柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩地球化学特征及地质意义.pdf

408第31卷第3期2023 年 6 月Vol.31 No.3Jun.，2023Gold Science and Technology柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩地球化学特征及地质意义魏生云1，王建国1*，郭学忠2，邢佳11.青海大学地质工程系，青海 西宁 810016；2.西部矿业股份有限公司投资发展部，青海 西宁 810001摘 要：柴北缘夏日达乌铌钽矿区分布有大量早古生代花岗岩，剖析花岗岩的岩浆来源、形成机制和构造环境，对于揭示柴北缘陆壳的形成与演化机制具有重要作用。对柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩进行了岩石学和地球化学特征分析，结果表明：夏日达乌地区黑云母花岗斑岩主量元素具有高硅、高钾、富铝以及低镁、贫锰、少钛的特征；富集轻稀土元素，相对亏损重稀土元素，REE球粒陨石标准化配分曲线呈“”字形分布，具有明显负Eu异常；相对富集大离子亲石元素，相对亏损高场强元素。岩石成因属于高分异S型过铝质花岗岩，其中物源主要由地壳物质发生低温熔融所提供，不排除地幔物质的混染；推断花岗岩形成于碰撞造山向板内过渡的碰撞构造环境。关键词：柴北缘；夏日达乌地区；S型花岗岩；物源分析；构造背景中图分类号：P595 文献标志码：A 文章编号：1005-2518（2023）03-0408-15 DOI：10.11872/j.issn.1005-2518.2023.03.102引用格式：WEI Shengyun，WANG Jianguo，GUO Xuezhong，et al.Geochemical Characteristics and Geological Significance of Granite in Xiaridawu Niobium-Tantalum Mining Area，Northern Margin of Qaidam Basin J.Gold Science and Technology，2023，31（3）：408-422.魏生云，王建国，郭学忠，等.柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩地球化学特征及地质意义 J.黄金科学技术，2023，31（3）：408-422.柴北缘位于柴达木盆地以北、祁连造山带以南，地处构造岩浆活动强烈的秦祁昆（秦岭祁连昆仑）造山带，是近年来地球科学研究的热点地区之一（Zhang et al.，2010；张建新等，2015；岳悦等，2021；王秉璋等，2022）。20世纪90年代，研究人员在柴北缘地区发现了以榴辉岩为主的高压超高压变质带（Yang et al.，1998；杨经绥等，2000；宋述光等，2011），引起了地质工作者对柴北缘早古生代岩浆活动及构造背景的广泛关注。早古生代花岗岩作为柴北缘高压超高压变质岩带的基本组成部分，出露广泛，记录了柴北缘早古生代岩浆活动及变质作用程度，揭示了洋、陆壳深俯冲碰撞过程中的岩浆响应事件及柴北缘构造带的形成与演化，保留了其形成环境、地壳分异及壳幔相互作用的重要信息，因此柴北缘分布的花岗岩已成为当前研究的重点对象。前人对柴北缘花岗岩开展了大量的年代学、地球化学和岩石成因等方面的研究工作（Li et al.，2001；吴才来等，2004；贾群子等，2013；张金鹏等，2022）。在岩石成因方面，由于受岩浆源区的物质组成、熔融温度、岩浆结晶分异和围岩混染等多重混合作用的影响，存在物源的不确定性，但基本可以确认除壳源物质之外，也有部分幔源物质（吴才来等，2016；彭璇等，2022；张金鹏等，2022）。然而，收稿日期：2022-08-15；修订日期：2022-12-20基金项目：国家自然科学基金项目“基于微观层面分析的岩矿电阻率耦合机理及其模型：以查藏错铜铅锌矿床为例”（编号：42164007）资助作者简介：魏生云（1997-），男，青海西宁人，硕士研究生，从事成矿预测、资源勘查及地球化学等方面的研究工作。