乌兰地区黑云角闪斜长片麻岩地球化学特征及定年

杨 刚，邓 平

乌兰地区黑云角闪斜长片麻岩地球化学特征及定年

杨 刚1，2，邓 平2，3

（1.四川省地质矿产勘查开发局区域地质调查队，成都 610213；2.吉林大学，吉林长春130012；3.彝良驰宏矿业有限公司，云南 昭通 657600）

内蒙乌兰地区片麻岩是从白云鄂博岩群底部混合岩未分岩组中剥离的一套岩石地层单位，出露范围广，色较深，以片麻状、眼球状构造为主。在海西晚期和印支期，该片麻岩组被侵入体肢解成大小不一的13个地质体。Au在该片麻岩中含量相对较高，具一定成矿潜力。岩石以富碱（Na2O+K2O）尤其是K2O、贫A l2O3为特征，表现为富集K、Rb、Th、La、Ce等大离子亲石元素而亏损Nb、Ta、U等高场强元素、弱的负Eu异常和相对较强的轻重稀土分馏程度。暗色片麻岩的锆石U-Pb定年测得片麻岩原岩形成时代为1930.7±9.6M a，是侵入岩经变质作用的产物。

片麻岩；地球化学；U-Pb定年；乌兰

早前寒武纪的中高级变质岩体一直是地学界关注的焦点，乌兰地区黑云角闪斜长片麻岩之前一直被归并为白云鄂博岩群底部混合岩未分岩组中，通过本次课题对乌兰地区暗色片麻岩的研究，根据野外地质产状、岩石结构构造、地球化学分层及对区域地质单元间相互关系的综合分析，判定其原岩为一套深成侵入岩。根据对岩石样品的地球化学特征的分析，岩石的铝饱和指数（A/CNK比值）明显地大于1.1，表现出明显的过铝质特征；稀土元素特征方面，具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损和中等程度的Eu异常的特征。这些都显示了壳源S型花岗岩的特征，微量元素方面，岩石富集大离子亲石元素，微量元素分布模式特征与典型的陆陆碰撞S型花岗岩相近似。

图1　华北板块北缘中部构造带划分略图（据胡骁等，1990；唐克东等，1992；略有修改）

1　区域地质背景

乌兰地处内蒙古高原，位于华北地台北缘中新元古代白云鄂博裂陷槽，以桑根达来-川井构造带为界，北部为古生代兴蒙造山带，南部为华北地台。根据岩浆活动、地壳构造变形特征，将研究区进一步划分为以下两个性质明显不同构造单元：北部中新生代断陷盆地，是属于桑根达来-川井中新生代沉积盆地一部分，地表被上新统宝格达乌拉组红层覆盖，其下发育侏罗系和白垩系；南部隆起区，出露早前寒武纪变质结晶基底、中元古代白云鄂博群浅变质岩、海西期-印支期花岗岩和少量白垩纪火山岩组成。

1.1地层

区内出露地层为前白云鄂博岩群片麻岩、白垩系下统白女羊盘组，新近系上新统宝格达乌拉组，汉诺坝玄武岩及第四系全新统。白云鄂博岩群片麻岩分布较广，根据片麻岩层的岩性特征可将此区白云鄂博群片麻岩划分为三个不同岩性的岩性段。浅灰色中粒片麻岩段、眼球状细粒黑云母斜长片麻岩段、条带状细粒黑云斜长片麻岩段。

白云鄂博岩群出露广，乌兰等四幅均有出露但分布零散，面积较少。根据区内出露白云鄂博岩群的岩性组合特点，可将其划分三个岩性段，归属两个岩组：比鲁特岩组和白音布拉格岩组。

白垩系仅出露下统白女羊盘组（K1bn），出露范围仅限于乌兰幅乌兰苏木，其岩性特征是一套紫灰色流纹质火山岩，以流纹质岩屑晶屑凝灰岩为主，并有少量流纹岩及劣质黑曜岩。相当白女羊盘组的上部。

