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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (4): 716-723  
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唐卓, 王国强, 李向民, 朱涛, 罗根根, 计波, 卜涛. 北祁连走廊南山西水地区加里东期大野口埃达克质闪长玢岩的成因及其地质意义[J]. 地质通报, 2018, 37(4): 716-723.
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Tang Z, Wang G Q, Li X M, Zhu T, Luo G G, Ji B, Bu T. Genesis and tectonic implications of Caledonian Dayekou adakite diorite porphyry of Xishui area, Zoulangnanshan, North Qilian Mountain[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(4): 716-723.
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基金项目

中国地质调查局项目《祁连肃南—大柴旦地区地质矿产调查》(编号:DD20160012)

作者简介

唐卓(1981-), 男, 硕士, 高级工程师, 从事区域地质及构造地质学方面的研究。E-mail:156154213@qq.com

文章历史

收稿日期: 2017-07-07
修订日期: 2018-02-06
北祁连走廊南山西水地区加里东期大野口埃达克质闪长玢岩的成因及其地质意义
唐卓 , 王国强 , 李向民 , 朱涛 , 罗根根 , 计波 , 卜涛     
中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054
摘要: 北祁连走廊南山北坡西水地区的加里东期大野口岩体中闪长玢岩地球化学的研究表明,该套岩石的SiO2 > 56%,Al2O3 > 15%,Na2O > K2O,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,具正Eu异常,富集Sr元素、亏损重稀土元素Yb和Y,具有较高的Sr/Y值,表现出明显的埃达克岩的地球化学性质。结合岩体产出的时空位置,认为大野口岩体形成于奥陶纪与板块俯冲作用相关的俯冲洋壳部分熔融和壳幔岩浆混合作用。
关键词: 埃达克岩    大野口闪长玢岩    岩石成因    走廊南山    北祁连    
Genesis and tectonic implications of Caledonian Dayekou adakite diorite porphyry of Xishui area, Zoulangnanshan, North Qilian Mountain
TANG Zhuo, WANG Guoqiang, LI Xiangmin, ZHU Tao, LUO Gengen, JI Bo, BU Tao     
Xi'an Geological Survey Center, China Geological Survey, Xi'an 710054, Shaanxi, China
Abstract: Geochemical studies of diorite porphyrite in Xishui area of Zoulangnanshan within North Qilian Mountain show that the rock is characterized by SiO2 > 56%, Al2O3 > 15%, Na2O > K2O%, LILE and LREE enrichment, positive Eu anomalies, Sr enrichment, depletion of heavy rare earth elements Yb and Y, and higher Sr/Y ratios, showing obvious geochemical characteristics of adakite. Ac-cording to the regional geological study, the authors hold that Dayekou diorite porphyrite was formed in the Caledonian Ordovician period associated with subduction of the oceanic crust partial melting and crust-mantle magma mixing.
Key words: adakite    Dayekou diorite porphyry    petrogenesis    Zoulangnanshan    North Qilian    

埃达克岩(Adakite)是一套钙碱性系列的中酸性火山岩-侵入岩岩石组合,具有较高的SiO2(大于56%)、Al2O3(大于15%)、Sr(大于400×10-6)含量及Sr/Y值(20~40),富Na2O、轻稀土元素,亏损Y和重稀土元素(Y < 18×10-6、Yb < 1.9×10-6),无明显的负Eu异常。矿物组合为斜长石、石英、角闪石、黑云母、辉石、少量不透明矿物等。洋壳俯冲的岛弧环境是其产生的重要大地构造环境[1-5],但玄武质岩浆底侵[6-7]和下地壳拆沉也可形成埃达克岩[8-9]。由此,将其分为“O”型埃达克岩和“C”型埃达克岩2种成因类型[10]。前者由深俯冲洋壳重熔作用而成;后者则是玄武质岩浆底侵或加厚下地壳局部熔融的产物,代表了造山带岩石圈拆沉、去根作用过程。

北祁连造山带位于秦祁昆巨型多旋回复合造山带中段,夹持于华北板块、塔里木板块和中祁连-柴达木板块之间,呈NWW向延伸,长约1200km,宽100~300km,是一个具有典型沟-弧-盆体系的早古生代造山带[11-13]

目前,在北祁连造山带多处已发现了埃达克岩[14-17],本文以北祁连走廊南山北坡西水地区大野口岩体为研究对象,通过详细的岩石学、地球化学研究,并结合前人研究成果探讨其成因及地质意义。通过本区埃达克岩体的识别,发现北祁连造山带埃达克岩呈现带状延伸的特征,为祁连造山带演化历史和构造格架研究提供了新的依据,也为祁连山矿产资源的预测及勘查提出了新的思路和方向。

