柴北缘乌兰北部三叠纪辉长岩的年代学和地球化学特征

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岳悦, 孙德有, 侯可军, 等. 柴北缘乌兰北部三叠纪辉长岩的年代学和地球化学特征[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 51(1): 154-168

Yue Yue, Sun Deyou, Hou Kejun, et al. Geochronology and Geochemistry of Triassic Gabbro in Northern Wulan, Northern Margin of Qaidam Basin[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 51(1): 154-168.

柴北缘乌兰北部三叠纪辉长岩的年代学和地球化学特征

岳悦¹, 孙德有¹, 侯可军², 彭银彪³

1. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061;
2. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037;
3. 中国海洋大学海洋地球科学学院, 山东青岛 266100

收稿日期: 2019-10-25

作者简介: 岳悦(1993-), 女, 硕士, 主要从事火成岩方面的研究, E-mail:1332129482@qq.com

基金项目: 国家自然科学基金项目（41572053）

摘要: 柴北缘乌兰地区中生代岩浆岩分布广泛，主要出露辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩。乌兰北部两件辉长岩样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年显示其加权平均年龄分别为（241.9±0.9）Ma和（245.4±1.9）Ma，说明其形成于中三叠世早期。辉长岩的w（SiO₂）为47.94%和52.01%，全碱质量分数较低（ALK为1.25%和1.47%），里特曼指数为0.33和0.26，属钙碱性系列岩石；w（Cr）（1 661.00×10^-6和1 418.00×10^-6）、w（Ni）（394.00×10^-6和280.00×10^-6）和Mg^#值（81和79）极高，具幔源原生玄武岩浆特征。轻、重稀土元素分馏较弱，LREE/HREE为3.92和3.44，无明显负Eu异常，表明未发生明显的岩浆分异作用；富集K、Rb等大离子亲石元素，不同程度地亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，表现为与俯冲作用相关的弧岩浆岩特征。辉长岩的ε_Hf（t）值（-3.0~9.3）变化较大，暗示来自地幔的基性岩浆中有地壳组分的加入。结合区域地质演化特征研究成果，认为辉长岩形成于古特提斯洋向北俯冲背景下的大陆边缘弧环境，俯冲的洋壳板片脱水产生的流体导致上覆地幔楔部分熔融，形成玄武质岩浆，岩浆上升侵位过程中遭受地壳物质混染或与壳源岩浆发生混合作用。

关键词: 柴北缘辉长岩锆石U-Pb测年地球化学岩浆弧古特提斯洋

Geochronology and Geochemistry of Triassic Gabbro in Northern Wulan, Northern Margin of Qaidam Basin

Yue Yue¹, Sun Deyou¹, Hou Kejun², Peng Yinbiao³

1. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China;
2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
3. College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, Shandong, China

Foundation item: Supported by the National Natural Science Foundation of China (41572053)

Abstract: The Mesozoic magmatic rocks are widespread in Wulan area of northern Qaidam, and consist largely of gabbro, diorite, granodiorite and granite. The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of two gabbro samples yield well-constrained ages of (241.9±0.9) Ma and (245.4±1.9) Ma, indicating their formation of the Middle Triassic. Their SiO₂ content of gabbro in northern Wulan area is 47.94% and 52.01%, the total alkali content is low (1.25% and 1.47%), and the Ritman index is 0.33 and 0.26 respectively, belonging to cala-alkaline series. They have high Mg^# (81 and 79), Cr (1 661.00×10^-6 and 1 418.00×10^-6), and Ni (394.00×10^-6 and 280.00×10^-6), similar to those predicted of the original basaltic melts. They have weak LREE/HREE fractionation (3.92 and 3.44) with nearly no Eu anomalies and no obvious magma differentiation. The primitive mantle normalized trace element spider diagrams show enrichment of large ion lithophile elements (e.g., K, Rb) and depletion of high field strength elements (e.g., Nb, Ta, Ti), characteristics considered typical of subduction-related arc magmatic rocks. The large variation of zircon ε_Hf(t) values (from -3.0 to 9.3) implies that the crustal components seem to have been incorporated in the mantle-derived mafic magmas. Combined with regional geological evolution, we suggest that the gabbro formed in the continental marginal arc environment related to the northward subduction of the Paleo-Tethys Oceanic plate. The fluids released from the subducting oceanic slab promote partial melting of the overlying mantle wedge to produce basaltic magma, which was contaminated by crustal materials or mixed with crust-derived magma during magma ascending.

Key words: northern margin of Qaidam gabbro zircon U-Pb dating geochemistry magma arc Paleo-Tethys Ocean

0 引言

柴北缘地处青藏高原东北部的秦祁昆结合部位，位于柴达木地块以北、祁连造山带以南，构造-岩浆活动强烈，是近些年地学研究的热点地区之一。前人在柴北缘构造带先后发现了寒武纪—奥陶纪高压—超高压混杂岩^[1-3]和寒武纪—奥陶纪、泥盆纪—石炭纪蛇绿混杂岩^[4-6]。近些年，学者们对该构造带的超高压岩石和蛇绿混杂岩开展了较多的研究工作，但对该构造带内中生代侵入岩的研究相对较少，且对这些岩浆作用形成的构造环境看法尚不一致：孙延贵等^[7]认为它们可与西秦岭同仁等地同期岩浆岩相连，形成于西秦岭地块向北与祁连地块俯冲碰撞背景下；许志琴等^{[6, 8]}认为它们属古特提斯洋板块向北俯冲产生的弧岩浆岩；吴才来等^[9]则认为其与宗务隆洋盆向南俯冲有关。针对上述争议问题，本文选取柴北缘乌兰地区北部的辉长岩为研究对象，野外地质调查和室内岩石学研究相结合，通过锆石U-Pb定年确定辉长岩的形成时代，根据其地球化学特征分析岩浆源区性质，并结合区域构造演化探讨岩浆的成因及其构造意义，以期为柴北缘的中生代构造演化提供重要证据。

