竇國(guó)興

(中國(guó)煤炭地質(zhì)總局地球物理勘探研究院，河北 涿州 072750)

0 引言

在古生代，西伯利亞板塊和華北板塊之間存在一個(gè)龐大的古亞洲洋，古亞洲洋通過(guò)板塊俯沖而閉合，形成全球最大的古生代造山帶——中亞造山帶[1]。這里也是全球顯生宙地殼垂向增生最顯著的地區(qū)之一，其演化歷史十分復(fù)雜，長(zhǎng)期以來(lái)，古亞洲洋的演化歷史一直倍受關(guān)注[2]。我國(guó)東北地區(qū)屬中亞造山帶的東段，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者在該地區(qū)開(kāi)展了廣泛而深入的研究，并取得了可喜的成果。本文在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市石尖山等四幅1∶5萬(wàn)區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查、野外剖面觀測(cè)和室內(nèi)巖石礦物詳細(xì)鑒定的基礎(chǔ)上，選擇代表性的巖石樣品，應(yīng)用激光剝蝕—電感耦合等離子體質(zhì)譜法，對(duì)石尖山花崗巖體進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測(cè)年，并根據(jù)地球化學(xué)特征對(duì)其成因類型及構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行探討，為確定其侵位結(jié)晶時(shí)代和研究該地區(qū)古亞洲洋閉合時(shí)限提供了新的重要證據(jù)[3-4]。

1 地質(zhì)背景及取樣位置

石尖山花崗巖以巖株的形式呈NE向出露地表，長(zhǎng)約35km，寬約14km，出露面積約260km2，是該地區(qū)規(guī)模最大的巖體。其主要巖石類型為灰白色中粗粒、中細(xì)粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖、淺肉紅色細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖及肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖，侵入石炭紀(jì)細(xì)粒斑狀含二云二長(zhǎng)花崗巖、淺灰色細(xì)粒石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖以及青白口紀(jì)佳疙疸組、奧陶紀(jì)銅山組中，被上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組火山碎屑巖不整合覆蓋。

測(cè)年樣品及地球化學(xué)分析樣品均取自石尖山花崗巖侵入體不同部位大面積的基巖露頭上，具有較好的代表性。各樣品采樣位置見(jiàn)圖1，樣品P1取自石尖山南西約6.6km處的中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，樣品P4取自石尖山南西約6.8km處的中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，樣品D5026取自石尖山南西約6.5km處的中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，樣品D1248、P2取自石尖山南西約6.1km處的肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖，樣品D5017取自石尖山南西約6.2km處的淺肉紅色細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖，巖石樣品新鮮，不存在明顯的蝕變和構(gòu)造破碎現(xiàn)象。

1—第四系；2—侏羅系；3—奧陶系；4—青白口紀(jì)佳疙疸組；5—中三疊世侵入巖；6—石炭紀(jì)侵入巖；7—似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；8—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖；9—正長(zhǎng)花崗巖；10—推測(cè)/實(shí)測(cè)斷層；11—不整合界線；12—巖相(性)界線；13—采樣位置及編號(hào)；14—額爾古納非火山型被動(dòng)陸緣；15—烏爾其漢火山型被動(dòng)陸緣；16—東烏珠穆沁旗-扎蘭屯火山型被動(dòng)陸緣；17—研究區(qū)位置圖1 石尖山花崗巖分布及采樣位置圖

2 巖石礦物學(xué)及地球化學(xué)特征

2.1 巖石礦物學(xué)特征

灰白色中粗粒、中細(xì)粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖：似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，斑晶含量約10%，由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石組成，均呈半自形板狀，具輕微高嶺土化，其中斜長(zhǎng)石局部隱約可見(jiàn)環(huán)帶構(gòu)造?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和黑云母組成，斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，不規(guī)律分布，蝕變同斑晶；鉀長(zhǎng)石含正長(zhǎng)石、正條紋長(zhǎng)石，呈半自形板狀、寬板狀，雜亂分布，具輕微高嶺土化，有時(shí)交代斜長(zhǎng)石；石英呈他形粒狀，單晶或集合體填隙狀分布于長(zhǎng)石粒間，局部粒內(nèi)具輕波狀消光現(xiàn)象；黑云母呈鱗片狀、葉片狀，零星分布(圖2)。

圖2 中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖野外照片(a)及鏡下鑒定照片(b)

肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖：細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由鉀長(zhǎng)石、石英和少量斜長(zhǎng)石、黑云母組成。鉀長(zhǎng)石含量約為70%，主要為正長(zhǎng)石、正條紋長(zhǎng)石，呈半自形板狀、寬板狀，粒度一般0.5～2mm，不規(guī)律分布，具輕微高嶺土化；石英含量約25%，他形粒狀，單晶或集合體填隙狀分布于長(zhǎng)石粒間，局部粒內(nèi)具輕波狀消光現(xiàn)象；斜長(zhǎng)石呈半自形板條狀，粒度一般0.4～1.6mm，零星分布，表面較干凈，局部輕微絹云母化、高嶺土化，少量可見(jiàn)聚片雙晶；暗色礦物含量少，主要為黑云母，呈半自形晶，零星分布(圖3)。

圖3 肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖野外照片(a)及鏡下鑒定照片(b)

淺肉紅色細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖：細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖石由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英和少量黑云母組成。斜長(zhǎng)石含量約35%，半自形板狀為主，少量他形粒狀結(jié)構(gòu)，不規(guī)律分布，粒度一般0.2～0.8mm，具高嶺土化，表面臟；鉀長(zhǎng)石含量約40%，主要為正長(zhǎng)石，半自形板狀—他形粒狀，不規(guī)律分布，粒度一般0.2～1mm，具高嶺土化，表面臟；石英含量約25%，他形粒狀，雜亂分布，粒度一般0.2～1.2mm，粒間齒狀鑲嵌，具波狀消光，少量粒內(nèi)見(jiàn)嵌布長(zhǎng)石；黑云母含量少，呈葉片狀，零星分布(圖4)。

圖4 淺肉紅色細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖野外照片(a)及鏡下鑒定照片(b)

2.2 巖石地球化學(xué)特征

灰白色中粗粒、中細(xì)粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖：SiO2含量在71.28%～73.81%之間，分異指數(shù)DI在84.56～90.21之間，固結(jié)指數(shù)SI在4.24～7.47之間(表1)，結(jié)晶分異程度較高；Al2O3含量在13.59%～13.91%之間，A/CNK在1.005～1.065之間，標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉(C)，含量在0.23%～0.97%之間，A/NK-A/CNK圖解(圖5)樣品落在過(guò)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)；K2O與Na2O含量接近，里特曼指數(shù)(σ)在1.97～2.1之間，堿度率AR為2.81～3.12之間，在SiO2-AR巖石類型判別圖解(圖6)中，樣點(diǎn)落入堿性花崗巖區(qū)，在K2O-SiO2巖石類型判別圖解(圖7)中，樣品落在高鉀鈣堿性區(qū)；綜上所述，該侵入巖屬過(guò)鋁質(zhì)高鉀堿性花崗巖系列。

表1 石尖山花崗巖主量元素分析結(jié)果(wt%)

肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖：SiO2含量為76.01%～76.95%，分異指數(shù)DI為97.17～97.83，固結(jié)指數(shù)SI為0.86～1.68，結(jié)晶分異程度高；Al2O3含量為12.62%～12.97%，A/CNK在1.015～1.045之間，標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉(C)，A/NK-A/CNK圖解(圖5)，樣品落在過(guò)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)；里特曼指數(shù)(σ)在2.32～2.51之間，堿度率AR在4.25～5.09之間，在SiO2-AR巖石類型判別圖解(圖6)中，樣點(diǎn)落入堿性花崗巖區(qū)，在K2O-SiO2巖石類型判別圖解(圖7)中，樣品落在了高鉀鈣堿性區(qū)；綜上所述，該侵入巖屬過(guò)鋁質(zhì)高鉀堿性花崗巖系列。

1—似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2—細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；3—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖圖5 石尖山花崗巖A/NK-A/CNK判別圖解

1—似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2—細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；3—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖圖6 石尖山花崗巖SiO2-AR(堿度率)判別圖解

1—似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2—細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；3—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖圖7 石尖山花崗巖K2O-SiO2判別圖解

