内蒙古东部新胜屯地区晚侏罗世A型花岗岩特征与成因

代晓光

(中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州072750)



内蒙古东部新胜屯地区晚侏罗世A型花岗岩特征与成因

代晓光

(中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州072750)

摘要：内蒙古新胜屯地区花岗岩侵入晚侏罗世玛尼吐组及白音高老组火山岩的岩性主要为中粒花岗岩、花岗斑岩及钾长花岗斑岩。在野外地质调查的基础上，通过研究晚侏罗世花岗岩的产出特征、岩石学特征及岩石地球化学特征，发现新胜屯地区花岗岩具有高硅碱富钾和贫镁低钙、TFeO/MgO比值高、碱性及准铝质—过铝质的特征；稀土元素总量高，轻稀土富集，Eu亏损显著，稀土元素配分曲线呈不对称右倾的 “海鸥型”展布；微量元素Zr、Y、Ce及高场强元素Rb、Th、K、Sm、Nd含量高，而Sr、Ba、P、Ti亏损。上述岩体地球化学特征表明岩体属铝质A型花岗岩，形成于非造山期板内拉张的构造环境。

关键词：铝质A型花岗岩；非造山期拉张构造环境；晚侏罗世；内蒙古新胜屯

0引言

大兴安岭地区在中生代岩浆活动强烈，形成大面积的火山岩和众多花岗岩。内蒙古新胜屯地区位于大兴安岭中南段，大地构造上属于内蒙古中部地槽褶皱系东北段。前人曾对乌兰浩特地区(包含新胜屯地区)的中生代花岗岩做过研究(林强等，2004；葛文春等，2005；周漪等，2011;丁卫平等,2013)，但未包含对晚侏罗世花岗岩的研究。因此，在1∶5万新胜屯幅区域矿产地质调查时，根据岩体的产出特征、岩石学及地球化学特征，确定了新生屯地区晚侏罗世花岗岩具有A型花岗岩的特征，并对其成因类型、岩浆岩源区及构造背景进行了讨论。

1地质背景及岩石学特征

新胜屯地区花岗岩主要由新胜屯、巨安屯及白辛林场3个岩株组成(图1)，分别呈北西向不规则状、近南北向长条状展布，出露总面积约70km2。岩石侵入于晚侏罗世玛尼吐组及白音高老组火山岩中，侵入界线较清晰，接触界面多外倾，倾角70°～85°，围岩蚀变主要见有硅化。根据研究区花岗岩的侵入关系及地质特征和1∶20万突泉幅资料(吉林省地质局区域地质调查大队，1976)，认为新胜屯地区花岗岩应归为晚侏罗世。

新胜屯地区花岗岩岩性主要为中粒花岗岩、花岗斑岩及钾长花岗斑岩，在R1-R2分类图解(图2)上，样品投点位于碱性花岗岩区和正长花岗岩区。其中花岗斑岩侵入到中粒花岗岩中，钾长花岗斑岩与花岗斑岩呈过渡关系。各岩石的特征如下。

中粒花岗岩：主要分布在白辛林场岩体，岩石呈浅肉红色、灰白色，似斑状结构，块状构造。矿物成分(图3a)：石英呈他形粒状，粒径2.0～3.0mm，质量分数为30%～35%；钾长石呈半自形、他形粒状，粒径2.0～3.0mm，质量分数为40%～45%；斜长石呈半自形板状，柱长0.5～1.0mm，质量分数为15%～20%；黑云母呈自形片状，质量分数约为5%。岩石具绢云母化、绿泥石化。

钾长花岗斑岩：主要在新胜屯岩体出露，岩石浅红色-浅黄色，斑状结构，块状构造。斑晶以钾长石(图3b)为主，少量石英及斜长石，粒径1.0～4.0mm,质量分数为30%～40%；基质由微细长石、石英及少量黑云母组成。岩石具绢云母化、高岭土化。

图1　新胜屯地区地质略图1-全新统；2-下白垩统梅勒图组；3-上侏罗统白音高老组；4-上侏罗统玛尼吐组；5-早白垩世花岗闪长岩；6-晚侏罗世中粒花岗岩；7-晚侏罗世花岗斑岩；8-晚侏罗世钾长花岗斑岩；9-晚侏罗世花岗闪长岩；10-断层及编号；11-地质界线/相变界线；12-采样点位置Fig.1　Simplified geological map of the Xinshengtun area in Inner Mongolia

