內(nèi)蒙古大興安嶺北部新元古代花崗巖巖石地球化學特征及其構(gòu)造意義

李鵬 許永旺 張子珍 趙莎 郝東升

摘要：大興安嶺北部發(fā)育有大量的新元古代花崗巖，通過開展1/25萬莫爾道嘎——奇乾幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，將其劃分為三個構(gòu)造巖漿階段，共7個填圖單元。巖石組合及巖石地球化學特征的研究表明，早期的中基性雜巖—花崗閃長巖系列巖漿主要來源于上地?；蛳碌貧ぃ歉_作用和殼幔相互作用的產(chǎn)物；中期似斑狀鉀長花崗巖—二長花崗巖系列巖漿來源于下地殼，是碰撞造山作用的產(chǎn)物；晚期正長巖主要來自于下地殼，形成于造山晚期的伸展體制。整個新元古代巖漿巖的發(fā)展演化過程客觀地反映了大興安嶺北部西伯利亞板塊南緣的運動學特征。

關(guān)鍵詞:花崗巖 新元古代 巖石地球化學 構(gòu)造環(huán)境 大興安嶺北部

序言

大興安嶺北部莫爾道嘎—奇乾地區(qū)，出露有大量的北東向展布的花崗巖，由于自然條件極其惡劣，前人工作程度很低。我們在開展1/25萬莫爾道嘎—奇乾幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中，發(fā)現(xiàn)了大量的新元古代花崗巖，它們規(guī)模大、發(fā)育完整。通過細致的野外觀測和系統(tǒng)的樣品分析，通過對巖石學、巖石地球化學特征的研究探討了新元古代花崗巖的演化特征、成因機制和構(gòu)造意義。

一、區(qū)域地質(zhì)概況

工作區(qū)內(nèi)以德爾布干深斷裂為界，北部屬西伯利亞板塊南緣新元古代陸緣增生帶，南部屬晚古生代陸緣增生帶；新元古代花崗巖出露于深斷裂以北，構(gòu)成北東向展布的新元古代構(gòu)造巖漿巖帶，其上疊加有大量華力西期—印支期中酸性侵入巖，與其伴生的變質(zhì)地體有古元古代興華渡口巖群、鳳水山片麻雜巖和新元古代南華系佳疙瘩組；其中佳疙瘩組形成于活動陸緣構(gòu)造環(huán)境，其上部有大量的變安山巖（鋯石U—Pb同位素年齡為723Ma—莫爾道嘎幅1/25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告）。

二、花崗巖宏觀地質(zhì)特征

新元古代巖漿活動強烈，廣泛分布于前寒武紀基底隆起區(qū)的大新屯、望火樓、亂石山等地，呈北東向帶狀展布。劃分出7個填圖單元，分屬三個構(gòu)造巖漿活動階段，早階段中基性侵入巖，多呈巖株狀產(chǎn)出，具片麻狀構(gòu)造，由中—基性雜巖（Pt3ν-δ）、片麻狀黑云母石英閃長巖（Pt3δο）、黑云石英二長閃長巖（Pt3ηδο）、片麻狀花崗閃長巖（Pt3γδ）組成；中階段酸性侵入巖，規(guī)模較大，呈巖基產(chǎn)出，由巨斑狀中粒黑云母鉀長花崗巖（Pt3ξγ）、含斑中粒黑云母二長花崗巖（Pt3ηγ）組成；晚階段為粗粒黑云母正長巖（Pt3ξ）。由于后期構(gòu)造的改造，各階段的地質(zhì)體均遭受了不同程度的變質(zhì)變形。

（一） 新元古代早階段侵入巖

該階段巖體主要分布于圖幅大興屯、八間房、亂石山、奇乾及伊木河一帶，出露面積約600Km2，單個侵入體規(guī)模小，呈巖株狀產(chǎn)出或呈規(guī)模不等的捕虜體，總體呈北東向展布。侵入古元古界興華渡口巖群和新元古代南華系疙瘩組；被新元古代中晚期花崗巖侵入及晚古生代巖體侵入。巖體球形風化特征明顯，內(nèi)有不等量的圍巖捕虜體和暗色閃長質(zhì)深源包體，包體形態(tài)不規(guī)則，大小幾厘米—幾十厘米，與主巖界線漸變過渡，分布不均勻。由于后期構(gòu)造作用巖體多數(shù)具有不均一的片麻狀構(gòu)造和邊緣片理化。中—基性雜巖不同巖石類型之間呈過渡關(guān)系。

