内蒙乌太乌拉二长花岗岩地球化学特征及成因类型

李 壮 王 硕 孟 展 孙 虎 康浩然

(1.成都理工大学地球科学学院；2.中铝力拓勘探有限责任公司；3.中国地质科学院矿产资源研究所)

内蒙乌太乌拉二长花岗岩地球化学特征及成因类型

李 壮1王 硕2孟 展1孙 虎2康浩然3

(1.成都理工大学地球科学学院；2.中铝力拓勘探有限责任公司；3.中国地质科学院矿产资源研究所)

乌太乌拉地区发育大量华力西和燕山期二长花岗岩，结合岩石主量元素、微量元素、稀土元素地球化学特征分析了二长花岗岩的岩石成因类型及其构造背景，结果表明：①二长花岗岩富硅、富碱、贫钙镁，A/CNK值为1.36～1.93，属过铝质类岩石；②微量元素中富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，而Ba、Sr及高场强元素Ta、Nb、Y、Zr、Ti则有不同程度的亏损；③稀土元素呈轻稀土相对富集的配分模式，发育明显的Eu负异常，无明显Ce异常；⑤主量、微量元素综合研究结果显示二长花岗岩为高分异的S型花岗岩；⑥花岗岩构造环境判别图解综合显示二长花岗岩产出的构造背景属于后造山阶段，温度、压力逐渐降低的伸展拉张后碰撞构造环境。上述研究成果对于深入研究区内二长花岗岩体具有一定的参考价值。

二长花岗岩 地球化学特征 成因类型 构造背景 S型花岗岩

内蒙古东乌珠穆沁旗(简称东乌旗)位于锡林浩特东北部，是我国北部最重要的银、铅、锌、铜、铁、钨、锡成矿集中区之一[1]，大地构造位置位于西伯利亚板块与华北板块的缝合带——二连浩特—贺根山深大断裂带[2]。区内构造发育，以断裂、褶皱构造为主。岩浆侵入活动频繁并广泛分布，其中，以华力西期和燕山期花岗岩体最为发育且与金属成矿关系密切[3]，区内成矿岩体以二长花岗岩、石英斑岩及闪长玢岩为主。本研究着重对乌太乌拉地区二长花岗岩主量元素、微量元素、稀土元素地球化学特征进行分析，并探讨其岩石成因类型及岩体形成时的构造背景。

1 区域地质特征

乌太乌拉地区位于内蒙古东乌旗东部，大地构造位置隶属于西伯利亚板块东南缘兴蒙造山带内[4]，区内主要出露地层为第三系宝格达音乌拉组(N2b)、上白垩统大磨拐河组(K2d)、下侏罗统红旗组(J1h)、中二叠统哲斯组(P2zs)、上石炭—下二叠统格根敖包组(C2-P1g)、上泥盆统安格尔音乌拉组(D3a2)和中泥盆统泥鳅组(D1-2n)。其中，宝格达音乌拉组(N2b)主要为一套红色泥岩及砂砾岩；安格尔音乌拉组(D3a2)和大磨拐河组(K1d)为一套砂砾岩夹粉砂岩；红旗组(J1h)主要为一套砾岩夹煤线层；哲斯组(P2zs)为一套长石石英砂岩、灰岩；格根敖包组(C2-P1g)主要为一套凝灰岩及泥质粉砂岩。区内经历了古生代中亚—蒙古造山与中生代火山岩浆活动等多重事件的影响。岩浆岩以华力西和燕山期中—酸性岩体为主，岩性主要为二长花岗岩和正长花岗岩。

2 样品来源及测试结果

2.1 样品来源

分析样品主要来自乌太乌拉地区的二长花岗岩，样品均未蚀变，新鲜面主要呈浅肉红色，风化面主要呈灰白色，具斑状结构，块状构造。组成岩石的矿物主要为石英和长石，长石主要为钾长石和斜长石，两者含量大致相等，暗色矿物主要为黑云母，副矿物主要有磁铁矿、磷灰石、钛铁矿等。在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所国土资源部地球化学勘查监督检测中心完成样品的分析测试工作。首先将岩石样品粉碎并研磨至200目以上，然后用酸溶法处理，最后进行样品全岩分析。主量元素测试方法为X射线荧光光谱法(XRF)，分析仪器为PW2404X荧光光谱仪，分析精度优于5%。微量元素及稀土元素测试方法为等离子质谱仪ICP-MS法，分析仪器为HR-ICP-MS(Element II)，工作温度、相对湿度分别为20 ℃和30%。

