王輝，李強(qiáng)，陳霜

（核工業(yè)二〇八大隊，內(nèi)蒙古包頭014010）

興蒙造山帶中段沙麥花崗巖成因分析

王輝，李強(qiáng)，陳霜

（核工業(yè)二〇八大隊，內(nèi)蒙古包頭014010）

對沙麥花崗巖巖體進(jìn)行主量、微量、稀土元素和Nd-Sm同位素地球化學(xué)特征分析，主量元素顯示為高鉀鈣堿性、過鋁質(zhì)，且P2O5隨SiO2含量增加而含量降低；微量元素顯示大部分Y/Ho與Ⅰ型花崗巖演化趨勢一致；稀土元素顯示具有Eu負(fù)異常且Nb/Ta、K/Rb比值均小于相應(yīng)的最高閥值，說明其經(jīng)歷了高度分離結(jié)晶作用。巖石Nd-Sm同位素特征顯示大部分樣品εNd（t）＞0，正值被認(rèn)為成巖物質(zhì)來自地幔，結(jié)合花崗巖漿的演化特征進(jìn)行綜合分析，判定沙麥花崗巖的成因類型為I型花崗巖。

沙麥花崗巖；高度分離結(jié)晶；Ⅰ型花崗巖

興蒙造山帶是一條構(gòu)造巖漿活動復(fù)雜的巨型造山帶，它記錄了顯生宙以來的陸殼生長過程，之后在環(huán)太平洋構(gòu)造域和蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域疊加的強(qiáng)烈改造作用下大規(guī)模發(fā)育具有正εNd（t）值特征的花崗巖，沙麥花崗巖就是白堊紀(jì)侵入的酸性巖巖基。由于花崗巖體經(jīng)歷高度分離結(jié)晶后，其微量元素等地球化學(xué)性質(zhì)變化不明顯，從而造成成因類型判定上的困難，以至于出現(xiàn)誤判。筆者通過詳細(xì)研究沙麥花崗巖的主量、微量、稀土元素的豐度、分布模式及其演化機(jī)理，結(jié)合巖石同位素特征進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為沙麥花崗巖的成因類型為Ⅰ型花崗巖。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于興安地槽褶皺系東烏珠穆沁旗早華力西地槽褶皺帶的中東部，位于興蒙造山帶的東段，構(gòu)造線以北東-北北東向為主，主要出露泥盆系和古、新近系等，上泥盆統(tǒng)上部安格音烏拉組為一套陸相及濱海相砂板巖沉積組合，以泥質(zhì)粉砂巖、板巖、細(xì)砂巖、砂巖為主，局部地段含凝灰?guī)r透鏡體；古、新近系為土黃色砂礫巖、泥巖夾紅色黏土。沙麥花崗巖位于查干敖包—五叉溝深大斷裂北側(cè)，出露于東烏珠穆沁旗北西40 km，長軸為北北東向，長110 km，寬20～80 km，出露面積2 700 km2，為一復(fù)式巖基［1］。沙麥巖體以中細(xì)粒黑云母二長花崗巖和細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖為主，同時在花崗巖體內(nèi)部可見花崗偉晶巖脈和花崗斑巖脈。中細(xì)粒黑云母二長花崗巖主要分布在巖體的邊緣，約占巖體出露面積的三分之二，層節(jié)理發(fā)育，傾向西北，傾角5°～15°。花崗結(jié)構(gòu)，粒徑變化于0.2～5 mm之間，主要由鉀長石（25%～30%）、斜長石（30%～35%）、石英（25%～35%）和黑云母（5%～10%）組成；副礦物有榍石、獨居石、鋯石、磷灰石、螢石和鈦鐵氧化物等。細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖斷續(xù)分布在巖體的軸部，約占巖體出露面積的三分之一，流面構(gòu)造比較發(fā)育，西側(cè)面流面產(chǎn)狀傾向350°，傾角小于10°；東側(cè)傾向110°，傾角28°。反映巖體為向北西傾斜的背斜狀，屬中深成相，剝蝕深度不大。似斑狀結(jié)構(gòu)，局部見鉀長石與石英交生的文象結(jié)構(gòu)，斑晶的粒徑在3～8 mm之間，占巖石總量的30%～40%左右，基質(zhì)粒徑一般在0.5～1 mm之間，巖石主要由鉀長石（30%～35%）、斜長石（25%～30%）、石英（25%～30%）和黑云母（5%～10%）組成，副礦物有榍石、鋯石、磷灰石、螢石、黃玉和鈦鐵氧化物等?；◢彴邘r脈近東西向穿過巖體。斑巖脈寬度從幾十厘米到幾米。具斑狀構(gòu)造，斑晶主要由鉀長石、斜長石、石英和黑云母組成，鉀長石斑晶呈自形板狀，具卡氏雙晶，石英斑晶呈自形等軸粒狀，?？梢姳蝗畚g的港灣；基質(zhì)成分以霏細(xì)物為主，長石板條微晶次之，黑云母呈小葉片狀均勻分布，副礦物有鋯石和磷灰石。中細(xì)粒黑云母二長花崗巖和細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖之間呈漸變過渡關(guān)系，兩者分帶并不明顯（圖1）。

