內(nèi)蒙古東部固里河花崗巖地球化學(xué)、年代學(xué)及地質(zhì)意義

李林川+崔天日+秦濤+錢程

摘 要：內(nèi)蒙古東部扎蘭屯西南固里河花崗巖主要由過堿質(zhì)的鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖組成。LA-ICP-MS鋯石UP-Pb定年顯示，固里河花崗巖形成于131.9-135.3Ma的早白堊世。巖石地球化學(xué)研究表明：高硅，富堿，貧CaO、MgO，屬過鋁質(zhì)（鋁質(zhì)）高鉀鈣堿性系列巖石；稀土元素總量較低，輕稀土元素分餾較強(qiáng)，富集Rb、K元素。鉀長(zhǎng)花崗巖，Eu弱負(fù)異常（δEu=0.69～0.82），87Sr/86Sr為0.711212，Sr初始比值（ISr）為0.7027，具有殼慢混源的I型花崗巖特征。堿長(zhǎng)花崗巖，Eu明顯負(fù)異常（δEu=0.22～0.75），貧Ba、Sr、Nb，顯示殼源A型花崗巖特征。固里河花崗巖是伸展環(huán)境下，造山晚期和造山期后地殼底侵作用形成的。

關(guān)鍵詞：早白堊世；地球化學(xué)；巖石成因；伸展環(huán)境；內(nèi)蒙古；固里河

中圖分類號(hào)：P619.22+2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0001-07

引言

西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶中東部廣泛發(fā)育的晚中生代花崗巖，對(duì)中生代環(huán)太平洋構(gòu)造巖漿活動(dòng)及演化過程的研究起到重要作用，逐步受到廣大地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注①②[1-13]。二十世紀(jì)前學(xué)者們對(duì)這一地區(qū)中生代巖漿巖的研究較少，進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著地質(zhì)工作的深入，學(xué)者們對(duì)較有規(guī)模的晚中生代造山期或造山后侵入巖的研究增多，而對(duì)于那些呈巖珠狀產(chǎn)出的規(guī)模較小的侵入巖研究甚少，其認(rèn)識(shí)也有所不同 [6]，1：20萬(wàn)報(bào)告將其劃為侏羅世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。鑒于此，筆者選擇扎蘭屯～多寶山一帶，中生代構(gòu)造巖漿帶上北東端的固里河?xùn)|部呈小巖珠狀產(chǎn)出的花崗巖進(jìn)行較為深入和系統(tǒng)的研究。為研究區(qū)域中生代晚期構(gòu)造-巖漿活動(dòng)提供新的地質(zhì)資料。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶的東部，賀根山構(gòu)造結(jié)合帶北測(cè)，屬大興安嶺中生代火山巖帶東部扎蘭屯-多寶山巖漿巖帶中北段，南與錫林浩特-西烏旗晚古生代-中生代火山巖帶接壤，東臨松遼斷陷盆地（圖1）。區(qū)內(nèi)巖石地層揭示了三個(gè)構(gòu)造演化階段（圖1）：早古生代構(gòu)造演化階段，主要巖石地層有中上奧陶統(tǒng)多寶山組、裸河組變中酸性火山巖夾少量碎屑巖、變質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)板巖等；晚古生代構(gòu)造演化階段，主要巖石地層有上泥盆統(tǒng)大民山組、上二疊統(tǒng)林西組泥砂質(zhì)板巖、變砂巖、 砂礫巖夾結(jié)晶灰?guī)r透鏡體及少量變流紋巖，侵入巖主要為早二疊世堿長(zhǎng)花崗巖；中生代濱太平洋構(gòu)造演化階段，主要巖石地層有中晚侏羅統(tǒng)中酸性的灰紫色安山質(zhì)、灰白色流紋質(zhì)熔巖及碎屑巖，少量下白堊統(tǒng)流紋巖、流紋質(zhì)角礫熔巖，侵入巖主要有中侏羅世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、堿長(zhǎng)花崗巖，晚侏羅世石英閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖，早白堊世花崗巖、堿性花崗巖。

