甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义

第４２卷　第５期２０２０年９月
地球科学与环境学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
Ｖｏｌ．４２　Ｎｏ．５
Ｓｅｐ
．２０２０高文彬，钱壮志，徐　刚，等．甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义［Ｊ］．地球科学与环境学报，２０２０，４２（５）：６２２ ６３６．
ＧＡＯＷｅｎ ｂｉｎ，ＱＩＡＮＺｈｕａｎｇ ｚｈｉ，ＸＵＧａｎｇ，ｅｔａｌ．ＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＧｕｂａｏｑｕａｎＤｏｌｅｒｉｔｅＤｙｋｅｓｉｎＢｅｉｓｈａｎＡｒｅａｏｆＧａｎ ｓｕ，ＣｈｉｎａａｎｄＴｈｅｉｒＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，２０２０，４２（５）：６２２ ６３６．收稿日期：２０２０ ０６ ０１；修回日期：２０２０ ０７ ２３；网络首发日期：２０２０ ０９ ３０ 投稿网址：ｈｔｔｐ：∥ｊ
ｅｓｅ．ｃｈｄ．ｅｄｕ．ｃｎ／基金项目：国家自然科学基金项目（４１８７２０７６）；陕西省自然科学基础研究计划项目（２０１９ＪＱ ６７４
）；中央高校高新技术研究培育项目（３００１０２２７９２０３
）作者简介：高文彬（１９９６ ），男，内蒙古乌兰察布人，理学硕士研究生，Ｅ ｍａｉｌ：１４９８３４８９８４＠ｑｑ
．ｃｏｍ。

通讯作者：钱壮志（１９５９ ），男，陕西富平人，长安大学教授，博士研究生导师，理学博士，Ｅ ｍａｉｌ：ｚｙｘｙｑ
ｚｚ８＠ｃｈｄ．ｅｄｕ．ｃｎ。

犇犗犐：１０．１９８１４／ｊ．ｊ
ｅｓｅ．２０２０．０６００１甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉
地球化学特征及其地质意义
高文彬１，钱壮志１，２
，徐　刚１，段　俊１，师　震１，马博骋１，杨　涛３
（１．长安大学地球科学与资源学院，陕西西安　７１００５４；２．自然资源部岩浆作用成矿与找矿重点实验室，
陕西西安　７１００５４；３．中国冶金地质总局西北地质勘查院，陕西西安　７１０１１９
）摘　要：甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉主体侵位于奥陶纪—泥盆纪花岗闪长岩中，少量穿插于早古生代地层中，主要有辉绿岩和辉绿玢岩两种岩石类型，主要矿物为斜长石和辉石，此外还有少量角闪石、黑云母等次要矿物及磁铁矿等副矿物。

锆石Ｕ Ｐｂ年代学结果表明辉绿岩结晶年龄为（２８５．０±４．７）Ｍａ，与北山地区广泛分布的辉绿岩脉群形成时代相近。

古堡泉辉绿岩εＮｄ（狋）为６．３９～６．７８，表明岩浆来自类似亏损地幔的源区；全岩Ｓｒ Ｎｄ同位素模拟计算表明岩浆侵位过程中遭受了１０％～１５％上地壳物质混染。

辉绿岩的轻、重稀土元素含量比值为１．７２～２．１７，在球粒陨石标准化稀土元素配分模式中呈平坦型；微量元素具明显的Ｎｂ Ｔａ负异常。

其稀土和微量元素特征不同于塔里木地块与地幔柱活动有关的巴楚辉绿岩，而与北山地区东部音凹峡和西部坡东辉绿岩具有相似的地球化学特征。

结合已有研究成果认为，
古堡泉辉绿岩形成于古亚洲洋闭合之后的伸展环境，是岩石圈拆沉导致软流圈减压部分熔融形成玄武质岩浆作用的产物。

关键词：岩石地球化学；Ｓｒ Ｎｄ同位素；岩浆源区；地壳混染；构造环境；辉绿岩脉；早二叠世；甘肃中图分类号：Ｐ５９５；Ｐ５９７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２ ６５６１（２０２０）０５ ０６２２ １５
犌犲狅犮犺犲犿犻犮犪犾犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犌狌犫犪狅狇狌犪狀犇狅犾犲狉犻狋犲犇狔
犽犲狊犻狀犅犲犻狊犺犪狀犃狉犲犪狅犳犌犪狀狊狌，犆犺犻狀犪犪狀犱犜犺犲犻狉犌犲狅犾狅犵犻犮犪犾犛犻犵
狀犻犳犻犮犪狀犮犲ＧＡＯＷｅｎ ｂｉｎ１，ＱＩＡＮＺｈｕａｎｇ ｚｈｉ１，
２ ，ＸＵＧａｎｇ１，
ＤＵＡＮＪｕｎ１，ＳＨＩＺｈｅｎ１
，ＭＡＢｏ ｃｈｅｎｇ１，
ＹＡＮＧＴａｏ３
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥａｒｔｈＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈａｎｇ ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ７１００５４，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒｔｈｅＳｔｕｄｙｏｆＦｏｃｕｓｅｄＭａｇｍａｔｉｓｍａｎｄＧｉａｎｔＯｒｅＤｅｐｏｓｉｔｓｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏ
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ｉｃａｌＧｅｏｌｏｇｙＢ
ｕｒｅａｕ，Ｘｉ ａｎ７１０１１９，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｇｕｂａｏｑｕａｎｄｏｌｅｒｉｔｅｄｙｋｅｓａｒｅｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔｌｙｉ
ｎｔｒｕｄｅｄｉｎｔｏＯｒｄｏｖｉｃｉａｎ Ｄｅｖｏｎｉａｎｇ
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ｐｙｒｏｘｅｎｅ，ｗｉｔｈｍｉｎｏｒａｍｐｈｉｂｏｌｅ，ｂｉｏｔｉｔｅａｎｄｓｏｍｅａｃｃｅｓｓｏｒｙｍｉｎｅｒａｌｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｚｉｒｃｏｎＵ Ｐｂｄａｔｉｎｇｙｉｅｌｄａｎａｇｅｏｆ（２８５．０±４．７）Ｍａ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈｅｅｍｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｉｍｅｏｆｄｏｌｅｒｉｔｅｄｙｋｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｃｏｅｖａｌｔｏｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｇｅｏｆｄｏｌｅｒｉｔｅｄｙｋｅｓｉｎｏｔｈｅｒｐｌａｃｅｓｏｆＢｅｉｓｈａｎａｒｅａ．ＴｈｅεＮｄ（狋）ｏｆＧｕｂａｏｑｕａｎｄｏｌｅｒｉｔｅｖａｒｉｅｓｆｒｏｍ６．３９ｔｏ６．７８，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｐａｒｅｎｔａｌｍａｇｍａｉｓｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍａｄｅｐｌｅｔｅｄｍａｎｔｌｅｓｏｕｒｃｅ．ＴｈｅｗｈｏｌｅｒｏｃｋＳｒ Ｎｄｉｓｏｔｏｐｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｕｇｇｅｓｔｓｔｈａｔｔｈｅｍａｇｍａｕｎｄｅｒｇｏｅｓａ１０％ １５％ｏｆｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎｂｙｕｐｐｅｒｃｒｕｓｔｍａｔｅｒｉａｌｓｄｕｒｉｎｇｅｍｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ．ＴｈｅＬＲＥＥ／ＨＲＥＥｒａｔｉｏｏｆｄｏｌｅｒｉｔｅｖａｒｉｅｓｆｒｏｍ１．７２ｔｏ２．１７，ａｎｄｔｈｅｃｈｏｎｄｒｉｔｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄＲＥＥｐａｔｔｅｒｎｄｉｓｐｌａｙｓａｆｌａｔｐａｔｔｅｒｎ．Ｔｈｅｐｒｉｍｉｔｉｖｅｍａｎｔｌｅ ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓｐｉｄｅｒｄｉａｇｒａｍｓｈｏｗｓｏｂｖｉｏｕｓｎｅｇａｔｉｖｅａｎｏｍａｌｉｅｓｏｆＮｂ Ｔａ．ＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒａｒｅｅａｒｔｈａｎｄｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓａｒｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍＢａｃｈｕｄｏｌｅｒｉｔｅａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｍａｎｔｌｅｐｌｕｍｅａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｉｎＴａｒｉｍｂｌｏｃｋ，ｂｕｔａｒｅｓｉｍｉｌａｒｗｉｔｈＹｉｎ ａｏｘｉａ（ｅａｓｔｐａｒｔ）ａｎｄＰｏｄｏｎｇ（ｗｅｓｔｐａｒｔ）ｄｏｌｅｒｉｔｅｓｉｎＢｅｉｓｈａｎａｒｅａ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｈａｔＧｕｂａｏｑｕａｎｄｏｌｅｒｉｔｅｄｙｋｅｓａｒｅｆｏｒｍｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｃｌｏｓｕｒｅｏｆＰａｌｅｏ Ａｓｉａｎｏｃｅａｎ，ａｓｔｈｅｒｅｓｕｌｔｏｆｂａｓａｌｔｉｃｍａｇｍａｔｉｓｍｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｎｄｐａｒｔｉａｌｍｅｌｔｉｎｇｏｆａｓｔｈｅｎｏｓｐｈｅｒｅｄｕｅｔｏｌｉｔｈｏｓｐｈｅｒｅｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄｂｒｅａｋ ｏｆｆｉｎａｎｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌｉｔｈｏｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；Ｓｒ Ｎｄｉｓｏｔｏｐｅ；ｍａｇｍａｔｉｃｓｏｕｒｃｅ；ｃｒｕｓｔａｌｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ；ｔｅｃｔｏｎｉｃｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｄｏｌｅｒｉｔｅｄｙｋｅ；ＥａｒｌｙＰｅｒｍｉａｎ；Ｇａｎｓｕ
０　引　言
北山造山带位于中亚造山带（ＣＡＯＢ）南缘中段，古生代期间经历了复杂的大地构造演化过程，伴有强烈的岩浆活动，因而成为研究中亚造山带地质演化历史的关键部位［１ ４］。