2.2 测试结果

2.2.1 主量元素特征

乌太乌拉地区二长花岗岩体主量元素分析结果见表1。由表1可知：11件样品均具富硅、富铝特征；w(SiO2)为66.5%～76.6%，平均为73.17%；w(Al2O3)为12.6%～15%，平均为13.65%；全碱含量较高，w(K2O+Na2O)为6.35%～8.48%，平均为7.55%；w(K2O)含量大于Na2O，w(K2O)/w(Na2O)值为2.32～5.05；铝饱和指数(A/CNK)为1.36～1.93，平均为1.65；A/NK值为1.65～2.04，平均为1.82。在A/CNK-A/NK图解中，所有样品数据点均落在过铝质区域(图1)，属过铝质岩石类。碱度率(AR)为2.75～5.21，平均为3.87，表明为钙碱性系列岩石，这与w(SiO2)-w(K2O)图解中样品点均落在高钾和钾玄岩区内(图2)相吻合。分异指数(DI)为79.11～94.77，平均为90.45；固结指数为0.97～7.84，平均为3.54，表明二长花岗岩体经历了较高的岩浆分异作用而后固结成岩。

表1 二长花岗岩主量元素含量及特征值

图1 A/CNK-A/NK图解

图2 w(SiO2)-w(K2O)图解

2.2.2 微量元素特征

二长花岗岩微量元素分析结果见表2。由表2可知：w(Zr)/w(Hf)值为25～51，平均为41.89，明显高于正常花岗岩w(Zr)/w(Hf)值(33～40)[5]；w(Nb)/w(Ta)值为9～18.12，平均为14.50，明显高于正常花岗岩值(w(Nb)/w(Ta)值为11)[5]；w(Rb)/w(Sr)值为0.28～1.72，平均为0.99；w(Rb)/w(Ba)值为0.10～0.35，平均为0.22；w(Rb)/w(Sr)值和w(Rb)/w(Ba)值明显接近于陆壳值(w(Rb)/w(Sr)值为0.17，w(Rb)/w(Ba)值为0.07)，明显高于地幔值(w(Rb)/w(Sr)值为0.03，w(Rb)/w(Ba)值为0.09)[6]。由研究区二长花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(图3)可知，配分曲线呈明显左倾型，相对富集大离子亲石元素Rb、Th、U等，高场强元素Ta、Nb、Y、Yb等相对亏损，呈现弱Ba负异常和强Sr负异常。

图3 微量元素的原始地幔标准化蛛网

2.2.3 稀土元素特征

研究区二长花岗岩稀土元素含量分析结果见表3。由表3可知：稀土元素总量(ΣREE)较低，为(54.18～329.94)×10-6，平均为180.09×10-6； (La/Yb)N值为4.29～10.71，指示轻、重稀土元素分馏明显。由球粒陨石标准化后的稀土元素配分曲线(图4)可知，各稀土元素总体表现出相似的特征，曲线表现为明显的左倾型，表明轻稀土相对富集，而重稀土相对亏损，这与LREE/HREE值(6.24～10.12)相吻合；δEu值为0.38～1.05，平均为0.67，配分曲线表现出弱负Eu异常；δCe值为0.94～1.64，平均为1.14，除极个别样品表现为弱正Ce异常外，其余样品均无Ce异常特征出现。

表2 二长花岗岩微量元素含量

样品编号含 量/(×10-6)BaRbSrYZrNbThPbGaZnCuNiVCrHfCsScTaCoAsSbUWTWL-01647113.0113.514.7709.39.021917.210125202.82.7020.811.90.181.76WTWL-02645100.016832.92459.112.041420.5874153305.12.49130.641.40.191.65WTWL-0391099.135959.251916.29.021722.29053691011.41.99141.063.10.162.36WTWL-0491393.117452.775014.510.354019.8656382014.71.4790.812.10.143.46WTWL-05630119.5114.530.926010.615.201416.6381223207.23.0540.812.10.172.21WTWL-06646138.814436.828712.812.361620.5821430206.23.33170.822.00.181.95WTWL-07702138.525926.026410.818.252116.6411532206.74.6861.241.20.223.44WTWL-08640176.0164.522.52289.423.301316.22512136306.06.1850.933.00.8314.50WTWL-0928980.457.252.663317.58.431421.45413142012.92.7680.911.60.091.89WTWL-010318111.064.644.245920.012.852219.25234292011.31.5751.322.20.222.04WTWL-011322113.066.546.548020.714.352120.05335262011.51.6451.425.00.222.00

