内蒙古突泉—科尔沁右翼中旗地区中生代花岗岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

高 飞，刘永江，温泉波 ，李伟民 ，冯志强，范文亮,汤 超

1.吉林大学地球科学学院，长春 130061 2.东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室，长春 130061 3.太原理工大学矿业工程学院，太原 0300244.长春黄金研究院，长春 1300125.中国地质调查局天津地质调查中心非化石能源矿产实验室，天津 300170

0 引言

突泉—科尔沁右翼中旗地区位于大兴安岭中南段，中生代花岗岩分布较为广泛。近年来前人对大兴安岭中南段中生代花岗岩开展了大量的研究，并取得了许多重要的研究成果。例如对研究区南部几个颇具规模和代表性的花岗质侵入岩体——孟恩陶勒盖岩体、杜尔基岩体进行的花岗岩年代学、岩相学、地球化学以及花岗岩成因等方面的研究[1-5]表明花岗岩的侵位年龄大多集中在(241～213)、(154～148)和(131～116)Ma三个时间段。然而，对于研究区北部宝格吐和马家屯地区的花岗岩年代学、地球化学等方面的研究明显滞后于南部地区，这在某种程度上制约了从整体上对突泉—科右中旗地区区域构造演化、岩浆作用期次和花岗岩成因的认识和分析。鉴于现有地质资料中缺乏对整个突泉—科右中旗地区中生代花岗岩较为系统和完善的研究与论述，笔者拟重新对孟恩陶勒盖岩体、杜尔基岩体、宝格吐岩体和马家屯岩体进行锆石U-Pb年龄的测定和岩相学、地球化学等方面的研究，同时重新梳理本区已有的中生代花岗岩研究成果和资料，划分出该区不同的中生代岩浆作用期次，并建立该区中生代岩浆作用的年代学格架，进而讨论本区不同期次花岗岩可能代表的地质意义，为大兴安岭中南段花岗岩研究提供新的资料和证据。

1 区域地质概况

a据文献[6]修编；b据文献[7]修编。图1 研究区大地构造位置图(a)和研究区地质简图(b)Fig.1 Simplified geological map of the study area(a) and geotectonic units(b) in the study area

突泉—科尔沁右翼中旗地区位于大兴安岭中南段，大地构造上位于兴蒙造山带东段的兴安地块与松嫩地块晚古生代拼合带的南部，其西北部为贺根山—黑河缝合带，南部为西拉木伦河缝合带(图1a)。研究区出露有晚古生代和中生代地层(图1b)，晚古生代地层包括二叠系寿山沟组浅海—滨海相碎屑沉积岩、二叠系大石寨组中酸性火山碎屑岩，中生代地层包括侏罗系满克头鄂博组陆相喷发的中酸性火山碎屑岩、玛尼吐组中酸性火山碎屑岩及白垩系白音高老组浅灰黄色凝灰质砂岩、酸性凝灰岩等[6-10]。区内代表性花岗质侵入岩包括孟恩陶勒盖花岗岩和杜尔基花岗岩等。孟恩陶勒盖花岗岩北部和东部侵入二叠系寿山沟组中，西部被燕山期杜尔基花岗岩侵入，主要岩性为黑云母花岗岩、白云母花岗岩、花岗闪长岩，前人报道该岩体的侵位时代多集中在中—晚三叠世[1,3,11-12]；杜尔基花岗岩出露于孟恩陶勒盖岩体的西部，有部分岩体侵入到孟恩陶勒盖岩体中，其西部被中生代火山碎屑岩所覆盖，主要岩性为黑云母正长花岗岩、二长花岗岩、二长花岗斑岩，根据侵入时代和岩性的不同，前人将杜尔基花岗岩划分为西北部的白垩纪花岗岩体和南部的侏罗纪花岗岩体[4,13]。对于研究区北部的宝格吐嘎查和马家屯地区出露的花岗质岩石前人研究甚少，有限的地质资料[7]表明，这些花岗质岩石在1∶20万地质图上均为燕山早期花岗岩。笔者通过野外观察和样品测试分析，分别将之命名为马家屯岩体和宝格吐岩体。马家屯岩体出露于宝格吐岩体的北部，其西部和南部侵入到二叠系大石寨组中，东部侵入到中生代侏罗系玛尼吐组中，主要岩性为花岗斑岩；宝格吐岩体出露于杜尔基岩体的东北部，岩体西部被中生代侏罗系玛尼吐组所覆盖，东部被中生代侏罗系满克头鄂博组所覆盖，南部侵入到二叠系大石寨组中，主要岩性为花岗闪长岩。研究区西部发育有北东东向展布的锡林浩特—西乌旗—科尔沁右翼中旗晚古生代—早中生代构造岩浆岩带，因此区内岩浆活动作用强烈，中生代花岗岩分布较为广泛；研究区北部的白垩纪花岗质侵入体多呈NE向展布，而南部的三叠纪和侏罗纪花岗质侵入体多呈NW向展布。

