齊瑞榮

(甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735009)

祁連山西段的野馬山地區(qū)分布著大量呈巖基產(chǎn)出的中酸性侵入巖，1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查認為其是加里東期花崗巖，主要是根據(jù)構(gòu)造旋回、巖漿建造及巖體穿插關(guān)系，并與祁連山地區(qū)同一構(gòu)造帶內(nèi)侵入巖進行對比而確定的，并無可靠的同位素測年資料。20世紀(jì)90年代以來，一些學(xué)者對祁連山西段的中酸性侵入巖開展了同位素測年工作，如蘇建平等［1］通過對野馬山東側(cè)的黑溝梁子花崗巖單顆粒鋯石U-Pb同位素測年，獲得206Pb/238U表面年齡444±17Ma，并認為形成于板塊碰撞階段;而野馬南山主峰一帶花崗巖單顆粒鋯石U-Pb同位素年齡為444±38Ma，成因為埃達克質(zhì)巖石，形成于板塊碰撞前［2］。李建峰等(2010)運用SHRIMP鋯石 U-Pb定年獲得石包城、肅北地區(qū)花崗巖體侵入時代分別為435±4Ma和415±3Ma，并認為前者形成于洋殼俯沖的島弧環(huán)境，而后者為加里東造山作用晚期陸陸碰撞后產(chǎn)物［3］。

上述研究提高了該地區(qū)中酸性侵入巖的研究程度，但中祁連西段花崗巖類的研究，仍然相對薄弱。筆者在開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作過程中，在祁連山西段野馬南山南側(cè)巴嘎德爾基一帶花崗巖體中獲得462.9±1.4Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，本文試圖通過對該巖體巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)及年代學(xué)的研究，為研究祁連山西段構(gòu)造演化提供基礎(chǔ)資料。

1 巖體地質(zhì)和巖石學(xué)特征

巴嘎德爾基巖體位于甘肅省肅北縣縣城東南約86km的大道爾吉鉻礦區(qū)-巴嘎德爾基一帶(圖1)，是野馬南山巖基的重要組成部分，構(gòu)造上位于祁連山西段中祁連地塊的南緣。呈近東西向的小巖基產(chǎn)出，巖體長20km，寬3～5km，出露面積約70km2，侵入于薊縣紀(jì)花兒地組(Jxh)、北大河巖群C巖組(Ar-PtB)等地層以及晚寒武世閃長巖中。在巴嘎德爾基一帶與大道爾基蛇綠巖套也呈侵入接觸。巖體呈外傾式接觸，傾角40°～60°不等，接觸界線清楚，外接觸帶形成熱接觸變質(zhì)帶，接觸帶內(nèi)側(cè)見有大量的閃長巖、大理巖、變砂巖等捕擄體。據(jù)巖體內(nèi)侵入體產(chǎn)狀、巖石特征的不同，可分為早、晚兩期侵入巖。

圖1 中祁連西段巴嘎德爾基地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Bagadeerji area in thewestern part of the central Qilian Mountains

早期侵入巖主要分布于巖體邊部，巖石為中粒二長花崗巖，肉紅色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物粒徑在2～5mm之間。巖石由斜長石(35% ±)、鉀長石(27% ±)、石英25% ±、黑云母(9% ±)、角閃石(6%±)和微量磁鐵礦、榍石組成。斜長石呈板狀、寬板狀，半自形晶，粒徑以2～3mm居多，少量可達40mm±，發(fā)育聚片雙晶，表面見較弱的絹云母化。鉀長石呈他形粒狀，局部可見鉀長石包裹斜長石，鉀長石為顯微條紋長石。黑云母、角閃石呈自形晶，與斜長石、鉀長石鑲嵌分布。副礦物磁鐵礦等包裹在暗色礦物質(zhì)中。

晚期為細粒鉀長花崗巖，主要分布于巖體中心部位，巖石呈肉紅色，細粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物粒徑＜2mm。巖石礦物組成:鉀長石(52% ±)、斜長石(5% ±)、石英(25% ±)、黑云母(12% ±)、角閃石(5% ±)和微量磁鐵礦、磷灰石等。斜長石呈板狀、寬板狀，半自形晶，粒徑＜2mm，大多數(shù)在1～2mm間，發(fā)育聚片雙晶，表面見較弱的絹云母化。鉀長石:呈他形粒狀，為顯微條紋長石。黑云母、角閃石呈自形-半自形晶，與長石、石英鑲嵌分布，副礦物磁鐵礦等包裹在暗色礦物質(zhì)中。石英成形粒狀，填充在長石與暗色礦物的空隙中。

2 樣品的采集及分析方法

本文分析的樣品均采自巴嘎德爾基巖體內(nèi)部遠離脈體、蝕變帶和裂隙的新鮮巖石，并在顯微鏡下詳細觀察后，挑選出較新鮮、蝕變相對較弱，具代表性的樣品。主量元素、稀土、微量元素測試在國土資源部天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所進行，其中主量元素分析了 SiO2、Fe2O3、Al2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、CO2、MnO、燒失量和 H2O 等 15 項，除H2O采用重量法外，其余氧化物都用X-螢光光譜法測定，分析精度(相對誤差)優(yōu)于1%。微量和稀土元素采用ICP-MS測定，其元素的分析誤差小于 5%。微量元素分析了 Cr、Ni、Co、Li、Rb、Cs、Sr、Ba、V、Sc、Nb、Ta、Zr、Hf、Be、Ga、U、Th 等 18 項元素，稀土元素分析了 La、Ce、Pr、Sm、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 等15 項元素。