图2　R1-R2图解(据De La Rache等，1980)1-厄塞岩 2-碱性辉长岩；3-橄榄辉长岩；4-辉长苏长岩；5-正长辉长岩；6-二长辉长岩；7-辉长岩；8-正长闪长岩；9-二长岩；10-二长闪长岩；11-闪长岩；12-霞石正长岩；13-正长岩；14-石英正长岩；15-石英二长岩；16-英云闪长岩；17-碱性花岗岩；18-正长花岗岩；19-二长花岗岩；20-花岗闪长岩Fig.2　R1-R2 diagram(after De La Rache et al., 1980)

花岗斑岩：该岩石在3个岩体中都有出露，岩石呈灰色、浅黄色，斑状结构，块状构造。斑晶为斜长石(图3c)、钾长石、石英和少量黑云母，质量分数为30%～40%；斜长石呈板状，长约2.0mm；钾长石为条纹长石，粒径0.2～2.0mm；石英多呈浑圆状，粒径0.1～1.0mm；黑云母呈片状, 基质具文象结构。岩石具绢云母化、绿泥石化。

图3　新胜屯花岗岩镜下特征Fig.3　Microscopic characteristics of the Xinshengtun granites(a) P13-b-9-1, crossed polarizer; (b) P14-b-4-1, crossed polarizer; (c) P14-b-8-1, crossed polarizer

2岩石地球化学特征

主量元素分析使用电感耦合等离子体发射光谱仪ICAP-6300；微量元素和稀土元素采用酸溶法制备样品，使用电感耦合等离子体质谱仪XSeries2分析。岩石主量、微量和稀土元素分析结果分别见表1及表2。

表1　新胜屯地区晚侏罗世花岗岩岩石化学成分及参数特征

注：质量分数单位为%；加“*”者为1∶20万突泉幅资料，其他样品数据引自1∶5万新胜屯幅；测试单位：中化地质矿山总局中心实验室

表2　新胜屯地区晚侏罗世花岗岩稀土、微量元素成分及参数特征

注：稀土、微量元素含量单位为g/t；样品数据引自1∶5万新胜屯幅；测试单位：中化地质矿山总局中心实验室

2.1岩石化学特征

新胜屯地区花岗岩SiO2质量分数为71.82%～76.63%，平均值为74.01%；(Na2O+K2O)质量分数为8.24%～9.12%,平均值为8.65%，K2O/Na2O比值多数大于1，平均值为1.20；TFeO/MgO值2.93～23.29，平均值为10.55，较高；CaO质量分数为0.13%～1.01%，平均值为0.55%；MgO质量分数为0.070%～0.57%，平均值为0.27%。新胜屯地区花岗岩与中国花岗岩(邱家骧，1985)和中国A型花岗岩(吴锁平等，2007)及世界A型花岗岩(毕献武等，1999)、乌兰浩特地区A型花岗岩(周漪等，2011)(表1)的主量元素平均值对比，发现岩石总体上表现为高硅、高碱、富钾和贫镁、低钙的A型花岗岩的特征(顾连兴，1990；袁忠信，2001；贾小辉等，2009)。

新胜屯花岗岩的分异指数(DI)为89.06～96.12，平均值为93.25。说明岩石岩浆结晶分异程度较彻底。碱度率(AR)值为2.87～4.64，平均值为3.69，在AR-SiO2关系图解(邱家骧等，1991)(图4)中，样品全部落入碱性岩区。铝饱和指数A/NCK为0.96～1.13，平均值为1.06，在A/NCK-A/NK图解(图5)中，样品落入准铝质—弱过铝质岩石区；CIPW标准矿物中都出现刚玉(C)，因此，新胜屯花岗岩属于铝质花岗岩。

图4　AR-SiO2与碱度关系图(据Wrinht,1969)CA-钙碱性；A-碱性；PA-过碱性Fig.4　AR-SiO2 diagram showing alkalinity(after Wrinht,1969)

图5　A/NCK-A/NK图解Fig.5　A/NCK-A/NK diagram

2.2稀土元素及微量元素特征

新胜屯花岗岩的稀土元素总量(∑REE)较高，为162～167g/t，平均值为164g/t；LREE/HREE比为7.81～11.61，平均值为9.27，显示出新胜屯花岗岩轻稀土富集、重稀土亏损的特点，表明岩石的分馏程度较高；δEu为0.25～0.57，为Eu的负异常，Eu亏损显著；稀土元素配分曲线呈轻稀土富集的不对称右倾的A型花岗岩特有的“海鸥型”展布(顾连兴，1990；吴锁平等，2007)(图6)。

图6　稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图Fig.6　Chondrite-normalized REE patterns

