內(nèi)蒙古狼山西段中元古代花崗巖類(lèi)地質(zhì)特征及其構(gòu)造意義

張永全,楊建磊

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000)

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內(nèi)蒙古狼山西段中元古代花崗巖類(lèi)地質(zhì)特征及其構(gòu)造意義

張永全,楊建磊

(中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院 油氣工程學(xué)院,山東 東營(yíng) 257000)

內(nèi)蒙古狼山西段大面積出露的中元古代花崗巖體主要是中酸性巖體,均遭受過(guò)輕微的變質(zhì)作用。二長(zhǎng)花崗巖體的主量元素富集SiO2和K2O,貧FeO、CaO、MgO和TiO,A/CNK>1.1,為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖。黑云斜長(zhǎng)花崗巖體虧損微量元素Nb、Sr、P、Ti,富集Rb、K、Ta、Nd;輕稀土和重稀土分餾程度較強(qiáng),最高可達(dá)38.02倍;(La/Yb)介于3.66～128.65,δEu最小值為1.18,最大值為5.69,正銪異常明顯,具有典型碰撞成因的S型花崗巖特征?；◢弾r體的展布方向與區(qū)域構(gòu)造線基本一致,都呈北東-南西向帶狀展布,并與白乃廟群和魏家溝巖群中元古代古島弧鏈及開(kāi)原蛇綠混雜巖帶平行,表明中元古代存在一個(gè)強(qiáng)烈的俯沖碰撞造山過(guò)程,此次碰撞造山事件為華北板塊在Rodinia 超大陸的拼合模式提供了制約條件。

狼山西段;中元古代;S型花崗巖類(lèi);構(gòu)造演化

內(nèi)蒙古狼山西段出露了大面積的中元古代的中酸性巖體,它們記錄了地球深處的信息,這些花崗巖巖體所記載的地史演變和構(gòu)造環(huán)境一直都是地質(zhì)學(xué)家研究的重點(diǎn),也是驗(yàn)證華北板塊北緣是否存在格林威爾造山帶的重要信息載體[1]。張臣、徐備等[2-3]的研究結(jié)果顯示中元古代華北板塊北緣經(jīng)歷了大陸裂谷-被動(dòng)大陸邊緣-活動(dòng)大陸邊緣-陸陸碰撞造山階段,在白云鄂博-溫都爾廟-阜新舊廟一線存在著一條近東西向展布的中元古代造山帶;邵濟(jì)安，李江海等[4-5]的研究結(jié)果表明華北板塊北緣于1.3～1.2 Ga、1.2～1.0 Ga分別經(jīng)歷了克拉通的伸展、裂解事件。因此,深入研究?jī)?nèi)蒙古狼山西段中元古代的中酸性侵入巖體,不但對(duì)恢復(fù)華北板塊西北緣的地質(zhì)特征、構(gòu)造演化環(huán)境具有重要的意義,而且對(duì)華北板塊西北緣中元古代大陸邊緣的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造演化過(guò)程提供重要依據(jù),也能為華北板塊在Rodinia超大陸的拼合模式提供地質(zhì)的、地化的和年代學(xué)的直接證據(jù)[6-7]。本文通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙古狼山地區(qū)的中元古代時(shí)期侵入巖體的地化特征研究,結(jié)合學(xué)者的研究成果,結(jié)果顯示,內(nèi)蒙古狼山西段中元古代存在一起比較強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng),即格林威爾造山運(yùn)動(dòng),大面積出露的中元古代中酸性侵入巖體就是這一時(shí)期造山運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。

1　區(qū)域概況

內(nèi)蒙古狼山西段位于華北板塊(Ⅰ級(jí))的西北緣,連接3個(gè)不同的構(gòu)造單元,如圖1(b)所示。它北接西伯利亞板塊(Ⅰ級(jí)),西鄰塔里木地塊(Ⅰ級(jí))。狼山地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造演化非常復(fù)雜,南部是巴音烏拉山-狼山-色爾騰山南麓深大斷裂,北部為高家窯-烏拉特后旗-赤峰-臺(tái)緣深大斷裂。華北板塊北緣出露的中元古代花崗巖主要分布在狼山地區(qū)東升廟一帶至遼寧阜新,總長(zhǎng)超過(guò)800 km,近東西向展布,與區(qū)域構(gòu)造線基本上一致[8],如圖1(b)所示。

