北山黄毛土沟南岩体岩石地球化学特征及成因研究.pdf

2023年6 月第43卷第2 期四川地质学报Vol.43No.2Jun.,2023北山黄毛土沟南岩体岩石地球化学特征及成因研究高志杰（甘肃省地质调查院，兰州7 30 0 0 0）摘要：黄毛土沟南岩体位于北山，属西部额尔齐斯增生楔火山岩带活动大陆边缘体系，岩性主要为花岗闪长岩，产于下石炭统红柳园组。本文通过年代学研究，获得其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为418.6 土2.8 Ma，岩石形成为晚志留世。岩石地球化学显示，稀士元素以轻稀土强烈富集、Eu亏损不明显为特征，且富集大离子亲石元素Rb和高场强元素Th、H f，表明该岩体属同熔型成因，其岩浆均来源于下地壳或上地慢，在其上侵过程中混染了壳源物质，形成同熔岩浆，使其具壳慢混合特性，这是岛弧环境花岗岩所独有的特征，是北山早古生代洋盆向南俯冲形成的弧后盆地俯冲消减的产物。关键词：北山；黄毛土沟南岩体；锆石U-Pb测年；岩石成因中图分类号：P597DOI:10.3969/j.issn.1006-0995.2023.02.025甘肃北山地区，地质构造复杂多样，侵人岩分布广泛（李沅柏等，2 0 2 1）。根据前人研究，在志留系晚期红柳河-洗肠井洋盆发生了大规模自南向北的俯冲作用，俯冲作用从晚奥陶世末开始，早志留世，花牛山-双鹰山岛弧两侧存在双向俯冲，北侧与公婆泉岛弧以月牙山-洗肠井洋相隔，南侧为柳园洋，晚志留世，月牙山-洗肠井洋消减完毕，公婆泉岛弧与双鹰山-花牛山发生碰撞，陆壳的缩短和构造的增厚导致陆壳重熔形成过铝岩浆（王婷等，2 0 2 2；马廷玉和司雪峰，2 0 18；李皓东等，2 0 2 2）。本文以黄毛土沟南志留纪侵入岩为对象，通过地质背景研究，以岩石年代学、岩石地球化学为手段，研究岩石成因与构造背景，为区域地质背景提供佐证。1地质背景1.1 区域地质研究区位于甘肃北山地区，属于中亚古生代造山带的一部分。目前对于北山地区大地构造单元划分，主要以红柳河-牛圈子-洗肠井缝合带为界线，其北侧为哈萨克斯坦板块，南侧为塔里木板块（图1）。区域出露地层以中-新元古界、石炭-二叠系、白垩系和第四系最为发育。主要为太古宇_下元古界敦煌岩群、长城系古碉井群、长城系铅炉子沟群、蓟县系平头山组、青白口系野马街组、青白口系大豁落山组、下-中奥陶统罗雅楚山组、下石炭统红柳园组、下石炭统白山组、上石炭统-下二叠统干泉组、下-中二叠统双堡塘组、下白垩统赤金堡组、渐新统-中新统桃树园组、上新统苦泉组和第四系（白荣龙等，2 0 2 2；曾强等,2 0 2 1)。1.2岩体特征研究区志留纪侵入岩属西部额尔齐斯增生楔火山岩带活动大陆边缘体系，区域出露面积约8.6 km，研究区出露面积约2.3km，为复式火山岩体，岩石类型均为花岗闪长岩，呈近东西向展布。北部岩体靠文献标识码：AO若水星星峡O.红柳河1.-40营毛沱花牛山1I-2方山口红柳园缝合线构造线研究区I。哈萨克斯坦板块；I-1.红石山地体；I-2.黑鹰山地体；I-3.马鬃山地块；I-4.公婆泉地体；I.塔里木板块；-1.营毛沱-鹰嘴山地块；II-2.花牛山地体；II-3.红柳园-辉铜山地块；II-4.敦煌地块；文章编号：10 0 6-0 9 9 5（2 0 2 3）0 2-0 347-0 5I-11-2黑鹰山0明水1-3.公婆泉II-11I-3金庙井II4O瓜州图1区域构造略图O0石板井Q洗肠井鹰嘴红山比例尺1:50 0 0 0 0收稿日期：2 0 2 2-10-2 6基金项目：中国地质调查局甘肃北山1：5万区域地质调查项目（K47E021015、K 47 E0 2 10 16、K 47 E0 2 2 0 15）。作者简介：高志杰（19 8 4一），男，汉族，甘肃景泰人，工程师，主要从事区域地质矿产调查347北山黄毛土沟南岩体岩石地球化学特征及成因研究近下石炭统红柳园组，岩体蚀变强烈，发育绿泥石化、绿帘石化、钾化（杨镇熙等，2 0 2 1）。南部岩体，被早二叠世细粒花岗岩闪长岩侵人，早白垩世赤金堡组地层不整合覆盖在花岗闪长岩体上（图2）。1.3岩石学特征本次研究采集样品6 件，编号为Pml15YQ9、Pm115Y Q 16 、Pm115YQ21、Y Q 8 8 13、Y Q 8 8 14、YQ8816。岩体岩石类型主要为细中粒花岗闪长岩、中粒花岗闪长岩，蚀变强烈，具有钾化、绿帘石化、绿泥石化，地表可见风蚀洞发育，岩石风化破碎。矿物中角闪石含量较多，粒径个别达1cm，岩体中可见暗色闪长质包体，椭圆状，大小315cm，矿物粒度细。