同位素樣品采集了新鮮無蝕變的細粒鉀長花崗巖樣品30kg，在河北區(qū)域地質(zhì)調(diào)查隊實驗室進行了鋯石的挑選工作，首先對樣品進行破碎，選取無磁或弱磁性的鋯石單顆粒，然后對鋯石進行礦物學(xué)和形態(tài)學(xué)鑒定，樣品測試是在國土資源部天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所分析測試研究中心同位素室完成，采用LA-ICP-MS對顆粒鋯石進行測試，測試過程中采用標(biāo)樣和平行樣對測試過程進行質(zhì)量監(jiān)控和檢驗，以確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)處理、年齡計算和繪圖使用(Ludwig 2003)ISOPLOT程序，206Pb/238U加權(quán)平均年齡的誤差為95%置信的結(jié)果。

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 主量元素

巴嘎德爾基巖體主量元素分析結(jié)果見表1，稀土元素分析結(jié)果見表2，微量元素分析結(jié)果見表3。

圖2 巴嘎德爾基巖體硅堿圖Fig.2 SiO2vs.K2O diagram of the granitoids from the Bagadeerji granitic plutons

從表1中可以看出，巴嘎德爾基巖體SiO2介于65.45% ～70.00%之間，平均68.18%，屬酸性侵入巖范疇。巖石富堿(Na2O+K2O含量介于7.3%～8.0%之間)，且相對富鉀質(zhì)(Na2O/K2O介于0.62～0.68之間)，里特曼組合指數(shù)(σ)為2.06～2.48，在硅堿圖解上(圖2)樣品投點落入高鉀鈣堿性系列區(qū)。Al2O3含量介于13.37% ～15.26%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)介于1.3～1.5之間，在CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中見剛玉分子(0.00% ～0.96%)，說明巖石屬過鋁質(zhì)的花崗巖。此外，巖石的Fe2O3、K2O含量隨SiO2的增加而增加，而CaO、FeO、TiO2、MnO含量呈減少趨勢，具正常巖漿演化的特點。

2.2 稀土、微量元素特征

巖體稀土總量中等(∑REE介于128.89×10-6～169.52×10-6之間)，輕稀土富集，LREE/HREE 介于4.60～5.31之間，(La/Yb)n介于12.40～13.63之間)，弱負銪異常(δEu介于0.78～0.93之間)，在C1球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線圖解上中，曲線呈輕稀土富集右傾分配模式(圖3)，且輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯，負銪異常不明顯。

巴嘎德爾基巖體中相對富集大離子親石元素K、Rb、Ba、Th等，Rb含量介于157×10-6～184×10-6之間;Zr、Hf、Y、Yb等中等相容元素相對虧損，在洋脊花崗巖標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖4)，主要表現(xiàn) Ba、Rb 強烈富集，Ce 弱富集，而 K2O、Ba、Ta、Nb、Zr相對虧損，形成峰谷相間的模式，與同碰撞花崗巖相似［4］。

3 討論

3.1 巖體時代

1:20 萬《月牙湖幅》區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告將巴嘎德爾基巖體成巖時代確定為晚加里東期。由于很難從地質(zhì)體野外相互關(guān)系來確定其形成時代。故本文采用同位素測年來確定其成巖時代。本次所采細粒鉀長花崗巖樣品中鋯石呈柱狀，一般長0.1～0.3 mm，寬0.02～0.1 mm，呈無色透明至淺黃色透明狀，鋯石較自形，結(jié)晶完好，具有巖漿鋯石的特征。測年采用LA-ICP-MS鋯石原位U-Pb定年法，測年過程中，盡量挑選純凈的、無包體、透明度好的鋯石晶體為測定年齡的對象，測試結(jié)果見表4和圖4。從圖4中可已看出，所測鋯石樣品均落入諧和線上，說明鋯石形成后，U和Pb同位素基本上沒有加入或丟失，U-Pb同位素體系是封閉的，根據(jù)諧和線上20顆鋯石的U-Pb年齡值，通過加權(quán)平均獲得462.9±1.4Ma的年齡，MSWD=0.16，說明巴嘎德爾基巖體形成時代為晚奧陶世。

這一結(jié)果與中祁連西段野馬南山黑溝梁子花崗巖(444±17Ma)［1］和野馬南山花崗巖(444 ±38)［1］接近，但較肅北、石包城地區(qū)出露的早古生代花崗巖形成時代早(435±4～415±3Ma)［3］。說明在中祁連山西段的野馬南山地區(qū)，在晚奧陶世－志留紀(jì)末這一時期發(fā)生過重要的構(gòu)造活動事件。

