭州 730046 3.甘肅省有色地質調查院，蘭州 730000 4.成都理工大學地球科學學院，成都 610059 5.中國科學院青藏高原研究所，北京 100101 6.中國地震局蘭州巖土地震研究所，蘭州 730000

北山造山帶隸屬中亞造山帶中段南緣，地處塔里木、華北、西伯利亞和哈薩克斯坦板塊的交匯部位。其西側以星星峽斷裂與東天山構造帶相隔，東被巴丹吉林沙漠所覆蓋，南鄰敦煌地塊，北接蒙古增生造山帶(左國朝和何國琦，1990; 左國朝等，2003; 王鑫玉等，2018; 任云偉等，2019)。該地區(qū)經歷了多階段復雜的板塊裂解-俯沖-碰撞-拼合地質演化過程，具多旋回復合造山的特點(聶鳳軍等，2002; 龔全勝等，2002; 白榮龍等，2020)。因而，北山造山帶的構造單元歸屬劃分、地殼演化、洋盆開合時限等科學問題備受地質界關注，并取得了大量研究成果(左國朝和何國琦，1990；張新虎，1993；劉雪亞和王荃，1995；龔全勝等，2002；何世平等，2002；聶鳳軍等，2002；Xiaoetal., 2010；楊建國等，2012；Songetal.，2013a，b，2015)，這些研究成果也為本文的研究提供了基礎。

北山造山帶北部地區(qū)位于石板井-小黃山蛇綠混雜帶和紅石山蛇綠混雜帶之間，區(qū)內出露大量與俯沖-增生碰撞造山相關的巖漿巖、變質巖和變形-變質記錄(丁嘉鑫等，2015; 宋東方等，2018)。長期以來，前人對紅柳河槽-躍進山地區(qū)大規(guī)模產出的花崗質侵入雜巖體野外產狀、形成時代及與區(qū)內產出的銅鎢鉬金鐵等礦化關系等認識基本處于空白狀態(tài)。因此，通過對紅柳河槽-躍進山地區(qū)的花崗巖體的成巖時代和巖石地球化學所反映的巖石成因及構造背景進行分析，這對進一步在該區(qū)開展成礦作用研究，就顯得尤為必要。本文通過對研究區(qū)的野外地質填圖，初步厘清了區(qū)內花崗巖的產狀及規(guī)模，識別并查明了區(qū)內巖體與各類礦化的關系；系統(tǒng)采集紅柳河槽-躍進山一帶產出的花崗巖體樣品，對其進行巖相學、巖石地球化學、鋯石U-Pb年代學及Lu-Hf同位素分析；在此基礎上，探討其巖石成因、源區(qū)及構造背景，進而揭示北山造山帶中北部構造演化。這對深化北山造山帶巖體深部動力學機制的認識、豐富造山帶構造演化和陸殼生長理論，并指導在該區(qū)進行礦產資源勘查具有重要的意義。

1 區(qū)域地質概況及地質特征

北山造山帶地理位置上位于新-甘-蒙交界地帶，大地構造位置上位于中亞造山帶中段南緣(Xiaoetal.，2010；鄭榮國等，2016；白榮龍等，2020)(圖1a，b)。區(qū)域上出露的地層主要有古元古界敦煌巖群、長城系古硐井群、志留系中統(tǒng)公婆泉群、石炭系下統(tǒng)白山組、二疊系下統(tǒng)雙堡塘組及中生界地層。

北山造山帶巖漿活動極為頻繁，各階段均有不同規(guī)模、不同類型、不同成因的巖漿巖產出。其中，早古生代晚期-晚古生代巖漿活動最為強烈，發(fā)育有面積巨大的侵入巖體和火山巖，巖性從基性-酸性均有產出，又以中酸性巖漿巖最為發(fā)育。侵入巖最重要的圍巖地層是石炭系下統(tǒng)白山組地層，主要由爆發(fā)相火山巖段中、酸性火山碎屑巖(安山質火山角礫熔巖、英安質火山角礫巖、英安質晶屑玻屑熔結角礫巖、英安質含火山角礫凝灰角礫巖等)和噴溢相中性、中酸性、酸性火山巖夾(火山)碎屑巖(英安巖、安山巖、凝灰?guī)r、凝灰質砂巖、硅質巖、大理巖及長石石英砂巖等)組成，多呈殘留體的形式產出，為晚古生代巖漿弧的主要組成部分。

由于研究區(qū)為一多旋回復合造山帶(Xiaoetal.，2009；宋東方等，2018)，所處大地構造位置特殊，地質構造形式復雜多樣，這對成礦十分有利。區(qū)內金屬礦床分布廣泛，產出的礦種有銅、金、鐵、鎢、鉬、鉛鋅、銀、稀有金屬等(白榮龍等，2022)，礦床類型、成礦方式多樣，含礦地層專屬性明顯(如石炭系下統(tǒng)白山組)，容礦巖石類型復雜，成礦時代集中，礦床時空分布規(guī)律明顯。

北山造山帶北部紅柳河槽-躍進山地區(qū)產出的巖體(圖1c)多呈巖基、巖株或巖枝產出，巖石類型主要有二長花崗巖、正長花崗巖、花崗閃長巖。其中紅柳河槽巖體產出規(guī)模較小，呈巖株狀，巖性為正長花崗巖，巖體向北侵入于石炭系下統(tǒng)白山組二段地層中，其南被后期巖體和構造破壞，局部地段被下侏羅統(tǒng)水西溝群所覆蓋。該巖體與北側白山組地層接觸帶產出鎢、鉛鋅礦體，西側也見有鐵、金礦點。因此，紅柳河槽巖體與鎢、鉛鋅、鐵、金成礦關系密切。躍進山巖體分布于研究區(qū)中帶東側，巖體呈巖株狀，巖性主要為二長花崗巖，局部過渡為正長花崗巖。受區(qū)域斷裂構造(F4、F7)控制明顯，巖體主體侵入于石炭系下統(tǒng)白山組二段中，其西側被晚期花崗閃長巖體侵位破壞。該巖體與新發(fā)現的躍進山銅、鎢、鉬、鉛鋅等成礦關系密切，鎢礦體主要產于該巖體與白山組地層接觸帶形成的矽卡巖中，銅、鉬礦體多產于該巖體內部。雙尖山南-大紅泉-狼娃山-躍進山北巖體群由雙尖山南花崗閃長巖體、大紅泉二長花崗巖-花崗巖閃長巖體、狼娃山二長花崗巖體、躍進山北花崗閃長巖-二長花崗巖-正長花崗巖體組成，它們大面積分布于研究區(qū)中北部東西一帶，整體呈NEE向、近EW向條帶狀分布，受區(qū)域構造控制明顯。單個巖體多呈巖基或巖株產出，少量以殘留體形式被晚期侵入巖包裹，均侵位于下石炭統(tǒng)白山組地層中。通過野外大量的觀察，結合其產狀特征及各巖體間接觸關系，認為以上巖體具有相似的侵位特征，可能為相近期次巖漿作用的產物。

