内蒙古乌奴尔地区二长花岗岩锆石U-Pb年代学、地球化学特征及地质意义

2018-08-17李利阳龚全德野王赵连科

现代矿业 2018年7期

李利阳陈满龚全德徐桓杨多田野王献喻龙胡旋李强李锋赵连科

(中国人民武装警察部队黄金第四支队)

我国东北地区在大地构造位置上位于西伯利亚板块、华北板块和太平洋板块之间，为中亚造山带的东段并与鄂霍茨克和太平洋构造域的叠加部位。由于古亚洲洋、鄂霍茨克洋和古太平洋三大构造域的叠加，致使东北地区大地构造形迹复杂[1]。相关学者认为，额尔古纳地块与兴安地块之间的缝合带为得尔布干断裂带，但并未见到典型缝合带的相关构造岩石[2-5]。随着对该断裂研究工作的不断深入，大部分学者认为得尔布干断裂是1条具有明显地球物理异常的中生代走滑断裂[6-10]。近年来，在该断裂东南侧发现了存在缝合带的若干相关证据，如新林蛇绿岩、塔源变辉长岩、吉峰—嘎仙—环二库蛇绿混杂岩、头道桥和额尔古纳右旗蓝片岩等，故认为额尔古纳地块与兴安地块最后碰撞拼合的位置应位于新林—喜桂图一线[11-12]。乌奴尔地区位于喜桂图—新林缝合带上，目前，对该缝合带内蛇绿混杂岩的研究程度较高，但由于蛇绿岩定年的局限性，蛇绿岩的定年仅能证明蛇绿岩形成时的环境为大洋，但无法准确确定两块体的拼合时间，因此学术界关于额尔古纳地块与兴安地块的拼合时间仍存在较大争议。本研究通过对乌奴尔地区二长花岗岩的年代学特征及岩石地球化学特征进行研究，为额尔古纳地块与兴安地块的构造演化研究提供依据。

1 区域地质背景

研究区位于大兴安岭北部牙克石乌奴尔地区，喜桂图—新林缝合带从该区穿过，区内古生代地层受喜桂图—新林缝合带控制，呈NE向展布，主要为奥陶纪多宝山组、裸河组，多宝山组主要为一套具有岛弧特征的中酸性火山岩，裸河组为一套具有活动大陆边缘性质的陆缘碎屑岩。区内志留纪地层缺失，泥盆系主要为泥鳅河组和大民山组，泥鳅河组为一套陆缘碎屑岩，大民山组为一套具有岛弧性质的中酸性火山岩与火山碎屑岩互层。中侏罗世以来受鄂霍茨克洋闭合和环太平洋构造域的双重影响，侏罗纪早期NE向断裂复活并形成了一系列受NE向断裂构造控制的火山隆起和火山断(拗)陷盆地，发生了强烈的火山活动。研究区中生代地层主要为满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组。满克头鄂博组主体为一套酸性火山岩，玛尼吐组主体为一套中性火山岩，白音高老组主体为一套酸性火山岩。研究区二长花岗岩侵入于奥陶纪裸河组，被中生代白音高老组覆盖。

2 岩石学特征

乌奴尔地区二长花岗岩主要位于高吉山林场鸡冠山东侧1011高地附近，出露面积为16.1 km2，呈岩株产出，侵入于中上奥陶统裸河组，被下白垩统白音高老组覆盖。岩体主要为细粒二长花岗岩，可见少量中细粒二长花岗岩，风化面灰白色，新鲜面浅肉红色，细粒—中细粒花岗结构，块状构造。岩体主要矿物成分为石英(含量约27%)、斜长石(含量约40%)、钾长石(含量约30%)、黑云母(含量约3%)。斜长石呈宽板状，部分可见聚片双晶，多绢云母化、黝帘石化；钾长石可见卡式双晶，多高岭土化、绢云母化(图1)。

图1 细粒花岗结构

3 年代学特征

本研究对所选的27颗锆石进行了U-Pb测年，锆石阴极发光(CL)图像显示，锆石形态多为长柱状，具有典型的岩浆生长振荡环带和韵律结构，属于岩浆结晶的产物(图2)，锆石粒度多为100～200 μm，柱状晶体长宽比多为1.5～2.0。锆石晶体测定位置需要结合透射光、反射光和CL图像进行选取，以避开锆石晶体中的裂纹和包裹体，选取的分析点均位于明显的岩浆环带部位[13]。27个数据点的w(206Pb)/w(238U)年龄均落于谐和线上或其附近，加权平均值为(457.0±6.5)Ma，MSWD=2.6，该年龄值应代表二长花岗岩的成岩年龄，据此可将二长花岗岩的成岩年龄确定为晚奥陶世。