北山造山带内分布着大量的早二叠世镁铁—超镁铁质杂岩体、辉绿岩脉群以及玄武岩，关于其岩石成因及形成背景，尚存在不同认识。

Ｚｈｏｕ等认为塔里木及相邻北山地区的二叠纪岩浆岩共同构成了大火成岩省，是地幔柱活动的产物［５ ８］；Ｚｈａｎｇ等认为北山地区二叠纪幔源岩浆及同期花岗质岩浆活动都是后碰撞伸展背景下的产物［１，９ １１］；Ａｏ等认为北山坡北、红石山等二叠纪镁铁—超镁铁质杂岩体形成于古亚洲洋的俯冲过程，代表了北山地区晚古生代的岛弧环境［１２］。

前人对北山地区早二叠世镁铁—超镁铁质杂岩体及玄武岩进行了大量研究［１３ １６］，但对辉绿岩脉群研究相对薄弱，且缺少不同区域之间的对比［１７ １８］。

而辉绿岩脉群作为一种特殊的构造岩浆作用产物［１９］，可形成于与地幔柱相关的大火成岩省边缘地区、板块俯冲作用下的弧后拉张环境以及造山后伸展环境，其侵位速度快，能够最大程度地保留源区信息［２０ ２１］，被广泛应用于古老陆块聚合、伸展和裂解过程的重建［２２ ２３］。

基于此，本文通过对甘肃北山地区中部古堡泉辉绿岩脉开展详细的岩相学、地质年代学、岩石地球化学及Ｓｒ Ｎｄ同位素研究，并与北山
地区东部音凹峡和西部坡东辉绿岩地球化学特征进行对比，探讨研究区早二叠世辉绿岩脉的形成过程及动力学背景，为进一步约束北山地区早二叠世大地构造背景提供依据。

１　地质背景
１．１　区域地质概况
北山造山带位于中亚造山带最南缘，北与中天山造山带相邻，南与塔里木—华北地块之间区域相邻［图１（ｃ）］。

中亚造山带与塔里木—华北地块之间分界线为南天山—柳园—索伦克尔缝合带［图１（ａ）］，该缝合带代表了中亚造山带南缘的最终缝合带。

沿缝合带分布着与古亚洲洋俯冲相关的高压—超高压变质岩带，分别为南天山的阿克牙子蓝片岩、榴辉岩（Ａｒ Ａｒ年龄为３１９～３１５Ｍａ）［２４ ２７］，柳园南部的古堡泉榴辉岩（变质峰期约为４６５Ｍａ）［２８ ２９］，索伦克尔的温都尔庙蓝片岩相变质岩（Ａｒ Ａｒ年龄约为４５０Ｍａ）［３０］。

北山造山带是由多个早—中古生代古亚洲洋不同部分的岛弧拼贴演化而来的，各岛弧之间分界线为代表大洋地壳的蛇绿岩带，从北到南依次为：红石山（年龄为（３４６．６±２．８）Ｍａ）—百合山—蓬勃山蛇绿岩混杂带［３１］、芨芨台子（（３２１．２±３．７）Ｍａ）—小黄山（（３３６．０±４．０）Ｍａ）蛇绿岩混杂带［３２ ３３］、红柳河（（５１６．２±７．１）Ｍａ）—牛圈子（（４４６．５±４．０）Ｍａ）—洗肠井（（５３６．０±７．０）Ｍａ）蛇绿岩混杂带［３４ ３６］以及
３
２
６
第５期 高文彬，等：甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义
辉铜山（（４４６．１±３．０）Ｍａ）—账房山（（３６２．６±４．０）
Ｍａ
）蛇绿岩混杂带［３７］。

北山地区从元古代到新生代地层均有出露，
其中前寒武纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪和白垩纪地层较为发育。

已有锆石Ｕ Ｐｂ年代学研究表明，北山地区古生代存在至少两期基性—中基性岩浆活动，分别为晚奥陶世—晚泥盆世（４５０～３６０Ｍａ）和晚石炭世—早二叠世（３０５～２６０Ｍａ），其中均伴随着大量的花岗质岩浆活动。

早期岩浆活动时间与北山地区广泛分布的蛇绿岩带年龄相近，
岩性包括高镁闪长岩、富铌玄武岩、正常型洋中脊（Ｎ ＭＯＲＢ）玄武岩、富集型洋中脊（Ｅ ＭＯＲＢ）玄武岩、岛弧拉斑玄武岩等，表明北山地区晚奥陶世至早泥盆世可能经历了洋壳俯
冲过程［
３８ ３９］。