1 区域地质背景

柴北缘呈北西向约800 km的窄长带状分布，从阿尔金山向东延伸到鄂拉山，南北分别被柴达木盆地北缘断裂和祁连南缘宗务隆山南缘断裂所切，东西分别被哇洪山断裂和阿尔金左行走滑断裂所切^[10-11]。其自北而南依次划分为宗务隆构造带、欧龙布鲁克微陆块和柴北缘早古生代俯冲带3个构造单元^[10]。宗务隆构造带位于欧龙布鲁克陆块与祁连陆块之间，主要由达肯大坂岩群、石炭纪宗务隆群、早—中三叠世郡子河群、印支期花岗岩以及岛弧火山岩等组成，宗务隆群和郡子河群两者呈断层接触^[12-13]。其中：宗务隆群包括土尔根大坂组和果可山组，是一套半深海相复理石沉积和中酸性-基性火山岩系；郡子河群属于浅海相碎屑岩和碳酸盐岩沉积建造^[14]。欧龙布鲁克微陆块主要由达肯大坂岩群、德令哈杂岩、万洞沟群和南华纪—震旦纪全吉群等共同构成^{[10, 15-16]}。柴北缘早古生代俯冲带沿都兰北部的沙柳河—野马滩—锡铁山—绿梁山—鱼卡—赛什腾山一线分布，从元古宙至晚古生代均有岩石出露，包括达肯大坂岩群、沙柳河岩群、滩间山群以及牦牛山组等^{[10, 15-16]}。此外，柴北缘东部普遍发育大量三叠纪辉长岩、闪长岩、花岗岩和花岗闪长岩，与柴北缘相邻的东昆仑和西秦岭地区也广泛发育三叠纪中酸性火山岩和花岗岩。

乌兰地区位于欧龙布鲁克微陆块东部，北邻宗务隆构造带，从东到西分别为许给沟岩体、椅落山岩体、察汗诺岩体、察汗河岩体、哈德森沟岩体和晒勒克郭来岩体，区内出露的主要岩石类型有辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩、花岗斑岩和花岗岩，如察汗诺辉长岩((246±1)Ma)、晒勒克郭来花岗岩((244±3)Ma)和察汗河花岗闪长岩((240±2)Ma)^{[9, 17]}。本文的2件辉长岩样品均采自乌兰地区北部出露的基性岩体(图 1)。

据文献[18]修编。图 1 柴北缘乌兰地区区域地质图 Fig. 1 Regional geological map of the Wulan area

图选项

2 样品岩相学特征

本文所研究的辉长岩采样位置如图 1所示。样品岩性为辉长岩，呈灰黑色，中细粒半自形结构，块状构造(图 2)。主要矿物组成为斜长石(体积分数45%~55%)、角闪石(20%~25%)、单斜辉石(10%~15%)和黑云母(＜5%)。斜长石为半自形板柱状，粒径为0.5~2.5 mm，聚片双晶，局部绢云母化；角闪石为半自形柱状，粒径为0.5~2.0 mm，具有角闪石式解理，有显著的黄绿色和褐色的多色性；单斜辉石为半自形短柱状-粒状，粒径为0.2~1.0 mm；黑云母为片状，粒径0.2~0.5 mm。副矿物主要为磷灰石、锆石和榍石等。

Pl.斜长石；Cpx.辉石；Hbl.角闪石；Bt.黑云母。图 2 乌兰北部辉长岩的镜下显微照片 Fig. 2 Microphotograph of the gabbro in northern Wulan

图选项

3 分析方法

全岩主量元素、稀土元素和微量元素分析均在中国地质科学院矿产资源研究所完成。主量元素通过X荧光光谱仪(XRF)测定，分析误差低于5%。微量元素和稀土元素通过等离子质谱仪(ICP-MS)测定，分析误差在5%~10%之间。

锆石的分选工作在河北廊坊区域地质调查研究院完成。首先在双目镜下挑选结晶好、透明度好、无裂隙、无包体的锆石颗粒粘贴至环氧树脂靶上，待树脂固化后磨平并抛光；然后进行透射光、反射光、阴极放光照相，揭示锆石内部结构特征。测试点的选取首先根据锆石透射光和反射光照片进行初选，然后与CL图像进行对比，以获得较准确的年龄信息。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试在中国地质科学院矿产资源研究所激光等离子质谱实验室完成。测试数据的处理参考文献[19]，年龄计算及谐和图采用Isoplot 3^[20]进行处理和完成。

在对样品DL16-6-5.3进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的基础上，同时进行了锆石Lu-Hf同位素分析。在已经进行测年的32颗锆石中挑选粒度较大的25颗锆石，在测年测点旁选择合适的位置进行Lu-Hf同位素分析。Lu-Hf同位素测试分析工作在中国地质科学院矿产资源研究所激光等离子质谱实验室完成，使用Neptune多接收-电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)，193 nm激光取样系统，采用国际标样91500作外标，所用的激光脉冲速率为6~8 Hz，激光光束脉冲能量为100 mJ。