（二） 新元古代中階段侵入巖

主要分布于大興屯、八間房農(nóng)場及兩間房一帶，向西北延伸至俄羅斯境內(nèi)，出露面積約3500Km2，呈巖基或較大巖株狀產(chǎn)出。侵入古元古界興華渡口巖群黑云石英片巖、新元古界南華系佳疙瘩組和新元古代早期巖體；被新元古代晚期正長巖侵入。該期巖體含有特征的鉀長石巨斑晶和少量富云母包體。巖體與加疙瘩組外接觸帶，熱接觸變質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，形成角巖類巖石并伴有云英巖化蝕變現(xiàn)象。巖體內(nèi)部圍巖捕虜體較多且與主巖界線模糊，導致巖石局部基性成分增加；同化混染作用表現(xiàn)明顯，鉀質(zhì)交代現(xiàn)象普遍，形成大量花崗質(zhì)混染巖。深成巖體邊部巖石組構(gòu)不均一，斑雜狀構(gòu)造發(fā)育。

（三） 新元古代晚階段侵入巖

集中分布于測區(qū)西南草坡溝一帶，出露面積約40Km2，由2個侵入體組成，呈近橢圓狀巖株產(chǎn)出,侵入中—基性雜巖和巨斑狀中粒黑云母鉀長花崗巖。巖石具呈球形風化外貌，巖體內(nèi)可見20－300×50－1400m的灰色石英巖捕虜體和暗色閃長質(zhì)包體，暗色包體呈橢圓狀或透鏡狀沿北東向展布，長寬比約1：1－8：1，與主巖界線截然；巖體同化混染作用明顯。

三、花崗巖巖相學特征

（一） 新元古代早階段侵入巖

主要為一套中基性巖石組合，少量酸性巖，巖性有輝長巖、輝長閃長巖、片麻狀中細粒閃長巖、石英閃長巖、石英二長閃長巖和花崗閃長巖。該階段巖石以暗色礦物含量高（特別是角閃石）、石英含量低、礦物粒徑較細為主要特征；巖石普遍發(fā)生綠簾石化、綠泥石化且多具片麻狀構(gòu)造。斜長石多為半自形粒狀，為更長石-拉長石（An＝20－45），環(huán)帶構(gòu)造、 聚片雙晶發(fā)育；暗色礦物種類有輝石、角閃石及黑云母，角閃石多色性為褐色—淺褐色，反映其物源深、形成溫度高；微斜長石呈它形粒狀；石英它形粒狀、填隙狀分布；黑云母呈紅褐色。

（二） 新元古代中階段侵入巖

主要為一套酸性巖石組合，巖性為巨斑狀中粒黑云母鉀長花崗巖和含斑中粒黑云母二長花崗巖，以具似斑狀結(jié)構(gòu)為特征。巖石基本不含角閃石、黑云母含量少、石英含量高。斑晶為微斜條紋長石，少量為石英，粒徑10～40mm，呈自形板狀，部分熔蝕呈卵圓形，具有斜長石、石英、黑云母等礦物細粒包裹體，晶體周邊常有斜長石、石英嵌入，呈不規(guī)則狀，斑晶排列具定向性?；|(zhì)由微斜條紋長石、斜長石、石英、黑云母及少量角閃石組成。斜長石呈半自形板狀、粒狀，An=3－15，為鈉、更長石，絹云母化；與斜長石接觸處可見無明顯輪廊的圍巖捕虜體，其成分為微細粒的斜長石、黑云母和石榴石，有高嶺土化、黝簾石化現(xiàn)象；微斜條紋長石呈半自形板狀，交代早期斜長石，由于交代不徹底形成交代條紋結(jié)構(gòu)、蠕蟲結(jié)構(gòu)和交代殘留結(jié)構(gòu)；石英呈它形粒狀；黑云母呈鱗片狀，綠泥石化，退色析出鐵質(zhì)。

