Ordovician island arc volcanic rocks in Halahu area of Qilian Mountain and their tectonic significance
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摘要:
通过1:5万区域地质调查,对祁连山哈拉湖地区火山岩进行了野外地质、岩石学、锆石U-Pb同位素年龄、地球化学等研究。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年结果显示,该火山岩年龄为466.3±2.4Ma(n=9,MSWD=1.4),形成于中奥陶世。岩石地球化学研究表明,哈拉湖地区火山岩为低钾拉斑玄武系列,绝大多数样品的亲石元素Rb、Th、U、Ce、Zr、Nd和稀土元素La、Sm富集明显;高场强元素(Sr、P、Ti)强烈亏损,Zr、Hf微弱富集,Ba明显亏损。总的特征显示,少数火山岩具有过渡型洋脊玄武岩的特征,大多数火山岩样品显示岛弧火山岩的特征。此外,哈拉湖地区的岛弧火山岩与晚奥陶世的岛弧花岗岩伴生在一起。这些特征表明,与俯冲有关的奥陶纪岛弧岩石可能与拉脊山地区古大洋的闭合有关。
Abstract:Based on 1:50000 regional geological survey, the authors studied volcanic rocks of Hulahu area in Qilian Mountain in the aspects of field geology, petrology, geochronology and geochemistry. Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results show that the Halahu volcanic rocks were formed in Middle Ordovician (466.3 ±2.4Ma, MSWD=1.4). Geochemical data show that the Halahu volcanic rocks belong to low-K tholeiite series, and are characterized by enrichment of LILEs (Rb, Th, U, Ce, Zr and Nd) and LREEs and depletion of Sr, P, Ti and Ba. On the whole, a few samples have features similar to those of T-MORB, but most samples show affinities with island arc related to subduction. In addition, the Halahu volcanic rocks were associated with Late Ordovician arc granitoids. These features indicate that the island arc rocks were associated with Ordovician paleo-oceanic closure in Lajishan area.
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Key words:
- volcanic rocks /
- island arc /
- Ordovician /
- Halahu area, Qilian Mountain
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祁连造山带是世界上典型的造山带之一, 曾被黄汲清等[1]作为多旋回地槽演化与造山作用的范例。板块构造理论问世之后, 该造山带曾被李春昱等[2]、肖序常等[3]选为板块构造理论中洋-陆转换过程的理想野外实验室。因此,祁连造山带受到国内外地质学家的高度关注[4-12]。已有研究表明,祁连造山带奥陶纪发育典型的沟-弧-盆体系[13],早古生代造山带是特提斯造山系的重要组成部分,与其北侧具有长期增生历史的中亚造山系不同[14-16],特提斯造山系被认为是来自冈瓦纳北部的不同大陆块体碰撞作用的产物[17-18]。然而,也有一些学者把祁连造山带归为增生造山带[19-21],认为祁连-柴达木-阿尔金造山带为一个沿塔里木-华北板块南部边缘分布的汇聚板块边缘增生组合,形成于早古生代增生杂岩和岩浆弧向南的连续生长。南祁连与北祁连、中祁连有共同的前寒武纪结晶基底[22],近年来, 虽然对柴北缘和北祁连的花岗岩进行了SHRIMP锆石U-Pb年代学研究,表明它们形成于444~477Ma,具有岛弧和活动陆缘的构造属性[23-25],宋述光等[26]、张建新等[28]对北祁连山的高压变质岩进行了研究[26-28],认为北祁连高压变质带榴辉岩相变质的峰期年龄为470Ma。这些研究对洋陆转换过程的研究具有很好的指导意义。上述研究,使祁连造山带在蛇绿岩、地幔岩、海相火山岩、俯冲杂岩、板块构造、造山作用、成矿作用、地壳结构等方面的研究均取得了长足的进展。
