卡而却卡地区新元古代变质侵入岩体的发现及其地质意义

魏小林，张得鑫，甘承萍，陈礼标

(1.吉林大学地球科学学院，长春 130061；2.青海省地质调查局，西宁 810001；3.青海省第三地质矿产勘查院，西宁 810029；4.青海省第四地质矿产勘查院，西宁 810029)



卡而却卡地区新元古代变质侵入岩体的发现及其地质意义

魏小林1,2，张得鑫2，甘承萍3，陈礼标4

(1.吉林大学地球科学学院，长春 130061；2.青海省地质调查局，西宁 810001；3.青海省第三地质矿产勘查院，西宁 810029；4.青海省第四地质矿产勘查院，西宁 810029)

摘要：卡而却卡地区地处东昆仑祁漫塔格成矿带内。通过对卡而却卡地区花岗片麻岩的岩石学、地球化学、同位素年代学的研究表明，区内原厘定的花岗片麻岩应为新元古代花岗岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年研究结果显示岩体侵位时代为910 Ma±3 Ma，时代为新元古代青白口纪；岩石具高SiO2、Al2O3、K2O，贫FeO、MgO、CaO特点；稀土元素分布模式为轻稀土富集，Eu中等亏损；岩石中不相容微量元素K、Rb、Ba、Th等强烈富集，Nb、Zr、Ce、Ta、Hf等富集一般，Y弱亏损。以上特征表明，岩石属于高钾钙碱性S型花岗岩，岩浆来源于陆壳部分熔融，形成于同碰撞环境，是东昆仑地区响应Rodinia超大陆汇聚事件的物质记录。

关键词：卡而却卡地区；花岗片麻岩；地球化学；新元古代；Rodinia；东昆仑；青海省

0引言

东昆仑地区作为中国中央造山带西段的重要组成部分[1-2]，其地质构造位置与成岩成矿作用突出显著，历来都是有关地学工作者重点关注的地区之一。花岗片麻岩(正片麻岩)是造山带中常出现的高级变质岩之一，常与副片麻岩(变沉积岩)共生，野外很难将二者区分，容易误归为变质沉积岩[3]。花岗片麻岩通常是早期形成的花岗岩经历后期的构造改造而形成。因此，花岗片麻岩可以记录造山带的形成和演化历史。

东昆仑祁漫塔格地区出露的前寒武系金水口群变质岩是该区最老的变质基底，近年来前人对金水口群变质岩时代、成因、形成环境等方面进行了大量研究，认为该岩群形成于太古代—古元古代[4-6]或中元古代[7-8]，并在其中识别出新元古代花岗岩[3,9-14]。本文将通过对卡而却卡地区花岗片麻岩的岩石学、岩石化学、稀土及微量元素特征和U-Pb同位素定年研究，力图阐述卡而却卡地区新元古代变质侵入岩体发现及其地质意义。

1区域地质背景及花岗片麻岩

1.1区域地质背景

图1　东昆仑卡而却卡地区地质简图Fig.1　Geological sketch of Kaerqueka area, East Kunlun mountain1.第四系；2.滩间山群；3.金水口群白沙河岩组；4.似斑状二长花岗岩；5.二长花岗岩；6.石英闪长岩；7.花岗闪长岩8.钾长花岗岩；9.花岗闪长玢岩；10.二长花岗片麻岩；11.钾长花岗片麻岩；12.地质界线；13.断层；14.同位素点位

研究区位于青藏高原东北部，那陵格勒河南岸。该区至少经历了元古宙古陆形成、早古生代(加里东期)裂解及造山、晚古生代—早中生代(晚华力西-印支期)裂解造山和晚中生代—新生代叠复造山4个构造旋回[15]，地壳结构复杂，构造演化历史悠久。区内出露地层有新太古界—古元古界金水口岩群白沙河岩组(Pt1b)、下古生界奥陶-志留系滩间山群(O-ST)及第四系(图1)。区域构造活动强烈，褶皱构造以轴向EW的背、向斜构造为主；断裂十分发育，NW向和近EW向深断裂对地层分布、岩浆岩和变质作用及矿产等都起着主要的控制作用。岩浆活动十分强烈，岩浆岩分布广泛，时代上包括新元古代、加里东期、华力西期、印支期和燕山期，且以华力西期和印支期为主，总体呈NW向展布，与区域构造线方向基本一致。