表3 二长花岗岩稀土元素含量

3 讨 论

3.1 岩石成因类型

含铝指数常被用来区分I和S型花岗岩，I型花岗岩A/CNK值通常小于1.10，而S型花岗岩A/CNK值则往往大于1.10[7]。乌太乌拉二长花岗岩A/CNK值为1.36～1.93，在A/CNK-A/NK图解中(图1)，11件样品均位于S型花岗岩范围内，然而,该方法在判别经历了高分异的花岗岩成因时可能失效[8]。本研究中，11件二长花岗岩样品分异指数(DI)为79.11～94.77，指示其发生了较为强烈的结晶分异作用。此外，在Bouseily等[9]提出的用于判别普通花岗岩和高分异型花岗岩的Rb-Ba-Sr图中(图5)，乌太乌拉二长花岗岩样品全部落在高分异型的区间中。因此，有必要借助其他地球化学参数来对该地区二长花岗岩成因类型进行判别。

图4 稀土元素球粒陨石标准化曲线

图5 w(Rb)-w(Ba)-w(Sr)图解

微量元素w(Rb)-w(P2O5)、w(Rb)-w(Th)相关性变化趋势图解(图6、图7)[10]显示，乌太乌拉地区二长花岗岩明显具有S型花岗岩的特征。另外，在二长花岗岩w(K2O)-w(Na2O)图解(图8)中，所有样品点均位于S型花岗岩范围之内，w(Rb)/w(Sr)平均值为0.99，符合S型花岗岩特征[11]。上述综合判别标准指示乌太乌拉地区二长花岗岩应当为S型花岗岩。

3.2 构造背景

研究区内二长花岗岩地球化学数据表明，所有样品均属过铝质高钾钙碱性岩石类，将所有样品点投影到w(Rb)-w(Y+Nb)和w(Rb)-w(Yb+Ta)图解(图9、图10)中可见，所有数据点均无一例外落在后碰撞区域内，故推测二长花岗岩体形成于造山带的后碰撞构造环境中。

图6 w(Rb)-w(P2O5)图解

图7 w(Rb)-w(Th)(b)图解

图8 w(K2O)-w(Na2O)图解

图9 w(Rb)-w(Y+Nb)构造环境判别图解

图10 w(Rb)-w(Yb+Ta)构造环境判别图解

综上所述，乌太乌拉地区花岗岩形成于造山带后阶段，温度、压力均逐步降低的伸展拉张后碰撞大地构造环境。

4 结 语

分析了乌太乌拉地区发育的二长花岗岩主量元素、微量元素以及稀土元素地球化学特征，在此基础上讨论了二长花岗岩的岩石成因类型及构造背景，对于进一步研究该类岩石具有一定的参考价值。

[1] 常春郊，王治华，王 梁，等.内蒙古东乌珠穆沁旗地区多金属矿床类型与成矿规律[J].矿产与地质，2014，28(5)：536-545.

[2] 张万益，聂凤军，江思宏.内蒙古东乌珠穆沁旗岩浆活动与金属成矿作用[M].北京：地质出版社，2009.

[3] 聂凤军，江思宏，张 义，等.中蒙边境及邻区斑岩型铜矿床地质特征及成因[J].矿床地质，2004，23(2)：176-189.[4] 王建平.内蒙古东乌旗铜、银多金属成矿带成矿类型分析[J].矿产与地质，2003，17(2)：132-135.

[5] Dostal J, Chatterjee A K. Contrasting bahaviour of Nb/Ta and Zr/Hf ratios in a peraluminous granitic pluton(Nova Scotica,Canada)[J].Chemical Geology,2000(3):207-216.

[6] Mcdonough W F,Sun S S. The composition of the Earth[J].Chemical Geology,1995(1):223-253.

[7] Chappel B W，White A J R. I-and S-type granites in the Lachlan Fold Belt[J]. Transactions of the Royal Society of Edinburgh:Earth Sciences,1992,83(2):1-26.

[8] Wu F Y,Jahn B M,Wilder S A,et al.Highly fractionated I-type granites in NE China(I):geochronology and petrogenesis[J].Lithos, 2003(1):241-273.

[9] Bouseily A M,Sokkary A A. The relation between Rb,Ba and Sr in granitic rocks[J].Chemical Geology,1975,16(3):207-219.

[10] Chappell B W. Aluminium saturation in I-and S-type granites and the characterization of fractionated haplogranites[J].Lithos, 1999(1):535-551.

[11] 董旭舟，周振华，王润和，等.内蒙古敖包吐铅锌矿床花岗岩类年代学及其地球化学特征[J].矿床地质，2014，33(2)：323-338.

2015-04-20)

李 壮(1989—)，男，硕士研究生，610059 四川省成都市成华区二仙桥东三路1号。