内蒙古东乌旗盐池北山花岗岩年代学特征及地质意义

2018-01-12刘瑞国刘哲东李世龙

中国煤炭地质 2017年12期

刘瑞国，刘哲东，李世龙

(中煤地质工程总公司，北京 100043)

二连-东乌旗晚古生代构造岩浆岩带位于兴蒙造山带北部，属于西伯利亚板块东南缘陆缘增生带。东乌旗地区在区域上经历了多期次洋壳俯冲及岛弧的拼贴碰撞过程，最终与华北板块北缘造山带碰撞拼贴。区域上广泛发育晚古生代花岗岩，记录了古亚洲洋的闭合及拼贴造山过程。

内蒙古东乌旗位于二连-东乌旗晚古生代构造岩浆带、大兴安岭成矿带西侧。从20世纪80年代对这一地区开展区域地质调查工作开始，前人对这一地区的花岗岩做了大量的研究，通过对带内众多岩体研究，基本建立了岩浆岩带内的演化年代，基本查明了岩浆成因、演化特征。相对而言，盐池北山一带岩体研究相对较弱，且盐池北山一带花岗岩无同位素年龄。在1∶25万区域地质调查东乌珠穆沁幅(修测)中，将盐池北山花岗岩划入印支期花岗岩。前人未对该地区花岗岩体年代学、地球化学特征、岩石成因及形成的构造背景进行相关深入研究。鉴于此，基于2013—2015年在研究区内开展的1∶5万区域地质矿产调查项目，在详细野外调查的基础上，对盐池北山一带花岗岩进行了相关年代学和地球化学特征研究，探讨其成因及形成的地球动力学背景,为白音乌拉-东乌旗晚古生代构造岩浆岩带岩浆作用和构造环境研究提供新的资料。

1 区域地质背景

研究区位于华力西期白音乌拉-东乌旗岩浆岩带与燕山期大兴安岭岩浆岩带的叠加部位，构造岩浆活动强烈，有大规模的中酸性侵入岩深成岩体出露，岩体受NE向区域构造控制，呈NE向带状展布。区内侵入岩总体以酸性岩为主，多呈岩株状产出，展布方向与区域构造一致，早二叠世岩体呈北东-南西向展布，晚侏罗世岩体呈北东向带状分布。在空间分布上，不同时代的侵入岩具群居性。

图1 内蒙古盐池北山地区地质简图Figure 1 Sketched geological map of Yanchi Beishan area, Inner Mongolia

盐池北山花岗岩主要出露于研究区中北部偏西马恁特-巴牙斯图乌拉一带，呈大面积分布的岩基状产出，北东向展布，侵入上石炭统—下二叠统格根敖包组中，与下侏罗统红旗组断层接触。其为一套碱长花岗岩岩石，主要岩石类型有细粒斑状碱长花岗岩(xπχγP1)、细粒碱长花岗岩(xχγP1)、中粒碱长花岗岩(zχγP1)、粗中粒碱长花岗岩(czχγP1)、中粗粒碱长花岗岩(zcχγP1)，属结构演化序列；位于前人所划定的白音乌拉一东乌旗早二叠世碱性-碱长花岗岩带的一部分，该花岗岩带的从二连浩特以北地区到东乌旗呈北东东向平行于二连浩特-贺根山蛇绿岩带展布。

2 岩体岩石学特征

本次工作主要对盐池北山花岗岩体内中粒碱长花岗岩和粗中粒碱长花岗岩进行了取样测试工作。

中粒碱长花岗岩(zχγP1)：主要出露于斯尔崩拉一带。岩体向北东方向延伸，在西部侵入到上石炭统—下二叠统格根敖包组中，岩体与地层岩石接触界线明显(图2)在外接触带上格根敖包组多见强烈的角岩化、堇青石化等蚀变，常形成斑点状砂板岩、(红柱石)黑云母角岩化岩石及堇青石化的岩石等，蚀变带宽约1.5km。岩体中脉岩发育，主要有辉绿岩脉(图3)、辉绿玢岩脉、辉长辉绿岩脉、安山玢岩脉、闪长岩脉及石英脉等。岩体中多见围岩捕虏体(图4)，标志该岩体剥蚀程度较低。岩体中还可见到少量暗色包体，包体岩性为富含黑云母细粒花岗岩。

