祁連地區窯井子巖齡及同位素特征

樊生龍，劉子銳，胡 妍

(甘肅省地質調查院，甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

窯井子巖體位于北祁連造山帶，北祁連造山帶屬早古生代造山帶[1]。自南東向北西，該造山帶分布了多處加里東期花崗巖。部分學者對該造山帶上的花崗巖進行了研究，位于景泰西南的井子川巖體，其鋯石年齡為464.0±15 Ma(SHRIMP)，其形成的構造環境為火山島弧；黃洋河巖體鋯石年齡為383.0±6 Ma(ICP-MS)，為后碰撞花崗巖，巖體形成于北祁連洋閉合后[2]；北大板巖體鋯石年齡為414 Ma±4 Ma(U-Pb)，巖體形成于同碰撞向后碰撞的構造轉換時期[3]；位于山丹縣西南的大佛寺巖體，其鋯石年齡為426.0±2.8 Ma(U-Pb)，位于酒泉東南部的金佛寺巖體，其U-Pb鋯石年齡為424.0±1.6 Ma(U-Pb)，二者形成環境均為碰撞后伸展，此時北祁連洋已經閉合[4]；自中晚奧陶世-早泥盆世，北祁連造山帶經歷了祁連板塊向華北板塊俯沖、碰撞環境，構造環境復雜。前人工作將北大板南北兩部分巖體歸并于加里東晚期侵入，未進行巖石學及年代學研究；黃增寶(2010)研究認為北大板南側巖體為晚志留紀侵入，而窯井子巖體缺少年代學研究證據，因此，研究窯井子巖體有助于對北祁連構造演化提供新的巖石學、年代學方面的依據。

1 地質概況與巖石學特征

1.1 地質概況

窯井子巖體位于武威市金山鄉西南約4 km，巖體出露呈倒三角形，呈北西西相延伸，巖體出露面積約578.25 km2，據1：200 000河西堡幅區域地質調查資料，巖體與寒武系大黃山群(εd)呈侵入接觸，并分別與侏羅系窯街組(J2y)，二疊系大黃山組(P2d)，石炭系太原組(C1t)呈不整合接觸。

1.2 巖石學特征

窯井子巖體主要巖性為肉紅色中粗粒正長花崗巖、肉紅色似斑狀正長花崗巖，局部為肉紅色中細粒二長花崗巖，巖性以肉紅色中粗粒正長花崗巖為主，肉紅色中粗粒正長花崗巖，風化面呈灰白色，新鮮面為肉紅色，中粗粒花崗質結構，塊狀構造，巖石中礦物主要是鉀長石35 %～40 %，斜長石15 %～20 %，石英25 %～30 %，黑云母2 %～3 %、角閃石3 %～5 %和褐簾石1 %～2 %，副礦物為磁鐵礦和磷灰石，巖石中可見大量暗色閃長質包體(圖1c)，具有I型花崗巖特征[5]。見圖1。

2 樣品分析方法

該次工作在窯井子巖體中部窯井子一帶采集了新鮮無蝕變的5件樣品用于鋯石年齡及鍶釹鉛同位素分析，樣品編號為1#～5#，其中2#樣品一并采集了U-Pb鋯石年齡樣。

巖石化學分析由核工業北京地質研究院分析測試研究中心完成。鍶、釹、鉛同位素分析采用ISOPROBE-T熱表面電離質譜儀，Phoenix熱表面電離質譜儀完成，分析誤差為2σ；U-Pb鋯石年齡樣品由河北省地質測繪院完成鋯石制靶，在中國地質調查局天津地質調查中心同位素重點實驗室完成。將樣品粉碎為100 μm，利用雙目鏡選擇透明、無包裹體且具有代表性的鋯石顆粒，將鋯石顆粒制成環氧樹脂樣品靶；將樣品靶打磨剖光并使其露出中心部位，進行鋯石陰極發光圖像(CL)采集，然后選擇合適的鋯石顆粒進行U-Pb年齡測定，利用激光剝蝕多接收器等離子質譜儀(LA-MC-ICP-MS)進行微區原位U-Pb同位素測定，數據處理及作圖采用ICPMSDataCal和ISOPLOT程序[6]。

3 巖石地球化學特征

3.1 鍶、釹同位素特征

依據窯井子巖體鍶、釹同位素分析結果可知，87Sr/86Sr值為0.717 81～0.721 48之間，均值為0.719 77；。147Sm/144Nd值為0.08～0.10之間，平均0.09；143Nd/144Nd值為0.511 75～0.511 93之間，平均0.511 85；εNd(t)為-11.18～-8.22之間，平均-9.46；TDM值為1.51～1.83 Ga，平均1.65 Ga，指示其物源來自古元古代-中元古代。見表1。