（三） 新元古代晚階段侵入巖

巖性為中粗粒角閃黑云正長巖，灰紅、灰白色，風化面灰黃色。主要礦物組成：鉀長石為微斜長石、微斜條紋長石，半自形板狀，輕度泥化，交代斜長石，以交代不均勻結(jié)構(gòu)為主；斜長石多呈交代殘留狀，An=17－21，為更長石，部分為團塊狀集合體；石英呈它形粒狀；暗色礦物由黑云母和角閃石組成，呈不規(guī)則狀、柱狀和鱗片狀，零散分布。

四、巖石化學及地球化學特征

（一） 巖石化學特征

1．新元古代早階段侵入巖

SiO2含量較低，屬中基性巖范疇，少數(shù)為酸性巖(表1)。Fe2O3、 FeO 、TiO2、 CaO 和MgO含量較高； Na2O/K2O=0.92～2.77,富鈉貧鉀， K2O+Na2O總體低；鋁指數(shù)（A/CNK）=0.64～1.17，絕大多數(shù)小于1；里特曼指數(shù)（σ）=1.60～3.70；總體屬偏鋁質(zhì)低鉀鈣堿性巖。在AFM圖解中，除個別樣品落入拉斑玄武巖區(qū)外，多數(shù)落入鈣堿性巖區(qū)，并有向富鋁方向演化的趨勢。在Na2O-K2O圖解中，均落入I-型花崗巖區(qū)。黑云石英二長閃長巖的巖石化學特征顯示巖漿侵位過程受地殼物質(zhì)混染強烈。

2．新元古代中階段侵入巖

SiO2含量67.01～73.78%，屬酸性巖范疇。Na2O/K2O=0.37～0.94,富鉀貧鈉， K2O+Na2O總量高；鋁指數(shù)（A/CNK）=1.01～1.22，里特曼指數(shù)（σ）=1.89～3.04，絕大多數(shù)屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖。在AFM圖解中，樣品落入鈣堿性巖區(qū)，并明顯向富鉀方向演化；巨斑狀中粒黑云母鉀長花崗巖在Na2O- K2O圖解中落入S-型花崗巖區(qū)；含斑黑云母二長花崗巖在Na2O-K2O圖解中落入I、A、 S-型花崗巖區(qū)界線附近。

3．新元古代晚階段侵入巖

SiO2含量58.61～59.83%，屬中性巖范疇。Na2O/K2O=0.63～0.68,富鉀貧鈉， K2O+Na2O總量高；鋁指數(shù)（A/CNK）=0.98～1.01，里特曼指數(shù)（σ）=5.27～5.81，屬過鋁—偏鋁質(zhì)堿性巖。在AFM圖解中，樣品落入鈣堿性巖區(qū)；在Na2O-K2O圖解中，均落入A-型花崗巖區(qū)。

（二） 稀土元素地球化學特征

1．新元古代早階段侵入巖

稀土元素含量相對較低，稀土總量∑REE=132.7～258.92×１０－６，δＥｕ=０.56－1.16，正負銪異常均不明顯。（La/Yb）N=3.92～23.70，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損；稀土配分模式曲線總體顯示左高右低，但相對平緩的特征，不同巖石類型稀土配分曲線特征的相似性，反映雜巖具有相同或相似的巖漿來源和演化歷史。黑云石英二長閃長巖中暗色閃長質(zhì)包體同寄主巖石相比，二者稀土配分模式曲線變化趨勢一致，包體重稀土元素含量高，銪異常較明顯（由于包體富含暗色礦物和斜長石），而主巖輕稀土元素豐度值高，銪負異常不明顯，顯示二者具同源性和互補性；這種變化特點符合巖漿分異演化原理，說明巖石是巖漿分異作用的產(chǎn)物。該階段侵入巖隨巖石類型由基性到酸性曲線斜率增大、負銪異常增強，顯示同源巖漿演化特點。