圖1 中亞造山帶構造框架示意圖(a)、北山造山帶構造-巖漿巖分布圖(b, 據Song et al., 2015；宋東方等，2018；白榮龍等，2020修改)及紅柳河槽-躍進山地區(qū)地質圖(c)

2 樣品采集及巖石學特征

本次在對紅柳河槽-躍進山地區(qū)出露的、與成礦關系密切的紅柳河槽正長花崗巖體、狼娃山二長花崗巖體、躍進山北正長花崗巖體、躍進山二長花崗巖體等詳細的實測地質剖面的基礎上進行。分別在以上巖體中選擇新鮮、無蝕變的正長花崗巖、二長花崗巖露頭采集樣品，用于U-Pb年代學測試(Z002、Z003、Z009、Z010)，部分樣品用于Lu-Hf同位素測試(Z009、Z010)，同時依據巖體野外產狀分別采集對應花崗巖樣品用于主量和微量元素分析。

紅柳河槽正長花崗巖(Z010，圖2a-d)，見于紅柳河槽鎢鉛鋅礦區(qū)，出露規(guī)模較小。巖石呈淺肉紅色，受構造作用的影響明顯，呈糜棱結構、碎斑結構，眼球狀構造、條帶狀構造，巖石由碎斑(90%±)和碎基(10%±)組成。碎斑礦物成分為石英(25%±)、微斜長石(15%±)、條紋長石(40%±)和少量的斜長石(10%～15%)等；礦物粒徑多>0.5mm，多呈眼球狀、透鏡狀，局部碎斑趨于定向排列；碎基由?；氖ⅰ㈤L石、絹云母、綠泥石、黑云母、綠簾石及鐵質等組成，礦物粒度細小，大多<0.02mm，明顯發(fā)生了動態(tài)重結晶，局部集合體形成的條帶圍繞碎斑分布，具有流動構造，定向排列特征明顯。

圖2 紅柳河槽糜棱巖化正長花崗巖(a-d)和狼娃山二長花崗巖(e-h)的野外露頭、手標本及顯微特征

狼娃山二長花崗巖(Z009，圖2e-h)，呈中-細?；◢徑Y構，局部呈似斑狀結構，塊狀構造。礦物組成包括斜長石(35%～40%)、石英(25%～30%)、鉀長石(30%～35%)、微量黑云母及副礦物，其中長石的晶體形態(tài)多規(guī)則，以自形-半自形的寬板狀和粒狀為主，大小主要在0.2～4.5mm間，大小連續(xù)；斜長石聚片雙晶發(fā)育，發(fā)生強烈絹-白云母化和粘土化；鉀長石格子雙晶和條紋構造發(fā)育，強烈高嶺土化；石英呈他形粒狀集合體分布，正交偏光下具強烈波狀消光；黑云母的粒徑在0.1～0.8mm間，有不同程度的綠泥石化，呈鱗片狀集合體分布。

躍進山北正長花崗巖(Z002，圖3a-d)，主要分布在躍進山北一帶，出露規(guī)模較小，細-中粒花崗結構，塊狀構造。礦物組成包括鉀長石(50%～55%)、斜長石(15%～20%)、石英(25%～30%)、黑云母(3%±)及副礦物。石英，他形粒狀，粒度大多在0.40～2.00mm之間，晶體表面較干凈，分布在長石粒間；鉀長石呈他形粒狀，大多在0.55～2.00mm之間，主要為條紋長石和少量微斜長石，弱的高嶺土化(泥化)、綠簾石化等，微斜長石見格子雙晶；斜長石，半自形板狀，粒度大多在0.50～1.80mm之間，聚片雙晶發(fā)育，弱鈉黝簾石化、絹云母化和綠簾石化等，晶體表渾濁；黑云母呈片狀，長徑大多在0.35～2.50mm之間，多已蝕變?yōu)榫G泥石，僅保留原始晶形，不均勻分布于其他礦物粒間。該期巖體中局部發(fā)育大量的石英網脈，脈中見有白鎢礦產出。

圖3 躍進山北正長花崗巖(a-d)和躍進山二長花崗巖(e-h)野外露頭、手標本及顯微特征

躍進山二長花崗巖(Z003，圖3e-h)，見于躍進山銅鎢礦區(qū)，出露規(guī)模較小，巖石呈淺肉紅色，細?；◢徑Y構，局部見似斑狀結構，塊狀構造。礦物組成包括斜長石(含量約35%～40%)、石英(30%±)、鉀長石(25%～30%)、黑云母(2%±)及微量金屬礦物+鋯石+磷灰石。石英呈他形粒狀，粒度約0.65～2.00mm，晶體表面較干凈；斜長石，半自形板狀，長徑在0.60～2.00mm之間，聚片雙晶發(fā)育，少量見環(huán)帶構造，以更-中長石為主，中心弱的絹云母化、泥化；鉀長石，它形粒狀，粒度約0.55～1.80mm，主要為條紋長石和少量的微斜長石，微斜長石見格子雙晶，弱的高嶺土化(泥化)；黑云母呈片狀，長徑約0.35～1.50mm，弱綠泥石化，不均勻分布于礦物粒間。該期巖漿活動與躍進山銅鎢多金屬礦成礦關系密切。

3 測試方法

本次測試工作主要對采集的研究區(qū)花崗巖樣品用于鋯石U-Pb年代學、Lu-Hf同位素測試；同時對其它樣品用于主量和微量元素分析。

鋯石U-Pb定年測試工作在中國科學院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS)上完成，激光剝蝕系統(tǒng)為NewWave公司生產的UP193FX型193nm ArF 準分子系統(tǒng)，激光器來自于ATL公司，ICP-MS為Agilent 7500a，載氣為He，激光束斑直徑為30μm，頻率為5Hz，激光剝蝕能量約為2.4～2.7J/cm2，外標為GJ-1和Qinghu標準鋯石，內標為NIST 610；采用 GLITTER_ver 4.0軟件進行同位素比值及元素含量數據計算，采用Andersen and Griffin(2004)的方法進行普通Pb校正，圖件繪制和年齡計算采用Isoplot/Ex_ver 3(Ludwig, 2003)程序完成。

