鄭小明，管誥，王宏偉，劉志強(qiáng)，袁鳴

有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，北京，100012

內(nèi)容提要: 筆者等以出露于紅石山—百合山蛇綠混雜巖帶南側(cè)的英云閃長巖體為研究對象，通過野外地質(zhì)調(diào)查和巖石學(xué)、地球化學(xué)、鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)研究，探討其成因、構(gòu)造環(huán)境及紅石山洋俯沖消亡過程。巖石地球化學(xué)研究表明，紅石山南英云閃長巖體富硅(SiO2=63.95%～66.22%)、高鋁(Al2O3=15.31%～16.61%)、富鈉(Na2O=3.73%～4.33%)、低鉀(K2O=1.00%～1.85%)，相對高鍶(Sr=246.0×10-6～417.0×10-6)、低釔(Y=8.83×10-6～11.80×10-6)，富集Rb、Sr等大離子親石元素和LREE，虧損Nb、Ta、Ti、P等高場強(qiáng)元素，HREE相對虧損，無明顯Eu異常。巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)特征表明，為俯沖洋殼脫水熔融的產(chǎn)物。鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年表明，紅石山南英云閃長巖體的形成年齡為306.9～309.9 Ma，表明該巖體侵位于晚石炭世，反映了紅石山—百合山縫合帶晚石炭世大洋俯沖帶巖漿作用事件，進(jìn)一步約束了紅石山洋俯沖時限。結(jié)合紅石山—百合山縫合帶石炭紀(jì)蛇綠巖、石炭紀(jì)—二疊紀(jì)島弧型巖漿巖和早二疊世末期(275 Ma)的輝長巖和花崗巖侵位及早—中二疊世雙堡塘組下部的角度不整合均反映了紅石山洋盆的閉合過程(辛后田等，2020)，表明紅石山洋盆在晚石炭世并未關(guān)閉，而是處于大洋俯沖消減和陸殼增生過程中。

北山地區(qū)位于甘肅、新疆與內(nèi)蒙古交界處，東鄰阿拉善，西鄰天山和阿爾泰山。大地構(gòu)造位于中亞巨型造山帶南緣，屬天山—興安造山系之北山構(gòu)造帶(圖1)，以若羌—星星峽斷裂為西界與東天山相連，以阿爾金—阿拉善斷裂為東界與興蒙造山帶相連，北鄰蒙古造山帶，南接敦煌地塊(Xiao Wenjiao et al., 2010; Song Dongfang et al., 2013; 賀振宇等，2015; 李皓東等，2022)，研究區(qū)經(jīng)歷了多期次、多階段的板塊裂解—俯沖—拼合的復(fù)雜地質(zhì)演化過程，具多旋回復(fù)合造山的特點(diǎn)(Xiao Wenjiao et al., 2009, 2010; Ao Songjian et al., 2010, 2016; Zong Keqing et al., 2017;Wang Shengdong et al., 2018)，記錄了古亞洲洋自新元古代早期(約1000 Ma)—古生代晚期(約250 Ma)長期復(fù)雜的地質(zhì)演化過程(Safonova et al., 2011, Jian Ping et al., 2013; 王浩等，2021)，一直是研究古亞洲洋最終閉合過程的熱點(diǎn)地區(qū)之一(左國朝等，2003；龔全勝等，2003；盧進(jìn)才等，2013；王國強(qiáng)等，2014；李敏等，2020)。

圖1 北山造山帶地質(zhì)簡圖(據(jù)Xiao Wenjiao et al., 2010修改)

前人認(rèn)為，該造山帶自北向南依次發(fā)育紅石山—百合山、石板井—小黃山、月牙山—洗腸井和柳園—帳房山4條蛇綠混雜巖(超基性巖)帶(左國朝等，1990；Xiao Wenjiao et al., 2010；何世平等，2002；楊合群等，2010；周國慶等，2000)，隨著對北山地區(qū)研究的逐步深入，“石板井—小黃山蛇綠巖帶”實(shí)為一條早古生代發(fā)育的深大斷裂，沿帶發(fā)育中基性侵入體及少量超基性巖，后期(志留紀(jì)末)疊加有較強(qiáng)的韌性剪切變形(Xiao Wenjiao et al., 2010、李治等，2019；孟令順等，1995；余欽范等，1995)。紅石山—百合山晚古生代蛇綠混雜巖帶元分隔了南側(cè)馬鬃山微陸塊和北側(cè)西伯利亞南緣陸緣增生帶，整體呈北西—南東向展布，兩側(cè)均以逆沖斷層與相鄰地質(zhì)體分隔，該蛇綠混雜巖帶廣泛發(fā)育古生代SSZ型蛇綠巖、島弧型巖漿巖，蘊(yùn)涵著紅石山洋盆的俯沖消亡過程與陸殼增生信息(牛文超等，2020)，也有學(xué)者認(rèn)為紅石山雜巖是一種與俯沖有關(guān)的阿拉斯加型侵入體(Wang Zhaolin et al., 2021)，筆者等在近年甘肅紅石山地區(qū)1∶5萬K47E010001等六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，新識別與填繪出紅石山南英云閃長巖體。1∶20萬紅石山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查?將該巖體劃歸為華力西中期花崗閃長巖，1∶25萬紅寶石幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查?將該巖體劃歸為印支期英云閃長巖，均缺少地球化學(xué)和年代學(xué)等資料。而且與該區(qū)石炭紀(jì)SSZ型蛇綠巖密切伴生的晚石炭世英云閃長巖體也尚未見有報(bào)道，紅石山洋最終閉合時間仍需要進(jìn)一步的巖石學(xué)和年代學(xué)證據(jù)。