图2 二长花岗岩阴极发光照片

4 地球化学特征

4.1 主量元素特征

岩体w(SiO2)为71.58%～75.36%，岩石呈现富硅特点，属酸性岩范畴；里特曼指数(σ)为1.44～1.93，平均为1.72，属钙碱性系列岩石；w(Al2O3)为12.92%～14.79%，铝饱和指数(A/CNK)为1.14～1.45，平均为1.31。在侵入岩TAS分类图上(图3)，二长花岗岩均落于Ir线下方，为亚碱性系列。在侵入岩硅钾图(图4)上，显示样品主要投点于高钾钙碱性系列。在A/CNK-A/NK判别图解(图5)中，投点主要落于过铝质区域。可见，岩石具有高硅、富碱、低镁、低钙特征，属过铝质高钾钙碱性系列。

图3 侵入岩系统全碱-硅(TAS)分类图解

图4 岩石系列w(SiO2)-w(K2O)图解

图5 侵入岩A/CNK-A/NK判别图解

4.2 微量元素及稀土元素特征

岩体稀土元素总量较高(w(ΣREE)为(82.21～216.64)×10-6)，w(LREE)/w(HREE)为5.94～9.86。岩体具有一致的右倾型球粒陨石标准化配分模式(图6)，轻、重稀土分馏较强，轻稀土富集、重稀土亏损，轻稀土右倾斜率较陡，重稀土近于平坦，具有中等富Eu异常(δEu为0.49～0.79)。二长花岗岩的微量元素配分曲线特征基本一致(图7)，斜率较陡，强不相容元素富集，显示出岩石整体富集Rb、Th等大离子亲石元素，亏损Ba、Sr以及高场强元素Nb、Ta、Ti，该类特征指示侵入岩的形成可能与板块俯冲有关。

图6 稀土元素球粒陨石标准化分布型式

图7 微量元素原始地幔标准化蛛网图

5 讨论

5.1 岩石成因

研究区二长花岗岩为过铝质(A/CNK为1.14～1.45)，显示变质沉积岩发生部分熔融形成熔体的强过铝质特征。岩体P2O5含量较高，均值为0.12%，随着分异程度的增加，P2O5含量会出现升高的趋势，显示出S型花岗岩的特征。在1 000w(Ga)/w(Al)-w(FeO)/w(MgO)判别图解(图8)中，样品点均落于I & S型花岗岩区域(图8)；在w(Zr)-w(TiO2)判别图解(图9)中，样品点均落于S型花岗岩区域。综合分析认为：研究区二长花岗岩为过铝质S型花岗岩，为壳源物质经过部分熔融、结晶而形成的花岗岩。

5.2 大地构造背景

二长花岗岩的微量元素蛛网图显示富集Rb、Th等大离子亲石元素，亏损Ba、Sr以及高场强元素Nb、Ta、Ti，该类特征反映出研究区侵入岩的形成与俯冲有关。在w(Y+Nb)-w(Rb)图解(图10)与w(Yb+Ta)-w(Rb)图解(图11)中，样品点落于火山弧花岗岩与同碰撞花岗岩两者交界区；在w(Rb)/30-w(Hf)-3w(Ta)图解(图12)中，样品点落于火山弧花岗岩、同碰撞花岗岩、碰撞后花岗岩三者交界区。区域地质资料显示，早奥陶世时期，兴安地块与额尔古纳之间的小洋盆开始向额尔古纳地块下俯冲，形成了多宝山岛弧，随着俯冲的持续，于中晚奥陶世形成了与多宝山岛弧相配套的裸河组弧后盆地[14]；晚奥陶世，俯冲阶段开始向碰撞阶段转换，多宝山岛弧与地块发生了弧陆碰撞，研究区二长花岗岩可能为晚奥陶世时期多宝山岛弧和与额尔古纳地块发生弧陆碰撞，以含岛弧(多宝山岛弧)性质的壳源物质经过熔融、结晶而形成的S型花岗岩。