*通信作者：王建国（1972-），男，河南平顶山人，副教授，从事成矿预测、资源勘查、地球物理及矿山安全等方面的教学和研究工作。关于柴北缘花岗岩构造背景，仍存在较多争议。吴才来等（2016）推测早期花岗岩的形成与祁连岩石圈拆沉导致的欧龙布鲁克陆块北缘减薄、拉伸有关，晚期花岗岩类的形成与宗雾隆洋壳向南俯冲于欧龙布鲁克陆块之下有关。朱小辉等（2016）和贺小元等（2020）认为柴达木山花岗岩岩体是由挤压至伸展等多种构造体制下多期次岩浆活动的产物。张金明等（2022）认为柴北缘胜利口东花岗岩源于古元古代地壳物质的重熔再造，形成于柴北缘高压超高压变质带碰撞阶段。彭璇等（2022）认为柴北缘小赛什腾山片麻状花岗岩形成于后碰撞环境，其物源除中元古代的地壳物质之外，也有流体加入。因此，剖析花岗岩的岩浆来源、熔融机制和构造环境，对于揭示柴北缘陆壳的形成与演化机制具有重要作用。选择柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩作为研究对象，通过分析区域及研究区地质特征、岩石学和地球化学特征、主微量元素及稀土元素组成，探讨花岗岩岩石成因、物质来源及构造环境。该研究有助于深化对柴北缘花岗岩成因的认识，为柴北缘花岗岩构造背景提供理论依据。1 区域地质及岩石学特征1.1 区域及研究区地质特征青海省乌兰县夏日达乌铌钽矿区位于柴达木盆地东北缘，欧龙布鲁克乌兰元古宙古陆块体的东段，大地构造位置上处于柴达木阿尔金超高压变质杂岩带东端（徐新文，2009；吴来才等，2016；荣骁等，2022），西北部靠祁连地块，东南接拉脊山蛇绿岩/洋内盆地 图1（a），具体位置位于托莫儿日特山阿里根刀若山南坡。研究区经历了吕梁期至喜山期多次构造运动的叠加，形成了NW向和NNW向复杂的剪切带和断裂（徐新文，2009；王进寿等，2022），其中稀有金属成矿期以加里东期和印支期多旋回造山作用为主（李善平等，2018）。研究区出露地层为古元古界达肯大坂群和奥陶志留系滩间山群 图1（b）。达肯大坂群分布于研究区南部，呈 NW-SE 向，倾向 NE，倾角约为50。下岩段为浅灰色条痕状黑云斜长片麻岩，穿插花岗伟晶岩脉及细粒花岗岩，浅灰色绢云石英片岩、深灰色斜长角闪片岩；上岩段为一套角闪岩相片麻岩类，具有混合岩化作用。岩性组合为浅灰色图1祁连柴达木造山带主要构造单元简图（a）和夏日达乌矿区地质简图（b）（修改自张建平，2005）Fig.1Schematic map of main tectonic units of Qilian-Qaidam orogenic belt（a）and geological map of Xiaridawu mining area（b）（modified after Zhang，2005）1.喜山期山间断盆沉积；2.达肯大坂群；3.滩间山群；4.深灰色中细粒闪长岩；5.浅灰色中粗粒斜长花岗岩；6.浅灰色中粗粒花岗闪长岩；7.断层；8.糜棱岩带2023 年 6 月 第 31 卷 第 3 期409魏生云等：柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩地球化学特征及地质意义关于柴北缘花岗岩构造背景，仍存在较多争议。吴才来等（2016）推测早期花岗岩的形成与祁连岩石圈拆沉导致的欧龙布鲁克陆块北缘减薄、拉伸有关，晚期花岗岩类的形成与宗雾隆洋壳向南俯冲于欧龙布鲁克陆块之下有关。朱小辉等（2016）和贺小元等（2020）认为柴达木山花岗岩岩体是由挤压至伸展等多种构造体制下多期次岩浆活动的产物。张金明等（2022）认为柴北缘胜利口东花岗岩源于古元古代地壳物质的重熔再造，形成于柴北缘高压超高压变质带碰撞阶段。彭璇等（2022）认为柴北缘小赛什腾山片麻状花岗岩形成于后碰撞环境，其物源除中元古代的地壳物质之外，也有流体加入。因此，剖析花岗岩的岩浆来源、熔融机制和构造环境，对于揭示柴北缘陆壳的形成与演化机制具有重要作用。选择柴北缘夏日达乌铌钽矿区花岗岩作为研究对象，通过分析区域及研究区地质特征、岩石学和地球化学特征、主微量元素及稀土元素组成，探讨花岗岩岩石成因、物质来源及构造环境。