興蒙造山帶西段烏珠新烏蘇花崗巖巖石成因和構(gòu)造背景:地球化學(xué)、U-Pb年代學(xué)和Sr-Nd-Hf同位素約束

華北 高雪 胡兆國 梅貞華 張之武 孟銀生 張保濤 趙磊

1. 中國冶金地質(zhì)總局礦產(chǎn)資源研究院，北京 1001312. 中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院，濟南 2501013. 中國地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，北京 1000834. 中國冶金地質(zhì)總局，北京 1001315. 中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊 0650001.

中亞造山帶是全球最大的增生型造山帶(肖文交等, 2008; 王月古, 2018)，因其漫長而復(fù)雜的構(gòu)造演化過程，一直是國內(nèi)外學(xué)者研究構(gòu)造運動和巖漿活動的焦點，特別是對西伯利亞和華北板塊北緣的碰撞問題進行了多方面的深入研究(Yuanetal., 2016; 王師捷等, 2018)。中亞造山帶是研究金屬礦產(chǎn)富集成礦機制的地球動力學(xué)演化的天然實驗室(肖文交等, 2008; 蔣孝君, 2014; Dengetal., 2016; Shuetal., 2016; Qiuetal., 2019; Zuetal., 2019, 2020)。中亞造山帶東段，即西伯利亞和華北板塊之間的中國境內(nèi)部分，稱為興蒙造山帶。興蒙造山帶中部的錫林浩特地區(qū)、白音烏拉地區(qū)和興蒙造山帶西部的烏梁斯太地區(qū)、二連浩特-賀根山地區(qū)發(fā)育大量A型花崗質(zhì)巖漿活動，對其地球化學(xué)特征、巖石成因與來源、動力學(xué)背景的研究較深入(Shietal., 2004; 張萬益, 2008; 羅紅玲等, 2009; Tongetal., 2015; Zhangetal., 2015; Yuetal., 2020)。然而，有關(guān)古亞洲洋的閉合時限目前尚存在較大爭議，部分學(xué)者認為松遼地體和遼源地體沿索倫-西拉木倫-長春縫合帶在～250Ma的碰撞標(biāo)志著古亞洲洋的閉合(Xiaoetal., 2003; Wuetal., 2011)；也有觀點認為伴隨著早石炭世蛇綠巖在二連東、賀連山等地的發(fā)育，300～330Ma大規(guī)模的花崗質(zhì)巖漿活動形成于張性環(huán)境，代表后造山伸展作用(徐備等, 2014)。

烏珠新烏蘇礦床位于內(nèi)蒙古包頭市達茂旗北約120km，大地構(gòu)造上屬于興蒙造山帶西段，屬白乃廟-哈達廟銅金螢石成礦帶(陳軍強等, 2018)，為近年來中國冶金地質(zhì)總局山東正元地質(zhì)勘查院新發(fā)現(xiàn)的鉛多金屬礦床。截止目前，已發(fā)現(xiàn)工業(yè)鉛多金屬礦體16個，主要礦體5個，主礦種為鉛、鋅，共生銅、金、銀礦。資源儲量為中型，礦床平均品位Pb 2.29%、Zn 2.44%、Cu 1.01%、Au 4.03g/t、Ag 111.2g/t。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育花崗巖體，沿索倫縫合帶出露的花崗巖成巖成礦持續(xù)時限的確定，對于礦床成因與成礦作用，乃至大陸動力學(xué)演化耦合關(guān)系的認識，以及對于總結(jié)成礦規(guī)律、找礦勘探均具有至關(guān)重要的理論和實際意義(Dengetal., 2003, 2015, 2020a, b; Goldfarbetal., 2009, 2010; Groves and Bierlein, 2007; Grovesetal., 2018; Shuetal., 2016; Yangetal., 2016, 2017a; 侯增謙, 2010; 高雪等, 2014; 楊立強等, 2020)。但礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的酸性侵入巖的地球化學(xué)特征、巖石成因、巖漿來源及深部動力學(xué)背景研究程度較低，這嚴重制約了對研究區(qū)巖漿活動與區(qū)域構(gòu)造演化、深部過程的深入探討。因此，本文主要以烏珠新烏蘇花崗巖為研究對象，通過全巖主微量元素地球化學(xué)特征、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)、全巖Sr-Nd同位素及鋯石Lu-Hf同位素等分析手段系統(tǒng)研究，精確厘定礦區(qū)花崗巖的侵位時代，分析其巖石地球化學(xué)屬性，探討其形成的構(gòu)造環(huán)境和深部動力學(xué)過程，為進一步研究興蒙造山帶的構(gòu)造-巖漿演化提供新的證據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

