内蒙古苏尼特左旗晚石炭世花岗岩地球化学特征及其意义

孙挪亚，张晓芳，辛 顺

(1.中煤地质集团有限公司，北京 100040； 2.华北油田公司勘探开发研究院，河北 任丘 062552)

中亚—蒙古巨型造山带世界上最大规模的增生造山带，它位于西伯利亚、欧洲、塔里木和华北克拉通之间，经历了长期复杂的地质演化，发育了强烈的岩浆作用[1-3]。兴蒙造山带位于中亚—蒙古巨型造山带东部地区，该带经历过多次俯冲、拼贴、碰撞和开合。兴蒙造山带中的二连—贺根山断裂带南侧发育有晚古生代巨型花岗岩带，其演化过程记录了华北板块与西伯利亚板块汇聚、古亚洲洋消亡的历史，是研究两大板块拼接及古亚洲洋最终闭合时限的重要依据[4-5]。

内蒙古苏尼特左旗赛罕高毕地区位于二连—贺根山断裂带之南，该地区发育大量的晚石炭世—侏罗世侵入岩，为研究兴蒙造山带南部岩浆演化、构造格局演变的重要地区之一[6-7]。

本文以2012—2014年完成的“内蒙古1∶5 万隆达格苏木幅(K49E001018)、古巴日亚其因阿曼乌苏幅(K49E001019)、巴彦忙来巴日戈德幅(K49E002018)和崩巴图幅(K49E002019)区域地质矿产调查”项目资料为依据，对赛罕高毕地区发育的晚石炭世花岗闪长岩，结合野外地质特征，通过系统的主微量元素地球化学研究总结其地球化学特征，对其岩石成因及构造背景进行了初步分析，以期为兴蒙造山带华北板块与西伯利亚板块碰撞等大地构造演化历史提供一些新的证据。

1 地质背景

研究区位于内蒙古中北部苏尼特左旗西部，属中蒙边境地区，在大地构造位置上位于华北板块与西伯利亚板块之间，属于兴蒙造山带(图1)，是研究古亚洲洋构造演化的重要部位。研究区大部分被中一新生代沉积所覆盖，出露最老的地层为晚古生代上石炭统本巴图组的砂岩，阿木山组灰岩、生物碎屑灰岩及砂岩，这两个地层被晚石炭世和晚三叠纪花岗岩侵入[8-11]。区内晚石炭世花岗岩主要有细粒闪长岩、中细粒花岗闪长岩、粗中粒花岗闪长岩、中细粒二长花岗岩和中粗粒二长花岗岩(图2)。本文选取粗中粒花岗闪长岩作为研究对象。

图1 研究区大地构造位置图Figure 1 Study area geotectonic setting

图2 研究区地质简图(实测)Figure 2 Study area geological sketch map (measured)

晚石炭世粗中粒花岗闪长岩总体呈北东向带状展布，延伸约10km，地表由多个小侵入体和一个较大的岩基组成。在SPOTS影像图上呈浅灰白色调，亮度高的影像特征。在Ⅱ级解译区中由于蚀变等均显示不同的浅色调，亮度大的圆状、椭圆状地貌，呈大的岩基嵌于层状地质体中，面积数十平方千米，与围岩边界清楚，山脊浑圆状，表面凹凸形地貌，放射状、不规则状水系较发育。岩体侵入石炭系上统本巴图组(图3)及晚石炭世中细粒花岗闪长岩呈渐变式接触关系(图4)，被晚石炭世中细粒二长花岗岩和晚三叠世中细粒似斑状黑云母二长花岗岩侵入。

图3 接触关系素描图Figure 3 Intrusive contact sketch

图4 接触关系素描图Figure 4 Intrusive contact sketch

粗中粒花岗闪长岩普遍具有球形风化，呈浅肉灰色，致密坚硬。块状构造，半自形粒状结构(图5、图6)，主要由斜长石(52%～70%)、钾长石(5%～12%)、石英(20%～28%)、角闪石(1%～15%)及黑云母(1%～10%)组成。

