内蒙古伊拉木图花岗岩地球化学、同位素年代学特征及其地质意义

董立帅，赵泽南，侯飞飞

（1.河北省地矿局第九地质大队，河北 邢台 054000；2.河北省区域地质调查院，河北 廊坊 065000）

伊拉木图地区位于松辽盆地南部边界，赤峰—开原大断裂穿过研究区。区内发育有大面积花岗岩类，前人研究工作程度较低，1∶20万区调报告（内蒙古自治区地质局第二区域地质测量队，1967）认为其形成于晚石炭世—晚二叠世。区内铁、铜、铅锌、金等矿产资源较为丰富，与区内花岗岩关系较为密切。本文以伊拉木图等四幅1∶5万矿调项目（河北省地矿局第十一地质大队，2016）为依托，对区内花岗岩类进行岩石学、地球化学、同位素年代学系统研究。

1 地质背景

研究区出露地层有中太古界乌拉山岩群，古生界上石炭统石咀子组，中生界下白垩统义县组、九佛堂组，上更新统乌尔吉组，全新统。乌拉山岩群，岩性为二长片麻岩、角闪二长片麻岩、角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩夹磁铁石英岩、斜长角闪岩等。石咀子组岩性为砂岩、石灰岩夹泥岩，采集有珊瑚、海百合茎化石。义县组岩性为安山岩、安山质凝灰角砾岩、底砾岩。九佛堂组岩性为砾岩、砂砾岩、粘土质粉砂岩。乌尔吉组由亚砂土、亚粘土组成。全新统由冲洪积物、冲积物组成。

岩浆岩广发发育，出露侵入岩有中粒花岗岩、中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩、中细粒闪长岩、细粒闪长岩。

区内经历了吕梁、华力西、燕山及喜山多期变动，形成以北东向(包括北东东向)为主的构造格局。尤以华力西晚期的构造变动最为强烈，构造线的方向为北东东向。燕山期以断裂活动和火山喷发为特征，构造线为北东—北北东向。吕梁、华力西、燕山三期构造变动分别形成了近东西向、北东向及北北东向三个构造体系，构成了本区的基本构造格架。

2 样品采集和实验方法

系统地质调查的基础上，选取代表性样品进行岩石地球化学、同位素年代学分析，中细粒花岗岩同位素样品（TW1269）采样位置同GS1269，中粒二长花岗岩同位素样品（TW3067）采样位置同GS3067-1，细粒二长花岗岩同位素样品（TW0158）采样位置同P20-GS1。

中细粒花岗岩：中细粒结构，块状构造。矿物成分：钾长石多呈半自形板状，杂乱分布，多为条纹长石，一般含量50%～65%；斜长石多呈自形—半自形板状，聚片双晶发育，斜长石牌号An在15左右，多属更长石，含量15%～20%；石英呈他形粒状，分布于长石粒间，一般含量20%～35%；黑云母呈片状，多被绿泥石、绢云母交代，含量不稳定，一般2%～3%；含少量磁铁矿。

中粒二长花岗岩：中粒结构，块状构造。矿物成分:钾长石多呈半自形板状，少量呈他形粒状，部分卡式双晶发育，多为条纹长石或正长石，部分与石英接触边缘有时形成交融结构，一般含量30%～45%；斜长石多呈自形—半自形板状，聚片双晶发育，斜长石牌号An 在15 左右，多属更长石，含量25%～40%；石英呈他形粒状，表面纯净，分布于长石粒间，一般含量20%～40%；黑云母呈片状，含量不稳定，一般2%～3%。

细粒二长花岗岩：细粒结构，块状构造。矿物成分:钾长石多呈半自形板状，少量呈他形粒状，部分格子双晶发育，多为条纹长石或正长石，一般含量30%～45%；斜长石多呈自形—半自形板状，聚片双晶发育，负低突起，斜长石牌号An在15左右，多属更长石，含量30%～40%；石英呈他形粒状，表面纯净，分布于长石粒间，一般含量20%～25%；黑云母呈片状，多被绿泥石、绢云母交代，含量不稳定，一般2%～5%。

样品主量元素、稀土元素、微量元素分析在河北省第九地质大队实验室完成。主量元素测试仪器为AxiosmaxX射线荧光光谱仪；灼失量、H2O-、H2O+分析仪器为P245电子分析天平；FeO采用50mL滴定管滴定；稀土元素及微量元素分析测试仪器为X Serise2等离子体质谱仪。测试温度为26℃，湿度为40%，测试精度优于5%。

