内蒙古敖汉旗大黄花正长花岗岩锆石U-Pb年代学及地球化学特征

李　斌，陈井胜，2，张建伟，李　伟，刘　淼，2.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳004；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春006；.青岛大学环境科学系，山东青岛26607



内蒙古敖汉旗大黄花正长花岗岩锆石U-Pb年代学及地球化学特征

李斌1，陈井胜1，2，张建伟3，李伟1，刘淼1，2
1.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春130061；3.青岛大学环境科学系，山东青岛266071

通过研究大黄花正长花岗岩的锆石U-Pb年代学，结合地球化学特征，探讨其形成时代、岩石成因及其构造背景.大黄花正长花岗岩的同位素测试结果为162.6±1.9 Ma，表明该岩体形成于中侏罗世晚期.该花岗岩主量元素具有高Si、富碱、低P和Ca的特征，微量元素具明显的Eu、Ba、Sr、P、Ti负异常.岩石经历了高分异演化（DI=95.1～95.88），为高分异I型花岗岩.极低的Sr/Yb比值暗示其形成于一个非常低压的熔融环境.结合岩石地球化学、区域地质特征，认为大黄花正长花岗岩是蒙古-鄂霍次克缝合带演化的产物，其形成于碰撞后的伸展环境.

正长花岗岩；锆石U-Pb年代学；地球化学；敖汉旗；内蒙古

0　引言

赤峰地区位于华北地台北缘，处于地台与造山带的交界位置，是成矿的有利地带.矿化现象较多，金属矿产以金、铜、铁、铅锌等多金属为主，非金属矿产为煤、石灰石、萤石等.前人对区内金矿研究程度较高，发现的金矿床主要有金厂沟梁［1-2］、烧锅营子［3-4］、撰山子［5］、二道沟［6］等金矿床，但对于铜矿来说，相对研究较少.笔者在赤峰市敖汉旗地区进行1∶5万区域地质矿产调查工作时新发现了大黄花以铜为主的多金属矿化点，在该地区尚属首次发现.此矿化点产于正长花岗岩体与上石炭统酒局子组的接触部位，其成因与岩体关系密切.研究正长花岗岩岩体对指导本区地表、深部铜矿找矿工作具有重要意义.本文主要研究大黄花正长花岗岩岩体的锆石U-Pb年代学，结合地球化学特征，探讨其形成时代、岩石成因及构造背景，以期为研究华北板块在中侏罗世的构造演化提供资料，为在大兴安岭南段找矿提供线索.

1　地质概况及样品特征

研究区位于内蒙古赤峰市敖汉旗南部，大兴安岭成矿带、赤峰金银多金属成矿带内.大黄花正长花岗岩岩体位于内蒙古敖汉旗大黄花胡同村南，大地构造位置属华北板块北部陆缘增生带，北侧紧邻兴蒙造山带.前人资料❶辽宁地质局第二区域地质测量队.敖汉旗幅1∶20万区域地质矿产报告.1970.❷吉林大学.赤峰市幅1∶25万区域地质调查报告.2012.将其划为二叠纪正长花岗岩的一部分.大黄花正长花岗岩岩体呈不规则状产出，出露面积较小，约9 km2（图1）.岩体侵入中石炭统酒局子组之中，两者接触带附近的蚀变带是成矿的有利部位，可见酒局子组地层的变质砂岩、粉砂岩发育孔雀石化、蓝铜矿化等.张家口组火山岩角度不整合覆盖于岩体和酒局子组地层之上，在岩体内部可见张家口组、义县组火山岩零星出露，角度不整合覆盖于岩体之上.

研究区构造发育，以东西向和北东向为主，东西向构造（赤峰-开原断裂）较早，北东向构造较晚，其中北东向断裂是区内主要的控矿构造，控制了区内矿化带（蚀变带）的分布方向，其独特的构造位置决定了本区具有良好的成矿潜力［7］.

图1　大黄花地区地质简图Fig.1　Simplified geological map of Dahuanghua area

岩石风化面浅肉红色-黄褐色，新鲜面肉红色，半自形粒状结构，块状构造（局部可见岩石发生碎裂岩化），矿物粒径较均匀，粒径1.2～3.0 mm，以中粒为主.主要矿物成分：石英为22%～35%，他形粒状，边缘齿状，波状消光；钾长石55%～64%，半自形宽板状、粒状，成分为条纹长石，见卡氏双晶，表面泥化；斜长石5%～20%，半自形宽板状集合体，堆积分布，聚片双晶纹较细密或宽窄不一，更长石为主，表面模糊，中心强绢云母化；黑云母1%～3%，不规则片状，黄褐色，微弱多色性，强烈铁染.