中亞造山帶西起哈薩克斯坦，東至西伯利亞板塊東部，是全球最大的顯生宙陸殼增生與改造最顯著的大陸造山帶(圖1a, Yuanetal., 2016)。興蒙造山帶處于中亞造山帶東段，其中重要的構(gòu)造單元索倫縫合帶通常被認為是古亞洲洋的最終縫合位置(Xiao, 2003; 孟恩等, 2011; 李可等, 2015)?？p合帶南側(cè)為南造山帶，主要地質(zhì)單元包括溫都爾廟俯沖增生雜巖及白乃廟島弧巖系；縫合帶北側(cè)依次劃分為北造山帶、二連-賀根山蛇綠混雜帶和烏梁雅斯太大陸邊緣帶三個構(gòu)造單元(圖1b, Jianetal., 2010; Yuanetal., 2016)。

圖1 中亞構(gòu)造示意圖(a, 據(jù)Yuan et al., 2016修改)、華北板塊-內(nèi)蒙構(gòu)造示意圖(b, 據(jù)Yuan et al., 2016修改)及烏珠新烏蘇礦區(qū)大地構(gòu)造位置圖(c, 據(jù)湯超等, 2013修改)Fig.1 Tectonic framework of central Asian (a, modified after Yuan et al., 2016), sketch geological map of the North China-Mongolia tract (b, modified after Yuan et al., 2016) and the tectonic location of the Wuzhuxinwusu deposit (c, modified after Tang et al., 2013)

烏珠新烏蘇多金屬礦位于興蒙造山帶西段，區(qū)域出露地層從石炭系到第四系均有分布，除中新生代斷陷盆地沉積的白堊系、新近紀和第四系外，出露的地層主要包括上石炭統(tǒng)本巴圖組，巖性為砂巖、凝灰質(zhì)巖、火山巖及灰?guī)r；上石炭-下二疊統(tǒng)阿木山組，巖性為巖屑砂巖、粉砂巖、凝灰?guī)r及生物碎屑灰?guī)r；中下二疊統(tǒng)大石寨組和哲斯組，大石寨組為中酸性火山巖、火山碎屑巖夾黑色灰?guī)r，哲斯組為長石砂巖、粉砂巖及生物碎屑灰?guī)r；侏羅系，上侏羅統(tǒng)為火山巖及火山碎屑巖(圖1c, 湯超等, 2013)。在興蒙造山帶范圍內(nèi)，多種巖石-構(gòu)造單元形成于二疊紀的伸展構(gòu)造背景下(徐備等, 2014)?；?超基性巖體分布于滿都拉南部的胡吉爾特和查干哈達廟地區(qū)，其LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為279±3Ma和274±1Ma(晨辰等, 2012)。沿滿都拉-賽爾音呼都格-烏珠新烏蘇一帶，花崗巖類和閃長巖類呈近東西向分布。賽爾音呼都格出露的二長花崗巖年齡為263±2.6Ma(李尚林等, 1998(1)李尚林，孟二根，李新仁.1998.滿都拉福1:50000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)，礦區(qū)周邊的花崗類巖體年齡未作報道。

2 巖相學(xué)特征及樣品概況

烏珠新烏蘇花崗巖沿烏珠新烏蘇礦區(qū)西部的斷裂帶分布，出露面積約1.8km2(圖2)。

圖2 烏珠新烏蘇鉛多金屬礦床地質(zhì)圖Fig.2 Regional geological map of the Wuzhuxinwusu lead polymetallic deposit