岩体侵人敦煌岩群和新元古代片麻状花岗岩，岩体内部可见绢云石英片岩和片麻状花岗岩残留体。3(a)中等铝质2XN/1过碱质00.50.7 0.91.1 1.31.51.71.9A/CNK7(c)654K32104045 505560 6570 7580Sio,图3晚志留世花岗闪长岩A/CNK-A/NK（a）Q-A-P（b）Si O 2-K z O（c）、A FM（d）图解岩石风化面呈灰绿色，新鲜面略浅，中-细粒结构，块状构造。主要由石英（2 0%2 5%）斜长石（40%50%）、钾长石（15%2 0%）和少量暗色矿物（5%10%）组成，其中石英呈浅灰色，他形粒状，粒径约2 4mm，斜长石呈灰白色，他形板状，板径约2 4mm，钾长石呈肉红色，他形板状，板径约2 4mm，暗色矿物主要为角闪石和黑云母。岩石遭受绿泥石化而呈黑绿色，此外还遭受钾化，呈肉红色。348C.hFC.hArPt,D.Pm 115Y Q 9Y8S,Pm 115Y Q 16F，rSP,Pm115YQ21KicQQ全新统E,N,桃树园组K.c赤金堡组C,h柳园组一段ArPt,D敦煌岩群YoP,早二叠世花vP,早二叠世辉绿岩岗闪长岩图2研究区志留纪侵入岩分布特征(b)90a90过铝质1b口6023a2011钾玄岩系列高钾钙碱性口系列口钙碱性系列低钾（拉斑）系列1QFFC.hY Q 8 8 13YsS;Y Q 8 8 14K.cE,N,t晚志留世花岗闪长岩603b45口口口16*567A10(d)Na,O+K,OSvP,7*8*835FeOt拉斑玄武岩系列口钙碱性系列C,hFC.hY Q 8 8 16比例尺1:2 0 0 0断层采样点209*10*59106590PMgovP,K.cK.c2023年6 月第43卷第2 期2岩石地球化学特征2.1主量元素地球化学特征花岗闪长岩的Si02含量变化在58.48%6 7.30%，平均值为6 1.32%。富含碱质，K20+Na20=5.88%6.72%，平均值为6.15%；K20/Na20=0.571.04，平均值为0.7 3；高钾，K20=2.22%3.42%，平均值为2.59%；高铝，Al203=14.96%16.91%，平均值为16.38%；铝饱和指数（A/CNK）变化在0.8 9 0.9 5之间，平均值为0.9 1，为中等铝质岩石（图3a）；里特曼指数介于1.8 6 2.2 9 之间，平均值2.0 9，碱度率AR介于1.702.13之间，平均值为1.8 2，为钙碱性岩石。在Q-A-P图解（图3b）中，4个样品落人花岗闪长岩区域，2 个样品落人英云闪长岩区域。在SiO2-K20图解（图3c）中，五个样品落入高钾钙碱性区域及其与钙碱性区域界线附近，一个样品落入钙碱性区域。在AFM图解（图3d）中，样品落入钙碱性区域。主量元素显示其属于高钾、钙碱性、中等铝质系列岩石并具有I型花岗岩的特征。2.2微量元素地球化学特征稀土元素分析结果显示，稀土元素总量（ZR EE）变化大，变化在12 1.46 2 16.0 5之间，平均153.2 5，LREE/HREE为3.435.97,平均4.48,(La/Yb)为 7.9 1 2 2.31,平均14.19，轻重稀土元素分馏明显；（La/Sm）n=2.8 1 6.50，轻稀土为强程度分异，（Gd/Yb）n=1.7 5 2.53，重稀土为弱程度分异（徐琳等，2 0 2 2；孙海瑞等，2 0 2 0）。8 Eu值为0.7 10.8 5，平均0.8 1，Eu负异常较弱。稀士元素配分曲线呈右倾型，轻稀土元素区间倾斜，重稀土元素略倾斜，以轻稀土强烈富集、Eu亏损不明显为特征（图4）。原始地慢标准化多元素图解（图5）表明，晚志留世花岗闪长岩富含大离子亲石元素 Rb 和高场强元素 Th、H f，而相对亏损Nb、Ba；R b、T h 的富集，指示岩浆的形成与壳源物质有关；同时具有低Rb/Sr(0.150.26）、低Sr/Ba（0.8 2 1.17）的特点。3年代学特征本次工作在该岩体中选取了花岗闪长岩样品进行同位素年龄测试，样品2 0 个测试数据的Th/U介于0.38 39 0.6 0 43之间，平均值为0.48，具岩浆锆石高Th/U特征。在谐和图上（图6），2 0 个点的2%Pb/238U介于40 8 430 之间，均落在谐和线及其附近，测点所得数据线性相关良好，其2 0 Pb/238U加权平均年龄值为418.6 2.8 Ma，代表了岩体形成时代，该套岩体归为晚志留世。4岩石成因与构造背景志留纪侵入岩主量元素具有高铝、富钾、富含碱质、低磷和钛的特征，显示其属于高钾钙碱性、中等铝质系列岩石并具有I型花岗岩的特征。