李子昊

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061

內(nèi)蒙古科爾沁右翼中旗新發(fā)屯巖體形成時(shí)代及地球化學(xué)特征

李子昊

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061

內(nèi)蒙古科爾沁右翼新發(fā)屯巖體主要由花崗閃長巖組成.鋯石SHIRMP U-Pb定年結(jié)果顯示新發(fā)屯巖體的年齡為138±10 Ma，為早白堊世.地球化學(xué)測試結(jié)果顯示，新發(fā)屯巖體屬鈣堿性系列巖石，K、Rb、Ba、Th呈富集型，Sr、Ta、Nb、P、Ti呈虧損型.稀土元素配分曲線右傾，輕重稀土分餾較為明顯，具有明顯的Eu負(fù)異常.這些特征表明，新發(fā)屯巖體形成于晚造山環(huán)境，是板塊碰撞后地殼抬升時(shí)期的產(chǎn)物.

花崗閃長巖；早白堊世；地球化學(xué)；巖漿來源；科爾沁右翼中旗；內(nèi)蒙古

0 前言

內(nèi)蒙古科爾沁右翼中旗位于中亞造山帶東段，區(qū)域上中生代花崗巖類廣泛分布，與小興安嶺-張廣才嶺花崗巖類共同構(gòu)成了中國大陸東部的中生代“花崗巖海”［1］，這些花崗巖類的形成時(shí)代以及地球化學(xué)特征一直是地質(zhì)學(xué)家研究的熱點(diǎn).區(qū)域上發(fā)育大量巖漿巖，特別是NEE向展布的巖漿巖，與E-W、NE向古生代巖漿巖帶構(gòu)成了當(dāng)今的地質(zhì)構(gòu)造-巖漿格局，引起了大量地質(zhì)工作者的重視［2-4］.中生代時(shí)期巖漿活動(dòng)較劇烈，其中火山巖和花崗巖分布較多.前人已經(jīng)對(duì)該地區(qū)中生代巖漿巖做了大量工作：早期研究曾認(rèn)為這些花崗巖為古生代板塊俯沖碰撞的產(chǎn)物［5-6］，但近些年來高精度同位素年齡測試表明，這些花崗巖大多侵位于中生代［7-10］.興安嶺中部烏蘭浩特-索倫地區(qū)的中生代花崗巖漿活動(dòng)可以劃分為3期，葛文春等人［11］認(rèn)為早白堊世花崗巖巖漿侵位結(jié)晶年齡為140～125 Ma，早—中侏羅世花崗巖的形成可能是東部佳木斯地塊與松嫩地塊拼合過程的俯沖產(chǎn)物，而早白堊世花崗巖則是板內(nèi)張性構(gòu)造體制引起的；楊奇荻等人認(rèn)為通過鋯石U-Pb定年，在大興安嶺中南段甘珠爾廟地區(qū)鑒別出5個(gè)中生代花崗巖體，這些巖體形成于晚侏羅世（154 Ma）和早白堊世(139～125 Ma)，與大興安嶺中南段巖漿作用時(shí)期大致相同，為充分認(rèn)識(shí)區(qū)域上中生代巖漿活動(dòng)提供了新依據(jù)，甘珠爾廟地區(qū)中生代花崗巖形成于后造山伸展環(huán)境，這種構(gòu)造背景很可能與蒙古-鄂霍次克洋閉合碰撞后伸展有關(guān)系，其次在后期可能疊加了古太平洋俯沖的作用［12］.

本文從科爾沁右翼新發(fā)屯早白堊世花崗閃長巖入手，通過進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)以及地球化學(xué)研究，探討該巖體的形成年代、成因及地球化學(xué)特征等，并討論巖體形成的構(gòu)造意義.

