青海省烏拉斯太地區早石炭世花崗質巖體地球化學特征及其地質意義

張偉,王志鵬,楊啟,邢其濤,陳懷鑫,劉銘,白玉坤,韓文撐

(山東省魯南地質工程勘察院(山東省地質礦產勘查開發局第二地質大隊)，山東 兗州 272100)

0 引言

東昆侖地區是我國中央造山帶西側重要的組成部分[1-4]，無論是基礎地質還是礦產研究，歷來都是地質工作者關注的地區之一[5-6]。東昆侖造山帶東段發育大面積的花崗質巖體，大多侵位于前寒武紀變質巖結晶基底。不同的學者對東昆侖造山帶大面積分布的花崗質巖體開展過一定的工作，并對花崗巖的成因及構造背景進行了研究[7-18]。如孫雨等[18]對東昆侖南哈拉尕吐巖體進行了研究，認為巖體中的暗色閃長質包體代表了幔源基性巖漿在與殼源酸性巖漿混合、反應后經過動力學和熱力學平衡后的殘余物質。陳廣俊等[19]對溝里地區花崗閃長巖研究認為可能起源于大陸下地殼的花崗質巖漿并經歷了幔源巖漿的混合。本文在已有研究成果的基礎上，結合大量野外調查和室內整理及研究工作，對烏拉斯太地區早石炭世花崗質巖體的巖石學、巖石地球化學特征進行了分析，探討了烏拉斯太地區早石炭世花崗質巖體的巖漿演化和構造環境，對認識東昆侖地區的巖漿活動規律和大地構造演化有一定的指導意義。

1 地質特征

早石炭世花崗質巖體分布廣泛，主要沿昆中斷裂帶兩側斷續分布，多呈巖床、巖株狀產出，出露面積195.09km2，占花崗巖總面積的13.06%(圖1)。根據巖性特征可劃分為3類，建立了烏拉斯太序列，即淺肉紅色斑狀二長花崗巖、肉紅色正長花崗巖、肉紅色中細粒堿長花崗巖。

1—第四系；2—侏羅紀羊曲組下段；3—晚三疊世八寶山組；4—中—新元古代萬保溝群；5—新元古代青白口紀丘吉東溝組；6—中元古代薊縣紀狼牙山組；7—中元古代長城紀小廟組；8—新太古代—古元古代白沙河(巖)組；9—晚三疊世淺肉紅色二長花崗巖、灰色中細粒花崗閃長巖；10—晚二疊世灰色中細粒英云閃長巖；11—早二疊世灰色中細粒英云閃長巖；12—早二疊世深灰色細粒閃長巖；13—早石炭世肉紅色中細粒堿長花崗巖；14—早石炭世肉紅色正長花崗巖；15—早石炭世淺肉紅色斑狀二長花崗巖；16—中泥盆世灰色中細粒英云閃長巖；17—晚志留世肉紅色中粗粒堿長花崗巖；18—晚志留世肉紅色中粗粒正長花崗巖、淺肉紅色斑狀二長花崗巖；19—早志留世淺肉紅色中細粒二長花崗巖；20—早志留世灰色中細粒花崗閃長巖；21—晚奧陶世深灰色細粒二長石英閃長巖；22—新元古代灰色二長花崗質片麻巖；23—實測斷層；24—實測整合巖層界線；25—沉積巖層的實測不整合界線；26—沉積巖層的實測平行不整合界線；27—超動侵入接觸界線；28—脈動侵入接觸界線；29—涌動侵入接觸界線圖1 東昆侖烏拉斯太地區地質簡圖

斑狀二長花崗巖:主要侵入長城紀小廟組、薊縣紀狼牙山組和中—新元古代萬寶溝群，超動侵入新元古代變質侵入體和早志留世花崗巖，與早石炭世正長花崗巖呈脈動侵入，局部被后期侵入巖超動侵入。該侵入巖中巖脈較發育。巖體多處被斷層切割、穿插，其長軸方向與斷層方向一致，受構造控制明顯。

正長花崗巖:主要侵入新太古代—古元古代白沙河(巖)組，超動侵入志留紀侵入巖，與早石炭世其他花崗巖呈脈動接觸，局部被后期侵入巖超動侵入。巖體多處被斷層切割，受構造控制明顯。

