內(nèi)蒙古扎蘭屯方家溝巖體鋯石U-Pb年齡及地球化學特征

郭威，吳新偉，張渝金，江斌，張超，錢程，陳會軍

1.吉林大學地球科學學院，吉林長春130061；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

內(nèi)蒙古扎蘭屯方家溝巖體鋯石U-Pb年齡及地球化學特征

郭威1，2，吳新偉1，2，張渝金1，2，江斌1，2，張超2，錢程2，陳會軍2

1.吉林大學地球科學學院，吉林長春130061；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

方家溝地區(qū)二長花崗巖中鋯石顆粒的晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，振蕩生長環(huán)帶發(fā)育和較高的Th/U比值（0.99～3.10），反映了巖漿成因特征.LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為（152.9±2.2）Ma.巖石SiO2含量73.06%～76.25%，里特曼指數(shù)（σ）2.51～2.63，具有高鉀鈣堿性特征，呈過鋁質(zhì)特點.ΣLREE/ΣHREE比值和（La/Yb）N比值分別為6.21～10.43和4.98～12.18，為輕稀土富集、重稀土虧損型.δEu值0.52～0.72，為中弱虧損.以上特征表明方家溝巖體為過鋁質(zhì)高分異I型花崗巖.其成因可能是由于造山后的拉張環(huán)境使得地殼減薄，促使軟流圈的物質(zhì)上涌和幔源巖漿的底侵作用，導致地殼的溫度升高，減壓熔融形成二長花崗巖.

方家溝巖體；二長花崗巖；鋯石U-Pb；年齡；地球化學；內(nèi)蒙古

大興安嶺地區(qū)中生代巖漿巖的形成年齡及其形成時的區(qū)域地球動力學背景一直是地學研究的熱點問題之一［1-7］.內(nèi)蒙古扎蘭屯地區(qū)位于大興安嶺中北段，其方家溝侵入巖巖體較為發(fā)育.巖體呈條帶狀、團塊狀、不規(guī)則狀沿北東向分布于根多河東岸，巖性主體為淺肉色中粒二長花崗巖.前人對扎蘭屯地區(qū)及部分周邊年代地質(zhì)學和地球化學都有一定的研究［7-8］，卻沒有對扎蘭屯附近方家溝地區(qū)進行年代地質(zhì)學和地球化學的研究.故方家溝尚缺乏可靠的同位素年代學制約.本文以方家溝侵入巖巖體作為研究對象，通過對二長花崗巖樣品的鋯石U-Pb年齡確定方家溝侵入巖巖體的形成時代，并通過對其巖相學、地球化學及年代學研究，對其巖漿源區(qū)及成因類型進行討論.

1 區(qū)域地質(zhì)背景與巖體地質(zhì)

扎蘭屯地區(qū)位于古亞洲洋構(gòu)造域與環(huán)太平洋構(gòu)造域交匯處，大興安嶺主脊斷裂中北段，屬于西伯利亞古板塊大陸邊緣向南增生部分一級構(gòu)造單元.中新生界屬濱太平洋地層區(qū)大興安嶺-燕山分區(qū)中生代火山-侵入巖帶，是中國東部大陸環(huán)太平洋火山活動帶的重要組成部分.受全球兩大構(gòu)造域影響，區(qū)域構(gòu)造線方向以北東、北北東向為主（圖1）.

方家溝晚侏羅世侵入巖體位于扎蘭屯地區(qū)西南部約80 km處，呈北東向展布，主體巖性為淺肉色中粒二長花崗巖，出露面積68.49 km2，占測區(qū)總面積的4.9%.本期次花崗巖侵入上石炭-下二疊統(tǒng)格根敖包組，又被早白堊世花崗閃長巖侵入［9-10］.巖體中含有少量團塊狀暗色閃長質(zhì)包體.

二長花崗巖新鮮面呈淺肉色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.巖石由石英（30%左右）、鉀長石（45%左右）、斜長石（25%左右）組成.鉀長石，他形粒狀，由微斜長石組成，格子雙晶隱約顯示，包含斜長石交代凈邊結(jié)構(gòu)，粒度2～5 mm；斜長石，半自形板狀，聚片雙晶寬窄不一，環(huán)帶發(fā)育，屬中長石，部分晶面邊緣鈉化，粒度1.5～5 mm；石英，他形粒狀，晶面干凈，波狀消光，粒度1.5～5 mm.局部地段相變過渡為粗中粒二長花崗巖和中細粒二長花崗巖.副礦物組合主要為鋯石、磷灰石、磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、榍石、綠簾石.

鋯石顏色多為黃色，個別棕色，自形雙錐柱狀-長柱狀居多，少量受力破損呈斷柱狀、碎塊狀，個別雙錐柱狀，多數(shù)透明，個別不透明，多數(shù)為金剛光澤，少數(shù)油脂光澤，晶內(nèi)氣液及固相包裹體發(fā)育，粒徑大部分在0.05～0.12 mm，少量0.12～0.23 mm.