图5 粗中粒花岗闪长岩基岩露头Figure 5 Coarse-medium grained granodiorite outcrop

图6 粗中粒花岗闪长岩半自形粒状结构Figure 6 Hypidiomorphic-granular texture of coarse-medium grained granodiorite

斜长石：呈自形板条状，大小在2.8mm×0.8mm～1.0mm×0.4mm，较大的可达6mm，聚片双晶发育，少见环带结构，个别颗粒见褐红色的钾长石环边，表面不同程度粘土化和钠黝帘石化，蚀变较强，呈土灰褐色。

钾长石：呈它形粒状，大小在1.6～0.5mm 间，负低突起，多具条纹结构，粘土化强烈，其中的斜长石条纹细小，基本无蚀变，较为洁净，和钾长石主晶有明显的区别，钾长石整体呈褐红色。

石英：呈它形粒状，粒径1.0～0.8mm 间不等，干净透明，裂纹较多，填隙于斜长石和钾长石粒间。

角闪石：粒度为3.2×1.0～0.8mm，已绿泥石化和绿帘石化，但角闪石的晶体轮廓还很清晰。

黑云母：岩石中半自形粒状的斜长石紧密嵌生，其粒间分布有它形粒状的石英、钾长石和柱状的角闪石，如少量的鳞片状绿泥石和绿帘石也充填隙于斜长石的粒间孔隙中。

次生矿物：黏土矿物、绿泥石、绿帘石、钠长石、黝帘石。

副矿物主要为磁铁矿、赤褐铁矿、榍石、锆石、磷灰石及绿帘石，少量黄铁矿、金红石、钍石、褐帘石、红帘石。

2 岩石化学、岩石地球化学特征

2.1 主量元素特征

晚石炭世粗中粒花岗闪长岩主量元素分析结果(表1、表2)显示：其SiO2质量分数变化范围较小，为66.70%～80.04%，平均值为69.29%，属酸性岩范围，明显高于黎彤值； Al2O3为11.85%～15.22%，平均值为16.33%；K2O为1.60%～3.32%，平均值为3.05%；Na2O为2.95%～4.64%，平均值为2.97%。CaO为0.24%～3.4%，P2O5为0.04%～0.18%，MgO为0.23%～3.88%，TiO2为0.07%～0.46%。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO低于黎彤值，Al2O3、CaO、Na2O、P2O5低于黎彤值，MgO、K2O略高于黎彤值，岩石具高硅，低铝低钙的特征。

岩石化学K2O+Na2O+CaO

表1 晚石炭世粗中粒花岗闪长岩主量元素分析结果Table 1 Late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite major element analyzed results /%

表2 晚石炭世粗中粒花岗闪长岩岩石化学特征一览表Table 2 Data sheet of late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite rock chemical features

图7 粗中粒花岗闪长岩SiO2-K2O图解Figure 7 SiO2-K2O diagram of coarse-medium grained granodiorite

2.2 微量元素特征

微量元素平均值与陆壳黎彤值、维氏值比较见表3、表4，Cr、Ni、Co、V元素平均含量略高于维氏值，低于陆壳黎彤值，Rb、Sr均低于维氏值和黎彤值，Ba远高于陆壳值和维氏值， Rb/Sr为0.65， K/Rb为838.09， Sr/Ba为1.29，岩石具高钾高钡，低铷的特征；Nb、Ta元素平均含量低于维氏值和黎彤值，Nb/Ta为7.97，介于陆壳比值高于维氏比值之间；Zr元素平均含量低于维氏值和黎彤值，Hf元素平均含量高于维氏值和黎彤值，Zr/Hf为22.33，远低于维氏比值和陆壳比值，岩石相对富Hf；Th、U元素平均含量略低于黎彤值低于维氏值，Th/U为5.11，介于维氏比值和陆壳比值之间；Ga元素含量略低于黎彤值和维氏值，与陆壳值接近。

粗中粒花岗闪长岩岩石/原始地幔比值的蛛网图(图8)，大部分样品具Ba、Ta、Sr、Hf出现相对高值点，相对富集，其中4号样品Ba比值高达近1 000，Rb、Nb、Ti出现相对低值点，相对亏损。

