何佳軍，邵 東，王 剛，陳云杰，李天石

(核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 710068)

0 引言

甘肅龍首山位于華北板塊西南緣阿拉善地塊南緣 (圖1a)，南鄰河西走廊過渡帶，北接潮水盆地，是我國西北地區(qū)重要的鈾成礦帶[1-2]。中段的芨嶺巖體和東段的青山堡巖體為區(qū)內(nèi)出露面積最大的兩個巖體，芨嶺巖體因產(chǎn)有典型的鈉交代型鈾礦床而備受關(guān)注，眾多學者對其進行了大量的研究[3-7]。相比對青山堡巖體的研究較為薄弱，部分學者對青山堡巖體的形成時代、成因和構(gòu)造環(huán)境[8-10]、閃長玢巖的地球化學特征及其與鈾礦化關(guān)系[11]、鈾礦化特征及成礦條件[12]等做了一些研究。近年來，隨著該地區(qū)找礦工作的不斷推進，在花崗閃長巖和閃長巖接觸帶的兩側(cè)發(fā)現(xiàn)有較好的鈾礦化，因此，對含礦主巖進行研究顯得非常必要。

本文以青山堡巖體中的花崗閃長巖為研究對象，進行鋯石U-Pb年代學和巖石地球化學特征的研究，討論其形成時代、成因類型和構(gòu)造環(huán)境，為阿拉善地塊構(gòu)造演化的研究和后期的找礦工作提供理論基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景及樣品采集

1.1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于龍首山東段 (圖1b)，區(qū)內(nèi)地層由老至新依次為古元古界龍首山群塌馬子溝組(Pt1t)、中寒武統(tǒng)香山群(∈2Xn)、上石炭統(tǒng)(C2)、上二疊統(tǒng)窯溝群(P2Yg)、下白堊統(tǒng)廟溝群(K1Mg)和新近系中新統(tǒng)(N1)。構(gòu)造主要為走向NW向和SN向兩組斷裂。青山堡巖體為區(qū)內(nèi)主要的巖漿巖，侵位于古元古界龍首山群塌馬子溝組和中寒武統(tǒng)香山群地層中，主體由花崗閃長巖、似斑狀花崗巖、黑云母二長花崗巖和小面積出露的閃長巖構(gòu)成，晚期花崗斑巖和閃長玢巖呈細長的巖脈侵入其中 (圖1c)。

1.2 樣品采集

本次在青山堡地區(qū)采集了5件花崗閃長巖樣品，新鮮面呈灰白色，中粗粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物組成：斜長石約占47%，呈半自形—他形板柱狀，粒度范圍為2～8 mm，聚片雙晶發(fā)育，部分見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，表面發(fā)育弱的絹云母化；鉀長石約占18%，主要為正長石和條紋長石，少量含斜長石包裹體，表面發(fā)育弱的高嶺土化；石英約占22%，以半自形—他形粒狀分布于長石礦物顆粒之間；暗色礦物角閃石和黑云母含量分別約占8%和5% (圖2)，發(fā)育弱的綠泥石化。副礦物主要有鋯石、榍石和磷灰石。

2 分析測試方法

鋯石的挑選、制靶及透、反射光和陰極發(fā)光圖像(CL)采集委托河北省區(qū)調(diào)地質(zhì)勘查有限公司完成。樣品經(jīng)破碎、清洗、磁選和重選，在雙目鏡下挑選出晶形好、透明度高且無裂隙的鋯石置于環(huán)氧樹脂中固定，對其進行拋光致中心部位充分暴露后，進行透射光、反射光和陰極發(fā)光(CL)圖像采集。鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 測年委托武漢上譜分析科技有限責任公司完成。激光剝蝕系統(tǒng)為 GeoLasHD， 等離子體質(zhì)譜儀為Agilent7900，本次分析的激光束斑直徑為32 μm，頻率為5 Hz，采用鋯石標準91500和玻璃標準物質(zhì) NIST610 作外標分別進行同位素和微量元素分餾校正，采用 ICPMSDATACAL 10.8 軟件對分析數(shù)據(jù)進行離線處理，U-Pb 年齡加權(quán)平均值的計算及諧和圖的繪制采用 Isoplot/Ex_ver3[13]，具體流程見文獻[14-15]。

