柴北缘尖峰山含石榴石花岗闪长岩年代学、岩石地球化学及地质意义

Chronology, Petrogeochemistry and Geological Significance of Garnet Bearing Granodiorite in Jianfengshan Area, Northern Qaidam Margin

摘要

柴北缘尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩呈脉状分布在达肯大坂岩群中，岩石主要由石英（30%~35%）、斜长石（45%~50%）、钾长石（15%~20%）、黑云母（5%）及少量的白云母（<5%）和石榴石（<5%）组成.锆石U-Pb定年结果表明，含石榴石花岗闪长岩的形成时代为（441.1±1.4） Ma，属于早志留世.岩石具有高SiO₂（66.27%~74.42%）、Na₂O（3.47%~6.75%）、Al₂O₃（14.71%~20.43%），低MgO（0.07%~0.56%）、Mg^#（19.8~43.6）含量和强过铝质（A/CNK介于0.99~1.34）特征，其U、K、Ba等元素相对富集，亏损Nb、Ta、Sr、P、Eu、Ti等元素.稀土元素配分曲线呈右倾型，显示弱的负Eu异常（δEu=0.31~0.81）.岩石具有较高的I _Sr值（0.707 123~0.708 081）和负的ε _Nd（t）值（-1.91~-2.37），双阶段模式年龄T _DM2为1 660~1 756 Ma.经校正后的（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb）_i值为18.354 7~18.582 2，（²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb）_i值为15.365 4~15.641 2，（²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb）_i值为38.254 7~38.654 1.锆石Hf同位素ε _Hf（t）比值为2.5~-9.1，对应的Hf同位素地壳模式年龄T _DM2为1 263~2 012 Ma.岩石地球化学及同位素的研究表明，尖峰山含石榴石花岗闪长岩为S型花岗岩，形成于柴达木陆块与祁连陆块碰撞造山阶段，是早期俯冲的大陆和大洋地壳经历了超高压变质作用（榴辉岩相条件）的同时经历部分熔融流体上升导致陆壳发生部分熔融形成.

关键词

柴北缘 / 尖峰山 / 含石榴石花岗闪长岩 / 锆石U-Pb年龄 / Sr-Nd-Pb-Hf同位素 / 矿床学 / 岩石学.

Key words

northern margin of Qaidam / Jianfengshan area / garnet bearing granodiorite / zircon U-Pb age / Sr-Pb-Hf isotope / ore deposit geology / petrology

0 引言

柴北缘结合带位于青藏高原东北缘，是横贯中国大陆的巨型构造带-中央造山系的重要组成部分（许志琴等，2006）.其北部以青海南山断裂为界与祁连地块相邻，南部和柴达木地块被柴达木北缘断裂所分割，东部以哇洪山-温泉断裂为界，西北以阿尔金断裂为界；是经历了元古代大陆边缘裂离、加里东期俯冲碰撞造山，华力西期叠加造山形成的复合造山带（宋述光等，2009；莫宣学，2020），以元古宙和早古生代变质作用、岩浆活动广泛发育为特征（陆松年等，2004；查显锋等，2016）（图1a）.20世纪90年代带内发现了榴辉岩，后续又发现超高压变质矿物-金刚石、柯石英，被确认为我国西北地区又一条超高压变质带，带中分布有不同地质过程的花岗岩，包括晚寒武世-早、中奥陶世（475~460 Ma）洋壳俯冲阶段I型花岗岩，如嗷唠山花岗岩（473 Ma）（吴才来等，2001）、赛什腾山岩体（465 Ma）团鱼山花岗岩（469 Ma）（吴才来等，2008）；晚奥陶-早志留世（450~440 Ma）同碰撞阶段S型花岗岩，有大柴旦花岗岩（446 Ma）（吴才来等，2007）；早泥盆世（410~395 Ma）后碰撞阶段花岗岩，如都兰野马滩花岗岩（397 Ma）（吴才来等，2014）.柴北缘超高压变质带的峰期变质年龄为420~457 Ma（宋述光等，2015；任云飞等，2019），代表了柴北缘碰撞造山的时限，碰撞阶段深俯冲带岩浆活动往往是十分微弱的，近年来陆续发现了与大陆深俯冲阶段有关的岩浆活动，如绿梁山花岗岩（孟繁聪和张建新，2008），柴达木山花岗岩（周宾等，2013）、锡铁山花岗岩（Zhao et al.，2017），这类花岗岩的发现对于揭示柴北缘地区陆壳深俯冲过程中的岩浆响应事件及柴北缘构造带的形成与演化具有重要意义.