堿長花崗巖:主要侵入長城紀小廟組、中—新元古代萬寶溝群及奧陶紀祁漫塔格群，超動侵入早志留世侵入巖，與后期侵入巖呈超動接觸。巖體中巖脈較發育。巖體長軸呈NWW向展布，被昆中主斷裂貫穿，受斷層控制明顯。

2 巖石學特征

2.1 斑狀二長花崗巖

組成巖石的斑晶礦物為堿性長石、石英、斜長石等(圖2A、圖2B)，粒徑為0.5～4mm，不等粒，雜亂排列；基質主要由石英、堿性長石、黑云母等組成；此外還有少量的副礦物鋯石、磷灰石等，粒徑小于0.05mm。石英，斑晶為無色，表面很干凈，呈他形粒狀，粒徑為0.5～1.5mm，含量40%～50%。堿性長石，呈他形—半自形粒狀，粒徑為1.5～4mm，含量25%～30%。斜長石，呈他形—半自形板狀，粒徑為0.5～2mm，含量10%～15%。黑云母，呈他形—半自形板狀，粒徑小于0.5mm，含量5%～10%。鋯石，無色，呈半自形—自形柱狀，局部偶見。磷灰石，無色，呈半自形—自形柱狀，局部偶見。

A，B—斑狀二長花崗巖野外照片及顯微照片；C，D—正長花崗巖野外照片及顯微照片；E，F—堿長花崗巖野外照片及顯微照片；Qtz—石英；Or—正長石；Mi—微斜長石；Pl—斜長石圖2 烏拉斯太地區早石炭世花崗質巖體野外照片及顯微照片

2.2 正長花崗巖

組成巖石主要礦物為堿性長石、石英、斜長石等(圖2C、圖2D)，粒徑為0.2～3mm，不等粒，雜亂排列；次要礦物為角閃石、黑云母；副礦物為鋯石、磷灰石、不透明礦物等，粒徑小于0.1mm。堿性長石，無色，呈他形—半自形板狀，粒徑為0.5～3mm，含量40%～45%。石英，無色，表面干凈，呈他形粒狀嵌于長石之間，粒徑為0.3～1.5mm，含量20%～30%。斜長石，無色，表面很臟，呈他形—半自形板狀，粒徑為0.2～1mm，含量10%～15%。角閃石，綠色—淺黃色，呈他形—半自形板狀，粒徑為0.3～1.5mm，含量5%～10%。黑云母，淡綠色—深褐色，呈他形—半自形板狀，粒徑小于0.5mm，含量小于5%。鋯石，無色，呈半自形—自形柱狀，局部偶見。磷灰石，無色，呈半自形—自形柱狀，局部偶見。

2.3 堿長花崗巖

組成巖石的礦物為斜長石、微斜長石、石英、黑云母等(圖2E、圖2F)，粒徑一般3.5mm以下，不等粒。晶粒間緊密接觸，蝕變和交代現象較明顯。斜長石，他形—半自形板狀，粒徑較小，零星可見，雜亂排列，含量<5%。微斜長石，他形板狀為主，顆粒稍粗大，分布于斜長石晶粒間，常交代斜長石，內部常見斜長石的交代殘余，常被石英交代，具黏土礦物化而顯渾濁，含量65%～70%。石英，他形粒狀，填隙分布于長石晶粒間，分布不均勻，局部呈粒狀集合體，常交代長石，內部見有長石的交代殘余，微具熔蝕現象，微隙發育，含量20%～25%。黑云母，細小片狀，分布于淺色礦物晶粒間，不均勻，局部呈集合體，含量≤5%。金屬礦物，他形細粒，分布于黑云母邊部，多半與黑云母蝕變有關，零星可見，含量甚少。

3 地球化學特征

3.1 主量元素特征

3.1.1 斑狀二長花崗巖

該類巖體中SiO2含量為69.46%～75.72%，屬酸性巖類(表1)(1)山東省魯南地質工程勘察院，青海省都蘭縣烏拉斯太一帶J47E024003等7幅1∶5萬區域地質礦產調查報告，2014年4月。。CIPW標準礦物計算及主要補充參數特征見表2①，里特曼指數δ=0.65～2.37，屬鈣堿性系列，在SiO2-Na2O+K2O圖解中(圖3)，樣品均落入亞堿性系列，在TAS圖解中(圖4)，樣品均落入亞堿性花崗巖系列，在AFM圖解中(圖5)，僅1組樣品顯示為拉斑玄武巖系列，其余樣品均屬鈣堿性系列。全堿含量較高，K2O+Na2O的含量為4.60%～8.04%，顯示出殼源的特點。A/CNK=0.93～1.66，為過鋁質—偏鋁質花崗巖，近半數樣品CIPW標準礦物中含剛玉，顯示出高鋁的特點。Na2O>K2O，其中2組樣品A/CNK大于1.1，顯示出S型花崗巖特征，其余樣品A/CNK均小于1.1，屬Ⅰ型花崗巖。

