內(nèi)蒙古蘇尼特左旗白音烏拉地區(qū)晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

陶繼雄　薛培哲　柴輝　王紅斌　李文圣　駱同偉　馬騰飛

摘 要： 研究區(qū)屬西伯利亞板塊東南古生代陸緣增生帶，位于二連—賀根山蛇綠巖帶北側(cè)，屬東烏珠穆沁—烏蘭浩特GGC-P侵入巖段，本區(qū)晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖屬中鉀—高鉀鈣堿性系列巖石，巖石地球化學(xué)特征反映在成巖過程中沒有經(jīng)過明顯的結(jié)晶分異，輕重稀土分異明顯，重稀土嚴(yán)重虧損，暗示形成于較高的溫度和壓力范圍，源區(qū)深度較大（>50km）。具有“I”型花崗巖地球化學(xué)屬性。構(gòu)造環(huán)境判別屬火山弧花崗巖（VAG），為晚造山—造山后伸展花崗巖，而不是形成于島弧環(huán)境。獲得LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡302.2±2.1Ma，表明其形成時(shí)代為晚石炭世。預(yù)示著本區(qū)古亞洲洋在晚石炭世之前已發(fā)生閉合，晚石炭世—早二疊世時(shí)期已經(jīng)進(jìn)入后造山階段，并逐步向廣泛的伸展構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)化。

關(guān)鍵詞： 內(nèi)蒙古蘇尼特左旗； 地球化學(xué)特征； 同位素年代學(xué)； 鋯石U-Pb年齡

巖漿巖形成、分布及演化與構(gòu)造環(huán)境密切相關(guān)，通常作為恢復(fù)古大地構(gòu)造環(huán)境的重要組成部分（Bonin，2004；Zhang X H et al，2011），在造山帶演化過程中，可以作為預(yù)示構(gòu)造環(huán)境由活動(dòng)板塊邊緣俯沖環(huán)境向造山后穩(wěn)定的板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變的標(biāo)志（WuFYetal，2003；韓寶福，2007），是用于研究板塊拼合及大洋最終關(guān)閉時(shí)限有力證據(jù)的重要載體。

花崗巖作為特定地質(zhì)背景下的產(chǎn)物，它的巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)特點(diǎn)應(yīng)該記錄下它形成時(shí)的構(gòu)造背景情況。這樣，如果我們能夠通過地表上大量出露的花崗巖獲得其形成構(gòu)造背景信息的話，那將對(duì)我們反演構(gòu)造演化歷史提供重要資料。然而，問題并不如此簡(jiǎn)單。即使對(duì)一些已知構(gòu)造環(huán)境的花崗巖來說，其源區(qū)繼承性和熔融分異都會(huì)影響最終形成的花崗巖的物質(zhì)成分，導(dǎo)致與構(gòu)造環(huán)境之間對(duì)應(yīng)性的丟失。

內(nèi)蒙古蘇尼特左旗白音烏拉地區(qū)位于興蒙造山帶北部造山帶二連—賀根山斷裂帶之北，該地區(qū)發(fā)育著大量的晚石炭世—早二疊世侵入巖，是研究興蒙造山帶北部造山帶巖漿演化和構(gòu)造格局演變的重要地區(qū)之一。

本文以2013～2015年完成的“內(nèi)蒙古1∶5萬查干陶勒蓋嘎查（L49E023020）、占巴音浩特（L49E023021）、白音烏拉公社（L49E023022）、達(dá)日罕烏拉公社（L49E024020）幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項(xiàng)目資料為依據(jù)，對(duì)該地區(qū)發(fā)育的晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖（圖1），在巖石學(xué)和巖相學(xué)、巖石化學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)資料分析基礎(chǔ)上，對(duì)其巖石成因及構(gòu)造背景進(jìn)行了初步分析，以期為興蒙造山帶北部晚古生代構(gòu)造演化、華北板塊與西伯利亞板塊碰撞等大地構(gòu)造演化歷史提供一些新的證據(jù)。

1. 寶力高廟組英安質(zhì)火山巖；2. 寶力高廟組安山質(zhì)火山巖；3. 早二疊世花崗斑巖；4. 早二疊世斑狀花崗巖；5. 早二疊世細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；6. 早二疊世中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；7. 早二疊世花崗閃長(zhǎng)斑巖；8. 晚石炭世中粒花崗閃長(zhǎng)巖；9. 晚石炭世細(xì)粒閃長(zhǎng)巖。