本文在祁连山哈拉湖地区火山岩的空间展布特征及相互关系研究的基础上,对其进行了岩石学、地球化学分析和LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,进一步探讨其形成的构造背景及早古生代祁连造山带的演化历史。
1. 地质特征
研究区隶属秦祁昆造山系,以拉脊山南缘断裂为界可分为拉脊山蛇绿混杂岩带和南祁连陆间盆地(图 1)。研究区火山岩主要出露在拉脊山蛇绿构造混杂岩带或南祁连增生杂岩带内[27],岩石均呈大小不一、数量不等的构造透镜体产出,长轴展布方向与混杂岩带平行,呈北西向,主要岩性为玄武岩、玄武安山岩、蚀变安山岩、火山岩碎屑岩等,局部为变基性-中基性火山岩(绿片岩)类,中基性火山岩属于低钾拉斑玄武系列,稀土元素特征与岛弧低钾高镁安山岩的稀土元素配分模式相似,微量元素特征与火山弧玄武岩的特征类似,总体反映本区中基性火山岩形成构造环境为俯冲火山岛弧环境,与该区晚奥陶世的洋壳俯冲作用有关,并与晚奥陶世火山弧型花岗岩成对出现,表明其是与俯冲汇聚构造环境有关的岛弧火山岩,这些火山岩与其中的蛇绿岩组分之基性熔岩有显著的区别。
2. 岩石学特征
岩石类型包括基性-中基性火山岩,由于受构造混杂改造,部分基性火山熔岩已变质成为绿片岩类,大部分岩石保留较好,变形较弱,变质较轻。将8件火山岩样品经铁调整换算后投点于国际地科联1989年推荐的划分方案TAS图解(图 2-a)中,2件样品落入玄武区,3件样品落入安山岩区,3件样品落入玄武岩和安山岩边界,与室内薄片鉴定结果基本一致;在微量元素(Zr/Ti-Nb/Y)分类图解中,全部分布于亚碱性玄武岩区域(图 2-b),总体岩石组合和主量元素成分与大洋岛弧的特征十分相似。岩石学特征描述如下。
玄武岩:灰绿色,岩石具斑状结构,基质间粒结构,块状构造和杏仁状构造。岩石由斑晶和基质及少量杏仁组成。斑晶含量10%,成分是斜长石、单斜辉石,粒度一般在0.4~2.3mm之间,斜长石呈板状,普遍被绿泥石化,不均匀的帘石化,具简单双晶,推测是基性斜长石。单斜辉石呈短柱状、粒状,部分被绿帘石化、绿泥石化。斑晶在岩石中分布均匀,不具定向性排列。基质含量85%,由斜长石、辉石等组成,粒度一般在0.07~0.2mm之间,斜长石含量57%,呈板柱状,绢云母化和黝帘石化,双晶不清,推测成分同斑晶一样;在岩石中杂乱分布,格架状排列,在格架空隙之间分布有粒状辉石,辉石含量23%,部分被绿帘石化、绿泥石化。岩石呈间粒结构。见有少量杏仁,呈圆状,粒度在0.14~0.49mm之间,其内充填了隐晶状绿泥石,在岩石中分布均匀,不具方向性排列。
玄武安山岩:岩石风化面灰绿褐色,新鲜面灰绿色,残余斑状结构,基质具有显微粒状变晶结构,略具定向构造。原岩由斑晶和基质组成。原岩残余斑晶含量45%,由斜长石和暗色矿物组成,其中斜长石含量30%,斜长石斑晶大小0.2~0.4mm,0.5~ 0.9mm,仅以轮廓假象存在,有的隐约可见聚片双晶及轮廓,但大部分已被显微粒状长英质矿物及部分黑云母密集隐约覆盖和蚕食,因受应力影响,整体略具拉长现象,长轴略具定向性。有的斜长石残斑中见微粒帘石分布,略显基性斜长石成分。原岩的暗色矿物含量为15%,暗色矿物斑晶应为辉石,但已无任何残存,均已被纤状集合体的假象纤闪石取代,也可能还有部分角闪石原斑晶,但也均被绿色假象纤闪石全部取代,以假象残存,这些纤闪石多呈纤维状集合体、束禾集合体存在,也略具定向排列。Ng淡绿,Np黄绿色多色性吸收性强,正交镜下一级干涉色,正延性,消光角12°左右,它们的集合体有时大于斜长石残斑晶,有时小于斜长石残斑,见不透明矿物多分布在暗色矿物附近,为磁铁矿。
蚀变安山岩:灰色,斑状结构,基质具变余交结结构,块状构造。岩石由斑晶(5%)、基质(91%)、黄铁矿(3%)、沿裂隙充填的褐铁矿组成。斑晶由角闪石(3%)、斜长石(2%)组成,角闪石呈长柱状,强暗化,被不透明矿物和绿泥石化的集合体取代;斜长石呈柱状,具绿泥石化蚀变,与树胶比较,折射率Ng′、Np′小于树胶,现为钠长石。基质由斜长石微晶(69%)、玻璃质(22%)组成,斜长石微晶呈柱状,多杂乱分布,少数呈半定向排列,被钠长石和绿泥石交代;玻璃质蚀变后全部被绿帘石、绿泥石集合体交代。
3. 地球化学特征
火山岩样品的主量、稀土和微量元素分析结果列于表 1。除个别样品烧失量(LOI>10%)较大外,多数样品烧失量较小,对烧失量大于10%的样品的主量元素扣除烧失量后重新进行了换算。由于K、Na和低场强元素(Cs、Rb、Sr、Ba)在蚀变过程中可能发生迁移,因此主要依据高场强元素(Ti、Zr、Y、Nb、Ta、Hf)、Th、稀土元素(REE)等不活泼元素对样品进行岩石学分类和构造环境、成因讨论。