本次在尖峰山地区发现了含石榴石花岗闪长岩，在野外地质调查工作的基础上，对尖峰山含石榴石花岗闪长岩开展详细的LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石学、岩石地球化学及同位素地球化学研究，结果可为探讨该岩体的成因及形成环境，以及进一步深人探讨区内构造演化历史提供重要约束.

1 地质概况与样品

尖峰山地区地理上位于柴达木盆地北缘大柴旦行委的西侧，区域构造上处于全吉地块与柴达木地块之间的柴北缘结合带西段；结合带内超高压变质岩呈透镜状分布在鱼卡、大柴旦、都兰等地区，研究区南侧的大柴旦地区超高压变质岩与达肯大坂岩群呈构造接触，岩石类型为榴辉岩和石榴石橄榄岩（宋述光等，2007）.

研究区出露地层主要为古元古代达肯大坂岩群，变质程度以角闪岩相为主，岩石类型为黑云斜长片麻岩、云母石英片岩、斜长角闪岩夹少量大理岩及变粒岩；侵入岩以奥陶纪辉长岩广泛出露为特征，中元古代片麻状花岗闪长岩、片麻状石英闪长岩、早石炭世花岗闪长岩以规模较大的岩株分布在研究区东南部（图1b）.含石榴石花岗闪长集中分布于尖峰山南侧，呈脉状产出，脉体走向北东向，脉宽0.5~50.0 m，长20~400 m，与达肯大坂岩群云母石英片岩呈侵入接触（图2a、2b），露头中可见岩脉呈树枝状穿插在围岩中，局部地段内接触带可见厘米级冷凝边或黑云母富集带，略具定向排列（图2c）.本次对含石榴石花岗闪长岩分布密集区测制了2019Pm1地质剖面（图1c），选择不同部位采集新鲜、弱蚀变样品进行了分析测试.通过镜下观察结合地球化学分类岩石类型为含石榴石花岗闪长岩、细粒含电气石石榴石花岗闪长岩.

含石榴石花岗闪长岩：为块状构造，微细粒花岗结构（图2d）.主要矿物组成为斜长石45%~50%、石英25%~30%、钾长石10%~15%、黑云母5%、石榴石含量低于5%及少量绿帘石、榍石（图2e、2f）.斜长石呈半自形粒状晶，粒径0.20~0.36 mm，具绢云母化蚀变；石英呈他形粒状，粒径0.2~0.4 mm；钾长石呈他形粒状，粒径0.3~1.3 mm，具红褐色粘土化蚀变；石榴石呈粒状，粒径0.20~0.33 mm.

细粒含电气石石榴石花岗闪长岩：块状构造，细粒半自形粒状结构.主要由斜长石40%~45%、钾长石10%~15%、石英30%~35%、黑云母5%、白云母含量低于5%、石榴石含量低于5%及少量电气石组成.斜长石呈半自形板状，粒径0.6~1.6 mm；钾长石呈粒状，粒径1.1~2.6 mm，显格子状双晶、轻微红褐色粘土蚀变；白云母片状，无色透明，片径0.15 mm左右；石榴石呈粒状，粒径0.2~0.4 mm均质体；电气石呈柱状，深蓝色，具反吸收，粒径0.2~0.3 mm，零星偶见.

2 实验测试方法

主量和微量元素在武汉综合岩矿测试中心完成测试，样重均大于2 kg，利用切乔特公式进行粗碎、中碎、细碎缩分留存样本量，制备过程中用四分法反复缩分至需要的样本重量；粗碎过程中要留存粗副样，细碎过程中要留存分析副样.粗碎正样、副样各200 g左右，分析正样、副样100 g左右.主元素分析测试采用X荧光光谱法（XRF）完成，分析仪器为菲利普PW2440型波长色散X-射线荧光光谱仪，分析流程见Ma et al.（2012），分析误差<0.9%；微量元素采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS），测试仪器采用美国热电公司X7电感耦合等离子质谱仪，分析流程见Liu et al.（2008），分析误差<7.8%.

LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年和锆石原位Lu-Hf同位素分析由武汉市上谱测试分析科技有限责任公司完成，在锆石原位U-Pb同位素测试分析之前，通过透射光和CL图像对锆石的晶体形貌和内部结构特征进行了详细研究，并挑选出适合同位素分析的最佳测试点.U-Pb同位素测年中激光剥蚀系统采用New Wave UP213，ICP-MS布鲁克M90，锆石标准为91500和Plesovice采用外标开展同位素分馏校正，剥蚀光斑直径32 μm；样品的元素含量和同位素比值用GLITTER4.4处理，谐和曲线和加权平均年龄的计算采用Isoplot3.2等程序完成（Hu et al.，2012）.在样品完成锆石U-Pb定年测试的基础上进行了锆石Lu-Hf同位素分析测试，其中锆石Lu-Hf同位素测点位置与U-Pb定年测点位置为同一锆石颗粒内的同一岩浆生长环带上.由美国的热电Nepture-plusMC-ICP-MS与NewWaveUP213激光烧蚀进样测试，测试步骤与校准方法类似（Wu et al.， 2006）.锆石剥蚀使用的频率为8 Hz能量是16 J/cm²激光剥蚀31 s，由于锆石中的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值较低（小于0.002），¹⁷⁶Lu对¹⁷⁶Hf同位素干扰忽略不计，每个测试点¹⁷³Yb/¹⁷²Yb平均值用于计算Yb分馏系数，扣除¹⁷⁶Yb对¹⁷⁶Hf同质异位素的干扰.数据处理采用软件ICP-MSDatacal完成.

全岩Sr-Nd-Pb同位素化学前处理与质谱测定在南京聚谱检测科技有限公司完成.岩石粉末经高压密闭溶样弹消解后，同位素溶液经CetacAridusII膜去溶系统引入，在NuPlasmaIIMC-ICP-MS上测定同位素比值.Sr同位素比值测定过程中，采用⁸⁶Sr/⁸⁸Sr=0.119 4校正仪器质量分馏，Sr同位素国际标准物质NISTSRM987作为外标，校正仪器漂移.Nd同位素比值测定过程中，采用¹⁴⁶Nd/¹⁴⁴Nd=0.721 9校正仪器质量分馏，Nd同位素国际标准物质JNdi-1作为外标，校正仪器漂移.Pb同位素比值测定过程中，采用²⁰⁵Tl/²⁰³Tl=2.388 5校正仪器质量分馏，Pb同位素国际标准物质NISTSRM981作为外标，校正仪器漂移.

3 测试结果

3.1　LA-ICP-MS锆石U-Pb定年

锆石U-Pb样品采自剖面2019Pm1，岩性为浅灰色细粒含石榴石花岗闪长岩（样品编号：2019JFS1），采样点坐标为北纬37°56′36″，东经95°04′12″.锆石U-Pb分析结果列于表1，测试的锆石多透明，金刚光泽，颗粒较为粗大，自形-半自形短柱状，长宽比1∶1 至2∶1，以柱状锆石居多，偶见球粒状锆石.CL图像下可见十分细密的岩浆成因振荡环带，少数颗粒可见扇状环带（图3），测试结果中多数测点的Th/U比值小于0.1，综合分析倾向于是深熔作用过程中形成的锆石.24个有效分析点中，11、13、20号锆石较自形，具有清晰的岩浆震荡环带，²⁰⁶Pb/²³⁸U 表面年龄为1 990~2 069 Ma，可能是来自岩浆源区的继承锆石，含石榴石花岗闪长岩围岩达肯大坂岩群黑云石英片麻岩和斜长角闪岩在布果特山地区获得Sm-Nd等时线年龄分别为2 027 Ma和2 085 Ma（王洪强等，2016），11、13、20号锆石年龄可能代表了古老结晶基底的形成与岩浆活动的信息.剩余21个岩浆锆石的²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄加权平均值为（441.1±1.4） Ma（MSWD=0.84）（图4a）.加权平均年龄与单个样点分析结果在误差范围内基本一致，在谐和图上成群集中分布（图4b），部分点偏离谐和线稍远外，其余各点聚集在谐和线上及其附近很小的区域范围内，说明普通Pb丢失对测年数据影响不大，所测精度较高可以代表岩体的形成年龄，据此认为尖峰山含石榴石花岗闪长岩形成于早志留世.