1 地质背景及岩石学特征

大野口岩体位于肃南县西水地区,出露面积约15km2,区内出露地层主要为下奥陶统阴沟群(O1Y)、中奥陶统中堡群(O2ZH)、泥盆系老君山组(D1-2l)、下石炭统臭牛沟组(C1c)、上石炭统羊虎沟组(C2y),加里东期大野口岩体侵位于中奥陶统中堡群中(图 1)。下奥陶统阴沟群主要岩性为玄武岩、安山岩、凝灰岩、砂岩等;中奥陶统中堡群岩性主要为安山岩、凝灰岩、砂岩、粉砂岩等;泥盆系老君山组岩性主要为紫红色砂砾岩、粉砂岩、泥质岩等;下石炭统臭牛沟组岩性主要为砂岩、泥质岩、灰岩等;上石炭统羊虎沟组岩性主要为灰岩、薄层细砂岩和砂质页岩夹煤层。大野口岩体岩性主要为花岗闪长岩、闪长玢岩、花岗岩、花岗斑岩、次安山岩、次斜长流纹岩、辉绿岩等(图 1)。本文主要研究大野口岩体中闪长玢岩的岩石学及地球化学特征。大野口岩体中闪长玢岩为灰黑色,斑状结构、块状构造,斑晶为角闪石、长石和黄铁矿,角闪石为浑圆状残晶,炸裂、熔蚀结构特征发育,部分颗粒边部交代蚀变强,直径大于0.5mm,含量13%~15%;长石为自形-半自形晶体,径0.2~0.5mm,含量18%~20%;黄铁矿为自形粒状晶体,直径0.2~0.35mm,含量4%~ 6%;基质包含长石,他形板状,边界不完整,熔蚀强,具有弱的钠黝帘石化现象,部分双晶可见,但不完整,含量18%~20%;沸石为他形板状晶体,粒径0.05~0.07mm,分布于基质中,含量28%~30%;玉髓无定形,无色透明,半晶质,分布于基质内长石、沸石晶间,呈脱玻残余物的形式出现,含量6%~7%;石英为粒状,他形晶体,无蚀变,粒径小于0.1mm,分布于气孔中,含量2%~3%;绿泥石为凝结胶粒状,分布于基质残余空隙内,以填隙物的形式出现,含量2%~3%(图 2)。根据矿物组合、结构构造特征。将其命名为闪长玢岩。前人根据北祁连造山带区域侵入岩时代特征的研究[20-22],将大野口岩体形成时代划为加里东中期。西安地质调查中心卜涛等获得大野口岩体中闪长玢岩和花岗岩LA-ICP-MS锆石测年结果分别为437±4.4Ma和446±5.4Ma(待发表)。由此可知,大野口岩体的形成时代为晚奥陶世—早志留世。

图 1 北祁连山西水—大野口地区地质略图(据参考文献[18-19]修改) Fig.1 Geological map of Xishui-Dayekou area, North Qilian Mountain Q41apl—第四系冲洪积砾石层;Q3—第四系疏松黄土;N2s—古近系-新近系疏勒河组;C2y—上石炭统羊虎沟组;C1c—下石炭统臭牛沟组;D1-2l—泥盆系老君山组;O2ZH—中奥陶统中堡群;O1Y—下奥陶统阴沟群;1—花岗闪长岩;2—花岗斑岩脉;3—花岗岩脉;4—闪长玢岩;5—次安山岩;6—次斜长流纹岩;7—次玄武岩;8—辉绿岩;9—角度不整合;10—侵入接触;11—断层;12—产状;13—采样位置
图 2 大野口岩体中闪长玢岩野外露头和显微照片 Fig.2 Outcrop photo and microphotograph of Dayekou diorite-porphyrite Hb—角闪石;Pl—斜长石;Py—黄铁矿
2 岩石地球化学特征 2.1 主量元素

对野外采集的样品进行详细的岩相学观察后,选择新鲜的闪长玢岩样品进行主量、微量元素分析。岩石地球化学分析在西安地质调查中心实验测试中心完成,其中主量元素测试采用XRF(X射线荧光光谱)分析,微量元素采用ICP-MS(等离子质谱法)分析,分析精度均高于10%。大野口岩体中闪长玢岩样品的主量和微量元素分析结果见表 1

表 1 大野口岩体中闪长玢岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 1 Major, trace elements and REE composition of Dayekou diorite porphyry

