西秦岭西段塔洞花岗闪长岩体年代学。地球化学特征及其地质意义

中图分类号:P588;P597文献标志码:A

0引言

近年来,前人针对中央造山系晚古生代―中生代主要构造岩浆事件做了大量研究工作[115]。孙卫东等对中央造山系勉略构造带北侧的迷坝。光头山和东江口等论文网地花岗岩的锆石UPb年龄进行了研究,认为其形成时代集中于206～220Ma[7];Qin等通过研究秦岭造山带不同构造单元上花岗岩LAICPMS锆石UPb同位素年代学,发现南秦岭东段东江口花岗岩的形成年代为214～222Ma,五龙岩体岩石边缘石英闪长岩的形成年代为227～233Ma,五龙岩体中间过渡相带花岗闪长岩的形成年代为(218±2)Ma,五龙岩体中心相似斑状二长花岗岩的形成年代为(207±2)Ma,西秦岭造山带糜署岭二长花岗岩的形成年代为(213±3)Ma,阳坝花岗闪长岩LAICPMS锆石UPb年龄为(215。4±83)Ma,光头山黑云母花岗闪长岩的形成年代为(216±2)Ma[810];李佐臣等对西秦岭糜署岭二长闪长岩进行了研究,认为其锆石UPb年龄为(214。5±1。6)Ma[11];闫海卿等对西秦岭大水金矿格尔括合岩的锆石UPb年龄进行了研究,认为其形成年代为(215。8±1。3)Ma[12];陈亮等研究认为青海玛沁德尔尼蛇绿岩带玄武岩的ArAr年龄为345Ma[13]。张宏飞等对青海共和盆地周缘的中生代侵入体进行了研究,认为其岩体的侵位年龄介于218～235Ma之间[14],形成于后碰撞构造环境。金维浚等对分布在秦岭地区的埃达克岩进行SHRIMP锆石UPb定年和构造环境研究,结果表明西秦岭埃达克岩可能形成于板块消减的活动陆缘环境,与活动陆缘加厚的下地壳熔融作用有关,古特提斯洋盆北部的消减作用发生在印支早期[15]。以上成果均表明西秦岭造山带于印支晚期古特提斯洋盆已经关闭,进入由同碰撞向后碰撞转化的构造阶段。然而,前人对东昆仑。西秦岭及北祁连构造交接转换处的兴海―塔洞地区出露的多个中生代花岗岩体(大河坝岩体。然果儿岗岩体。塔洞岩体。曲如沟岩体)未进行详细研究,制约了对秦祁昆结合部印支期构造环境及地球动力学背景的合理认识。此,本文对产于秦祁昆结合部的塔洞埃达克质花岗岩体开展详细的地质学。锆石UPb同位素年代学和岩石地球化学研究,确定岩体形成时代。构造环境并探讨其区域构造意义。

图1西秦岭西段塔洞一带地质概况

Fig。1GeologicalMapofTadongAreainWestQinling

1区域地质背景

研究区地理位置处于青海省海南藏族自治州兴海―同德一带,构造位置位于中央造山系西段的西秦岭。东昆仑及祁连造山带构造交接转换的结点区域(图1)。该区有着独特的物质组成与复杂的造山带结构,是解决东昆仑与西秦岭中生代洋陆转换不可多得的研究区域[16]。西秦岭西段以青海南山断裂为界,与祁连造山带相隔;南以阿尼玛卿蛇绿混杂岩带为界,与巴颜喀拉造山带相邻;西侧过鄂拉山走滑断裂,归属于东昆仑造山带和柴达木地块。研究区晚古生代早期在区域上具典型的坳拉谷构造性质,晚古生代晚期坳拉谷发生碰撞闭合[1617];

