張輝，戴朝成，閆秋實，王新亮，時國，陳文文，胡志成

（1.東華理工大學地球科學學院，江西南昌 330013；2.成都理工大學核工程與核技術(shù)學院，四川成都 610059；3.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010；4.長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100）

內(nèi)蒙古大樺背I型花崗巖地球化學特征及其成因意義

張輝1，戴朝成1，閆秋實2，王新亮3，時國1，陳文文1，胡志成4

（1.東華理工大學地球科學學院，江西南昌 330013；2.成都理工大學核工程與核技術(shù)學院，四川成都 610059；3.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010；4.長江大學地球科學學院，湖北武漢 430100）

在大樺背花崗巖體區(qū)域地質(zhì)和巖石學研究的基礎(chǔ)上，運用X射線熒光光譜分析樣品主量元素，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜對其樣品進行了微量、稀土元素分析.同時結(jié)合前人的鋯石年齡和Pb同位素數(shù)據(jù)，認為大樺背花崗巖為I型花崗巖，主要為古亞洲洋板塊向華北板塊多期俯沖過程中，中下地殼、成熟島弧和大洋島弧大面積部分熔融的產(chǎn)物，伴有少量地幔與未知含量的海洋沉積物及早期造山作用產(chǎn)物等物質(zhì)的不同程度混合作用.

大樺背花崗巖；元素地球化學；I型花崗巖；殼?；煸?；俯沖過渡機制；內(nèi)蒙古

0 引言

大樺背花崗巖體位于內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市西約40 km處，東鄰柳巴溝、哈德門溝、西烏不拉溝金礦，北枕沙德蓋輝鉬礦區(qū)，西伴白彥花金礦和條帶狀沉積變質(zhì)型鐵礦，南臨河套盆地.空間上，沙德蓋-柳巴溝-哈德門金鉬多金屬成礦帶和烏拉山鐵礦成近似半環(huán)狀圍繞其周圍（圖1）.由于其與多種礦產(chǎn)存在非常緊密的地緣關(guān)系，因而，研究大樺背花崗巖體成因，對地質(zhì)找礦具有重要意義.為此，本文將分析該巖體的區(qū)域地質(zhì)、巖石地球化學及同位素特征，探討其成因類型，成因過程與環(huán)境.

1 區(qū)域地質(zhì)特征

圖1 大樺背花崗巖地質(zhì)簡圖?內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.1∶200萬中華人民共和國內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖.1991.及大地構(gòu)造位置圖?戴朝成.1∶5萬德布斯格廟、達拉蓋高勒、廟口區(qū)域地質(zhì)圖.1993.Fig.1Geological sketch map of the Dahuabei granite pluton and tectonic location

大樺背花崗巖體（圖1）呈近等軸圓狀，位于華北板塊北緣西段陰山隆起中部烏拉山地區(qū)與河套斷陷的結(jié)合部，烏拉山-大青山大型逆沖推覆帶南端，南北被近東西向的臨河-集寧和包頭-呼和浩特兩條繼承性深大斷裂夾持，東西亦受北東向和北西向斷裂所限.大樺背花崗巖恰好位于東西斷裂與北東向斷裂的交切部位，同時處于烏拉山復背斜的核部.

研究區(qū)主要出露地層為中太古界烏拉山巖群（變質(zhì)表殼巖）、新近系上新統(tǒng)寶格達烏拉組、第四系砂礫石層.大樺背花崗巖的主要圍巖為烏拉山巖群.記錄不同巖漿作用發(fā)育的主要地質(zhì)體有新太古代紫蘇花崗質(zhì)片麻巖、石英閃長質(zhì)片麻巖（變質(zhì)深成體），古元古代正長花崗巖、輝綠巖脈，石炭紀石英閃長巖、大樺背花崗巖，三疊紀黑云母花崗巖.從出露地質(zhì)體看，該區(qū)在地質(zhì)歷史時期中，發(fā)育多個構(gòu)造巖漿旋回.長期繼承性斷裂及石炭紀所處大地構(gòu)造背景對大樺背花崗巖的形成起著重要的控制作用.通過對大樺背花崗巖體詳細的野外地質(zhì)調(diào)查研究，根據(jù)巖石學、礦物學、侵位關(guān)系等特征，將大樺背花崗巖分為斑狀中粒二長花崗巖（C1ηγbzc）、粗粒黑云母正長花崗巖（C1ξγc）、中粗粒黑云二長花崗巖（C1ηγzc）、粗粒正長花崗斑巖（C1ξγπ）、粗粒正長花崗巖（C1ξγzc）、中細粒黑云二長花崗巖（C1ηγzx）等巖石類型.以下對其代表性樣品進行地球化學研究，進而分析其成因意義.