巖石呈淺肉紅色，顯微文象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由鉀長石、斜長石、石英和黑云母和組成，巖石發(fā)生輕微碎裂，發(fā)育少量顯微裂隙；鉀長石呈他形粒狀，粒徑0.5～1.5mm，含量55%～60%，鉀長石干涉色一級灰，多見鉀長石與石英交生構(gòu)成顯微文象結(jié)構(gòu)；斜長石呈半自形柱狀，粒徑多數(shù)為0.5～2mm，含量10%～15%，斜長石表面發(fā)生輕微絹云母化，干涉色一級灰，多數(shù)斜長石發(fā)育聚片雙晶和卡鈉復(fù)合雙晶，常見斜長石邊緣與石英交生構(gòu)成顯微文象結(jié)構(gòu)，偶見斜長石內(nèi)部含磷灰石包裹體；石英呈他形粒狀，粒徑0.1～0.75mm，含量20%～25%，石英表面干凈無色，干涉色一級灰，石英呈填隙狀充填于長石顆粒之間，部分石英與長石交生構(gòu)成顯微文象結(jié)構(gòu)；石英見有擠壓破碎和波狀消光現(xiàn)象。黑云母呈半自形片狀，片徑0.05～1mm，含量2%～3%，具淺黃至淺褐色多色性，發(fā)育一組完全解理，干涉色被自身顏色掩蓋呈淺褐色；巖石內(nèi)部可見少量裂隙，裂隙寬小于0.2mm，裂隙內(nèi)部多被不透明礦物和少量絹云母集合體充填(圖3)。

圖3 烏珠新烏蘇花崗巖正交偏光鏡下特征Bt-黑云母; Qz-石英; Pl-斜長石Fig.3 Micropetrographic photos under cross-polarized light of the granite in Wuzhuxinwusu deposit

本次研究所分析的樣品采自內(nèi)蒙古自治區(qū)達茂旗烏珠新烏蘇多金屬礦區(qū)22件花崗巖巖體樣品，取樣過程中，盡可能采集了遠離礦體且未蝕變的巖石。在對所有采集樣品進行巖相學(xué)觀察的基礎(chǔ)上，篩選10件進行全巖地球化學(xué)成分測試，2件進行鋯石U-Pb定年，10件進行同位素測試。

圖4 烏珠新烏蘇花崗巖TAS圖解(a,底圖據(jù)Middlemost, 1994)和K2O-SiO2圖解(b,底圖據(jù)Rickwood, 1989)文獻數(shù)據(jù)來源：Shi et al., 2004; 張萬益, 2008; 羅紅玲等, 2009; Tong et al., 2015; Zhang et al., 2015.圖5、圖6、圖11、圖13文獻數(shù)據(jù)來源同此圖Fig.4 TAS diagram (a, base map after Middlemost, 1994) and K2O vs. SiO2 diagram (b, base map after Rickwood, 1989) of the granite in Wuzhuxinwusu deposit

3 測試方法

樣品經(jīng)顯微鏡鑒定后，磨制成200目送至中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心進行主、微量元素的測定。主量元素的分析方法為XRF方法，采用ARL 9900XP型X射線熒光光譜儀，檢測溫度為25℃，分析精度小于1%。微量元素分析采用ICP-MS法，將樣品粉末與2%的 HNO3溶解后，采用X Series2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進行測定，檢測溫度為25℃。微量元素分析精度小于1%。微量元素的分析精度和準(zhǔn)確度分別為：Th、U為0.05×10-6，Cs、Sr、Ta為0.1×10-6，Ba為0.5×10-6，Rb、Hf、Nb為0.2×10-6，Zn、Zr為2×10-6，V、Co、Ni、Cr、Cu為1.0×10-6，K、P、Ti為0.01%。稀土元素的分析精度和準(zhǔn)確度除La、Ce、Y為0.5×10-6外，其余分析精度和準(zhǔn)確度全0.05×10-6。

鋯石單礦物的挑選、制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像、LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試均在中國冶金地質(zhì)總局山東局測試中心完成。鋯石單礦物經(jīng)破碎、重選和磁選后，在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒。制靶和陰極發(fā)光(CL)圖像用環(huán)氧樹脂將鋯石固化后對其拋光至中心，然后通過反射光和陰極發(fā)光圖像對鋯石進行仔細觀察并選擇最佳分析點。LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試分析使用的激光剝蝕束斑直徑為30μm、頻率為10Hz、能量密度約為8J/cm2，實驗中He為剝蝕物質(zhì)的載氣，Ar作為補償氣。采用91500(年齡為1064±2Ma)作為外標(biāo)進行基體校正；成分標(biāo)樣采用NIST SRM 610，其中29Si作為內(nèi)標(biāo)元素。樣品的同位素比值及元素含量計算采用ICPMSDATACAL程序，普通鉛校正采用Andersen (2002)提出的ComPbCorr#3.17校正程序，U-Pb諧和圖、年齡分布頻率圖繪制和年齡權(quán)重平均計算采用Isoplot(Ludwig, 2003)程序完成。

