石尖山花岗岩体的锆石U-Pb年代学意义<br/>——对古亚洲洋闭合时间的制约

石尖山花岗岩体的锆石U-Pb年代学意义
——对古亚洲洋闭合时间的制约

2021-03-18窦国兴

山东国土资源 2021年3期

窦国兴

(中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，河北涿州 072750)

0 引言

在古生代，西伯利亚板块和华北板块之间存在一个庞大的古亚洲洋，古亚洲洋通过板块俯冲而闭合，形成全球最大的古生代造山带——中亚造山带[1]。这里也是全球显生宙地壳垂向增生最显著的地区之一，其演化历史十分复杂，长期以来，古亚洲洋的演化历史一直倍受关注[2]。我国东北地区属中亚造山带的东段，国内外众多学者在该地区开展了广泛而深入的研究，并取得了可喜的成果。本文在内蒙古自治区呼伦贝尔市石尖山等四幅1∶5万区域矿产地质调查、野外剖面观测和室内岩石矿物详细鉴定的基础上，选择代表性的岩石样品，应用激光剥蚀—电感耦合等离子体质谱法，对石尖山花岗岩体进行锆石U-Pb同位素测年，并根据地球化学特征对其成因类型及构造环境进行探讨，为确定其侵位结晶时代和研究该地区古亚洲洋闭合时限提供了新的重要证据[3-4]。

1 地质背景及取样位置

石尖山花岗岩以岩株的形式呈NE向出露地表，长约35km，宽约14km，出露面积约260km2，是该地区规模最大的岩体。其主要岩石类型为灰白色中粗粒、中细粒似斑状黑云母二长花岗岩、浅肉红色细粒二长花岗岩及肉红色细粒正长花岗岩，侵入石炭纪细粒斑状含二云二长花岗岩、浅灰色细粒石英二长闪长岩以及青白口纪佳疙疸组、奥陶纪铜山组中，被上侏罗统满克头鄂博组火山碎屑岩不整合覆盖。

测年样品及地球化学分析样品均取自石尖山花岗岩侵入体不同部位大面积的基岩露头上，具有较好的代表性。各样品采样位置见图1，样品P1取自石尖山南西约6.6km处的中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩，样品P4取自石尖山南西约6.8km处的中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩，样品D5026取自石尖山南西约6.5km处的中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩，样品D1248、P2取自石尖山南西约6.1km处的肉红色细粒正长花岗岩，样品D5017取自石尖山南西约6.2km处的浅肉红色细粒二长花岗岩，岩石样品新鲜，不存在明显的蚀变和构造破碎现象。

1—第四系；2—侏罗系；3—奥陶系；4—青白口纪佳疙疸组；5—中三叠世侵入岩；6—石炭纪侵入岩；7—似斑状黑云母二长花岗岩；8—细粒二长花岗岩；9—正长花岗岩；10—推测/实测断层；11—不整合界线；12—岩相(性)界线；13—采样位置及编号；14—额尔古纳非火山型被动陆缘；15—乌尔其汉火山型被动陆缘；16—东乌珠穆沁旗-扎兰屯火山型被动陆缘；17—研究区位置图1 石尖山花岗岩分布及采样位置图

2 岩石矿物学及地球化学特征

2.1 岩石矿物学特征

灰白色中粗粒、中细粒似斑状黑云母二长花岗岩：似斑状结构，块状构造，斑晶含量约10%，由斜长石、钾长石组成，均呈半自形板状，具轻微高岭土化，其中斜长石局部隐约可见环带构造。基质由斜长石、钾长石、石英和黑云母组成，斜长石呈半自形板状，不规律分布，蚀变同斑晶；钾长石含正长石、正条纹长石，呈半自形板状、宽板状，杂乱分布，具轻微高岭土化，有时交代斜长石；石英呈他形粒状，单晶或集合体填隙状分布于长石粒间，局部粒内具轻波状消光现象；黑云母呈鳞片状、叶片状，零星分布(图2)。

图2 中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩野外照片(a)及镜下鉴定照片(b)

肉红色细粒正长花岗岩：细粒花岗结构，块状构造，岩石由钾长石、石英和少量斜长石、黑云母组成。钾长石含量约为70%，主要为正长石、正条纹长石，呈半自形板状、宽板状，粒度一般0.5～2mm，不规律分布，具轻微高岭土化；石英含量约25%，他形粒状，单晶或集合体填隙状分布于长石粒间，局部粒内具轻波状消光现象；斜长石呈半自形板条状，粒度一般0.4～1.6mm，零星分布，表面较干净，局部轻微绢云母化、高岭土化，少量可见聚片双晶；暗色矿物含量少，主要为黑云母，呈半自形晶，零星分布(图3)。

图3 肉红色细粒正长花岗岩野外照片(a)及镜下鉴定照片(b)

