內(nèi)蒙古烏蘭浩特地區(qū)正長(zhǎng)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義

邱錦雄， 楊 亮， 陳萌超， 王文義， 高 勇

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

0 引言

興蒙造山帶是華北和西伯利亞板塊之間的古亞洲洋閉合過(guò)程中形成的增生造山帶的一部分[1-3]。興蒙造山帶主要由古亞洲洋的俯沖作用，增生地殼以及不同起源和不同類(lèi)型地體之間的拼貼組成[4-7]。前人根據(jù)2條縫合帶(塔源—喜桂圖斷裂和賀根山—黑河斷裂)將興蒙造山帶東段劃分成3個(gè)塊體： 額爾古納地塊、興安地塊和松嫩地塊[1]。測(cè)區(qū)由于古亞洲洋和(古)太平洋兩大構(gòu)造域的疊加，構(gòu)造十分復(fù)雜，發(fā)育有規(guī)模巨大的花崗巖巖體，與松遼盆地東部的張廣才嶺—小興安嶺花崗巖構(gòu)成中國(guó)大陸東部的“花崗巖?！盵8]。前人曾認(rèn)為這些規(guī)模巨大的花崗巖是古生代板塊俯沖-碰撞不同階段的產(chǎn)物[1]，或其中一部分是印支期花崗巖，但近年來(lái)，大量的高精度鋯石U-Pb年代學(xué)資料[8-13]表明，東北地區(qū)顯生宙花崗巖以中生代為主。本文在研究區(qū)開(kāi)展1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)烏蘭浩特地區(qū)正長(zhǎng)花崗巖的同位素年代學(xué)、巖石學(xué)及地球化學(xué)資料的系統(tǒng)研究，探討其成因、構(gòu)造環(huán)境及地質(zhì)意義，為區(qū)域構(gòu)造演化提供新的證據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古興安盟烏蘭浩特地區(qū)，大地構(gòu)造處于興蒙造山帶東段的興安地塊與松嫩地塊拼合帶附近(圖1)。區(qū)內(nèi)出露的古生界有二疊系壽山溝組、大石寨組、哲斯組和林西組，為一套中性、中酸性火山巖和火山碎屑巖夾海相碎屑沉積巖； 中生界侏羅系滿(mǎn)克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組，為一套中性、中酸性火山碎屑巖。中生界火山巖地層分布面積最廣，遍布全區(qū)。古生界零星出露，主要集中在測(cè)區(qū)的北東和南西部地區(qū)。研究區(qū)花崗巖主要呈NW、近EW 2個(gè)方向展布，受構(gòu)造控制明顯。三疊紀(jì)花崗巖主要有粗中粒的二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)花崗巖以及堿長(zhǎng)花崗巖，相互之間呈漸變過(guò)渡接觸，被上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組、滿(mǎn)克頭鄂博組不整合覆蓋。

1.早石炭世弱片麻狀細(xì)中粒二長(zhǎng)花崗巖； 2.早白堊世石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖； 3.早白堊世花崗斑巖； 4.早白堊世中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖； 5.早白堊世中細(xì)?；◢忛W長(zhǎng)巖； 6.晚三疊世中粒堿長(zhǎng)花崗巖； 7.晚三疊世中粒正長(zhǎng)花崗巖； 8. 晚三疊世中粒二長(zhǎng)花崗巖； 9. 晚三疊世細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖； 10.實(shí)測(cè)地質(zhì)界線(xiàn)； 11.實(shí)測(cè)角度不整合界線(xiàn)； 12.實(shí)測(cè)巖相界線(xiàn)； 13.測(cè)年采樣地點(diǎn)； 14.研究區(qū)

中粒正長(zhǎng)花崗巖巖石風(fēng)化面和新鮮面均呈灰黃—淺灰紅色，巖石風(fēng)化較強(qiáng)烈，基巖表層多為巖石風(fēng)化的長(zhǎng)石、石英顆粒。巖石為中?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由鉀長(zhǎng)石、少量斜長(zhǎng)石、石英、暗色礦物假像組成。斜長(zhǎng)石含量為15%～20%，鉀長(zhǎng)石55%～60%，石英20%～25%，黑云母約5%。鉀長(zhǎng)石主要為正條紋長(zhǎng)石，呈近半自形板狀，粒度多為2.0～5.0 mm，部分卡式雙晶發(fā)育，可見(jiàn)鈉長(zhǎng)石條紋呈脈狀、細(xì)條紋狀、不規(guī)則狀分布于晶內(nèi)，被斜長(zhǎng)石交代呈補(bǔ)片狀，具不均勻高嶺土化。斜長(zhǎng)石(包括反條紋長(zhǎng)石、更長(zhǎng)石)呈半自形板狀，粒度較小，多為0.5～1.0 mm，更長(zhǎng)石聚片雙晶發(fā)育，沿裂隙具水云母化。斜長(zhǎng)石呈補(bǔ)片狀分布于鉀長(zhǎng)石內(nèi)且交代鉀長(zhǎng)石或呈蠕蟲(chóng)狀分布于與鉀長(zhǎng)石接觸邊緣，構(gòu)成交代蠕蟲(chóng)結(jié)構(gòu)交代鉀長(zhǎng)石。石英呈半自形、它形粒狀，粒度2.0～4.0 mm，具帶狀消光，亞顆粒發(fā)育，多交代長(zhǎng)石，邊緣較圓滑。暗色礦物多被交代呈不規(guī)則狀，具水云母化假像。晶內(nèi)網(wǎng)狀裂隙發(fā)育，被水云母等充填。

