張永全,楊建磊

(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257000)

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內(nèi)蒙古狼山西段中元古代花崗巖類地質(zhì)特征及其構(gòu)造意義

張永全,楊建磊

(中國石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營 257000)

內(nèi)蒙古狼山西段大面積出露的中元古代花崗巖體主要是中酸性巖體,均遭受過輕微的變質(zhì)作用。二長花崗巖體的主量元素富集SiO2和K2O,貧FeO、CaO、MgO和TiO,A/CNK>1.1,為過鋁質(zhì)花崗巖。黑云斜長花崗巖體虧損微量元素Nb、Sr、P、Ti,富集Rb、K、Ta、Nd;輕稀土和重稀土分餾程度較強(qiáng),最高可達(dá)38.02倍;(La/Yb)介于3.66～128.65,δEu最小值為1.18,最大值為5.69,正銪異常明顯,具有典型碰撞成因的S型花崗巖特征?；◢弾r體的展布方向與區(qū)域構(gòu)造線基本一致,都呈北東-南西向帶狀展布,并與白乃廟群和魏家溝巖群中元古代古島弧鏈及開原蛇綠混雜巖帶平行,表明中元古代存在一個強(qiáng)烈的俯沖碰撞造山過程,此次碰撞造山事件為華北板塊在Rodinia 超大陸的拼合模式提供了制約條件。

狼山西段;中元古代;S型花崗巖類;構(gòu)造演化

內(nèi)蒙古狼山西段出露了大面積的中元古代的中酸性巖體,它們記錄了地球深處的信息,這些花崗巖巖體所記載的地史演變和構(gòu)造環(huán)境一直都是地質(zhì)學(xué)家研究的重點,也是驗證華北板塊北緣是否存在格林威爾造山帶的重要信息載體[1]。張臣、徐備等[2-3]的研究結(jié)果顯示中元古代華北板塊北緣經(jīng)歷了大陸裂谷-被動大陸邊緣-活動大陸邊緣-陸陸碰撞造山階段,在白云鄂博-溫都爾廟-阜新舊廟一線存在著一條近東西向展布的中元古代造山帶;邵濟(jì)安，李江海等[4-5]的研究結(jié)果表明華北板塊北緣于1.3～1.2 Ga、1.2～1.0 Ga分別經(jīng)歷了克拉通的伸展、裂解事件。因此,深入研究內(nèi)蒙古狼山西段中元古代的中酸性侵入巖體,不但對恢復(fù)華北板塊西北緣的地質(zhì)特征、構(gòu)造演化環(huán)境具有重要的意義,而且對華北板塊西北緣中元古代大陸邊緣的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造演化過程提供重要依據(jù),也能為華北板塊在Rodinia超大陸的拼合模式提供地質(zhì)的、地化的和年代學(xué)的直接證據(jù)[6-7]。本文通過對內(nèi)蒙古狼山地區(qū)的中元古代時期侵入巖體的地化特征研究,結(jié)合學(xué)者的研究成果,結(jié)果顯示,內(nèi)蒙古狼山西段中元古代存在一起比較強(qiáng)烈的造山運(yùn)動,即格林威爾造山運(yùn)動,大面積出露的中元古代中酸性侵入巖體就是這一時期造山運(yùn)動的產(chǎn)物。

1　區(qū)域概況

內(nèi)蒙古狼山西段位于華北板塊(Ⅰ級)的西北緣,連接3個不同的構(gòu)造單元,如圖1(b)所示。它北接西伯利亞板塊(Ⅰ級),西鄰塔里木地塊(Ⅰ級)。狼山地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造演化非常復(fù)雜,南部是巴音烏拉山-狼山-色爾騰山南麓深大斷裂,北部為高家窯-烏拉特后旗-赤峰-臺緣深大斷裂。華北板塊北緣出露的中元古代花崗巖主要分布在狼山地區(qū)東升廟一帶至遼寧阜新,總長超過800 km,近東西向展布,與區(qū)域構(gòu)造線基本上一致[8],如圖1(b)所示。