微量元素含量分别为：Rb95.7～175g/t,平均值141g/t；Th10.0～13.5g/t, 平均值12.1g/t；Nb11.3～17.5g/t, 平均值13.7g/t；Zr134～214g/t, 平均值177g/t；Sr60.3～99.5g/t, 平均74.8g/t；Ba273～853g/t, 平均值480g/t；Cr11.2～13.0g/t, 平均值12.1g/t；Ni2.53～6.32g/t, 平均值4.01g/t。元素Rb、Th、Zr、Sr、Ba等的含量范围及平均值与Whalen等(1987)的A型花岗岩相似，显示出高场强元素Zr及大离子亲石元素Rb、Th等含量较高、过渡元素Cr、Ni含量较低的A型花岗岩的特征(苏玉平等，2005；翁望飞等，2011)。在微量元素原始地幔标准化蜘网图(图7)上表现为高场强元素Zr、Y、Ce及Rb、Th、K、Sm、Nd富集、Sr、Ba、P、Ti亏损的特征，显示出岩石的分离结晶作用强烈。

图7　微量元素原始地幔标准化蜘网Fig.7　Primitive mantle normalized spider diagram of trace elements

3岩石成因及其形成的构造背景

3.1岩石成因

新胜屯花岗岩规模不大，以岩体的形式产出，具有A型花岗岩的产出特征(魏春生，2000)，而在岩石地球化学成分上表现为A型花岗岩的特征。在Na2O-K2O成因类型判别图解(图8)中，样品投点全部落在A型花岗岩区；Eby(1990)认为对于高硅(>74%)的A型花岗岩，应利用TFeO/MgO-SiO2图解(图9)来区别其与其他类型花岗岩(李小伟等，2010)。在该判别图解中，除1个花岗岩样品投点落在I型和S型花岗岩岩区外，其余全部落在A型花岗岩区。Rb的平均含量<270g/t，说明岩石不是由高硅的I型花岗岩分异而成(吴福元等，2007；韩振哲等，2009)。结合岩石铝饱和指数1.06(平均值)及A/NCK-A/NK图解(图5)，新胜屯地区花岗岩应属于铝质A型花岗岩。

图8　Na2O-K2O图解(据Collins等，1982)I-I型花岗岩区；S-S型花岗；A-A型花岗岩区Fig.8　Na2O-K2O diagram(after Collins et al., 1982)

图9　TFeO/MgO-SiO2图解(据Eby,1990)I-S-I-S型花岗岩区;A-A型花岗岩区Fig.9　TFeO/MgO-SiO2 diagram(after Eby, 1990)

关于A型花岗岩的成因模式目前还没有统一的认识，主要包括以下几种观点：幔源碱性岩浆分异产生残留的A型花岗质熔体(许保良等，1990；韩宝福等，1997；Pearceetal.，1984；Eby，1990,1992)；幔源拉斑质岩浆极度分异或者底侵的拉斑玄武岩低度部分熔融(Frostetal.，1997)；源自地幔岩石重熔分异形成碱性花岗岩(赵振华等，1996)；幔源碱性岩浆与地壳物质相互作用生成正长岩岩浆源区，正长岩岩浆进一步分异或与地壳物质混染(邱检生等，1996；刘昌实等，2003；Dickin，1994；Litvinovskyetal.，2000，2002)；地幔岩浆底侵加热下地壳岩石熔融(Creaseretal.，1991;Andersonetal.，1992;Ramoetal.，2003);岩石圈地幔的部分熔融(王涛等，2009)；幔源、壳源岩浆的混合作用等(Yangetal.，2006)。新胜屯地区花岗岩Sr、Ba的亏损指出岩石的分离结晶作用强烈；(Rb/Yb)N值为17.23～48.28，远大于1，表明岩石具强不相容元素富集型的特点，反映岩浆熔融程度低，分离结晶强的残余熔体表明岩石可能是幔源碱性岩浆分异产生残留的A型花岗质熔体，具有富集地幔源或交代地幔源的特点。

3.2岩石构造环境

Loiselle等(1979)将A型花岗岩的构造背景定义为“非造山”的张性环境，目前它的范围不仅限于板内裂谷的非造山环境，还包括了造山晚期、造山后期等多种与俯冲有关的构造环境(王德滋等，1995；樊金涛，2001；李小伟等，2010；Eby，1990)。以下从岩体野外地质条件和岩石地球化学特征2个方面对新胜屯地区花岗岩的构造环境进行探讨。

新胜屯、巨安屯及白辛林场3个岩体矿物组成及化学成分均匀，岩体形态在平面呈不规则状及条形，岩体内部未见有定向组构及岩浆面理等主动侵位造成的构造应变，岩体与围岩的接触界面多呈树枝状脉体侵入，这些特征说明岩体应属于构造被动就位。

