內蒙古北山地區(qū)斑狀花崗閃長巖地球化學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質意義*

趙志雄，許 海，賈元琴，高 勇，陳海東，高 鑒

(內蒙古地質礦產勘查院，呼和浩特 010010)

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內蒙古北山地區(qū)斑狀花崗閃長巖地球化學、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及地質意義*

趙志雄，許 海，賈元琴，高 勇，陳海東，高 鑒

(內蒙古地質礦產勘查院，呼和浩特 010010)

北山地區(qū)斑狀花崗閃長巖是明水巖漿弧的一個重要組成部分，位于北山北帶，至今未見可靠的同位素年齡報道。本文在運用陰極發(fā)光技術對巖體中的鋯石進行細致的內部結構分析的基礎上，利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年方法進行同位素年齡測定。結果表明，單顆粒鋯石U-Pb年齡為277 Ma～283 Ma，加權平均年齡為279.5±1.6 Ma，花崗閃長巖主體形成于華力西晚期。地球化學研究顯示，A/NCK>1.05，剛玉分子含量>1%；輕稀土元素相對重稀土元素明顯富集，LREE/HREE為16.89～18.58，伴有弱的Eu負異常(δEu為0.76～0.92)；富集強不相容元素Rb、Th、K，強烈虧損Nb、Ta、P、Ti等高場強元素，具有高鉀鈣堿性過鋁質花崗巖的特征。結合區(qū)域地質背景，認為斑狀花崗閃長巖形成于后碰撞的構造環(huán)境，這限制了紅石山洋閉合時限早于279.5±1.6 Ma。

斑狀花崗閃長巖；鋯石U-Pb年齡；后碰撞；北山

內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)內構造—巖漿活動是近年來的研究熱點?；◢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期構造巖漿事件的產物[6]，尤以華力西期為主，約占全部花崗巖體的2/3[7]。前人已做過相關的研究[8-9]，但紅石山—蓬勃山一帶花崗巖類精確定年資料較少，關于侵入體的時代主要來源于1:200000區(qū)域地質調查資料?，巖石成因類型和構造演化研究較薄弱。確定花崗巖類的侵位年齡和就位時所處的大地構造環(huán)境可為本區(qū)古生代構造演化提供重要信息和科學依據(jù)。本文通過研究北山地區(qū)斑狀花崗閃長巖的年代學和巖石地球化學特征，探討其對北山地區(qū)晚古生代構造演化的約束意義。

1 地質背景及樣品特征

研究區(qū)位于內蒙古額濟納旗西部，是旱山陸塊的一部分，屬于石炭紀明水巖漿弧(Ⅲ級)[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、長石砂巖夾粉砂巖、粉砂質泥巖組成，局部含石膏。區(qū)內巖漿作用強烈，發(fā)育古生代侵入巖，主要為泥盆紀英云閃長巖、石炭紀石英閃長巖、花崗閃長巖、二長花崗巖和二疊紀斑狀花崗閃長巖(圖1b)。

本文研究對象為二疊紀斑狀花崗閃長巖，該巖體呈東西向展布，出露面積約1 km2，呈巖株狀侵入石炭紀石英閃長巖和花崗閃長巖中。巖性為淺粉紅色巨粒斑狀中?；◢忛W長巖，在QAP圖解(圖2)中樣品落入花崗閃長巖區(qū)。巖石具巨粒似斑狀結構，基質呈中粒半自形粒狀結構，塊狀構造。似斑晶主要為肉紅色鉀長石，呈20 mm×10 mm自形板狀，含量約5%；基質主要為斜長石、鉀長石、石英、黑云母等，其中斜長石多數(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，為中更長石，含量為60%～65%；鉀長石1～2 mm，半自形粒狀或他形粒狀結構，含量約5%；石英1.5～4 mm，他形粒狀結構，含量為20%～25%；黑云母0.2～0.7 mm，片狀結構，多數(shù)發(fā)生綠泥石化，含量5%～6%。

圖1 研究區(qū)所處的大地構造位置(a)(據(jù)文獻[11]修改)及地質簡圖(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-泥盆紀英云閃長巖；4-石炭紀石英閃長巖；5-石炭紀花崗閃長巖；6-石炭紀二長花崗巖；7-二疊紀斑狀花崗閃長巖；8-同位素采樣點及結果；9-研究區(qū)。