2 地球化學特征

2.1 主量元素特征

表1分析表明大樺背花崗巖主量元素具有以下特征：（1）富硅，大樺背花崗巖體的SiO2含量為71.68%～75.72%，平均73.40%.結(jié)晶分異程度高，DI值為86.82～94.24，平均89.99，低于福建北東沿海強分異I型花崗巖的DI值（DI>95）［1］，但與華南福岡（DI=82～94）、西藏岡底斯東部察隅（DI=82～92）強分異I花崗巖相近［2-3］，同時與Ackley I型花崗巖相似.（2）弱過鋁質(zhì)（圖2）［4］，A/CNK=1.03～1.09，平均1.05，這可能與其原巖特征有關(guān).（3）高堿，ALK=8.22%～8.84%，并且相對富鉀，K2O/ Na2O=1.01～1.38，平均1.16；巖石堿度率指數(shù)（AR）=3.22～4.44，平均3.72，里特曼指數(shù)（σ43）=2.20～2.54，平均2.36< 3.3，屬高鉀鈣堿性系列（圖3）［5］，具有巖漿弧巖漿巖特征.正長花崗巖鉀含量高于二長花崗巖，斑狀粗粒正長花崗斑巖的鉀含量與其余類型相近.（4）鐵、鎂、鈣、鈦、磷、錳的含量均低，也說明了其經(jīng)歷了很強的分異演化過程.TFeO/MgO=5.71～13.57，平均8.56，全部落在高分異I型花崗巖范圍內(nèi)（TFeO/MgO=4～16）［6］.二長花崗巖較正長花崗巖富鐵、鎂、鈣，正長花崗巖富Ti、P等，正長花崗巖分異程度較高.

表1 大樺背花崗巖樣品主量元素、微量元素和稀土元素含量Table 1Contents of major elements,trace elements and REE of samples from the Dahuabei plutons

2.2 微量元素特征

就微量元素組成（表1、圖4）［7］而言，所有樣品不同程度富集Rb、Th、La、Pb、Nd、Hf、Dy，虧損Ta、Nb、Ce、P、Sm、Ti.高場強元素（HFSE）Ti、P明顯虧損，Nb、Ta含量較低，表現(xiàn)出類似于與俯沖帶有關(guān)的活動大陸邊緣或島弧巖漿巖的特征［8-9］，Rb、Th富集和Nb虧損暗示有上地殼物質(zhì)的參與［10］，指示了不同巖石類型的同源演化特征.粗粒正長花崗巖Ba強烈虧損，中細粒黑云二長花崗巖富集，其余類型略有虧損，說明粗粒正長花崗巖結(jié)晶分異程度最高，中細粒黑云二長花崗巖最差，其余介于兩者之間.粗粒正長花崗巖和中粗粒正長花崗巖富集銪，二長花崗巖略虧損銪，正長花崗斑巖居中，也指示正長花崗巖演化程度高于二長花崗巖，且粒度粗的高于細的.

圖2 大樺背花崗巖體不同巖石類型A/NK-A/CNK關(guān)系圖解（據(jù)文獻［4］）Fig.2The A/NK-A/CNK diagram of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［4］）

圖3 大樺背花崗巖體不同巖石類型K2O-SiO2圖解（據(jù)文獻［5］）Fig.3The K2O-SiO2diagram of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［5］）

圖4 大樺背花崗巖體不同巖石類型微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖（據(jù)文獻［7］）Fig.4Primary mantle-normalized spider diagram for trace elements of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［7］）

2.3 稀土元素特征

圖5 大樺背花崗巖體不同巖石類型稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖（據(jù)文獻［7］）Fig.5Chondrite-normalized distribution pattern for REE of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［7］）

稀土元素（表1和圖5［11］）配分曲線整體表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型，輕稀土右傾明顯，重稀土曲線較為平緩.稀土總量整體較低，介于107.10×10-6～148.85×10-6，平均128.64×10-6，LREE/HREE=13.28～21.61，（La/Yb）N=12.07～23.46，輕稀土分餾強烈；（Gd/Yb）N=0.81～1.53，（La/Sm）N=3.51～9.44，重稀土分餾不明顯.