2 分析方法

用于鋯石定年的樣品為采自天然露頭的新鮮樣品.樣品的破碎和鋯石的挑選工作由河北省廊坊市科大礦物分選技術(shù)股份有限公司完成.鋯石激光剝蝕等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）U-Pb同位素分析在中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗測試中心完成.本次實驗所采用的激光束斑直徑為20 μm，普通鉛校正采用Anderson［11］的方法，詳細實驗測試過程可參見文獻［12］.年齡計算采用國際標準程序Isoplot（ver3.0）.本文所測試的鋯石顆粒均具有清晰的巖漿型振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，表明這些鋯石為巖漿結(jié)晶成因.

圖1 扎蘭屯根多河地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)文獻［10］修改）Fig.1 Simplified geological map of Genduohe area in Zalantun（Modified from Reference［10］）

樣品的主量元素和痕量元素分析在國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成.主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF），痕量元素的分析則采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）完成.主量元素分析精度和準確度優(yōu)于5%，微量元素的分析精度和準確度一般優(yōu)于10%.

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年結(jié)果

鋯石U-Pb測定數(shù)據(jù)列于表1，根據(jù)這些數(shù)據(jù)所做的U-Pb諧和圖如圖2所示.其結(jié)果以206Pb/238U年齡計算，年齡誤差為1σ.

表1 方家溝二長花崗巖2011RZ23樣品鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of monzogranite of sam ple 2011RZ23 from Fangjiagou pluton

測年樣品采自根多河林場東岸（122°03′50″N，47°45′06″E），巖性為中細粒二長花崗巖（2011RZ23），主要礦物為斜長石（30%）+堿性長石（40%）+石英（25%），另有少量鋯石、磷灰石、磁鐵礦、赤褐鐵礦、鈦鐵礦、榍石、綠簾石等副礦物.代表性鋯石的陰極發(fā)光圖像（圖3）顯示：鋯石均為內(nèi)部結(jié)構(gòu)較清晰的自形晶，并發(fā)育有巖漿成因的振蕩型環(huán)帶.鋯石U-Pb測年結(jié)果顯示：35個鋯石的Th/U比值為0.99～3.10，指示鋯石具巖漿成因.

圖2 方家溝巖體二長花崗巖中鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖和年齡加權(quán)圖Fig.2 Concordia diagram for the LA-ICP-MS zircon U-Pb data of monzogranite in Fangjiagou pluton

圖3 方家溝巖體二長花崗巖中鋯石CL圖像Fig.3 CL images of selected zircons in monzogranite from Fangjiagou pluton

由表1和鋯石U-Pb年齡諧和圖（圖2）可知，在經(jīng)過Pb校正之后，方家溝侵入巖體的二長花崗巖中巖漿鋯石的分析結(jié)果大部分位于諧和線及其附近區(qū)域，且各分析點分布得較為集中，35個分析點206Pb/238U年齡范圍在（140±3）～（165.6±3）Ma，得出其加權(quán)平均值年齡為（152.9±2.2）Ma（MSWD=3.5）.結(jié)合被測鋯石具巖漿鋯石的特征，我們將該年齡解釋為巖體的侵位年齡，表明方家溝侵入巖體的二長花崗巖的侵位時代為晚侏羅世.

3.2 地球化學特征

表2 方家溝巖體二長花崗巖主量元素和微量元素成分Table 2 M ajor and trace element com positions of selected monzogranite samples from Fangjiagou pluton

方家溝巖體的主量元素和微量元素分析結(jié)果見表2.本區(qū)二長花崗巖SiO2含量73.06%～76.25%，TiO20.15%～0.25%，Al2O312.36%～13.62%，MgO 0.2%～0.29%，CaO 0.36%～0.63%，K2O 4.38%～5.07%.全堿（Na2O+K2O）= 8.43%～9.02%，K2O/Na2O=1.01～1.48（均大于1，屬I型花崗巖）.ANK-ACNK圖解（圖4a）表明，方家溝巖體主要為過鋁質(zhì)，ACNK主要介于1.03～1.07之間（均小于1.1，屬I型花崗巖）.在K2O-SiO2圖解（圖4b）上，樣品均落于高鉀鈣堿性范圍內(nèi).本文研究的巖體以二長花崗巖為主，暗色礦物有黑云母和角閃石，絕大部分樣品CIPW標準礦物中出現(xiàn)標準剛玉（C）分子，且含量小于1%，常見暗色礦物為黑云母和普通角閃石，且副礦物組合中出現(xiàn)榍石而未見富鋁礦物，這些都表明了I型花崗巖的特征.Al2O3和P2O5的含量隨著SiO2的增多而減少，Chanppell等認為在I型花崗巖中，隨著結(jié)晶過程的進行，磷灰石的分離結(jié)晶將導致P2O5含量持續(xù)減少.本區(qū)的二長花崗巖隨著SiO2含量逐漸增加，P2O5與之呈負相關關系，說明方家溝地區(qū)的二長花崗閃長巖具有I型花崗巖特征.巖石化學高硅，低鐵、鎂.由于A型花崗巖在特征上和高分異性I型花崗巖近似，根據(jù)判別圖解（圖5a）進行初步判定，結(jié)果投影點落入I型花崗巖區(qū).在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖5b）中也可發(fā)現(xiàn)，本期巖石投影點位于造山期后.綜上所述，本期花崗巖應屬于非造山I型花崗巖.