3.2　主微量元素

12件主量、微量元素分析结果见表2，主量元素中SiO₂含量为66.27%~74.42%，平均含量为71.5%，属典型的酸性侵入岩；Na₂O含量为3.47%~6.75%，K₂O含量为1.95%~3.85%，K₂O/Na₂O为0.37~0.65，全碱含量为5.48~9.76，在TAS图解中所有样品均落在花岗闪长岩和花岗岩范畴，显示为亚碱性系列（图5）；在SiO₂-K₂O图解中样品均落在高钾钙碱性系列区域（图6）.Al₂O₃的含量相对较高（14.71%~20.43%），A/CNK=0.99~1.34，A/NK=1.1~2.07，CIPW标准矿物计算中含刚玉分子0.95%~2.45%，平均值为1.87%，具有过铝质花岗岩的特征，在A/CNK-A/NK图解中，所有样品均落人过铝质区域（图7），主量元素地球化学结果显示含石榴石花岗闪长岩属强过铝质高钾钙碱性岩石.

稀土元素总量较低为（78.06~111.3）×10^-6，平均值为93.5×10^-6，LREE的含量为（71.13~103.4）×10^-6，平均为86.8×10^-6，HREE含量为（5.1~8.1）×10^-6，平均为6.73×10^-6，在稀土配分模式图上曲线基本一致，配分曲线明显右倾（图8）（La/Yb）_N为15.36~30.51，LREE富集，HREE亏损，轻重稀土元素显示分馏程度较高，δEu值为0.51~0.76，显示中等负Eu异常，推测源区可能有斜长石的残留或岩浆形成过程中经历了斜长石的结晶分异作用.原始地幔标准化微量元素蛛网图（图9），样品具有较为一致的曲线形式，并且具有亏损高场强元素Nb、Ta、Sr、P、Eu、Ti，相对富集大离子亲石元素U、K、Ba，而Zr，Hf无明显异常的特征.其中Nb，Ta以及Ti的亏损暗示其不可能由软流圈部分熔融直接产生，而有可能来源于地壳.

3.3　Sr-Nd-Pb同位素特征

尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩全岩Sr、Nd同位素分析结果见表3，4个样品的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为0.709 280~0.710 843，平均值为0.710 181，高于原始地幔现在值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.7045），¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值为0.512 284~0.512 303平均值为0.512 401，略低于原始地幔现在值（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.512 638）.根据U-Pb定年结果获得的含石榴石花岗闪长岩形成时间441.1 Ma，计算出I _Sr值在0.707 123~0.708 081，平均值为0.707 782，I _Nd值为0.511 948~0.511 972，平均值为0.511 964，ε _Nd（t）为-1.91~-2.37，平均值为-2.06.对应的二阶段Nd模式年龄T _DM2为1 660~1 756 Ma.

尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩放射性铅同位素组成见表4.花岗岩当前²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb为18.790 3~18.801 1，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb为15.665 7~15.673 6，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb为38.088 6~38.220 5，经计算同位素初始比值（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb）_i为18.354 7~18.582 2，（²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb）_i为15.365 4~15.641 2，（²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb）_i为38.254 7~38.654 1.

3.4　Lu-Hf同位素

本次选取参与U-Pb年龄计算的锆石开展Lu-Hf同位素分析，由于U-Pb测年时部分锆石被击穿，因此Lu-Hf同位素测试点位与锆石U-Pb年龄分析点位未完全重叠.含石榴石花岗闪长岩锆石Hf同位素分析结果见表5，通过对14个点的Hf同位素分析得到¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值为0.282 143~0.282 569，平均值为0.282 354.锆石ε _Hf（t）值和两阶段模式年龄分别

