青海乌腊德地区花岗闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

LA-ICP-MS Zircons U-Pb Dating， Geochemical Characteristics and Geological Significance of Granodiorite in Wulade Area， Qinghai Province

摘要

青海乌腊德地区位于东昆仑复合造山带西段的青海祁漫塔格构造-岩浆岩成矿带内，区域发育与岩浆活动密切相关的矽卡岩型和斑岩型铁、铜、钼、铅、锌多金属矿床。本次研究的乌腊德花岗闪长岩与区内新发现的同期矽卡岩型铁矿床存在密切成因联系，为准确厘定该花岗闪长岩形成时代，探讨其成因类型、构造环境及其对成矿作用的指示，对花岗闪长岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试及岩石地球化学分析。结果表明，花岗闪长岩的形成年龄为（228.2 ± 0.6）Ma，属晚三叠世。全岩全碱含量（Na₂O + K₂O）为5.53％ ~ 9.03％，富K贫Na，铝饱和指数A／CNK值为1.07 ~ 1.54，属高钾钙碱性准铝质花岗岩。岩石稀土元素总量（ΣREE）偏低，轻重稀土出现一定程度的分异，具弱的负Eu异常，微量元素表现出Rb、Sr、Ba、Th等元素明显的富集，Nb、Ta等元素强烈亏损，镜下出现角闪石等矿物，结合岩石判别图解，表现出Ⅰ型花岗岩特征，形成于活动大陆边缘俯冲末期至局部碰撞的转换的构造环境。综合分析表明，乌腊德花岗闪长岩形成时代与区域晚三叠世岩浆活动和矽卡岩型铁矿形成时间一致，区内铁矿的形成与该期次岩浆活动的密切相关。

Abstract

The Wulade area in Qinghai Province is located in the western section of the East Kunlun Composite orogenic Belt， within the Qimantag tectonic-magmatic rock mineralization belt， and develops skarn type and porphyry type Fe， Cu， Mo， Pb， Zn polymetallic deposits closely related to magmatic activities. The Wulade grandiorite in this study is closely related to the newly discovered skarn type Fe deposit in the area. In order to accurately determine the formation age of the grandiorite， discuss its genetic type， structural environment and its indication for mineralization， LA-ICP-MS zircon U-Pb age test and rock geochemistry analysis of the grandiorite are carried out. The results show that the formation age of granodiorite is （228.2 ± 0.6） Ma， belonging to the Late Triassic. The total alkali content （Na₂O + K₂O） of the whole rock is 5.53% - 9.03%， rich in K and poor in Na， and the aluminum saturation index A/CNK value is 1.07 - 1.54， which belongs to the high potassium calc-alkaline peraluminous granite.The total amount of rare earth elements （ΣREE） in the rocks is low， and the light and heavy rare earth elements are distinguished to a certain extent， with weak negative Eu anomalies. The trace elements show obvious enrichment of Rb， Sr， Ba， Th， and strong depletion of Nb， Ta， and ampampole minerals under the microscope. Combined with the rock discrimination diagram， the rocks show the characteristics of type I granite. The tectonic environment formed during the transition from the end of subduction at the edge of active continents to local collisions. Comprehensive analysis indicates that the formation age of the Urad granodiorite is consistent with the formation time of the Late Triassic magmatic activities and skarn in the region， and the formation of iron ore in the area is closely related to the magmatic activities of this period.