分析仪器为Finnigan Neptune 型MC-ICP MS 及配套的New Wave UP213激光剥蚀系统。激光剥蚀束斑直径为25μm，剥蚀深度为20～40μm，频率为10Hz，能量密度为2.5J/cm2，以He为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb（+204Hg）、202Hg 用离子计数器（multi-ioncounters）接收，208Pb、232Th、238U 信号用法拉第杯接收，实现了所有目标同位素信号的同时接受。

3 测试结果

3.1 主量元素

中细粒花岗岩（GS1269、P21-GS1）烧失量（0.20%～1.02%）较低，总量为99.60%～99.73%，受后期流体及变质作用影响较小，岩石地球化学特征能够有效反映岩石特征。样品SiO2含量为72.81%～74.21%，为酸性岩；TiO2含量0.31%～0.38%；Al2O3含量14.00%～14.06%；Fe2O3含量为0.91%～0.95%；MgO含量为0.08%～.0.46%；K2O 含量为4.16%～5.19%；Na2O 含量3.75%～3.94%；Na2O+K2O 含量为8.10%～8.94%。TAS 图解中，样品投点于花岗岩区域，属于亚碱性系列（图1）。K2O-SiO2图解（图2）中样品投点于高钾钙碱性系列区域。岩石分异指数DI为89.52～94.34，分异程度较高，铝饱和指数A/CNK为1.06～1.11，为弱过铝质岩石。

图1 TAS图解

图2 K2O-SiO2图解

中粒二长花岗岩（GS3067-1、P9-GS1、P16-GS1、P16-GS2）烧失量（0.32%～1.00%）较低，总量为98.79%～99.41%，受后期流体及变质作用影响较小，岩石地球化学特征能够有效反映岩石特征。样品SiO2含量为71.60%～76.39%，为酸性岩；TiO2含量0.08%～0.34%；Al2O3含量12.14%～15.11%；Fe2O3含量为0.74%～1.74%；MgO 含量为0.08%～.0.15%；K2O 含量为4.68%～5.69%；Na2O 含量2.95%～3.52%；Na2O+K2O 含量为7.80%～8.64%。TAS 图解中，样品投点于花岗岩区域，属于亚碱性系列（图1）。K2O-SiO2图解（图2）中样品投点于高钾钙碱性、钾玄岩系列区域。岩石分异指数DI为91.51～94.10，分异程度较高，铝饱和指数A/CNK为1.08～1.30，为弱—强过铝质岩石。

细粒二长花岗岩（P18-GS1、P20-GS1）烧失量（0.48%～0.74%）较低，总量为99.35%～99.45%，受后期流体及变质作用影响较小，岩石地球化学特征能够有效反映岩石特征。样品SiO2含量为74.84%～76.74%，为酸性岩；TiO2含量0.16%～0.24%；Al2O3含量12.43%～13.92%；Fe2O3含量为0.86%；MgO含量为0.10%～.0.12%；K2O 含量为4.98%～5.42%；Na2O 含量2.29%～2.62%；Na2O+K2O 含量为7.27%～8.04%。TAS 图解中，样品投点于花岗岩区域，属于亚碱性系列（图1）。K2O-SiO2图解（图2）中样品投点于高钾钙碱性系列区域。岩石分异指数DI为92.93～92.99，分异程度较高，铝饱和指数A/CNK为1.24～1.29，为强过铝质岩石。

3.2 稀土元素

中细粒花岗岩稀土含量较低，ΣREE 为（156.97～195.52）×10-6，轻稀土LREE 含量为（145.58～184.21）×10-6，重稀土HREE含量为（11.31～11.39）×10-6。轻/重稀土比值为12.78～16.29，（La/Yb）N为13.34～18.15，轻重稀土分异程度较高；轻稀土分异程度较高；重稀土分异程度较低；δEu 为0.69～0.79，具中等负异常；δCe为1.27～1.34，具弱正异常。稀土配分曲线具右倾特征，轻稀土相对富集、重稀土相对亏损。

中粒二长花岗岩稀土含量较低，ΣREE 为（234.27～385.75）×10-6，轻稀土LREE含量为（218.30～367.07）×10-6，重稀土HREE含量为（12.76～18.68）×10-6。轻/重稀土比值为13.67～19.65，（La/Yb）N为17.26～39.37，轻重稀土分异程度较高；轻稀土分异程度较高；重稀土分异程度较低；δEu 为0.29～0.74，具强—中等负异常；δCe 为0.97～1.06，具弱异常。稀土配分曲线具右倾特征，轻稀土相对富集、重稀土相对亏损。