富含大离子亲石元素Rb和高场强元素Th、H f，而相对亏损Nb、Ba，显示本区志留纪侵入岩形成于俯冲岛弧构造环境或为壳源物质熔融岩浆的产物（高正海，2 0 2 1）。349四川地质学报1000.0100.010.01.0LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYb图4晚志留世花岗闪长岩稀土元素球粒陨石标准化图解1000.0Pm115YQ160,-Pm115YQ21+YQ8813*YQ8814YQ8816100.010.01.0RbBaThUNbTaLaCePrSrNdZrHf SmEuGdTbDy图5晚志留世花岗闪长岩原始地慢标准化多元素图解Vol.43No.2Jun.,2023+Pm115YQ9。-Pm115YQ16+Pm115YQ21。YQ8813.*YQ8814+YQ8816.+Pm115YQ9.YHoErTmYbLu.Lu.北山黄毛土沟南岩体岩石地球化学特征及成因研究蛛网图上形成明显 Nb、T a 谷，Th、La、H f 峰，具典型岛弧岩浆岩地球化学特征。在K2O-Na2O判别图解（图7 a）中，所有样品点均落人I型花岗岩区域；在10 0 0 0 Ga/Al（-Na 2 0+K 2 0）/Ca 0 图解（图7 b）中，多数样品均落I型花岗岩区域，仅有1个样品落入A型花岗岩区且靠近I型花岗岩区域。综上所述，志留纪侵人岩为I型花岗岩，成因类型属同熔型，其岩浆均来源于下地壳或上地慢，在其上侵过程中混染了壳源物质，形成同熔岩浆，使其具壳慢混合特性，这是岛弧环境花岗岩所独有的特征（余吉远等，2 0 17；徐明钻，2 0 11）。侵人时期与红柳河-洗肠井洋盆发生大规模自南向北俯冲时期相当（42 1.0 15）（442.4 1.5)M a。AUX10.0kVWD14mmP.C.80HVSamplesolution0.0720.0700.068Nez/qdo0.0660.0640.0620.4400.460.480.500.520.540.560.580.60图6花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图、加权平均年龄（Ma）5.0(a)x120418400207Pb/235U100um0008440430Mean=418.62.8AUX10.0kVWD14mmP.C.80HVNov12,2018Samplesolution440430420410400390100(b)x120100um0005Nov12,20184.03.0AA-型1-型102.01.02.0图7志留纪侵入岩K,0-Na20判别图解（a）和10 0 0 0 Ga/Al-（Na 2 O+K,O）/Ca O 图解（b）研究表明，同碰撞花岗岩的A/CNK1.15，而火山弧花岗岩A/CNK1.15，研究区志留纪的花岗岩A/CNK值介于0.8 9 0.9 5，平均值为0.9 1，说明该期花岗岩为火山弧花岗岩。在R1-R2图解中（图8 a），350S-型3.04.0K20I&S5.06.07.01010000Ga/A12023年6 月第43卷第2 期样品全部落在板块碰撞前区域。在构造环境判别图解Rb-（Nb+Y）中（图8 b），所有样品落人火山弧花岗岩区。综上所述，研究区志留纪侵入岩就位于岛弧的构造环境，它是北山早古生代洋盆向南俯冲形成的弧后盆地俯冲消减的产物。25002000F1500F1000500F001.地慢分异产物；2.板块碰撞前；3.碰撞后隆起；4.晚造山；5.非造山；6.同碰撞；7.后造山；VAG一火山弧花岗岩；ORG一洋脊花岗岩；WPG一板内花岗岩；Syn-COLG一同碰撞花岗岩；Post-CEG一后碰撞伸展花岗岩5结论四川地质学报10000(a)10002品口3口4651000R1图8 志留纪侵入岩的R1-R2图解(a)、R b-（Nb+Y）构造环境判别图(b)Vol.43No.2Jun.,2023Syn-COLGWPG&100Post-COLG10VAG20003000(b)ORG10100Y+Nb100010000（1）研究区大规模的花岗闪长岩体产于下石炭统红柳园组，本次获得其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为418.6 2.8 Ma，代表了岩体形成时代，该套岩体归为晚志留世。（2）岩石地球化学显示，该岩石属于高钾、钙碱性、中等铝质系列岩石并具有I型花岗岩的特征。稀士元素配分曲线呈右倾型，以轻稀土强烈富集、Eu亏损不明显为特征。大离子亲石元素Rb和高场强元素Th、H f 的富集，指示岩浆的形成与壳源物质有关。