从岩石化学组分角度，Eby(1992)将A型花岗岩分为A1型(非造山的大陆裂谷或板内环境)和A2型(造山后的陆陆碰撞或岛弧环境)，在Y-Nb-Ce图解(图10)中，样品投点全部落入A1型花岗岩区，说明岩石形成受控于张性构造背景的非造山板内环境。在R1-R2构造环境判别图解(图11)中，样品投点除少数落在造山晚期花岗岩区，大多落在非造山花岗岩区，岩体总体上显示出非造山板内拉张的构造环境。

图10　Y-Nb-Ce图解(据Eby,1992)A1-A1型花岗岩区　A2-A2型花岗岩区Fig.10　Y-Nb-Ce diagram(after Eby, 1992)

图11　R1-R2构造环境判别图解(据Batchelor)1-分异花岗岩；2-消减的活动边缘花岗岩；3-加里东型深熔花岗岩；4-造山期晚期花岗岩；5-非造山花岗岩；6-同碰撞花岗岩；7-造山期后花岗岩Fig.11　R1-R2 diagram discriminating tectonic setting(after Batchelor)

大兴安岭地区在晚侏罗世时受伸展作用引起大规模的火山爆发，而火山爆发又进一步提高了上部地壳的渗透性，为以后的岩浆侵位的形成提供了条件(邵济安等，1999)。晚侏罗世—早白垩世发生了大规模的板内非造山花岗岩侵位，这是岩石圈伸展的重要表现(邵济安等，1998)。本次确定的A型花岗岩时代为晚侏罗世，形成于火山喷发后的张性构造环境，因此它的产出佐证了大兴安岭中南段在晚侏罗世处于伸展作用阶段。

4结论

(1) 新胜屯地区花岗岩形成于晚侏罗世，岩石中未见有碱性暗色矿物，其岩石化学成分具有下列特征：高硅、高碱、富钾和贫镁、低钙，TFeO/MgO比值高，分异指数(DI)、碱度率(AR)及铝饱和指数A/NCK较高，在CIPW标准矿物中都出现有刚玉(C)；稀土元素总量高，轻稀土富集，Eu亏损显著，稀土元素配分曲线呈不对称右倾的“海鸥型”展布；微量元素Zr、Y、Ce及高场强元素Rb、Th、K、Sm、Nd富集，而Sr、Ba、P、Ti亏损等表明岩石属于铝质A型花岗岩。

(2) 岩体的野外地质特征表明新胜屯地区花岗岩为构造被动就位，岩石地球化学图解判定研究区花岗岩形成于非造山期板内拉张构造环境。

(3) 新胜屯地区A型花岗岩的产出，标志着大兴安岭中南段在晚侏罗世处于伸展作用阶段。

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Features and genetic significance of the Late Jurassic A-type granites in the Xinshengtun area of eastern Inner Mongolia

DAI Xiaoguang

(GeologicalInstituteofChinaChemicalGeologyandMineBureau,Zhuozhou072750,Hebei,China)

Abstract：In the Xinshengtun area of Inner Mongolia, the granite intruded volcanic rocks of the Late Jurassic Manitu Formation and Baiyin′gaolao Formation, whose lithology is mainly medium-grained granite, granitic porphyry and K-feldspar granite porphyry. Based on field geological investigation, this work studied the occurrence, petrology features and petrochemical data of the Late Jurassic granite. It is found that the granite in the Xinshengtun area is high in silicon and alkali, rich in potassium, poor in magnesium and calcium, with high ratio of TFeO/MgO, and is alkaline and mtaluminous-peraluminous. The total amount of rare earth elements is great, with enrichment of light rare earth and significant loss of Eu. The REE distribution patterns show an asymmetrical right-dipping seagull type distribution. It is rich in field strength elements of Zr, Y and Ce, and high in Rb, Th, K, Sm and Nd, while Sr, Ba, P and Ti elements are depleted. The above petrogeochemical characteristics indicate that the rock mass is aluminous A-type granite, formed in a extensional tectonic setting within non-orogenic plate.

Keywords：aluminous A-type granite; non-orogenic; extensional tectonic setting; Late Jurassic; Xinshengtun area in Inner Mongolia

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.197

收稿日期：2015-06-03；修回日期：2015-06-23；编辑：陈露

基金项目：内蒙古自治区地质勘查基金项目“内蒙古兴安盟中心屯等四幅1∶5万区域矿产地质调查”(NMKD 2006-06)

作者简介：代晓光(1984—)，男，工程师，资源勘查工程专业，主要从事矿产地质勘查与研究工作，E-mail: 30634168@qq.com

中图分类号：P534.52； P588.12+1

文献标识码：A

文章编号：1674-3636(2016)02-0197-08