表1 窯井子巖體體鍶、釹同位素組成Tab.1 Sr and Nd isotopic composition of the Yaojingz rock

3.2 鋯石年代學特征

此次鋯石有效點16點，從鋯石CL陰極發光圖像(圖3)可知，鋯石可分為3類，其中1、2、5、6、7號鋯石，顏色多呈褐色，表面不平整，震蕩環帶不發育，個別可見橢圓形暗色繼承性核，8、10、12、16、19號鋯石表面具有蝕變；而11、14、15、18、20號鋯石晶形完整，透明，震蕩韻律環帶明顯，具有巖漿鋯石特征。從窯井子巖體正長花崗巖鋯石U-Pb年齡測定結果可知，鋯石Th/U值普遍集中于0.65～0.91，為巖漿成因鋯石。

圖2 窯井子正長花崗巖鋯石U-Pb年齡和諧圖和直方圖Fig.2 Diagrams of U-Pb zircon ages of the Yaojingzi syenogranite

圖3 窯井子正長花崗巖鋯石陰極發光圖和年齡Fig.3 Zircon illumination and ages of the Yaojingzi syenogranite

在窯井子正長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖上(圖2a)，和諧等時線下交點年齡為444±16 Ma，MSWD為0.5，而11、14、15、18、20號鋯石206Pb/238U表面年齡集中于447 Ma～457 Ma，加權平均值452±1.5 Ma，MSWD為0.75，95 %置信度，與和諧等時線下交點年齡接近，可解釋為巖漿結晶年齡。

4 討論

4.1 巖體的形成時代

據1：200 000河西堡、武威縣幅區域地質調查報告，將北大坂巖體和窯井子巖體歸為加里東晚期侵入花崗巖，未進行測年及地球化學分析；2010年黃增保等對北大坂巖體進行過單顆粒U-Pb鋯石分析，認為北大坂巖體形成環境為同碰撞向后碰撞轉換時期，形成時代為早泥盆世(414±4 Ma)[3]，此次工作對窯井子巖體進行單顆粒U-Pb鋯石分析，結果表明巖體年齡為晚奧陶世(452±1.5 Ma)，與北大板巖體為不同時代侵入，應予以劃分，這一成果為窯井子巖體提供了年代學依據。

4.2 物源分析

窯井子巖體巖石中未出現白云母、堇青石等過鋁制礦物，含有少量的角閃石(3 %～5 %)這些特征與S型花崗巖特征不符，具有I型花崗巖特征[7，8]。I型花崗巖原指來自于火成巖源巖的花崗巖，后來研究者發現地幔及地殼巖漿混合及下地殼巖漿上升中與上地殼巖石混染等也可形成I型花崗巖，窯井子巖體的87Sr/86Sr初始值為0.708 7～0.711 2之間，均值為0.709 4，介于0.706～0.719之間，說明巖漿來源為殼源，受到了幔源物質混染[9]，而巖體中普遍發育暗色閃長質包體(圖1c)也對源巖為殼幔混合成因進行了佐證，因此，筆者認為窯井子巖體為殼幔混合成因。

窯井子巖體TDM值為1.51～1.83 Ga，平均1.65 Ga，指示其物源主要為古中元古代地層。在(FeO。T+MgO+TiO2)-ω(SiO2)關系圖解(圖4a)顯示窯井子巖體樣品投影點多數位于黑云片麻巖區；而在Al2O3/(FeOT+MgO+TiO2)/Al2O3+FeOT+MgO+TiO2圖解中(圖4b)，樣品投影點多數靠近變火山巖部分熔融區，可見窯井子巖體源巖為富長石質，可能為變火山巖熔融而來。結合區域地質資料，推測其源巖可能為北大河巖群黑云石英片巖、二云石英片巖、鉀長片麻巖等。

圖4 窯井子正長花崗巖Y-SiO2圖解，窯井子巖體εNd(t)-t圖解Fig.4 Diagrams of Y-SiO2，εNd(t)-t

4.3 構造意義

前人研究結果表明，北祁連造山帶在寒武紀中后期形成洋盆(522 Ma～495 Ma)，于奧陶紀早期開始向華北板塊俯沖(486 Ma～455 Ma)，到奧陶紀末-志留紀中后期碰撞造山(445 Ma～428 Ma)[1]，窯井子巖體正處于祁連板塊向華北板塊俯沖末期的構造環境，俯沖作用減弱，北祁連洋向北俯沖阻力增加，發生板片的斷離及脫水作用，導致上地幔部分熔融形成巖漿，巖漿上涌與下地殼古中元古代地層發生混合熔融，隨后侵位至淺層成巖。

5 結 語

窯井子正長花崗巖U-Pb同位素年齡為452±1.5Ma，巖體形成于晚奧陶世。與早志留世北大板巖體不屬同一時代，在區域上應予以區分。

從窯井子正長花崗巖石學分析，窯井子正長花崗巖為I型花崗巖，其物源主要來自上地殼古中元古代地層，源巖可能為北大河巖群黑云石英片巖、二云石英片巖、鉀長片麻巖，經歷了原始巖漿的混合作用。