晚期基性—中基性岩浆活动频繁，发育有众多镁铁—超镁铁质杂岩体以及辉绿岩脉群，其中辉绿岩脉在整个北山地区广泛分布，这些岩脉
曾被认为是塔里木地幔柱活动的产物［
４０］。

１．２　北山地区辉绿岩脉群地质特征
北山地区辉绿岩脉群集中分布于西部坡北、中部古堡泉以及东部音凹峡等地区，在其他地区也有零星出露［图１（ｃ）］。

岩脉总体呈近ＮＷ向（３１０°～３５５°）与ＮＥ向（１０°～８０°）展布，产状普遍较陡。

区域上，岩脉群主要侵位于古生代花岗闪长岩、石英闪长岩及前寒武纪至二叠纪地层中，
且以前者为主。

辉绿岩脉与围岩接触界线清晰，与花岗闪长岩接触处可见烘烤边和冷凝边。

古堡泉位于甘肃北山地区南缘中段，地处古堡泉—红柳园断裂以北。

该地区发育ＮＮＥ—ＮＥ
向
图（ａ）、（ｃ）引自文献［４１］，有所修改；图（ｂ）引自文献［４７
］图１　中亚造山带构造单元简图以及甘肃北山地区辉绿岩脉分布
犉犻犵．１　犛犽犲狋犮犺犕犪狆狅犳犜犲犮狋狅狀犻犮犝狀犻狋狊犻狀狋犺犲犆犲狀狋狉犪犾犃狊犻犪狀犗狉狅犵
犲狀犻犮犅犲犾狋犪狀犱犇犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狅犳犇狅犾犲狉犻狋犲犇狔
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２６地　球　科　学　与　环　境　学　报 ２０２０年
辉绿岩脉［图１（ｂ）］。

脉体规模大小不等，宽度变化于几十厘米到十几米，
单条岩脉延伸长度几百米至几千米均有，产状近直立［图２（ｂ）］。

古堡泉辉绿岩脉主要侵位于奥陶纪—泥盆纪花岗闪长岩中，部分侵位于奥陶系花牛山群变质地层中［图１（ｂ）］，在古堡泉—红柳园断裂南侧被第三系覆盖。

穿插于地层中的辉绿岩脉分布间隔较大，呈近平行状产出，多为黑绿色—深黑色，劈理化现象较为普遍［图２（ａ）］。

花岗闪长岩中的辉绿岩脉保存较好，多呈暗绿色，脉体与围岩接触界面较为平整。

辉绿岩脉主要有辉绿岩和辉绿玢岩两种岩石类型［图２（ｃ）、（ｄ
）］。

辉绿岩呈致密块状，具辉绿结构，主要矿物为斜
长石、辉石，次要矿物为角闪石和黑云母，有少量磁铁矿等副矿物。

斜长石体积分数为５０％～５５％，
多呈无色自形粒状或长条状，粒径以０．２～０．６ｍｍ为主，发育聚片及卡式双晶，大部分斜长石高岭土化及钠黝帘石化较为普遍；辉石体积分数为２５％～３０％，
多呈无色至浅绿色半自形—他形细小板条状，粒径以０．１５～０．３０ｍｍ为主，多充填于自形斜长石格架之间，部分辉石发生绿泥石化；角闪石体积分数为３％～５％，多呈浅绿色至绿色，粒径为０．２５～０．５０ｍｍ。

黑云母较少，
体积分数为２％～３％，呈浅黄色至黄褐色自形细小片状。

此外，样品中普遍见星点状磁铁矿等副矿物，
体积分数为２％～３％。

Ｐｌ为斜长石；Ｃｐ
ｘ为单斜辉石；Ｈｂｌ为角闪石图２　古堡泉辉绿岩脉野外照片及镜下照片
犉犻犵．２　犉犻犲犾犱犘犺狅狋狅狊犪狀犱犘犺狅狋狅犿犻犮狉狅犵狉犪狆犺狊狅犳犌狌犫犪狅狇狌犪狀犇狅犾犲狉犻狋犲犇狔
犽犲狊 辉绿玢岩具块状构造、
辉绿结构及斑状结构。

主要矿物为斜长石、辉石及部分不透明副矿物，大部分辉绿玢岩中不含或含极少量角闪石及黑云母。

斜长石体积分数为６０％～７５％，呈无色自形长条状，粒径以０．１～０．５ｍｍ为主，局部较大斜长石斑晶为１．０～１．５ｍｍ，
聚片及卡式双晶发育，蚀变较为普遍。

辉石体积分数为１５％～２５％，多呈无色至浅绿色他形粒状，粒径以０．１０～０．２５ｍｍ为主，局部较大辉石斑晶粒径可达１ｍｍ。

基质主要为细小辉石和斜长石。

辉绿玢岩中亦含磁铁矿等副矿物。

２　样品采集与分析方法
本文各类测试样品均采自新鲜的辉绿岩，其中锆石样品（ＧＢＱ ０４）的质量大于２５ｋｇ，采样位置为（４１°００′４３．０９″Ｎ，９５°００′２１．５２″Ｅ）。

锆石分选工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室采用浮选和电磁选法完成。

利用阴极发光及背散射图像对锆石颗粒内部结构进行分析，选择无裂隙、无继承核且具有环带的锆石进行Ｕ Ｐｂ年代学分析。

锆石Ｕ Ｐｂ定年在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成，分析仪器为美国ＰｈｏｔｏｎＭａｃｈｉｎｅｓ公司Ａｎａｌｙ
ｔｅＥｘｃｉｔｅ１９３ｎｍ型气态准分子激光剥蚀系统与美国安捷伦公司７７００ｘ型电感耦合等离子体质谱（ＩＣＰ ＭＳ）仪联机，具体测试过程参考文献［４８］。

锆石Ｕ Ｐｂ定年使用Ｐｌｅ ｏｖｉｃｅ（年龄为３３８Ｍａ）和Ｑｉｎｇ
ｈｕ（年龄为１５９Ｍａ）为外部监控标样，选用９１５００（年龄为１０６５Ｍａ）为校准样品。

数据处理、年龄计算和绘图使用ＩＣＰＭＳ
ＤａｔｅＣａｌ和Ｉｓｏｐ
ｌｏｔ３．００［４９］
软件处理。

岩石造岩矿物电子探针与主量、微量元素分析
均在长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室完成。

电子探针分析测试仪器为ＪＥＯＬＪＸＡ ８１００型电子探针，
工作电压为２０ｋＶ，电流为２．０×１０－８Ａ，束斑直径为１μｍ，分析误差为２％，实验数据使用ＺＡＦ方法校正。

主量元素采用Ｘ射线荧光光谱（ＸＲＦ）法进行分析，测试仪器为日本岛津ＸＲＦ １８００型波长色散Ｘ射线荧光光谱仪。

选用国
家标样ＧＢＷ０７１１２（辉长岩）为质量监控标样，采用外标法校正，分析误差小于３％。

微量和稀土元素分析采用ＦｉｎｎｉｇａｎＥｌｅｍｅｎｔ型电感耦合等离子体质谱仪完成，以美国地质调查局研制的玄武岩样品ＢＣＲ ２为标样进行质量监控，采用外标法校正，分析误差小于５％。