2　分析方法

样品的破碎和锆石的挑选工作由河北省区域地质调查大队地质实验室完成.镀碳后进行阴极发光扫描电镜显微照相（CL）.锆石的阴极发光图像（图2）采集及打点工作由武汉地质调查中心国土资源部中南矿产监督检测中心完成.

采用锆石激光剥蚀等离子体质谱（LA-ICP-MS）U-Pb同位素对锆石进行数据采集，同时采集锆石微量元素含量.激光剥蚀系统为GeoLas2005，ICP-MS为Agilent 7500a.激光剥蚀过程中采用氦气作为载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合.在等离子体中心气流（Ar+He）中加入了少量氮气，以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度.采用软件ICPMSDataCal对分析数据的离线处理.锆石微量元素含量利用NIST610作为外标、Si作为内标的方法进行定量计算.U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正，每分析5个样品点，分析2次91500.锆石标准91500的U-Th-Pb同位素比值推荐值据文献［8］.锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3［9］完成.

3　分析结果

正长花岗岩样品（PM203-4-4）的锆石U-Pb同位素测年结果见表1.选择了6个样品进行了主量元素、稀土元素和微量元素测定，数据列于表2.

3.1年代学

本研究对采自敖汉旗地区的正长花岗岩样品（PM203-4-4）进行了锆石U-Pb同位素测年，分析结果见表1和图2.样品中的锆石多呈自形或半自形，少量形态不规则，长宽比为2∶1～3∶1，长径介于50～110 μm，CL图像显示锆石生长环带发育（图2），U、Th含量分别为695～2206和609～1500，Th/U比值=0.62～1.03，表明其为岩浆成因锆石.共选取20个点进行测试，由于7个点的谐和度都很高，故舍去.其余13个谐和度较好.其中12个点的206Pb/238U加权平均年龄为162.6± 1.9 Ma，代表正长花岗岩的形成年龄为中侏罗世晚期.

3.2主量元素

该花岗岩主量元素特征较一致（表2），高SiO2含量（76.2%～76.9%），富Na2O（3.92%～3.99%）、K2O （3.93%～4.25%），Na2O/K2O为0.93～1.在SiO2-K2O图解（图3a）中，样品基本落入了高钾钙碱性系列中.Al2O3含量中—低等，A/CNK值（1.12～1.16）较高，属于过铝质花岗岩.相对富铁贫镁，FeOT/MgO=7.29～12.13.分异指数（DI=95.1～95.88）高，显示岩石经历了高分异演化. 在QAP图解（图3b）上样品均落入碱长花岗岩区.结合薄片鉴定，定名为正长花岗岩.

3.3稀土和微量元素

图2　大黄花正长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图、CL图像Fig.2　Zircon CL microscopic images and U-Pb concordia diagram of the Dahuanghua syenogranite

岩石稀土总量较低（表2），∑REE=90.69×10-6～ 139.72×10-6，平均含量119.33×10-6，（La/Yb）N=1.65～ 3.22，（La/Sm）N=3.09～4.17，（Gd/Yb）N=0.85～0.97.在稀土元素球粒陨石标准化配分图解（图4a）上，表现为轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，重稀土分馏不明显；具明显的负Eu异常（δEu=0.09～0.28）及Ce的正异常（δCe=1.39～2.23）；稀土元素配分曲线“四分组效应”明显.在微量元素原始地幔标准化蛛网图（图4b）上，相对富集大离子亲石元素Rb、K、Th等，明显亏损Ba、Sr、P、Ti等.