1.2花岗片麻岩

卡而却卡地区的花岗片麻岩分布于卡而却卡东、西两侧古元古界金水口岩群中，出露面积较小，由11个呈小岩株状的岩体组成；其平面形态为带状、不规则状，总体呈NW向展布。岩石经历了强烈的变质变形作用改造，不同程度地改变了岩石的原始组构和面貌，其与围岩之间多以韧性剪切带相接触。岩石普遍发育眼球状构造、条带状构造，眼球主要由钾长石构成，少量为斜长石。虽然大多数长石变大为较大的眼球，但仍能见到结晶很好的板柱状长石晶体，反映出其原有的火成结构。根据岩性特征其岩石类型可划分为二长花岗片麻岩和正长花岗片麻岩，其原岩恢复为二长花岗岩和正长花岗岩。

(1)二长花岗片麻岩

岩石呈灰—浅肉红色，鳞片粒状变晶结构，变余中粗粒花岗结构，片麻状构造，眼球状构造。岩石由微斜长石(30%～32%)，石英(24%～28%)，更长石(15%～24%)，黑云母(10%～12%)，白云母(1%～5%)，以及少量铁铝榴石(部分岩石中铁铝榴石2%～6%)、磁铁矿和微量磷灰石、锆石等组成。微斜长石呈粒状变晶，大小相近，定向排列，格子状双晶发育，被绢云母、高岭土次生交代。石英呈粒状变晶，大小不等，定向排列，具动态重结晶现象，波状消光明显。更长石呈粒状变晶，大小相近，有的呈板状晶体，聚片双晶发育，双晶带细而密，被绢云母、高岭土次生交代，长轴排列方向与岩石构造方向一致。黑云母呈褐色板状晶体，Ng′—红褐，Np′—黄色，与粒状矿物相间，断续定向排列，构成片麻状构造。铁铝榴石呈不规则粒状，单偏光下为淡红色，粒径介于0.03～0.2 mm，包嵌在更长石和微斜长石晶体中。磷灰石呈自形短柱状和六边形，包嵌在石英和长石晶体中，磁铁矿和锆石零星分布。

(2)正长花岗片麻岩

岩石呈肉红色，中细粒半自形粒状结构、不等粒鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，眼球状构造。岩石由微斜长石(48%～56%)，石英(20%～25%)，更长石(5%～13%)，黑云母(8%～16%)，少量铁铝榴石、白云母和磁铁矿以及微量磷灰石等组成。微斜长石呈粒状变晶，大小相近，定向排列，条纹构造和格子状双晶发育，被高岭土次生交代。石英呈粒状变晶，大小不等，定向排列，与长石紧密接触。更长石呈粒状变晶，大小相近，定向排列，聚片双晶发育，双晶带细而密，被绢云母和高岭土轻微次生交代。黑云母呈褐色鳞片状晶体，Ng′—红褐、Np′—黄色，沿晶体边缘被白云母和绿泥石轻微交代，与粒状矿物相间，断续定向排列。铁铝榴石呈不规则轮廓，单偏光下为淡红色，裂纹发育，定向排列，被绿泥石轻微交代。磁铁矿、磷灰石和锆石零星分布。

2研究方法

2.1化学全分析

本次研究工作选择了16件花岗片麻岩(二长花岗片麻岩和正长花岗片麻岩)的新鲜岩石样品进行岩石化学全分析。样品的分析测试由国土资源部华北矿产资源监督检测中心天津地质矿产研究所实验测试室完成，分析了主量元素、 微量元素及稀土元素含量。除 H2O用重量法和FeO用容量滴定法测定外，其余主量元素都用 X 萤光光谱仪测定，分析精度(相对误差)优于1%；微量元素和稀土元素采用电感耦合等离子体质谱仪(TJA-PQ-ExCell ICP-MS)测定，分析误差小于5%。

2.2锆石LA-ICP-MS U-Pb测年

野外采集新鲜的二长花岗片麻岩样品约10 kg；分选锆石之前，首先用水将样品清洗并晾干，然后粉碎至80目，经过分选、细淘之后，在实体显微镜下手工挑选出锆石。锆石分选工作在河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。

锆石U-Pb年龄在天津地质矿产研究所实验测试室进行，采用激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)测定[16]。质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune，其离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦设计，并采用动态变焦(ZOOM)使质量色散达到17%。与等离子体质谱仪配套的进样设备激光器为美国ESI公司生产的UP193-FX ArF准分子激光器，利用193 nm FX激光器对锆石进行剥蚀， 激光斑束直径为35 μm或50 μm。采用TEMORA和GJ-1作为外部锆石年龄标准进行U、Pb同位素分馏校正。原始数据处理、年龄计算和绘图使用ICPMSDataCal[17]和ISOPLOT[18]软件。同位素比值误差为1σ，年龄值选206Pb/238U年龄，加权平均年龄误差为95%置信度误差。

