程天赦，楊文靜，張學(xué)斌，吳榮澤，周長紅

(天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津 300191)

0 引 言

內(nèi)蒙古烏蘭烏臺花崗閃長巖位于興蒙造山系內(nèi)蒙古中部弧盆系錫林浩特巖漿弧中段。前人對興蒙造山帶中生代構(gòu)造演化研究較多[1-5]，陳斌等認為華北板塊與西伯利亞板塊的最終碰撞發(fā)生在230～310 Ma之間[1]；石玉若等認為興蒙造山帶在三疊紀開始就已經(jīng)發(fā)生了大規(guī)模的造山后伸展作用[3]；葉栩松等認為興蒙造山帶是一個多期旋回的過程[5]。前人對興蒙造山帶古生代大地構(gòu)造環(huán)境特征的研究較少。

烏蘭烏臺花崗閃長巖位于西烏珠穆沁旗吉仁高勒烏蘭烏臺一帶，馬秀等稱其為花崗閃長巖，將其歸為華力西晚期中酸性侵入巖(1)內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)測量隊.毛登幅1/20萬地質(zhì)圖與說明書.1976.② 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.朝克烏拉幅1/25萬地質(zhì)圖與說明書.2008.；鞠文信等研究將其劃歸為中二疊世巖漿產(chǎn)物②。本次1:5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作發(fā)現(xiàn)巖石具CPG(含堇青石過鋁質(zhì)花崗巖類)特征，其單顆粒鋯石U-Pb年齡為(384.8±5.1)Ma，屬于晚泥盆世巖漿活動產(chǎn)物。筆者通過巖石礦物學(xué)、地球化學(xué)特征及區(qū)域地質(zhì)資料，探討晚泥盆世該區(qū)大地構(gòu)造環(huán)境特征。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)內(nèi)侵入巖較發(fā)育(圖1)，其侵入時代主要有泥盆紀、石炭紀、二疊紀、三疊紀及白堊紀。隨著西伯利亞與華北兩大板塊的碰撞拼接及古亞洲洋的閉合，區(qū)內(nèi)最早的一次巖漿活動為中、晚泥盆世匯聚機制下富水的島弧拉斑玄武質(zhì)巖漿沿古陸殼邊緣斷裂帶熱侵位，形成的石英閃長巖-花崗閃長巖侵位于研究區(qū)烏和日楚魯、烏蘭烏臺一帶，為大陸邊緣弧近陸一側(cè)巖漿活動的產(chǎn)物。早、晚石炭世形成閃長巖-花崗閃長巖-二長花崗巖組合，侵位于研究區(qū)北部扎布吉架子及南部蘇榮溫都爾一帶，并表現(xiàn)有少量海陸交互相及陸相沉積。因此，研究區(qū)中、晚泥盆世至石炭紀不僅存在洋-陸碰撞造山，而且也發(fā)生過陸-陸碰撞造山過程。

圖1 內(nèi)蒙古大地構(gòu)造分區(qū)及工作區(qū)位置Fig.1 Tectonic division of Inner Mongolia and location of the study area

2 巖石學(xué)、礦物學(xué)特征

烏蘭烏臺花崗閃長巖由4個侵入體組成，呈近北東—南西向出露(圖2)，出露面積共13.95 km2。巖性較為單一，主要為中細?；◢忛W長巖。巖石風(fēng)化強烈，地勢較為平坦，地貌多為低山丘陵，巖石出露較差，巖體多被第四系、草原覆蓋，局部見陡坎狀露頭。巖體西側(cè)被上石炭統(tǒng)本巴圖組地層大面積不整合覆蓋，北側(cè)及中部局部被下白堊統(tǒng)白音高老組火山碎屑巖不整合覆蓋，南側(cè)被晚三疊世二長花崗巖呈巖枝狀、脈狀侵入。巖體中見花崗斑巖脈出露，主要呈北東向、北西向展布。巖體中局部可見閃長巖捕虜體，捕虜體呈巖塊、角礫狀，捕虜體與巖體接觸邊界可見同化混染現(xiàn)象。巖體出露較破碎，劈理、片理發(fā)育，后期熱液沿破碎帶發(fā)生綠簾石化、綠泥石化、硅化、褐鐵礦化等蝕變。

圖2 烏蘭烏臺花崗閃長巖地質(zhì)概圖(實測)Fig.2 Sketch of the granodiorite in Wulanwutai1.第四系坡洪積物；2.寶格達烏拉組；3.白音高老組流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r；4.哲斯組；5.大石寨組；6.壽山溝組；7.本巴圖組；8.晚三疊世中細粒二長花崗巖；9.晚三疊世中粗?；◢弾r；10.中三疊世花崗斑巖；11.中三疊世斑狀花崗巖；12.中三疊世中粗粒二長花崗巖；13.晚二疊世閃長巖；14.晚石炭世閃長巖；15.晚泥盆世花崗閃長巖；16.采樣位置及編號