表 1. 哈拉湖地区火山岩地球化学分析结果Table 1. Geochemical compositions of volcanic rocks in Halahu area样品号 ⅠC1014-2 ⅠC1014-3 IC1014 ⅠPm103/2-1 ⅠPm103/16-1 ⅠPm103/32-1 ⅠPm103/32-2 ⅠPm103/32-5 岩性 玄武岩 玄武岩 玄武岩 玄武安山岩 玄武安山岩 安山岩 安山岩 安山岩 SiO2 46.24 45.71 46.61 50.44 50.45 47.70 48.00 48.89 TiO2 0.38 0.40 0.58 0.83 0.90 0.66 0.78 0.53 Al2O3 7.57 7.97 12.39 12.19 12.27 10.51 11.70 10.51 Fe2O3 1.54 1.70 1.15 2.23 2.14 0.80 1.08 1.16 FeO 6.87 6.83 8.23 7.65 7.67 7.43 7.13 7.37 MnO 0.17 0.18 0.21 0.17 0.18 0.30 0.18 0.15 MgO 20.45 20.59 10.44 9.07 8.99 9.07 10.14 13.66 CaO 9.64 9.22 7.34 10.08 10.11 9.99 9.89 6.28 Na2O 0.49 0.49 0.17 2.10 2.34 0.89 2.07 0.19 K2O 0.19 0.18 0.42 1.59 1.43 0.04 0.33 0.03 P2O5 0.14 0.14 0.17 0.17 0.23 0.20 0.16 0.18 烧失量 5.11 5.37 11.11 2.40 2.27 11.42 7.65 10.25 总量 99.66 99.67 99.68 99.76 99.74 99.77 99.74 99.75 Mg# 82.95 83.00 68.16 65.41 65.25 67.59 70.49 75.65 A/NK 7.48 7.96 16.88 2.36 2.27 6.97 3.11 30.46 A/CNK 0.73 0.81 1.56 0.89 0.88 0.96 0.95 1.62 La 7.46 5.60 10.57 16.1 18.1 14.80 11.03 10.44 Ce 14.69 13.24 21.44 32.1 36.5 29.16 22.79 21.15 Pr 2.10 2.06 2.75 4.13 5.14 3.77 3.07 2.76 Nd 9.44 9.15 10.91 16.8 21.6 15.74 13.25 11.74 Sm 2.11 2.19 2.49 3.62 4.71 3.39 3.07 2.61 Eu 0.59 0.61 0.49 0.963 1.21 0.89 0.96 0.78 Gd 2.09 2.19 2.15 3.62 4.42 3.16 3.35 2.69 Tb 0.33 0.34 0.40 0.586 0.707 0.52 0.57 0.43 Dy 1.96 2.05 2.44 3.27 3.73 3.12 3.49 2.68 Ho 0.39 0.40 0.52 0.680 0.762 0.59 0.73 0.53 Er 1.14 1.13 1.46 1.85 2.09 1.70 2.10 1.50 Tm 0.19 0.18 0.24 0.297 0.315 0.26 0.32 0.24 Yb 1.18 1.13 1.51 2.00 2.04 1.47 2.02 1.43 Lu 0.18 0.17 0.23 0.319 0.300 0.21 0.27 0.20 Sr 59.17 57.33 145.4 428 449 241.2 272.6 156.3 Rb 3.73 1.48 14.50 35.9 28.9 3.18 9.63 1.58 Ba 37.09 26.84 111.4 380 440 23.70 104.2 36.40 Th 3.85 3.18 4.08 4.96 5.68 4.10 3.79 3.76 Ta 0.35 0.23 0.23 1.28 0.82 0.41 0.44 0.33 Nb 3.33 2.10 3.58 5.53 6.12 4.58 5.18 3.59 Zr 33.03 32.48 67.9 67.7 75.0 68.91 71.67 51.98 Hf 0.98 1.13 2.9 2.04 2.36 3.03 2.61 2.15 Cr 1177 1281 331.8 275 279 711.8 831.6 708.2 V 133.6 135.7 170.6 273 252 170.3 197.3 187.0 U 0.83 0.78 1.07 1.03 1.24 1.09 1.11 0.81 Y 10.27 10.37 13.33 17.40 19.09 14.92 17.93 13.55 Sc 24.5 24.89 27.91 38.2 41.2 26.25 34.28 39.33 注:主量元素含量单位为%,微量、稀土元素含量单位为10-6 3.1 主量元素
