白奮飛　張紅兵　巨銀娟　趙俊英　周康

摘要：昆北地區(qū)早古生代花崗巖記錄了東昆侖造山帶古特提斯造山帶的構(gòu)造演化的重要信息。選擇柴達木盆地西南緣昆北早古生代花崗巖進行了詳細的年代學(xué)、地球化學(xué)和鋯石Lu-Hf同位素研究。結(jié)果表明：花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為430 +1. 05 Ma，形成時代為早志留紀；巖石具有高硅（Si0'=70.0 - 71. 9wto-/o）、高堿（Na２o+K20=7.09 ～7.58wto-/o）、A/CNK=1.03 -1.11的特征，屬于弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性I型花崗巖；巖石富集Rb、Th、Pb等大離子親石元素，虧損鎳、鈦、磷等高場強元素，具有明顯的銪負異常（Eu/Eu* =0. 49 -0.52）；巖石具有富集的鋯石Lu-Hf同位素，其εHf（t）=-11.47 - -0. 36，對應(yīng)的二次模式年齡為2.1-3.1 Ga，表明其起源于中元古代成熟地殼的黑云母脫水部分熔融。綜合區(qū)域地質(zhì)背景以及巖石地球化學(xué)特征，認為黑云母花崗巖是由于昆北地體和柴南地體碰撞后階段，地殼物質(zhì)在伸展減薄背景下發(fā)生脫水部分熔融形成的。

關(guān)鍵詞：東昆侖造山帶；柴達木西南緣；早志留世；Hf同位素

中圖分類號：P 588

文獻標志碼：A

文章編號：1672-9315 （2023）05-0894-09

DOI：10. 13800/j. cnki. xakjdxxb. 2023. 0506

Petrogenesis of Early Silurian biotite granite in northernmargin of East Kunlun orogen

BAI Fenfei ， ZHANG Hongbing， JU Yinjuan ， ZHAO Junying ， ZHOU Kang

Abstract：Early Paleozoic granites in the East Kunlun orogenic belt preserve important information a-bout the tectonic and crustal evolution ， which also retained the crustal magma response during the Cale-donian orogeny in this area. A detailed examination has been made of zircon U-Pb age， Lu-Hf' isotopeand whole-rock geochemistry for the Early-Silurian biotite granites in Qaidam Basin. The results indi-cate that zircon U-Pb age is 430 + 1. 05 Ma， an Farly silurian period. The granites has high Si02（ 70. 0 -71. 9wt% ） ， and alkaline （ Na2 0 + K20 = 7. 09 - 7. 58wt% ） contents ， with A/CNK values of1. 03 t0 1. 11 ， which display high K peraluminous calcium-alkaline features. It is enriched in large ionlithophile elements such as Rb ， Th ， Pb， and depleted in high field strength elements such as Ni， Ti， P，with obvious negative Eu anomaly（ Eu/Eu* =0. 49 t0 0. 52）. In combination with its evolved zirconLu-Hf isotopes，8Hf （ t） ranges from - 11. 47 to -0. 36 ， with corresponding two-stage model ages of 2. 1t0 3. 1 Ga，indicating that it was derived from biotite dehydration melting of Mesoproterozoic crust. Con-sidering the regional geology ， it is proposed that the Early Silurian biotite granite was possible formed inthe extension setting after the collision between the north Kunlun terrane and the Qaidam terrane，.which led to the extension and thinning of' the crust and the partial melting of the matured crust.Key words ： East Kunlun orogen; southwestem margin of Qaidam ; Early Silurian ; Hf isotope