因此，筆者等在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，選擇紅石山—百合山SSZ(Supra—Subduction Zone)型蛇綠混雜巖南側(cè)的英云閃長巖體(圖2)進(jìn)行巖石學(xué)、鋯石年代學(xué)和地球化學(xué)研究，討論巖石屬性、成因和構(gòu)造環(huán)境，并結(jié)合紅石山—百合山縫合帶晚古生代SSZ型蛇綠巖、島弧型巖漿巖的時空分布與演化關(guān)系，探討區(qū)域構(gòu)造演化，以期能夠?yàn)榧t石山洋俯沖消亡時間與陸殼增生過程研究提供一些證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景和巖石學(xué)特征

甘肅北山紅石山地區(qū)英云閃長巖體位于紅石山—百合山SSZ型蛇綠巖以南之白山晚古生代巖漿弧內(nèi)(圖1、圖2、圖3)，侵入早石炭世閃長巖體內(nèi)，巖體中發(fā)育大量北西向中酸性巖脈。該巖體巖性為中細(xì)粒英云閃長巖，巖體呈灰白色，中細(xì)粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)、弱定向構(gòu)造，礦物成分由斜長石、鉀長石、石英、黑云母等組成。斜長石含量60%，呈近半自形板狀，粒度一般為0.2～2 mm，少數(shù)粒度為2～2.5 mm，略顯定向分布。高嶺土化、絹云母化，粒內(nèi)聚片雙晶發(fā)育，用⊥(010)晶帶最大消光角法測得Np＇∧(010)=15，其牌號An=32，為中長石；鉀長石含量10%，呈近半自形板狀，主為微斜長石，粒度一般為0.2～1.5 mm，略顯定向分布。高嶺土化，可見格子雙晶；石英含量20%，呈它形粒狀，粒度一般為0.2～2 mm，雜亂分布，粒內(nèi)可見波狀消光，亞顆粒較發(fā)育；黑云母含量10%，呈片狀，粒度一般為0.2～0.5 mm，集合體呈線痕狀斷續(xù)定向分布。薄片中多色性很明顯，Ng—褐色，Np—淺黃，局部白云母化；副礦物少量，主要為鋯石、不透明礦物。

圖2 甘肅北山紅石山地區(qū)地質(zhì)簡圖

圖3 北山紅石山南英云閃長巖野外照片(a)、(b) 和顯微照片(c)

2 樣品分析方法

鋯石樣品的挑選、制靶、CL拍攝以及樣品測年工作均在在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石樣品采用磁選和重液分選后在鏡下挑選。挑選好的鋯石在雙目顯微鏡下隨機(jī)挑選排列整齊后用樹脂鑲嵌。樹脂靶磨拋后進(jìn)行透射光、反射光和CL圖像拍攝。CL圖像拍攝采用的是日本電子IT-500和DELMIC陰極熒光系統(tǒng)。該套系統(tǒng)不僅可拍攝超清無損的鋯石CL圖像，而且可以拍攝石英、錫石等其它礦物的彩色CL圖像。鋯石U-Pb定年使用激光剝蝕—電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICPMS)完成。激光剝蝕采用NWR193UC型193 nm深紫外激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)(Elemental Scientific Lasers LLC，美國)。質(zhì)譜儀采用Agilent7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent，美國)，詳細(xì)調(diào)諧參數(shù)見Thompson等(2018)。鋯石樣品固定在環(huán)氧樹脂靶上，拋光后在超純水中超聲清洗，分析前用分析級甲醇擦拭樣品表面。采用5個激光脈沖對每個剝蝕區(qū)域進(jìn)行預(yù)剝蝕(剝蝕深度0.3 μm)，以去除樣品表面可能的污染。束斑直徑30 μm、剝蝕頻率6 Hz、能量密度5 J/cm2的激光條件下分析樣品。數(shù)據(jù)處理采用Iolite程序，通常采集25 s的氣體空白，45 s的信號區(qū)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，按指數(shù)方程進(jìn)行深度分餾校正(Paton et al.，2010)，測試結(jié)果見表1。