主量、稀土和微量元素的分析測試工作由核工業(yè)二〇三研究所分析測試中心完成，使用儀器為荷蘭帕納科公司制造的 AxiosX 射線光譜儀和美國 ThermoFlsher 公司制造的 XseriesⅡ 型 ICP-MS，分析測試數(shù)據(jù)的精度符合各項規(guī)范要求。

3 鋯石U-Pb年齡

花崗閃長巖鋯石的晶體形態(tài)呈簡單的短柱狀、長柱狀，長為150～230 μm，寬為70～110 μm，長寬比為1.7～2.7，陰極發(fā)光(CL)圖像顯示其內(nèi)部發(fā)育清晰的巖漿震蕩環(huán)帶 (圖3)，鋯石中w(U)=(667～1391)×10-6，w(Th)=(331～1123)×10-6，Th/U 值為0.46～0.82，均大于0.40，屬巖漿成因鋯石[16]。LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 定年共測20個點，獲得206Pb/238U 年齡值范圍為444.3 Ma～463.5 Ma (表1)，加權(quán)平均年齡為 (451.5±3.2) Ma，n=20，MSWD=3.0 (圖4a、4b)，表明青山堡花崗閃長巖侵位時代為晚奧陶世。

表1 青山堡花崗閃長巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡分析結(jié)果

4 巖石地球化學特征

4.1 主量元素特征

主量元素分析結(jié)果顯示 (表2)，巖石w(SiO2)為67.06%～68.23%，w(Al2O3)為14.21%～14.79%，w(Na2O)為3.55%～3.72%，w(K2O)為2.64%～3.26%，全堿 (Na2O+K2O) 為6.36%～6.93%，Na2O/K2O 值介于1.13～1.41之間，平均為1.20，鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.99～1.02，僅1件樣品小于1，w(TFe2O3)為3.19%～3.82%，w(TiO2)為0.47%～0.58%，w(MgO)為1.58%～1.94%，w(CaO)為3.02%～3.35%，w(P2O5)為0.25%～0.29%，巖石整體表現(xiàn)為Al2O3含量中等，相對富鉀、鈉而貧鎂、鐵、鈦、錳的特征。TAS圖解中，5件樣品全部落入花崗閃長巖區(qū)域和亞堿性區(qū)域 (圖5)，SiO2- K2O 圖解中，1件樣品落入鈣堿性系列區(qū)域，4件樣品落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域 (圖6a)，A/NK -A/CNK 圖解中4件樣品落入過鋁質(zhì)區(qū)域，1件樣品落入準鋁質(zhì)區(qū)域 (圖6b)，顯示弱過鋁質(zhì)特征。

表2 青山堡花崗閃長巖主量元素分析結(jié)果

4.2 稀土元素特征

稀土元素分析結(jié)果顯示 (表3)，花崗閃長巖稀土元素總量(ΣREE)為(191.10～204.33)×10-6，輕稀土(LREE)含量為(182.06～192.97)×10-6，重稀土(HREE)含量為(9.04～11.66)×10-6，LREE/HREE 值為16.52～20.14，輕稀土明顯富集、重稀土虧損；(La/Yb)N值介于24.87～29.67之間，輕重稀土分餾明顯；δEu 值為0.89～1.09，呈現(xiàn)弱的負異?；驘o明顯異常。稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖 (圖7a) 整體表現(xiàn)為較平滑的右傾曲線特征，輕稀土明顯右傾，重稀土相對平緩。

表3 青山堡花崗閃長巖稀土元素分析結(jié)果

4.3 微量元素特征

微量元素分析結(jié)果 (表4) 及原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖顯示 (圖7b)，花崗閃長巖富集大離子親石元素Rb、Th、U，虧損高場強元素Nb、P、Ti，總體呈左高右低的右傾型分布特征，其中P的虧損可能是磷灰石的分離結(jié)晶所導致，Nb的虧損反映了斜長石作為殘留相或分離結(jié)晶相存在。

