烏蘭浩特地區(qū)早白堊世晚期花崗斑巖年代學(xué)、地球化學(xué)特征及其構(gòu)造背景

李中會(huì) 程招勛 李凱

摘要： 內(nèi)蒙古烏蘭浩特地區(qū)出露的2條花崗斑巖帶分布在與嫩江—八里罕斷裂相關(guān)的左行走滑剪切帶內(nèi)。通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，確定該花崗斑巖的形成時(shí)代為124.99±0.99 Ma，屬于早白堊世晚期。地球化學(xué)特征表明，該花崗斑巖SiO2含量為70.56%～78.34%，（Na2O+K2O）為7.10%～8.99%，鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.94～1.20，富硅、堿，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)花崗巖。花崗斑巖稀土元素總量中等，輕、重稀土元素分餾明顯（（La/Yb）N=9.49～ 14.71），Eu負(fù)異常較強(qiáng)（δEu=0.33～0.73），相對(duì)富集大離子親石元素Rb、Ba和高場強(qiáng)元素Th、U，Sr、Nb、Ti相對(duì)虧損，呈明顯負(fù)異常，屬于高分異I型花崗巖。嫩江—八里罕斷裂在早白堊世晚期曾發(fā)生短暫的伸展作用。

關(guān)鍵詞： 花崗斑巖;鋯石U-Pb年齡;早白堊世晚期;嫩江—八里罕斷裂

中圖分類號(hào)：P588.13

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-1871（2020）03-229-08

花崗巖是地殼重要的組成之一，其形成及演化與大地構(gòu)造環(huán)境相關(guān)，為探討大陸動(dòng)力學(xué)問題提供了線索[1]。烏蘭浩特地區(qū)位于大興安嶺東部與松嫩盆地結(jié)合處的嫩江—八里罕斷裂帶上。前人對(duì)嫩江—八里罕斷裂帶韌性剪切帶研究較多[2-4]，而對(duì)沿?cái)嗔褞Оl(fā)育的花崗巖成因、構(gòu)造環(huán)境及其與斷裂帶的關(guān)系研究較少。本文對(duì)烏蘭浩特地區(qū)花崗斑巖開展巖石學(xué)、地球化學(xué)及鋯石U-Pb年代學(xué)研究，分析花崗斑巖的巖石成因及其形成的構(gòu)造環(huán)境，探討巖漿侵位與嫩江—八里罕斷裂的關(guān)系，為進(jìn)一步研究嫩江—八里罕斷裂提供參考。

1 地質(zhì)概況

烏蘭浩特地區(qū)位于西伯利亞克拉通東南緣陸緣增生帶與華北克拉通北緣陸緣增生帶之間的錫林浩特島弧北段，嫩江—八里罕斷裂中段[4]（圖1（a））。研究區(qū)出露的地層主要有古元古代額爾格圖片巖（Pt1e），海相早二疊世壽山溝組（P1ss），中二疊世大石寨組（P2ds）、哲斯組（P2zs），陸相晚二疊世林西組（P3l），早白堊世龍江組（K1l）、光華組（K1gn）及上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組（N2b）。侵入巖以晚二疊世、晚侏羅世二長花崗巖為主，早白堊世花崗斑巖呈NE向帶狀展布。該區(qū)主要發(fā)育NE向左行走滑剪切帶，時(shí)代為早白堊世早中期，早白堊世以后研究區(qū)東南部疊加了NE向嫩江—八里罕隱伏斷裂（F1）[5]（圖1（b））。

