甘肅北山明水巖基地質(zhì)特征及成因討論*

金　霞，朱彥虎，黃增保

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州730000）

甘肅北山明水巖基地質(zhì)特征及成因討論*

金霞，朱彥虎，黃增保

（甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，甘肅 蘭州730000）

明水巖基是甘肅北山北帶規(guī)模較大的復(fù)式巖基之一，野外調(diào)查表明，由新井巖體（早期）、明水巖體（中期）和大石山巖體（晚期）組成。其中，新井巖體侵位時(shí)代為早石炭世（314Ma），明水巖體形成于晚石炭世，而大石山巖體為中二疊世（273Ma）。通過對(duì)巖基巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)的研究，初步認(rèn)為新井巖體屬埃達(dá)克巖，具高硅（SiO2＞56%），富鋁（Al2O3≥16%）、低鎂（MgO＜3%）的特征，微量元素中富集大離子親石元素Sr，虧損Yb和Y等重稀土元素及高場(chǎng)強(qiáng)元素（Nb、Hf和Ti等）；明水巖體巖石中見白云母、石榴石等富鋁礦物，A/NCK＞1.1，屬S型花崗巖；而大石山巖體則為A型花崗巖。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)演化，認(rèn)為新井巖體可能為晚石炭世早期，紅石山洋向南俯沖過程中，俯沖洋殼板片部分熔融形成，明水巖體為板塊俯沖結(jié)束后陸陸碰撞的結(jié)果，而大石山巖體為碰撞后陸內(nèi)伸展的產(chǎn)物。

地質(zhì)特征；甘肅北山；明水巖基；巖石成因

明水巖基位于甘肅北山馬鬃鎮(zhèn)西明水一帶，構(gòu)造上屬塔里木板塊北緣的白山巖漿弧上［1～9］。白山巖漿弧是紅石山洋殼向南俯沖、碰撞的產(chǎn)物，在東西長(zhǎng)＞100km，南北寬10～40km的范圍內(nèi)，分布有巨量的晚古生時(shí)代鈣堿性火山-侵入巖。明水巖基是白山巖漿弧上規(guī)模最大，巖石類型最多，巖漿演化時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)巖基。對(duì)明水巖基的研究不僅可以了解研究區(qū)晚古生代構(gòu)造演化，而且對(duì)深入了解甘肅北山乃至天山海西期構(gòu)造演化有重要意義［10，11］。

1　巖基地質(zhì)特征

明水巖基是甘肅北山北帶白山巖漿弧的重要組成部分，也是巖石類型最豐富的復(fù)式巖基之一（圖1）。分布于白山、明水、雙尖山、大石山等地，東西長(zhǎng)60km，南北寬6～25km，面積約800km2。巖基南側(cè)侵入于太古代-古元古代敦煌巖群和石炭紀(jì)白山組地層中，局部地段可見少量侏羅紀(jì)、第三紀(jì)、第四紀(jì)地層不整合覆蓋，巖基北側(cè)侵入于紅山蛇綠混雜巖帶中，向西延入新疆境內(nèi)，東側(cè)為躍進(jìn)山巖基侵入。

明水巖基具有多期次活動(dòng)的特點(diǎn)，按照巖體分布、巖石組合，接觸關(guān)系和同位素年齡，可以將其分為3個(gè)巖體：早期為新井巖體、中期為明水巖體、晚期為大石山巖體。依次敘述如下：

新井巖體：分布于巖基邊部，呈捕虜體、頂垂體產(chǎn)出，侵入于早石炭世白山組及敦煌巖群地層中，被中期侵入的明水巖體所侵入，出露面積150km2。巖石類型為閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖。1∶25萬紅寶石幅區(qū)調(diào)曾在明水西新井一帶的石英閃長(zhǎng)巖中，獲全巖Rb-Sr同位素年齡為314Ma，時(shí)代為晚石炭世。