2 巖石學(xué)特征

固里河花崗巖主要為鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖，出露于扎蘭屯西南部的固里河林場(chǎng)東部的一道溝、孤山子和雅克山一帶。其中鉀長(zhǎng)花崗巖分布于雅克山附近，堿長(zhǎng)花崗巖分布于一道溝、孤山子附近，總面積約14.76km2。巖體均呈小巖株?duì)町a(chǎn)出，其中孤山子附近的堿長(zhǎng)花崗巖體為不規(guī)則的小巖株?duì)?，且延北東向斷裂呈串珠狀分布。筆者于野外地質(zhì)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，雅克山鉀長(zhǎng)花崗巖內(nèi)有早白堊世白音高老組火山巖捕虜體，亦有北北東、近南北向展布的脈狀堿長(zhǎng)花崗巖侵入體，堿長(zhǎng)花崗巖的部分巖體內(nèi)也發(fā)育少許中性脈巖。

巖石學(xué)特征：鉀長(zhǎng)花崗巖呈淺肉紅色，中細(xì)花崗粒結(jié)構(gòu)或似斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物有鉀長(zhǎng)石（55～60%）半自形板狀，斜長(zhǎng)石（10～20%）半自形板狀，石英（20%）他形粒狀，黑云母少量。堿長(zhǎng)花崗巖呈肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物有鉀長(zhǎng)石（65～70%）半自形板狀，斜長(zhǎng)石（5～10%）半自形板狀，石英（20～23%）他形粒狀，黑云母少量，黃褐色細(xì)小片狀集合體。

3 巖石地球化學(xué)特征

3.1 樣品處理與測(cè)試分析

測(cè)試樣品采集于較新鮮的巖石，避開了蝕變和礦化較強(qiáng)的部位。其中采集鉀長(zhǎng)花崗巖樣品3件，堿長(zhǎng)花崗巖樣品6件。巖石樣品的處理及化學(xué)成分的主量元素、微量元素、稀土元素分析均由國(guó)土資源部沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。首先將樣品進(jìn)行粗碎，然后研磨至200目以下。主量元素采用玻璃熔片法（XRF）測(cè)定，F(xiàn)eO用化學(xué)滴定，燒失量用化學(xué)質(zhì)量分析，分析精度優(yōu)于2%～5%。微量元素Rb、Ba、Sr、Nb、Zr、Ni、V、Cr、Co采用玻璃熔片法（XRF）測(cè)定，微量元素La、Th、Ce、Sm、Tb、Y、Yb和稀土元素采用等離子體質(zhì)譜儀（ICP-Mass）測(cè)試完成，分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于5%～10%，分析結(jié)果見表1、2。

3.2 主量元素特征

從表1中可以看出，鉀長(zhǎng)花崗巖體以富SiO2（69.88%～72.58%）、富堿（Na2O+K2O=8.69～8.76%），貧CaO（0.35～0.61%）、MgO（0.38～0.58%）為特征。里特曼指數(shù)（σ）一般在2.57～2.81之間，平均2.72。在SiO2-K2O圖解（圖2）中，樣品均落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域；在R1-R2侵入巖分類圖解（圖3）中，樣品均落在鉀長(zhǎng)花崗巖區(qū)。鉀長(zhǎng)花崗巖分異指數(shù)（DI）較高，為89.64～92.49，固結(jié)指數(shù)（SI）為3.42～4.86，堿度率（AR）為3.36～3.83，鋁過飽和指數(shù)A/CNK為1.14～1.18，具有高分異I型花崗巖的特點(diǎn)[16]，屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列巖石。

堿長(zhǎng)花崗巖體以高硅、富堿，貧鈣、鎂（表1）為特征。其中SiO2（75.13%～77.08%），Na2O+K2O=7.15～8.87%，CaO（0.13～0.47%），MgO（0.11～0.28%）。巖石固結(jié)指數(shù)（SI）為1.03～2.1，分異指數(shù)（DI）為94.48～96.07，鋁過飽和指數(shù)A/CNK為1.05～1.097，堿度率（AR）為4.97～5.62。里特曼指數(shù)（σ）一般在1.51～2.45之間，平均2.03。在SiO2-K2O圖解（圖2）中，樣品均落在強(qiáng)烈高鉀鈣堿性系列區(qū)域，顯示巖石富鉀特征，屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列巖石。在R1-R2侵入巖分類圖解（圖3）中，樣品均落在堿性花崗巖區(qū)。研究區(qū)鉀長(zhǎng)花崗巖與堿長(zhǎng)花崗巖主量元素相比，高鋁、鐵、鈦、鈉、鎂和磷，低硅、略低鉀，Na2O+K2O值相近，反映出不同成因類型特征。endprint