就δEu而言，斑狀中粗粒二長花崗巖、粗粒正長花崗巖、中粗粒正長花崗巖顯示負銪異常，結(jié)晶分異作用發(fā)育，其中粗粒正長花崗巖演化程度最高，斑狀中粗粒二長花崗巖較高，中粗粒正長花崗巖中等；中粗粒二長花崗巖、粗粒正長花崗斑巖和中細粒二長花崗巖顯示正銪異常，說明其分異作用不明顯，可能與原巖特征有關(guān)、結(jié)晶溫壓等條件變化有關(guān).中細粒二長花崗巖顯示較為異常的稀土配分特征，可能與同化混染有關(guān).

3 巖石成因

3.1年代學特征

華北克拉通北緣發(fā)育安第斯型巖漿弧環(huán)境的時間為324～300 Ma，而后碰撞花崗巖類的年齡為254～237 Ma［12］.古亞洲洋沿興蒙造山帶，自西向東關(guān)閉，最終在索倫-延吉縫合線全部閉合，古亞洲洋閉合時間和華北-蒙古弧碰撞時間限定在290～250 Ma［13］.前人發(fā)表的大樺背花崗巖的鋯石U-Pb年齡［14-16］介于330～365.7 Ma，指示大樺背為海西期早石炭世產(chǎn)物.另外，大樺背北部約5 km處發(fā)育早石炭世石英閃長巖（戴朝成，未發(fā)表），可見當時研究區(qū)尚處于古亞洲洋板塊向華北板塊俯沖的環(huán)境，古亞洲洋尚未關(guān)閉.

3.2 成因類型

按照花崗巖物源分類（I、A、S、M和H型花崗巖）方案，關(guān)于大樺背花崗巖的成因，前人存在兩種不同的觀點：S型同碰撞［17］和I型同碰撞-后碰撞過渡成因［16，18］.

本研究所選大樺背花崗巖樣品中，A/CNK＜1.1，小于典型S型花崗巖的A/CNK值［19］，有別于S型花崗巖.大樺背花崗巖體同樣具有不同于A型花崗巖的特征：Zr+Nb+Ce+Y值（222.71×10-6～325.04×10-6，平均268.79× 10-6，小于350×10-6）和10000 Ga/Al值（2.03～2.56，平均2.32，小于2.6），均低于A型花崗巖的下限值［20］. 10000 Ga/Al系列圖解［20］和Zr+Nb+Ce+Y圖解［20］中，大樺背基本上都落在I型花崗巖范圍內(nèi)，與加拿大Ackley I型花崗巖體相似.

TFeO/MgO-10000 Ga/Al圖解（圖6）中，落在分異花崗巖范圍內(nèi)，表現(xiàn)出與華南佛岡典型I型［2］、加拿大Ackley I型花崗巖體相似的特點［20］.TFeO/MgO值（平均9.08，小于16）不高，不同于A型花崗巖（TFeO/MgO＞16）［7］.TFeO/MgO-Zr+Nb+Ce+Y圖解（圖7）和（K2O+Na2O）/CaO-Zr+Nb+Ce+Y圖解（圖8）中，也表現(xiàn)出與加拿大Ackley I型花崗巖體相似的特征.經(jīng)計算，大樺背花崗巖體的鋯石的Zr飽和溫度為762.12～817.28°C，平均786.80°C，與華南佛岡、西藏岡底斯東部察隅高分異I型花崗巖Zr飽和溫度范圍相近［1-2］，都低于A型花崗巖的成巖溫度［21-22］，這樣也就排除了大樺背巖體是分異A型花崗巖的可能.另外，大樺背花崗巖中存在角閃石，也是其為I型花崗巖的重要礦物學證據(jù).