表4 青山堡花崗閃長巖微量元素分析結(jié)果

5 討論

5.1 巖石類型

青山堡花崗閃長巖礦物成分中含有少量的角閃石和黑云母，未見白云母等過鋁質(zhì)礦物。巖石具有較高的SiO2(質(zhì)量分數(shù)為67.06%～68.23%)，w(Na2O)為3.55%～3.72%，大于3.2%，K2O/Na2O值<1，A/CNK值均小于1.1，巖石呈現(xiàn)弱過鋁質(zhì)特征，與I型花崗巖的典型特征相似[21-22]。SiO2- K2O 圖解中樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域，Na2O - K2O 圖解 (圖8) 中，樣品全部落入I型花崗巖區(qū)域，表明青山堡花崗巖閃長巖屬弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性I型花崗巖。巖石稀土元素配分圖和微量元素蛛網(wǎng)圖具有相似的變化趨勢，均呈左高右低的右傾曲線形態(tài)，輕重稀土分餾明顯，富集微量元素Rb、Th、U，虧損Nb、P、Ti，其特征與殼源巖漿相似[23]。此外，Rb/Sr值(0.13～0.14)、Nb/Ta值(7.94～14.46)、La/Nb值(1.8～3.0)及Th/Nb值(0.65～1.07)與原始地幔的平均值 (Rb/Sr比值=0.034，Nb/Ta比值=17.5，La/Nb比值=0.94，Th/Nb比值=0.177) 有明顯差異，而與大陸地殼的平均值 (Rb/Sr比值=0.35，Nb/Ta比值=12～13，La/Nb比值=2.2，Th/Nb比值=0.44)[24-25]較為接近，暗示青山堡花崗閃長巖為下地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

5.2 構(gòu)造環(huán)境恢復

北祁連是在新元古代巖石圈裂陷作用的基礎(chǔ)上，于早古生代形成的具有現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制的溝-弧-盆體系[27]，奧陶紀(495～440 Ma)時，自南西方向向北東方向俯沖于阿拉善地塊之下，形成了一套島弧鈣堿性火山巖和拉斑玄武巖，并發(fā)育次級洋盆或弧后盆地(469 Ma～454 Ma)[28-29]，至晚奧陶世時北祁連洋閉合[30-31]，隨后進入陸-陸碰撞或陸內(nèi)俯沖階段(445 Ma～420 Ma)[32-33]。阿拉善地塊南緣龍首山出露大量的呈線性展布的花崗巖體，被廣泛認為與北祁連洋板塊俯沖消減作用之后的阿拉善地塊碰撞運動有成因聯(lián)系，如青山堡巖體的花崗巖和中粗粒鉀長花崗巖侵位時代分別為(444±2.0)Ma和(441±4.2)Ma，兩者同屬北祁連島弧與阿拉善地塊碰撞環(huán)境下巖漿作用的產(chǎn)物[8，10]，而芨嶺地區(qū)的花崗巖(428 Ma～401 Ma)[34]和龍首山東段的閃長玢巖(422.3±3.6)Ma[11]等侵位時代相對較晚，形成于碰撞后的伸展環(huán)境。此次獲得的青山堡花崗閃長巖年齡為(451.5±3.2)Ma，其侵位時代為晚奧陶世，在Nb-Y判別圖解中，樣品全部落入同碰撞和火山弧花崗巖區(qū)域 (圖9a)，用Rb -(Y+Nb)判別圖解加以限定，樣品全部落入火山弧花崗巖區(qū)域 (圖9b)，R1- R2判別圖解中，樣品全部落入板塊碰撞前環(huán)境區(qū)域 (圖10)，表明青山堡花崗閃長巖為北祁連洋板塊向阿拉善地塊俯沖過程中巖漿作用的產(chǎn)物。結(jié)合上述研究成果，認為至少在451 Ma之前龍首山東段北祁連洋板塊仍處于俯沖階段，但已消減殆盡，同時為北祁連洋的閉合和陸弧碰撞階段的開始提供了年齡上限約束。

6 結(jié)論

1)青山堡花崗閃長巖屬弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性I型花崗巖，是下地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

2)青山堡花崗閃長巖鋯石 LA-ICP-MS U-Pb 年齡為 (451.5±3.2) Ma，其侵位時代為晚奧陶世。

3)青山堡花崗閃長巖形成于板塊碰撞前的構(gòu)造環(huán)境，說明至少在451 Ma之前北祁連洋板塊在龍首山東段仍處于俯沖階段，但已消減殆盡，為北祁連洋的閉合和弧陸碰撞的開始提供了年齡上限約束。