哈拉湖地区火山岩,SiO2含量为45.71% ~ 50.45%(表 1),岩石偏基性。整体具有低TiO2(0.38%~0.90%)、Al2O3含量(7.57%~12.39%)的特点,属亚碱性系列(Na2O为0.17%~2.34%,K2O为0.03% ~1.59%),MgO的变化范围为8.99% ~ 20.59%,Mg#值变化范围为65.25~83,镁指数较高。在SiO2-K2O图(图 4-a)中,显示本区火山岩以低钾拉斑玄武系列为主,AFM图解(图 4-b)显示为拉斑玄武岩系列。
3.2 微量和稀土元素
研究区火山岩稀土和微量元素特征(表 1)显示,稀土总量(ΣREE)一般在40.44×10-6~57.61×10-6之间。LREE/HREE值普遍在4.33~5.43之间,(La/Yb)N值均大于1,反映岩石轻稀土元素具较弱的富集;Sm/Nd值普遍在0.22~0.23之间;δEu值介于0.63~0.85之间,大部分岩石显示弱负Eu异常;在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(图 5-a)中,除个别样品曲线近于平坦外,其他岩石曲线基本呈平滑略右倾的轻稀土元素富集型,轻稀土元素内部分馏相对明显((La/Sm)N=1.16~2.66),而重稀土元素内部分馏较差((Gd/Yb)N=1.15~1.56)。在原始地幔微量元素标准化蛛网图(图 5-b)中,绝大多数样品的亲石元素Rb、Th、U、Ce、Zr、Nd和稀土元素La、Sm富集明显;高场强元素(Sr、P、Ti)强烈亏损,Zr、Hf微弱富集,Ba明显亏损。总体特征显示,少数样品活动性元素和部分大离子亲石元素亏损,与洋中脊玄武岩的分配型式近似,可能是过渡型洋中脊玄武岩;多数岩石大离子亲石元素富集,总体特征与岛弧拉斑玄武岩的特征类似。
图 5. 哈拉湖火山岩稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(底图据参考文献[15])Figure 5. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams (b) for volcanic rocks in Halahu area4. 锆石U-Pb测年
本次采集单颗粒锆石U-Pb测年样品,样品由自然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分析(测试),检测依据DZ/ T0184.3—1997,主要仪器设备为LA-MC-ICPMS,检测环境温度22℃,湿度16%。选取24颗锆石开展测年工作,用于阴极发光(CL)照相的锆石样品采自玄武岩中,在双目镜下,锆石几乎都为短柱状,少数为长柱状,淡棕色,透明。总体上核部具有较好的振荡环带,锆石边部的环带模糊或缺少环带,有的呈残缺不全的镶边状。所选测年锆石均为无色透明中短柱状自形晶体,属岩浆成因锆石。测试结果给出了近一致的同位素年龄。玄武岩206Pb/238U表面年龄为189~2034Ma,207Pb/235U表面年龄为355~ 2034Ma,207Pb/206Pb表面年龄为450~2181Ma,年龄集中在460Ma左右,其年龄加权平均值为466.3± 2.4Ma(图 6;表 2),时代为中奥陶世。
表 2. 哈拉湖地区火山岩(IU-PbC1014)锆石U-Th-Pb同位素测定结果Table 2. Zircon U-Th-Pb isotope analyses for volcanic rocks (IU-PbC1014) in Halahu area测试号 Pb U 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206U 1σ 208Pb/232U 1σ 232Pb/238U 1σ 年龄/Ma 10-6 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 1 12 162 0.07545 0.00041 0.58197 0.00920 0.05594 0.00087 0.03014 0.00023 0.25267 0.00072 469 3 466 7 2 50 242 0.18414 0.00094 1.92580 0.01367 0.07585 0.00052 0.06177 0.00014 0.61816 0.00325 1090 6 1090 8 3 22 257 0.07385 0.00049 0.57869 0.01587 0.05683 0.00130 0.03671 0.00126 0.59360 0.00911 459 3 464 13 4 27 304 0.02979 0.00021 0.41911 0.00597 0.10205 0.00134 