2 巖石學(xué)特征

在研究區(qū)西部和東部，多個(gè)花崗斑巖體分別呈NNE向和NE向串珠帶狀展布，與火山巖區(qū)兩側(cè)的韌性剪切帶展布方向一致，出露面積約96.5 km2（圖1（b）），空間上呈寬0.5 m至數(shù)十米不等的脈狀侵入到晚侏羅世花崗巖和早白堊世火山巖中?；◢彴邘r新鮮面呈淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2（a）），由斑晶石英（6%～7%）、斜長石（4%～8%）和堿性長石（3%～15%）和基質(zhì)（70%～85%）組成。顯微鏡下（圖2（b））石英呈它形粒狀，熔蝕渾圓狀、港灣狀，粒徑0.3～2.5 mm;斜長石為半自形板狀，發(fā)育聚片雙晶，多數(shù)為更—中長石，具黏土化、絹云母化，粒徑0.4～1.7 mm;堿性長石呈半自形板狀，簡單雙晶，條紋結(jié)構(gòu)，為條紋長石，具黏土化，粒徑0.5～3.0 mm。基質(zhì)具隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由大量長英質(zhì)隱晶質(zhì)組成，另見少量板條狀長石雛晶和細(xì)小片狀黑云母分布在基質(zhì)中。

3 樣品分析方法

3.1 鋯石U-Pb測年方法

鋯石選自新鮮樣品，挑選、樣品制靶、鋯石陰極發(fā)光圖像分析在北京天和信礦業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司完成，LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年在中國科學(xué)院貴陽地球化學(xué)研究所完成。實(shí)驗(yàn)過程中采用氦氣作為載氣，氬氣為補(bǔ)償氣調(diào)節(jié)靈敏度。激光器工作頻率為10 Hz，測試點(diǎn)的激光束斑直徑為40 μm，剝蝕采樣時(shí)間為50 s。采用哈佛大學(xué)國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為普通鉛外部校正，Plesovice作為質(zhì)量監(jiān)控，年齡計(jì)算采用國際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot（ver3.0）。

3.2 全巖地球化學(xué)分析方法

主量元素、稀土元素和微量元素測試在黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用研究所完成，測試過程均在無污染設(shè)備中進(jìn)行。主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF）完成，稀土元素和微量元素的分析采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）完成，主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，稀土元素和微量元素的分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%。

4 鋯石U-Pb年齡

測年樣品中的鋯石顆粒在透射光和反射光下大部分呈淺黃色-無色，半透明-透明。鋯石粒徑為75～285 μm，呈半自形-自形短柱狀-長柱狀，長寬比為1∶1～4∶1。鋯石陰極發(fā)光圖像（圖3）顯示，鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，均發(fā)育典型的振蕩環(huán)帶，表明為巖漿成因鋯石。選擇了29顆自形程度和透明度較好的巖漿鋯石進(jìn)行年齡測試分析。

花崗斑巖（編號(hào)：D0044B1）LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試結(jié)果見表1。25個(gè)測試點(diǎn)的鋯石U-Pb年齡落在諧和曲線上，鋯石206Pb/238U加權(quán)平均年齡為124.99±0.99 Ma（圖4），表明該花崗斑巖形成于早白堊世晚期。

5 地球化學(xué)特征

5.1 主量元素地球化學(xué)

花崗斑巖主量元素測試結(jié)果見表2。花崗斑巖的SiO2含量為70.56%～78.34%，平均值為74.74%;Al2O3含量為12.03%～15.56%，平均值為13.37%;K2O含量為4.49%～5.17%，平均值為4.69 %;（Na2O+K2O）含量為7.10%～8.99%，平均值為8.29%;里特曼指數(shù)σ<3.3，在A/CNK-A/NK圖解（圖5）中，樣品投影點(diǎn)落入準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)區(qū)，顯示巖石富硅、堿，貧鈣、鎂，屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)—過鋁質(zhì)花崗巖。

5.2 稀土元素和微量元素地球化學(xué)

花崗斑巖稀土元素總量（ΣREE）為（91.97～ 174.04）×10-6，平均值為128.21×10-6。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分曲線為右傾的“海鷗式”（圖6），（La/Yb）N為9.49～14.71，平均值為11.96。重稀土元素曲線平緩，輕、重稀土元素分餾明顯，輕稀土元素相對(duì)富集。δEu為0.33～0.73，平均值為0.46，具有明顯的負(fù)Eu異常。

在花崗斑巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖7）中，富集大離子親石元素Rb、Ba，貧Sr;富集高場強(qiáng)元素Th、U，貧Nb、Ti，Sr、Nb、Ti明顯呈負(fù)異常，Zr含量平均值為161.96×10-6，Y含量平均值為13.5×10-6，Zr、Y含量均較低。

