陳云杰，楊 昆，王 剛，李 濤

( 核工業(yè)二○三研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000 )

北祁連洋在奧陶紀(jì)—志留紀(jì)時(shí)洋盆慢慢開(kāi)始閉合，同時(shí)柴達(dá)木和華北兩大板塊與北祁連洋中的島弧發(fā)生擠壓碰撞；在河西走廊及鄰區(qū)形成了規(guī)模較大的一條造山后期的中酸性巖漿巖帶，如芨嶺巖體、青山堡巖體、北大坂巖體等[1-3]，其中本次研究的熊子山巖體就是其中之一；區(qū)內(nèi)有關(guān)于北祁連的早古生代巖漿巖作用及構(gòu)造演化等方面進(jìn)行過(guò)大量的研究工作[4-7]，但對(duì)熊子山花崗巖體報(bào)道極少。本文通過(guò)對(duì)熊子山巖體中的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖開(kāi)展地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等研究，并對(duì)其巖石類型及形成構(gòu)造背景開(kāi)展初步的分析，可為北祁連及鄰區(qū)的構(gòu)造、巖漿演化特征研究提供一些借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有寒武系走廊群、石炭系太原組和羊虎溝組、二疊系窯溝組和大黃井組、三疊系五佛寺組、古近系臨夏組和白楊河組、新近系全新統(tǒng)(圖1)；其中寒武系走廊群是一套淺變質(zhì)的淺海相碎屑巖建造，巖性主要為千枚巖和變質(zhì)砂巖；二疊系為一套河湖相碎屑巖建造局部夾含煤建造，巖性主要為砂巖、粉砂巖等；三疊系為一套山麓-河湖相碎屑巖建造，巖性主要為砂巖、砂礫巖等；石炭系為一套淺海相—海陸交互相的碎屑巖及含煤建造，巖性主要為炭質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)砂巖夾有薄煤層。

圖1 甘肅永昌地區(qū)大地構(gòu)造位置(a)與地質(zhì)略圖(b)Fig.1 The tectonic and geologic sketch map of Yongchan areaⅠ—阿拉善地塊 Ⅱ—走廊過(guò)渡帶 Ⅲ—北祁連造山帶 Ⅳ—鄂爾多斯地塊 Ⅴ—中祁連地塊 Ⅵ—阿爾金斷裂 1—全新統(tǒng)2—新近系臨夏組 3—古近系白楊河組 4—三疊系五佛寺組 5—二疊系窯溝組 6—二疊系大黃井組 7—石炭系太原組上段 8—石炭系羊虎溝組 9—寒武系走廊群 10—中志留世晚期鉀長(zhǎng)花崗巖 11—中志留世晚期似斑狀黑云鉀長(zhǎng)花崗巖 12—中志留世中期似斑狀黑云二長(zhǎng)花崗巖 13—中志留世早期含斑二長(zhǎng)花崗巖 14—中志留世中期花崗閃長(zhǎng)巖 15—中志留世早期似斑狀英云閃長(zhǎng)巖 16—中志留世早期細(xì)粒閃長(zhǎng)巖 17—推測(cè)斷層 18—實(shí)測(cè)斷層 19—地質(zhì)界線 20—角度不整合界線 21—取樣位置

區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，其中褶皺在加里東期呈緊密線狀，其它期為開(kāi)闊平緩型的特征。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為NWW向、NNW向和SN向的，其中NWW向組斷裂控制了熊子山巖體的展布；區(qū)域上侵入巖形成時(shí)代主要為志留紀(jì)，出露巖性以中酸性巖為主，次為基性—超基性巖，巖性主要有(石英)閃長(zhǎng)巖、花崗(閃長(zhǎng))巖等，多以巖株、巖基狀產(chǎn)出。區(qū)內(nèi)晚期脈體較為發(fā)育，主要為中基性—酸性脈體，巖性主要有花崗巖脈、閃長(zhǎng)玢巖脈、輝綠巖脈等。