0.01808 0.00014 0.37823 0.00066 498 3 652 9 5 12 150 0.08039 0.00042 0.90074 0.01293 0.08127 0.00111 0.03683 0.00040 0.37754 0.00088 480 3 541 9 6 30 348 0.07976 0.00042 0.90553 0.01919 0.08234 0.00165 0.03635 0.00067 0.36581 0.00102 495 3 655 14 7 29 338 0.07888 0.00041 0.80625 0.01234 0.07413 0.00108 0.03137 0.00036 0.40672 0.00074 489 3 600 9 8 50 651 0.07551 0.00042 0.58558 0.00430 0.05625 0.00044 0.03269 0.00025 0.27742 0.00099 469 3 468 3 9 28 333 0.07534 0.00040 0.58593 0.01031 0.05640 0.00095 0.02570 0.00011 0.65253 0.00045 468 2 468 8 10 51 583 0.07905 0.00041 0.84468 0.00868 0.07750 0.00080 0.03047 0.00018 0.51798 0.00059 490 3 622 6 11 39 99 0.37093 0.00208 6.41381 0.03874 0.12541 0.00073 0.11708 0.00039 0.28248 0.00033 2034 11 2034 12 12 15 158 0.07948 0.00048 0.94601 0.01960 0.08633 0.00188 0.03708 0.00025 0.57647 0.00213 493 3 676 14 13 10 70 0.14135 0.00078 1.62255 0.05211 0.08325 0.00264 0.07423 0.00183 0.20732 0.00080 852 5 979 31 14 75 733 0.07966 0.00041 1.49718 0.00952 0.13632 0.00082 0.06244 0.00012 0.43148 0.00037 494 3 929 6 15 18 218 0.07444 0.00039 0.58308 0.00954 0.05681 0.00087 0.03029 0.00042 0.57697 0.00333 463 2 466 8 16 54 620 0.07514 0.00041 0.58008 0.01090 0.05599 0.00101 0.02416 0.00028 0.85623 0.00264 467 3 465 9 17 90 418 0.19838 0.00144 2.83062 0.02120 0.10349 0.00083 0.08891 0.00107 0.34191 0.00144 1167 8 1364 10 18 20 252 0.07482 0.00040 0.58176 0.00953 0.05639 0.00092 0.02340 0.00011 0.50771 0.00041 465 2 466 8 19 95 477 0.18679 0.00099 2.65184 0.02096 0.10296 0.00089 0.07092 0.00022 0.32939 0.00432 1104 6 1315 10 20 34 148 0.20761 0.00107 2.34458 0.01698 0.08191 0.00057 0.05787 0.00022 0.62972 0.00335 1216 6 1226 9 21 66 840 0.07541 0.00040 0.58401 0.00386 0.05617 0.00039 0.03284 0.00013 0.34566 0.00080 469 2 467 3 22 9 261 0.02893 0.00016 0.50801 0.00872 0.12737 0.00214 0.02838 0.00039 0.21948 0.00081 184 1 417 7 23 43 556 0.07486 0.00041 0.58123 0.00449 0.05631 0.00041 0.02048 0.00004 0.48987 0.00153 465 3 465 4 24 70 455 0.06704 0.00044 5.14905 0.04494 0.55703 0.00333 0.27698 0.00185 0.25872 0.00082 418 3 1844 16 5. 构造环境
