內(nèi)蒙古東部新勝屯地區(qū)晚侏羅世A型花崗巖特征與成因

代曉光

(中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州072750)

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內(nèi)蒙古東部新勝屯地區(qū)晚侏羅世A型花崗巖特征與成因

代曉光

(中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州072750)

摘要：內(nèi)蒙古新勝屯地區(qū)花崗巖侵入晚侏羅世瑪尼吐組及白音高老組火山巖的巖性主要為中粒花崗巖、花崗斑巖及鉀長花崗斑巖。在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，通過研究晚侏羅世花崗巖的產(chǎn)出特征、巖石學(xué)特征及巖石地球化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)新勝屯地區(qū)花崗巖具有高硅堿富鉀和貧鎂低鈣、TFeO/MgO比值高、堿性及準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)的特征；稀土元素總量高，輕稀土富集，Eu虧損顯著，稀土元素配分曲線呈不對稱右傾的 “海鷗型”展布；微量元素Zr、Y、Ce及高場強(qiáng)元素Rb、Th、K、Sm、Nd含量高，而Sr、Ba、P、Ti虧損。上述巖體地球化學(xué)特征表明巖體屬鋁質(zhì)A型花崗巖，形成于非造山期板內(nèi)拉張的構(gòu)造環(huán)境。

關(guān)鍵詞：鋁質(zhì)A型花崗巖；非造山期拉張構(gòu)造環(huán)境；晚侏羅世；內(nèi)蒙古新勝屯

0引言

大興安嶺地區(qū)在中生代巖漿活動強(qiáng)烈，形成大面積的火山巖和眾多花崗巖。內(nèi)蒙古新勝屯地區(qū)位于大興安嶺中南段，大地構(gòu)造上屬于內(nèi)蒙古中部地槽褶皺系東北段。前人曾對烏蘭浩特地區(qū)(包含新勝屯地區(qū))的中生代花崗巖做過研究(林強(qiáng)等，2004；葛文春等，2005；周漪等，2011;丁衛(wèi)平等,2013)，但未包含對晚侏羅世花崗巖的研究。因此，在1∶5萬新勝屯幅區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查時，根據(jù)巖體的產(chǎn)出特征、巖石學(xué)及地球化學(xué)特征，確定了新生屯地區(qū)晚侏羅世花崗巖具有A型花崗巖的特征，并對其成因類型、巖漿巖源區(qū)及構(gòu)造背景進(jìn)行了討論。

1地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

新勝屯地區(qū)花崗巖主要由新勝屯、巨安屯及白辛林場3個巖株組成(圖1)，分別呈北西向不規(guī)則狀、近南北向長條狀展布，出露總面積約70km2。巖石侵入于晚侏羅世瑪尼吐組及白音高老組火山巖中，侵入界線較清晰，接觸界面多外傾，傾角70°～85°，圍巖蝕變主要見有硅化。根據(jù)研究區(qū)花崗巖的侵入關(guān)系及地質(zhì)特征和1∶20萬突泉幅資料(吉林省地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)，1976)，認(rèn)為新勝屯地區(qū)花崗巖應(yīng)歸為晚侏羅世。

新勝屯地區(qū)花崗巖巖性主要為中粒花崗巖、花崗斑巖及鉀長花崗斑巖，在R1-R2分類圖解(圖2)上，樣品投點(diǎn)位于堿性花崗巖區(qū)和正長花崗巖區(qū)。其中花崗斑巖侵入到中?；◢弾r中，鉀長花崗斑巖與花崗斑巖呈過渡關(guān)系。各巖石的特征如下。

中?；◢弾r：主要分布在白辛林場巖體，巖石呈淺肉紅色、灰白色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分(圖3a)：石英呈他形粒狀，粒徑2.0～3.0mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～35%；鉀長石呈半自形、他形粒狀，粒徑2.0～3.0mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%～45%；斜長石呈半自形板狀，柱長0.5～1.0mm，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%；黑云母呈自形片狀，質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5%。巖石具絹云母化、綠泥石化。

鉀長花崗斑巖：主要在新勝屯巖體出露，巖石淺紅色-淺黃色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶以鉀長石(圖3b)為主，少量石英及斜長石，粒徑1.0～4.0mm,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%；基質(zhì)由微細(xì)長石、石英及少量黑云母組成。巖石具絹云母化、高嶺土化。

