內(nèi)蒙古北山地區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義*

趙志雄，許 海，賈元琴，高 勇，陳海東，高 鑒

(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，呼和浩特 010010)

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內(nèi)蒙古北山地區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖地球化學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質(zhì)意義*

趙志雄，許 海，賈元琴，高 勇，陳海東，高 鑒

(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，呼和浩特 010010)

北山地區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖是明水巖漿弧的一個(gè)重要組成部分，位于北山北帶，至今未見(jiàn)可靠的同位素年齡報(bào)道。本文在運(yùn)用陰極發(fā)光技術(shù)對(duì)巖體中的鋯石進(jìn)行細(xì)致的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年方法進(jìn)行同位素年齡測(cè)定。結(jié)果表明，單顆粒鋯石U-Pb年齡為277 Ma～283 Ma，加權(quán)平均年齡為279.5±1.6 Ma，花崗閃長(zhǎng)巖主體形成于華力西晚期。地球化學(xué)研究顯示，A/NCK>1.05，剛玉分子含量>1%；輕稀土元素相對(duì)重稀土元素明顯富集，LREE/HREE為16.89～18.58，伴有弱的Eu負(fù)異常(δEu為0.76～0.92)；富集強(qiáng)不相容元素Rb、Th、K，強(qiáng)烈虧損Nb、Ta、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有高鉀鈣堿性過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的特征。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，認(rèn)為斑狀花崗閃長(zhǎng)巖形成于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境，這限制了紅石山洋閉合時(shí)限早于279.5±1.6 Ma。

斑狀花崗閃長(zhǎng)巖；鋯石U-Pb年齡；后碰撞；北山

內(nèi)蒙古北山地處華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的交匯地帶[1-2]，區(qū)內(nèi)構(gòu)造—巖漿活動(dòng)是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)?；◢弾r類在北山地區(qū)出露面積幾乎占基巖分布面積的1/3[3-5]，主要為3期構(gòu)造巖漿事件的產(chǎn)物[6]，尤以華力西期為主，約占全部花崗巖體的2/3[7]。前人已做過(guò)相關(guān)的研究[8-9]，但紅石山—蓬勃山一帶花崗巖類精確定年資料較少，關(guān)于侵入體的時(shí)代主要來(lái)源于1:200000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料?，巖石成因類型和構(gòu)造演化研究較薄弱。確定花崗巖類的侵位年齡和就位時(shí)所處的大地構(gòu)造環(huán)境可為本區(qū)古生代構(gòu)造演化提供重要信息和科學(xué)依據(jù)。本文通過(guò)研究北山地區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的年代學(xué)和巖石地球化學(xué)特征，探討其對(duì)北山地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化的約束意義。

1 地質(zhì)背景及樣品特征

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗西部，是旱山陸塊的一部分，屬于石炭紀(jì)明水巖漿弧(Ⅲ級(jí))[10]。北部為紅石山—蓬勃山蛇綠巖帶，南部為明水—石板井—小黃山蛇綠巖帶(圖1a)。研究區(qū)內(nèi)出露地層主要為中新生代地層，由早到晚依次為新近系苦泉組和第四系?？嗳M(N2k)在本區(qū)出露厚度>10m，地層近于水平，主要為磚紅色礫巖、砂礫巖、長(zhǎng)石砂巖夾粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖組成，局部含石膏。區(qū)內(nèi)巖漿作用強(qiáng)烈，發(fā)育古生代侵入巖，主要為泥盆紀(jì)英云閃長(zhǎng)巖、石炭紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖和二疊紀(jì)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖(圖1b)。

本文研究對(duì)象為二疊紀(jì)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖，該巖體呈東西向展布，出露面積約1 km2，呈巖株?duì)钋秩胧考o(jì)石英閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖中。巖性為淺粉紅色巨粒斑狀中?；◢忛W長(zhǎng)巖，在QAP圖解(圖2)中樣品落入花崗閃長(zhǎng)巖區(qū)。巖石具巨粒似斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)呈中粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。似斑晶主要為肉紅色鉀長(zhǎng)石，呈20 mm×10 mm自形板狀，含量約5%；基質(zhì)主要為斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、石英、黑云母等，其中斜長(zhǎng)石多數(shù)呈2～5 mm半自形板狀，少數(shù)1～2 mm，普遍發(fā)生絹云母化，發(fā)育聚片雙晶，為中更長(zhǎng)石，含量為60%～65%；鉀長(zhǎng)石1～2 mm，半自形粒狀或他形粒狀結(jié)構(gòu)，含量約5%；石英1.5～4 mm，他形粒狀結(jié)構(gòu)，含量為20%～25%；黑云母0.2～0.7 mm，片狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)發(fā)生綠泥石化，含量5%～6%。

