青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义.pdf

收稿日期：2022-08-08；修回日期：2022-10-15基金项目：青海省应用基础研究项目（2020-ZJ-761）作者简介：张海云（1996-），男，硕士研究生，研究方向：矿床学。Email：。通讯作者：马海州（1963-），男，研究员，主要从事盐类矿床及地球化学研究。Email：。张海云，马海州，程怀德，等.青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义 J.盐湖研究，2024，32（2）：62-71.Zhang H Y，Ma H Z，Cheng H D，et al.Geochemical Characteristics and Geological Significance of the Shangzhuang Carbonate Complex，Qinghai J.Journal of Salt Lake Research，2024，32（2）：62-71.DOI：10.12119/j.yhyj.202402009青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义张海云1，2，3，马海州1，2*，程怀德1，2，李永寿1，2，李斌凯1，2，韩文华1，2，马学海1，2，3（1.中国科学院青海盐湖研究所，中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室，青海 西宁810008；2.青海省盐湖地质与环境重点实验室，青海 西宁810008；3.中国科学院大学，北京101408；）摘要：青海上庄杂岩体为磷、铁、稀土矿化岩体，且磷矿石是磷肥生产的重要材料。上庄杂岩体包括超镁铁质岩、碱性正长岩和碳酸岩，碳酸岩主要为方解石碳酸岩，次为白云石碳酸岩，前人对辉石岩进行了详细的研究，然而，辉石岩-正长岩-碳酸岩整体的岩石成因和矿化机制还不清楚。文章开展了岩相学、全岩主微量元素、C-O-Sr-Nd同位素的研究。岩相学研究表明，岩石形成顺序为辉石岩-正长岩-碳酸岩。方解石碳酸岩的Sr、Ba含量分别为10 928.1310-6、14 293.1810-6，13C值为-4.72，表明其为火成碳酸岩。辉石岩-正长岩-碳酸岩杂岩体富集轻稀土元素（LREE）和大离子亲石元素（LILE）Rb、Sr、Ba，高场强元素（HFSE）Nb、Ta、Zr、Hf亏损，相似的微量元素配分型式及Sr-Nd同位素特征表明杂岩体具有共同的地幔源区，该地幔源区曾被俯冲物质交代而富集。研究表明，上庄偏碱性辉石岩-碱性正长岩-碳酸岩杂岩体形成于俯冲向伸展环境转变的构造体制，幔源偏碱性碳酸质基性岩浆由于镁铁质矿物及磷灰石结晶形成Fe-P-REE富集的单斜辉石岩，残余熔体成分向长英质端元分异，形成正长岩，随后碳酸岩熔体可能由不混溶作用产生，形成碳酸岩，碳酸岩出溶的流体对正长岩交代可能是交代正长岩具较高稀土含量的原因。关键词：上庄；杂岩体；碳酸岩；地球化学特征；地质意义中图分类号：P588.1；P612文献标志码：A文章编号：1008-858X（2024）02-0062-10火成碳酸岩杂岩体在成岩成矿及构造环境的研究中具有独特的作用。碳酸岩通常与超镁铁质岩与碱性岩相伴生，主要形成于伸展环境，并常与稀土、铌、磷、铁等矿产密切相关，因此受到地质学家的广泛关注。对于含矿碳酸岩杂岩体，俯冲板片交代作用或大洋沉积物再循环被认为是其地幔源区稀土富集的原因1，碳酸岩岩浆由分离结晶及不混溶作用形成，稀土元素在晚期熔体或热液中富集2-4。上庄杂岩体主要由偏碱性超镁铁岩（蛇纹岩、辉石岩、角闪岩）及碱性正长岩、“碳酸盐岩”组成，含有 Fe-P-REE矿化5-8。其中，磷可与盐湖中的钾合成的高浓度高效复合肥磷酸二氢钾，其具营养成分高，化学性质稳定，易溶于水，适用于叶面喷施及各种土壤类型，是深受欢迎的肥料9。对于上庄超镁铁质岩，前人研究表明，辉石岩中锆石206Pb/238U 加权平均年龄为 492.64.1 Ma，形成超镁铁质岩的物质来源含富集的地幔端元 EMI，构造背景为俯冲带10。矿床成因总结为岩浆深部分异，多期侵入，结晶再分异，铁、磷、稀土形成矿体5，6。然而，同样发育稀土矿化的碱性岩（正长岩和“碳酸盐岩”）7的地球化学特征及成因尚不清楚，另外对早古生代拉脊山构造带的构造背景尚有局限洋盆、裂谷环境11-15、构造窗16、弧前、岛弧、弧后等多种环境共存17，18、弧后盆地19等不同的认识。