中祁連西段石板墩堆晶巖的地球化學(xué)特征及構(gòu)造意義

馬 蓁，劉 錚，劉懿馨，王金榮

(蘭州大學(xué) 地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院 甘肅省西部礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

祁連造山帶位于青藏高原東北緣，自新元古代至古生代經(jīng)歷了大陸裂解、洋盆擴(kuò)張、俯沖閉合、碰撞的過(guò)程[1-2]。自20世紀(jì)70年代始，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)祁連造山帶內(nèi)的蛇綠巖、增生雜巖體、海相火山巖、高壓-超高壓變質(zhì)巖系及島弧相關(guān)的火成巖建造開(kāi)展了一系列科學(xué)研究，取得了矚目的研究成果[3-10]。中祁連地塊緊鄰北祁連和柴北緣，其演化歷史與祁連造山帶板塊構(gòu)造過(guò)程有密切的關(guān)系。有學(xué)者認(rèn)為中祁連地塊的形成過(guò)程伴隨著南祁連洋的俯沖碰撞造成的塊體拼貼過(guò)程[11-12]，或認(rèn)為中、南祁連是由北祁連洋殼的南向俯沖增生所形成[9,13]。還有學(xué)者認(rèn)為中祁連與華南板塊有著構(gòu)造親緣性[14-15]，而造成這種分歧的主要原因是目前對(duì)中祁連地塊以及北祁連造山帶南緣早古生代巖漿巖的研究不足。

北祁連和柴北緣的研究程度相對(duì)較高，而中祁連的研究較少且主要集中于中祁連元古宙基底地層格架和東段地區(qū)的侵入巖體和變質(zhì)巖[14-18]，西段的巖漿巖缺乏精確的地質(zhì)年代學(xué)及地球化學(xué)的數(shù)據(jù)，更鮮有鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖的報(bào)道。本文在詳盡的野外調(diào)查基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)中祁連西段石板墩地區(qū)堆晶巖展開(kāi)系統(tǒng)的巖石學(xué)、地質(zhì)年代學(xué)和地球化學(xué)研究，以期揭示中祁連西段鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖的巖石成因，從而對(duì)早古生代中祁連的構(gòu)造屬性進(jìn)行探討，為深入研究祁連造山帶的構(gòu)造演化提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況和巖石學(xué)特征

祁連造山帶位于青藏高原東北緣，夾持于阿拉善地塊與柴達(dá)木地塊之間，西以阿爾金斷裂為界與敦煌地塊相鄰，整體沿西北—東南方向展布，寬約300 km，長(zhǎng)約1 000 km。祁連造山帶由北至南可以分為北祁連造山帶、中祁連地塊、南祁連構(gòu)造帶和柴達(dá)木北緣超高壓變質(zhì)帶[2,9](圖1(a))。

北祁連造山帶位于阿拉善地塊與祁連—柴達(dá)木地塊之間，帶內(nèi)分布有新元古代至早古生代的蛇綠巖套、低溫高壓變質(zhì)帶、島弧火成巖、花崗巖巖體、增生棱柱體、泥盆紀(jì)磨拉石建造及石炭系—三疊系沉積蓋層[5,19-24]。柴達(dá)木北緣超高壓變質(zhì)帶位于祁連地塊與柴達(dá)木地塊之間，其前寒武紀(jì)基底由一套中—高級(jí)片麻巖、角閃巖和片巖組成，上覆古生代—中生代沉積蓋層，帶中超高壓—高壓變質(zhì)巖的原巖包括花崗片麻巖、泥質(zhì)片麻巖、蛇綠巖和大陸溢流玄武巖[7,11,25-27]。