浅肉红色细粒二长花岗岩：细粒花岗结构，块状构造，岩石由斜长石、钾长石、石英和少量黑云母组成。斜长石含量约35%，半自形板状为主，少量他形粒状结构，不规律分布，粒度一般0.2～0.8mm，具高岭土化，表面脏；钾长石含量约40%，主要为正长石，半自形板状—他形粒状，不规律分布，粒度一般0.2～1mm，具高岭土化，表面脏；石英含量约25%，他形粒状，杂乱分布，粒度一般0.2～1.2mm，粒间齿状镶嵌，具波状消光，少量粒内见嵌布长石；黑云母含量少，呈叶片状，零星分布(图4)。

图4 浅肉红色细粒二长花岗岩野外照片(a)及镜下鉴定照片(b)

2.2 岩石地球化学特征

灰白色中粗粒、中细粒似斑状黑云母二长花岗岩：SiO2含量在71.28%～73.81%之间，分异指数DI在84.56～90.21之间，固结指数SI在4.24～7.47之间(表1)，结晶分异程度较高；Al2O3含量在13.59%～13.91%之间，A/CNK在1.005～1.065之间，标准矿物中出现刚玉(C)，含量在0.23%～0.97%之间，A/NK-A/CNK图解(图5)样品落在过铝质花岗岩区；K2O与Na2O含量接近，里特曼指数(σ)在1.97～2.1之间，碱度率AR为2.81～3.12之间，在SiO2-AR岩石类型判别图解(图6)中，样点落入碱性花岗岩区，在K2O-SiO2岩石类型判别图解(图7)中，样品落在高钾钙碱性区；综上所述，该侵入岩属过铝质高钾碱性花岗岩系列。

表1 石尖山花岗岩主量元素分析结果(wt%)

肉红色细粒正长花岗岩：SiO2含量为76.01%～76.95%，分异指数DI为97.17～97.83，固结指数SI为0.86～1.68，结晶分异程度高；Al2O3含量为12.62%～12.97%，A/CNK在1.015～1.045之间，标准矿物中出现刚玉(C)，A/NK-A/CNK图解(图5)，样品落在过铝质花岗岩区；里特曼指数(σ)在2.32～2.51之间，碱度率AR在4.25～5.09之间，在SiO2-AR岩石类型判别图解(图6)中，样点落入碱性花岗岩区，在K2O-SiO2岩石类型判别图解(图7)中，样品落在了高钾钙碱性区；综上所述，该侵入岩属过铝质高钾碱性花岗岩系列。

1—似斑状黑云母二长花岗岩；2—细粒正长花岗岩；3—细粒二长花岗岩图5 石尖山花岗岩A/NK-A/CNK判别图解

1—似斑状黑云母二长花岗岩；2—细粒正长花岗岩；3—细粒二长花岗岩图6 石尖山花岗岩SiO2-AR(碱度率)判别图解

1—似斑状黑云母二长花岗岩；2—细粒正长花岗岩；3—细粒二长花岗岩图7 石尖山花岗岩K2O-SiO2判别图解

浅肉红色细粒二长花岗岩：岩石化学成分中SiO2含量为78.99%，分异指数DI为96.49，为三叠纪花岗岩中结晶分异程度最高；Al2O3含量为11.70%，A/CNK为1.182，标准矿物中出现刚玉(C)，A/NK-A/CNK图解(图5)样品落在过铝质花岗岩区；里特曼指数(σ)为1.58，碱度率AR为2.4，在SiO2-AR岩石类型判别图解(图6)中，样点落入碱性花岗岩区，在K2O-SiO2岩石类型判别图解(图7)中，样品落在高钾钙碱性区；综上所述，该侵入岩属过铝质高钾碱性花岗岩系列。

3 同位素年龄的测定

3.1 实验方法

对石尖山地区花岗岩进行锆石U-Pb同位素测年。将锆石样品和标样91500分别黏在双面胶上，然后用无色透明的环氧树脂固定，待环氧树脂充分固化后抛光至样品露出一个平面。样品测试之前用3%(v/v)的HNO3清洗样品表面，以除去样品表面的污染。激光剥蚀采用的斑束直径为20μm，频率为10Hz，采样方式为单点剥蚀。激光剥蚀系统为德国的MicroLas公司生产的GeoLas200M，ICP-MS为美国Agilent公司生产的Agilent7500a，该仪器独有的屏蔽炬可明显提高分析灵敏度。

为了避开锆石内部可能存在的继承锆石核以及晶体表层可能存在的微裂纹造成铅的淋滤丢失，靶点选在锆石颗粒的近边部，自形生长环带较清晰的部位，以期得到尽可能准确的花岗岩结晶年龄。

3.2 数据分析

对灰白色中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩样品D5026的14粒锆石、肉红色细粒正长花岗岩样品P1的15粒锆石进行激光剥蚀—电感耦合等离子体质谱分析，每粒锆石测试1个测点，共计29个测点测试数据见表2。