粗中粒碱长花岗岩(czχγP1)：该侵入体也是区内早二叠世花岗岩岩基的重要组成部分，主要出露于马恁特-扎拉根乌拉一带，呈大面积分布的岩基北东向产出。在西南部侵入到上石炭统—下二叠统格根敖包组中(图5)，在岩体与围岩的外接触带发育不同程度的角岩化，角岩化带宽可达50～100m，内接触带见大量地层捕虏体，岩体不同程度受到捕虏体的混染(图6)，捕虏体主要呈棱角-次棱角状，其与寄主岩石之间界线清晰，捕虏体可见明显暗化的被烘烤的特征。岩石中偶含巨斑和富云包体。

图4 碱长花岗岩岩体中围岩(安山岩)捕虏体特征Figure 4 Country rock (andesite) xenolith features in alkali-feldspar granite rock mass

图5 碱长花岗岩与格根敖包组侵入接触关系特征Figure 5 Intrusive contact relation features of alkali-feldspar granite into Gegen Obo Formation

图6 碱长花岗岩岩相组构特征Figure 6 Alkali-feldspar granite petrographic facies petrofabric features

3 年代地层学特征

根据野外地质特征及地质体之间的侵入关系判断碱长花岗岩成岩时代在晚石炭世之后。为了获得其精确年龄，选择三件样品(P6-8、P7-23及YD2)进行了U-Pb测年。通过透射光、反射光和阴极发光图像选取了无裂纹发育、无包体发晶形、阴极发光特征典型的锆石进行了LA-ICP-MS U-Pb分析。锆石晶体自形程度较高，多呈长柱状，浅黄色-无色透明，锆石粒径多为100～250μm，长宽比为1∶1～1∶2。锆石阴极发光(CL)照片显示(图7)，锆石具明显的岩浆生长震荡环带结构，表明为岩浆锆石结晶的产物。极少数锆石发育有古老锆石的残留核，残留核在CL图像中呈黑色椭圆状。为避免继承锆石对测年的影响，所选测点均位于明显的岩浆环带上。

前人研究表明，不同成因锆石具有不同的Th/U比值，岩浆成因锆石Th/U比值一般大于0.4，变质成因锆石Th/U比值一般小于0.1。在三件样品中Th/U比值分别介于0.33～0.82、0.31～0.84、0.30～0.97，与典型的岩浆锆石特征一致。Th/U为0.73～1.00，也显示了岩浆成因锆石的特征。

对碱长花岗岩样品(P6-8)共分析了25个测点，这些测点均位于岩浆生长环带上，其中有两个测点206Pb/238U表面年龄分别为437Ma和447Ma，可能是岩浆结晶过程中捕获了源岩锆石或与源岩锆石发生反应的结果。剩余的23个测点206Pb/238U表面年龄为249～332Ma，并且206Pb/238U和207Pb/235U谐和性较好，所有测点均集中于一致线及其附近很小的区域内(图8)，表明锆石在形成后U-Pb体系是封闭的，基本没有明显的U或Pb的加入或丢失。谐和图的下交点年龄为283.5±2.1Ma。

对样品(YD2)共分析了26个测点，锆石阴极发光(CL)图片见图9，测点均位于岩浆生长环带上，其206Pb/238U表面年龄在269～284Ma，在锆石U一Pb年龄谐和图中，26粒锆石均分布在谐和线上及附近，谐和年龄见图10，定年结果为277.6±2.5Ma。