Graphical abstract

关键词

花岗闪长岩 / 锆石U-Pb年龄 / 岩石地球化学特征 / 乌腊德

Key words

granodiorite / zircons U-Pb dating / geochemical characteristics / Wulade area

0 引言

青海乌腊德地区位于东昆仑复合造山带西段的青海祁漫塔格构造-岩浆岩成矿带内^［1］。该带是北东向阿尔金构造带、近东西向东昆仑构造带与柴达木地块相互交织的区域^［2］，经历了古生代—早中生代陆壳增生造山过程，形成典型的大陆边缘增生造山带^［3］，并发育多期次构造-岩浆作用，以早古生代—晚古生代早期、晚古生代晚期—早中生代构造-岩浆旋回为主^［4］，存在早—中泥盆世和中—晚三叠世两期重要的幔源岩浆底侵作用和壳幔混合作用^［4-6］。与早中生代岩浆活动有关的内生金属矿产资源极为丰富^［7］，已发现一大批与早中生代岩浆活动密切相关的矽卡岩型和斑岩型铁、铜、钼、铅、锌多金属矿床^［8-10］，是青海省最重要的铁铜钼铅锌多金属成矿远景区^［11］，是青海省主要的工业矿床集中分布的地区，资源储量大，品位较高，矿产地集中，同时共伴生的多金属矿床也往往具有一定的规模^［12］。

乌腊德铁矿床是近年来新发现的矽卡岩型铁矿床，前人通过对矿区地质特征、矿体特征、围岩蚀变等因素的分析，对矿床的成矿背景，成矿机理和控矿因素有了一定的认识^［13］。以往研究表明，区内大面积出露的花岗闪长岩与乌腊德铁矿床成矿关系密切，发育的磁铁矿体产于花岗闪长岩与金水口岩群大理岩接触带的矽卡岩带中，花岗闪长岩多呈岩枝状或小型岩株状分布在透辉石矽卡岩、大理岩或者矽卡岩化大理岩等铁矿体主要产出的围岩中，并发育典型的矽卡岩矿物组合，如透辉石、石榴子石、阳起石、蛇纹石以及少量绿泥石等^［13］，但以往研究中针对该花岗闪长岩岩体缺乏准确的同位素测年资料，时代依据明显不足。针对上述问题，本次研究对与乌腊德铁矿床成矿有关的花岗闪长岩体进行锆石U-Pb年代学测试，对全岩岩石地球化学特征进行了分析，进一步探讨了该区侵入岩形成时代、成因类型、构造环境及对成矿的作用。

1 区域地质背景

研究区所处的祁漫塔格造山带东段地处青藏高原东北缘，柴达木盆地东南缘，为东昆仑造山带西段，位于昆中微地块与昆北早古生代岩浆弧结合部位^［14-18］（图1（a）），岩浆活动强烈，主要发育有早—中中生代闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、石英闪长岩、正长花岗岩等^［19］。其中花岗闪长岩是研究区矽卡岩型铁矿床的主要赋矿围岩之一。

区内出露地层主要为古元古界金水口群白沙河组角闪岩、片麻岩、大理岩，奥陶系—志留系滩间山群火山碎屑岩、碳酸盐岩以及泥盆系牦牛山组陆源碎屑岩、火山碎屑岩^［20-21］；受昆北和昆中断裂带影响，区域构造以NWW向和近EW向为主，地层褶皱以NWW向复式背斜和向斜构造为主。区内岩浆侵入岩大面积分布，整体展布方向与区域构造方向基本一致，以泥盆纪—二叠纪和三叠纪为主，其中三叠纪侵入岩与成矿关系密切^［22-23］（图1（b））。

乌腊德铁矿床赋存于金水口群白沙河组大理岩与花岗闪长岩接触形成的矽卡岩带内（图2），铁矿体形态简单，多呈带状、透镜状产出，沿走向较为稳定，沿倾向有分支复合现象，局部膨大呈囊状，以往工程揭露显示矿体受矽卡岩带控制明显，产状与矽卡岩带基本一致，整体产状以北西向为主，与矿区内主要断裂产状一致。矿石矿物主要为磁铁矿，其次褐铁矿、黄铁矿，脉石矿物则以透辉石为主，其次蛇纹石、方解石、绿泥石等，为与热液相关的接触交代矽卡岩型磁铁矿床^［13］。矿化蚀变主要有矽卡岩化、云母化、绿泥石化、硅化、蛇纹石化、褐铁矿化、黄铁矿化现象，偶见孔雀石化。

