內(nèi)蒙古干勁山地區(qū)二長花崗巖年代學(xué)及地球化學(xué)特征研究

高 鑒， 馬 剛， 鄒運鑫， 任超軍， 余雙雙

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

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內(nèi)蒙古干勁山地區(qū)二長花崗巖年代學(xué)及地球化學(xué)特征研究

高 鑒， 馬 剛， 鄒運鑫， 任超軍， 余雙雙

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

通過對內(nèi)蒙古額濟納旗干勁山地區(qū)二長花崗巖的鋯石U-Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)特征研究，探討了其侵入年代與構(gòu)造背景。二長花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U- Pb加權(quán)平均年齡為(276.63±0.84)Ma, 屬早二疊世。巖石地球化學(xué)研究顯示二長花崗巖A/CNK值為0.97～1.15，里特曼指數(shù)(σ值)為1.64～1.96，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)鈣堿性系列花崗巖。巖石富集Rb、Ba、Sr等大離子親石元素和Th、U、Zr等高場強元素。稀土元素特征為輕稀土富集, 輕、重稀土分異不明顯, 輕稀土發(fā)生了較明顯的分餾作用，銪負(fù)異常較明顯。巖體為同造山“I”型花崗巖，其構(gòu)造背景為陸緣弧，是干勁山地區(qū)晚華力西期造山運動的產(chǎn)物，紅石山—路井裂谷帶在晚古生代的拼合時間被限定到早二疊世晚期之后。

二長花崗巖; 鋯石U-Pb年齡； 地球化學(xué)特征； 干勁山地區(qū)； 內(nèi)蒙古

0 引言

干勁山地區(qū)位于北山弧盆系中的紅石山—路井晚古生代裂谷帶內(nèi)[1]，針對該裂谷帶，前人[2-10]已在新-甘-蒙交界區(qū)及周邊區(qū)域進行過較深入的研究。但由于工作條件較差，干勁山地區(qū)晚古生代構(gòu)造-巖漿活動的研究程度一直較低。就紅石山—路井裂谷帶的構(gòu)造環(huán)境而言，目前認(rèn)同度比較高的說法是裂谷在石炭紀(jì)—二疊紀(jì)有一次裂解—再拼合的地質(zhì)過程[2,5-6]。干勁山地區(qū)分布有大量晚古生代花崗巖類巖石，其中以二長花崗巖分布面積最廣。此前對于該二長花崗巖的研究僅20世紀(jì)70年代的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告有涉及[11]，受限于當(dāng)時的條件，該巖體并未進行嚴(yán)格的相帶劃分，其巖石地球化學(xué)研究程度不足，亦無測年結(jié)果。本文以1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作[12]為基礎(chǔ),通過對干勁山地區(qū)二長花崗巖的侵入年代以及巖石地球化學(xué)特征研究,探討了其成因及構(gòu)造背景,旨在為被撕開的紅石山—路井裂谷帶兩側(cè)地體在早二疊世的匯聚事件提供時代約束，并為區(qū)域構(gòu)造-巖漿格架的建立提供進一步證據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景和巖體特征

1.1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古額濟納旗以西約200 km處，地處哈薩克斯坦板塊東南陸緣增生帶中的紅石山—路井洋盆帶內(nèi)[1]。區(qū)內(nèi)出露地層主要為下石炭統(tǒng)綠條山組弱變質(zhì)陸源碎屑巖，另可見少量下—中二疊統(tǒng)雙堡塘組。區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造均較發(fā)育,褶皺構(gòu)造主體構(gòu)造線呈NWW向展布，斷裂構(gòu)造則以NE-SW向走滑斷裂為主。區(qū)內(nèi)出露侵入巖主要為晚石炭世中粒石英閃長巖、晚石炭世細(xì)粒閃長巖、早二疊世英云閃長巖、早二疊世二長花崗巖和二疊紀(jì)正長花崗巖，受主構(gòu)造線的控制, 巖體一般呈NWW向帶狀產(chǎn)出(圖1)。