用各自的U-Pb年龄进行计算.通过计算得出ε _Hf（t）介于2.5~-9.1，平均值为-4.84，对应的Hf同位素地壳模式年龄（T _DM2）分布范围为1 263~2 012 Ma.¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf比值范围0.016 676~0.020 209，并且绝大部分锆石¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值都小于0.002，说明锆石在形成后由Lu衰变形成的Hf极少，所测得的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf值能够反映出岩石结晶演化过程中Hf同位素的组成情况（吴福元等，2007）.另外，锆石样品的f _Lu/Hf值较低（平均值为-0.97），说明所测得的锆石Lu-Hf同位素二阶段模式年龄（T _DM2）能够指示其源区物质在地壳中存留的年限.4 讨论

4.1　岩石类型

显微镜观察显示尖峰山含石榴石花岗闪长岩发生了一定的风化蚀变，斜长石具绢云母化，钾长石具粘土化（图2e）.但是，岩石烧失量LOI值较低（0.55%~3.48%），平均值为1.88%，同时SiO₂、FeO^T、MgO、TiO₂、P₂O₅等与烧失量LOI值之间缺失明显的相关关系，暗示着蚀变作用过程中，这些元素是不活泼的，且蚀变对样品成分影响有限.样品在稀土元素标准化配分图和微量元素原始地幔标准化蛛网图上的曲线都近似平行（图8，图9），进一步说明这些样品可以用来讨论岩石成因.

尖峰山含石榴石花岗闪长岩矿物组合中出现石榴子石、电气石、白云母等富铝质特征矿物，岩石地球化学特征具有高硅（SiO₂=67.93%~72.80%）、高铝（13.85%~14.91%）、富碱（K₂O+Na₂O=5.48~9.76）、低镁（0.07%~0.56%）、低磷（0.03%~0.1%）的特点，CIPW刚玉标准分子指数大于1（1.05~2.41），具S型花岗岩的特点.已有研究表明，Th和Y在过铝质岩浆演化的早期优先进入富Th和Y的矿物，而较低的Th和Y含量以及与Rb之间的相关性被认为可以有效地区分S型花岗岩和I型花岗岩（Chappell，1999）.在Rb-Th、Rb-Y图解（图10）中表现出Th和Y随Rb含量的增加而减少Th、Y与Rb呈负相关，显示出S型花岗岩的演化趋势.通常认为I型花岗岩（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i>0.706，S型花岗岩（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i>0.708；尖峰山含石榴石花岗闪长岩（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i初始比值（0.708 162~0.708 423）均大于0.708，（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i初始比值（0.512 077~0.512 469）较低，以上的岩石学、岩石地球化学和同位素特征均显示尖峰山含石榴石花岗闪长岩属过铝质S型花岗岩.

4.2　岩石成因与源区特征

S型花岗岩源于上地壳或沉积物的部分熔融，广泛分布在碰撞作用有关的造山带中（Chappell，1999）.花岗岩中微量元素的含量和组合特征对研究其物质来源、构造背景、形成机制和演化规律具有重要意义.尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩中Nb、Sr、Ti、P等微量元素的亏损和高钾钙碱性特征反映源岩具大陆地壳特征；Mg、Co、Ni、Cr的含量与地壳值具有一致性，具有低Cr（平均值5.59×10^-6）、Co（平均值3.16×10^-6）、Ni（平均值3.23×10^-6）、Mg（Mg^#=19.8~43.6）的特征；另外锆石U-Pb 测年样中有3个点²⁰⁶Pb/²³⁸U 表面年龄为1 990~2 069 Ma，代表古老结晶基底的捕获锆石，达肯大坂岩群作为出露于柴北缘的主要基底岩系，形成于1 960~2 320 Ma（Chen et al.，2009；王洪强等，2016），本区出露大面积古元古代达肯大坂岩群，这样的特征指示尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩来自达肯大坂岩群的部分重熔.在部分熔融的过程中岩石的Nh/Ta表现为如无外来物质加入时比值变化较小，同源岩浆Nh/Ta比值基本相同，含石榴石花岗闪长岩的Nh/Ta比值为8.35~15.33变化范围较大，平均值为10.87小于地幔平均值（60）而与地壳平均值（10）相当（Barth et al.，2000），表明含石榴石花岗闪长岩源岩以壳源物质为主，受到了部分幔源物质加入.Sr-Nd-Pb同位素也是分析岩石物质来源的非常有效的示踪剂，尖峰山含石榴石花岗闪长岩具有较高的I _Sr值（0.707 123~0.708 081），平均值为0.707 782，和负的ε _Nd（t）为-1.91~-2.37，平均值为-2.06，说明岩石物质来源以壳源为主，亏损地幔模式年龄T _DM2为1 660~1 756 Ma，在ε _Nd（t）-I _Sr图解上4个样品点均投入壳幔过渡区，介于团鱼山I型花岗岩和大柴旦S型花岗岩之间，与锡铁山花岗岩、绿梁山花岗岩相近（图11）.早古生代团鱼山I型花岗岩和都兰埃达克岩ε _Nd（t）>0原岩为来自亏损地幔的拉斑玄武岩洋壳（吴才来等，2008；Song et al.，2014）；大柴旦S型花岗岩ε _Nd（t）值范围较广原岩来自于部分基底大陆地壳熔融（吴才来等，2007），锡铁山花岗岩ε _Nd（t）=-4.6~-3.8（Zhao et al.，2017）、绿梁山花岗岩ε _Nd（t）=-5.5~-4.6（孟繁聪和张建新，2008），原岩可能为围岩片麻岩在高温缺水或是有幔源物质加入的环境下形成的，证明了尖峰山含石榴石花岗闪长岩原岩为混合成因.