樣品的主微量元素分析在華北有色地質(zhì)勘查局燕郊中心實(shí)驗(yàn)室完成。首先對新鮮樣品去除風(fēng)化殼，然后用破碎機(jī)粉碎。粉碎樣品用球磨儀研磨至粉末狀(<200目)，用于主量元素和微量元素分析。主量元素用X射線熒光光譜法(XRF)測試，樣品粉末加入包含硝酸銼的助熔劑，充分混合、高溫熔融成玻璃后，在X射線熒光光譜儀上用外標(biāo)法測定氧化物含量，F(xiàn)eO應(yīng)用氫氟酸—硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定的容量法，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2%，微量元素使用ICP-MS測試，樣品經(jīng)酸溶后制成溶液，然后在等離子體質(zhì)譜儀上用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。筆者等對紅石山南英云閃長巖體10件樣品進(jìn)行了元素地球化學(xué)分析，全巖主量元素、微量元素和稀土元素分析測試結(jié)果及特征值如表2。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

通過透、反射光和Cl圖像對同一巖體不同位置的樣品兩件樣品PM09-32、PM15-14分別選取無裂紋發(fā)育、無包裹體發(fā)育、晶形特征典型的具有清楚振蕩環(huán)帶的鋯石進(jìn)行了LA-MC-ICP-MS U-Pb分析(圖4)，分析結(jié)果見表1。

圖4 北山紅石山南英云閃長巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像

兩件樣品內(nèi)的鋯石特征基本一致，多呈較自形短柱狀，部分呈粒狀，大小中等偏大，粒徑多在100 μm左右，晶形整體比較完整，個別鋯石上可見被溶蝕現(xiàn)象，多數(shù)鋯石錐面發(fā)育，柱面相對不發(fā)育，鋯石內(nèi)部可見振蕩環(huán)帶發(fā)育，為巖漿鋯石的特征。兩件樣品鋯石測定的Th/U值分別在0.37～0.77、0.38～0.86之間，反映了巖漿成因鋯石(Corfu et al., 2003; Wu Yuanbao et al., 2004)。鋯石的測點(diǎn)位于振蕩環(huán)帶發(fā)育部位，測定的數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在諧和線上或附近，PM09-32樣品獲得206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為306.9±1.0 Ma(MSWD=0.58，n=18)(圖5a、5b)，PM15-14樣品獲得206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為309.9±1.1 Ma(MSWD=0.60，n=22)(圖5c、5d)，代表了該英云閃長巖的侵位結(jié)晶年齡(表1)。

圖5 紅石山南英云閃長巖(PM09-32、PM15-14) 鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年齡諧和圖和直方圖

3.2 主量元素特征

在主量元素特征上(表2)，紅石山南英云閃長巖體SiO2含量 63.95%～66.22%，平均64.97%，屬酸性侵入巖，Al2O315.31%～16.61%，平均16.13%，總體表現(xiàn)出高硅富鋁特征；Na2O 3.73%～4.33%，平均4.10%，K2O 1.00%～1.85%之間，平均1.37%，Na2O/K2O 2.20～4.15，顯示富鈉貧鉀的富鈉質(zhì)巖石特征；全堿(Na2O+K2O)為4.94%～6.07%，平均5.47%；里特曼指數(shù)σ為1.06～1.71，平均值1.35；MgO1.53%～2.55%，平均2.11%，Mg#0.42～0.52，平均值0.47，相對較低；相對貧TiO2(0.35%～0.50%)和P2O5(0.09%～0.14%)。在SiO2—K2O圖中(圖6a)，10個樣品的投點(diǎn)均落在中鉀鈣堿性系列區(qū)域，為中鉀鈣堿性系列巖石。在SiO2—(Na2O+K2O)(TAS)分類圖解中，樣品落入亞堿性花崗閃長巖區(qū)域(圖6b)，在An—Ab—Or圖解中除個別樣品落在奧長花崗巖區(qū)外，其余樣品均落入英云閃長巖區(qū)(圖6c)。該巖石的鋁飽和指數(shù)A/CNK值介于0.98～1.45，A/NK為1.77～2.19，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)(圖6d)。