狼山地區(qū)中元古代花崗巖主要分布在阿勒特高勒溝的北側(cè),代表性巖體主要有呼和賽日和塔根達(dá)巴等花崗巖體,本文研究的呼和賽日巖體的巖石類型主要酸性侵入巖,并且發(fā)生了區(qū)域變質(zhì)作用。呼和賽日巖體侵入中太古界烏拉山群、上太古界色爾滕山群及古元古代閃長巖中,被華力西期的花崗巖類穿插,鋯石U-Pb年齡為1 037±4 Ma和1 011±6 Ma[8]。該巖帶呈條帶狀北東東向斷續(xù)產(chǎn)出,長約18 km,最寬處約1.3 km,從西向東見有3個巖體,出露面積相對較大,總面積約5 km2。中元古代花崗巖體與后期侵入巖體的接觸面不規(guī)則,侵入接觸關(guān)系,局部呈彎曲狀,并被后期的北東向的韌性剪切帶改造。在韌性剪切帶中,巖石極為發(fā)育糜棱巖化,并且?guī)r體流面的走向及糜棱面理的方向,都呈近北東東向展布,與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。在韌性剪切帶的接觸面上,硅化或角巖化極為發(fā)育,局部還遭受了混染和混合巖化。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置及巖體分布

2　巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)中元古代花崗巖類型主要為中酸性侵入巖類,都發(fā)生了輕微的區(qū)域變質(zhì)作用,部分巖體含有黑云母和石榴石,具有二長結(jié)構(gòu)。巖石新鮮面呈灰紅色至深灰色,中粒結(jié)構(gòu),變余結(jié)構(gòu),花崗結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,暗色礦物定向排列,基體和脈體界限不明顯。巖石礦物粒度結(jié)晶較大,一般為2～4 mm,石英呈青灰色,半自形—它形,粒狀,含量20%～30%;長石呈乳白色、半自形晶,含量50%～60%;黑云母呈褐色—黑色,自形晶,鱗片狀,含量15%～20%;白云母呈銀白色,自形晶,鱗片狀,含量小于5%;其次為角閃石、鋯石、磷灰石及磁鐵礦等副礦物,含量較少。局部地段巖石發(fā)生綠簾石化、褐鐵礦化,風(fēng)化面呈綠色或褐黃色。

在顯微鏡下,可見初糜棱巖化及碎粒結(jié)構(gòu),如圖2所示的二長花崗巖,在單偏光鏡下可以看到它已經(jīng)發(fā)生了初糜棱巖化,變余結(jié)構(gòu),半自形粒狀及文象結(jié)構(gòu),還可以看到殘留包粒和交代吞蝕結(jié)構(gòu),糜棱條紋構(gòu)造。糜棱巖化改變了巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造,新生成的礦物成分為褐綠色的黑云母、白云母、綠簾石、奧長石和鈣長石、微斜長石和微斜條紋長石,其中黑云母含量小于10%,部分黑云母發(fā)生了綠泥石化,白云母的含量約2%,綠簾石含量約為1%、奧長石和鈣長石含量大于20%、微斜長石和微斜條紋長石的含量大于40%。巖石中的礦物分布不均勻,這些礦物經(jīng)過糜棱巖化再造后使石英在一定高溫高壓條件下發(fā)生了壓溶和破碎。

圖2　初糜棱巖化二長花崗巖的鏡下特征

圖3　千糜-糜棱巖化的黑云母二長花崗巖的鏡下特征

3　主量元素特征

內(nèi)蒙古狼山地區(qū)中元古代晚期的花崗巖巖體的主量元素化學(xué)含量(如表1所示)與中國花崗巖平均值相比[9],二氧化硅、氧化鉀、三氧化二鋁的含量較高,而氧化鈉、鐵氧化物、氧化鈣、氧化鎂的含量較低,二氧化硅的含量平均約為72.52%,氧化鈦的含量平均約為0.15%,三氧化二鋁的含量平均約為14.47%,A/CNK的比值平均大于1.1,表明這些花崗巖巖體具有過鋁質(zhì)花崗巖的特征[10];標(biāo)準(zhǔn)礦物剛玉的平均含量約為1.76%。但是在含有黑云母的花崗巖巖體中結(jié)晶出了透輝石,呈現(xiàn)S型花崗巖的特征[11-13]。氧化鈉的平均含量約為3.09%,高于S型花崗巖中氧化鈉的平均含量,氧化鉀的平均含量為4.88%,并且氧化鉀的含量高于氧化鈉含量的1.5倍,屬于鈣堿性巖。