表1　正长花岗岩锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

图3　大黄花正长花岗岩SiO2-K2O图解和QAP图解Fig.3　SiO2-K2O and QAP diagrams of the Dahuanghua syenogranite

4　讨论

4.1岩体形成时代及其对铜矿化的制约

图4　大黄花正长花岗岩稀土元素配分曲线（a）和微量元素蛛网图（b）Fig.4　Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spidergrams（b）of Dahuanghua syenogranite

通过锆石U-Pb年龄测试，大黄花正长花岗岩的锆石生长环带发育，Th/U比值大于0.4，表明其为岩浆成因锆石.162.6±1.9 Ma代表大黄花正长花岗岩的形成年龄，其形成时代为中侏罗世晚期.前人资料❶辽宁地质局第二区域地质测量队.敖汉旗幅1∶20万区域地质矿产报告.1970.❷吉林大学.赤峰市幅1∶25万区域地质调查报告.2012.将大黄花正长花岗岩被划为二叠纪正长花岗岩岩体的一部分，通过锆石U-Pb年龄测试将其从该岩体中解体出来.除此之外，在本次1∶5万区调中选取的其他两个样品，分别获得中二叠世、早侏罗世晚期的年龄（未发表），表明原“二叠纪正长花岗岩岩体”为形成于不同时代的杂岩.对原“二叠纪正长花岗岩岩体”还需进行详细的岩石学、年代学研究，该岩体还存在进一步解体的可能性.

侏罗纪—白垩纪期间的燕山运动深刻影响着中国广大地区，发生了岩浆-火山活动及大规模成矿作用，岩浆的高度结晶分异有利于铜等在岩浆热液中富集并进一步形成矿床.在稀土元素球粒陨石标准化配分图解上可以看出，大黄花正长花岗岩具有明显的“四分组效应”.具“四分组效应”的花岗岩经常与区内大规模成矿作用关系密切［10］.流体出溶和流体去气作用，改变了体系的物理化学条件，也改变了流体的性质，将非常有利于成矿元素的富集［11］.矿化时间上与各自区内最晚一次花岗质岩浆作用同时或稍晚［12-14］.因此，大黄花铜多金属矿化点的形成可能与岩浆的侵入有密切关系，略晚于大黄花正长花岗岩的形成年龄.这正对应于朝阳-赤峰地区金矿成矿时代的中期（160 Ma）［15］.

4.2花岗岩成因及源区特征

MISA是目前最常用的花岗岩分类方案，角闪石、堇青石、碱性暗色矿物是判断I、S、A型花岗岩的重要矿物学标志［10］.大黄花正长花岗岩不具有上述判别矿物，在岩相学上较难区分其成因类型，因此只能通过地球化学特征探讨其成因类型.然而，当I、S型花岗岩经历高度分异结晶作用之后，其某些地球化学特征与A型花岗岩相似.Eby［16］认为，采用SiO-FeOT/MgO图解，可以有效地将A型花岗岩与分异的其他类型花岗岩区分.但是随着岩浆分异程度的增加，岩浆的FeOT/ MgO比值会逐渐增加，常常会使一些高分异的I型花岗岩落入A型花岗岩的范围［17］.在SiO-FeOT/MgO图解（图5a）上，样品多落入A型花岗岩一侧，只有一个样品落入I、S型花岗岩区域；附近的早侏罗世晚期正长花岗岩落入I、S型花岗岩区域，暗示大黄花正长花岗岩可能不是A型花岗岩.大黄花正长花岗岩稀土元素总量较低，没有表现出Nb、Zr等元素的明显富集；Zr＜250×10-6，Zr+Nb+Ce+Y＜350×10-6，在（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO图解（图5b）上，样品落入高分异花岗岩区域.综上，本文认为大黄花正长花岗岩应为高分异花岗岩，而非A型花岗岩.

尽管这些花岗岩为过铝质，表现出S型花岗岩的特点.但岩石不含堇青石、白云母等矿物；样品Al2O3含量并不高，过铝主要是因为CaO含量（0.11～0.14）较低造成的；岩石Na2O含量、Fe3+/Fe2+比值较高，P2O5含量低（＜0.016），与高分异S型花岗岩明显不同；无Nb、Ta元素的亏损，表明可能无陆壳物质的参与.东北地区中生代花岗岩主要为I型，并以高分异I型为主［18］.因此，笔者认为大黄花正长花岗岩为高分异I型花岗岩.

图5　大黄花正长花岗岩SiO2-FeOT/MgO图解和（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO图解Fig.5　The SiO2-FeOT/MgO and（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO diagrams of Dahuanghua syenogranite

较高的Rb/Sr比值（约为10.5）和明显的Eu负异常，表明岩石经历了强烈的结晶分异作用.所有样品均具有低Sr和强烈的Eu负异常，暗示源区存在大量斜长石的残留；极低的Sr/Yb比值暗示了一个非常低压的熔融环境［19］；低TiO2和P2O5，表明岩浆经历了显著的钛铁矿、磷灰石等矿物的分离结晶作用.