稀土元素測試結(jié)果顯示：稀土元素總量（ΣREE）在85.40×10-6～128.81×10-6，低于陸殼平均值（154.7×10-6）；反映輕重稀土元素分餾程度的ΣLREE/ΣHREE比值和（La/Yb）N比值分別為6.21～10.43和4.98～12.18，為輕稀土富集、重稀土虧損型.經(jīng)球粒隕石標準化后的稀土元素配分模式（圖6a），Er、Yb呈弱的負異常，δEu值在0.52～0.72之間，為中弱虧損型.說明源區(qū)巖漿發(fā)生過斜長石的分離結(jié)晶，導致殘余熔體中Eu的虧損.

圖4 方家溝巖體的含鋁指數(shù)圖（a）和SiO2-K2O圖（b）Fig.4 Aluminous index（a）and SiO2-K2O（b）diagrams for the Fangjiagou pluton

圖5 方家溝巖體的Ce-SiO2圖（a）和R1-R2圖（b）Fig.5 Ce-SiO2（a）and R1-R2（b）diagrams for the Fangjiagou pluton

圖6 方家溝巖體的球粒隕石標準化稀土元素配分圖（a）和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖（b）（據(jù)文獻［13-14］）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spider diagram（b）for the Fangjiagou pluton（After References［13-14］）

從微量元素球粒隕石標準化蛛網(wǎng)圖（圖6b）上看，方家溝侵入巖巖體具有貧Ba、Nb、Ce、P，富K、Pb、Th、Nd的特點；曲線為右傾型，Nb顯負異常，表明其與消減有關.

4 討論

4.1 方家溝侵入巖體的形成時代

前人對扎蘭屯地區(qū)的整體作過初步的年代學研究［7］，以及對扎蘭屯地區(qū)局部地質(zhì)年代學研究［8］，而缺乏對方家溝地區(qū)可靠的同位素地質(zhì)年代學的約束.本文所測定的方家溝侵入巖體中的鋯石多呈自形雙錐柱狀-長柱狀，發(fā)育振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖3），且Th/U比值較高，表明所測試的鋯石為巖漿成因，所獲得的年齡代表了方家溝巖體的形成時代.定年結(jié)果表明，方家溝侵入巖體的成巖年齡為（152.9±2.2）Ma.新的年代學資料表明，方家溝侵入巖體形成于晚侏羅世.

4.2 巖石成因類型及構(gòu)造環(huán)境討論

研究認為花崗巖最流行的成因是地殼物質(zhì)的部分熔融，對于堿性花崗巖也提出難熔殘余地殼物質(zhì)部分熔融的模式［13-16］.近年來認為它們也可通過富集型大陸巖石圈地幔的熔融或地幔源巖漿與地殼物質(zhì)的混合形成［17-18］.一般認為花崗巖的成因與其地質(zhì)構(gòu)造背景密切相關，不同的構(gòu)造背景形成不同類型的花崗巖，本區(qū)域SiO2含量較高（73.57%～76.91%），Na2O含量也都大于2.8%（達3.37%～4.33%），堿的含量也較高（8.36%～8.96%），ACNK主要介于1.03～1.07之間，明顯富鋁.輕稀土富集、重稀土虧損型，δEu值在0.52～ 0.72之間，為中弱虧損型.這些特征與I型花崗巖的特征相符，又根據(jù)Ce-SiO2判別圖解［19］（圖5a）確認該區(qū)域二長花崗巖為I型花崗巖.

不同構(gòu)造環(huán)境條件下形成的花崗巖的組成和特征彼此不同，因此提出了花崗巖的構(gòu)造環(huán)境分類，不同類型的花崗巖分別對應不同的地球動力學環(huán)境和源區(qū).而方家溝晚侏羅世侵入巖多沿格根敖包組背斜核部侵位，明顯受控于北東向多期活動的基底斷裂.本區(qū)域樣品在R1-R2構(gòu)造判別圖解（圖5b）中落入了造山后的構(gòu)造區(qū)域，屬于典型的拉張環(huán)境下形成的造山后花崗巖.