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

2 樣品分析方法

用于鋯石U-Pb年代學測定的樣品在河北省區(qū)域地質礦產研究所實驗室對鋯石進行分選。將完整的典型鋯石置于DEVCON環(huán)氧樹脂中，待固結后拋磨，使鋯石內部充分暴露后進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航科技有限公司完成。鋯石U-Pb同位素分析在天津地質礦產研究所同位素實驗室完成，使用儀器為Neptune多接收電感耦合等離子體質譜儀和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，激光剝蝕物質以He為載氣。鋯石標樣采用TEMORA標準鋯石。數(shù)據(jù)處理采用Liu等[12]編寫的ICPMSDataCal程序和Ludwing[13]的Isoplot程序，采用208Pb對普通鉛校正，利用NIST作為外標計算鋯石樣品Pb、Th、U含量。

選擇新鮮樣品進行地球化學分析，樣品加工過程均在無污染設備中進行。主量元素和微量元素分析在河北省區(qū)域地質礦產研究所實驗室完成。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譜儀(X-serise2)分析，分析精度優(yōu)于5%。

3 年代學測定結果

3.1 鋯石陰極發(fā)光CL圖像特征

本文在詳細調研的基礎上，選擇代表性樣品對花崗閃長巖進行鋯石LA-ICP-MA U-Pb測年。樣品中鋯石顆粒自形程度高，無色，多為短柱狀—長柱狀，長/寬為2∶1～3∶1，個別為4∶1。鋯石陰極發(fā)光圖像(圖3)顯示鋯石內部具典型的巖漿震蕩環(huán)帶結構，表明其屬于巖漿結晶的產物。

3.2 鋯石年代學特征

樣品中鋯石U-Pb分析共測試25個點，測試結果見表1，全部鋯石測點的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，表明其屬于巖漿結晶的產物。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加權平均年齡為279.5±1.6 Ma(n=24，MSWD=0.17)，代表了斑狀花崗閃長巖的主體巖漿結晶年齡，其時代為華力西晚期。需指出的是，11號點206Pb/238U年齡為349±5 Ma，指示其可能為巖漿侵位過程中捕獲圍巖的鋯石。

圖3 研究區(qū)斑狀花崗閃長巖(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

點號含量(×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 地球化學特征

4.1 主量元素

表2為斑狀花崗閃長巖主量元素分析結果，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鋁質花崗巖的特征，樣品投影到中—高鉀鈣堿性系列和過鋁質系列中(圖5)。標準礦物計算結果中，樣品剛玉含量為1.11%～2.29%，均>1%。

4.2 稀土元素

由斑狀花崗閃長巖的稀土元素含量(表3)可知，斑狀花崗閃長巖稀土元素總量為(85.50～100.27)×10-6，輕稀土元素(LREE)相對重稀土元素(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準化的配分曲線圖上(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

斑狀花崗閃長巖的微量元素含量(表4)顯示斑狀花崗閃長巖具有高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準化蛛網(wǎng)圖( 圖6b )整體呈右傾型， 富集大離子親石元素，虧損高場強元素。巖石富集強不相容元素Rb、Th、K，虧損高場強元素(HFSE)Nb、Ta、P、Ti。

表2 斑狀花崗閃長巖的主量元素含量/%

圖5 斑狀花崗閃長巖的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 斑狀花崗閃長巖的微量元素含量/10-6

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

5 成因類型及構造環(huán)境

多數(shù)學者認為北山地區(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巖緊鄰紅石山—蓬勃山蛇綠巖帶，其構造背景應與紅石山洋的演化有關。從文中斑狀花崗閃長巖的年代和地球化學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巖為過鋁質花崗巖，形成于279.5±1.6 Ma。過鋁質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]。黃小鵬等認為過鋁質花崗巖大部分形成于后碰撞環(huán)境，且富鉀及鉀長石斑狀鈣堿性花崗巖類標志著后碰撞環(huán)境的到來[22]。研究區(qū)花崗閃長巖具鉀長石巨斑晶，可能為后碰撞環(huán)境的產物。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圖解中投影點位于后造山區(qū)域內[17]。因此，本文研究的斑狀花崗閃長巖形成的構造環(huán)境應為后碰撞。結合區(qū)域地質背景，我們認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時已經閉合。研究地理位置上與其相鄰的石英閃長巖得出紅石山蛇綠巖帶代表的洋盆閉合時限晚于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 斑狀花崗閃長巖的構造環(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 結論

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

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

注釋

?甘肅省地質局地質力學區(qū)測隊. K-47-22(路井)幅區(qū)域地質調查報告.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 責任編輯：譚桂麗

中國地質調查局地質調查項目“內蒙古1∶50000風雷山、額默勒烏拉、錐西口、平臺山幅區(qū)域地質礦產調查”(項目編號：1212011220462)。

趙志雄，1984年生，男，碩士，工程師，從事區(qū)域地質礦產調查工作。

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

P588.121;P597.3

A

2096-1871(2016)04-252-07