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    青海省赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体成因:锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约

    崔加伟 郑有业 孙祥 吴松 高顺宝 田立明 孙君一 杨超

    崔加伟, 郑有业, 孙祥, 吴松, 高顺宝, 田立明, 孙君一, 杨超, 2016. 青海省赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体成因:锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约. 地球科学, 41(7): 1156-1170. doi: 10.3799/dqkx.2016.515
    引用本文: 崔加伟, 郑有业, 孙祥, 吴松, 高顺宝, 田立明, 孙君一, 杨超, 2016. 青海省赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体成因:锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约. 地球科学, 41(7): 1156-1170. doi: 10.3799/dqkx.2016.515
    Cui Jiawei, Zheng Youye, Sun Xiang, Wu Song, Gao Shunbao, Tian Liming, Sun Junyi, Yang Chao, 2016. Origin of Granodiorite and Mafic Microgranular Enclave in Saizhisi, Qinghai Province: Zircon U-Pb Geochronological, Geochemical and Sr-Nd-Hf Isotopic Constraints. Earth Science, 41(7): 1156-1170. doi: 10.3799/dqkx.2016.515
    Citation: Cui Jiawei, Zheng Youye, Sun Xiang, Wu Song, Gao Shunbao, Tian Liming, Sun Junyi, Yang Chao, 2016. Origin of Granodiorite and Mafic Microgranular Enclave in Saizhisi, Qinghai Province: Zircon U-Pb Geochronological, Geochemical and Sr-Nd-Hf Isotopic Constraints. Earth Science, 41(7): 1156-1170. doi: 10.3799/dqkx.2016.515

    青海省赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体成因:锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约

    doi: 10.3799/dqkx.2016.515
    基金项目: 

    青海省甘德县青珍矿产远景调查项目 12120113031400

    详细信息
      作者简介:

      崔加伟(1990-),男,博士生,主要从事矿床学、区域地质调查等研究.E-mail:1cuijiawei1@163.com

      通讯作者: 郑有业, E-mail: zhyouye@163.com
    • 中图分类号: P581

    Origin of Granodiorite and Mafic Microgranular Enclave in Saizhisi, Qinghai Province: Zircon U-Pb Geochronological, Geochemical and Sr-Nd-Hf Isotopic Constraints

    • 摘要: 祁连造山带分为南祁连、中祁连和北祁连构造带.赛支寺岩体位于中祁连与南祁连构造带的结合部位.首次发现了赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体,然而对于暗色包体的成因机理以及与寄主岩石之间的成因联系仍存在很多争议.并对其进行了系统的锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素、岩石地球化学以及Sr-Nd同位素地球化学研究,探讨赛支寺岩体及其暗色包体的成因及动力学背景.LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学表明,赛支寺花岗闪长岩形成于446.1±1.3 Ma,包体形成于446.0±1.0 Ma,两者在误差范围内一致,排除了包体为捕虏体成因.暗色包体具较低的SiO2含量、较高的Na2O/K2O比值,低Sr/Y、La/Yb比值,与寄主岩稀土配分曲线基本一致,但LREE相对较低;86Sr/87Sr=0.706 4~0.706 7,εNd(t)=-7.38~-7.97;发育针状磷灰石,形成于岩浆混合作用.寄主岩SiO2=66.45%~68.12%,Na2O/K2O=0.80~0.97,A/CNK=0.91~1.03,显示准铝质-弱过铝质岩浆特点;富集大离子亲石元素Rb、Th、U、K,亏损Nb、Ta等元素,高Sr/Y、La/Yb比值,轻稀土富集,弱负Eu异常;86Sr/87Sr=0.709 3~0.709 5,εNd(t)=-1.75~-1.03,与祁连造山带I型花岗岩相似;锆石εHf(t)=1.7~6.8,TDM2=995~1 750 Ma.综上所述认为,寄主花岗闪长岩形成于壳幔岩浆混合.结合区域地质背景,赛支寺花岗闪长岩形成于俯冲背景下,幔源岩浆上涌,侵入到下地壳中,造成下地壳物质熔融,由这种既有幔源物质又有古老地壳物质的花岗岩岩浆形成.
    • 图 1  研究区地质简图及采样位置

      Figure 1.  Sketch geological map and sampling sites of the igneous rocks in Saizhisi

      Song et al.(2006, 2007)、吴才来等(2006, 2010)、陈隽璐等(2008)雍拥等(2008)Wu et al.(2011)熊子良等(2012)秦海鹏等(2014)

      图 2  赛支寺花岗闪长岩及包体

      Figure 2.  Photos of Saizhisi granodiorite and MMEs

      a.包体野外照片;b.花岗闪长岩照片;c.包体镜下照片;d.花岗闪长岩镜下照片;Pl.斜长石;Ap.磷灰石;Hb.角闪石;Q.石英

      图 3  六道沟组锆石锆石阴极发光图像

      Figure 3.  Cathodoluminescence images of Saizhisi pluton

      图 4  锆石U-Pb年龄谐和图

      Figure 4.  U-Pb zircon concordia diagram

      a.寄主岩;b.暗色包体

      图 5  锆石Hf同位素演化

      Figure 5.  Hf evolution of zircon

      吴才来等(2010)Wu et al.(2011)秦海鹏(2014)赵辛敏等(2014)

      图 6  赛支寺花岗闪长岩QAP图解

      Figure 6.  The QAP nomenclature diagram of the Saizhisi granodiorite

      图 7  赛支寺花岗闪长岩SiO2-K2O关系

      Figure 7.  The relation of SiO2-K2O of granitic plutons

      图例同图 6

      图 8  赛支寺花岗闪长岩A/NK-A/CNK关系

      Figure 8.  The relation of A/NK-A/CNK of granitic plutons

      图例同图 6

      图 9  花岗闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线

      Figure 9.  Chondrite-normalized REE patterns of granitoids

      图 10  花岗闪长岩球粒陨石标准化微量元素蛛网图

      Figure 10.  Primitive mantle normalized trace elements patterns of granitoids

      图 11  87Sr-86Sr-εNd(t)关系

      Figure 11.  The relation of 87Sr-86Sr-εNd(t)

      吴才来等(2010)熊子良等(2012)Chen et al.(2015)

      图 12  86Sr/87Sr和εNd(t)与SiO2关系

      Figure 12.  The realtion of 86Sr/87Sr and εNd(t) vs. SiO2

      图例同图 6;FC.分离结晶作用;AFC.岩浆同化混染-结晶分离作用

      图 13  Ga/Al-K2O+Na2O和Ga/Al-TFeO/MgO判别图解

      Figure 13.  The discrimination diagram of Ga/Al-K2O+Na2O and Ga/Al-TFeO/MgO

      Whalen et al.(1987);图例同图 6;A.A型花岗岩;I-S.I-S型花岗岩

      图 14  SiO2-P2O5关系

      Figure 14.  The relation of SiO2-P2O5

      图 15  赛支寺花岗闪长岩Nb-Y和Ta-Y构造环境判别图解

      Figure 15.  The discrimination diagram of Nb-Y and Ta-Y

      Pearce et al.(1984)