3分析结果

3.1岩石地球化学特征

3.1.1主量元素特征

花岗片麻岩的岩石化学分析结果显示，岩石具有明显的高SiO2、Al2O3、K2O，贫FeO、MgO、CaO的特点。SiO2含量较高，w(SiO2)值介于70.97%～76.88%(平均为73.16%)，正长花岗片麻岩的w(SiO2)值高于二长花岗片麻岩，其均属酸性岩范畴。Al2O3的含量为w(Al2O3)=11.84%～15.24%(平均为13.85%)，A/CNK值(铝过饱和指数ASI)介于1.05～1.31之间(平均为1.16)，A/NK值介于1.30～1.75之间(平均为1.49)，且在矿物成分中出现有石榴石、白云母等原生矿物，CIPW标准矿物计算中又出现刚玉(含量0.86%～3.68%，平均2.3%)，属于过铝质。岩石碱含量高，NK值介于6.09%～10.99%之间(平均为9.20%)，其中w(Na2O)=1.79%～3.05%(平均为2.45%)，w(K2O)=3.55%～5.55%(平均为5.07%)，w(Na2O)/w(K2O)=1.16～3.04，具有高钾低钠的特征。

图2　w(SiO2)—w(K2O+Na2O)图解Fig.2　w(SiO2)—w(K2O)+w(Na2O) diagram

图3　w(SiO2)—w(K2O)图解Fig.3　w(SiO2)—w(K2O) diagram

送样号岩性稀土元素含量(wB/10-6)LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLuPM113GS8-1PM113GS12-1GS0301GS0302GS0312PM118GS6-1PM118GS10-1PM118GS14-1二长花岗片麻岩49.799.512.647.29.41.468.741.448.381.724.990.724.320.6254.61101453111.6110.31.85112.186.270.955.870.8652.410213.149.710.51.719.851.7510.12.025.680.815.10.764997.812.146.29.691.549.431.599.081.815.350.754.950.7248.696.712.546.89.831.629.281.6610.12.086.320.966.140.961.611814.452.8101.759.321.458.461.634.570.673.960.5855.711113.851.510.91.49.881.7810.21.945.60.814.870.692953.45.98214.381.274.220.784.80.912.460.362.120.3PM127GS8GS4501GS4502GS5511PM113GS13-1DM07GS2333PM122GS8ⅡGS2125正长花岗片麻岩54.310913.550.710.31.599.391.446.891.153.110.422.640.3826.154.37.2727.97.170.836.511.489.531.975.690.875.230.7519.241.85.6521.260.455.961.4611.22.387.461.38.691.2947.190.711.543.49.171.348.041.488.61.684.80.694.510.6551.610212.948.8101.629.691.629.241.825.170.764.760.780.717319.569.813.81.411.01.710.42.26.60.886.10.778015418.866.310.80.589.591.396.761.163.440.53.010.4824.7263.77.8430.536.990.786.681.095.140.731.580.190.930.11

图4　A/CNK—A/NK图解Fig.4　A/CNK—A/NK diagram

里特曼指数(系列指数)σ=1.5～2.35，属钙碱性系列。w(SiO2)—w(K2O+Na2O)图解显示，样品集中分布于钙碱性花岗岩范围(图2)；w(SiO2)—w(K2O)图解显示，样品落在高钾钙碱性系列和钾玄岩系列范围(图3)；A/CNK—A/NK图解(图4)反映属于过铝质花岗岩。

综上所述，卡而却卡地区的花岗片麻岩原岩应为过铝质高钾钙碱性岩花岗岩。

3.1.2稀土和微量元素特征

图5　稀土元素配分图Fig. 5　REE pattern

岩石中稀土总量较高(表1)，w(ΣREE)值介于130.98×10-6～356.81×10-6之间，轻重稀土比值w(LREE)/w(HREE)=2.37～12.55，显示轻稀土富集的特点。稀土元素标准化配分图中曲线右倾(图5)，为轻稀土富集型；轻稀土部分呈明显右倾斜，重稀土部分呈较平坦，Eu处“V”字型谷明显。w(La)N/w(Yb)N值1.58～19.06，远大于1；δEu值0.17～0.55，Eu中等亏损，表明变质侵入岩物源来自于上地壳物质的重熔。

花岗片麻岩微量元素分析结果如表2所述。岩石中不相容元素K、Rb、Ba、Th等强烈富集，Nb、Zr、Ce、Ta、Hf等中等不相容元素富集一般，弱不相容元素Y弱亏损；其它有益元素大部分不显示或显低丰度值，无富集或矿化特征。在球粒陨石标准化蛛网图中(图6)，显示Nb、Ta、P、Ti、Rb、Sr亏损显示“谷”形，而Ba、Th、Nd呈“峰”形，表明其物源与地壳有关，反映其与大陆碰撞、地壳增厚密切相关。