圖1 沙麥花崗巖地質(zhì)略圖Fig.1Geological sketch of Shamai granite pluton

野外觀察到花崗斑巖形態(tài)不規(guī)則，呈巖枝狀穿入細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖和中細(xì)粒黑云母二長花崗巖，但仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，在花崗斑巖和細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖或中細(xì)粒黑云母二長花崗巖的接觸帶，有源于后者的石英細(xì)脈穿入花崗斑巖中。結(jié)合巖石化學(xué)數(shù)據(jù)和微量元素數(shù)據(jù)可知，沙麥巖體的演化程度應(yīng)為花崗斑巖-細(xì)粒似斑狀黑云二長花崗巖-中細(xì)粒黑云母花崗巖。宏觀上，中細(xì)粒黑云母二長花崗巖和細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖中的石英脈體與鎢礦化關(guān)系更為密切。

2 花崗巖地球化學(xué)特征

2.1 主量元素

表1 沙麥花崗巖主量元素、微量元素和稀土元素含量及參數(shù)特征［2］Table 1Major elements，trace elements and REE contents and characteristics parameters of Shamai granite pluton［2］

沙麥花崗巖的主量元素和微量元素測定結(jié)果見表1。由表1可見，沙麥花崗巖在主量元素組成上表現(xiàn)為SiO2＝73.55%～76.10%，Al2O3＝12.86%～13.98%，MgO＝0.05%～0.30%，K2O＝2.68%～7.53%，中細(xì)粒黑云母二長花崗巖K2O/Na2O＝0.69～0.90，平均0.77；似斑狀黑云母二長花崗巖K2O/Na2O＝1.38～4.16平均2.31；CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物計算結(jié)果，剛玉（C）含量為1.26%～4.24%。僅有兩個樣品的鋁飽和指數(shù)（A/CNK）為1.08，其余樣品均在1.10～1.40之間，平均為1.16，表明它們主要為強(qiáng)過鋁質(zhì)巖石。SiO2-K2O圖解（圖2）上，6個樣品投點中有3個落入高鉀鈣堿性系列，屬高鉀鈣堿性過鋁質(zhì)花崗巖。

圖2 K2O-SiO2圖解Fig.2diagram of K2O-SiO2

2.2 微量及稀土元素

在微量元素組成上，沙麥花崗巖明顯地富集Rb、Th、U、Pb，虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti等（圖3），Nb/Ta＝1.86～5.64；K/Rb＝ 35.81～101.73；Y/Ho有4個樣品比值為29.59～44.80，2個樣品比值為20.88～26.03。

圖3 沙麥花崗巖巖體微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.3Spider diagram of trace elements of Shamai granite pluton

在稀土元素組成上，沙麥花崗巖稀土總量為（151.73×10-6～336.45×10-6），LREE/ HREE在1.76～9.59之間。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線（圖4）形態(tài)基本平緩（La/ YbN＝0.87～8.24），呈現(xiàn)重稀土相對富集特征；銪元素具有十分強(qiáng)烈的負(fù)異常（δEu＝0.02～0.13）。

圖4 沙麥花崗巖體稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖Fig.4Chondrite-normalized REE pattern of Shamai granite pluton

2.3 Nd-Sm同位素

6個樣品的Sm、Nd同位素分析結(jié)果列于表2。

表2顯示，6個同位素樣品中，Sm/Nd＝0.25～0.58；147Sm/144Nd＝0.152 7～0.349 6，有超過半數(shù)的樣品大于球粒隕石均一庫的初始值（0.196 7）；富集系數(shù)（Sm/Nd）中細(xì)粒黑云母二長花崗巖為0.28～0.42，似斑狀黑云母二長花崗巖為-0.22～0.78，說明中細(xì)粒黑云母二長花崗巖Sm、Nd有一定的分異，而似斑狀黑云母二長花崗巖Sm、Nd分異變化較大，可以認(rèn)為似斑狀黑云母二長花崗巖的Sm、Nd同位素體系較好地記錄了源巖的特征；有5個樣品εNd（t）在6.79～14.13之間，只有1個樣品為-1.67。在二階段模式下，沙麥花崗巖的t2DM的模式年齡為1 048.42～275.79 Ma。

