內蒙古賀根山地區(qū)早二疊世二長花崗巖時代、成因及構造意義

王成，任利民，張曉軍，孫俊俊，余國飛，宋林山，劉勇

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質調查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.中國地質大學(武漢)地球科學學院，湖北 武漢 430074；3.中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074；4.南京大學地球科學與工程學院，江蘇 南京 210023；5.湖北省地質局第一地質大隊，湖北 黃石 435100)

中亞造山帶位于西伯利亞板塊與中朝板塊之間，為全球顯生宙時期增生改造最強烈地區(qū)[1]。興蒙造山帶(IMDOB)隸屬中亞造山帶東段，自早古生代以來，經(jīng)歷了多期次大洋俯沖、地殼增生、多塊體碰撞拼合、后造山垮塌拉張等，是一條發(fā)展歷史長，構造-巖漿作用十分復雜的世界級巨型增生造山帶[2]。目前對興蒙造山帶北部晚古生代巖漿活動時空格架和構造背景等存在不同認識，有古亞洲洋閉合造山后伸展或類似于弧后盆地和安第斯型活動大陸邊緣島弧環(huán)境等代表性觀點[3-5]，由此引出對板塊碰撞過程和古亞洲洋縫合時限的諸多討論。賀根山地區(qū)位于興蒙造山帶北部，蛇綠巖的大面積出露成為研究的熱點地區(qū)[6-9]，該構造環(huán)境、形成及侵位時代一直存在爭議[7，9-12]。

花崗巖的形成、分布和演化同構造環(huán)境密切相關，對研究與恢復古大地構造環(huán)境具重要意義[4，14]。造山帶演化過程中，可指示構造環(huán)境由活動板塊邊緣俯沖環(huán)境向造山后穩(wěn)定的板內構造環(huán)境轉變過程[15-16]，為板塊拼合及大洋最終關閉時限的相關研究提供有力證據(jù)。為進一步研究巖漿的形成時代、演化特征及與構造背景的相互關系，在野外工作和巖相學分析基礎上，本文對賀根山地區(qū)晚古生代二長花崗巖進行了巖石學、巖石地球化學和鋯石LA-ICPMS年代學研究。以期為賀根山縫合帶、興蒙造山帶北部晚古生代構造演化、華北板塊與西伯利亞板塊碰撞等大地構造演化歷史提供新證據(jù)。

1 地質背景及巖石學特征

研究區(qū)位于興蒙造山帶北部，西伯利亞板塊與華北板塊結合部位(圖1-a)，出露地層有：中上泥盆統(tǒng)塔爾巴格特組半深海復理石建造夾中基性火山巖建造；石炭—二疊系格根敖包組酸性火山碎屑建造夾碎屑沉積建造；中二疊統(tǒng)哲斯組濱海-海陸交互相碎屑沉積夾生物碎屑灰?guī)r建造，含大量腕足、雙殼類大化石，苔蘚蟲、棘皮類發(fā)育；下三疊統(tǒng)哈達陶勒蓋組陸相中酸性火山碎屑巖建造；下侏羅統(tǒng)紅旗組內陸湖相含煤沉積建造；下白堊統(tǒng)大磨拐河組厚層狀不等礫復成分礫巖建造；新生界上新統(tǒng)寶格達烏拉組湖相磚紅色粉砂質泥巖及灰色礫巖建造及更新統(tǒng)和全新統(tǒng)松散沉積物。區(qū)域侵入巖體以古生代—中生代未變質花崗巖為主，包括石炭紀花崗巖，二疊紀二長花崗巖、花崗閃長巖、閃長巖，白堊紀花崗斑巖等，發(fā)育少量中生代基性-酸性巖脈。該區(qū)發(fā)育5大蛇綠巖片，為賀根山、崇根山、河北農(nóng)場、吉斯布敦和哈日海陶勒蓋蛇綠巖塊(圖1-a)，各巖塊巖石組合復雜，共同組成較完整的蛇綠巖套。研究區(qū)二長花崗巖主要分布在賀根山北東10 km處，NW向展布，小型長橢圓狀巖株，面積約0.3 km2(圖1-b)；巖體中沒有發(fā)現(xiàn)明顯構造變形，露頭保存良好，風化較強；巖體侵入到塔爾巴格特組第四巖性段中，見少量板巖及大理巖捕擄體。

圖1 賀根山地質簡圖Fig.1 Sketch geological map of Hegenshan area

圖2 二長花崗巖野外及顯微特征Fig.2 Outcrops and photomicrographs of the adamellite in Hegenshan

二長花崗巖風化面為灰-灰黃色，新鮮面為灰白色，中細粒結構(圖2-a)，塊狀構造(圖2-a)。主要由鉀長石(35%)、斜長石(40%)和石英(25%)組成；鉀長石，半自形板狀-他形粒狀，粒度0.5～2 mm，雜亂分布，部分見紋帶發(fā)育；斜長石，半自形板狀，粒度0.4～2 mm，零散分布，見高嶺土化、絹云母化，聚片雙晶不清晰，NP’∧(010)=20°；石英，它形，粒狀，大小0.1～3 mm，波狀消光，干涉色一級灰白；巖石中副礦物較豐富，有褐鐵礦、鋯石、磷灰石、獨居石和赤褐鐵礦等(圖 2-b)。

