蒙古國東南部巨斑狀二長花崗巖地球化學(xué)特征與巖石成因機(jī)制探討

郭志華，張寶林，沈曉麗，賈文臣，黃雪飛

1.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2.中國科學(xué)院研究生院，北京 100049

0 引言

研究區(qū)位于西伯利亞板塊與華北板塊之間的蒙古—興安造山帶，中亞—蒙古巨型構(gòu)造帶的東段。中亞造山帶的構(gòu)造演化經(jīng)歷了由板塊俯沖到碰撞拼合，再到后造山構(gòu)造塌陷和拉張等若干階段，其巖漿活動(dòng)相應(yīng)地由俯沖型到碰撞型，最后變?yōu)槔瓘埿?。因此，正確識別不同造山過程的巖石記錄，了解其形成機(jī)理及其產(chǎn)出的地球動(dòng)力學(xué)背景，對于認(rèn)識大陸造山帶特征、再造山過程具有十分重要的意義。南蒙古的地質(zhì)特征和東南戈壁區(qū)的特殊性質(zhì)記錄了古亞洲洋北部邊緣從奧陶紀(jì)到二疊紀(jì)的演化過程，伴隨著島弧增長、弧后斷裂和構(gòu)造演化的一系列階段［1－2］。中蒙邊境地區(qū)蒙古國一側(cè)銅、鋅、金和鉬礦產(chǎn)資源分布廣泛，是實(shí)施我國“兩種資源，兩個(gè)市場”全球礦產(chǎn)資源戰(zhàn)略的最佳選區(qū)。自21世紀(jì)初，加拿大艾文豪礦業(yè)公司在中蒙邊境蒙古一側(cè)80km處發(fā)現(xiàn)歐玉陶勒蓋巨型銅－金礦床以來，中蒙邊境地區(qū)銅多金屬礦床的成礦理論研究和找礦勘查工作就一直是人們關(guān)注的“熱點(diǎn)”問題［3］。但是興蒙造山帶東段找礦進(jìn)展緩慢，而中西段卻大礦聚集，原因是東段基礎(chǔ)地質(zhì)研究薄弱，很多重要地質(zhì)問題認(rèn)識不清，制約了找礦工作的戰(zhàn)略部署。迄今為止，在東南戈壁成礦帶內(nèi)還沒有報(bào)道最基礎(chǔ)的地質(zhì)演化和原始巖漿的年齡數(shù)據(jù)［4］。

大量巖漿侵入體的存在是一系列構(gòu)造帶內(nèi)大陸增生的重要特征。蒙古國境內(nèi)廣泛發(fā)育的古生代花崗巖的主導(dǎo)作用是不容忽視的［5］。興蒙造山帶東段以廣泛發(fā)育顯生宙花崗巖為其主要特征。近年來，高精度鋯石U－Pb年代學(xué)資料表明［6］，東北地區(qū)顯生宙花崗巖以中生代為主，并初步確定了其年代學(xué)格架，這深化了人們對東北地區(qū)中生代花崗巖及構(gòu)造演化的認(rèn)識，但目前對該構(gòu)造帶蒙古境內(nèi)的花崗巖尚缺乏系統(tǒng)的研究。

近年來，筆者在蒙古國東南部蘇赫巴托爾省額爾德尼查干地區(qū)開展地質(zhì)調(diào)查工作時(shí)，對發(fā)育于該地區(qū)的花崗巖類進(jìn)行了較為系統(tǒng)的巖石學(xué)、地球化學(xué)、同位素年代學(xué)等研究，獲得了大量資料。筆者主要通過對該區(qū)巨斑狀二長花崗巖特征的研究，為認(rèn)識本區(qū)早古生代大地構(gòu)造演化歷史提供新的證據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況與樣品采集