2 巖石學(xué)特征

熊子山巖體呈NWW向展布，南部呈巖基狀侵入于寒武系中，出露的巖性主要為中細(xì)粒鉀長(zhǎng)花崗巖、中粗粒似斑狀黑云鉀長(zhǎng)花崗巖、中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖、細(xì)粒閃長(zhǎng)巖等。其中淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖(圖2a)為塊狀構(gòu)造，中粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)，主要由斜長(zhǎng)石(30%～35%)、鉀長(zhǎng)石(5%～10%)、石英(10%～15%)、黑云母(5%～10%)、角閃石(25%～30%)組成。巖石中的鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石多呈半自形板柱狀，粒度為2～10 mm，表面多發(fā)生了弱的高嶺土化和絹云母化(圖2b)，其中斜長(zhǎng)石發(fā)育聚片雙晶，而鉀長(zhǎng)石多為正長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石和少量微斜長(zhǎng)石；石英多呈他形粒狀分布于長(zhǎng)石顆粒之間；黑云母多呈片狀分布，局部發(fā)生了綠泥石化(圖2c)，亦可見(jiàn)少量粒狀黃鐵礦(圖2d)。在QAP和TAS圖解(圖3、圖4)中，大部分樣品落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)域，少數(shù)落入花崗巖區(qū)，與巖相學(xué)特征一致。

圖2 淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖巖石特征圖Fig.2 The petrologic characteristics of the shallow grey and white granodiorite of medium and coarse grain(a)露頭特征 (b)長(zhǎng)石的高嶺土化和絹云母化(+) (c)黑云母的綠泥石化(-) (d)黃鐵礦顆粒(-)

圖3 花崗閃長(zhǎng)巖QAP圖解Fig.3 QAP diagram for granodiorite1a—硅英巖 1b—富石英花崗巖類 2—堿性長(zhǎng)石花崗巖 3a—鉀長(zhǎng)花崗巖 3b—二長(zhǎng)花崗巖 4—花崗閃長(zhǎng)巖 5—英云閃長(zhǎng)巖6*—堿性長(zhǎng)石石英正長(zhǎng)巖 7*—石英正長(zhǎng)巖 8*—石英二長(zhǎng)巖 9*—石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖 10*—石英閃長(zhǎng)巖、石英輝長(zhǎng)巖、石英斜長(zhǎng)巖 6—堿性長(zhǎng)石正才巖 7—正長(zhǎng)巖 8—二長(zhǎng)巖 9—二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖 10—閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)巖

圖4 花崗閃長(zhǎng)巖TAS圖解 Fig.4 TAS diagram for granodiorite1—輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖 2—閃長(zhǎng)巖 3—花崗閃長(zhǎng)巖 4—亞堿性輝長(zhǎng)巖5—輝長(zhǎng)巖 6—二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖 7—二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖 8—二長(zhǎng)巖 9—正長(zhǎng)巖 10—花崗巖 11—似長(zhǎng)正長(zhǎng)巖 12—似長(zhǎng)二長(zhǎng)正長(zhǎng)巖 13—似長(zhǎng)二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖 14—似長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖 15—似長(zhǎng)巖

3 鋯石U-Pb年齡

3.1 樣品采集及分析測(cè)試

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年的樣品(樣品編號(hào)XZS-001)采集于熊子山巖體西南部的水泉子溝，樣品巖性為淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖。采樣時(shí)挑新鮮、無(wú)蝕變及無(wú)其他脈體的巖石的露頭。樣品鋯石挑選、制靶及CL照相是由河北省廊坊拓軒巖礦檢測(cè)服務(wù)有限公司完成，鋯石U-Pb測(cè)年是在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所的國(guó)土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3.2 鋯石特征及分析結(jié)果

本次研究的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖中的鋯石以柱狀雙錐為主，次為短錐狀，長(zhǎng)100～320 μm，寬70～130 μm，長(zhǎng)寬比為1.3～2.5，在CL圖像中樣品鋯石的震蕩環(huán)帶清晰而寬大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為均一。本次測(cè)年的鋯石測(cè)點(diǎn)共20個(gè)，其中有效點(diǎn)16個(gè)(表1、圖5)，鋯石測(cè)點(diǎn)的w(Th)為55.60×10-6～789.40×10-6，平均值為310.99×10-6；w(U)為105.60×10-6～1749.30×10-6，平均值為441.61×10-6；Th/U比值絕大部分在0.83～1.09之間，平均比值為0.92，具有典型的巖漿鋯石特征[8]。所有測(cè)點(diǎn)在206Pb/238U -207Pb/235U諧和圖(圖6a)上分布比較集中，加權(quán)平均年齡為(428.7±3.8)Ma，MSWD=0.056，95%置信度(圖6b)，表明其侵位時(shí)代為中志留世。