      表 1  赛支寺岩体及锆石锆石U-Pb年龄测定结果

      Table 1.  U-Pb zircon LA-ICP-MS chronological data of samples

      样品 组成(10-6) Th/U 元素比值 年龄(Ma)
      Pb Th U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 208Pb/232Th 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
      PM2-1 111.26 458.38 1 243.44 0.37 0.059 03 0.000 94 0.620 21 0.007 96 0.076 23 0.000 45 0.030 05 0.000 28 568 18 490 5 474 3
      PM2-2 116.13 460.42 1 414.74 0.33 0.058 36 0.000 8 0.577 45 0.005 83 0.071 78 0.000 4 0.028 94 0.000 21 543 13 463 4 447 2
      PM2-3 56.40 227.43 668.95 0.34 0.056 2 0.000 88 0.555 98 0.006 99 0.071 78 0.000 42 0.027 96 0.000 26 460 18 449 5 447 3
      PM2-4 114.75 460.60 1 387.70 0.33 0.061 11 0.000 87 0.598 6 0.006 51 0.071 07 0.000 4 0.031 11 0.000 25 643 14 476 4 443 2
      PM2-5 94.64 444.84 1 089.32 0.41 0.068 19 0.001 02 0.672 47 0.007 83 0.071 55 0.000 42 0.034 59 0.000 28 874 15 522 5 445 3
      PM2-6 100.34 359.11 1 237.84 0.29 0.059 93 0.000 85 0.591 42 0.006 31 0.071 6 0.000 4 0.030 52 0.000 25 601 14 472 4 446 2
      PM2-7 75.19 258.02 881.80 0.29 0.062 6 0.000 92 0.617 15 0.007 02 0.071 53 0.000 41 0.033 61 0.000 29 695 15 488 4 445 2
      PM2-8 136.41 732.26 1 575.51 0.46 0.060 71 0.000 8 0.601 13 0.005 61 0.071 84 0.000 39 0.029 79 0.000 19 629 11 478 4 447 2
      PM2-9 148.61 770.48 1 709.55 0.45 0.067 66 0.001 27 0.669 85 0.010 81 0.071 83 0.000 48 0.032 28 0.000 35 858 22 521 7 447 3
      PM2-10 73.04 350.14 879.34 0.40 0.060 66 0.000 95 0.600 18 0.007 55 0.071 79 0.000 42 0.025 97 0.000 24 627 17 477 5 447 3
      PM2-11 125.14 612.79 1 437.01 0.43 0.064 7 0.000 88 0.639 76 0.006 33 0.071 74 0.000 4 0.030 19 0.000 21 765 12 502 4 447 2
      PM2-12 141.06 779.01 1 624.11 0.48 0.064 63 0.000 82 0.637 38 0.005 53 0.071 56 0.000 38 0.028 4 0.000 17 762 10 501 3 446 2
      PM2-13 100.47 402.27 1 245.61 0.32 0.059 81 0.001 15 0.592 6 0.009 89 0.071 89 0.000 47 0.028 88 0.000 36 597 25 473 6 448 3
      PM2-14 87.45 64.80 528.94 0.12 0.068 04 0.000 95 1.344 46 0.017 15 0.143 31 0.000 82 0.043 62 0.000 44 870 30 865 7 863 5
      PM3-1 13.48 86.73 149.76 0.58 0.059 86 0.001 43 0.595 37 0.012 91 0.072 16 0.000 53 0.024 14 0.000 30 599 34 474 8 449 3
      PM3-2 29.22 308.30 311.00 0.99 0.060 35 0.001 36 0.597 27 0.012 10 0.071 81 0.000 51 0.021 40 0.000 22 616 31 475 8 447 3
      PM3-3 47.96 720.48 487.75 1.48 0.056 69 0.001 08 0.558 91 0.009 23 0.071 53 0.000 46 0.020 52 0.000 15 479 25 451 6 445 3
      PM3-4 51.54 630.77 498.69 1.26 0.057 65 0.000 90 0.570 93 0.007 16 0.071 86 0.000 41 0.022 35 0.000 14 516 18 459 5 447 2
      PM3-5 11.19 74.43 129.99 0.57 0.057 26 0.001 69 0.567 07 0.015 70 0.071 86 0.000 59 0.022 00 0.000 36 502 46 456 10 447 4
      PM3-6 35.39 368.27 357.48 1.03 0.062 66 0.001 26 0.621 36 0.010 94 0.071 95 0.000 48 0.024 13 0.000 21 697 26 491 7 448 3
      PM3-7 44.12 530.80 466.15 1.14 0.056 89 0.001 76 0.561 07 0.016 86 0.071 53 0.000 50 0.022 23 0.000 11 487 70 452 11 445 3
      PM3-8 38.61 415.04 407.75 1.02 0.057 82 0.001 14 0.571 51 0.009 84 0.071 72 0.000 47 0.023 97 0.000 20 523 26 459 6 447 3
      PM3-9 11.27 76.87 128.70 0.60 0.058 34 0.001 56 0.576 27 0.014 24 0.071 67 0.000 55 0.025 17 0.000 35 543 41 462 9 446 3
      PM3-10 16.36 115.15 184.67 0.62 0.058 02 0.001 36 0.574 37 0.012 17 0.071 83 0.000 51 0.024 10 0.000 30 531 34 461 8 447 3
      PM3-11 23.15 214.63 251.05 0.85 0.058 16 0.001 43 0.575 87 0.012 95 0.071 84 0.000 53 0.023 84 0.000 27 536 36 462 8 447 3
      注:锆石U-Pb测年在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成.
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      表 2  赛支寺花岗闪长岩锆石Hf同位素分析结果

      Table 2.  Zircon Hf isotopic compositions of the Saizhisi granodiorite

      样品 176Hf/177Hf 1σ 176Lu/177Hf 1σ 176Yb/177Hf 1σ εHf(0) 1σ εHf(t) 1σ TDM1 TDM2 fLu/Hf
      PM2-01 0.282 702 0.000 040 0.001 547 0.000 038 0.038 456 0.001 020 -2.5 1.5 6.8 1.5 791 922 -0.95
      PM2-02 0.282 561 0.000 021 0.000 838 0.000 011 0.022 730 0.000 320 -7.5 0.9 2.1 0.9 973 1 185 -0.97
      PM2-03 0.282 551 0.000 027 0.000 701 0.000 006 0.017 996 0.000 349 -7.8 1.1 1.7 1.1 985 1 204 -0.98
      PM2-04 0.282 596 0.000 024 0.001 009 0.000 045 0.027 996 0.001 321 -6.2 1.0 3.2 1.0 929 1 121 -0.97
      PM2-05 0.282 573 0.000 020 0.000 706 0.000 019 0.017 304 0.000 427 -7.0 0.9 2.5 0.9 954 1 161 -0.98
      PM2-06 0.282 586 0.000 019 0.000 984 0.000 023 0.025 761 0.000 564 -6.6 0.8 2.9 0.9 942 1 140 -0.97
      PM2-07 0.282 577 0.000 024 0.000 905 0.000 016 0.024 071 0.000 512 -6.9 1.0 2.6 1.0 952 1 156 -0.97
      PM2-08 0.282 621 0.000 023 0.001 145 0.000 011 0.031 073 0.000 447 -5.3 1.0 4.0 1.0 897 1 074 -0.97
      PM2-09 0.282 671 0.000 023 0.001 372 0.000 066 0.039 828 0.002 039 -3.6 1.0 5.8 1.0 831 980 -0.96
      PM2-10 0.282 651 0.000 021 0.001 092 0.000 020 0.031 508 0.000 817 -4.3 0.9 6.2 0.9 853 995 -0.97
      PM2-11 0.282 614 0.000 021 0.001 184 0.000 014 0.036 508 0.000 514 -5.6 0.9 3.8 0.9 908 1 089 -0.96
      PM2-12 0.282 604 0.000 027 0.000 808 0.000 025 0.023 468 0.000 753 -5.9 1.1 3.5 1.1 913 1 102 -0.98
      PM2-14 0.282 597 0.000 022 0.001 048 0.000 025 0.029 330 0.000 787 -6.2 0.9 3.8 0.9 928 1 109 -0.97
      注:锆石Hf同位素中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成.
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      表 3  赛支寺岩体及包体主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果