对样品(P7-23)分析了25个测点，锆石阴极发光(CL)图片见图11，测点均位于岩浆生长环带上，除一个测点给出206Pb/238U表面年龄348Ma较大外，剩余的24个测点206Pb/238U表面年龄在281～305Ma，谐和图(图12)的下交点年龄为298.7±2.3Ma。

综上所述，277.6±2.5～298.7±2.3Ma为区内碱长花岗岩的成岩年龄，侵位时代为早二叠世。

图7 碱长花岗岩(P6-8)锆石CL图像图8 碱长花岗岩(P6-8)锆石年龄谐和图Figure 7 Alkali-feldspar granite (P6-8) zircon CL images Figure 8 Alkali-feldspar granite (P6-8) zircon age concordia diagram

图9 碱长花岗岩(YD2)锆石CL图像图10 碱长花岗岩(YD2)锆石年龄谐和图Figure 9 Alkali-feldspar granite (YD2) zircon CL images Zircon CL images of alkali-feldspar granite (YD2) Figure 10 Alkali-feldspar granite (YD2) zircon age concordia diagram

图11 碱长花岗岩(P7-23)锆石CL图像图12 碱长花岗岩(P7-23)锆石年龄谐和图 Figure 11 Alkali-feldspar granite (P7-23) zircon CL images Figure 12 Alkali-feldspar granite (P7-23) zircon age concordia diagram

四、岩石地球化学特征

地球化学测试结果显示该花岗岩高ω(SiO2)为71.30%～79.21%；ω(Al2O3)为10.38%～13.44%，平均为74.24%；ω(K2O)为3.69%～4.67%，ω(Na2O)为3.54%～4.59%，富碱ω(K2O+Na2O)为7.23%～9.14%，ω(K2O)/ω(Na2O)为0.99%～1.17%；贫ω(CaO)为0.21%～0.66%，ω(P2O5)为0.04%～0.16%，ω(MgO)为0.29%～0.73%，ω(TiO2)为0.27%～0.62%。里特曼指数δ(43)=1.44～2.94，碱度率指数高AR=4.19～5.31。铝饱和指数A/CNK=0.98～1.06，NK/A=1.06～1.14，为弱过铝质岩石(图13)。

图13 碱长花岗岩A/NK-A/CNK图解Figure 13 Alkali-feldspar granite A/NK-A/CNK diagram

在标准矿物QAP图解(图14)中，全部落入碱长花岗岩及正长花岗岩区域内，在SiO2-K2O变异图解(图15)中，大部分落入高钾碱钙性列区。

1.富石英花岗岩；2.碱长花岗岩；3a.正长花岗岩；3b.二长花岗岩；4.花岗闪长岩；5.英云闪长岩；图14 碱长花岗岩Q-A-P图解Figure 14 Alkali-feldspar granite Q-A-P diagram

实线据Peccerillo and Taylor, 1976;虚线据Middlemost,1985图15 碱长花岗岩SiO2-K2O图Figure 15 Alkali-feldspar granite SiO2-K2O diagram

图16 碱长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化图解Figure 16 Alkali-feldspar granite REE chondrite normalizing diagram

岩石的稀土元素分析结果显示，岩石具有较高的稀土元素总量，∑REE=200.56～316.70×10-6，平均含量为252.52×10-6，∑LREE=183.60～275.01×10-6，平均含量为221.59×10-6，∑HREE=16.95～41.69×10-6，平均含量为30.93×10-6。岩石ω(LREE)/ω(HREE)=6.10～10.83，在岩体稀土元素球粒陨石标准化图解(图16)中，总体曲线表现为轻稀土中等富集的右倾V字配分形式。ω(LaN)/ω(YbN)=5.52～8.83，平均值为6.73，轻重稀土分异较明显。ω(LaN)/ω(SmN)N=2.54～4.25，平均值为3.26，ω(GdN)/ω(YbN)=1.31～1.38，平均值为1.36，表明轻稀土发生了较明显的分馏作用，而重稀土分馏作用不明显。δEu=0.38～0.48，平均值为0.41，具明显的Eu负异常，Eu的亏损可能与斜长石分离结晶作用有关。该组样品6具有基本一致的稀土配分模式，表明其为同源演化序列。原始地幔标准化微量元素蛛网图(图17)显示，碱长花岗岩富集大离子亲石元素(Rb、K)和不相容元素(Th、U、Zr、Hf)，与相邻元素相比，Ba、P、Sr、Ti、Nb、Ta明显亏损。