淺肉紅色細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖：巖石化學(xué)成分中SiO2含量為78.99%，分異指數(shù)DI為96.49，為三疊紀(jì)花崗巖中結(jié)晶分異程度最高；Al2O3含量為11.70%，A/CNK為1.182，標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)剛玉(C)，A/NK-A/CNK圖解(圖5)樣品落在過(guò)鋁質(zhì)花崗巖區(qū)；里特曼指數(shù)(σ)為1.58，堿度率AR為2.4，在SiO2-AR巖石類型判別圖解(圖6)中，樣點(diǎn)落入堿性花崗巖區(qū)，在K2O-SiO2巖石類型判別圖解(圖7)中，樣品落在高鉀鈣堿性區(qū)；綜上所述，該侵入巖屬過(guò)鋁質(zhì)高鉀堿性花崗巖系列。

3 同位素年齡的測(cè)定

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)石尖山地區(qū)花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測(cè)年。將鋯石樣品和標(biāo)樣91500分別黏在雙面膠上，然后用無(wú)色透明的環(huán)氧樹(shù)脂固定，待環(huán)氧樹(shù)脂充分固化后拋光至樣品露出一個(gè)平面。樣品測(cè)試之前用3%(v/v)的HNO3清洗樣品表面，以除去樣品表面的污染。激光剝蝕采用的斑束直徑為20μm，頻率為10Hz，采樣方式為單點(diǎn)剝蝕。激光剝蝕系統(tǒng)為德國(guó)的MicroLas公司生產(chǎn)的GeoLas200M，ICP-MS為美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agilent7500a，該儀器獨(dú)有的屏蔽炬可明顯提高分析靈敏度。

為了避開(kāi)鋯石內(nèi)部可能存在的繼承鋯石核以及晶體表層可能存在的微裂紋造成鉛的淋濾丟失，靶點(diǎn)選在鋯石顆粒的近邊部，自形生長(zhǎng)環(huán)帶較清晰的部位，以期得到盡可能準(zhǔn)確的花崗巖結(jié)晶年齡。

3.2 數(shù)據(jù)分析

對(duì)灰白色中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖樣品D5026的14粒鋯石、肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖樣品P1的15粒鋯石進(jìn)行激光剝蝕—電感耦合等離子體質(zhì)譜分析，每粒鋯石測(cè)試1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共計(jì)29個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)蒙古石尖山花崗巖鋯石U-Pb同位素測(cè)試分析

D5026樣品11個(gè)測(cè)點(diǎn)給出的206Pb/238U加權(quán)平均年齡值為(230.9±2.6)Ma(表2，樣品D5026，圖8，圖9)。有3顆鋯石的206Pb/238U年齡值偏離較大，1顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)4)年齡值為(221.0±5.7)Ma，另1顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)9)年齡值為(216.0±3.2)Ma，第3顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)13)年齡值為(249.1±5.1)Ma。

圖8 部分鋯石樣品的陰極發(fā)光形態(tài)特征、分析點(diǎn)位置、編號(hào)及年齡值

圖9 石尖山似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖(D5026)鋯石U-Pb一致曲線圖

P1樣品9個(gè)測(cè)點(diǎn)給出的206Pb/238U加權(quán)平均年齡值為(231.5±2.5)Ma(表2，樣品P1，圖8，圖10)。有6顆鋯石的206Pb/238U年齡值偏離較大，1顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)3)年齡值為(213.6±4.2)Ma，第2顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)6)年齡值為(238.1±4.0)Ma，第3顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)7)年齡值為(240.5±4.0)Ma，第4顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)9)年齡值為(243.2±4.1)Ma，第5顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)12)年齡值為(239.9±4.6)Ma，第6顆(表2，分析點(diǎn)號(hào)15)年齡值為(222.6±3.4)Ma。

圖10 石尖山正長(zhǎng)花崗巖(P1)鋯石U-Pb一致曲線圖

9顆年齡值偏離較大的鋯石沒(méi)有參與加權(quán)平均值計(jì)算。2個(gè)樣品的最終年齡值分別為(230.9±2.6)Ma和(231.5±2.5)Ma，能夠代表石尖山花崗巖的結(jié)晶成巖年齡。

4 討論

4.1 石尖山花崗巖形成的成因類型及構(gòu)造環(huán)境

自中元古代以來(lái)，古亞洲洋經(jīng)歷了大陸裂解階段、洋盆擴(kuò)張階段、洋殼俯沖消減階段、強(qiáng)烈碰撞造山階段以及后造山階段[7]。并且，由于古亞洲洋自西向東呈“剪刀”式閉合[8]，各演化階段在不同地區(qū)發(fā)生的時(shí)間存在差異。