图2塔洞花岗闪长岩体野外和镜下照片

Fig。2FieldPhotographandMicrographsofTadongGranodioritePluton

在区域上以印支期中酸性岩体侵入岩为主,其次为燕山期。加里东期。华力西期中酸性侵入岩,并在印支期中酸性侵入岩与围岩接触地段发育有金锑矿化现象。研究区最老地层为新元古代塔洞片岩,早古生代地层缺乏,晚古生代地层为二叠系甘家组,之上为中下三叠统隆务河组及中三叠统古浪堤组,其上被侏罗系羊曲组及新近纪贵德群角度不整合覆盖。塔洞花岗闪长岩体形态呈NE―SW向近椭圆状,面积约3。35km2,岩体侵位于新元古代塔洞片岩绢云母石英片岩。绢云长石石英片岩中(图1)。岩体未发育暗色基性包体,但在岩体东部地段见有灰黑色片理化角闪石岩捕虏体,为岩浆上升侵位过程中捕获围岩的产物。

2岩相学特征

塔洞花岗闪长岩体主体岩性为中细粒块状花岗闪长岩[图2(a)],风化面为灰色―灰黄色,新鲜面为灰白色,表面多风化呈破碎状,半自形粒状结构,块状构造,风化后具球形地貌特征。塔洞花岗闪长岩体主要矿物组成特征为:斜长石(体积分数为40百分号～45百分号)呈半自形板条状,表面由于蚀变显得较污浊,可见明显的聚片双晶和环带结构[图2(c)。(d)];石英(体积分数为20百分号～25百分号)呈他形不规则形态,充填在板状斜长石等矿物之间[图2(b)～(d)];钾长石(体积分数为5百分号～10百分号)呈自形―半自形,边界不平直;黑云母(体积分数为5百分号～10百分号)呈暗褐―浅褐色,局部具绿泥石化;角闪石(体积分数为5百分号～10百分号)为半自形―他形,可见典型的角闪石式解理[图2(b)。(c)]。3测试方法

测定锆石年龄的样品采自青海省兴海县塔洞花岗闪长岩体北部,经纬度为(35°25′33″N,100°00′31″E)。锆石挑选在河北省廊坊市地质服务有限公司利用标准重矿物分离技术分选完成。测年样品采用常规方法粉碎至80～100目(孔径为0180～0154mm),并按常规方法分选,最后在双目镜下选取晶形和透明度较好的锆石作为测试对象,将锆石颗粒通过双面胶固定在载玻片上,并置于环氧树脂中进行打磨抛光,再用于阴极发光(CL)图像研究和LAICPMS锆石UPb同位素年龄测定。

图3塔洞花岗闪长岩体锆石阴极发光图像和年龄值

Fig。3CLImageandAgesofZirconofTadongGranodioritePluton

UPb测年由西北大学大陆动力学国家重点实验室激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LAICPMS)用标准测定程序进行,分析仪器为Elan6100DRC型四极杆质谱仪和Geolas200M型激光剥蚀系统,激光器为193nmArF准分子激光器。激光剥蚀斑束直径为30μm,光剥蚀样品的深度为20～40μm。锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外标,元素含量(质量分数,下同)采用美国国家标准局人工合成硅酸盐玻璃NISTSRM610作为外标,29Si作为内标元素进行校正,样品的同位素比值和元素含量数据处理采用GLITTER程序(4。0版,澳大利亚麦考瑞大学)进行,并采用Andersen软件对测试数据进行普通铅校正,年龄计算及谐和图绘制采用ISOPLOT软件(249版)完成[18],详细的试验原理。流程及仪器参见文献[19]。[20]。

岩石地球化学样品采集9件,样品主量。微量和稀土元素分析测试在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行。主量元素测试仪器为日本理学(RIGAKU)产RIX2100型。ZSXPrimusⅡ型X射线荧光光谱仪。微量及稀土元素分析采用Agilent7500等离子体质谱仪完成,样品制备采用酸溶法。分析测定过程测定了4份标准物质。分析流程参见文献[21]。