2 岩相学特征

孟恩陶勒盖花岗闪长岩样品(15TQ34-1)采于科尔沁右翼中旗的代钦塔拉地区，采样位置：45°13′55″N，121°30′23″E。岩石风化面黄褐色，新鲜面灰白色，具中粒花岗结构，块状构造，矿物成分主要包括斜长石、石英、钾长石等，暗色矿物为黑云母和角闪石。斜长石呈半自形板状，聚片双晶发育，体积分数约40%；石英为他形粒状，体积分数约30%；钾长石呈半自形板状，体积分数约20%；黑云母呈淡棕褐色，片状，体积分数约5%；角闪石体积分数约5%。

杜尔基正长花岗岩样品(15TQ37-2)采于科尔沁右翼中旗杜尔基镇南山，采样位置：45°13′26″N,121°12′46″E。岩石风化面浅肉红色，新鲜面肉红色，具细粒花岗结构，块状构造，矿物成分主要包括钾长石、斜长石、石英和黑云母。钾长石浅肉红色，半自形板状，体积分数40%；斜长石灰白色，半自形板状，体积分数20%；石英灰色，他形粒状，体积分数35%；黑云母呈黑色片状，体积分数5%。

马家屯花岗斑岩样品(15TQ31-2)采于突泉县马家屯东山，采样位置：45°32′15″N,121°12′08″E。岩石风化面浅黄色，新鲜面淡红色，斑状结构，基质微晶-细晶结构，块状构造，斑晶由石英、钾长石和斜长石等组成，暗色矿物为黑云母和角闪石。斑晶中石英灰色，他形，粒状，体积分数为30%；钾长石肉红色，半自形板状，体积分数为40%；斜长石灰白色，半自形板状，体积分数为20%；黑云母呈黑色，片状，体积分数5%；角闪石呈黑色，柱状，体积分数5%。基质由斜长石、石英、钾长石等矿物组成：斜长石灰白色，半自形板状，体积分数为20%；石英灰色，他形，粒状，体积分数为35%；钾长石呈半自形板状，体积分数约40%。副矿物为榍石、磷灰石等。

宝格吐花岗闪长岩样品(16BG-2)采于突泉县宝格吐嘎查南，采样位置：45°25′35″N,121°15′45″E。岩石风化面黄褐色，新鲜面灰白色，中细粒花岗结构，块状构造，矿物成分主要包括斜长石、石英、钾长石等，暗色矿物为黑云母和角闪石。斜长石灰白色，半自形，体积分数35%；石英灰色，他形，粒状，体积分数35%；钾长石肉红色，半自形板状，体积分数20%；黑云母呈黑色，片状，体积分数5%；角闪石呈黑色，柱状，体积分数5%。

3 分析方法

锆石样品的破碎和选样在廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司完成。首先将岩石样品进行粉碎，分选出锆石，在双目镜下挑选出晶形较完好、透明度较高、内部无裂隙具有代表性的锆石进行制靶。锆石制靶后，用阴极发光、透射光、反射光对锆石样品进行了照相。锆石的透射光、反射光、CL 图像采集及U-Pb 测年在东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成。CL图像成像采用英国Gatan公司生产的Mono CL3 +阴极发光装置；锆石定年工作采用的ICP-MS为Agilient公司最新一代的Agilient 7500a (带有Shield Torch) 。其中，激光剥蚀系统为德国MicroLas公司生产的GeoLas200M，该系统由德国Lambda Physik公司的ComPex102Excimer激光器( 工作物质ArF，波长193 nm) 与MicroLas公司的光学系统组成，激光剥蚀方式采用一次性剥蚀完成，激光剥蚀以氦气作为剥蚀物质的载气，斑束直径32 μm，频率为10 Hz，激光能量为90 mJ，每个分析点的气体背景采集时间为20 s，信号采集时间为40 s。具体的测试流程及铅校正方法参见文献[14-16]。同位素比值和年龄的误差( 标准误差) 在1σ水平，后期年龄数据处理及部分图件生成采用Isoplot (ver3.27) 程序完成[17]。

