北祁連造山帶窯井子巖體巖石地球化學特征

樊生龍，劉子銳，胡妍，胡永興，黃增保，張翔

（甘肅省地質調查院，甘肅蘭州 730000）

北祁連造山帶在寒武紀中后期形成洋盆，于奧陶紀早期開始向華北板塊俯沖，到奧陶紀末—志留紀中后期碰撞造山[1]。多數學者對北祁連造山帶出露的花崗巖的研究發現，自奧陶紀—中泥盆世，北祁連造山帶經歷了祁連板塊向華北板塊俯沖、碰撞環境，構造環境復雜[2-4]。而位于北祁連中段的窯井子巖體的研究僅停留在基礎研究階段，缺少巖石學方面研究；本文對窯井子巖體進行巖石地球化學研究，并探討了其巖石成因及構造環境，以期為北祁連構造演化提供一些基礎研究資料。

1 地質背景

研究區位于北祁連中段，構造屬北祁連弧后盆地。區域上出露地層有寒武紀大黃山組，石炭紀臭牛溝組、羊虎溝組，二疊紀大黃溝組、窯溝組和紅泉組，侏羅紀窯街組和享堂組，第三系和第四系。區內斷裂、褶皺構造發育，主要呈北西向、北東向展布。區域上中酸性侵入巖較為發育，多呈橢圓形的大巖基、巖株產出，主要有蓮花山巖體、北大板巖體、毛藏寺巖體等。

2 巖體地質及巖相學

窯井子巖體位于武威市金山鄉西南約4km，巖體呈北西西向延伸，侵入于寒武系花崗閃長巖中，并與寒武系大黃山組呈侵入接觸；與侏羅系窯街組，二疊系大黃溝組，石炭系臭牛溝組呈不整合接觸（圖1）。巖體分為兩期次侵入，早期侵入巖性為正長花崗，呈巖基產出；晚期侵入巖性為二長花崗巖，呈巖枝或巖墻零星出露。

窯井子巖體主要巖性以肉紅色中粗粒正長花崗巖為主，其次為肉紅色似斑狀正長花崗巖，局部為肉紅色中細粒二長花崗巖；肉紅色中粗粒正長花崗巖，礦物組成為鉀長石(35%～40%)、斜長石(15%～20%)、石英（25%～30%）、黑云母（2%～3%）、角閃石（3%～5%）和褐簾石（1%～2%）等，副礦物為磁鐵礦和磷灰石。

3 樣品特征及分析方法

本次工作在窯井子巖體中部窯井子一帶采集了新鮮無蝕變的5 件樣品（單件樣品重量5kg）用于地球化學分析，樣品編號自南向北為K2-ZW7～K2-ZW11（圖1）。

巖石化學分析由核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成。主量元素采用Axios-mAX 波長色散X射線熒光光譜儀完成，微量元素和稀土元素采用ELEMENT XR 等離子體質譜儀分析，分析相對誤差一般優于5%，鍶、釹、鉛同位素分析采用ISOPROBE-T 熱表面電離質譜儀，Phoenix 熱表面電離質譜儀完成，分析誤差為2σ。

4 分析結果

窯井子正長花崗巖主微量元素分析結果有以下幾方面特征：①巖石屬中酸性侵入巖，ω（SiO2）介于65.34%～69.95%；②中等富堿質，ω（K2O+Na2O）=7.08%～8.12%，平均7.59%，K2O＞Na2O，K2O/Na2O=1.76～2.31，平 均2.01，堿 度 率（AR）為2.69～3.17，K2O-SiO2圖上為鉀玄巖系列；里特曼指數（σ）為2.01～2.95，為鈣堿性系列；③偏鋁質，Al2O3=12.99%～14.05%，平均13.53%，A/CNK 介于0.95～1.10，平均0.99，小于1.1，鋁弱飽和，堿鋁指數（AKI）為1.37～1.45，平均1.4。