祁連地塊位于北祁連造山帶與柴達(dá)木北緣超高壓變質(zhì)帶之間，以黨河斷裂為界分為中祁連地塊及南祁連構(gòu)造帶(圖1(a))。南祁連構(gòu)造帶主要由寒武紀(jì)至奧陶紀(jì)海洋沉積、洋殼碎片、火山熔巖、火山碎屑巖和深?！肷詈３练e組成[28-31]。中祁連地塊具有前寒武紀(jì)結(jié)晶基底，古生代—新生代沉積蓋層不整合于其上[24,27]?；子烧閹r、副片麻巖、混合巖、片巖、高綠片巖-角閃巖相、板巖、大理巖、石英巖、變質(zhì)火山巖和少量Fe-Mn沉積組成，沉積蓋層主要由沉積巖石和低等級(jí)變質(zhì)巖石組成。中祁連東段主要為新元古界馬銜山巖群，為一套深變質(zhì)巖系，西段主要出露下元古界北大河巖群，為一套高綠片巖相-低角閃巖相結(jié)晶基底巖系。這些變質(zhì)巖系顯示中祁連在早古生代經(jīng)歷了強(qiáng)烈的構(gòu)造事件。中祁連地塊還分布一系列早古生代巖漿巖，如馬銜山巖群發(fā)育大量早古生代基性巖墻，東段的中酸性巖既有與洋殼俯沖有關(guān)的島弧巖漿組合[32-33]，又有碰撞及后碰撞的產(chǎn)物[18]，西段中酸性侵入體，巖體多為奧陶紀(jì)侵入巖，少數(shù)形成于志留紀(jì)。

圖1 祁連造山帶構(gòu)造簡(jiǎn)圖及研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological sketch map of the Qilianshan area and tectonic map of the study area (a)修改自XIAO等[9]；(b)修改自胡萬(wàn)龍等[31]

研究區(qū)位于中祁連西段肅北縣石板墩地區(qū)(圖1(b))，區(qū)域內(nèi)出露的地層有薊縣系、青白口系、寒武系，整體呈NWW—SEE向展布。研究區(qū)巖石組合類型主要為堆晶巖組合，即橄輝巖-輝長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖。堆晶巖在空間上分布極具特征，自下而上為蛇紋石化橄輝巖(底部含有黃鐵礦晶體)、橄欖角閃石巖、層狀輝長(zhǎng)巖(上部有磁鐵礦層)、層狀閃長(zhǎng)巖。巖體侵入長(zhǎng)城系中，并具有多旋回的產(chǎn)出特點(diǎn)，韻律特征明顯(圖2，圖3)。

圖2 石板墩堆晶巖野外照片F(xiàn)ig.2 Outcrop photos of the Shibandun mafic-ultramafic cumulatesa.構(gòu)造破碎帶中的超基性巖已發(fā)生蛇紋石、黃鉀鐵礬化；b.層狀閃長(zhǎng)巖；c.輝長(zhǎng)巖中的磁鐵礦層；d.鐵礦帶

圖3 巖體鉆孔柱狀圖Fig.3 Columnar section of the intrusion drillcore

本文的主要研究對(duì)象蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖均采自新鮮露頭。堆晶巖下部巖石為蛇紋石化橄輝巖，灰綠色、墨綠色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀及層狀構(gòu)造，主要礦物為橄欖石和輝石，底部副礦物為黃鐵礦，在橄輝巖巖體頂部出現(xiàn)磁黃鐵礦及少量的磁鐵礦，橄欖石已發(fā)生蛇紋石化和黃鉀鐵礬化，輝石也見(jiàn)閃石化現(xiàn)象。蛇紋石化橄輝巖之上的輝長(zhǎng)巖，呈中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀、塊狀構(gòu)造，主要礦物為半自形板狀或長(zhǎng)條狀斜長(zhǎng)石(50%)，少量見(jiàn)黏土化；短柱狀輝石約占45%，見(jiàn)黝簾石化和纖閃石化及少量的角閃石和黑云母，中上部見(jiàn)有中厚層狀的磁鐵礦層及少量的磁黃鐵礦。輝長(zhǎng)巖之上發(fā)育有中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖，巖體整體也具層狀構(gòu)造(圖2，圖3)。

2 分析方法及結(jié)果

本次研究的鋯石陰極發(fā)光(CL)顯微照相、LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年、主量元素測(cè)試及微量元素測(cè)試均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

鋯石CL顯微圖像分析采用捷克FEG quanta 400熱點(diǎn)電場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡。LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)分析測(cè)試在連接Geolas-193型紫外激光剝蝕系統(tǒng)的Agilient 7500a型ICP-MS上進(jìn)行，激光剝蝕束斑直徑為30 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm，頻率為6 Hz，激光采樣方式為單點(diǎn)剝蝕。測(cè)試使用的標(biāo)準(zhǔn)鋯石是91500和GJ-1。實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣。數(shù)據(jù)處理及同位素比值計(jì)算采用GLITTER(Version410)軟件。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)柳小明等[34]。