4 锆石U-Pb测年结果

锆石U-Pb测试分析结果见表1，测定数据中同位素比值和年龄的标准误差为1σ，以206Pb/238U加权平均年龄代表岩石成岩年龄。

孟恩陶勒盖岩体的花岗闪长岩样品(15TQ34-1)锆石的阴极发光图像显示，锆石结构简单，多呈半自形—自形晶，晶棱发育，内部结构清晰，发育典型的岩浆振荡环带(图2)，均具有较高的Th/U值(0.0～1.2)(表1)，揭示其具有岩浆成因的特点。对25颗锆石进行测定，其中13颗锆石位于谐和线上及附近，其余部分锆石年龄偏小，推测为锆石表面破碎导致铅丢失造成的，年龄偏大的锆石可能为岩体侵入时的捕获锆石。13个测点获得的206Pb/238U加权平均年龄值为(241.2±2.8)Ma(MSWD=1.8)(图3a)。此年龄代表花岗岩的成岩年龄，表明花岗岩的形成时代应该为中三叠世。

杜尔基镇南部的正长花岗岩样品(15TQ37-2)锆石阴极发光图像显示，锆石呈自形—半自形晶，U、Pb质量分数较高，锆石CL图像清晰，大部分具明显的岩浆震荡环带(图2)，锆石U-Pb测试结果显示Th/U值为0.4～1.0(表1)，说明其为岩浆成因锆石。对25颗锆石进行测定，其中18颗锆石位于谐和线上及附近，其余部分锆石年龄偏小，推测为锆石表面破碎导致铅丢失造成的，年龄偏大的锆石可能为岩体侵入时的捕获锆石。18颗锆石的计算得出的206Pb/238U加权平均年龄值为(148.2±1.0) Ma(MSWD=0.19)(图3b)。表明此花岗岩的形成时代应该为晚侏罗世。

表1 研究区花岗质岩石的锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果

续表1

续表1

图2 研究区样品代表性锆石CL图像Fig.2 CL images ofrepresentative zircon crystals of samples of the study area

a.孟恩陶勒盖花岗闪长岩；b. 杜尔基正长花岗岩；c. 马家屯花岗斑岩；d. 宝格吐花岗闪长岩。n为样品数。图3 研究区花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.3 U-Pb concordian diagrams of granites in research area

马家屯花岗斑岩样品(15TQ31-2)锆石阴极发光图像显示，锆石结构简单呈半自形—自形晶，晶棱发育，内部结构清晰，发育典型的岩浆振荡环带(图2)，Th/U值为0.6～1.3(表1)，揭示其具有岩浆成因的特点。对25颗锆石进行测定，其中19颗锆石位于谐和线上及附近，19颗锆石算得的206Pb/238U加权平均年龄值为(124.6±1.1)Ma(MSWD=0.76)(图3c)。其余部分年龄偏大的锆石可能为岩体侵入时的捕获锆石。表明此样品的形成时代应该为早白垩世。

宝格吐花岗闪长岩样品(16BG-2)锆石多呈自形晶，锆石CL图大多较暗，个别锆石发育明显的岩浆振荡型环带(图2)，数据显示Th/U为0.3～1.0(表1)，说明其为典型岩浆成因锆石。对30颗锆石进行测定，其中19颗锆石位于谐和线上及附近，其余部分锆石年龄偏小，推测为锆石表面破碎导致铅丢失造成的，年龄偏大的锆石可能为岩体侵入时的捕获锆石。19颗锆石计算得出206Pb/238U加权平均年龄为(226.0±1.1)Ma (MSWD=1.02)，此年龄代表花岗岩的成岩年龄(图3d)，表明此样品的形成时代为晚三叠世。

5 讨论

5.1 花岗岩浆作用期次划分

前人对于本区花岗岩岩体开展了阶段性研究：吉林省地质局[7]编制的1∶20万幅地质图显示，位于研究区北部的突泉地区花岗岩形成时代多为燕山早期，而位于研究区南部的科右中旗地区的花岗岩形成时代则集中在早二叠世至早白垩世；江思宏等[12]将位于研究区南部的孟恩陶勒盖花岗岩岩体和杜尔基镇花岗质岩石划分为中三叠世、晚侏罗世和早白垩世3个期次。笔者分别对科右中旗—突泉地区4个比较有代表性的花岗岩侵入岩体的4个样品进行了锆石U-Pb测年，所测样品的锆石U-Pb数据的谐和度均较好，能够代表样品的结晶年龄；同时还收集了包括本文在内的突泉—科右中旗地区以及邻区花岗岩岩体的年龄数据(表2)[9-13]，从而作出大致的锆石U-Pb年龄分布直方图(图4)，并结合前人资料可将研究区花岗岩划分为3期。