全岩Ｓｒ Ｎｄ同位素分析在西北大学大陆动力
５
２６第５期 高文彬，等：甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义
学国家重点实验室完成，Ｓｒ Ｎｄ分离采用两步离子交换层析法，同位素分析使用英国ＮｕＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ
公司ＮｕＰｌａｓｍａＨＲ型多接收电感耦合等离子体质谱（ＭＣ ＩＣＰ ＭＳ）仪，采用静态模式（Ｓｔａｔｉｃｍｏｄｅ）进行。

岩石标样采用玄武岩样品ＢＣＲ ２，测试过程中分别使用ＮＢＳ９８７和ＬａＪｏｌｌａ对Ｓｒ、Ｎｄ同位素组成进行质量监控，具体测试过程参考文献［５０
］。

３　结果分析
３．１　锆石年代学特征
甘肃北山地区古堡泉辉绿岩中锆石呈无色透明、半自形粒状或柱状，长为５０～１００μｍ，
长短轴比为１∶１～２∶１。

阴极发光图像中，
锆石颗粒晶面平直，发育较弱震荡环带或者无环带发育［图３（ａ
）］。

ＬＡ ＩＣＰ ＭＳ锆石Ｕ Ｐｂ同位素分析结果见表１，
锆石２０６Ｐｂ／２３８
Ｕ年龄集中分布于３个年龄段，
即（９０４．０±１０．０）～（８９７．０±２０．３）Ｍａ、（４４１．０±７．２）～（
４２５．０±１０．９）Ｍａ及（２８５．０±４．７）Ｍａ。

需要说明的是，研究区辉绿岩中锆石很少，分选出的锆石数量有限，能够满足测试的锆石颗粒则更少，使得本次研究能够获得的测试结果仅有少量有效数据。

但结合前人研究成果和区域地质背景分析，这些数据的地质意义还是很明确的。

依据前人研究，北山地区广泛发育前寒武纪变
质基底［５１ ５３］。

通过野外观察，古堡泉辉绿岩脉主体
侵位于奥陶纪—泥盆纪花岗闪长岩（年龄为（４５７～
３９８）Ｍａ［５
４ ５５］
）中，部分侵位于奥陶系花牛山群变质地层中。

因此，（９０４．０±１０．０）～（
８９７．０±２０．３）Ｍ
ａ图３　锆石阴极发光图像及锆石犝 犘犫年龄谐和曲线
犉犻犵．３　犆犔犐犿犪犵犲狊狅犳犣犻狉犮狅狀狊犪狀犱犆狅狀犮狅狉犱犻犪犇犻犪犵狉犪犿狅犳犣犻狉犮狅狀犝 犘犫犃犵
犲狊表１　犔犃 犐犆犘 犕犛锆石犝 犘犫同位素分析结果
犜犪犫．１　犃狀犪犾狔狊犻狊犚犲狊狌犾狋狊狅犳犔犃 犐犆犘 犕犛犣犻狉犮狅狀犝 犘犫犐狊狅狋狅狆
犲分析点
狑（Ｐｂ）／１０－６
狑（Ｔｈ）／１０－６狑（Ｕ）／１０－６Ｔｈ／Ｕ值２０７
Ｐｂ／２０６Ｐｂ值
２０７
Ｐｂ／２３５Ｕ值
２０６
Ｐｂ／２３８Ｕ值
２０６
Ｐｂ／２３８Ｕ
年龄／ＭａＧＢＱ ０４ １３８．２０１４２４８２０．３００．０５５６０７±０．００２０９２０．５３４１９７±０．０２２２１３０．０６９４９３±０．０００９８３４３３．１±５．９ＧＢＱ ０４ ２６８．５０３０５８１２０．３８０．０５５７８７±０．００１６９９０．５４８７０１±０．０１９３９９０．０７０９５８±０．００１１６９４４１．９±７．０ＧＢＱ ０４ ３６９．３０２９６８９６０．３３０．０５４９５２±０．００１６６１０．５３９５３０±０．０１７８１５０．０７０８３７±０．００１２０７４４１．２±７．３ＧＢＱ ０４ ４３８．５０１９０４０３０．４７０．０５５５９４±０．００３８０２０．５２８５２６±０．０４２０４２０．０６８２０７±０．００１８１８４２５．３±１１．０ＧＢＱ ０４ ５５５．４０２４８６４９０．３８０．０５５６５８±０．００２５８４０．５３１４４２±０．０２５０８００．０６８６１６±０．０００９７４４２７．８±５．９ＧＢＱ ０４ ６１１２．００３０８４４６０．６９０．０６８４２１±０．００２５８８１．３９９３１６±０．０５３８９２０．１４９４０８±０．００３６２３８９７．６±２０．３ＧＢＱ ０４ ７６８．１０１２０４５１０．２７０．０６９３５５±０．００２３０８１．４５１２４２±０．０４５１５８０．１５０７１８±０．００１９１３９０５．０±１０．７ＧＢＱ ０４ ８２８．３０１３１２６７０．４９０．０５７７５３±０．００３２３６０．５６７４８６±０．０３１８２２０．０７０４０７±０．００１１１４４３８．６±６．７ＧＢＱ ０４ ９３８．６０１８３４３４０．４２０．０５５７４５±０．００２８７８０．５４７０４７±０．０２６９２９０．０７０７４４±０．００１２３８４４０．６±７．５ＧＢＱ ０４ １０
５．８３
１１６
１７９
０．６５
０．０５８６８８±０．００３８３４０．２１６３３６±０．０１５２８７０．０３７１２５±０．００２０２４
２８５．
０±４．７　注：
狑（·）为元素或化合物含量。

６
２６地　球　科　学　与　环　境　学　报 ２０２０年
和（４４１．０±７．２）～（４２５．０±１０．９）Ｍａ的锆石年龄反映了岩浆上升过程中从基底地层及围岩中捕掳锆石的特征。

另外，根据区域上已有的辉绿岩脉年龄统计结果（表２），北山地区辉绿岩脉形成时代为（３１３．６±３．３）～（２７１．２±２．９）Ｍａ，集中分布于２８５～２７０Ｍａ，且Ｚｈａｎｇ等在研究区获得辉绿岩年龄为２８２Ｍａ［４５］，由此可见，本次获得的（２８５．０±４．７）Ｍａ锆石年龄与前人研究结果一致。

表２　辉绿岩脉年龄统计结果
犜犪犫．２　犛狋犪狋犻狊狋犻犮犪犾犚犲狊狌犾狋狊狅犳犃犵犲犳狅狉犇狅犾犲狉犻狋犲犇狔犽犲狊
取样位置岩石类型分析方法年龄／Ｍａ文献来源坡北辉绿岩ＳＨＲＩＭＰ２７１．２±２．９［４２］
坡东基性岩墙ＳＩＭＳ２８０．５±２．０［１８］
磁海
辉绿岩ＬＡ ＩＣＰ ＭＳ２９１．９［４３］辉长辉绿岩ＳＩＭＳ２８１．９±３．２［４４］辉绿岩ＳＩＭＳ２７５．１±２．２［４４］
花牛山基性岩墙ＳＩＭＳ２８２．０±６．０［４５］古堡泉辉绿岩ＳＩＭＳ２８２．０±６．０［４５］牛圈子基性岩墙ＬＡ ＩＣＰ ＭＳ３１３．６±３．３［１７］
音凹峡辉绿岩
ＳＩＭＳ２８２．０±４．０［４５］
ＬＡ ＩＣＰ ＭＳ２８５．０±４．０［４６］大红山辉绿岩ＬＡ ＩＣＰ ＭＳ３０５．２±２．０［２３］３．２　矿物学特征
古堡泉辉绿岩中斜长石及辉石电子探针分析结果见表３、４。

