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本论文对祁连造山带东段永靖地区积石山、黑石山和巴米山三个复式岩体进行年代学、地球化学和Sr-Nd同位素组成的综合研究。取得的主要认识如下:
1、积石山岩体主要由闪长岩、黑云母花岗岩、似斑状钾长花岗岩和二云母花岗岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年表明,闪长岩形成时代为471±4Ma,属于早-中奥陶世;黑云母花岗岩、似斑状钾长花岗岩和二云母花岗岩的岩浆结晶年龄分别为464±10Ma、452±3Ma、455±4Ma,属于晚奥陶世。全岩地球化学分析显示,闪长岩为中钾钙碱性系列;黑云母花岗岩、似斑状钾长花岗岩和二云母花岗岩均属于高钾钙碱性系列、过铝质S型花岗岩。Sr-Nd同位素分析结果表明,闪长岩初始锶ISr=0.70383~0.70409,εNd(t)=+3.71~+4.36,TDM1=0.90~0.91Ga,结合主、微量元素特征,较低的ISr值和较低的正εNd(t)值指示其岩浆源区可能来自于岩石圈地幔;而黑云母花岗岩、似斑状钾长花岗岩和二云母花岗岩具有较高的ISr值,介于0.70628~0.71280,εNd(t)值介于-7.98~-4.25之间,TDM1=1.48~3.09Ga,指示其为壳源型花岗岩。
2、黑石山岩体由角闪石辉长岩、闪长岩和黑云母花岗岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得角闪石辉长岩、黑云母花岗岩的岩浆结晶年龄分别为437±2Ma、441±4Ma,属于早志留世。全岩地球化学分析显示,角闪石辉长岩、闪长岩均属于高钾钙碱性系列岩石,黑云母花岗岩为高钾钙碱性系列、过铝质岩石。黑石山岩体各岩性单元主要氧化物与SiO2之间具有很强的相关性,岩石由基性至酸性不相容元素Rb、Cs、Ba、Th、U、K、Zr以及LREE富集程度逐渐增加,同时HREE富集程度降低,可能反映了岩浆的结晶分异演化。Sr-Nd同位素组成指示黑石山岩体岩浆源区以地壳物质为主,其中角闪石辉长岩ISr=0.70620,εNd(t)=-1.86,TDM1=1.35Ga;闪长岩ISr=0.70244~0.70622,εNd(t)=-2.26~-0.22,TDM1=1.04~1.28Ga;黑云母花岗岩ISr=0.70523~0.70565,εNd(t)=-1.86~-0.25,TDM1=0.99~1.2Ga。但岩体相对较高的Mg#(43~61)、Cr(均值16ppm)、Ni(均值20ppm)含量,说明其源区可能存在地幔物质的加入,源区具有一定程度的不均一性。
3、巴米山岩体由辉长岩、闪长岩和似斑状二长花岗岩组成。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得其形成时代分别为449±4Ma、452±3Ma和460±3Ma,属于晚奥陶世。辉长岩为钙碱性系列岩石,富钠,具有很高的Mg#(75.9~77.2)、Cr(1159~1163ppm)、Ni(220~353ppm)含量,ISr=0.70616~0.70692,εNd(t)=-0.94~-0.68,岩石地球化学特征指示其可能来源于岩石圈富集地幔。闪长岩为高钾钙碱性系列岩石,Sr-Nd同位素组成(ISr=0.70430~0.70694,εNd(t)=+3.15~+3.18,TDM1=0.91~0.92Ga)指示其岩浆来源于壳幔混合岩浆。巴米山似斑状二长花岗岩表现出C型埃达克质岩石的地球化学特征,高Sr低Y,同时具有较低的Mg值(34.9~42.3)以及相容元素Ni(0.9~4.0ppm)和Cr(1.1~3.2ppm)含量,富钠(Na2O=4.79~5.55wt%),低K2O/Na2O值(0.33~0.67),ISr=0.70404~0.70497,εNd(t)=+2.78~+3.21,TDM1=0.79~0.84Ga,地球化学特征指示其形成于加厚地壳环境下新生地壳物质部分熔融。
4、永靖地区积石山、黑石山和巴米山三个侵入岩体位于祁连造山带与柴北缘和构造结合部位,其形成时代与柴北缘东段都兰地区的高压-超高压变质事件和岩浆活动相呼应。考虑到这些侵入岩类岩浆源区性质和形成机制,相比于北祁连的俯冲消减作用,柴北缘北部洋壳俯冲和板片断离可能是其形成机制更合理的解释。