主量元素測(cè)試方法為固態(tài)X射線熒光光譜法(XRF)，測(cè)試儀器型號(hào)為Rikagu RIX 2100，主量元素的精確度誤差優(yōu)于5%。微量元素分析在Elan 6100DRC型ICP-MS完成，分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%。詳細(xì)的測(cè)試方法和分析流程見(jiàn)劉曄等[35]。

2.1 鋯石U-Pb年齡

本文對(duì)1件輝長(zhǎng)巖樣品(DLT-11-19)進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試，分析結(jié)果見(jiàn)表1和圖4。鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像顯示，鋯石晶形比較完整，普遍較小(50～150 μm)，長(zhǎng)寬比值為1∶1～3∶1。大多數(shù)鋯石顆粒內(nèi)部具有與晶體邊界基本一致、寬的巖漿結(jié)晶振蕩CL環(huán)帶，個(gè)別鋯石顆粒沒(méi)有明顯的巖漿結(jié)晶振蕩CL環(huán)帶，顯示均一的圖像特征。共完成15個(gè)樣品點(diǎn)分析，諧和圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)成群分布(圖4(a))，分析點(diǎn)位于諧和線及其附近。12個(gè)鋯石分析點(diǎn)(圖4(c))Th/U比值在0.19～0.92之間(平均值0.53)，表示所測(cè)鋯石為典型的巖漿成因[36]，代表本次巖漿事件；另外3個(gè)分析點(diǎn)206Pb/238U加權(quán)平均年齡分別為2 398 Ma、2 405 Ma和2 687 Ma(圖4(b))，可能源于古老基底的繼承鋯石。根據(jù)該輝長(zhǎng)巖的巖相學(xué)以及鋯石的形態(tài)、Th/U比值和CL圖像特征，本文認(rèn)為輝長(zhǎng)巖的結(jié)晶年齡為486 Ma。

2.2 地球化學(xué)特征

據(jù)蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖的全巖主量、微量地球化學(xué)數(shù)據(jù)(表2)，蛇紋石化橄輝巖(YQ-29、YQ-30、YQ-31)SiO2含量在45.82%～54.93%之間，低Ti(TiO2=0.08%～0.18%)、Al(Al2O3=0.62%～5.70%)，高M(jìn)g(MgO=23.43%～31.23%，平均值27.87%，Mg#=67～75)、高Fe(TFe2O3=8.40%～10.31%)、高Ca(CaO=2.21%～6.58%)，低Na(Na2O=0.15%～0.57%)、低K(K2O=0.08%～0.47%)，全堿(Na2O+K2O)含量為0.62%～0.68%，Cr含量介于1 575×10-6～3 178×10-6之間，Ni含量在633×10-6～1 417×10-6之間。在全堿-SiO2圖解(圖5(a))中，樣品落入輝長(zhǎng)巖-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖區(qū)域(亞堿性范圍)，在巖石系列K2O-SiO2劃分圖解(圖5(b))中，樣品落入鈣堿性區(qū)域和低鉀區(qū)域。

輝長(zhǎng)巖(YQ-28、DTL-11-19、DTL-11-21、DTL-11-23)的SiO2含量介于43.25%～49.02%之間，低Ti(TiO2=0.08%～0.29%)，高Al(Al2O3=16.06%～18.89%)、Mg(MgO=9.55%～17.49%，平均值12.75%，Mg#=63～67)、Fe(TFe2O3=4.76%～7.28%)、Ca(CaO=9.18%～13.88%)，低Na(Na2O=0.89%～1.65%)、K(K2O=0.11%～0.43%)，全堿(Na2O + K2O)含量為1.07%～1.88%，Cr含量介于140×10-6～1 294×10-6之間，Ni含量介于33×10-6～251×10-6之間。在全堿-SiO2圖解(圖5(a))中，樣品投點(diǎn)均落入輝長(zhǎng)巖區(qū)域(亞堿性范圍[37-38])，在巖石系列K2O-SiO2劃分圖解(圖5(b))中，樣品落入鈣堿性和低鉀區(qū)域。

表1 石板墩輝長(zhǎng)巖(DLT-11-19)鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

