西昆侖精尼克蓋曼南巖體年代學、地球化學特征及其地質(zhì)意義

湯鴻偉，康孔躍，楊偉，張杰

(四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八二大隊，四川 德陽 618000)

西昆侖造山帶位于青藏高原西北緣，是古亞洲構造域和特提斯構造域結合部位(任紀舜，1999；姜春發(fā)等，2000)，從元古宙到新生代經(jīng)歷了多期復雜的構造演化過程，一直以來為研究青藏高原周緣造山帶及青藏高原早期演化的重點地區(qū)。西昆侖西段位于帕米爾高原的東部，顯生宙以來經(jīng)歷了強烈擠壓，地層缺失嚴重，構造復雜，對其構造單元劃分、歸屬及構造演化目前尚無統(tǒng)一的觀點(李榮社等，2008；劉敏等，2009)。西昆侖西段發(fā)育與構造活動關系密切的大規(guī)模古生代—中生代花崗質(zhì)侵入巖，為揭示該地區(qū)復雜的地質(zhì)演化和造山過程提供了重要地質(zhì)信息。對西昆侖造山帶花崗巖研究認為該造山帶存在6個大侵入旋回和9個侵入期(姜耀輝等，2000)；西昆侖造山帶的構造-巖漿演化可劃分為5個階段 ：新太古代—早元古代中期構造-巖漿活動階段、中元古代晚期構造-巖漿演化穩(wěn)定階段、新元古代晚期—晚二疊世構造-巖漿活動階段、早三疊世—中三疊世構造-巖漿演化穩(wěn)定階段和晚三疊世—中更新世構造-巖漿活動階段(畢畢等，1999)。

利用1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料結合前人研究成果，以出露于甜水海地塊的精尼克蓋曼南巖體為研究對象，對其巖石學、巖石地球化學和高精度同位素年齡進行了研究，進一步對寒武紀二長花崗巖形成的地球動力學背景進行了討論，為系統(tǒng)研究與西昆侖造山作用有關的構造巖漿事件提供了重要資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景、巖體地質(zhì)及巖石學特征

西昆侖位于青藏高原西北緣，北臨塔里木盆地，西接帕米爾，東連東昆侖、秦嶺造山帶，是中央造山帶的重要組成部分(姜春發(fā)等，2000)，處在印度板塊與歐亞板塊的結合部位，是探測和揭示青藏高原北部造山過程的理想地帶(丁道桂等，1996)。從北到南主要可以劃分為北昆侖地體和南昆侖地體，以庫地-其曼于特蛇綠構造混雜帶為界(李榮社等，2008；潘裕生等，1990；MATTERN F，2000；袁超等，2003；方愛民等，2003；許志琴等，2011)。西昆侖造山帶顯生宙以來總體上經(jīng)歷了原特提斯和古特提斯2個演化階段(MATTERN F，2000；袁超等，2003)，與之伴隨發(fā)育有大量與俯沖消減、拼合碰撞和伸展拉張相關的火山巖和侵入巖(丁道桂等，1996)，其為揭示西昆侖造山帶構造演化歷史提供了重要的地質(zhì)信息。

研究區(qū)位于麻扎構造混雜巖帶以南的甜水海地塊中，平面上呈橢圓狀，巖體出露長約6.2km，寬約3.4km，面積約16km2，長軸方向與構造線一致。巖體被志留系溫泉溝群B組和C組下段不整合覆蓋；南部被蘇里庫哇提斷裂切割，與石炭系恰提爾群B組呈斷層接觸。巖體巖性為中細粒二長花崗巖(圖1)。

1.區(qū)域斷裂;2.研究區(qū)；S1Wc1.溫泉溝群C組下段;S1Wd.溫泉溝群D組;C2Qb.恰提爾群B組;ηγ∈.二長花崗巖圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 The simplified geological map of the study area

中細粒二長花崗巖：巖石呈灰白色，中細?；◢徑Y構(圖2)，塊狀構造。斜長石(35%～40%)：呈半自形板狀，雜亂分布，粒度一般為2～4.3mm，少數(shù)為0.2～2mm，高嶺土化、絹云母化明顯，局部被鉀長石交代。鉀長石(35%～40%)：呈他形粒狀-近半自形板狀，雜亂分布，粒度一般為2～5mm，少數(shù)為0.2～2mm，個別為5～6mm，輕高嶺土化，部分鈉質(zhì)補片發(fā)育，局部交代斜長石。石英(20%～25%)：呈他形粒狀，填隙狀分布，粒度一般為2～4mm，少數(shù)為0.2～2mm，粒內(nèi)波狀消光明顯，少數(shù)可見變形紋。白云母呈片狀，零星分布，粒度為0.1～0.5mm，可能為黑云母的蝕變產(chǎn)物。巖內(nèi)見少量裂隙，被硅質(zhì)、碳酸鹽及少量絹云母等充填。巖石中局部減絹云母化、高嶺土化、碳酸鹽化；副礦物主要為榍石、磷灰石、鋯石。