本次研究报道了杂岩体中碳酸岩、正长岩和辉石岩的岩石学及主微量元素，C-O-Sr-Nd 同位素特征，初步解释了形成杂岩体的地幔源区性质和构造背景，分析了杂岩体辉石岩-正长岩-碳酸岩的成因和第 32 卷第 2 期2 0 2 4年 4 月JOURNAL OF SALT LAKE RESEARCH盐湖研究Vol.32 No.2Apr.2024张海云，等：青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义第2期Fe-P-REE 的富集过程。1地质背景祁连造山带（图 1a）北、西、南部分别与华北克拉通、塔里木克拉通、柴达木地块相邻，祁连造山带通常可分为北祁连带、中祁连带、南祁连带。拉脊山构造带为中祁连地块和南祁连带的结合带，分布范围西至日月山，东达民和县官亭，呈东西方向的平缓“S”型，长约 180 km，宽约 320 km，南北两侧与前寒武纪变质岩断裂接触11。拉脊山构造带发育早古生代火山岩、辉石岩、辉长辉绿岩和晚期斜长花岗岩、闪长岩等。其中部分基性岩、超基性岩、火山岩与硅质岩等构成蛇绿岩套11，13，17，20。研究区位于拉脊山中部，区内出露的岩石地层单元主要有震旦统湟源群青石坡组和上寒武统六道沟群。青石坡组主要由浅变质的海相碎屑岩、大理岩组成。六道沟群则由浅变质浅海相的火山岩及碎屑岩组成，上庄杂岩体主要侵入该地层（图 1b），崔加 伟21测得六道沟组安山岩锆石 U-Pb 年龄为505 Ma1.6 Ma，形成于晚寒武世，结合地球化学特征及区域地质资料认为六道沟群形成于大陆裂谷环境。杂岩体展布主要受区域断裂 F1及其次级断裂控制，杂岩体面积约为 2 km2，黑云母单斜辉石岩为磷、铁、稀土的赋存岩石，其中磷灰石、磁铁矿、单斜辉石具有重要的工业价值，正长岩及碳酸岩主要分布在杂岩体西端，杂岩体内部也有分布，呈岩墙（脉）及岩体产出，并切割辉石岩及围岩地层，表明二者形成晚于辉石岩。2测试方法全岩主量元素分析仪器采用 XRF（X 射线荧光光谱仪 RIGAKU 2100 型）玻璃熔片法完成，分析结果精度和准确度优于 5%。微量元素分析仪器为电感耦合等离子体质谱（ICP-MS），检测限范围 0.110-60.0110-6，分析结果相对误差小于 10%。微量元素标准化值据 Sun and McDonough（1989），Eu 的计算方法：Eu=2EuN/（SmN+GdN）。全岩 C 和 O 同位素分析使用配备 GasBench II（Gasbenck IRMS）的 Thermo Scientific 253 Plus 同位素比值质谱系统。分析结果用 GBW04 405（CaCO3，13C=0.57，18O=8.49）标定。13C 和 18O 值的分析结果标准偏差分别低于 0.06 和 0.08。全岩Sr 和 Nd 同位素测试仪器为多接受器型电感耦合等塔里木克拉通阿尔金断裂华北克拉通北祁连带中祁连带南祁连带北柴达木超高压带柴达木地块96991021053938373635（a）N图例第四系蛇纹岩辉石岩角闪岩碱长岩碳酸岩断层采样位置寒武系六道沟群上熔岩组寒武系六道沟群下凝灰碎屑岩组震旦系湟源群青石坡组砂岩千枚岩段震旦系湟源群青石坡组大理岩钙质板岩段震旦系湟源群青石坡组砂岩段（b）拉脊山0250500 m图1上庄杂岩体地质简图7，10Fig.1Simplified geological map of the shangzhuang complex63盐湖研究第 32卷离子体质谱仪 MC-ICP-MS，分析采用聚四氟乙烯溶样弹，使用纯化 HF-HNO3-HCl 溶样，经 AG50W-X8阳离子交换柱进行分离。测定过程中，86Sr/88Sr和146Nd/144Nd 的比值分别采用 0.119 4、0.721 9 进行内部校正仪器质量分馏，质量监控样品分别用NBS 987（87Sr/86Sr=0.710 248）及 La Jolla（143Nd/144Nd=0.511 859）。以上分析测试均在西北大学进行。3结果3.1岩相学特征上庄碳酸岩主要为方解石碳酸岩，主要由83%87%方解石组成，含少量石英、云母、重晶石、不透明矿物等（图 2a），呈脉状或岩墙侵入到碱性正长岩（图 2d、f）及辉石岩中。岩石为细粒结构，块状构造。在矿区的 X 钻孔中，发育四段数米、几十米宽碳酸岩墙，主要为含磷灰石方解石碳酸岩23。