閆海卿，陳 元，范模春，任建梅，姜 珊，呂金梁，趙世翔，范超峰

（長安大學地球科學與資源學院，西安710054）

內蒙古額濟納旗拐子湖地區(qū)花崗巖地球化學特征及其地質意義

閆海卿，陳 元，范模春，任建梅，姜 珊，呂金梁，趙世翔，范超峰

（長安大學地球科學與資源學院，西安710054）

內蒙拐子湖一帶發(fā)現(xiàn)一批中小型Au、Cu礦床（點），空間上與小型花崗巖株（枝）相伴而生。本文利用巖石地球化學方法結合野外宏觀巖石學研究，揭示巖漿源區(qū)性質與成礦的內在聯(lián)系。研究表明，拐子湖花崗巖屬高鉀過鋁質的鈣堿性系列，輕、重稀土元素分餾明顯，LREE相對富集（（La/Yb）N=3.78～20.13）。微量元素ORG標準化顯示，富集Rb、Ba、Th、K等大離子親石元素（LILE），虧損Nb、Ta、Sr、P等高場強元素（HFSE）。Sr（（35.82～364.45）×10-6，Yb（0.79～2.51）×10-6屬于低Sr、低Yb型花崗巖，巖漿源區(qū)為下地殼火山巖（玄武巖），巖漿形成于碰撞造山-地殼增厚過程誘發(fā)的下地殼局部熔融。一系列證據(jù)表明，恩格爾烏蘇蛇綠巖帶所代表的中亞造山帶東部古亞洲洋的消失閉合發(fā)生在早二疊世末。

額濟納旗；喜馬拉雅型花崗巖；巖石地球化學；地殼增厚；中亞造山帶

1 前言

拐子湖花崗巖體位于額濟納-雅干鐵、銅、金、鉬、銻成礦帶，大地構造位置屬于塔里木板塊東南緣，緊鄰恩格爾烏蘇蛇綠巖帶北側。近兩年來1∶50 000區(qū)域礦產地質調查在中酸性巖漿巖周邊發(fā)現(xiàn)較多的中小型Au、Cu、Sb礦床（點），究其成因均與小型花崗巖株（枝）的成巖作用有關。然而，花崗巖類型的多樣性與源區(qū)的性質有關，其巖石化學成分的演化與構造背景關系密切。前人在1∶200000區(qū)域地質調查時發(fā)現(xiàn)拐子湖一帶出露華里西晚期花崗巖侵入體，由于巴丹吉林沙漠覆蓋，缺乏野外資料和詳實的巖石化學數(shù)據(jù)，可查閱的研究成果極少。巖漿作用與成礦及中亞造山過程的關系無從解答。2003—2004年筆者有幸參與拐子湖等三幅1∶50 000礦產地質調查項目，經(jīng)過兩年多的野外調研，獲取了部分巖體的巖石樣品和巖石化學分析數(shù)據(jù)，探討巖漿源區(qū)性質與成礦的關系，充實中亞造山帶東部恩格爾烏蘇縫合帶演化過程中巖漿事件的證據(jù)，并預祝小巖體成大礦理論在中酸性小巖體成礦研究中取得突破。

2 區(qū)域地質背景

內蒙古額濟納旗拐子湖花崗巖位于恩格爾烏蘇蛇綠巖縫合帶北側，雅干斷裂帶以南，巴丹吉林沙漠北緣，大地構造位置屬于塔里木板塊北東陸緣增生帶（見圖1）。拐子湖花崗巖體是該地區(qū)規(guī)模較大，出露較好的巖體，巖漿侵位于石炭系火山巖建造和二疊系復理石建造中。該區(qū)早古生代為穩(wěn)定的被動大陸邊緣，晚古生代中石炭世洋殼向南俯沖，演化為活動大陸邊緣，裂谷作用發(fā)育[1～4]。恩格爾烏蘇蛇綠巖帶是華北板塊與塔里木板塊的縫合線[1，2，5～8]，兩個板塊之間的古亞洲洋閉合時間為二疊紀末期或稍晚[3，6，9]，也有認為洋殼的閉合時間為早二疊世[4，10]或石炭世[11]。

3 巖石學特征

拐子湖地區(qū)侵入巖種類繁多，分布廣泛，成分復雜，從基性—酸性都有出露，其中以中酸性和酸性侵入巖為主。侵入巖規(guī)模一般較小，多呈巖株、巖枝、巖脈產出。根據(jù)1∶200 000區(qū)調資料，該地區(qū)巖體的侵入時代主要集中在二疊紀，為晚華力西期巖漿作用的產物。