2 樣品及分析方法

主量元素、微量元素和稀土元素分析在西南冶金地質(zhì)測試中心完成。主量元素利用Axios熒光儀采取X熒光法完成，分析精度優(yōu)于1%～5%。微量元素和稀土元素利用ICP-MS測定，詳細的測試方法和分析流程參見LIU Y S(2008)。

Q.石英;Kf.鉀長石;Pl.斜長石圖2 二長花崗巖顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Photomicrographs of the typical textures of monzonitic granite

鋯石分選在河北廊坊區(qū)調(diào)所實驗室完成。巖樣首先經(jīng)過機械破碎，后經(jīng)淘洗，經(jīng)過常規(guī)浮選和電磁選方法進行分選，然后在在雙目鏡下進行精心挑選，挑選出晶型和透明度較好、無包體、無裂痕的鋯石顆粒，每個樣品分選出的鋯石顆粒為500至數(shù)千顆粒不等。接著將這些具有典型代表的鋯石顆粒在無色透明的環(huán)氧樹脂澆灌固定。在固定于樣品靶上的鋯石顆粒中選取測試點時，分別進行了透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)照相。通過對陰極發(fā)光圖像分析，對比顯微鏡下鋯石照片選定鋯石測試點位，同時避開鋯石內(nèi)部裂隙和包裹體等的干擾，以便獲得準確的年齡值。

鋯石測年在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所LA-MC-ICP-MS實驗室完成，鋯石定年分析所采用的儀器為Finnigan Neptune 型MC-ICP-MS及與之相配套的Newwave UP 213激光剝蝕系統(tǒng)。激光剝蝕所用的斑束直徑為25μm，頻率為10Hz，能量密度約為2.5J/cm2，其中以He為載氣。信號較小的206Pb、207Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用離子計數(shù)器接收，208Pb、232Th、238U信號用法拉第杯接收，實現(xiàn)了全部目標同位素信號的同時接收，并且不同質(zhì)量數(shù)的峰基本都是平坦的，進而可以獲得高精度的數(shù)據(jù)，鋯石顆粒的207Pb/206Pb、206/238U、207Pb/235U的測試精度均為2%左右，LA-MC-ICP-MS激光剝蝕采樣采用單點剝蝕的方法，數(shù)據(jù)在分析前用GJ-1進行調(diào)試儀器，以便達到最佳狀態(tài)。鋯石U-Pb定年鋯石以GJ-1為外標，U、Th含量以鋯石M12為外標進行校正。測試過程中在每測定10個樣品前后重復測定2個鋯石GJ-1對樣品進行校正，并同時測量一個鋯石樣品Plesovice，觀察儀器的狀態(tài)以便保證測試的精度。樣品的同位素比值及元素含量數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 4.3程序完成，年齡計算及諧和圖的繪制采用Isoplot(ver.3.0)完成(LUDWIG，2003)。對206Pb/204Pb≥1 000Ma的樣品，由于含有大量放射成因Pb，在計算時剔除。但對<1 000Ma的樣品，采用更為可靠的206Pb/238U表面年齡。詳細實驗測試過程見候可軍等(2009)。

3 分析結果

3.1 LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb測試結果

鋯石晶形呈自形、半自形長柱狀、短柱狀，晶體長為0.05～0.15mm，寬為0.01～0.1mm，從陰極發(fā)光(CL)圖像(圖3)上可以看出，多數(shù)鋯石具有清晰的內(nèi)部結構和典型巖漿成因的震蕩環(huán)帶(吳元保等，2004)。從各鋯石微區(qū)同位素數(shù)據(jù)(表1)可見，鋯石的Th和U含量變化均較大(Th含量為170.96×10-6～1 614.71×10-6，U含量為274.74×10-6～1 203.38×10-6)，Th/U值為0.58～1.34。鋯石中的Th/U值可以指示鋯石的成因，巖漿鋯石的Th/U一般大于0.5，而變質(zhì)老鋯石的Th/U值一般小于0.1(HOSKIN，2000)，測試點Th/U值均大于0.5。結合其均發(fā)育振蕩環(huán)帶構造，表明所選鋯石為巖漿成因鋯石，U-Pb定年結果可代表巖漿結晶年齡。