明水巖體：位于明水-雙尖山一帶，為巖基的主體組成部分，面積450km2，侵入于新井巖體及白山組地層中，局部為大石山巖體侵入。巖石類型由邊緣到中心依次為灰白色斑狀花崗閃長(zhǎng)巖、淺灰白色斑狀二長(zhǎng)花崗巖、含石榴石中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖、含白云母中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖，總體形成一個(gè)邊緣基性，中心偏酸性的同心環(huán)狀巖體。

大石山巖體：出露于巖基北部的大石山一帶，呈小巖株、小巖體產(chǎn)出。巖體侵入于新井巖體、明水巖體、白山組地層及紅石山蛇綠混雜巖帶中，局部為第三系不整合覆蓋，面積210km2。巖體內(nèi)見有大量密集發(fā)育的北東向輝綠巖墻。巖石類型主要為角閃花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖。齊瑞榮等［11］在大石山一帶的二長(zhǎng)花崗巖中，獲全巖Rb-Sr等時(shí)線年齡273± 1Ma，形成于中二疊世。

2　巖石地球化學(xué)特征

明水巖基各巖體巖石主量元素、稀土元素和微量元素含量見表1。

表1　明水巖基主量元素（%）和微量元素（×10-6）分析結(jié)果表

大石山巖　明水巖體　新井巖體Pg-1　Pg-2　Pi-1　2106-1P17-3　P19-2　626-1　627-1　P17-12698-1 2699-1 2088-1 2697-1　644-1 Dy　5.79　3.8　4.06　1.52　7.28　5.4　6.45　2.92　2.6　2.4　5.24　3.44　3.57　4.24 Ho　1.15　0.78　0.85　0.32　1.64　1.16　1.42　0.61　0.52　0.46　1.05　0.69　0.54　0.91 Er　3.77　2.34　2.9　0.84　5.35　3.68　4.32　1.62　1.43　1.36　2.74　1.98　1.78　2.54 Tm　0.58　0.37　0.44　0.1　0.84　0.66　0.68　0.25　0.2　0.2　0.43　0.29　0.24　0.39 Yb　3.94　2.34　2.59　0.98　5.36　4.51　4.09　1.5　1.34　1.19　1.44　2.06　1.63　2.33 Lu　0.56　0.34　0.37　0.17　0.79　0.7　0.62　0.24　0.22　0.2　0.36　0.33　0.2　0.38 Y　28.7　17.6　18.8　7.44　42.3　31.1　30.9　13.6　11.4　11　22.8　15.1　13.4　21.8 ΣREE　120　116.9　102.2　102　109　97.65　334.4　198.8　170.3　91.22　194.5　117.4　185.3　188 δEu　0.11　0.32　0.63　0.63　0.1　0.31　0.27　0.49　0.48　0.95　0.64　0.73　0.8　0.73 LaN/　2.84　6.66　4.66　17.89　1.14　1.64　13.2　23.6　22.49　9.74　9.92　7.85　17.99　10.74分析項(xiàng)目

圖1　甘肅北山北帶明水巖基地質(zhì)概圖（據(jù)甘肅省地質(zhì)調(diào)查院，2004）

2.1巖石化學(xué)特征

新井巖體：SiO2變化于59.13～67.90%之間，在SiO2-K2O（圖2）中落入正常鈣堿性系列區(qū)，MgO變化于1.96%～5.70%之間，Mg#介于40～48之間，高于典型的島弧鈣堿性英安巖 （Mg#=36）［12］，Al2O3介于14.90%～16.42%之間，與典型的埃達(dá)克巖相似［12-14］。

圖2　明水巖基SiO2-K2O圖解

明水巖體：SiO2介于 74.74%～77.75%，平均75.91%，Na2O+K2O變化于7.00%～8.56%，且K2O＞Na2O，里特曼指數(shù)介于1.35～2.20之間，在SiO2-K2O圖解（圖2）中落入高鉀鈣堿性系列區(qū)，A/NCK值介于1.46～1.72之間，標(biāo)準(zhǔn)礦物中剛玉含量在0.92～1.34之間，屬?gòu)?qiáng)鋁過飽和巖石。

