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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (4): 613-620  
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袁勇, 孙东亮, 李大磊, 李小明, 付渝. 青海南祁连科克岩体地球化学特征及其形成时代[J]. 地质通报, 2018, 37(4): 613-620.
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Yuan Y, Sun D L, Li D L, Li X M, Fu Y. Geochemical characteristics and formation age of Keke Pluton in South Qilian Mountain, Qinghai Province[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(4): 613-620.
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基金项目

中国地质调查局项目《祁连成矿带肃南—大柴旦地质矿产调查项目》(编号:12120114018101)

作者简介

袁勇(1990-), 男, 助理工程师, 从事区域地质调查及矿产勘查工作。E-mail:392002644@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-06-10
修订日期: 2017-08-12
青海南祁连科克岩体地球化学特征及其形成时代
袁勇 , 孙东亮 , 李大磊 , 李小明 , 付渝     
陕西地矿第一地质队, 陕西 安康 725000
摘要: 为探讨南祁连喀克图蒙克山科克岩体的构造属性,对南祁连喀克图蒙克山中奥陶世科克岩体进行了详细的地球化学和定年研究。研究结果表明,该岩体主体岩性为正长花岗岩,具有高SiO2(68.41%~73.10%)、高Al2O3(13.03%~14.35%)的特征,亏损高场强元素Nb、P、Ti和重稀土元素,发育明显的负Eu异常,反映岩石经历了强烈的分离结晶作用,其稀土元素配分曲线类型与壳源花岗岩相似;构造成因分类图解表明,这些花岗岩属同碰撞环境的产物。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,岩体形成于461±2.7Ma,时代为中奥陶世,表明该岩体的源岩为壳源或壳幔混合的产物。结合区域地质特征认为,该岩体为同碰撞作用的产物,佐证了南祁连地块在奥陶纪处于挤压状态,对进一步研究南祁连造山带的演化具有重要意义。
关键词: LA-ICP-MS锆石U-Pb测年    地球化学    南祁连    
Geochemical characteristics and formation age of Keke Pluton in South Qilian Mountain, Qinghai Province
YUAN Yong, SUN Dongliang, LI Dalei, LI Xiaoming, FU Yu     
No.1 Geological Party, Shaanxi Bureau of Geology and Mineral Resources, Ankang 725000, Shaanxi, China
Abstract: Lying in the middle of Kaketumengke Mountain, the Keke pluton which was formed in Middle Ordovician is located in the southeastern part of South Qilian massif. Geochemical and geochronological studies were conducted to investigate the tectonic at-tribute of the Keke pluton. The pluton is mainly composed of syenogranite and is characterized by high content of SiO2 (68.41%~73.10%) and high content of Al2O3 (13.03%~14.35%). Geochemical data also show depletion of Nb, P, Ti and HREE with Eu nega-tive anomaly. The REE patterns show the characteristics of crustal anatectic granite, and the genetic classification diagram shows that the granite was formed in a syn-collisional setting. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating shows that gneissic granite was formed at 461±2.7Ma. Combined with regional geology, the authors hold that Keke pluton was probably derived from the source of the crust and re-sulted from syn-collision, which supports the argument of compressive regime of the Qilian block during the Mid-Ordovician and is of great significance for the further study of the evolution of the Qilian block.
Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    geochemistry    South Qilian Mountain    

祁连造山带位于青藏高原东北部,受加里东末期阿拉善板块(北中国板块西段)、祁连微板块与柴达木-东昆仑板块(扬子板块西段)汇聚、碰撞及造山作用影响[1-3],形成了北祁连及柴达木北缘(简称柴北缘,下同)2条俯冲-碰撞杂岩带和不同构造环境下的各类岩体。南祁连地区位于该造山带南部,以柴达木北缘断裂、北祁连南缘断裂及阿尔金左行走滑断裂为界[4]。与北祁连相比,南祁连的研究程度较差,尤其在年代学研究方面数据较少,仅在中南部塔塔愣河岩基有少量的年龄数据,且多集中在志留纪[5],严重制约了对南祁连陆块构造演化的进一步认识。此外,在对祁连陆块关系的认识上,研究结果表明,奥陶纪是祁连山造山带板块构造最重要的发展时期[6],奠定了其俯冲-碰撞的基本构造格局[7]。本文对南祁连中部喀克图蒙克山出露的科克岩体进行地球化学及LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究,探讨其形成环境及成岩时代,进而为研究南祁连大地构造提供新的资料。

1 地质背景

研究区位于柴达木盆地北缘南祁连地块(图 1),处于秦祁昆中央造山带的中段,其北侧为北祁连造山带,西北以阿尔金断裂与塔里木板块相邻,以其特有的北西西走向斜置于中国西部。南祁连陆块以早古生代—中生代地层为主体[8-10],尤以中-酸性侵入岩出露较广泛,且集中在西段,多见于哈拉湖周围及阳康、织合玛等地[10-11],研究区主要为侵入体及第四系覆盖区,仅少部分古近纪—新近纪白杨河组露头