圖4 石板墩輝長(zhǎng)巖(DLT-11-19)的LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖(a—c)及鋯石CL圖像(d) Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams for the Shibandun gabbro (DLT-11-19) (a-c) and zircon cathodeluminescence (CL) images (d)

樣號(hào)巖性SiO2TiO2Al2O3TFe2O3MnOMgOCaONa2OK2OP2O5燒失量總量Mg#RbBaYQ-29YQ-30YQ-31蛇紋石化橄輝巖 45.820.154.7610.310.1431.232.210.420.260.034.2399.5772.1912.6143.4847.930.085.708.400.1328.952.710.150.470.015.0499.5874.7220.0884.4654.930.180.629.970.1423.436.580.570.080.033.0399.5666.833.0644.28YQ-28DLT-11-19DLT-11-21DLT-11-23輝長(zhǎng)巖49.020.2918.894.760.089.5513.881.680.170.031.1999.5663.224.7477.6646.120.2916.306.380.1012.9811.751.450.430.033.6999.5263.569.8239.4047.470.1517.985.010.0810.9613.331.600.110.012.8599.5565.223.5956.2543.250.0816.067.280.0917.499.180.850.220.025.0299.5467.328.4443.91樣號(hào)巖性ThUNbTaLaCePbPrSrNdSmZrHfEuGdYQ-29YQ-30YQ-31蛇紋石化橄輝巖 0.710.291.170.112.254.244.020.5172.301.950.4414.310.330.230.470.120.070.390.060.871.625.610.1951.400.700.155.380.140.160.170.240.150.550.061.433.261.840.46106.022.110.6014.060.330.210.73YQ-28DLT-11-19DLT-11-21DLT-11-23輝長(zhǎng)巖0.330.141.390.172.385.092.280.72306.943.220.8919.510.460.641.100.290.090.910.061.793.841.360.52164.202.400.6311.010.310.340.760.090.050.250.021.222.721.420.40316.881.970.615.910.210.660.780.770.350.480.041.813.512.140.42187.331.740.4322.620.660.390.50樣號(hào)巖性TbDyHoYErTmYbLuΣREEΣLREEδEu(La/Yb)N(La/Sm)N(Gd/Yb)NYQ-29YQ-30YQ-31蛇紋石化橄輝巖 0.070.470.093.330.290.040.310.0511.429.621.534.873.201.230.020.180.041.340.130.020.160.024.423.683.043.593.760.820.120.800.165.050.470.070.450.0610.928.070.972.161.511.33YQ-28DLT-11-19DLT-11-21DLT-11-23輝長(zhǎng)巖0.181.160.237.780.550.090.600.0816.9312.941.982.691.681.490.120.750.164.130.430.060.400.0612.289.541.513.051.781.540.130.860.184.560.490.070.440.0610.597.582.911.891.271.440.080.510.102.790.310.050.310.0510.218.302.593.912.641.28

注：主量元素含量單位為%；微量元素和稀土元素含量單位為10-6。

蛇紋石化橄輝巖ΣREE(4.41×10-6～11.41×10-6)低于N-MORB值(39.11×10-6)。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖6(a))中，LREE相對(duì)略富集，(La/Yb)N=2.16～4.87，輕重稀土分餾較弱，HREE呈平坦型分布，正Eu異常(Eu/Eu*=0.97～3.04)與斜長(zhǎng)石堆晶作用有關(guān)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖6(b))中，蛇紋石化橄輝巖表現(xiàn)出富集大離子親石元素(如Rb、Ba、K、Sr、Pb等)、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Hf、Ti等)的特征[39]。

輝長(zhǎng)巖ΣREE偏低(10.21×10-6～35.89×10-6)，低于N-MORB值(39.11×10-6)。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖6(a))中，LREE相對(duì)略富集，(La/Yb)N=1.89～3.91，輕重稀土分餾不明顯，HREE呈平坦型分布，正Eu異常(Eu/Eu*=1.51～2.91)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖6(b))，輝長(zhǎng)巖表現(xiàn)為富集大離子親石元素(如Rb、Ba、K、Sr、Pb等)、虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Hf、Ti等)的特征[40]。