斜长石Ａｎ牌号为４６．４～７４．３，主要为拉长石和倍长石［图４（ａ）］，表明斜长石为岩浆早期结晶矿物。

单斜辉石Ｅｎ牌号为３０．０～５１．２，Ｗｏ牌号为２９．６～４３．２，Ｆｓ牌号为８．８３～３３．５０，表明其主要为普通辉石，还有少部分透辉石及顽透辉石［图４（ｂ）］。

３．３　全岩主量、微量元素地球化学特征
古堡泉辉绿岩全岩主量及微量元素分析结果见表５。

为了消除蚀变对主量元素分析结果的影响，将全岩主量元素扣除烧失量后重新进行１００％计
算。

古堡泉辉绿岩全岩ＳｉＯ
２和Ｆｅ
２Ｏ３
含量（质量分
数，下同）分别为４７．７％～５０．１％和１２．５％～１７．４％，ＭｇＯ含量为４．０６％～５．５１％，Ｎａ２Ｏ与Ｋ２Ｏ含量较低。

古堡泉辉绿岩Ｍｇ＃值为３１．７～４６．４，ｍ／ｆ值为０．４６～０．８６，具有富Ｆｅ、贫Ｍｇ的特征，为富铁质基性岩。

在ＴＡＳ图解（图５）中，北山地区古堡泉辉绿岩属亚碱性玄武岩系列，与北山地区音凹峡和坡东辉绿岩主量元素特征［１８，４５］相似，而与同时代塔里木地块巴楚辉绿岩岩石类型以碱性玄武岩为主［５６］不同。

古堡泉辉绿岩球粒陨石标准化稀土元素配分模
式和原始地幔标准化微量元素蛛网图见图６，所选
微量元素多为不受后期蚀变影响的不相容元素。

古堡泉辉绿岩样品轻、重稀土元素含量比值（ＬＲＥＥ／ＨＲＥＥ）为１．７２～２．１７，在稀土元素配分模式中呈平坦型分布特征［图６（ａ）］。

Ｅｕ异常为０．８７～０．９９，具有轻微的负异常，可能是岩浆中Ｅｕ分配进入早期结晶的斜长石所致。

在微量元素蛛网图中，古堡泉辉绿岩具有显著的Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ亏损，相似于岛弧玄武岩的微量元素分布特征［图６（ｂ）］。

与区域上同时代辉绿岩对比，古堡泉辉绿岩微量元素含量略高于音凹峡和坡东辉绿岩，但它们具有相近的稀土及微量元素配分模式，且明显不同于同时代塔里木地块巴楚辉绿岩的地球化学特征。

３．４　犛狉 犖犱同位素特征
全岩Ｓｒ Ｎｄ同位素分析结果见表６。

古堡泉辉绿岩ε
Ｎｄ
（狋）为６．３９～６．７８（狋＝２８５Ｍａ），低于音凹峡
辉绿岩（ε
Ｎｄ
（狋）为９．０～９．１）［４５］，与坡东辉绿岩（５．５～７．４）［１８］相近，指示源区具有亏损地幔特征，明显不同于塔里木地块巴楚辉绿岩（－２．６～５．４）［５６ ５８］。

但古堡泉辉绿岩初始Ｓｒ同位素比值（０．７０６２４０～０．７０７６２６）较高且变化范围较大，高于音凹峡辉绿岩（０．７０３６２２～０．７０４１４１）［４５］和坡东辉绿岩（０．７０４０４２～０．７０５２６７）［１８］，这可能与它们的地壳混染程度不同有关。

４　讨　论
４．１　岩浆源区与地壳混染
基性岩浆一般起源于软流圈或者岩石圈地幔［５９］。

基性岩中Ｆｅ和Ｍｎ的摩尔比值（Ｆｅ／Ｍｎ）有助于判别其母岩浆成分［６０］。

古堡泉辉绿岩脉中的Ｆｅ／Ｍｎ值为５３．８～６２．８，与洋中脊玄武岩（Ｆｅ／Ｍｎ值为５５～５８）［１］相近，低于地幔柱玄武岩（６５～７１）［６１］。

高场强元素（ＨＦＳＥ）化学性质较为稳定，不易受到后期地质事件的影响，可以对岩浆源区进行约束。

古堡泉辉绿岩中的Ｌａ／Ｎｂ值为２．２３～２．９８，Ｌａ／Ｔａ值为２４．３～３７．８，相比更接近于软流圈地幔（Ｌａ／Ｎｂ值为１．３，Ｌａ／Ｔａ值为３０．０）［６２］，而非岩石圈地幔（Ｌａ／Ｎｂ值为２．８３～４．４０，Ｌａ／Ｔａ值大于３０）［６２］。

根据Ｓｒ Ｎｄ同位素分析结果，古堡泉辉绿
岩ε
Ｎｄ
（狋）为６．３９～６．７８，源区具有亏损地幔特征。

利用全岩Ｓｒ Ｎｄ同位素模拟计算可知，古堡泉辉绿岩岩浆在侵位过程中经历了上地壳物质的混染。

计算中，原始地幔演化的岩浆同位素组分取自
样品和地幔趋势线的交点（ε
Ｎｄ
（狋）为９．５，（８７Ｓｒ／
７
２
６
第５期 高文彬，等：甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义
表３　斜长石电子探针分析结果
犜犪犫．３　犈犾犲犮狋狉狅狀犕犻犮狉狅狆狉狅犫犲犃狀犪犾狔狊犻狊犚犲狊狌犾狋狊狅犳犘犾犪犵犻狅犮犾犪狊犲狊
样品编号
ＧＢＱ
０９ａ ３ １
ＧＢＱ１８
６ａ
ＧＢＱ
０１ａ ３ １
ＧＢＱ
０１ａ ４ １
ＧＢＱ
０９ａ ２ １
ＧＢＱ１８
１ａ ６
ＧＢＱ
０６ａ ２ １
ＧＢＱ１８
３ｂ
ＧＢＱ
０９ａ １ １
ＧＢＱ１８
１ａ ４
ＧＢＱ１８
１ａ ３
ＧＢＱ
０７ａ ３ ３
ＧＢＱ
０７ａ ３ ２
ＧＢＱ１８
１ａ １
狑（ＳｉＯ２）／％５５．９５２．０５６．１５６．５５６．５５１．６５８．４５０．８５６．３５０．７５０．５５１．１５１．６５０．０狑（ＴｉＯ２）／％０．０４０．０７０．０３０．０５０．０４０．１００．１１０．０６０．０３０．０４０．０２０．０４０．０５０．０１狑（Ａｌ２Ｏ３）／％２７．４２８．９２８．０２７．４２７．４２９．８２６．０２９．４２７．８２９．９３０．１３１．０３１．２２９．１狑（Ｃｒ２Ｏ３）／％０．０８０．０４０．４２—０．０３０．０２０．０５—０．０４０．２７０．２７——１．５９狑（ＦｅＯ）／％０．５７０．７７０．７００．８３０．７６０．６５１．１４０．４３０．５７０．５７０．４７０．６３０．５６０．４６狑（ＭｎＯ）／％０．０５—————０．０５—０．０６—０．０２———狑（ＭｇＯ）／％０．１００．１００．１１０．１１０．１２０．１４０．１５０．１５０．１６０．１８０．１８０．２１０．２２０．２３狑（ＣａＯ）／％１０．９０１２．５０１１．６０１０．５０１０．９０１４．５０８．９８１４．００１０．８０１４．７０１５．１０１５．００１４．８０１４．４０狑（Ｎａ２Ｏ）／％５．３６４．０２４．７９５．０３５．３６３．４０５．６４３．３２５．０５３．０１２．８８３．４１３．１０３．０２狑（Ｋ２Ｏ）／％０．０６０．０５０．０６０．０５０．０６０．０１０．１４０．０３０．０６０．０３０．０２—０．０４０．０２狑（ＮｉＯ）／％０．０４０．０１—０．０１—０．０２０．０３０．０２—０．０２————狑（Ｐ２Ｏ５）／％———０．０３—０．０２０．０７——０．０１————狑ｔｏｔａｌ／％１００．４７９８．４２１０１．８７１００．５０１０１．０５１００．２４１００．７５９８．１８１００．７６９９．３４９９．５１１０１．３０１０１．５７９８．８６Ａｎ牌号５２．７６３．１５７．１５３．３５２．８７０．１４６．４６９．８５３．９７２．８７４．３７０．９７２．４７２．４Ａｂ牌号４６．９３６．７４２．６４６．４４６．９２９．８５２．７３０．０４５．７２７．０２５．６２９．１２７．４２７．５Ｏｒ牌号０．３７０．２７０．３３０．３３０．３４０．０８０．８６０．２００．３６０．２００．０９０．０１０．２５０．１０　注：狑ｔｏｔａｌ为主量元素总含量；“—”表示元素含量低于检测限。