1 地質(zhì)背景與巖石學(xué)特征

科爾沁右翼中旗地區(qū)屬于大興安嶺中南部，大地構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊和華北板塊中間的興蒙造山帶東部，西北為大興安嶺主斷裂帶，西南為嫩江斷裂帶.研究區(qū)分布大規(guī)模中生代巖漿巖（圖1），其中花崗巖類較多，特別是NNE向展布的巖漿巖活動(dòng)較發(fā)育.研究區(qū)出露大量白堊紀(jì)花崗巖類，發(fā)育的地層主要有中二疊統(tǒng)哲斯組（P2zs）、上二疊統(tǒng)林西組（P3l）、上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組（J3mn）和下白堊統(tǒng)白音高老組（K1b）.其中哲斯組和林西組主要由砂巖組成.從中生代開始，研究區(qū)位于大興安嶺火山巖帶同興-寶石火山噴發(fā)帶的中部，火山活動(dòng)頻繁.瑪尼吐組和白音高老組主要由熔巖及凝灰?guī)r組成，這些地層單元均被早白堊世花崗巖類侵入（圖1）.研究區(qū)早白堊世花崗巖類主要包括花崗斑巖、花崗閃長斑巖和花崗閃長巖，巖脈走向?yàn)楸睎|方向.其中花崗閃長巖出露范圍最廣，為本文的研究對(duì)象.

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological sketch map of the study area1—白音高老組（Baiyingaolao fm.）；2—瑪尼吐組（Nimatu fm.）；3—林西組（Linxi fm.）；4—哲斯組（Zhesi fm.）；5—早白堊世花崗斑巖（Early Cretaceous granite-porphyry）；6—早白堊世花崗閃長斑巖（Early Cretaceous granodiorite porphyry）；7—早白堊世花崗閃長巖（Early Cretaceous granodiorite）；8—第四紀(jì)沖洪積物（Quaternary proluvium）；9—年齡樣采樣點(diǎn)（sampling position for age test）；10—研究區(qū)位置（study area）

花崗閃長巖在研究區(qū)內(nèi)分布較多，主要分布于車家營子幅的中南部.部分侵入體由于第四系掩蓋而分開，下部可能為同一個(gè)巖體.侵入體均以巖株或巖枝狀產(chǎn)出，最大的出露面積約4.52 km2，最小的巖體出露面積只有0.02 km2.花崗閃長巖體侵入二疊系變質(zhì)砂巖和晚侏羅世火山巖，成巖后又被花崗斑巖和花崗巖等侵入.該類侵入巖遭受了強(qiáng)烈的風(fēng)化，地表很難找到成型的巖石標(biāo)本，多為砂狀集合體.在地下約10 m深的采坑中，見有新鮮的花崗閃長巖.巖體中也常見有小塊的細(xì)粒閃長巖的包體，包體的邊界與花崗閃長巖無明顯的界線，呈漸變過渡狀.圖1右側(cè)花崗斑巖年齡分布在128～121 Ma之間，形成在花崗閃長巖之前［13］.花崗閃長巖風(fēng)化面呈深灰色，新鮮面為灰白色，半自形細(xì)中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.主要礦物為石英（25%）+鉀長石（20%）+斜長石（40%）+黑云母（10%）+角閃石（5%）（圖2）.石英呈不規(guī)則粒狀，粒度在0.2～0.8 mm之間，分布較均勻.鉀長石呈半自形板狀，粒度在0.4 mm左右，雙晶不發(fā)育，有高嶺土化.斜長石呈半自形板狀，粒度在0.3～1.2 mm之間，雙晶發(fā)育，有絹云母化.黑云母呈片狀，多已綠泥石化.角閃石呈柱狀，粒度約1.5 mm，解理不清楚，二級(jí)藍(lán)干涉色，斜消光，消光角在23°左右.副礦物主要有磁鐵礦和鋯石.

2 測試方法

新發(fā)屯花崗閃長巖共分析了1件年齡樣（TW4）和7件化學(xué)樣.樣品的主量元素和痕量元素分析是在國土資源部長春礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成的.主量元素運(yùn)用X射線熒光光譜儀（PW4400）測量，痕量元素采用等離子質(zhì)譜儀（X-series）分析［14］.

挑選鋯石在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所進(jìn)行.先用常規(guī)方法將樣品粉碎至80~100目，再經(jīng)過淘洗和電磁方法進(jìn)行分離，可以取得高純度礦樣，并在雙目鏡下挑選具有較好晶形且無明顯裂痕和包裹體的鋯石，擺在環(huán)氧樹脂表面并打磨拋光，然后進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光（CL）圖像收集.鋯石的制靶、顯微圖像采集以及鋯石U-Pb同位素分析在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.采用Agilent7500型ICP MS和ComPexL02ArF準(zhǔn)分子激光器以及GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行，通過直徑為30 μm的激光束擊打鋯石顆粒，剝蝕樣品深度為20~40 μm［15］.鋯石年齡采用國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，元素含量采用NISTSRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo).實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)采用Andersen［16］的方法進(jìn)行同位素比值的比較來去除普通Pb的影響，諧和圖的繪制成圖采用Isoplot3.0程序［17］，所得出的同位素值和年齡的誤差均在1σ水平.