樣品中共測試20個點，獲得的206Pb/238U年齡值為510.79～518.55Ma，且均落在諧和線上(圖4)，說明510.793～518.55Ma代表巖漿結晶時間，20個點的206Pb/238U加權平均年齡為(516.5±0.8)Ma。表明二長花崗巖年齡約為(516.5±0.8)Ma。

圖3 二長花崗巖鋯石U-Pb年齡陰極發(fā)光圖像Fig.3 U-Pb age cathodoluminescence (CL)images of zircon grains from monzonitic granite

圖4 黑云母花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 U-Pb age concordia diagram of zircon grains from monzonitic granite

3.2 主量元素特征

巖石主量元素含量及各參數(shù)值見表2，SiO2含量為75.5%～77.5%，TiO2為0.1%～0.18%，Al2O3為12.03%～12.78%，F(xiàn)e2O3為0.17%～0.42%，F(xiàn)eO為0.23%～0.59%，MgO為0.22%～1.0.56%，MnO為0.01%～0.03%，CaO為0.45%～1.20%，Na2O為3.77%～5.77%，K2O為1.13%～4.03%，P2O5為0.02%～0.04%。巖石全堿含量K2O+Na2O=6.15%～7.91%，K2O/Na2O=0.96%～4.25%，除樣品YM17-5外，其余樣品K2O/Na2O>1；里曼特指數(shù)σ=1.15～1.9，均小于3.3，屬于典型的鈣堿性特征；在SiO2-K2O圖解中(圖5)，7件樣品為鈣堿性系列，2件樣品為低鉀系列，1件樣品為高鉀鈣堿性系列。樣品的A/CNK變化于0.96～1.17，僅1件樣品值為1.17>1.1，在A/NK-A/CNK圖解中落在準鋁-過鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)(圖6)。CIPW標準礦物成分計算表明：7件樣品均出現(xiàn)剛玉分子(C)，含量在0.08～0.99，1件樣品含量為1.96>1；樣品的FeO/(FeO+MgO)值為0.43～0.73<0.80，與過鋁質(zhì)花崗巖的特征值<0.80一致(肖慶輝等，2002)。

表1 二長花崗巖鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 分析結果Tab.1 LA-ICPMS U-Pb analyzed data of the zircons for the monzonitic granites

圖5 二長花崗巖K2O-SiO2圖解Fig.5 K2O -SiO2 diagrams for monzonitic granite

圖6 二長花崗巖A/NK-A/CNK判別圖Fig.6 A/CNK-A/NK diagrams for monzonitic granite

3.3 微量、稀土元素特征

巖石微量元素含量見表2。Rb元素含量為29.23×10-6～136.55×10-6，Sr為30.58×10-6～52.38×10-6，Ba為26.17×10-6～122.27×10-6，Nb為6.43×10-6～8.15×10-6，Ta為0.35×10-6～0.69×10-6，Zr為90.02×10-6～116.81×10-6，Hf為2.90×10-6～3.65×10-6。微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖顯示(圖7)，相對于原始地幔大離子親石元素Rb、K等富集，Ba、Sr元素虧損；高場強元素Nb、Ta、P、Ti、HREE等強烈虧損。Ba、Sr虧損可能與斜長石的分離結晶有關，P強烈虧損則可能存在磷灰石分離結晶，Ti虧損可能與富Ti礦物(如鈦鐵礦、金紅石等)分異結晶有關，也暗示巖漿物質(zhì)來源于地殼；Nb、Ta等高場強元素虧損。

巖石稀土元素顯示(表2)，稀土總量(ΣREE)為84.63×10-6～122.01×10-6，輕稀土(LREE)為69.57×10-6～122.01×10-6，重稀土(HREE)為12.61×10-6～19.80×10-6，輕重稀土比(LREE/HREE)為4.48～8.52，輕稀土較為富集；(La/Yb)N介于4.57～9.87，輕、重稀土元素分餾較明顯。δCe=0.88～1.01，無明顯異常特征；δEu介于0.24～0.43，Eu具負異常，為Eu虧損型。分配曲線在Eu處呈明顯“V”字形谷狀(圖8)，表明經(jīng)歷了斜長石的分離結晶作用。

圖7 微量元素比值蛛網(wǎng)圖(原始地幔準化值據(jù) SUN et al.，1989)Fig.7 Primitive mantle normalized multi-element spider diagrams