1.2 巖體特征

早二疊世二長花崗巖處于研究區(qū)正中，面積約112.38 km2，沿NWW向呈鵝卵形侵入晚石炭世、早二疊世巖體及下石炭統(tǒng)綠條山組地層中。巖體自南向北可分為3個相： 巖體南端為其邊緣相，邊緣相巖性為中粒含角閃石二長花崗巖(ηγbP1)； 過渡相巖性為中粒二長花崗巖(ηγaP1)； 中心相巖性為似斑狀中粒二長花崗巖(πηγP1)。

中粒含角閃石二長花崗巖總體呈灰色、淺灰紅色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。成分主要由斜長石(25%±)、鉀長石(40%±)、石英(25%±)、黑云母(3%±)和角閃石(2%±)組成，礦物粒徑以2～6 mm為主，少量小于2 mm。含角閃石為該巖石獨有特征。副礦物主要為磁鐵礦、鋯石等。巖石基本無變質(zhì)變形，少量黑云母被綠泥石交代，可見細(xì)粒暗色閃長質(zhì)包體。

中粒二長花崗巖總體呈淺灰紅色、灰紅色，中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。成分主要由斜長石(25%±)、鉀長石(45%±)、石英(25%±)和黑云母(5%±)組成，礦物粒徑2～7 mm。副礦物主要為磁鐵礦、鋯石等。巖石基本無變質(zhì)變形，少量黑云母被綠泥石交代，可見細(xì)粒暗色閃長質(zhì)包體。

似斑狀中粒二長花崗巖總體呈淺灰紅色、灰紅色，似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶為灰紅色鉀長石，自形板狀，粒徑多為7～10 mm，最大可達2.5 cm，斑晶含量5%～10%； 基質(zhì)為中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，成分主要為斜長石(20%～25%)、鉀長石(40%±)、石英(25%±)和黑云母(5%±)，礦物粒徑2～4 mm。副礦物主要為磁鐵礦、鋯石等。巖石基本無變質(zhì)變形，少量黑云母被綠泥石交代，可見細(xì)粒暗色閃長質(zhì)包體。

2 樣品分析與測試

根據(jù)巖體的展布特征，在二長花崗巖的不同部位共采集6件巖石標(biāo)本(標(biāo)本1～6)進行巖石地球化學(xué)分析，每個相帶各取2件，其中標(biāo)本1、2巖性為似斑狀中粒二長花崗巖，標(biāo)本3、4巖性為中粒二長花崗巖，標(biāo)本5、6巖性為中粒含角閃石二長花崗巖。主量元素、微量元素和稀土元素的測定均由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。主量元素用AxiosmaxX射線熒光光譜儀測定(GB/T 14506.28—2010)。微量元素和稀土元素采用X Serise2等離子體質(zhì)譜儀測定 (DZG20-1)。

同時,對標(biāo)本2進行了鋯石U-Pb同位素年齡測定。測年樣品在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所采用常規(guī)方法進行粉碎,通過浮選和電磁選法分選后在雙目鏡下挑選出晶形與透明度較好的鋯石顆粒用于測年分析。鋯石樣品靶和陰極發(fā)光圖像制作由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成,鋯石U-Pb同位素分析由中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實驗室完成。測試過程中，根據(jù)TEMORA標(biāo)準(zhǔn)鋯石對樣品進行元素分餾校正，普通Pb根據(jù)實測的208Pb進行校正，應(yīng)用NIST作為外標(biāo)標(biāo)定樣品的U、Th、Pb含量。采用ICPMSDataCal程序和Isoplot程序?qū)悠愤M行數(shù)據(jù)處理及圖件制作[13]。