      Table 3.  The major (%) and trace (10-6) element analysis of Bayankala Group

      样品样号 寄主岩 包体
      PM4-3-GXW1 PM4-3-GXW2 PM4-3-GXW3 P2-1GXW1 P2-1GXW2 P2-1GXW3 P1-0GXW1 P1-0GXW2 P1-0GXW3
      SiO2 67.35 67.17 68.12 67.14 66.62 66.45 52.35 53.70 55.02
      TiO2 0.50 0.49 0.43 0.51 0.58 0.54 0.77 0.86 0.77
      Al2O3 14.70 14.82 14.52 14.45 13.93 14.19 16.91 16.26 15.37
      Fe2O3 1.54 1.69 1.57 1.58 1.26 1.72 3.59 4.19 4.87
      FeO 1.92 1.88 1.63 2.05 2.60 2.05 4.85 5.50 5.60
      MgO 1.80 1.85 1.62 1.98 2.11 2.06 4.41 5.66 5.41
      MnO 0.07 0.06 0.07 0.07 0.08 0.07 0.18 0.24 0.22
      CaO 2.02 2.38 3.01 2.96 3.02 2.88 6.94 7.21 6.17
      Na2O 3.81 3.61 3.59 3.74 3.49 3.45 3.88 3.47 3.70
      K2O 3.99 3.92 4.22 4.06 3.60 4.30 1.44 1.58 1.51
      P2O5 0.27 0.27 0.23 0.28 0.31 0.30 0.16 0.28 0.25
      烧失量 1.52 1.35 1.91 0.66 0.85 0.87 1.1 1.57 1.59
      TFeO 3.31 3.40 3.04 3.47 3.73 3.59 8.08 9.27 9.98
      Na2O/K2O 0.95 0.92 0.85 0.92 0.97 0.80 2.69 2.19 2.45
      A/NCK 1.03 1.02 0.91 0.91 0.92 0.91 0.82 0.79 0.81
      Mg# 49.20 49.21 48.72 50.49 50.25 50.58 49.33 52.12 49.13
      钙长石(An) 8.32 10.12 10.96 10.65 11.91 10.63 27.05 26.11 22.6
      石英(Q) 25.24 25.64 24.5 23.17 25.47 23.53 5.61 7.19 9.41
      钠长石(Ab) 34.23 32.43 31.78 33.33 31.64 31.04 38.23 33.48 35.71
      正长石(Or) 25.62 25.17 26.7 25.86 23.33 27.65 10.14 10.89 10.42
      σ 2.50 2.35 2.43 2.52 2.13 2.56 3.03 2.38 2.26
      La 81.82 80.14 77.19 81.28 90.26 85.38 23.14 30.64 26.79
      Ce 141.2 139.6 132.3 139.4 156.3 148.2 44.41 68.69 51.27
      Pr 16.50 16.10 15.20 15.64 17.87 16.76 5.38 9.36 6.34
      Nd 56.71 55.08 51.62 53.78 61.54 56.74 20.59 37.67 23.97
      Sm 8.92 8.51 7.93 8.23 9.60 8.54 4.02 7.51 4.82
      Eu 2.06 2.09 1.94 1.89 2.11 1.98 1.23 1.59 1.29
      Gd 6.53 6.19 5.68 6.34 7.26 6.63 3.77 6.32 4.32
      Tb 0.970 0.913 0.851 0.896 1.04 0.939 0.653 1.04 0.735
      Dy 4.85 4.56 4.10 4.35 4.97 4.48 3.76 5.76 4.26
      Ho 0.893 0.817 0.753 0.797 0.904 0.826 0.769 1.16 0.875
      Er 2.20 2.07 1.94 2.03 2.31 2.06 2.12 3.19 2.42
      Tm 0.327 0.318 0.286 0.301 0.346 0.308 0.325 0.503 0.381
      Yb 2.18 2.02 1.85 1.89 2.19 1.98 2.13 3.28 2.50
      Lu 0.319 0.309 0.277 0.289 0.333 0.306 0.347 0.514 0.425
      LREE 307.20 301.55 286.19 300.23 337.66 317.58 98.77 155.44 114.46
      HREE 18.26 17.19 15.74 16.89 19.37 17.53 13.87 21.77 15.92
      LREE/HREE 16.82 17.54 18.19 17.77 17.44 18.12 7.12 7.14 7.19
      (La/Yb)N 25.31 26.78 28.12 29.01 27.75 29.10 7.33 6.29 7.21
      (La/Sm)N 5.77 5.92 6.12 6.21 5.91 6.29 3.62 2.57 3.50
      (Gd/Yb)N 2.42 2.48 2.48 2.71 2.67 2.70 1.43 1.55 1.39
      δEu 0.79 0.84 0.84 0.77 0.74 0.78 0.95 0.69 0.84
      Rb 120.70 94.78 98.96 126.20 116.90 112.90 41.56 47.22 60.55
      Ba 1053.73 1092.70 1296.55 935.80 800.41 1093.66 405.00 352.50 354.00
      Th 32.34 33.80 29.26 29.97 32.04 32.80 1.66 2.67 3.24
      U 5.06 7.28 5.04 3.70 3.78 3.92 0.38 1.11 1.66
      Nb 26.50 24.71 20.05 25.32 29.20 26.97 9.48 13.82 7.97
      Ta 2.10 1.91 1.29 1.94 2.06 1.95 0.74 0.86 0.50
      Sr 769.15 758.20 781.40 725.55 702.57 724.04 474.52 458.21 496.32
      Hf 7.48 6.93 6.09 7.05 7.85 7.43 6.25 5.97 4.07
      Zr 244.80 237.10 210.10 235.50 265.80 250.90 90.40 117.60 80.50
      Y 22.92 21.84 20.20 20.52 23.82 21.82 20.14 29.12 22.29
      Cr 24.94 25.84 18.19 35.91 46.27 41.07 22.29 45.25 86.59
      Ni 17.81 18.22 15.14 22.33 24.55 23.88 23.71 27.70 24.64
      Ga/Al 1.77 1.94 1.88 2.35 2.22 2.16 2.20 2.23 2.21
      注:主微量元素在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心完成.
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      表 4  赛支寺寄主岩及包体样品的Sr-Nd同位素组成

      Table 4.  Sr-Nd isotopic results of mafic microgranular enclaves and hosts rocks of the Saizhisi pluton

      87Sr/86Sr 87Rb/86Sr (87Sr/86Sr)t 2σ 143Nd/144Nd εNd(t) 2σ
      寄主 PM2-1 0.710 262 0.503 4 0.709 3 0.000 016 0.512 255 -7.467 062 528 0.000 009
      PM2-3 0.710 249 0.481 5 0.709 4 0.000 013 0.512 260 -7.379 476 356 0.000 009
      PM2-3 0.710 316 0.451 3 0.709 5 0.000 012 0.512 230 -7.967 415 603 0.000 010
      包体 PM3-1 0.706 847 0.253 4 0.706 4 0.000 016 0.512 581 -1.114 821 765 0.000 009
      PM3-2 0.707 046 0.298 1 0.706 5 0.000 015 0.512 585 -1.030 161 635 0.000 009
      PM3-3 0.707 354 0.353 0 0.706 7 0.000 014 0.512 548 -1.751 723 438 0.000 010
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    出版历程
    • 收稿日期:  2015-11-22
    • 刊出日期:  2016-07-11

    青海省赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体成因:锆石U-Pb年代学、岩石地球化学和Sr-Nd-Hf同位素制约

      通讯作者: 郑有业, zhyouye@163.com
      作者简介: 崔加伟(1990-),男,博士生,主要从事矿床学、区域地质调查等研究.E-mail:1cuijiawei1@163.com
    • 1. 中国地质大学地球科学与资源学院,北京 100083
    • 2. 中国地质大学资源学院,湖北武汉 430073
    • 3. 北京中凯宏德科技有限公司,北京 100083
    基金项目:  青海省甘德县青珍矿产远景调查项目 12120113031400

    摘要: 祁连造山带分为南祁连、中祁连和北祁连构造带.赛支寺岩体位于中祁连与南祁连构造带的结合部位.首次发现了赛支寺花岗闪长岩及其暗色包体,然而对于暗色包体的成因机理以及与寄主岩石之间的成因联系仍存在很多争议.并对其进行了系统的锆石U-Pb年代学、Lu-Hf同位素、岩石地球化学以及Sr-Nd同位素地球化学研究,探讨赛支寺岩体及其暗色包体的成因及动力学背景.LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学表明,赛支寺花岗闪长岩形成于446.1±1.3 Ma,包体形成于446.0±1.0 Ma,两者在误差范围内一致,排除了包体为捕虏体成因.暗色包体具较低的SiO2含量、较高的Na2O/K2O比值,低Sr/Y、La/Yb比值,与寄主岩稀土配分曲线基本一致,但LREE相对较低;86Sr/87Sr=0.706 4~0.706 7,εNd(t)=-7.38~-7.97;发育针状磷灰石,形成于岩浆混合作用.寄主岩SiO2=66.45%~68.12%,Na2O/K2O=0.80~0.97,A/CNK=0.91~1.03,显示准铝质-弱过铝质岩浆特点;富集大离子亲石元素Rb、Th、U、K,亏损Nb、Ta等元素,高Sr/Y、La/Yb比值,轻稀土富集,弱负Eu异常;86Sr/87Sr=0.709 3~0.709 5,εNd(t)=-1.75~-1.03,与祁连造山带I型花岗岩相似;锆石εHf(t)=1.7~6.8,TDM2=995~1 750 Ma.综上所述认为,寄主花岗闪长岩形成于壳幔岩浆混合.结合区域地质背景,赛支寺花岗闪长岩形成于俯冲背景下,幔源岩浆上涌,侵入到下地壳中,造成下地壳物质熔融,由这种既有幔源物质又有古老地壳物质的花岗岩岩浆形成.

    English Abstract

      • 钙碱性花岗质岩石中常发育有镁铁质暗色包体(mafic microgranular enclaves,MMEs),暗色包体含有丰富的壳-幔作用信息,是了解花岗岩成因和演化的重要窗口,因而在花岗岩类研究中备受关注.然而对于暗色包体的成因机理以及与寄主岩石之间的成因联系仍存在很多争议,其成因主要有以下5种观点:(1) 捕虏体成因,认为暗色包体是岩浆在上升过程中捕获的围岩(Chappell et al., 1987);(2) 源岩残留体成因,认为暗色包体是源区的难溶残余物质(Chappell et al., 1987);(3) 结晶分异成因,认为暗色包体是同源岩浆早期结晶矿物堆积而成(Chen et al., 2015);(4) 液态熔离成因,认为暗色包体是岩浆在液态时不混溶形成的,是中酸性岩浆岩熔离作用的结果(刘亮等,2012);(5) 岩浆混合成因,认为暗色包体是由于幔源岩浆灌入下地壳,引起下地壳熔融产生的(Zhu et al., 2009杨高学等,2010杨堂礼和蒋少勇,2015).

