內(nèi)蒙烏太烏拉二長(zhǎng)花崗巖地球化學(xué)特征及成因類(lèi)型

李 壯 王 碩 孟 展 孫 虎 康浩然

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.中鋁力拓勘探有限責(zé)任公司；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所)

內(nèi)蒙烏太烏拉二長(zhǎng)花崗巖地球化學(xué)特征及成因類(lèi)型

李 壯1王 碩2孟 展1孫 虎2康浩然3

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.中鋁力拓勘探有限責(zé)任公司；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所)

烏太烏拉地區(qū)發(fā)育大量華力西和燕山期二長(zhǎng)花崗巖，結(jié)合巖石主量元素、微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征分析了二長(zhǎng)花崗巖的巖石成因類(lèi)型及其構(gòu)造背景，結(jié)果表明：①二長(zhǎng)花崗巖富硅、富堿、貧鈣鎂，A/CNK值為1.36～1.93，屬過(guò)鋁質(zhì)類(lèi)巖石；②微量元素中富集Rb、Th、U等大離子親石元素，而B(niǎo)a、Sr及高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Y、Zr、Ti則有不同程度的虧損；③稀土元素呈輕稀土相對(duì)富集的配分模式，發(fā)育明顯的Eu負(fù)異常，無(wú)明顯Ce異常；⑤主量、微量元素綜合研究結(jié)果顯示二長(zhǎng)花崗巖為高分異的S型花崗巖；⑥花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解綜合顯示二長(zhǎng)花崗巖產(chǎn)出的構(gòu)造背景屬于后造山階段，溫度、壓力逐漸降低的伸展拉張后碰撞構(gòu)造環(huán)境。上述研究成果對(duì)于深入研究區(qū)內(nèi)二長(zhǎng)花崗巖體具有一定的參考價(jià)值。

二長(zhǎng)花崗巖 地球化學(xué)特征 成因類(lèi)型 構(gòu)造背景 S型花崗巖

內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗(簡(jiǎn)稱(chēng)東烏旗)位于錫林浩特東北部，是我國(guó)北部最重要的銀、鉛、鋅、銅、鐵、鎢、錫成礦集中區(qū)之一[1]，大地構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊與華北板塊的縫合帶——二連浩特—賀根山深大斷裂帶[2]。區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，以斷裂、褶皺構(gòu)造為主。巖漿侵入活動(dòng)頻繁并廣泛分布，其中，以華力西期和燕山期花崗巖體最為發(fā)育且與金屬成礦關(guān)系密切[3]，區(qū)內(nèi)成礦巖體以二長(zhǎng)花崗巖、石英斑巖及閃長(zhǎng)玢巖為主。本研究著重對(duì)烏太烏拉地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖主量元素、微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，并探討其巖石成因類(lèi)型及巖體形成時(shí)的構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

烏太烏拉地區(qū)位于內(nèi)蒙古東烏旗東部，大地構(gòu)造位置隸屬于西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶內(nèi)[4]，區(qū)內(nèi)主要出露地層為第三系寶格達(dá)音烏拉組(N2b)、上白堊統(tǒng)大磨拐河組(K2d)、下侏羅統(tǒng)紅旗組(J1h)、中二疊統(tǒng)哲斯組(P2zs)、上石炭—下二疊統(tǒng)格根敖包組(C2-P1g)、上泥盆統(tǒng)安格爾音烏拉組(D3a2)和中泥盆統(tǒng)泥鰍組(D1-2n)。其中，寶格達(dá)音烏拉組(N2b)主要為一套紅色泥巖及砂礫巖；安格爾音烏拉組(D3a2)和大磨拐河組(K1d)為一套砂礫巖夾粉砂巖；紅旗組(J1h)主要為一套礫巖夾煤線層；哲斯組(P2zs)為一套長(zhǎng)石石英砂巖、灰?guī)r；格根敖包組(C2-P1g)主要為一套凝灰?guī)r及泥質(zhì)粉砂巖。區(qū)內(nèi)經(jīng)歷了古生代中亞—蒙古造山與中生代火山巖漿活動(dòng)等多重事件的影響。巖漿巖以華力西和燕山期中—酸性巖體為主，巖性主要為二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖。