另外，在少数混染正长岩中的碳酸岩细脉的成分为白云石碳酸岩，其露头很少，由于蚀变严重常见为铁锈色，显微镜下特征为白云石细脉穿插碱性长石，X 射线衍射分析表明，其主要由碱性长石 43%（微斜长石38%，钠长石 5%）及白云石 37%，另外含有少量的石英及黑云母组成（图 2g），野外调查表明，白云石碳酸岩生成晚于方解石碳酸岩（图 2f）。另外，在碳酸岩和正长岩接触部位（图 2d），发育钠长石、白云母、微斜长石、白云石、石英、重晶石组合的边缘条带，可能是由碳酸岩岩浆出溶流体对正长岩交代的霓长岩化作用形成。上庄正长岩呈红色，主要由80%正长岩，15%条纹长石，少量黑云母、角闪石、石英组成。等粒状结构、块状构造。混染正长岩，岩石整体为红色混染状，显微镜下观察，为碳酸岩细脉穿插正长岩，碳酸岩细脉与碱长岩以暗色矿物条带相接触，亦可见石英交代钾长石（图 2g）。交代正长岩，主要由钾长石、碳酸盐矿物、少数褐帘石、绿泥石和榍石组成。镜下特征主要为碳酸盐矿物、褐帘石、榍石、绿泥石及含铁暗色矿物充填交代正长石（图 2h）。上庄辉石岩主要由单斜辉石 78%94%，少量黑云母 2%12%，磷灰石 1%20%，磁铁矿6%（图2b、e），副矿物褐帘石。粒状结构、块状构造。磷灰石主要呈半自形至它形处于单斜辉石颗粒之间（图2b），或呈半自形被单斜辉石颗粒包裹。磁铁矿主要呈间隙相位于单斜辉石颗粒间（图 2b）。3.2主微量元素特征辉石岩的 SiO2、Al2O3含量较低，但 CaO、MgO、Fe2O3、P2O5含量较高（图 3），与单斜辉石、磁铁矿、黑云母、磷灰石的矿物组成对应。正长岩的 SiO2、Al2O3、总碱（Na2O+K2O）含量较高，但 CaO、Fe2O3、P2O5、MgO 含量较低（图 3），与其主要由钾长石、钠长石组成相关。碳酸岩的 CaO，SiO2（图 3）较高，可能与其石英含量相关。辉石岩总碱（Na2O+K2O）含量为 1.435.72 wt.%（表 1，图 4a），平均 3.12 wt.%。正长 岩 总 碱（Na2O+K2O）含 量 为 7.5112.56 wt.%（表 1，图 4a），平均 11.05 wt.%，在 SiO2-K2O 图解中正长岩主要落入钾玄岩岩系列（图 4b）。辉石岩、正长岩、碳酸岩的稀土及微量元素分析结果见表 1，原始地幔标准化微量元素蛛网图（图5a）中，所有岩石类型总体呈右倾模式，大离子亲石元素 Rb、Sr、Ba 等富集，高场强元素（HFSE）Nb、Ta、Zr、Hf 等亏损。碳酸岩的 Sr（10 928.1310-6）、Ba（14 293.1810-6）含量很高，与世界上其他火成碳酸岩相似26。辉石岩及正长岩、碳酸岩的球粒陨石标准配分曲线为右倾的轻稀土 LREE 富集型（图 5b）。辉石岩及正长岩、碳酸岩 LREE/HREE 分别为 8.1515.95，6.3331.72，17.38。Eu 分别为 0.791.02，0.861.65，3.70，碳酸岩 Eu 显示正异常，推测是成岩时体系氧逸度较低，使碳酸岩含较多 Eu2+所致。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）碳酸岩正长岩辉石岩CalCal500 m500 m正长岩500 m250 m白云石碳酸岩充填正长岩方解石碳酸岩充填正长岩方解石碳酸岩充填正长岩黑云母辉石岩OrDolOrOrCalCalOrChAlnAlnCpxCalCpxCpxMtMtApa、b、g、h分别为碳酸岩、辉石岩、混染正长岩、交代正长岩的显微照片；c、e分别为交代正长岩、辉石岩和d、f碳酸岩脉穿插正长岩的野外照片；Cal方解石 Cpx单斜辉石 Ap磷灰石Mt 磁铁矿 Dol 白云石 Mi 微斜长石 Or 正长石 Ch 绿泥石Aln褐帘石图2上庄杂岩体野外及显微特征Fig.2Field and Microscopic photos of theshangzhuang complex64张海云，等：青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义第2期表1上庄杂岩体辉石岩-正长岩-碳酸岩主量元素和微量元素Table 1Major and trace elements in rocks of the Shangzhuang pyroxenite-syenite-carbonatite岩石类型编号主量元素/（wt.