青海洪水河地區(qū)侵入巖地球化學(xué)特征與地球動(dòng)力學(xué)意義

李 萌，肖淵甫，張俊柯，楊秋平，譚 韜

(成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)

1 地質(zhì)概況

紅水河地區(qū)位于東昆侖復(fù)合造山帶中段北坡祁漫塔格地區(qū)紅水河下游一帶，由于特殊的構(gòu)造位置，不同時(shí)期發(fā)育不同強(qiáng)度的巖漿活動(dòng)[1]，猶以中三疊世花崗巖漿侵入活動(dòng)最為劇烈。中三疊世侵入巖以巖株和巖基的形式廣泛分布在研究區(qū)南部，沿NW-SE向的區(qū)域構(gòu)造線走向展布，產(chǎn)出花崗閃長(zhǎng)巖和細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖兩種巖石類型。

2 巖石化學(xué)特征

2.1 主量元素

1)酸度的過渡性

研究區(qū)侵入巖的SiO2含量為64.55%～69.12%，平均含量為66.75%，其低于中國(guó)花崗巖中SiO2的平均含量(72.83%)，屬于中酸性巖石。CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果顯示所有樣品均含有標(biāo)準(zhǔn)礦物石英(含量22.04%～29.24%)，呈現(xiàn)SiO2過飽和。

2)中鉀

Na2O含量為3.35%～3.63%，平均值為3.53%；K2O含量為2.32%～3.17%，平均值為2.80%，與中國(guó)花崗巖[2]中Na2O(3.13%)與K2O(5.01%)相比，Na2O含量略高，K2O含量則較低。堿度率AR指數(shù)在1.79～2.3之間，全堿ALK(Na2O+K2O)含量為6.03%～6.92%，Na2O含量略大于K2O，Na2O與/K2O值為1.06～1.56，平均為1.28，具有I型花崗巖的特征。在硅鉀圖(圖1)中，只有PM07樣品落入高鉀鈣堿系列區(qū)，其余4個(gè)樣品全部落入中鉀鈣堿系列區(qū)。Rittman指數(shù)介于1.56～1.75之間，小于3.3，屬于鈣堿性巖石。

圖1 紅水河侵入巖K2O-SiO2圖解

3)鋁的過渡性

Al2O3含量為14.6%～16.2%，均值15.43%，略高于中國(guó)花崗巖平均值(Al2O3=13.4%)，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物顯示，只有PM01樣品的剛玉分子量大于1，其余均小于1，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)在0.95～1.07之間。平均值為1，具備I型花崗巖的特征。在鋁飽和指數(shù)圖(圖2)上，三個(gè)樣品落入過鋁區(qū)，兩個(gè)樣品落入偏鋁區(qū)。

圖2 紅水河侵入巖鋁飽和指數(shù)

2.2 微量元素

由紅水河地區(qū)侵入巖微量元素標(biāo)準(zhǔn)化(據(jù)McDonough等，1992)蛛網(wǎng)圖(圖3)，各巖石曲線基本一致，具有類似的虧損和富集特征，曲線總體向右傾斜，局部差異體現(xiàn)在：PM07與D1098樣品與其余樣品相比呈現(xiàn)Th虧損，PM01樣品較與其余樣品呈現(xiàn)Ba的相對(duì)富集。從左到右，隨著元素不相容性的逐漸減少，元素含量也隨之整體下降。各樣品富集K、Th、Rb、Ba、等大離子親石元素(LILE)，虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)，與俯沖環(huán)境中高鉀低鈦鉀質(zhì)巖[3]特征類似，顯著的“TNT”負(fù)異常意味著在巖漿源區(qū)的俯沖帶中存在地幔物質(zhì)的混合物。Ti、P的顯著虧損說明巖漿結(jié)晶分異作用較強(qiáng)，原因在于早期巖漿中鈦鐵礦、磷灰石和蛭石的沉淀造成了剩余巖漿中Ti和P的消耗。Tb的強(qiáng)烈富集說明花崗質(zhì)巖來源于上地殼或受上地殼的影響。

圖3 紅水河侵入巖微量元素蛛網(wǎng)圖

2.3 稀土元素

與世界花崗巖中的稀土平均含量(290×10-6)相比，紅水河地區(qū)的稀土總量(ΣREE)較低。介于83.02～116.02×10-6之間，LREE/HREE介于7.09～18.89之間，(La/Yb)N=7.40～24.13，強(qiáng)烈分餾輕重稀土，δEu為0.78～0.93，小于1，顯示弱的或無負(fù)的異常，重稀土強(qiáng)烈虧損和Eu的不明顯負(fù)異常說明形成紅水河地區(qū)侵入巖的巖漿先結(jié)晶出石榴子石，但斜長(zhǎng)石的結(jié)晶作用不明顯，說明巖漿源區(qū)較深，與地殼混合。在紅水河侵入巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土分布模型圖(根據(jù)Boynton，1984)(圖4)中，元素曲線具有良好的一致性。這表明侵入巖具有相同的物源供給區(qū)，并經(jīng)歷了類似的演化過程。曲線中重稀土部分較平，分餾不明顯，輕稀土分餾強(qiáng)烈。該曲線與典型的殼型花崗巖REE“V”型配分模式大相徑庭，說明源巖巖漿存在地幔物質(zhì)的貢獻(xiàn)。