實驗室詳細巖礦鑒定定名為中細?；◢忛W長巖，與野外定名一致。巖石呈細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，其顯微結(jié)構(gòu)如圖3所示。巖石主要由斜長石、鉀長石、石英組成，其含量分別為55%、10%、20%，并含少量黑云母、角閃石。斜長石呈半自形板狀，雜亂分布，粒度一般為0.2～2.0 mm，部分2.0～4.6 mm，高嶺土化、絹云母化明顯，有的隱約可見環(huán)帶。斜長石粒內(nèi)聚片雙晶發(fā)育，為中長石。鉀長石呈它形粒狀，為正(條紋)長石，填隙狀分布，粒度一般5.0～5.5 mm，少數(shù)0.5～2.0 mm，輕高嶺土化，交代斜長石，內(nèi)含斜長石、黑云母包體。石英呈它形粒狀，似填隙狀分布于長石間，粒度一般為2～5 mm，少數(shù)為0.2～2.0 mm，另外少數(shù)為5.0～6.2 mm，具輕微碎裂、波狀消光、變形紋等受力現(xiàn)象。黑云母呈片狀，片徑0.1～2.5 mm，雜亂分布，多色性明顯。角閃石呈半自形柱粒狀，粒度0.02～1.00 mm，零散分布，多色性明顯，陽起石化明顯，局部被黑云母交代。巖內(nèi)見一細粒黑云閃長巖包體，與中細?；◢忛W長巖的界限不明確，主要由斜長石、黑云母組成。巖內(nèi)多見被絹云母充填的裂紋。副礦物組合屬鋯石-鈦鐵礦-磷灰石型，此外還含少量獨居石、磁鐵礦。

圖3 花崗閃長巖顯微結(jié)構(gòu)(正交偏光，半自形粒狀結(jié)構(gòu))Fig.3 Photos showing the microstructure of the granodiorite (XPL)Kfs.鉀長石；Pl.斜長石；Qtz.石英；Am.角閃石；Bt.黑云母

3 樣品采集與分析測試

本次用于鋯石U-Pb定年的樣品1件(WGHS.37)，用于巖石地球化學(xué)分析的樣品2件(A01、A02)，樣品均較新鮮?；◢忛W長巖鋯石測年樣品采集位置為東經(jīng)116°56′45″，北緯44°20′37″。

鋯石單礦物分離由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所完成，陰極發(fā)光(CL)測試由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所掃描電鏡實驗室完成。鋯石U-Pb同位素定年在自然資源部天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所利用LA-ICP-MS分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為美國NewWave公司生產(chǎn)的UP193FX型193nm ArF準(zhǔn)分子系統(tǒng)，激光器來自德國ATL公司，ICP-MS為Agilient 7500a型質(zhì)譜儀。激光器波長為193 nm，脈沖寬度<4 ns，實驗的激光束斑直徑為35 μm，采用91500和Ple?ovice作為標(biāo)樣，NISTSRM 610對儀器進行最佳化控制，91500作為定年外標(biāo)，Ple?ovice作為監(jiān)控標(biāo)樣。樣品的同位素比值及元素含量計算采用GLITTER-ver 4.0(Macquarie University)程序，普通鉛校正采用Anderson提出的ComPbCorr#3.17校正程序，U-Pb諧和圖、年齡分布頻率圖繪制和年齡加權(quán)平均計算使用Isoplot/Ex_ver.3程序完成。詳細測試與數(shù)據(jù)處理流程見Liu等[6-8]。

巖石地球化學(xué)分析樣品采集位置見圖2。樣品由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室分析。主量元素測試采用XRF熒光測試法完成，測試誤差小于2%；稀土和微量元素測試采用等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法，測定精度優(yōu)于5%。

4 分析結(jié)果

4.1 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡

本次研究對烏蘭烏臺花崗閃長巖樣品(WGHS.37)進行了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素分析，對樣品進行了20個點測試分析。陰極發(fā)光(CL)圖像(圖4)顯示，其顆粒大小不一，變化范圍為96 μm×205 μm～95 μm×325 μm，長寬比值為2:1～3:1。所測鋯石顆粒大多呈長柱狀自形晶，鋯石顆粒的邊緣地帶均可觀察到清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，所有鋯石的Th/U值均大于0.1(Th/U=0.28～0.59)(表1)。因此，所測鋯石均屬巖漿成因。

圖4 烏蘭烏臺花崗閃長巖鋯石陰極發(fā)光圖像(CL)及分析點位和年齡Fig.4 Cathodoluminescence images and analysis spots of zircons from the Wulanwutai granodiorite sample