        祁连造山带位于中央造山带中段,向东与秦岭造山带相连,向西被阿尔金断裂所截切,是典型的增生型造山带(吴才来等, 2010).祁连造山带广泛发育加里东期I型花岗岩,年龄集中在440~476 Ma,普遍认为形成于俯冲造山的动力学背景下(Song et al., 2007; 陈隽璐等,2008; 雍拥等,2008吴才来等,2010Wu et al., 2011; 秦海鹏等, 2014).然而对于祁连造山带I型花岗岩中普遍发育的暗色包体,前人研究较少(Chen et al., 2015).关于祁连造山带包体的成因,普遍认为为岩浆混合成因.Chen et al.(2015)在研究了北祁连造山带东段宝积山岩体(433 Ma)的暗色包体,认为包体是源岩早期堆晶形成.秦海鹏等(2014)在研究北祁连造山带西拉格花岗岩时,发现两期花岗岩,年龄分别为463 Ma和443 Ma,在晚期岩体内部发育暗色包体,认为包体为岩浆混合成因.本文首次报道了在青海省化隆县赛支寺附近含有暗色包体的花岗闪长岩,并对寄主岩及其暗色包体进行全岩主微量元素地球化学、Sr-Nd同位素,锆石U-Pb同位素测年以及Lu-Hf同位素进行了系统的研究,以期探究包体及寄主岩成因.

      • 赛支寺花岗闪长岩位于拉脊山造山带,拉脊山位于中祁连和南祁连的构造交接位置,是一条近东西向展布的加里东期造山带,它西起日月山,东至民和官厅,全长超过200 km,宽10~30 km,两侧被断裂所限(左国朝和吴汉泉, 1997).主要出露的地层有中元古代化隆岩群、寒武世六道沟组和白垩世河口群.其中,化隆岩群为研究区内最老基底,主要为绿片岩相的石英片岩、片麻岩、石英岩等,在该套地层里发育铜镍硫化物矿床.六道沟组在研究区内分布最广,分为下、中、上3段(图 1).下段(∈3l1)主要为一套片岩、斜长角闪岩、板岩夹玄武岩;中段(∈3l2)主要为玄武岩、粗玄岩、碱性玄武岩夹凝灰岩等,见超镁铁质岩构造透镜体(蛇纹岩、橄榄辉石岩、蛇纹石化橄榄岩);上段(∈3l3)主要为中性火山岩、基性熔岩、凝灰岩、火山碎屑岩及结晶灰岩.前人研究认为六道沟组经历了由岛弧到碰撞造山的过程(左国朝和吴汉泉,1997).河口群为一套中生代的陆相碎屑沉积,岩层产状较平,后期未遭受明显的构造改造.拉脊山广泛发育加里东期岩浆岩,侵入到六道沟组和化隆岩群中.拉脊山为一条构造混杂岩带(左国朝和吴汉泉, 1997张旗等,2003),构造活动强烈.

        图  1  研究区地质简图及采样位置

        Figure 1.  Sketch geological map and sampling sites of the igneous rocks in Saizhisi

        赛支寺花岗闪长岩出露在青海省化隆县赛支寺附近,出露面积约为10 km2.岩体侵入到六道沟组上段和中段.岩体内广泛发育暗色包体,包体在岩体内随机分布,大小不一,从几厘米到几十厘米不等.包体形态多样,多呈椭圆形.包体与寄主岩石接触关系清楚,呈突变关系.

        花岗闪长岩具块状构造,中粗-中细粒结构,主要由斜长石(35%~55%)、钾长石(20%~35%)、石英(20%~25%)、角闪石(15%~20%)组成,副矿物主要有锆石、榍石、磷灰石等.斜长石发育聚片双晶,角闪石多呈短柱状或粒状.暗色包体岩性主要为闪长岩,多为细粒结构,主要由斜长石(40%~55%)、钾长石(15%~20%)、角闪石(25%~35%)等组成,副矿物为锆石、榍石、磷灰石等,磷灰石呈柱状,表现出淬冷结晶的特点(图 2).

        图  2  赛支寺花岗闪长岩及包体

        Figure 2.  Photos of Saizhisi granodiorite and MMEs

      • 锆石分选在河北省区域地质矿产研究所完成,锆石制靶在北京领航科技完成,制靶后先在中国地质科学院国家离子探针中心进行锆石阴极发光(cathodoluminescence,CL)照相,锆石同位素分析在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室,使用标准测定程序条件进行.实验中采用He作为剥蚀物质的载气,U-Th-Pb同位素组成分析用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NISTSRM610作为内标,采用哈佛大学国际标准锆石ple作为外标.样品的同位素比值计算采用GLITTER程序,年龄计算采用Isoplot3软件进行处理,实验采用的激光束斑直径为32 μm,实验获得的数据采用Andersen的方法进行同位素比值矫正,以扣除普通Pb的影响.

      • 原位微区锆石Hf同位素比值测试在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室利用激光剥蚀多接收杯等离子体质谱(Laser ablation-inductively coupled plasma-mass-spectrometry,LA-MC-ICP-MS)完成,激光斑束直径为44 μm.使用176Yb/173Yb=0.796 39扣除176Yb对176Hf的同量异位干扰.使用176Lu/175Lu=0.026 56来扣除干扰程度相对较小的176Lu对176Hf的同量异位干扰.分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、同位素质量分馏校正)采用软件ICPMSDataCal完成.详细仪器操作条件和分析方法可参照Hu et al.(2012).

      • 主量元素和微量元素测试均在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心完成.主量元素分析方法为X射线荧光光谱法(X Ray Fluorescence,XRF),误差小于5%;稀土微量元素采用电感耦合等离子体发射光谱仪(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry,ICP-AES)进行分析,分析精度在5%~10%.

      • Sr-Nd同位素分析测试是在中国地质大学(北京)同位素重点实验室完成.将粉末样品烘干后称取约100 mg,完全溶解于HF+HNO3混合酸中,采用Thermo Finnigan公司的Triton热电离质谱仪(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry,TIMS)进行Sr-Nd同位素比值测定.Sr和Nd测定过程中质量分馏效应分别采用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9进行校正.

      • 在本次研究中,分别选择新鲜的、没有蚀变的寄主花岗闪长岩(PM2) 和暗色包体(PM3) 样品进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年.锆石晶型均较好,寄主花岗岩锆石长宽比为1: 1.5~1: 3,长轴为100~200 μm,暗色包体寄主花岗岩长宽比为1: 1.5~1: 2,长轴为50~80 μm,寄主花岗闪长岩锆石相对暗色包体锆石颗粒更大(图 3).

        图  3  六道沟组锆石锆石阴极发光图像

        Figure 3.  Cathodoluminescence images of Saizhisi pluton

        在本次研究中,寄主花岗闪长岩共测得14个点(表 1),在阴极发光下观察(图 3a),锆石晶型较好,震荡环带发育,Th/U比值为0.12~0.48,均大于0.1,为岩浆型锆石(Belousova et al., 2002).锆石PM2-1,PM2-14分别测得年龄数据为474±3 Ma,863±5 Ma,根据锆石阴极发光推断,为继承锆石.除上述点之外,其余各锆石点206Pb/238U年龄相对集中,在445~448 Ma之间.在谐和曲线上,有7个点位于锆石谐和曲线上,锆石206Pb/238U加权平均年龄为446.3±1.7 Ma,其余5个点位于谐和曲线下部,推测可能是有Pb丢失所致,锆石206Pb/238U年龄与位于谐和线附近一致,可以反映岩浆岩形成年龄,加权平均年龄为446.0±1.3 Ma(图 4a).本文选择位于谐和线上的6个点的年龄作为锆石U-Pb年龄.

