地质力学学报  2019, Vol. 25 Issue (2): 286-300
引用本文
国显正, 贾群子, 李金超, 孔会磊, 姚学钢, 栗亚芝, 马忠元. 东昆仑哈日扎花岗闪长岩形成时代、地球化学特征及其构造意义[J]. 地质力学学报, 2019, 25(2): 286-300.
GUO Xianzheng, JIA Qunzi, LI Jinchao, KONG Huilei, YAO Xuegang, LI Yazhi, MA Zhongyuan. THE FORMING AGE AND GEOCHEMISTRY CHARACTERISTICS OF THE GRANODIORITES IN HARIZHA, EAST KUNLUN AND ITS TECTONIC SIGNIFICANCE[J]. Journal of Geomechanics, 2019, 25(2): 286-300.
东昆仑哈日扎花岗闪长岩形成时代、地球化学特征及其构造意义
国显正1,2 , 贾群子1 , 李金超1 , 孔会磊1 , 姚学钢2 , 栗亚芝1 , 马忠元3     
1. 中国地质调查局西安地质调查中心, 陕西 西安 710054;
2. 中国地质大学(武汉)地质调查研究院, 湖北 武汉 430074;
3. 青海省第三地质矿产勘查院, 青海 西宁 810029
摘要:为探讨东昆仑哈日扎银多金属矿岩浆演化序列及其岩石成因,对哈日扎花岗闪长岩进行了年代学和地球化学研究。结果表明,哈日扎花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为423.8±4.3 Ma,形成于晚志留世;地球化学特征显示花岗闪长岩高硅,SiO2介于71.21%~74.46%;高铝,Al2O3含量介于13.48%~14.46%;富钾贫钠,K2O/Na2O比值为1.32~1.54;A/CNK介于1.02~1.08,显示高钾钙碱性弱过铝质特征;稀土显示出轻稀土富集,重稀土亏损的右倾配分模式,富集Rb、Th、K元素,亏损Ba以及Nb、Ta、Ti等,具有I到S过渡型花岗岩特征,源区主要为上地壳砂屑岩部分熔融,是区域后碰撞伸展构造背景下的产物。
关键词地球化学    岩石成因    岩浆序列    花岗闪长岩    东昆仑哈日扎    
DOI10.12090/j.issn.1006-6616.2019.25.02.027     文章编号:1006-6616(2019)02-0286-15
THE FORMING AGE AND GEOCHEMISTRY CHARACTERISTICS OF THE GRANODIORITES IN HARIZHA, EAST KUNLUN AND ITS TECTONIC SIGNIFICANCE
GUO Xianzheng1,2 , JIA Qunzi1 , LI Jinchao1 , KONG Huilei1 , YAO Xuegang2 , LI Yazhi1 , MA Zhongyuan3     
1. Xi'an Center of Geological Survey, CGS, Xi'an 710054, Shaanxi, China;
2. Geological Survey Institute, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China;
3. The Third Geological and Mineral Exploration Academy of Qinghai Province, Xining 810029, Qinghai, China
Abstract: In order to probe the genesis and magmatic evolution sequence of the granites in the Harizha sliver polymetallic deposit, geochronological and geochemical studies of the Harizha granodiorite was carried out in this paper. The results show that the Harizha granodiorite has LA-ICP-MS zircon U-Pb age of 423.8±4.3 Ma, indicating that it was formed in late Silurian epoch. It has high contents of SiO2(71.21%~74.46%), Al2O3 (13.48%~14.46%), with K2O/Na2O ratios ranging from 1.32 to 1.54, and A/CNK values varying from 1.02 to 1.08, respectively. Thus, the Harizha granodiorite belongs to the high K calc-alkaline weak peraluminous granite. The granodiorite has right declined REE distribution patterns, with strong enrichment of LREE and relative depletion of HREE. It is enriched in Rb, Th, K, depleted in Ba and Nb, Ta, Ti, and has characteristics of the I to S transitional granite. It could be mainly sourced from the partial melting of upper crust gabbros, which is the product of regional post-collision extensional tectonic background.
Key words: geochemistry    petrogenesis    magmatic sequence    granodiorite    Harizha in East Kunlun    