圖1　新勝屯地區(qū)地質(zhì)略圖1-全新統(tǒng)；2-下白堊統(tǒng)梅勒圖組；3-上侏羅統(tǒng)白音高老組；4-上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組；5-早白堊世花崗閃長巖；6-晚侏羅世中粒花崗巖；7-晚侏羅世花崗斑巖；8-晚侏羅世鉀長花崗斑巖；9-晚侏羅世花崗閃長巖；10-斷層及編號；11-地質(zhì)界線/相變界線；12-采樣點(diǎn)位置Fig.1　Simplified geological map of the Xinshengtun area in Inner Mongolia

圖2　R1-R2圖解(據(jù)De La Rache等，1980)1-厄塞巖 2-堿性輝長巖；3-橄欖輝長巖；4-輝長蘇長巖；5-正長輝長巖；6-二長輝長巖；7-輝長巖；8-正長閃長巖；9-二長巖；10-二長閃長巖；11-閃長巖；12-霞石正長巖；13-正長巖；14-石英正長巖；15-石英二長巖；16-英云閃長巖；17-堿性花崗巖；18-正長花崗巖；19-二長花崗巖；20-花崗閃長巖Fig.2　R1-R2 diagram(after De La Rache et al., 1980)

花崗斑巖：該巖石在3個巖體中都有出露，巖石呈灰色、淺黃色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶為斜長石(圖3c)、鉀長石、石英和少量黑云母，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%；斜長石呈板狀，長約2.0mm；鉀長石為條紋長石，粒徑0.2～2.0mm；石英多呈渾圓狀，粒徑0.1～1.0mm；黑云母呈片狀, 基質(zhì)具文象結(jié)構(gòu)。巖石具絹云母化、綠泥石化。

圖3　新勝屯花崗巖鏡下特征Fig.3　Microscopic characteristics of the Xinshengtun granites(a) P13-b-9-1, crossed polarizer; (b) P14-b-4-1, crossed polarizer; (c) P14-b-8-1, crossed polarizer

2巖石地球化學(xué)特征

主量元素分析使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICAP-6300；微量元素和稀土元素采用酸溶法制備樣品，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀XSeries2分析。巖石主量、微量和稀土元素分析結(jié)果分別見表1及表2。

表1　新勝屯地區(qū)晚侏羅世花崗巖巖石化學(xué)成分及參數(shù)特征

注：質(zhì)量分?jǐn)?shù)單位為%；加“*”者為1∶20萬突泉幅資料，其他樣品數(shù)據(jù)引自1∶5萬新勝屯幅；測試單位：中化地質(zhì)礦山總局中心實(shí)驗(yàn)室

表2　新勝屯地區(qū)晚侏羅世花崗巖稀土、微量元素成分及參數(shù)特征

注：稀土、微量元素含量單位為g/t；樣品數(shù)據(jù)引自1∶5萬新勝屯幅；測試單位：中化地質(zhì)礦山總局中心實(shí)驗(yàn)室

2.1巖石化學(xué)特征

新勝屯地區(qū)花崗巖SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.82%～76.63%，平均值為74.01%；(Na2O+K2O)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.24%～9.12%,平均值為8.65%，K2O/Na2O比值多數(shù)大于1，平均值為1.20；TFeO/MgO值2.93～23.29，平均值為10.55，較高；CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.13%～1.01%，平均值為0.55%；MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.070%～0.57%，平均值為0.27%。新勝屯地區(qū)花崗巖與中國花崗巖(邱家驤，1985)和中國A型花崗巖(吳鎖平等，2007)及世界A型花崗巖(畢獻(xiàn)武等，1999)、烏蘭浩特地區(qū)A型花崗巖(周漪等，2011)(表1)的主量元素平均值對比，發(fā)現(xiàn)巖石總體上表現(xiàn)為高硅、高堿、富鉀和貧鎂、低鈣的A型花崗巖的特征(顧連興，1990；袁忠信，2001；賈小輝等，2009)。