本次研究中，筆者通過(guò)R1—R2等多種圖解(圖11—圖13)分析，石尖山花崗巖樣品主要落在后造山花崗巖區(qū)(POG)及大陸碰撞花崗巖(CCG)向后造山花崗巖(POG)過(guò)渡的區(qū)域，由此說(shuō)明石尖山花崗巖形成于造山晚期—造山后過(guò)渡的拉伸環(huán)境。

1—似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2—細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；3—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖；①地幔斜長(zhǎng)花崗巖；②破壞性活動(dòng)板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；③板塊碰撞后隆起期花崗巖；④晚造山期花崗巖；⑤非造山區(qū)A型花崗巖；⑥同碰撞(S型)花崗巖；⑦造山期后A型花崗巖圖11 石尖山花崗巖R1-R2成因分類圖解

1—斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2—細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；3—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖；IAG—島弧花崗巖類；CAG—大陸弧花崗巖類；CCG—大陸碰撞花崗巖類；POG—后造山花崗巖類；RRG—與裂谷有關(guān)的花崗巖類；CEUG—與大陸的造陸抬升有關(guān)的花崗巖圖12 石尖山花崗巖構(gòu)造環(huán)境wTFeO/[w(TFeO)+w(MgO)]-SiO2判別圖解

1—似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；2—細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖；3—細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖；IAG—島弧花崗巖類；CAG—大陸弧花崗巖類；CCG—大陸碰撞花崗巖類；POG—后造山期花崗巖類；RRG—與裂谷有關(guān)的花崗巖類；CEUG—與大陸的造陸抬升有關(guān)的花崗巖圖13 石尖山花崗巖構(gòu)造環(huán)境Al2O3-SiO2判別圖解

4.2 關(guān)于古亞洲洋閉合時(shí)間的討論

一直以來(lái)，對(duì)于西伯利亞板塊和華北板塊之間古亞洲洋的閉合時(shí)間眾說(shuō)紛紜，眾多學(xué)者從不同角度分析了古亞洲洋的閉合，主要觀點(diǎn)可分為兩類：其一，認(rèn)為中國(guó)東北地區(qū)古亞洲洋至少?gòu)耐硎渴酪詠?lái)就已經(jīng)閉合[1，6]；其二，認(rèn)為中國(guó)東北地區(qū)古亞洲洋閉合于晚二疊世—早三疊世[5,7-27]。

自泥盆紀(jì)至早三疊紀(jì)[9]，古亞洲洋通過(guò)板塊俯沖而閉合，形成規(guī)模巨大的中亞造山帶。由于中亞造山帶形成歷史長(zhǎng)，空間展布巨大，所以不同地區(qū)古亞洲洋最終閉合的時(shí)間差異較大[17]。

4.3 石尖山花崗巖體時(shí)代歸屬及構(gòu)造屬性

根據(jù)本次樣品分析測(cè)試結(jié)果，石尖山花崗巖形成于造山晚期—造山后過(guò)渡的拉伸環(huán)境；通過(guò)對(duì)石尖山中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖和肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年，獲得巖體的結(jié)晶成巖年齡分別為(230.4±4.4)Ma和(231.8±4.2)Ma，說(shuō)明石尖山花崗巖的主體中粗粒似斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖和肉紅色正長(zhǎng)花崗巖形成于中三疊世。由此可見(jiàn)，石尖山地區(qū)中三疊世處于造山晚期—造山后過(guò)渡的拉伸環(huán)境，由此推斷，中三疊世時(shí)期的石尖山地區(qū)古亞洲洋已經(jīng)完成拼合，最可能的拼合時(shí)間為晚二疊世—早三疊世。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)鋯石U-Pb同位素測(cè)年，獲得石尖山花崗巖2個(gè)年齡值，分別為(230.9±2.6)Ma和(231.5±2.5)Ma，結(jié)晶成巖于中三疊世。

(2)根據(jù)巖體成因類型及構(gòu)造環(huán)境分析，巖體形成于造山活動(dòng)末期的拉伸環(huán)境。

(3)據(jù)此推斷，古亞洲洋最可能的拼合時(shí)間為晚二疊世—早三疊世。

致謝：本文在成文過(guò)程中，與柳曉光工程師有過(guò)多次十分有益的探討；成文后孟凡彬副經(jīng)理及李王鵬博士都提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，誠(chéng)摯感謝審稿人提出的建設(shè)性意見(jiàn)和建議。