研究區(qū)位于蒙古國蘇赫巴托爾省額爾德尼查干蘇木，距離中國的珠恩嘎達(dá)布齊口岸僅70km，在地貌上屬于草原緩山區(qū)或中山區(qū)，海拔高度為1 100～1 400m，大地構(gòu)造上位于蒙古弧形構(gòu)造帶的東段。區(qū)域上：Ⅰ級大地構(gòu)造單元屬西伯利亞板塊東南陸緣，以二連—賀根山板塊對接帶為界，南部為華北板塊北部陸緣；Ⅱ級構(gòu)造單元屬南蒙古—大興安嶺古生代陸緣增生帶（蒙古—大興安嶺弧形構(gòu)造帶），其南界為二連—賀根山深斷裂，北界為中蒙古—得爾布干深斷裂；Ⅲ級構(gòu)造單元屬南戈壁—東烏旗晚古生代陸緣增生帶，以賽音山達(dá)南—烏奴爾—鄂倫春深斷裂為界，北側(cè)為南蒙古—喜桂圖旗早古生代陸緣增生帶，NE—NEE向斷裂發(fā)育。礦區(qū)植被覆蓋嚴(yán)重，據(jù)溝谷展布情況推測其主構(gòu)造線同區(qū)域上一致，為 NEE—SWW 向（50°～60°）及 NW 和近EW向。出露地層由老到新主要有泥盆系、石炭系、白堊系、第三系、第四系。巨斑狀二長花崗巖主要分布于研究區(qū)的中北部，樣品的采集位置見圖1。

2 野外地質(zhì)產(chǎn)狀及巖相學(xué)特征

巨斑狀二長花崗巖是研究區(qū)內(nèi)最早形成的巖漿巖，出露面積約為40km2，露頭良好，呈灰色，球狀風(fēng)化現(xiàn)象明顯（圖2a）。巖石呈斑狀結(jié)構(gòu)：斑晶主要由白色長板狀斜長石和石英組成，斜長石的長軸長度為1～8cm，且具有一定的方向，斑晶往往不均勻分布；基質(zhì)呈中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由淺色粒狀斜長石、石英組成，暗色礦物由黑云母和角閃石組成。局部分布大小約1～10cm的深色析離體，深色析離體主要由黑云母組成。

鏡下觀察該巖體的礦物均為全晶質(zhì)，具斑狀結(jié)構(gòu)、花崗結(jié)構(gòu)（圖2b），主要礦物體積分?jǐn)?shù)為：斜長石20%，堿性長石20%～25%，石英45%～50%，黑云母3%～4%。斑晶為石英，基質(zhì)有斜長石、堿性長石、石英等。斜長石呈灰白色，半自形—他形粒狀，粒徑為0.1～0.7mm，可見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，多色性明顯，發(fā)育卡鈉復(fù)合雙晶及聚片雙晶（圖2c），并有裂紋（圖2b），部分已蝕變成白云母。堿性長石呈灰白色，半自形—他形粒狀，粒徑為0.1～0.5mm，發(fā)育格子雙晶，可見鉀長石與鈉長石構(gòu)成的條紋長石，有弱的高嶺土化現(xiàn)象。石英呈他形粒狀，填充在長石中，粒徑為0.1～0.8mm，無色，最高干涉色一級黃白，突起低。黑云母呈自形—半自形細(xì)小片狀，粒徑為0.2～1.0mm（圖2d）（個(gè)別黑云母粒徑可高達(dá)1 cm，發(fā)生非常強(qiáng)烈的絹云母化），棕—淺棕色，發(fā)育一組極完全解理，多色性明顯，有弱的綠泥石化現(xiàn)象，且多發(fā)生絹云母化及弱綠泥石化（圖2e）。

3 測試方法

3.1 鋯石 U－Pb年齡

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖及采樣位置分布圖Fig.1 Tectonic location and samples distribution map of the research region

圖2 巨斑狀二長花崗巖的野外露頭和鏡下特征Fig.2 Field outcrops and the histological features of the giant phenocryst adamellite

花崗巖的鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。將大約5kg的樣品（EX09－104）破碎到60～80目，經(jīng)常規(guī)浮選和磁選后，在雙目顯微鏡下挑純。將挑純的鋯石顆粒粘在雙面膠上，然后用無色透明的環(huán)氧樹脂固定，待環(huán)氧樹脂充分固化后拋磨至約粒徑的1／2，使鋯石內(nèi)部充分暴露，進(jìn)行鋯石顯微照相（反射光、透射光和CL圖像）。鋯石的陰極發(fā)光（CL）圖像在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室掃描電鏡上完成。根據(jù)CL圖像的形態(tài)判斷，所挑選出的鋯石均為典型的巖漿鋯石（圖3）。鋯石普遍呈短柱狀或板狀，長寬比多數(shù)為2∶1～4∶1，發(fā)育震蕩環(huán)帶。鋯石U－Th－Pb年齡分析在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析儀器為美國NewWave Research Inc.公司生產(chǎn)的激光剝蝕進(jìn)樣系統(tǒng)（UP193SS）和美國AGILENT科技有限公司生產(chǎn)的Agilent 7500a型四級桿等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)合構(gòu)成的激光等離子質(zhì)譜儀（LA－ICP－MS）。激光等離子質(zhì)譜儀分析的工作原理見文獻(xiàn)［7］。本次分析激光器工作頻率為10Hz，剝蝕物質(zhì)載氣為高純度He氣，流量為0.5L／min。Angilent等離子質(zhì)譜儀工作條件為：冷卻器流量15L／min，輔助氣（Ar）流量1.2L／min，采集時(shí)間20ms。元素含量校準(zhǔn)標(biāo)樣為NIST612，鋯石U／Pb值及年齡校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500；數(shù)據(jù)處理用Glitter4.4。單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差均為1σ，加權(quán)平均值誤差為2σ。