新勝屯花崗巖的分異指數(shù)(DI)為89.06～96.12，平均值為93.25。說明巖石巖漿結(jié)晶分異程度較徹底。堿度率(AR)值為2.87～4.64，平均值為3.69，在AR-SiO2關(guān)系圖解(邱家驤等，1991)(圖4)中，樣品全部落入堿性巖區(qū)。鋁飽和指數(shù)A/NCK為0.96～1.13，平均值為1.06，在A/NCK-A/NK圖解(圖5)中，樣品落入準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)巖石區(qū)；CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中都出現(xiàn)剛玉(C)，因此，新勝屯花崗巖屬于鋁質(zhì)花崗巖。

圖4　AR-SiO2與堿度關(guān)系圖(據(jù)Wrinht,1969)CA-鈣堿性；A-堿性；PA-過堿性Fig.4　AR-SiO2 diagram showing alkalinity(after Wrinht,1969)

圖5　A/NCK-A/NK圖解Fig.5　A/NCK-A/NK diagram

2.2稀土元素及微量元素特征

新勝屯花崗巖的稀土元素總量(∑REE)較高，為162～167g/t，平均值為164g/t；LREE/HREE比為7.81～11.61，平均值為9.27，顯示出新勝屯花崗巖輕稀土富集、重稀土虧損的特點(diǎn)，表明巖石的分餾程度較高；δEu為0.25～0.57，為Eu的負(fù)異常，Eu虧損顯著；稀土元素配分曲線呈輕稀土富集的不對稱右傾的A型花崗巖特有的“海鷗型”展布(顧連興，1990；吳鎖平等，2007)(圖6)。

圖6　稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖Fig.6　Chondrite-normalized REE patterns

微量元素含量分別為：Rb95.7～175g/t,平均值141g/t；Th10.0～13.5g/t, 平均值12.1g/t；Nb11.3～17.5g/t, 平均值13.7g/t；Zr134～214g/t, 平均值177g/t；Sr60.3～99.5g/t, 平均74.8g/t；Ba273～853g/t, 平均值480g/t；Cr11.2～13.0g/t, 平均值12.1g/t；Ni2.53～6.32g/t, 平均值4.01g/t。元素Rb、Th、Zr、Sr、Ba等的含量范圍及平均值與Whalen等(1987)的A型花崗巖相似，顯示出高場強(qiáng)元素Zr及大離子親石元素Rb、Th等含量較高、過渡元素Cr、Ni含量較低的A型花崗巖的特征(蘇玉平等，2005；翁望飛等，2011)。在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘網(wǎng)圖(圖7)上表現(xiàn)為高場強(qiáng)元素Zr、Y、Ce及Rb、Th、K、Sm、Nd富集、Sr、Ba、P、Ti虧損的特征，顯示出巖石的分離結(jié)晶作用強(qiáng)烈。

圖7　微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蜘網(wǎng)Fig.7　Primitive mantle normalized spider diagram of trace elements

3巖石成因及其形成的構(gòu)造背景

3.1巖石成因

新勝屯花崗巖規(guī)模不大，以巖體的形式產(chǎn)出，具有A型花崗巖的產(chǎn)出特征(魏春生，2000)，而在巖石地球化學(xué)成分上表現(xiàn)為A型花崗巖的特征。在Na2O-K2O成因類型判別圖解(圖8)中，樣品投點(diǎn)全部落在A型花崗巖區(qū)；Eby(1990)認(rèn)為對于高硅(>74%)的A型花崗巖，應(yīng)利用TFeO/MgO-SiO2圖解(圖9)來區(qū)別其與其他類型花崗巖(李小偉等，2010)。在該判別圖解中，除1個花崗巖樣品投點(diǎn)落在I型和S型花崗巖巖區(qū)外，其余全部落在A型花崗巖區(qū)。Rb的平均含量<270g/t，說明巖石不是由高硅的I型花崗巖分異而成(吳福元等，2007；韓振哲等，2009)。結(jié)合巖石鋁飽和指數(shù)1.06(平均值)及A/NCK-A/NK圖解(圖5)，新勝屯地區(qū)花崗巖應(yīng)屬于鋁質(zhì)A型花崗巖。

圖8　Na2O-K2O圖解(據(jù)Collins等，1982)I-I型花崗巖區(qū)；S-S型花崗；A-A型花崗巖區(qū)Fig.8　Na2O-K2O diagram(after Collins et al., 1982)