4锆石UPb年代学

4。1锆石特征

不同成因的锆石内部结构特征各不相同,它们都记录着锆石所经历的结晶。变质。热液蚀变等,锆石阴极发光图像能对锆石内部特征进行最好的反映,是解释所测年龄的重要依据[22]。测年样品31545中,锆石晶粒无色透明至浅黄色,晶形较好,边缘清晰,多呈柱状。半截柱状以及其他不规则形状,粒径在60～180μm之间,阴极发光图像表现出明显的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构(图3),条带可见低温条带和因锆石结晶时外部环境的变化导致各晶面的生长速率不一致造成的扇形条带,表明其为岩浆结晶产物[23]。部分锆石具有明显的继承核和捕获核。为了避免继承锆石对测年的干扰,所选择的测点均位于明显的岩浆环带上,保证了定年研究的准确性。

4。2测试结果

不同成因锆石有不同的Th。U含量及w(Th)/w(U)值。岩浆锆石的Th。U含量较高,w(Th)/w(U)值较大;变质锆石的Th。U含量低,w(Th)/w(U)值小(一般小于0。1)[16]。样品3154TW5测得的同位素比值及年龄数据(表1)表明,锆石具有

5岩石地球化学特征

5。1主量元素

塔洞花岗闪长岩体主量元素中,样品SiO2含量为66。88百分号～67。46百分号,属于酸性岩范畴,Al2O3为1539百分号～16。54百分号,MgO为1。27百分号～1。59百分号,w(K2O)/w(Na2O)值为0。91～1。06(表2)。岩石铝饱和指数为097～1。0,表明其属准铝质岩石。里特曼指数介于1。65～2。2,表明其为钙碱性系列。在SiO2Na2O+K2O图解中,样品岩性落入花岗闪长岩范围内[图6(a)];在SiO2K2O图解中,样品主体落于高钾钙碱性系列[图6(b)]。在A/NKA/CNK图解以及Mg#SiO2图解中,全部落于下地壳起源的埃达克岩[图7(a)。(b)],表明其与增厚的下地壳部分熔融有关。

图(a)底图引自文献[23];图(b)底图引自文献[24]

图6塔洞花岗闪长岩体SiO2Na2O+K2O图解和SiO2K2O图解

Fig。6DiagramsofSiO2Na2O+K2OandSiO2K2OofTadongGranodioritePluton

底图引自文献[25]

图7塔洞花岗闪长岩体A/NKA/CNK图解和Mg#SiO2图解

Fig。7DiagramsofA/NKA/CNKandMg#SiO2ofTadongGranodioritePluton

5。2稀土。微量元素

稀土元素分析结果显示(表2):花岗闪长岩稀土元素总含量为(103。4～137。5)×10-6,wLREE/wHREE值为13。06～23。7,平均为18。77,反映岩石具有较强的轻。重稀土元素分馏;球粒陨石标准化稀土元素配分模式表现出轻稀土元素富集,重稀土元素显著亏损的右倾特征[图8(a)];w(La)N/w(Sm)N值为3。4～5。5,w(La)N/w(Yb)N值为21。5～591(全部大于20。0);δ(Eu)值介于085～106之间,平均为0。97,具Eu弱负异常或弱正异常特征。微量元素特征方面(表2),岩石具明显的高Sr含量,低Y。Yb含量特征,其中Sr含量主体大于400×10-6,Y。Yb含量较低,Y含量介于(5。49～12。8)×10-6之间,小于18。0×10-6,Yb含量介于(0。34～091)×10-6之间,小于1。9×10-6,w(Sr)/w(Y)值大于40,多介于50～90之间。原始地幔标准化微量元素蛛网图具明显的富集大离子亲石元素(Cs。Rb。Ba等),亏损重稀土元素(HREE)及高场强元素(如Nb。Ta等)的特征[图8(b)]。ws为样品含量;wc球粒陨石含量;wp为原始地幔含量;粒陨石标准化数据引自文献[26];原始地幔标准化数据引自文献[27];图中线条是塔洞花岗闪长岩体的不同样品

