青海省乌拉斯太地区早石炭世花岗质岩体地球化学特征及其地质意义

张伟,王志鹏,杨启,邢其涛,陈怀鑫,刘铭,白玉坤,韩文撑

(山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队)，山东 兖州 272100)

0 引言

东昆仑地区是我国中央造山带西侧重要的组成部分[1-4]，无论是基础地质还是矿产研究，历来都是地质工作者关注的地区之一[5-6]。东昆仑造山带东段发育大面积的花岗质岩体，大多侵位于前寒武纪变质岩结晶基底。不同的学者对东昆仑造山带大面积分布的花岗质岩体开展过一定的工作，并对花岗岩的成因及构造背景进行了研究[7-18]。如孙雨等[18]对东昆仑南哈拉尕吐岩体进行了研究，认为岩体中的暗色闪长质包体代表了幔源基性岩浆在与壳源酸性岩浆混合、反应后经过动力学和热力学平衡后的残余物质。陈广俊等[19]对沟里地区花岗闪长岩研究认为可能起源于大陆下地壳的花岗质岩浆并经历了幔源岩浆的混合。本文在已有研究成果的基础上，结合大量野外调查和室内整理及研究工作，对乌拉斯太地区早石炭世花岗质岩体的岩石学、岩石地球化学特征进行了分析，探讨了乌拉斯太地区早石炭世花岗质岩体的岩浆演化和构造环境，对认识东昆仑地区的岩浆活动规律和大地构造演化有一定的指导意义。

1 地质特征

早石炭世花岗质岩体分布广泛，主要沿昆中断裂带两侧断续分布，多呈岩床、岩株状产出，出露面积195.09km2，占花岗岩总面积的13.06%(图1)。根据岩性特征可划分为3类，建立了乌拉斯太序列，即浅肉红色斑状二长花岗岩、肉红色正长花岗岩、肉红色中细粒碱长花岗岩。

1—第四系；2—侏罗纪羊曲组下段；3—晚三叠世八宝山组；4—中—新元古代万保沟群；5—新元古代青白口纪丘吉东沟组；6—中元古代蓟县纪狼牙山组；7—中元古代长城纪小庙组；8—新太古代—古元古代白沙河(岩)组；9—晚三叠世浅肉红色二长花岗岩、灰色中细粒花岗闪长岩；10—晚二叠世灰色中细粒英云闪长岩；11—早二叠世灰色中细粒英云闪长岩；12—早二叠世深灰色细粒闪长岩；13—早石炭世肉红色中细粒碱长花岗岩；14—早石炭世肉红色正长花岗岩；15—早石炭世浅肉红色斑状二长花岗岩；16—中泥盆世灰色中细粒英云闪长岩；17—晚志留世肉红色中粗粒碱长花岗岩；18—晚志留世肉红色中粗粒正长花岗岩、浅肉红色斑状二长花岗岩；19—早志留世浅肉红色中细粒二长花岗岩；20—早志留世灰色中细粒花岗闪长岩；21—晚奥陶世深灰色细粒二长石英闪长岩；22—新元古代灰色二长花岗质片麻岩；23—实测断层；24—实测整合岩层界线；25—沉积岩层的实测不整合界线；26—沉积岩层的实测平行不整合界线；27—超动侵入接触界线；28—脉动侵入接触界线；29—涌动侵入接触界线图1 东昆仑乌拉斯太地区地质简图

斑状二长花岗岩:主要侵入长城纪小庙组、蓟县纪狼牙山组和中—新元古代万宝沟群，超动侵入新元古代变质侵入体和早志留世花岗岩，与早石炭世正长花岗岩呈脉动侵入，局部被后期侵入岩超动侵入。该侵入岩中岩脉较发育。岩体多处被断层切割、穿插，其长轴方向与断层方向一致，受构造控制明显。

正长花岗岩:主要侵入新太古代—古元古代白沙河(岩)组，超动侵入志留纪侵入岩，与早石炭世其他花岗岩呈脉动接触，局部被后期侵入岩超动侵入。岩体多处被断层切割，受构造控制明显。