图4 突泉—科右中旗及周边地中生代花岗岩年龄数据分布直方图Fig.4 Distribution of the ages of Mesozoic granites data in Tuquan-Keyou region and adjacent area

中—晚三叠世：中三叠世花岗岩锆石U-Pb年龄主要集中在(246.0～237.0)Ma，区内代表性岩体为孟恩陶勒盖岩体，张海华等[11]测得孟恩陶勒盖岩体的黑云母斜长花岗岩的形成时代为(243±2)Ma，笔者在孟恩陶勒盖岩体采集的样品年龄为(241.2±2.8) Ma。晚三叠世花岗岩锆石U-Pb年龄主要集中在(234.0～213.0) Ma，笔者在突泉县宝格吐嘎查地区测得的花岗闪长岩样品年龄为(226.0±1.1)Ma，陈丽丽等[4]测得杜尔基正长花岗岩的侵位年龄为(213.0±1.0)Ma，这两个年龄明显晚于邻近的孟恩陶勒盖岩体的侵位年龄，而且与大兴安岭中部乌兰浩特地区的查干岩体花岗岩体[21]以及小兴安岭清水A型花岗岩体[22]所测得的时代较为接近。

晚侏罗世：花岗岩锆石U-Pb年龄主要集中在(154.0～148.0) Ma，笔者在杜尔基镇南部采集的样品年龄为(148.2±1.0) Ma，这与杨奇荻等[23]报道的大兴安岭中南段晚侏罗世花岗岩年龄较为接近。

早白垩世：根据笔者收集的资料[4,13,20]显示，本区花岗岩锆石U-Pb年龄主要集中在(141.0～121.0)Ma，笔者在马家屯岩体测得花岗斑岩锆石U-Pb年龄为(124.6±1.1)Ma，此年龄与前人[24-25]所报道的大兴安岭中南段早白垩世花岗岩侵位年龄一致。

表2 突泉—科右中旗及周边地区中生代花岗质岩石年龄统计表

综上所述，突泉—科右中旗地区中生代花岗岩浆作用可划分为中—晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世3个期次。突泉—科右中旗地区中生代花岗岩基本代表了大兴安岭中南段中生代花岗岩的年代学格架，这一结果与王忠等[26]认为的大兴安岭中南段中生代火山岩包括晚三叠世、早—中侏罗世、晚侏罗世和早白垩世4个喷发旋回较为接近，并且可以同东部张广才岭—小兴安岭地区中生代花岗岩年代[27-31]作对比。

5.2 中生代花岗岩形成的构造背景及地质意义

大兴安岭地区的中生代岩浆活动在构造上同时受古亚洲洋的闭合、蒙古一鄂霍茨克洋的南向俯冲和太平洋板块的北西向俯冲控制[32-33]。而研究区位于大兴安岭中南段，北部紧邻兴安地块与松嫩地块晚古生代拼合带，南部为西拉木伦河—延吉缝合带，具有较为特殊的地理位置。因此，对本区花岗岩形成的构造背景的讨论就显得尤为重要。

前人对本区中—晚三叠世花岗岩形成的构造背景做了详细的研究。江思宏等[12]研究孟恩陶勒盖岩基的黑云母斜长花岗岩和白云母斜长花岗岩研究表明，其均为富SiO2、富碱、准铝的钙碱性岩石，具有轻稀土分异明显、富集大离子亲石元素(LILE)的特 征，其中Ba、Nb、La、Sr、P、Ti相 对 亏 损，而Rb、Th、K、Ta、Ce、Nd、Hf、Sm、Y和 Yb相对富集,认为孟恩陶勒盖花岗岩形成于印支期的碰撞造山伸展构造环境；宋维民等[5]对科右中旗巨晶正长花岗岩研究表明，主量元素显示高硅、高碱、相对富钾，贫钙、贫镁和低钛、高TFeO/MgO的特征，微量元素具有较高的Zr、Y、Yb质量分数和较低的 Ba、Sr、Eu、Ti质量分数，显示 A 型花岗岩的地球化学特征；而陈丽丽等[4]对杜尔基花岗岩研究认为，杜尔基晚三叠世A型花岗岩指示拉张的构造背景；李锦轶等[34]认为华北板块北缘及邻区广阔区域内的岩浆活动可以划分为早—中三叠世和晚三叠世两期，即在早—中三叠世岩浆活动形成于230 Ma左右和大于230 Ma的侵入岩，这个时期形成的花岗岩很可能源于造山带区加厚地壳的重熔，其形成时的构造背景是以碰撞造山作用演化晚期的区域性挤压为主，标志着碰撞造山的结束；而晚三叠世岩浆活动形成于220 Ma 左右的侵入岩，其形成很可能源于造山带演化晚期岩石圈或山根拆沉、软流圈地幔上侵导致地壳重熔，其动力学背景以造山带演化晚期区域性伸展为主。因此，推测本区中晚三叠世花岗岩则可能属于古亚洲洋闭合造山后岩石圈伸展作用的产物。