%）SiO2TiO2Al2O3Fe2O3MnOMgOCaONa2OK2OP2O5LOITOTAL微量元素/（10-6）RbBaThUNbTaVCrCoNiGaSrZrHfPbLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuREELREE/HREELa/YbNEu黑云母单斜辉石岩H1245.931.3310.8410.250.2010.8211.531.264.461.071.6299.31126.174769.9839.655.8924.601.19264.2580.7939.9958.7417.421124.59201.355.6619.76175.49321.6537.26141.1226.397.1022.072.5311.171.713.890.462.560.34753.7315.8649.190.87H1444.001.308.8413.180.1812.3812.610.853.830.601.2599.02109.344178.118.111.255.230.26296.5670.4257.9454.7114.25927.45118.153.9211.7332.9574.7510.2943.869.542.697.830.893.770.541.170.130.760.11189.2911.4531.020.92H154.560.232.384.050.2114.6820.600.831.290.120.8899.8315.632131.031.990.661.600.0574.831060.9226.4362.563.36631.5335.860.807.6919.9447.236.5228.326.451.865.410.652.870.430.950.120.690.10121.539.8320.610.93H350.550.475.414.230.0917.6416.400.532.670.041.6899.71100.251636.481.910.561.990.0976.751483.2138.04111.496.83583.9246.750.955.666.6616.502.3110.562.590.832.270.271.240.190.440.060.330.0544.288.1514.481.02含磷灰石单斜辉石岩H544.450.393.047.000.209.8225.940.880.556.720.9199.9016.54400.3930.525.081.500.33178.3920.9927.8715.5016.842003.91161.917.027.93279.84549.2278.94344.5759.7114.1145.095.4520.022.946.130.663.350.481410.5115.7759.870.80H940.640.593.997.160.1510.2324.480.681.547.782.0599.2952.592959.5225.973.082.010.13148.5846.6437.6024.4411.602054.7268.632.3010.38281.52616.3481.66343.2868.1916.1851.505.1320.022.625.420.522.690.341495.4015.9575.210.80H2846.800.635.687.920.1511.1220.260.871.593.770.8299.5848.032141.1020.933.863.720.19182.37161.3839.0742.9611.131347.42103.682.7812.50128.27269.8134.99145.8328.416.7522.442.409.881.382.970.311.700.22655.3414.8754.280.79角闪石正长岩Z157.700.4418.083.960.200.385.871.489.640.060.7798.58107.013809.6590.9024.4219.920.80150.559.852.811.3119.324753.18711.7410.1950.39100.87184.2220.9173.2713.633.7110.531.145.140.842.220.312.020.31419.1117.6335.800.91正长岩Z265.850.0519.910.580.010.211.269.441.270.040.9799.5925.982042.6711.4636.7932.961.7417.855.891.040.5014.551186.76227.247.8844.238.1114.201.847.011.490.601.150.160.590.100.220.030.190.0435