3 鋯石U-Pb定年

圖2 新發(fā)屯巖體顯微鏡下照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of granodiorite from XinfatunQ—石英（quartz）；Pl—斜長石（plagioclase）；Bi—黑云母（biotite）；Am—角閃石（amphibole）；Kfs—鉀長石（K-feldspar）

圖3 新發(fā)屯巖體鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像Fig.3 Cathodoluminescence（CL）image of zircon from Xinfatun rock body

由鋯石CL圖像（圖3）可知，鋯石粒度大小100~150 μm，長寬比為2∶1~1∶1，自形程度大部分中等，呈長柱狀或者短柱狀，且振蕩環(huán)帶發(fā)育，表明鋯石為巖漿鋯石.年齡樣TW4測試的鋯石點(diǎn)數(shù)為18個(gè)，其分析測試結(jié)果見表1.

從樣品諧和年齡圖（圖4a、b）可看出，18個(gè)測試點(diǎn)206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為138±10 Ma，MSWD=1.7.因此新發(fā)屯花崗閃長巖所測得年齡為138±10 Ma，時(shí)代為早白堊世.

4 巖體的地球化學(xué)特征

4.1 巖石化學(xué)特征

根據(jù)新發(fā)屯樣品的化學(xué)分析（表2）可以得出，SiO2含量變化范圍為64.11%~68.18%，表明其為酸性巖；堿含量（K2O+Na2O）變化范圍為7.42%~9.14%；Al2O3含量變化范圍為14.82%~16.14%；Fe2O3含量變化范圍為0.79%~1.97%；MgO含量變化在0.99%~1.50%之間；CaO含量變化范圍為1.89%~5.21%；鋁指數(shù)A/CNK值

測試單位：西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（2011）.

圖4 新發(fā)屯巖體鋯石U-Pb同位素年齡諧和圖Fig.4 Concordancy diagram of U-Pb isotopic age of zircon in the Xinfatun rock bodya—諧和圖（concordia plot）；b—加權(quán)平均年齡（weighted average age）

表1 新發(fā)屯巖體鋯石U-Pb定年結(jié)果均大于1.由SiO2-K2O圖解（圖5）可看出，花崗質(zhì)巖主要落入高鉀鈣堿性系列，屬高鉀鈣堿性巖石.

表2 新發(fā)屯巖體主量元素分析結(jié)果

在ACNK/ANK圖解（圖6）中，新發(fā)屯巖體花崗閃長巖樣品投影點(diǎn)落在過鋁質(zhì)巖區(qū)內(nèi)，該花崗閃長巖屬過鋁質(zhì)鈣堿性巖石.

4.2 微量元素特征

新發(fā)屯巖體的花崗閃長巖微量元素分析結(jié)果見表3.

從表3可以看出，該區(qū)巖體的微量元素含量與地殼平均值相比，Sr、Ta、Nb相對(duì)較低，Zr、Hf值稍高，Rb、Y、Th相對(duì)較高.通過微量元素蛛網(wǎng)圖（圖7）可以得出，曲線呈右傾型.微量元素與洋中脊花崗巖相比較，K、Rb、Ba、Th呈富集型，Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb元素相當(dāng)，而Sr、Ta、Nb、P、Ti呈虧損型.

圖5 新發(fā)屯巖體SiO2-K2O圖解Fig.5 The SiO2-K2O diagram of Xinfatun rock body

圖6 新發(fā)屯巖體A/CNK-A/NK圖解Fig.6 The A/CNK vs.A/NK diagram of Xinfatun rock body

圖7 新發(fā)屯巖體微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.7 Trace element spider diagram of Xinfatun rock body

表3 新發(fā)屯巖體微量元素分析結(jié)果

4.3 稀土元素特征

新發(fā)屯花崗閃長巖稀土元素分析結(jié)果見表4.