圖9　TFeO/MgO-SiO2圖解(據(jù)Eby,1990)I-S-I-S型花崗巖區(qū);A-A型花崗巖區(qū)Fig.9　TFeO/MgO-SiO2 diagram(after Eby, 1990)

關(guān)于A型花崗巖的成因模式目前還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識，主要包括以下幾種觀點(diǎn)：幔源堿性巖漿分異產(chǎn)生殘留的A型花崗質(zhì)熔體(許保良等，1990；韓寶福等，1997；Pearceetal.，1984；Eby，1990,1992)；幔源拉斑質(zhì)巖漿極度分異或者底侵的拉斑玄武巖低度部分熔融(Frostetal.，1997)；源自地幔巖石重熔分異形成堿性花崗巖(趙振華等，1996)；幔源堿性巖漿與地殼物質(zhì)相互作用生成正長巖巖漿源區(qū)，正長巖巖漿進(jìn)一步分異或與地殼物質(zhì)混染(邱檢生等，1996；劉昌實(shí)等，2003；Dickin，1994；Litvinovskyetal.，2000，2002)；地幔巖漿底侵加熱下地殼巖石熔融(Creaseretal.，1991;Andersonetal.，1992;Ramoetal.，2003);巖石圈地幔的部分熔融(王濤等，2009)；幔源、殼源巖漿的混合作用等(Yangetal.，2006)。新勝屯地區(qū)花崗巖Sr、Ba的虧損指出巖石的分離結(jié)晶作用強(qiáng)烈；(Rb/Yb)N值為17.23～48.28，遠(yuǎn)大于1，表明巖石具強(qiáng)不相容元素富集型的特點(diǎn)，反映巖漿熔融程度低，分離結(jié)晶強(qiáng)的殘余熔體表明巖石可能是幔源堿性巖漿分異產(chǎn)生殘留的A型花崗質(zhì)熔體，具有富集地幔源或交代地幔源的特點(diǎn)。

3.2巖石構(gòu)造環(huán)境

Loiselle等(1979)將A型花崗巖的構(gòu)造背景定義為“非造山”的張性環(huán)境，目前它的范圍不僅限于板內(nèi)裂谷的非造山環(huán)境，還包括了造山晚期、造山后期等多種與俯沖有關(guān)的構(gòu)造環(huán)境(王德滋等，1995；樊金濤，2001；李小偉等，2010；Eby，1990)。以下從巖體野外地質(zhì)條件和巖石地球化學(xué)特征2個方面對新勝屯地區(qū)花崗巖的構(gòu)造環(huán)境進(jìn)行探討。

新勝屯、巨安屯及白辛林場3個巖體礦物組成及化學(xué)成分均勻，巖體形態(tài)在平面呈不規(guī)則狀及條形，巖體內(nèi)部未見有定向組構(gòu)及巖漿面理等主動侵位造成的構(gòu)造應(yīng)變，巖體與圍巖的接觸界面多呈樹枝狀脈體侵入，這些特征說明巖體應(yīng)屬于構(gòu)造被動就位。

從巖石化學(xué)組分角度，Eby(1992)將A型花崗巖分為A1型(非造山的大陸裂谷或板內(nèi)環(huán)境)和A2型(造山后的陸陸碰撞或島弧環(huán)境)，在Y-Nb-Ce圖解(圖10)中，樣品投點(diǎn)全部落入A1型花崗巖區(qū)，說明巖石形成受控于張性構(gòu)造背景的非造山板內(nèi)環(huán)境。在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖11)中，樣品投點(diǎn)除少數(shù)落在造山晚期花崗巖區(qū)，大多落在非造山花崗巖區(qū)，巖體總體上顯示出非造山板內(nèi)拉張的構(gòu)造環(huán)境。

圖10　Y-Nb-Ce圖解(據(jù)Eby,1992)A1-A1型花崗巖區(qū)　A2-A2型花崗巖區(qū)Fig.10　Y-Nb-Ce diagram(after Eby, 1992)

