中祁連西段巴嘎德爾基巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質意義

齊瑞榮

(甘肅省地礦局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735009)

祁連山西段的野馬山地區分布著大量呈巖基產出的中酸性侵入巖，1:20萬區域地質調查認為其是加里東期花崗巖，主要是根據構造旋回、巖漿建造及巖體穿插關系，并與祁連山地區同一構造帶內侵入巖進行對比而確定的，并無可靠的同位素測年資料。20世紀90年代以來，一些學者對祁連山西段的中酸性侵入巖開展了同位素測年工作，如蘇建平等［1］通過對野馬山東側的黑溝梁子花崗巖單顆粒鋯石U-Pb同位素測年，獲得206Pb/238U表面年齡444±17Ma，并認為形成于板塊碰撞階段;而野馬南山主峰一帶花崗巖單顆粒鋯石U-Pb同位素年齡為444±38Ma，成因為埃達克質巖石，形成于板塊碰撞前［2］。李建峰等(2010)運用SHRIMP鋯石 U-Pb定年獲得石包城、肅北地區花崗巖體侵入時代分別為435±4Ma和415±3Ma，并認為前者形成于洋殼俯沖的島弧環境，而后者為加里東造山作用晚期陸陸碰撞后產物［3］。

上述研究提高了該地區中酸性侵入巖的研究程度，但中祁連西段花崗巖類的研究，仍然相對薄弱。筆者在開展區域地質調查工作過程中，在祁連山西段野馬南山南側巴嘎德爾基一帶花崗巖體中獲得462.9±1.4Ma的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡，本文試圖通過對該巖體巖石學、巖石地球化學及年代學的研究，為研究祁連山西段構造演化提供基礎資料。

1 巖體地質和巖石學特征

巴嘎德爾基巖體位于甘肅省肅北縣縣城東南約86km的大道爾吉鉻礦區-巴嘎德爾基一帶(圖1)，是野馬南山巖基的重要組成部分，構造上位于祁連山西段中祁連地塊的南緣。呈近東西向的小巖基產出，巖體長20km，寬3～5km，出露面積約70km2，侵入于薊縣紀花兒地組(Jxh)、北大河巖群C巖組(Ar-PtB)等地層以及晚寒武世閃長巖中。在巴嘎德爾基一帶與大道爾基蛇綠巖套也呈侵入接觸。巖體呈外傾式接觸，傾角40°～60°不等，接觸界線清楚，外接觸帶形成熱接觸變質帶，接觸帶內側見有大量的閃長巖、大理巖、變砂巖等捕擄體。據巖體內侵入體產狀、巖石特征的不同，可分為早、晚兩期侵入巖。

圖1 中祁連西段巴嘎德爾基地區地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of the Bagadeerji area in thewestern part of the central Qilian Mountains

早期侵入巖主要分布于巖體邊部，巖石為中粒二長花崗巖，肉紅色，中?；◢徑Y構，塊狀構造，礦物粒徑在2～5mm之間。巖石由斜長石(35% ±)、鉀長石(27% ±)、石英25% ±、黑云母(9% ±)、角閃石(6%±)和微量磁鐵礦、榍石組成。斜長石呈板狀、寬板狀，半自形晶，粒徑以2～3mm居多，少量可達40mm±，發育聚片雙晶，表面見較弱的絹云母化。鉀長石呈他形粒狀，局部可見鉀長石包裹斜長石，鉀長石為顯微條紋長石。黑云母、角閃石呈自形晶，與斜長石、鉀長石鑲嵌分布。副礦物磁鐵礦等包裹在暗色礦物質中。

晚期為細粒鉀長花崗巖，主要分布于巖體中心部位，巖石呈肉紅色，細?；◢徑Y構，塊狀構造，礦物粒徑＜2mm。巖石礦物組成:鉀長石(52% ±)、斜長石(5% ±)、石英(25% ±)、黑云母(12% ±)、角閃石(5% ±)和微量磁鐵礦、磷灰石等。斜長石呈板狀、寬板狀，半自形晶，粒徑＜2mm，大多數在1～2mm間，發育聚片雙晶，表面見較弱的絹云母化。鉀長石:呈他形粒狀，為顯微條紋長石。黑云母、角閃石呈自形-半自形晶，與長石、石英鑲嵌分布，副礦物磁鐵礦等包裹在暗色礦物質中。石英成形粒狀，填充在長石與暗色礦物的空隙中。