表4 新發(fā)屯巖體稀土元素分析結(jié)果

從表4可以看出，新發(fā)屯巖體的稀土元素含量中等，ΣREE值在142.2×10-6~209.2×10-6之間，輕、重稀土比值在7.50×10-6~9.45×10-6之間，δEu值在0.53×10-6~ 0.79×10-6之間，說明具有Eu的負(fù)異常，巖體可能是在巖漿分離結(jié)晶時(shí)期，斜長石大量晶出所形成的.從圖中可以看出新發(fā)屯花崗巖富集輕稀土，虧損重稀土.配分曲線的斜率比較大（圖8），呈右傾型，輕稀土分餾較為明顯.綜合上述，本區(qū)花崗閃長巖的稀土元素特征，可能與該花崗閃長巖形成時(shí)混染了地殼的物質(zhì)成分有關(guān)，或?yàn)榈貧げ糠秩廴诘漠a(chǎn)物.

圖8 稀土元素分配曲線模式圖Fig.8 REE distribution pattern of Xinfa tun rock body

5 討論

5.1 形成時(shí)代

陰極發(fā)光（CL）圖像（圖3）表明測量的鋯石樣品大多是半自形，可見振蕩生長環(huán)帶，屬巖漿鋯石.故鋯石的加權(quán)平均年齡可代表巖體侵位年齡，即新發(fā)屯花崗閃長巖巖體侵位于138±10 Ma.

5.2 成因類型

早白堊世花崗閃長巖多為半自形中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.巖石主要成分為為石英和斜長石，石英通常邊緣被溶解和侵蝕，呈次棱角狀.斜長石蝕變嚴(yán)重，可見聚片雙晶.

根據(jù)主量元素特征可知，研究區(qū)新發(fā)屯巖體為花崗閃長巖，屬高鉀鈣堿性巖石系列.根據(jù)稀土分配曲線（圖8）可以得出，輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，輕重稀土分餾明顯.具有較明顯的負(fù)Eu異常.K、Rb、Ba、Th呈富集型，Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb元素相當(dāng)，而Sr、Ta、Nb、P、Ti呈虧損型，能夠反映出S型花崗巖特點(diǎn)［18］. Rb會(huì)富集于成熟度高的地殼中.P屬于相容元素，在花崗巖中容易被磷灰石所容納.由于金紅石對(duì)Nb有高的分配系數(shù),巖體Nb負(fù)異常的主要原因可能是分離結(jié)晶作用.

5.3 形成構(gòu)造背景

對(duì)花崗巖形成的構(gòu)造背景的討論有著重要意義.根據(jù)大地構(gòu)造環(huán)境，Maniar et al.［19］將花崗巖分為造山花崗巖和非造山花崗巖兩大類.造山花崗巖又可分為島弧花崗巖、大陸弧花崗巖、大陸碰撞花崗巖和后碰撞花崗巖4種類型；而非造山花崗巖可以劃分為與裂谷有關(guān)的花崗巖、與大陸造陸抬升有關(guān)的花崗巖和大洋斜長花崗巖.

研究區(qū)位于華北板塊和西伯利亞板塊之間，研究區(qū)與華北地塊的碰撞縫合作用發(fā)生在晚二疊世—早三疊世，中生代受到了蒙古-鄂霍次克構(gòu)造體系的作用.關(guān)于研究區(qū)內(nèi)花崗巖形成機(jī)制有很大爭議，隋振民等認(rèn)為花崗巖形成是由于太平洋板塊的俯沖作用［20］，李錦軼等認(rèn)為花崗巖形成是由于古亞洲構(gòu)造域的陸內(nèi)造山作用［21］，邵濟(jì)安等認(rèn)為花崗巖形成與造山后巖石圈伸展構(gòu)造作用有關(guān)［22］.古生代—中生代先后經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造域和環(huán)太平洋構(gòu)造域［23］，晚二疊世—早三疊世與華北板塊發(fā)生了縫合帶拼接碰撞作用，產(chǎn)生了索倫-西拉木倫構(gòu)造帶及聯(lián)合板塊，該板塊與西伯利亞板塊之間具有蒙古-鄂霍次克洋.邵濟(jì)安等［24］認(rèn)為二疊紀(jì)至三疊紀(jì)這一時(shí)期是古亞洲洋構(gòu)造域運(yùn)動(dòng)向太平洋構(gòu)造域運(yùn)動(dòng)變換的重要時(shí)期.Windley［25］等認(rèn)為索倫-西拉木倫構(gòu)造帶的產(chǎn)生記載了古亞洲洋閉合的構(gòu)造演化階段.