4 分析结果 4.1 锆石U-Pb年代学

柴北缘乌兰地区北部辉长岩样品中绝大多数锆石为无色透明，以短柱状、浑圆状为主，少数为长柱状，长100~300 μm，长宽比为1:1~2.5:1，发育岩浆振荡环带，具岩浆锆石的特征(图 3)。在两个样品中分别选择代表性的32粒锆石进行LA-ICP-MS测年分析(表 1)，结果显示样品DL16-6-6.1所有测点均落在谐和线上或其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄介于247~238 Ma之间，加权平均年龄为(241.9±0.9)Ma(MSWD=0.9)(图 4a)；样品DL16-6-5.3的33号测点无信号，37号测点的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄值为(262±3)Ma，可能为捕获锆石，其余30个测点皆落在谐和线上或其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄介于257~239 Ma之间，加权平均年龄为(245.4±1.9) Ma(MSWD=3.4)(图 4b)，均属于中三叠世早期。

图 3 乌兰北部辉长岩的部分锆石阴极发光(CL)图像 Fig. 3 CL images of selected zircon for the gabbro in northern Wulan

图选项

表 1 乌兰北部辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results of the gabbro in northern Wulan

样品号	w_B/10^-6		同位素比值										年龄/Ma
样品号	Pb	U	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1σ	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1σ	²⁰⁸Pb/²³²Th	1σ	²³²Th/²³⁸U	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	1σ	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	1σ
01	40	1 009	0.038 4	0.000 4	0.262 7	0.004 6	0.049 6	0.000 8	0.010 8	0.000 3	0.486	0.001	243	3	237	4	178	38
02	18	440	0.038 6	0.000 4	0.268 8	0.012 3	0.050 5	0.002 3	0.012 3	0.000 4	0.513	0.002	244	3	242	11	220	104
03	19	461	0.038 3	0.000 4	0.272 7	0.008 3	0.051 7	0.001 6	0.014 0	0.000 4	0.539	0.002	242	3	245	7	272	69
04	14	362	0.037 6	0.000 4	0.264 1	0.009 4	0.051 0	0.001 8	0.014 0	0.000 5	0.440	0.001	238	3	238	8	239	80
05	34	804	0.038 0	0.000 4	0.282 6	0.006 1	0.054 0	0.001 1	0.013 6	0.000 5	0.620	0.001	240	2	253	5	37.1	46
06	16	387	0.038 6	0.000 4	0.271 9	0.011 3	0.051 1	0.002 1	0.016 3	0.000 7	0.488	0.001	244	3	244	10	247	95
07	29	719	0.037 7	0.000 4	0.274 1	0.007 6	0.052 7	0.001 4	0.014 1	0.000 7	0.533	0.000	239	3	246	7	316	60
08	14	348	0.037 9	0.000 4	0.274 5	0.009 7	0.052 5	0.001 8	0.015 1	0.000 8	0.425	0.002	240	3	246	9	308	80
09	29	708	0.039 0	0.000 4	0.276 7	0.012 5	0.051 4	0.002 3	0.012 7	0.000 7	0.514	0.001	247	3	248	11	261	104
10	19	458	0:038 3	0.000 4	0.272 8	0.007 6	0.051 6	0.001 4	0.013 9	0.000 6	0.501	0.002	242	2	245	7	269	62
11	13	327	0.038 2	0.000 4	0.270 6	0.008 5	0.051 4	0.001 6	0.014 4	0.000 6	0.447	0.001	242	3	243	8	258	70
12	24	572	0.038 4	0.000 4	0.269 2	0.007 1	0.050 8	0.001 3	0.013 8	0.000 5	0.515	0.001	243	2	242	6	233	58
13	11	278	0.038 1	0.000 4	0.272 1	0.011 8	0.051 8	0.002 2	0.014 0	0.000 5	0.418	0.001	241	3	244	11	277	97
14	22	525	0.038 2	0.000 4	0.275 8	0.011 7	0.052 3	0.002 2	0.012 8	0.000 4	0.598	0.002	242	3	247	10	300	97
15	31	805	0.037 7	0.000 4	0.286 4	0.005 9	0.055 1	0.001 0	0.013 6	0.000 4	0.398	0.001	239	3	256	5	417	42
16	19	468	0.038 9	0.000 4	0.273 2	0.010 8	0.050 9	0.001 9	0.013 8	0.000 5	0.460	0.002	246	3	245	10	236	88
17	33	818	0.037 7	0.000 4	0.275 8	0.005 2	0.053 0	0.000 9	0.013 0	0.000 4	0.520	0.002	239	3	247	5	330	40
18	29	743	0.038 2	0.000 4	0.270 5	0.005 4	0.051 4	0.001 1	0.010 3	0.000 3	0.501	0.001	242	3	243	5	258	49
19	38	899	0.038 7	0.000 4	0.275 7	0.005 0	0.051 6	0.000 9	0.012 9	0.000 4	0.586	0.003	245	3	247	4	270	39
20	25	621	0.038 6	0.000 4	0.279 1	0.006 0	0.052 5	0.001 1	0.013 0	0.000 4	0.446	0.002	244	3	250	5	306	46
21	41	1 012	0.037 8	0.000 4	0.274 8	0.004 8	0.052 8	0.000 8	0.012 6	0.000 4	0.597	0.002	239	3	247	4	320	36
22	19	494	0.038 6	0.000 4	0.268 4	0.006 8	0.050 4	0.001 2	0.012 9	0.000 4	0.348	0.001	244	3	211	6	214	55
23	13	328	0.038 1	0.000 4	0.268 1	0.009 8	0.051 0	0.001 8	0.012 6	0.000 5	0.465	0.001	241	3	241	9	243	83
24	46	1 181	0.038 8	0.000 4	0.277 4	0.005 1	0.051 9	0.000 9	0.012 5	0.000 5	0.587	0.001	245	3	249	5	280	39
25	13	336	0.038 0	0.000 4	0.275 9	0.009 0	0.052 7	0.001 7	0.012 8	0.000 5	0.490	0.002	240	3	247	8	314	72
26	16	416	0.038 7	0.000 4	0.276 4	0.008 2	0.051 8	0.001 5	0.012 5	0.000 4	0.400	0.001	245	3	248	7	276	67
27	13	336	0.038 0	0.000 4	0.277 3	0.009 0	0.053 0	0.001 7	0.012 4	0.000 4	0.491	0.002	240	3	249	8	328	71