2 樣品的采集及分析方法

本文分析的樣品均采自巴嘎德爾基巖體內部遠離脈體、蝕變帶和裂隙的新鮮巖石，并在顯微鏡下詳細觀察后，挑選出較新鮮、蝕變相對較弱，具代表性的樣品。主量元素、稀土、微量元素測試在國土資源部天津地質礦產研究所進行，其中主量元素分析了 SiO2、Fe2O3、Al2O3、FeO、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、TiO2、CO2、MnO、燒失量和 H2O 等 15 項，除H2O采用重量法外，其余氧化物都用X-螢光光譜法測定，分析精度(相對誤差)優于1%。微量和稀土元素采用ICP-MS測定，其元素的分析誤差小于 5%。微量元素分析了 Cr、Ni、Co、Li、Rb、Cs、Sr、Ba、V、Sc、Nb、Ta、Zr、Hf、Be、Ga、U、Th 等 18 項元素，稀土元素分析了 La、Ce、Pr、Sm、Nd、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y 等15 項元素。

同位素樣品采集了新鮮無蝕變的細粒鉀長花崗巖樣品30kg，在河北區域地質調查隊實驗室進行了鋯石的挑選工作，首先對樣品進行破碎，選取無磁或弱磁性的鋯石單顆粒，然后對鋯石進行礦物學和形態學鑒定，樣品測試是在國土資源部天津地質礦產研究所分析測試研究中心同位素室完成，采用LA-ICP-MS對顆粒鋯石進行測試，測試過程中采用標樣和平行樣對測試過程進行質量監控和檢驗，以確保數據準確性。數據處理、年齡計算和繪圖使用(Ludwig 2003)ISOPLOT程序，206Pb/238U加權平均年齡的誤差為95%置信的結果。

2 巖石地球化學特征

2.1 主量元素

巴嘎德爾基巖體主量元素分析結果見表1，稀土元素分析結果見表2，微量元素分析結果見表3。

圖2 巴嘎德爾基巖體硅堿圖Fig.2 SiO2vs.K2O diagram of the granitoids from the Bagadeerji granitic plutons

從表1中可以看出，巴嘎德爾基巖體SiO2介于65.45% ～70.00%之間，平均68.18%，屬酸性侵入巖范疇。巖石富堿(Na2O+K2O含量介于7.3%～8.0%之間)，且相對富鉀質(Na2O/K2O介于0.62～0.68之間)，里特曼組合指數(σ)為2.06～2.48，在硅堿圖解上(圖2)樣品投點落入高鉀鈣堿性系列區。Al2O3含量介于13.37% ～15.26%，鋁飽和指數(A/CNK)介于1.3～1.5之間，在CIPW標準礦物中見剛玉分子(0.00% ～0.96%)，說明巖石屬過鋁質的花崗巖。此外，巖石的Fe2O3、K2O含量隨SiO2的增加而增加，而CaO、FeO、TiO2、MnO含量呈減少趨勢，具正常巖漿演化的特點。

2.2 稀土、微量元素特征

巖體稀土總量中等(∑REE介于128.89×10-6～169.52×10-6之間)，輕稀土富集，LREE/HREE 介于4.60～5.31之間，(La/Yb)n介于12.40～13.63之間)，弱負銪異常(δEu介于0.78～0.93之間)，在C1球粒隕石標準化稀土配分曲線圖解上中，曲線呈輕稀土富集右傾分配模式(圖3)，且輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯，負銪異常不明顯。

巴嘎德爾基巖體中相對富集大離子親石元素K、Rb、Ba、Th等，Rb含量介于157×10-6～184×10-6之間;Zr、Hf、Y、Yb等中等相容元素相對虧損，在洋脊花崗巖標準化微量元素蛛網圖中(圖4)，主要表現 Ba、Rb 強烈富集，Ce 弱富集，而 K2O、Ba、Ta、Nb、Zr相對虧損，形成峰谷相間的模式，與同碰撞花崗巖相似［4］。