3 討 論

3.1 巖石成因

蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖較高的燒失量(1.19～5.04)表明巖石經(jīng)歷了不同程度的蝕變。蝕變過(guò)程中，主量元素Ti、P、Al、Fe、Mg相對(duì)穩(wěn)定，K、Na具活動(dòng)性；微量元素Rb、Ba和其他大離子親石元素在蝕變過(guò)程是活動(dòng)的，而Zr、Th、La、Sm、Gd、Yb等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSEs)、稀土元素(REEs)及Th在蝕變過(guò)程中是穩(wěn)定的[41-43]，樣品的主量元素、微量元素與燒失量的線性關(guān)系也充分說(shuō)明這一點(diǎn)。因此，我們著重利用HFSEs、REEs、Th等穩(wěn)定的元素來(lái)討論巖石的物質(zhì)來(lái)源，排除巖漿過(guò)程對(duì)全巖組分的影響，更準(zhǔn)確地表征巖漿成因過(guò)程。

圖5 石板墩堆晶巖全堿-SiO2圖解[37](a)和K2O-SiO2劃分圖解[38](b)Fig.5 Total alkali vs.SiO2[37] (a) and K2O vs.SiO2 diagrams[38](b) for the Shibandun mafic-ultramafic cumulates

圖6 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖((a)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)BOYNTON[39])和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖((b)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)SUN等[40])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a.Chondrite normalizing values from BOYNTON[39]) and primitive mantle-normalize trace element spider diagrams (b.Primary mantle normalizing values from SUN et al.[40])

在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖及微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖僅僅是含量有所差異，其配分曲線模式是一致的，表明兩者為同源巖漿分異演化的產(chǎn)物。蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖的Zr/Y值在1.30～8.10(平均值為3.67)之間(富集地幔小于18[44])，Zr/Nb值在12.13～46.83(平均值為21.08)之間(虧損地幔大于18[44])。圖8(b)也顯示巖石的源區(qū)比虧損地幔富集，說(shuō)明源區(qū)可能為相對(duì)富集的地?；蚴潜唤淮^(guò)的地幔。

圖7 石板墩堆晶巖哈克圖解Fig.7 Harker diagrams for the Shibandun mafic-ultramafic cumulates

蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖隨著SiO2含量的增加，主量元素MgO和CaO含量不斷減少，其余氧化物與SiO2的線性關(guān)系不明顯，暗示蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖主要是通過(guò)堆晶作用形成；相容元素Cr含量為140.16×10-6～3 178×10-6(平均值1 218.12×10-6)，Ni含量為33.33×10-6～1 416.6×10-6(平均值548.08×10-6)，低于原始地幔值[40](Cr=2 625×10-6、Ni=1 960×10-6)，高于原生玄武質(zhì)巖漿的標(biāo)準(zhǔn)值[45-46](Cr=300×10-6～500×10-6，Ni=300×10-6～400×10-6)，表明其經(jīng)歷了一定程度的鎂鐵質(zhì)礦物(單斜輝石、橄欖石等)的堆晶作用。其主量和微量元素與MgO含量的關(guān)系也反映了巖漿的演化過(guò)程，在Harker圖(圖7)中，MgO與TFe2O3及相容元素Ni、Cr具有良好的正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明在玄武巖漿作用過(guò)程中發(fā)生了橄欖石的堆積過(guò)程，蛇紋石化橄輝巖和輝長(zhǎng)巖之間MgO含量的突變(27.87%～12.75%)也驗(yàn)證了這一點(diǎn)；MgO與Al2O3、CaO、全堿、V含量的負(fù)相關(guān)關(guān)系、Eu的正異常及微量元素Sr的正異常，都表明有斜長(zhǎng)石及單斜輝石的結(jié)晶堆積；TiO2、P2O5含量隨MgO值變化不明顯，表明巖石形成過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生鈦鐵礦物和磷灰石的堆積作用。巖石均低Ti 、Na、K，高M(jìn)g(Mg#=63～75)，但蛇紋石化橄輝巖比輝長(zhǎng)巖具有更高的Mg#、Cr、Ni含量和更低的Al、Ca含量，說(shuō)明初始巖漿經(jīng)歷了橄欖石、輝石強(qiáng)烈分異形成橄欖巖、橄輝巖的結(jié)晶過(guò)程，但Ti、Ca和Al未參與其巖漿過(guò)程，在其后巖漿繼續(xù)發(fā)生單斜輝石、基性斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用形成輝長(zhǎng)巖。