鋯石微區(qū)原位Lu-Hf同位素分析測試在北京中科礦研檢測技術有限公司激光剝蝕多接收器電感耦合等離子體質譜儀上完成，分析系統(tǒng)為多接收等離子體質譜儀(NEPTUNE plus)，激光進樣系統(tǒng)為 NWR 213nm 固體激光器。利用173Yb/172Yb=1.35274、179Hf/177Hf=0.7325分別對Yb、Hf同位素比值進行指數歸一化校正，本次分析采用GJ-1為標樣，測試176Hf/177Hf 值與標準結果在誤差范圍內一致，具體測試過程參見文獻(侯可軍等，2007)。

全巖主量、微量和稀土元素測試工作在澳實礦物實驗室(廣州)完成。主量元素測定采用P61-XRF26分析法，測試儀器為PANalytical品牌PW2424 型號X射線熒光光譜儀，P61-XRF26s 分析法誤差<5%；微量元素和稀土元素采用M61-MS81分析法，測試儀器為Agilen品牌7700x型號電感耦合等離子體質譜，M61-MS81分析法中元素含量大于10×10-6的誤差范圍小于5%，元素含量小于10×10-6的精度優(yōu)于10%，具體流程見檢測實驗室分析測試手冊及靳新娣和朱和平(2000)。

4 分析結果

4.1 鋯石U-Pb年代學

本文工作重點為與成礦關系密切的狼娃山巖體、躍進山巖體、躍進山北巖體、紅柳河槽巖體，共計采集4件樣品進行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析(表1、圖4)。

表1 研究區(qū)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學分析結果表

圖4 研究區(qū)花崗巖鋯石U-Pb諧和年齡、加權平均年齡及球粒隕石標準化稀土元素配分圖(巖漿鋯石和熱液鋯石范圍據Hoskin, 2005；標準化值據Sun and McDonough, 1989)

狼娃山二長花崗巖(Z009)樣品采自狼娃山鐵礦區(qū)與成礦關系密切部位，共測得有效點20個(表1)，鋯石自形程度好，多呈短柱狀，長軸多在60～100μm，短軸多在40～60μm間，鋯石長寬比例多在1:1.2～1:1.8，在CL圖上可見明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，樣品在測試過程中信號穩(wěn)定，年齡值諧和度高，數據可信。206Pb/238U年齡值主要集中在325～328Ma，加權平均年齡為327.1±2.4Ma(n=20，MSWD=0.022)(圖4a, b)，代表了狼娃山二長花崗巖的形成年齡(早石炭世)。

在紅柳河槽地區(qū)野外地質調查過程中新發(fā)現了鉛鋅鎢礦點，在對礦點詳細研究的基礎上采集紅柳河槽與成礦直接相關的正長花崗巖體(Z010)樣品分析，共測得有效點22個(表1)，鋯石自形程度好，多呈短柱狀，長軸多在80～110μm間，短軸多在45～70μm間，鋯石長寬比例多在1:1.1～1:1.6之間。在CL圖上可見明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，206Pb/238U年齡值主要集中在326～328Ma，加權平均年齡為326.7±2.4Ma(n=15，MSWD=0.019)(圖4d, e)，代表了紅柳河槽正長花崗巖體的形成年齡(早石炭世)。此外，發(fā)現7顆繼承性鋯石，其中單點最大年齡446Ma，可能為巖漿侵位過程中捕獲了圍巖的繼承鋯石。

躍進山北正長花崗巖體(Z002)中大量發(fā)育含白鎢礦石英網(細)脈，本次采集該巖體樣品共測得有效點22個(表1)，鋯石自形程度好，多呈短柱狀，個別呈長柱狀和橢球狀，長軸多在55～95μm，短軸多在30～55μm，鋯石長寬比例多在1:1.3～1:2。在CL圖上可見明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，206Pb/238U年齡值主要集中在319～324Ma，加權平均年齡為321.3±2.4Ma(n=22，MSWD=0.12)(圖4g, h)，代表了躍進山北正長花崗巖的形成年齡(早石炭世晚期)。

躍進山二長花崗巖(Z003)樣品共測得有效點21個(表1)，鋯石自形程度好，多呈短柱狀，長軸多在60～95μm，短軸多在30～50μm，鋯石長寬比例多在1:1.2～1:2。在CL圖上可見明顯的巖漿震蕩環(huán)帶，206Pb/238U年齡值主要集中在308～314Ma，加權平均年齡為309.7 ±2.2Ma(n=21，MSWD=0.052)(圖4j, k)，代表了躍進山二長花崗巖的形成年齡(晚石炭世)。

鋯石稀土元素測試結果見表2。鋯石球粒隕石標準化稀土元素配分曲線表現為重稀土較輕稀土富集的左傾模式，同時具明顯的Ce正異常、Eu負異常，這與Hoskin(2005)測定巖漿鋯石的稀土配分模式極為相似，進一步佐證其為典型的巖漿鋯石(圖4)。因此，以上所測鋯石年齡可代表花崗巖成巖年齡。

表2 研究區(qū)花崗巖LA-ICP-MS鋯石稀土元素數據、鋯石Ti溫度及Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)值

4.2 全巖地球化學特征

4.2.1 主量元素

(1)早石炭世花崗巖

早石炭世花崗巖主要分布在研究區(qū)北部的雙尖山南、紅柳河槽、雙井子北、躍進山北、狼娃山鐵礦區(qū)一帶，以紅柳河槽巖體、雙尖山南-大紅泉-狼娃山-躍進山北巖體群等為代表，巖性主要以花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖為主。綜合本文樣品(數據見表3)、區(qū)域地質調查報告(孫新春等，2016(1)孫新春, 郭兵, 包志軍, 張海峰, 王軍, 劉濤.2016.甘肅省1:5萬白山泉等六幅區(qū)域地質調查報告)及鄭榮國等(2016)等巖石地球化學數據顯示，除個別樣品外，本區(qū)早石炭世花崗巖閃長巖SiO2含量主要為65.03%～70.92%，平均值68.50%；Al2O3含量在12.45%～16.31%，平均值14.69%；ALK(Na2O+K2O)值在4.64%～8.02%，平均值6.56%；TiO2(0.10%～0.73%，平均值0.40%)含量較低。早石炭世正長花崗巖SiO2含量主要為74.47%～77.41%，平均值75.57%，明顯富硅；Al2O3含量為12.20%～15.33%，平均值13.35%；Na2O+K2O全堿含量較高，在6.66%～8.31%之間，平均值7.31%；TiO2(0.11%～0.47%，平均值0.23%)含量較低，具有高硅富鋁富堿的特征。早石炭世二長花崗巖SiO2含量主體為74.32%～75.41%，平均值74.86%，富硅；Al2O3含量為12.78%～12.96%，平均值12.87%；ALK(Na2O+K2O)值為7.45%～8.10%，平均值7.78%；TiO2(0.20%～0.24%，平均值0.22%)含量較低。在TAS圖解中，所有數據點均位于亞堿性系列區(qū)(圖5a)，即位于標準花崗閃長巖-花崗巖的成分范圍內。在硅-堿系列判別圖解中，花崗閃長巖表現出了從低鉀鈣堿性向高鉀鈣堿性的演化特征，而正長花崗巖和二長花崗巖表現出了高鉀鈣堿性特征(圖5b)。在SiO2-(Na2O+K2O-CaO)圖解(圖5c)中，樣品投影點主體落在鈣性花崗巖與鈣堿性花崗巖范圍。此外，正長花崗巖和二長花崗巖ASI=0.90～1.22，屬準鋁質系列，個別具弱過鋁質特點(圖5d)；花崗閃長巖ASI=0.92～0.99，具有準鋁質的特征，其A/CNK比值均小于1.10(Chappell and White，1974；Maniar and Piccoli，1989)；正長花崗巖和二長花崗巖DI=77.90～93.84，平均值為88.88，明顯較高，SI=2.00～10.06，明顯偏低，屬于演化程度較高的花崗巖；花崗閃長巖DI=64.11～96.18，平均值為77.47，SI=1.46～19.88，屬于演化程度較高的花崗巖，但從數值來看，正長花崗巖和二長花崗巖演化程度明顯高于花崗閃長巖。