表４　辉石电子探针分析结果
犜犪犫．４　犈犾犲犮狋狉狅狀犕犻犮狉狅狆狉狅犫犲犃狀犪犾狔狊犻狊犚犲狊狌犾狋狊狅犳犘狔狉狅狓犲狀犲狊
样品编号
ＧＢＱ
０６ａ ４ １
ＧＢＱ
０１ａ １ ２
ＧＢＱ
０１ａ ２ １ｓ
ＧＢＱ
１０ ３ １
ＧＢＱ
０１ａ ５ ２
ＧＢＱ１８
４ａ
ＧＢＱ
１０ ２ １
ＧＢＱ
０１ａ ２ ２
ＧＢＱ
０７ａ ３ １
ＧＢＱ
０７ａ ２ １
ＧＢＱ
０７ａ １ ２
ＧＢＱ
０７ａ １ １
狑（ＳｉＯ２）／％４７．０５０．１４９．２４９．８５０．３４９．６５１．８５０．７５３．１５３．７５３．２５４．１狑（ＴｉＯ２）／％０．３６０．２９０．５４０．１８０．８３０．５８０．２５０．８００．３３０．２７０．２３０．２１狑（Ａｌ２Ｏ３）／％４．１１１．９３５．７５３．６９３．６１１．９５２．１４３．４９３．５８２．４６３．３２２．０１狑（Ｃｒ２Ｏ３）／％０．１８０．１５—０．１６０．１４０．０３０．０９０．０６０．５３０．３３０．６２０．３８狑（ＦｅＯ）／％１９．５０１５．７０１７．４０１６．３０１２．４０１１．９０１１．５０１３．３０５．５１５．９５６．３９６．１２狑（ＭｎＯ）／％０．４３０．３７０．３５０．３６０．３１０．３４０．３２０．３４０．１１０．１５０．１８０．１８狑（ＭｇＯ）／％９．７３１０．９０１１．７０１１．９０１３．９０１４．２０１４．９０１５．１０１６．６０１６．８０１７．１０１８．３０狑（ＣａＯ）／％１６．６１９．８１３．４１５．９１８．９１９．５１７．６１６．８２１．０２１．０１９．７１９．６狑（Ｎａ２Ｏ）／％０．２３０．２３０．５９０．３２０．３８０．４００．３３０．３１０．２８０．２６０．３００．１９狑（Ｋ２Ｏ）／％——０．０５０．０２—０．０１０．０１—０．０１０．０１０．０２—
狑（ＮｉＯ）／％０．０３０．０５０．０１０．０４——０．０２０．０６——０．０７０．０４狑（Ｐ２Ｏ５）／％０．０９————０．０８０．０５０．０２０．０３—０．０１—狑ｔｏｔａｌ／％９８．１９９９．５６９９．００９８．５６１００．７１９８．５０９８．９２１００．９７１０１．０６１００．８３１０１．０９１０１．２０Ｅｎ牌号３０．０３２．３３７．７３６．８４０．６４１．６４４．５４４．１４７．９４７．８４９．４５１．２Ｆｓ牌号３３．５０２５．８０３１．３０２８．００２０．００１９．３０１２．３０１５．２０８．８３９．４４２１．００９．５１Ｗｏ牌号３６．５４１．９３１．０３５．２３９．４３９．２４３．２４０．８４３．３４２．８２９．６３９．３　注：“—”表示元素含量低于检测限。

８６Ｓｒ）ｉ值为０．７０３），上地壳的同位素组分引自文献
［６３］，取ε
Ｎｄ（狋）为－６，（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）
ｉ
值为０．７２０。

亏
损地幔来源的岩浆Ｓｒ、Ｎｄ含量分别为９０×１０－６和７．３×１０－６，上地壳混染端元的Ｓｒ、Ｎｄ含量被假设为３２０×１０－６及２７×１０－６，这些值分别位于大洋玄武岩和上地壳平均值范围之内［６３ ６４］。