圖1 拐子湖花崗巖體大地構造位置[12]及地質簡圖Fig.1 Geological tectonic location of the Guaizihu granite[12]and sketch map

本次調研的拐子湖酸性巖漿巖主要巖性為二長花崗巖、黑云母花崗巖、花崗閃長巖。巖體呈北東-東西向分布，其長軸方向與區(qū)域構造線方向一致。巖體與圍巖呈明顯的侵入接觸關系。圍巖為石炭系綠條山組、白山組和下二疊統(tǒng)雙堡塘組。下石炭統(tǒng)白山組為中酸性-基性火山巖-碳酸巖建造，上石炭統(tǒng)綠條山組為濱淺海相碎屑巖建造，下二疊統(tǒng)雙堡塘組則為一套復理石建造。

二長花崗巖：肉紅色，細粒結構，塊狀構造。主要組成礦物為鉀長石（30%）、斜長石（30%）、石英（35%）、黑云母（5%）。鉀長石為粒狀，粒徑大小為1～2 mm，自形-半自形，可見卡氏雙晶，表面發(fā)育條紋，發(fā)生高嶺土化，斜長石為短柱狀，交代鉀長石形成交代凈邊結構，部分發(fā)生絹云母化，石英為粒狀，自形-半自形，粒徑大小為0.2～1 mm，部分穿插在鉀長石表面形成文象結構（見圖2a），黑云母部分發(fā)生綠泥石化。

圖2 拐子湖花崗巖體巖石學特征照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of Guaizihu granite

黑云母花崗巖：肉紅色，似斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要是鉀長石（20%），粒徑多為2～6 mm，基質為顯晶質，中細粒結構，主要組成礦物為石英（30%），粒徑大小為1～4 mm，斜長石（45%）、黑云母（5%）等。斜長石呈半自形-自形柱狀結構，有交代凈邊結構（見圖2b），聚片雙晶，主要發(fā)生絹云母化和很少量的鈉黝簾石化，正長石呈他形粒狀充填，結晶較斜長石晚，表面比較干凈，有環(huán)帶結構、交代凈邊結構，石英結晶較斜長石晚，呈他形粒狀充填在礦物間。

花崗閃長巖：淺灰色，不等粒似斑狀結構，塊狀構造。斑晶主要為斜長石（10%），粒徑大小多為2～4 mm，最大可達18 mm，基質為顯晶質，不等粒結構，主要組成礦物為斜長石（45%）、石英（24%）、黑云母（8%）、角閃石（4%）、鉀長石（8%），副礦物有磷灰石、榍石、鋯石和磁鐵礦（1%）等。淺色礦物以斜長石和石英為主，斜長石為長柱狀，自形-半自形，可見聚片雙晶，部分發(fā)生強烈的絹云母化和鈉黝簾石化（見圖2c），石英為粒狀，粒徑大小為1 mm左右，自形-半自形，鉀長石呈他形充填在斜長石空隙中，部分鉀長石發(fā)生高嶺土化。暗色礦物主要為黑云母，片狀，部分發(fā)生強烈綠泥石化。

4 地球化學特征

4.1 樣品分析

野外地質調查中采集新鮮，無風化蝕變的樣品，采樣位置如圖1五角星所標識。樣品的測試分析均由長安大學成礦作用及其動力學實驗室承擔完成。主量元素分析方法為X-熒光光譜法（XRF），在日本島津XRF-1800型X射線熒光光譜儀上完成，微量元素分析則采用美國X-7型ICP-MS進行測定，測試分析數(shù)據(jù)分析精度均優(yōu)于2%

4.2 主量元素特征

拐子湖花崗巖體主量元素含量見表1。在侵入巖的TAS圖解（見圖3a）上，拐子湖花崗巖類樣品均落入花崗巖與花崗閃長巖區(qū)域內。樣品SiO2含量為70.0%～79.3%，平均為73.65%；巖石TiO2含量為0.18%～0.59%，具有低Ti特征。Al2O3含量較高，為11.30%～15.95%，A/CNK=1.42～1.70，A/NK= 1.54～2.47（見圖3b）；全堿（ω（Na2O+K2O））含量為6.46%～9.06%，其中Na2O含量總體略高于K2O，Na2O/K2O值為0.44～2.17，平均值為1.12。里特曼指數(shù)σ=1.34～2.63，平均值為1.92，屬高硅過鋁質鈣堿性巖漿系列。

表1 拐子湖花崗巖體主量元素（wt%）和微量、稀土元素（×10-6）分析結果Table 1 The analyses results of major elements（wt%）and trace elements（×10-6）of the Guaizihu granites