圖3 研究區(qū)巨斑狀二長花崗巖中部分鋯石的形態(tài)及分析點(diǎn)位圖Fig.3 Cathodoluminescence（CL）images of zircons from the giant phenocryst adamellite in the research region

3.2 巖石地球化學(xué)

對肉眼觀察新鮮、鏡下觀察無蝕變花崗巖體的10件樣品磨碎至200目后，進(jìn)行了主量、微量和稀土元素的分析測試。主量、微量和稀土元素在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素使用X－射線熒光光譜儀（XRF－1500）測試完成，分析誤差小于5%。微量元素及稀土元素利用酸溶法制備樣品，使用ICP－MS（Element II）測試完成。分析精度：當(dāng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10×10－6時(shí)，精度優(yōu)于5%；當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10－6時(shí)，精度優(yōu)于10%。

3.3 巖石Sr－Nd同位素

本次工作選取6件新鮮且主微量數(shù)據(jù)比較理想的樣品進(jìn)行Sr－Nd同位素分析。該分析在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。Sm和Nd的分離使用常規(guī)的2次離子交換技術(shù)，質(zhì)譜分析使用7個(gè)接收器的Finnigan MAT－262質(zhì)譜儀，Sr采用靜態(tài)模式而Nd則采用動(dòng)態(tài)模式。Nd同位素比值測定以146Nd／144Nd＝0.721 9進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；Sr同位素比值測定采用86Sr／88Sr＝0.119 4進(jìn)行質(zhì)量分餾校正，Sr同位素標(biāo)準(zhǔn)為NBS607，87Sr／86Sr＝1.200 35±1（2σ，n＝6）。實(shí)驗(yàn)室全流程本底：Rb、Sr為10－10～10－11g，Sm、Nd為10－11～10－12g。Sr－Nd同位素?cái)?shù)據(jù)測試在德國Finnigan公司MAT－262熱電離質(zhì)譜計(jì)（TIMS）上完成，化學(xué)流程和同位素比值測試可參見文獻(xiàn)［8］。

4 分析結(jié)果

4.1 二長花崗巖鋯石U－Pb年齡

蒙古國東南部巨斑狀二長花崗巖體尚未進(jìn)行過年代學(xué)研究。筆者對其進(jìn)行了鋯石LA－ICP－MS法U－Pb測年，分析結(jié)果列于表1。

前人［9］研究表明，238U和235U的半衰期及豐度存在差異，鋯石中放射成因207Pb的豐度比放射成因206Pb的豐度約低20倍，使前者的測量精度較差，導(dǎo)致207Pb／235U和207Pb／206Pb年齡值往往不能反映巖體形成的真實(shí)年齡。對于放射成因組分積累較少的年輕鋯石來說，206Pb／238U年齡比207Pb／235U和207Pb／206Pb年齡更能反映鋯石的結(jié)晶時(shí)間。由此可見，206Pb／238U年齡加權(quán)平均值應(yīng)較好地代表了鋯石的結(jié)晶年齡。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示，巨斑狀二長花崗巖EX09－104樣品中大多數(shù)鋯石晶體形態(tài)較好，呈單錐或雙錐狀，具清楚的生長韻律環(huán)帶（圖3），表明其為巖漿成因鋯石。在一致曲線圖（圖4）中，EX09－104樣品的13個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)集中分布，其206Pb／238U年齡的加權(quán)平均值為（454.3±3.8）Ma，MSWD為0.96，表明年齡的可信度較高。因此，該二長花崗巖體形成于晚奧陶世。

