內(nèi)蒙古新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖地球化學(xué)特征及其成因

張書義

（核工業(yè)二四〇研究所，遼寧 沈陽 110032）

中國東北地區(qū)位于興蒙造山帶東段，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化過程［1-4］，該區(qū)古生代受古亞洲洋構(gòu)造域影響，中生代主要受太平洋構(gòu)造域控制。興蒙造山帶并非簡單的西伯利亞板塊和華北板塊之間的縫合帶，而是古亞洲洋在形成、演化和消亡過程中，夾持于兩大板塊間的地塊群沿新林-喜桂圖縫合帶、賀根山-黑河縫合帶及嘉蔭-牡丹江縫合帶閉合形成統(tǒng)一的佳-蒙地塊［5-7］，該聯(lián)合地塊再沿西拉木倫-長春-延吉縫合帶與華北板塊碰撞拼合，沿蒙古-鄂霍茨克縫合帶與西伯利亞板塊拼貼［7］。隨著大量地質(zhì)資料的積累，越來越多的學(xué)者認(rèn)為中國東北地區(qū)尤其是額爾古納地塊可能還受到北部蒙古-鄂霍茨克洋構(gòu)造演化的影響［3］。早期的研究認(rèn)為蒙古-鄂霍茨克洋主要向北俯沖于西伯利亞板塊之下，沒有南向俯沖，國內(nèi)學(xué)者主要強(qiáng)調(diào)蒙古-鄂霍茨克縫合帶造山伸展垮塌階段對大興安嶺北段火山作用的 控 制［8］。近年來的研究顯示，蒙古-鄂霍茨克洋板塊還存在南向俯沖，大興安嶺北部和小興安嶺西北晚三疊-早侏羅世鈣堿性火成巖、中侏羅世S 型花崗巖和晚侏羅-早白堊世A 型花崗巖和火山巖完整記錄了蒙古-鄂霍茨克洋俯沖、碰撞造山-后碰撞伸展的完整演化過程［9-10］。雖然蒙古-鄂霍茨克洋中生代的構(gòu)造演化已經(jīng)比較清晰，但大洋早期的演化歷史至今仍未完全了解，大洋何時開始南向俯沖還一直沒有明確，古生代期間有沒有南向俯沖尚不清楚。

滿洲里新巴爾虎右旗地區(qū)位于緊鄰蒙古-鄂霍茨克縫合帶南部的額爾古納地塊上，該區(qū)分布的晚古生代花崗巖可能記錄了蒙古-鄂霍茨克洋早期演化的動力學(xué)過程。對這些花崗巖的研究，既有助于揭示蒙古-鄂霍茨克洋早期的演化歷史，也能進(jìn)一步充實和完善大興安嶺顯生宙巖漿活動的研究。此外，滿洲里地區(qū)與俄羅斯斯特列利措夫鈾礦田、蒙古多爾諾特鈾礦田屬于同一成礦帶，具有優(yōu)越的鈾成礦地質(zhì)條件。已有的研究表明，俄羅斯斯特列利措夫鈾礦田中，晚古生代花崗巖為鈾成礦提供了豐富的鈾源，是重要的賦礦圍巖［11］。滿洲里地區(qū)晚古生代花崗巖的地球化學(xué)特征能否與斯特列利措夫鈾礦田花崗巖圍巖相對比，它們是否具有相似的成巖物質(zhì)來源和成因特征，是當(dāng)前該區(qū)鈾礦找礦應(yīng)當(dāng)重視與亟待解決的問題。基于此，筆者在相關(guān)項目的支持下，對新巴爾虎右旗晚古生代花崗巖進(jìn)行了年代學(xué)及地球化學(xué)研究工作，探討了其成因及形成時的構(gòu)造背景，以期為蒙古-鄂霍茨克洋早期演化歷史的建立及鈾礦地質(zhì)勘查提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古滿洲里市新巴爾虎右旗，西鄰蒙古國，北鄰俄羅斯，大地構(gòu)造上位于額爾古納地塊之上（圖1）?；字饕獮樾略糯迅泶窠M中淺變質(zhì)巖系，巖性主要有云母石英片巖、綠泥石絹云石英片巖、含石榴石片巖等。中生代火山巖和碎屑沉積巖發(fā)育，自下而上依次為中侏羅統(tǒng)萬寶組（J2w）、塔木蘭溝組（J2tm）、上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組（J3mk）、瑪尼吐組（J3mn）、白音高老組（K1b）、梅勒圖組（K1m）和大磨拐河組（K1d）。萬寶組為一套陸相碎屑及火山碎屑沉積地層，不整合覆蓋在二疊紀(jì)花崗巖上，與上覆塔木蘭溝組火山巖呈平行不整合接觸。塔木蘭溝組火山巖主要為黑色、灰黑色和紅色橄欖玄武巖、輝石玄武巖和玄武安山巖。滿克頭鄂博組與下伏塔木蘭溝組不整合接觸，巖性以灰白色、灰紫色流紋巖及流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主。瑪尼吐組火山巖的巖性主要為角閃黑云粗安巖、黑云母粗安巖和黑云母粗面巖。白音高老組火山巖以流紋巖、珍珠巖和流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、凝灰?guī)r為主。梅勒圖組巖性為玄武巖、安山巖和粗面安山巖。大磨拐河組主要為凝灰質(zhì)砂巖、砂礫巖、礫巖，與下伏梅勒圖組不整合接觸。年代學(xué)研究顯示這些火山巖形成于中侏羅世—早白堊世，時代介于166～125 Ma之間［3］。該區(qū)分布面積最廣的侵入巖為本文所研究的中二疊世花崗巖體，成巖年齡分別為266±3 Ma 和267±3 Ma。該巖體侵入新元古代佳疙瘩組中淺變質(zhì)巖系，并被晚中生代-新生代火山-沉積地層中不整合覆蓋。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖（a）及新巴爾虎右旗地質(zhì)簡圖（b）Fig.1 Sketch geological map（a）and tectonic location（b）of New Barag Right Banner