主量元素分析结果表明,闪长玢岩具有富Si、Al、Na及贫K的特征(SiO2=57.84% ~59.14%,Al2O3=17.22%~17.85%,MgO=2.99%~3.44%,Mg#= 46.32~48.40,Na2O=3.91%~4.56%,K2O=0.84%~ 1.78%,Na2O/K2O=2.38~4.77)。样品的A/CNK值介于1.02~1.18之间,平均为1.07,属于过铝质系列岩石(图 3-a)。里特曼指数(σ)为1.53~2.04,属于钙碱性系列;在SiO2-(Na2O+K2O-CaO)图(图 3-b)中,样品点全部落在钙碱性-碱钙性系列岩石范围内。样品的主量元素特征表明,大野口岩体中闪长玢岩样品为钙碱性过铝质闪长玢岩,与埃达克岩相似。

图 3 大野口岩体中闪长玢岩A/CNK-A/NK[23](a)和SiO2-(Na2O+K2O-CaO)图解[24](b) Fig.3 Diagrams of A/CNK-A/NK(a) and SiO2-(Na2O+K2O-CaO)(b) for Dayekou diorite porphyry
2.2 稀土与微量元素

稀土元素分析结果显示,大野口岩体中闪长玢岩稀土元素总量介于49.55×10-6~60.36×10-6之间(平均值为52.87×10-6),在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(图 4-a)上,6个样品具有一致的稀土元素配分曲线,呈轻稀土元素富集的右倾型,(La/Yb)N=3.98~4.97,具有正Eu异常(δEu=1.06~ 1.24);在微量元素原始地幔蛛网图(图 4-b)上,富集大离子亲石元素(如Rb、Ba、Sr、K等),Zr-Hf略富集,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素。同时,样品具有较高的Sr和较低的Yb、Y含量(Sr=332×10-6~ 460×10-6;Yb=0.88×10-6~1.16×10-6;Y=11.9×10-6~ 13.50×10-6),Sr/Y=27.20~34.40,表现出与埃达克岩相似的微量元素地球化学特征。

图 4 大野口岩体中闪长玢岩稀土元素配分模式(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig.4 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) of Dayekou diorite porphyry (球粒陨石标准化值和原始地幔标准化值据参考文献[25])
3 讨论 3.1 岩浆源区及岩石成因

北祁连大野口岩体中闪长玢岩表现出与埃达克岩相似的地球化学特征,主要表现为高SiO(2平均58.28%,>56%)、高Al2O3(平均17.55%,>15%)和富Na(Na2O平均4.08%,>4%)的主量元素地球化学特征;富集Sr元素(平均402×10-6,>400×10-6)、亏损重稀土元素Yb(平均1.3×10-6,< 1.9×10-6)和Y(平均12.57×10-6,< 1×10-6),具有较高的Sr/Y值(27.20~ 34.40,>20)。在Y-Sr/Y图解(图 5-a)和YbN-(La/Yb)N图解(图 5-b)上[26],样品点均落入典型埃达克岩区域,因此大野口闪长玢岩应为埃达克岩或埃达克质岩。

图 5 大野口闪长玢岩Y-Sr/Y(a)和YbN-(La/Yb)N图(b)(底图均据参考文献[26]) Fig.5 Sr/Y versus Y(a) and chondrite-normalized La/Yb ratios versus chondrite-normalized Yb abundances(b) in Dayekou diorite porphyry