2 岩体及样品特征

乌腊德地区花岗闪长岩体主要分布于乌腊德地区东段，大多受北西向断裂控制明显，长轴方向一般呈北西向展布，平面多呈不规则状、条带状。本次所取样品位于乌腊德地区北侧侵入体与金水口群接触部位，共采集了锆石U-Pb测年样品1件、岩石地球化学样品6件（编号BL01-BL06）（图2），岩体呈岩株状产出，北西—南东向展布，方向与区域构造线基本一致。侵入于古元古代金水口岩群白沙河组中，岩体中见少量包体或捕虏体，在接触带附近围岩具明显的混合岩化现象。

经手标本及镜下观察（图3），乌腊德地区花岗闪长岩为细粒结构，块状构造，主要由斜长石（45% ~ 55%）、石英（15% ~ 18%）、角闪石（20% ~ 25%）、黑云母（5% ~ 10%）及碱性长石（2%）等组成。其中斜长石呈无色，长板状产出，粒径为0.2 ~ 2 mm，聚片双晶较为发育，少量可见环带发育，轻微绢云母化；角闪石呈绿色-淡黄绿色，半自形柱状，粒径为0.2 ~ 1.2 mm，斜消光。黑云母呈棕色-淡黄色，片状，粒径0.2 ~ 1 mm，平行消光，部分发生绿泥石化。石英无色，它形粒状，粒径0.2 ~ 1.8 mm，碱性长石多呈无色，略浑浊，它形粒状，粒径主要为0.3 ~ 1 mm，条纹构造发育。

3 样品处理及分析方法

本次采取的年龄样品的破碎、锆石挑选、制靶、阴极发光（CL）图像以及LA-ICP-MS定年均在北京燕都中实测试有限责任公司完成。锆石LA-ICP-MS定年测试分析均采用点剥蚀，测试流程为一组标准→5个样品→一组标准进行。总信号采集时间为60 s，其中背景采集10 s，样品剥蚀40 s，管路吹扫10 s。外标采用91500样品，元素含量采用NIST 610为外标，Si为内标。整个测试过程中，采用列表前后的两组标准样品来精确校正仪器的质量歧视和漂移，确保数据的准确性。采集到的样品数据使用ICPMSDataCal 10.1专业程序来处理和分析其同位素比值及元素含量，利用Isoplot 3.0软件来计算样品的加权平均年龄，并绘制锆石U-Pb谐和图。分析数据见表1。

山东省第八地质矿产勘查院实验测试中心主要完成主、微量和稀土元素样品的测试工作。其中主量元素分析采用波长色散X荧光光谱仪进行，分析精度优于10%；同时，微量和稀土元素选用德国Finnigan-MAT公司制造的ELEMENT I（离子质谱仪）进行检测，所用标样为GSR-1、GSR-2和GSR-3，其中，微量元素分析精度优于10%，稀土元素分析精度优于5%。本次研究所采用的分析方法和流程与文献［26］一致，具体的分析结果及相关参数见表2。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb年龄

在花岗闪长岩中，锆石在透射光和反射光条件下表现为无色透明，大部分为柱状结构，其长度通常在80 ~ 120 μm之间，长宽比范围是2∶1 ~ 3∶1。从阴极发光（CL）的图像（图4）可以看出，大多数锆石都展现出了典型的岩浆韵律环带以及明暗交替的带状结构。

选取了具有明显岩浆环带的25颗锆石进行了同位素年龄的测定（表1），得到的数据均显示出U-Pb同位素年龄的谐和性。锆石Th含量范围是34 × 10^-6 ~ 297 × 10^-6，而U的含量则在4 × 10^-6 ~ 17 × 10^-6之间，值得注意的是，Th和U的含量之间存在明显的正相关性，其Th／U的比值范围是0.27 ~ 0.85。在U-Pb谐和图以及年龄频谱中，所有的数据投影点均位于U-Pb谐和线及其附近位置，在计算锆石的加权年龄时，排除了1号锆石年龄偏离值较大的测点以及17号同位素比值偏离的数值后，其余23个测点的²⁰⁶Pb／²³⁸U年龄加权平均值为（228.2 ± 0.6）Ma（MSWD ＝ 0.31）（图4），这表明该岩浆岩形成于晚三叠世。