4.2 元素地球化學(xué)特征

4.2.1 主量元素特征

巖體的主量元素分析結(jié)果見表2。巨斑狀二長花崗巖的巖石化學(xué)成分變化較大：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)高（69.82% ～75.16%），高鋁（Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.91%～14.49%），富堿（K2O＋Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.06%～8.16%，平均為7.48%），富鉀（K2O／Na2O＞1），MgO（0.37%～1.04%）、TFe質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（1.15%～3.15%），CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（0.64%～1.59%），另具有較高的 TiO2（0.12%～0.46%）。

表1 研究區(qū)巨斑狀二長花崗巖的鋯石LA－ICP MS法U－Pb分析結(jié)果Table 1 LA－ICP MS zircon U－Pb data for the giant phenocryst adamellite in the research region

圖4 巨斑狀二長花崗巖（MLI）鋯石的U－Pb年齡諧和圖Fig.4 U－Pb age concordant diagram of zircon in the giant phenocryst adamellite

在TAS圖解中，分析數(shù)據(jù)投在花崗巖區(qū)（圖5a）；在Q－A－P圖解中，投在二長花崗巖區(qū)（圖5b）。在w（SiO2）－w（K2O）圖解（圖6a）中顯示主要為高鉀鈣堿系列；在 A／NK－A／CNK圖解中，樣品都投在過鋁質(zhì)區(qū)域中。

圖5 巨斑狀二長花崗巖TAS圖解（a）和Q－AP圖解（b）Fig.5 TAS diagram（a）and the Q－A－P diagram（b）of the giant phenocryst adamellite

表2 蒙古國研究區(qū)巨斑狀二長花崗巖主量元素、稀土元素及微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分析結(jié)果Table 2 Analyzed data of major，rare earth and trace elements of giant phenocryst adamellite in the studied area in Mongolia

圖6 巨斑狀二長花崗巖w（SiO2）－w（K2O）圖解（a）gn A／NK－A／CNK圖解（b）Fig.6 The w（SiO2）－w（K2O）diagram of the giant phenocryst adamellite（a）and A／NK－A／CNK diagram（b）

4.2.2 微量和稀土元素特征

巨斑狀二長花崗巖的稀土元素總量（w（∑REE））為（43.47～158.11）×10－6，均值為104.11×10－6，顯示稀土總量中等；（La／Yb）N值為2.37～9.16（表2），整體上呈現(xiàn)輕稀土（LREE）富集的右傾特征（圖7）；Eu負(fù)異常較明顯。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖中，Rb、Th、U、Zr、Hf和輕稀土元素（如La、Ce、Nd和Sm 等）富集，Ba、Sr、P和Ti等元素強(qiáng)烈虧損，Nb和Ta具有中等—弱虧損，顯示了喜馬拉雅型－南嶺型花崗巖的過渡特征。

4.3 同位素地球化學(xué)特征

二長花崗巖的Sr－Nd同位素測試結(jié)果見表3。

圖7 巨斑狀二長花崗巖稀土元素配分曲線（a）和微量元素蛛網(wǎng)圖（b）Fig.7 Chondrite－normalized rare earth elements diagram（a）and primitive mantle normalized trace elements spider diagram（b）of the giant phenocryst adamellite

表3 蒙古國研究區(qū)巨斑狀二長花崗巖Sr、Nd同位素分析結(jié)果Table 3 Analyzed data of Sr、Nd isotopic compositions of giant phenocryst adamellite in the studied area in Mongolia