續(xù)表

圖3 拐子湖花崗巖類TAS圖解（a）[13]和拐子湖花崗巖類A/CNK-A/NK圖解（b）[14]Fig.3 The TAS diagram（a）[13]and A/CNK-A/NK（b）[14]diagram of the Guaizihu granites

按照傳統(tǒng)的花崗巖分類方法（I、S、M、A四種類型），拐子湖花崗巖顯示出I型花崗巖的成分特征，高硅富鈉、貧磷，母巖漿來自于玄武質火山巖部分熔融。巖石化學樣品主量成分圖解K2O-Na2O圖解（見圖4a）中，樣品基本落于I型花崗巖區(qū)域；利用P2O5-SiO2投圖（見圖4b），P2O5顯示出與SiO2大致的負相關關系，呈現(xiàn)I型花崗巖的演化趨勢；按照Sr-Yb新分類方法分類（見圖5a，圖5b）[15～17]，樣品基本落入低Sr低Yb的喜馬拉雅型花崗巖區(qū)域。

圖4 拐子湖花崗巖類Na2O-K2O圖解（a）[18]和P2O5-SiO2圖解（b）[19]Fig.4 Na2O-K2O（a）[18]and P2O5-SiO2（b）[19]diagrams of Guaizihu granite

圖5 拐子湖花崗巖體Sr-Yb圖解（a）和Eu/Eu*-Al2O3圖解（b）[16]Fig.5 Sr-Yb（a）and Eu/Eu*-Al2O3（b）[16]diagrams of Guaizihu granites

拐子湖花崗巖體的稀土元素含量見表1，樣品稀土元素總量相對較低，∑REE為（49.51～186.95）×10-6，輕、重稀土元素比值（∑LREE/∑HREE）為4.30～13.90，δEu=0.37～1.07。球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖（見圖6a）表現(xiàn)為具中等負Eu異常的右傾型配分模式，輕重稀土分異較為明顯。特別是樣品CGS32-1顯示出稀土總量高，輕稀土更加富集，Eu負異常明顯的特點，同時微量元素富集Rb、Th、Ce，而虧損Ba、Ta等綜合特征，暗示該區(qū)花崗巖經(jīng)歷了高程度的結晶分異演化。

圖6 拐子湖花崗巖類稀土元素球粒隕石標準化圖解（a）與微量元素大洋中脊玄武巖標準化圖解（b）[20]Fig.6 Chondrite-normalized REE-patterns（a）and Standard basalt ridge trace elements patterns in the ocean（b）[20]for the Guaizihu granite rocks

4.3 微量元素特征

拐子湖花崗巖體微量元素含量見表1，微量元素大洋中脊玄武巖標準化配分模式圖（見圖6b）顯示拐子湖花崗巖表現(xiàn)為富集Rb、Ba、K、Th等大離子親石元素（LILE），虧損Nb、Ta、Sr、P等高場強元素（HFSE）。拐子湖花崗巖微量元素大洋中脊玄武巖標準化配分模式與Pearce的標準配分模式[21，22]對比顯示具有后造山花崗巖的特征（見圖7），同時具有低Sr、低Yb特征（見圖5a）。圖7b兩件樣品強烈虧損Nb、Ta、Hf、Zr可能與源巖為島弧玄武巖的性質差異有關。

圖7 微量元素不同構造環(huán)境花崗巖大洋中脊玄武巖標準化圖解[21]Fig.7 Graphical ridge basalt standard of trace elements in different tectonic environment of granite in the ocean

5 討論

5.1 巖漿源巖

花崗巖的多樣性主要取決于源巖特征，拐子湖花崗巖的主量元素分析結果顯示具有高硅、過鋁質（一般為殼源）[22]、富鈉，貧磷的I型花崗巖特征；普遍認為I型花崗巖的源巖是火山巖（主要指幔源玄武巖）底墊于下地殼發(fā)生部分熔融[23，24]。微量元素分析結果顯示具有富集Rb、Ba、K、Th等大離子親石元素，相對虧損Nb、Ta、Sr、P等高場強元素，暗示巖漿上侵過程中受上地殼組分的混染。較高的Rb/Sr比值（0.19～5.57），較低的Sm/Nd比值（0.15～0.23），同樣反映出殼源組分的特征。而低Sr低Yb和具中等負銪異常則表明其可能來源于加厚地殼的深部[15]。