2 樣品來(lái)源及測(cè)試結(jié)果

2.1 樣品來(lái)源

分析樣品主要來(lái)自烏太烏拉地區(qū)的二長(zhǎng)花崗巖，樣品均未蝕變，新鮮面主要呈淺肉紅色，風(fēng)化面主要呈灰白色，具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。組成巖石的礦物主要為石英和長(zhǎng)石，長(zhǎng)石主要為鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，兩者含量大致相等，暗色礦物主要為黑云母，副礦物主要有磁鐵礦、磷灰石、鈦鐵礦等。在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所國(guó)土資源部地球化學(xué)勘查監(jiān)督檢測(cè)中心完成樣品的分析測(cè)試工作。首先將巖石樣品粉碎并研磨至200目以上，然后用酸溶法處理，最后進(jìn)行樣品全巖分析。主量元素測(cè)試方法為X射線熒光光譜法(XRF)，分析儀器為PW2404X熒光光譜儀，分析精度優(yōu)于5%。微量元素及稀土元素測(cè)試方法為等離子質(zhì)譜儀ICP-MS法，分析儀器為HR-ICP-MS(Element II)，工作溫度、相對(duì)濕度分別為20 ℃和30%。

2.2 測(cè)試結(jié)果

2.2.1 主量元素特征

烏太烏拉地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖體主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知：11件樣品均具富硅、富鋁特征；w(SiO2)為66.5%～76.6%，平均為73.17%；w(Al2O3)為12.6%～15%，平均為13.65%；全堿含量較高，w(K2O+Na2O)為6.35%～8.48%，平均為7.55%；w(K2O)含量大于Na2O，w(K2O)/w(Na2O)值為2.32～5.05；鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.36～1.93，平均為1.65；A/NK值為1.65～2.04，平均為1.82。在A/CNK-A/NK圖解中，所有樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)均落在過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域(圖1)，屬過(guò)鋁質(zhì)巖石類(lèi)。堿度率(AR)為2.75～5.21，平均為3.87，表明為鈣堿性系列巖石，這與w(SiO2)-w(K2O)圖解中樣品點(diǎn)均落在高鉀和鉀玄巖區(qū)內(nèi)(圖2)相吻合。分異指數(shù)(DI)為79.11～94.77，平均為90.45；固結(jié)指數(shù)為0.97～7.84，平均為3.54，表明二長(zhǎng)花崗巖體經(jīng)歷了較高的巖漿分異作用而后固結(jié)成巖。

表1 二長(zhǎng)花崗巖主量元素含量及特征值

圖1 A/CNK-A/NK圖解

圖2 w(SiO2)-w(K2O)圖解

2.2.2 微量元素特征

二長(zhǎng)花崗巖微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知：w(Zr)/w(Hf)值為25～51，平均為41.89，明顯高于正?；◢弾rw(Zr)/w(Hf)值(33～40)[5]；w(Nb)/w(Ta)值為9～18.12，平均為14.50，明顯高于正?；◢弾r值(w(Nb)/w(Ta)值為11)[5]；w(Rb)/w(Sr)值為0.28～1.72，平均為0.99；w(Rb)/w(Ba)值為0.10～0.35，平均為0.22；w(Rb)/w(Sr)值和w(Rb)/w(Ba)值明顯接近于陸殼值(w(Rb)/w(Sr)值為0.17，w(Rb)/w(Ba)值為0.07)，明顯高于地幔值(w(Rb)/w(Sr)值為0.03，w(Rb)/w(Ba)值為0.09)[6]。由研究區(qū)二長(zhǎng)花崗巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖3)可知，配分曲線呈明顯左傾型，相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Th、U等，高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Nb、Y、Yb等相對(duì)虧損，呈現(xiàn)弱Ba負(fù)異常和強(qiáng)Sr負(fù)異常。

圖3 微量元素的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)

2.2.3 稀土元素特征

研究區(qū)二長(zhǎng)花崗巖稀土元素含量分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知：稀土元素總量(ΣREE)較低，為(54.18～329.94)×10-6，平均為180.09×10-6； (La/Yb)N值為4.29～10.71，指示輕、重稀土元素分餾明顯。由球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的稀土元素配分曲線(圖4)可知，各稀土元素總體表現(xiàn)出相似的特征，曲線表現(xiàn)為明顯的左傾型，表明輕稀土相對(duì)富集，而重稀土相對(duì)虧損，這與LREE/HREE值(6.24～10.12)相吻合；δEu值為0.38～1.05，平均為0.67，配分曲線表現(xiàn)出弱負(fù)Eu異常；δCe值為0.94～1.64，平均為1.14，除極個(gè)別樣品表現(xiàn)為弱正Ce異常外，其余樣品均無(wú)Ce異常特征出現(xiàn)。