圖6 大樺背花崗巖體不同巖石類型TFeO/MgO-10000 Ga/Al圖解（據(jù)文獻［20］）Fig.6The TFeO/MgO-10000 Ga/Al diagram of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［20］）

圖7 大樺背花崗巖體不同巖石類型TFeO/MgO-Zr+Nb+Ce+Y圖解（據(jù)文獻［20］）Fig.7The TFeO/MgO-（Zr+Nb+Ce+Y）diagram of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［20］）

圖8 大樺背花崗巖體不同巖石類型（K2O+Na2O）/CaO-（Zr+ Nb+Ce+Y）圖解（據(jù)文獻［20］）Fig.8The（K2O+Na2O）/CaO-（Zr+Nb+Ce+Y）diagram of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［20］）

3.3 源區(qū)特征

從微量元素特征，可以看出本區(qū)花崗巖具有巖漿弧的特征，Rb、Th和Nb特征暗示其具有殼源特征，Ba、Sr虧損，也指示結(jié)晶分異作用的存在.為進一步揭示其源區(qū)特征，在前人數(shù)據(jù)（表2）［23-25］基礎(chǔ)上，進行Pb同位素物源分析.207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解［26］（圖9）顯示，本區(qū)花崗巖原巖分布較為分散，有下地殼、成熟島弧和部分上地殼，但大多數(shù)分布于下地殼.208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解［26］（圖10）中，主要落在成熟島弧、下地殼和大洋島玄武巖中.Δγ-Δβ圖解［27］（圖11）中，樣品投入到上地殼與地?；旌系母_鉛和造山帶鉛的范圍內(nèi)，其中沉積作用應該是俯沖板片的海洋沉積物.由于其中落入造山帶鉛的樣品的模式年齡均早于大樺背的形成年齡，該區(qū)當時并未發(fā)生碰撞造山.該區(qū)SiO2含量平均73.40%，說明幔源組分參與量很少.

綜上所述，筆者認為大樺背的原巖主要為中下地殼、成熟島弧和大洋島弧玄武巖，有部分上地殼組分、海洋沉積物和少量的幔源加入.

圖9 大樺背花崗巖207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解（據(jù)文獻［26］）Fig.9The207Pb/204Pb-206Pb/204Pb diagram of the Dahuabei granite pluton（After Reference［26］）

表2 Pb同位素數(shù)據(jù)及重新計算的Δα、Δβ、Δγ值Table 2Pb isotopic data and recalculated Δα,Δβ and Δγ values

圖10 大樺背花崗巖208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解（據(jù)文獻［26］）Fig.10The208Pb/204Pb-206Pb/204Pb diagram of the Dahuabei granite pluton（After Reference［26］）

圖11 大樺背花崗巖Δγ-Δβ圖解（據(jù)文獻［27］）Fig.11The Δγ-Δβ diagram of the Dahuabei granite pluton（After Reference［27］）

4 構(gòu)造環(huán)境

在區(qū)域地質(zhì)、巖石地球化學綜合研究的基礎(chǔ)上，對樣品進行構(gòu)造環(huán)境分析，即分別對樣品進行R2-R1圖解［28］、Rb-Y+Nb圖解［29］和lg［CaO/（Na2O+K2O）］-SiO2圖解［30］（圖12）分析，3種圖解從不同側(cè)面反映了相似的構(gòu)造環(huán)境.具體說，R2-R1圖解中大樺背巖體樣品落入同碰撞-后碰撞過渡環(huán)境中.Rb-Y+Nb圖解（圖13）中，樣品在后碰撞范圍內(nèi).lg［CaO/（Na2O+K2O）］-SiO2圖解（圖14）中，大樺背巖體落入到由擠壓環(huán)境向伸展環(huán)境轉(zhuǎn)化的過渡環(huán)境.加之，大樺背花崗巖屬于高鉀鈣堿系列，高場強元素（HFSE）中Ti、P明顯缺失，Nb、Ta含量較低，均指示其島弧和活動大陸邊緣有關(guān)的構(gòu)造背景.由以上知，大樺背花崗巖體可能形成于弧后擠壓向伸展環(huán)境過渡的活動大陸邊緣構(gòu)造背景.