圖5 研究區(qū)石炭紀花崗巖分類判別圖解

表3 研究區(qū)花崗巖主量(wt%)、微量及稀土(×10-6)元素分析結果

(2)晚石炭世花崗巖

晚石炭世花崗巖主要分布在研究區(qū)北部的雙尖山、大紅泉、狼娃山南、躍進山一帶，以雙尖山巖體、躍進山巖體等為代表，巖性主要為二長花崗巖、正長花崗巖，其中以二長花崗巖為主。綜合本文樣品測試結果(表3)和甘肅省1:5萬白山泉等六幅區(qū)域地質調查報告中(孫新春等，2016)巖石地球化學數據顯示，晚石炭世二長花崗巖SiO2含量主體為75.47%～76.41%，平均值75.89%，富硅；Al2O3含量為12.34%～12.83%，平均值12.56%；Na2O+K2O全堿含量為6.72%～8.78%，平均值7.59%；TiO2(0.04%～0.24%，平均值0.15%)含量較低。晚石炭世正長花崗巖SiO2含量主體在71.41%～77.72%之間，平均值74.85%，明顯富硅；Al2O3含量在12.17%～13.70%之間，平均值13.20%；ALK(Na2O+K2O)含量較高，為7.59%～8.68%，平均值8.10%；TiO2(0.05%～0.37%，平均值0.19%)含量較低。

晚石炭世所有樣品數據均表現為亞堿性系列特征(圖5a)，并且均落于標準花崗巖區(qū)。在SiO2-K2O系列判別圖解中，正長花崗巖和二長花崗巖均表現出高鉀鈣堿性系列特征(圖5b)。在SiO2-(Na2O+K2O-CaO)圖解(圖5c)中樣品主體落在鈣堿性花崗巖區(qū)，個別落在鈣性花崗巖區(qū)。正長花崗巖和二長花崗巖ASI=0.95～1.07，結合A/NK-A/CNK圖解判別其屬準鋁質-弱過鋁質系列(圖5d)，其A/CNK比值均小于1.10(Chappell and White，1974；Maniar and Piccoli，1989)；正長花崗巖和二長花崗巖DI=85.97～96.58，平均值為91.55，明顯較高，SI=0.11～15.07，數值偏低，正長花崗巖和二長花崗巖演化程度均較高；正長花崗巖的Mg#值(2.50～23.18，平均值為15.92)比二長花崗巖(9.28～66.78，平均值為30.19)低，指示二長花崗巖較正長花崗巖巖漿源區(qū)地幔物質貢獻程度高。

4.2.2 微量元素

(1)早石炭世巖體

早石炭世花崗閃長巖測試樣品微量元素分析數據引自甘肅省1:5萬白山泉等六幅區(qū)域地質調查報告(孫新春等，2016)。原始地幔標準化微量元素蛛網圖解顯示(圖6a)，樣品特征區(qū)間較寬泛，整體具富集大離子親石元素Rb、Th、K、U、LREE，虧損高場強元素Ta、Nb、Sr、Eu、P、Ti等，表現出弧巖漿特征，個別樣品的分析元素偏離曲線群，可能部分樣品受后期弱蝕變所致，樣品整體表現為相對一致的趨勢線。

圖6 研究區(qū)石炭紀花崗巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖(a)和球粒隕石標準化稀土元素分布型式圖(b)(標準值據Sun and McDonough, 1989)

早石炭世二長花崗巖和正長花崗巖測試樣品微量元素分析數據見表3和鄭榮國等(2016)，原始地幔標準化微量元素蛛網圖解(圖6a)顯示樣品數據較均一，富集大離子親石元素Rb、Th、K、U、LREE，虧損高場強元素Ta、Nb、Sr、Eu、P、Ti等，且Ba、Ta、Nb、Sr、Eu、P、Ti等元素的虧損，也可能暗示其巖漿曾發(fā)生過鉀長石、斜長石、黑云母、鈦鐵礦、磷灰石等的分離結晶作用。

在球粒隕石標準化稀土元素配分圖解(圖6b)上，早石炭世花崗巖類樣品大多呈右傾的稀土分配模式，表現為LREE相對富集、HREE較為平坦，僅個別樣品呈現“海鷗式”配分模式。其中早石炭世花崗閃長巖∑REE為45.79×10-6～142.9×10-6，(La/Yb)N比值為2.32～16.73，平均值為8.29，且樣品多表現為負銪異常(δEu=0.16～0.97，平均值0.73)，δCe為0.95～1.09，平均值為1.00，未表現出明顯的Ce異常特征；早石炭世二長花崗巖∑REE為104.3×10-6～123.8×10-6，(La/Yb)N比值為7.39～10.19，平均值為8.79，樣品均表現為負銪異常(δEu=0.61～0.64，平均0.63)，δCe為0.93～1.05，平均值為0.99；早石炭世正長花崗巖∑REE為60.35×10-6～124.4×10-6，(La/Yb)N比值為4.44～10.23，平均值7.26，樣品多表現為負銪異常(δEu=0.31～0.98，平均值0.69)，δCe=0.99～1.06，平均值1.02。

(2)晚石炭世巖體

晚石炭世二長花崗巖和正長花崗巖測試樣品微量元素分析數據見表3和甘肅省1:5萬白山泉等六幅區(qū)域地質調查報告(孫新春等，2016)。微量元素蛛網圖解(圖6a)顯示：樣品具富集大離子親石元素Rb、Th、K、U、LREE，虧損高場強元素Ta、Nb、Sr、Eu、P、Ti的特點，指示其具有弧巖漿特征，同前文論述，Ba、Ta、Nb、Sr、Eu、P、Ti等元素的虧損。