4 討論

4.1 年代學意義

本次采用鋯石U-Pb定年獲得較好的結果，其中20個測點給出的206Pb/238U年齡值在510.793～518.55Ma，平均年齡為(516.5±0.8)Ma。這些測點大都選擇在具有巖漿結晶環(huán)帶鋯石的幔部或邊部，可代表鋯石的形成年齡，因而亦可代表巖石的成巖年齡。因此可以認為(516.5±0.8)Ma應為花崗巖的成巖年齡。巖體的形成時代應為早寒武世。

4.2 成因類型與源區(qū)物質(zhì)

鋁飽和指數(shù)(A/CNK)和CIPW計算的標準礦物剛玉的含量是區(qū)分I型和S型花崗巖的重要參數(shù)。研究區(qū)花崗巖A/CNK介于0.96～1.17，既有I型花崗巖又有S型花崗巖，亦有具I-S過渡特征的花崗巖；其中YM17-1和YM17-2等2件樣品A/CNK=0.98～0.99<1，無標準礦物剛玉分子，透輝石含量為0.25～0.98，為I型花崗巖；YM07-03樣品A/CNK=1.17>1.1，標準礦物分子含量為1.96>1，為S花崗巖；其余7件樣品A/CNK=1～1.08，標準礦物分子含量為0.08～0.99>1，具I-S過渡特征的花崗巖。綜上所述，花崗巖巖石成因類型為I型，具S型花崗巖特征可能是巖漿形成過程中有沉積巖的加入。

表2 二長花崗巖主量元素(%)、稀土和微量元素(10-6)分析結果Tab.2 Whole-rock major elements(%)，trace element(10-6)of the monzonitic granites

續(xù)表2

樣品編號YM17?1YM17?2YM17?3YM17?4YM17?5YM17?6YM17?7YM17?8YM17?9YM17?10Tm033033026029031042035032033038Yb279279217248286356289269275320Lu035036028031033045037034035040Y2396232320402263243128472528235822832337ΣREE8463104681200311325117671418194239392103389083LREE6957898010742991010179122017880796487907426HREE1506148812611415158819801543142815481657LREE/HREE462603852701641616511558568448LaN/YbN460618987799681680528582631457δEu034033043036036037034028024026δCe098092093091101088092091089088

圖8 稀土配分模式(球粒隕石標準化值據(jù)SUN et al.,1989)Fig.8 Chondrite-normalized rare earth element patterns

研究區(qū)內(nèi)花崗巖具有明顯的Nb、Ta、Sr、P和Ti負異常，表明其來源于殼源物質(zhì)。Rb/Sr值是表征源巖的一個重要參數(shù)，幔源巖漿Rb/Sr小于0.05，殼?；旌显唇橛?.05～0.5，大于0.5者則以殼源為主；樣品Rb/Sr=0.61～3.07>0.5，反映出巖漿來源地殼。巖石的Nd/Th值為10.92～29.98，平均值為16，該值更接近幔源巖石Nd/Th值(>15)，明顯遠離殼源巖石平均值(≈3)(BEA，2001)。7件樣品Nb/Ta值為16.55～21.32，平均值為18.56，接近地幔Nb/Ta值17.8(Mcdonough，1995)，其余3件樣品Nb/Ta值均在10.07～14.39，平均值為13.07，與地殼Nb/Ta值11接近(TAYLOR，1984)，反映出有幔物質(zhì)的加入；樣品Zr/Hf=31.04～32.35，平均值為31.63，更接近地殼的相應值33(TAYLOR，1984)，遠離原始地幔Zr/Hf值37(Mcdonough，1995)，具殼源花崗巖特征；樣品的La/Yb值在6.4～13.8，平均值為8.95，接近于下地殼平均值8.3(Mcdonough，1995)。綜合分析認為，巖漿來源于下地殼；且?guī)r石成因類型為I型，為火成巖熔融形成；具幔源特征可能為儲存于下地殼的基性巖引起，表明巖石來源于下地殼火成巖(基性巖)物質(zhì)熔融形成，可能有少量沉積巖的參與。