鋯石樣品測試結(jié)果(表1)顯示，4個測試點數(shù)據(jù)(點2，(408.2±5.5)Ma；點7，(423.0±4.1)Ma；點15，(431.5±4.6)Ma；點19，(401.5±4.8)Ma)偏離諧和線，其余16個點數(shù)據(jù)均在諧和線上或其附近，其加權(quán)平均年齡值為(384.8±5.1)Ma (MSWD=1.3，n=16)(圖5)。結(jié)合上述分析可知，(384.8±5.1)Ma代表了巖體的形成年齡，該巖體形成于晚泥盆世。

圖5 烏蘭烏臺花崗閃長巖鋯石U-Pb測年結(jié)果Fig.5 Zircon U-Pb concordia diagram (weighted average age in the inset diagram)for the Wulanwutai granodiorite

表1 烏蘭烏臺花崗閃長巖(樣品WGHS.37)LA-ICP-MS鋯石 Ub-Pb年齡分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb age data of the Wulanwutai granodiorite (sample WGHS.37)

4.2 地球化學(xué)特征

4.2.1 主量元素

主量元素分析結(jié)果如表2所示。

表2 烏蘭烏臺花崗閃長巖主量元素(%)、稀土元素(10-6)和微量元素(10-6)豐度Table 2 Contents of major (%)and trace (incl.REE)elements (10-6)of the Wulanwutai granodiorite

花崗閃長巖的SiO2含量較高，為70.48%～73.01%；Al2O3含量為11.70%～12.89%，K2O為3.10%～3.94%，Na2O為2.15%～2.29%，TiO2為0.64%～0.67%，MnO為0.055%～0.070%，MgO為1.71%～2.12%，CaO為1.27%～1.75%，P2O5為0.078%～0.115%，K2O+Na2O=5.39%～6.09%，K2O/Na2O=1.35～1.83，A/CNK=1.16～1.25。總體上，烏蘭烏臺花崗閃長巖具有高硅、富鉀、富鈉、富鈣的特征，TiO2、MnO、P2O5含量較低，屬過鋁質(zhì)巖石，經(jīng)歷了較強的結(jié)晶分異作用。QAPF圖解(圖6)中，樣品點落于花崗閃長巖區(qū)；AFM圖解(圖7)中，樣品點均落于鈣堿性系列。

圖6 烏蘭烏臺花崗閃長巖QAPF圖解(底圖據(jù)Streckeisen &Le Maitre[9])Fig.6 QAPF diagram for the Wulanwutai granodiorite(base map after Streckeisen &Le Maitre[9])1.富石英花崗巖；2.堿性長石花崗巖；3.花崗巖；3a.鉀長石花崗巖或普通花崗巖；3b.二長花崗巖；4.花崗閃長巖；5.英云閃長巖；6.石英堿性長石正長巖；7.石英二長巖；8.石英二長閃長巖；9.石英二長閃長巖/石英二長輝長巖；10.石英閃長巖/石英輝長巖；6*.堿性長石正長巖；7*.正長巖；8*.二長巖；9*.二長閃長巖/二長輝長巖；10*.閃長巖/輝長巖/斜長巖；6′.含似長石堿性長石正長巖；7′.含似長石正長巖；8′.含似長石二長巖；9′.含似長石二長巖/二長輝長巖；10′.含似長石閃長巖/輝長巖；11.似長石正長巖；12.似長二長正長巖；13.似長二長閃長巖；14.似長石輝長巖;15.似長輝長巖;Q.石英;A.堿性長石;P.斜長石;F.似長石

圖7 烏蘭烏臺花崗閃長巖AFM圖解(底圖據(jù)Brown[10])Fig.7 AFM diagram for the Wulanwutai granodiorite(base map after Brown[10])

4.2.2 稀土、微量元素

稀土元素及微量元素分析結(jié)果如表2所示。烏蘭烏臺花崗閃長巖稀土元素總量較低，REE=177.62×10-6～313.87×10-6，LREE/HREE=6.17～8.36，(La/Yb)N=5.57～8.94，花崗閃長巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化REE配分型式如圖8(a)所示，曲線呈明顯右傾型，輕稀土較富集，輕重稀土分餾明顯；(La/Sm)N=3.12～3.94，(Gd/Yb)N=1.21～1.44，輕稀土、重稀土內(nèi)部均未發(fā)生較明顯分餾；δEu=0.36～0.49，銪負異常明顯。

烏蘭烏臺花崗閃長巖的微量元素含量總體較高，Rb、Ba、Th、U、Pb、Sr呈相對“峰”值，高場強元素HFSE強烈虧損，如Zr、Hf、Nb、Ta、Ti；LREE相對HREE富集，其微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖如圖8(b)所示。