堆晶巖的Th/La比值(0.07～0.42，平均值0.20)低于陸殼[47](Th/La=0.3)。如果巖漿在上升過(guò)程中受到了地殼物質(zhì)的混染，則La/Sm比值會(huì)迅速增高。堆晶巖La/Sm比值(2.02～6.00，平均值3.60)均低于5，Th呈現(xiàn)負(fù)異常，這些特點(diǎn)都排除了古老大陸地殼物質(zhì)混染的可能性。高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta和Ti是巖漿作用過(guò)程中指示其形成的構(gòu)造環(huán)境的重要元素，在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上出現(xiàn)的Nb、Ta和Ti負(fù)異常通常指示是底侵作用背景下巖漿房中的幔源巖漿在地幔源區(qū)或巖漿上升過(guò)程中，發(fā)生過(guò)明顯的殼幔相互作用或者地幔源區(qū)受到俯沖流體交代導(dǎo)致一些不相容元素富集。島弧巖漿作用的主要特點(diǎn)是富集大離子親石元素，虧損Nb、Ta和Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素[48-49]，陸殼混染也會(huì)使巖漿具有與島弧玄武巖類似的Nb、Ta和Ti虧損的特征。石板墩堆晶巖均富集大離子親石元素、略富集LREE，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta和Ti，略虧損Zr、Hf)，沒(méi)有經(jīng)歷古老大陸地殼混染，部分高場(chǎng)強(qiáng)元素比值(Nb/La=0.21～0.52)也與島弧玄武巖相似，堆晶巖分別屬于火山弧玄武巖和大洋島弧區(qū)域(圖8(a)，(c))。因此，石板墩堆晶巖具有明顯的島弧玄武巖的親緣性。

圖8 石板墩堆晶巖構(gòu)造判別圖解((a)底圖據(jù)MESCHEDE等[50]；(b)底圖據(jù)DILEK等[51]；(c)底圖據(jù)PEARCE[52])Fig.8 Tectonic discrimination diagrams of the Shibandun mafic-ultramafic cumulates ((a)Base map after MESCHEDE et al.[50]; (b)Base map after DILEK et al.[51]; (c)Base map after PEARCE[52] )

綜合以上特征，石板墩堆晶巖是被俯沖流體交代過(guò)的軟流圈地幔部分熔融所形成的火山弧玄武巖漿侵入于地殼后通過(guò)結(jié)晶堆積逐一形成的。橄輝巖-輝長(zhǎng)巖-閃長(zhǎng)巖具有多旋回韻律的產(chǎn)出特點(diǎn)，說(shuō)明當(dāng)玄武巖漿發(fā)生結(jié)晶分異至產(chǎn)生閃長(zhǎng)巖(中性巖漿)時(shí)，有大量新的玄武巖泵入混合，使得巖漿房中的巖漿再次轉(zhuǎn)為基性組分，如此反復(fù)進(jìn)行形成了現(xiàn)今所見(jiàn)到的多旋回、層狀結(jié)構(gòu)的巖體。

3.2 構(gòu)造意義

大陸邊緣代表地殼的基本不連續(xù)，是研究洋-陸相互作用、大陸裂解、增生過(guò)程的主要場(chǎng)所，而活動(dòng)大陸邊緣是洋陸板塊匯聚、大洋板塊向毗鄰大陸俯沖消減的產(chǎn)物，也是火山-深成弧的形生地。洋殼的俯沖引起地殼-地幔的相互作用、島弧和大陸邊緣弧巖漿作用、地幔楔的形成和洋底擴(kuò)張以及高溫低壓/低溫高壓變質(zhì)作用，洋殼的消減最終導(dǎo)致弧陸、陸陸的碰撞拼接，形成碰撞造山帶。

區(qū)域構(gòu)造演化研究表明，中祁連西段在元古宙時(shí)期作為相對(duì)穩(wěn)定的華北(阿拉善)—塔里木—祁連—柴達(dá)木陸塊的一部分，在中—新元古代發(fā)育海相碳酸鹽巖-碎屑巖-火山巖碎屑巖建造。祁連地塊變質(zhì)基底的沉積特征和地球化學(xué)特征顯示其約900 Ma的新元古代早期，具有活動(dòng)大陸邊緣的特點(diǎn)[17, 53-54]；大約800 Ma的新元古代中—晚期，祁連地塊處于大陸裂谷環(huán)境[14]；新元古代晚期—早古生代早期，古陸塊(塔里木、阿拉善、祁連、柴達(dá)木等)的裂谷巖漿作用屬于Rodinia超大陸裂谷化-裂解過(guò)程中發(fā)生的全球性裂谷巖漿作用[55]。大洋擴(kuò)張使得華北—塔里木—祁連—柴達(dá)木陸塊分離，形成如祁連—阿爾金微陸塊、柴達(dá)木—北昆侖微陸塊等大陸塊體及“中祁連西段微地塊”[56-57]。早古生代，阿拉善與祁連地塊之間存在北祁連洋，其產(chǎn)生可能是Rodinia超大陸裂解的響應(yīng)。