4.2 岩石地球化学特征

4.2.1 主量元素

在花岗闪长岩的主量元素中，SiO₂的含量范围是62.54％ ~ 68.62％，平均值是66.35%，Al₂O₃的含量在13.41％ ~ 15.57％之间，平均值为14.26%，TFe［w（FeO） + 0.898 × w（Fe₂O₃）］的含量在4.85％ ~ 5.92％之间，MgO的含量在0.37％ ~ 1.02％之间，P₂O₅的含量在0.12％ ~ 0.15％之间，CaO的含量在2.93％ ~ 5.25%之间，Na₂O + K₂O的含量在5.53％ ~ 9.03％之间，平均值为6.99％，K₂O的含量大于Na₂O，K₂O/Na₂O的比值范围是2.25 ~ 4.46，平均值是3.03，铝饱和指数A/CNK［=molarAl₂O₃/molar（CaO + Na₂O + K₂O）］的比值范围是0.74 ~ 1.02，里特曼指数σ为1.29 ~ 3.37，平均值为2.18，指示其表现为高钾钙碱性准铝质的花岗岩（图5（a）、5（b））。

4.2.2 稀土元素

花岗闪长岩中的稀土元素总量（ΣREE）范围是81.92 × 10^-6 ~ 150.20 × 10^-6，平均值是116.03 × 10^-6（表2），这一数值低于花岗质岩石的平均值（ΣREE）254.30 × 10^-6［29］。轻、重稀土元素的比值（LREE／HREE）范围是9.71 ~ 14.30，在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（图6（a））上表现了明显的右倾趋势，表明轻稀土元素较为富集，而重稀土元素则相对亏损，岩石La_N／Yb_N的比值则在8.37 ~ 18.31之间，表明岩石分异较弱，岩石的δEu范围在0.57 ~ 0.93之间，Eu出现了轻微-中等的亏损，稀土元素分布特征与区域同时代花岗闪长岩岩体分布基本一致。

4.2.3 微量元素

通过原始地幔标准化微量元素蜘蛛图（图6（b））可以看出，所采集的样品中微量元素特征大致相同，与区域同时代花岗闪长岩岩体微量元素分布特征基本一致。分析结果中，Rb、Sr、Ba、Th的含量相对较高，为83.55 × 10^-6 ~ 246.01 × 10^-6、134.25 × 10^-6 ~ 582.78 × 10^-6、753.81 × 10^-6 ~ 983.47 × 10^-6和5.73 × 10^-6 ~ 15.51 × 10^-6，表现了明显的富集；高场强元素（HFSE）Nb、Ta的含量则相对偏低，在蛛网图上显示了明显的沟谷。

5 讨论

5.1 岩体形成时代

乌腊德花岗闪长岩产出于东昆仑祁曼塔格复合岩浆弧带，侵位于古元古界金水口岩群白沙河组中，与围岩侵入接触界线明显。本次研究采用LA-ICP-MS方法对该花岗闪长岩进行锆石U-Pb定年，得到的锆石年龄值为（228.2 ± 0.6）Ma（MSWD = 0.31），其侵位时代为晚三叠世。前人对区内祁曼塔格东段晚三叠世闪长岩-花岗闪长岩形成时代开展了系列的研究，得到的锆石同位素年龄位于204 ~ 234.9 Ma，集中分布于226 ~ 232.4 Ma（表3），本次研究得到乌腊德地区花岗闪长岩形成年龄为228.2 Ma，与区域上晚三叠世早期陆-陆后碰撞岩浆活动时间一致^［28］。

