大兴安岭中南段查干白旗岩体地质地球化学特征

2021-09-16李伟管育春毛启贵邹滔徐巧杨星

矿产勘查 2021年4期

李伟，管育春，毛启贵，邹滔，徐巧，杨星

（北京矿产地质研究院有限责任公司，北京 100012）

0 引言

查干白旗岩体位于大兴安岭中南段西南端，该区发育大量中生代岩体，前人研究主要集中于规模较大的岩体，如甘珠尔庙地区晚中生代高分异钙碱性I-A过渡型花岗岩体（杨奇荻等,2014），北大山地区早白垩世A2型花岗岩体（管育春等,2017），五十家子地区晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩体（尚永明等,2020），哈力黑坝A型花岗岩体（魏巍等,2021）。查干白旗岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为132～142 Ma，表明其形成时代为早白垩世（张志强等,2017a），但查干白旗岩体地球化学特征、构造背景及岩石成因等方面研究程度较低。本文通过对查干白旗岩体的地质学、地球化学特征等方面进行研究，为进一步认识大兴安岭南段晚中生代时期构造-岩浆大规模活动和探讨该区中生代花岗岩成因机制及构造背景提供依据与线索。

1 区域地质背景

查干白旗岩体大地构造位置位于西伯利亚板块和华北板块之间的中亚造山带东端的兴蒙造山带内（图1a），是古亚洲洋构造域和环太平洋构造域的叠加区域（邵济安和唐克东,2015）。

区域上地层主要出露二叠系大石寨组、哲斯组、林西组地层，为一套浅-微变质火山沉积岩；侏罗系满克头鄂博组、玛尼吐组、新民组地层，为中酸性火山岩及碎屑沉积岩。区域上断裂构造十分发育，以北东向断裂构造为主，北西向及东西向断裂构造次之。大兴安岭中南段经历中生代强烈的岩浆活动，地表2/3面积以上属于火山喷发作用和大规模花岗质岩浆作用形成的大兴安岭岩浆岩带（邵济安等,1999），尤以燕山期大规模中酸性岩浆侵位和喷发活动最为显著（尚永明等,2020），形成的岩体多呈岩株、岩脉或岩基（图1b）。

2 岩体地质特征

查干白旗岩体位于内蒙古自治区赤峰市北部巴林左旗境内，出露面积约23 km2，整体呈北北东向展布（图1c），侵位于二叠系林西组陆相沉积碎屑岩地层及侏罗系新民组沉积碎屑岩、满克头鄂博组火山碎屑岩地层。主体为黑云母花岗岩、黑云母花岗斑岩，约占岩体的50%以上，由边部到中心根据岩性特征划分为：角闪黑云母二长花岗岩、角闪黑云母花岗岩、黑云母花岗斑岩、黑云母花岗岩、含闪长质包体黑云母花岗岩、含伟晶岩黑云母花岗岩。

黑云母花岗斑岩，岩石呈灰白色，斑状结构，块状构造，斑晶由石英、钾长石、黑云母、斜长石组成，含量约35%，基质为微晶结构，含量约65%。石英呈他形粒状，斑晶粒度约0.5～2 mm，含量约10%；黑云母呈片状或鳞片状放射性集合体，粒度约0.5～1 mm，含量约5%；钾长石呈半自形板状，粒度1～2 mm，含量约10%；斜长石呈半自形板状，粒度约0.5～2 mm，斑晶中含量约5%。副矿物有锆石、榍石、磷灰石等。

黑云母花岗岩，岩石呈浅肉红色，具似斑状结构，块状构造，矿物粒径以2 mm为主。条纹长石（58%）呈不规则状及半自形板柱状，具钠长石条纹，泥化蚀变不均匀；石英（30%）呈它形粒状，分布于长石之间；更钠长石呈半自形板柱状，多被钾长石沿边缘交代，含量约占5%；黑云母呈片状，被绿泥石交代，含量约占6%。

含闪长质包体黑云母花岗岩的寄主岩石为黑云母花岗岩（图2）。暗色微粒包体主要呈浑圆状、液滴状、不规则状，具有淬冷边、溶蚀边和环带边。淬冷边主要沿包体与寄主岩的界线分布，其矿物粒度和自形程度均小于包体核部和寄主岩。包体核部可见斜长石呈自形—半自形散状分布于基质中，局部可见斜长石巨晶，斜长石明显受寄主岩的交代蚀变，表明包体早于寄主岩形成。闪长质包体中可见针状磷灰石、磁铁矿等。