0 引言

東昆侖造山帶構(gòu)造位置上屬于青藏高原北緣，柴達木西南緣，是中央造山帶的重要組成部分【1】，同時也是一條巨型巖漿巖帶，經(jīng)歷了多旋回的造山帶演化【2]，從北到南依次出露有昆北、昆中和昆南3條斷裂帶【3】。東昆侖的基底以前寒武系的金水口群變質(zhì)巖系為代表，主要為角閃巖相片麻巖與英云閃長巖一奧長花崗巖（ TT）或TTG組合為主，形成時代主要為古元古代晚期。昆北地區(qū)主要發(fā)育前寒武的變質(zhì)結(jié)晶基底、早古生代以及晚古生代一晚中生代的兩期侵入巖（圖1）。巖漿作用與地球深部運動存在十分緊密的聯(lián)系，這些早古生代的侵入巖是研究加里東期昆北地區(qū)地質(zhì)演化的重要載體。東昆侖在早寒武世就已經(jīng)發(fā)生原特提斯洋的形成和擴張，范麗琨等認為可以將其分為新太古代一中元古代早期結(jié)晶基底形成階段、早古生代溝一弧一盆體系演化階段、晚古生代一早中生代溝一弧一盆體系演化階段以及中一新生代陸內(nèi)演化階段這4個部分，中寒武世末期洋盆開始俯沖和消減并且向北沿著昆北斷裂帶向柴北緣地體俯沖，中晚奧陶世一志留紀時原特提斯洋的俯沖導(dǎo)致柴南緣發(fā)生島弧型角閃巖相一麻粒巖相的變質(zhì)作用，之后昆中和昆北地體發(fā)生碰撞造山，發(fā)育島弧型和碰撞型花崗巖【4]。但是對于東昆侖早古生代洋盆的閉合時間還有較多爭議，陳能松等依據(jù)區(qū)域變質(zhì)作用認為原特提斯洋在志留紀末才可能完全關(guān)閉【5】；任軍虎等認為洋盆一直持續(xù)到中志留世結(jié)束，以東昆侖中斷裂帶形成高角度逆沖變形帶，并伴隨有綠簾角閃巖相的變質(zhì)和新生礦物白云母的形成為標志【6】。莫宣學(xué)等指出以吐木勒克西南晚奧陶世的蘭閃石片巖作為俯沖結(jié)束和碰撞開始的標志【7】，劉彬等及潘裕生等也認為在早志留世時洋盆已經(jīng)關(guān)閉，開始進入碰撞造山階段【8-9】。造山帶中廣泛出露的花崗巖對理解大陸地殼演化、揭示基底性質(zhì)、示蹤巖漿源區(qū)和探索區(qū)域構(gòu)造背景提供了良好的研究載體[10]。因此，為了厘定昆北地區(qū)早古生代原特提斯洋的俯沖和關(guān)閉演化過程，文中對昆北地區(qū)的黑云母花崗巖進行巖相學(xué)、地球化學(xué)LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及Hf同位素研究，為探究其熔融方式和條件、源巖性質(zhì)、構(gòu)造背景以及為昆北地體的形成演化過程提供證據(jù)和約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

昆侖山位于青藏高原北部，大致呈東西向橫貫新疆南部和青海省中部，東接秦嶺，西與帕米爾高原相聯(lián)。昆北地區(qū)的主要地層單元保存完整，從古元古界到新元古界皆有出露，自老到新依次保存有古元古界白沙河組．中元古界長城系小廟組以及新元古界萬寶溝巖群等地層序列。白沙河組為麻粒巖、片麻巖以及花崗巖類組成的高級變質(zhì)巖。長城系的小廟群主要由石英云母片巖，石英巖以及片麻巖組成，白沙河組頂部與小廟群為整合接觸。新元古界的萬寶溝群，主要由一套變質(zhì)程度較低的石英巖、玄武巖和各類白云巖組成，并伴有強弱不同的火山巖漿活動。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造變形強烈，斷裂發(fā)育，其中以晚元古代和古生代時期形成的中酸性侵入巖為主體。下占生界包括納赤臺巖群和牦牛山組，納赤臺群主要包括綠片巖夾大理巖，變質(zhì)程度較低，表明該地層受到改造較小。泥盆世牦牛山組主要為各種礫巖、火山巖形成的一套陸緣沉積建造，其形成與沖積扇有關(guān)。牦牛山組由各種砂礫巖組成的紅色磨拉石地層和中生代火山碎屑巖與前寒武紀變質(zhì)巖基底及古生界地層呈不整合接觸，并覆蓋在其上方。它的成分主要為陸源碎屑巖和碳酸鹽巖【11]。昆北地區(qū)出露有加里東期、印支期的花崗巖以及較多基性巖墻【12-13]。該地區(qū)巖漿巖出露面積約為2 400 km2，呈現(xiàn)多期次不同類型的特點，侵入巖呈東西向展布，巖石種類包括花崗閃長巖類、二長花崗巖類、鉀長花崗巖等；早古生代花崗巖主要位于昆北斷裂以北地區(qū)內(nèi)，分布較為集中。而中生代花崗巖主要分布于昆北斷裂的北西方向和昆南斷裂的東南方向，部分地區(qū)與早古生代花崗巖相互侵入穿插，其余地區(qū)呈零星分布，形成時代為前寒武紀至中生代（圖1）。