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圖3 巴嘎德爾基巖體稀土配分曲線(a)和洋脊花崗巖標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(圖例見圖2)Fig.3 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a)and ocean ridge granites-normalized Trace element spidergram(b)for the the representative analyses of the Bagadeerji granitic plutons(symbols as in Fig.2)

圖4 巴嘎德爾基巖體鋯石LA-ICP-MS同位素諧和圖譜Fig.4 Concordia plot for the Bagadeerji granitic plutons

圖5 巴嘎德爾基巖基Y－Nb(a)和(Y+Nb)－Rb(b)判別圖解(據(jù)Pearce et al.，1984)Fig.5 Y－Nb(a)and(Y+Nb)－Rb(b)discrimination diagrams for the Bagadeerji granitic plutons(after Pearce et al.，1984)

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3.2 構(gòu)造環(huán)境

巴嘎德爾基巖體巖相學(xué)、主量元素、稀土和微量元素特征都表明其屬于過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖漿系列花崗巖，如鋁飽和指數(shù)(A/CNK)值大于1.1(介于1.3～1.5之間)，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉分子(0.00% ～0.96%)。巖體富集大離子親石元素 K、Rb、Th 和輕稀土元素，虧損 Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Yb等元素，洋脊花崗巖標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3)也具有同碰撞花崗巖曲線模式［4］。

在Nb-Y圖解(圖5a)中落入火山弧和同碰撞花崗巖區(qū)域區(qū)，在Rb-Nb+Y圖解(圖5b)樣點落入同碰撞與火山弧花崗巖過渡區(qū)。在R1-R2圖解中(圖6)中，巴嘎德爾基巖體落入同碰撞花崗巖，同樣，在Rb/30-Hf-Ta*3圖解中(圖7)投影落入碰撞后期花崗巖范圍類，說明巴嘎德爾基巖體具有碰撞期花崗巖的特征。

圖6 巴嘎德爾基巖體R1－R2圖解Fig.6 R1－R2 plot for the Bagadeerji granitic plutons

4 地質(zhì)意義

本文測得巴嘎德爾基巖體LA-ICP-MS鋯石UPb同位素年齡為462.9±1.4Ma，屬晚奧陶世巖漿活動的產(chǎn)物。在區(qū)域上，中祁連構(gòu)造帶中存在大量同期中酸性侵入巖，同位素年齡一般在400～460Ma之間。這些花崗巖多數(shù)屬S型花崗巖，形成于碰撞環(huán)境。少數(shù)為I型花崗巖，形成于俯沖環(huán)境和碰撞后伸展環(huán)境［1－3，5－7］，這些中酸性侵入巖共同構(gòu)成了中祁連早古生代構(gòu)造巖漿帶。此外，在中祁連地塊北側(cè)，北祁連高壓變質(zhì)帶榴輝巖變質(zhì)時間為463±6Ma［8］，多硅白云母及藍閃石等高壓變質(zhì)礦物的39Ar-40Ar年齡也集中在 440 ～460Ma［9－10］進一步證明了在奧陶紀(jì)末－志留紀(jì)中祁連地塊與華北板塊發(fā)生過強烈的俯沖、碰撞造山作用。巴嘎德爾基巖體無論是主量元素、稀土、微量元素特征，還是構(gòu)造環(huán)境判別圖解均顯示出碰撞期花崗巖的特征。

夏林圻等(1996)［11］研究認為，中祁連地塊與華北板塊碰撞造山作用發(fā)生在志留紀(jì)末到泥盆紀(jì)初發(fā)生碰撞造山(445～428Ma)，但巴嘎德爾基巖體侵位時代為晚奧陶世(462.9±1.4Ma)，說明在祁連山西段中板塊碰撞造山作用在晚奧陶世就已開始，很可能是晚奧陶世在祁連山區(qū)發(fā)生的古浪運動的產(chǎn)物［12］。

圖7 巴嘎德爾基巖體Rb/30－Hf－Ta*3圖解(據(jù)Harris et al.，1986)Fig.7 Rb/30－Hf－Ta*3 plot for the Bagadeerji granitic plutons(after Harris et al.，1986)

5 結(jié)論

(1)中祁連西段野馬南山一帶的巴嘎德爾基巖體LA-ICPMS鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為462.9±1.4Ma，表明其形成時代為晚奧陶世。

(2)巴嘎德爾基巖體巖石相對富鉀質(zhì)，里特曼組合指數(shù)(σ)為2.06～2.48，屬于高鉀鈣堿性巖漿系列花崗巖，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)值大于1.1(介于1.3～1.5之間)，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉分子(0.00% ～0.96%)，具S型花崗巖的特點。富集大離子親石元素K、Rb、Th和輕稀土元素，虧損Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Yb 等元素。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景及構(gòu)造環(huán)境判別圖解其形成于陸陸碰撞環(huán)境。

致謝:本文為甘肅1:5萬五個泉子達坂-大道爾基鉻鐵礦區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查項目的成果之一，參加野外工作的有魏志軍，漆瑋、程旭、黃增保等，在此表示衷心的感謝。

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