3.3 微量元素和稀土元素特征

本次對(duì)研究區(qū)巖石微量元素選擇性的分析了Rb、Ba、Th Nb、La、Ce、Sr、Nd、P、Sm、Zr、Tb、Y、Yb元素，基本滿足了對(duì)花崗巖微量元素的研究工作。從表2和微量元素蛛網(wǎng)圖（圖4）可以看出，研究區(qū)鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線均向右傾斜。兩種巖石均富集Rb、K，Ti和大離子親石元素Sr、Ba相對(duì)虧損，具有明顯的Ba、Sr、P、Ti負(fù)異常特征。巖石中Ti的虧損可能指示其經(jīng)歷了一定程度的分異演化[16]。

鉀長(zhǎng)花崗巖Ba、Sr、P、Zr元素明顯高于堿長(zhǎng)花崗巖，而堿長(zhǎng)花崗巖Rb、K元素巖明顯高于鉀長(zhǎng)花崗巖。鉀長(zhǎng)花崗巖Rb/Sr、Rb/Ba比值分別為0.38～0.77和0.13～0.20，堿長(zhǎng)花崗巖分別為2.42～5.57和0.94～3.05，二者均高于原始地幔（Rb/Sr為0.029、Rb/Ba為0.008），反映出巖漿經(jīng)歷了較高程度的分異和演化[2]。

據(jù)林強(qiáng)等對(duì)大興安嶺中生代花崗巖的研究成果，本區(qū)鉀長(zhǎng)花崗巖屬于高Sr（平均值243.5×10-6）巖漿巖，暗示源于相對(duì)虧損的幔源巖漿的分異作用[6]。堿長(zhǎng)花崗巖微量元素特征屬于低Sr（平均值60.5×10-6）花崗巖。

從表2和稀土元素配分模式圖（圖5）可以看出，鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線均為左陡右緩向右傾斜的輕稀土富集型，輕稀土元素分餾較強(qiáng)，重稀土元素分餾不明顯，稀土元素總量較低，鉀長(zhǎng)花崗巖平均值136.35×10-6， 堿長(zhǎng)花崗巖平均值129.19×10-6，均低于陸殼平均值（154.7×10-6，黎彤）。鉀長(zhǎng)花崗巖LREE/HREE和（La/Yb）N比值分別為8.99～11.53和9.41～16.49。堿長(zhǎng)花崗巖LREE/HREE和（La/Yb）N比值分別為10.21～15.50和8.01～12.36。鉀長(zhǎng)花崗巖δEu為0.69～0.82，平均0.76，具有弱負(fù)Eu異常， 這可能與巖漿形成以后經(jīng)歷了較弱的斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用有關(guān)。堿長(zhǎng)花崗巖δEu為0.22～0.75，平均0.43，具有明顯的負(fù)Eu異常， 這可能與巖漿形成以后經(jīng)歷了較強(qiáng)的斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用有關(guān)[11]。堿性花崗巖Sm/Nd值為0.16～0.19（<0.25），顯示出其巖體的物質(zhì)來(lái)源于下地殼。

4 鋯石U-Pb年代學(xué)研究

4.1 樣品分選與測(cè)試方法

本文分別選取了鉀長(zhǎng)花崗巖、堿長(zhǎng)花崗巖樣品進(jìn)行了年代學(xué)測(cè)試，鋯石挑選由河北省廊坊區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，樣品按常規(guī)粉碎淘洗后，經(jīng)磁選和重液分離，然后在雙目鏡下人工挑選純度在99%以上的鋯石。鋯石制靶、陰極發(fā)光（顯微圖像采集）和U-Pb測(cè)年工作由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成，采用（LA-ICP-MS）激光燒蝕等離子體質(zhì)譜進(jìn)行鋯石U-Pb同位素定年，分析中采用的激光束斑直徑為40μm，以氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，年齡計(jì)算以標(biāo)準(zhǔn)樣品91500標(biāo)化，Plesovice作質(zhì)量監(jiān)控，將Glitter軟件處理結(jié)果，用一組樣品前后的標(biāo)樣進(jìn)行校正。

4.2 測(cè)年結(jié)果

鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖鋯石陰極發(fā)光圖像（圖6、圖7）所示，鋯石自形程度較好，粒徑一般為30μm-120μm，呈短柱狀，鋯石晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，并包有氣液及固相包體，巖漿振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶發(fā)育，具有明顯的巖漿鋯石特征，屬巖漿同期結(jié)晶產(chǎn)物，其形成年齡應(yīng)代表巖漿侵位的時(shí)代。