大石山巖體：SiO2含量變化于74.22%～78.38%之間，Na2O+K2O變化于7.60%～8.50%之間，賴特堿度率AR=3.5～3.6，且Na2O/K2O小于1，屬鉀質(zhì)巖石，CaO、MgO、Al2O3含量較低，分別為0.01%～0.99%、0.05%～1.15%和12.18%～13.37%，與澳大利亞加博（Cabo）巖套花崗巖巖石化學(xué)特征相似。

2.2稀土元素特征

新井巖體：稀土總量∑REE介于91.22×10-6～194.53×10-6之間，LaN/YbN比值介于9.92～17.99之間，輕稀土富集，重稀土虧損，其中Yb值介于1.19× 10-6～2.33×10-6之間，大多數(shù)在1.19×10-6～2.03×10-6之間，Y值介于11.0×10-6～22.8×10-6之間，大多數(shù)在11×10-6～15.1×10-6之間，與典型埃達(dá)克巖含量相當(dāng)（Y＜18×10-6，Yb≤1.9×10-6）［12-14］。稀土配分曲線右傾（圖3C），屬輕稀土富集型，δEu介于0.64～0.95之間，弱的負(fù)銪異常。

明水巖體：稀土總量∑REE介于97.65×10-6～198.77×10-6之間，個(gè)別達(dá)334×10-6，LREE/HREE介于0.75～7.01之間，LaN/YbN介于1.39～23.60之間，輕稀土富集，重稀土虧損。δEu介于0.21～0.49之間，表明源區(qū)有斜長(zhǎng)石的殘余或巖漿演化過程中存在斜長(zhǎng)石的結(jié)晶分異作用。稀土配分曲線右傾 （圖3B），輕稀土富集，負(fù)銪異常。

大石山巖體：稀土總量∑REE介于102.3×10-6～120.02×10-6之間，輕稀土富集（LREE/HREE=1.45～6.61，LaN/YbN=2.84～17.89），強(qiáng)負(fù)銪異常（δEu值介于0.11～0.63之間），稀土配分曲線（圖3A）為右傾海鷗式，與弱負(fù)銪異常的新井巖體稀土配分型式明顯不同。

2.3微量元素特征

新井巖體：低場(chǎng)強(qiáng)元素Ba、Th、K、LREE、Sr含量較高，而高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti含量較低。Sr/Y＞20（22.4～79.1），Sr含量為364×10-6～871×10-6，多數(shù)＞400×10-6。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖 （圖3F）中：Ba、Nb、P、Ti等元素呈負(fù)異常，而Rb、Th、Ta、La、Ce、Sr、Hf、Zr等元素呈正異常，與正常島弧鈣堿性中酸性侵入巖明顯不同，后者一般為明顯的Sr、Zr、Hf的負(fù)異常。

明水巖體：在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中（圖3E），表現(xiàn)為Rb、Th、K、La和Ce的正異常，Nb、Sr、Ti、P等元素的負(fù)異常，其余元素具弱富集的特征。

大石山巖體：富集大離子親石元素Ba、Sr，高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr、Nb、Y、Yb、P、Ti含量較低；在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上（圖3D），Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素形成5個(gè)尖銳的低谷，其余元素呈富集狀態(tài)，其中，不相容元素K、Rb、Th正異常最為明顯，具有后造山A型花崗巖地球化學(xué)特征［15～17］。

圖3　明水巖基球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖（A，B，C）和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（D，E，F(xiàn)）（A，D為大石山巖體；B，E為明水巖體；C，F(xiàn)為新井巖體）