關于花崗巖的形成主要有巖漿分異和地殼巖石部分熔融兩種觀點.Bowen認為花崗巖石由玄武巖經(jīng)歷過分異演化形成［20］，但是后來的研究表明大面積的花崗巖主要出露于大陸地殼中，在大洋中很少見，這就與玄武巖在大陸和大洋均廣泛存在不相吻合，并且在大陸花崗巖廣泛出露區(qū)，很少見到同時代的玄武巖或輝長巖.這就說明了花崗巖應該有獨立的起源，并且與地殼有著密切的聯(lián)系，花崗巖主要是地殼深熔論已被廣泛認同.花崗質(zhì)巖體相對富集LREE及大離子親石元素Rb、Ba、K等，虧損不相容元素Nb、Ta、Ti，暗示其具有殼源巖漿的特征.具有較高Ba/Nb和Ba/La比值，其值分別為，Ba/Nb：15.87～39.77，平均值為31.88（幔源巖石≈9.0，殼源巖石≈54）；Ba/La：15.18～48.28，平均值為25.85（幔源巖石≈9.6，殼源巖石≈25）.二長花崗巖的比值介于殼源與幔源之間.上述地球化學特征不能用單一的殼源與幔源巖漿演化來解釋，其應該具有殼?；旌系奶卣?，各微量元素比值的差異顯示巖漿源區(qū)的不均一性及復雜性.根據(jù)前人對花崗巖成因的總結(jié)和對周邊巖體的研究，作者推測方家溝地區(qū)與古太平洋板塊的俯沖有著密切的關系［8］，由于造山后的拉張環(huán)境使得地殼減薄，促使軟流圈的物質(zhì)上涌和幔源巖漿的底侵作用，導致殼幔混合熔融形成方家溝地區(qū)的高分異性I型花崗巖.

5 結(jié)論

通過對方家溝巖體二長花崗巖的鋯石U-Pb年代學、巖石地球化學研究，可以得出如下結(jié)論：

（1）方家溝巖體的二長花崗巖中的鋯石為巖漿成因，LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果為（152.9±2.2）Ma，表明其形成時代為晚侏羅世.

（2）方家溝巖體的二長花崗巖為過鋁質(zhì)I型花崗巖.根據(jù)構(gòu)造判別推測，方家溝地區(qū)的二長花崗巖是由于造山后的拉張環(huán)境使得地殼減薄，促使軟流圈的物質(zhì)上涌和幔源巖漿的底侵作用，殼?；旌先廴谛纬煞郊覝系貐^(qū)的高分異性I型二長花崗巖.

致謝：衷心感謝中國地質(zhì)科學院國家地質(zhì)實驗測試中心胡明月在鋯石LA-ICP-MSU-Pb分析中給予的支持.

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ZIRCON U-Pb DATING AND GEOCHEMISTRY OF THE FANGJIAGOU PLUTON IN ZHALANTUN AREA,INNER MONGOLIA

GUO Wei1,2,WU Xin-wei1,2,ZHANG Yu-jin1,2,JIANG Bin1,2,ZHANG Chao2,QIAN Cheng2,CHEN Hui-jun2
1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China; 2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

The Fangjiagou monzogranite pluton shows a typical magmatic origin with its clear crystal interior structures of zircon,developed oscillatory growth zonation and high Th/U ratio of 0.99-3.10.The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating is（152.9±2.2）Ma.The rock is peraluminous,belonging to high-K calc-alkali series,with SiO2content of 73.06%-76.25% and Rittman index（σ）of 2.51-2.63.The ratios of ΣLREE/ΣHREE and（La/Yb）Nare respectively 6.21-10.43 and 4.98-12.18,with enrichment in LREEs and depletion in HREEs.The δEu values range from 0.52 to 0.72.The features above indicate that the Fangjiagou pluton belongs to peraluminous highly fractionated I-type granite,which may be formed due to the crust melting by temperature rising and pressure reducing in post-orogenic extensional environment,with crust thinning, materials from asthenosphere upwelling and mantle-derived magma underplating.

Fangjiagou pluton;monzogranite;zircon U-Pb dating;geochemistry;Inner Mongolia

1671-1947（2015）03-0193-07

P588.12；P597

A

2015-03-31；

2015-06-06.編輯：張哲.

中國地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項目“內(nèi)蒙古1∶5萬濟沁河林場等4幅區(qū)”（1212011120664）；“內(nèi)蒙古1∶5萬南燕窩溝等4幅區(qū)調(diào)”（12120113053900）.

郭威（1987—），碩士研究生，吉林大學地球科學學院，礦物學、巖石學、礦床學專業(yè)，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail:290129333@qq.com