        样品 组成(10-6) Th/U 元素比值 年龄(Ma)
        Pb Th U 207Pb/206Pb 207Pb/235U 206Pb/238U 208Pb/232Th 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
        PM2-1 111.26 458.38 1 243.44 0.37 0.059 03 0.000 94 0.620 21 0.007 96 0.076 23 0.000 45 0.030 05 0.000 28 568 18 490 5 474 3
        PM2-2 116.13 460.42 1 414.74 0.33 0.058 36 0.000 8 0.577 45 0.005 83 0.071 78 0.000 4 0.028 94 0.000 21 543 13 463 4 447 2
        PM2-3 56.40 227.43 668.95 0.34 0.056 2 0.000 88 0.555 98 0.006 99 0.071 78 0.000 42 0.027 96 0.000 26 460 18 449 5 447 3
        PM2-4 114.75 460.60 1 387.70 0.33 0.061 11 0.000 87 0.598 6 0.006 51 0.071 07 0.000 4 0.031 11 0.000 25 643 14 476 4 443 2
        PM2-5 94.64 444.84 1 089.32 0.41 0.068 19 0.001 02 0.672 47 0.007 83 0.071 55 0.000 42 0.034 59 0.000 28 874 15 522 5 445 3
        PM2-6 100.34 359.11 1 237.84 0.29 0.059 93 0.000 85 0.591 42 0.006 31 0.071 6 0.000 4 0.030 52 0.000 25 601 14 472 4 446 2
        PM2-7 75.19 258.02 881.80 0.29 0.062 6 0.000 92 0.617 15 0.007 02 0.071 53 0.000 41 0.033 61 0.000 29 695 15 488 4 445 2
        PM2-8 136.41 732.26 1 575.51 0.46 0.060 71 0.000 8 0.601 13 0.005 61 0.071 84 0.000 39 0.029 79 0.000 19 629 11 478 4 447 2
        PM2-9 148.61 770.48 1 709.55 0.45 0.067 66 0.001 27 0.669 85 0.010 81 0.071 83 0.000 48 0.032 28 0.000 35 858 22 521 7 447 3
        PM2-10 73.04 350.14 879.34 0.40 0.060 66 0.000 95 0.600 18 0.007 55 0.071 79 0.000 42 0.025 97 0.000 24 627 17 477 5 447 3
        PM2-11 125.14 612.79 1 437.01 0.43 0.064 7 0.000 88 0.639 76 0.006 33 0.071 74 0.000 4 0.030 19 0.000 21 765 12 502 4 447 2
        PM2-12 141.06 779.01 1 624.11 0.48 0.064 63 0.000 82 0.637 38 0.005 53 0.071 56 0.000 38 0.028 4 0.000 17 762 10 501 3 446 2
        PM2-13 100.47 402.27 1 245.61 0.32 0.059 81 0.001 15 0.592 6 0.009 89 0.071 89 0.000 47 0.028 88 0.000 36 597 25 473 6 448 3
        PM2-14 87.45 64.80 528.94 0.12 0.068 04 0.000 95 1.344 46 0.017 15 0.143 31 0.000 82 0.043 62 0.000 44 870 30 865 7 863 5
        PM3-1 13.48 86.73 149.76 0.58 0.059 86 0.001 43 0.595 37 0.012 91 0.072 16 0.000 53 0.024 14 0.000 30 599 34 474 8 449 3
        PM3-2 29.22 308.30 311.00 0.99 0.060 35 0.001 36 0.597 27 0.012 10 0.071 81 0.000 51 0.021 40 0.000 22 616 31 475 8 447 3
        PM3-3 47.96 720.48 487.75 1.48 0.056 69 0.001 08 0.558 91 0.009 23 0.071 53 0.000 46 0.020 52 0.000 15 479 25 451 6 445 3
        PM3-4 51.54 630.77 498.69 1.26 0.057 65 0.000 90 0.570 93 0.007 16 0.071 86 0.000 41 0.022 35 0.000 14 516 18 459 5 447 2
        PM3-5 11.19 74.43 129.99 0.57 0.057 26 0.001 69 0.567 07 0.015 70 0.071 86 0.000 59 0.022 00 0.000 36 502 46 456 10 447 4
        PM3-6 35.39 368.27 357.48 1.03 0.062 66 0.001 26 0.621 36 0.010 94 0.071 95 0.000 48 0.024 13 0.000 21 697 26 491 7 448 3
        PM3-7 44.12 530.80 466.15 1.14 0.056 89 0.001 76 0.561 07 0.016 86 0.071 53 0.000 50 0.022 23 0.000 11 487 70 452 11 445 3
        PM3-8 38.61 415.04 407.75 1.02 0.057 82 0.001 14 0.571 51 0.009 84 0.071 72 0.000 47 0.023 97 0.000 20 523 26 459 6 447 3
        PM3-9 11.27 76.87 128.70 0.60 0.058 34 0.001 56 0.576 27 0.014 24 0.071 67 0.000 55 0.025 17 0.000 35 543 41 462 9 446 3
        PM3-10 16.36 115.15 184.67 0.62 0.058 02 0.001 36 0.574 37 0.012 17 0.071 83 0.000 51 0.024 10 0.000 30 531 34 461 8 447 3
        PM3-11 23.15 214.63 251.05 0.85 0.058 16 0.001 43 0.575 87 0.012 95 0.071 84 0.000 53 0.023 84 0.000 27 536 36 462 8 447 3
        注:锆石U-Pb测年在中国科学院青藏高原研究所大陆碰撞与高原隆升重点实验室完成.

        表 1  赛支寺岩体及锆石锆石U-Pb年龄测定结果

        Table 1.  U-Pb zircon LA-ICP-MS chronological data of samples

        图  4  锆石U-Pb年龄谐和图

        Figure 4.  U-Pb zircon concordia diagram

        暗色包体共测得11个点(表 1),在阴极发光下观察(图 3b),锆石晶型较好,震荡环带发育,Th/U比值为0.58~1.48,均大于0.1,为岩浆型锆石(Belousova et al., 2002).锆石年龄数据比较集中,但PM3-1,PM3-6,PM3-8锆石点位于谐和曲线之下,在本次研究中选择其余8个点的进行加权平均年龄计算,206Pb/238U加权平均年龄为446.0±1.0 Ma(图 4b).

      • 在本次研究中,分别挑选寄主花岗闪长岩(PM2) 中的13个岩浆锆石进行Lu-Hf同位素测定,分析结果见表 2.暗色包体锆石较小,未能分析暗色包体Lu-Hf同位素值.

        样品 176Hf/177Hf 1σ 176Lu/177Hf 1σ 176Yb/177Hf 1σ εHf(0) 1σ εHf(t) 1σ TDM1 TDM2 fLu/Hf
        PM2-01 0.282 702 0.000 040 0.001 547 0.000 038 0.038 456 0.001 020 -2.5 1.5 6.8 1.5 791 922 -0.95
        PM2-02 0.282 561 0.000 021 0.000 838 0.000 011 0.022 730 0.000 320 -7.5 0.9 2.1 0.9 973 1 185 -0.97
        PM2-03 0.282 551 0.000 027 0.000 701 0.000 006 0.017 996 0.000 349 -7.8 1.1 1.7 1.1 985 1 204 -0.98
        PM2-04 0.282 596 0.000 024 0.001 009 0.000 045 0.027 996 0.001 321 -6.2 1.0 3.2 1.0 929 1 121 -0.97
        PM2-05 0.282 573 0.000 020 0.000 706 0.000 019 0.017 304 0.000 427 -7.0 0.9 2.5 0.9 954 1 161 -0.98
        PM2-06 0.282 586 0.000 019 0.000 984 0.000 023 0.025 761 0.000 564 -6.6 0.8 2.9 0.9 942 1 140 -0.97
        PM2-07 0.282 577 0.000 024 0.000 905 0.000 016 0.024 071 0.000 512 -6.9 1.0 2.6 1.0 952 1 156 -0.97
        PM2-08 0.282 621 0.000 023 0.001 145 0.000 011 0.031 073 0.000 447 -5.3 1.0 4.0 1.0 897 1 074 -0.97
        PM2-09 0.282 671 0.000 023 0.001 372 0.000 066 0.039 828 0.002 039 -3.6 1.0 5.8 1.0 831 980 -0.96
        PM2-10 0.282 651 0.000 021 0.001 092 0.000 020 0.031 508 0.000 817 -4.3 0.9 6.2 0.9 853 995 -0.97
        PM2-11 0.282 614 0.000 021 0.001 184 0.000 014 0.036 508 0.000 514 -5.6 0.9 3.8 0.9 908 1 089 -0.96
        PM2-12 0.282 604 0.000 027 0.000 808 0.000 025 0.023 468 0.000 753 -5.9 1.1 3.5 1.1 913 1 102 -0.98
        PM2-14 0.282 597 0.000 022 0.001 048 0.000 025 0.029 330 0.000 787 -6.2 0.9 3.8 0.9 928 1 109 -0.97
        注:锆石Hf同位素中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成.

        表 2  赛支寺花岗闪长岩锆石Hf同位素分析结果

        Table 2.  Zircon Hf isotopic compositions of the Saizhisi granodiorite

        赛支寺花岗闪长岩176Lu/177Hf的值为0.000 701~0.001 547,均小于0.002,表明锆石形成后基本没有放射性Hf同位素的积累,因此,测定的值可以代表锆石结晶时Hf同位素组成(吴福元等,2007).其中锆石点PM2-14为继承性锆石,176Lu/177Hf为0.001 048,εHf(t)为3.8,其余εHf(t)为1.7~6.8,分布比较分散(图 5).fLu/Hf值为-0.95~-0.98,明显小于镁铁质地壳的fLu/Hf值-0.34(Amelin et al., 1999)和硅铝质地壳的fLu/Hf值-0.72(Vervoort et al., 1996),故二阶段模式年龄更能反映源区物质从亏损地幔被抽取的时间(吴福元等,2007),寄主花岗闪长岩二阶段模式年龄为980~1 750 Ma.