每個(gè)巖石樣品進(jìn)行了30粒鋯石顆粒的測(cè)定，參與加權(quán)平均年齡計(jì)算的Th/U比值分別為0.04～0.11和0.03～0.09，各構(gòu)成一個(gè)相關(guān)鋯石組，在諧和圖上呈密集一簇，并具有巖漿鋯石Th/U比值的特征。鉀長(zhǎng)花崗巖樣品（PM10RZ23）其表面年齡206Pb/238U加權(quán)平均年齡為135.3±1.5Ma；堿長(zhǎng)花崗巖樣品（PM28TW1）其表面年齡206Pb/238U加權(quán)平均年齡為131.9±2.7Ma（圖8、圖9）。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)鉀長(zhǎng)花崗巖侵入中侏羅世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和早白堊世山地層，且?guī)r體內(nèi)有白音高老組火山巖捕虜體。堿長(zhǎng)花崗巖侵入中侏羅世塔木蘭溝組、晚侏羅世滿克頭鄂博組和早白堊世白音高老組火山地層，并侵入早白堊世二長(zhǎng)花崗巖，并且?guī)r體與滿克頭鄂博組火山地層接觸界線流紋巖一側(cè)，見明顯烘烤蝕變現(xiàn)象。據(jù)已有的研究資料顯示，扎蘭屯西南部地區(qū)最早的白音高老期火山巖年齡為139Ma[14]。

綜合上述，測(cè)年結(jié)果可以代表測(cè)試樣品巖石的成巖年齡，表明研究區(qū)固里河花崗巖的成巖年齡為135.3±1.5～131.9±2.7Ma，形成于早白堊世。

5 討論

5.1 巖石類型及成因

固里河?xùn)|部的鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖，都具有高硅、富堿，貧CaO、MgO和低鈦的特征，巖石總體屬于過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列巖石。

鉀長(zhǎng)花崗巖：里特曼指數(shù)（σ）平均2.72，屬鈣堿性巖石；∑REE較低，Eu虧損呈現(xiàn)弱的負(fù)異常。在花崗巖成因系列Na2O-K2O圖解（圖3）中，2個(gè)樣點(diǎn)落于I型花崗巖區(qū)，1個(gè)樣點(diǎn)落于A型花崗巖區(qū)域。但巖石A/CNK值平均1.163，呈過鋁質(zhì)特點(diǎn)。巖漿巖的87Sr/86Sr可作為地質(zhì)“示蹤劑”，研究巖漿巖的成因[20]，鉀長(zhǎng)花崗巖巖石的87Sr/86Sr=0.711212，Sr初始比值（ISr）為0.7027，與大洋玄武巖（87Sr/86Sr≈0.704）相近；147Sm/144Nd值0.1207、εNd（t）值為1.6，這一特征符合西伯利亞古陸南側(cè)面向古亞洲洋的增生邊緣中的巖漿巖多具有正的εNd（t）值，顯示虧損的地慢或新生地殼來(lái)源的特征[8，11]。在（La/Yb）N-δEu圖解上（圖11），鉀長(zhǎng)花崗巖表現(xiàn)為殼幔源混源特點(diǎn)。鉀長(zhǎng)花崗巖Rb/Sr值為0.38、0.77，殼源巖漿范圍的Rb/Sr大于0.5，也暗示該期巖漿有上地幔物質(zhì)特征[2]。endprint

堿長(zhǎng)花崗巖：具有A型花崗巖的重要地球化學(xué)特征[14-15]，SiO2含量75-77%（A型花崗巖為74-75%），K2O含量平均5.03%（A型花崗巖為4-6%），Al2O3含量11.79-13.12%（A型花崗巖為12-13%）。在Na2O-K2O圖解（圖10）中，堿長(zhǎng)花崗巖樣點(diǎn)均落在A型花崗巖區(qū)域內(nèi)，稀土元素配分模式圖為右傾型，Eu明顯負(fù)異常；微量元素分布圖上，顯示Ba、Sr、P、Ti強(qiáng)烈虧損（A型花崗巖貧Eu、Ba、Sr、P、Ti），在（La/Yb）N-δEu圖解上（圖11）， 顯示堿長(zhǎng)花崗巖為殼源物質(zhì)來(lái)源。

上述特征表明鉀長(zhǎng)花崗巖巖漿可能起源于上地幔，形成過程中有部分地殼物質(zhì)混染。

鉀長(zhǎng)花崗巖主要為I型花崗巖，侵位年齡早于堿長(zhǎng)花崗巖，屬于同一構(gòu)造巖漿活動(dòng)的不同期次。具有從I型→A型的演化特點(diǎn)，有向富硅、富堿演化的趨勢(shì)，反映了早期巖漿為殼?；旌显?，晚期侵入體為殼源。