东昆仑造山带地处青藏高原东北部,大地构造位置处于古亚洲与特提斯构造域的交汇处,柴达木地块与巴颜喀拉构造带之间,东端被温泉断裂截切,西端以阿尔金断裂为界,是中国中央造山带之秦祁昆褶皱系的一部分[1]。该造山带是国内一条重要的构造岩浆活动带,其中酸性侵入岩广泛出露[2~3],同时是继青藏高原冈底斯带的另一条巨型岩浆岩带[4~5],该造山带经历了复杂而漫长的构造演化史[6~8],以早古生代—晚古生代早期[8~9]、晚古生代晚期—早中生代[10~11]构造—岩浆旋回为主,存在早—中泥盆世和中—晚三叠世两期重要的幔源岩浆底侵作用和壳幔混合作用[11],是显生宙东昆仑地壳生长的重要方式。花岗岩作为地壳演化的产物,是地壳的重要组成部分[12],它记载了陆壳的形成、壳幔相互作用以及岩石圈演化的重要信息[13],不同成因的花岗岩及其共生岩石组合能够反映不同的构造环境和地球动力学背景,同时花岗岩的形成演化与众多金属矿产关系密切。哈日扎银铅锌多金属矿是东昆仑造山带近年来新发现的一大型矿床,该区构造岩浆复杂,相关学者已进行了一定的研究工作,主要针对晚古生代—早中生代岩体的成岩时代[14~15]、岩石成因及源区性质等方面,然而矿区出露的大面积花岗闪长岩缺乏必要的研究,其与银铅锌多金属成矿关系如何?同时对矿区内岩浆演化序列过程涉及较少,文章对哈日扎矿区南部出露的花岗闪长岩体进行了地球化学及锆石U-Pb年代学研究,并通过已有资料,查明矿区侵入岩成因,建立岩浆演化序列,探讨动力学驱动机制,为提高矿床理论研究水平及区域构造—岩浆—成矿规律提供资料。

1 矿区地质概况

哈日扎矿区位于东昆仑东段,紧邻昆中断裂北侧,夹持于祁漫塔格—都兰缝合带与昆中缝合带之间,呈北西西—南东东展布(图 1a)。哈日扎矿区地层相对单一,出露的地层主要有古元古代金水口群白沙河岩组变质岩系(Pt1b),大部分分布于矿区北部,在其南部东北角仅有少量出露,该套地层可划分三个岩性段,片麻岩夹片岩岩段、片岩岩段和碳酸岩岩段;其次为晚三叠世鄂拉山组火山岩组合[15],该套火山岩在哈日扎矿区南部大面积出露,覆盖于白沙河组地层之上,局部呈断层接触关系。岩性主要有晶屑凝灰岩、英安岩、英安质熔岩角砾岩等。

图 1 哈日扎矿区地质简图 Fig. 1 The sketch geological map of the Harizha mining area

矿区内断层错综复杂,北西向、近东西向、近南北向、北东向断裂都有发育,成矿主要与北西向断裂关系密切,该方向的断层控制了Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ矿带矿体展布,部分矿体直接赋存于相应的构造破碎带或其派生的次级破碎带内。

哈日扎出露的侵入岩岩性主要有闪长岩、英云闪长岩、似斑状二长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩、花岗闪长斑岩、正长花岗岩等。闪长岩主要在北矿区Ⅱ矿带附近,呈不规则脉状侵入到白沙河岩组的老地层中。英云闪长岩主要出露于矿区南部的外围,以岩株产出形式产出,同时与似斑状二长花岗岩、花岗闪长岩呈渐变接触关系,局部出现断层接触,晚三叠世鄂拉山组火山岩覆盖在花岗闪长岩、英云闪长岩之上,与其呈不整合接触关系。