中二疊世花崗巖主要為花崗閃長巖和二長花崗巖，由于植被覆蓋嚴(yán)重，野外露頭并沒有看到二者明顯的接觸關(guān)系?；◢忛W長巖風(fēng)化面呈紫褐色，新鮮面呈深灰色，半自形細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要為石英、斜長石、角閃石和黑云母，含少量堿性長石。斜長石自形-半自形晶，板柱狀，大小為0.31～1.57 mm，聚片雙晶發(fā)育，含量占45%～50%；石英顆粒較小，它形粒狀，含量占20%～25%；堿性長石多為它形粒狀，大小為0.2～1.5 mm，含量約5%～8%；角閃石呈柱狀，粒徑為1～1.5 mm，含量約10%～15%；黑云母呈片狀，粒徑為0.3～1.0 mm，含量約5%～10%；副礦物榍石自形晶，粒徑為0.31～1.25 mm，高級白干涉色。二長花崗巖風(fēng)化面呈黃褐色，新鮮面呈青灰色，半自形中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。礦物成分主要由斜長石、石英、堿性長石和黑云母組成。斜長石自形板柱狀，粒徑為2～4.5 mm，具聚片雙晶，含量占25%～35%；堿性長石主要是條紋長石和微斜長石，板狀，粒徑為2.5～5 mm，含量占30%～35%；石英它形粒狀，含量占25%～30%；黑云母呈片狀，粒徑為1～1.5 mm，含量占5%～10%；副礦物有榍石、磷灰石、鋯石和磁鐵礦。

2 地球化學(xué)特征

全巖地球化學(xué)分析在核工業(yè)二四〇研究所分析測試中心完成，表1 列出了中二疊世花崗巖代表性樣品的主量和微量元素分析結(jié)果。由表1 可知，新巴爾虎右旗中二疊世花崗閃長巖SiO2含量為63.61%～68.80%，Al2O3含量為14.05%～15.61%，MgO 含量為1.89%～2.61%，Na2O 含量為3.16%～3.89%，K2O 含量為3.36%～3.64%，屬于高鉀鈣堿性系列（圖2a）。A/CNK 和A/NK 值分別為0.92～1.06和1.54～1.58，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗巖（圖2b）。稀土元素總量中等（ΣREE ＝（139.30～148.22）×10-6），配分曲線為輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型，輕重稀土明顯分餾（（La/Yb）N＝7.48～16.53），并具有微弱的負(fù)Eu 異常（δEu＝0.76～0.94）（圖3a）。微量元素組成上，花崗閃長巖明顯富集大離子親石元素Rb、Ba、K、Sr，強(qiáng)烈虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti（圖3b）。巖石Sr 含量較高，為（462.00～704.00）×10-6。