3 討論

3.1 巖體時代

1:20 萬《月牙湖幅》區域地質調查報告將巴嘎德爾基巖體成巖時代確定為晚加里東期。由于很難從地質體野外相互關系來確定其形成時代。故本文采用同位素測年來確定其成巖時代。本次所采細粒鉀長花崗巖樣品中鋯石呈柱狀，一般長0.1～0.3 mm，寬0.02～0.1 mm，呈無色透明至淺黃色透明狀，鋯石較自形，結晶完好，具有巖漿鋯石的特征。測年采用LA-ICP-MS鋯石原位U-Pb定年法，測年過程中，盡量挑選純凈的、無包體、透明度好的鋯石晶體為測定年齡的對象，測試結果見表4和圖4。從圖4中可已看出，所測鋯石樣品均落入諧和線上，說明鋯石形成后，U和Pb同位素基本上沒有加入或丟失，U-Pb同位素體系是封閉的，根據諧和線上20顆鋯石的U-Pb年齡值，通過加權平均獲得462.9±1.4Ma的年齡，MSWD=0.16，說明巴嘎德爾基巖體形成時代為晚奧陶世。

這一結果與中祁連西段野馬南山黑溝梁子花崗巖(444±17Ma)［1］和野馬南山花崗巖(444 ±38)［1］接近，但較肅北、石包城地區出露的早古生代花崗巖形成時代早(435±4～415±3Ma)［3］。說明在中祁連山西段的野馬南山地區，在晚奧陶世－志留紀末這一時期發生過重要的構造活動事件。

?

圖3 巴嘎德爾基巖體稀土配分曲線(a)和洋脊花崗巖標準化微量元素蛛網圖(b)(圖例見圖2)Fig.3 Chondrite-normalized REE distribution patterns(a)and ocean ridge granites-normalized Trace element spidergram(b)for the the representative analyses of the Bagadeerji granitic plutons(symbols as in Fig.2)

圖4 巴嘎德爾基巖體鋯石LA-ICP-MS同位素諧和圖譜Fig.4 Concordia plot for the Bagadeerji granitic plutons

圖5 巴嘎德爾基巖基Y－Nb(a)和(Y+Nb)－Rb(b)判別圖解(據Pearce et al.，1984)Fig.5 Y－Nb(a)and(Y+Nb)－Rb(b)discrimination diagrams for the Bagadeerji granitic plutons(after Pearce et al.，1984)

?

3.2 構造環境

巴嘎德爾基巖體巖相學、主量元素、稀土和微量元素特征都表明其屬于過鋁質高鉀鈣堿性巖漿系列花崗巖，如鋁飽和指數(A/CNK)值大于1.1(介于1.3～1.5之間)，CIPW標準礦物中出現剛玉分子(0.00% ～0.96%)。巖體富集大離子親石元素 K、Rb、Th 和輕稀土元素，虧損 Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Yb等元素，洋脊花崗巖標準化微量元素蛛網圖(圖3)也具有同碰撞花崗巖曲線模式［4］。

在Nb-Y圖解(圖5a)中落入火山弧和同碰撞花崗巖區域區，在Rb-Nb+Y圖解(圖5b)樣點落入同碰撞與火山弧花崗巖過渡區。在R1-R2圖解中(圖6)中，巴嘎德爾基巖體落入同碰撞花崗巖，同樣，在Rb/30-Hf-Ta*3圖解中(圖7)投影落入碰撞后期花崗巖范圍類，說明巴嘎德爾基巖體具有碰撞期花崗巖的特征。

圖6 巴嘎德爾基巖體R1－R2圖解Fig.6 R1－R2 plot for the Bagadeerji granitic plutons

4 地質意義

本文測得巴嘎德爾基巖體LA-ICP-MS鋯石UPb同位素年齡為462.9±1.4Ma，屬晚奧陶世巖漿活動的產物。在區域上，中祁連構造帶中存在大量同期中酸性侵入巖，同位素年齡一般在400～460Ma之間。這些花崗巖多數屬S型花崗巖，形成于碰撞環境。少數為I型花崗巖，形成于俯沖環境和碰撞后伸展環境［1－3，5－7］，這些中酸性侵入巖共同構成了中祁連早古生代構造巖漿帶。此外，在中祁連地塊北側，北祁連高壓變質帶榴輝巖變質時間為463±6Ma［8］，多硅白云母及藍閃石等高壓變質礦物的39Ar-40Ar年齡也集中在 440 ～460Ma［9－10］進一步證明了在奧陶紀末－志留紀中祁連地塊與華北板塊發生過強烈的俯沖、碰撞造山作用。巴嘎德爾基巖體無論是主量元素、稀土、微量元素特征，還是構造環境判別圖解均顯示出碰撞期花崗巖的特征。