3 LA-ICP-MS鋯石U- Pb年齡

測年樣品中鋯石顆粒在透射光和反射光下大部分為淺色，少量為淺黃褐色、半透明，顆粒破碎，邊部見磨圓現(xiàn)象，部分鋯石晶體內(nèi)見暗色不透明包裹體。鋯石晶體大小一般為100～150 μm，長寬比近2∶1，多數(shù)鋯石自形程度較好，呈短柱狀、板狀，少量呈長柱狀，表面較光滑。陰極發(fā)光圖像(圖2)顯示，鋯石顆粒晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，均發(fā)育有典型振蕩生長環(huán)帶，表明為巖漿結(jié)晶成因鋯石。通過透射光、反射光和陰極發(fā)光圖像，在標(biāo)本2中選擇了26顆自形程度和透明度均較好的巖漿鋯石進行LA-ICP-MS U-Pb分析。

鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測試結(jié)果見表1，獲得3組年齡數(shù)據(jù), 其中206Pb/238U和207Pb/235U年齡比較接近，誤差相對較小，207Pb/206Pb年齡變化明顯，誤差也相對較大。根據(jù)年齡選擇一般遵循的原則，選擇206Pb/238U年齡作為該巖體的年齡。

從年齡諧和圖(圖3)可以看出，標(biāo)本2中26個測點僅7、22號測點偏離諧和線，206Pb/238U表面年齡偏小，分別為(267.99±1.64)Ma、(245.65±1.51)Ma，可能鋯石來源于稍晚期的正長花崗巖細(xì)脈(二長花崗巖被后期的正長花崗巖細(xì)脈侵入)，其余24個點206Pb/238U表面年齡為(271.42±2.43)～(279.36±1.92)Ma，數(shù)值較為集中，加權(quán)平均年齡為(276.63±0.84)Ma，確定為巖漿的結(jié)晶年齡。

4 巖石地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

二長花崗巖主量元素分析結(jié)果見表2，由表可以看出： SiO2含量為72.04%～76.28%，屬于酸性巖系列； Al2O3含量為12.61%～13.98%；σ值為1.64～1.96，顯示巖石屬鈣堿性系列巖漿巖； K2O/Na2O<1為主，個別樣品K2O/Na2O>1(2件)，顯示巖漿總體具有不明顯的富鈉貧鉀的特點； A/CNK值為0.97～1.15，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)系列巖漿巖，但具有輕微過鋁質(zhì)巖漿巖特性； 全堿含量K2O+Na2O為7.16%～7.85%。

注： 除A/CNK、σ、K2O/Na2O、AR、SI為無量綱外，其余單位均為%。

4.2 微量元素與稀土元素

微量元素分析結(jié)果見表3，結(jié)合微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖4左)可以看出，巖石中明顯富集Rb(93.83×10-6～141.01×10-6)、Ba(547.66×10-6～982.9×10-6)、Sr(90.16×10-6～238.14×10-6)等大離子親石元素和Th(6.91×10-6～16.39×10-6)、U(1.79×10-6～3.16×10-6)、Zr(115.07×10-6～183.34×10-6)等高場強元素，貧Li(16.30×10-6～47.24×10-6)等元素。以上特征表明二長花崗巖具有造山帶弧巖漿作用形成的鈣堿性巖漿巖特點[14]。Rb/Sr比值變化較大，為0.40～1.56。

稀土元素分析結(jié)果見表4，稀土元素含量相對較低，稀土總量ΣREE為102.71×10-6～177.73×10-6，平均值為142.94×10-6。稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分型式圖(圖4右)中整體曲線右傾，輕稀土分布曲線陡傾，而重稀土分布曲線呈平緩狀。LREE/HREE為2.18～4.99，(La/Yb)N= 6.63～8.09，顯示輕重稀土分餾顯著，且具輕稀土富集特征； (La/Sm)N= 4.19～5.49，顯示輕稀土分異明顯； (Gd/Yb)N= 0.92～1.24，顯示重稀土分異不明顯。以上特征顯示二長花崗巖具有火山弧巖漿巖特點[14]。巖石δEu值為0.39～0.97，除樣品6具弱銪負(fù)異常外，其他樣品銪負(fù)異常均較為顯著(δEu值為0.39～0.76)，說明在巖漿演化過程中可能發(fā)生了斜長石的分離結(jié)晶作用[15]。