由表3可以看出，二長花崗巖的鍶初始比值（ISr）較低，為 0.702 031～0.705 976，平 均 為0.704 236，落在幔源火成巖的ISr值（0.702～0.706）范圍內(nèi)，代表巖漿來自上地幔源區(qū)，沒有或很少受到地殼物質(zhì)的混染。近年來的研究證實(shí)，I型花崗巖的87Sr／86Sr初始值小于0.707，而S型花崗巖則大于0.707，但是單一的Sr同位素示蹤存在某些限制。由于下地殼麻粒巖貧Rb，其現(xiàn)代87Sr／86Sr初始值可能與虧損地幔一樣低，所以Sr同位素體系就無法直接區(qū)別下地殼和虧損地幔的貢獻(xiàn)。相反在一些高度演化的酸性巖漿中，Sr含量非常低，只要很少量的地殼混染就可以顯著改變巖石的Sr同位素組成，從而導(dǎo)致過高的估計(jì)地殼混染程度。而且Rb、Sr兩種元素在變質(zhì)作用、熱液作用乃至大氣水－巖石反應(yīng)過程中有相當(dāng)大的活動(dòng)性，也限制了Sr同位素在巖漿源區(qū)方面的應(yīng)用。研究區(qū)二長花崗巖的fSm／Nd值均為負(fù)值，變化范圍不大（－0.38～－0.25），說明源區(qū)的稀土元素Sm、Nd分餾不明顯。二長花崗巖體的143Nd／144Nd初始值較高（0.512 449～0.512 507），平均為0.512 477；εNd（t）為0.2～1.3，均為正值，該值與東北地區(qū)和興蒙造山帶顯生宙花崗巖的εNd（t）值（普遍大于0，平均值為2.0）相近，εNd＞0，表明它們來源于虧損地幔。正值越大，表明它們來源于輕稀土虧損越明顯的地幔源區(qū)。邵濟(jì)安等［14］收集了內(nèi)蒙古地區(qū)不同時(shí)期火成巖的Sr－Nd同位素?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)這些火成巖均具有高εNd（t）低ISr的同位素特征；并認(rèn)為在興蒙造山帶南蒙古洋俯沖的洋殼板片由于“軟碰撞，弱造山”的影響并沒有持續(xù)下沉，而相當(dāng)部分的洋殼保留在興蒙造山帶下方的殼幔過渡帶，此后，伸展體制下地幔物質(zhì)的底侵作用是形成興蒙造山帶包括花崗巖在內(nèi)的高εNd（t）低ISr的深成巖的主要原因［14］。此外，該區(qū)正值較小，表明它們來源于虧損輕稀土不明顯的地幔源區(qū)。虧損地幔模式年齡TDM較為年輕，其值為1 114～1 494Ma。

5 討論

5.1 成巖物質(zhì)來源

二長花崗巖具有較低的Sr初始比值和較高的Nd初始比值，顯示源區(qū)物質(zhì)有較多的地幔成分。在ISr－εNd（t）圖解（圖8a）中，樣品點(diǎn)均位于 HIMU型地幔和BSE型地幔之間，其Nd同位素組成變化不大，但Sr同位素初始值變化較大，在圖解中近水平排列，明顯偏離地?！爸髭厔菥€”。這種分布特點(diǎn)可能與該區(qū)巖石具有較高的Rb／Sr值有關(guān)，該花崗巖體Rb／Sr值為0.50～5.67，平均為2.69，明顯高于中國東部上地殼平均值0.31和全球上地殼平均值0.32。前人［3－15］研究表明，在測試過程中，Rb／Sr值大的樣品其微小誤差將會引起87Sr／86Sr值的較大變化。該二長花崗巖體位于中亞造山帶東段，其εNd（t）值為0.20～1.30，明顯高于世界典型殼源花崗巖。一般認(rèn)為由地幔部分熔融直接形成中酸性巖漿的可能性極小。Green［15］認(rèn)為εNd（t）＞0的花崗巖不一定就是大陸地殼增生的標(biāo)志，也可能指示花崗巖漿源自年輕的初生地殼。針對中亞造山帶顯生宙花崗巖類普遍具有較高εNd（t）值的特點(diǎn)，前人提出了一系列模型，諸如由新元古代初生地殼深熔形成、高度分異的幔源巖漿或新生的基性地殼與古老地殼物質(zhì)混合、幔源基性巖漿同化地殼物質(zhì)并發(fā)生結(jié)晶分異、幔源巖漿底侵作用和直接分異、大洋巖石圈及其派生物質(zhì)（弧巖漿巖及弧前沉積物）與古陸殼混合物的重熔等。據(jù)此推測，該花崗巖的源區(qū)物質(zhì)可能主要是富含地幔物質(zhì)的年輕地殼，推測這種年輕的地殼主要形成于早古生代，可能由蒙古洋殼向華北陸殼俯沖時(shí)的俯沖洋殼或島弧增生雜巖組成。