矿区根据矿(化)体特征划分为8个矿(化)带(图 1b),各矿(化)带围岩以及含矿性情况各不相同[16]。Ⅰ矿带为铜矿带,主体为花岗闪长斑岩,其成岩年龄234.5±4.8 Ma[14],围岩主要为黑云斜长片麻岩。Ⅱ矿带赋存于白沙河岩组黑云斜长片麻岩中,并受北东向断裂控制;Ⅲ矿带赋存于花岗闪长岩与白沙河岩组黑云斜长片麻岩外接触带;Ⅳ矿带位于北区东北角花岗闪长岩与白沙河岩组碳酸盐岩的外接触带,围岩为似斑状二长花岗岩;Ⅴ矿带赋存在北西向断层派生的次级断裂破碎带中,延长至矿区南部,围岩为二长花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩;Ⅵ矿带赋存于晚三叠世鄂拉山组火山岩地层中;Ⅶ矿(化)带赋存在褐铁矿化构造角砾岩带内;Ⅷ矿带位于白沙河岩组变长石砂岩地层中的破碎带内。矿区银铅锌矿石金属矿物主要有辉银矿、方铅矿、闪锌矿、黄铁矿、黄铜矿等,铜矿石主要金属矿物有黄铜矿,辉铜矿等。脉石矿物主要为方解石、石英、斜长石、角闪石、绢云母、黑云母等。

2 样品采集及分析方法 2.1 采样位置及样品特征

花岗闪长岩出露在矿区北西部和南部,为V矿带围岩,呈岩株状产出,在北西部侵入到金水口群白沙河岩组变质岩系中,在矿区南部被第四系洪冲积物分为东西两部分,具体采样位置见图 1,采样坐标为(35°53′5″N,98°36′20″E),该岩体与英云闪长岩为渐变接触关系,界线不明显,与中三叠世石英闪长岩呈断层接触关系。花岗闪长岩新鲜面呈灰白—浅肉红色,中粗粒花岗结构,块状构造,主要矿物成分斜长石(45%±)、碱性长石(20%±)、石英(25%±)、云母等矿物组成,副矿物有少量磷灰石、锆石等。斜长石矿物晶体形态多呈半自形板状,晶体粒径大小不等,从0.2 mm到6 mm不等,晶体常被绢云母、绿帘石、方解石等交代;碱性长石种属为条纹长石、微斜长石,矿物晶体形态呈粒状,粒径大小在0.25~4 mm之间;石英晶体呈粒状,粒径大小在0.2~3.6 mm之间;云母种类以黑云母为主,白云母少量,多为次生,充填交代在斜长石矿物中,黑云母常被绿泥石交代(图 2)。

图 2 哈日扎花岗闪长岩野外及镜下显微结构照片 Fig. 2 Outcrop picture and microstructure photograph of Harizha granodiorite
2.2 岩石地球化学

哈日扎花岗闪长岩岩石地球化学样品测试分析在中国地质调查局西安地质调查中心实验测试中心完成。主量元素采用X射线荧光光谱(XRF)进行分析,分析精度优于1%,其中FeO含量通过湿化学方法测定;稀土和微量元素采用SX50型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析,分析精度优于5%~10%。

2.3 锆石LA-ICP-MS年代学

花岗闪长岩锆石挑选在河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室利用标准重矿物分离技术分选完成,在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行锆石制靶、反射光、阴极发光图像分析,经过双目镜下仔细挑选表面平整光洁且具不同长宽比例、不同柱锥面特征的锆石颗粒,再将所挑选的锆石粘在双面胶上,用无色透明环氧树脂固定,待环氧树脂固化之后对其表面抛光至锆石中心。在原位分析之前,通过反射光、透射光和CL图像详细研究锆石的晶体形貌和内部结构特征,选择无明显裂痕、无包裹体的锆石进行测年。在中国地质调查局西安地质调查中心自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室完成LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测定。采用193nmArF准分子(excimer)激光器的GeoLas200M剥蚀系统,剥蚀物质以He作为载气,ICP-MS为Agilent7700,激光束斑直径为24 μm。以国际标准锆石91500作为外标准矿物,元素含量采用NISTSRM610作为外标,29Si作为内标元素[17],仪器详细参数及操作方法参考文献[18];数据处理应用Glitter(ver4.0,Mac QuarieUniversity)程序,普通铅校正采用Anderson[19]推荐的方法;年龄计算及谐和图的绘制采用Isoplot 3.0程序[20]