碱长花岗岩:主要侵入长城纪小庙组、中—新元古代万宝沟群及奥陶纪祁漫塔格群，超动侵入早志留世侵入岩，与后期侵入岩呈超动接触。岩体中岩脉较发育。岩体长轴呈NWW向展布，被昆中主断裂贯穿，受断层控制明显。

2 岩石学特征

2.1 斑状二长花岗岩

组成岩石的斑晶矿物为碱性长石、石英、斜长石等(图2A、图2B)，粒径为0.5～4mm，不等粒，杂乱排列；基质主要由石英、碱性长石、黑云母等组成；此外还有少量的副矿物锆石、磷灰石等，粒径小于0.05mm。石英，斑晶为无色，表面很干净，呈他形粒状，粒径为0.5～1.5mm，含量40%～50%。碱性长石，呈他形—半自形粒状，粒径为1.5～4mm，含量25%～30%。斜长石，呈他形—半自形板状，粒径为0.5～2mm，含量10%～15%。黑云母，呈他形—半自形板状，粒径小于0.5mm，含量5%～10%。锆石，无色，呈半自形—自形柱状，局部偶见。磷灰石，无色，呈半自形—自形柱状，局部偶见。

A，B—斑状二长花岗岩野外照片及显微照片；C，D—正长花岗岩野外照片及显微照片；E，F—碱长花岗岩野外照片及显微照片；Qtz—石英；Or—正长石；Mi—微斜长石；Pl—斜长石图2 乌拉斯太地区早石炭世花岗质岩体野外照片及显微照片

2.2 正长花岗岩

组成岩石主要矿物为碱性长石、石英、斜长石等(图2C、图2D)，粒径为0.2～3mm，不等粒，杂乱排列；次要矿物为角闪石、黑云母；副矿物为锆石、磷灰石、不透明矿物等，粒径小于0.1mm。碱性长石，无色，呈他形—半自形板状，粒径为0.5～3mm，含量40%～45%。石英，无色，表面干净，呈他形粒状嵌于长石之间，粒径为0.3～1.5mm，含量20%～30%。斜长石，无色，表面很脏，呈他形—半自形板状，粒径为0.2～1mm，含量10%～15%。角闪石，绿色—浅黄色，呈他形—半自形板状，粒径为0.3～1.5mm，含量5%～10%。黑云母，淡绿色—深褐色，呈他形—半自形板状，粒径小于0.5mm，含量小于5%。锆石，无色，呈半自形—自形柱状，局部偶见。磷灰石，无色，呈半自形—自形柱状，局部偶见。

2.3 碱长花岗岩

组成岩石的矿物为斜长石、微斜长石、石英、黑云母等(图2E、图2F)，粒径一般3.5mm以下，不等粒。晶粒间紧密接触，蚀变和交代现象较明显。斜长石，他形—半自形板状，粒径较小，零星可见，杂乱排列，含量<5%。微斜长石，他形板状为主，颗粒稍粗大，分布于斜长石晶粒间，常交代斜长石，内部常见斜长石的交代残余，常被石英交代，具黏土矿物化而显浑浊，含量65%～70%。石英，他形粒状，填隙分布于长石晶粒间，分布不均匀，局部呈粒状集合体，常交代长石，内部见有长石的交代残余，微具熔蚀现象，微隙发育，含量20%～25%。黑云母，细小片状，分布于浅色矿物晶粒间，不均匀，局部呈集合体，含量≤5%。金属矿物，他形细粒，分布于黑云母边部，多半与黑云母蚀变有关，零星可见，含量甚少。

3 地球化学特征

3.1 主量元素特征

3.1.1 斑状二长花岗岩

该类岩体中SiO2含量为69.46%～75.72%，属酸性岩类(表1)(1)山东省鲁南地质工程勘察院，青海省都兰县乌拉斯太一带J47E024003等7幅1∶5万区域地质矿产调查报告，2014年4月。。CIPW标准矿物计算及主要补充参数特征见表2①，里特曼指数δ=0.65～2.37，属钙碱性系列，在SiO2-Na2O+K2O图解中(图3)，样品均落入亚碱性系列，在TAS图解中(图4)，样品均落入亚碱性花岗岩系列，在AFM图解中(图5)，仅1组样品显示为拉斑玄武岩系列，其余样品均属钙碱性系列。全碱含量较高，K2O+Na2O的含量为4.60%～8.04%，显示出壳源的特点。A/CNK=0.93～1.66，为过铝质—偏铝质花岗岩，近半数样品CIPW标准矿物中含刚玉，显示出高铝的特点。Na2O>K2O，其中2组样品A/CNK大于1.1，显示出S型花岗岩特征，其余样品A/CNK均小于1.1，属Ⅰ型花岗岩。