狼山地區(qū)中元古代花崗巖主要分布在阿勒特高勒溝的北側(cè),代表性巖體主要有呼和賽日和塔根達(dá)巴等花崗巖體,本文研究的呼和賽日巖體的巖石類(lèi)型主要酸性侵入巖,并且發(fā)生了區(qū)域變質(zhì)作用。呼和賽日巖體侵入中太古界烏拉山群、上太古界色爾滕山群及古元古代閃長(zhǎng)巖中,被華力西期的花崗巖類(lèi)穿插,鋯石U-Pb年齡為1 037±4 Ma和1 011±6 Ma[8]。該巖帶呈條帶狀北東東向斷續(xù)產(chǎn)出,長(zhǎng)約18 km,最寬處約1.3 km,從西向東見(jiàn)有3個(gè)巖體,出露面積相對(duì)較大,總面積約5 km2。中元古代花崗巖體與后期侵入巖體的接觸面不規(guī)則,侵入接觸關(guān)系,局部呈彎曲狀,并被后期的北東向的韌性剪切帶改造。在韌性剪切帶中,巖石極為發(fā)育糜棱巖化,并且?guī)r體流面的走向及糜棱面理的方向,都呈近北東東向展布,與區(qū)域構(gòu)造線基本一致。在韌性剪切帶的接觸面上,硅化或角巖化極為發(fā)育,局部還遭受了混染和混合巖化。

圖1　研究區(qū)構(gòu)造位置及巖體分布

2　巖石學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)中元古代花崗巖類(lèi)型主要為中酸性侵入巖類(lèi),都發(fā)生了輕微的區(qū)域變質(zhì)作用,部分巖體含有黑云母和石榴石,具有二長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。巖石新鮮面呈灰紅色至深灰色,中粒結(jié)構(gòu),變余結(jié)構(gòu),花崗結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,暗色礦物定向排列,基體和脈體界限不明顯。巖石礦物粒度結(jié)晶較大,一般為2～4 mm,石英呈青灰色,半自形—它形,粒狀,含量20%～30%;長(zhǎng)石呈乳白色、半自形晶,含量50%～60%;黑云母呈褐色—黑色,自形晶,鱗片狀,含量15%～20%;白云母呈銀白色,自形晶,鱗片狀,含量小于5%;其次為角閃石、鋯石、磷灰石及磁鐵礦等副礦物,含量較少。局部地段巖石發(fā)生綠簾石化、褐鐵礦化,風(fēng)化面呈綠色或褐黃色。

在顯微鏡下,可見(jiàn)初糜棱巖化及碎粒結(jié)構(gòu),如圖2所示的二長(zhǎng)花崗巖,在單偏光鏡下可以看到它已經(jīng)發(fā)生了初糜棱巖化,變余結(jié)構(gòu),半自形粒狀及文象結(jié)構(gòu),還可以看到殘留包粒和交代吞蝕結(jié)構(gòu),糜棱條紋構(gòu)造。糜棱巖化改變了巖石的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造,新生成的礦物成分為褐綠色的黑云母、白云母、綠簾石、奧長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石和微斜條紋長(zhǎng)石,其中黑云母含量小于10%,部分黑云母發(fā)生了綠泥石化,白云母的含量約2%,綠簾石含量約為1%、奧長(zhǎng)石和鈣長(zhǎng)石含量大于20%、微斜長(zhǎng)石和微斜條紋長(zhǎng)石的含量大于40%。巖石中的礦物分布不均勻,這些礦物經(jīng)過(guò)糜棱巖化再造后使石英在一定高溫高壓條件下發(fā)生了壓溶和破碎。

圖2　初糜棱巖化二長(zhǎng)花崗巖的鏡下特征

圖3　千糜-糜棱巖化的黑云母二長(zhǎng)花崗巖的鏡下特征

3　主量元素特征

內(nèi)蒙古狼山地區(qū)中元古代晚期的花崗巖巖體的主量元素化學(xué)含量(如表1所示)與中國(guó)花崗巖平均值相比[9],二氧化硅、氧化鉀、三氧化二鋁的含量較高,而氧化鈉、鐵氧化物、氧化鈣、氧化鎂的含量較低,二氧化硅的含量平均約為72.52%,氧化鈦的含量平均約為0.15%,三氧化二鋁的含量平均約為14.47%,A/CNK的比值平均大于1.1,表明這些花崗巖巖體具有過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的特征[10];標(biāo)準(zhǔn)礦物剛玉的平均含量約為1.76%。但是在含有黑云母的花崗巖巖體中結(jié)晶出了透輝石,呈現(xiàn)S型花崗巖的特征[11-13]。氧化鈉的平均含量約為3.09%,高于S型花崗巖中氧化鈉的平均含量,氧化鉀的平均含量為4.88%,并且氧化鉀的含量高于氧化鈉含量的1.5倍,屬于鈣堿性巖。