夏林圻等(1996)［11］研究認為，中祁連地塊與華北板塊碰撞造山作用發生在志留紀末到泥盆紀初發生碰撞造山(445～428Ma)，但巴嘎德爾基巖體侵位時代為晚奧陶世(462.9±1.4Ma)，說明在祁連山西段中板塊碰撞造山作用在晚奧陶世就已開始，很可能是晚奧陶世在祁連山區發生的古浪運動的產物［12］。

圖7 巴嘎德爾基巖體Rb/30－Hf－Ta*3圖解(據Harris et al.，1986)Fig.7 Rb/30－Hf－Ta*3 plot for the Bagadeerji granitic plutons(after Harris et al.，1986)

5 結論

(1)中祁連西段野馬南山一帶的巴嘎德爾基巖體LA-ICPMS鋯石U-Pb加權平均年齡為462.9±1.4Ma，表明其形成時代為晚奧陶世。

(2)巴嘎德爾基巖體巖石相對富鉀質，里特曼組合指數(σ)為2.06～2.48，屬于高鉀鈣堿性巖漿系列花崗巖，鋁飽和指數(A/CNK)值大于1.1(介于1.3～1.5之間)，CIPW標準礦物中出現剛玉分子(0.00% ～0.96%)，具S型花崗巖的特點。富集大離子親石元素K、Rb、Th和輕稀土元素，虧損Nb、Ta、Zr、Hf、Y、Yb 等元素。結合區域地質背景及構造環境判別圖解其形成于陸陸碰撞環境。

致謝:本文為甘肅1:5萬五個泉子達坂-大道爾基鉻鐵礦區域礦產調查項目的成果之一，參加野外工作的有魏志軍，漆瑋、程旭、黃增保等，在此表示衷心的感謝。

［1］蘇建平，胡能高，張海峰，馮備戰.中祁連西段黑溝梁子花崗巖的鋯石U-Pb同位素年齡及成因［J］.現代地質，2004a，18(1):70－74.

［2］蘇建平，張新虎，胡能高，付國民，張海峰.中祁連西段野馬南山埃達克質花崗巖的地球化學特征及成因［J］.中國地質，2004b，31(4):365 －371.

［3］李建峰，張志誠，韓寶福.中祁連西段肅北、石包城地區早古生代花崗巖年代學、地球化學特征及其地質意義［J］.2010，26(8):2431－2444.

［4］高秉璋，洪大衛，鄭基儉，等.花崗巖類區1∶5萬區域地質填圖方法指南［M］.武漢:中國地質大學出版社，1991，20－37.

［5］夏林圻，夏祖春，徐學義.北祁連奧陶紀弧后盆地火山巖漿成因［J］.中國地質，2003，30(1):48 －60.

［6］張宏飛，靳蘭蘭，張利，袁洪林，周煉，張本仁.基底巖系和花崗巖類Pb-Nd同位素組成限制祁連山帶的構造屬性［J］.地球科學-中國地質大學學報，2006，31(1):57 －65.

［7］陳雋璐，徐學義，曾佐勛，等.中祁連東段什川雜巖基的巖石化學特征及年代學研究［J］.巖石學報，2008，24(4):841 －858.

［8］宋述光，張立飛，Y.Niu，等.北祁連山榴輝巖錯石SHRIMP定年及其構造意義［J］.科學通報，2004，49(6):592 －595.

［9］吳漢泉，馮益民，霍有光，左國朝.北祁連山中段甘肅肅南奧陶系變質硬柱石藍閃片巖的發現及其意義［J］.地質論評，1990，36(3):277 －280.

［10］張建新.許志琴，陳文，徐慧芬.北祁連中段俯沖-增生雜巖/火山弧的時代探討［J］.巖石礦物雜志，1997，16(2):112－119.

［11］夏林圻，夏祖春，徐學義.北祁連海相火山巖巖石成因［M］.北京:地質出版社，1990.

［12］甘肅省地質礦產局.甘肅省區域地質志［M］.北京:地質出版社，1989.