表1　狼山地區(qū)中元古代花崗巖類主量元素特征　%

注:PM樣品為本次數(shù)據(jù),LS樣品數(shù)據(jù)為1998年1:20萬區(qū)調(diào)報告。

4　微量元素的地球化學(xué)特征

內(nèi)蒙古狼山地區(qū)大面積出露的中元古代晚期中酸性侵入巖巖體的微量元素特征表明,這些花崗巖體遭到了較強(qiáng)的同化混染作用。從圖4和表2可以看出:①各個巖體的稀土配分模式,呼和賽日巖體具有中等的正銪異常,δEu介于5.18～5.69,伊和烏蘭額和巖體和查干扎拉格巖體具有較弱的正銪異常,δEu介于0.45～1.18;②這些巖體都具有較強(qiáng)的輕重稀土分餾特征,(La/Yb)N為3.66～128.65,并且它們的重稀土曲線相對來說傾斜的不厲害,不同巖體之間的稀土元素配分模式大致相似[14-15],表明這些巖體具有相同的或者相近的成因和物源區(qū)。

表2　狼山西段地區(qū)中元古代花崗巖類微量稀土元素含量　%

圖4　經(jīng)過球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的花崗巖類稀土元素分布型式圖

這些巖體的輕稀土富集,經(jīng)過球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式雖然大致相似,但是中粒巖體的稀土總含量高于細(xì)粒巖體稀土的總含量。稀土的這種變化趨勢,可能是由于巖漿作用由早期向晚期不斷的慢慢演化,導(dǎo)致了稀土元素的分異。同時,隨著礦物結(jié)晶粒度的變小,Σω (Ce)/Σω (Y)的比值不斷增大,符合同源巖漿演化的規(guī)律[16]。

在微量元素經(jīng)過原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化之后做出的蛛網(wǎng)圖(圖5)上,黑云斜長花崗巖和二長花崗巖的微量元素配分模式大致相似,大多數(shù)表現(xiàn)為Ba、U、Nb、Ce、P元素的虧損,而Tu、La、Zr、Hf等元素則富集。

圖5　經(jīng)過原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的花崗巖類微量元素蛛網(wǎng)圖

研究區(qū)不同花崗巖巖體在Rb/10-Hf-3Ta三元系相圖解中全部投影在同碰撞花崗巖和火山弧花崗巖范圍內(nèi),如圖6所示。

圖6　Rb/10-Hf-3Ta判別圖式(花崗巖構(gòu)造環(huán)境)

5　結(jié)束語

內(nèi)蒙古狼山西段大面積出露的中元古代的花崗巖類型主要有變質(zhì)的黑云母二長花崗巖、變質(zhì)的白云母二長花崗巖和二云二長花崗巖。這些花崗巖體主要是鈣堿性系列巖石,它們的主要特征就是富含Si、K 等元素,鋁元素的飽和指數(shù)A/CNK 的比值大于1.1。這些礦物成分和化學(xué)成分特征,表明內(nèi)蒙古狼山地區(qū)的中元古代晚期形成的花崗巖,是由于硅鋁殼發(fā)生重熔作用而形成了典型的S 型花崗巖。這些火山弧花崗巖類非常發(fā)育,表明狼山地區(qū)中元古代晚期確實存在一個非常強(qiáng)烈的俯沖碰撞造山過程,而俯沖碰撞的結(jié)果,就是地殼大規(guī)模的垂向生長,使得地殼加厚,地殼中的富含硅鋁的沉積層發(fā)生變質(zhì)作用并且重熔,導(dǎo)致了大規(guī)模的S 型花崗質(zhì)巖漿的活動。

中元古代時期,狼山地區(qū)的中酸性侵入巖遭受過強(qiáng)烈的區(qū)域性變質(zhì)變形作用,這些巖石的變質(zhì)程度較低,一般為低角閃巖相-綠片巖相。同時,狼山地區(qū)的中元古代地層還發(fā)生了強(qiáng)烈的變形,形成了緊閉同斜褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺,部分地層揉皺極為發(fā)育。

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[責(zé)任編輯]董大偉

2016-04-19

張永全(1986—),男,山東單縣人,中國石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院助教,主要從事區(qū)域構(gòu)造與成礦研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.003

P313

A

1673-5935(2016)02- 0007- 05