表1　狼山地區(qū)中元古代花崗巖類(lèi)主量元素特征　%

注:PM樣品為本次數(shù)據(jù),LS樣品數(shù)據(jù)為1998年1:20萬(wàn)區(qū)調(diào)報(bào)告。

4　微量元素的地球化學(xué)特征

內(nèi)蒙古狼山地區(qū)大面積出露的中元古代晚期中酸性侵入巖巖體的微量元素特征表明,這些花崗巖體遭到了較強(qiáng)的同化混染作用。從圖4和表2可以看出:①各個(gè)巖體的稀土配分模式,呼和賽日巖體具有中等的正銪異常,δEu介于5.18～5.69,伊和烏蘭額和巖體和查干扎拉格巖體具有較弱的正銪異常,δEu介于0.45～1.18;②這些巖體都具有較強(qiáng)的輕重稀土分餾特征,(La/Yb)N為3.66～128.65,并且它們的重稀土曲線相對(duì)來(lái)說(shuō)傾斜的不厲害,不同巖體之間的稀土元素配分模式大致相似[14-15],表明這些巖體具有相同的或者相近的成因和物源區(qū)。

表2　狼山西段地區(qū)中元古代花崗巖類(lèi)微量稀土元素含量　%

圖4　經(jīng)過(guò)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的花崗巖類(lèi)稀土元素分布型式圖

這些巖體的輕稀土富集,經(jīng)過(guò)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的稀土元素配分模式雖然大致相似,但是中粒巖體的稀土總含量高于細(xì)粒巖體稀土的總含量。稀土的這種變化趨勢(shì),可能是由于巖漿作用由早期向晚期不斷的慢慢演化,導(dǎo)致了稀土元素的分異。同時(shí),隨著礦物結(jié)晶粒度的變小,Σω (Ce)/Σω (Y)的比值不斷增大,符合同源巖漿演化的規(guī)律[16]。

在微量元素經(jīng)過(guò)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化之后做出的蛛網(wǎng)圖(圖5)上,黑云斜長(zhǎng)花崗巖和二長(zhǎng)花崗巖的微量元素配分模式大致相似,大多數(shù)表現(xiàn)為Ba、U、Nb、Ce、P元素的虧損,而Tu、La、Zr、Hf等元素則富集。

圖5　經(jīng)過(guò)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的花崗巖類(lèi)微量元素蛛網(wǎng)圖

研究區(qū)不同花崗巖巖體在Rb/10-Hf-3Ta三元系相圖解中全部投影在同碰撞花崗巖和火山弧花崗巖范圍內(nèi),如圖6所示。

圖6　Rb/10-Hf-3Ta判別圖式(花崗巖構(gòu)造環(huán)境)

5　結(jié)束語(yǔ)

內(nèi)蒙古狼山西段大面積出露的中元古代的花崗巖類(lèi)型主要有變質(zhì)的黑云母二長(zhǎng)花崗巖、變質(zhì)的白云母二長(zhǎng)花崗巖和二云二長(zhǎng)花崗巖。這些花崗巖體主要是鈣堿性系列巖石,它們的主要特征就是富含Si、K 等元素,鋁元素的飽和指數(shù)A/CNK 的比值大于1.1。這些礦物成分和化學(xué)成分特征,表明內(nèi)蒙古狼山地區(qū)的中元古代晚期形成的花崗巖,是由于硅鋁殼發(fā)生重熔作用而形成了典型的S 型花崗巖。這些火山弧花崗巖類(lèi)非常發(fā)育,表明狼山地區(qū)中元古代晚期確實(shí)存在一個(gè)非常強(qiáng)烈的俯沖碰撞造山過(guò)程,而俯沖碰撞的結(jié)果,就是地殼大規(guī)模的垂向生長(zhǎng),使得地殼加厚,地殼中的富含硅鋁的沉積層發(fā)生變質(zhì)作用并且重熔,導(dǎo)致了大規(guī)模的S 型花崗質(zhì)巖漿的活動(dòng)。

中元古代時(shí)期,狼山地區(qū)的中酸性侵入巖遭受過(guò)強(qiáng)烈的區(qū)域性變質(zhì)變形作用,這些巖石的變質(zhì)程度較低,一般為低角閃巖相-綠片巖相。同時(shí),狼山地區(qū)的中元古代地層還發(fā)生了強(qiáng)烈的變形,形成了緊閉同斜褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺,部分地層揉皺極為發(fā)育。

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[責(zé)任編輯]董大偉

2016-04-19

張永全(1986—),男,山東單縣人,中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院油氣工程學(xué)院助教,主要從事區(qū)域構(gòu)造與成礦研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.003

P313

A

1673-5935(2016)02- 0007- 05