28	27	667	0.038 6	0.000 4	0.271 8	0.005 7	0.051 1	0.001 0	0.012 3	0.000 4	0.477	0.001	244	3	244	5	244	46
29	36	933	0.038 1	0.000 4	0.273 0	0.007 6	0.052 0	0.001 4	0.012 1	0.000 4	0.405	0.003	241	2	245	7	285	62
30	25	633	0.037 8	0.000 4	0.273 5	0.008 5	0.052 5	0.001 6	0.012 0	0.000 3	0.467	0.004	239	2	246	8	307	69
31	26	662	0.038 4	0.000 4	0.275 6	0.006 3	0.052 1	0.001 1	0.012 4	0.000 4	0.418	0.001	243	3	247	6	290	50
32	32	789	0.038 0	0.000 4	0.275 7	0.005 4	0.052 6	0.001 0	0.011 9	0.000 4	0.551	0.002	240	3	247	5	312	43
33	-	-	-	-	-	-	-	-	0.688 5	0.742 3	-	-	-	-	-	-	-	-
34	40	1 005	0.038 1	0.000 4	0.269 5	0.004 9	0.051 3	0.000 8	0.013 2	0.000 7	0.820	-15.800	241	3	242	4	253	38
35	43	919	0.038 0	0.000 4	0.281 7	0.004 8	0.053 8	0.000 9	0.012 9	0.000 6	1.051	0.001	240	3	252	4	363	36
36	38	695	0.038 3	0.000 4	0.267 1	0.008 4	0.050 5	0.001 6	0.013 0	0.000 5	1.767	0.004	243	3	240	8	219	71
37	28	569	0.041 6	0.000 5	0.343 5	0.016 2	0.059 9	0.002 4	0.014 0	0.000 7	0.909	0.002	262	3	300	14	601	88
38	66	1 307	0.039 6	0.000 4	0.273 0	0.004 7	0.050 0	0.000 8	0.012 4	0.000 4	1.357	0.004	251	3	245	4	193	37
39	34	745	0.038 2	0.000 4	0.275 2	0.005 2	0.052 2	0.000 9	0.012 7	0.000 4	0.940	0.001	242	3	247	5	295	39
40	106	2 147	0.039 8	0.000 5	0.280 5	0.004 4	0.051 1	0.000 7	0.013 2	0.000 4	1.152	0.001	252	3	251	4	245	30
41	78	1 698	0.037 8	0.000 4	0.284 1	0.006 0	0.054 5	0.001 0	0.011 9	0.000 4	1.081	0.004	239	3	254	5	392	40
42	46	976	0.038 9	0.000 4	0.277 6	0.004 7	0.051 7	0.000 8	0.011 8	0.000 3	1.167	0.002	246	3	249	4	272	35
43	373	6 331	0.039 1	0.000 4	0.275 7	0.003 8	0.051 2	0.000 6	0.011 1	0.000 3	2.414	0.007	247	3	247	3	249	27
44	50	1 109	0.037 9	0.000 4	0.270 3	0.004 4	0.051 8	0.000 8	0.010 7	0.000 3	1.112	0.002	240	3	243	4	275	33
45	125	2 346	0.038 7	0.000 4	0.273 2	0.003 9	0.051 2	0.000 6	0.010 7	0.000 3	1.929	0.004	245	3	245	3	248	28
46	70	1 467	0.038 5	0.000 4	0.273 4	0.004 0	0.051 5	0.000 7	0.010 2	0.000 3	1.448	0.007	243	3	245	4	264	30
47	53	1 120	0.037 8	0.000 4	0.277 9	0.005 8	0.053 3	0.001 0	0.010 2	0.000 3	1.410	0.001	239	3	249	5	340	41
48	63	1 357	0.040 7	0.000 4	0.276 6	0.009 7	0.049 3	0.001 5	0.008 8	0.000 3	1.237	0.004	257	3	248	9	162	72
49	126	2 577	0.040 1	0.000 6	0.274 5	0.010 7	0.049 6	0.001 3	0.008 2	0.000 3	1.707	0.006	254	4	246	10	176	61
50	47	1 057	0.039 0	0.000 4	0.277 2	0.004 6	0.051 5	0.000 7	0.010 8	0.000 3	0.965	0.007	247	3	248	4	263	33
51	65	1 360	0.038 7	0.000 4	0.280 2	0.004 3	0.052 5	0.000 7	0.010 3	0.000 3	1.398	0.013	245	3	251	4	309	31
52	40	860	0.038 2	0.000 4	0.266 5	0.004 4	0.050 6	0.000 8	0.010 4	0.000 2	1.307	0.003	241	3	240	4	225	35
53	41	963	0.038 1	0.000 4	0.269 0	0.004 6	0.051 2	0.000 8	0.010 7	0.000 3	0.856	0.001	241	3	242	4	251	36
54	47	1 049	0.038 3	0.000 4	0.283 5	0.004 7	0.053 7	0.000 8	0.011 1	0.000 3	1.009	0.002	242	3	253	4	358	33
55	39	909	0.038 1	0.000 4	0.276 3	0.004 8	0.052 6	0.000 8	0.011 1	0.000 3	0.881	0.004	241	3	248	4	310	37
56	29	658	0.040 1	0.000 5	0.280 3	0.011 5	0.050 6	0.001 6	0.009 5	0.000 4	0.975	0.001	254	3	251	10	224	73
57	32	725	0.038 4	0.000 4	0.277 7	0.005 6	0.052 4	0.001 0	0.011 8	0.000 4	0.944	0.003	243	3	249	5	303	43
58	50	1 082	0.039 6	0.000 4	0.276 6	0.004 6	0.050 6	0.000 7	0.012 4	0.000 3	0.945	0.002	251	3	248	4	224	34
59	44	956	0.039 1	0.000 4	0.274 4	0.004 9	0.050 9	0.000 8	0.012 3	0.000 3	0.942	0.005	247	3	246	4	235	38
60	46	879	0.040 2	0.000 5	0.284 9	0.008 7	0.051 4	0.001 3	0.010 9	0.000 3	1.644	0.007	254	3	255	8	258	58
61	177	3 028	0.039 5	0.000 4	0.276 9	0.003 9	0.050 9	0.000 6	0.012 3	0.000 3	2.086	0.012	250	3	248	3	234	28
62	49	1 073	0.039 6	0.000 4	0.294 0	0.004 8	0.053 9	0.000 8	0.012 3	0.000 3	0.890	0.002	250	3	262	4	366	34
63	224	4 328	0.039 7	0.000 4	0.282 1	0.004 0	0.051 6	0.000 6	0.012 0	0.000 3	1.503	0.001	251	3	252	4	267	28
64	142	2 950	0.038 3	0.000 4	0.296 2	0.004 5	0.056 0	0.000 7	0.011 7	0.000 4	1.284	0.001	242	3	263	4	454	29
注：1—32为DL16-6-6.1样品；33—64为DL16-6-5.3样品。

