2012, Vol. 28
研究表明，高钾的钙碱性火成岩可形成于不同的构造背景，主要有B型俯冲的安第斯型大陆边缘和A型俯冲的陆陆碰撞造山带，且二类造山带的岩石化学特征存在明显的差别(Foley，1992；Rogers et al., 1998；郭正府等，1998；王岳军等，2001；Putirka and Busby, 2007；Boztug et al., 2007；张泽明等，2009；杨崇辉等，2011)。众多的研究者都强调晚海西至印支期东昆中隆起带存在安第斯型岩浆弧(罗照华等，1999；袁万明等，2000；孙丰月等，2003①)，该时期巴颜喀拉洋持续向东昆仑地区斜向俯冲(许志琴等，2001)。就东昆仑造山带而言，有关安第斯型岩浆弧高钾钙碱性火成岩岩石化学特征以及成因等问题的研究很少，巴颜喀拉洋闭合的具体时限也很模糊。本文选取东昆中东段闪长岩类进行地球化学特征及测年研究，旨在揭示岩石成因和成岩构造背景。对该类问题的深入研究，将有助于深化东昆仑地区岩浆演化和成岩成矿地质背景方面的认识。
① 孙丰月，陈国华，迟效国，李碧乐，赵俊伟. 2003.新疆-青海东昆仑成矿带成矿规律和找矿方向综合研究.中国地质调查局地质调查项目科研报告
1 地质背景东昆仑造山带隶属于柴达木陆块南缘(王鸿祯等，1990)，其内发育东昆北、中和南3条近EW向平行展布的断裂带，前人据此将东昆仑造山带划分为东昆北、中和南3个构造带(姜春发等, 1992, 2000)。昆中和昆南断裂带均延伸1000km以上，北倾，上陡下缓，为较强的地震带和重力、磁力梯度带(崔军文等，1992; 崔军文, 1997；肖序常和王军，1998；袁万明等，2000)。昆北断裂带长700km左右，多被第四系覆盖。孙丰月等(2003) 认为东昆仑地区三个构造带实际上是东昆北加里东弧后裂陷带、东昆中基底隆起及花岗岩带(以下简称东昆中隆起带)、东昆南复合拼贴带，再往南即为阿尼玛卿和巴颜喀拉构造带(图 1a)。该造山带经历了多期次的造山作用，具有复杂地球动力学演化史。东昆中隆起带位于昆北和昆中断裂之间，以昆中断裂为界南接东昆南复合拼贴带，带内基底变质岩系和各期花岗岩大面积出露。岩浆活动极为强烈，以花岗闪长岩、闪长岩、二长花岗岩为主，分布面积最大，其次是碱长花岗岩，另有少量镁铁质和超镁铁质侵入岩出露。岩浆活动从前晋宁期至燕山期均有表现，以晚海西-印支期岩浆活动占主导地位，具有多旋回构造-岩浆活动特点，为一多期叠加的陆缘、陆内岩浆弧。
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图 1 沟里地区阿斯哈闪长岩-花岗闪长岩分布区地质简图(据青海省地质局, 1973修编) 1-第四系；2-古元古代金水口群白沙河组；3-早中生代肉红色花岗岩、钾质花岗岩；4-晚古生代-早中生代灰白色中粗粒花岗闪长岩、闪长岩；5-晚古生代-早中生代灰白色-肉红色花岗岩、钾质花岗岩；6-早古生代灰白色片麻状斜长花岗岩；7-地层界线；8-断层；9-金矿点；10-样品采集点 Fig. 1 The sketch geological map of the Asiha diorite-granodiorite district from Gouli area |
研究区位于东昆中隆起带东段，清水泉至卡可特尔一带，按照1∶20万区域调查(青海省地质局, 1973①)和1∶5万矿产调查(长安大学和青海有色地质勘查局地质八队, 2007②)侵入岩岩石单元划分，属清水泉单元。区内出露岩石以花岗质侵入岩为主(占基岩面积的60%以上)，古元古界金水口群白沙河组以残留体形式分布在岩体中。花岗质侵入岩主要有花岗闪长岩、闪长岩，呈岩基状产出，面积约300km2，呈NWW向与昆中断裂及昆中带平行分布(图 1b)。岩体中普遍含有暗色岩石包体，包体直径一般为0.1~1m。包体岩性单一，主要为角闪辉长岩。包体中可见晶体较粗大的斜长石斑晶(图 2a，样品ASH-12)，包体中显示快速冷却形成的针状磷灰石发育(图 2b，样品ASH-15), 包体与寄主岩闪长岩接触处石英和斜长石均包裹包体的细粒斜长石(图 2c，样品ASH-B17-1)。
① 青海省地质局. 1973. 1∶20 万加鲁河幅区域地质调查报告