2 分析方法

巖石薄片經(jīng)顯微鏡下鑒定后，選擇樣品進(jìn)行地球化學(xué)分析。樣品主量元素和微量元素分析由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。主量元素用X射線(xiàn)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%。

鋯石挑選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室完成。在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石微區(qū)U-Pb定年。使用儀器為Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀及193 nm激光取樣系統(tǒng)(LA-ICP-MS)。鋯石標(biāo)樣采用TEMORA標(biāo)準(zhǔn)，鋯石數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序[14]和Isoplot程序[15]進(jìn)行作圖。采用208Pb對(duì)普通鉛進(jìn)行校正，利用NIST612玻璃標(biāo)樣作為外標(biāo)計(jì)算鋯石樣品的Pb、U、Th 含量。采用206Pb/238U 年齡的加權(quán)平均值作為正長(zhǎng)花崗巖的結(jié)晶年齡，數(shù)據(jù)誤差1σ，可信度95%。

3 年代學(xué)測(cè)定結(jié)果

樣品D3288-0-TW1采自眼睛山，巖性為中粒正長(zhǎng)花崗巖。樣品中鋯石多呈無(wú)色，短柱狀—長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)寬比多介于1∶1～1∶2，陰極發(fā)光CL圖像(圖2)顯示出多數(shù)鋯石內(nèi)部具典型的明暗相間的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，環(huán)帶邊緣均勻、平直，表明其屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物[16]。鋯石U-Pb 測(cè)年結(jié)果見(jiàn)表1。25個(gè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果顯示鋯石的Th/U值介于0.17～61。在鋯石U-Pb 年齡206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖(圖3)中，分析數(shù)據(jù)點(diǎn)均分布在諧和線(xiàn)上及其附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(219.7±1.2) Ma。年齡結(jié)果表明了該正長(zhǎng)花崗巖的形成時(shí)代為晚三疊世。

圖2 正長(zhǎng)花崗巖代表性鋯石的CL圖像Fig.2 CL images of the representative zircons from the syengranite

表1 黑云母二長(zhǎng)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb 同位素測(cè)年數(shù)據(jù) Tab.1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating data of the biotite monzogranite

圖3 正長(zhǎng)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.3 LA-ICP-MS zircon U-Pb age concordia diagram of the syengranite

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

主量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。巖石SiO2含量為76.12%～77.94%， (Na2O+K2O)含量為7.87%～8.67%，K2O/Na2O值1.13～1.39； 貧鋁，Al2O3含量為12.18%～12.84%； 貧鈣、鎂、鐵，CaO含量為0.23%～0.50%，MgO含量為0.04%～0.13%，TFe2O3含量為0.61%～1.56%。計(jì)算得出巖石里特曼指數(shù)為1.63～2.55。A/CNK=0.99～1.13，結(jié)合A/NK-A/CNK圖解(圖4左)和SiO2-K2O圖解(圖4右)，巖石為過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性系列。

表2 正長(zhǎng)花崗巖主量元素和微量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)Tab.2 Analysis results and related parameters of major elements and trace elements of the syengranite

圖4 A/NK-A/CNK圖解(左)和K2O-SiO2圖解(右)[17-18]Fig.4 A/NK - A/CNK diagram (left) and K2O-SiO2 diagram (right)[17-18]

4.2 微量元素

稀土元素含量總和(∑REE含量)為143.31×10-6～277.79×10-6，平均為199.90×10-6。輕稀土總量(∑LREE含量)為96.15×10-6～234.15×10-6，重稀土總量(∑HREE含量)為27.85×10-6～55.46×10-6。(La/Yb)N為1.14～4.15，與圖中(圖5左)平緩右傾稀土配分曲線(xiàn)吻合。(La/Sm)N為1.44～3.49，(Gd/Yb)N為0.55～0.80，說(shuō)明輕稀土分餾程度大于重稀土。δEu為0.01～0.13，表明巖石具有強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常。

圖5 稀土元素配分模式(左)和微量元素蛛網(wǎng)圖(右)[19]Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (left) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram (right)[19]