圖1 研究區(qū)所處的大地構(gòu)造位置(a)(據(jù)文獻(xiàn)[11]修改)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Tectonic positions (a) and generalized geologic map(b) of the studied area1-第四系；2-新近系苦泉組；3-泥盆紀(jì)英云閃長(zhǎng)巖；4-石炭紀(jì)石英閃長(zhǎng)巖；5-石炭紀(jì)花崗閃長(zhǎng)巖；6-石炭紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖；7-二疊紀(jì)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖；8-同位素采樣點(diǎn)及結(jié)果；9-研究區(qū)。

圖2 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的QAP圖解Fig.2 QAP diagram of porphyritic granodiorites

2 樣品分析方法

用于鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)定的樣品在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室對(duì)鋯石進(jìn)行分選。將完整的典型鋯石置于DEVCON環(huán)氧樹(shù)脂中，待固結(jié)后拋磨，使鋯石內(nèi)部充分暴露后進(jìn)行鋯石的反射光和透射光照相及鋯石陰極發(fā)光照相，鋯石的透射光、反射光和陰極發(fā)光照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb同位素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成，使用儀器為Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和193 nm激光取樣系統(tǒng)(LA-MC-ICP-MS)。激光剝蝕斑束為35 μm，能量密度為13～14 J/cm2，頻率為8～10 Hz，激光剝蝕物質(zhì)以He為載氣。鋯石標(biāo)樣采用TEMORA標(biāo)準(zhǔn)鋯石。數(shù)據(jù)處理采用Liu等[12]編寫(xiě)的ICPMSDataCal程序和Ludwing[13]的Isoplot程序，采用208Pb對(duì)普通鉛校正，利用NIST作為外標(biāo)計(jì)算鋯石樣品Pb、Th、U含量。

選擇新鮮樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析，樣品加工過(guò)程均在無(wú)污染設(shè)備中進(jìn)行。主量元素和微量元素分析在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。主量元素用X射線熒光光譜儀(Axiosmax)分析，微量元素用等離子體質(zhì)譜儀(X-serise2)分析，分析精度優(yōu)于5%。

3 年代學(xué)測(cè)定結(jié)果

3.1 鋯石陰極發(fā)光CL圖像特征

本文在詳細(xì)調(diào)研的基礎(chǔ)上，選擇代表性樣品對(duì)花崗閃長(zhǎng)巖進(jìn)行鋯石LA-ICP-MA U-Pb測(cè)年。樣品中鋯石顆粒自形程度高，無(wú)色，多為短柱狀—長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)/寬為2∶1～3∶1，個(gè)別為4∶1。鋯石陰極發(fā)光圖像(圖3)顯示鋯石內(nèi)部具典型的巖漿震蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，表明其屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。

3.2 鋯石年代學(xué)特征

樣品中鋯石U-Pb分析共測(cè)試25個(gè)點(diǎn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1，全部鋯石測(cè)點(diǎn)的Th含量為(88～602)×10-6，U含量為(365～2556)×10-6，Th、U含量呈較好的正相關(guān)，表明其屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。在LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖中(圖4)，數(shù)據(jù)均分布在諧和線上或附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為279.5±1.6 Ma(n=24，MSWD=0.17)，代表了斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的主體巖漿結(jié)晶年齡，其時(shí)代為華力西晚期。需指出的是，11號(hào)點(diǎn)206Pb/238U年齡為349±5 Ma，指示其可能為巖漿侵位過(guò)程中捕獲圍巖的鋯石。

圖3 研究區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖(TW6163) 的鋯石陰極發(fā)光CL圖像Fig.3 CL images of zircons from porphyritic granodiorite (TW6163) in the studied area