图2　乌兰地区构造纲要图

图3　片麻岩的眼球状构造

1.2构造

韧性剪切带

大多数韧性变形带规模较小，规模较大韧性变形带主要有：呼热图-哈日敖包东西向韧性变形和那木吉拉敖包东西向韧性变形。

呼热图-哈日敖包东西向韧性变形带，为区内规模最大的韧性变形带，主要发育在海西期-印支期花岗岩中，切割和改造了早二叠世闪长岩和太古代片麻岩。变形带呈近东西方向展布，延长达11km，出露宽度可达1km。带内发育各种类型糜棱岩，糜棱叶理向南呈高角度倾斜，而矿物拉伸线理呈近水平，倾伏角小于10°。根据韧性变形带内不对称流动组构可以判断，是左行走滑型韧性变形带。

那木吉拉敖包东西向韧性变形该韧性变形带，发育在印支期中细粒花岗岩中，呈东西方向展布。变形带规模较小，延长只有2km长，宽约100m。带内发育各种类型花岗质糜棱岩，岩石表现出强烈韧性变形特征。其产状与运动方向与性质与呼热图-哈日敖包韧性变形带相同。

断裂构造

东西向断裂构造在测区内十分发育，规模相对较大。多数断裂带向北倾斜，倾角在40°～65°不等，少数向南呈高角度倾斜。断裂规模较大，延伸从几公里至数十公里，断裂带宽度几米到上百米不等。断裂以脆性变形机制为主，断裂带内发育碎裂岩、断层角砾岩、微角砾岩和断层泥，部分断层带内发育浅层次的构造片岩。沿着构造破碎带并有后期脉岩侵入，特别石英脉贯入，形成硅化角砾岩型莹石矿化脉。区内几乎所有萤石矿化都赋存东西方向次级硅化角砾岩中。所以，东西向断裂带是区内重要控矿构造。东西向断裂带还包括了赛音呼都格逆冲推覆构造，把元古代片麻岩推覆在白云鄂博群之上。

表1　原子吸收光谱仪样品化学全分析（单位：ω（B）/10-2）

表2　 ICP-MS稀土元素检测分析数据（单位μg/g）

2　片麻岩的地质特征

黑云角闪斜长片麻岩类在乌兰工作地区出露范围广，岩体主要分布于工作区域中部及南部两侧。西起希日敖包，乌兰哈达，东至查干温多尔，再到北边的哈尔干图音包日温都尔，该区域为片麻岩最主要的集中出露地区。面积约125km2，占填图区面积的11%。

岩体片麻理产状规律性不大，在整个工作区，片麻岩的片麻理倾向各异，但全区片麻岩片麻理倾向大体是以北东方向为主的。倾角在20°～60°之间均有，有的角度甚至更大。岩体中，断层构造发育，侵入体也相当发育。例如，花岗伟晶岩脉、石英脉、花岗岩、闪长岩、闪长玢岩脉等。可见，工作地区的变质作用及后期的动力变质作用、岩浆作用等都相当复杂。片麻岩岩体风化面多呈深黑色、黑褐色，新鲜面则多为灰黑色。岩石粒状、片状变晶结构，粒度以细粒、中细粒为主体，矿物颗粒粒径0.3～2.0mm，片麻状构造、眼球状构造。而矿物的具体含量随岩性的变化而有所不同。依据野外实际地质情况，区内片麻岩按矿物成分的不同可以划分为四类。