②长安大学和青海有色地质勘查局地质八队. 2007. 青海省都兰县沟里地区I47E003010(沟里乡)1∶5万矿产地质、水系沉积物测量综合调查成果报告
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图 2 阿斯哈闪长岩和角闪辉长岩包体的显微照片 (a)-角闪辉长岩包体中发育斜长石斑晶(正交偏光); (b)-角闪辉长岩包体中的针状磷灰石(单偏光); (c)-角闪辉长岩包体与寄主岩闪长岩接触处石英和斜长石中包裹细粒斜长石(正交偏光); (d)-阿斯哈闪长岩的镜下照片(正交偏光，描述见正文) Fig. 2 Microphotographs of the Asiha diorite and hornblende gabbro enclaves |
本文12件样品取自都兰县沟里地区卡可特尔河东阿斯哈金矿附近的闪长岩体。该岩体与围岩之间呈侵入接触或断层接触，南界向SW陡倾，北界与花岗岩接触处，亦向SW陡倾。南界外接触带常见混合岩化或发育密集的脉岩群。岩体边部相带一般为中-细粒结构，宽度20~50m；中部相带为中-粗粒结构，相带之间呈渐变关系。该岩体在1∶20万区域调查和1∶5万矿产调查均被划归为海西期花岗闪长岩，但阿斯哈一带岩体SiO2含量偏低，应属闪长岩类。
岩石颜色为灰白色-灰色，中-粗粒结构，块状构造。主要矿物特征为：斜长石(50%~60%)：半自形板状，聚片双晶发育，可见卡-钠联合双晶，其内包裹体发育，斜长石粒径在1~2.5mm。石英(5%~15%)：他形不规则形态，充填在板状斜长石等矿物之间。黑云母(10%~15%)：半自形-他形，暗褐-浅褐色，粒径在0.5~2mm，局部有绿泥石化。角闪石(10%~13%)：半自形-他形，可见两组斜交解理。副矿物：少量的锆石、榍石、磁铁矿等(图 2d，样品ASH-13)。
3 分析方法 3.1 锆石LA-ICP-MS年代学用于锆石年龄测定的样品均采自阿斯哈金矿区硐口新鲜岩石露头，锆石的挑选在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室利用标准重矿物分离技术分选完成。经过双目镜下仔细挑选表面平整光洁且具不同长宽比例、不同柱锥面特征、不同颜色的锆石颗粒，再将这些锆石粘在双面胶上，用无色透明环氧树脂固定，待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。在原位分析之前，通过反射光和CL图像详细研究锆石的晶体形貌和内部结构特征，以选择同位素分析的最佳点。锆石制靶、反射光、阴极发光以及锆石U-Pb年龄测定和微量元素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行。本次测试采用的激光剥蚀束斑直径为32μm，激光剥蚀样品的深度为20~40μm；实验中采用He作为剥蚀物质的载气。锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标，元素含量采用NIST SRM610作为外标，29Si作为内标元素(锆石中SiO2含量为32.8%，袁洪林等，2003)，详细的测试过程见文献(Yuan et al., 2004)；普通铅校正采用Anderson (2002) 推荐的方法；样品的同位素比值及元素含量计算采用ICP-MS-DATECAL程序(Liu et al., 2008, 2010)；年龄计算及谐和图的绘制采用Ludwig(2003) 编写的Isoplot程序。
3.2 岩石地球化学测试样品的常量和微量元素在吉林大学测试实验中心测定。常量元素的测定采用X-射线荧光光谱仪(PW1401/10)测定(GB/T14506.28-93)，相对标准偏差为2%~5%。微量元素和稀土元素分析采用美国安捷伦科技有限公司Agilent 7500A型耦合等离子体质谱仪测试(Z/T0223-2001)，样品测试经国际标样BHVO-2、BCR-2和国家标样GBW07103、GBW07104监控，微量元素和稀土元素的分析精度为：元素含量大于10×10-6的误差小于5%，小于10×10-6的误差小于10%。