花崗閃長巖的稀土元素分析結(jié)果表明，該巖石的形成與地殼混染有關(guān).微量元素分析表明，該巖石的形成與板塊碰撞構(gòu)造環(huán)境有關(guān).采用（Yb+Nb）-Rb和Yb-Rb圖解判斷巖體形成的構(gòu)造環(huán)境［26］，由圖9可知，花崗閃長巖的投影點(diǎn)均落入火山弧花崗巖區(qū)內(nèi)，表明為擠壓構(gòu)造環(huán)境，也說明該花崗巖的形成與火山弧構(gòu)造環(huán)境有關(guān)，屬晚造山花崗巖類.因此認(rèn)為本區(qū)的花崗閃長巖是板塊碰撞后地殼抬升時(shí)期的產(chǎn)物.在R1-R2圖解（圖10）中，本區(qū)的花崗閃長巖投影點(diǎn)落入③和④區(qū)內(nèi)，為晚造山期碰撞隆起產(chǎn)物.已得結(jié)論，新發(fā)屯巖體的年齡為138±10 Ma，侵位時(shí)代為早白堊世，為火山弧花崗巖，其中大興安嶺晚侏羅世至白堊世火山活動(dòng)十分強(qiáng)烈，大興安嶺也發(fā)育早白堊世花崗巖，巖性組為花崗閃長巖.

圖10 新發(fā)屯巖體R1-R2圖解Fig.10 The R1-R2diagram of Xinfatun rock body①地幔分離（mantle departure）；②前板塊碰撞（pre-plate collision）；③后板塊隆起（post-plate uplift）；④造山晚期（late orogeny）；⑤非造山（nonorogeny）；⑥同碰撞（syn-collision）；⑦造山期后（post orogeny）

圖9 新發(fā)屯巖體的Rb-（Y+Nb）和Y-Nb圖解Fig.9 The Rb-（Y+Nb）and Y-Nb diagrams of Xinfatun rock body

5 結(jié)論

（1）新發(fā)屯花崗閃長巖鋯石U-Pb定年表明，其鋯石年齡為138±10 Ma，表明該巖體侵位時(shí)代為早白堊世.

（2）新發(fā)屯花崗閃長巖為高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列的準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)巖石.K、Rb、Ba、Th呈富集型，Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb元素相當(dāng)，而Sr、Ta、Nb、P、Ti呈虧損型.稀土配分曲線右傾，稀土分餾較為明顯，有Eu負(fù)異?，F(xiàn)象.

（3）新發(fā)屯花崗閃長巖形成于晚造山陸緣火山弧構(gòu)造環(huán)境，該花崗巖的形成與火山弧構(gòu)造環(huán)境有關(guān)，屬晚造山花崗巖類.因此本區(qū)的花崗閃長巖是板塊碰撞后地殼抬升時(shí)期的產(chǎn)物.

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LI Zi-hao

College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China

The Xinfatun rock body,located in Horqin Youyi Zhongqi,Inner Mongolia,is dominated by granodiorite,with SHIRMP U-Pb dating age of 138±10 Ma,which belongs to Early Cretaceous.Geochemical data show that the rock body is of cale-alkaline series,with enrichment in K,Rb,Ba and Th and relative deficiency of Sr,Ta,Nb,P and Ti.The REE distribution curves are rightward inclined,showing obvious fraction of LREE and HREE and negative anomaly of Eu. These characteristics indicate that the Xinfatun rock body was formed in late orogenic environment and was the product of crustal uplift after plate collision.

granodiorite;Early Cretaceous;geochemistry;source of magma;Horqin Youyi Zhongqi;Inner Mongolia

2016-03-14；

2016-04-18.編輯：張哲．

中國地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“內(nèi)蒙古1∶5萬吐列毛都、車家營子、六戶、二龍屯幅區(qū)調(diào)”（1212011120660）.

李子昊（1992—），女，吉林大學(xué)在讀碩士研究生，主要從事數(shù)字地質(zhì)方面研究，通信地址吉林省長春市朝陽區(qū)建設(shè)街2199號(hào)，E-mail// 772004380@qq.com