内蒙古乌兰五台地区三叠纪铝质A型花岗岩年代学及地球化学特征

吴荣泽　张树栋　来林

摘 要：基于1∶50 000区域地质调查工作，在内蒙古乌兰五台地区识别出铝质A型花岗岩。通过研究该套斑状二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及地球化学特征，分析其成因类型，探讨早—中三叠世该区大地构造环境特征。结果表明：内蒙古乌兰五台地区斑状二长花岗岩单颗粒锆石U-Pb年龄加权平均值为（231.84±0.99）Ma，是印支期岩浆活动的产物，其岩石组合为中细粒、细粒斑状二长花岗岩；岩石地球化学特征属于高钾钙碱性系列，主量元素与微量元素表现为高硅、高碱，w（K2O）/w（Na2O）>1，A/CNK值为1.01～1.10的特点；Eu负异常明显，Rb、Th、K、Pb相对富集，Sr、Ti亏损；Ba、Nb、Sr、Ti呈现明显负异常，Rb、Th、K、Pb呈现明显正异常，w（Rb）/w（Sr）、w（Rb）/w（Ba）值高，w（Sr）/w（Ba）值低。上述特征显示该花岗岩为中—下地壳脱水部分熔融形成的岩浆侵位，可能形成于后碰撞挤压环境下的局部拉张构造环境，标志着大规模碰撞造山运动的结束和新的板内构造运动演化阶段的开始。

关键词：A型花岗岩；岩石地球化学；锆石；U-Pb定年；三叠纪；造山带；构造背景；内蒙古

中图分类号：P588.12+1 文献标志码：A

Geochronological and Geochemical Characteristics of Triassic Aluminous

A-type Granites in Wulanwutai Area of Inner Mongolia

WU Rong-ze， ZHANG Shu-dong， LAI Lin

（Tianjin Institute of Geological Survey， Tianjin 300191， China）

Abstract： Based on 1∶50 000 regional geological surveys， aluminous A-type granite was identified in Wulanwutai area of Inner Mongolia. LA-ICP-MS zircon U-Pb ages and geochemical characteristics of porphyritic adamellite were studied， and the genesis and geotectonic setting characteristics in Early-Middle Triassic were discussed. The results show that the weighted average of single zircon U-Pb age of porphyritic adamellite in Wulanwutai area of Inner Mongolia is （231.84±0.99）Ma； it is a product of Indosinian magmatic activity； the rock is composed of medium fine and fine grained porphyritic adamellites； petrological and geochemical characteristic is high-K calc-alkaline series； major and trace elements have the characteristics of high silica and alkali， w（K2O）/w（Na2O） is more than 1， and A/CNK values are 1.01-1.10； Eu anomaly is obvious negative， Rb，Th， K and Pb are relatively rich， Sr and Ti are loss； Ba， Nb， Sr and Ti anomalies are obvious negative， Rb， Th， K and Pb anomalies are positive； w（Rb）/w（Sr） and w（Rb）/w（Ba） are high， and w（Sr）/w（Ba） is low. These characteristics indicate that the granite is magma emplacement formed by dehydration and partial melting of middle-lower crust， and is partial extension tectonic setting under the postcollisional compression environment； it marks the end of large-scale collision orogenic movement and the start of new intraplate tectonic movement and evolution.

Key words： A-type granite； petrochemistry； zircon； U-Pb dating； Triassic； orogenic belt； tectonic background； Inner Mongolia

0 引 言

近年来，很多学者通过研究兴蒙造山带内发育的三叠纪花岗岩来了解造山带造山晚期的演化特征[1-10]。锡林浩特—林西地区这一时期的侵入岩形成时间主要集中在（220～250）Ma。陈斌等认为苏尼特左旗南年龄为（230～250）Ma的花岗岩为同碰撞成因，并进一步推论华北板块与西伯利亚板块的最终碰撞发生在230～310 Ma之间[1]；石玉若等认为苏尼特左旗地区发育年龄为（222±2）Ma的A型花岗岩为后造山成因，并进一步推论兴蒙造山带在三叠纪开始就已经发生了大规模的造山后伸展作用[2]；叶栩松等认为锡林浩特、林西地区年龄为（238.1±7.4）～（248.3±7.1）Ma的三叠纪过铝质花岗岩为同碰撞成因，并进一步分析认为兴蒙造山带是一个多期旋回的过程[3]；李锦轶等以内蒙古中部双井子过铝质花岗岩为例，对比分析索伦—林西构造带两侧的三叠纪铝质花岗岩和A型花岗岩，认为三叠纪岩浆活动可划分早—中三叠世和晚三叠世两期[4]：早—中三叠世年龄大于230 Ma的为后碰撞成因，源于加厚地壳的重熔，标志着造山演化过程的结束；晚三叠世年龄在220 Ma左右的为后造山成因，源于岩石圈或山根拆沉、软流圈地幔上侵导致的地壳重熔，标志着新的地壳构造演化阶段的开始。