模拟计算结果表明，古堡泉辉绿岩地壳混染程度为１０％～１５％，高于音凹峡和坡东辉绿岩（图７）。

此外，古堡泉辉绿岩锆石Ｕ Ｐｂ年龄中较老的捕掳锆石也佐证了岩浆侵位过程中存在地壳混染作用。

８
２
６地　球　科　学　与　环　境　学　报 ２０２０年
表５　全岩主量及微量元素分析结果
犜犪犫．５　犃狀犪犾狔狊犻狊犚犲狊狌犾狋狊狅犳犕犪犼
狅狉犪狀犱犜狉犪犮犲犈犾犲犿犲狀狋狊狅犳犠犺狅犾犲犚狅犮犽样品编号ＧＢＱ ０１ｂ
ＧＢＱ ０３ｂ
ＧＢＱ ０４ｂ
ＧＢＱ ０５ａ
ＧＢＱ ０６ａ
ＧＢＱ ０７ａ
ＧＢＱ ０９ａ
ＧＢＱ１８ ６ａ
岩性辉绿岩辉绿岩辉绿岩辉绿岩辉绿岩辉绿玢岩辉绿岩辉绿岩狑（ＳｉＯ２）
／％４８．８５０．１４７．７４８．８４８．６４９．２４８．９４８．１狑（ＴｉＯ２）／％３．５０２．１２３．２３３．２１３．４７２．５０３．６０２．６６狑（Ａｌ２Ｏ３）／％１１．６１４．２１１．４１２．１１１．６１２．９１１．９１２．５狑（Ｆｅ２Ｏ３）／％１７．４１２．５１６．８１６．５１７．３１４．３１６．８１６．０狑（ＭｎＯ）／％０．２７０．２１０．２５０．２６０．２６０．２３０．２６０．２３狑（ＭｇＯ）／％４．０６５．４６５．２５４．７２４．３５５．５１４．２９５．２２狑（ＣａＯ）／％７．６８８．５２７．６８８．７３８．２３１０．００７．７３９．０６狑（Ｎａ２Ｏ）／％３．２０３．３８３．０６２．８１２．８４２．４８３．１４３．２５狑（Ｋ２Ｏ）／％０．６８０．９９０．７５０．５３０．５４０．３５０．６７０．５７狑（Ｐ２Ｏ５）／％０．３５０．２６０．３００．３４０．３４０．２５０．４１０．２７烧失量／％１．４６１．７１１．７００．８９１．２１１．８３１．２３１．３１狑ｔｏｔａｌ／％９８．９１９９．５３９８．１３９８．７７９８．７３９９．５８９８．９２９９．１７狑（Ｌｉ）／１０－６１２．００４．８３７．７５５．９２７．７８４．６３７．０５９．５５狑（Ｓｃ）／１０－６
３７．８４０．７４４．１４３．９４２．０４７．１３９．８４０．２狑（Ｖ）／１０－６
４６３３３５５０７４８７５２５３９７４６７４１５狑（Ｃｒ）／１０
－６
１２．０１３２．０６０．１３４．８２０．８１０９．０１８．６６５．７狑（Ｃｏ）／１０－６
４３．４４０．３４９．５４７．７４７．９４５．９４２．９４２．７狑（Ｎｉ）／１０－６
１４．９５３．６６２．９２５．８２０．０３５．９２０．６３５．１狑（Ｃｕ）／１０－６
３８．２４８．５４７．７５１．７４２．８４５．８３２．４８６．３狑（Ｚｎ）／１０－６
１９６１３０１６８１４１１３３１２２１３６３７４狑（Ｒｂ）／１０－６
３４．８６１．２６２．５３８．１４３．８２９．２３６．９３６．１狑（Ｓｒ）／１０－６１３７３７０１７９１７０１５７１５１１６０２０５狑（Ｙ）／１０－６８３．８６６．７７８．１８１．２８６．５６２．８９１．５６２．３狑（Ｚｒ）／１０－６２７０２４０２３０２４９２６６１７４２８９２０１狑（Ｈｆ）／１０－６７．５８６．６２６．４５６．９３７．４６５．３６８．０９５．５８狑（Ｎｂ）／１０－６
４．９９４．４４４．３７４．６２４．７２３．６１５．７５４．０３狑（Ｔａ）／１０－６０．３５０．３２０．３００．３５０．３５０．２８０．４１０．３８狑（Ｃｓ）／１０－６１．４０３．６１１．３９０．７９１．０４０．６９０．５４１．１２狑（Ｂａ）／１０－６
９２．７１１３．０１６３．０７９．９７０．８６５．３１０５．０９９．５狑（Ｌａ）／１０－６
１２．２１１．９１１．４１２．０１２．０８．９１４．０１２．０狑（Ｃｅ）／１０－６
３５．７３３．６３２．９３４．５３５．４２５．８４０．０３２．５狑（Ｐｒ）／１０－６５．６９５．１０５．１１５．３８５．６０４．１４６．３９４．９４狑（Ｎｄ）／１０－６２９．８２５．３２７．２２８．４２９．２２１．１３３．４２４．７狑（Ｓｍ）／１０－６９．４８８．０２８．６６８．９５９．１７６．６２１０．５０８．０７狑（Ｅｕ）／１０－６３．２７２．５６２．８３３．０９３．２８２．４７３．４５２．５７狑（Ｇｄ）／１０－６１２．９０９．４０１１．１０１０．８０１２．２０８．８３１２．３０９．９９狑（Ｔｂ）／１０－６２．３３１．７２２．００１．９９２．３２１．６４２．３６１．８７狑（Ｄｙ）／１０－６
１５．３１１．０１３．２１３．７１４．５１０．７１５．４１２．２狑（Ｈｏ）／１０－６
３．２７２．３９２．６４２．７９３．０２２．１９３．１８２．５８狑（Ｅｒ）／１０－６
９．７５６．８５８．０４８．２９９．１４６．８８９．３４７．７８狑（Ｔｍ）／１０－６
１．４０１．００１．１６１．１５１．２５０．９３１．３４１．１１狑（Ｙｂ）／１０－６
９．４４６．４４７．７５７．９４８．５０６．４５８．６６７．０３狑（Ｌｕ）／１０－６
１．３５０．９３１．１３１．１８１．２６０．９２１．２８１．０５狑（Ｐｂ）／１０－６４．０６２．４９６．５５４．２１３．２８３．８３２．２６６６．９０狑（Ｔｈ）／１０－６１．８５１．５３１．３２１．４０１．４６１．１６１．６４１．４６狑（Ｕ）／１０－６０．７２０．８９０．６７０．７３０．５４０．４１０．５３１．４４Ｍｇ＃值３１．７４６．４３８．２３６．２３３．３４３．３３３．６４１．８ｍ／ｆ值０．４６０．８６０．６２０．５７０．５００．７６０．５１０．７２Ｅｕ异常０．９１０．９００．８８０．９６０．９５０．９９０．９３０．８７狑ＬＲＥＥ／１０
－６
９６．１８６．４８８．１９２．３９４．６６９．１１０８．０８４．８狑ＨＲＥＥ／１０－６
５５．７３９．７４７．０４７．９５２．２３８．６５３．８４３．６狑ＲＥＥ／１０－６
１５２１２６１３５１４０１４７１０８１６２１２８ＬＲＥＥ
／ＨＲＥＥ值１．７２
２．１７
１．８７
１．９３
１．８１
１．７９
２．００
１．９５
　注：
狑ＬＲＥＥ为轻稀土元素总含量；狑ＨＲＥＥ为重稀土元素总含量；狑ＲＥＥ为稀土元素总含量。

９
２６第５期 高文彬，等：甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义
表６　全岩犛狉 犖犱同位素分析结果
犜犪犫．６　犃狀犪犾狔狊犻狊犚犲狊狌犾狋狊狅犳犛狉 犖犱犐狊狅狋狅狆
犲狅犳犠犺狅犾犲犚狅犮犽样品编号狑（Ｒｂ）／１０
－６
狑（Ｓｒ）／１０
－６
狑（Ｓｍ）／１０
－６
狑（Ｎｄ）／１０
－６
８７
Ｒｂ／８６Ｓｒ值
８７
Ｓｒ
／８６Ｓｒ值（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ值
１４７
Ｓｍ／１４４Ｎｄ值
１４３
Ｎｄ／１４４Ｎｄ值εＮｄ（
狋）ＧＢＱ ０１ｂ３４．８１３７９．４８２９．
８０．７３７５０．７１０１７４０．７０７１８３０．１９３７０．５１２９６４６．４７ＧＢＱ ０５ａ３８．１１７０８．９５２８．４０．６４６６０．７１０１６８０．７０７５４６０．１９１８０．５１２９７１６．６７ＧＢＱ ０６ａ４３．８１５７９．１７２９．２０．８０７６０．７１０９０１０．７０７６２６０．１９１３０．５１２９７５６．７８ＧＢＱ ０７ａ２９．２１５１６．６２２１．１０．５６１２０．７０８５１６０．７０６２４００．１９０７０．５１２９６６６．６２ＧＢＱ ０９ａ
３６．９
１６０
１０．５０
３３．４
０．６６７８
０．７０９７０２
０．７０６９９４
０．１９０８
０．５１２９５４
６．３９
　注：εＮｄ（狋）为年龄狋对应的εＮｄ值；（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ值为初始Ｓ
ｒ同位素比值。