窯井子正長花崗巖稀土總量∑REE=（214.66～529.51）×10-6，平均330.02×10-6；中等負Eu 異常（δEu=0.53～0.87，平均0.7）；輕重稀土比LREE/HREE=4.33～8.04，平均6.41。在球粒隕石標準化的稀土元素分布模式圖中（圖2b），曲線為右傾，輕稀土富集，輕重稀土分餾明顯。

微量元素中高場強元素（如Nb、Ta、Hf、Th 等）含量低。如ω（Nb）=（7.133～16.320）×10-6，ω（Ta）=（0.444～1.114）×10-6，ω（Hf）=（2.705×～4.329）×10-6，ω（Th）=（5.712～13.928）×10-6。在原始地幔標準化的微量元素蛛網圖中（圖2a），表現為Nb、Ta、La、Ce、P、Ti元素相對虧損，Rb、K、Pb、Sm元素富集，具島弧花崗巖特征。

5 討論

5.1 巖石類型

窯井子巖體主量元素SiO2含量中等，其A/CNK=0.95～1.10，平均0.99，小于1，鋁飽和指數不高，巖石中未出現白云母、堇青石等過鋁制礦物，與S型花崗巖特征不符，巖石中Fe2O3含量較高，平均3.87（I 型平均1.04，S 型平均0.56），Rb/Sr 較低，平均0.56（I 型平均0.61，S 型平均1.81），這些特征與I 型花崗巖特征相似[5]，有學者研究認為，通過礦物成分中的部分礦物（角閃石、堇青石、堿性暗色礦物）可作為區分I、S、A 型花崗巖的依據[6]，窯井子巖體正長花崗巖含有少量的角閃石（3%～5%），也指示巖石屬I型花崗巖，結合窯井子正長花崗巖Y-SiO2圖解（圖3），樣品點均落入I型花崗巖區域，因此窯井子正長花崗巖屬I型花崗巖。

有研究者發現地幔及地殼巖漿混合及下地殼巖漿上升中與上地殼巖石混染等可形成I型花崗巖，窯井子巖體Nb、Ta、Ti負異常和較低的Nb/Ta值表明巖石具有俯沖帶幔源巖石的特征[7]；Rb/Sr值（0.45～0.67，平均0.55）介于上地幔0.034[8]和地殼值5.36～6.5[9]之間，而在野外調查中，巖體中普遍發育暗色閃長質包體，均對源巖為經歷了殼幔混合進行了證明。因此，筆者認為窯井子巖體為殼幔混合成因。

5.2 構造環境

花崗巖的成分和成因與所處的構造環境有著密切的關系，窯井子巖體微量元素虧損Nb、P、Ti 等高場強元素，富集Rb、Th、K 等大離子親石元素，具島弧花崗巖特征。有研究表明正常厚度陸殼中Sr＜400×10-6,Yb＞1.5×10-6[10]，窯井子巖體正長花崗巖樣品中Sr 均值為394×10-6,Yb均值為2.93×10-6，表明窯井子巖體正長花崗巖形成于正長厚度陸殼，為俯沖環境。依據Barbarin 花崗巖類類型劃分，窯井子正長花崗巖屬含角閃石鈣堿性花崗巖類（ACG），一般認為ACG花崗巖類與成熟的俯沖帶有關，也說明窯井子正長花崗巖形成于板塊俯沖環境。結合構造判別圖（圖4），多數點處于火山弧花崗巖區，靠近同碰撞花崗巖區；而在構造環境（R1-R2）判別圖上，多數點位于板塊碰撞前消減地區花崗巖區（圖5），接近同碰撞花崗巖區，少數點處于同碰撞花崗巖區，表明俯沖已進入末期。因此筆者認為窯井子正長花崗巖形成于板塊俯沖末期。

6 結語

從窯井子正長花崗巖巖石學、巖石地球化學分析，窯井子正長花崗巖為I型花崗巖，巖漿物源來自上地殼古中元古代地層，受到幔源物質混染。其構造環境為板塊俯沖末期島弧環境。