图17 碱长花岗岩微量元素原始地幔标准化图解Figure 17 Alkali-feldspar granite trace elements primary mantle normalizing diagram

5 讨论

碱长花岗岩主量元素显示出具有高硅、高碱、低铝、低铁镁钙的特征，ω(SiO2)为71.30%～79.21%、ω(Al2O3)为10.38%～13.44%、ω(K2O+Na2O)为7.23%～9.14%(平均为8.51%)。A/CNK为0.98～1.06，反映了弱过铝质高钾钙碱性花岗岩的特点。稀土元素表现为轻稀土富集，分馏较好，重稀土亏损，分馏作用不明显，具负铕异常，δEu为0.38～0.48。上述特征与Eby(1992)提出的A2亚类形成于碰撞后构造环境和非造山的环斑花岗岩和洪大卫等划分的PA型花岗岩特点基本一致。属于不含碱性暗色矿物的偏铝、甚至是弱过铝质的A型花岗岩。

在K2O-Na2O图解(图18)、10000Ga/Al-Zr图解(图19)中，碱长花岗岩所有点均投影在A型花岗岩区域，在Y/Nb-Ce/Nb图解(图21)中，样品落入造山后区(A2区)。R1-R2图解(图20)中碱长花岗岩样品大部分落入造山期后A型花岗岩区，与Y/Nb-Ce/Nb图解显示的信息一致，表明碱长花岗岩可能为造山后伸展体制下岩浆作用的产物，标志着兴蒙造山带晚古生代构造演化处于后造山构造阶段。

图18 碱长花岗岩K2O-Na2O图解Figure 18 Alkali-feldspar granite K2O-Na2O diagram

图19 碱长花岗岩10000Ga/Al-Zr图Figure 19 Alkali-feldspar granite 10000Ga/Al-Zr diagram

鉴于细粒正长花岗岩侵位时代为289Ma～300Ma，该岩体具有碰撞前-同碰撞和大洋岛弧花岗岩特征，且从地层发育情况来看，区域上格根敖包组海陆交互相地层出露范围有限，仅在东乌旗附近有所出露，而缺失早二叠世中、晚期的地层沉积，表明贺根山可能是一个弧后小洋盆，由于古亚洲洋的持续俯冲很快就消失了。扎根乌拉序列碱长花岗岩地球化学特征显示为后造山A型花岗岩的地球化学特征，本次工作认为随着古亚洲洋的向北俯冲，早期形成华力西期白音乌拉-东乌旗大陆边缘弧岩浆岩带，晚期由于俯冲板片后弯，造成深部软流圈上涌和上覆岩石圈地慢的部分熔融，在靠近弧后的地方形成小的贺根山洋盆；而远离俯冲带的内陆由于软流圈上涌带来的热量造成上覆地壳的熔融形成扎根乌拉序列碱长花岗岩。由于缺少同时期广泛的海相沉积地层，本次工作所做锆石的206Pb/238U碱长花岗岩的成岩年龄最早约在277Ma，推测在古亚洲洋的持续俯冲作用下贺根山洋很快夭折，约在277Ma时闭合过程中造成研究区东南侧贺根山蛇绿岩的就位。

①地幔斜长花岗岩；②破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩；③板块碰撞后隆起期花岗岩；④晚造山期花岗岩；⑤非造山区A型花岗岩；⑥同碰撞花岗岩；⑦造山期后A型花岗岩图20 碱长花岗岩R1-R2判别图Figure 20 Alkali-feldspar granite R1-R2 discriminating diagram