3.1.2 正長花崗巖

該類巖體中SiO2含量為71.10%～75.96%，屬酸性巖類(表1)。CIPW標準礦物計算及主要補充參數特征見表2，里特曼指數δ=2.07～2.79，屬鈣堿性巖，在SiO2-Na2O+K2O圖解(圖3)中，樣品均落入亞堿性系列，在TAS圖解中(圖4)，樣品均落入亞堿性花崗巖系列，在AFM圖解中(圖5)，樣品均屬鈣堿性系列。全堿含量較高，K2O+Na2O的含量為7.75%～9.24%，顯示出殼源的特點。A/CNK=0.94～1.05，為過鋁質—偏鋁質花崗巖，多數樣品CIPW標準礦物中含剛玉，顯示出高鋁的特點。A/CNK均小于1.1，顯示出Ⅰ型花崗巖特征。

表1 早石炭世花崗質巖體巖石化學分析成果一覽表 單位：%

圖3 早石炭世花崗質巖體SiO2-Na2O+K2O圖解(據T.N.Irvine等修改[20]，1971)

圖4 早石炭世花崗質巖體TAS圖解(據Peccerillo and Taylor[21]，1976)

圖5 早石炭世花崗質巖體AFM圖解(據T.N.Irvine等修改[20]，1971)

3.1.3 堿長花崗巖

該類侵入體中SiO2含量為68.40%～75.86%，屬酸性巖類(表1)。CIPW標準礦物計算及主要補充參數特征見表2，里特曼指數δ=2.17～2.49，屬鈣堿性巖，在SiO2-Na2O+K2O圖解中(圖3)，樣品均落入亞堿性系列，在TAS圖解中(圖4)，樣品均落入亞堿性花崗巖系列，在AFM圖解中(圖5)，樣品均屬鈣堿性系列。全堿含量較高，K2O+Na2O的含量為7.95%～8.76%，顯示出殼源的特點。A/CNK=0.97～1.01，為過鋁質—偏鋁質花崗巖，半數樣品CIPW標準礦物中含剛玉，顯示出高鋁的特點。A/CNK均小于1.1，屬Ⅰ型花崗巖。

表2 早石炭世花崗質巖體CIPW標準礦物計算及主要補充

續表2

續表2

3.2 稀土元素特征

斑狀二長花崗巖稀土元素總量∑REE=(138.49～310.52)×10-6，輕稀土元素含量LREE=(108.33～290.93)×10-6，重稀土元素含量HREE=(14.4～44.41)×10-6，輕重稀土元素比值LREE/HREE=2.63～16.79，(LaN/YbN)=1.63～21.63，δEu=0.07～0.72，均小于1，弱—中等銪異常。在稀土元素配分圖上(圖6)，整體表現為輕稀土富集的右傾型曲線特點。巖石屬輕稀土富集型，重稀土相對平坦，輕重稀土分餾明顯，顯示出地殼重熔的特點。

圖6 早石炭世花崗質巖體稀土元素配分曲線圖(據周麗婭等[22]修改，2001)

正長花崗巖稀土元素總量∑REE=(147.24～403.05)×10-6，輕稀土元素含量LREE=(134.04～350.12)×10-6，重稀土元素含量HREE=(13.2～52.93)×10-6，輕重稀土元素比值LREE/HREE=3.54～10.15，(LaN/YbN)=2.86～11.02，δEu=0.07～0.67，均小于1，弱—中等銪異常。在稀土元素配分圖上(圖6)，整體表現為輕稀土富集的右傾型曲線特點。巖石屬輕稀土富集型，重稀土相對平坦，輕重稀土分餾明顯，顯示出地殼重熔的特點。