表2 二長(zhǎng)花崗巖微量元素含量

樣品編號(hào)含 量/(×10-6)BaRbSrYZrNbThPbGaZnCuNiVCrHfCsScTaCoAsSbUWTWL-01647113.0113.514.7709.39.021917.210125202.82.7020.811.90.181.76WTWL-02645100.016832.92459.112.041420.5874153305.12.49130.641.40.191.65WTWL-0391099.135959.251916.29.021722.29053691011.41.99141.063.10.162.36WTWL-0491393.117452.775014.510.354019.8656382014.71.4790.812.10.143.46WTWL-05630119.5114.530.926010.615.201416.6381223207.23.0540.812.10.172.21WTWL-06646138.814436.828712.812.361620.5821430206.23.33170.822.00.181.95WTWL-07702138.525926.026410.818.252116.6411532206.74.6861.241.20.223.44WTWL-08640176.0164.522.52289.423.301316.22512136306.06.1850.933.00.8314.50WTWL-0928980.457.252.663317.58.431421.45413142012.92.7680.911.60.091.89WTWL-010318111.064.644.245920.012.852219.25234292011.31.5751.322.20.222.04WTWL-011322113.066.546.548020.714.352120.05335262011.51.6451.425.00.222.00

表3 二長(zhǎng)花崗巖稀土元素含量

3 討 論

3.1 巖石成因類(lèi)型

含鋁指數(shù)常被用來(lái)區(qū)分I和S型花崗巖，I型花崗巖A/CNK值通常小于1.10，而S型花崗巖A/CNK值則往往大于1.10[7]。烏太烏拉二長(zhǎng)花崗巖A/CNK值為1.36～1.93，在A/CNK-A/NK圖解中(圖1)，11件樣品均位于S型花崗巖范圍內(nèi)，然而,該方法在判別經(jīng)歷了高分異的花崗巖成因時(shí)可能失效[8]。本研究中，11件二長(zhǎng)花崗巖樣品分異指數(shù)(DI)為79.11～94.77，指示其發(fā)生了較為強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用。此外，在Bouseily等[9]提出的用于判別普通花崗巖和高分異型花崗巖的Rb-Ba-Sr圖中(圖5)，烏太烏拉二長(zhǎng)花崗巖樣品全部落在高分異型的區(qū)間中。因此，有必要借助其他地球化學(xué)參數(shù)來(lái)對(duì)該地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖成因類(lèi)型進(jìn)行判別。

圖4 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線

圖5 w(Rb)-w(Ba)-w(Sr)圖解

微量元素w(Rb)-w(P2O5)、w(Rb)-w(Th)相關(guān)性變化趨勢(shì)圖解(圖6、圖7)[10]顯示，烏太烏拉地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖明顯具有S型花崗巖的特征。另外，在二長(zhǎng)花崗巖w(K2O)-w(Na2O)圖解(圖8)中，所有樣品點(diǎn)均位于S型花崗巖范圍之內(nèi)，w(Rb)/w(Sr)平均值為0.99，符合S型花崗巖特征[11]。上述綜合判別標(biāo)準(zhǔn)指示烏太烏拉地區(qū)二長(zhǎng)花崗巖應(yīng)當(dāng)為S型花崗巖。

3.2 構(gòu)造背景

研究區(qū)內(nèi)二長(zhǎng)花崗巖地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明，所有樣品均屬過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石類(lèi)，將所有樣品點(diǎn)投影到w(Rb)-w(Y+Nb)和w(Rb)-w(Yb+Ta)圖解(圖9、圖10)中可見(jiàn)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)均無(wú)一例外落在后碰撞區(qū)域內(nèi)，故推測(cè)二長(zhǎng)花崗巖體形成于造山帶的后碰撞構(gòu)造環(huán)境中。

圖6 w(Rb)-w(P2O5)圖解

圖7 w(Rb)-w(Th)(b)圖解

圖8 w(K2O)-w(Na2O)圖解

圖9 w(Rb)-w(Y+Nb)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

圖10 w(Rb)-w(Yb+Ta)構(gòu)造環(huán)境判別圖解

綜上所述，烏太烏拉地區(qū)花崗巖形成于造山帶后階段，溫度、壓力均逐步降低的伸展拉張后碰撞大地構(gòu)造環(huán)境。

4 結(jié) 語(yǔ)

分析了烏太烏拉地區(qū)發(fā)育的二長(zhǎng)花崗巖主量元素、微量元素以及稀土元素地球化學(xué)特征，在此基礎(chǔ)上討論了二長(zhǎng)花崗巖的巖石成因類(lèi)型及構(gòu)造背景，對(duì)于進(jìn)一步研究該類(lèi)巖石具有一定的參考價(jià)值。

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2015-04-20)

李 壯(1989—)，男，碩士研究生，610059 四川省成都市成華區(qū)二仙橋東三路1號(hào)。