在²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb-²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb模式图上样品落在造山带与上地壳之间（图12），同样反映出尖峰山含石榴石花岗闪长岩物质来源以上地壳为主有地幔物质的加入（闫国强等，2020）.Hf同位素组成被认为是有效的花岗岩母岩储层的示踪剂，尖峰山含石榴石花岗闪长岩的ε _Hf（t）值变化范围较大为2.5~-9.1，在ε _Hf（t）-t图解中投入亏损地幔和地壳演化线之间，介于大洋地壳形成的都兰埃达克质侵入岩和柴达木北部基底（都兰云母片岩）之间（Song et al.，2014；Yu et al.，2013），与锡铁山花岗岩ε _Hf（t）=0.5~5.3（Zhao et al.，2017）、柴达木山花岗岩ε _Hf（t）=-8.5~-2.5（周宾等，2013）近一致（图13）.同样 Hf同位素测试结果中3个测点具有正的ε _Hf（t）值，对应的二阶段模式年龄为1 263~1 349 Ma，另有11个测点具有负的ε _Hf（t）值，对应的二阶段模式年龄为1 708~2 012 Ma，略小于其围岩达肯大坂岩群的年龄，不均一的Hf同位素组成和略小于围岩成岩年龄表明岩浆源区并非都来自于古老地壳物质的低程度部分熔融，还应有少量地幔物质的参与.以上进一步证实了尖峰山含石榴石花岗闪长岩的原岩属古老地壳物质和地幔物质混合成因.

S型花岗岩CaO/Na₂O主要依赖于斜长石/粘土比值，CaO/Na₂O高于0.3源岩为贫粘土而富斜长石的变杂砂岩部分熔融，低于0.3源岩来自富粘土而贫斜长石的变泥质岩部分熔融（Sylvester，1998），本区含石榴石花岗岩CaO/Na₂O值为0.38~1.05，均大于0.3，反映源岩可能与贫粘土而富斜长石的变杂砂岩有关.在A/MF-C/MF图解中，样品主体落入变杂砂岩部分熔融区（图14），表明该套岩体源区岩石主要为砂屑沉积岩，是成熟度较高的陆壳部分熔融作用的结果.花岗岩中的微量元素Rb和Sr主要富集于长石和云母中，Rb/Sr和Rb/Nb值可以反映岩石源区的物质组成与铝的富集程度，尖峰山含石榴石花岗闪长岩Rb/Sr值为0.15~0.33，均值为0.24；Rb/Nb值为2.61~11.05，均值为5.52，与上地壳对应的均值Rb/Sr值0.32和Rb/Nb值4.50较为接近（Irber，1999），在Rb/Ba-Rb/Sr判别图解中样品落入贫粘土源岩区，并靠近杂砂岩和玄武岩区域（图15），暗示岩浆源区可能与玄武质岩浆部分熔融有关.尖峰山含石榴石花岗闪长岩Zr/Hf比值为32.4~42.9，平均为36.9，明显高于地壳岩石Zr/Hf值（33），而接近于幔源岩石Zr/Hf比值（36.3；Green，1995）.值得注意的是，尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩的岩石学特征与同位素特征与围岩达肯大坂岩群近乎一致.达肯达坂岩群主要岩石类型有黑云斜长片麻岩、含石榴石黑云斜长片麻岩、云母石英片岩、斜长角闪岩夹大理岩，变质程度以角闪岩相为主，原岩为泥砂质、泥钙质夹中基性火山岩，类似于海相活动环境下形成的类复理石组合，与尖峰山含石榴石花岗闪长岩源岩类型比较接近.针对达肯大坂岩群开展的同位素测年显示其碎屑锆石存在1 960~2 320 Ma年龄信息，支持含石榴石花岗闪长岩的源岩碎屑物质来源于达肯大坂岩群.结合岩石地球化学和Sr-Nd-Pb-Hf同位素特征，推测尖峰山地区含石榴石花岗闪长岩源岩以达肯大坂岩群长英质岩石发生部分熔融为主，并有地幔物质的加入.

