内蒙古阿巴嘎旗北部早二叠世碱性花岗岩同位素年代学及其构造意义

2018-08-17霍润斌

现代矿业 2018年7期

鲁敏高源刘博霍润斌冯欣

(中国人民武装警察部队黄金第四支队)

西伯利亚板块东南缘兴蒙造山带中东部广泛发育的晚古生代花岗岩，记录了古亚洲洋的关闭及拼合造山的过程，备受广大地质学者的关注。目前，学术界关于碰撞缝合时间主要有2种观点：一是缝合时间为晚二叠世[1]；另一种为缝合时间可能在晚泥盆世[2-4]。本研究在内蒙古阿巴嘎旗北部发现了锆石U-Pb年龄为318 Ma的晚石炭世高分异I型黑云母二长花岗岩及锆石U-Pb年龄为278～299 Ma的早二叠世碱性A型花岗岩，认为晚石炭世为陆缘弧背景、早二叠世为造山后阶段的地质演化历史。本研究结合地质调查成果，通过对阿巴嘎旗北部碱性花岗岩开展锆石U-Pb年代学、演示地球化学及Rb-Sr同位素分析，探讨该地区古生代岩浆活动的时代、成因及构造背景，进一步为兴蒙造山带地质演化和地壳增生的研究提供可靠依据。

1 区域地质背景及岩相学特征

研究区古生代大地构造位置位于二连—贺根山缝合带以北，西伯利亚板块东南缘大陆边缘[5-6]。区内晚古生代岩浆活动十分发育，主要为酸性岩及碱性岩类，其分布受区域构造控制而呈NE向，时代主要集中于晚石炭世—早二叠世。区内晚石炭世花岗岩为高分异I型黑云母二长花岗岩，地球化学特征指示其形成于陆缘弧环境，为与板块俯冲有关的侵入岩[7]；早二叠世碱性花岗岩为A2型花岗岩，地球化学特征指示其形成于造山后伸展环境，为造山后阶段地壳大规模增生的产物。早二叠世碱性花岗岩主要呈NE向带状展布，分布广泛，面积约52.06 km2，侵入上石炭统宝力高庙组。碱性花岗岩风化面多呈土黄色，新鲜面呈浅红色、棕红色，中细粒花岗结构、文象结构，块状构造。副矿物主要为磁铁矿、钛铁矿、赤褐铁矿和锆石。电子探针数据显示角闪石多属于钠-钙角闪石组及碱质闪石组，表明其具有碱性特征。

2 地球化学特征

碱性花岗岩具有高SiO2(w(SiO2)为73.42%～76.79%)，富碱(w(K2O+Na2O)为8.41%～9.16%)，贫MgO(w(MgO)为0.06%～0.23%)、CaO(w(CaO)为0.04%～0.50%)的特征，铝饱和指数A/CNK为0.84～0.98，属过碱质岩石。掩饰分异指数(DI)为88.55～93.22，平均为91.27，固结指数(SI)为0.47～1.81，平均为0.91，表明岩浆分异程度较高。岩体w(K2O)/w(Na2O)平均值为1.36，w(Na2O)平均值(3.85%)明显高于S型花岗岩(w(Na2O)平均为2.81%)。CaO含量平均为0.15%，显著低于典型I型长英质花岗岩(w(Na2O)平均值大于3.7%)。岩体中P2O5含量低，平均为0.034%，低于S型花岗岩(w(P2O5)平均为0.14%)。岩体在Wright SiO2-AR图解中主要落于碱质岩区。

稀土元素总量w(ΣREE)平均为219.03×10-6，含量较高，w(LREE)/w(HREE)平均为3.59，(La/Yb)N平均为2.56，(La/Sm)N平均为2.10，(Gd/Yb)N平均为0.95，δEu平均为0.29，稀土配分模式为右倾“海鸥”型，轻稀土分馏程度较高，重稀土基本不分馏，Eu具有深“V”谷型曲线，属轻稀土富集型和分异型。岩体总体富集大离子亲石元素K、Rb和高场强元素Th、Zr、Hf等，亏损大离子亲石元素Ba、Sr、Eu及高场强元素Nb、P、Ti等，显著的Ba、Sr、P、Ti负异常表明岩浆源区有大量斜长石和金红石残留，岩浆结晶分异作用强烈。岩体兼具改造型和同熔型花岗岩的特点，其w(Nb)/w(Ta)值接近地壳平均值(11.4)，但与地幔平均值(60)差距大。总体上微量元素反映了岩体物质来源以壳源为主，混有幔源物质。

3 年代学特征

(1)U-Pb年龄。本研究测年采用单颗粒锆石激光剥蚀法，测年样品锆石呈浑圆状或半自形—自形短柱状，多数锆石可观察到清晰的韵律环带结构。PM201-2U-Pb岩体样品的w(206Pb)/w(238U)表观年龄为(284±3)～(322±4)Ma，其加权平均年龄为(298.3±3.5)Ma。U/Pb20150001岩体样品的w(206Pb)/w(238U)表观年龄为(278±5)～(307±10)Ma，加权平均年龄为(288.4±2.8)Ma。综合分析可知：研究区碱性花岗岩的形成时代为早二叠世。