哈拉湖火山岩从岩石化学特征看,以低钾拉斑玄武系列为特征,TiO2含量多数介于0.51%~0.90%之间,低于洋中脊玄武岩(1.5%)和板内拉斑玄武岩(2.23%),而接近于火山弧碱性玄武岩(0.98%)[31];微量元素曲线分布模式图与岛弧玄武岩的特征近似,具有明显的高场强元素亏损、大离子亲石元素和Th富集的特征。
在Th/Yb-Ta/Yb图解(图 7-a)中,这些样品为火山弧玄武岩。大部分样品具有高的Th和U含量,在Hf/3-Th-Ta图解(图 7-b)中,大部分样品投入火山弧钙碱性玄武岩区,说明俯冲带流体的活动强烈,与大洋冷俯冲有密切关系。
根据上述特征并结合区域构造地质分析,哈拉湖地区火山岩形成构造环境为俯冲期火山岛弧环境。与该地区晚奥陶世洋盆的俯冲消亡有关,且与晚奥陶世火山弧型花岗岩成对出现,更表明了其构造环境为岛弧,是与俯冲汇聚构造环境有关的岛弧火山岩。在结合带俯冲-碰撞阶段,也即混杂带发育形成阶段,被构造作用破坏,成为构造透镜体、构造块体状赋存于混杂带内,构成了混杂带的一部分。
6. 地质意义
研究表明,北祁连高压变质带变质岩年龄为489~442Ma,其中榴辉岩SHRIMP锆石U-Pb年龄介于489~463Ma之间[27-28, 32],蓝片岩39Ar-40Ar年龄集中于460~440Ma[33],前者代表了北祁连洋壳俯冲至最深处(≥60km)时的峰期变质年龄,后者可能代表了高压变质岩上升折返阶段的年龄[33]。由此可以推测,北祁连洋盆在晚寒武世—早奥陶世发生俯冲作用,并达到最深处,中晚奥陶世俯冲洋壳发生折返作用。然而,对北祁连洋的俯冲方向目前仍存在较大分歧。多数地质学家认为,北祁连洋在晚寒武世—早奥陶世向北俯冲,证据为北祁连俯冲-增生杂岩北侧存在大量的岛弧火山岩系,且岩浆活动的时限与超高压变质带榴辉岩变质年龄一致(490~ 460Ma)[5, 11-12, 34-37];吴才来等[24]基于北祁连俯冲增生杂岩南侧存在早古生代花岗岩类的地质事实,认为早古生代北祁连洋分别向西南和北东两侧俯冲,即双向俯冲;近年来,吴才来等[25]根据对北祁连花岗岩的研究,进一步提出北祁连洋晚寒武世—早奥陶世向南俯冲,中奥陶世受柴北缘板块向北俯冲的影响,俯冲受阻,转向北俯冲的认识。
大约在晚寒武世—早奥陶世,沿北祁连的黑河河谷一带形成初始大洋裂谷系,川刺沟蛇绿岩底部变质橄榄岩中交代型金云母的发现[6]为此提供了佐证,到早中奥陶世,已形成完整的沟弧盆体系,出现了以玉石沟-川刺沟蛇绿岩为代表的洋中脊型蛇绿岩,以大岔大坂蛇绿岩为代表的岛弧扩张脊型蛇绿岩,以及以塔墩沟蛇绿岩、老虎山蛇绿岩为代表的弧后扩张脊型蛇绿岩[36];在洋中脊型蛇绿岩带与岛弧扩张脊型蛇绿岩带之间出现该期的俯冲杂岩带[38-40];在永登石灰沟一带出现成熟岛弧[39]。
由此可知,祁连山从早中奥陶世开始经历了俯冲造山、碰撞造山和陆内造山作用:俯冲造山开始于460Ma或更早,可以追溯到495Ma[41]。俯冲造山的结果是在祁连形成岛弧及岛弧山链, 并造就了晚奥陶世残留洋盆和中祁连北缘的陆缘裂谷-红沟陆缘裂谷。拉脊山-盐池湾岩浆岩带从东部永靖开始,经拉脊山、刚察,断续延伸至肃北的盐池湾、党河南山,岩石类型以中基性火山岩为主,有少量酸性火山岩,并有中酸性深成岩体。在永靖—拉脊山一带,火山岩以中基性洋内弧弧火山岩为主,弧前玻安岩发育,形成年龄为460~440Ma,明显晚于北祁连弧火山岩的形成时代,哈拉湖地区火山岩为低钾拉斑玄武系列,2个样品为中钾钙碱性系列,年龄为466.3±2.4Ma(MSWD=1.4),形成于中奥陶世,火山岩显示大洋岛弧向大陆弧转化的特征。
7. 结论
(1)哈拉湖地区中奥陶世火山岩由玄武岩-玄武安山岩-安山岩组成,具有低钾拉斑玄武系列向中钾钙碱性系列演化的趋势,显示大洋岛弧向大陆弧转化的特征。
(2)哈拉湖地区火山岩稀土元素总量一般在40.44×10-6~57.61×10-6之间,在球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中,近于平坦且曲线基本呈平滑略右倾,绝大多数样品的亲石元素Rb、Th、U、Ce、Zr、Nd和稀土元素La、Sm明显富集;高场强元素(Sr、P、Ti)强烈亏损,Zr、Hf微弱富集,Ba明显亏损,总体特征与岛弧拉斑玄武岩类似。
(3)祁连山地区从早中奥陶世开始经历了俯冲造山、碰撞造山和陆内造山作用,俯冲造山开始于460Ma或更早,可以追溯到495Ma,其中哈拉湖地区火山岩为低钾拉斑玄武系列,年龄为466.3±2.4Ma(MSWD=1.4),形成于俯冲阶段。
致谢
野外工作中得到哈拉湖西项目组全体成员的大力帮助,成文过程中北京大学宋述光老师给予了多次指导,审稿专家提出了宝贵的修改意见,北京大学董金龙博士给予帮助,在此表示诚挚的谢意。
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图 5 哈拉湖火山岩稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(底图据参考文献[15])
Figure 5.