5 討論

5.1 二長花崗巖年代學(xué)討論

干勁山地區(qū)工作條件較差，研究程度較低，前人[11]未在干勁山二長花崗巖中取得測年結(jié)果，但根據(jù)巖性對比在前期工作的周邊圖幅內(nèi)取得類似巖體的年齡為271 Ma[16]。根據(jù)本次研究，鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡測試結(jié)果顯示似斑狀中粒二長花崗巖加權(quán)平均年齡為(276.63±0.84)Ma，代表其巖漿的結(jié)晶年齡，說明二長花崗巖形成于早二疊世晚期。

5.2 二長花崗巖構(gòu)造環(huán)境及構(gòu)造意義分析

二長花崗巖巖體在區(qū)域上呈長軸沿NWW向的橢球體形態(tài)展布，分析其就位機制以主動就位為主。根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物成分特征，自巖體邊緣至中心可將其清晰地劃分為中粒含角閃石二長花崗巖、中粒二長花崗巖、似斑狀中粒二長花崗巖3部分。由巖體邊緣至中心巖石結(jié)構(gòu)由中粒結(jié)構(gòu)變?yōu)樗瓢郀钪辛＝Y(jié)構(gòu)，反映巖體由邊緣至中心巖漿冷卻結(jié)晶的速度逐漸變慢的特征。

巖體K2O/Na2O<1為主，A/CNK值為0.97～1.15，σ值為1.64～1.96。在A/CNK-A/NK圖解(圖5)中，所有點均投影在準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)界線附近，故該二長花崗巖屬準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)鈣堿性系列巖漿巖。

二長花崗巖巖體中含一定數(shù)量的暗色閃長質(zhì)包體，巖石內(nèi)暗色礦物含角閃石、黑云母，不透明礦物僅見磁鐵礦。巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)中Sm/Nd值介于0.17～0.19之間，平均值為0.18，均小于0.33。在A/CNK-A/NK圖解(圖5)中可見，6個樣品中有5個投圖到了“I”型花崗巖區(qū)。以上特征表明該二長花崗巖應(yīng)屬“I”型花崗巖。

Barbarin[17]認(rèn)為，含角閃石的鈣堿性花崗巖類的形成與俯沖作用有關(guān)，在花崗巖Nb-Y判別圖解[18]中，該巖體所有點均投影在同碰撞-火山弧花崗巖區(qū)(圖6左)，在Rb-(Y+Nb)判別圖解[18]中，所有點均投影在火山弧花崗巖區(qū)(圖6右)，表明二長花崗巖具火山弧花崗巖特征，而Nb的強烈虧損表明花崗巖具有大陸殼的特征[19]，故筆者認(rèn)為二長花崗巖為陸緣弧花崗巖。在花崗巖R1-R2[20]判別圖解中所有點均投影在同造山花崗巖區(qū)(圖7)，結(jié)合鋯石U-Pb年齡，說明該二長花崗巖巖體的形成與研究區(qū)華力西晚期的造山作用有成因聯(lián)系。

綜上分析，干勁山地區(qū)二長花崗巖屬準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)鈣堿性系列巖漿巖，屬“I”型花崗巖，應(yīng)為產(chǎn)于同造山活動中的陸緣弧花崗巖。

紅石山—路井裂谷帶在華力西晚期經(jīng)歷了一次陸殼的裂解—再拼合事件[2-6]。黃增寶等[5]、聶鳳軍等[6]根據(jù)紅石山及鄰近地區(qū)侵入巖的研究，將裂谷帶再次完全閉合的時代限定在了早二疊世之后。