樣品采自東昆侖造山帶北緣昆北地區(qū)，主要組成礦物為鉀長石、石英、黑云母等，鉀長石40%（3 -5 mm），為自形一半自形板狀礦物，呈I級灰白干涉色，表面有微弱的高嶺土化。黑云母5%（2.5 -3.5 mm），為自形一半自形，片狀礦物。多色性明顯：Ng-黃褐色；Nm-淺綠色；正突起中；呈Ⅱ級黃干涉色。石英15% （0.5 -1 mm），呈它形粒狀。I級黃白干涉色、有少量裂隙。

2分析測試過程

所有測試分析均委托西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。主要過程包括巖樣精選、洗凈、烘干、粉碎。粉碎要求粒度5.0 mm左右，200目以下。主量元素采用XRF法完成，微量元素用ICP-MS測定，詳細的分析流程見文獻【15】。

3分析結(jié)果

3.1鋯石LA-ICP MS U-Pb年代學(xué)

樣品中鋯石呈灰白色至灰黑色，長為69 -127μm，最大者可達183 μm，平均為106 μm；寬39 -74 μm，平均為60 μm，其長寬比約介于1：1-5：1。陰極發(fā)光圖像（CL）顯示（圖2（a）），鋯石的巖漿振蕩環(huán)帶發(fā)育不明顯，多為弱分帶，部分鋯石中間可見繼承性殘留鋯石核，由于殘留鋯石核粒度很小，無法進行分析。Th/U的比值介于0.35 -0. 56，平均值為0. 46，基本符合巖漿鋯石的特征Th/U>0.4，判斷這些鋯石應(yīng)為巖漿鋯石。通過206 Pb/238U比值法計算得到的年齡值介于422.6 -435.5 Ma，加權(quán)平均年齡為430 +1. 05 Ma（MSWD =2.1）[16]。這些鋯石的稀土總量變化范圍較大，介于1 516×10-6～3 579×10-6（平均值為2 169×10-6），LREE相對虧損，HREE則明顯富集，銪負異常（Eu/Eu* =0. 07 -0.16）和鈰正異常（Ce/Ce*=1. 08 -66. 19）。由于巖石為花崗巖類，αSiO2=1（α活度）。樣品中含有榍石而不是金紅石，因此αTiO2，=0.8。鋯石Ti【17】計算的黑云母花崗巖的溫度范圍為676 -771℃（圖2）。

3.2全巖主、微量元素地球化學(xué)特征

樣品的Si02的含量在70.0-71.9wto%，平均含量為71. 2wto%，AL2 03含量在12. 9% - 13. ９%，

平均含量為13. 4%，A/CNK值在1.03 -1.11，屬于過鋁質(zhì)巖石。在Si02 - K2O圖中4個成分點均落入高鉀鈣堿性區(qū)域內(nèi)。Na20含量在3. 33% -3. 56wto-/o．K20含量在3.66～4.Owt%，Na20含量明顯低于K20的含量，Na2 O/K20為0.85 -0. 96，巖石更加富鉀，而（ K20+Na2 0）指數(shù)在7.09 -7. 58wt%。巖石里特曼指數(shù)σ為1. 74 -2.00（<3. 30），屬于鈣堿性巖石。Mg0的含量為0.74% -0. 87wt%，Mg#較小（M9#<45），符合典型的大陸地殼起源的花崗巖（圖3）。

在稀土元素球粒隕石標準化配分模式（圖4（b》中，四個樣品具有相似的配分模式，呈明顯的右傾模式?！芌EE=160×10-6～192×10-6，∑LREE/∑HREE為4.91 -6.08，輕稀土相對富集而重稀土平坦，具有明顯的Pb正異常，具有大陸地殼的特征。巖石的Nb/Ta為10.4- 14.9，具有強的Eu負異常（Eu/Eu*=0. 49 -0.52），在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)（圖4（a））中Rb、Th、U、Pb等大離子親石元素相對富集，Nb、Ti、P等高場強元素相對虧損（圖4）。

3.3鋯石Lu-Hf同位素

昆北地區(qū)早古生代花崗巖樣品的鋯石Lu-Hf同位素15個分析點的176Hf/177 Hf的比值為0.282359 5-0.282 382 1，變化范圍不大，平均為0. 001 319，鋯石的年齡皆為430 Ma，年齡比較集中（圖5）。8Hf（f）為- 11. 47 - -0.36（平均值為一4. 48），均為負值，表明源巖來自早古生代的古老地殼物質(zhì)。一階段模式年齡（ TDMl） =1 075～1 504Ma，平均值為l 230 Ma，二階段模式年齡（TDM2）=2 115 -3 119 Ma，平均值為2 492 Ma。