點(diǎn)號(hào)含量(×10-6)PbThUTh/UU?Pb同位素比值同位素年齡/Ma206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ206Pb/238U1σ207Pb/235U1σ207Pb/206Pb1σ19748620720．230．04430．00050．34290．00550．05610．000728032995456292372258440．270．04400．00060．31980．00320．05270．00072784282331729313950525560．200．04420．00070．31340．01770．05150．00352794277162621574393778430．450．04430．00060．32460．00340．05310．000728042853333315201004710．210．04420．00070．32300．00380．05300．0006279428433292767534914530．240．04430．00070．33140．02680．05430．005027942912438320776929315950．180．04470．00070．31460．00300．05110．0002282427832449817933840．240．04450．00050．32200．00430．05240．00052813283430424910743218210．240．04410．00060．96400．01050．15870．00182784685724421910371927770．250．04400．00080．34070．00650．05620．001327752986459501117637416560．230．05570．00082．59620．02890．33830．00343495130014365515129346116640．280．04400．00080．35410．01430．05830．00302785308125431111311055121150．260．04420．00040．33400．01800．05480．002727932931640311114211304740．280．04400．00070．31810．00370．05240．000727842803303291516883650．240．04420．00070．32590．00410．05350．00072794286434928164927511250．240．04410．00060．32390．00320．05330．000527842853343221710160220130．300．04490．00080．33800．01510．05460．001828352961339472188737019410．190．04470．00050．34850．00540．05660．0008282330454763219311296980．180．04390．00070．34010．00450．05620．0007277529744612720261005890．170．04450．00040．34710．00390．05660．0007281330334762721391468830．170．04440．00050．33030．00320．05400．0006280329033712322462798970．310．04460．00060．36490．00980．05930．0010281431685793623301206390．190．04480．00100．32280．01680．05230．0019282728415297852418934130．230．04420．00080．30760．00420．05050．0007279527242183025342237640．290．04400．00050．32700．00410．05390．00062783287436627

圖4 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖(TW6163) LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of porphyritic granodiorite(TW6163)

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

表2為斑狀花崗閃長(zhǎng)巖主量元素分析結(jié)果，可知SiO2=70.65%～73.64%， Al2O3=14.01%～15.09 %，TiO2=0.25%～0.28 %，CaO =1.33%～1.76 %，P2O5=0.09%～0.10 %，全堿(K2O+Na2O)為6.78 %～8.07 %，具有富SiO2、Al2O3，富堿，低TiO2的特征。P2O5含量相對(duì)較高，巖石里特曼指數(shù)(σ)為1.50～2.35(<3.3)，A/NCK=1.06～1.17(>1.05)，總體顯示高鉀鈣堿性過(guò)鋁質(zhì)花崗巖的特征，樣品投影到中—高鉀鈣堿性系列和過(guò)鋁質(zhì)系列中(圖5)。標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果中，樣品剛玉含量為1.11%～2.29%，均>1%。

4.2 稀土元素

由斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的稀土元素含量(表3)可知，斑狀花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素總量為(85.50～100.27)×10-6，輕稀土元素(LREE)相對(duì)重稀土元素(HREE)明顯富集，LREE/HREE為16.89～18.58，(La/Yb)N為18.13～20.31。在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的配分曲線圖上(圖6a)表現(xiàn)為右傾型曲線， Eu異常不明顯(δEu=0.76～0.92)。

4.3 微量元素

斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的微量元素含量(表4)顯示斑狀花崗閃長(zhǎng)巖具有高Rb(111.43～124.74)×10-6、Th(13.19～14.08)×10-6的特征，微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖( 圖6b )整體呈右傾型， 富集大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素。巖石富集強(qiáng)不相容元素Rb、Th、K，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Nb、Ta、P、Ti。

表2 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的主量元素含量/%

圖5 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的SiO2-K2O圖解和A/NCK-A/NK圖解Fig.5 SiO2 vs. K2O and A/NCK vs. A/NK diagrams of porphyritic granodiorites

樣品編號(hào)LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu(La/Yb)NΣREEδEuGS616322．5043．434．9017．613．200．882．640．371．870．331．010．171．110．2614．57100．270．92GS616419．3237．254．0514．532．660．612．300．321．700．320．980．161．070．2413．0085．500．76

表4 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的微量元素含量/10-6

圖6 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)(標(biāo)準(zhǔn)化值來(lái)源于文獻(xiàn)[14])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized trace element spiderdiagrams(b)of porphyritic granodiorite

5 成因類型及構(gòu)造環(huán)境

多數(shù)學(xué)者認(rèn)為北山地區(qū)蛇綠巖帶主要有三條：①洗腸井—牛圈子—紅柳河蛇綠巖帶；②明水—石板井—小黃山蛇綠巖帶；③紅石山蛇綠巖帶[15-16]。本次研究的斑狀花崗閃長(zhǎng)巖緊鄰紅石山—蓬勃山蛇綠巖帶，其構(gòu)造背景應(yīng)與紅石山洋的演化有關(guān)。從文中斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的年代和地球化學(xué)方面綜合分析其形成環(huán)境，為紅石山洋的演化提供新資料。研究區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖盡管顯示出富SiO2、Al2O3及富堿的特征，但是Rb /Sr (0.40～0.49 )低，說(shuō)明其分異程度低或未分異，圖7中樣品也落入未分異花崗巖區(qū)。