6讨论

6。1岩石成因

塔洞花岗闪长岩体地球化学特征具有类似埃达克岩的地球化学特征[2831]:w(SiO2)≥56百分号,w(Al2O3)≥15百分号,w(MgO)≤3百分号,Sr含量高(w(Sr)>400×10-6),Y和Yb含量低(w(Y)≤18×10-6,w(Yb)≤1。9×10-6),Eu不具异常或者弱异常。目前,对于埃达克岩的形成机制,Kay等已进行大量研究[2931]。典型的埃达克岩是由俯冲的板片熔融形成的;除了板片熔融产生埃达克岩[30]之外,增厚下地壳部分熔融[30]。拆沉下地壳熔融。玄武质岩浆AFC演化等机制亦可形成具埃达克质属性的中酸性火成岩[3132]。产于板块消减带的埃达克质熔体由于在上升过程中与上覆地幔契发生物质交换作用,使岩浆的Si含量降低,MgO含量以及Mg#值增高,Cr和Ni含量增加,形成高镁安山岩或高镁埃达克岩,所以来自板片熔融的埃达克岩通常与高镁安山岩伴生[29]。而与地壳加厚背景有关的安第斯山埃达克岩与分布于中国东部的埃达克岩都富K,属于高钾钙碱性系列,在西秦岭地区也发现有埃达克质岩体。金维浚等对西秦岭夏河―礼县地区的埃达克岩研究数据表明,该地区埃达克岩普遍富K,属于高钾钙碱性系列,与安第斯山地区埃达克岩特征相似,可能来自加厚的下地壳[15]。秦江峰等通过大量的年代学研究,认为秦岭造山带晚三叠世花岗岩的活动时限为200～235Ma[33]。根据花岗岩的年代学及地球化学特征,大致可以划分为3个主要的花岗岩形成时期:225～235Ma为石英闪长岩的形成阶段,这些岩石起源于基性下地壳在地幔环境下的高程度部分熔融作用,可能标志着板片断离作用的开始;210～220Ma为高钾钙碱性埃达克质花岗岩的形成阶段,可能是造山带下地壳在幔源岩浆的作用下发生部分熔融作用;200Ma以后为黑云母花岗岩,这些岩石的源岩中有大量上地壳物质,代表造山带中上地壳的部分熔融作用[33]。系统的地球化学和同位素地球化学研究表明,秦岭地区晚三叠世花岗岩类主要为高钾钙碱性埃达克质花岗岩,代表元古代基性下地壳部分熔融的产物[33]。

本次研究的塔洞花岗闪长岩体具有强分异的稀土元素组成模式,无明显的Eu异常,亏损重稀土元素(如Yb。Y),具有较高的w(Sr)/w(Y)值和w(La)N/w(Yb)N值,也具有高的K2O含量及高的w(K2O)/w(Na2O)值,明显区别于岛弧背景下俯冲洋片部分熔融形成的岛弧型埃达克岩,而与增厚下地壳部分熔融形成的埃达克岩类似[3236]。塔洞岩体花岗闪长岩主量元素表现为准铝质钙碱性I型花岗岩系列,成因可能与加厚下地壳榴闪岩部分熔融并经历分离结晶作用有关。塔洞花岗闪长岩体地球化学特征具有富K2O。富碱。高Sr含量和低Y含量的特征。在A/NKA/CNK图解以及Mg#SiO2图解中,样品全部落于下地壳起源的埃达克岩[图7(a)。(b)],表明其与增厚的下地壳部分熔融有关。在Sr/YY图解和(La/Yb)NYbN图解中,样品全部落入埃达克岩区域(图9),估算其为石榴子石角闪岩(体积分数为10百分号～20百分号)部分熔融的产物。

图(a)底图引自文献[27];图(b)底图引自文献[33]