4討論

4.1巖石成因

巖石的Si0.平均含量71. 2wto-/o，N20+ K2O在7. 09 -7.58wto-/o，A/CNK<1.1，Zr含量為205×10-6～224×10-6，在地球化學(xué)上具有高硅、高鉀、高堿、貧鋁以及低Mg#的特征。在花崗巖判別圖[21]中，大部分落在I型向A型過渡的區(qū)域，而在Zr+Nb +Ce +Y - FeOr圖解中落入未分異I、S型區(qū)域內(nèi)，據(jù)吳福元等研究，可以根據(jù)鋁飽和指數(shù)作為區(qū)分未分異I型、S型花崗巖的標準，昆北巖體的鋁飽和指數(shù)小于1.1，明顯不是S型花崗巖[22]。典型A型花崗巖的10 000×Ga/Al -般是大于2.6，而昆北巖體的10 000×Ga/AI在2.4 -2.6范圍內(nèi)，同時A型花崗巖較I型花崗巖更加富Fe，昆北巖體的FeO/Mg0比值為3.31 -3.46，也低于A型花崗巖的特征（ FeO/Mg0>10），且鋯<250×10-6，同時銣、釷、鈾、鉛等大離子親石元素相對富集，鈮、鈦、磷等高場強元素相對虧損，表明巖體具有I型花崗巖的特征，極低的磷含量可能與磷灰石的分離結(jié)晶有關(guān)。銪具有明顯的負異常，且鍶含量在99.5×10-6- 128×10-6，鐿含量在3. 50×10-6～4.78×10-6，Eu/Eu *為0.49 -0. 52。銪的含量主要由斜長石控制，且鍶、鋇存在明顯的虧損，表明巖漿源區(qū)存在斜長石的殘留。研究表明中酸性巖漿巖的鍶、鐿元素可以作為劃分巖漿源區(qū)深度的有效地球化學(xué)指標，根據(jù)鍶= 400×10-6、鐿=2×10-6為標準將花崗巖分為4類[23]，即：高鍶低鐿（鍶> 400×10-6，鐿<2×10-6）、低鍶低鐿（鍶<400×10-6，鐿<2 xl0-6）、低鍶高鐿（鍶< 400×10-6，鐿>2×10-6）、高鍶高鐿（鍶>400 xl0-6，鐿>2×l0-6）型花崗巖。昆北巖體鍶（93. 61 -128×10 -6），鐿（3. 50—4. 48×10-6）屬于低鍶高鐿型，表明巖漿源區(qū)壓力較小，有斜長石而無石榴石，殘留相可能為角閃巖相（斜長石+角閃石+輝石），且在稀土元素球粒隕石標準化圖中中稀土虧損（MREE），Dy/Dy*=0.57 -0.65，而角閃石中富集中稀土，表明源區(qū)可能有角閃石的殘留，但是角閃石富K，在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖，具有K的正異常，因此推斷源區(qū)可能有少部分角閃石的殘留。綜上說明黑云母花崗巖源區(qū)為具斜長石一角閃石相的較低的壓力環(huán)境。

巖體的Lu-Hf同位素顯示，8Hf（t）為- 11. 47 --0. 36，15個分析點的εHf（t）均為負值，在εHf（t）分布直方圖上顯示出分布較為集中，表明昆北巖體的物源單一，同時巖體鎂含量< 45，昆北巖體中無暗色包體存在，成分均一，表明該巖石主要來自于地殼巖石的部分熔融。該區(qū)域同時期巖體中也未發(fā)現(xiàn)有暗色包體存在[24]，表明無地幔物質(zhì)的參與，所以認為昆北巖體的原始巖漿起源于早古生代占老地殼物質(zhì)的部分熔融（二階段模式年齡TDM2=2 115 -3 119 Ma，平均值為2 492 Ma）（圖5）。

目前關(guān)于I型花崗巖的成因有3種模式：①幔源的玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶形成I型花崗巖；②幔源巖漿發(fā)生底侵作用，導(dǎo)致殼源巖漿與幔源巖漿發(fā)生混合后發(fā)生結(jié)晶分異作用形成的[25]；③由殼源物質(zhì)發(fā)生部分熔融作用形成的。根據(jù)Lu-Hf同位素均為負值表明源區(qū)來源單一，同時也缺乏暗色包體等直接的巖石學(xué)證據(jù)，表明未發(fā)生殼?；旌献饔?。試驗巖石學(xué)表明鎂可以指示成巖過程中有無幔源物質(zhì)的參與，較低的鎂含量（鎂< 45）表明切可里克地區(qū)的黑云母花崗巖也不可能是由幔源的玄武質(zhì)巖漿經(jīng)過結(jié)晶分異形成的。巖石的Nb/Ta值可以很好的反映巖漿源區(qū)的深度和演化過程，文中黑云母花崗巖的Nb/Ta為10.4- 14.9，與大陸地殼的平均值（12）[26]接近，在Nb-Nb/Ta圖解中，樣品點落入上地殼范圍內(nèi)，所以該巖體更有可能是在壓力較低的條件下通過下地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的（圖6）。