表 1 哈拉湖地区火山岩地球化学分析结果
Table 1. Geochemical compositions of volcanic rocks in Halahu area
样品号 ⅠC1014-2 ⅠC1014-3 IC1014 ⅠPm103/2-1 ⅠPm103/16-1 ⅠPm103/32-1 ⅠPm103/32-2 ⅠPm103/32-5 岩性 玄武岩 玄武岩 玄武岩 玄武安山岩 玄武安山岩 安山岩 安山岩 安山岩 SiO2 46.24 45.71 46.61 50.44 50.45 47.70 48.00 48.89 TiO2 0.38 0.40 0.58 0.83 0.90 0.66 0.78 0.53 Al2O3 7.57 7.97 12.39 12.19 12.27 10.51 11.70 10.51 Fe2O3 1.54 1.70 1.15 2.23 2.14 0.80 1.08 1.16 FeO 6.87 6.83 8.23 7.65 7.67 7.43 7.13 7.37 MnO 0.17 0.18 0.21 0.17 0.18 0.30 0.18 0.15 MgO 20.45 20.59 10.44 9.07 8.99 9.07 10.14 13.66 CaO 9.64 9.22 7.34 10.08 10.11 9.99 9.89 6.28 Na2O 0.49 0.49 0.17 2.10 2.34 0.89 2.07 0.19 K2O 0.19 0.18 0.42 1.59 1.43 0.04 0.33 0.03 P2O5 0.14 0.14 0.17 0.17 0.23 0.20 0.16 0.18 烧失量 5.11 5.37 11.11 2.40 2.27 11.42 7.65 10.25 总量 99.66 99.67 99.68 99.76 99.74 99.77 99.74 99.75 Mg# 82.95 83.00 68.16 65.41 65.25 67.59 70.49 75.65 A/NK 7.48 7.96 16.88 2.36 2.27 6.97 3.11 30.46 A/CNK 0.73 0.81 1.56 0.89 0.88 0.96 0.95 1.62 La 7.46 5.60 10.57 16.1 18.1 14.80 11.03 10.44 Ce 14.69 13.24 21.44 32.1 36.5 29.16 22.79 21.15 Pr 2.10 2.06 2.75 4.13 5.14 3.77 3.07 2.76 Nd 9.44 9.15 10.91 16.8 21.6 15.74 13.25 11.74 Sm 2.11 2.19 2.49 3.62 4.71 3.39 3.07 2.61 Eu 0.59 0.61 0.49 0.963 1.21 0.89 0.96 0.78 Gd 2.09 2.19 2.15 3.62 4.42 3.16 3.35 2.69 Tb 0.33 0.34 0.40 0.586 0.707 0.52 0.57 0.43 Dy 1.96 2.05 2.44 3.27 3.73 3.12 3.49 2.68 Ho 0.39 0.40 0.52 0.680 0.762 0.59 0.73 0.53 Er 1.14 1.13 1.46 1.85 2.09 1.70 2.10 1.50 Tm 0.19 0.18 0.24 0.297 0.315 0.26 0.32 0.24 Yb 1.18 1.13 1.51 2.00 2.04 1.47 2.02 1.43 Lu 0.18 0.17 0.23 0.319 0.300 0.21 0.27 0.20 Sr 59.17 57.33 145.4 428 449 241.2 272.6 156.3 Rb 3.73 1.48 14.50 35.9 28.9 3.18 9.63 1.58 Ba 37.09 26.84 111.4 380 440 23.70 104.2 36.40 Th 3.85 3.18 4.08 4.96 5.68 4.10 3.79 3.76 Ta 0.35 0.23 0.23 1.28 0.82 0.41 0.44 0.33 Nb 3.33 2.10 3.58 5.53 6.12 4.58 5.18 3.59 Zr 33.03 32.48 67.9 67.7 75.0 68.91 71.67 51.98 Hf 0.98 1.13 2.9 2.04 2.36 3.03 2.61 2.15 Cr 1177 1281 331.8 275 279 711.8 831.6 708.2 V 133.6 135.7 170.6 273 252 170.3 197.3 187.0 U 0.83 0.78 1.07 1.03 1.24 1.09 1.11 0.81 Y 10.27 10.37 13.33 17.40 19.09 14.92 17.93 13.55 Sc 24.5 24.89 27.91 38.2 41.2 26.25 34.28 39.33 注:主量元素含量单位为%,微量、稀土元素含量单位为10-6 表 2 哈拉湖地区火山岩(IU-PbC1014)锆石U-Th-Pb同位素测定结果
Table 2. Zircon U-Th-Pb isotope analyses for volcanic rocks (IU-PbC1014) in Halahu area