图 1 研究区地质图及采样位置 Fig.1 Geological map and sampling locations of the study area

本次研究的岩体位于喀克图蒙克山西南的科克地区,塔塔愣河岩基的北部(图 1),其出露面积约6km2,以岩株状产出。同位素年龄样品的采样位置为北纬38°08′44"、东经96°08′02",依据野外和镜下薄片观察(图 2),岩体为正长花岗岩,岩石具典型的中细粒花岗结构,块状构造。浅色矿物有:钾长石,含量大于45%,镜下可见典型的格子双晶;石英,含量为5%~10%,呈他形粒状;斜长石,含量为5%~10%,部分已绢云母化;绢云母,含量为5%~10%。暗色矿物有褐铁矿(少量)。

图 2 科克岩体野外露头(a)和显微照片(b)(40×, d=5mm, 正交) Fig.2 Outcrop photo and microphotograph of Keke pluton
2 样品分析方法

本次研究在科克侵入岩中共采集稀土、微量元素分析样品6件,样品采集位置见图 1。岩性均为正长花岗岩。主量、微量和稀土元素测试在国土资源部西安矿产资源监督检测中心完成。主量元素含量采用XRF(X萤光法)分析,微量和稀土元素含量采用ICP-MS(等离子体质谱法)分析,分析精度均高于5%。

锆石样品U-Pb定年在西北大学大陆动力学国家重点试验室完成,岩石样品经过机械破碎,后经淘洗、磁选和重液分选后,在双目镜下挑出无色透明、无裂痕、无包体的颗粒,进行制靶,最后进行锆石的阴极发光(CL)内部结构及LA-ICP-MS原位微量元素和同位素分析测试。本次实验中共挑选30颗锆石进行测试分析,锆石的CL图像在河北廊坊尚艺岩矿检测技术有限公司完成,U-Pb定年及微量元素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。测试点的选取首先根据锆石反射光和透射光照片进行筛选,再与CL图像反复对比,力求避开内部裂隙和包裹体,以获得更加准确与客观的年龄信息。

锆石U-Pb激光探针等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)微区原位U-Pb同位素测定时的仪器配置和实验流程参见文献[12]。实验过程中采用91500锆石作为年龄标准进行U-Pb同位素分馏校正[13]。实验数据采用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序进行处理,同时应用208Pb矫正法对普通Pb进行校正[14-15],利用NIST612玻璃标样计算锆石样品的Pb、U、Th含量。

3 分析结果 3.1 岩石地球化学特征

科克侵入岩主量、微量和稀土元素分析结果见表 1。分析结果表明,岩石SiO2含量为68.41%~73.10%,Al2O3为13.03%~14.35%,CaO为1.10%~2.25%,TiO2为0.31%~0.71%,全碱含量(Na2O+K2O)为6.98%~8.44%,Na2O < K2O。样品铝质指数A/CNK值为1.03~1.07, 显示出铝质特征,利用侵入岩R1-R2分类命名图解[16]对岩石进行大致分类判别,样品点主要落入二长花岗岩及正长花岗岩区(图 3),岩石化学分析里特曼指数σ为1.81~2.55,属高钾钙碱性系列。

表 1 科克侵入岩主量、微量和稀土元素含量及特征值 Table 1 Major, trace, REE compositions features in Keke pluton
图 3 R1-R2分类命名图解 Fig.3 R1-R2 classification diagram 1─霞辉二长岩;2─碱性辉长岩;3─橄榄辉长岩;4─辉长苏长岩;5─正长辉长岩;6─二长辉长岩;7─辉长岩;8─正长闪长岩;9─二长岩;10─二长闪长岩;11─闪长岩;12─霞石正长岩;13─正长岩;14─石英正长岩;15─石英二长岩;16─英云闪长岩;17─碱性花岗岩;18─正长花岗岩;19─二长花岗岩;20─花岗闪长岩

大离子亲石元素Rb、K、Ba、Th等富集,Sr亏损(图 4),高场强元素Nb、P、Ti亏损明显,曲线呈锯齿状,显示壳源(地壳混染)花岗岩的特征[17]。同时,大离子亲石元素的富集程度明显高于高场强元素,随着相容性的增加,富集程度降低,表现出岩浆结晶分异的特点。

图 4 科克岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图和稀土元素原始地幔标准化分布型式(原始地幔标准化值据参考文献[12]) Fig.4 Primitive mantle-normalized spidergram for trace elements and primitive mantle-normalized REE patterns of Keke pluton

岩石稀土元素总量较高(ΣREE=274.66×10-6~586.86×10-6),原始地幔标准化稀土元素配分模式为右倾型(图 4),LREE/HREE=9.57~11.73,La/Yb= 14.26~25.88,轻、重稀土元素分馏较明显,δEu= 0.46~0.75,呈弱的负异常(图 4),表明在岩浆分离结晶过程中有较少斜长石晶出,导致残余熔体形成负Eu异常,同时表明该区岩浆为壳源(地壳混染)型[17-19]