前人的研究普遍認(rèn)為中祁連地區(qū)在早古生代為俯沖環(huán)境，具有活動(dòng)大陸邊緣的特點(diǎn)。對(duì)于早古生代中祁連地塊的構(gòu)造屬性存在爭(zhēng)議，認(rèn)為是裂谷環(huán)境[4,58]、弧后盆地[59]或島弧環(huán)境[60]。中祁連巖漿活動(dòng)大致集中在3個(gè)區(qū)段，即晚寒武世—早中奧陶世、晚奧陶世—志留紀(jì)和早泥盆世。早古生代中祁連西段的巖漿活動(dòng)主要有：石板墩堆晶巖南部附近出露470.9 Ma和472.3 Ma的花崗巖[61]，野馬山地區(qū)花崗巖為469.0 Ma[62]和462.9 Ma[63]，黨河南山地區(qū)510.8 Ma花崗巖[64]。石板墩地區(qū)花崗巖均屬于消減的大洋巖石圈板塊部分熔融產(chǎn)生的埃達(dá)克巖，野馬山花崗巖為I型花崗巖形成于板塊碰撞前的火山弧環(huán)境，黨河南山花崗巖屬于活動(dòng)陸緣I型花崗巖。這些都說(shuō)明中祁連西段在晚寒武世—奧陶紀(jì)早期屬于陸緣弧環(huán)境，與洋殼俯沖緊密相關(guān)，很可能為北祁連洋向中祁連俯沖消減過(guò)程所造成。

石板墩堆晶巖出露于中祁連地體西段，毗鄰黨河斷裂帶，形成時(shí)代為486.5 Ma，其巖石學(xué)和地球化學(xué)特征都顯示出島弧的特點(diǎn)，結(jié)合前人的研究結(jié)果，我們認(rèn)為中祁連地體西段在晚寒武世—奧陶紀(jì)早期屬于火山弧環(huán)境，其構(gòu)造動(dòng)力學(xué)過(guò)程與洋殼俯沖緊密相關(guān)。因此，中祁連西段是早古生代時(shí)期在“殘留的微陸塊”基礎(chǔ)上形成的一個(gè)火山弧增生雜巖地體。在約460 Ma，持續(xù)的北祁連洋俯沖轉(zhuǎn)變?yōu)榇箨懜_階段[65]，洋殼消減最終導(dǎo)致了弧后盆地的關(guān)閉以及祁連地塊與阿拉善板塊和柴達(dá)木板塊大陸間的碰撞。

4 結(jié) 論

(1)石板墩堆晶巖主要由蛇紋石化橄輝巖-輝長(zhǎng)巖組成，具有多旋回、多韻律層的特點(diǎn)。輝長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(486.5±3.3) Ma。

(2)蛇紋石化橄輝巖-輝長(zhǎng)巖為同源巖漿分異演化的產(chǎn)物，形成于火山弧構(gòu)造背景下，由被俯沖流體交代過(guò)的軟流圈地幔部分熔融所形成的玄武巖漿侵入于地殼后通過(guò)結(jié)晶堆積所形成。多旋回韻律的產(chǎn)出特點(diǎn)表明當(dāng)玄武巖漿發(fā)生結(jié)晶分異至產(chǎn)生閃長(zhǎng)巖(中性巖漿)時(shí)又有大量新的玄武巖漿再次泵入混合，如此反復(fù)所形成。

(3)結(jié)合地質(zhì)背景研究，認(rèn)為中祁連西段的形成與洋殼俯沖緊密相關(guān)，是早古生代時(shí)期在“殘留的微陸塊”基礎(chǔ)上形成的一個(gè)火山弧增生雜巖地體。