表2　花岗片麻岩微量元素分析结果

表3　二长花岗片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果表

图6　微量元素蛛网图Fig.6　spider diagram of trace elements

图7　二长花岗片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图及表面年龄权重值图Fig.7　LA-ICP-MS zircon U-Pb age harmony map and surface ageweight value of Monzonitic granite gneiss

3.2锆石U-Pb年龄

在眼球状二长花岗质片麻岩中采集的25颗锆石U-Pb同位素年龄测试结果如表3、图7所述，其中19颗锆石206Pb/238U比值非常接近，同位素年龄为910 Ma±3 Ma(MSWD=0.023)，表明变质侵入体的时代为新元古代青白口纪。

4讨论

4.1岩石成因

卡而却卡地区的花岗片麻岩出露不多，分布较分散，平面形态呈带状、不规则状，总体呈NW向展布，其原岩为过铝质高钾钙碱性岩花岗岩。虽然原始侵入接触关系特征多已不太清楚，但变质侵入岩体呈岩株状产出的特征基本明显。变质侵入岩(体)的原岩为二长花岗岩+正长花岗岩组合。岩石的SiO2含量高达70.97%～76.876%，属酸性岩；NK值介于6.09%～10.99%之间(平均为9.20%)，N/K值为1.16～3.04，属高钾低钠质；Al2O3含量达11.842%～15.239%，铝过饱和指数ASI在1.05～1.31之间(均值1.16)，为典型的过铝质花岗岩。以上表明，变质侵入岩物源来自于上地壳物质的重熔，属高钾的钙碱性岩，具S型花岗岩特征。

4.2形成环境

图8　卡而却卡花岗质片麻岩构造环境判别图解[20,22]Fig.8　Diagrams of the tectonic setting discrimination for granitic gneiss in Kaerqueka area

有些学者[19-21]认为，花岗岩与大地构造环境之间存在密切的联系，利用地球化学标志可以判别花岗岩形成的大地构造环境。Pearce等[19]将花岗岩分为4种基本类型：洋脊花岗岩(ORG)、火山弧花岗岩(VAG)、板内花岗岩(WPG)和碰撞花岗岩(COLG)，并认为微量元素Rb、Y(Yb)和Nb(Ta)是花岗岩最有效的判别指标，可以将上述四种花岗岩区分开来。Harris等[20]利用Rb—Hf—Ta三元图来区分碰撞带中不同构造演化阶段的花岗岩。Bararlin[21]则根据花岗岩类的矿物组合、野外出露和岩石特性、定位特点以及地球化学和同位素特征，将花岗岩类分为7种类型，不同类型的花岗岩分别对应于不同的地球动力学环境和源区(幔源、壳源和壳幔混合源)。

根据矿物组合特征不同，可以将A/CNK≥1的过铝质花岗岩分为含白云母过铝花岗岩类和含堇青石过铝花岗岩类[21]。含白云母过铝花岗岩主要来源于地壳，形成于大型地壳剪切或逆掩构造所影响的造山带。卡而却卡地区的花岗片麻岩属于过铝质S型花岗岩，含有石榴石和白云母等富铝矿物，A/CNK平均值为1.16，表明源区主要来自地壳。微量元素特征显示，岩石具有较低的Nb、Ta、P、Ti、Rb、Sr，与火山弧花岗岩和同碰撞花岗岩比较相似；在Rb—Hf—Ta判别图解中(图8左图)，数据点主体落入与碰撞作用相关的火山弧花岗岩区域；在R1—R2图解(图8右图)中，投影点集中在6区(同碰撞花岗岩区)，反映其与大陆碰撞、地壳增厚密切相关，表明新元古代青白口纪本区发育一期强烈的陆—陆碰撞事件，形成了新元古代陆—陆碰撞花岗岩。

以上表明，卡而却卡地区的花岗质片麻岩形成于同碰撞构造环境，岩石经历强烈变形作用，发育片麻理；岩体变形主要形成于碰撞造山过程，后期又经历构造作用的叠加改造。

4.3构造意义

近年来相关邻区的有关研究结果表明，区内的新元古代花岗岩是记录中国西部响应全球Rodinia超大陆的形成。在新元古代早期发生汇聚碰撞，导致大陆边缘沉积物发生部分熔融形成花岗岩[4,22-24]，因此，该期花岗岩就是在陆—陆碰撞环境下形成的。