前人［6－15］研究認(rèn)為，東亞大陸是由西伯利亞板塊和華北板塊及其間一系列規(guī)模不等的陸塊在古生代通過大洋巖石圈的俯沖和陸塊間的碰撞拼貼而成，這種造山作用是洋殼和陸殼消減的軟碰撞過程。該花崗巖體具有興蒙造山帶顯生宙花崗巖類εNd（t）值普遍較高的特點(diǎn)，暗示沒有古陸殼物質(zhì)參與巖漿的形成過程。在εNd（t）－TDM圖解（圖8b）中，本區(qū)花崗巖樣品落入興蒙造山帶微地塊范圍內(nèi)，暗示該區(qū)所在地塊最初是在西伯利亞板塊和華北板塊之間的微陸塊，而并非華北板塊和西伯利亞板塊。

圖8 ISr－εNd（t）關(guān)系圖（a）和εNd（t）－TDM關(guān)系圖（b）Fig.8 ISr－εNd（t）relation diagram（a）andεNd（t）－TDMrelation diagram（b）

5.2 巖石成因

在古蒙古洋殼板塊向華北增生板塊俯沖碰撞過程中，由于摩擦生熱和去水作用以及遠(yuǎn)距離效應(yīng)，造成在不同的構(gòu)造部位產(chǎn)生不同類型的花崗巖類組合。一般認(rèn)為在主縫合線附近I型花崗巖較常見，遠(yuǎn)離主縫合線S型花崗巖較發(fā)育。本區(qū)二長花崗巖具有I型花崗巖的特征，即Nd同位素初始值較高，Sr初始值較低，通常認(rèn)為是由地幔熔融形成的（玄武質(zhì)）巖石再次熔融的產(chǎn)物，因而是幔源的。再由主微量元素分析數(shù)據(jù)得知，該花崗巖中幔源物質(zhì)較多，鏡下觀察其礦物成分與I型花崗巖的成分一致，即I型花崗巖特征是基本上由石英、數(shù)量不等的斜長石和堿性長石、普通角閃石和黑云母所組成，不含白云母。

另外，該二長花崗巖的w（SiO2）－w（P2O5）相關(guān)關(guān)系特征也支持以上判定。前人［6－15］的實(shí)驗(yàn)表明，磷灰石在準(zhǔn)鋁質(zhì)／弱過鋁質(zhì)和強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖漿中的溶解度有明顯的差異，因此可以根據(jù)巖石的w（SiO2）－w（P2O5）的相關(guān)關(guān)系特征來判別I型和S型花崗巖。I型和S型花崗巖有明顯不同的巖石化學(xué)和w（SiO2）－w（P2O5）相關(guān)關(guān)系特征（圖9a），即I型花崗巖的w（SiO2）與w（P2O5）呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，而S型花崗巖的P2O5隨SiO2的增加無明顯降低的趨勢。由圖9得知隨著SiO2含量的增大，P2O5含量呈現(xiàn)下降的趨勢，雖然有個(gè)別點(diǎn)不一致，這可能與樣品在實(shí)驗(yàn)過程中操作和樣品稱量等有關(guān)，即導(dǎo)致成分有所變化。由圖9b的ISr－εNd（t）關(guān)系圖可見，樣品都投在I型區(qū)域中，由以上特征可以判定該巖體屬于I型花崗巖。

圖9 w（SiO2）－w（P2O5）關(guān)系圖（a）和ISr－εNd（t）關(guān)系圖（b）Fig.9 w（SiO2）－w（P2O5）relation diagram（a）and ISr－εNd（t）relation diagram（b）

5.3 構(gòu)造背景

巖漿巖組合和巖石成分與大地構(gòu)造環(huán)境的密切關(guān)系已經(jīng)為越來越多的地質(zhì)學(xué)家所接受，判斷巖漿巖形成的構(gòu)造環(huán)境，除從巖石地球化學(xué)入手外，還應(yīng)結(jié)合區(qū)域構(gòu)造的演化。這是因?yàn)殁}堿性巖漿地球化學(xué)特征，不僅取決于形成的構(gòu)造環(huán)境，有時(shí)還取決于源區(qū)。