本次1∶50 000区域地质调查工作包括扎布其尔沃布勒吉幅、杰林牧场幅、白音诺尔农场幅、巴拉嘎尔牧场牧业小组幅、毛登牧场第二生产队幅等5个图幅，在乌兰五台—阿鲁包格山一线的沟谷两侧识别出三叠纪斑状二长花岗岩。笔者通过研究该套花岗岩的岩石组合及岩石地球化学特征，分析其成因类型，并探讨早—中三叠世该区大地构造环境特征。

1 地质背景及岩相学特征

乌兰五台地区在大地构造分区中位于内蒙古中部托托尚—锡林浩特微陆块陆缘增生带苏左旗—西乌珠沁旗晚古生代弧盆系（C—P）内。其北部为贺根山蛇绿构造混杂岩带（D—C），南部为二道井—锡林浩特俯冲增生杂岩带（∈—O）。测区内除发育中三叠纪斑状二长花岗岩外，还发育晚三叠纪、中二叠纪、晚石炭纪侵入岩。其周围地层岩性主要为二叠纪火山岩和沉积岩，包括寿山沟组滨岸相-浅海陆棚相-潟湖相浅变质的砂岩、粉砂质板岩、硅泥质板岩，大石寨组海相中酸性熔岩及凝灰岩；局部夹正常碎屑岩、哲斯组滨浅海相碎屑岩；区域上缺失晚二叠纪和三叠纪地层（图1）。

三叠纪乌兰五台斑状二长花岗岩岩体分布于乌兰五台—阿鲁包格山印支期深大断裂两侧，该断裂以切割早期褶皱构造为特点。该断裂两侧共发现17个大小不等（面积为10～20 km2）的岩体，岩性较为单一，具有沿断裂带NNE向展布、小面积出露、多点位分布的特点。本区地貌上为低山丘陵，地势宽缓平坦，局部可见深切沟谷。岩体侵入的最新地层为中二叠统哲斯组砂岩，具不同程度的角岩化接触变质。实验室详细岩矿鉴定将其定名为中细粒、细粒斑状二长花岗岩。其具有斜长石斑晶较大（最大粒径为20 mm）、基质结晶较差的特点。风化面和新鲜面均为浅灰白色，呈似斑状结构、基质细粒花岗结构、块状构造。岩石斑晶由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成。斜长石（更长石）呈半自形板状杂乱分布，轻高岭土化、绢云母化，环带发育，与钾长石接触部位少见交代蠕虫结构。粒内聚片双晶发育，斜长石An牌号为26，显示为更长石，体积分数约为15%。钾长石（条纹长石和微斜长石）杂乱分布，轻高岭土化，少见格子双晶，局部交代斜长石，内含斜长石包体，体积分数约为5%。石英和黑云母含量少；基质由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成，斜长石An牌号为31，显示为中长石，体积分数约为20%。钾长石与石英文象状交生，体积分数约为30%。石英呈他形粒状，为杂乱、似填隙状分布，体积分数为25%。黑云母呈片状零散分布，多色性明显，体积分数为5%。副矿物组合属于磷灰石-钛铁矿-锆石矿型，此外还含有极少量的石榴子石、萤石等（图2）。

1为新近系；2为侏罗系；3为二叠系；4为岩脉；5为产状及倾角；6为复式背斜；7为线性向斜；8为隐伏断裂；9为逆断层；10为正断层；

11为平移断层；12为晚三叠世二长花岗岩；13为中三叠世斑状二长花岗岩；14为中二叠世辉长闪长岩；15为中二叠世闪长玢岩；16为

晚石炭世闪长岩；17为西伯利亚板块东南缘陆缘增生带（O—P）；18为二连—贺根山板块结合带-贺根山蛇绿构造混杂岩带（D—C）；

19为托托尚—锡林浩特微陆块陆缘增生带（O—P）；20为苏左旗—西乌珠沁旗晚古生代弧盆系（C—P）；21为托托尚—锡林浩特残

余地块（Pt1）；22为二道井—锡林浩特俯冲增生杂岩带（∈—O）；23为索伦山—西拉木伦河结合带（C—T2）；24为温都尔庙弧盆系

（P）；25为华北北缘古陆块（Ar2—Pt3）；26为采样点编号及位置；27为测年位置；28为地名；大地构造单元图引自中国地质

调查局天津地质调查中心内部资料

图1 内蒙古乌兰五台地区区域地质简图

Fig.1 Geological Sketch in Wulanwutai Area of Inner Mongolia

图2 斑状二长花岗岩镜下照片

Fig.2 Photomicrographs of Porphyritic Adamellite

2 岩石地球化学特征

元素地球化学数据在河北省区域地质矿产调查研究所分析完成；主量元素利用X射线荧光光谱仪（XRF）分析完成，精度在1%以内。稀土元素与微量元素采用X Serise电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）分析完成，Nb、Ta含量测试精度稍低，在9%以内，其余在5%以内。