圖5 花崗閃長(zhǎng)巖典型鋯石CL圖像和年齡Fig.5 CL image and age of representative zircon in the granodiorite

圖6 花崗閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖(a)和直方圖(b)Fig.6 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram and histogram of weighted average age of zircon in the granodiorite

表1 花崗閃長(zhǎng)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析數(shù)據(jù)Table 1 Analytical result of LA-ICP-MS U-Pb isotopes of zircon in the granodiorite

4 地球化學(xué)特征

4.1 樣品采集及分析測(cè)試

樣品采集于熊子山巖體西南部的水泉子溝及東部地區(qū)，樣品巖性為新鮮的淺灰白色中粗粒花崗閃長(zhǎng)巖。樣品的主量元素、微量元素和稀土元素測(cè)試分析均在核工業(yè)二○三研究所分析測(cè)試中心完成，使用的儀器分別為荷蘭帕納科公司制造的Axios型X射線光譜儀和美國(guó)Thermo Fisher制造的XSERIESⅡ型ICP-MS，各項(xiàng)分析精度均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 地球化學(xué)特征

本次樣品的主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，熊子山巖體的淺灰白色中粗粒花崗閃長(zhǎng)巖的SiO2含量較高(67.35%～72.82%)、Al2O3的含量較高(12.81%～15.36%)、Na2O含量偏高(3.21%～3.94%)、K2O含量偏高(3.64%～3.82%)。Na2O+K2O含量為7.02%～7.69%，K2O/Na2O比值為0.93～1.13，鋁飽和指數(shù)A/CNK比值為0.86～1.12，A/NK比值為1.23～1.54，在A/NK - A/CNK圖上樣品落入到準(zhǔn)鋁—弱過(guò)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)域(圖7a)，這些特征和I型花崗巖特征較為一致[9]。堿度率(AR)值為2.44～2.99，在AR - SiO2圖解上落入鈣堿性—堿性花崗巖區(qū)(圖7c)。在K2O - SiO2圖解上主要落入高鉀鈣堿性系列中(圖7d)，在K2O - Na2O圖解上主要落入I型花崗巖區(qū)域(圖7b)。綜上，熊子山巖體的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖屬于鈣堿性I型花崗巖。一般認(rèn)為高鉀鈣堿性花崗巖是碰撞后巖漿活動(dòng)的重要特征之一，其形成的構(gòu)造環(huán)境為碰撞后環(huán)境[10]。

圖7 花崗閃長(zhǎng)巖Na2O - K2O、A/NK - A/CNK、AR - SiO2和K2O - SiO2圖解 (底圖據(jù)文獻(xiàn)[3])Fig.7 Diagram of Na2O - K2O， A/NK - A/CNK， AR - SiO2and K2O - SiO2 of the granodiorite

表2 花崗閃長(zhǎng)巖主量元素分析數(shù)據(jù)Table 2 The major element result of granodiorite

由表3可見(jiàn)，淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖稀土元素總量(ΣREE)為164.95×10-6～242.86×10-6，LREE值為140.90×10-6～213.94×10-6，HREE的值為24.05×10-6～28.92×10-6，LREE/HREE比值為5.16～7.40，巖石具有輕稀土元素的富集、重稀土元素相對(duì)虧損的特征。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖上(圖8a)呈δEu(0.26～0.30)負(fù)異常右傾配分模式，且輕稀土元素分異較強(qiáng)而重稀土元素不明顯。

表3 花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素分析數(shù)據(jù)Table 3 The REE result of granodiorite

由表4及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘網(wǎng)圖(圖8b)可以看出，與原始地幔相比淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖對(duì)富集Rb、Th、U等大離子親石元素，Ba、Nb、Ta、Sr、Ti等元素相對(duì)虧損，研究表明這些特征反映了巖漿可能受到地殼物質(zhì)的混染影響[8]。