4 测试结果 4.1 锆石LA-ICP-MS年代学样品ASH-2#-硐口(闪长岩)中锆石主要为长柱状，少数为短柱状，个别为粒状。多数锆石颗粒自形程度较好，部分呈断头晶出现，具有清晰的韵律环带结构，不发育震荡环带，具岩浆结晶锆石特征(图 3)。20个分析点测试结果(表 1)显示U含量(213.4×10-6~552.1×10-6)、Th含量(128.5×10-6~443.0×10-6)和Th/U比值1.07~1.74，该样品所测定的锆石具岩浆成因性质。20个锆石点数据较集中，落在谐和线上及其附近，20个206Pb/238U分析数据的加权平均年龄为243.8±1.2Ma，MSWD＝0.23；谐和年龄值243.9±0.59Ma，MSWD＝2.1，二者十分接近(图 4)。244Ma应代表闪长岩的侵位年龄，属早印支期。刘成东等(2004) 测得西部加鲁河花岗闪长岩SHIRMP 锆石U-Pb年龄为242±6Ma，与本区闪长岩近一致。
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图 3 阿斯哈闪长岩锆石CL图像 圆圈数字代表U-Pb分析点，编号同表 1 Fig. 3 CL images of zircons from Asiha diorite |
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图 4 阿斯哈闪长岩锆石的U-Pb年龄谐和图(a)和加权平均年龄(b) Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagram (a) and weighted average ages diagram (b) from Asiha diorite |
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表 1 阿斯哈闪长岩体中锆石 U-Pb 同位素 LA-ICP-MS 定年 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating of Asiha diorite |
阿斯哈闪长岩主量元素中(表 2)，样品的SiO2含量变化范围为54.56%~61.58%，属中性-中偏酸性岩石。在硅-碱图(图略)中，样品全部落入亚碱性区域。在Na2O+K2O-MgO-FeOT图解(图略)上，样品全部落入钙碱性区域。样品的Al2O3含量为14.62%~16.38%，在ACNK-ANK图解(图 5a)上，样品全部落入准铝质区域。在SiO2-K2O图解(图 5b)上，样品主要落入高钾钙碱性区域，部分落入钾玄岩区域。岩石主量元素中CaO、MgO、FeOT、P2O5和TiO2与SiO2呈负相关，表明存在着辉石、磷灰石、钛铁矿等矿物的显著分离结晶作用(李献华等，2000)，而K2O和Na2O与SiO2基本呈正相关。
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表 2 沟里地区闪长岩主量元素(wt%)和微量元素含量(×10-6) Table 2 Contents of major elements(wt%) and trace elements(×10-6)of acid intrusive rocks of Asiha diorite |
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图 5 阿斯哈闪长岩的ACNK-ANK图解(a)和K2O-SiO2图解(b) Fig. 5 ACNK-ANK diagram (a) and K2O-SiO2 diagram (b) of Asiha diorite |
稀土总量为141.6×10-6~228.2×10-6，平均169.7×10-6。在稀土配分模式图(图 6a)上，各稀土配分曲线几近一致，显示同源岩浆演化特点。(La/Yb)N为6.61~9.13，(La/Sm)N为2.53~3.23，变化范围较小，表明后期岩浆分异不强烈。稀土配分曲线明显右倾，即强烈富集轻稀土，轻重稀土分馏明显。LREE的总量与ΣREE呈同消长，而重稀土总量变化小，表明岩体ΣREE的差别主要是由LREE引起的。δEu为0.57~0.82，为负Eu异常至弱的负Eu异常，表明该岩体经历了一定的斜长石的分离结晶作用，或源区有一定量的斜长石残留。高SiO2与低SiO2样品Eu异常相似，表明地壳混染过程不是控制岩浆REE演化的主要途径。