鋯石Lu-Hf同位素分析的鋯石點均挑選自LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年的有效點。鋯石Lu-Hf同位素分析在南京聚譜檢測科技有限公司完成。分析采用配備193nm ArF 準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)的多接收器型號電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)進行測試，詳細的操作過程及分析步驟見參考文獻(Wuetal., 2006; Gengetal., 2017)。測試時，束斑直徑為50μm，準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生的深紫外光束經(jīng)勻化光路聚焦于鋯石表面，能量密度為3.5J/cm2，束斑直徑為50μm，頻率為8Hz，共剝蝕40s，剝蝕氣溶膠由He送入MC-ICP-MS完成。測試過程中每隔5顆樣品鋯石，依次測試1顆標(biāo)準(zhǔn)鋯石(包括GJ-1：0.282012；91500：0.282309；Ple?ovice：0.282482；Mud Tank：0.282513；Penglai：0.282906)，以檢驗鋯石Hf同位素比值數(shù)據(jù)質(zhì)量。

Sr、Nd同位素組成測試在在南京聚譜檢測科技有限公司完成。實驗儀器為Nu Plasma II 多接收器電感耦合等離子質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)。分析采用聚四氟乙烯溶樣彈，使用純化HF-HNO3-HCL溶樣，經(jīng)Biorad AG50W-X8陽離子交換柱進行分離。測定過程中，86Sr/88Sr和146Nd/144Nd的比值分別采用0.1194、0.7219進行內(nèi)部校正儀器質(zhì)量分餾，Sr、Nd同位素分別采用國際標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST SRM 987、JNdi-1作為外標(biāo)校正儀器漂移。詳細的分析流程及儀器分析情況見(韋剛健等, 2002; 李壯等, 2019)。分析測試中，NIST SRM 987標(biāo)準(zhǔn)的86Sr/88Sr測定值為=0.51279±0.000017(±2σ)，JNdi-1標(biāo)準(zhǔn)的146Nd/144Nd測定值為=0.703981±0.000009(±2σ)。

4 測試結(jié)果

4.1 全巖主、微量元素

烏珠新烏蘇花崗巖的全巖主量元素含量列于表1中?；◢弾rSiO2含量為73.13%～74.53%，平均值73.64%，顯示高硅的特征；Al2O3含量為13.18%～13.49%，平均值13.38%；K2O含量較高，為4.35%～5.39%，平均值4.90%；Na2O含量略高，為2.79%～3.97%，平均值3.28%；P2O5含量較低，為0.075%～0.11%，平均值0.08%；樣品具有較低的CaO(0.19%～0.89%，平均為0.51%)、MgO(0.31%～0.44%，平均為0.38%)、TiO2(0.33%～0.35%，平均為0.34%)以及較高的全鐵含量(1.48%～2.52%，平均為2.04%)，Mg#為11.0～13.6。

圖5 烏珠新烏蘇花崗巖哈克圖解Fig.5 Harker diagrams of the granite in Wuzhuxinwusu deposit

圖6 烏珠新烏蘇花崗巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalization value after Boynton, 1984) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, normalization values after Sun and McDonough, 1989) of the granite in Wuzhuxinwusu deposit

花崗巖的鋁飽和指數(shù)A/CNK比值為1.49～1.56。巖石全堿TAS圖解中(Middlemost, 1994)(圖4a)，樣品數(shù)據(jù)點均落在花崗巖區(qū)域，巖石類型與室內(nèi)鏡下鑒定結(jié)果一致。在SiO2-K2O的地球化學(xué)判別圖解中，樣品顯示為高鉀鈣堿性系列的花崗巖(圖4b)，與興蒙造山帶中西部的二連浩特-賀根山地區(qū)堿性花崗巖、錫林浩特A型花崗巖、白音烏拉A型花崗巖、烏梁斯太A型花崗巖的主量元素特征基本一致(Hongetal., 1996; Zhangetal., 2008a; 羅紅玲等, 2009)。在哈克圖解中，樣品的SiO2與TiO2、MgO、CaO、MnO、Al2O3、P2O5的含量沒有明顯的相關(guān)關(guān)系(圖5)。