3.2 锆石U-Th-Pb同位素测定结果

锆石阴极发光图像见图 5,用于测年的锆石大部分呈自形-半自形长柱状或短柱状,淡棕色,透明。部分锆石发育明显的振荡环带,环带窄而细密,个别锆石中出现扇形分带结构,且锆石的Th/U值为0.3~0.8,具有岩浆锆石的特征;个别锆石有继承锆石的残留核(打点时已避开),反映岩石中有继承锆石存在;部分锆石发育较窄的变质增生边(如点18、28等),反映锆石可能经过后期变质作用。

图 5 正长花岗岩锆石阴极发光(CL)图像 Fig.5 The CL images of syenogranite zircons

锆石U-Pb测试结果见表 2。其中2、12、13、15、17、25号点锆石年龄谐和度较低,阴极发光图像显示锆石形态不完整,可能发生大量的铅丢失,16号点锆石年龄偏大,为731.0Ma,可能为岩浆上升过程中捕获的基底锆石,其余23个样品点均位于谐和线之上,少量在谐和线之下,可能为测试过程中剥蚀到锆石的核部所致(图 5),测试数据可分为2组(图 6),其206Pb/238U表面年龄加权平均值分别为461.7±2.7Ma和437.0±2.1Ma。结合锆石阴极发光图像,前者锆石形态较完整(点5、6、7、10、14、18、19、22、26、29),且发育典型的岩浆环带,后者发育较窄的增生边(点1、3、4、8、9、11、20、21、23、24、27、28、30),且环带不发育,结合区域资料,其南部塔塔愣河岩基的主体年龄为440±14Ma[20],与其较接近。因此,可初步判断2组年龄分别为锆石结晶年龄(461.7±2.7Ma)及后期热液年龄(437.0±2.1Ma)。

表 2 正长花岗岩岩体锆石U-Th-Pb测试结果 Table 2 Zircon U-Th-Pb analytical results of syenogranite
图 6 科克侵入岩锆石U-Pb谐和图和锆石206Pb/238U年龄 Fig.6 Zircon U-Pb 206Pb/238U weighted average ages of zircon and concordia diagram in Keke pluton
4 讨论

本次野外调查显示,科克岩体与塔塔愣河岩基为超动型侵入接触,已有研究表明,塔塔愣河岩基形成于440±14Ma[20-23],形成于南祁连洋壳俯冲时期(514~440Ma)[12]。就形成于461.7±2.7Ma的科克岩体而言,岩石Na2O<K2O,具有低钠、富钾的特征;稀土元素配分形式为轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾分布,δEu=0.46~0.75,呈弱负异常;而微量元素特征及蛛网图显示,Sr亏损明显,高场强元素Nb、P、Ti亏损,显示为壳源(壳源混染)的特征[17-19],在R1-R2构造环境判别图解[24] (图 7)中,所有样品点均落入同碰撞花岗岩区,而南祁连地块在奥陶纪—志留纪时随古祁连洋的闭合与华北地块拼贴在一起[6, 9-11],与该样品反映的结果一致。

图 7 R1-R2构造环境判别图 Fig.7 The R1-R2 diagram of tectonic environment ①—地幔斜长花岗岩;②—破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩;③—板块碰撞后隆起期花岗岩;④—晚造山期花岗岩;⑤—非造山区A型花岗岩;⑥—同碰撞(S型)花岗岩;⑦—造山期后A型花岗岩

本次所测年龄461.7±2.7Ma可代表加里东运动俯冲碰撞火山弧的形成时限,随着祁连地块向华北克拉通俯冲,南祁连于中奥陶世逐渐闭合形成缝合带,同时柴达木地块向北俯冲,形成北祁连-中祁连-南祁连-西秦岭等由南向北俯冲拼贴的面貌。有研究表明[3],南祁连洋的最终闭合发生于441Ma,同时伴随有强烈的岩浆作用,形成一系列中酸性侵入体,与本次另一组年龄437.0±2.1Ma较一致。

5 结论

(1)在稀土元素特征上,研究区奥陶纪科克侵入岩普遍富集轻稀土元素、亏损重稀土元素,具中等程度的负Eu异常;微量元素Nb、Ti、Sr、P明显亏损,其他元素不同程度亏损,显示了壳源(地壳混染)花岗岩的特征。

(2)本次在该岩体中获得2组LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄,经过对比认为,研究区正长花岗岩成岩时代为461.7±2.7Ma,同时在早志留世(437.0± 2.1Ma)经历过一次岩浆活动,该组年龄应为南祁连早古生代造山过程在早志留世趋于结束的标志。

(3)研究区侵入岩为同碰撞构造环境,佐证了南祁连洋在该时期处于俯冲闭合的过程。

致谢: 中国地质调查局西安地质调查中心何世平研究员对论文提出了宝贵修改意见, 在此致以诚挚的谢意。

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