3.1.2 正长花岗岩

该类岩体中SiO2含量为71.10%～75.96%，属酸性岩类(表1)。CIPW标准矿物计算及主要补充参数特征见表2，里特曼指数δ=2.07～2.79，属钙碱性岩，在SiO2-Na2O+K2O图解(图3)中，样品均落入亚碱性系列，在TAS图解中(图4)，样品均落入亚碱性花岗岩系列，在AFM图解中(图5)，样品均属钙碱性系列。全碱含量较高，K2O+Na2O的含量为7.75%～9.24%，显示出壳源的特点。A/CNK=0.94～1.05，为过铝质—偏铝质花岗岩，多数样品CIPW标准矿物中含刚玉，显示出高铝的特点。A/CNK均小于1.1，显示出Ⅰ型花岗岩特征。

表1 早石炭世花岗质岩体岩石化学分析成果一览表 单位：%

图3 早石炭世花岗质岩体SiO2-Na2O+K2O图解(据T.N.Irvine等修改[20]，1971)

图4 早石炭世花岗质岩体TAS图解(据Peccerillo and Taylor[21]，1976)

图5 早石炭世花岗质岩体AFM图解(据T.N.Irvine等修改[20]，1971)

3.1.3 碱长花岗岩

该类侵入体中SiO2含量为68.40%～75.86%，属酸性岩类(表1)。CIPW标准矿物计算及主要补充参数特征见表2，里特曼指数δ=2.17～2.49，属钙碱性岩，在SiO2-Na2O+K2O图解中(图3)，样品均落入亚碱性系列，在TAS图解中(图4)，样品均落入亚碱性花岗岩系列，在AFM图解中(图5)，样品均属钙碱性系列。全碱含量较高，K2O+Na2O的含量为7.95%～8.76%，显示出壳源的特点。A/CNK=0.97～1.01，为过铝质—偏铝质花岗岩，半数样品CIPW标准矿物中含刚玉，显示出高铝的特点。A/CNK均小于1.1，属Ⅰ型花岗岩。

表2 早石炭世花岗质岩体CIPW标准矿物计算及主要补充

续表2

续表2

3.2 稀土元素特征

斑状二长花岗岩稀土元素总量∑REE=(138.49～310.52)×10-6，轻稀土元素含量LREE=(108.33～290.93)×10-6，重稀土元素含量HREE=(14.4～44.41)×10-6，轻重稀土元素比值LREE/HREE=2.63～16.79，(LaN/YbN)=1.63～21.63，δEu=0.07～0.72，均小于1，弱—中等铕异常。在稀土元素配分图上(图6)，整体表现为轻稀土富集的右倾型曲线特点。岩石属轻稀土富集型，重稀土相对平坦，轻重稀土分馏明显，显示出地壳重熔的特点。

图6 早石炭世花岗质岩体稀土元素配分曲线图(据周丽娅等[22]修改，2001)

正长花岗岩稀土元素总量∑REE=(147.24～403.05)×10-6，轻稀土元素含量LREE=(134.04～350.12)×10-6，重稀土元素含量HREE=(13.2～52.93)×10-6，轻重稀土元素比值LREE/HREE=3.54～10.15，(LaN/YbN)=2.86～11.02，δEu=0.07～0.67，均小于1，弱—中等铕异常。在稀土元素配分图上(图6)，整体表现为轻稀土富集的右倾型曲线特点。岩石属轻稀土富集型，重稀土相对平坦，轻重稀土分馏明显，显示出地壳重熔的特点。