烏珠新烏蘇花崗巖的稀土總量較富集，∑REE為174.8×10-6～213.7×10-6，平均為194.2×10-6，略高于地殼巖漿巖平均值(164×10-6, 趙凱等, 2020)。LREE為143.5×10-6～182.0×10-6，平均162.2×10-6，HREE為30.49×10-6～34.78×10-6，平均32.09×10-6。LREE/HREE為4.51～5.74，平均5.05。烏珠新烏蘇花崗巖的微量元素特征與興蒙造山帶中西部錫林浩特A型花崗巖、白音烏拉A型花崗巖、烏梁斯太A型花崗巖基本一致(圖6)。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(圖6a)中，烏珠新烏蘇花崗巖呈典型的燕式分布的REE型式(張旗等, 2008; 趙凱等, 2020)，具有總體右傾，LREE富集，HREE相對虧損的特點。其中，(La/Yb)N為3.68～5.41，(Ce/Yb)N為2.99～4.36，表明輕稀土分餾程度較重稀土更為顯著(Dengetal., 2017)。Eu負異常較明顯(δEu=0.12～0.29，平均0.20)，說明巖漿演化過程中發(fā)生結(jié)晶分異作用或部分熔融過程中源區(qū)有斜長石的殘留(高雪, 2018)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛圖解顯示(圖6b)，烏珠新烏蘇花崗巖總體富集Rb、Th、Ta、La、Nd、Hf，略微虧損Ba、Nb，強烈虧損K、Sr、P、Ti等元素。

4.2 鋯石U-Pb年齡

本文對2件花崗巖開展了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，樣品編號分別為TW03和TW06。鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)及計算結(jié)果詳見表2；鋯石陰極發(fā)光圖像、LA-ICP-MS U-Pb年齡一致曲線和加權(quán)平均年齡譜圖見圖7。鋯石CL形態(tài)特征顯示，花崗巖的鋯石普遍呈灰白色，半自形-自形晶，主要呈長柱狀晶體，少量呈短柱狀，其長軸長度為50～160μm，長短軸之比多為1:1～1:2(圖7a, d)。

表1 烏珠新烏蘇花崗巖主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)測試結(jié)果

表2 烏珠新烏蘇花崗巖LA-ICP-MS鋯石測年數(shù)據(jù)

圖7 烏珠新烏蘇花崗巖(樣品TW03和TW06)鋯石陰極發(fā)光圖像(a、d)、LA-ICP-MS U-Pb年齡一致曲線(b、e)和加權(quán)平均年齡譜圖(c、f)Fig.7 Cathodoluminesecence images (a, d), U-Pb concordant age (b, e) and weighted mean zircon 206Pb/238U age (c, f) of the granites (Sample TW03 and Sample TW06) in Wuzhuxinwusu deposit

圖8 烏珠新烏蘇花崗巖t-εNd(t)(a)和(87Sr/86Sr)i-εNd(t)(b)(底圖據(jù)Zindler and Hart, 1986; Yang et al., 2017b修改)文獻數(shù)據(jù)來源于Zhang, 2008b; Tong et al., 2015; Zhang et al., 2015Fig.8 The t vs. εNd(t) diagram (a) and (87Sr/86Sr)i vs. εNd(t) diagram of the granite in Wuzhuxinwusu deposit (base map modified after Zindler and Hart, 1986; Yang et al., 2017b)

花崗巖樣品(TW03和TW06)共完成37個鋯石點分析，Th含量為86.5×10-6～223.9×10-6，U含量為187.8×10-6～363.1×10-6，Th/U比值為0.41～0.62，具典型的巖漿鋯石特征。樣品(TW03)17個測點獲得的206Pb/238U年齡一致曲線和加權(quán)平均結(jié)果為279±2.7Ma(MSWD=1.16)(圖7b, c)；樣品(TW06)20個測點獲得的206Pb/238U年齡一致曲線和加權(quán)平均結(jié)果為276±1.9Ma(MSWD=0.69)(圖7e, f)。2個巖石樣品的平均加權(quán)年齡在誤差范圍內(nèi)重疊，表明此年齡值可代表巖石的結(jié)晶年齡，巖體侵位時代為早二疊世。