        图  5  锆石Hf同位素演化

        Figure 5.  Hf evolution of zircon

      • 本次研究挑选6件寄主花岗闪长岩、3件暗色包体进行主量元素分析,分析结果见表 3.寄主花岗闪长岩SiO2含量为66.45%~68.12%,为酸性岩石,含量变化较小;Na2O含量为3.45%~3.81%,均值为3.61%,含量较高.K2O含量为3.60%~4.30%,全碱含量为7.18%~8.00%,K2O/Na2O值为0.80~0.97.

        样品样号 寄主岩 包体
        PM4-3-GXW1 PM4-3-GXW2 PM4-3-GXW3 P2-1GXW1 P2-1GXW2 P2-1GXW3 P1-0GXW1 P1-0GXW2 P1-0GXW3
        SiO2 67.35 67.17 68.12 67.14 66.62 66.45 52.35 53.70 55.02
        TiO2 0.50 0.49 0.43 0.51 0.58 0.54 0.77 0.86 0.77
        Al2O3 14.70 14.82 14.52 14.45 13.93 14.19 16.91 16.26 15.37
        Fe2O3 1.54 1.69 1.57 1.58 1.26 1.72 3.59 4.19 4.87
        FeO 1.92 1.88 1.63 2.05 2.60 2.05 4.85 5.50 5.60
        MgO 1.80 1.85 1.62 1.98 2.11 2.06 4.41 5.66 5.41
        MnO 0.07 0.06 0.07 0.07 0.08 0.07 0.18 0.24 0.22
        CaO 2.02 2.38 3.01 2.96 3.02 2.88 6.94 7.21 6.17
        Na2O 3.81 3.61 3.59 3.74 3.49 3.45 3.88 3.47 3.70
        K2O 3.99 3.92 4.22 4.06 3.60 4.30 1.44 1.58 1.51
        P2O5 0.27 0.27 0.23 0.28 0.31 0.30 0.16 0.28 0.25
        烧失量 1.52 1.35 1.91 0.66 0.85 0.87 1.1 1.57 1.59
        TFeO 3.31 3.40 3.04 3.47 3.73 3.59 8.08 9.27 9.98
        Na2O/K2O 0.95 0.92 0.85 0.92 0.97 0.80 2.69 2.19 2.45
        A/NCK 1.03 1.02 0.91 0.91 0.92 0.91 0.82 0.79 0.81
        Mg# 49.20 49.21 48.72 50.49 50.25 50.58 49.33 52.12 49.13
        钙长石(An) 8.32 10.12 10.96 10.65 11.91 10.63 27.05 26.11 22.6
        石英(Q) 25.24 25.64 24.5 23.17 25.47 23.53 5.61 7.19 9.41
        钠长石(Ab) 34.23 32.43 31.78 33.33 31.64 31.04 38.23 33.48 35.71
        正长石(Or) 25.62 25.17 26.7 25.86 23.33 27.65 10.14 10.89 10.42
        σ 2.50 2.35 2.43 2.52 2.13 2.56 3.03 2.38 2.26
        La 81.82 80.14 77.19 81.28 90.26 85.38 23.14 30.64 26.79
        Ce 141.2 139.6 132.3 139.4 156.3 148.2 44.41 68.69 51.27
        Pr 16.50 16.10 15.20 15.64 17.87 16.76 5.38 9.36 6.34
        Nd 56.71 55.08 51.62 53.78 61.54 56.74 20.59 37.67 23.97
        Sm 8.92 8.51 7.93 8.23 9.60 8.54 4.02 7.51 4.82
        Eu 2.06 2.09 1.94 1.89 2.11 1.98 1.23 1.59 1.29
        Gd 6.53 6.19 5.68 6.34 7.26 6.63 3.77 6.32 4.32
        Tb 0.970 0.913 0.851 0.896 1.04 0.939 0.653 1.04 0.735
        Dy 4.85 4.56 4.10 4.35 4.97 4.48 3.76 5.76 4.26
        Ho 0.893 0.817 0.753 0.797 0.904 0.826 0.769 1.16 0.875
        Er 2.20 2.07 1.94 2.03 2.31 2.06 2.12 3.19 2.42
        Tm 0.327 0.318 0.286 0.301 0.346 0.308 0.325 0.503 0.381
        Yb 2.18 2.02 1.85 1.89 2.19 1.98 2.13 3.28 2.50
        Lu 0.319 0.309 0.277 0.289 0.333 0.306 0.347 0.514 0.425
        LREE 307.20 301.55 286.19 300.23 337.66 317.58 98.77 155.44 114.46
        HREE 18.26 17.19 15.74 16.89 19.37 17.53 13.87 21.77 15.92
        LREE/HREE 16.82 17.54 18.19 17.77 17.44 18.12 7.12 7.14 7.19
        (La/Yb)N 25.31 26.78 28.12 29.01 27.75 29.10 7.33 6.29 7.21
        (La/Sm)N 5.77 5.92 6.12 6.21 5.91 6.29 3.62 2.57 3.50
        (Gd/Yb)N 2.42 2.48 2.48 2.71 2.67 2.70 1.43 1.55 1.39
        δEu 0.79 0.84 0.84 0.77 0.74 0.78 0.95 0.69 0.84
        Rb 120.70 94.78 98.96 126.20 116.90 112.90 41.56 47.22 60.55
        Ba 1053.73 1092.70 1296.55 935.80 800.41 1093.66 405.00 352.50 354.00
        Th 32.34 33.80 29.26 29.97 32.04 32.80 1.66 2.67 3.24
        U 5.06 7.28 5.04 3.70 3.78 3.92 0.38 1.11 1.66
        Nb 26.50 24.71 20.05 25.32 29.20 26.97 9.48 13.82 7.97
        Ta 2.10 1.91 1.29 1.94 2.06 1.95 0.74 0.86 0.50
        Sr 769.15 758.20 781.40 725.55 702.57 724.04 474.52 458.21 496.32
        Hf 7.48 6.93 6.09 7.05 7.85 7.43 6.25 5.97 4.07
        Zr 244.80 237.10 210.10 235.50 265.80 250.90 90.40 117.60 80.50
        Y 22.92 21.84 20.20 20.52 23.82 21.82 20.14 29.12 22.29
        Cr 24.94 25.84 18.19 35.91 46.27 41.07 22.29 45.25 86.59
        Ni 17.81 18.22 15.14 22.33 24.55 23.88 23.71 27.70 24.64
        Ga/Al 1.77 1.94 1.88 2.35 2.22 2.16 2.20 2.23 2.21
        注:主微量元素在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心完成.

        表 3  赛支寺岩体及包体主量元素(%)和微量元素(10-6)分析结果

        Table 3.  The major (%) and trace (10-6) element analysis of Bayankala Group

        在QAP图解中,寄主花岗闪长岩落在花岗闪长岩(图 6).在SiO2-K2O图解中,寄主花岗闪长岩落在高钾钙碱性系列(图 7),里特曼指数σ为2.13~2.56,为钙碱性岩石.Al2O3含量为13.93%~14.82%,CaO含量为2.02%~3.02%,A/CNK值为0.91~1.03,A/NK值为1.37~1.40,显示准铝质-弱过铝质特征,在A/NCK-A/NK的投影图上,均落在准铝质-弱过铝质区域(图 8).MgO含量为1.62%~2.06%,Mg#值为48.72~50.58.FeO含量为1.63%~2.60%,Fe2O3为1.26%~1.69%,TFeO值为3.03%~3.59%.与寄主花岗闪长岩相比,暗色包体具有以下特征:SiO2含量更低,含量为52.35%~55.02%,为中性岩石.Na2O含量与寄主花岗闪长岩相似,为3.47%~3.88%;K2O含量相对寄主岩石较低,含量为1.44%~1.58%,全碱含量相对寄主岩石较低,含量为5.17%~5.42%.在QAP图上,暗色包体落在石英二长闪长岩和石英二长岩之间的交界线附近(图 6).里特曼指数σ相对寄主岩石较高,含量为2.26~3.03,同样为钙碱性岩石(图 7).Al2O3含量相对寄主岩石高,含量为15.37%~16.91%.CaO含量相对寄主岩石较高,含量为6.17%~7.21%,A/CNK相对寄主岩石低,含量为0.79~0.82,为铝不饱和岩石(图 8).MgO含量相对寄主岩石要高,含量为4.41%~5.66%,Mg#与寄主岩石含量相似,为49.13~52.11.FeO含量和Fe2O3含量相对寄主岩石均较高,FeO含量为4.85%~5.60%,Fe2O3含量为3.59%~4.87%,TFeO值相对寄主岩石高,含量为8.08%~9.98%.