碱长花岗岩稀土元素总量∑REE=(242.38～286.43)×10-6，轻稀土元素含量LREE=(200.59～253.69)×10-6，重稀土元素含量HREE=(32.74～45.41)×10-6，轻重稀土元素比值LREE/HREE=4.42～7.75，(LaN/YbN)=4.01～8.33，δEu=0.08～0.46，均小于1，弱—中等铕异常。在稀土元素配分图上(图6)，整体表现为轻稀土富集的右倾型曲线特点。岩石属轻稀土富集型，重稀土相对平坦，轻重稀土分馏明显，显示出地壳重熔的特点。

从稀土元素总量来看，斑状二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩中稀土元素总量比较接近，从其稀土元素均值配分图上(图7)，斑状二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩中轻稀土元素比较接近，重稀土元素中斑状二长花岗岩比正长花岗岩、碱长花岗岩含量稍低，说明岩浆岩的同源性。

图7 早石炭世花岗质岩体稀土元素均值配分曲线图(据周丽娅等[22]修改，2001)

3.3 微量元素特征

研究表明，Ⅰ型花岗岩成因主要为幔源岩浆分异导致下地壳岩石受热熔融[23]；幔源岩浆上涌与下地壳长英质岩浆混合，而后发生结晶分异作用形成[24]。本区早石炭世花岗质岩体岩石样品均具有高硅(68.40%～75.96%)，Rb、Sr等富大离子亲石元素及轻稀土元素，从微量元素原始地幔标准化蛛网图上可以看出(图8)，本区早石炭世花岗质岩体亏损重稀土元素、Nb、Ta、P、Ti等高场强元素，显示壳源特征[25]。在微量元素方面(表5)，Rb/Sr比值介于0.44～16.46，高于地壳Rb/Sr标准值0.35[26]；Ba/Nb与La/Nb比值为3.04～78.67和1.04～5.32，与地幔标准值9.0和0.94相差较大，更接近于地壳标准值54.0和2.20[27]。岩石Th/La比值为0.38～2.09，Th/Nb比值为0.96～4.41，均高于地壳平均值0.28、0.70[28]。因此，上述地球化学特征显示该岩石更有可能为地壳岩石部分熔融而形成。

图8 早石炭世花岗质岩体微量元素原始地幔标准化蛛网图(据周丽娅等[22]修改，2001)

4 地质意义

4.1 岩浆演化规律

早石炭世花岗质岩体组合斑状二长花岗岩—正长花岗岩—碱长花岗岩，二长花岗岩SiO2平均含量为71.91%，K2O平均含量为4.11%，正长花岗岩SiO2平均含量为73.42%，K2O平均含量为4.79%，碱长花岗岩SiO2平均含量为73.75%，K2O平均含量为4.55%，SiO2含量逐渐增大，向更酸性发展；K2O逐渐增多，碱性长石含量增多；CIPW标准矿物中石英和正长石逐渐增多，钙长石逐渐减少；微量元素蛛网图中Sr、Ba、P、Ti的值由大变小，负异常逐渐增强；Eu的值越来越小，Eu的负异常程度越来越强。本区早石炭世花岗质岩体的构造环境相近，源区物质较均一，富硅、钾，贫钙、镁、铁，稀土元素、微量元素特征相似，说明其岩浆的同源性。故推断，早石炭世花岗质岩体岩浆演化是由斑状二长花岗岩—正长花岗岩—碱长花岗岩的过程(表3、表4)。

表3 早石炭世花岗质岩体稀土元素分析结果一览表 单位：×10-6

表4 早石炭世花岗质岩体稀土元素标准比值(C1球粒陨石)一览表

4.2 构造环境分析

1∶25万阿拉克湖幅矿调项目中[28]，在测区特里喝姿一带采集该期碱长花岗岩测年样品，通过单矿物锆石U-Pb同位素测年，获得了325～351Ma的年龄值，代表了该岩体成岩年龄[29]，为早石炭世。

目前对大陆碰撞造山的演化阶段有不同的划分方案和认识，但一般将两个大陆板块之间的大洋消失后的初始对接碰撞，至汇聚作用结束，转化为板内环境的这一时期称为碰撞期或碰撞造山期。