图４　斜长石犃狀 犃犫 犗狉图解及辉石犠狅 犈狀 犉狊图解
犉犻犵．４　犇犻犪犵狉犪犿狊狅犳犃狀 犃犫 犗狉犳狅狉犘犾犪犵犻狅犮犾犪狊犲犪狀犱犠狅 犈狀 犉狊犳狅狉犘狔
狉狅狓犲狀犲底图引自文献［６５］；当石英含量小于２０％时，为粗面岩，当石英含量大于２０％时，为粗面英安岩；当橄榄石含量小于１０％时，为碱玄岩，当橄榄石含量大于１０％时，为碧玄岩；Ｉｒ线为碱性系列（
上）和亚碱性系列（下）分界线
图５　犜犃犛图解犉犻犵．５　犇犻犪犵
狉犪犿狅犳犜犃犛４．２　岩浆作用的地球动力学背景
古堡泉辉绿岩的母岩浆侵位过程中同化混染了上地壳物质，这可能使古堡泉辉绿岩具有Ｎｂ Ｔａ负异常特征。

此外，洋壳俯冲过程中脱水促使地幔楔
部分熔融形成岛弧玄武质岩浆或者幔源岩浆形成之前其源区已被俯冲流体交代，同样会产生Ｎｂ Ｔａ负
异常特征［６６
］。

为了探讨古堡泉辉绿岩Ｎｂ Ｔａ负异常成因，先假设辉绿岩Ｎｂ Ｔａ负异常完全是上地壳物质混染导致的。

选择没有Ｎｂ Ｔａ负异常特征的亏损地幔
组分［６３］以及大陆平均上地壳组分［６４］作为两个端元，
用原始地幔标准化的Ｌａ／Ｎｂ值（（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ）
分别与εＮｄ（狋）和（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ值作相关图解进行模拟计算。

若假设成立，则（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ值与εＮｄ（狋）应成负相关关系，与（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ值成正相关关系，
而且同化混染程度应相似于Ｓｒ Ｎｄ同位素模拟计算结果（１０％～１５％）。

图８为古堡泉辉绿岩（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ
εＮｄ（狋）及（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ （８７Ｓｒ／８６
Ｓｒ）ｉ协变关系。

结果显
示：εＮｄ（狋）、（８７Ｓｒ／８６
Ｓｒ）ｉ与（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ值均成一定的
正相关关系，且在（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ εＮｄ（
狋）图解［图８（ａ）］中，古堡泉辉绿岩位于模拟曲线右侧，（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ
与（Ｌａ／Ｎｂ）ＰＭ模拟计算表明古堡泉辉绿岩母岩浆同化混染了２５％以上的地壳物质，这表明要达到目前Ｎｂ Ｔａ的亏损程度需要同化混染更多地壳物质。

０
３６地　球　科　学　与　环　境　学　报 ２０２０年
狑ｓ为样品含量；狑ｃ为球粒陨石含量；狑ｐ为原始地幔含量；球粒陨石标准化数据引自文献［６３］；原始地幔标准化数据引自文献［６７
］；同一图中相同线条对应不同样品
图６　全岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式和原始地幔标准化微量元素蛛网图
犉犻犵．６　犆犺狅狀犱狉犻狋犲 狀狅狉犿犪犾犻狕犲犱犚犈犈犘犪狋狋犲狉狀犪狀犱犘狉犻犿犻狋犻狏犲犕犪狀狋犾犲 狀狅狉犿犪犾犻狕犲犱犜狉犪犮犲犈犾犲犿犲狀狋犛狆犻犱犲狉犇犻犪犵
狉犪犿狅犳犠犺狅犾犲犚狅犮犽
狊大洋地幔序列Ｓｒ Ｎｄ同位素范围引自文献［６８
］；塔里木玄武岩数据引自文献［６９
］；图中百分数为地壳混染程度图７　ε犖犱（狋） （８７
犛狉／８６
犛狉）犻图解
犉犻犵．７　犇犻犪犵
狉犪犿狅犳ε犖犱（狋） （８７犛狉／８６
犛狉）犻这与之前的假设以及利用Ｓｒ Ｎｄ同位素估算的地壳混染程度（１０％～１５％）有一定差异，表明在经历地壳混染之前，古堡泉辉绿岩母岩浆中Ｎｂ Ｔａ已具有一定程度的亏损。

北山造山带是古生代古亚洲洋不同位置的块体
拼贴而成［１ ４，７０
］。

已有地质资料表明，北山地区蛇绿岩带形成时代为５３０～５１６Ｍａ［３
１ ３７］
，可以代表不同块体之间洋壳俯冲时间的上限。

中亚造山带最南缘南天山—柳园—索伦克尔缝合带中分布的代表古亚洲洋俯冲之后折返的高温高压变质岩带的年龄为
４６５～３１５Ｍａ［２
４ ３０
］，该年龄可以代表洋壳俯冲结束的时间，即研究区古亚洲洋壳俯冲在晚石炭世（约３１５Ｍａ）之前已结束，之后进入弧
陆碰撞及后碰撞伸展阶段。

古堡泉辉绿岩形成于早二叠世（２８５．０±４．７）Ｍａ
，其形成背景与古亚洲洋俯冲消减过程无关，可见辉绿岩显著Ｎｂ Ｔａ负异常并不是由岛弧背景下的玄武质岩浆作用所致。

由此分析，辉绿岩Ｎｂ Ｔａ负异常可能是地壳混染与其源区已发生过
俯冲流体交代两种因素作用的结果。

综上所述，古堡泉辉绿岩形成于板块俯冲之后的大地构造背景，
是伸展环境下岩石圈拆沉导致软流圈减压部分熔融形成镁铁质岩浆作用的结果。

此外，在区域更大尺度范围，北山地区古堡泉辉绿岩与东部音凹峡和西部坡东辉绿岩具有相近的地质年龄及相似的地球化学特征，表明北山造山带广泛发育
的早二叠世辉绿岩脉可能受制于统一的大陆动力学背景，即与造山后伸展背景有关。

５　结　语
（１）锆石Ｕ Ｐｂ年代学及区域地质对比表明，
甘肃北山地区古堡泉辉绿岩形成于早二叠世；Ｓｒ Ｎｄ同位素分析结果显示，εＮｄ（
狋）为６．３９～６．７８，（８７Ｓｒ／８６Ｓｒ）ｉ值为
０．７０６２４０～０．７０７６２６，指示源区具有亏损地幔特征；Ｓｒ Ｎｄ同位素模拟计算表明，岩浆上升侵位过程中遭受了１０％～１５％上地壳物质混染。

（２
）古堡泉辉绿岩轻、重稀土元素含量比值为１．７２～２．１７，
具平坦型的球粒陨石标准化稀土元素配分模式。

微量元素具有明显Ｎｂ Ｔａ负异常。

通过对比研究及模拟计算分析，Ｎｂ Ｔａ负异常可能是地壳混染与其源区已发生过俯冲流体交代两种因素作用的结果。

（３）古堡泉辉绿岩形成于板块俯冲之后的大地构造背景，是伸展环境下岩石圈拆沉导致软流圈减
１
３６第５期 高文彬，等：甘肃北山地区古堡泉辉绿岩脉地球化学特征及其地质意义。