3 花崗巖漿的演化特征

從花崗巖的分布和接觸關(guān)系能夠看出，花崗斑巖形態(tài)不規(guī)則，呈巖枝狀穿入細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖和中細(xì)粒黑云母二長花崗巖。但仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，在花崗斑巖和細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖或中細(xì)粒黑云母二長花崗巖之接觸帶中，有源于后者的石英細(xì)脈穿入花崗斑巖中。結(jié)合巖石化學(xué)數(shù)據(jù)從花崗斑巖到似斑狀黑云二長花崗巖到中細(xì)粒黑云二長花崗巖，鎂鐵質(zhì)組分含量減小，長英質(zhì)組分含量增加。則認(rèn)為沙麥花崗巖體的演化程度應(yīng)為花崗斑巖-細(xì)粒似斑狀黑云二長花崗巖-中細(xì)粒黑云二長花崗巖。這些似乎矛盾的現(xiàn)象只能用巖漿后期亞固相下的熔體-溶液的作用來解釋。沙麥花崗巖體存在兩類花崗巖：第1類為花崗斑巖和細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖，它們是巖漿期的產(chǎn)物；第2類為中細(xì)粒黑云母二長花崗巖，是巖漿后期滲浸作用之產(chǎn)物。很可能，在花崗巖主體形成之后，巖漿演化并未結(jié)束，在相對更為封閉的條件下，中細(xì)粒黑云母二長花崗巖粒內(nèi)熔體-溶液繼續(xù)對已形成的花崗巖主體發(fā)生作用，導(dǎo)致花崗斑巖-細(xì)粒似斑狀黑云二長花崗巖-中細(xì)粒黑云母二長花崗巖的順序。

從稀土元素的球粒隕石配分曲線上可以看到，Eu元素出現(xiàn)了較為醒目的負(fù)異常，這說明花崗巖漿經(jīng)歷了斜長石和或鉀長石的分離結(jié)晶作用。因為Eu的離子半徑與長石晶格相當(dāng)，在長石中具有很高的分配系數(shù)，因而長石結(jié)晶時Eu進(jìn)入了長石晶格，從而造成熔體中強(qiáng)烈虧損Eu元素。這種強(qiáng)烈虧損Eu元素的花崗質(zhì)熔體顯然是經(jīng)歷了高程度分離結(jié)晶作用后的殘留熔體，是源巖漿經(jīng)歷了強(qiáng)烈的分離結(jié)晶作用的充分表現(xiàn)。

Nb、Ta、Rb、K等不相容元素的比值也能說明花崗質(zhì)巖漿的高度演化特征。因為它們的離子半徑存在差異（Ta5＋（0.73A）＞Nb5＋（0.70A），Rb＋（1.52A）＞K＋（1.38A）），具有較大離子半徑的元素將與氧形成相對更強(qiáng)的化學(xué)鍵，進(jìn)而更容易爭奪到熔體中的非橋氧而傾向保留在熔體中，使得在巖漿的分異演化過程中Nb/Ta和K/Rb比值逐漸降低，當(dāng)Nb/Ta＜9.9，K/Rb＜200時，即表現(xiàn)為高度演化特征。沙麥花崗巖的Nb/Ta、K/Rb比值均小于相應(yīng)的最高閥值，因而說明其經(jīng)歷了高度的分離結(jié)晶作用。

表2 沙麥花崗巖Sm-Nd同位素特征Table 2Sm-Nd isotopic characteristics of Shamai granite pluton

4 花崗巖成因類型

經(jīng)典的花崗巖成因模式為地殼物質(zhì)的部分熔融（Collins et al.，1982；Whalen et al.，1987），而板內(nèi)及碰撞后花崗巖也可以由大陸巖石圈地慢的熔融或者地慢巖漿與地殼物質(zhì)混合而成（Jung et al.，1998；Goodenough et al.，2000）。通過花崗巖的地球化學(xué)和巖漿的演化特征及巖石同位素組成的分析研究表明，沙麥花崗巖的成因類型為Ⅰ型花崗巖，其主要證據(jù)有：