堿長花崗巖稀土元素總量∑REE=(242.38～286.43)×10-6，輕稀土元素含量LREE=(200.59～253.69)×10-6，重稀土元素含量HREE=(32.74～45.41)×10-6，輕重稀土元素比值LREE/HREE=4.42～7.75，(LaN/YbN)=4.01～8.33，δEu=0.08～0.46，均小于1，弱—中等銪異常。在稀土元素配分圖上(圖6)，整體表現為輕稀土富集的右傾型曲線特點。巖石屬輕稀土富集型，重稀土相對平坦，輕重稀土分餾明顯，顯示出地殼重熔的特點。

從稀土元素總量來看，斑狀二長花崗巖、正長花崗巖、堿長花崗巖中稀土元素總量比較接近，從其稀土元素均值配分圖上(圖7)，斑狀二長花崗巖、正長花崗巖、堿長花崗巖中輕稀土元素比較接近，重稀土元素中斑狀二長花崗巖比正長花崗巖、堿長花崗巖含量稍低，說明巖漿巖的同源性。

圖7 早石炭世花崗質巖體稀土元素均值配分曲線圖(據周麗婭等[22]修改，2001)

3.3 微量元素特征

研究表明，Ⅰ型花崗巖成因主要為幔源巖漿分異導致下地殼巖石受熱熔融[23]；幔源巖漿上涌與下地殼長英質巖漿混合，而后發生結晶分異作用形成[24]。本區早石炭世花崗質巖體巖石樣品均具有高硅(68.40%～75.96%)，Rb、Sr等富大離子親石元素及輕稀土元素，從微量元素原始地幔標準化蛛網圖上可以看出(圖8)，本區早石炭世花崗質巖體虧損重稀土元素、Nb、Ta、P、Ti等高場強元素，顯示殼源特征[25]。在微量元素方面(表5)，Rb/Sr比值介于0.44～16.46，高于地殼Rb/Sr標準值0.35[26]；Ba/Nb與La/Nb比值為3.04～78.67和1.04～5.32，與地幔標準值9.0和0.94相差較大，更接近于地殼標準值54.0和2.20[27]。巖石Th/La比值為0.38～2.09，Th/Nb比值為0.96～4.41，均高于地殼平均值0.28、0.70[28]。因此，上述地球化學特征顯示該巖石更有可能為地殼巖石部分熔融而形成。

圖8 早石炭世花崗質巖體微量元素原始地幔標準化蛛網圖(據周麗婭等[22]修改，2001)

4 地質意義

4.1 巖漿演化規律

早石炭世花崗質巖體組合斑狀二長花崗巖—正長花崗巖—堿長花崗巖，二長花崗巖SiO2平均含量為71.91%，K2O平均含量為4.11%，正長花崗巖SiO2平均含量為73.42%，K2O平均含量為4.79%，堿長花崗巖SiO2平均含量為73.75%，K2O平均含量為4.55%，SiO2含量逐漸增大，向更酸性發展；K2O逐漸增多，堿性長石含量增多；CIPW標準礦物中石英和正長石逐漸增多，鈣長石逐漸減少；微量元素蛛網圖中Sr、Ba、P、Ti的值由大變小，負異常逐漸增強；Eu的值越來越小，Eu的負異常程度越來越強。本區早石炭世花崗質巖體的構造環境相近，源區物質較均一，富硅、鉀，貧鈣、鎂、鐵，稀土元素、微量元素特征相似，說明其巖漿的同源性。故推斷，早石炭世花崗質巖體巖漿演化是由斑狀二長花崗巖—正長花崗巖—堿長花崗巖的過程(表3、表4)。

表3 早石炭世花崗質巖體稀土元素分析結果一覽表 單位：×10-6

表4 早石炭世花崗質巖體稀土元素標準比值(C1球粒隕石)一覽表

4.2 構造環境分析

1∶25萬阿拉克湖幅礦調項目中[28]，在測區特里喝姿一帶采集該期堿長花崗巖測年樣品，通過單礦物鋯石U-Pb同位素測年，獲得了325～351Ma的年齡值，代表了該巖體成巖年齡[29]，為早石炭世。

目前對大陸碰撞造山的演化階段有不同的劃分方案和認識，但一般將兩個大陸板塊之間的大洋消失后的初始對接碰撞，至匯聚作用結束，轉化為板內環境的這一時期稱為碰撞期或碰撞造山期。