中二疊世二長花崗巖較同期花崗巖更富硅高堿，貧鋁鎂鈣，SiO2含量為71.60%～75.65%，Na2O 含量為3.67%～5.34%，K2O 含量為3.83%～5.27%，MgO 含量為0.10%～0.30%，CaO 含量為0.27%～0.48%。巖石的鋁指數(shù)（A/CNK）介于0.98～1.04，屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗巖（圖2b）。稀土元素總量較高（ΣREE＝（212.57～332.25）×10-6），弱負(fù)Eu異常（δEu＝0.81～0.97），輕重稀土分餾明顯（（La/Yb）N＝11.62～13.00）（圖3a）。微量元素組成上，巖石富集大離子親石元素K、Rb、LREE，虧損Ba、Sr、Nb、Ta、Ti（圖3b）。巖石的Sr 含量相對較低，為（39.00～192.00）×10-6。

3 巖石成因及形成的構(gòu)造背景

3.1 巖漿源區(qū)

中二疊世花崗巖因缺乏同時代的基性巖漿巖，不可能直接由鎂鐵質(zhì)巖漿分異演化而來。巖石中未見鎂鐵質(zhì)包體，不太可能是殼幔巖漿混合作用的產(chǎn)物?；◢弾r明顯富集輕稀土和大離子親石元素、虧損高強(qiáng)場元素的特征說明其物質(zhì)來源為殼源。實驗巖石學(xué)研究表明主量元素組成可以有效判斷花崗巖的源區(qū)，角閃巖源巖熔融形成的花崗巖相對于雜砂巖和泥質(zhì)巖源巖部分熔融的花崗巖具有更高的CaO/（FeOT＋MgO＋TiO2）含量和（Na2O＋K2O）/（FeOT＋MgO＋TiO2）比值［12］。在花崗巖成因判別圖解上（圖4），花崗閃長巖主要落入角閃巖源區(qū)，反映花崗閃長巖的巖漿源區(qū)主要為基性地殼物質(zhì)；二長花崗巖落入角閃巖、雜砂巖和泥質(zhì)巖源區(qū)，巖漿源區(qū)可能有變沉積巖源巖的貢獻(xiàn)。本區(qū)花崗巖的A/CNK 均小于1.1，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石（圖2b），不太可能是由變沉積巖部分熔融的產(chǎn)物。另外，由泥質(zhì)巖部分熔融形成的花崗巖具有較高的Rb/Ba 比值（＞0.33）［13］，研究區(qū)花崗巖的Rb/Ba 比值主要為0.12～0.26，也說明其源巖非泥質(zhì)巖石。該區(qū)佳疙瘩組片巖基底的SiO2含量較高，為66.23%～69.87%，與本文花崗閃長巖的SiO2含量相同，不可能是中二疊世花崗巖的源巖。中二疊世花崗巖的Nb/Ta 比值主要為15.01～18.93，明顯高于大陸地殼平均值（11），而接近地幔巖漿的值（17.5）［14］，說明其可能是新生地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。前人測得研究區(qū)顯生宙各時代花崗巖和長英質(zhì)火山巖的εHf（t）均為正值，二階段Hf 模式年齡主要為新元古代，巖漿主要起源于新元古代新生地殼物質(zhì)的部分熔融［15-16］。本區(qū)中二疊世花崗巖與其他時代花崗巖，尤其是時代接近的晚二疊世花崗巖具有類似的地球化學(xué)特征（圖3），應(yīng)該來自類似的巖漿源區(qū)，主要源于新生地殼物質(zhì)部分熔融。

表1 新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖地球化學(xué)分析結(jié)果（主量元素wB/%；稀土和微量元素wB/10-6）Table 1 Content of major element（wB/%）and REE and trace elements（wB/10-6）of the Middle Permian granites in New Barag Right Banner

圖2 新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖SiO2-K2O 和A/CNK-A/NK 圖解Fig.2 SiO2-K2O and A/CNK-A/NK diagrams for rock types of the Middle Permian granites in New Barag Right Banner

圖3 新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖稀土元素配分模式圖（a）和微量元素蛛網(wǎng)圖（b）Fig.3 Chondrite-normalized REE distribution pattern（a）and primitive mantle-normalized spidergram（b）of the Middle Permian granites in New Barag Right Banner

圖4 新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖源巖判別圖（據(jù)Pati?o，1999［12］）Fig.4 Discrimination diagrams for source rock of the Middle Permian granites in New Barag Right Banner