5.2 固里河花崗巖形成的構(gòu)造環(huán)境

早白堊時(shí)期大興安嶺地區(qū)處于大規(guī)模的伸展環(huán)境，這一觀點(diǎn)已得到多數(shù)地質(zhì)學(xué)者認(rèn)同[14、17-18、21]。在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖12）中研究區(qū)鉀長(zhǎng)花崗巖樣點(diǎn)落在造山晚期花崗巖區(qū)域，堿長(zhǎng)花崗落在造山期后A型花崗巖區(qū)域。

B·W查佩爾和A·懷特等根據(jù)地球化學(xué)參數(shù)認(rèn)為，以火成巖為源巖的屬于I型花崗巖，以非造山堿性花崗巖為A型。M·S皮切爾認(rèn)為，I型形成兩個(gè)階段，即先是來(lái)自大洋-大陸匯聚板塊邊緣的洋殼和陸殼物質(zhì)，后來(lái)又被重熔；A型花崗巖是地盾區(qū)與裂谷有關(guān)的產(chǎn)物。

邵濟(jì)安等對(duì)大興安嶺中生代伸展造山過程中的巖漿作用研究認(rèn)為，中生代在軟流圈隆起背景下地殼底部存在大面積的底侵作用， 使來(lái)自上地幔的玄武質(zhì)巖漿進(jìn)入到下地殼，被熔融的殼源物質(zhì)與幔源物質(zhì)以不同的比例混合在一起， 存在于下地殼底部的巖漿池中， 該巖漿成為晚中生代巖漿活動(dòng)的主要來(lái)源 [21]。由于底侵作用的階段性和脈動(dòng)性，巖漿來(lái)源深度的降低，幔源物質(zhì)供給的差異（地幔物質(zhì)提供了高溫環(huán)境）等，可形成I型（混源）、A型花崗巖。

在Y/Nb-Ce/Nb圖解（圖13）中，堿長(zhǎng)花崗巖樣點(diǎn)均落入A1型區(qū)域內(nèi)部，代表了大陸裂谷或板內(nèi)環(huán)境。這與扎蘭屯地區(qū)白音高老組火山巖[14]和蘑菇氣、根河地區(qū)的白堊紀(jì)花崗巖反映的構(gòu)造環(huán)境相一致。

野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)固里河花崗巖圍巖發(fā)育較強(qiáng)的褶皺構(gòu)造變形，而花崗巖石呈塊狀構(gòu)造，粒度較均勻，宏微觀均未見任何礦物構(gòu)造變形痕跡，顯示其侵位時(shí)壓力較低，表明研究區(qū)在堿性花崗巖形成時(shí)期處于伸展構(gòu)造體制。綜合考量，筆者認(rèn)為固里河花崗巖于造山晚期和造山期后環(huán)境下，地殼下部階段性底侵作用形成，受控于古亞洲洋閉合后的大陸伸展環(huán)境。反映了早白堊世大興安嶺中段發(fā)生過板內(nèi)造山晚期向造山期后的構(gòu)造巖漿演化階段。

6 結(jié)論

（1）固里河花崗巖鋯石UP-Pb年齡，分別為135.3±1.5Ma和131.9±2.7Ma，屬早白堊世。

（2）巖石地球化學(xué)特征表明：具有高硅、富堿，貧CaO、MgO和低鈦的特征，巖石總體屬于過鋁質(zhì)-高鉀鈣堿質(zhì)系列巖石；輕稀土分餾較強(qiáng)，重稀土分餾不明顯。鉀長(zhǎng)花崗巖與之相比堿度相對(duì)弱，Ba、Sr等元素含量明顯高于前者，負(fù)Eu異常不明顯，為I型（混源）花崗巖。堿長(zhǎng)花崗巖呈現(xiàn)負(fù)Eu異常，虧損Ba、Sr、P，富集Rb、K等元素，巖漿來(lái)源于下地殼，為A型花崗巖。

（3）固里河鉀長(zhǎng)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖，是板內(nèi)伸展構(gòu)造環(huán)境下，晚造山期和造山期后地殼底侵作用形成的。

注釋：

①內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[Z].1982.

②內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.全國(guó)地層多重劃分對(duì)比研究蒙古自治區(qū)巖石地層[Z].1991-1995.

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