表选项

图 4 乌兰北部辉长岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagram of the gabbro in northern Wulan

图选项

4.2 主量元素

柴北缘乌兰北部2个辉长岩样品的主量元素分析结果见表 2，样品w(SiO₂)为47.94%和52.01%，w(MgO)相对较高，为19.90%和15.18%，w(Al₂O₃)为7.33%和10.26%，w(CaO)为11.28%和10.16%，w(K₂O)和w(Na₂O)较低，分别为0.40%和0.61%、0.85%和0.88%，w(TiO₂)为0.26%和0.38%，Mg^#较高(81和79)，反映原始岩浆具幔源原生玄武岩浆特征，结晶分异程度较低。此外，A/CNK值为0.33和0.50，A/NK值为4.00和4.87，表明为准铝质岩石。在TAS图解(图 5a)中，位于亚碱性系列的辉长岩范围内。样品全碱含量(ALK为1.25%和1.47%)和里特曼指数(σ为0.26和0.33)较低，属钙碱性系列，与w(K₂O)-w(SiO₂)图解一致(图 5b)。

表 2 乌兰北部辉长岩主量元素和微量元素测试结果 Table 2 Major and trace element analyses of the gabbro in northern Wulan

样品号	岩性	SiO₂	Al₂O₃	CaO	Fe₂O₃	FeO	K₂O	MgO	MnO	Na₂O	P₂O₅	TiO₂
DL16-6-6.1	辉长岩	47.94	7.33	11.28	1.46	7.35	0.40	19.90	0.15	0.85	0.04	0.26
DL16-6-5.3	辉长岩	52.01	10.26	10.16	1.54	5.86	0.61	15.18	0.16	0.88	0.04	0.38

样品号	岩性	烧失量	总和	A/CNK	A/NK	ALK	Mg^#	σ	La	Ce	Pr	Nd
DL16-6-6.1	辉长岩	1.70	100.50	0.33	4.00	1.25	81	0.33	5.40	10.20	1.36	5.82
DL16-6-5.3	辉长岩	2.10	101.44	0.50	4.87	1.47	79	0.26	5.37	12.00	1.48	6.78

样品号	岩性	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	∑REE
DL16-6-6.1	辉长岩	1.42	0.40	1.61	0.30	1.80	0.35	1.03	0.15	0.91	0.13	30.88
DL16-6-5.3	辉长岩	1.79	0.57	2.13	0.36	2.37	0.45	1.29	0.18	1.18	0.18	36.13

样品号	岩性	LREE/HREE	(La/Yb)_N	δEu	(La/Sm)_N	(Gd/Yb)_N	Rb	Ba	Th	U	Nb	Ta
DL16-6-6.1	辉长岩	3.92	3.91	0.82	2.31	1.42	12.60	79.70	1.08	0.30	1.57	0.10
DL16-6-5.3	辉长岩	3.44	3.00	0.90	1.83	1.45	38.50	119.00	1.23	0.18	2.14	0.13