根據(jù)δEu-（La-Yb）N判別圖解（見圖8），樣品主要落入殼型與殼幔型邊界，結合主量元素、微量元素分析結果，可以初步判定拐子湖花崗巖的源巖是源于下地殼的火山巖發(fā)生部分熔融（該火山巖具幔源性質），巖漿上侵過程中有上地殼物質混染。微量元素顯示有殼?；煸吹奶卣骺赡芘c下地殼火山巖的幔源源區(qū)性質有關。

圖8 拐子湖花崗巖δEu-（La-Yb）N判別圖Fig.8 δEu-（La-Yb）Ndiscrimination diagram for Guaizihu granites

5.2 巖漿源區(qū)構造環(huán)境

前人研究認為晚古生代阿拉善地塊北緣為完整的溝弧盆體系[5，12]，并且在恩格爾烏蘇古洋南側和北側均存在弧-盆體系[9，10，25，26]。研究區(qū)所在的珠斯楞-杭烏拉構造帶在早古生代為穩(wěn)定的大陸邊緣，晚古生代則演化為活動大陸邊緣，前人將其劃為拐子湖晚古生代洋盆[10]。利用微量元素在ω（Y-Nb）（圖9a）與ω（Rb/30-Hf-3Ta）（見圖9b）花崗巖構造環(huán)境判別圖中投點，樣品落入火山弧花崗巖區(qū)域中，顯示出火山弧花崗巖特征，推斷華力西期拐子湖地區(qū)處于匯聚板塊邊界活動大陸邊緣一側的火山弧環(huán)境（判別圖中同碰撞、后碰撞是構造事件，而火山弧、洋中脊，板內是構造環(huán)境不能同時判別[22]）。

為了進一步判別該構造背景上的擠壓-碰撞-造山構造事件過程，區(qū)分碰撞（同碰撞syn-collision）和碰撞（post-collision）后花崗巖是一件非常有意義的事情。利用微量元素標準化配分圖與Pearce的微量元素配分圖對比，拐子湖六件樣品與Pearce的碰撞花崗巖微量配分模式相似（見圖7a），兩個樣品的微量配分圖與Pearce的火山弧花崗巖配分特征相似（見圖7b）。利用Bechelor et al.（1985）的R1-R2判別圖判別（見圖10），樣品全部落入同造山區(qū)域。另外，低Sr、低Yb型花崗巖形成于地殼增厚過程中，通常出現(xiàn)在碰撞階段。綜合地球化學分析結果，結合區(qū)域沉積建造和恩格爾烏蘇縫合帶南側構造演化研究成果，初步判定拐子湖花崗巖形成時（晚華力西期）源區(qū)的構造背景為活動大陸邊緣一側的火山弧環(huán)境?；◢弾r形成于古亞洲洋閉合，陸陸碰撞-地殼增厚的造山事件。

圖9 拐子湖花崗巖Y-Nb[21]（a）與Rb/30-Hf-Ta*3（b）構造環(huán)境判別圖[27]Fig.9 Y-Nb（a）[21]and Rb/30-Hf-Ta*3（b）[27]tectonic discrimination diagrams for Guaizihu granites

圖10 拐子湖花崗巖體R1-R2判別圖解[29]Fig.10 R1 vs R2 discrimination diagrams for Guaizihu granites[29]

5.3 巖漿源區(qū)深度與壓力

依靠花崗巖Sr和Yb的含量可以推算地殼厚度：Sr＞300×10-6，Yb＜25×10-6，代表很厚的地殼；Sr＜400×10-6，Yb＜20×10-6，代表較厚的地殼；Sr＜400×10-6，Yb＞1.5×10-6，為正常的地殼；Sr＜100× 10-6，Yb＜1.5×10-6，為減薄的地殼[28]。拐子湖花崗巖樣品的Sr＜400×10-6，Yb＞20×10-6；僅有一件樣品的Sr＜400×10-6，Yb＞20×10-6（見圖11）；由此推知拐子湖花崗巖形成時的地殼為較厚-很厚，進而暗示當時構造的演化處于地殼增厚過程中。依據(jù)低Sr低Yb型花崗巖形成在中等壓力下（見圖11），其實驗估算壓力接近1.5 GPa，因此其形成的極限深度可能接近50 km。

圖11 拐子湖花崗巖體類型與壓力關系圖[15]Fig.11 The relationship between the types and the pressure diagram for Guaizihu granites[15]

壓力增加路徑：A為鈉質系列，從低Sr高Yb型—低Sr低Yb型—高Sr低Yb型，壓力逐漸增加；B為鉀質系列（正長巖，鉀玄巖），從從低Sr高Yb型—高Sr高Yb型—高Sr低Yb型，壓力逐漸增加。