S型花崗巖是地殼中變質(zhì)沉積巖熔融的結(jié)果，但巖石樣品的Nd同位素組成中6個樣品有5個樣品的εNd（t）大于零，這一結(jié)果著實讓人費解。在人們的固有認(rèn)識里，εNd（t）的正值被認(rèn)為成巖物質(zhì)來自地幔，負(fù)值則被認(rèn)為來自地殼。據(jù)此，沙麥花崗巖應(yīng)主要是地幔成因的。吳福元等（1999）指出該帶上的花崗巖起源于地慢鎂鐵質(zhì)巖漿以底侵方式就位于年輕地殼底部的殼慢混合花崗巖，聶風(fēng)軍（2007）根據(jù)εNd（t）值推斷沙麥花崗巖屬殼-慢混合巖漿在其上升過程中同化混染了古老的泥質(zhì)巖［3］。研究表明，地幔只能分異出少量的斜長花崗巖，若大的巖基恐難為之。近年來，基于UPb年齡和同位素的研究發(fā)現(xiàn)，許多強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖和流紋巖（包括S型花崗巖），它們并不是單純的地殼熔體，而是幔源物質(zhì)與殼源物質(zhì)的混合?？梢娽Ｔ次镔|(zhì)是巖基的主要組分，殼源物質(zhì)僅僅是次要組分，其巖石類型歸屬應(yīng)依照主要物質(zhì)組分而定?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，地殼沉積物在受幔源巖漿改造重熔的過程中，其物質(zhì)貢獻(xiàn)的減少也可以造成S型花崗巖漿成分轉(zhuǎn)變?yōu)棰裥突◢弾r漿，沙麥花崗巖基應(yīng)屬此種情形。因此，沙麥花崗巖體當(dāng)屬高分異的Ⅰ型花崗巖。

此外，研究表明，在巖漿演化／混染過程中同位素受到的影響最大，因為同位素最容易在熔體中達(dá)到平衡。那么，高分異花崗巖在演化過程中是否對Nd同位素構(gòu)成了影響？DePaolo曾指出，Sm、Nd的地球化學(xué)性質(zhì)非常相似，在巖漿分異演化過程中兩元素具有近乎相同的變化趨勢，因而巖漿的分異演化對花崗質(zhì)巖石的Sm/Nd比值影響不構(gòu)成顯著的、能夠引起感知的變化。這也是Nd同位素被廣泛用于高分異演化花崗巖的源區(qū)判別的原因［4］。

研究進(jìn)一步指出，不同類型（I、S和A型）的高分異花崗巖趨近于最低共熔點時，其礦物組合和化學(xué)成分都具有相似的地球化學(xué)特征，微量元素行為尤其如此，因而很難區(qū)分成因類型。沙麥花崗巖的高分異演化特征是造成巖石類型誤判的主要因素。因此，對于高分異花崗巖來說，利用微量元素的一些特征判別巖石類型是有風(fēng)險的，需謹(jǐn)慎甄別。

5 結(jié)論

1）依據(jù)沙麥花崗巖的高度演化特征及同位素組成分析，認(rèn)為沙麥花崗巖的成因類型為I型花崗巖。

2）地球化學(xué)和全巖Sm-Nd同位素研究表明，沙麥花崗巖的物質(zhì)主要來自幔源，同時具有少量比例殼源物質(zhì)的參與，并在隨后的巖漿高度結(jié)晶分異過程中部分地顯示出S型花崗巖的一些地球化學(xué)特征，但仍然屬以幔源特征為主的Ⅰ型花崗巖。

［1］內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社，1991.

［2］胡朋.內(nèi)蒙古沙麥鎢礦床地質(zhì)與地球化學(xué)初步研究［D］.西安：西北大學(xué)，2004.

［3］歐洋，盧炳雄，姚遠(yuǎn)，等.內(nèi)蒙古東烏旗沙麥地區(qū)花崗巖巖體地球化學(xué)特征［J］.科技傳播，2014（10）：135-136.

［4］D J Depaolo.Neodymium Isotope Geochemistry［M］. New York：Springer-verlag Berlin Heidelberg，1988.

Analysis on genesis of Shamai granite in middle Xingmeng orogenic belt

WANG Hui，LI Qiang，CHEN Shuang

（Geological Party No.208，CNNC，Baotou，Inner Mongolia 014010，China）

Studies were focused on the major，trace and rare earth element and Nd-Sm isotope geochemical characteristics of Shamai granite pluton.Major elements were characterized as high-k Calc-alkaline，peraluminous，negative relation between P2O5and SiO2content with most trace elements show the same Y/Ho evolution trend asⅠ-type Granites.Rare-earth element have a negative Eu anomaly and Nb/Ta，the K/Rb ratio is lower than the corresponding maximum thresholds，which suggestthegraniteexperiencedahighdegreeoffractionalcrystallization.Nd-Smisotope characteristics shew that most samples εNd（t）＞0，which is considered the derived mantle diagenetic material.Combined with a comprehensive analysis granite evolution，granite genetic types of Shamai was judged asⅠ-type granites.

Shamai granite；high fractional crystallization；Ⅰ-type granite

P581

A

1672-0636（2016）04-0204-06

10．3969/j．issn．1672-0636．2016．04．003

2015-11-11；

2016-06-27

王輝（1974—），男，內(nèi)蒙古察右前旗人，高級工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查和研究工作。E-mail：244548646@qq.com