内蒙古乌兰乌台花岗闪长岩U-Pb年龄、地球化学特征及地质意义

程天赦，杨文静，张学斌，吴荣泽，周长红

(天津市地质调查研究院，天津 300191)

0 引 言

内蒙古乌兰乌台花岗闪长岩位于兴蒙造山系内蒙古中部弧盆系锡林浩特岩浆弧中段。前人对兴蒙造山带中生代构造演化研究较多[1-5]，陈斌等认为华北板块与西伯利亚板块的最终碰撞发生在230～310 Ma之间[1]；石玉若等认为兴蒙造山带在三叠纪开始就已经发生了大规模的造山后伸展作用[3]；叶栩松等认为兴蒙造山带是一个多期旋回的过程[5]。前人对兴蒙造山带古生代大地构造环境特征的研究较少。

乌兰乌台花岗闪长岩位于西乌珠穆沁旗吉仁高勒乌兰乌台一带，马秀等称其为花岗闪长岩，将其归为华力西晚期中酸性侵入岩(1)内蒙古自治区区域地质测量队.毛登幅1/20万地质图与说明书.1976.② 内蒙古自治区地质调查院.朝克乌拉幅1/25万地质图与说明书.2008.；鞠文信等研究将其划归为中二叠世岩浆产物②。本次1:5万区域地质调查工作发现岩石具CPG(含堇青石过铝质花岗岩类)特征，其单颗粒锆石U-Pb年龄为(384.8±5.1)Ma，属于晚泥盆世岩浆活动产物。笔者通过岩石矿物学、地球化学特征及区域地质资料，探讨晚泥盆世该区大地构造环境特征。

1 区域地质背景

研究区内侵入岩较发育(图1)，其侵入时代主要有泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪及白垩纪。随着西伯利亚与华北两大板块的碰撞拼接及古亚洲洋的闭合，区内最早的一次岩浆活动为中、晚泥盆世汇聚机制下富水的岛弧拉斑玄武质岩浆沿古陆壳边缘断裂带热侵位，形成的石英闪长岩-花岗闪长岩侵位于研究区乌和日楚鲁、乌兰乌台一带，为大陆边缘弧近陆一侧岩浆活动的产物。早、晚石炭世形成闪长岩-花岗闪长岩-二长花岗岩组合，侵位于研究区北部扎布吉架子及南部苏荣温都尔一带，并表现有少量海陆交互相及陆相沉积。因此，研究区中、晚泥盆世至石炭纪不仅存在洋-陆碰撞造山，而且也发生过陆-陆碰撞造山过程。

图1 内蒙古大地构造分区及工作区位置Fig.1 Tectonic division of Inner Mongolia and location of the study area

2 岩石学、矿物学特征

乌兰乌台花岗闪长岩由4个侵入体组成，呈近北东—南西向出露(图2)，出露面积共13.95 km2。岩性较为单一，主要为中细粒花岗闪长岩。岩石风化强烈，地势较为平坦，地貌多为低山丘陵，岩石出露较差，岩体多被第四系、草原覆盖，局部见陡坎状露头。岩体西侧被上石炭统本巴图组地层大面积不整合覆盖，北侧及中部局部被下白垩统白音高老组火山碎屑岩不整合覆盖，南侧被晚三叠世二长花岗岩呈岩枝状、脉状侵入。岩体中见花岗斑岩脉出露，主要呈北东向、北西向展布。岩体中局部可见闪长岩捕虏体，捕虏体呈岩块、角砾状，捕虏体与岩体接触边界可见同化混染现象。岩体出露较破碎，劈理、片理发育，后期热液沿破碎带发生绿帘石化、绿泥石化、硅化、褐铁矿化等蚀变。

图2 乌兰乌台花岗闪长岩地质概图(实测)Fig.2 Sketch of the granodiorite in Wulanwutai1.第四系坡洪积物；2.宝格达乌拉组；3.白音高老组流纹质熔结凝灰岩；4.哲斯组；5.大石寨组；6.寿山沟组；7.本巴图组；8.晚三叠世中细粒二长花岗岩；9.晚三叠世中粗粒花岗岩；10.中三叠世花岗斑岩；11.中三叠世斑状花岗岩；12.中三叠世中粗粒二长花岗岩；13.晚二叠世闪长岩；14.晚石炭世闪长岩；15.晚泥盆世花岗闪长岩；16.采样位置及编号