5.4 成巖與成礦的關系

巖漿的成巖作用與成礦作用是兩個不同的地質作用過程，成巖是一個物理過程，主要受溫度的控制，當巖漿的溫度低于固相線溫度時即固結為巖體。而成礦（主要指金屬礦床）主要是一種化學反應，是由于化學變化從液相轉變?yōu)楣滔嗖懦蔀榈V床[30]。成巖有自己獨立的過程，成礦也有自己獨立的體系[31]。成巖和成礦有不同的要求：成巖只需要熱這一個條件；而成礦則需要滿足熱、流體和礦源三個條件。因此，成巖與成礦是否有關系主要取決于成巖與成礦兩個不同地質過程是否有疊加。幔源的成礦物質與殼源的巖漿同時（或先后）疊加在同一個空間不是成因有關，而是時空有關。由于I型花崗巖具有幔源特性，具備為成礦提供Au、Cu成礦物質的先決條件，成巖過程中只要滿足含礦流體化學轉變過程就有可能成礦。本區(qū)在巖體周邊發(fā)現(xiàn)較多的小型Au、Cu礦床（礦點），恰是上述成礦條件的驗證。因此，在I型花崗巖類巖體的周邊流體能夠運移聚集的地段仍然具有找大礦潛力。同時，也進一步印證了“地殼增厚過程，常常與金銅成礦有關”的觀點[30，32～34]。

6 結語

1）拐子湖花崗巖巖漿屬高硅過鋁質鈣堿性巖漿系列，其源巖為下地殼的火山巖發(fā)生部分熔融（該火山巖具幔源性質），巖漿上侵過程中有上地殼物質混染。微量元素顯示有殼?；煸吹奶卣鳎赡芘c下地殼火山巖的幔源源區(qū)性質有關。

2）綜合分析表明，拐子湖花崗巖類形成時（晚華力西期）源區(qū)的構造背景為活動大陸邊緣一側的火山弧環(huán)境?；◢弾r形成于板塊匯聚過程中洋殼消失，陸陸碰撞-地殼增厚的造山事件。該巖漿事件同時佐證了恩格爾烏蘇蛇綠巖帶所代表的古亞洲洋在晚華力西期完全閉合。

3）拐子湖花崗巖屬于低Sr低Yb型花崗巖，形成于深度約為30～50 km的中壓條件。處于地殼增厚過程并與金銅成礦關系密切。I型花崗巖小巖株外圍（或深部），在有利于流體化學轉化和流體聚集的位置具有找Au、Cu礦的潛力。

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Geochmeical features and geological significance of Granitoid Rocks in Guaizihu，Ejinaqi，Inner Mongolia

Yan Haiqing，Chen Yuan，F(xiàn)an Mochun，Ren Jianmei，Jiang Shan，Lv Jinliang，Zhao Shixiang，F(xiàn)an Chaofeng
（College of Earth Sciences and Resources Management，Changan University，Xi’an 710054，China）

A number of small and medium Au and Cu deposits（occurrneces）were found in Guaizihu area，Inner Mongolia，and these deposits were accompanied by small granite strains（branch）in spatial terns.This paper，using petrogeochemistry method and combining the study of macropetrology in the field，revealed the internal relationship of magma source area qualities and mineralization.The results showed that Guaizihu granite belongs to high-K calc-alkaline series with peraluminous characteristics，relatively strong fractionation between light rare earth element（LREE）and heavy rare earth element（HREE），and relatively enriched in LREE（（La/ Yb）N=3.78～20.13）.ORG normalization of trace elements showed that the granites are enriched in large-ion lithophile elements（LILE）such as Rb，Ba，Th，K and depleted high field strength elements（HFSE）such as Nb、Ta、Sr、P.Guaizihu granite belongs to low Sr and low Yb type.The magmatic source is from lower crust volcanic rock.The magma formed in lower crust partial melting which is induced by the process of collision orogenic-crustal thickening.A series of evidence showed that the disappearing of ancient Asia ocean in the east of Central Asian orogenic belt，which is represented by Engel Usu ophiolite belt，occured at the end of the early Permian.

Ejinaqi；Himalayan type granite；petrogeochemistry；crustal thickening；Central Asian Orogenic Belt

P596；P588.12+1

A

1009-1742（2015）02-0097-09

2014-12-11

中國工程院咨詢項目（2013-04-XY-001）；國土資源部行業(yè)基金項目（201311172）；內蒙地勘基金項目（NMKD2013-33）

閆海卿，1963年出生，男，河南澠池縣人，博士，副教授，主要從事區(qū)域地質礦產調查與礦床學的研究與教學；E-mail：haiqingyan@126.com