该研究有助于深化对柴北缘花岗岩成因的认识，为柴北缘花岗岩构造背景提供理论依据。1 区域地质及岩石学特征1.1 区域及研究区地质特征青海省乌兰县夏日达乌铌钽矿区位于柴达木盆地东北缘，欧龙布鲁克乌兰元古宙古陆块体的东段，大地构造位置上处于柴达木阿尔金超高压变质杂岩带东端（徐新文，2009；吴来才等，2016；荣骁等，2022），西北部靠祁连地块，东南接拉脊山蛇绿岩/洋内盆地 图1（a），具体位置位于托莫儿日特山阿里根刀若山南坡。研究区经历了吕梁期至喜山期多次构造运动的叠加，形成了NW向和NNW向复杂的剪切带和断裂（徐新文，2009；王进寿等，2022），其中稀有金属成矿期以加里东期和印支期多旋回造山作用为主（李善平等，2018）。研究区出露地层为古元古界达肯大坂群和奥陶志留系滩间山群 图1（b）。达肯大坂群分布于研究区南部，呈 NW-SE 向，倾向 NE，倾角约为50。下岩段为浅灰色条痕状黑云斜长片麻岩，穿插花岗伟晶岩脉及细粒花岗岩，浅灰色绢云石英片岩、深灰色斜长角闪片岩；上岩段为一套角闪岩相片麻岩类，具有混合岩化作用。岩性组合为浅灰色图1祁连柴达木造山带主要构造单元简图（a）和夏日达乌矿区地质简图（b）（修改自张建平，2005）Fig.1Schematic map of main tectonic units of Qilian-Qaidam orogenic belt（a）and geological map of Xiaridawu mining area（b）（modified after Zhang，2005）1.喜山期山间断盆沉积；2.达肯大坂群；3.滩间山群；4.深灰色中细粒闪长岩；5.浅灰色中粗粒斜长花岗岩；6.浅灰色中粗粒花岗闪长岩；7.断层；8.糜棱岩带Vol.31 No.3 Jun.，2023矿产勘查与资源评价410条痕状黑云斜长片麻岩、条带状黑云斜长片麻岩及眼球状黑云斜长片麻岩互层，穿插有少量的花岗伟晶岩脉，其分布方向与片麻理一致。岩石中普遍发育碳酸盐化、钾化、角闪岩化、弱黄铁矿化和褐铁矿化。由于区域变质作用和混合岩化作用，形成长英质熔液，沿裂隙或破碎带充填。后期有细粒花岗岩（脉）沿断裂侵入，呈不规则展布（徐新文，2009；潘鑫等，2019）。滩间山群呈NW向展布，严格受断裂控制，南部逆冲于达肯大板群之上。下岩段岩层发育有一套以灰绿色斜长角闪片岩、糜棱岩及灰斜长角闪片麻岩夹斜长角闪岩为主的火山岩（廉康等，2016；陈擎等，2021）。蚀变普遍为绿帘石片岩、阳起石片岩和绿帘绿泥石片岩，含少量片理化中基性熔岩凝灰岩、沉凝灰岩及片理化安山岩。研究区以NW和NNW向韧性剪切带脆性断裂为主体构造格架，褶皱断裂发育（李秀财等，2015）。韧性剪切（变形）带位于研究区中部，呈NWW向横贯全区，由中深中浅2个层状韧性剪切带合并而成，宽度达1 km以上。构造带中岩石由眼球状、条痕状及条带状片麻岩、片岩组成，早期角闪石岩及大理岩呈石香肠、透镜状构造定向分布。由于后期断裂叠加，韧性剪切带内形成一系列劈理、折理、擦痕线理以及构造变形、剪切褶皱和拉伸线理等构造形迹，是稀有金属矿床成矿的有利位置。此外，研究区脆性断裂发育，由于后期花岗岩的侵入和动力变质作用，在外接触带形成NW向矿化带。夏日达乌地区岩浆岩较发育，岩浆活动对成矿物质组分起活化萃取作用，岩浆活动具有多期次、多阶段性，对成矿十分有利（潘鑫等，2019）。浅灰色中粗粒斜长花岗岩体（）分布于研究区北东侧图1（b），中粗粒结构，局部具有斑状结构，块状构造，与南侧花岗闪长岩体 图1（b）呈侵入接触，为晚奥陶世岩浆活动的产物（李峰等，2007；张孝攀等，2015）。矿区北部分布有浅灰色中粗粒花岗闪长岩体（），其中含有大量的闪长岩析离体，大小不等，宽度为几厘米至几米，呈长条状，近EW向展布，与达肯大板群和滩间山群火山岩组呈侵入或断层接触（徐新文，2009）。深灰色闪长岩体（）分布于矿区中部，呈长条状近EW向展布，中细粒结构，块状构造，可能为南华纪至泥盆纪岩浆活动的产物（王进寿等，2022）。研究区属柴达木变质岩区柴北缘变质岩带，达肯大坂群片麻岩岩