5.2 岩石成因类型及构造环境

岩石地球化学分析表明乌腊德花岗闪长岩属于高钾钙碱性系列，其岩石中的微量元素主要集中在Rb、Sr、Ba、Th等元素，而Nb、Ta等高场强元素相对亏损，此外，轻稀土元素富集，这些特点暗示其岩浆可能来源于俯冲带岩石^［36］。岩石中A/CNK［=molarAl₂O₃/molar（Na₂O + K₂O + CaO）］的平均值是1.28，TFeO／MgO的平均值是8.99，从（Na₂O + K₂O）/CaO-Zr + Nb + Ce + Y图解（图7（a））和ACF图解（图7（b））上，表现出Ⅰ型花岗岩特征。

在花岗闪长岩的形成环境微量元素判别图解中，（Y + Nb）-Rb图解（图8（a））、Y-Nb图解（图8（b））中以及（Yb + Ta）-Rb 图解（图8（c））中，花岗岩样品投点均位于火山弧与同碰撞花岗岩的交界处，在Yb-Ta图解（图8（d））中，投点则位于火山弧花岗岩区。在Rb-Hf-Ta判别图示中，所有的样品点都位于火山弧花岗岩区和碰撞大陆构造背景上的花岗岩区内（图9（a）、9（b））。

前人在对东昆仑地区古特提斯洋晚古生代—早中生代构造研究表明，区内石炭纪到二叠纪，主要以一套有限洋盆的海相碳酸盐岩沉积为主^［7］，自中二叠世到早三叠世，古特提斯洋的北向俯冲，形成一套以诺木洪岩体为代表的弧花岗岩，其形成时代为270 ~ 240 Ma^［4，37］；中晚三叠世，随着进一步俯冲，区内逐步进入碰撞-后碰撞阶段，该阶段以俯冲向同碰撞过渡转换的花岗岩为主，岩性多以英云闪长岩、花岗闪长岩以及正长花岗岩为主^［1，28］。本次研究的乌腊德花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为（228.2 ± 0.6）Ma，形成于晚三叠世早期，正处于古特提斯洋俯冲向同碰撞转换的过渡的构造环境，微量元素显示岩石具俯冲环境下的弧火山岩特征，花岗岩判别投入火山弧与同碰撞花岗岩区域，表明本次研究的花岗岩形成于俯冲环境下活动大陆边缘俯冲末期至局部碰撞的转换的构造环境中。

5.3 岩石源区特征

在研究俯冲弧岩浆岩的来源时，前人普遍认为，地幔楔、俯冲洋壳以及地幔楔上方的地壳都存在部分熔融现象^［38-39］。地幔楔的熔融过程通常会形成玄武岩或高镁安山岩，样品中SiO₂的含量在62.54％ ~ 68.62％之间，相对较高，而MgO的含量相对较低，介于0.37% ~ 1.02%之间，Cr的含量范围是8.15 × 10^-6 ~ 18.68 × 10^-6、Ni的含量则在8.15 × 10^-6 ~ 18.68 × 10^-6之间，这些数据表明晚三叠世花岗闪长岩体直接从地幔楔部分熔融的可能性相对较低。通常情况下，俯冲的洋壳中的部分熔融物质往往具有埃达克岩的属性，而样品中的Sr含量介于134.25 × 10^-6 ~ 582.78 × 10^-6之间，其平均值为349.86 × 10^-6；Yb的含量范围在0.85 × 10^-6 ~ 1.74 × 10^-6之间，平均值为1.18 × 10^-6；Y的含量为8.98 × 10^-6 ~ 19.51 × 10^-6，平均值为15.36 × 10^-6。轻、重稀土有一定程度分异La_N／Yb_N值为 19 .08 ~ 25 .35，与埃达克岩特征^［40］差别较明显，这表明晚三叠世花岗闪长岩体并不是俯冲洋壳熔融的结果。

岩石的Rb／Sr值范围在0.14 ~ 0.34之间，位于上地幔值（0.034）和地壳值（0.35）的中间^［41］，但它更倾向于地壳的端元部分；Nb／Ta值为11.00 ~ 14.29，超过了大陆地壳的（11）含量比值^［42］，这两个比值都表明岩石主要来源于地壳，可能有部分上地幔的物质参与^［43］。