测试号 Pb U 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206U 1σ 208Pb/232U 1σ 232Pb/238U 1σ 年龄/Ma 10-6 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 1 12 162 0.07545 0.00041 0.58197 0.00920 0.05594 0.00087 0.03014 0.00023 0.25267 0.00072 469 3 466 7 2 50 242 0.18414 0.00094 1.92580 0.01367 0.07585 0.00052 0.06177 0.00014 0.61816 0.00325 1090 6 1090 8 3 22 257 0.07385 0.00049 0.57869 0.01587 0.05683 0.00130 0.03671 0.00126 0.59360 0.00911 459 3 464 13 4 27 304 0.02979 0.00021 0.41911 0.00597 0.10205 0.00134 0.01808 0.00014 0.37823 0.00066 498 3 652 9 5 12 150 0.08039 0.00042 0.90074 0.01293 0.08127 0.00111 0.03683 0.00040 0.37754 0.00088 480 3 541 9 6 30 348 0.07976 0.00042 0.90553 0.01919 0.08234 0.00165 0.03635 0.00067 0.36581 0.00102 495 3 655 14 7 29 338 0.07888 0.00041 0.80625 0.01234 0.07413 0.00108 0.03137 0.00036 0.40672 0.00074 489 3 600 9 8 50 651 0.07551 0.00042 0.58558 0.00430 0.05625 0.00044 0.03269 0.00025 0.27742 0.00099 469 3 468 3 9 28 333 0.07534 0.00040 0.58593 0.01031 0.05640 0.00095 0.02570 0.00011 0.65253 0.00045 468 2 468 8 10 51 583 0.07905 0.00041 0.84468 0.00868 0.07750 0.00080 0.03047 0.00018 0.51798 0.00059 490 3 622 6 11 39 99 0.37093 0.00208 6.41381 0.03874 0.12541 0.00073 0.11708 0.00039 0.28248 0.00033 2034 11 2034 12 12 15 158 0.07948 0.00048 0.94601 0.01960 0.08633 0.00188 0.03708 0.00025 0.57647 0.00213 493 3 676 14 13 10 70 0.14135 0.00078 1.62255 0.05211 0.08325 0.00264 0.07423 0.00183 0.20732 0.00080 852 5 979 31 14 75 733 0.07966 0.00041 1.49718 0.00952 0.13632 0.00082 0.06244 0.00012 0.43148 0.00037 494 3 929 6 15 18 218 0.07444 0.00039 0.58308 0.00954 0.05681 0.00087 0.03029 0.00042 0.57697 0.00333 463 2 466 8 16 54 620 0.07514 0.00041 0.58008 0.01090 0.05599 0.00101 0.02416 0.00028 0.85623 0.00264 467 3 465 9 17 90 418 0.19838 0.00144 2.83062 0.02120 0.10349 0.00083 0.08891 0.00107 0.34191 0.00144 1167 8 1364 10 18 20 252 0.07482 0.00040 0.58176 0.00953 0.05639 0.00092 0.02340 0.00011 0.50771 0.00041 465 2 466 8 19 95 477 0.18679 0.00099 2.65184 0.02096 0.10296 0.00089 0.07092 0.00022 0.32939 0.00432 1104 6 1315 10 20 34 148 0.20761 0.00107 2.34458 0.01698 0.08191 0.00057 0.05787 0.00022 0.62972 0.00335 1216 6 1226 9 21 66 840 0.07541 0.00040 0.58401 0.00386 0.05617 0.00039 0.03284 0.00013 0.34566 0.00080 469 2 467 3 22 9 261 0.02893 0.00016 0.50801 0.00872 0.12737 0.00214 0.02838 0.00039 0.21948 0.00081 184 1 417 7 23 43 556 0.07486 0.00041 0.58123 0.00449 0.05631 0.00041 0.02048 0.00004 0.48987 0.00153 465 3 465 4 24 70 455 0.06704 0.00044 5.14905 0.04494 0.55703 0.00333 0.27698 0.00185 0.25872 0.00082 418 3 1844 16 -
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