表3 烏珠新烏蘇花崗巖全巖 Sr-Nd同位素分析結(jié)果

4.3 全巖Sr-Nd同位素

烏珠新烏蘇花崗巖Sr-Nd同位素組成測定結(jié)果見表3和圖8，花崗巖的初始Sr-Nd同位素組成分別用其對應(yīng)的巖石鋯石U-Pb年齡值279.0Ma和276.0Ma進行校正計算。烏珠新烏蘇花崗巖的87Sr/86Sr比值變化范圍為0.7260～0.7359，平均值為0.7313，遠高于原始地?，F(xiàn)在值(87Sr/86Sr=0.7045; DePaolo and Wasserburg, 1976)；143Nd/144Nd變化范圍為0.512387～0.512420，平均值為0.512401，略低于原始地?，F(xiàn)今值(143Nd/144Nd=0.512638; Jacobsen and Wasserburg, 1984)。根據(jù)U-Pb定年結(jié)果，計算獲得(87Sr/86Sr)i為0.7021～0.7054，平均值為0.7035，εNd(t)介于2.1～2.7之間，平均值為2.4，二階段Nd模式年齡為825～874Ma，平均值為854Ma。(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解中，樣品點分布較集中，與興蒙造山帶中西部的白音烏拉A型花崗巖、二連浩特-賀根山地區(qū)堿性花崗巖部分重合(圖8b)。

表4 烏珠新烏蘇花崗巖的鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果

圖9 烏珠新烏蘇花崗巖鋯石176Lu/177Hf-176Hf/177Hf關(guān)系(a)及鋯石tDM2(Ma)統(tǒng)計直方圖(b)文獻數(shù)據(jù)來源于Tong et al., 2015；圖12同F(xiàn)ig.9 Plot of 176Lu/177Hf vs. 176Lu/177Hf (a) and tDM2 (Ma) histogram (b) of zircon for the granites in Wuzhuxinwusu deposit

4.4 鋯石Lu-Hf同位素特征

烏珠新烏蘇鉛多金屬礦花崗巖鋯石Lu-Hf同位素分析結(jié)果見表4和圖9?；◢弾r鋯石初始(176Hf/177Hf)i值為0.282763～0.282884，平均值為0.282839；鋯石176Yb/177Hf值為0.040465～0.079393，平均值為0.058596；鋯石176Lu/177Hf值為0.001386～0.002658，平均值為0.001932，平均值小于0.0020，且大部分鋯石176Lu/177Hf值小于0.0020，顯示鋯石在形成之后放射成因Hf的積累極為有限。176Lu/177Hf-176Hf/177Hf圖解上(圖9a)，樣品點較集中，并且與二連浩特-賀根山地區(qū)堿性花崗巖部分重合；鋯石εHf(t)值為7.7～10.2，平均值為8.5；鋯石一階模式年齡值(tDM1)為521～706Ma，平均年齡為586Ma；鋯石二階模式年齡值(tDM2)為655～931Ma，平均年齡為757Ma；fLu/Hf值為-0.96～-0.92，平均值為-0.94(圖9b)。

5 討論

5.1 巖漿侵位時限

烏珠新烏蘇花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為279±2.7Ma和276±1.9Ma，表明該巖體侵位于早二疊世晚期。烏珠新烏蘇花崗巖與索倫縫合帶北緣的二疊紀A型花崗巖一致，與沿赤峰-白云鄂博的索倫縫合帶南緣發(fā)育的二疊紀花崗巖相對稱，它們可能均屬于后碰撞階段的產(chǎn)物(Shietal., 2004; 張萬益, 2008; 羅紅玲等, 2009; Tongetal., 2015; Zhangetal., 2015)。此外，沿索倫縫合帶北緣，從滿都拉向東，二連浩特-賀根山地區(qū)的洪格爾(Hongol)和寶拉格(Baolag)花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡分別為275.6±1.2Ma和284.5±0.9Ma(Tongetal., 2015)，白音烏拉A型花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為279.2±0.9Ma(Tongetal., 2015)，賀根山輝長巖、基性巖墻的SHRIMP年齡為298～295Ma(Miaoetal., 2008)；沿赤峰-白云鄂博的索倫縫合帶南緣，狼山西段大羊圈二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為276±2.5Ma(張永全, 2012)，烏梁斯太A型花崗巖的SHRIMP年齡為277±3Ma(羅紅玲等, 2009)，白云鄂博花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為243.2～293.8Ma(Tongetal., 2015)，四子王旗烏爾塔高勒廟角閃正長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為271±18Ma(柳長峰, 2011)，土牧爾臺地區(qū)花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為275.3±2.6Ma(王師捷等, 2018)，太仆寺臥牛山花崗閃長巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為274.7±1.2Ma(夏艷菊等, 2016)，巴林左旗白音諾爾花崗(閃長)巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為272.9～275.2Ma(Shuetal., 2013)。各巖體分布的位置及測定的年齡見圖10。