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图 6 阿斯哈闪长岩的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(a, 标准化值据Boynton, 1984)和原始地幔标准化蛛网图(b, 标准化值据Sun and Mcdonough, 1989) Fig. 6 Chondrite-normalized REE patterns (a, chondrite values after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, primitive mantle values after Sun and Mcdonough, 1989)of Asiha diorite |
原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 6b)显示，闪长岩微量元素配分模式近一致。相对于原始地幔，岩石明显富集大离子亲石元素(如K、Ba、Rb)和活泼的不相容元素(如Th、U)，相对亏损高场强元素(如Nb、Ta、Ti、P)，Ta、Nb和Ti具“TNT”负异常，P和Ti的亏损可能受到了磷灰石和钛铁矿分离结晶作用的影响。Rb/Sr=0.091~0.260，Nb/Ta为 13.93~19.41，Zr/Y=3.69~17.12，La/Nb比值在1.45~2.49。
5 讨论 5.1 岩浆源区和岩石成因区域上这套侵入岩系侵入到前寒武纪变质基底中，岩石组合主体为花岗闪长岩-闪长岩的中酸性岩石组合，其岩石化学组成显示为具有陆壳色彩的高钾钙碱性岩系特点，该岩系在东昆中带大面积出露。现已认识到，镁铁质岩石部分熔融或镁铁质岩浆分离结晶只能产生少量的花岗岩(Wager and Brown, 1967)。岩石中发育大量的细粒角闪辉长岩包体，包体中出现晶体较粗大的斜长石斑晶，显示快速冷却形成的针状磷灰石发育，上述现象暗示岩浆具混合作用特点。刘成东等(2004) 通过研究区西部加鲁河两侧花岗闪长岩中的角闪辉长岩包体的岩相学研究，证实为岩浆混合成因。
阿斯哈闪长岩的主量元素CaO、MgO、FeOT、P2O5和TiO2与SiO2呈负相关，而K2O和Na2O与SiO2基本呈正相关，岩浆具有一致的演化趋势，表明它们为同源岩浆演化的产物。岩石明显富集大离子亲石元素(如K、Ba、Rb)、LREE和活泼的不相容元素(如Th、U)，相对亏损高场强元素(如Nb、Ta、Ti、P)，显示岛弧或活动大陆边缘弧岩浆特点。岩石显示明显的Ta、Nb和Ti具“TNT”负异常，Sun and McDonough(1989) 认为主要显示俯冲带幔源岩石的成分特点，Mckenzie(1989) 则指出岩浆受到地壳物质的混染，或者岩浆源区残留有富Nb、Ta和Ti的矿物(如金红石、钛铁矿等)也可造成“TNT”亏损。Rb/Sr比值(0.091~0.260)介于上地幔值(0.034)与地壳值(0.35)之间(Taylor and Mclennan, 1995)，反映出壳幔混合源的特点。Nb/Ta比值(13.93~19.41，平均15.85)总体低于地幔平均值 17.5 (Sun and McDonough, 1989)，亦显示壳幔混合的特点。
5.2 构造背景在Al2O3+MgO+FeOT图解(图 7a)上，样品均落入岛弧及活动大陆边缘区域。 Zr/Y比值(3.69~17.11)平均9.23，11个样品在3.69~13.83之间，主体介于大陆边缘安山岩的范围之内(Zr/Y=4~12，Condie，1989)，显示出活动大陆边缘弧的特性。La/Nb比值(1.45~2.49)平均2.12，9个样品在1.99~2.49之间；在活动大陆边缘区，La/Nb比值高(＞2)是普遍可见的现象(Salters and Hart, 1991)。由于本区闪长岩是区域大面积分布的花岗质侵入岩(花岗闪长岩)的组成部分，二者化学成分和岩相方面表现为渐变过渡关系，故采用花岗岩的R1-R2构造判别图解。在R1-R2图解(图 7b)上，样品落入碰撞前区域，相当于活动板块边缘，但已开始向同碰撞环境演化。俯冲带内岩石的高钾钙碱性特征以及俯冲板片已下插至远离海沟的较大深度的昆中带大陆壳内，暗示俯冲已进入晚期阶段。