        图  6  赛支寺花岗闪长岩QAP图解

        Figure 6.  The QAP nomenclature diagram of the Saizhisi granodiorite

        图  7  赛支寺花岗闪长岩SiO2-K2O关系

        Figure 7.  The relation of SiO2-K2O of granitic plutons

        图  8  赛支寺花岗闪长岩A/NK-A/CNK关系

        Figure 8.  The relation of A/NK-A/CNK of granitic plutons

      • 本次研究挑选6件寄主花岗闪长岩、3件暗色包体进行稀土及微量元素分析,分析结果见表 3.寄主花岗闪长岩稀土元素总量(∑REE)为344.10×10-6~356.90×10-6,轻稀土(LREE)含量为286.19×10-6~337.66×10-6,重稀土(HREE)含量为15.74×10-6~19.37×10-6,LREE/HREE=16.82~18.19,(La/Yb)N为25.31~29.00,轻稀土富集,重稀土亏损(图 9).(La/Sm)N值为5.77~6.21,(Gd/Yb)N值为2.41~2.71,轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度.δEu为0.74~0.84,Eu弱负异常,说明在成岩过程中存在一定程度的斜长石分离结晶作用.

        图  9  花岗闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线

        Figure 9.  Chondrite-normalized REE patterns of granitoids

        与寄主花岗闪长岩相比,暗色包体稀土元素∑REE为132.8×10-6~206.9×10-6,低于寄主花岗闪长岩.LREE/HREE=7.12~71.8,(La/Yb)N为6.29~7.32,轻稀土富集,重稀土亏损(图 10).(La/Sm)N值为2.57~3.62,(Gd/Yb)N值为1.39~1.52,轻稀土分馏程度大于重稀土分馏程度,但分馏程度低于寄主花岗闪长岩.δEu为0.94~0.84,略高于寄主岩.暗色包体相对寄主花岗闪长岩,稀土配分曲线更加平缓,轻重稀土分馏程度更低,重稀土曲线分布平坦,暗色包体中暗色包体稀土配分曲线位于寄主花岗闪长岩下部,说明两者之间源区或者岩浆混合混合程度的差异(图 9).

        图  10  花岗闪长岩球粒陨石标准化微量元素蛛网图

        Figure 10.  Primitive mantle normalized trace elements patterns of granitoids

        在微量元素蛛网图上,寄主花岗闪长岩亏损Nb、Ta、P、Ti、Yb等高场强元素,富集Rb、K等大离子亲石元素,其Ga/Al×104为2.16~2.35,小于2.6,低于A型花岗岩的平均值(Whalen et al., 1987).暗色包体相对亏损Nb、Ta、P、Ti、Yb等高场强元素,富集Rb、K、等大离子亲石元素.包体中Cr、Ni含量相对寄主花岗闪长岩较高,说明包体源区具有幔源性质(图 10).

      • 本文分别挑选了3件寄主花岗闪长岩和3件暗色包体进行Sr-Nd同位素测试,结果见表 4.暗色包体Sr同位素初始值为0.706 4~0.706 7,寄主花岗闪长岩Sr同位素初始值为0.709 3~0.709 5,两者Sr同位素初始值相差较大.寄主花岗闪长岩Sr同位素初始值与祁连造山带I型花岗岩相似(Wu et al., 2011).寄主花岗闪长岩的εNd(t)值为-7.379 4~-7.967 4,暗色包体εNd(t)值为-1.751 7~-1.030 1,包体εNd(t)值高于寄主花岗闪长岩,在指示它们均为壳幔混源岩浆结晶的产物.包体与寄主岩Sr-Nd同位素组成相差较大,说明两者不可能为同一源区(刘亮等,2012).

        87Sr/86Sr 87Rb/86Sr (87Sr/86Sr)t 2σ 143Nd/144Nd εNd(t) 2σ
        寄主 PM2-1 0.710 262 0.503 4 0.709 3 0.000 016 0.512 255 -7.467 062 528 0.000 009
        PM2-3 0.710 249 0.481 5 0.709 4 0.000 013 0.512 260 -7.379 476 356 0.000 009
        PM2-3 0.710 316 0.451 3 0.709 5 0.000 012 0.512 230 -7.967 415 603 0.000 010
        包体 PM3-1 0.706 847 0.253 4 0.706 4 0.000 016 0.512 581 -1.114 821 765 0.000 009
        PM3-2 0.707 046 0.298 1 0.706 5 0.000 015 0.512 585 -1.030 161 635 0.000 009
        PM3-3 0.707 354 0.353 0 0.706 7 0.000 014 0.512 548 -1.751 723 438 0.000 010

        表 4  赛支寺寄主岩及包体样品的Sr-Nd同位素组成

        Table 4.  Sr-Nd isotopic results of mafic microgranular enclaves and hosts rocks of the Saizhisi pluton

      • 通过以上对岩石的锆石U-Pb年代学分析结果可知,赛支寺花岗闪长岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为446.0±1.3 Ma;赛支寺花岗闪长岩中暗色包体的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为446.0±1.0 Ma,两者在误差范围内一致,均形成于晚奥陶世.雍拥等(2008)在中祁连董家庄测得花岗岩的锆石U-Pb年龄为446±1 Ma;陈隽璐等(2008)测得中祁连什川杂岩锆石U-Pb年龄为444.6 Ma.前人研究结果与本文测得的花岗闪长岩的年龄非常接近,说明中南祁连在446.0 Ma左右存在一期构造岩浆活动.

      • 赛支寺暗色包体中MgO(4.41%~5.66%)、TFeO(8.08%~9.98%)、Cr(22.29×10-6~86.09×10-6)和Ni(23.71×10-6~27.70×10-6)含量较高,SiO2含量相对较低(图 12表 3).初始Sr同位素值为0.706 4~0.706 7,εNd(t)值为-1.751 7~-1.030 1,在87Sr/86Sr-εNd(t)图解中,暗色包体落在祁连洋中脊玄武岩和莫河基底之间,具有壳幔混合源岩浆特征(图 11).

        图  11  87Sr-86Sr-εNd(t)关系

        Figure 11.  The relation of 87Sr-86Sr-εNd(t)

        图  12  86Sr/87Sr和εNd(t)与SiO2关系

        Figure 12.  The realtion of 86Sr/87Sr and εNd(t) vs. SiO2

        赛支寺花岗闪长岩中靠近寄主岩浆的暗色包体大多呈浑圆状、长条状,具有明显的火成结构(图 2),并且暗色包体与寄主花岗岩在年龄的误差范围内一致,包体中未发现继承性锆石,这排除了包体的围岩捕掳体和源区残留物成因.暗色包体中未见富铝的特征变质矿物,如红柱石、夕线石、石榴子石等不发育变晶结构和片理结构等变质特征,缺乏含水矿物的脱水残留相, 也说明存在非基底变质岩的难溶残留物(刘亮等,2012).

        在液态不混溶模式中,暗色包体与寄主花岗闪长岩稀土配分曲线基本一致,但中基性岩浆比长英质质岩浆更加富集REE.而赛支寺暗色包体中稀土元素总量ΣREE(132.8×10-6~206.9×10-6)明显低于寄主花岗闪长岩稀土元素总量ΣREE(344.10×10-6~356.90×10-6),这一特征明显与液态不混溶成因不相符,因此排除包体与寄主岩为液态不混溶成因(刘亮等,2012).

        暗色包体87Sr/86Sr和εNd(t)值与寄主花岗闪长岩相差较大(表 4),说明暗色包体和寄主花岗闪长岩不是同一源区,与岩浆结晶分异不符.并且在SiO2-87Sr/86Sr和SiO2-εNd(t)(图 12)图解中,与AFC演化趋势相一致,也不能用单纯的同一岩浆结晶分异来解释.

        暗色包体中发育淬冷结构的磷灰石等针状矿物(图 2c),它们应该是高温的岩浆与低温的岩浆混合作用的产物,被认为是岩浆混合的重要标志(Hib-bard, 1991).暗色包体中发育长石斑晶也常被作为基性岩浆和酸性岩浆混合的重要证据(Baxter and Feely, 2002),这些长石斑晶不是原地结晶形成的,而是先在酸性岩浆中结晶出来,而后被基性岩捕获,赛支寺暗色包体中发育长石斑晶也证实存在这一过程(图 2a).暗色包体εNd(t)为-1.03~-1.75远远高于寄主岩-7.38~-7.96,指示暗色包体镁铁质组分要高于寄主岩,说明两者岩浆并非均匀混合(刘亮等,2012).综上所述,暗色包体是由幔源岩浆与长英质岩浆经不均匀混合形成.