图4　眼球状细粒黑云角闪斜长片麻岩显微结构图（正交偏光4×10）

图5　眼球状细粒角闪黑云片麻岩显微结构图（正交偏光4×10）

图6　眼球状细粒角闪黑云斜长片麻岩显微结构图

图7　细粒黑云母片麻岩显微结构图（正交偏光4×10）

3　岩石地球化学特征

岩石样品分析在吉林大学测试科学实验中心完成。其中岩石化学成分全分析在20°C、相对湿度50%、样品为固体的检测条件下进行，使用的检测仪器为原子吸收光谱仪，检测结果见表1。岩石稀土元素分析在23°C、相对湿度55%、样品为粉末的条件下进行，所采用的检测仪器为ICP-MS，分析结果见表2。岩石微量元素检测条件与稀土元素相同，使用仪器也为ICP-MS，分析结果见表3。

按照Turner（1955）提出的变质岩化学类型的划分，乌兰地区片麻岩属于长英质变质岩。根据Werner（1987）图解，对岩石样品成分进行投图分析，区内片麻岩为正变质岩，原岩为火成岩。片麻岩原岩的恢复主要靠追索的办法，初步可认为其原岩为深成侵入岩。

图8　区分正、副片麻岩的Werner图解（O-正片麻岩；P-副片麻岩）

图9　侵入岩的Q-A-P分类图解

在片麻岩的化学组成中，Al2O3、TFe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O相对于SiO2有较明显的负的线性关系，即随着SiO2含量的增加，其含量有减少的趋势。SiO2、TFe2O3、K2O、Na2O含量较高，而TiO2、P2O5、MnO、CaO、MgO、LoS含量低。SiO2含量较稳定，为61.38-69.90%，而Al2O3含量则为13.88%～17.67%。TFe2O3=4.77%～5.12%；K2O含量变化范围是3.29%～4.82%；Na2O=2.86%～3.35%。ω（K2O）/ω（Na2O）＞1（介于1.15～1.44之间），反映片麻岩原岩具陆壳沉积物熔融形成的S花岗岩的特征，而A/CNK即ω（Al2O3）/ω（K2O+Na2O+CaO）＞1.1（介于1.40～1.68之间）也很好地说明了这一点。低含量的成分中，TiO2为0.20%～0.30%；P2O5为0.10%～0.20%；MnO为0.10%；CaO为2.10%～4.39%；MgO=1.57%～2.02%。由表1可以看出，乌兰地区的暗色片麻岩碱的含量较高，K2O+Na2O+CaO为8.25%～12.56%，富K2O（K2O/Na2O为1.15～1.44）。

3.1稀土元素地球化学特征

片麻岩的稀土元素含量及相关参数见表2。均显示轻稀土元素富集，分馏较好，重稀土元素亏损的特征。稀土特征曲线为向右倾的平缓曲线。T2样品的Eu为无异常或很弱的负异常，而T3却表现出明显的Eu负异常。稀土总量（∑REE）为147.680～337.587ppm，为一较高的稀土元素总量值。LREE/HREE介于10.38～11.70之间，其中，轻稀土元素总量（∑LREE）为134.708～311.011ppm，而重稀土元素总量（∑HREE）却只有 12.972～26.576ppm，可见重稀土亏损严重。（La/Yb）N为9.847～12.156，反映了轻重稀土元素相对较高程度的分馏程度。（Ce/Yb）N为8.563～9.190，（La/Sm）N值为3.140～4.112，（Gd/Lu）N则为2.051～1.977。片麻岩稀土元素中，δEu＜1（为0.5557～0.895），说明岩石中存在Eu较弱至较明显的负异常（图中Eu处的“V”字形谷）。而δCe为0.955～1.041，无明显异常出现。由图可以得出，片麻岩两样品的稀土元素分配模式除少数差异外，稀土元素大体上分配相一致，曲线总体上呈平行展布。