突泉—科右中旗地区紧邻松辽盆地南部，高福红等[35]认为松辽盆地南部基底花岗质岩石所显示的岩浆活动包括：晚泥盆世岩浆活动(361 Ma)、早石炭世岩浆活动(319 Ma)、中三叠世岩浆活动(236 Ma)和中侏罗世(164 Ma)岩浆活动。而对于大兴安岭地区而言，其西北侧蒙古—鄂霍茨克洋的闭合时间应发生在中侏罗世[36]。宋维民等[2]研究认为科尔沁右翼中旗地区碱长花岗岩主量元素显示高硅、高碱、相对富 钾，贫钙、贫镁和低钛、高TFeO/MgO 的特征，微量元素具较高的Zr、Y、Yb质量分数和较低的 Ba、Sr、Eu、Ti质量分数，显示A型花岗岩的地球化学特征，是中侏罗世造山后伸展背景下的产物，并与周围花岗岩构成了松辽盆地基底花岗岩的主体。在侏罗世晚期(155～145 Ma),研究区东部的松辽盆地正处于拉伸期，而且兴蒙造山带还发育有花岗岩与双峰式火山岩伴生的岩石组合[37-38]，推测本区晚侏罗世花岗岩可能是蒙古—鄂霍茨克洋闭合后岩石圈伸展作用的产物。

大兴安岭地区早白垩世A型花岗岩大多具有A1型花岗岩的地球化学特征[37-39]。东北地区早白垩世花岗岩形成于岩石圈受太平洋俯冲而大规模减薄、软流圈物质不断上涌的构造背景[40-43]。许文良等[44]研究表明在松辽盆地和大兴安岭地区，131～110 Ma为区域伸展构造背景，该期火山事件是蒙古—鄂霍茨克海造山后伸展和太平洋板块俯冲共同作用的产物。早白垩世花岗岩侵位年龄大都集中在早白垩世晚期阶段,而早白垩世晚期由于古太平洋俯冲方向的改变，包括大兴安岭在内的整个东北地区的构造背景开始由挤压向伸展转换[45]。丛利民等[13]对杜尔基花岗岩地球化学分析结果表明，其属于碱性岩系列，具有高硅、高钾、富碱、过铝和贫铁、镁、钙特征，稀土元素总量平均值为 112.43×10-6，球粒陨石标准化曲线整体平缓右倾，具有 Eu 负异常；微量元素蛛网图解表现为 “W”型形态， 具有明显的 Sr、Ba、Ti 负异常， 反映了强烈的分离结晶作用存在，具有非造山A1型花岗岩特征，并认为杜尔基岩体形成于相对稳定的板内拉张环境。陈丽丽等[4]对杜尔基地区花岗岩研究认为，其属于高钾钙碱性过铝质岩石，整体呈现高硅、高碱、过铝和贫铁、镁、锰以及低磷、钛、钙的特征，并指示拉张的构造背景。因此，推测本区在早白垩世晚期可能进入了板内拉张的构造背景。

6 结论

1)突泉—科右中旗地区孟恩陶勒盖花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为(241.2±2.8) Ma，宝格吐花岗闪长岩锆石U-Pb年龄为(226.0±1.1)Ma，杜尔基正长花岗岩的侵位年龄为(148.2±1.0)Ma，而马家屯花岗斑岩的侵位年龄为(124.6±1.1)Ma。

2)根据中生代花岗岩年龄可以将突泉—科尔沁右翼中旗花岗岩岩浆作用划分为中—晚三叠世、晚侏罗世和早白垩世3个期次。

3)突泉—科右中旗地区中—晚三叠世花岗岩可能属于古亚洲洋闭合造山后岩石圈伸展作用的产物，晚侏罗世花岗岩的形成可能与中侏罗世蒙古—鄂霍茨克洋闭合后岩石圈伸展作用有关，早白垩世花岗岩的形成可能与板内拉张的构造背景有关。

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