.7313.4129.871.36Z2762.750.0919.311.120.060.101.965.796.510.022.1999.9094.811117.9014.786.3919.740.3851.871.680.550.0421.591404.65230.095.2558.3310.5219.362.147.791.880.831.990.331.850.360.980.140.940.1349.226.338.011.30Z2962.550.0919.071.110.050.092.005.177.390.022.0599.5997.951235.7914.685.2621.030.4352.892.990.530.7319.681330.84149.223.9565.0411.0220.122.228.351.980.832.090.341.930.370.970.140.900.1351.406.488.771.24交代正长岩Z357.060.2516.903.110.120.324.013.029.400.144.4798.80128.386498.24114.684.9022.250.99108.825.142.000.3621.322371.61265.456.2548.89310.28475.5653.25174.8423.576.0116.012.087.881.182.850.372.180.341076.4031.72102.190.89Z559.340.2317.662.580.080.212.892.929.720.183.0498.85111.604780.3543.993.6117.740.73110.072.381.660.0615.421165.10395.677.3049.81140.90253.2127.4388.6413.723.5911.321.265.790.892.170.271.560.22550.9622.4764.700.86方解石碳酸岩穿插正长岩T145.940.1213.400.760.100.4615.005.951.560.0612.9896.3322.8313720.1121.714.447.640.3726.265.301.812.2113.011824.89304.246.8348.2237.1868.948.0231.656.493.204.980.702.910.521.290.181.090.19167.3613.1024.441.65白云石碳酸岩穿插正长岩T348.230.6211.854.070.063.898.370.418.690.8511.5098.5452.717065.3956.386.7615.400.7286.107.9315.387.5210.201263.68505.5610.5015.50212.79344.2634.66115.9817.854.8415.321.566.741.012.460.291.680.24759.6924.9290.690.87碳酸岩T238.170.1510.522.250.052.1216.782.153.800.2215.2891.491.4514293.181.180.380.830.107.684.800.560.040.6910928.134.990.373.2714.3422.562.8411.341.992.211.550.190.720.130.250.030.240.0858.4617.3843.293.70方解石F12.48/0.02/0.010.0751.770.070.030.0141.8596.310.243345.390.050.130.020.000.911.360.764.850.1211062.250.370.012.023.926.400.753.120.620.560.620.060.290.050.090.010.050.0116.5413.0358.592.7665盐湖研究第 32卷辉石岩的稀土含量为4.2810-61 495.4010-6，磷灰石含量较高的辉石岩普遍具较高稀土含量，说明磷灰石为辉石岩中稀土元素的载体矿物。正长岩的稀土含量 35.7310-61 076.4010-6，交代正长岩和白云石碳酸岩脉穿插正长岩（混染正长岩）的稀土含量高于未蚀变正长岩。镜下特征表明交代正长岩中 REE 赋存矿物主要为褐帘石和少量榍石，二者与碳酸盐矿物关系紧密（图2h）。本次采集到的方解石碳酸岩脉的REE含量58.4610-6，为无矿碳酸岩。