4.3构造背景

图6　大黄花正长花岗岩（Y+Nb）-Rb和Rb/30-Hf-Ta×3图解Fig.6　The（Y+Nb）-Rb and Rb/30-Hf-Ta×3 diagrams of Dahuanghua syenogranite

对冀北-辽西地区中生代的构造背景主要有两种观点，一种认为此时本区受古太平洋板块俯冲作用影响［20-21］；而近些年另一种观点认为本区此时是受蒙古-鄂霍次克构造体系影响［22-24］.对古太平洋板块俯冲开始的时间现多认为是早—中侏罗世［21，25］.有证据表明古太平洋俯冲对冀北-辽西地区的影响有限［23］.目前多认为蒙古-鄂霍次克洋的俯冲延续至三叠纪，对于蒙古-鄂霍次克板块东段碰撞闭合的时间可持续到晚侏罗世—早白垩世［26-27］.本文获得的162 Ma的年龄与冀北-辽西地区蓝旗组火山岩喷发的峰期相吻合，此火山岩形成于与加厚陆壳垮塌阶段相对应的伸展环境［24］，其形成被认为是蒙古-鄂霍次克缝合带演化的产物，而与环太平洋构造体系无关.在（Y+Nb）-Rb 和Rb/30-Hf-Ta×3构造环境判别图解（图6）中，大黄花正长花岗岩全部落于碰撞后花岗岩区.综上所述，大黄花正长花岗岩是蒙古-鄂霍次克缝合带演化的产物，其形成于碰撞后的伸展环境.

5　结论

（1）通过锆石U-Pb定年，确定了大黄花正长花岗岩的形成年龄为162.6±1.9 Ma，为中侏罗世晚期，而非二叠纪.原二叠纪正长花岗岩岩体还存在进一步解体的可能性.

（2）大黄花正长花岗岩具有高Si、富碱、低P和Ca，具明显的Eu、Ba、Sr、P、Ti负异常.岩石稀土元素具有明显的“四分组效应”，经历了高分异演化（DI=95.1～95.88），为高分异I型花岗岩，而非A型花岗岩.

（3）结合岩石地球化学、区域地质特征，大黄花正长花岗岩是蒙古-鄂霍次克缝合带演化的产物，其形成于碰撞后的伸展环境.

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Zircon U-Pb geochronology and geochemistry of the Dahuanghua syenogranite in Aohan Qi, Inner Mongolia

LI Bin1,CHEN Jing-sheng1,2,ZHANG Jian-wei3,LI Wei1,LIU Miao1,2
1.Shenyang Institute of Geology and Mineral resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061, China;3.Department of Environmental Science,Qingdao University,Qingdao 266071,Shandong Province,China

Based on the study ofzircon U-Pb geochronology and geochemistry of the Dahuanghua syenogranite in Aohan Qi, Inner Mongolia,the formation time,petrogenesis and tectonic background are discussed.The result of the zircon U-Pb age by laser ablation ICP-MS technique is 162.6±1.9 Ma,indicating that the Dahuanghua syenogranite is formed in late Middle Jurassic.The major and rare elements are characterized by high Si,rich alkaline and obviously negative Eu,Ba,Sr,P and Ti anomalies.The rock,which experienced a high fractionate evolution（DI=95.1-95.88）,is highly fractionated I-type granite. The low Sr/Yb ratio implies that it was formed in a melting environment with very low pressure.Combining the geochemical and regional geological characteristics,it is suggested that the Dahuanghua syenogranite should be generated in postcollisional extension tectonic setting with the evolution of Mongolian-Okhotsk suture zone.

syenogranite;zircon U-Pb age;geochemistry;Aohan Qi;Inner Mongolia

1671-1947（2016）02-0113-08

P597；P595

A

2015-06-03；

2015-07-06.编辑：李兰英.

中国地质调查局项目“内蒙古1∶5万敖汉旗（K50E011024）、捣格朗营子（K51E011001）、新地（K50E012024）、铁匠营子（K51E012001）幅区域地质矿产调查”（编号12120113053400）和“内蒙古敖汉旗大黄花地区矿产地质调查”（编号12120114055501）.

李斌（1986—），男，硕士，主要从事火成岩岩石学研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//717121767@qq.com