2.1 主量元素

对采集的样品进行硅酸盐分析（表1）。其里特曼指数为1.88～2.17，样品属于钙碱性系列。SiO2含量（质量分数，下同）介于76.28%～77.15%之间，具高硅特征，同时具有高碱（含量为4.61%～4.79%），w（K2O）/w（Na2O）值普遍大于1的特点；A/CNK值为1.01～1.10，A12O3含量为12.3%～

表1 斑状二长花岗岩主量元素分析结果

Tab.1 Analysis Results of Major Elements of Porphyritic Adamellite

注：w（·）为元素或化合物含量；wtotal为主量元素总含量；AL值为Na2O与K2O物质的量之和与Al2O3物质的量的比值； A型花岗岩平均值引自文献[11]。14.05%；w（FeOT）+w（MgO）+w（TiO2）值为0.89%～2.98%；w（A12O3）/w（TiO2）值为42.8～102.5；w（FeOT）/w（MgO）值为4.13～6.33，平均值为5.17。

2.2 稀土元素

ws为样品含量；wc为球粒陨石含量；球粒陨石标准化值引自

文献[12]

图3 球粒陨石标准化稀土元素配分模式

Fig.3 Chondrite-normalized REE Pattern

稀土元素总含量中等，为（116.38～202.62）×10-6；轻、重稀土元素含量比值为4.86～6.78，轻、重稀土元素分异明显，w（La）N/w（Yb）N值为3.49～9.77，w（Sm）/w（Nd）值为0.19～0.22，曲线右倾；w（La）N/w（Sm）N值为2.89～3.63，富集轻稀土元素；Eu异常为0.16～0.24，具明显的负异常（图3、表2）。其中，w（·）N为元素含量球粒陨石标准化后的值。

表2 斑状二长花岗岩稀土元素分析结果

Tab.2 Analysis Results of Rare Earth Elements of

Porphyritic Adamellite

注：wREE为稀土元素总含量；δ（Eu）为Eu异常。

2.3 微量元素

斑状二长花岗岩微量元素分析结果见表3；原始地幔标准化微量元素蛛网图见图4。样品相对富集Rb、Th、K、Pb，亏损Sr、Ti；Ba、Nb、Sr、Ti呈现明显负异常，Rb、Th、K、Pb呈现明显正异常；w（Rb）/w（Sr）值（1.64～8.42）、w（Rb）/w（Ba）值（0.78～

表3 斑状二长花岗岩微量元素分析结果

Tab.3 Analysis Results of Trace Elements of Porphyritic Adamellite

注： A型花岗岩平均值引自文献[11]。

wp为原始地幔含量；原始地幔标准化值引自文献[13]

图4 原始地幔标准化微量元素蛛网图

Fig.4 Primitive Mantle-normalized Trace Element

Spider Diagram

3.31）高，w（Sr）/w（Ba）值（0.37～0.59）低。

3 LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄

3.1 分析测试方法

斑状二长花岗岩锆石U-Pb年龄样品的采集位置地理坐标为（44°12′59″N，116°49′52″E）。锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所进行，分选方法为常规方法。将挑选好的锆石粘贴在环氧树脂表面，打磨抛光后露出锆石的表面，制成靶样，然后对样靶中锆石进行透射、反射和阴极发光（CL）照相，由北京锆年领航科技有限公司扫描电镜实验室完成，并送至中国地质调查局天津地质调查中心同位素实验室，采用激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪对锆石进行U-Pb同位素分析。