实验室详细岩矿鉴定定名为中细粒花岗闪长岩，与野外定名一致。岩石呈细粒半自形粒状结构，块状构造，其显微结构如图3所示。岩石主要由斜长石、钾长石、石英组成，其含量分别为55%、10%、20%，并含少量黑云母、角闪石。斜长石呈半自形板状，杂乱分布，粒度一般为0.2～2.0 mm，部分2.0～4.6 mm，高岭土化、绢云母化明显，有的隐约可见环带。斜长石粒内聚片双晶发育，为中长石。钾长石呈它形粒状，为正(条纹)长石，填隙状分布，粒度一般5.0～5.5 mm，少数0.5～2.0 mm，轻高岭土化，交代斜长石，内含斜长石、黑云母包体。石英呈它形粒状，似填隙状分布于长石间，粒度一般为2～5 mm，少数为0.2～2.0 mm，另外少数为5.0～6.2 mm，具轻微碎裂、波状消光、变形纹等受力现象。黑云母呈片状，片径0.1～2.5 mm，杂乱分布，多色性明显。角闪石呈半自形柱粒状，粒度0.02～1.00 mm，零散分布，多色性明显，阳起石化明显，局部被黑云母交代。岩内见一细粒黑云闪长岩包体，与中细粒花岗闪长岩的界限不明确，主要由斜长石、黑云母组成。岩内多见被绢云母充填的裂纹。副矿物组合属锆石-钛铁矿-磷灰石型，此外还含少量独居石、磁铁矿。

图3 花岗闪长岩显微结构(正交偏光，半自形粒状结构)Fig.3 Photos showing the microstructure of the granodiorite (XPL)Kfs.钾长石；Pl.斜长石；Qtz.石英；Am.角闪石；Bt.黑云母

3 样品采集与分析测试

本次用于锆石U-Pb定年的样品1件(WGHS.37)，用于岩石地球化学分析的样品2件(A01、A02)，样品均较新鲜。花岗闪长岩锆石测年样品采集位置为东经116°56′45″，北纬44°20′37″。

锆石单矿物分离由河北省廊坊区域地质调查研究所完成，阴极发光(CL)测试由中国科学院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室完成。锆石U-Pb同位素定年在自然资源部天津地质矿产研究所利用LA-ICP-MS分析完成。激光剥蚀系统为美国NewWave公司生产的UP193FX型193nm ArF准分子系统，激光器来自德国ATL公司，ICP-MS为Agilient 7500a型质谱仪。激光器波长为193 nm，脉冲宽度<4 ns，实验的激光束斑直径为35 μm，采用91500和Plešovice作为标样，NISTSRM 610对仪器进行最佳化控制，91500作为定年外标，Plešovice作为监控标样。样品的同位素比值及元素含量计算采用GLITTER-ver 4.0(Macquarie University)程序，普通铅校正采用Anderson提出的ComPbCorr#3.17校正程序，U-Pb谐和图、年龄分布频率图绘制和年龄加权平均计算使用Isoplot/Ex_ver.3程序完成。详细测试与数据处理流程见Liu等[6-8]。

岩石地球化学分析样品采集位置见图2。样品由河北省区域地质矿产调查研究所实验室分析。主量元素测试采用XRF荧光测试法完成，测试误差小于2%；稀土和微量元素测试采用等离子体质谱(ICP-MS)法，测定精度优于5%。

4 分析结果

4.1 LA-ICP-MS 锆石U-Pb年龄

本次研究对乌兰乌台花岗闪长岩样品(WGHS.37)进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb同位素分析，对样品进行了20个点测试分析。阴极发光(CL)图像(图4)显示，其颗粒大小不一，变化范围为96 μm×205 μm～95 μm×325 μm，长宽比值为2:1～3:1。所测锆石颗粒大多呈长柱状自形晶，锆石颗粒的边缘地带均可观察到清晰的韵律环带结构，所有锆石的Th/U值均大于0.1(Th/U=0.28～0.59)(表1)。因此，所测锆石均属岩浆成因。

图4 乌兰乌台花岗闪长岩锆石阴极发光图像(CL)及分析点位和年龄Fig.4 Cathodoluminescence images and analysis spots of zircons from the Wulanwutai granodiorite sample