图2 查干白旗早白垩世花岗岩野外照片及显微照片

含伟晶岩黑云母花岗岩，伟晶岩为花岗质，多呈壳状、透镜状出露于黑云母花岗岩顶部，该套岩相面积约占岩体的10%。岩石主要表现为巨大石英与钾长石晶体交生，其中石英，烟灰色，自形，六方柱断面，大小约2～8 cm，含量40%；钾长石，肉红色，自形，大小约5～10 cm，含量约60%。伟晶岩透镜体中部石英较多，呈不规则状，向边部钾长石含量逐渐增高，结晶程度较好，向外逐渐过渡为黑云母花岗岩。

3 样品采集与分析方法

所有测试样品均取自查干白旗岩体新鲜露头，采样位置见图1b，样品的编号分别为CDE4053、CDE1161、CDE1042-1、CDE1042-2、CDE1042-3。其中CDE4053为黑云母花岗斑岩，CDE1161为含黄铁矿黑云母花岗斑岩，CDE1042-2为含伟晶岩黑云母花岗岩中的伟晶岩，CDE1042-3为含闪长质包体黑云母花岗岩中的闪长质包体，CDE1042-1为寄主黑云母花岗岩。

主、微量元素的分析测试在核工业北京地质研究院完成，主量元素采用X荧光光谱仪（XRF）。微量元素分析采用电感耦合等离子质谱仪（ICPMS）。详细测试方法流程参考（张志强等,2017b；管育春等,2017；尚永明等,2020）。

4 分析结果

4.1 主量元素特征

查干白旗岩体主量分析结果见表1，微量分析结果见表2。

表1 查干白旗岩体主量元素成分/%

表2 查干白旗岩体微量元素成分/10-6

查干白旗岩体主量元素组成上有以下特征：（1）富硅，SiO2含量在71.04%～77.25%之间，平均值为73.82%，高于中国花岗岩和兴蒙造山带花岗岩平均含量（分别为72.20%和72.73%，史长义等,2005）；（2）低铝，Al2O3含量为12.4%～13.45%，平均值12.81%，A/CNK-A/NK关系图显示样品岩石属于弱过铝质花岗岩（图3a）；（3）富碱，全碱（K2O+Na2O）含量为7.87%～8.16%，平均值8.05%，里特曼指数为1.93～2.21，SiO2-K2O图显示样品多数属于高钾钙碱性系列，少数属于钙碱性系列（图3b）；（4）低CaO、MgO、TiO2、P2O5，其含量平均值分别为0.30%、0.28%、0.18%、0.04%，这一特点同含伟晶岩黑云母花岗岩中伟晶岩成分相比有较高的相似性，可能指示其高度分异演化的特征（邱检生等,2008）。总体上查干白旗岩体是一套具有富硅、富碱、低铝、低钙等特点的岩石组合。

图3 查干白旗岩体A/CNK-A/NK图解（a，底图据Maniard and Piccoli,1989）及SiO2-K2O图解（b，底图据Ewart,1982）

4.2 微量元素特征

查干白旗岩体的∑REE 最高为140×10-6，平均值103×10-6，总体表现为稀土含量较高。其(La/Yb)N比值为3.84～12.73，LREE/HREE=7.69～14.8，显示轻稀土富集特征，具有显著的Eu负异常（δEu=0.17～0.44），表现右缓倾U型稀土配分模式（图4a）。在微量元素原始地幔标准化蜘蛛网图中，查干白旗岩体各岩相不同程度地富集Rb，Th，Pb，Hf等元素，亏损Ba、Sr、P、Ti、Eu等元素。高场强元素Nb、Ta含量相对较低，而Zr、Hf相对富集（图4b）。其Rb/Sr比值为0.98～4.58，Rb/Ba比值为0.3～2.69。