需要特别指出的是，样品中Nb／U比值在2.34 ~ 7.83之间，明显低于下地壳的估算值（25）^［44］，尽管Nb／U的比值通常不会因为岩浆的分离结晶或部分熔融的程度而有所改变，但考虑到在俯冲板片脱水过程中，大离子亲石元素（LILE）主要集中在流体中，而高场强元素（HFSE，尤其是Nb、Ta、Ti）更多地被保留在残留矿物中（如金红石、钛铁矿等）^［45］，导致流体的Nb／U值极低（约0.22）^［46］，因此，样品中较低的Nb／U值显示其源区受到了由俯冲板片脱水产生的流体交代作用的影响^［47］。

综合来说，乌腊德晚三叠世花岗闪长岩可能的形成机制是由于俯冲板片析出流体交代导致的地幔楔部分熔融，上升的幔源岩浆在下地壳位置发生底侵，并受到俯冲带流体交代的影响，从而形成了花岗闪长岩体。

5.4 岩浆作用与成矿的关系

前人研究表明，区内祁曼塔格东段古生代—早中生代岩浆活动与内生金属矿床分布关系极为密切，以斑岩型铜钼矿床和矽卡岩型铁铜铅锌矿床最为发育^{［33-34，48-51］}。本次研究的乌腊德地区矽卡岩型铁矿床与区内如尕林格、肯德可克以及它温查汉等铁多金属矿床成矿条件基本一致，其矿体均产出于中—晚三叠世花岗岩体与围岩接触带矽卡岩中，其围岩成岩时代为227.8 ~ 234.4 Ma之间^{［1，52-53］}，矿带白云母的Ar-Ar年龄为230.7 Ma^［54］，上述成岩成矿年龄与本次获得的乌腊德花岗闪长岩形成的年龄（228.2 ± 0.6）Ma一致，说明晚三叠世岩浆活动与区域矽卡岩型铁矿的形成关系密切，而乌腊德铁矿床正是该期次岩浆活动的产物^［7］。

6 结 论

（1）使用LA-ICP -MS对乌腊德花岗闪长岩进行锆石U-Pb年龄测定，得到协和年龄是（228.2 ± 0.6）Ma，其侵入的时代是晚三叠世，与区域晚三叠世早期陆-陆后碰撞岩浆活动时间基本一致。

（2）乌腊德地区的花岗闪长岩属高钾钙碱性准铝质花岗岩，稀土元素配分曲线显示岩石中轻稀土元素较为富集，而重稀土元素则相对较少，呈现轻微-中等负Eu异常，表明岩石分异相对较弱，微量元素显示Ba、Th的含量较高，而Nb、Ta等元素则明显减少。结合主微量元素特征和岩石类型判别图解，区内花岗闪长岩呈现I型花岗岩的特征。构造环境判别图解则表明乌腊德花岗闪长岩形成于俯冲环境下活动大陆边缘俯冲末期至局部碰撞的转换的构造环境中。

（3）岩石主、微量元素组合揭示了地幔楔岩浆明显受到俯冲板片析出流体交代作用的影响，乌腊德晚三叠世花岗闪长岩可能的形成机制是由于板片俯冲导致地幔楔部分熔融，上升的幔源岩浆在下地壳位置发生底侵，并受到俯冲带流体交代的影响，从而形成了花岗闪长岩体。

（4）本次研究得到的乌腊德花岗闪长岩形成年龄与区域晚三叠世岩浆活动和矽卡岩型铁矿形成时间一致，表明晚三叠世岩浆活动与区域矽卡岩型铁矿的形成关系密切，而乌腊德铁矿床正是该期次岩浆活动的产物。

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基金资助

泰山学者工程(tstp20240847)

山东省地质矿产勘查开发局第八地质大队总工基金项目(DZG202403)