样品号	岩性	Sr	Zr	Hf	Y	Sc	V	Mn	Co	Cu	Zn	Ga
DL16-6-6.1	辉长岩	79.70	31.30	0.94	8.98	18.30	168.00	1 239.00	68.90	205.00	73.70	7.25
DL16-6-5.3	辉长岩	143.00	38.90	1.12	11.80	45.30	205.00	1 532.00	59.30	32.60	77.60	12.10

样品号	岩性	Cd	Cs	Pb	Li	Be	Cr	Ni	Bi	Sn	Sb	Tl
DL16-6-6.1	辉长岩	0.13	0.80	4.78	5.13	0.26	1 661.00	394.00	0.14	0.35	0.05	0.07
DL16-6-5.3	辉长岩	0.07	2.72	2.69	14.80	0.30	1 418.00	280.00	0.12	0.28	0.26	0.22
注：主量元素质量分数单位为%；微量、稀土元素质量分数单位为10^-6。

表选项

其他数据来自文献[9, 17]。图 5 乌兰北部辉长岩及区内同期岩浆岩w(Na₂O+K₂O)- w(SiO₂) (a)和w(K₂O)- w(SiO₂)(b)图解 Fig. 5 Diagrams of w(Na₂O+K₂O)- w(SiO₂) (a) and w(K₂O)- w(SiO₂)(b) of the gabbro in northern Wulan and contemporaneous magmatic rocks

图选项

4.3 稀土元素和微量元素

辉长岩微量元素分析数据见表 2。稀土元素总量较低(w(∑REE)为30.88×10^-6和36.13×10^-6)，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，LREE/HREE为3.92和3.44，(La/Yb)_N为3.91和3.00，轻重稀土分馏较弱，岩浆未发生明显的分异作用；在稀土元素球粒陨石标准化配分图(图 6a)中，配分曲线略向右倾，略具负Eu异常(δEu为0.82和0.90)，表明未发生明显的斜长石分离结晶作用。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6b)中，辉长岩富集K、Rb等大离子亲石元素，不同程度地亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，而Nb、Zr、Hf的亏损反映岩浆或源区受到过地壳物质的混染或流体的交代作用。

球粒陨石标准化数据值引自文献[21]；原始地幔标准化数据值引自文献[22]；安第斯型活动大陆边缘中基性岩数据引自文献[23]；OIB.洋岛玄武岩；其他数据来源同图 5。图 6 乌兰北部辉长岩及区内同期岩浆岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig. 6 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) of the gabbro in northern Wulan and contemporaneous magmatic rocks

图选项

4.4 锆石Lu-Hf同位素

锆石Lu-Hf同位素测试结果见表 3。对乌兰北部辉长岩样品中的25颗锆石进行Lu、Hf同位素分析，¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf值为0.000 6~0.003 5，¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值为0.282 537~0.282 889，ε_Hf(t)值为-3.0~9.3，Hf单阶段模式年龄T_DM₁为1 028~535 Ma，Hf二阶段模式年龄T_DM₂为1 293~623 Ma，结合地球化学特征，说明辉长岩主要由中—新元古代地幔岩石部分熔融形成，且有少量地壳物质加入到幔源岩浆中。

表 3 乌兰北部辉长岩锆石Lu-Hf同位素分析结果 Table 3 Zircon Lu-Hf isotopic data analyses of the gabbro in northern Wulan

样品号	t/Ma	¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf	¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf	¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf	2σ	ε_Hf(0)	ε_Hf(t)	T_DM₁/Ma	T_DM2/Ma
DL16-6-1	245	0.045 3	0.002 0	0.282 762	0.000 044	1.5	4.9	714	865
DL16-6-2	245	0.016 5	0.000 6	0.282 632	0.000 032	1.1	0.5	868	1 101
DL16-6-3	245	0.055 3	0.002 1	0.282 705	0.000 026	0.9	2.9	798	975
DL16-6-4	245	0.081 1	0.002 6	0.282 836	0.000 028	1.0	7.4	617	728
DL16-6-5	245	0.059 0	0.002 5	0.282 889	0.000 053	1.9	9.3	535	623
DL16-6-6	245	0.076 3	0.002 4	0.282 719	0.000 027	1.0	3.3	783	950
DL16-6-7	245	0.109 0	0.003 2	0.282 798	0.000 034	1.2	5.9	685	807
DL16-6-8	245	0.071 4	0.002 4	0.282 664	0.000 029	1.0	1.4	865	1 057
DL16-6-9	245	0.051 2	0.001 7	0.282 688	0.000 028	1.0	2.3	814	1 004
DL16-6-10	245	0.089 4	0.003 5	0.282 734	0.000 040	1.4	3.6	787	933
DL16-6-11	245	0.056 2	0.001 8	0.282 684	0.000 034	1.2	2.2	822	1 012
DL16-6-12	245	0.053 9	0.002 2	0.282 758	0.000 034	1.2	4.7	723	873
DL16-6-13	245	0.055 9	0.002 3	0.282 870	0.000 049	1.7	8.7	560	658
DL16-6-14	245	0.088 8	0.002 7	0.282 665	0.000 028	1.0	1.3	871	1 058
DL16-6-15	245	0.037 5	0.001 3	0.282 659	0.000 025	0.9	1.4	846	1 056
DL16-6-16	245	0.051 1	0.001 7	0.282 671	0.000 031	1.1	1.7	840	1 038
DL16-6-17	245	0.030 9	0.001 3	0.282 676	0.000 029	1.0	2.0	821	1 022
DL16-6-18	245	0.034 0	0.001 3	0.282 590	0.000 026	0.9	-1.1	944	1 189
DL16-6-19	245	0.079 3	0.003 1	0.282 623	0.000 039	1.4	-0.2	942	1 141
DL16-6-20	245	0.041 2	0.001 8	0.282 641	0.000 029	1.0	0.7	883	1 095
DL16-6-21	245	0.050 9	0.001 7	0.282 620	0.000 028	1.0	-0.1	912	1 136
DL16-6-22	245	0.041 5	0.001 8	0.282 571	0.000 036	1.3	-1.8	985	1 230
DL16-6-23	245	0.047 6	0.002 1	0.282 691	0.000 065	2.3	2.4	817	1 001
DL16-6-24	245	0.043 1	0.001 6	0.282 537	0.000 028	1.0	-3.0	1 028	1 293
DL16-6-25	245	0.025 4	0.001 0	0.282 641	0.000 029	1.0	0.8	866	1 089