图4 查干白旗岩体的稀土元素配分图（a）及微量元素蜘蛛网图（b）（球粒陨石和原始地幔标准化值引自Sun and Mcdonough,1989）

5 讨论

5.1 花岗岩类型

在查干白旗岩体中部至边部均发现有云英岩化、黄铁矿化、磁铁矿化等蚀变，存在高分异花岗岩的特点（张志强等,2017a）。从岩相学特征看，查干白旗岩体以长石与石英为主要造岩矿物，暗色矿物可见黑云母，并且伟晶岩透镜体中部石英较多，向边部钾长石含量逐渐增高，结晶程度较好，向外逐渐过渡为黑云母花岗岩。亦表明查干白旗岩体经历了高程度结晶分异。该岩体具高的SiO2含量（最高达77.25%）、全碱含量（K2O+Na2O=7.87%～8.16%）和FeOT/MgO比值（1.3～6.6），主要元素以高硅、富碱、低铝为特征，具有Eu负异常，富集高场强元素（如Zr、Hf）和大离子亲石元素（如Rb、Th），而相对亏损Ba、Sr元素，这也表明查干白旗岩体演化程度较高。上述岩石学和地球化学特征显示查干白旗岩体具高分异I型花岗岩特征（Whalen et al.,1987;Eby,1990）。从区域上来看，查干白旗岩体附近的桦杆子沟岩体（张志强等,2017b）为I型花岗岩，土木富洲岩体、花加拉嘎岩体（杨奇荻等,2014）为I-A过渡型花岗岩，同时也出现了一些A型花岗岩报道，如胡都格绍荣岩体（李鹏川等,2016）、北大山岩体（管育春等,2017）、哈力黑坝岩体（魏巍等,2021）、五十家子岩体（尚永明等,2020），可见该区域花岗岩类型的判别出现了多种认识。吴福元等（2007）研究认为高分异的I型花岗岩与A型花岗岩的地球化学特征相似，常使得一些高分异的I 型花岗岩落入A型花岗岩的范围。陈璟元和杨进辉（2015）通过对广东佛冈复式岩体研究，认为花岗岩经过岩浆混合和分离结晶作用后，其地球化学特征已受到晚期流体作用的改造，造成花岗岩类型难以判断。判别花岗岩类型的关键并不是花岗岩本身的地球化学特征，而是花岗岩的母岩浆所具有的初始地球化学特征（陈璟元和杨进辉,2015），因此分析花岗岩源岩的特征极其重要。查干白旗岩相学显示，查干白旗岩体不含有S型花岗岩的特征性矿物，如堇青石、石榴石等富铝质矿物，此外区域上也鲜有S型花岗岩的报道，排除了其来源于变质沉积岩的部分熔融作用（李献华等,2007）。在花岗岩成因类型鉴别过程中，与高分异花岗岩相关的偏铁镁质岩石保留了更多源岩信息，能够更为有效地指示花岗岩的成因类型（李鹏川等,2016）。含黄铁矿黑云母花岗岩具有低1000×Ga/Al值（2.15），指示I型花岗岩成因类型。查干白旗岩体样品的10000×Ga/Al值变化范围较小（2.15～2.6），据Whalen et al.（1987）提出判别A型花岗岩的标准（如10000×Ga/Al>2.6），查干白旗岩体投图落于I型花岗岩区域中，闪长质包体落于I型花岗岩与A型花岗岩的过渡区域（图5a-d）。综上所述，查干白旗花岗岩为高分异的I型花岗岩。

5.2 构造背景

研究区构造演化分为两个阶段，即早阶段晚古生代西伯利亚板块与华北板块碰撞隆升-裂陷-再碰撞，形成了基本构造格架（刘伟等,2003），晚阶段中生代时期强烈的陆缘活化型构造-岩浆活动，发生大规模成矿作用（张永正等,2007）。查干白旗岩体形成于早白垩世，属于造山后向非造山环境的转折阶段，反映了晚中生代岩浆演化的伸展构造背景。查干白旗岩体在Nb-Y和Rb-(Y+Nb)构造环境判别图解中，所有样品均落入碰撞后花岗岩的范围（图5e～f），反映了伸展构造体系下的造山后环境。中生代晚期大兴安岭地区岩石圈深部处于活跃的伸展状态，在软流圈上涌背景下，来自地幔的玄武质岩浆发生底侵作用，导致下地壳部分熔融和地壳隆升（邵济安等,1999）。结合研究区地质背景，认为查干白旗岩体的成因与蒙古-鄂霍茨克洋闭合碰撞后的伸展环境下，幔源岩浆的底侵作用使上覆地壳发生部分熔融作用有关。