花崗巖的巖漿源區(qū)根據(jù)HREE 的形式可以細(xì)分為3 類：1）HREE 強(qiáng)烈虧損型，無Eu或正Eu 異常，源區(qū)熔融的殘留相為榴輝巖；2）HREE 平坦分布型，源區(qū)可能有角閃石殘留；3）HREE 虧損-平坦型，弱負(fù)Eu 異常，殘留相有少量斜長石［17］。中二疊世花崗閃長巖和二長花崗巖具有平坦的HREE 配分模式，基本無負(fù)Eu 異常，反映源區(qū)殘留有角閃石。

花崗巖Sr 和Yb 含量與其形成壓力和深度關(guān)系密切［17］。本區(qū)花崗閃長巖和二長花崗巖具有明顯不同的Sr、Yb 含量，反映兩者形成的深度和壓力不同?；◢忛W長巖是高Sr 低Yb 類型的花崗巖（大體相當(dāng)于埃達(dá)克巖），而二長花崗巖屬于低Sr 高Yb 的浙閩型花崗巖（圖5），可能代表了不同深度層次的熔融過程，花崗閃長巖漿的起源深度較二長花崗巖形成的源區(qū)更深。

圖5 新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖Sr-Yb 分類圖（據(jù)張旗等，2008［17］）Fig.5 Sr-Yb diagram of the Middle Permian granites in New Barag Right Banner

3.2 構(gòu)造背景

研究表明，高鉀鈣堿性花崗巖主要形成于活動大陸邊緣和后碰撞環(huán)境［18］。中二疊世花崗巖以花崗閃長巖和二長花崗巖組合為主，部分花崗巖顯示有埃達(dá)克巖的特征，類似于活動大陸邊緣花崗巖的巖石組合。在（Y＋Nb）-Rb 和（Yb＋Ta）-Rb 圖解上［19］，花崗閃長巖和二長花崗巖均落入火山弧區(qū)（圖6），并具有與安第斯活動大陸邊緣花崗巖一致的稀土和微量元素地球化學(xué)特征（圖3），也反映其為活動大陸邊緣環(huán)境的產(chǎn)物。前人研究顯示東北微陸塊在晚古生代之前已經(jīng)拼合在一起，形成統(tǒng)一的佳-蒙地塊［7］。額爾古納地塊位于佳-蒙地塊西北部，該區(qū)晚古生代俯沖相關(guān)的巖漿作用可能與西拉木倫-長春-延吉縫合帶所代表的古亞洲洋北向俯沖有關(guān)，或者與北側(cè)蒙古-鄂霍茨克洋板塊的南向俯沖相聯(lián)系。研究表明，晚古生代-早中生代佳-蒙地塊與華北板塊之間的古亞洲洋自西向東呈剪刀式閉合，西部閉合時間較早，為中二疊世［20］，東部閉合較晚，為早-中三疊世［21］。研究區(qū)位于佳-蒙地塊西北部，距離西拉木倫縫合帶較遠(yuǎn)，且該時期古亞洲洋西部已經(jīng)閉合了，因此難以與古亞洲洋向佳-蒙地塊之下的俯沖相聯(lián)系。近年來對額爾古納地區(qū)中生代火成巖的研究表明，該區(qū)晚二疊世-三疊紀(jì)巖漿巖以鈣堿性火成巖為主，與活動大陸邊緣火山巖的巖石組合相似［3］，同時期發(fā)育斑巖型銅鉬礦，揭示晚二疊-早三疊世蒙古-鄂霍茨克洋板塊存在南向俯沖作用［3］。本區(qū)中二疊世花崗巖具有與晚二疊世花崗巖一致的地球化學(xué)特征，暗示它們均形成于俯沖相關(guān)的構(gòu)造背景，說明蒙古-鄂霍茨克洋板塊向額爾古納地塊之下開始俯沖的時代可以前推至中二疊世或更早，中二疊世花崗巖可能是蒙古-鄂霍茨克洋板塊向南俯沖作用的產(chǎn)物。

圖6 新巴爾虎右旗中二疊世花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖（據(jù)Pearce 等，1984［19］）WPG—板內(nèi)花崗巖；VAG—火山弧花崗巖；syn-COLG—同碰撞花崗巖；ORG—洋中脊花崗巖。Fig.6 Tectonic discrimination diagrams for the Middle Permian granites in New Barag Right Banner

4 結(jié)論

1）中二疊世花崗巖主要由花崗閃長巖和二長花崗巖組成，巖石屬準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列，巖漿源區(qū)為新生地殼。

2）中二疊世花崗閃長巖和二長花崗巖具有活動大陸邊緣花崗巖的巖石組合和地球化學(xué)特征，是蒙古-鄂霍茨克洋板塊南向俯沖環(huán)境下的產(chǎn)物。