3 分析结果 3.1 全岩地球化学 3.1.1 主量元素

花岗闪长岩主量元素见表 1,英云闪长岩主量元素数据据张斌等[21]。花岗闪长岩样品的SiO2含量相对较高,为71.21%~74.46%;TiO2含量介于0.13%到0.29%;K2O含量大于Na2O含量,K2O/Na2O比值为1.32~1.54,K2O+Na2O含量为8.13%~8.33%,相对富碱,显示出富钾贫钠的特征,同时较英云闪长岩更富钾;在TAS图解上花岗闪长岩与英云闪长岩均位于花岗岩区(图 3);利用CIPWnorm计算石英标准分子均大于10%(表 1),在An-Ab-Or标准矿物分类图解上花岗闪长岩全部落在花岗岩区(G2)、英云闪长岩主要落在石英二长岩区(QM),岩石矿物定名与化学定名稍有偏差,哈日扎花岗闪长岩与英云闪长岩为G2QM岩石组合;在SiO2-K2O图上(图 4a),岩石主要落在高钾钙碱性系列区;MgO含量为0.37%~0.62%,均值为0.46%,Mg#=0.36~0.39;CaO含量为0.84%~1.97%,均值1.2%;Al2O3含量介于13.48%~14.46%;铝饱和指数A/CNK介于1.02~1.08,A/NK范围1.23~1.36,均值分别为1.06、1.27,显示弱过铝质特征(图 4b)。

表 1 花岗闪长岩主量元素含量(%) Table 1 Contents of major elements(%)in Harizha granodiorite

图 3 哈日扎岩体TAS图解[22]与An-Ab-Or图解[23] Fig. 3 TAS diagram[22] and An-Ab-Or classification diagram[23] of Harizha granite

图 4 哈日扎岩体的K2O-SiO2图解[22]及A/CNK—A/NK图解[24] Fig. 4 K2O-SiO2 diagram[22] and A/CNK-A/NK diagram[24]
3.1.2 稀土与微量元素

稀土与微量元素含量见表 2,稀土元素总量∑REE主要集中在101.93×10-6~133.32×10-6,变化范围不大,花岗闪长岩5件样品平均含量为112.23×10-6,低于英云闪长岩稀土平均值131.98×10-6。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图 5a)中分配曲线基本一致,呈右倾型,轻稀土LREE介于90.34×10-6~119.04×10-6,重稀土HREE介于11.59×10-6~14.18×10-6,LREE/HREE介于7.35~8.39,(La/Yb)N介于8.2~9.92,变化不大,平均为8.87;δEu为0.35~0.51,平均为0.38,Eu负异常较英云闪长岩(平均为0.53)明显;δCe变化范围较小,主要集中在0.98~0.1.07之间;在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图 5b),5件花岗闪长岩与英云闪长岩样品配分型式基本一致,花岗闪长岩富集Rb、Th、K元素,亏损Ba以及Nb、Ta、Ti等高场强元素,具有Rb、Th峰,Nb、Ta、Sr、Ti谷特点,英云闪长岩相对亏损Ba、Nb、Ta、Sr、P、Ti;花岗闪长岩相容元素Co含量低,介于1.28×10-6~3.16×10-6,平均为1.99×10-6

表 2 花岗闪长岩微量元素含量(×10-6) Table 2 Contents of trace elements(×10-6)in Harizha granodiorite