圖10 內(nèi)蒙古中部二疊紀侵入巖分布圖(據(jù)Xiao et al., 2003; 羅紅玲等, 2009修改)Fig.10 Geological map of central Inner Mongolia to show the distribution of Permian granitions (modified after Xiao et al., 2003; Luo et al., 2009)

圖11 烏珠新烏蘇花崗巖成因類型判別圖解(底圖據(jù)Whalen et al., 1987; 吳才來等, 2014)Fig.11 Granite discriminant diagram of the granite in Wuzhuxinwusu deposit (base map after Whalen et al., 1987; Wu et al., 2014)

圖12 烏珠新烏蘇花崗巖的鋯石Hf同位素圖解(底圖據(jù)Yang et al., 2015a, b)Fig.12 Diagrams of Hf isotope of zircon from the granites in Wuzhuxinwusu deposit (base map modified after Yang et al., 2015a, b)

圖13 烏珠新烏蘇花崗巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)Pearce et al., 1984; Eby, 1992)(a) Rb-Y+Nb圖解；(b) Nb-Y-Ce圖解Fig.13 Tectonic discriminant diagrams of the granites in Wuzhuxinwusu deposit (based map after Pearce et al., 1984; Eby, 1992)

5.2 巖石成因與巖漿來源

準(zhǔn)確判定巖石成因類型對于深入分析巖漿源區(qū)和巖漿作用過程具有重要意義(Yangetal., 2017c; Dengetal., 2018; Qiuetal., 2020)。通常認為I型花崗巖來源于火成巖，而S型花崗巖來源于沉積巖的再熔融，M型則來自于地幔(翟明國, 2017; Qiu and Deng, 2017)。而A型花崗巖與源巖無關(guān)，代表產(chǎn)于伸展構(gòu)造背景中高溫?zé)o水的花崗巖，其以“富堿”、“無水”、“非造山”為特征，A型花崗巖最重要的地球化學(xué)特征是富SiO2，貧Al2O3、Sr、Ba、Eu、Ti和P，具有明顯的負銪異常，富鉀(K2O=4%～6%或更高)也是A型花崗巖最突出的特征(張旗等, 2008; 楊立強等, 2015)。從巖石類型上，A型花崗巖也可以是堿性花崗巖，同時也可能是鈣堿性、弱堿-準(zhǔn)鋁、弱過鋁花崗巖(許保良等, 1998)。劉昌實等(2003)將A型花崗巖劃分為過堿性和鋁質(zhì)兩類，堿性或者過堿性類花崗巖通常含有鐵橄欖石、鈣鐵輝石、霓石、鈉閃石等鎂鐵質(zhì)礦物，而鋁質(zhì)花崗巖則一般出現(xiàn)堿性長石和斜長石兩類長石為主。烏珠新烏蘇花崗巖主要由石英、斜長石和鉀長石組成，SiO2含量整體較高，富K2O(4.35%～5.39%，平均4.90%)，CaO(0.19%～0.89%，平均0.51%)、MgO(0.33%～0.35%，平均0.34%)、TiO2(1.48%～2.52%，平均為2.04%)，略微虧損Ba、Nb，強烈虧損Sr、P、Ti等元素(表1)。烏珠新烏蘇花崗巖的REE分配曲線呈現(xiàn)燕式分布，且具有明顯的負銪異常(δEu<0.30)(圖6a)，礦物組合以及這些重要的地球化學(xué)特征與A型花崗巖比較類似(Pearceetal., 1984; Whalenetal., 1987)。在巖石成因類型判別圖解(圖11a-d)中，所有樣品均位于A型花崗巖區(qū)域內(nèi)；樣品點與興蒙造山帶中西部錫林浩特A型花崗巖、白音烏拉A型花崗巖和烏梁斯太A型花崗巖范圍一致，進一步表明烏珠新烏蘇花崗巖為A型花崗巖。

烏珠新烏蘇花崗巖中鋯石的εHf(t)值較高，為+7.7～+10.2，平均值為+8.5；在t-εHf(t)圖解中(圖12a)和在t-176Hf/177Hf圖解中(圖12b)，數(shù)據(jù)點均完全落入二連浩特-賀根山地區(qū)堿性花崗巖范圍內(nèi)；其中，t-εHf(t)圖解中，數(shù)據(jù)點落入球粒隕石Hf同位素演化線之上，呈富集特點；t-176Hf/177Hf圖解中，數(shù)據(jù)點落入球粒隕石Hf同位素演化線和虧損地幔之間區(qū)域內(nèi)，呈富集特征，這表明烏珠新烏蘇花崗巖為新生地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