辉石岩、正长岩、碳酸岩具有相似的微量元素及稀土元素配分型式，表明杂岩体的各种岩石类型是同源岩浆演化的产物。3.3碳、氧同位素特征方解石碳酸岩的 13CV-PDB为-4.72，18OV-SMOW为12.31。被碳酸岩细脉穿插的碱性正长岩 13CV-PDB为-3.30，18OV-SMOW为 13.62（表 2）。表2上庄杂岩体碳酸岩和正长岩的碳、氧同位素组成Table 2The C-O isotopic compositions of Carbonatite andSyenite from the shangzhuang complex编号，岩性T2，碳酸岩T1，正长岩13C（-VPDB）-4.72-3.3018O（-VSMOW）12.3113.62SiO2SiO2钾玄岩系列高钾钙碱性钙碱性系列低钾系列正长岩正长岩正长岩辉石岩似长化二长闪长宕似长化二长闪长宕正长岩似长化碱性亚碱性花岗闪长岩闪长岩二长岩二长闪长岩辉长岩辉长岩辉长闪长岩151050Na2O+K2O3040506070404550556065707580K2O121086420（a）（b）图4（a）上庄辉石岩-正长岩SiO2vs K2O+Na2O图解（b）上庄正长岩SiO2vs K2O图解24，25Fig.4（a）Diagram of SiO2vs K2O+Na2O for the Shangzhuang pyroxenite and syenite（b）Diagram of SiO2vs K2Ofor the Shangzhuang syeniteAl2O3辉石岩正长岩碳酸岩2520151050302520151050（a）CaO（b）Fe2O3（c）16141210864203040506070SiO23040506070SiO23040506070SiO2304050607030405060703040506070SiO2SiO2SiO2201612840MgONa2O+K2O1510501086420P2O5（d）（e）（f）图3上庄辉石岩、正长岩和碳酸岩的主量元素双变量图解Fig.3Bivariant diagram of major elements for the Shangzhuang pyroxenite，syenite and carbonatite3.4锶、钕同位素特征上庄杂岩体的 Rb-Sr、Sm-Nd 同位素测试结果见表 3 及表 4。碳酸岩、正长岩、辉石岩显示出比较一致 的 同 位 素 组 成，87Sr/86Sr=0.704 8090.705 973，143Nd/144Nd=0.512 2120.512 479，显示地幔来源特征。4讨论4.1地幔源区及构造背景上庄辉石岩-正长岩-碳酸岩杂岩体的微量元素大离子亲石元素（LILE）及轻稀土元素（LREE）富集，高场强元素（HFSE）亏损，与弧型岩浆岩地球化学特征相似。杂岩体的87Sr/86Sr（i）（0.704 685-0.705 529）中等偏高，轻微亏损到轻微富集 Nd 同位素 Nd（t）-1.72.6（492 Ma）。杂岩体整体显示出以 EMI 富集地幔端元为主，并有 HIMU 和 EMII 地幔端元组分混合而成的复杂地幔源区（图 6），辉石岩的206Pb/204Pb（i）和87Sr/86Sr（i）特征也表明地幔包含富集地幔端元EMI10，这些特征表明该岩体的母岩浆来自曾被交代富集的地幔源区。俯冲海洋沉积物中的流体交代被认为是碳酸岩相关稀土矿床地幔源区稀土富集的原因1。上庄杂岩体高 Sr（583.9210-610 928.1310-6）、Ba（400.3910-614 293.1810-6）和 LREE，碳酸岩高 Ba/Th 比值（12 091.41），符合沉积物中流体交代的模式。俯冲海洋沉积物中富含 REE 及 CO2流体，该富 CO2流体通常具高浓度 LILE 和相对低浓度HFSE，即具有高的 LILE/HFSE 比值28，29。