埃达克岩研究伊始是解释与年轻(小于等于25Ma)俯冲大洋岩石圈有关的新生代岛弧环境形成的火山岩和侵入岩[27-28]。随着研究的深入,越来越多与埃达克岩相似地球化学属性的岩石被发现[29]。而对具有高Sr/Y、La/Yb值,轻稀土元素富集、重稀土元素亏损,高度富集Sr、Ba和亏损Y、Sc元素的硅质富钠岩浆岩的研究证明,该类岩石包括太古宙TTG岩系、新生代的高硅埃达克岩及显生宙富钠花岗岩,其成因一直存在诸多争议[30]。就目前研究成果,埃达克岩成因模式主要有:①俯冲洋壳玄武质组分部分熔融[31]产生的流体和楔形地幔橄榄岩发生不同程度反应所形成的埃达克岩[32];②含水玄武质岩浆高压条件下发生结晶分异作用[33];③受玄武质岩浆底侵作用或陆内俯冲的上地壳脱水作用产生的流体诱发的增厚下地壳的熔融[34];④古老的拆沉下地壳发生部分熔融产生的流体和地幔橄榄岩相互作用形成的高Mg#埃达克岩[35]。大野口岩体中埃达克质闪长玢岩岩石学、地球化学研究表明,其岩石类型为富Al、富Na2O的钙碱性岩浆,与俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩一致[36],与增厚玄武岩下地壳熔融形成的埃达克火山岩的富K、低Al2O3的地球化学特征[37]不同;Na2O/ K2O值介于2.38~4.77之间,平均3.67,与俯冲板片熔融形成的埃达克质岩石的Na2O/K2O值(2.5~6.5)接近[38],同时大野口岩体中闪长玢岩样品较小的Nb值(1.42×10-6~1.74×10-6)与洋岛玄武岩(大于20×10-6[39]Nb值存在明显差异,反映其并非含水玄武质岩浆结晶分异的产物。较低的Cr(平均值14.76×10-6)、Ni(平均值12.67× 10-6)含量,与拆沉下地壳部分熔融的富Cr、Ni的特征存在较大差别[40];大野口岩体中埃达克质闪长玢岩的δEu变化范围为1.06~1.24,平均为1.13,表明在岩浆分离结晶过程中斜长石不占据元素总分配系数的主导地位,在中性岩浆体系中,角闪石对稀土元素是相容的,并在Dy和Er间具有最高的分配系数值[41],闪长玢岩中角闪石含量为13%~15%,表明在其结晶分异过程中角闪石占据稀土元素总体系数的主导地位,而且其具有与壳幔型花岗岩相似的地球化学特征,说明本区岩浆主要可能来源于深部。在埃达克岩与玄武岩实验熔体的SiO2-MgO统计图解(图 6)中,大野口岩体中闪长玢岩样品点落入洋壳板片熔融形成的埃达克岩区域,表明该岩体是俯冲板片部分熔融形成了原始埃达克岩浆,熔体在穿过地幔楔的过程中受到地幔橄榄岩的强烈混染而形成的。

图 6 大野口岩体中埃达克质闪长玢岩与玄武岩实验溶体SiO2-MgO图解[42] Fig.6 SiO2-MgO diagram for adakite and experimental melts of the basalts of Dayekou intrusive body
3.2 地球动力学意义

岩浆形成和地球深部动力学背景关系密切。早古生代中期,古祁连洋壳发生俯冲,岩浆活动强烈,形成沟-弧-盆构造环境[43]。前人在中祁连西段野马南山、北祁连东段银硐梁、北祁连山西段熬油沟[44]、北祁连造山带中段毛藏寺等地区发现了埃达克岩。位于北祁连走廊南山北坡西水地区的闪长岩体在岩石学特征上与上述岩体相似,表明其同为早古生代沟弧盆构造环境的产物。夏林圻等[45-46]认为,北祁连加里东造山带是在前寒武纪基底之上发生拉张(679~574Ma), 至寒武纪末期到早奥陶世形成洋盆(522~495Ma),奥陶纪(469~ 445Ma)自南西向北东往华北大陆板块之下俯冲,大洋板块持续俯冲致使洋盆闭合(445~428Ma),区域地质调查对大野口岩体的时代归属符合该观点。如前文所述,大野口闪长岩体具有埃达克岩的特征,本文推测,其为奥陶纪时期与板块俯冲作用相关的俯冲洋壳部分熔融和壳幔岩浆混合形成的岩体。

4 结论

(1)北祁连山大野口岩体中闪长玢岩的地球化学特征表明,SiO2含量大于56%,Al2O3含量大于15%,Na2O大于K2O%,富集大离子亲石元素和轻稀土元素,具正Eu异常,富集Sr元素(332×10-6~460× 10-6,平均为402×10-6)、亏损重稀土元素Yb(平均1.3×10-6,< 1.9×10-6)和Y(平均12.57×10-6,< 18×10-6),具有较高的Sr/Y值(27.20~34.40,>20),表现出明显的埃达克岩的地球化学性质。

(2)依据岩石学、岩石地球化学研究,结合前人的区域地质研究成果及岩体产出的时空位置,推测大野口岩体形成于奥陶纪时期与板块俯冲作用相关的俯冲洋壳部分熔融和壳幔岩浆混合作用。

致谢: 野外地质调查和写作过程中得到中国地质调查局西安地质调查中心余吉远、孟勇高级工程师,朱晓辉、过磊、孙吉明工程师,以及甘肃省第四地勘院张敏、徐沛斌、成锐工程师的帮助,在此一并致以感谢。

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