在球粒隕石標準化稀土元素配分圖解(圖6b)上，晚石炭世花崗巖類樣品同樣呈右傾的稀土分配模式，表現為LREE相對富集、HREE較為平坦，但與早石炭世花崗巖類稀土配分模式對比來看，其右傾程度較為平緩，輕、重稀土分異程度低于早石炭世花崗巖類。晚石炭世正長花崗巖∑REE為60.33×10-6～136.0×10-6，(La/Yb)N比值為1.66～10.22，平均值5.65，δEu=0.14～0.71，平均值0.49，δCe=0.98～1.12，平均值1.04；晚石炭世二長花崗巖∑REE為28.85×10-6～115.2×10-6，(La/Yb)N比值為1.24～10.37，平均值5.35，δEu=0.14～0.81，平均值0.58、δCe=0.99～1.03，平均值1.00。

4.3 鋯石Lu-Hf同位素

鋯石Lu-Hf同位素在示蹤地球化學源區(qū)等方面提供了重要信息(Amelinetal., 2000；Griffinetal., 2004；徐平等，2004；Belousovaetal., 2006；吳福元等，2007a)。本文在前期已進行鋯石測年的樣品中選取2件具代表性的不同時代、不同巖性樣品進行鋯石原位微區(qū)Lu-Hf同位素分析，包括狼娃山鐵礦區(qū)早石炭世二長花崗巖和紅柳河槽鉛鋅鎢礦區(qū)早石炭世正長花崗巖(表4)。狼娃山鐵礦區(qū)早石炭世二長花崗巖(樣品Z009)和紅柳河槽鉛鋅鎢礦區(qū)早石炭世正長花崗巖(樣品Z010)鋯石176Lu/177Hf分別為0.000941～0.002113(平均值為0.001698)和0.000990～0.002165(平均值為0.001477)，絕大部分鋯石顆粒176Lu/177Hf ≤ 0.002，說明176Hf/177Hf比值可以代表鋯石顆粒原始176Hf/177Hf比值。借助鋯石U-Pb原位年齡進行Hf同位素計算(表4)可知，樣品Z009的15顆鋯石Lu-Hf同位素分析點位εHf(t)值>0，變化范圍為5.90～9.92，平均值為7.93，鋯石εHf(t)值較為均一，tDM2介于0.703～0.959Ga之間。樣品Z010的15顆鋯石Lu-Hf同位素分析點位εHf(t)值>0，變化范圍為5.87～10.28，平均值為8.11，tDM2介于0.93～1.03Ga之間。

表4 研究區(qū)花崗巖鋯石Lu-Hf同位素分析結果

雙井子早石炭世堿長花崗巖(鄭榮國等，2016)20顆鋯石Lu-Hf同位素分析點位εHf(t)值均>0，變化范圍為5.87～10.28，平均值為8.11，顯示鋯石具有較為均一的Hf同位素組成，tDM2介于0.68～1.64Ga之間。

雙尖山金礦區(qū)晚石炭世正長花崗巖(Z011)鋯石176Lu/177Hf 為0.001195～0.003256(平均值為0.001799)絕大部分鋯石顆粒176Lu/177Hf ≤0.002，可代表鋯石顆粒原始176Hf/177Hf比值。利用鋯石U-Pb原位年齡進行Hf同位素計算知(未發(fā)表數據)，鋯石Lu-Hf同位素分析點位εHf(t)值均>0，變化范圍為6.63～9.77，平均值為7.97，顯示鋯石具有較為均一的Hf同位素組成，tDM2介于0.705～0.906Ga之間。

5 討論

5.1 成巖時代

前人曾在北山造山帶紅柳河槽-躍進山地區(qū)不同地段開展過一些年代學研究。齊瑞榮等(2006)獲得研究區(qū)以北的大石山角閃花崗巖體全巖Rb-Sr等時線年齡為273Ma；鄭榮國等(2016)測得雙井子花崗閃長巖和鉀長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為284±1.5Ma和327.6±1.6Ma；張家瑞(2017)獲得清水泉復式雜巖體中二長花崗巖的鋯石SHRIMP U-Pb年齡為314.4±4.7Ma、含黑云母花崗巖為311.7±4.1Ma、英云閃長巖為314.0±4.0Ma；白榮龍等(2022)測得雙尖山正長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為317.6±2.5Ma；甘肅省1:5萬白山泉等六幅區(qū)域地質調查工作中曾在該區(qū)測得躍進山二長花崗巖年齡分別為321.6±3.9Ma、314.0±4.0Ma、294.9±4.7Ma(孫新春等，2016)。綜合區(qū)域地質資料及以上研究成果，北山地區(qū)在晚古生代發(fā)生了重要的構造活動體系，即在晚古生代以康古爾塔格-紅石山縫合帶為主的溝弧盆演化體系，本文研究的紅柳河槽-躍進山地區(qū)花崗巖體則屬于該構造演化階段的產物。

本文研究表明，紅柳河槽-躍進山一帶的狼娃山二長花崗巖體(Z009)、紅柳河槽正長花崗巖體(Z010)、躍進山北正長花崗巖體(Z002)、躍進山二長花崗巖體(Z003)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為327.1±2.4Ma、326.7±2.4Ma、321.3±2.4Ma、309.7±2.2Ma，表明它們屬于石炭紀巖漿活動的產物。通過本文測年工作基本厘清了區(qū)內大規(guī)模產出花崗巖體的成巖年代序列，這為研究區(qū)構造單元界線的準確劃分、深入探討晚古生代構造-巖漿-成礦演化規(guī)律提供了重要信息。

5.2 巖石成因類型及源區(qū)分析

早石炭世-晚石炭世花崗巖石均具有高硅、準鋁質-弱過鋁質、鈣堿性地球化學特征，10000Ga/Al低于典型的A型花崗巖值(A型花崗巖10000Ga/Al>2.6，Whalenetal.,1987)。通過FeOT/MgO-10000Ga/Al圖解(圖7a)、(K2O+Na2O)-10000Ga/Al圖解(圖7b)、(K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解(圖7c)和FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)圖解(圖7d)判別顯示，早石炭世花崗巖樣品數據值大多落入I&S型花崗巖區(qū)與未分異型花崗巖區(qū)域，晚石炭世花崗巖研究數據點大多落入I&S花崗巖區(qū)、未分異與高分異型花崗巖區(qū)域；前述的地球化學顯示石炭紀巖石具有富集大離子親石元素(LILE)、虧損虧損高場強元素(HFSE)，大多樣品A/CNK值<1.1，樣品的P2O5含量與SiO2含量呈負相關線性關系，且具有相對較低的Rb/Zr和Zr含量，以上特征與典型的I型花崗巖巖石地球化學特征相似(Collinsetal.，1982；Harrisetal.，1986)，且(K2O+Na2O)/CaO和FeOT/MgO值具有從早石炭世花崗巖類→晚石炭世花崗巖類升高的特征，表現出從未分異向分異演化的趨勢。因此，以上特征表明石炭紀花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖的成因類型應屬 I 型花崗巖，從早石炭世→晚石炭世，花崗巖表現出從中酸性到酸性過渡，全堿含量逐漸增高的演化趨勢。