这类富CO2流体交代作用会产生富集 LILE 和 REE 的碳酸Rb Ba Th U Nb Ta La Cc Pr Sr Nd Zr Hf Sm Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb LuLaCcPrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu岩石/原始地幔岩石/球粒陨石10 0001 0001001010.10.0110 0001 0001001010.10.01辉石岩正长岩碳酸岩虚线所示为碳酸岩中方解石样品图5上庄辉石岩-正长岩-碳酸岩（a）微量元素蛛网图解及（b）稀土元素配分图解22Fig.5（a）Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams and（b）chondrite-normailized REE patterns of rocksin the shangzhuang Pyroxenite-Syenite-Carbonatite表3上庄杂岩体Rb-Sr同位素组成Table 3Rb-Sr isotope results of the Shangzhuang complex表4上庄杂岩体Sm-Nd同位素组成Table 4Sm-Nd isotope results of the Shangzhuang complex66张海云，等：青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义第2期3.4锶、钕同位素特征上庄杂岩体的 Rb-Sr、Sm-Nd 同位素测试结果见表 3 及表 4。碳酸岩、正长岩、辉石岩显示出比较一致 的 同 位 素 组 成，87Sr/86Sr=0.704 8090.705 973，143Nd/144Nd=0.512 2120.512 479，显示地幔来源特征。4讨论4.1地幔源区及构造背景上庄辉石岩-正长岩-碳酸岩杂岩体的微量元素大离子亲石元素（LILE）及轻稀土元素（LREE）富集，高场强元素（HFSE）亏损，与弧型岩浆岩地球化学特征相似。杂岩体的87Sr/86Sr（i）（0.704 685-0.705 529）中等偏高，轻微亏损到轻微富集 Nd 同位素 Nd（t）-1.72.6（492 Ma）。杂岩体整体显示出以 EMI 富集地幔端元为主，并有 HIMU 和 EMII 地幔端元组分混合而成的复杂地幔源区（图 6），辉石岩的206Pb/204Pb（i）和87Sr/86Sr（i）特征也表明地幔包含富集地幔端元EMI10，这些特征表明该岩体的母岩浆来自曾被交代富集的地幔源区。俯冲海洋沉积物中的流体交代被认为是碳酸岩相关稀土矿床地幔源区稀土富集的原因1。上庄杂岩体高 Sr（583.9210-610 928.1310-6）、Ba（400.3910-614 293.1810-6）和 LREE，碳酸岩高 Ba/Th 比值（12 091.41），符合沉积物中流体交代的模式。俯冲海洋沉积物中富含 REE 及 CO2流体，该富 CO2流体通常具高浓度 LILE 和相对低浓度HFSE，即具有高的 LILE/HFSE 比值28，29。这类富CO2流体交代作用会产生富集 LILE 和 REE 的碳酸Rb Ba Th U Nb Ta La Cc Pr Sr Nd Zr Hf Sm Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb LuLaCcPrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu岩石/原始地幔岩石/球粒陨石10 0001 0001001010.10.0110 0001 0001001010.10.01辉石岩正长岩碳酸岩虚线所示为碳酸岩中方解石样品图5上庄辉石岩-正长岩-碳酸岩（a）微量元素蛛网图解及（b）稀土元素配分图解22Fig.5（a）Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams and（b）chondrite-normailized REE patterns of rocksin the shangzhuang Pyroxenite-Syenite-Carbonatite表3上庄杂岩体Rb-Sr同位素组成Table 3Rb-Sr isotope results of the Shangzhuang complex编号，岩性H5，辉石岩Z3，正长岩Z2，正长岩T2，碳酸岩T1，正长岩Rb（10-6）16.54128.3825.981.4522.83Sr（10-6）2 003.912 371.611 186.7610 928.131 824.8987Rb/86Sr0.023 90.156 60.063 30.000 40.036 287Sr/86Sr0.704 9850.705 7840.705 9730.704 8090.705 71887Sr/86Sri（492 Ma）0.704 8170.704 6850.705 5290.704 8060.705 