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图 7 阿斯哈闪长岩的MgO-FeOT-Al2O3图解(a)和R1-R2图解(b) Fig. 7 MgO-FeOT-Al2O3 diagram (a) and R1-R2 diagram (b) of Asiha diorite |
洋壳俯冲的另一证据是区域上与洋壳俯冲有关的蛇绿岩发育。东昆仑南缘阿尼玛卿发育一条醒目的蛇绿岩带，该带东起玛沁，向西经玛积雪山、托索湖至布青山，全长300余千米，南北宽10~20km(Molnar et al., 1987；Burchfiel et al., 1989)。蛇绿岩呈构造岩块断续地沿东昆仑南缘断裂带分布，存在两期蛇绿岩，早期蛇绿岩属早古生代，(边千韬等，2001)，晚期蛇绿岩的围岩是晚石炭世至早中三叠世地层(杨经绥等，2005)。对于晚期蛇绿岩，姜春发等(1992) 获得玛积雪山蛇绿岩中的火山岩同位素年龄260Ma，杨经绥等(2005) 测得位于德尔尼超镁铁质岩北侧的德-恰花岗质杂岩的单颗粒锆石U-Pb年龄为250±20Ma，并认为与洋壳俯冲有关，而且阿尼玛卿洋盆关闭时间在早三叠世。阿尼玛卿晚期蛇绿岩与本区闪长岩在时空分布、构造背景方面具有一致性。
研究表明，随着俯冲洋壳年龄的变轻，板块的俯冲角度会逐渐变小，导致所形成的岩浆弧逐渐向大陆板块内部延伸 (Busby，2004；Barbarin，2005)。而且，大洋板块可以深俯冲到660km的地幔过渡带，俯冲板片脱水导致地幔部分熔融是火山弧、弧后和板内岩浆作用的源区(Zhao et al., 2007；Maruyama et al., 2007)。随着俯冲深度的增加，温度和压力升高，俯冲板片和携带的沉积物发生变质、脱水，形成俯冲带流体。来自俯冲板片的流体在一定深度范围内的各种深度上，降低熔点促进地幔的部分熔融，直接交代地幔发生部分熔融。对于本区而言，始于海西晚期的巴颜喀拉洋的俯冲作用持续至印支早期，大洋板块沿现今的东昆南断裂带附近俯冲至东昆中带，俯冲带流体交代地幔，使其部分熔融形成基性岩浆。俯冲作用导致深俯冲带之上、远离海沟的大陆一侧的东昆中隆起带地壳发生强烈伸展和岩石圈减薄(海沟处强烈的正面俯冲挤压导致后缘的伸展)，引发大规模的底侵作用。由底侵作用带来巨量的热能，导致地壳物质熔融，形成大规模的花岗质岩浆。酸性岩浆与基性岩浆发生混合，形成成分较为均一的大面积分布的中酸性侵入岩，区域上构成了规模宏伟的东昆仑巨型岩浆岩带，而现存的暗色包体则为基性岩浆的残留体。至于岩石高钾的原因，俯冲带上流体携带的沉积物可使钾含量增高，但从本区的深俯冲特点以及侵位到闪长岩中的同碰撞壳源花岗岩的高钾特征来看，底侵导致地壳物质的熔融，钾应该主要来自地壳。
6 结论(1) 东昆中隆起带东段印支早期发育一套高钾的钙碱性侵入岩，在化学成分上属于闪长岩系列岩石，以富含斜长石、少角闪石等暗色矿物为特征，岩石中CaO、MgO、FeOT、P2O5、TiO2与SiO2呈负相关，K2O和Na2O与SiO2基本呈正相关，岩浆具有一致的演化趋势，为同源岩浆演化的产物。
(2) 岩石明显富集大离子亲石元素(如K、Ba、Rb)、LREE和活泼的不相容元素(如Th、U)，相对亏损高场强元素(如Nb、Ta、Ti、P)，Rb/Sr、Nb/Ta等特征显示岩浆具壳幔混合特点。
(3) 岩石具有碰撞前(俯冲晚期)安第斯型活动大陆边缘特征，岩浆由俯冲过程中俯冲带流体交代地幔，地幔部分熔融形成的基性岩浆与地壳物质熔融形成的酸性岩浆混合形成。
(4) 获得闪长岩岩浆锆石LA-ICP-MS U-Pb加权平均年龄值为243.8±1.2Ma，谐和年龄值243.9±0.59Ma，为印支早期。
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