圖7 研究區(qū)石炭紀花崗巖的FeOT/MgO-10000Ga/Al(a)、(K2O+Na2O)-10000Ga/Al(b)、(K2O+Na2O)/CaO-(Zr+Nb+Ce+Y)(c)、FeOT/MgO-(Zr+Nb+Ce+Y)(d)判別圖解(底圖據Whalen, 1987)

狼娃山早石炭世二長花崗巖鋯石Ti溫度計計算結果為711.1～1003.4℃，平均值為765℃；紅柳河槽早石炭世正長花崗巖為681.6～1020.8℃，平均值為765℃；躍進山早石炭世正長花崗巖為695.9～883.0℃，平均值為816.4℃；躍進山晚石炭世二長花崗巖為688.8～862.4℃，平均值為771.5℃(表2)，以上數據代表了巖漿結晶時的溫度。通過Ballardetal.(2002)提出的用鋯石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)判別巖漿相對氧逸度的公式獲得狼娃山礦區(qū)早石炭世二長花崗巖(Z009)鋯石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)值變化范圍為26.32～333.9，平均值為85.27；紅柳河槽早石炭世正長花崗巖(Z010)為2.57～327.1，平均值為108.4；躍進山早石炭世正長花崗巖(Z002)為10.95～211.8，平均值為103.6；躍進山晚石炭世二長花崗巖(Z003)為33.34～325.3，平均值為135.7(表2)，代表了巖漿巖漿形成過程中相對氧逸度指標，說明從早石炭世到晚石炭世，研究區(qū)的花崗質巖漿氧逸度呈逐漸升高的趨勢。

前文已判定石炭紀巖體屬鈣堿性I型花崗巖，目前針對鈣堿性I型花崗巖的成因認識有如下認識：(1)幔源巖漿侵位過程中發(fā)生廣泛的結晶分異和同化混染后產生的巖漿形成I型花崗巖(Bacon and Druitt,1988; Groveetal., 1997; Sissonetal., 2005)，該作用形成的花崗巖具有較寬泛的成分變化范圍，并且通常與一系列同源的堆晶巖等成分較原始的中基性巖石密切共生(Groveetal.,1997; Kelleretal., 2015)；(2)通過下地殼變質火成巖部分熔融形成，一定條件下可能有地幔物質參與(Chappell and White, 1974, 2001; Petford and Gallagher, 2001; 吳福元等, 2007b)；(3)由幔源巖漿改造的地殼沉積物重熔而成(Kempetal., 2007; Lietal., 2009)，該過程形成的I型花崗巖多具有成分不均一的鋯石Hf同位素(εHf(t)平均極差>10)組成(Kempetal., 2007; Lietal., 2009)。

本研究區(qū)內并未發(fā)現研究區(qū)與花崗巖同源的中基性巖漿端元，并且大量的研究認為，由基性巖漿演化而來的花崗巖占比很低，而目前研究區(qū)主體由花崗質巖石組成，從產出特征來看，基性巖漿巖產出規(guī)模極小且非同一演化系列，另外，石炭紀花崗巖鋯石εHf(t)值較為均一，這些特征進一步說明研究區(qū)產出的I型花崗巖可能源于下地殼變質火成巖等部分熔融形成。前文已提及，基性巖熔融的巖漿與變沉積巖熔融的相比，其K2O/Na2O、(Na2O+K2O)/(FeOT+MgO+TiO2)、Al2O3/(FeOT+MgO+TiO2)、CaO/(FeOT+MgO+TiO2)明顯較低，而CaO/(MgO+FeO)、Na2O和CaO+FeOT+MgO+TiO2明顯較高(Kaygusuzetal.，2008)。變基性巖的熔融將會導致巖石具有較低的K2O含量和較高的Na2O含量。通過CaO/(Na2O-Al2O3/TiO2)判別圖解(圖8a)表明，研究區(qū)石炭紀花崗巖樣品主要落在玄武巖派生的熔體與泥質巖派生的熔體演化曲線靠近泥質巖熔體一側區(qū)域；K2O/Na2O-CaO/(MgO+FeOT)圖解(圖8b)顯示石炭紀花崗巖樣品主要落在變安山巖、變玄武巖熔體區(qū)，部分樣品落在變雜砂巖熔體區(qū)，其中早石炭世花崗閃長巖樣品大多落在變玄武巖熔體區(qū)。在Rb/Ba-Rb/Sr圖解(圖8c)中樣品主要落在玄武巖派生的熔體與變雜砂巖熔體區(qū)附近。在(Na2O+K2O)/(FeOT+MgO+TiO2)-(Na2O+K2O+FeOT+MgO+TiO2)圖解中(圖8d)，研究區(qū)石炭紀花崗閃長巖樣品落在角閃巖派生的巖漿源區(qū)附近，其它樣品基本落在變雜砂巖熔體區(qū)。綜合以上各類判別圖解顯示，研究區(qū)早石炭世花崗閃長巖更接近于變質基性巖石熔體源區(qū)，其中可能混有少量的變質雜砂巖成分；石炭紀二長花崗巖、正長花崗巖源區(qū)可能主體由變雜砂巖(混雜少量變質基性巖成分)熔融而成。其特征顯示早石炭世花崗閃長巖與早、晚石炭世二長花崗巖、正長花崗巖具有差別明顯的源區(qū)特征。

圖8 研究區(qū)石炭紀花崗巖源區(qū)組成判別圖

前文論述表明早石炭世花崗巖類→晚石炭世花崗巖類表現出從未分異向堿性分異演化的趨勢，石炭紀花崗巖明顯表現為Nb、Ti、P、Sr、Eu、Ba等元素的虧損，而巖漿的結晶分異作用中鈦鐵礦和榍石等含Ti副礦物的分離結晶，將導致Nb、Ti虧損；而磷灰石的結晶分離使P虧損；Sr、Eu的負異?？赡苁切遍L石的分離結晶引起，Eu、Ba的負異常被認為是鉀長石的分離的結果。在Sr-Ba、Sr-Rb元素協(xié)變關系圖中(圖9a, b)，數據表現出了較好的線性關系，顯示巖漿形成過程中可能經歷了鉀長石、斜長石、黑云母、鈦鐵礦、磷灰石等的結晶分異過程。全巖地球化學特征暗示早石炭世和早石炭世花崗巖同屬殼源花崗巖。