3　巖體成因

新井巖體：具有埃達(dá)克巖相似的巖石地球化學(xué)特征，主要表現(xiàn)為：SiO2≥56%，Al2O3≥15%，MgO通常＜3%，富集LREE和大離子親石元素Sr（一般大于400×10-6），虧損HREE，其中Yb含量介于0.98×10-6～3.97×10-6之間，Y含量介于7.74×10-6～18.7×10-6之間，Sr/Y比值＞20，巖石富Na2O，較低的87Sr/86Sr值（0.703），負(fù)銪異常不明顯，與板片部分熔融形成的O型埃達(dá)克巖相似，在圖4中，樣點(diǎn)全落入I型花崗巖區(qū)，也顯示其形成與板塊俯沖有關(guān)。

明水巖體：巖石類型為二長(zhǎng)花崗巖，巖石中常見白云母、石榴石等過鋁礦物，標(biāo)準(zhǔn)礦物中普遍見剛玉分子。巖石A/NCK＞1.1，K2O＞Na2O，副礦物中含磁鐵礦，在圖4中，樣點(diǎn)基本落入S型花崗巖區(qū)，表明明水巖體屬S型花崗巖。

圖4　明水巖基Na2O-K2O圖解

大石山巖體：巖石中富含鈉鐵閃石和堿性長(zhǎng)石，其化學(xué)組成與A型花崗巖相似，主要表現(xiàn)為富堿、低鈣、鎂的特點(diǎn)，SiO2＞70%，Na2O+K2O＞7，CaO＜1.8，＜FeO＞/MgO＞8，微量元素中LREE、Zr、Nb和Ta含量較高，而Sc、Cr、Ba、Sr和Eu含量較低，（87Sr/ 86Sr）i值為0.703。Y/Nb=0.96～3.9，Yb/Ta=0.82～4.98，Ce/Nb=4.4～6.9，具A2型花崗巖的地球化學(xué)特征。在圖4中樣點(diǎn)全落入A型花崗巖區(qū)。

4　構(gòu)造環(huán)境及動(dòng)力學(xué)過程

眾所周知，經(jīng)加里東造山運(yùn)動(dòng)后，浩瀚的古亞洲洋已閉合。受特提斯運(yùn)動(dòng)的影響，早石炭早期，沿塔里木板塊北緣掃子山-紅石山-甜水井一線發(fā)生裂解作用，形成紅石山蛇綠巖，蛇綠巖上覆基性火山巖系輕稀土弱虧損，配分曲線左傾，微量元素具有洋脊玄武巖的特征，表明在早石炭世沿掃子山-紅石山已裂解成洋。早石炭世晚期，紅石山洋向南發(fā)生俯沖作用，沿塔里木板塊北緣形成巨量鈣堿性

中酸性巖基和以白山組為代表的陸緣島弧火山-沉積巖系，即白山巖漿弧。明水巖基早期侵入的新井巖體，時(shí)代為314Ma，且有與俯沖板片部分熔融形成的埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征，可能為紅石山洋低角度快速俯沖至75～90km處發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。明水巖體侵入于新井巖體中，又為大石山巖體侵入，表明其侵位時(shí)代應(yīng)在新井巖體之后，大石山巖體之前，即時(shí)代介于314～273Ma之間，其巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征表明，屬S型花崗巖，形成于碰撞環(huán)境。值得注意的是，與研究區(qū)毗鄰的東天山地區(qū)海西期主碰撞作用的大致時(shí)代為300±10Ma［18］，研究區(qū)為東天山的東延部分，有著相似的地質(zhì)作用過程，即在晚石炭末，由于持續(xù)俯沖作用，造成哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊北緣最終碰撞，地殼增厚，上地殼含水的變質(zhì)沉積物發(fā)生熔融作用，形成明水巖體。在碰撞造山之后，于中二疊世由于應(yīng)力的松遲，擠壓體制向伸展體制轉(zhuǎn)換，巖石圈發(fā)生伸展作用，誘發(fā)巖石圈地幔的減壓熔融，形成上涌的玄武巖漿，這些上升的玄武巖漿帶去大量的熱能，底侵于下地殼，引起下地殼的部分熔融，形成明水巖基末期大石山A型花崗巖。

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P558.124；P558.145

甘肅省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（編號(hào)NO.200213000020）。