4.2構(gòu)造環(huán)境及地質(zhì)意義

東昆侖地區(qū)經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化階段，范麗琨等[4]認為可以將其分為新太古代一中元古代早期結(jié)晶基底形成階段、早古生代溝一弧一盆體系演化階段、晚古生代一早中生代溝一弧一盆體系演化階段以及中一新生代陸內(nèi)演化階段這4個部分，經(jīng)歷了完整的演化過程。

東昆侖在早寒武世就已經(jīng)發(fā)生原特提斯洋的形成和擴張，中寒武世末期洋盆開始俯沖和消減并且向北沿著昆北斷裂帶向柴北緣分地體俯沖，昆北地區(qū)形成了一系列與俯沖相關(guān)的變質(zhì)和巖漿記錄。例如清水泉正片麻巖和斜長角閃巖（ 520Ma）[27，指示原特提斯構(gòu)造演化過程中兩個獨立的洋一陸俯沖到陸陸碰撞匯聚的響應(yīng)。中晚奧陶世一志留紀時原特提斯洋的俯沖導(dǎo)致柴南緣發(fā)生島弧型角閃巖相一麻粒巖相的變質(zhì)作用，之后昆中和昆北地體發(fā)生碰撞造山，發(fā)育島弧型和碰撞型花崗巖。對于東昆侖早古生代洋盆的閉合時間爭議較多【5-9】，更多的證據(jù)表明在晚奧陶洋盆已經(jīng)關(guān)閉，在早志留時持續(xù)的俯沖作用昆北地體和柴南地體發(fā)生碰撞，在銣-Y+鈮構(gòu)造判別圖解中，樣品點都落人了弧后花崗巖的范圍內(nèi)，代表由擠壓環(huán)境向拉張環(huán)境的轉(zhuǎn)變，在R1- R2圖中樣品落入同碰撞花崗巖范圍，但是研究表明同碰撞階段主要發(fā)育S型花崗巖，且低鍶高鐿指示其與地殼伸展減薄有關(guān)，而同碰撞階段地殼是增厚的，區(qū)域內(nèi)同時期的巖體大多也是處于后碰撞伸展階段，如405.2 +3.6 Ma的祁漫塔格阿確墩地區(qū)二長花崗巖[28]、441+5 Ma的萬寶溝黑云母二長花崗巖[29】，所以推測該時期有可能屬于碰撞后的伸展環(huán)境。昆北花崗巖為晚奧陶時大洋已經(jīng)關(guān)閉，早志留世原特提斯洋向柴南塊體發(fā)生碰撞后的拉張階段，由于地殼伸展減薄，形成局部拉張環(huán)境，導(dǎo)致壓力降低，引發(fā)上地殼發(fā)生部分熔融所形成的產(chǎn)物（圖7）。

5結(jié)論

1）東昆侖造山帶北緣早志留世花崗巖的鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果為430 +2 Ma，代表早志留世原特提斯洋閉合過程中發(fā)生俯沖碰撞的產(chǎn)物。

2）這些花崗巖為高價鈣堿性I型花崗巖，具有明顯的Eu負異常，表明其起源于中元古代成熟地殼的黑云母脫水部分熔融。

3）黑云母花崗巖是在昆北地體和柴南地體碰撞后的伸展階段，成熟地殼物質(zhì)發(fā)生黑云母脫水部分熔融形成的。這是由于原特提斯洋向柴南塊體發(fā)生碰撞后的拉張階段，由于地殼伸展減薄，形成局部拉張環(huán)境，導(dǎo)致壓力降低，引發(fā)上地殼發(fā)生部分熔融所形成的產(chǎn)物。

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收稿日期：2023-03-15

基金項目：陜西省自然科學(xué)基金項目（2023-jc-yb-249）；延長石油集團戰(zhàn)略研究課題項目（ycsy202lzlyj- A-05）

通信作者：白奮飛，男，陜西榆林人，高級工程師，E-maiL：haifenfei@ 163 com