Leigeois[30]将造山期进一步划分为碰撞环境和晚/后碰撞环境。他认为碰撞环境反映陆—陆碰撞造山。而后碰撞环境向板内环境的转变，标志着整个碰撞造山作用的结束。国内学者将两个大陆碰撞之后，陆内块体汇聚并一直延续至后造山伸展阶段称为陆内造山环境[31]。

如果一个造山带的形成主要经历了大洋板块向大陆板块俯冲、弧陆或陆陆碰撞以及碰撞之后的造山带垮塌过程，那么以碰撞事件作为标志，可以将造山带的演化分为俯冲、同碰撞和后碰撞等3个主要阶段。所谓碰撞是指伴随主要大洋闭合后2个或多个大陆板块焊接、形成新大陆的重要阶段[32]，以大规模推覆构造变形和高压变质作用为标志[30,33-34]。而后碰撞阶段可以继续发生板块汇聚，产生陆内逆冲和走滑变形以及块体的逃逸，晚期则出现走滑和伸展断裂活动[35]。后碰撞阶段相当于造山带演化的“晚造山”阶段，可以持续到陆内磨拉石盆地发育和“非造山”阶段开始(表5、表6)[36]。

表5 早石炭世花岗质岩体微量元素分析结果表 单位：×10-6

表6 早石炭世花岗质岩体微量元素标准比值(/N-MORB)一览表

根据花岗岩类形成时的构造背景，还可以划分出不同的花岗岩类组合[37]，因而出现了判别花岗岩类构造环境的图解方法[33,38-39]，并且得到了广泛的应用。Pearce等[33]将花岗岩与构造背景联系起来，构筑了一系列判别花岗岩类构造环境的图解，其中后碰撞和同碰撞是碰撞环境的2个不同阶段。

Pitcher[37]则将花岗岩类型纳入板块构造框架的造山带演化过程之中，其中的造山期后的隆起阶段就相当于后碰撞阶段，主要以高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩类为主。在Batchelor&Bowdden的R1—R2图解中(图9)[39]，斑状二长花岗岩样品落入同碰撞期的环境；正长花岗岩样品落入造山晚期的环境，碱长花岗岩投影点落入造山晚期的环境，东昆仑地区泥盆-石炭纪处于陆壳伸展阶段[40-45]，推测本区花岗岩构造环境多为后碰撞伸展环境。Pearce等[33]将花岗岩的形成环境与大地构造环境相联系，把花岗岩类分为洋脊、火山弧、板内、碰撞带型，在Pearce Rb-Yb+Nb图解中(图10)[33]，投点落入火山弧和同碰撞区域内，以及二者交界处。根据以上内容判断，早石炭世花岗质岩体岩浆演化是由斑状二长花岗岩—正长花岗岩—碱长花岗岩的过程，该期花岗岩主要形成于同碰撞期向后碰撞伸展期转化的构造环境。

①—地幔分离；②—板块碰撞前的；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—造山期后的图9 早石炭世侵入体R1—R2图解(据Batchelor&Bowdden等修改[39]，1985)

VAG—火山弧;ORG—洋中脊；WPG—板内；syn-COLG—同碰撞图10 早石炭世侵入体Rb-Yb+Nb图解(据Pearce等修改[33]，1984)

5 结论

(1)早石炭世花岗质岩体主要沿昆中断裂带两侧断续分布，根据岩性特征可划分为3类，即浅肉红色斑状二长花岗岩、肉红色正长花岗岩、肉红色中细粒碱长花岗岩。

(2)主量元素特征显示，花岗质岩体全碱含量较高，显示出壳源的特点。为过铝质—偏铝质花岗岩，属Ⅰ型花岗岩。

(3)稀土元素特征显示，岩石属轻稀土富集型，重稀土相对平坦，轻重稀土分馏明显，具弱—中等铕异常，显示出地壳重熔的特点。微量元素特征显示，花岗质岩体中Rb、Sr明显富集，Nb、Ta、P、Ti亏损，显示出壳源型花岗岩特点。

(4)早石炭世花岗质岩体岩浆演化是由斑状二长花岗岩—正长花岗岩—碱长花岗岩的过程，早石炭世花岗质岩体组合主要形成于同碰撞期向后碰撞伸展期转化的构造环境。