幔源物质参与花岗岩成岩的方式有新生地壳物质的重熔和幔源岩浆直接注入地壳并诱发其部分熔融两种解释（Belousova et al.，2006）；地幔熔融会形成基性岩浆，即使通过高度分异作用，也会以中性岩为主，尖峰山岩体附近并无同期的中基性岩石出露；另外尖峰山花岗闪长岩不含暗色包体，具有较低的Mg^#（平均值33）、Cr（平均值5.59×10^-6）、Ni（平均值3.25×10^-6）含量，与幔源岩浆参与形成的中酸性岩具有高Mg、Cr、Ni的地球化学特征不一致，说明没有幔源岩浆直接加入的可能性.已有资料表明柴北缘榴辉岩的原岩十分复杂，有新元古代大陆裂谷环境的板内玄武岩（850~820 Ma），早古代洋壳或早古生代洋陆俯冲沟弧系内的基性岩（540~500 Ma）（张贵宾等，2012），大柴旦胜利口地区的石榴橄榄岩是岛弧环境下地幔楔部分熔融的岩浆堆晶的产物（宋述光等，2007）.说明柴北缘超高压变质带中很多榴辉岩和橄榄岩是“异地”的，是大陆俯冲过程中将先期存在的大洋俯冲带的成分卷入其中后重熔形成，这些洋壳物质也可能参与了尖峰山含石榴石花岗闪长岩的形成.

尖峰山含石榴石花岗闪长岩含有石榴石、白云母、电气石等副矿物，花岗岩中石榴石认为有3种成因：（1）混染型，在花岗岩岩浆侵位过程中捕获围岩中的石榴石（Allan and Clarke， 1981）.（2）岩浆型，花岗岩在岩浆演化过程在特定条件下结晶形成（Abbott，1981）；（3）转熔型，岩浆产生时被熔化原岩的残留（Villaroset al.， 2009）；研究区的石榴石颗粒细小（粒径0.2~0.4 mm）、自形-半自形，呈六面体或椭圆体，内部干净均匀，无其他矿物包裹体（图2f），与变质岩石榴石一般以他形及内部存在较多包裹体，残留石榴石边部与熔体反应常形成港湾状结构均有较大区别，为典型岩浆成因的石榴石.Green（1995）将含石榴石流纹-英安岩玻璃进行熔融实验中压力在27 kPa条件下获得的石榴石成分最为接近.全岩Al₂O₃/TiO₂比值与含钛矿物黑云母的分解有关，指示岩浆形成时温度的高低，可以判别花岗岩形成条件为高温型还是高压型（Sylvester， 1998），尖峰山石榴石花岗岩的Al₂O₃/TiO₂比值在95.6~122.6，绝大部分大于100，代表岩浆形成的温度较低（<875 ℃）属高压型.S 型花岗岩根据过铝质矿物分为含白云母花岗岩和含堇青石花岗岩两种类型（Barbarin，1990），尖峰山花岗岩含白云母，具有高SiO₂（67.93%~72.80%），贫镁铁（MgO+FeO^T=0.64%~3.87%，绝大部分均小于3%）的特征，成分接近最低共熔点组分，形成时的温度较低，说明尖峰山含石榴石花岗闪长岩形成于低温高压环境，与高喜马拉雅淡色花岗岩类似.尖峰山含石榴石花岗闪长岩与榴辉岩具有密切的时空关系，研究区南侧的大柴旦地区榴辉岩变质矿物组合为石榴石+绿辉石+多硅白云母+金红石，榴辉岩的峰期变质温度为770~830 ℃，压力>1.4 GPa，变质年龄为420~457 Ma（Zhang et al.，2005），与尖峰山石榴石花岗闪长岩形成时代和环境近一致表明二者之间存在成因联系.因此认为尖峰山含石榴石花岗闪长岩为俯冲的洋壳在榴辉岩相条件下发生部分熔融流体上升导致达肯大坂岩群长英质岩石发生部分熔融形成的.