2．新元古代中階段侵入巖

該階段巖石稀土總量變化范圍寬，在97.24～555.67×１０－６之間，（La/Yb）N=3.57～15.80，稀土分餾程度高，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，曲線斜率較大，δＥｕ=0.28～0.71，具明顯銪負異常；稀土配分曲線差別明顯，但均左高右低，向右傾斜，銪處呈V字型深谷，具造山帶鈣堿性花崗巖的普遍特征，說明巖石是由成熟度較高的陸殼物質(zhì)部分熔融形成的，而且源區(qū)物質(zhì)組成明顯不同。稀土元素反映的是源區(qū)物質(zhì)組成特征，一些樣品稀土總量較低可能與部分熔融過程中富集稀土元素的副礦物在源區(qū)殘留有關(guān)［1］。

3．新元古代晚階段侵入巖

稀土總量∑REE較低，為126.98～299.07×１０－６，（La/Yb）N =5.83～11.3，稀土分餾程度高，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損；δＥｕ= 0.61～2.30，2XT4049樣品具明顯正異常，從稀土元素配分模式曲線可以看出兩個樣品的總體變化趨勢是一致的，銪處差別較大，呈尖峰或低谷狀，這種變化與巖漿結(jié)晶過程中富含鈣的礦物不均衡結(jié)晶有關(guān)，同時反映巖漿來源是非單一的。

（三） 微量元素地球化學特征

1．新元古代早階段侵入巖

在以O(shè)RG標準化的微量元素配分型式圖中，該階段侵入巖具有相似的微量元素組成，曲線吻合較好，反映其形成于相近的構(gòu)造環(huán)境并具有相似的物質(zhì)來源。其Nb、Ce、Sm、Zr、Y、Yb含量低，均低于標準洋脊花崗巖，Ba、Th略有富集；K豐度值較低，介于洋脊花崗巖碰撞花崗巖之間，總體顯示火山弧花崗巖特點［2］。Rb/Sr值0.07～1.54，顯示I型花崗巖Rb/Sr特征［3］。

2．新元古代中階段侵入巖

該階段侵入巖以Rb明顯富集為特征，K、Th含量亦高，Ba相對虧損，但Ce、Zr、Sm、Y、Yb明顯低于洋脊花崗巖。以O(shè)RG標準化的微量元素配分型式圖與富集Rb、Th，不同程度地貧Ba、Nb的同碰撞花崗巖的配分曲線特征相似。Rb/Sr值0.47～10.20，且絕大多數(shù)大于0.5，顯示S型花崗巖Rb/Sr特征［3］。

3．新元古代晚階段侵入巖

黑云母正長巖以Ba、Zr明顯富集為特征，K、Rb、Th含量相對較高，Nb相對虧損；但Ce、、Sm、Y、Yb明顯低于新元古代早期侵入巖。其ORG標準化的微量元素配分型式圖具有洋脊花崗巖富Ba特點，又具有火山弧花崗巖Rb、Th相對較高的特征。Rb/Sr=0.19，顯示I型花崗巖Rb/Sr特征［3］。

五、成因及構(gòu)造環(huán)境

上述特征表明，新元古代早階段中基性雜巖是上地幔玄武質(zhì)巖漿直接分異的產(chǎn)物；石英閃長巖—花崗閃長巖系列巖漿形成演化較為復雜。巖漿來源深，巖漿主體由上地?！碌貧す桄V質(zhì)巖石通過分離結(jié)晶作用形成，并與地殼物質(zhì)發(fā)生混合，是多階段演化的產(chǎn)物，巖石中大量的暗色微細粒閃長質(zhì)包體是有力的證據(jù)。最終形成具有島弧拉斑玄武質(zhì)—鈣堿性巖漿特征的熔漿，運移到地殼淺部層次形成一套含角閃石的低鉀鈣堿性花崗巖(ACG)［4］。按Barbarin觀點，含角閃石的低鉀鈣堿性花崗巖類(ACG)是前造山俯沖作用的直接產(chǎn)物。在R1—R2圖解中，由板塊碰撞前到碰撞后均有分布，表明巖漿形成環(huán)境復雜，但以板塊碰撞前俯沖期為主，巖石地球化學特征顯示形成于島弧—活動陸緣環(huán)境，這與工作區(qū)新元古界佳疙瘩組島弧型變安山巖的存在相吻合。

