杨国林，任文秀，李军，丁仨平，梁明宏 ,欧阳征健
（1.兰州城市学院培黎石油工程学院，甘肃兰州 730070;2.甘肃省地质调查院，甘肃 兰州 730000;3.兰州城市学院地理与环境工程学院，甘肃 兰州 730070）
中亚造山带南部与华北板块和塔里木板块相接，该造山带是当今地学界研究热点区域之一[1-9]。敦煌地区处于祁连造山带、北山造山带和塔里木盆地衔接部位[10-12]。因特殊的大地构造位置，研究该区域岩体对认识祁连造山带、中国板块构造和中亚造山带及演化历史具有重要意义，近年来越来越受到地质学家的关注[4,6,12-13]。
敦煌地块的归属问题至今仍然存在争议[11-12]。传统观点根据敦煌地区具前寒武纪基底，把敦煌地区称之为“敦煌地块”[12,14]；
有人认为敦煌地块是阿拉善地块的西延部分[12,15]；
有人认为敦煌地块是塔里木克拉通结晶基底的一部分[12,16]；
也有人认为敦煌地块可能属于华北克拉通[4,12,17]。
对于该地块的研究主要集中于二个方面的研究：一是研究该地块前寒武纪基底的形成、演化[4,17]；
二是研究该地块早古生代构造热事件[4]。对于该地区晚古生代构造热事件的研究较为薄弱[4]。本文通过对敦煌地块中部白墩子二长花岗岩地球化学特征进行研究，讨论该岩体形成的构造环境，为探讨敦煌地块大地构造环境、演化及地球动力学机制提供新的证据。
敦煌地块北侧为北山造山带，西侧为塔里木克拉通，西北为且末-星星峡断裂，东南为祁连造山带和阿尔金断裂[11,12]（图1-a）。敦煌地块南部发育有2条与阿尔金主断裂近平行的断裂，为三危山北缘断裂和南截山北缘断裂[11-12,18-19]。敦煌地块的地层主要为敦煌群，敦煌群由老到新共划分为4个岩组：第一岩组主要由石榴黑云片岩和角闪黑云斜长片麻岩、条痕-眼球状混合岩、石英岩及少量大理岩、透辉石岩透镜体组成;第二岩组为大理岩,局部夹少量石榴黑云石英片岩;第三岩组为黑云斜长片麻岩、白云母石英片岩和含榴二云母石英片岩夹少量含石榴黑云斜长角闪岩;第四岩组主要为黑云斜长片麻岩、黑云石英片岩和黑云母变粒岩等[11-12,19-20]。另外，敦煌地块还出露中生代基性岩墙和早、晚古生代花岗岩、斜长花岗岩[4,11-12,19,21]。
图1 敦煌地区地质简图Fig.1 Geologycl sketch map of the Dunhuang area
白墩子二长花岗岩体位于甘肃省瓜州县北西方向20 km处，柳园南东方向30 km处（图1-b），构造上处于阿尔金主断裂北侧[22]。
甘肃省瓜州县白墩子二长花岗岩呈半自形粒状结构，糜棱结构，块状构造。主要由钾长石（44%～46 %）、斜长石（28%～30 %）、石英（22 %）、白云母（4%）等组成（图2）。斜长石呈半自形板柱状，无色，可见聚片双晶，表面发生强绢云母化和泥化。钾长石呈半自形-自行宽板状，无色，一级灰白干涉色，可见条纹，无蚀变。石英呈他形粒状，无色，一级灰白干涉色，石英颗粒因糜棱岩化较破碎，后期经动态重结晶，边缘呈锯齿状。白云母呈片状、长条状，无色，主要为次生蚀变形成，沿长石和石英颗粒之间分布。
图2 白墩子二长花岗岩25×正交偏光（a）和25×单偏光（b）镜下照片Fig.2 The microscopic micrograph of monzogranite 25×perpendicular polarized light(a)and 25×polarized light(b)
在甘肃瓜州县白墩子石炭纪花岗岩体中采集岩石地球化学样品4件，同位素测年样品1 件，采样点地理坐标：E95°35′43′′，N40°51′08′′。样品锆石分选是在西安地质调查中心实验室进行，首先将原岩样品破碎至100 μm，其次用磁法和重液进行分选，然后在双目显微镜下手工挑选制靶[24]。本文锆石阴极发光（CL）图像和锆石U-Pb 测年均在西安地质调查中心实验室完成，其中测年使用的分析仪器为激光等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）。数据处理、年龄计算和图件绘图使用ISOPLOT程序[25]。
岩石样品的主量元素在长安大学成矿作用及动力学实验室分析完成，采用X 荧光光谱（XRF）方法测试，测试精度在1%以内；
微量元素和稀土元素在国土资源部武汉矿产资源监督检测中心分析测试完成。测试时室内温度20°C，相对温度35%，仪器型号为ELEMENT等离子体质谱分析仪。
对白墩子二长花岗岩BD01 样品进行LA-ICPMS 锆石U-Pb 定年。该岩体锆石颗粒大小不等，以柱状为主，锆石长宽比在1.52∶1～2.13∶1，CL图像清晰明亮，颗粒内部显示良好的振荡环带结构（图3）。对白墩子二长花岗岩共进行了24 个点的LA-ICP-MS 定年分析（表1）。白墩子二长花岗岩样品BD01 的18个锆石颗粒中（剔除测点号1、4、5、6、8、16 异常值），大部分数据点落于谐和线上及附近（图4），说明这些颗粒形成后U-Pb体系是封闭的，基本没有U或Pb 同位素的丢失或加入。参与年代学计算的点共18 个（剔除异常值），其206Pb/238U 年龄集中在283～326 Ma 之间，206Pb/238U 的加权平均值为（306.1±5.3）Ma（MSWD=2.5），表明白墩子二长花岗岩体时代为晚石炭世。