2 鋯石U-Pb年代學特征

用于測年的新鮮花崗斑巖樣品編號為UPb071-5-1。國土資源部河北省地質礦產(chǎn)局廊坊實驗室完成鋯石挑選，武漢上譜分析科技有限公司承擔鋯石制靶和透射光、反射光以及陰極發(fā)光(CL)圖像采集工作，天津地質礦產(chǎn)研究所利用LA-ICP-MS完成鋯石U-Pb同位素測試分析，具體儀器配置和實驗流程見文獻[18]。U-Pb同位素分餾校正工作采用GJ-1作為外部鋯石年齡標準。使用NIST612玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品Pb-U-Th含量，利用Iso?plot程序完成數(shù)據(jù)處理[19]，采用208Pb校正法普通鉛進行校正[20]。文章選用207Pb/235U年齡(表1)。

鋯石，無色透明，主要為自形，短柱狀-粒狀，大小50×100～90×150 μm，長寬比2:1～1:1，w(U)=90×10-6～285×10-6，鋯石Th/U=0.35～0.72，大多數(shù)大于0.4，具有巖漿鋯石的高Th/U比值特征。鋯石晶面簡單，韻律環(huán)帶發(fā)育，晶棱清晰尖銳，為典型的酸性巖漿成因鋯石(圖3-a)。鋯石諧和圖中，所測試的16個數(shù)據(jù)中，均位于諧和線上及附近，剩余16個數(shù)據(jù)參與計算，得到鋯石206Pb/238U 加權平均年齡為（284.6±1.3）Ma(MSWD=0.66，n=16)(圖3-b)。該年齡代表二長花崗巖的結晶年齡，為早二疊世。

3 巖石地球化學特征

選取3件新鮮二長花崗巖樣品進行主微量測試分析，由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所完成。主量元素用XRF法 (Fe2+和Fe3+由化學法測定)測定，儀器型號為飛利浦PW2404X射線熒光光譜儀，測試誤差優(yōu)于5%;微量元素采用酸溶法，型號為HR-ICP-MS(Element I)，工作溫度、相對濕度分別為20℃和30%，微量元素在其含量超過10×10-6時，相對誤差低于5%，低于10×10-6時，相對誤差不超過10%。

3.1 主量元素特征

賀根山花崗斑巖SiO2=70.11%～71.06%，平均70.65%，Al2O3=14.94%～15.51%，平均15.29%，F(xiàn)e2O3=0.58%～0.92%，平均0.72%，F(xiàn)eO=1.87%～2.10%，平均1.97%，MnO=0.04%～0.05%，平均0.04%，具明顯的富硅、貧鐵鎂特征(表2)，為鈣堿性系列(圖4-a、圖4-b)。K2O＜Na2O，N/K 值為 3.56～4.25；A/CNK 值 1.28～1.34，為過鋁質鈉質鈣堿性系列(圖4-c、圖4-d)。

3.2 微量元素特征

二長花崗巖稀土元素∑REE=136.89～181.77，LREE/HREE值為9.98～10.45，(La/Yb)N=11.07～11.31，(Gd/Yb)N=1.81～1.84，輕稀土較為富集，重稀土相對虧損，輕重稀土元素分餾明顯，呈典型的右傾模式;負銪異常明顯，δEu=0.47～0.49(圖 5-a)。富集大離子親石元素Rb，Ba，U，虧損高場強元素Nb，Ta，Th，Ti(圖5-b)。

圖3 鋯石CL圖像和加權平均年齡圖Fig.3 Cathodoluminescence(CL)images of zircons and weighted average206Pb/238U age diagram of Hegenshan adamellite

表1 賀根山地區(qū)二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb 測年數(shù)據(jù)Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data of the zircons from adamellite in Hegenshan

表2 賀根山二長花崗巖元素分析結果表Table 2 Element analysis results of Hegenshan adamellite

圖4 主量元素圖解Fig.4 Diagrams of major elements

4 討論

4.1 成巖年代

區(qū)域上，前人對晚生代巖漿巖進行了大量年代學研究[17，22-32]。本區(qū)二長花崗巖鋯石U-Pb加權平均年齡為(284.6±1.3)Ma，落入?yún)^(qū)域內大興安嶺南段晚古生代火山-深成巖276～287Ma的活動高峰期中(表3)，二長花崗巖為該高峰期巖漿活動產(chǎn)物。

4.2 成因類型與巖漿來源

圖5 賀根山花崗斑巖體球粒隕石標準化稀土元素配分圖(a)和原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams(b)for Hegenshan adamellite