圖11　R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Batchelor)1-分異花崗巖；2-消減的活動邊緣花崗巖；3-加里東型深熔花崗巖；4-造山期晚期花崗巖；5-非造山花崗巖；6-同碰撞花崗巖；7-造山期后花崗巖Fig.11　R1-R2 diagram discriminating tectonic setting(after Batchelor)

大興安嶺地區(qū)在晚侏羅世時受伸展作用引起大規(guī)模的火山爆發(fā)，而火山爆發(fā)又進(jìn)一步提高了上部地殼的滲透性，為以后的巖漿侵位的形成提供了條件(邵濟(jì)安等，1999)。晚侏羅世—早白堊世發(fā)生了大規(guī)模的板內(nèi)非造山花崗巖侵位，這是巖石圈伸展的重要表現(xiàn)(邵濟(jì)安等，1998)。本次確定的A型花崗巖時代為晚侏羅世，形成于火山噴發(fā)后的張性構(gòu)造環(huán)境，因此它的產(chǎn)出佐證了大興安嶺中南段在晚侏羅世處于伸展作用階段。

4結(jié)論

(1) 新勝屯地區(qū)花崗巖形成于晚侏羅世，巖石中未見有堿性暗色礦物，其巖石化學(xué)成分具有下列特征：高硅、高堿、富鉀和貧鎂、低鈣，TFeO/MgO比值高，分異指數(shù)(DI)、堿度率(AR)及鋁飽和指數(shù)A/NCK較高，在CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物中都出現(xiàn)有剛玉(C)；稀土元素總量高，輕稀土富集，Eu虧損顯著，稀土元素配分曲線呈不對稱右傾的“海鷗型”展布；微量元素Zr、Y、Ce及高場強(qiáng)元素Rb、Th、K、Sm、Nd富集，而Sr、Ba、P、Ti虧損等表明巖石屬于鋁質(zhì)A型花崗巖。

(2) 巖體的野外地質(zhì)特征表明新勝屯地區(qū)花崗巖為構(gòu)造被動就位，巖石地球化學(xué)圖解判定研究區(qū)花崗巖形成于非造山期板內(nèi)拉張構(gòu)造環(huán)境。

(3) 新勝屯地區(qū)A型花崗巖的產(chǎn)出，標(biāo)志著大興安嶺中南段在晚侏羅世處于伸展作用階段。

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Features and genetic significance of the Late Jurassic A-type granites in the Xinshengtun area of eastern Inner Mongolia

DAI Xiaoguang

(GeologicalInstituteofChinaChemicalGeologyandMineBureau,Zhuozhou072750,Hebei,China)

Abstract：In the Xinshengtun area of Inner Mongolia, the granite intruded volcanic rocks of the Late Jurassic Manitu Formation and Baiyin′gaolao Formation, whose lithology is mainly medium-grained granite, granitic porphyry and K-feldspar granite porphyry. Based on field geological investigation, this work studied the occurrence, petrology features and petrochemical data of the Late Jurassic granite. It is found that the granite in the Xinshengtun area is high in silicon and alkali, rich in potassium, poor in magnesium and calcium, with high ratio of TFeO/MgO, and is alkaline and mtaluminous-peraluminous. The total amount of rare earth elements is great, with enrichment of light rare earth and significant loss of Eu. The REE distribution patterns show an asymmetrical right-dipping seagull type distribution. It is rich in field strength elements of Zr, Y and Ce, and high in Rb, Th, K, Sm and Nd, while Sr, Ba, P and Ti elements are depleted. The above petrogeochemical characteristics indicate that the rock mass is aluminous A-type granite, formed in a extensional tectonic setting within non-orogenic plate.

Keywords：aluminous A-type granite; non-orogenic; extensional tectonic setting; Late Jurassic; Xinshengtun area in Inner Mongolia

doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2016.02.197

收稿日期：2015-06-03；修回日期：2015-06-23；編輯：陳露

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)勘查基金項(xiàng)目“內(nèi)蒙古興安盟中心屯等四幅1∶5萬區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查”(NMKD 2006-06)

作者簡介：代曉光(1984—)，男，工程師，資源勘查工程專業(yè)，主要從事礦產(chǎn)地質(zhì)勘查與研究工作，E-mail: 30634168@qq.com

中圖分類號：P534.52； P588.12+1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-3636(2016)02-0197-08