图8 粗中粒花岗闪长岩微量元素蛛网图(标准化数据来自于Sun and McDonough)Figure 8 Spider chart of trace elements in coarse-medium grained granodiorite

表3 晚石炭世粗中粒花岗闪长岩微量元素分析结果表

表4 晚石炭世粗中粒花岗闪长岩微量元素特征一览表Table 4 Data sheet of late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite trace element features

2.3 稀土元素特征

稀土元素成分及含量与黎彤陆壳、洋壳值比较见表5、表6。岩石稀土元素总量ΣREE为72.29×10-6～129.97×10-6，平均值94.08×10-6，低于黎彤洋壳稀土总量106.30×10-6；LREE/HREE为0.81～2.35，平均值为1.58，略低于黎彤洋壳比值，表明轻稀土相对弱富集，重稀土相对亏损；稀土元素配分曲线见图9，为向右缓倾斜，稀土富集型配分曲线为弱负铕异常轻稀土弱富集型配分曲线。

稀土元素的(La/Yb)N=1.41～5.04，平均值3.11，(Ce/Yb)N=1.24～4.08，平均值2.60，表明轻稀土相对较富集；(La/Sm)N=2.12～2.54， (Gd/Yb)N=0.56～1.05，平均值0.88，表明轻稀土、重稀土分馏程度相对较低；δEu=0.34～0.91，平均值0.72，具弱负异常，Eu处具“V”字型浅谷，PM44_01WL1样品Eu处具“V”字型深谷。

图9 粗中粒花岗闪长岩稀土元素配分图(标准化数值取自Sun and McDonough，1989)Figure 9 Partition diagram of REE in coarse-medium grained granodiorite

表5 晚石炭世粗中粒花岗闪长岩稀土元素分析结果表Table 5 Late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite REE analyzed results/×10-6

表6 晚石炭世粗中粒花岗闪长岩稀土元素特征一览表Table 6 Data sheet of late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite REE features

3 岩石成因与构造环境

常量元素比值Na2O/K2O=0.97比值近于1；微量元素Cr、Ni、Co、V等元素含量低于黎彤陆壳值，Rb、Sr、Ba明显高于黎彤陆壳值，轻稀土富集。上述岩石地球化学特征表现为粗中粒花岗闪长岩的物质来源于陆壳[12-15]。

在I型、S型、A型花岗岩类判别图解(图10)中，中细粒花岗闪长岩投影点大部分落入均落在“I”型花岗岩区。

图10 粗中粒花岗闪长岩I型、S型、A型花岗岩判别图解Figure 10 Discrimination diagram of I, S and A typed granite in coarse-medium grained granodiorite

I型花岗岩是壳源岩浆与幔源岩浆混合作用的产物，说明本区花岗岩是壳幔混合作用的结果[16]。

在晚石炭世侵入岩R1-R2因子判别图(图11)中，粗中粒花岗闪长岩样品投点较为集中，样品落入破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩区与地幔斜长花岗岩区界线附近及两侧。

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(S型)花岗岩；⑦造山期后A型花岗岩

在晚石炭世侵入岩Nb-Y判别图解(图12)上，粗中粒花岗闪长岩样品投点落入火山弧花岗岩区附近，部分投点落入同碰撞花岗岩与火山弧花岗岩区界线处。

syn-COLG-同碰撞花岗岩；WPG-板内花岗岩；VAG-火山弧花岗岩；ORG-洋脊花岗岩

综合分析，研究区于晚石炭世时，华北板块与西伯利亚板块开始碰撞。

4 结论

①研究区晚石炭世粗中粒花岗岩为一套高钾钙碱性花岗岩，岩浆经历了较彻底的分异演化，分离结晶程度高。

②稀土元素特征显示，LREE轻度富集，HREE轻度亏损，稀土元素球粒陨石标准化分布型式图形态为右倾型。具中等程度的Eu负异常。

③主微量元素特征以及岩石构造成因类型判别图解显示赛罕高毕地区晚石炭世粗中粒花岗闪长岩为高分异的I型花岗岩，为破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩，指示西伯利亚板块和华北板块在研究区在石炭世开始碰撞。