表选项

5 讨论 5.1 形成时代

辉长岩作为柴北缘乌兰地区出露的岩浆岩，其形成特点与区域构造演化有着密切关系。近年来的同位素测试分析表明，区内大部分岩浆岩形成于古生代与中生代，本文所研究的辉长岩锆石U-Pb测年也显示其形成于中三叠世早期((241.9±0.9)Ma和(245.4±1.9)Ma)，与乌兰地区察汗诺辉长岩((246±1)Ma)、晒勒克郭来花岗岩((244±3)Ma)和察汗河花岗闪长岩((240±2)Ma)形成时间一致。结合近年来的研究可知，其与东昆仑布尔汗布达(250~238 Ma)、西秦岭同仁—泽库(242~234 Ma)等地区活动大陆边缘型钙碱性岩浆活动时间相近^[24-26]，表明柴北缘地区、东昆仑及西秦岭与俯冲相关的弧岩浆岩具有统一的形成时代。因此可以进一步推断，乌兰地区在中三叠世早期发生过板块俯冲作用，俯冲过程中形成了具有岩浆多样性的岩浆岩带。

5.2 岩浆源区特征

辉长岩样品的w(MgO)相对较高，为19.90%和15.18%，w(Cr)(1 661.00×10^-6和1 418.00×10^-6)、w(Ni)(394.00×10^-6和280. 00×10^-6)、Mg^#(81和79)极高，接近幔源玄武质岩浆，表明其主要源于地幔岩石部分熔融。前述地球化学特征表明岩浆未发生明显的分异作用，样品的稀土、微量元素特征与弧岩浆岩类似，Ce/Pb(2.1和4.5)、Nb/U(5.2和11.9)与典型的洋中脊玄武岩(MORB)和洋岛玄武岩(OIB)相比存在较大差异(Ce/Pb=25±5，Nb/U=47±7)^[27]，Nb/Ta(15.7和16.5)值低于球粒陨石(19.9±0.6)^[28]，同其Ce/Pb和Nb/U值一样接近大陆地壳(Ce/Pb=4，Nb/Ta=12~13，Nb/U=10)^[29-30]，表明有地壳组分的加入；而Nb、Zr、Hf的亏损反映岩浆或源区受到过地壳物质的混染或者是流体的交代作用，锆石ε_Hf(t)值(-3.0~9.3)也进一步说明幔源岩浆上升侵位过程中遭受了地壳物质或壳源岩浆的混染。推测是俯冲的洋壳发生板片脱水，产生的流体上升导致上覆地幔楔部分熔融并发生流体交代作用，形成的玄武质岩浆底侵于壳-幔边界附近，其热量使地壳发生部分熔融，形成长英质岩浆，两者上侵过程中发生岩浆混合作用。此外，总结前人^{[9, 17]}资料可知，乌兰地区中生代辉长岩、花岗岩、花岗闪长岩多为钙碱性，具有类似的稀土、微量元素特征，呈轻稀土富集、重稀土亏损的右倾配分曲线，具有弱的Eu负异常，富集K、Rb等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素，呈现出与典型俯冲作用密切相关的弧岩浆岩特征。

一些学者对柴北缘乌兰地区三叠纪岩浆岩的源区进行了研究。程婷婷等^[17]对乌兰地区三叠纪辉长岩、闪长岩、花岗闪长岩和花岗岩分别做了锆石Hf同位素分析(图 7)，结合地球化学特征，认为乌兰三叠纪辉长岩、闪长岩来源于地幔部分熔融，且遭受了轻微的地壳物质混染，花岗闪长岩可能由壳幔岩浆混合形成，为壳幔混合源成因，花岗岩主要由中元古代下地壳部分熔融形成，且岩浆源区有少量幔源物质加入；吴才来等^[9]对乌兰三叠纪花岗岩做了Sr-Nd同位素分析，(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_St为0.707 57~0.710 69，(¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd)_St为0.511 965~0.551 207，ε_Nd(t)为-4.8~-0.68，T_DM2为1.58~1.41 Ga，结合地球化学特征，认为乌兰三叠纪花岗岩类起源于中元古代的陆壳物质，并可能混合了幔源成分。结合前人^{[9, 17]}研究，可以认为乌兰地区三叠纪岩浆岩在形成过程中均发生了不同程度的壳幔岩浆混合作用。

数据来自文献[17]。图 7 乌兰北部辉长岩及区内同期岩浆岩锆石ε_Hf(t)-t图解 Fig. 7 Plot of ε_Hf(t) versus t for zircon of the gabbro in northern Wulan and contemporaneous magmatic rocks