锆石U-Pb同位素分析利用193 nm激光器对锆石进行剥蚀，采用的激光能量密度为13～14 J·cm-2，频率为8～10 Hz，激光剥蚀斑束直径为30 μm，激光剥蚀物质以氦气为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散可以同时接收质量数相差较大的U-Pb同位素，对锆石U-Pb同位素进行原位测定。同时利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。测试条件及相关参数包括：接收器为L4-206Pb、L3-207Pb、L4-208Pb、C-219.26、H2-232Th、H4-238U；冷却气体流速为16 L·min-1；辅助气体流速为0.75 L·min-1；氩载气流速为0.968 L·min-1；氦载气为0.86 L·min-1；RF功率为1 251 W；积分时间为0.131 s；样品信号采集时间为60 s。对采集的数据采用ICP-MS DataCal程序[14]和ISOPLOT程序[15]进行处理及谐和图等图件绘制，置信度为95%。

3.2 结果分析

斑状二长花岗岩阴极发光图像显示锆石晶形完整（图5），呈自形柱状、长柱状、半截锥状晶体，长宽比较大，多数为2∶1～3∶1，个别可达到4∶1，晶面光滑，晶棱平直。所选出的锆石完整晶体少见，显示其遭受了比较强烈的碎裂变形，多数锆石发育明显的板状岩浆生长振荡环带和韵律结构，为花岗岩岩浆锆石的典型特征，个别晶体显示受到了后期热液活动改造，呈现熔蚀和港湾状。不同成因锆石具有不同Th、U含量及w（Th）/w（U）值。雷玮琰等认为岩浆锆石的w（Th）/w（U）值一般大于0.4，而变质锆石的w（Th）/w（U）值通常小于0.07[16]。本次所有测定锆石的w（Th）/w（U）值介于0.27～1.28之间，绝大多数大于0.4，均值为0.54，进一步说明锆石应为岩浆锆石。

图5 斑状二长花岗岩锆石阴极发光图像

Fig.5 CL Images of Zircons from Porphyritic Adamellite

对该样品31颗锆石进行了43个点的测年（表4）。n（206Pb）/n（238U）年龄介于175～267 Ma之间。在锆石U-Pb年龄谐和曲线和年龄分布图（图6）上，绝大多数测点落在谐和曲线上或附近，多数测点呈群簇状集中在230 Ma左右。去掉1个明显年龄偏大的测点（测点41，n（206Pb）/n（238U）年龄为（267±2）Ma）和3个n（206Pb）/n（238U）年龄低于220 Ma的测点（测点21、29、44），剩余39个测点的n（206Pb）/n（238U）年龄加权平均值为（231.84±0.99）Ma（平均标准权重偏差（MSWD）为3.0）。由于这39个锆石测点的表面年龄比较集中，点位的锆石岩浆环带比较清晰，表面年龄基本都位于谐和曲线上，所以（231.84±0.99）Ma比较接近于岩体的岩浆结晶时代。较老的测点41锆石（n（206Pb）/n（238U）年龄为（267±2）Ma）有可能是岩浆从源区带来或侵位过程中捕获的。

4 讨 论

4.1 岩石成因类型

乌兰五台斑状二长花岗岩具有高硅、高碱特点。在SiO2-K2O图解中，投点均落在高钾钙碱性系列区（图7）；A/CNK值大于1；10 000w（Ga）/w（Al）值（2.63～3.40）、w（Rb）/w（Sr）值（1.64～6.52）、w（K）/w（Rb）值（130～212）、碱性指数AL值（0.77～

表4 斑状二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄分析结果

Tab.4 Analysis Results of LA-ICP-MS Zircon U-Pb Ages of Porphyritic Adamellite

注：误差类型为1σ；N（·）/N（·）为同一元素同位素比值，N（·）为该元素的原子丰度；n（·）/n（·）为不同元素同位素比值，n（·）为元素的物质的量。

图6 锆石U-Pb年龄谐和曲线和年龄分布

Fig.6 Zircon U-Pb Concordia Diagram and Distribution of Ages

图件引自文献[17]

图7 SiO2-K2O图解

Fig.7 Diagram of SiO2-K2O

0.95）更接近于A型花岗岩的平均值（表2）。在K2O-Na2O图解中，投点均落在A型花岗岩的范围（图8）；在A型花岗岩判别图解中，投点位置也反映出A型花岗岩的特征（图9）。

图件引自文献[11]

图8 K2O-Na2O图解

Fig.8 Diagram of K2O-Na2O

岩石w（FeOT）/w（MgO）值为4.13～6.33，平均为5.17，明显高于一般I型（991个样品平均值为2.27）、S型（578个样品平均值为2.38）、M型（17个样品平均值为2.37）花岗岩；w（La）N/w（Sm）N值为2.89～3.63，w（Gd）N/w（Yb）N值为0.75～1.58，轻、重稀土元素分馏程度与东准噶尔盆地贝勒库都克铝质A 型花岗岩[18]较为相似；在原始地幔标准化微量元素蛛网图中，形成4个尖锐的低谷，Ba、Sr、P、Nb、Ta和Ti出现较大亏损，Rb、K为明显的正异常；另外，岩体具小面积出露、多点位分布的特点，岩石含有少量富铝矿物石榴石、富氟矿物萤石。这些特征明显区别于碱性A型花岗岩。