表2 内蒙古石尖山花岗岩锆石U-Pb同位素测试分析

D5026样品11个测点给出的206Pb/238U加权平均年龄值为(230.9±2.6)Ma(表2，样品D5026，图8，图9)。有3颗锆石的206Pb/238U年龄值偏离较大，1颗(表2，分析点号4)年龄值为(221.0±5.7)Ma，另1颗(表2，分析点号9)年龄值为(216.0±3.2)Ma，第3颗(表2，分析点号13)年龄值为(249.1±5.1)Ma。

图8 部分锆石样品的阴极发光形态特征、分析点位置、编号及年龄值

图9 石尖山似斑状黑云母二长花岗岩(D5026)锆石U-Pb一致曲线图

P1样品9个测点给出的206Pb/238U加权平均年龄值为(231.5±2.5)Ma(表2，样品P1，图8，图10)。有6颗锆石的206Pb/238U年龄值偏离较大，1颗(表2，分析点号3)年龄值为(213.6±4.2)Ma，第2颗(表2，分析点号6)年龄值为(238.1±4.0)Ma，第3颗(表2，分析点号7)年龄值为(240.5±4.0)Ma，第4颗(表2，分析点号9)年龄值为(243.2±4.1)Ma，第5颗(表2，分析点号12)年龄值为(239.9±4.6)Ma，第6颗(表2，分析点号15)年龄值为(222.6±3.4)Ma。

图10 石尖山正长花岗岩(P1)锆石U-Pb一致曲线图

9颗年龄值偏离较大的锆石没有参与加权平均值计算。2个样品的最终年龄值分别为(230.9±2.6)Ma和(231.5±2.5)Ma，能够代表石尖山花岗岩的结晶成岩年龄。

4 讨论

4.1 石尖山花岗岩形成的成因类型及构造环境

自中元古代以来，古亚洲洋经历了大陆裂解阶段、洋盆扩张阶段、洋壳俯冲消减阶段、强烈碰撞造山阶段以及后造山阶段[7]。并且，由于古亚洲洋自西向东呈“剪刀”式闭合[8]，各演化阶段在不同地区发生的时间存在差异。

本次研究中，笔者通过R1—R2等多种图解(图11—图13)分析，石尖山花岗岩样品主要落在后造山花岗岩区(POG)及大陆碰撞花岗岩(CCG)向后造山花岗岩(POG)过渡的区域，由此说明石尖山花岗岩形成于造山晚期—造山后过渡的拉伸环境。

1—似斑状黑云母二长花岗岩；2—细粒正长花岗岩；3—细粒二长花岗岩；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型花岗岩图11 石尖山花岗岩R1-R2成因分类图解

1—斑状黑云母二长花岗岩；2—细粒正长花岗岩；3—细粒二长花岗岩；IAG—岛弧花岗岩类；CAG—大陆弧花岗岩类；CCG—大陆碰撞花岗岩类；POG—后造山花岗岩类；RRG—与裂谷有关的花岗岩类；CEUG—与大陆的造陆抬升有关的花岗岩图12 石尖山花岗岩构造环境wTFeO/[w(TFeO)+w(MgO)]-SiO2判别图解

1—似斑状黑云母二长花岗岩；2—细粒正长花岗岩；3—细粒二长花岗岩；IAG—岛弧花岗岩类；CAG—大陆弧花岗岩类；CCG—大陆碰撞花岗岩类；POG—后造山期花岗岩类；RRG—与裂谷有关的花岗岩类；CEUG—与大陆的造陆抬升有关的花岗岩图13 石尖山花岗岩构造环境Al2O3-SiO2判别图解

4.2 关于古亚洲洋闭合时间的讨论

一直以来，对于西伯利亚板块和华北板块之间古亚洲洋的闭合时间众说纷纭，众多学者从不同角度分析了古亚洲洋的闭合，主要观点可分为两类：其一，认为中国东北地区古亚洲洋至少从晚石炭世以来就已经闭合[1，6]；其二，认为中国东北地区古亚洲洋闭合于晚二叠世—早三叠世[5,7-27]。

自泥盆纪至早三叠纪[9]，古亚洲洋通过板块俯冲而闭合，形成规模巨大的中亚造山带。由于中亚造山带形成历史长，空间展布巨大，所以不同地区古亚洲洋最终闭合的时间差异较大[17]。

4.3 石尖山花岗岩体时代归属及构造属性

根据本次样品分析测试结果，石尖山花岗岩形成于造山晚期—造山后过渡的拉伸环境；通过对石尖山中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩和肉红色细粒正长花岗岩进行锆石U-Pb测年，获得岩体的结晶成岩年龄分别为(230.4±4.4)Ma和(231.8±4.2)Ma，说明石尖山花岗岩的主体中粗粒似斑状黑云母二长花岗岩和肉红色正长花岗岩形成于中三叠世。由此可见，石尖山地区中三叠世处于造山晚期—造山后过渡的拉伸环境，由此推断，中三叠世时期的石尖山地区古亚洲洋已经完成拼合，最可能的拼合时间为晚二叠世—早三叠世。