1. 區(qū)域地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬西伯利亞板塊東南古生代陸緣增生帶，位于二連—賀根山蛇綠巖帶北側(cè)，屬東烏珠穆沁—烏蘭浩特GGC-P侵入巖段（中國(guó)侵入巖大地構(gòu)造圖）。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為上石炭統(tǒng)寶力高廟組陸相火山巖。區(qū)內(nèi)出露的侵入巖主要有石炭紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖和閃長(zhǎng)巖，二疊紀(jì)霓石堿性花崗巖、石英正長(zhǎng)斑巖、正長(zhǎng)花崗巖和花崗閃長(zhǎng)斑巖等（圖1）。

晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖總體呈北東向帶狀展布，各侵入體以較大的巖株產(chǎn)出，侵入寶力高廟組火山巖。

晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖巖石普遍具球形風(fēng)化現(xiàn)象，巖石呈灰白色、淺灰色、灰黃色，具中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，粒度一般2mm～4mm，礦物成分有斜長(zhǎng)石（35%～40%）、鉀長(zhǎng)石（35%）、石英（20～25%）等。其中斜長(zhǎng)石：半自形板狀，具明顯的環(huán)帶構(gòu)造，內(nèi)部環(huán)帶絹云母化較強(qiáng)，粒度0.4～5mm（長(zhǎng)軸），局部被微粒狀綠簾石交代，雜亂分布，含量41～55%。微斜長(zhǎng)石：寬板狀和不規(guī)則狀，具格子雙晶，泥化較弱，分布在斜長(zhǎng)石之間，粒度2～3.5mm，含量<12%。鉀長(zhǎng)石：呈不規(guī)則狀，分布在斜長(zhǎng)石間，部分鉀長(zhǎng)石與石英呈顯微文象交生，粒度2～4mm，含量<15%。石英：他形粒狀，分布在長(zhǎng)石間，強(qiáng)波狀消光，部分石英與鉀長(zhǎng)石呈文象交生，部分呈微粒狀集合體，彼此呈齒狀接觸，強(qiáng)波狀消光，集合體長(zhǎng)軸定向分布，可能為受擠壓而破碎后經(jīng)重結(jié)晶而成，礦物粒度在2～5mm之間，含量20～25%。綠簾石：呈粒狀集合體，局部集中，含量3%。黑云母：片狀，沿解理綠泥石化，粒度0.2～2.5mm，含量5～10%。白云母：鱗片狀，粒度0.2～0.5mm，長(zhǎng)軸定向，沿裂紋分布，含量2～5%。角閃石：柱狀，粒度0.2～1.5mm，具淺黃綠—綠褐色多色性，含量3～14%。磁鐵礦：3%。磷灰石：少量。

2. 巖石化學(xué)、巖石地球化學(xué)特征

晚石炭世中粒花崗閃長(zhǎng)巖主量元素分析結(jié)果顯示：其SiO2含量變化范圍較小，為68.28～69.99%，貧K2O=2.06-3.76%，富Na2O=3.94～5.29%，K2O/Na2O=0.40～0.95。低Al2O3=14.36～16.31，巖石鋁飽和指數(shù)A/CNK=0.94～1.12。

晚石炭世中粒花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素其∑REE=68.19×10-6-182.17×10-6，LREE=62.78×10-6-175.33×10-6，HREE=5.41×10-6-17.08×10-6，巖體重稀土含量明顯偏低，輕稀土分餾程度較高，重稀土不分餾或出現(xiàn)輕微的“翹尾”現(xiàn)象，具無或具有較弱的負(fù)Eu異常，（La/Yb）N=4.47～37.86，δEu=0. 65～1.18，稀土配分曲線呈右斜特征（圖2）。

晚石炭世中?；◢忛W長(zhǎng)巖微量元素明顯富集Rb、Ba、Th、Sr、U等大離子親石元素，強(qiáng)烈虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti等，在微量元素蛛網(wǎng)圖上形成“V”型谷， Zr、Hf則相對(duì)富集（圖3）。

3. 鋯石U-Pb同位素年代學(xué)