根據(jù)本次1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的結(jié)果[12]，研究區(qū)在這次陸殼的裂解—再拼合事件中表現(xiàn)出的具體過程為： 在晚石炭世—早二疊世早期，研究區(qū)處于拉張環(huán)境，地殼處于撕裂狀態(tài)，海水入侵后形成了新的陸源碎屑巖沉積，這在研究區(qū)下二疊統(tǒng)雙堡塘組內(nèi)采集到的動物化石中可以獲得時代依據(jù)。之后在早二疊世晚期—中二疊世早期，陸塊重新匯聚，裂谷帶拼合，近EW向張性斷裂活化，轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏇_擠壓性斷裂。筆者認(rèn)為，二長花崗巖的巖漿就是在此期間生成并在區(qū)域上沿近EW向構(gòu)造侵位的。這一結(jié)論得到了鋯石U-Pb年代學(xué)驗證，并在該巖體的巖石地球化學(xué)特征上有明顯反映，此外，從區(qū)域地質(zhì)圖(圖1)上可以看出，整個巖體的展布形態(tài)受到了區(qū)域構(gòu)造線的明顯限制。鑒于似斑狀中粒二長花崗巖的年齡值，紅石山—路井裂谷帶完全閉合的時間應(yīng)在早二疊世晚期之后，與前人研究結(jié)論[5-6]相吻合。

6 結(jié)論

(1)干勁山地區(qū)二長花崗巖測年樣品中鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(276.63±0.84)Ma，表明二長花崗巖形成于早二疊世。

(2)干勁山地區(qū)二長花崗巖屬準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)鈣堿性系列巖漿巖, 富集大離子親石元素和高場強元素，為輕稀土富集型，輕、重稀土分異不明顯，輕稀土發(fā)生了較明顯的分餾作用，銪負(fù)異常較明顯。

(3)二長花崗巖屬“I”型花崗巖，應(yīng)為同造山的陸緣弧花崗巖，是研究區(qū)晚華力西期造山運動的產(chǎn)物，紅石山—路井裂谷帶在晚古生代的拼合時間被限定到早二疊世晚期之后。

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(責(zé)任編輯： 劉永權(quán))

Geochronology and geochemical characteristic of monzonitic granite in Ganjin Mountain of Inner Mongolia

GAO Jian, MA Gang, ZOU Yunxin, REN Chaojun, YU Shuangshuang

(GeologyandMineralExplorationInstituteofInnerMongolia,Hohhot010010，China)

By investigating the geochronology and petrogeochemistry of monzonitic granite in Ganjin Mountain, Ejinaqi, Inner Mongolia, the intruding age and tectonic background are discussed. The zircon U-Pb weighted average age is considered to be (276.63±0.84) Ma by using LA-ICP-MS method, constraining its formation age to be Early Permian. Lithological and geochemical characteristics indicate that the monzonitic granite belongs to subaluminous-peraluminous and calc-alkaline series, with A/CNK ratios of 0.97-1.15 andσvalues of 1.64-1.96. The monzonitic granite is rich in large ion lithophyte elements (LILE, e.g., Rb， Ba， Sr), high field strength elements (HFSE, e.g., Th， U， Zr), and LREE with negative euanomolies on the chondrite-normalized diagram, and its LREEs and HREEs are not obviously differentiated. They share affinities with syn-orogenic I-type granites, indicating they formed in a continental arc setting. It is suggested that the monzonitic granite was generated during late Hercynian movement in Ganjin area. The time that terranes on both sides of the Hongshishan-Lujing rifting belt converged was limited to Early Permian.

monzonitic granite; zircon U-Pb age; geochemistry; Ganjin Mountain; Inner Mongolia

10.19388/j.zgdzdc.2017.02.05

2016-04-08；

2016-08-11。

中國地質(zhì)調(diào)查局“內(nèi)蒙古 1∶5 萬紅梁子、沙多山、紅旗山、蓬勃山幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查(編號： 1212011220461)”項目資助。

高鑒(1988—)，男，助理工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。Email: 501852050@qq.com。

高鑒，馬剛，鄒運鑫，等.內(nèi)蒙古干勁山地區(qū)二長花崗巖年代學(xué)及地球化學(xué)特征研究[J].中國地質(zhì)調(diào)查,2017,4(2): 42-50.

P588.121; P597.3

A

2095-8706(2017)02-0042-09