综上所述，乌兰五台斑状二长花岗岩应属于铝质A型花岗岩。对于A型花岗岩的成因，学者们尽管有不同的观点，但都认为源区处于中—下地壳位置。乌兰五台斑状二长花岗岩SiO2含量极高，变化范围窄，分离结晶作用形成的可能性较小[19]。中—下地壳在高温低压环境下的部分熔融可能是乌兰五台斑状二长花岗岩岩浆形成的重要机制。

4.2 构造意义

大量研究表明，A型花岗岩的物质成分起源较深，其成因与深断裂的张性活动有着密切关系。最早关于A型花岗岩的研究认为其产于非造山环境，属于碱性和无水特征的花岗质岩石[20]。但是，随着研究的深入，A型花岗岩也可产生于造山后环境[21-22]，与造山后地壳减薄导致的岩浆侵位有很大关系。在R1-R2图解（图10）中，乌兰五台斑状二长花岗岩投点除3个位于同碰撞区外，其余均分布于后造山区内；在A型花岗岩三角判别图解（图11）中，投点分布于A2（后造山）型花岗岩范围内；在花岗岩类构造环境判别图解（图12）中，乌兰五台斑状二长花岗岩样品数据也比较一致地表现出后造山的特征。

尽管在判别图解中显示乌兰五台斑状二长花岗岩属于后造山成因，但考虑到区域上锡林浩特—林西地区同期出现大量后碰撞成因的过铝质花岗岩，不能将本文论述的铝质A型花岗岩简单地归于后造山环境。事实上，铝质A型花岗岩出露面积较小，不能排除其产出位置局部地质背景与整体区域构造背景相悖的情况，如在整体的挤压环境下可以出现局部拉张[25]。乌兰五台铝质A型花岗岩形成背景很可能是后碰撞挤压环境下的局部拉张构造环境，它的出现标志着大规模碰撞造山运动的结束和新的板内构造运动演化阶段的开始。

研究区及周边的构造演化可大体划分为2个阶段：①早阶段，晚古生代西伯利亚古板块与华北古板块碰撞隆升-烈焰-再次碰撞形成了基本构造格架；②晚阶段，中生代时期强烈的陆源活化型构造-岩浆活动。叶栩松等研究表明，锡林浩特—林西一带早石炭世之前就已形成了以奥陶系为代表的加里东褶皱基底，晚石炭世基底打开形成洋盆，出现了具伸展特征的晚石炭世A型花岗岩[3]。随着拉伸的加剧，出现了大量的早二叠世大石寨组细碧岩。本次1∶50 000区域地质调查在锡林浩特毛登牧场地区发现的大石寨组钙碱性系列细碧岩表明，本区在早二叠世处于大陆边缘弧局部烈焰环境[28]。另外，林西地区发现了同期的岛弧拉斑系列细碧岩[29]。这些细碧岩的分布特征可能为兴蒙造山带索伦山—西拉木伦缝合线拉伸-缝合过程提供证据；二叠纪中期发现的古生物群混生现象标志着华北板块和西伯利亚板块直接碰撞的开始[30-31]，得到了大多数学者的认可。这一碰撞造山过程一直持续到三叠纪中期；大多数学者认为三叠纪早—中期磨拉石沉积的出现和铝质花岗岩的出现标志着强烈碰撞造山作用的结束，锡林浩特—林西地区发现的大量早—中三叠纪过铝质S型花岗岩，以及本次工作发现的中三叠纪铝质A型花岗岩给予了很好的证明。

5 结 语

（1）内蒙古乌兰五台斑状二长花岗岩单颗粒锆石U-Pb年龄加权平均值为（231.84±0.99）Ma，所测锆石绝大部分为岩浆成因；其年龄能够代表其形成时代，根据年代地层划分方案，应划归为中三叠世。

（2）乌兰五台斑状二长花岗岩为铝质A型花岗岩。形成背景很可能是后碰撞挤压环境下的局部拉张构造环境，标志着大规模碰撞造山运动的结束和新的板内构造运动演化阶段的开始。

河北省区域地质矿产调查研究所张洁老师、中国地质调查局天津地质调查中心许雅雯老师在岩石薄片鉴定中给出了有益的建议，中国地质调查局天津地质调查中心实验室耿建珍工程师在锆石测年时提供了很多帮助，在此一并致谢。

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