圖9 研究區(qū)石炭紀花崗巖的礦物分離結晶協(xié)變圖解(底圖據Janou?ek et al., 2004; Li et al., 2007)

石炭紀花崗巖類樣品的Nb/Ta比值介于5.1～14.2之間，平均值8.5，在Nb/Ta-Nb判別圖(圖10a)可以看出石炭紀花崗巖樣品主要落入與上地殼源區(qū)相似的區(qū)域附近；在La/Nb-Nb判別圖解(圖10b)上大多數樣品同樣與上地殼值較為一致，僅個別樣品La/Nb比值范圍較寬泛，與弧玄武巖、球粒隕石比值有一定的親緣性，暗示巖漿源區(qū)與殼源物質關系密切，巖漿形成過程中可能有幔源成分參與。

圖10 研究區(qū)石炭紀花崗巖La-Nb-Ta判別圖(底圖據Barth et al., 2000)

石炭紀花崗巖體鋯石Hf同位素值呈現出相對均一的特點。其中，狼娃山鐵礦區(qū)早石炭世二長花崗巖鋯石176Lu/177Hf比值為0.000941～0.002113，平均值為0.001698，在t-εHf(t)圖解中，樣品點均落在虧損地幔演化線與1.1Ga地殼演化曲線之間(圖11a)；鋯石εHf(t)值均>0，變化范圍為5.90～9.92，平均值為7.93，反映出較小變化范圍，對應二階段Hf同位素地殼模式年齡tDM2在703～959Ma之間。紅柳河槽鉛鋅鎢礦區(qū)早石炭世正長花崗巖鋯石176Lu/177Hf比值為0.000990～0.002165，平均值為0.001477，在t-εHf(t)圖解顯示樣品點均落在虧損地幔演化線與1.1Ga地殼演化曲線之間(圖11a)；鋯石εHf(t)值均>0，變化范圍為2.51～6.36，平均值為4.90，變化范圍較小，對應Hf同位素地殼模式年齡tDM2在930～1226Ma之間。雙井子早石炭世堿長花崗巖(鄭榮國等，2016)鋯石εHf(t)值均>0，變化范圍為5.87～10.28，平均值為8.11，對應二階段Hf同位素地殼模式年齡tDM2值范圍為679.14～961.15Ma。以上數據顯示石炭紀花崗巖鋯石εHf(t)值均>0，并且均具有相對年輕的二階模式年齡(圖11b, c)。結合研究區(qū)巖體產狀知，石炭紀花崗巖主體以巖基形式產出，在本次地質填圖過程中并未發(fā)現大規(guī)模基性巖漿巖，說明該巖漿巖并非幔源物質部分熔融或分離結晶的產物，可能來源于虧損地?；蛘咝律碌貧さ牟糠秩廴?。另外，石炭紀花崗巖具有較低的Nb/Ta比值(5.1～14.2，平均值8.5)，與下地殼Nb/Ta平均值近似(8.3，Rudnick and Gao, 2003)，不同于典型的幔源巖漿Nb/Ta平均值(17.5，Green, 1995)，以及低Sm/Nd比值、負Ba異常等化學特征綜合指示研究區(qū)石炭紀花崗巖可能是由新生下地殼巖石部分熔融而成。

圖11 研究區(qū)石炭紀花崗巖鋯石εHf(t)-t(a)、εHf(t)-頻數(b)及tDM2-頻數(c)圖解(底圖據吳福元等，2007a)

5.3 成巖構造環(huán)境

眾多學者對北山造山帶構造演化研究主要集中在北山造山帶南帶，對北山造山帶的中-北部研究區(qū)所在巖體的巖漿演化和構造環(huán)境研究涉足較少。目前，對整個北山地區(qū)古生代構造演化認識如下：(1)古生代多期裂解匯聚碰撞作用形成的多旋回構造演化模式(左國朝和何國琦，1990；龔全勝等，2002，2003；何世平等，2002；左國朝等，2003)；(2)經歷了多島洋、多塊體拼合作用形成的多島洋模式(劉雪亞和王荃，1995；聶鳳軍等，2002；毛啟貴，2008)；(3)古生代經歷了多島弧、多混雜帶俯沖-碰撞作用的復雜增生型造山模式(Xiaoetal., 2008, 2010; Songetal., 2013a, b, 2015; 宋東方等，2018; Lietal., 2021; Zhengetal., 2021)。

本文所研究的花崗巖形成于晚古生代，結合區(qū)域構造巖相學對比，紅石山SSZ型蛇綠混雜巖帶構造環(huán)境恢復為晚泥盆世-石炭紀有限洋盆+洋殼殘片+深成巖漿弧(方維萱等，2021)。早期北山北部白山組的沉積環(huán)境以水體半封閉的碳酸鹽臺地邊緣淺海、生物礁和潮坪為主，晚期南部的紅柳園和音凹峽盆地被陸相辮狀河沉積物充填(牛亞卓，2019)。由此可以看出，該時期北山處于洋陸轉換階段，早石炭世-中二疊世，紅石山洋向南側的明水-旱山地體北緣增生拼接形成白山-狼娃山巖漿弧。本文在對區(qū)域構造演化研究的基礎之上，運用花崗巖巖石地球化學、花崗巖鋯石地球化學數據所反映的相關特征探討其形成的構造環(huán)境。

石炭紀花崗巖樣品在Rb-(Yb+Ta)構造判別圖解(Pearceetal.，1984)中投點主體落在火山弧花崗巖區(qū)(圖12a)；Rb-Y圖解(Pearceetal.，1984)中樣品投點落在火山弧與同碰撞花崗巖區(qū)(圖12b)；R1-R2圖解(Batchelor and Bowden, 1985)中樣品投點主要落在破壞性活動板塊邊緣花崗巖區(qū)(圖12c)；Hf-3Ta-Rb/30圖解(Harrisetal., 1986)中樣品投點主要落入火山弧區(qū)，部分樣點落入碰撞后和板內構造背景附近(圖12d)。綜合判別認為，研究區(qū)石炭紀花崗巖形成于俯沖構造背景下的巖漿弧。

圖12 研究區(qū)石炭紀花崗巖的Rb-(Yb+Ta)(a, 底圖據Pearce et al., 1984)、Rb-Y(b, 底圖據Pearce et al., 1984)、R1-R2(c, 底圖據Batchelor and Bowden, 1985)和Rb/30-Hf-3Ta(d,底圖據Harris et al., 1986)構造環(huán)境判別圖解