（3）黄毛土沟南花岗闪长岩体的成因类型属同熔型，其岩浆均来源于下地壳或上地慢，在其上侵过程中混染了壳源物质，形成同熔岩浆，使其具壳慢混合特性，这是岛弧环境花岗岩所独有的特征，是北山早古生代洋盆向南俯冲形成的弧后盆地俯冲消减的产物。参考文献：李沅柏，李海泉，周文孝，王波，常风，李树才，杨欣杰2 0 2 1北山造山带新元古代热事件及其构造意义：来自甘肃北山南带两期花岗质岩的地球化学和年代学证据J.地质通报，40(0 7):1117-1139.王婷，胡阳，郭道军，凌亚军，王茜：2 0 2 2 得荣县瓦卡镇岗学一带二叠系上统冈达概组火山岩岩石地球化学特征J四川地质学报，42(01):117-122+132.马廷玉，司雪峰：2 0 12.甘肃北山花岗岩类成因类型及含矿性判别指标J甘肃冶金，34(0 2):8 9-9 2.李皓东，周建波，李功宇，王斌，陈卓，王红燕2 0 2 2.南天山一北山一索伦一长春缝合带的性质与演化J.地质论评，6 8(0 3):7 9 7-8 16.白荣龙，虎金荣，赵甫峰，岳雅慧，周慧玲：2 0 2 2 北山造山带红柳河槽一跃进山地区石炭纪花岗岩成因及构造岩浆演化研究J岩石学报，38(03):713-742.曾强，张腾，张琼.2 0 2 1。甘肃西秦岭舟曲一武都地区中酸性侵入岩岩石地球化学特征及构造环境讨论J.四川地质学报，41(S2):32-36+52.杨镇熙，丁书宏，张晶，荆德龙，赵吉昌，2 0 2 1，北山造山带黑山头岩体岩石成因及构造意义J地质论评，6 7(S1):71-72.徐琳，罗绍强，肖进，刘大明，胡林，唐华。2 0 2 2.内蒙古乌兰呼都格地区发现奥陶纪岩浆事件一一来自碱长花岗岩锆石J.四川地质学报，42(01):9-11.孙海瑞，吕志成，于晓飞，李永胜，杜泽忠，吕鑫，公凡影2 0 2 0 甘肃柳园地区早二叠世正长花岗斑岩脉锆石U-Pb年代学、岩石地球化学特征对北山造山带晚古生代构造背景的指示J.吉林大学学报（地球科学版)，50(0 5):1433-1449.高正海：2 0 2 1，甘肃省肃北县二段井铅多金属矿地球化学异常特征及找矿潜力分析J四川地质学报，41(0 2):2 2 1-2 2 5.余吉远，计波，郭琳，2 0 17 甘肃北山牛圈子地区志留纪骆驼圈西岩体的岩石成因及构造意义J.地质力学学报，2 3(0 2):2 53-2 6 3.徐明钻：2 0 11北山地区典型Cu矿中元素地球化学分布规律及成矿预测方法技术研究D中国地质科学院。（下转第36 2 页）3512023年6 月第43卷第2 期阮百尧，熊彬2 0 0 2.电导率连续变化的三维电阻率测深有限元模拟J地球物理学报，45(1)：131-138.梁志宇，张玉池.2 0 2 1基于不同装置的高密度电法对低阻填充溶洞探测的对比J四川地质学报，43(1)：12 3-130.The Forward Study of the Spectral Induced PolarizationZHANG Sil,3YANG Ting-weil2.34(1-Highway Tunnel Safety Warning Engineering Research Center of Guangxi Zhuang Autonomous Region,Nanning 530007;2-Guangxi Key Laboratory of Road Structure and Materials,Nanning 530007;3-GuangxiCommunications Group Co.,LTD.,Nanning 530007;4-Research and Development Center of High GradeHighway Construction and Maintenance Technology,Materials and Equipment,Nanning 530007)Abstract:By introducing Cole-Cole Spectral Induced(IP)model in the absence of electromagnetic effect,the Three-dimensional finite element forward modeling method of complex resistivity is realized in accordancewith the characteristics of discrete continuous changes of physical