二長花崗巖A/CNK大于1.1，為強過鋁質(圖 4-d)。巖石礦物組合中未見明顯的白云母、堇青石和石榴子石等鋁過飽和特征礦物，因此，將花崗斑巖屬S型花崗巖的可能性排除，造成A/CNK偏高可能是花崗斑巖中長石發(fā)生高嶺土化的結果，這與鏡下觀察到的斜長石發(fā)生一定程度的高嶺土化相吻合,具高硅高堿，低CaO，F(xiàn)e2O3，TiO2，MnO，MgO和P2O5特征(表2)，反映A型或I型花崗巖特征[33]。賀根山二長花崗巖屬過鋁質鈉質鈣堿性系列，巖石中K2O＜Na2O，Na2O＞3.2%，K2O/Na2O＜1，CaO相對較低，與典型I型花崗巖特征明顯不同。從微量元素角度上看，虧損Th略富集Sr，與I型花崗巖特征差別較大。A型花崗巖由于富堿往往具有較高Nb，Ce和Y含量，故以Zr>250×10-6，(Zr+Nb+Ce+Y)>350×10-6為判別標準。賀根山花崗斑巖Zr=370.44×10-6～426.96×10-6，均值 391.32×10-6，Zr+Nb+Ce+Y=452.47×10-6～520.31×10-6，均值485.04×10-6，屬A型花崗巖。該花崗巖類型判別圖解中(圖6)，樣品均落入A2型花崗巖區(qū)域，研究區(qū)二長花崗巖應屬A2型花崗巖。二長花崗巖富集大離子親石元素Rb，Ba，U，虧損高場強元素Nb，Ta，Th，Ti。酸性熔體系中，微量元素Ti在普通角石和磁鐵礦中的分布系數(shù)較高[34]。二長花崗巖Eu，Ti和P強烈虧損，反映了巖漿演化過程中斜長石及富P礦物(如磷灰石)的分離結晶作用。Nb，Ta，P和Ti等高場強元素的虧損表明巖漿為地殼來源。

圖6 花崗巖類型判別圖Fig.6 Discrimination diagrams of granite

表3 大興安嶺中南段晚古生代花崗巖成巖時代統(tǒng)計簡表Table 3 Formative time of Late Mesozoic granites in middle-southern DaHinggan Mountains

4.3 構造意義

A2型花崗巖是造山后伸展階段的典型產(chǎn)物[36]，A2型花崗巖的出現(xiàn)暗示早二疊世內蒙古中東部地區(qū)處于造山后的伸展背景。為進一步討論賀根山地區(qū)二長花崗巖形成的構造環(huán)境及動力因素，采用適于酸性端元的構造判別圖解進行深入研究(圖7)，結果顯示二長花崗巖位于板內花崗巖和造山后花崗巖的公共區(qū)，為后碰撞構造環(huán)境。前人研究表明，早二疊世二連-賀根山南北兩側出露大量后碰撞伸展環(huán)境的火山巖和花崗巖[17，22-23，25-27，30-32]。西烏旗、東烏旗及錫林浩特等地區(qū)均有后碰撞伸展環(huán)境下的A2型花崗巖(289～276 Ma)和高鉀鈣堿性雙峰式火巖(289～

5 結論

(1)賀根山二長花崗巖鋯石U-Pb加權平均年齡為(284.6±1.3)Ma，成巖時代為早二疊世。

(2)賀根山二長花崗巖富硅貧鎂鐵，為過鋁質鈉質鈣堿性系列；稀土分布曲線呈右傾輕稀土富集型，負銪異常不明顯，δEu=0.47～0.49；富集大離子親石元素Rb，Ba，U，虧損高場強元素 Nb，Ta，Th，Ti；屬A2型花崗巖，形成于造山后伸展環(huán)境。

圖7 構造判別圖解Fig.7 Discrimination diagrams of tectonic setting

(3)賀根山縫合帶在早二疊世之前形成。晚石炭世賀根山蛇綠巖殘片構造就位，賀根山洋陸續(xù)閉合。古亞洲洋至少在早二疊世之前已閉合。280 Ma)，此時已進入造山后演化階段[9，23，30-32]。中二疊世區(qū)域上出露哲斯組碎屑巖沉積，富含腕足類、苔醉和珊瑚等化石，生物大量混生，以Spiriferella為代表的腕足動物群隨處可見，此時不可能存在深海洋盆，只有殘留陸表海[9，37]。

綜上所述，賀根山地區(qū)二長花崗巖形成于后碰撞構造環(huán)境，研究區(qū)當時已處于碰撞后伸展環(huán)境，賀根山縫合帶在早二疊世之前形成，表明晚石炭世賀根山蛇綠巖殘片已構造就位，賀根山洋陸續(xù)閉合。

二連-賀根山蛇綠巖帶作為興蒙造山帶北部重要的構造單元，曾被認為是華北板塊與西伯利亞板塊的最終縫合位置[6-7，10，40-42]。但最新研究成果認為兩大板塊最終對接于索倫-林西縫合帶[11，43-44]，賀根山洋為古亞洲洋在俯沖匯聚過程中形成的弧后小洋盆[7，9-10，13，43]。結合前文分析結果認為，古亞洲洋至少在早二疊世之前閉合。

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