圖6 紅石山南英云閃長巖SiO2—K2O分類圖解(a) (據(jù)Peccerillo和Taylor，1976)； TAS 分類圖解(b) (據(jù)Middlemost，1994)； An—Ab—Or分類圖解 (c)(據(jù)O’Connor，1965) 和 A/CNK—A/NK圖解 (d)(據(jù)Maniar et al.，1989)

表2 甘肅北山紅石山地區(qū)晚石炭世英云閃長巖主量元素(%)、微量元素(×10-6)和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果

3.3 稀土元素特征

樣品中稀土總量較低，∑REE值為40.17×10-6～65.07×10-6，平均50.59×10-6；LREE/HREE 77～6.72，平均5.53，(La/Yb)N3.53～6.37，(La/Sm)N1.84～2.97，(Gd/Yb)N1.44～1.58，輕、重稀土分餾明顯，相對富集輕稀土(LREE)，貧重稀土(HREE)；Eu異常不明顯，δEu 0.88～1.11，δCe0.91～1.20，Ce異常不明顯，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解顯示為右傾模式(圖7a)。

3.4 微量元素特征

在微量元素特征上(表1)，紅石山南英云閃長巖的Sr含量為246.0×10-6～417.0×10-6，平均值336.9×10-6；Sr/Y值25.4～44.1，平均值32.3，相對較高。巖石Ni含量15.8×10-6～48.6×10-6，平均值31.82×10-6；Cr含量23.5×10-6～62.7×10-6，平均值41.7×10-6，相對較低。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素比值蛛網(wǎng)圖中(圖7b)，具有明顯的Rb、Sr等正異常和Nb、Ta、Ti、P負(fù)異常，呈現(xiàn)出大洋俯沖帶島弧型巖漿巖的微量元素組分特征。

圖7 紅石山南英云閃長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(a) (球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值據(jù)Boynton,1984) 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)化數(shù)值據(jù)Sun 和McDonough,1989)

4 討論

4.1 成因類型

研究區(qū)晚石炭世侵入巖組合為英云閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖；二疊紀(jì)的為堿長花崗巖侵入晚石炭世巖體。紅石山南英云閃長巖體樣品中均未見白云母、堇青石、石榴子石等S型花崗巖礦物，巖石化學(xué)表明，巖體富Na2O(平均值4.10%)，高Al2O3(平均值16.13%)；LREE/HREE值3.77～6.72，平均5.53，(La/Yb)N3.53～6.37，(La/Sm)N為1.84～2.97，(Gd/Yb)N為1.44～1.58，輕、重稀土分餾明顯，相對富集輕稀土(LREE)，貧重稀土(HREE)；δEu介于0.88～1.11之間，δCe介于0.91～1.20之間，以弱的負(fù)銪異常為特征，Ce異常不明顯，蛛網(wǎng)圖中富集Rb、Th、Zr、Hf,虧損Nb、Ta、Ti、P為典型巖漿弧特征(Kelemen et al., 1993)。據(jù)Nb—Y, Rb—(Y+Nb), Rb—(Yb+Ta)圖解(圖8a、8b、8c)，為島弧構(gòu)造背景。

圖8 紅石山南Y—Nb，(Y+Nb)—Rb，(Yb+Ta)—Rb圖解(據(jù)Pearce等.,1984)

紅石山南英云閃長巖分異程度相對較低(D.I.=64.5～73.5), 所有樣品在圖9a、9b中均位于I型花崗巖區(qū)。Whalen等(1987)提出以AKI=0.85及ALK=8.5%作為A型花崗巖的下限,本次采集的英云閃長巖樣品的AKI、ALK 值均未達(dá)到A型花崗巖的下限。A型花崗巖往往具有較高的Zr、Nb、Ce、Y,本文巖體樣品Zr、Nb、Ce以及Zr+Nb+Ce+Y含量均低于A型花崗巖下限值(Zr=250×10-6, Nb=35×10-6, Ce=148×10-6, Zr+Nb+Ce+Y=350×10-6(Whalen et al., 1987),顯示I型花崗巖特征(圖9b、9c)。在圖9c、9d中,樣品落入未分異花崗巖區(qū)域。同時, Whalen等(1987)發(fā)現(xiàn)A型花崗巖具有低Al高Ga和Zr的特征,以10000Ga/Al=2.6作為A型花崗巖的下限值,樣品的104×Ga/Al均低于該值(圖9e、9f)。鑒于此，筆者等認(rèn)為本次采集的英云閃長巖樣品為I型花崗巖。