表1 白墩子二长花岗岩BD01LA-ICP-MS锆石U-Pb 年龄测年结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic analysis of the monzogranite from the Baidunzi
图3 白墩子二长花岗岩锆石阴极发光（CL）图像和LA-ICP-MS测点位置Fig.3 CL images and206Pb/238U ages of single zircon of the monzogranite in the Baidunzi
图4 白墩子二长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 Zircon U-Pb Concordia diagram and 206Pb/238U age plot for the monzogranite from the Baidunzi
选取新鲜的岩石样品进行主量、微量和稀土元素测量分析（表2）。
表2 白墩子二长花岗岩主、微量元素和稀土元素分析结果Table 2 Major,rare earth and trace elements concentration for the monzogranite from the Baidunzi
5.1 主量元素
二长花岗岩样品SiO2含量为72.14%～75.71%，平均73.99%，在TAS图解中落入花岗岩范围内（图5-a）。Al2O3（13.09 %～14.05 %）含量较高，平均13.51%；
全碱（Na2O+K2O）含量平均7.81%；
Na2O含量平均3.18%，K2O 含量平均4.63%，K2O/Na2O 平 均1.57%，均大于1%，显示为富钾质特征，从SiO2-K2O图解中可看出（图5-b），2件样品落入高钾钙碱性系列区域，1件样品落入钾玄岩系列区域，1件样品落入钙碱性系列区域。CaO含量为0.89%～1.34%；
MgO含量为0.10 %～0.54 %。铝饱和指数A/CNK 平均为1.12，铝饱和指数图解中均落入过铝质花岗岩区（图5-c）。可见白墩子晚石炭世二长花岗岩属过铝质高钾钙碱性系列岩石。
图5 白墩子二长花岗岩TAS图解（a）、SiO2-K2O图解（b）和铝饱和指数图解（c）Fig.5 TAS diagram(a),SiO2-K2O diagram(b) and ANK-ACNK plot(c)of monzogranite from the Baidunzi
5.2 稀土元素
二长花岗岩体稀土元素特征显示（表2），稀土总量较低（∑REE=60.40×10-6～81.24×10-6，平均64.64×10-6），LREE/HREE=6.66～17.40，平均10.92，说明轻稀土富集，重稀土亏损；
（La/Yb）N=13.35～18.83，平均17.11，说明轻重稀土分馏明显；
（La/Sm）N=3.19～8.60，平均4.92，说明LREE 分馏程度较低；
（Gd/Yb）N=1.47～3.91，平均3.06，表明HREE 分馏不明显。赫尔曼据未发生分馏的球粒陨石Sm/Nd=0.333 为界，将比值小于0.333 的稀土元素划为LREE富集型，比值大于0.333的稀土元素划为LREE亏损型[27]。白墩子二长花岗岩类Sm/Nd=0.16～0.22，为LREE 富集型。从白墩子二长花岗岩体稀土元素球粒陨石标准化分布图可看出（图6-a），曲线总体表现为较陡右倾型特征，样品曲线大致平行，显示同源演化特征，右翼较平缓，左翼较陡，说明LREE 分馏程度高于HREE。样品具Eu 弱负异常（δEu=0.78），Ce 负异常（δCe=0.18）。
5.3 微量元素
从表2可看出，Sr含量为125.4×10-6～227.0×10-6，平均166.43×10-6；
Yb含量为0.35×10-6～0.69×10-6，平均0.6×10-6；
Y 含量为3.81×10-6～13.9×10-6，平均9.48×10-6。在原始地幔标准化蛛网图中（图6-b），白墩子二长花岗岩体总体表现右倾趋势。高场强元素Nb，Ta，Sr等相对亏损且向右逐渐降低，大离子亲石元素Th，Pb，Rb等相对富集。
图6 白墩子二长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化分布图（a）和微量元素原始地幔蛛网图（b）Fig.6 Chondrite-normalized REE(a)and primary mantle-normalized trace element(b)fractional diagrams for monzogranite from the Baidunzi