      • 花岗岩成因类型的判定是花岗岩研究的重要问题,目前ISMA是比较流行的分类方案,其中ISA三种花岗岩成因类型比较多见.Whalen et al.(1987)提出根据Ga/Al的值来区分A型花岗岩和I-S型花岗岩.本次研究中,所采集样品在Ga/Al vs.(K2O+Na2O)和Ga/Al vs.TFeO/MgO判别图(图 13)中均落在I-S型花岗岩范围内.S型花岗岩为具有强过铝质特点,A/CNK>1.1,而赛支寺花岗闪长岩A/CNK为0.91~1.03,在A/NCK vs.A/NK的判别图解中均投在准铝质到弱过铝质之间(图 8).研究表明,P2O5在强过铝质花岗岩中,均处于不饱和状态,因而P2O5含量均随着分异演化作用的进行而升高或者不变,而在准铝质到弱过铝质岩浆中,由于磷灰石的溶解度较低,均优先结晶,因此使得P2O5有随SiO2含量增加而逐渐减小的趋势.在SiO2-P2O5图解中(图 14),赛支寺花岗闪长岩P2O5随着SiO2有逐渐降低的趋势,与I型花岗岩一致(Chappell et al., 1987).赛支寺花岗闪长岩86Sr/87Sr值为0.709 3~0.709 5,εNd(t)值为-7.379 4~-7.967 4,与祁连造山带I型花岗岩一致.在86Sr/87Sr-εNd(t)图解中投在I型花岗岩范围内(图 13).稀土元素配分曲线图上,呈明显的右倾,轻稀土富集,重稀土亏损,富集Rb、Th、U、K,亏损Nb、Ta、P、Ti等,与I型花岗岩相似(Defant and Drummond, 1990; Defant et al., 1992; Wu et al., 2011).综上所述,赛支寺花岗闪长岩为I型花岗岩.

        图  13  Ga/Al-K2O+Na2O和Ga/Al-TFeO/MgO判别图解

        Figure 13.  The discrimination diagram of Ga/Al-K2O+Na2O and Ga/Al-TFeO/MgO

        图  14  SiO2-P2O5关系

        Figure 14.  The relation of SiO2-P2O5

      • 近年来,随着研究的深入,目前普遍认为I型花岗岩是壳幔岩浆混合作用的产物.赛支寺花岗闪长岩具有轻稀土富集,重稀土亏损,重稀土曲线分布平坦,这种分配模式与中南祁连造山带壳幔混合成因的岩体相类似,这也说明赛支寺花岗闪长岩具有壳幔混合成因(陈隽璐等,2008).赛支寺花岗闪长岩具有较高的初始Sr同位素值和负的εNd(t)值,在(86Sr/87Sr)-εNd(t)投图上,投在MORB和漠河基底之间.在SiO2-(86Sr/87Sr)和SiO2-εNd(t)投图上,投影点与AFC趋势线一致,说明赛支寺花岗闪长岩可能与幔源岩浆受下地壳组分的混染或者幔源基性岩浆和壳源的岩浆混合有关.赛支寺花岗闪长岩中εNd(t)值和暗色包体中εNd(t)截然不同,两者之间不连续,说明赛支寺花岗闪长岩可能并非中基性岩浆直接演化而来.前已述及,赛支寺花岗闪长岩中暗色包体为岩浆混合成因,也说明赛支寺花岗闪长岩发生过壳幔岩浆混合作用.

        锆石具有极强的稳定性,使其Hf同位素较少受到后期地质时间的影响,极低的Lu含量也可以获得锆石形成时准确的Hf同位素组成,这些特性使得锆石Hf成为目前探讨地壳演化和示踪岩石源区的重要工具(Amelin et al., 1999).锆石Hf同位素可以记录壳幔混合岩浆两端元的初始信息,较低的εHf(t)代表早期未受幔源组分影响的古老基底物质熔融形成的岩浆成分,而较高的εHf(t)则指示受到不同程度幔源岩浆混染后结晶.前已述及,赛支寺花岗闪长岩形成于壳幔岩浆混合作用.地幔岩浆参与岩浆形成过程有两种形式,一种为幔源岩浆与其诱发的地壳物质部分熔融形成的长英质岩浆在地壳深部混合形成壳幔混源岩浆;另一种方式是幔源岩浆首先侵入到地壳中形成初生地壳,然后在后期热时间的影响下,这种即有新生地壳又有古老基底地壳构成的混合地壳发生部分熔融形成花岗质岩浆.

        赛支寺花岗闪长岩中锆石εHf(t)为1.7~6.8,均为正值,TDM2值为980~1 750 Ma,在锆石Hf同位素演化中,测试点均位于亏损地幔和球粒陨石之间,暗示赛支寺花岗闪长岩可能来源于新生的下地壳物质的再熔融或在循环(图 5),与上述第2种模式相似即幔源岩浆首先侵入到下地壳中,造成下地壳物质熔融,形成新的花岗岩岩浆.Yan et al.(2015)通过对化隆地块基底化隆岩群基性岩系统的研究发现,化隆群片麻岩主要形成于850~940 Ma之间,εHf(t)值为-3.0~+4.9,TDM1年龄为1 259~1 580 Ma.在赛支寺花岗闪长岩中含有863 Ma的继承性锆石,其εHf(t)值为3.8,与化隆群片麻岩εHf(t)一致,说明赛支寺花岗闪长岩在形成过程中有化隆群物质的混入.综上所述,赛支寺花岗闪长岩形成于幔源岩浆上涌,侵入到下地壳中,造成下地壳物质熔融,由这种既有幔源物质又有古老地壳物质的花岗岩岩浆形成.

      • 祁连造山带作为中国研究最为透彻的板块之一,普遍认为其形成于俯冲-碰撞造山过程(吴才来等, 2006, 2010Wu et al., 2011).但对于俯冲极性仍存在很大分歧,主要存在以下3种观点:向南俯冲(张旗等,2003宋述光等,2004)、向北俯冲(夏林圻等, 1998)、双向俯冲(左国朝和吴汉泉,1997吴才来等, 2006, 2010Wu et al., 2011).宋述光等(2004)研究认为,北祁连存在两条俯冲杂岩,向南深部俯冲,向北浅层俯冲.区域上中祁连造山带中酸性岩体呈带状分布,与俯冲类型花岗岩分布特征相类似.在中晚奥陶世,中南祁连造山带存在大量俯冲型花岗岩.例如什川杂岩(444 Ma)(陈隽璐等,2008)等,也说明北祁连洋存在向南俯冲的作用.已有研究表明,南祁连洋在440~490 Ma期间,未发生俯冲作用(Xiao et al., 2009).综上所述,推断北祁连洋有可能发生过向南的俯冲作用.

        本次获得的赛支寺花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄在446 Ma.在构造判别图解上,赛支寺花岗闪长岩主要投在岛弧花岗岩和同碰撞花岗岩区域(图 15).与赛支寺花岗闪长岩相邻什川杂岩(444 Ma)(陈隽璐等,2008)、董家庄花岗岩体(446.9 Ma)(雍拥等,2008)均形成于俯冲环境,与赛支寺花岗闪长岩相似.前人研究认为祁连洋于445 Ma左右闭合(Zheng et al., 2004; Song et al., 2006; Wu et al., 2011).在晚奥陶时,祁连地区正处于由俯冲造山向碰撞造山的转换时期(Wu et al., 2011).赛支寺花岗闪长岩可能是由俯冲的地球动力学背景下,幔源岩浆侵入到下地壳中,形成初生地壳,由初生地壳物质熔融形成.进一步限定了中南祁连地块与北祁连洋初始碰撞的时限约为446 Ma.

        图  15  赛支寺花岗闪长岩Nb-Y和Ta-Y构造环境判别图解

        Figure 15.  The discrimination diagram of Nb-Y and Ta-Y

      • (1) 本文对首次发现的赛支寺花岗闪长岩和暗色包体进行锆石U-Pb测年,花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为446.0±1.3 Ma,暗色包体锆石U-Pb年龄为446.0±1.0 Ma,两者年龄在误差范围内一致,均属于加里东期岩浆活动的产物.

        (2) 岩石地球化学、Sr-Nd同位素表明,赛支寺花岗闪长岩中暗色包体是由幔源岩浆与长英质岩浆经不均匀混合形成.

        (3) 岩石地球化学、Sr-Nd-Hf同位素表明,赛支寺花岗闪长岩为I型花岗岩,赛支寺花岗闪长岩形成于幔源岩浆上涌,侵入到下地壳中,造成下地壳物质熔融,由这种既有幔源物质又有古老地壳物质的花岗岩岩浆形成.863.0±5.0 Ma继承锆石的出现,说明赛支寺花岗闪长岩形成过程中有化隆群物质的加入.

        (4) 结合区域构造演化认为,北祁连洋可能发生过向南的俯冲作用.在446 Ma左右,中南祁连地区正处于由俯冲造山向碰撞造山转换的时期.

    参考文献 (50)

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