锆石样品测试结果(表1)显示，4个测试点数据(点2，(408.2±5.5)Ma；点7，(423.0±4.1)Ma；点15，(431.5±4.6)Ma；点19，(401.5±4.8)Ma)偏离谐和线，其余16个点数据均在谐和线上或其附近，其加权平均年龄值为(384.8±5.1)Ma (MSWD=1.3，n=16)(图5)。结合上述分析可知，(384.8±5.1)Ma代表了岩体的形成年龄，该岩体形成于晚泥盆世。

图5 乌兰乌台花岗闪长岩锆石U-Pb测年结果Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram (weighted average age in the inset diagram)for the Wulanwutai granodiorite

表1 乌兰乌台花岗闪长岩(样品WGHS.37)LA-ICP-MS锆石 Ub-Pb年龄分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb age data of the Wulanwutai granodiorite (sample WGHS.37)

4.2 地球化学特征

4.2.1 主量元素

主量元素分析结果如表2所示。

表2 乌兰乌台花岗闪长岩主量元素(%)、稀土元素(10-6)和微量元素(10-6)丰度Table 2 Contents of major (%)and trace (incl.REE)elements (10-6)of the Wulanwutai granodiorite

花岗闪长岩的SiO2含量较高，为70.48%～73.01%；Al2O3含量为11.70%～12.89%，K2O为3.10%～3.94%，Na2O为2.15%～2.29%，TiO2为0.64%～0.67%，MnO为0.055%～0.070%，MgO为1.71%～2.12%，CaO为1.27%～1.75%，P2O5为0.078%～0.115%，K2O+Na2O=5.39%～6.09%，K2O/Na2O=1.35～1.83，A/CNK=1.16～1.25。总体上，乌兰乌台花岗闪长岩具有高硅、富钾、富钠、富钙的特征，TiO2、MnO、P2O5含量较低，属过铝质岩石，经历了较强的结晶分异作用。QAPF图解(图6)中，样品点落于花岗闪长岩区；AFM图解(图7)中，样品点均落于钙碱性系列。

图6 乌兰乌台花岗闪长岩QAPF图解(底图据Streckeisen &Le Maitre[9])Fig.6 QAPF diagram for the Wulanwutai granodiorite(base map after Streckeisen &Le Maitre[9])1.富石英花岗岩；2.碱性长石花岗岩；3.花岗岩；3a.钾长石花岗岩或普通花岗岩；3b.二长花岗岩；4.花岗闪长岩；5.英云闪长岩；6.石英碱性长石正长岩；7.石英二长岩；8.石英二长闪长岩；9.石英二长闪长岩/石英二长辉长岩；10.石英闪长岩/石英辉长岩；6*.碱性长石正长岩；7*.正长岩；8*.二长岩；9*.二长闪长岩/二长辉长岩；10*.闪长岩/辉长岩/斜长岩；6′.含似长石碱性长石正长岩；7′.含似长石正长岩；8′.含似长石二长岩；9′.含似长石二长岩/二长辉长岩；10′.含似长石闪长岩/辉长岩；11.似长石正长岩；12.似长二长正长岩；13.似长二长闪长岩；14.似长石辉长岩;15.似长辉长岩;Q.石英;A.碱性长石;P.斜长石;F.似长石

图7 乌兰乌台花岗闪长岩AFM图解(底图据Brown[10])Fig.7 AFM diagram for the Wulanwutai granodiorite(base map after Brown[10])

4.2.2 稀土、微量元素

稀土元素及微量元素分析结果如表2所示。乌兰乌台花岗闪长岩稀土元素总量较低，REE=177.62×10-6～313.87×10-6，LREE/HREE=6.17～8.36，(La/Yb)N=5.57～8.94，花岗闪长岩球粒陨石标准化REE配分型式如图8(a)所示，曲线呈明显右倾型，轻稀土较富集，轻重稀土分馏明显；(La/Sm)N=3.12～3.94，(Gd/Yb)N=1.21～1.44，轻稀土、重稀土内部均未发生较明显分馏；δEu=0.36～0.49，铕负异常明显。