5.3 構(gòu)造環(huán)境與演化過程

烏珠新烏蘇花崗巖的Sr含量(42.5×10-6～52.9×10-6)，Yb含量(4.91×10-6～6.20×10-6)，Eu負異常(0.12～0.29)，符合典型南嶺型花崗巖的低Sr、高Yb、Eu負異常的特點(張旗等, 2008; 羅紅玲等, 2009)，形成于造山后地殼減薄階段。

在Rb-Y+Nb圖解中(圖13a)，樣品點較集中，與興蒙造山帶中西部錫林浩特A型花崗巖、白音烏拉A型花崗巖、烏梁斯太A型花崗巖、二連浩特-賀根山地區(qū)部分重合，顯示了后碰撞花崗巖的特征，且分布比較集中；在Nb-Y-Ce圖解中(圖13b)，樣品點較集中，所有的樣品點均落入A2區(qū)域，同時均落入二連浩特-賀根山地區(qū)二疊世A型花崗巖范圍，也表明后碰撞花崗巖的的特征(Pearceetal., 1984; Eby, 1992; Tongetal., 2015; Wuetal., 2018)。

烏珠新烏蘇花崗巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為279±2.7Ma和276±1.9Ma，表明該巖體侵位于早二疊世晚期。興蒙造山帶中部的錫林浩特地區(qū)的流紋巖和花崗巖SHRIMP年齡分別為279±3Ma和276±2Ma(Shietal., 2004; Zhangetal., 2008b)，與烏珠新烏蘇花崗巖年齡一致。

烏珠新烏蘇花崗巖與西烏珠穆沁旗二疊紀A型花崗巖、錫林浩特A型花崗巖、白音烏拉A型花崗巖、賽音烏蘇花崗巖類的地球化學(xué)特征基本一致(Hongetal., 1996; Zhangetal., 2008b; 羅紅玲等, 2009)。與索倫縫合帶北側(cè)的博格達汗(Khan Bogd)堿性花崗巖的性質(zhì)類似，不同之處在于后者強烈富集稀有金屬(Kovalenkoetal., 2007)。巖性的差異可能與巖漿源區(qū)、巖漿熔融的物理化學(xué)條件、巖漿侵位時的混染作用、成巖過程差異以及區(qū)域上的碰撞后的伸展作用有關(guān)，但這些巖漿巖的侵位年齡集中在294～252Ma，而與俯沖相關(guān)的巖漿巖具有較長的演化歷史。這些特征表明，烏珠新烏蘇花崗巖與本地區(qū)的堿性花崗巖、A型花崗巖及基性-超基性巖石屬于同期侵位，符合興蒙造山帶后碰撞演化階段巖漿巖類型的多樣性、巨量巖漿侵位以及巖石組合特征(肖文交等, 2008; 蔣孝君, 2014)。

6 結(jié)論

(1)烏珠新烏蘇花崗巖具有富堿高鉀的特征，屬于高鉀鈣堿性系列巖石。富集大離子親石元素K、部分高場強元素(Th、Ta、Hf)及輕稀土元素，重稀土元素虧損，Eu負異常明顯。

(2)烏珠新烏蘇花崗巖的全巖(87Sr/86Sr)i比值(0.702132～0.705403)、εNd(t)值(2.12～2.69)和鋯石εHf(t)(7.7～10.2)以及相對年輕的虧損地幔模式年齡(Nd的tDM2為826～874Ma；Hf的tDM2為655～931Ma)，表明烏珠新烏蘇花崗巖可能形成于新元古代新生地殼的部分熔融。

(3)烏珠新烏蘇花崗巖鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為279±2.7Ma和276±1.9Ma，限定了研究區(qū)以花崗質(zhì)巖漿的侵位年齡為274～282Ma，表明其形成于興蒙造山帶后碰撞演化階段，為重建興蒙造山帶二疊紀的構(gòu)造格架提供了年代學(xué)證據(jù)。

致謝感謝楊立強教授、張良博士、熊伊曲博士、俎波博士在野外地質(zhì)工作、鋯石U-Pb測年過程中給予的熱心幫助；衷心感謝兩位匿名審稿專家提出寶貴的修改意見。