6.1 岩体成岩时代
通过对二长花岗岩样品进行锆石U-Pb定年，显示该岩体锆石206Pb/238U 同位素加权平均年龄为（306.1±5.3）Ma，为晚石炭世花岗岩体。在柳园地区，西涧泉子、桥湾和音凹峡等地出露有（304～281）Ma后碰撞花岗岩[12,29-32]。敦煌地块南部小草湖岩体主要为似斑状花岗岩，侵位时代为石炭纪（340 Ma），安盆沟花岗岩侵位于石炭纪（～340 Ma）[11]。敦煌地块青石沟黑云母石英闪长岩锆石206Pb/238U同位素加权平均年龄为（335.0±1.5）Ma[21]。本文获得敦煌地块二长花岗岩锆石206Pb/238U同位素加权平均年龄为（306.1±5.3）Ma。
6.2 源岩和构造环境分析
二长花岗岩具高SiO2（含量大于56%，平均73.99%）、较高Al2O3（平均13.51%）和低MgO（含量小于3%，平均0.31%）的特征，亏损重稀土元素Yb（含量小于1.9×10-6；
平均0.6×10-6）和Y（含量小于18×10-6；
平均9.48×10-6）。Na2O 含量均值3.18%，Na2O/K2O 均值0.88，均低于俯冲板片熔融形成的埃与埃达克质岩石地球化学特征较为接近；
在Sr/Y-Y 图解中（图7-b），3件样品落在埃达克岩附近，说明其为埃达克质岩石。P2O5和SiO2含量之间线性关系特征广泛用于判别“I”型和“S”型花岗岩[13,37]。岩体中P2O5与SiO2呈负相关性，同样为“I”型花岗岩（图8-a），上述特征说明白墩子二长花岗岩具有“I”型花岗岩特征。
白墩子二长花岗岩体中La／Sm与La呈正相关（除1件异常样品），与部分熔融趋势一致，可排除准铝质熔体结晶分异的成因（图8-b）。岩石较低的MgO 含量（平均0.31%）、Ni 含量（0.66×10-6～1.93×10-6）和Cr 含量（0.56×10-6～2.98×10-6），与拆沉下地壳部分熔融的富C、富Ni、高Mg#的特征明显不同[21,40]。岩体具较高Sr/Y 比、低Yb 和弱Eu负异常特征，表明该岩体为下地壳基性岩石高度达克质岩石的 Na2O 值（4.88%）和Na2O/K2O 比 值（2.5～6.5）[21,33]。据A/CNK[34-35]和K2O/Na2O 比值来判断岩体成因类型[36]。岩石A/CNK 为1.01～1.27，均值1.12，在铝饱和指数图解中落入过铝质花岗岩区（图5-c）；
K2O/Na2O 均值1.57，在Na2O-K2O 图解中（图7-a），所有样品落入“I”型花岗岩区域。岩石具有较高的Sr/Y 比值（11.81～43.65），熔融所产生，且该岩体Mg#（16.95～21.58，平均19.92）与下地壳部分熔融产生的岩浆Mg#（小于45）相似[41]。因此，本文认为白墩子二长花岗岩体为加厚下地壳部分熔融的产物。
图7 白墩子二长花岗岩成因类型判别图Fig.7 Genetic type discrimination diagram for monzogranite from the Baidunzi
图8 白墩子二长花岗岩SiO2-P2O5（a）和La-La/Sm（b）图解Fig.8 SiO2-P2O5 diagram(a)and La-La/Sm diagram for monzogranite from the Baidunzi
6.3 地质意义
敦煌地块在早古生代期间经历了广泛的构造-热事件，而该地块位于祁连造山带、东天山-北山造山带和阿尔金造山带等几大造山带连接处[4,11-12,19,21]。位于敦煌地块北缘的桥湾北花岗岩岩体锆石LA-ICP-MS年龄为（303.7±2.4）Ma，反映在晚石炭世北山地区的碰撞拼贴已完成[42]。本次获得敦煌地块白墩子二长花岗岩锆石206Pb/238U同位素加权平均年龄为（306.1±5.3）Ma，构造环境判别图解表明，其形成环境是陆内伸展环境（图9）。结合区域地质背景及前人研究资料[21,42]，表明塔里木-敦煌地区在晚古生代由陆陆俯冲（地壳加厚）向陆内伸展体制转换[21]。
图9 白墩子二长花岗岩Y+Nb-Rb图解Fig.9 Y+Nb-Rb diagram for monzogranite from the Baidunzi
（1）白墩子二长花岗岩LA-ICP-MS 锆石206Pb/238U 同位素加权平均年龄为（306.1±5.3）Ma，时代为晚石炭世。
（2）白墩子二长花岗岩体所具较高Sr/Y 比、低Yb、弱Eu 负异常、Mg#值为16.95～21.58 的特征，说明白墩子二长花岗岩体为加厚下地壳部分熔融的产物。
（3）晚石炭世白墩子二长花岗岩可能形成于板内伸展构造环境。
致谢：感谢中国矿业大学陈军林博士在论文撰写方面提供的指导与帮助。感谢匿名审稿人给予本文宝贵的修改意见与建议。
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