图10　球粒陨石标准化稀土元素分配模式对比图

图11　黑云角闪斜长片麻岩微量元素蛛网图

表3　 ICP-MS微量元素检测分析表（单位ppm）

3.2微量元素地球化学

从微量元素成分特征上分析，片麻岩富集大离子亲石元素（large ion lithophile elements）K，Rb，Ba，Sr，它们的离子半径大，离子电荷低，离子电位π＜3，易溶于水，化学性质活泼，地球化学活动性强。其中，Rb含量在87.92～109ppm之间，Ba含量在1657～1676ppm之间，Sr的含量则介于164.9～768.7之间，可以看出元素Ba特别富集。片麻岩亏损高场强元素（high field strengthelements）Nb，Ta，Zr，Hf，Th等，它们的离子半径小，离子电荷高，离子电位π＞3，难溶于水，化学性质稳定，为非活动性元素。其中，Nb含量在7.45～13.83ppm之间，Ta含量介于1.705～1.8ppm，Hf含量则介于5.877～8.206ppm之间，Th含量为8.374～17.59ppm，而元素Zr的含量则相对较高，达到178.4～240.1ppm。在片麻岩的微量元素蛛网图上，表现为明显右倾的起伏相对较大的锯齿状的微量元素分布形式，具有明显的Nb和Y的负异常，而负Nb异常为大陆地壳的特征。

4　锆石U-Pb年代学及意义

利用U-Pb测定年龄一般采用单矿物样品，而现今最广泛使用的是锆石，其他几种常用的矿物有：沥青铀矿、独居石、磷灰石、钍石等。由于238U、235U的半衰期较大，因此，U-Pb法一般只适合古老地质体的年龄测定。研究表明，锆石是最接近于满足测年条件的矿物，可以认为其初始铅同位素比值接近于0，因此锆石成为目前用来进行U-Pb年龄测定的首选对象，受到广泛重视。然而，锆石的成因比较复杂，有岩浆成因、变质成因和碎屑锆石等，在进行锆石U-Pb测年前，必须进行矿物形态的研究区分锆石的成因类型。

表4　岩浆锆石和变质锆石主要特征对比

图12　细粒黑云母片麻岩（T3）的锆石阴极发光图

为了获得一个有明确地质意义的U-Pb年龄，我们必须通过各种手段（物理的和化学的）尽量选择新鲜、结晶完好、单成因的锆石作为测定对象。然而现在主要问题即是探讨区内锆石成因是属于岩浆型的还是变质型的。应该说，目前尚没有一种可以完全明确区分二种锆石的定量方法，我们只能根据测定锆石或锆石区域的化学组成、内部结构、结晶习性，以及宏观地质环境进行综合判断。表4即是对两种锆石的一些最基本特征的描述。

图13　细粒黑云母片麻岩锆石U-Pb年龄谐和图

图14　样品（T3）锆石年龄谐和图

岩浆-变质岩地区锆石，既有变质成因，也有岩浆成因，还可以是原岩物源区的碎屑成因。这些锆石均有可能遭受高温连续Pb扩散作用、蜕晶化作用、重结晶作用以及增生作用，这些过程不同程度地对锆石U-Pb计时的一致性和有效性带来重大影响。在我们测定锆石年龄之前以及对年龄结果意义的分析中，都应充分考虑这些过程对被测锆石的影响。

典型的变质锆石最显著特征是由众多的晶面组成，包括浑圆粒状，椭圆粒状及长粒状等形态的锆石（图12）。在双目镜下，变质锆石呈粒状，表面光洁、清晰。由于变质锆石发育多晶面，没有锥面和柱面之分，即使是外形呈现长粒状的锆石，其“柱面”实际上也是由众多的晶面组成的，但其顶端的多晶面更为发育。这一结晶特点与岩浆锆石具有显著的区别，后者通常为简单的四方双锥或复四方双锥，锥面和柱面发育完善。

表5　片麻岩样品（T3）锆石U-Pb同位素测年结果

样品中，锆石粒径通常在50～150μm之间，大体上较均匀，呈短柱状、椭球状，少数呈浑圆粒状。在对片麻岩样品（T3）共计近140粒锆石中的矿物包体及相应的阴极发光图像详细研究的基础上，精选12粒具有代表性的锆石进行微区U-Pb定年研究，总共进行了13个微区年龄测试，结果列于表5中，年龄相关图解如下。