圖8 花崗閃長(zhǎng)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線圖(a)與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)(原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化據(jù) Sun 和 McDonough，1989)Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution curve diagram (a) and spider diagram of primitive mantle-normalized trace elements (b) of the granodiorite

表4 花崗閃長(zhǎng)巖微量元素分析數(shù)據(jù)Table 4 Analysis data of trace elements of the granodiorite samples

5 討論

5.1 巖石類型

從本次淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖樣品的地球化學(xué)成分特征可以看出，樣品具有較高Al2O、Na2O、K2O，富集輕稀土元素，微量元素中相對(duì)富集Rb、Th、U等大離子親石元素，Ba、Nb、Ta、Sr、Ti等元素相對(duì)虧損，同時(shí)具有負(fù)銪異常，顯示出了一般I型花崗巖的特征[9，11]；在K2O - Na2O中圖解上落入I型花崗巖區(qū)域中(圖7b)，在Y - SiO2圖解(圖9a)和Ce - SiO2圖解(圖9b)中，所有樣品均落在I型花崗巖區(qū)域中。綜合分析認(rèn)為，本次研究的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖屬于I型花崗巖。

圖9 花崗閃長(zhǎng)巖Y - SiO2和Ce - SiO2圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[18])Fig.9 Y - SiO2 diagram (a) and Ce - SiO2 diagram (b) of the granodiorite

5.2 構(gòu)造環(huán)境

前人對(duì)區(qū)域資料研究表明，北祁連古洋在晚奧陶世開(kāi)始持續(xù)消減，研究區(qū)及鄰區(qū)(阿拉善地塊)發(fā)生碰撞造山活動(dòng)，并在445～420 Ma(晚奧陶世—志留紀(jì))開(kāi)始轉(zhuǎn)入陸—陸碰撞或陸內(nèi)俯沖階段[12-13]。本次研究的熊子山花崗巖巖體形成于這種碰撞后構(gòu)造背景。鄰區(qū)龍首山地區(qū)的青山堡巖體的花崗巖年齡為(444±2)Ma，并通過(guò)構(gòu)造分析后認(rèn)為晚奧陶世為北祁連洋閉合并發(fā)生初始碰撞；同時(shí)Xu等[14]通過(guò)研究表明北祁連洋閉合發(fā)生初始碰撞時(shí)間為467～450 Ma；本次熊子山巖體中的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖年齡為(428.7±3.8)Ma，晚于前人認(rèn)為的北祁連洋閉合并發(fā)生初始碰撞時(shí)間。熊子山巖體的侵位時(shí)代與鄰區(qū)其他碰撞后類型的花崗巖巖體基本一致，如金佛寺巖體黑云母二長(zhǎng)花崗巖(424 Ma)、牛心山巖體石英閃長(zhǎng)巖(435 Ma)、蓮花山巖體花崗閃長(zhǎng)巖(426 Ma)等[15-18]。同時(shí)本次研究樣品的微量元素Y - Nb(圖10a)和Rb - (Y+Nb)環(huán)境判別圖解(圖10b)中，均落入后碰撞花崗巖區(qū)域內(nèi)，表明了其形成構(gòu)造環(huán)境可能為擠壓的環(huán)境。結(jié)合之前的區(qū)域資料研究，反映熊子山巖體很有可能形成于阿拉善地塊與北祁連島弧的碰撞之后這種碰撞后區(qū)域構(gòu)造背景。

圖10 花崗閃長(zhǎng)巖Y - Nb和Rb -(Y+Nb)構(gòu)造環(huán)境判別圖(底圖據(jù)文獻(xiàn)[18])Fig10 Tectonic setting discrimination diagram of Y - Nb and Rb - (Y+Nb) for the granodiorite

6 結(jié)論

1)熊子山花崗巖體的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖具有富堿、輕稀土元素和大離子親石元素相對(duì)富集、高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損的地球化學(xué)特征，巖石類型屬于高鉀鈣堿性I型花崗巖，反映了巖漿受到地殼物質(zhì)的混染。

2)熊子山花崗巖體的淺灰白色中粗?；◢忛W長(zhǎng)巖鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為(428.7±3.8)Ma，其侵位時(shí)代為中志留世，反映永昌地區(qū)在中志留世已經(jīng)進(jìn)入了碰撞造山的碰撞后構(gòu)造階段。