在U/Yb-Y判別圖解上，研究區(qū)內石炭紀各類花崗巖的鋯石微量元素數據落入了大陸環(huán)境鋯石區(qū)域(圖13a)；在鋯石Yb/Dy-Y判別圖解(圖13b)中，樣品數據主要落在WPB所示的板內環(huán)境和VAB所示的弧火山巖區(qū)邊緣；在鋯石U/Yb-Nb/Yb判別圖(圖13c)中，樣品數據點落在大陸巖漿弧型區(qū)域；在鋯石Hf/Th-Th/Nb判別圖解(圖13d)上，樣點落入了巖漿弧/造山環(huán)境與板內/非造山環(huán)境過渡區(qū)靠近巖漿弧環(huán)境。綜合以上花崗巖巖石、鋯石微量元素數據特征，結合區(qū)域構造演化背景，表明研究區(qū)北部的紅柳河槽-躍進山一帶石炭紀花崗巖形成于紅石山洋向南側的明水-旱山地體北緣之下俯沖構造背景，該過程形成了現今的白山-狼娃山巖漿弧帶，而研究區(qū)花崗巖隸屬該巖漿弧內，鋯石微量元素判別圖解進一步認為其屬于大陸邊緣弧而非島弧環(huán)境。

圖13 研究區(qū)石炭紀花崗巖鋯石微量元素構造環(huán)境判別圖

前寒武紀結晶基底演化階段為北山造山帶古生代洋-陸板塊演化奠定了基礎，而對北山造山帶北部研究區(qū)代表晚古生代的板塊體制的紅石山蛇綠混雜巖帶所反映的洋盆演化的直接產物為研究區(qū)的雙尖山-躍進山石炭紀I型花崗巖。因此，利用“花崗巖”這一探針，以研究區(qū)花崗巖類巖石學、巖石地球化學、同位素地球化學及年代學所記錄的北山造山帶北部(甘肅段)石炭紀構造-巖漿-成礦事件為線索，通過前文大量的分析和總結及對與研究區(qū)晚古生代構造巖漿演化密切相關的研究成果的收集和采納的基礎上(左國朝和何國琦，1990；劉雪亞和王荃，1995；龔全勝等，2003；張元元和郭召杰，2008；Xiaoetal., 2010；Songetal., 2013a, 2015；張新虎等，2013；朱江，2013；王國強，2015；王鑫玉，2017；牛亞卓，2019；王懷濤，2019)，建立了研究區(qū)石炭紀構造-巖漿演化模型(圖14)。具體來說，從早石炭世開始北山造山帶北部紅石山洋由南向北的單向俯沖變?yōu)橄虮?、向南的雙向俯沖，洋殼向北側繼續(xù)向雀兒山弧之下俯沖；同時洋殼向南側公婆泉-明水旱山復合構造單元(弧)之下俯沖導致深部俯沖板片脫水交代上覆地幔楔，因構造減壓或者溫度升高(軟流圈物質上涌)等因素，誘發(fā)交代的地幔楔發(fā)生部分熔融形成玄武質巖漿，這種高溫、相對高氧化性的巖漿上升底侵到新生下地殼(經歷MASH過程)，部分熔融新生下地殼形成的殼源巖漿(可能有上升的基性巖漿的混入)，俯沖早期巖漿一部分沿構造通道上升引發(fā)火山噴發(fā)作用形成下石炭統(tǒng)白山組火山巖+火山碎屑巖，另一部分侵入到地殼淺部形成白山-黑鷹山陸緣巖漿弧(圖14a)以及與之伴生的327.1～309.7Ma(石炭紀)Cu-Mo、W、Pb、Zn、Ag、Au、Fe等斑巖、矽卡巖、熱液型礦化。

圖14 研究區(qū)石炭紀構造-巖漿演化模式(型)圖

6 結論

本文通過對北山造山帶北部(甘肅段)紅柳河槽-躍進山地區(qū)花崗巖體的成巖機制、源區(qū)屬性、構造背景所反映的地球動力學過程及與花崗巖相關的成礦作用等方面的系統(tǒng)研究，取得了以下主要認識和結論：

(1)確定紅柳河槽-躍進山地區(qū)狼娃山二長花崗巖、紅柳河槽正長花崗巖、躍進山北正長花崗巖、躍進山二長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為327.1±2.4Ma、326.7± 2.4Ma、321.3±2.4Ma、309.7±2.2Ma，屬于石炭紀巖漿演化的產物，并與區(qū)域內成礦作用關系密切。

(2)紅柳河槽-躍進山地區(qū)石炭紀花崗巖均屬鈣堿性-高鉀鈣堿性、準鋁質-弱過鋁質系列，具有富集LILE，尤其富集LREE，相對虧損HSFE的弧巖漿特征，巖漿巖成因類型均屬于I型花崗巖；狼娃山二長花崗巖和紅柳河槽正長花崗巖的εHf(t)值分別為5.90～9.92(平均值7.93)和5.87～10.28(平均值8.11)，tDM2分別為0.703～0.959Ga和0.93～1.03Ga，且具有較低的Nb/Ta比值(5.1～14.2，平均值8.5)，巖漿可能源于新生下地殼巖石的部分熔融。

(3)狼娃山二長花崗巖、紅柳河槽正長花崗巖、躍進山北正長花崗巖、躍進山二長花崗巖的平均結晶溫度分別為765℃、765℃、816.4℃、771.5℃，鋯石Ce(Ⅳ)/Ce(Ⅲ)平均值分別為85.27、108.6、103.6、135.7，表明從石炭紀早期到晚期，巖漿的氧逸度呈逐漸升高的趨勢。

(4)結合花崗巖所反映出的構造-巖漿事件，初步建立了研究區(qū)構造-巖漿演化模型：石炭紀北山造山帶北部紅石山洋向南側的公婆泉-明水旱山復合構造單元(弧)之下發(fā)生俯沖，誘發(fā)新生下地殼發(fā)生部分熔融形成的殼源巖漿侵入到地殼淺部形成紅柳河槽-躍進山花崗巖體，期間伴隨產出不同類型銅、鉬、鎢、鉛、鋅、銀、金、鐵等多金屬礦床。

致謝感謝成都理工大學劉顯凡教授在本文寫作過程中的悉心指導；感謝中國科學院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點實驗室老師在實驗測試過程中的幫助；感謝白仲吾總工程師、樊立飛、張躍珂、陳艷文等工程師在野外工作中的大力幫助和指導；特別感謝審稿專家和本刊編輯為提高論文質量提出了許多寶貴的建設性修改意見和建議。