4.3 構造環(huán)境及地質(zhì)意義

前人研究顯示，古生代以前西昆侖地區(qū)發(fā)生了大陸裂解作用(崔建堂等，2007)，新元古代為大陸裂解、洋殼形成階段，早古生代—中三疊世為板塊機制演化階段(韓芳林等，2001)；新元古晚期大約在800Ma前后，中國古陸塊上出現(xiàn)了裂解(陸松年，1998)。大約在早奧陶世晚期(485Ma)塔里木地塊開始與西昆侖地塊發(fā)生碰撞，形成了奧依塔克-庫地北蛇綠巖帶，并使西昆侖地塊快速隆升(姜耀輝等，1999)。早寒武世末起，昆侖洋洋殼可能發(fā)生由北向南的俯沖消減，庫地-其曼于特小洋盆開始向南俯沖消減，直到中奧陶世(王元龍等，1995；王建平，2008；韓芳林；2002)。庫地布孜完溝內(nèi)蛇綠混雜巖中鎂鐵-超鎂鐵巖共生的具堆晶結構的輝長巖類進行的SHRIMP鋯石U-Pb測年結果為(510±4)Ma和(502±13)Ma，表明庫地洋盆在古生代早期已消減聚合(肖序常等，2003，2004)?？滴魍弑辈慷涂似闋钣⒃崎W長巖的地球化學及構造環(huán)境特征表明，西昆侖中寒武世可能存在伸展-裂解巖漿事件，說明震旦—寒武紀裂谷-小洋盆形成的時限已延伸到中寒武世(崔建堂等，2007)?？滴魍呶鞅辈繋鞝柫剂呀馄诩毩：谠平情W閃長巖中獲得了鋯石SHRIMP U-Pb同位素年齡為(506.8士9.8)Ma，中粒似斑狀花崗閃長巖中的單顆粒鋯石U-Fb年齡為(500.2 ±11.2)Ma，表明其形成時代均為中寒武世(張占武等，2007)。

西昆侖早古生代花崗巖在庫地蛇綠混雜巖兩側對稱分布，且發(fā)育多個形成階段：507～500Ma、471～468Ma、447～430Ma和408～404Ma，推測西昆侖早古生代花崗巖為古特提斯洋在該地區(qū)長期俯沖的背景下形成的產(chǎn)物(王超等，2013)。原特提斯洋開始從北向南俯沖消減，引發(fā)了原特提斯洋南部活動大陸邊緣一系列花崗巖類活動，形成了西昆侖中帶加里東早期島弧花崗巖(畢華等，1999)。在庫科亞魯格康西瓦-柳什塔格弧盆巖漿帶中酸性型侵入巖附近發(fā)育同時代的塔阿西雙峰式火山巖，說明西昆侖地區(qū)在寒武紀均處于伸展拉張構造環(huán)境。晚寒武—晚奧陶世俯沖型花崗巖記錄了古昆侖洋盆俯沖、消減、匯聚的演化過程，古昆侖洋在晚志留世己經(jīng)閉合(鄭玉壯等，2013)。

綜上所述，早寒武紀時期，研究區(qū)處于伸展拉張環(huán)境，本次分析的樣品化學成分在Rb-(Y+Nb)判別圖中(圖9)，所有樣品均投影于后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)，巖石具后碰撞花崗巖的特征，進一步判斷巖體可能是在后碰撞伸展作用下形成。

WPG.板內(nèi)花崗巖；VAG.火山弧花崗巖；ORG.大洋脊花崗巖；syn-COLG.同碰撞花崗巖；Post-COLG.后碰撞花崗巖圖9 Rb-(Y+Nb)判別圖(據(jù)PEARCE等，1984)Fig.9 Rb-(Y+Nb)diagram of the intrusive rock

綜上所述，結合區(qū)域地質(zhì)資料、前人研究成果、巖體時代及巖石地球化學特征，綜合分析認為精尼克蓋曼南巖體是在后碰撞伸展拉張環(huán)境下的產(chǎn)物；進一步說明在早寒武世西昆侖造山帶處于后碰撞伸展拉張環(huán)境。

5 結論

(1)鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結果表明，研究區(qū)二長花崗巖成巖年齡為(516.5±0.8)Ma，時代為早寒武世。

(2)巖石地球化學特征方面，二長花崗巖屬于鈣堿性系列和準鋁-過鋁質(zhì)花崗巖；巖石輕稀土元素較為富集，輕、重稀土元素分餾明顯，具有明顯的負Eu異常；巖石相對富集Rb、K等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、P、Ti和HREE等高場強元素，主要為下地殼物質(zhì)熔融形成。

(3)結合鋯石定年結果及巖體產(chǎn)出的區(qū)域地質(zhì)背景，綜合分析認為精尼克蓋曼南巖體是在后碰撞伸展拉張型環(huán)境下的產(chǎn)物；早寒武世處于后碰撞伸展拉張環(huán)境。

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