Leigeois[30]將造山期進一步劃分為碰撞環境和晚/后碰撞環境。他認為碰撞環境反映陸—陸碰撞造山。而后碰撞環境向板內環境的轉變，標志著整個碰撞造山作用的結束。國內學者將兩個大陸碰撞之后，陸內塊體匯聚并一直延續至后造山伸展階段稱為陸內造山環境[31]。

如果一個造山帶的形成主要經歷了大洋板塊向大陸板塊俯沖、弧陸或陸陸碰撞以及碰撞之后的造山帶垮塌過程，那么以碰撞事件作為標志，可以將造山帶的演化分為俯沖、同碰撞和后碰撞等3個主要階段。所謂碰撞是指伴隨主要大洋閉合后2個或多個大陸板塊焊接、形成新大陸的重要階段[32]，以大規模推覆構造變形和高壓變質作用為標志[30,33-34]。而后碰撞階段可以繼續發生板塊匯聚，產生陸內逆沖和走滑變形以及塊體的逃逸，晚期則出現走滑和伸展斷裂活動[35]。后碰撞階段相當于造山帶演化的“晚造山”階段，可以持續到陸內磨拉石盆地發育和“非造山”階段開始(表5、表6)[36]。

表5 早石炭世花崗質巖體微量元素分析結果表 單位：×10-6

表6 早石炭世花崗質巖體微量元素標準比值(/N-MORB)一覽表

根據花崗巖類形成時的構造背景，還可以劃分出不同的花崗巖類組合[37]，因而出現了判別花崗巖類構造環境的圖解方法[33,38-39]，并且得到了廣泛的應用。Pearce等[33]將花崗巖與構造背景聯系起來，構筑了一系列判別花崗巖類構造環境的圖解，其中后碰撞和同碰撞是碰撞環境的2個不同階段。

Pitcher[37]則將花崗巖類型納入板塊構造框架的造山帶演化過程之中，其中的造山期后的隆起階段就相當于后碰撞階段，主要以高鉀鈣堿性Ⅰ型花崗巖類為主。在Batchelor&Bowdden的R1—R2圖解中(圖9)[39]，斑狀二長花崗巖樣品落入同碰撞期的環境；正長花崗巖樣品落入造山晚期的環境，堿長花崗巖投影點落入造山晚期的環境，東昆侖地區泥盆-石炭紀處于陸殼伸展階段[40-45]，推測本區花崗巖構造環境多為后碰撞伸展環境。Pearce等[33]將花崗巖的形成環境與大地構造環境相聯系，把花崗巖類分為洋脊、火山弧、板內、碰撞帶型，在Pearce Rb-Yb+Nb圖解中(圖10)[33]，投點落入火山弧和同碰撞區域內，以及二者交界處。根據以上內容判斷，早石炭世花崗質巖體巖漿演化是由斑狀二長花崗巖—正長花崗巖—堿長花崗巖的過程，該期花崗巖主要形成于同碰撞期向后碰撞伸展期轉化的構造環境。

①—地幔分離；②—板塊碰撞前的；③—碰撞后抬升的；④—造山晚期的；⑤—非造山的；⑥—同碰撞期的；⑦—造山期后的圖9 早石炭世侵入體R1—R2圖解(據Batchelor&Bowdden等修改[39]，1985)

VAG—火山弧;ORG—洋中脊；WPG—板內；syn-COLG—同碰撞圖10 早石炭世侵入體Rb-Yb+Nb圖解(據Pearce等修改[33]，1984)

5 結論

(1)早石炭世花崗質巖體主要沿昆中斷裂帶兩側斷續分布，根據巖性特征可劃分為3類，即淺肉紅色斑狀二長花崗巖、肉紅色正長花崗巖、肉紅色中細粒堿長花崗巖。

(2)主量元素特征顯示，花崗質巖體全堿含量較高，顯示出殼源的特點。為過鋁質—偏鋁質花崗巖，屬Ⅰ型花崗巖。

(3)稀土元素特征顯示，巖石屬輕稀土富集型，重稀土相對平坦，輕重稀土分餾明顯，具弱—中等銪異常，顯示出地殼重熔的特點。微量元素特征顯示，花崗質巖體中Rb、Sr明顯富集，Nb、Ta、P、Ti虧損，顯示出殼源型花崗巖特點。

(4)早石炭世花崗質巖體巖漿演化是由斑狀二長花崗巖—正長花崗巖—堿長花崗巖的過程，早石炭世花崗質巖體組合主要形成于同碰撞期向后碰撞伸展期轉化的構造環境。