4.3　构造环境及意义

S型花岗岩形成的构造环境大部分学者认为是同碰撞环境的产物，部分学者认为所有花岗岩都应形成于拉张构造环境（Pearce et al.，1984）.尖峰山含石榴石花岗闪长岩具有高硅、富碱和高Rb低Ta的特征，认为其不应属于火山岛弧环境，应为碰撞造山环境.在花岗岩的Hf-Ta-Rb判别图解（图16）和R ₁-R ₂判别图解（图17）中样品均落在同碰撞区域内；结合带内高压-超高压变质带的变质年龄，可以推断该花岗岩形成于同碰撞阶段.

柴达木盆地北缘早古生代构造演化目前已有大量的研究资料，早古生代柴达木地块和祁连地块之间存在柴北缘洋，柴北缘古生代地史是一个大陆边缘造山的历史（陆松年等，2002），分为洋陆俯冲和碰撞造山两个过程，前者为增生造山作用，后者为碰撞造山作用.增生造山过程表现为洋壳消减产生岛弧或陆缘弧的过程，两个大陆块体之间发生碰撞所引起的构造过程称为碰撞造山作用 （Brown et al.，2011）.柴北缘结合带中绿梁山蛇绿岩中低Ti辉长岩535 Ma（朱小辉等，2014）代表了底寒武世洋陆俯冲就已开始，阿木尼克蛇绿混杂岩内高镁闪长岩515.9 Ma说明早寒武世中期初始弧或弧后初始扩张已开始.随着洋壳的不断俯冲和消减，陆间洋盆、弧后盆地逐渐消失闭合，微陆块间逐步接近靠拢，最终发生弧陆碰撞和陆陆碰撞，高压-超高压带的形成代表了大陆俯冲时代，柴北缘高压-超高压带内榴辉岩的变质时代为420~457 Ma（宋述光等，2015；蔡鹏捷等，2018）.尖峰山含石榴石花岗闪长岩²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄为441.1 Ma对应着碰撞造山发生的时限，同样在柴达木超高压带内绿梁山花岗岩、柴达木山花岗岩、锡铁山花岗岩的形成时代与尖峰山花岗岩一致，具有相似的地球化学特征，表明该期同碰撞岩浆作用沿柴北缘超高压带均匀分布，整个柴北缘在碰撞造山阶段大陆深俯冲发生高压-超高压变质作用的同时有微弱的岩浆活动形成.

综上，柴北缘早古生代碰撞造山阶段，柴达木地块与祁连地块发生碰撞作用引起大陆地壳厚度增加早期俯冲的大陆和大洋地壳发生了超高压变质作用（榴辉岩相条件）的同时经历部分熔融流体上升导致上地壳古元古代达肯大坂岩群地层的部分熔融，成了富钠的尖峰山含石榴石花岗岩.

5 结论

（1）尖峰山含石榴石花岗闪长岩形成时代为（441.1±1.4） Ma（MSWD=0.84）；岩石地球化学特征属S型花岗岩.

（2）根据尖峰山含石榴石花岗闪长岩岩石学、地球化学和Sr、Nd、Pb、Hf同位素特征，认为尖峰山含石榴石花岗闪长岩在低温高压条件下岩浆源区主要来古老地壳物质（达肯大坂岩群）并有幔源物质组分的混入.

（3）柴达木陆块与祁连陆块碰撞造山过程，早期俯冲的大陆和大洋地壳经历了超高压变质作用（榴辉岩相条件）的同时经历部分熔融流体上升导致陆壳发生部分熔融，成了富钠的尖峰山含石榴石花岗岩.

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