圖12 大樺背花崗巖體不同巖石類型R1-R2構(gòu)造環(huán)境圖解（據(jù)文獻［28］）Fig.12The R1-R2 diagram for structural environment of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［28］）

圖13 大樺背花崗巖體不同巖石類型Rb-（Y+Nb）構(gòu)造環(huán)境圖解（據(jù)文獻［29］）Fig.13The Rb-（Y+Nb）diagram for structural environment of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［29］）

圖14 大樺背花崗巖體不同巖石類型lg［CaO/（Na2O+K2O）］-SiO2構(gòu)造環(huán)境判別圖（據(jù)文獻［30］）Fig.14The lg［CaO/（Na2O+K2O）］-SiO2diagram for structural environment of different rock units of the Dahuabei granite pluton（After Reference［30］）

具體而言，圖12～14中，粗粒正長花崗巖形成于伸展環(huán)境或接近伸展環(huán)境，中細粒二長花崗巖、斑狀中粗粒二長花崗巖更靠近同碰撞或擠壓環(huán)境，其他巖石類型處于兩者之間的過渡環(huán)境.

5 結(jié)論

大樺背花崗巖為分異型I型花崗巖，正長花崗巖演化分異程度高于二長花崗巖，相同巖性粒度粗的巖石演化程度高于粒度細的，花崗斑巖演化程度不高，巖體的細分有助于花崗巖成因內(nèi)幕細節(jié)的揭示.大樺背花崗巖屬于高鉀鈣堿性巖漿系列.它形成于海西期早石炭世古亞洲洋板塊向華北板塊俯沖晚期的同碰撞-后碰撞過渡階段.該階段俯沖板片插入地幔脫水熔融，致使地幔因體積增加而上涌.另外，俯沖擠壓使陸殼水平縮短，垂向加厚，中下地殼、成熟島弧和大洋島弧大面積部分熔融，伴有少量地幔與未知含量的海洋沉積物及早期造山作用產(chǎn)物等物質(zhì)的不同程度混合作用，于構(gòu)造有利部位形成大樺背花崗巖.大樺背花崗巖的形成，也進一步印證了華北板塊北緣陸緣弧增生的事實.

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GEOCHEMICAL CHARACTERISTICS AND PETROGENETIC IMPLICATION OF THE I-TYPE DAHUABEI GRANITE PLATON IN INNER MONGOLIA

ZHANG Hui1,DAI Chao-cheng1,YAN Qiu-shi2,WANG Xin-liang3,SHI Guo1,CHEN Wen-wen1,HU Zhi-cheng4
（1.Department of Earth Sciences,East China Institute of Technology,Nanchang 330013,China;2.Department of Nuclear Engineering and Technology, Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China;3.Inner Mongolia Institute of Geology and Miner Resource Exploration,Hohhot 010010,China; 4.Department of Earth Sciences,Yangtze University,Wuhan 430100,China）

Based on the regional geological and lithological study,the paper reports and analyzes some data of samples obtained from the Dahuabei granite pluton,including major and trace elements.Combining with previous zircon dating results and Pb isotopic data,it is concluded that the Dahuabei pluton belongs to I-type granite,which is the product of partial melting of middle and lower crust,mature island arc and oceanic island arc in large area during the multiple subduction processes of the Pale-Asian oceanic plate toward the North China plate,associated with the mixture of a little mantle magma,unknown amount of oceanic sediments and earlier orogenic products.

element geochemistry;I-type granite;mixed sources of mantle and crust;transitional mechanism of subduction;Dahuabei granite pluton;Inner Mongolia

1671-1947（2015）01-0012-09

P595

A

2014－03－10；

2014-04-09.編輯：李蘭英．

國土資源部“大興安嶺成礦帶南段地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項目（1212011120718）和東華理工大學博士基金（DHBK201118）聯(lián)合資助.

張輝（1987—），男，碩士研究生，地質(zhì)工程專業(yè)，通信地址江西省南昌市昌北國家經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)廣蘭大道418號.

戴朝成（1980—），男，副教授，巖石學、礦物學、礦床學方向，通信地址江西省南昌市昌北國家經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)廣蘭大道418號，E-mail// daichaocheng@qq.com