在东昆仑、柴达木北缘、塔里木东缘以及祁连造山带均有大量新元古代早期(1 000～870 Ma)岩浆事件的报道[3,7,14,23,25-28]，其中一些研究显示的岩浆活动同样具有同碰撞性质[3,13-14,29-30]，这些研究均认为是与Rodinia超大陆形成有关的碰撞造山事件的记录，说明东昆仑及邻区在新元古代存在陆—陆汇聚碰撞。因此，我们认为新元古代早期的花岗岩形成与碰撞挤压环境，而新元古代晚期的花岗岩可能形成于拉张环境[22,31-32]。

本次研究发现，东昆仑卡而却卡地区古元古界金水口群白沙河组(Pt1b)中发育的一套花岗片麻岩形成时代为新元古代，岩石经历强烈变形，片麻理发育，且具有眼球状构造。地球化学研究结果显示，花岗片麻岩属过铝质高钾钙碱性岩，具有S型花岗岩特征，形成于碰撞造山环境；综合分析本文与前人研究成果，结果表明东昆仑卡而却卡地区在新元古代早期(910 Ma±3 Ma)存在构造岩浆事件——响应Rodinia超大陆汇聚事件，进一步说明祁漫塔格存在一条新元古代的花岗岩深成侵入岩带，从而对祁漫塔格岩浆侵入活动及构造演化方面提供新的信息与依据。

5结论

(1)在卡而却卡地区发现了11个大小不等的变质侵入体，岩性为二长花岗片麻岩和正长花岗片麻岩，其原岩恢复为中粗粒-似斑状二长花岗岩和正长花岗岩。

(2)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄主要在909 Ma～911 Ma，表面年龄加权平均值为910 Ma±3 Ma，代表了岩浆结晶年龄，表明花岗岩形成于新元古代早期。

(3)岩石明显具高SiO2、Al2O3、K2O，贫FeO、MgO、CaO的特点。稀土总量较高(w(ΣREE)=130.98×10-6～356.81×10-6)，轻稀土富集，δEu=0.17～0.55，Eu中等亏损。岩石中不相容元素K、Rb、Ba、Th等强烈富集；Nb、Zr、Ce、Ta、Hf等中等不相容元素富集一般；弱不相容元素Y弱亏损等特点。以上特征表明，岩浆来源于陆壳的部分熔融。

(4)卡而却卡地区的花岗片麻岩具有同碰撞花岗岩特征，表明东昆仑造山带响应了Rodinia超大陆汇聚事件，其为东昆仑造山带早期演化提供了新的地质信息。

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Discovery and geological significance of Neoproterozoic intrusive body in the Kaerqueka area of the East Kunlun mountain

WEI Xiaolin1,2，ZHANG Dexin2，GAN Chenpin3，CHEN Libiao4

(1.College of Earth Sciences，Jilin University，Changcun 130061，China；2.Qinghai Bureau of Geology Survey，Xining810001，China；3.No.3InstituteofGeologyMineralExplorationofQinghaiProvince，Xining810029，China；4.No.4InstituteofGeologyMineralExplorationofQinghaiProvince，Xining810029，China)

Abstract：Kaerqueka area is located at the Qimantage metallogenic belt in the East Kunlun mountain area．The formerly defined granitic gneiss in the area is the Neoproterozoic granites according to study on the petrology, geochemistry and isotope chronology. Zircon LA-ICP-MS U-Pb isotope dating show that the granite body emplaced at 910±3Ma corresponding to Qingbaikou period of the Neoproterozoic era. The granit is characterized by rich SiO2、Al2O3、K2O，poor FeO、MgO and CaO, REE pattern showing LREE enrichment, medium depletion of Eu, strong enrichment of incompatible trace element of K, Rb, Ba, Th, ordinary enrichment of Nb、Zr、Ce、Ta、Hf, weak depletion of Y. All this show that the granite is the high K, Ca alkaline S-type granite. The magma is from syn-collisional partial melting of continental crust. It is the material record of convergence of Rodinia super-continent.

Key Words：Kaerqueka area; granitic geniss；Geochemistry; Neoproterozoic era；Rodinia；East Kunlun mountain area； Qinghai province

收稿日期：2016-02-02；改回日期：2016-03-15；责任编辑：王传泰

基金项目：中国地质调查局“青海省东昆仑祁漫塔格地区铜多金属地质矿产调查”项目(编号：1212010818044)资助。

作者简介：魏小林(1981—)，男，工程师，吉林大学在读硕士研究生，主要从事矿床地质研究。E-mail：65329650@qq.com

doi:10.6053/j.issn.1001-1412.2016.02.011

中图分类号：P588.121

文献标识码：A