北祁连造山带窑井子岩体岩石地球化学特征

2022-06-15樊生龙刘子锐胡妍胡永兴黄增保张翔

西部探矿工程 2022年5期

樊生龙，刘子锐，胡妍，胡永兴，黄增保，张翔

（甘肃省地质调查院，甘肃兰州 730000）

北祁连造山带在寒武纪中后期形成洋盆，于奥陶纪早期开始向华北板块俯冲，到奥陶纪末—志留纪中后期碰撞造山[1]。多数学者对北祁连造山带出露的花岗岩的研究发现，自奥陶纪—中泥盆世，北祁连造山带经历了祁连板块向华北板块俯冲、碰撞环境，构造环境复杂[2-4]。而位于北祁连中段的窑井子岩体的研究仅停留在基础研究阶段，缺少岩石学方面研究；本文对窑井子岩体进行岩石地球化学研究，并探讨了其岩石成因及构造环境，以期为北祁连构造演化提供一些基础研究资料。

1 地质背景

研究区位于北祁连中段，构造属北祁连弧后盆地。区域上出露地层有寒武纪大黄山组，石炭纪臭牛沟组、羊虎沟组，二叠纪大黄沟组、窑沟组和红泉组，侏罗纪窑街组和享堂组，第三系和第四系。区内断裂、褶皱构造发育，主要呈北西向、北东向展布。区域上中酸性侵入岩较为发育，多呈椭圆形的大岩基、岩株产出，主要有莲花山岩体、北大板岩体、毛藏寺岩体等。

2 岩体地质及岩相学

窑井子岩体位于武威市金山乡西南约4km，岩体呈北西西向延伸，侵入于寒武系花岗闪长岩中，并与寒武系大黄山组呈侵入接触；与侏罗系窑街组，二叠系大黄沟组，石炭系臭牛沟组呈不整合接触（图1）。岩体分为两期次侵入，早期侵入岩性为正长花岗，呈岩基产出；晚期侵入岩性为二长花岗岩，呈岩枝或岩墙零星出露。

窑井子岩体主要岩性以肉红色中粗粒正长花岗岩为主，其次为肉红色似斑状正长花岗岩，局部为肉红色中细粒二长花岗岩；肉红色中粗粒正长花岗岩，矿物组成为钾长石(35%～40%)、斜长石(15%～20%)、石英（25%～30%）、黑云母（2%～3%）、角闪石（3%～5%）和褐帘石（1%～2%）等，副矿物为磁铁矿和磷灰石。

3 样品特征及分析方法

本次工作在窑井子岩体中部窑井子一带采集了新鲜无蚀变的5 件样品（单件样品重量5kg）用于地球化学分析，样品编号自南向北为K2-ZW7～K2-ZW11（图1）。

岩石化学分析由核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。主量元素采用Axios-mAX 波长色散X射线荧光光谱仪完成，微量元素和稀土元素采用ELEMENT XR 等离子体质谱仪分析，分析相对误差一般优于5%，锶、钕、铅同位素分析采用ISOPROBE-T 热表面电离质谱仪，Phoenix 热表面电离质谱仪完成，分析误差为2σ。

4 分析结果

窑井子正长花岗岩主微量元素分析结果有以下几方面特征：①岩石属中酸性侵入岩，ω（SiO2）介于65.34%～69.95%；②中等富碱质，ω（K2O+Na2O）=7.08%～8.12%，平均7.59%，K2O＞Na2O，K2O/Na2O=1.76～2.31，平均2.01，碱度率（AR）为2.69～3.17，K2O-SiO2图上为钾玄岩系列；里特曼指数（σ）为2.01～2.95，为钙碱性系列；③偏铝质，Al2O3=12.99%～14.05%，平均13.53%，A/CNK 介于0.95～1.10，平均0.99，小于1.1，铝弱饱和，碱铝指数（AKI）为1.37～1.45，平均1.4。

窑井子正长花岗岩稀土总量∑REE=（214.66～529.51）×10-6，平均330.02×10-6；中等负Eu 异常（δEu=0.53～0.87，平均0.7）；轻重稀土比LREE/HREE=4.33～8.04，平均6.41。在球粒陨石标准化的稀土元素分布模式图中（图2b），曲线为右倾，轻稀土富集，轻重稀土分馏明显。

微量元素中高场强元素（如Nb、Ta、Hf、Th 等）含量低。如ω（Nb）=（7.133～16.320）×10-6，ω（Ta）=（0.444～1.114）×10-6，ω（Hf）=（2.705×～4.329）×10-6，ω（Th）=（5.712～13.928）×10-6。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图中（图2a），表现为Nb、Ta、La、Ce、P、Ti元素相对亏损，Rb、K、Pb、Sm元素富集，具岛弧花岗岩特征。

5 讨论

5.1 岩石类型

窑井子岩体主量元素SiO2含量中等，其A/CNK=0.95～1.10，平均0.99，小于1，铝饱和指数不高，岩石中未出现白云母、堇青石等过铝制矿物，与S型花岗岩特征不符，岩石中Fe2O3含量较高，平均3.87（I 型平均1.04，S 型平均0.56），Rb/Sr 较低，平均0.56（I 型平均0.61，S 型平均1.81），这些特征与I 型花岗岩特征相似[5]，有学者研究认为，通过矿物成分中的部分矿物（角闪石、堇青石、碱性暗色矿物）可作为区分I、S、A 型花岗岩的依据[6]，窑井子岩体正长花岗岩含有少量的角闪石（3%～5%），也指示岩石属I型花岗岩，结合窑井子正长花岗岩Y-SiO2图解（图3），样品点均落入I型花岗岩区域，因此窑井子正长花岗岩属I型花岗岩。

有研究者发现地幔及地壳岩浆混合及下地壳岩浆上升中与上地壳岩石混染等可形成I型花岗岩，窑井子岩体Nb、Ta、Ti负异常和较低的Nb/Ta值表明岩石具有俯冲带幔源岩石的特征[7]；Rb/Sr值（0.45～0.67，平均0.55）介于上地幔0.034[8]和地壳值5.36～6.5[9]之间，而在野外调查中，岩体中普遍发育暗色闪长质包体，均对源岩为经历了壳幔混合进行了证明。因此，笔者认为窑井子岩体为壳幔混合成因。

5.2 构造环境

花岗岩的成分和成因与所处的构造环境有着密切的关系，窑井子岩体微量元素亏损Nb、P、Ti 等高场强元素，富集Rb、Th、K 等大离子亲石元素，具岛弧花岗岩特征。有研究表明正常厚度陆壳中Sr＜400×10-6,Yb＞1.5×10-6[10]，窑井子岩体正长花岗岩样品中Sr 均值为394×10-6,Yb均值为2.93×10-6，表明窑井子岩体正长花岗岩形成于正长厚度陆壳，为俯冲环境。依据Barbarin 花岗岩类类型划分，窑井子正长花岗岩属含角闪石钙碱性花岗岩类（ACG），一般认为ACG花岗岩类与成熟的俯冲带有关，也说明窑井子正长花岗岩形成于板块俯冲环境。结合构造判别图（图4），多数点处于火山弧花岗岩区，靠近同碰撞花岗岩区；而在构造环境（R1-R2）判别图上，多数点位于板块碰撞前消减地区花岗岩区（图5），接近同碰撞花岗岩区，少数点处于同碰撞花岗岩区，表明俯冲已进入末期。因此笔者认为窑井子正长花岗岩形成于板块俯冲末期。