新元古代中階段似斑狀鉀長—二長花崗巖系列主要形成于中下地殼，巖漿來源較淺，早期巖漿多與角閃石處于平衡熔融狀態(tài)，晚期則多與斜長石處于平衡熔融狀態(tài)［5］。巖石中交代殘余、蠕蟲結(jié)構(gòu)發(fā)育，巨斑晶中的礦物包裹體比基質(zhì)中同類礦物粒徑要小得多，表明它們在其結(jié)晶早期已被包裹進去。鉀長石巨斑晶具卡氏雙晶，而且巨斑晶大小隨基質(zhì)粒徑大小改變而變化，表明鉀長石巨斑晶是火成的，同時巨斑晶的出現(xiàn)說明部分熔融的巖漿富含揮發(fā)份。巖石中見有細小石英、微斜長石和鈉長石構(gòu)成的微粒交生體，顯示了巖漿部分熔融的痕跡。（87Sr/86Sr）0 =0.718，接近現(xiàn)代大陸殼平均銣鍶比值；在La/Sm－La圖解中（1/25萬莫爾道嘎幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告）顯示部分熔融趨勢，說明巖漿演化以部分熔融為主，分離結(jié)晶作用為輔。該階段巖石相當于Barbarin的富鉀和鉀長石斑晶鈣堿性花崗巖(KCG),同時又具有富黑云母過鋁質(zhì)花崗巖(CPG)的特征［4］。按Barbarin的研究,富鉀和鉀長石斑晶鈣堿性花崗巖類是構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換(由擠壓—拉張)下巖漿活動產(chǎn)物；而富黑云母過鋁質(zhì)花崗巖主要形成于同碰撞環(huán)境。在R1—R2圖解中，主體落入同碰撞花崗巖區(qū),少數(shù)落入造山晚期與同碰撞花崗巖過渡區(qū)域。以上特征表明該階段巖石形成于碰撞造山過程，是陸殼疊置增厚，引起下地殼巖石（早期的變質(zhì)地層和片麻狀花崗質(zhì)雜巖）廣泛熔融的產(chǎn)物。

新元古代晚階段正長巖體規(guī)模小，巖石強烈富堿，按Barbarin對花崗巖的分類，屬堿性花崗巖類(PAG)，其形成常是大陸造山帶穩(wěn)定后的伸張標志。（87Sr/86Sr）0= 0.707，為鍶中等偏低的花崗巖類，表明巖漿來源于下地殼；在R1—R2圖解中，落入造山晚期花崗巖區(qū)域。巖石化學特征顯示Ａ型花崗特點，巖漿形成以分離結(jié)晶作用為主。本區(qū)正長巖在時間、空間上與造山鈣堿性花崗巖—巨斑狀中粒黑云母鉀長花崗巖緊密共生，相當于Eby（1990）造山后環(huán)境的Ａ型花崗巖區(qū)（A2型），形成于造山晚期構(gòu)造垮塌階段［6］。

結(jié) 論

通過上述巖石化學及地球化學特征的研究，可以認為，新元古代巖漿活動伴隨板塊由俯沖到碰撞到拉張過程，早期形成分布廣泛但規(guī)模較小的俯沖期侵入巖組合；中期巖漿活動強烈，形成規(guī)模巨大的碰撞期酸性侵入巖組合；碰撞晚期—碰撞后伴隨構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)變形成一定規(guī)模的堿性侵入巖。

新元古代巖漿活動峰期中階段巨斑狀中粒黑云母鉀長花崗巖石顆粒鋯石U—Pb蒸發(fā)法年齡為863±15Ma、654±46Ma（宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素測試中心）；早階段島弧型雜巖是板塊俯沖消減的地質(zhì)記錄，說明本區(qū)新元古代可能存在俯沖作用，并且時間應早于863Ma；因此，新元古代早、中階段侵入巖可能與新元古代超大陸拼合事件有關(guān)，晚階段侵入巖可能與新元古代超大陸裂解事件有關(guān)[7][8]。

致 謝

本文賴以討論的各種資料均來自于烏爾其漢地區(qū)1：25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目，是項目全體同仁的共同勞動成果，成文過程中得到了鞠文信教授級高工的精心指導，在此一并表示衷心的感謝。

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