properties of underground media.Based onthe boundary value problem of abnormal complex potential,the variational problem is derived,and the complexresistivity of the surface is obtained by hexahedral finite element method combined with dipole-dipole device,and then the components are calculated.One-dimensional filtering algorithm is used to verify the effectivenessof the algorithm,and the calculation results of two typical geoelectric models at different frequencies are given.The results show that the structure characteristics of underground complex media can be described effectively byusing each component from multiple angles.Key word:Three-dimensional finite element method;spectral IP;Cole-Cole model四川地质学报Three-dimensional Finite ElementLU Chao-bo l,2,3.4Vol.43No.2Jun.,2023JIANGhong-liang91,2,3,4（上接第351页）Petrogeochemical Characteristics and Genesis ofHuangmaogounan Pluton in BeishanGAO Zhi-jie(Gansu Geological Survey Institute,Lanzhou 730000)Abstract:The Huang maogounan pluton,located in Beishan,belongs to the active continental marginsystem of the western Irtysh accretive wedge volcanic belt.The lithology is mainly granodiorite and occurs inthe Lower Carboniferous Hongliuyuan Formation.The LA-ICP-MS zircon U-Pb age is 418.6+2.8Ma,indicatingthat the rock was formed in the Late Silurian epoch.Petrogeochemistry shows that the rare element ischaracterized by strong enrichment of light rare earth and weakly Eu anomalies,enriched in Rb,Th and Hf,indicating the syntectite genesis.The magma originated from the lower crust or upper mantle,and mixed withcrust-source material in the uptrusion process to form the syntectic magma,showing the characteristics ofcrust-mantle mixing,and the feature of island arc granite.Huangmaogou pluton is the product of subduction ofthe back-arc basin formed by the south subduction of the early Paleozoic ocean basin in Beishan.Key words:Beishan;Huangmaogounanpluton;zircon U-Pb dating;petrogenesis362