3 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境分析

3.1 巖漿成因與演化

紅水河地區(qū)侵入巖具有同源演化的趨勢(shì)，在巖石化學(xué)方面，隨著SiO2含量的升高(64.55%～69.12%)，K2O+Na2O含量亦升高(5.95%～6.7%)，CaO(4.72%～2.43%)和Fe2O3+MgO(2.79%～1.19%)的含量則隨之降低；隨著堿度率AR的增加(1.79～2.3)，拉森指數(shù)LI隨之增加(14.61～21.40)，顯示巖漿具有減少鎂和鐵含量以及提高堿度的趨勢(shì)。P2O5含量(0.15%～0.09%)隨著SiO2含量的升高而降低，結(jié)果表明，由于部分偏鋁—過鋁硅酸鹽熔體中的磷具有較低的溶解度，所以巖漿分異更強(qiáng)。其含量會(huì)隨著分異程度的增加而下降。研究區(qū)侵入巖Na2O(均值為3.53%大于3.2%)較高，且A/CNK值低于1.1，與典型的S型花崗巖特征迥然不同，此外Zr+Nb+Ce+Y含量在178.32～213.68 ppm，低于A型花崗巖的下限(350 ppm)，并且在鋁飽和度指數(shù)圖上(圖2)，所有樣品均落在I型花崗巖區(qū)。所以，紅水河地區(qū)侵入巖屬I型花崗巖，來自于殼?；旌献饔?，而所有樣品Zr含量高(平均值為137.39 ppm大于100 ppm)，說明巖漿演化過程中，鋯石結(jié)晶不明顯，原因在于鋯石在地殼深溶過程中發(fā)生差異溶解[4]，暗示地殼部分熔融。Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、MnO、TiO2表現(xiàn)出的隨P2O5降低而降低的正相關(guān)線性關(guān)系，說明研究區(qū)巖漿經(jīng)歷了混合作用。綜上所述，紅水河侵入巖的殼源部分由于幔源巖漿的破壞而部分熔融，混合成的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿于地殼深部通過較高的分異演化而形成的。

3.2 構(gòu)造環(huán)境與地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制分析

在地球化學(xué)特征方面，研究區(qū)花崗巖普遍具有重稀土元素(HREE)和高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)虧損和輕稀土富集的典型弧巖漿巖特征。高場(chǎng)強(qiáng)元素如Ta，Ti，P和Nb的損失表明它們與俯沖密切相關(guān)。研究區(qū)侵入巖中Nb/Ta，Rb/Sr，Rb/Ba和Sr/Y的平均值為：13.88，0.24，0.14，42.84，與大陸弧均值(12.82，0.2，0.17，15.47)[5]基本一致，蛛網(wǎng)圖與稀土配分模式圖的曲線圖形亦與大陸弧花崗巖相似。

在R1-R2圖(圖5)中，只有PM01樣品落入靠近板塊碰撞前花崗巖區(qū)的同碰撞花崗巖區(qū)，其余樣品全部落入板塊碰撞前的花崗巖區(qū)域，表明研究區(qū)內(nèi)的侵入巖是在碰撞前形成的，并結(jié)合區(qū)域構(gòu)造特征。在中三疊世期間，昆南洋向北俯沖后，進(jìn)入陸內(nèi)連續(xù)俯沖碰撞階段。區(qū)域地質(zhì)資料顯示研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖鋯石U-Pb同位素年齡為246.2±1.0 Ma。同時(shí)結(jié)合前文分析的花崗巖類地球化學(xué)特征，顯示中三疊世的侵入巖為碰撞前俯沖的結(jié)果。

4 結(jié) 論

1)紅水河地區(qū)侵入巖花崗巖SiO2平均含量為66.75%，屬中酸性巖類，樣品中全堿含量為6.03%～6.92%，K2O/Na2O=0.64～0.95，Rittman指數(shù)(σ)為1.56～1.75，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.95～1.07，平均為1，表明該巖石屬于中鉀，副鋁過鋁鈣堿性系列。

圖5 紅水河侵入巖R1-R2圖解

2)紅水河地區(qū)侵入巖在花崗巖類型判別圖解上為I型花崗巖，地球化學(xué)特征總體表現(xiàn)為L(zhǎng)ILE和LREE元素相對(duì)富集，HFSE和HREE元素相對(duì)虧損的特征；巖石化學(xué)圖解上各樣品曲線形態(tài)基本一致，表明各巖石具同源演化的特征；δEu的弱負(fù)異常表明地殼物質(zhì)的參與，而Ti和P的顯著虧損表明巖漿具有強(qiáng)烈的分異性。

3)紅水河地區(qū)侵入巖是中三疊世在昆南洋向北俯沖的動(dòng)力學(xué)背景下，俯沖洋殼深埋于高溫高壓條件下部分熔融。然后，由擴(kuò)散源熔體和殼源熔體混合產(chǎn)生的混合巖漿被輸送到淺部并由較高結(jié)晶度分化形成。為昆南洋未完全閉合提供了依據(jù)，標(biāo)志著碰撞造山階段的滯后。