本次工作在花崗閃長(zhǎng)巖侵入體中采集了1件樣品（P35TW-1）進(jìn)行了鋯石U-Pb同位素測(cè)年。樣品鋯石分選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成，鋯石制靶、陰極發(fā)光均由北京迅得豐科技發(fā)展有限公司完成。鋯石U-Pb定年測(cè)試分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成，分析所用的LA-MC-ICP-MS由NewWave的193nm激光剝蝕系統(tǒng)和Thermo Fisher的Neptune多接收等離子體質(zhì)譜儀組成。本次分析的激光剝蝕斑徑為35μm，頻率為8Hz，能量為5mJ。分析時(shí)采用GJ-1作為年齡外標(biāo)，NIST610作為元素含量外標(biāo)。數(shù)據(jù)處理采用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）劉勇勝教授（2008，2010a，2010b）開發(fā)的ICPMSDataCal程序，最后用Ludwig（2003）的Isoplot/Ex-ver3程序?qū)︿喪挲g作圖。其測(cè)試結(jié)果見表1。

由樣品P35TW-1鋯石陰極發(fā)光照片中可以看出，樣品中的鋯石長(zhǎng)寬比在11～31，晶面整潔光滑。在陰極發(fā)光照片上，未見有明顯核部特征，大多數(shù)鋯石都具有清晰的結(jié)晶環(huán)帶，表明是巖漿結(jié)晶過程形成的。U、Th含量高，鋯石Th/U比值介于0.50～0.80，均在0.40以上，為典型的巖漿結(jié)晶鋯石（圖4）。樣品的25顆鋯石定年數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在諧和線上及附近，鋯石顆粒的年齡測(cè)定值穩(wěn)定，集中分布在302附近，由這25個(gè)鋯石點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算的206Pb/238U年齡統(tǒng)計(jì)權(quán)重平均值為302.2±2.1Ma（MSWD=0.81），代表了巖體的侵位年齡（圖5），確定其形成時(shí)代為晚石炭世。

4. 巖石成因與構(gòu)造環(huán)境

4.1 巖石成因類型

根據(jù)Pitcher（1983，1987）劃分的I、S、A、M花崗巖分類標(biāo)準(zhǔn)，以巖漿源區(qū)性質(zhì)分區(qū)的I、S型花崗巖分類被大多數(shù)學(xué)者所接受，加上目前經(jīng)常討論的A型和較為少見的M型花崗巖，M、I、S、A是目前最常用的花崗巖成因分類方案。角閃石、堇青石和堿性暗色礦物是判斷上述I、S和A型花崗巖的重要礦物學(xué)標(biāo)志（吳福元等，2007）。研究區(qū)內(nèi)晚石炭世侵入體中暗色礦物普遍以黑云母為主，在CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算中剛玉含量均<1%，在所有侵入體中未見到石榴石和白云母等富鋁副礦物，其巖石化學(xué)成分中Na2O含量相對(duì)較高，Al2O3含量總體上偏低，其A/CNK多小于1.1，其P2O5的含量也遠(yuǎn)低于Whalen等（1987）統(tǒng)計(jì)的S型花崗巖的含量值0.15%。

在SiO2-P2O5及SiO2-Pb圖解中，晚石炭世中?；◢忛W長(zhǎng)巖具有I型花崗巖趨勢(shì)演化特征（圖6）。

4.2 巖漿源區(qū)特征

運(yùn)用La/Sm和Zr/Sm元素對(duì)特殊的地球化學(xué)性質(zhì)可以判斷巖漿巖的成因（Allegre et al.1978；Lai et al.2003），晚石炭世中粒花崗閃長(zhǎng)巖在成巖過程中沒有經(jīng)過明顯的結(jié)晶分異（圖7）。因此，晚石炭世中?；◢忛W長(zhǎng)巖的地球化學(xué)特征可較為準(zhǔn)確反演其源區(qū)礦物組成特征。

晚石炭世中粒花崗閃長(zhǎng)巖輕重稀土分異明顯，重稀土嚴(yán)重虧損，表明其源區(qū)殘留以石榴子石、輝石為主，形成的壓力和溫度較高（1.0-4.0GPa，850-1150℃）（Rapp etal，1991，999；Sen and Dunn，1994；Rapp andWatson，1995；Xiao and Clemens）重稀土部分（Ho-Lu）分布較平坦，Y/Yb值較?。?.33-10.88），其源區(qū)除殘留有石榴子石、輝石外，還應(yīng)有角閃石；在多元素蛛網(wǎng)圖上顯示出Nb、Ta、Ti的負(fù)異常，說明富鈦副礦物金紅石也應(yīng)作為殘留相；Sr在石榴石、角閃石和單斜輝石中分配系數(shù)很?。ǚ謩e為0.015、0.058和0.2），而在斜長(zhǎng)石中很大（楊進(jìn)輝等，2003），因此晚石炭世侵入巖的Sr正異常和高Sr/Y比值表明在巖漿源區(qū)斜長(zhǎng)石已不穩(wěn)定并開始發(fā)生熔融，殘留相不存在或很少有斜長(zhǎng)石。典型的MORB的Mg#約為60，因此由其部分熔融產(chǎn)生熔體的Mg#應(yīng)遠(yuǎn)低于60；Rappet al（1997）的研究表明，玄武巖部分熔融產(chǎn)生熔體的Mg#<45，而測(cè)區(qū)晚石炭世侵入巖的Mg#為24.2～45.5（平均值34.5），其他相容性元素Cr、Co、Ni、V等的含量較低，Sr、Nd同位素組成也顯示殼源的特征（Han et al.，1997；Jahn et al.，2000； Chen et al.，2002；Hong et al.，2004），說明晚石炭世侵入巖的巖漿以殼源物質(zhì)為主，可能有輕微的地?；烊尽?/p>