图选项

5.3 地质意义

乌兰北部辉长岩稀土和微量元素均表现出弧岩浆岩的特征，在Hf/3-Th-Nb/16构造判别图(图 8a)上，辉长岩和花岗岩、花岗闪长岩样品都落入岛弧钙碱性玄武岩区域；在Th/Yb-Ta/Yb图解(图 8b)中，辉长岩和花岗岩、花岗闪长岩样品落入活动大陆边缘区域，说明其可能形成于活动大陆边缘环境。乌兰地区中生代岩浆岩属柴达木盆地东南缘布尔汗布达—鄂拉山陆缘火山弧的一部分，区域内早—中三叠世沉积物为弧前盆地沉积^{[5, 32]}，该岩浆弧东部共和深海盆地在中三叠世末开始抬升，在晚三叠世完全消失。西秦岭在早—中三叠世主要为浊流沉积，在中—晚三叠世转变为浅海-陆相沉积，并且由北向南海水深度逐渐加深^[33]。因此，认为秦祁昆早—中三叠世仍存在大洋或深海盆地，陆陆碰撞造山运动尚未开始。这些证据表明乌兰北部辉长岩形成于洋陆俯冲的活动大陆边缘环境，这套包括辉长岩、花岗岩和花岗闪长岩在内的岩石组合是洋陆俯冲过程中大陆边缘弧的重要组成。

a. Hf/3-Th-Nb/16图解，底图据文献[31]；b. Th/Yb-Ta/Yb图解，底图据文献[23]。CAB.岛弧钙碱性玄武岩；IAB.岛弧拉斑玄武岩；N-MORB. N型洋中脊玄武岩；E-MORB. E型洋中脊玄武岩；WPB.板内碱性玄武岩。数据来源同图 5。图 8 乌兰北部辉长岩及区内同期岩浆岩构造环境判别图解 Fig. 8 Tectonic setting discrimination diagram of the gabbro in northern Wulan and contemporaneous magmatic rocks

图选项

空间上，柴北缘与西秦岭、东昆仑的基底相同^[34]，且乌兰北部辉长岩向西、向东分别与东昆仑和西秦岭三叠纪岩浆弧带相连^{[5, 26, 32, 35]}。时间上，乌兰北部辉长岩(245~242 Ma)与东昆仑布尔汗布达(250~238 Ma)和西秦岭同仁—泽库(242~234 Ma)等地活动大陆边缘型钙碱性岩浆活动时间相一致。此外，柴北缘与东昆仑、西秦岭活动大陆边缘弧岩浆岩的主量微量、稀土元素特征相似，锆石Hf同位素组成也类似^{[26, 36]}。因此，乌兰地区中三叠世早期岩浆岩应与西秦岭、东昆仑早—中三叠世钙碱性岩浆岩为一有机整体，均形成于古特提斯洋向北俯冲背景下大陆边缘弧环境，是古特提斯洋向北俯冲过程中大陆边缘弧的重要组成部分。

晚志留世与早泥盆世是柴北缘地质构造演化的重要时期，早泥盆世牦牛山组与前泥盆世的角度不整合接触，标志着柴达木盆地周缘早古生代造山运动的结束，柴达木地块与欧龙布鲁克地块拼合成一个整体^[37-38]。早石炭世中期—晚石炭世，柴达木盆地南缘主要发育滨—浅海相沉积组合；晚石炭世—中二叠世，柴北缘发生陆内俯冲，中下地壳重熔形成花岗质岩浆^[39]。近年来，柴北缘发现大量与洋壳俯冲有关的晚二叠世—中三叠世岩浆岩^{[9, 13, 17, 38, 40-41]}，如柴北缘晒勒克郭来花岗岩((244±3)Ma)和花岗闪长岩((249±3)Ma)、察汗河花岗闪长岩((240±2)Ma)、察汗诺花岗闪长岩((242±2)Ma)、柴达木盆地西北缘石英闪长岩((252±1)Ma)及本文研究的辉长岩等，均具有活动大陆边缘岩浆岩的特征，地球化学特征及形成环境类似，也说明晚古生代—中生代早期柴北缘具有活动大陆边缘的属性。

6 结论

1) 乌兰北部辉长岩形成于(241.9±0.9)Ma和(245.4±1.9)Ma，与东昆仑布尔汗布达(250~238 Ma)、西秦岭同仁—泽库(242~234 Ma)等地的岛弧钙碱性岩浆岩时代相一致，为中三叠世早期岩浆活动的产物。

2) 乌兰北部辉长岩具有富集K、Rb等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素的弧岩浆岩地球化学特征，其岩浆由受俯冲洋壳流体交代的岩石圈地幔部分熔融形成，幔源岩浆上升侵位过程中遭受了地壳物质的混染或与壳源岩浆发生混合作用。

3) 乌兰北部辉长岩形成于古特提斯洋向北俯冲的活动大陆边缘环境，乌兰地区中三叠世早期岩浆岩是古特提斯洋向北俯冲过程中大陆边缘弧的重要组成部分，晚古生代—中生代早期柴北缘具有活动大陆边缘的属性。

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吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊

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岳悦, 孙德有, 侯可军, 彭银彪

Yue Yue, Sun Deyou, Hou Kejun, Peng Yinbiao

柴北缘乌兰北部三叠纪辉长岩的年代学和地球化学特征

Geochronology and Geochemistry of Triassic Gabbro in Northern Wulan, Northern Margin of Qaidam Basin

吉林大学学报(地球科学版), 2020, 51(1): 154-168

Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 51(1): 154-168.

http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20190224

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收稿日期: 2019-10-25

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