圖8 烏蘭烏臺花崗閃長巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(b)(底圖據(jù)文獻[10-11])Fig.8 Chondrite-normalized REE distribution patterns and Primitive mantle-normalized trace elements distribution patterns of the granodiorite of Wulanwutai(base map after refs.[10-11])

5 討 論

5.1 花崗閃長巖的形成時代

本次研究對烏蘭烏臺花崗閃長巖體進行了鋯石U-Pb測年分析，所采樣品新鮮，未發(fā)生變質(zhì)，且?guī)r漿振蕩環(huán)帶清晰，所測樣品點位于U-Pb諧和曲線上，表明此年齡代表巖漿侵位結(jié)晶的年齡。據(jù)此，該花崗閃長巖體的年齡為(384.8±5.1)Ma，侵位時代為晚泥盆世。

5.2 巖石成因類型

烏蘭烏臺花崗閃長巖屬鈣堿性，主要礦物為斜長石、鉀長石、石英、黑云母及角閃石，副礦物組合屬鋯石-鈦鐵礦-磷灰石型，此外還含少量獨居石、磁鐵礦，其礦物特征與Barbarin花崗巖分類中CPG(含堇青石過鋁質(zhì)花崗巖類)較相近。另外，烏蘭烏臺花崗閃長巖富鉀，K2O為3.10%～3.94%；富鋁，Al2O3為11.70%～12.89%；A/CNK=1.16～1.25，屬過鋁質(zhì)巖石；含黑云母，副礦物中含有磷灰石、獨居石、鈦鐵礦；巖體見閃長巖包體。因此，認為烏蘭烏臺花崗閃長巖巖漿可能為殼-幔混源型，與陸-陸碰撞有關(guān)。

5.3 構(gòu)造背景

興蒙造山帶形成于古生代晚期，是一個典型的陸-洋-陸碰撞區(qū)域。研究區(qū)構(gòu)造演化可分為兩個階段：(1)早階段，晚古生代西伯利亞古板塊與華北古板塊碰撞隆升-裂陷-再次碰撞，形成了基本構(gòu)造格架[12-15]；(2)晚階段，中生代時期強烈的陸緣活化型構(gòu)造-巖漿活動[16-17]。大多數(shù)學(xué)者認為華北板塊與西伯利亞板塊碰撞可能發(fā)生在二疊紀中晚期，并且有可能持續(xù)到三疊紀中期，二疊紀中期古生物群的混生，標(biāo)志著該碰撞的開始；三疊紀早—中期磨拉石沉積的出現(xiàn)和三疊紀中期巖漿活動的發(fā)生，標(biāo)志著該區(qū)強烈碰撞造山作用的發(fā)生和碰撞過程的結(jié)束。通過對烏蘭烏臺花崗閃長巖構(gòu)造環(huán)境進行判別，所有樣品均位于同碰撞構(gòu)造環(huán)境(圖9)，其形成應(yīng)與西伯利亞板塊和華北板塊碰撞造山有關(guān)。因此，通過對烏蘭烏臺花崗閃長巖的研究認為華北板塊與西伯利亞板塊在中泥盆世仍未發(fā)生碰撞，索倫—西拉木倫縫合帶并非古亞洲洋最終閉合的位置[19-20]，古亞洲洋最終閉合的位置有可能位于二連—賀根山縫合帶。

圖9 烏蘭烏臺花崗閃長巖(Y+Nb)-Rb(a)和Y-Nb(b)判別圖解(底圖據(jù)Pearce等[18])Fig.9 (Y+Nb)-Rb (a)and Y-Nb (b)tectonic discrimination diagrams for the Wuherichulu granodiorite(base map after Pearce et al.[18] )Syn-COLG.同碰撞花崗巖;WPG.板內(nèi)花崗巖;VAG.火山弧花崗巖;ORG.洋中脊花崗巖

6 結(jié) 論

通過對烏蘭烏臺花崗閃長巖巖相學(xué)、礦物學(xué)、同位素年代學(xué)及巖石地球化學(xué)特征進行研究，得到如下認識：

(1)烏蘭烏臺花崗閃長巖屬鈣堿性，主要礦物為斜長石、鉀長石、石英、黑云母及角閃石，副礦物組合屬鋯石-鈦鐵礦-磷灰石型，此外還含少量獨居石、磁鐵礦，其礦物特征與Barbarin花崗巖分類中CPG(含堇青石過鋁花崗巖類)較相近，其巖漿可能為殼-?；煸?，與陸-陸碰撞有關(guān)。

(2)烏蘭烏臺花崗閃長巖單顆粒鋯石U-Pb年齡為(384.8±5.1)Ma，所測鋯石均為巖漿成因，其年齡能夠代表巖體的形成時代，其形成于晚泥盆世。此時，西伯利亞板塊與華北板塊處于碰撞造山階段。