4.2 巖石成因

4.3 構(gòu)造意義

紅石山地區(qū)位于紅石山—百合山晚古生代蛇綠混雜巖內(nèi)，是研究該蛇綠混雜巖的重要區(qū)域。紅石山—百合山蛇綠混雜巖帶由洋殼殘塊、外來巖塊及碎屑巖基質(zhì)組成，該構(gòu)造單元分隔了南側(cè)馬鬃山微陸塊和北側(cè)西伯利亞南緣陸緣增生帶(辛后田等，2020)。紅石山蛇綠構(gòu)造混雜巖帶北側(cè)(黑山梁—四頂黑山一帶)侵入巖巖石組合為晚石炭世細(xì)粒閃長巖—英云閃長巖(鋯石U-Pb年齡為322.2 Ma待刊)—花崗閃長巖(鋯石U-Pb年齡為318.5 Ma待刊)—早二疊世二長花崗巖(鋯石U-Pb年齡為275 Ma待刊)—似班狀花崗閃長巖(鋯石U-Pb年齡為277 Ma待刊)；南側(cè)(梭梭泉南—紅石山南一帶)侵入巖組合為早石炭世閃長巖—晚石炭世英云閃長巖—花崗閃長巖—二長花崗巖—中二疊世正長花崗巖，南北兩側(cè)侵入巖體巖性呈近似對稱分布的特征。紅石山地區(qū)早石炭世侵入巖屬偏鋁質(zhì)鈣堿性—低鉀系列巖石，其輕稀土略微富集、重稀相對虧損，元素地球化學(xué)表明，巖石顯示火山弧花崗巖的特征，樣品在Nb—Y、Rb—(Y+Nb)和Rb—(Yb+Ta)構(gòu)造環(huán)境判別圖解中分別落入火山弧+同碰撞和火山弧區(qū)域內(nèi)，而在R1—R2圖解中落入板塊碰撞前花崗巖區(qū)，樣品具有顯著的Nb、Ta虧損，指示其殼源的性質(zhì)，說明石炭紀(jì)侵入巖與俯沖碰撞環(huán)境相關(guān)(鋯石U-Pb年齡為343.34 Ma待刊)。研究區(qū)內(nèi)二疊紀(jì)堿長花崗巖形成于后碰撞階段，與殼幔拆離、巖石圈拉薄體制關(guān)系密切，形成于弧—陸碰撞之后的伸展環(huán)境(李敏等，2019)。本文英云閃長巖Rb、Th、U、La、Ce等，虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強(qiáng)元素反映了巖漿形成于與俯沖帶有關(guān)的島弧環(huán)境。紅石山南晚石炭世英云閃長巖體巖石學(xué)、年代學(xué)的研究進(jìn)一步表明了紅石山洋在石炭紀(jì)正處于大洋俯沖消亡與新生陸殼生長構(gòu)造演化階段，晚石炭世—早二疊世為陸緣弧形成期。

5 結(jié)論

(1) 甘肅北山紅石山南英云閃長巖具有高硅SiO2=63.95%～66.22%，富鋁Al2O3=15.31%～16.61%，富鈉貧鉀，A/CNK=0.98～1.45，為準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)巖石。鋯石U-Pb定年結(jié)果表明,北山造山帶北部紅石山南英云閃長巖的侵位時代306.89±0.97 Ma,為晚石炭世晚期。

(2) 本文巖體樣品Zr、Nb、Ce以及Zr+Nb+Ce+Y含量均低于A型花崗巖下限值，在花崗巖類成因類型判別圖解中樣品落入未分異花崗巖區(qū)域并顯示I型花崗巖特征。

(3) 本文英云閃長巖富集Rb、Ba、Th、La等,不同程度虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti、Eu，巖石化學(xué)組成上表現(xiàn)中鉀鈣堿性、Mg#值相對較底(0.42～0.52),分異程度相對偏低(D.I.=64.5～73.5),形成于洋殼俯沖期的島弧環(huán)境。

致謝:中國地質(zhì)科學(xué)院王召林博士對筆者等提出了寶貴建議；審稿專家為筆者等提供了寶貴的修改意見與建議，對本文的改進(jìn)和提高起到了重要作用，在此表示衷心的感謝!

注 釋/Notes

? 甘肅省地質(zhì)局第二區(qū)測隊(duì). 1971. 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, K-47-ⅩⅣ(紅石山幅).

The Second Regional geological survey team of Gansu Provincial Geological Bureau. 1971. Regional Geological Survey Report, K-47-ⅩⅣ(HongShishang).

? 甘肅省地質(zhì)調(diào)查院. 2004. 區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告, K47C002001(紅寶石幅).

Gansu Provincial Institute of Geological Survey. 2004. Regional Geological Survey Report, K47C002001(Hongbaoshi).