(2)Rb-Sr等时线年龄。碱性花岗岩w(87Rb)/w(86Sr)为11.55～85.75，w(87Sr)/w(86Sr)为0.753 09～1.055 51。计算碱性花岗岩Rb-Sr等时线可得(w(87Sr)/w(86Sr))i为0.7025，较接近于地幔Sr同位素w(87Sr)/w(86Sr)平均值(0.704)，与大陆地壳Sr同位素w(87Sr)/w(86Sr)平均值(0.719)相差较大。早二叠世碱性花岗岩为A2型花岗岩，符合幔源源区特征，等时线年龄为(284.4±9.6)Ma，与其U-Pb测年结果相符。

4 讨论

研究区出露中下泥盆统泥鳅河组和上石炭统宝力高庙组，缺失晚泥盆世—早石炭世地层记录，与区域上二连—东乌旗一带地层相似。研究区地质调查显示[8-12]，区内泥盆系泥鳅河组为一套滨浅海沉积，岩性主要为长石岩屑砂岩、浅变质复成分砾岩，含有大量腕足、珊瑚、苔藓虫等化石。宝力高庙组主要为一套陆相火山—沉积建造，含有丰富的植物化石。泥鳅河组和宝力高庙组在沉积环境和构造样式上均有显著区别，指示了两者之间存在一次重大的构造事件[13-18]。区内出露的晚石炭世黑云母二长花岗岩(318 Ma)总体富集大离子亲石元素K、Rb和高场强元素Th、U，亏损Ba、Ta、Sr、P、Ti，在构造判别图解中均落于碰撞背景区域，指示其形成于陆缘弧构造环境。前人根据在贺根山蛇绿岩套顶部的硅质岩中发现的珊瑚化石和放射虫化石，将贺根山蛇绿岩的形成时代定为晚泥盆世—早石炭世[1]。本研究通过对早二叠世碱性花岗岩的研究，认为早石炭世贺根山洋盆开始向北俯冲进入消减阶段，晚石炭世华北板块与锡林浩特地块之间发生对接，区域上岩浆活动规模达到最强，至早二叠世碰撞结束进入造山后伸展阶段，形成了区域上广泛分布的碱性花岗岩。

研究区碱性花岗岩电子探针测试数据显示，角闪石为碱性角闪石，且在中粒文象碱性花岗岩人工重砂样品中发现了霓辉石、钛辉石矿物。碱性花岗岩以P2O5含量0.03%(小于0.14%)和Na2O含量3.88%(大于2.81%)区别于高分异的S型花岗岩。样品在w(Nb)-w(Y)-3w(Ga)三角图解(图1)和w(Nb)-w(Y)-w(Ce)图解中(图2)，均位于A2型造山后花岗岩区域。在花岗岩w(Y+Nb)-w(Rb)图解(图3)和w(Yb+Ta)-w(Rb)构造判别图解(图4)中，除少数样品外，均落入WPG板内花岗岩区。在w(SiO2)-w(TFeO)/w(TFeO+MgO)构造环境图解上(图5)，除少数样品外，均分布于造山期后花岗岩区域。在R1-R2构造环境判别图解(图6)中，样品集中分布于造山期后花岗岩区域。综合分析表明：早二叠世侵入岩形成于造山期后的拉张伸展环境。

图1 碱性花岗岩w(Nb)-w(Y)-3w(Ga)图解

综上所述：研究区碱性花岗岩为造山后拉张伸展环境岩浆作用的产物，指示区域上华北与西伯利亚碰撞结束，由俯冲、碰撞造山的挤压转向拉张伸展时期。

图2 碱性花岗岩w(Nb)-w(Y)-w(Ce)图解

图3 碱性花岗岩w(Y+Nb)-w(Rb)图解

图4 碱性花岗岩w(Yb+Ta)-w(Rb)图解；

图5 碱性花岗岩w(SiO2)-w(TFeO)/w(TFeO+MgO)图解

5 结论

(1)阿巴嘎旗北部碱性花岗岩含霓石、霓辉石、碱性角闪石等碱性暗色矿物，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为299～278 Ma，属早二叠世。

(2)研究区碱性花岗岩具有高硅、富碱、贫镁、钙的特征，属过碱质碱性岩系列；轻重稀土分馏较明显，轻稀土分馏程度较高，重稀土基本不分馏，Eu具有深“V”谷型曲线，稀土配分曲线图呈典型的“飞翔海鸥”型；富集大离子亲石元素K、Rb和高场强元素Th、Zr、Hf等，亏损大离子亲石元素Ba、Sr、Eu及高场强元素Nb、P、Ti等，表明岩浆源区有大量斜长石和金红石残留，岩浆结晶分异作用强烈。