該巨斑狀二長花崗巖主量元素具有高硅、富堿、過鋁質(zhì)的特點(diǎn)，在w（K2O）－w（SiO2）圖解中巖石樣品落入高鉀鈣堿性系列范圍。稀土元素具明顯的銪負(fù)異常，配分模式為向右傾斜的曲線，與上地殼稀土配分曲線相似。同位素具有較低的Sr初始比值和較高的Nd初始比值，顯示源區(qū)物質(zhì)有較多的地幔成分。微量元素表現(xiàn)出貧 Nb、Ta、Sr、P、Ti等HFSE元素，而富集Rb、Th、Pb等LILE元素的特點(diǎn)，具有島弧玄武巖微量元素分布的特點(diǎn)。在花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解中（圖10），研究區(qū)巨斑狀二長花崗巖位于島弧區(qū)，表明該巨斑花崗巖形成于同碰撞向后造山構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換過渡的伸展大地構(gòu)造環(huán)境背景之下。伸展構(gòu)造和幔源基性巖漿的底侵，很可能是形成花崗巖的兩個(gè)最主要的動(dòng)力機(jī)制。

不同的年齡數(shù)據(jù)提供了區(qū)域構(gòu)造演化的時(shí)間依據(jù)，該二長花崗巖鋯石 U－Pb年齡為（454.3±3.8）Ma，形成于早古生代晚奧陶世，該時(shí)期地殼所處構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為“加里東”運(yùn)動(dòng)，這一時(shí)期也叫加里東構(gòu)造期。本區(qū)所在的興蒙造山帶，位于西伯利亞和華北中朝—塔里木地臺之間，屬于巨型中亞造山帶的東端，為中亞造山帶形成背景的古亞洲洋，大約在900 Ma前開始張開，大規(guī)模擴(kuò)張?jiān)?50～700Ma，而700～600Ma達(dá)到擴(kuò)張的高峰。其間還經(jīng)歷了若干微陸塊之間、微陸塊與南北大陸之間的碰撞，直至石炭紀(jì)最終封閉。即使在其發(fā)育的鼎盛時(shí)期，也只具有小洋盆的性質(zhì)，其間存在許多微陸塊，呈現(xiàn)出一種多島小洋盆的構(gòu)造格局，即該年齡反映了本區(qū)蒙古洋俯沖消減在華北增生板塊之下事件的年齡。由于大洋巖石圈俯沖潛沒于大陸巖石圈之下，易產(chǎn)生擠壓、剪切和摩擦生成熱效應(yīng)，進(jìn)一步誘發(fā)小型對流體，地幔物質(zhì)底辟上涌，產(chǎn)生拉張效應(yīng)和弧后的微型擴(kuò)張［16－17］。構(gòu)造環(huán)境判別該區(qū)花崗巖形成于早古生代島弧環(huán)境下，同時(shí)又具有同碰撞花崗巖的特征，是古生代期間蒙古洋殼和華北板塊相對運(yùn)動(dòng)發(fā)展的巖漿記錄。

6 結(jié)論

1）本區(qū)強(qiáng)過鋁質(zhì)花崗巖形成時(shí)代為晚奧陶世，屬加里東構(gòu)造階段，為蒙古洋向華北板塊之下俯沖消減產(chǎn)物。由于大洋巖石圈俯沖潛沒于大陸巖石圈之下，易產(chǎn)生擠壓、剪切和摩擦生成熱效應(yīng)，進(jìn)一步誘發(fā)小規(guī)模對流體，地幔物質(zhì)底辟上涌。

2）本區(qū)花崗巖可能形成于伸展大地構(gòu)造背景之下。底侵作用提供的地幔物質(zhì)與熔融的下部地殼物質(zhì)形成所謂的“殼－?；烊蹘r漿”，然后以不同形式侵位或噴發(fā)，即侵位或噴發(fā)的峰期也正是底侵作用的峰期。因此，伸展構(gòu)造和幔源基性巖漿的底侵，很可能是形成本區(qū)花崗巖的2個(gè)最主要的動(dòng)力機(jī)制。

圖10 斑狀二長花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.10 Diagram of application of trace element tectonic background of the giant phynocryst adamellite

3）本區(qū)巨斑狀二長花崗巖形成于弧盆構(gòu)造體系，它是早古生代蒙古洋板塊俯沖的重要巖漿記錄，對其進(jìn)行深入研究，有助于更深刻、具體地揭示古蒙古洋板塊區(qū)域構(gòu)造演化的歷程和特點(diǎn)。

中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李潮峰、靳新娣、李禾等老師在實(shí)驗(yàn)過程給予了指導(dǎo)和幫助，蒙古九金公司黃向輝、黃其涵、李偉、烏日圖以及蒙方翻譯對野外工作順利進(jìn)行提供了大力支持，在此一并致謝。

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