细粒二长花岗岩稀土含量较低，ΣREE 为（113.16～122.79）×10-6，轻稀土LREE 含量为（99.16～112.33）×10-6，重稀土HREE含量为（10.46～14.00）×10-6。轻/重 稀 土 比 值 为7.08～10.74，（La/Yb）N为6.09～13.92，轻重稀土分异程相对度较高；轻稀土分异程度较高；重稀土分异程度较低；δEu 为0.30～0.58，具强—中等负异常；δCe 为1.02，具弱正异常。稀土配分曲线具右倾特征，轻稀土相对富集、重稀土相对亏损。

3.3 微量元素

微量元素蛛网图（图3）显示，中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩三者配分曲线高度一致，均具有右倾特征，Rb、K、Ba、Tu、U 等大离子亲石元素富集，具Sr、P、Ti负异常。

图3 微量元素原始地幔标准化蛛网图(标准化数据据Sun and McDonough,1989)

4 讨论

4.1 年代学意义

前人对伊拉木图地区花岗岩年龄研究较少，仅依据地质体间的接触关系将其归属于晚石炭世和晚二叠世。本次研究在系统地质调查的基础上选择代表性样品进行年龄测试。锆石U-Pb测年是目前最为成熟有效的同位素测年手段。锆石U-Pb 测年具有锆石易选、稳定性强、封闭体系温度高的特点。本次年龄测试方法为锆石LA-ICP-MS。用于测试的锆石具有自形程度较好、发育震荡环带和Th/U 比值高等特点，具明显岩浆成因成因，中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩锆石U-Pb 年龄分别为248.0Ma±1.3Ma、247.4Ma±2.8Ma、247.4Ma±1.2Ma，表明其形成于早三叠世，与前人观点存在较大差异。

4.2 岩石成因

中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩手标本及镜下未见碱性角闪石等特征碱性暗色矿物，稀土配分曲线呈右倾，Zr含量分别为（184～234）×10-6、（86～244）×10-6和（105～109）×10-6，与A型花岗岩特征差异较大。花岗岩手标本及镜下鉴定未见角闪石，标准矿物计算（CIPW）未见透辉石（Di），见有大量标准矿物刚玉分子（C）（分别为0.75～1.42、0.92～3.54、2.40～3.17），岩石具过铝质（A/CNK 分别为1.06～1.11、1.08～1.30 和1.24～1.29），表明岩体与I 型花岗岩特征差异较大，具有S 型花岗岩特征。在部分熔融的过程中，同源岩浆Nb/Ta比值相同。中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩Nb/Ta 比值分别为8.88～9.48、8.90～10.68 和6.21～7.07，接近或略小于地壳平均值（10），远小于地幔平均值（60），表明其岩浆源区为壳源物质，岩浆源区成分较为均一。综合分析认为中细粒花岗岩等均为S型花岗岩。

4.3 构造环境及地质意义背景探讨

研究表明，高场强元素（HFSE），稳定性较好，能够有效判别岩石构造环境。Rb、Y（Yb）、Nb（Ta）是被选择区分大洋脊花岗岩（ORG）、火山弧花岗岩（VAG）、板内花岗岩（WPG）和碰撞带花岗岩（Syn-COLG）等大多数类型最为有效的判据。样品Nb-Y构造判别图解中，样品投点于火山弧—同碰撞造山环境；R2-R1图解中样品主要投点于同碰撞及与后碰撞边界附近；Rb-Y+Ta图解中，样品投点于火山弧与同碰撞边界处。

古亚洲洋于晚二叠世于索伦山—西拉木伦河缝合带闭合。伊拉木图地区位于索伦山—西拉木伦缝合带南侧，中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩形成于早三叠世，形成时限晚于主碰撞期，结合构造判别图解，岩体形成于后碰撞构造环境。

5 结论

（1）中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩亚碱性系列岩石，分异程度较高，ΣREE较低，稀土配分曲线具右倾特征，微量元素蛛网图配分曲线高度一致，均具有右倾特征，为S型花岗岩。

（2）中细粒花岗岩、中粒二长花岗岩、细粒二长花岗岩锆石U-Pb 年龄分别为248.0Ma±1.3Ma、247.4Ma±2.8Ma、247.4Ma±1.2Ma，均为早三叠世岩浆活动的产物

（3）花岗岩形成于后碰撞构造环境。