6 花崗斑巖成因及構(gòu)造環(huán)境

6.1 巖石成因

地球化學(xué)特征表明，花崗斑巖富硅、堿，貧鈣、鎂、鋁，輕、重稀土元素分餾明顯，輕稀土元素相對(duì)富集，負(fù)Eu異常明顯，富集大離子親石元素Rb、Ba和高場強(qiáng)元素Th、U，貧Sr、Nb、Ti，反映巖石具有高分異I型花崗巖特征[7]。在花崗斑巖成因類型判別圖（圖8）中，投影點(diǎn)均落入高分異I型花崗巖區(qū)。

原始地幔、下地殼、中地殼和上地殼Th/Nb值分別為0.14、0.24、0.76和0.89[8]。研究區(qū)花崗斑巖Th/Nb值為0.98～4.01，說明花崗斑巖與地殼關(guān)系密切，這與Nb、Ti的負(fù)異常反映巖石殼源特征的結(jié)論一致。研究區(qū)花崗斑巖可能與晚侏羅世—早白堊世大興安嶺基性巖漿底侵[9-10]造成地殼物質(zhì)熔融后形成的高分異型I型花崗巖漿有關(guān)，負(fù)Eu異常反映源區(qū)有斜長石殘留，或反映有顯著的斜長石結(jié)晶分離作用。

6.2 構(gòu)造背景

晚侏羅世—早白堊世，中國東部地區(qū)主要受特提斯洋板塊、古太平洋構(gòu)造域（古太平洋和伊澤納奇板塊）與古歐亞大陸的聯(lián)合作用，大陸地殼向東擴(kuò)張、伸展并發(fā)生斷塊活動(dòng)[11]。區(qū)域地質(zhì)資料表明[6，9-10，12]，晚侏羅世，研究區(qū)處于造山后伸展構(gòu)造環(huán)境，伴有強(qiáng)烈的巖漿活動(dòng);早白堊世，東北地區(qū)已完全進(jìn)入伸展構(gòu)造體制，由SiO2-lg[CaO/（K2O+Na2O）]構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖9）可知，研究區(qū)花崗斑巖形成于拉張構(gòu)造環(huán)境。R1-R2花崗巖構(gòu)造環(huán)境關(guān)系圖（圖10）表明，研究區(qū)花崗斑巖形成于造山晚期—非造山構(gòu)造環(huán)境?；◢彴邘r（Y+Nb）-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖11）顯示，花崗斑巖具有后造山花崗巖的特征， 表明研究區(qū)在早白堊世晚期處于后造山伸展構(gòu)造環(huán)境。

早白堊世晚期，研究區(qū)東側(cè)花崗斑巖帶與嫩江—八里罕斷裂重合，暗示二者具有密切的關(guān)系;花崗斑巖帶還與早白堊世早中期左行走滑剪切帶走向近一致且密切相伴。筆者認(rèn)為，左行走滑剪切帶是嫩江—八里罕斷裂早期的表現(xiàn)形式，控制花崗斑巖形成的NE向造山后伸展斷裂是嫩江—八里罕斷裂的另一表現(xiàn)形式?；◢彴邘r存在沿火山機(jī)構(gòu)環(huán)狀、放射狀斷裂侵入的可能性，但具有一定規(guī)模和呈定向展布的花崗斑巖帶在區(qū)域上并不多見，花崗斑巖帶中單個(gè)花崗斑巖體多數(shù)為長條狀或不規(guī)則透鏡狀，斷續(xù)定向展布，這是區(qū)域性張性斷裂構(gòu)造特征，反映早白堊晚期嫩江—八里罕斷裂在研究區(qū)曾發(fā)生過短暫的伸展作用。

7 結(jié) 論

（1）烏蘭浩特地區(qū)花崗斑巖形成于124.99±0.99 Ma，屬早白堊世晚期。

（2）烏蘭浩特地區(qū)花崗斑巖為高分異型I型花崗巖。嫩江—八里罕斷裂在早白堊世晚期曾發(fā)生過短暫的伸展作用。

參考文獻(xiàn)

[1]趙志雄，熊煜，賈元琴，等.北山獨(dú)龍包地區(qū)晚石炭世陸緣弧巖漿作用——花崗閃長巖鋯石U-Pb年齡及地球化學(xué)證據(jù)[J].地質(zhì)論評(píng)，2018，64（3）：597-609.