464表4上庄杂岩体Sm-Nd同位素组成Table 4Sm-Nd isotope results of the Shangzhuang complex编号，岩性H5，辉石岩Z3，正长岩Z2，正长岩T2，碳酸岩T1，正长岩Sm（10-6）59.7123.571.491.996.49Nd（10-6）344.57174.847.0111.3431.65147Sm/144Nd0.104 80.081 50.128 90.105 90.124 0143Nd/144Nd0.512 4300.512 2120.512 3300.512 4790.512 359Nd（492 Ma）1.7-1.1-1.72.6-0.867盐湖研究第 32卷质橄榄岩。该碳酸质橄榄岩的部分熔融过程中，高场强元素 HFSE、重稀土元素 HREE 等保留至钛铁氧化物中，大离子亲石元素 LILE 和轻稀土元素 LREE优先进入熔体中30-33，解释了地幔源区稀土富集的原因1。新元古代 Rodinia 超大陆裂解，位于阿拉善地块和祁连地块、柴达木地块与祁连地块之间的大洋分别开启并扩张，早中寒武世以来，南祁连大洋板块向北俯冲到祁连地块之下14，34-36，柴北缘东北侧的滩涧山群岛弧玄武岩（54212 Ma）可能意味着了南祁连大洋板块的俯冲始于 540 Ma 之前14。之后南祁连大洋板片回撤，软流圈上涌，祁连地块中拉脊山地区处于伸展环境15，19，形成拉脊山地区晚寒武世-早奥陶世火山岩系地层11，20。此外，杂岩体侵入的六道沟群（505 Ma）围岩地层，也被认为是大陆裂谷环境的产物21。上庄辉石岩样品的 Ta/Hf 值 0.05-0.2，Ta/Hf比值大于 4，在 Ta/Hf-Th/Hf 图解中主要落在陆缘岛弧及大陆拉张带（初始裂谷）玄武岩区（图 7），因此，推断上庄含碳酸岩-偏碱性超镁铁质岩-碱性正长岩杂岩体的母岩浆可能是由经俯冲作用后伸展环境中减压熔融产生的。该地幔源区可能在早寒武纪通过俯冲物质的流体/熔体的交代而富集，当时南祁连洋板块北向俯冲到祁连地块下方。4.2上庄杂岩体中碳酸岩的成因上庄碳酸岩的 13C 值-4.72 为地幔值（13C=-4.0-8），属火成碳酸岩范围，而 18O 值略高于火成碳酸岩范围（18O=6.010）约 2，上庄杂岩体中碳酸岩及正长岩与白云鄂博碳酸岩（13C=-4.560.28，18O=9.615.71）和庙垭碳酸岩及正长岩（13C=-5.55-3.20，18O=10.3715.68）的特征较为相似（图 8），偏高的 18O 同位素可能由于碳酸岩在形成时发生瑞利分馏或受到热液蚀变作用39。火成碳酸岩的成因主要有三种观点：原始地幔低程度部分熔融44，45；碳酸质硅酸盐熔体的分离结晶作用和不混溶作用46，47。上庄杂岩体中碳酸岩较高的 Sr（10 928.1310-6）、Ba（14 293.1810-6），LREE较 HREE 富集，13C 同位素属地幔火成岩范围，与辉石岩、正长岩相似的 Sr-Nd 同位素特征表明其为幔源火成碳酸岩。碳酸岩与正长岩紧密伴生，呈岩脉、岩87Sr/86Sr（i）0.7020.7040.7060.7080.710Nd（t）151050-5-10-15辉石岩正长岩碳酸岩本次研究辉石岩前人研究DMMHIMUEMIEMII图6上庄杂岩体的Nd（t）-87Sr/86Sr（i）同位素组成图27，10Fig.6Nd（t）vs initial Sr isotope plot of rocks fromthe shangzhuang Complex陆缘岛弧及陆缘火山弧玄武岩区大陆拉张带玄武岩区（初始裂谷）辉石岩大洋岛弧玄武岩区板块发散边缘N-MORB大洋板内洋岛、海山玄武岩区及T-MORB、E-MORBIX陆内裂谷碱性玄武岩区地幔热柱玄武岩区陆内裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩Ta/HfTh/Hf1001010.10.010.010.1110图7上庄辉石岩Ta/Hf-Th/Hf图解37Fig.7DiagramofTa/Hf-Th/HffortheShangzhuangpyroxenite18OSMOW/13CPDB/碳酸岩正长岩海水影响白云鄂博碳酸岩沉积混染或高温分离且干布拉克碳酸岩牦牛坪碳酸岩初始火成碳酸岩大气降水影响低温蚀变庙垭碳酸岩及正长岩0-2-4-6-8-104681012141618图8上庄碳酸岩及国内相关碳酸岩的C和O同位素组成38-43Fig.8Carbon and oxygen isotopic compositi