圖7 (Na2O+K2O)/CaO-Zr+Nb+Ce+Y圖解Fig.7 (Na2O+K2O)/CaO vs. (Zr+Nb+Ce+Y) diagram

本文研究的斑狀花崗閃長(zhǎng)巖為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖，形成于279.5±1.6 Ma。過(guò)鋁質(zhì)花崗巖既可形成于擠壓體制下(陸—陸碰撞的峰期)，也可形成于伸展環(huán)境[20]，少量形成于島弧環(huán)境[21]。黃小鵬等認(rèn)為過(guò)鋁質(zhì)花崗巖大部分形成于后碰撞環(huán)境，且富鉀及鉀長(zhǎng)石斑狀鈣堿性花崗巖類標(biāo)志著后碰撞環(huán)境的到來(lái)[22]。研究區(qū)花崗閃長(zhǎng)巖具鉀長(zhǎng)石巨斑晶，可能為后碰撞環(huán)境的產(chǎn)物。在R1-R2、Rb-(Y+Nb)圖解中(圖8)樣品分別落入同碰撞和后造山花崗巖區(qū)，在A/NCK-A/NK圖解中投影點(diǎn)位于后造山區(qū)域內(nèi)[17]。因此，本文研究的斑狀花崗閃長(zhǎng)巖形成的構(gòu)造環(huán)境應(yīng)為后碰撞。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，我們認(rèn)為其形成于洋盆閉合后壓力釋放階段，在該階段由于壓力降低導(dǎo)致地殼巖石發(fā)生部分熔融。由上可推斷紅石山蛇綠巖帶代表的洋盆在279.5±1.6 Ma時(shí)已經(jīng)閉合。研究地理位置上與其相鄰的石英閃長(zhǎng)巖得出紅石山蛇綠巖帶代表的洋盆閉合時(shí)限晚于306.3±1.2 Ma[9]，這就將紅石山洋的閉合年齡限制于279.5±1.6 Ma～306.3±1.2 Ma之間。

圖8 斑狀花崗閃長(zhǎng)巖的構(gòu)造環(huán)境判別圖Fig.8 Tectonic environment discrimination diagrams of porphyritic granodioritesIAG-島弧花崗巖；CAG-大陸弧花崗巖；CCG-大陸碰撞花崗巖；RRG-裂谷型花崗巖；CEUG-大陸造陸隆升花崗巖；POG-后碰撞花崗巖

6 結(jié)論

(1)內(nèi)蒙古北山地區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖形成于華力西晚期，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為279.5±1.6 Ma。

(2)巖石學(xué)及地球化學(xué)特征顯示研究區(qū)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖為后碰撞高鉀鈣堿性、過(guò)鋁質(zhì)花崗巖,巖漿分異程度低。

注釋

?甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)測(cè)隊(duì). K-47-22(路井)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.1977.

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Geochemistry and LA-ICP-MS zircon U-Pb age of porphyritic granodiorite in the Beishan orogenic belt in Inner Mongolia and their geological significance

ZHAO Zhi-xiong, XU Hai, JIA Yuan-qin, GAO Yong, CHEN Hai-dong, GAO Jian

(GeologyandMineralExplorationInstituteofInnerMongolia,Hohhot010010,China)

The porphyritic granodiorite, located in the northern section of the Beishan area, is an important part of the Mingshui magmatic arc, but no reliable isotope ages have been reported so far. On the basis of the detailed internal structures analysis of zircons from the porphyritic granodiorite using the technology of cathode luminescence, this study conducted isotope age analysis using LA-ICP-MS zircon U-Pb dating method. The result shows that single grain zircon U-Pb age is 277 Ma～283 Ma (averaging 279.5±1.6 Ma), indicating that the porphyritic granodiorite formed in late Variscan. Geochemical study shows that porphyritic granodiorite has A/NCK>1.05 and Corundum molecular content is greater than 1%, with LREE/HREE ratio from 16.89 to 18.58 and weak negative Eu anomaly(δEu of 0.76～0.92). Enrichment of Rb, Th and K and depletion of Nb, Ta, P and Ti indicates that porphyritic granodiorite has characteristics of high K calc-alkaline peraluminous granites. Combined with the regional geological background, it is considered that the porphyritic granodiorite formed in post collision tectonic environment, implying that the closing time of Hongshishan ocean was earlier than 279.5±1.6 Ma.

porphyritic granodiorite; zircon U-Pb age; post collision; Beishan

2015-12-27 改回日期：2016-03-08 責(zé)任編輯：譚桂麗

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“內(nèi)蒙古1∶50000風(fēng)雷山、額默勒烏拉、錐西口、平臺(tái)山幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”(項(xiàng)目編號(hào)：1212011220462)。

趙志雄，1984年生，男，碩士，工程師，從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。

10.16788/j.hddz.32-1865/P.2016.04.003

P588.121;P597.3

A

2096-1871(2016)04-252-07