[2]韓國卿，劉永江，F(xiàn)RANZ N，等. 松遼盆地西緣邊界斷裂帶中北段尼爾基L 型構(gòu)造巖構(gòu)造年代學(xué)及其構(gòu)造意義[J].巖石學(xué)報(bào)，2014，30（7）：1922-1934.

[3]韓國卿，劉永江， FRANZ N，等. 松遼盆地西緣邊界斷裂帶中南段走滑性質(zhì)、時(shí)間及其位移量[J].中國科學(xué)：地球科學(xué)， 2012， 42 （4）： 471-482.

[4]王東星，賀宏云，趙磊，等.內(nèi)蒙古烏蘭浩特地區(qū)早白堊世韌性變形對(duì)嫩江—八里罕斷裂的響應(yīng)[J].地質(zhì)通報(bào)，2018，37（9）：1704-1709.

[5]黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院.內(nèi)蒙古15萬前公主陵等六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R]. 哈爾濱：黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，2019.

[6]李杰，呂新彪，陳超， 等.大興安嶺中段塔爾氣地區(qū)流紋巖年齡、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]. 地質(zhì)通報(bào)，2016，35（6）：906-918.

[7]吳福元，李獻(xiàn)華，楊進(jìn)輝，等.花崗巖成因研究的若干問題[J].巖石學(xué)報(bào)，2007，23（6）：1217-1238.

[8]ROLLISON H R，YANG X M，YANG X Y， et al. Lithogeochemistry[M].Hefei：University of Science and Technology of China， 2000：1-275.

[9]戴慧敏，楊忠芳，馬振東，等.大興安嶺查巴奇地區(qū)中生代侵入巖巖石地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景[J].中國地質(zhì)，2013，40（1）：232-247.

[10]邵濟(jì)安，張履橋.大興安嶺中生代伸展造山過程中的巖漿作用[J].地學(xué)前緣，1999，6（4）：339-346.

[11]張?jiān)势?東北亞地區(qū)晚侏羅—白堊紀(jì)構(gòu)造格架主體特點(diǎn)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2011，41（5）：1267-1284.

[12]茍軍，孫德有，趙忠華，等.滿洲里南部白音高老組流紋巖鋯石U-Pb定年及巖石成因[J].巖石學(xué)報(bào)，2010，26（1）：333-344.

Abstract：Two granitic porphyry belts outcropped in the Ulanhot area， Inner Mongolia， occur mainly in the sinistral strike-slip shear zone related to the Nenjiang-Balihan fault. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating shows that granitic porphyry formed at 124.99±0.99 Ma， which belongs to the late Early Cretaceous. Geochemical characteristics show that the granitic porphyry has SiO2content of 70.56%～78.34% and（Na2O+K2O）content of 7.10%～8.99%， with A/CNK ratio of 0.94～1.20， and enrichment in Si and alkaline suggests that it belongs to subluminous-peraluminous granite. Granitic porphyry is characterized by medium REE contents， distinct fractionation of LREE and HREE （（La/Yb）N=9.49～14.71）， strong negative Eu anomaly （δEu=0.33～0.73）， relative enrichment of large ion lithophile elements （Rb and Ba） and of high field strength-elements （Th and U）， but relative depletion of Sr， Nb and Ti， with distinct negative anomaly， suggesting that it belongs to highly fractionated I-type granite. It can be concluded in this study that the Nenjiang-Balihan fault in the Ulanhot area experienced a short-period extension in the late Early Cretaceous.

Key words：granitic porphyry;zircon U-Pb dating;Late Early Cretaceous;Nenjiang-Balihan fault