由以上討論看出，晚石炭世中粒花崗閃長(zhǎng)巖的源區(qū)殘留以石榴子石、輝石、角閃石為主，可能為石榴角閃巖或角閃榴輝巖，形成于較高的溫度和壓力范圍，暗示源區(qū)深度較大（>50km）。

4.3 構(gòu)造環(huán)境

在構(gòu)造環(huán)境Nb-Y判別圖解上，晚石炭世中?；◢忛W長(zhǎng)巖落入弧花崗巖+同碰撞花崗巖（VAG+syn-COLG）區(qū)；在構(gòu)造環(huán)境Rb-（Y+Nb）判別圖解上，晚石炭世中?；◢忛W長(zhǎng)巖樣品部分落入火山弧花崗巖 （VAG）區(qū)，更多落于晚造山—造山后伸展花崗巖（Post-CEG）區(qū)（圖8），但并不代表其形成于島弧環(huán)境。

研究區(qū)晚石炭世侵入巖普遍富LREE、Ba、Sr，貧HREE和Y、Nb、Ta，表明源區(qū)斜長(zhǎng)石不穩(wěn)定，有石榴石（+輝石+角閃石±金紅石）殘留，石榴石富集HREE和Y、Nb、Ta等高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），在石榴石穩(wěn)定域內(nèi)熔融形成的花崗質(zhì)熔體必定虧損Y、Nb、Ta和HREE。如果有金紅石殘留，由于金紅石強(qiáng)烈富集Nb和Ta，使熔漿中的Nb、Ta極度降低。而斜長(zhǎng)石全部或大部進(jìn)入巖漿房將導(dǎo)致Rb/Sr比值的降低，表現(xiàn)在Y-Nb和Rb-（Y+Nb）圖中，將強(qiáng)烈虧損Rb、Yb、Y和Nb，導(dǎo)致該期巖體的樣品點(diǎn)向左下方移動(dòng)見圖8，落入火山弧花崗巖（VAG）區(qū)域。因此，測(cè)區(qū)晚石炭世中酸性侵入巖體樣品點(diǎn)落入火山弧花崗巖（VAG）區(qū)，除了與源區(qū)組成有關(guān)外，還由于源區(qū)地殼較厚（>40-50km），殘留物（石榴石+輝石+角閃石±金紅石）強(qiáng)烈富集HREE、Y、Nb、Ta所致。

5. 結(jié)論

（1）本區(qū)晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖屬中鉀—高鉀鈣堿性系列巖石，具有I型花崗巖特征。

（2）巖石地球化學(xué)特征反映在成巖過程中沒有經(jīng)過明顯的結(jié)晶分異，巖體輕重稀土分異明顯，重稀土嚴(yán)重虧損，輕稀土分餾程度較高，不分餾或出現(xiàn)輕微的“翹尾”現(xiàn)象，具有較弱的負(fù)Eu異常。形成于較高的溫度和壓力范圍，暗示源區(qū)深度較大（>50km）。

（3）晚石炭世花崗閃長(zhǎng)巖具有“I”型花崗巖地球化學(xué)屬性。構(gòu)造環(huán)境判別屬火山弧花崗巖 （VAG），為晚造山—造山后伸展花崗巖，而不是形成于島弧環(huán)境。

（4）花崗閃長(zhǎng)巖中獲得LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡302.2±2.1Ma，表明其形成時(shí)代為晚石炭世。預(yù)示著本區(qū)古亞洲洋在晚石炭世之前已發(fā)生閉合，晚石炭世—早二疊世時(shí)期已經(jīng)進(jìn)入后造山階段，并逐步向廣泛的伸展構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)化。

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