乌兰乌台花岗闪长岩的微量元素含量总体较高，Rb、Ba、Th、U、Pb、Sr呈相对“峰”值，高场强元素HFSE强烈亏损，如Zr、Hf、Nb、Ta、Ti；LREE相对HREE富集，其微量元素原始地幔标准化蛛网图如图8(b)所示。

图8 乌兰乌台花岗闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化配分曲线(b)(底图据文献[10-11])Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution patterns and Primitive mantle-normalized trace elements distribution patterns of the granodiorite of Wulanwutai(base map after refs.[10-11])

5 讨 论

5.1 花岗闪长岩的形成时代

本次研究对乌兰乌台花岗闪长岩体进行了锆石U-Pb测年分析，所采样品新鲜，未发生变质，且岩浆振荡环带清晰，所测样品点位于U-Pb谐和曲线上，表明此年龄代表岩浆侵位结晶的年龄。据此，该花岗闪长岩体的年龄为(384.8±5.1)Ma，侵位时代为晚泥盆世。

5.2 岩石成因类型

乌兰乌台花岗闪长岩属钙碱性，主要矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母及角闪石，副矿物组合属锆石-钛铁矿-磷灰石型，此外还含少量独居石、磁铁矿，其矿物特征与Barbarin花岗岩分类中CPG(含堇青石过铝质花岗岩类)较相近。另外，乌兰乌台花岗闪长岩富钾，K2O为3.10%～3.94%；富铝，Al2O3为11.70%～12.89%；A/CNK=1.16～1.25，属过铝质岩石；含黑云母，副矿物中含有磷灰石、独居石、钛铁矿；岩体见闪长岩包体。因此，认为乌兰乌台花岗闪长岩岩浆可能为壳-幔混源型，与陆-陆碰撞有关。

5.3 构造背景

兴蒙造山带形成于古生代晚期，是一个典型的陆-洋-陆碰撞区域。研究区构造演化可分为两个阶段：(1)早阶段，晚古生代西伯利亚古板块与华北古板块碰撞隆升-裂陷-再次碰撞，形成了基本构造格架[12-15]；(2)晚阶段，中生代时期强烈的陆缘活化型构造-岩浆活动[16-17]。大多数学者认为华北板块与西伯利亚板块碰撞可能发生在二叠纪中晚期，并且有可能持续到三叠纪中期，二叠纪中期古生物群的混生，标志着该碰撞的开始；三叠纪早—中期磨拉石沉积的出现和三叠纪中期岩浆活动的发生，标志着该区强烈碰撞造山作用的发生和碰撞过程的结束。通过对乌兰乌台花岗闪长岩构造环境进行判别，所有样品均位于同碰撞构造环境(图9)，其形成应与西伯利亚板块和华北板块碰撞造山有关。因此，通过对乌兰乌台花岗闪长岩的研究认为华北板块与西伯利亚板块在中泥盆世仍未发生碰撞，索伦—西拉木伦缝合带并非古亚洲洋最终闭合的位置[19-20]，古亚洲洋最终闭合的位置有可能位于二连—贺根山缝合带。

图9 乌兰乌台花岗闪长岩(Y+Nb)-Rb(a)和Y-Nb(b)判别图解(底图据Pearce等[18])Fig.9 (Y+Nb)-Rb (a)and Y-Nb (b)tectonic discrimination diagrams for the Wuherichulu granodiorite(base map after Pearce et al.[18] )Syn-COLG.同碰撞花岗岩;WPG.板内花岗岩;VAG.火山弧花岗岩;ORG.洋中脊花岗岩

6 结 论

通过对乌兰乌台花岗闪长岩岩相学、矿物学、同位素年代学及岩石地球化学特征进行研究，得到如下认识：

(1)乌兰乌台花岗闪长岩属钙碱性，主要矿物为斜长石、钾长石、石英、黑云母及角闪石，副矿物组合属锆石-钛铁矿-磷灰石型，此外还含少量独居石、磁铁矿，其矿物特征与Barbarin花岗岩分类中CPG(含堇青石过铝花岗岩类)较相近，其岩浆可能为壳-幔混源，与陆-陆碰撞有关。

(2)乌兰乌台花岗闪长岩单颗粒锆石U-Pb年龄为(384.8±5.1)Ma，所测锆石均为岩浆成因，其年龄能够代表岩体的形成时代，其形成于晚泥盆世。此时，西伯利亚板块与华北板块处于碰撞造山阶段。