依据分析结果，可将片麻岩锆石测点的Th/U比值分为两组：A组为0.05～0.07（锆石点t3-2、t3-8；t3-9.1、t3-10、t3-13）；B组为0.14～0.54。A组测点位于锆石核部，Th/U比值低，反映变质成因的锆石特征（图12），图像发黑，表明锆石外缘发生了不同程度的放射性成因Pb丢失。B组测点位于锆石边部，核外环带均以生长环带为特征，表现为典型得岩浆成因。Th/U比值一般大于0.1。

片麻岩锆石的U含量为209～1222ppm，Th含量为28～158ppm，而相应的Th/U值为0.05～0.54，测得相应年龄记录为1901～1958Ma，离散性不强。其中，仅一个微区年龄刚好落在谐和线上，为1930Ma。而大部分点均落于年龄一致线下方，形成一条与一致线相交的直线。通过计算，锆石岩浆成因测点的207Pb/206Pb加权平均年龄为1 930.7±9.6Ma，被认为是变质岩原岩的形成时代。

综上，通过不同成因锆石年龄分析，说明片麻岩原岩形成年龄为1 930.7±9.6Ma，即形成于古元古代的造山纪（2 050～1 800Ma）。原岩形成的同时，伴随着构造变质变形作用，岩石遭受改造发生变质。

5　结语

在侵入岩的Q-A-P分类图解（Maitre1989）中，投影在二长花岗岩中，根据矿物组合和岩石化学特征分析，初步确定其原岩为一套花岗闪长岩—二长花岗岩。根据对岩石样品的地球化学特征的分析，岩石的铝饱和指数（A/CNK比值）明显地大于1.1，表现出明显的过铝质特征；稀土元素特征方面，具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损和中等程度的Eu异常的特征。这些都显示了壳源S型花岗岩的特征，微量元素方面，岩石富集大离子亲石元素，微量元素分布模式特征与典型的陆陆碰撞S型花岗岩相近似。

对这套片麻岩中岩浆锆石进行U-Pb同位素年龄测定，获得了1 930.7±9.6Ma年龄，即古元古代的造山纪，代表了其原岩侵入时代，与区域上的大量古元古代深成侵入岩的形成时代基本上一致。

在2 300-1 950Ma期间，华北克拉通经历了一次基底陆块的拉伸—破裂事件，在克拉通内部形成多个陆内凹陷盆地。约1 950-1900Ma期间，华北克拉通又经历了一次挤压造山构造事件，导致裂陷盆地的重新闭合和焊接，形成陆陆碰撞造山带，并伴随有大量岩浆的侵入。所以区内新确定出这套变质深成侵入岩，是在古元古代华北地台北缘碰撞造山过程侵入的，并发生变质变形，形成了各种类型片麻岩。

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Petrogeochem istry and Zircon U-Pb Dating for Biotite-Am phibole-PlagioclaseGneiss from Ulan，Urat Zhongqi，Inner M ongolia

YANGGang1，2DENG Ping2，3
（1-RegionalGeologicalSurveying Team，BGEEMRSP，Chengdu610213；2-Jilin University，Changchun 130012；3-Yiliang Chihong M ining Co.，Ltd.Zhaotong，Yunnan657600）

Biotite-amphibole-plagioclasegneiss in Ulan ischaracterized by enrichment in Na2O and K2O，K，Rb，Th，La，and Ce，depletion in Al2O3，Nb，Ta，U w ith weak negative Eu anomaly.The U-Pb dating for zircon from thegneissyields1930.7±9.6Ma.

gneiss；geochem istry；U-Pb dating；Ulan

中国分类号：P597+.1A

1006-0995（2015）02-0303-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.02.035

2015-04-20

杨刚（1987-），男，重庆潼南人，助理工程师，从事地质矿产研究工作