图9塔洞花岗闪长岩体Sr/YY图解和(La/Yb)NYbN图解

6。2构造环境及地质意义

在区域上,塔洞花岗闪长岩体与其东侧多个侵入于中下三叠统隆务河岩群的花岗岩体地质特征相同,如曲如沟岩体和然果儿岗岩体等,其岩性均为花岗闪长岩,年龄介于219～227Ma之间。塔洞花岗闪长岩体锆石UPb年龄为(219。0±5。3)Ma,其与东侧这些岩体为同时期构造岩浆事件的产物。此外,塔洞花岗闪长岩体呈面状侵位于中下三叠统隆务河群,具有碰撞或后碰撞型花岗岩产出状态特征,明显不同于大面积具线状展布并与洋壳俯冲相关的岛弧侵入岩。地球化学特征方面,塔洞花岗闪长岩体地球化学特征显示其为高钾钙碱性花岗岩,而高钾钙碱性花岗岩体可以出现在不同的地球动力学环境中,既可产生在从挤压体制转变成拉张体制的过程中,也可以产生在造山后的松弛阶段。通常认为高钾钙碱性系列岩浆岩为后碰撞岩浆活动的重要特征之一[34]。在YNb图解[图10(b)]中,样品主体落入火山弧花岗岩(VAG)和同碰撞花岗岩(SynCOLG)界线附近;在RbY+Nb图解[图10(a)]中,数据落入后碰撞花岗岩(PostCOLG)区域[3738]。因此,本文认为塔洞花岗闪长岩体形成于后碰撞构造环境。

古特提斯洋盆位于劳亚大陆和冈瓦那大陆之间,晚古生代在研究区南侧的阿尼玛卿地区发育以德尔尼蛇绿岩和玛积雪山洋岛玄武岩为代表的东古特提斯洋北缘有限小洋盆,并在基性熔岩中用SHRIMPUPb法获得其年龄为308Ma[13]。晚二叠世以来,该洋盆主体向北发生洋壳俯冲,产生了一套相应的岛弧火山岩,如下大武一带出露的一套玄武岩。玄武安山岩。安山岩。英安岩和流纹岩,其形成时代为260Ma,形成于岛弧构造环境[3940]。德尔尼超镁铁岩之北侧250Ma的德一哈花岗杂岩体亦为此次洋壳俯冲事件的岩浆响应。印支中晚期,该洋盆俯冲完毕导致南北陆块发生强烈的陆陆碰撞造山作用,并产生大量花岗岩类[4042]。

底图引自文献[34]

图10塔洞花岗闪长岩体RbY+Nb图解及YNb图解

Fig。10DiagramsofRbY+NbandYNbofTadongGranodioritePluton

在区域上,这次构造岩浆事件是中央造山带一次大规模区域性构造岩浆事件,统计发现秦岭地区花岗岩类的形成时代主要在200～220Ma,主要岩体有西秦岭勉略带的糜署岭。黑马河。温泉。大河坝等岩体,这些岩体形状多呈不规则等轴状岩株产出,形成时代为200～240Ma[313]。南北板块碰撞的峰期为235～242Ma,中央造山带强烈碰撞挤压引起地壳增厚并引发下地壳发生熔融。张宏飞等通过对青海共和盆地周缘岩体研究认为,温泉花岗闪长岩体(年龄为218Ma)系晚古生代俯冲陆壳断离的产物[14]。本次研究的花岗闪长岩年龄为(219。0±5。3)Ma,与上述印支期构造岩浆事件形成时代基本相同;结合塔洞花岗闪长岩体具后碰撞构造属性,认为西秦岭造山带西段南北陆块于印支晚期已经完成同碰撞造山作用,并转入后碰撞构造演化阶段。7结语

(1)西秦岭西段塔洞花岗闪长岩体主体岩性为灰白色细粒花岗闪长岩,LAICPMS锆石UPb年龄为(219。0±5。3)Ma,代表塔洞花岗闪长岩体的结晶年龄,与青海共和盆地周缘印支晚期花岗岩体形成时代基本一致。

(2)塔洞花岗闪长岩体具埃达克岩地球化学属性,岩石地球化学结果表明其为加厚下地壳石榴子石角闪岩(石榴子石体积分数为10百分号～20百分号)部分熔融并经历分离结晶作用的产物。

(3)综合塔洞花岗闪长岩体年代学。地球化学及区域地区资料,西秦岭造山带西段南北陆块于印支晚期完成同碰撞造山,并转入后碰撞构造演化阶段。

西秦岭西段塔洞花岗闪长岩体年代学。地球化学特征及其地质意义