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素配分圖(圖5右)中，可以看出巖石相對(duì)虧損大離子親石元素Ba、Sr、Eu，而富K、Rb。貧高場(chǎng)強(qiáng)元素Ti，富U、Th、Hf、HREE。造成這種現(xiàn)象可能是由于在巖漿分異演化過(guò)程中，形成了殘留相主要為斜長(zhǎng)石、副礦物的熔體，造成了熔體富集高場(chǎng)強(qiáng)元素，貧大離子親石元素，并出現(xiàn)Eu的負(fù)異常。

5 討論

5.1 巖體形成時(shí)代

從地質(zhì)特征方面看，正長(zhǎng)花崗巖侵入下中二疊統(tǒng)大石寨組火山巖，被上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組不整合覆蓋，這限定了其形成時(shí)代晚于早中二疊世大石寨組而早于晚侏羅世。本次測(cè)定巖體的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(219.7±1.2) Ma，屬于晚三疊世晚期，與野外地質(zhì)事實(shí)吻合，代表了該巖體的侵位年齡。此外，張能[20]、葛文春等[9]、周漪等[21]在該地區(qū)的測(cè)年結(jié)果都證實(shí)了該巖體晚三疊世晚期的侵位年齡。

5.2 巖石類(lèi)型

張旗等[22]認(rèn)為A型花崗巖是富硅、富堿、貧水的花崗巖類(lèi)，地球化學(xué)上以貧Al、Sr、Eu、Ba、Ti、P為特征。晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖同樣在主量元素上富SiO2，平均含量76.87%； 富堿，(Na2O+K2O)含量平均值達(dá)到8.44%； 貧鋁，Al2O3含量平均為12.44%。同時(shí)在正長(zhǎng)花崗巖微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5右)中可以看出，巖石貧Sr、Eu、Ba、Ti、P。Zr+Nb+Ce+Y平均值為389.98×10-6，高于A型花崗巖的下限值350×10-6[23]，10 000×Ga/Al值為3.53～5.09，高于A型花崗巖的下限值2.6[23]。綜上所述，晚三疊世正長(zhǎng)花崗巖為A型花崗巖。

5.3 構(gòu)造環(huán)境

在10 000×Ga/Al-R1圖解(圖6左)中，巖石樣品投點(diǎn)均落入到后造山(PA)構(gòu)造環(huán)境中。在(Y+Nb)-Rb圖解(圖6右)中晚三疊世花崗巖落入板內(nèi)的構(gòu)造環(huán)境，表明晚三疊世時(shí)期，華北板塊與西伯利亞板塊之間的古亞洲洋已經(jīng)閉合，進(jìn)入造山后板內(nèi)巖石圈伸展作用的構(gòu)造環(huán)境。

圖6 R1-(10 000×Ga/Al)構(gòu)造判別圖解(左)和Rb-(Y+Nb)構(gòu)造判別圖解(右)[24-25]Fig.6 R1-10 000×Ga/Al tectonic discrimination diagram(left) and Rb - Y+Nb tectonic discrimination diagram(right)[24-25]

華北板塊與西伯利亞板塊之間的古亞洲洋被學(xué)者認(rèn)為應(yīng)最終于晚古生代末在西拉木倫河—長(zhǎng)春—延吉一線(xiàn)閉合[8，10-11]。A型花崗巖的形成總是與張性背景有關(guān)已是人們的共識(shí)[9]。A型花崗巖根據(jù)其地球化學(xué)特征又可分為2類(lèi)： AA型花崗巖形成于非造山環(huán)境，PA型花崗巖則形成于后造山構(gòu)造環(huán)境[24]。具有PA型花崗巖地球化學(xué)特征的晚三疊世巖體形成于220 Ma左右的事實(shí)，表明了該區(qū)在此時(shí)已結(jié)束塊體拼合歷史而進(jìn)入造山后階段。孫德有等[11]認(rèn)為早中古生代A型花崗巖是造山后或板片斷離作用后巖石圈繼續(xù)伸展導(dǎo)致地殼巖石熔融的結(jié)果。這與葛文春等[9]在烏蘭浩特地區(qū)發(fā)現(xiàn)的印支期PA型花崗巖(查干巖體，鋯石U-Pb年齡為(229±3) Ma、(236±2) Ma)、孫德有等[11]在小興安嶺地區(qū)發(fā)現(xiàn)的印支期PA型花崗巖(清水巖體，鋯石U-Pb年齡為(222±2) Ma)的認(rèn)識(shí)一致。因此，晚三疊世花崗巖是古亞洲洋閉合后造山后的巖石圈伸展作用的產(chǎn)物。

6 結(jié)論

(1)烏蘭浩特眼睛山正長(zhǎng)花崗巖巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(219.7±1.2) Ma，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，認(rèn)為該巖體形成于晚三疊世。

(2)烏蘭浩特眼睛山正長(zhǎng)花崗巖巖體巖石類(lèi)型為A型花崗巖。

(3)烏蘭浩特眼睛山正長(zhǎng)花崗巖是古亞洲洋閉合后的造山后巖石圈伸展作用的產(chǎn)物。