內(nèi)蒙古烏拉特中旗新忽熱地區(qū)二疊紀(jì)花崗巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

俞嘉嘉，周萬蓬，孫遠(yuǎn)強(qiáng)，孟艷寧，陳金勇，邱林飛，惠小朝

1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，北京 100029;2.東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330013

0 引言

古亞洲洋的閉合問題是華北板塊和西伯利亞板塊的研究熱點(diǎn)，索倫山縫合帶被認(rèn)為是兩大板塊最后碰撞縫合的位置。目前，對于古亞洲洋的閉合時(shí)間仍存在爭議：一種觀點(diǎn)認(rèn)為古亞洲洋閉合時(shí)間在晚泥盆世末—早石炭世末[1--4]；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為閉合時(shí)間在晚古生代末—早中生代[5--10]。爭議存在的原因主要是華北地塊出露的蛇綠巖分布較廣，類型復(fù)雜，造山構(gòu)造運(yùn)動和巖漿活動多次疊加，使得蛇綠巖蝕變強(qiáng)烈，且分布零散，以至對構(gòu)造環(huán)境判別和定年存在不確定性[11--12]。

烏拉特中旗新忽熱地區(qū)構(gòu)造位置上處于華北克拉通北緣中段，北部緊鄰索倫山縫合帶，是研究古亞洲洋閉合時(shí)限的有利地區(qū)，前人在此做了大量研究：趙磊等[13]對溫更地區(qū)北七哥陶橄欖輝長巖定年顯示為(269±8)Ma，認(rèn)為橄欖輝長巖產(chǎn)于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境，是古亞洲洋俯沖消減過程中再循環(huán)下地殼組分對巖石圈地幔改造的產(chǎn)物。王挽瓊等[14]對德爾斯地區(qū)黑云母二長花崗巖定年為(279±3)Ma、(266±3)Ma，即早、中二疊世，研究認(rèn)為巖石形成于活動大陸邊緣環(huán)境，該時(shí)期古亞洲洋板塊仍處于向華北克拉通北緣俯沖的狀態(tài)。郝增元等[15]對石哈河黑云母二長花崗巖研究認(rèn)為洋殼俯沖階段轉(zhuǎn)入陸--陸碰撞階段的時(shí)間上限應(yīng)晚于早二疊世晚期；趙廣明等[16]對拉嘎烏蘇巖體黑云母二長花崗巖定年顯示(450±4)Ma，指示古亞洲洋向華北板塊北緣俯沖不晚于晚奧陶世。

針對前人對古亞洲洋閉合時(shí)限的爭議，筆者對烏拉特中旗新忽熱地區(qū)出露的二疊紀(jì)花崗巖進(jìn)行地球化學(xué)分析，探討其成因及形成構(gòu)造背景，為確定古亞洲洋閉合過程提供進(jìn)一步線索支撐。

1 地質(zhì)概況

興蒙造山帶記錄了古亞洲洋俯沖及西伯利亞和華北板塊碰撞拼合的重要信息，其構(gòu)造活動主要發(fā)生在早--晚古生代時(shí)期，自北向南形成了烏里雅斯太活動陸緣、賀根山蛇綠巖混雜巖帶、寶力道胡島弧增生帶、索倫—林西縫合帶、溫都爾廟俯沖增生雜巖帶等構(gòu)造單元，最南側(cè)以赤峰—白云鄂博斷裂為界與華北陸塊分隔(圖1)[17--18]。

內(nèi)蒙古烏拉特中旗新忽熱地區(qū)位于華北板塊北緣中西段，北鄰興蒙造山帶南緣(溫都爾廟俯沖增生雜巖帶)，南倚華北前寒武紀(jì)克拉通(圖1a)[19]。區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂為查干陶勒蓋—西烏蘭陶勒蓋—東豪斷裂帶，呈北NWW分布。巖漿活動以海西期巖漿活動為主，在新忽熱地區(qū)，呈不同形態(tài)的巖株產(chǎn)出，近NWW向或EW向展布，展布方向與區(qū)內(nèi)總體構(gòu)造線方向一致。出露巖漿主要有片麻狀黑云母花崗巖、石英閃長巖、花崗閃長巖、閃長巖、黑云母花崗巖和黑云母二長花崗巖等。二疊紀(jì)黑云母花崗巖和黑云二長花崗巖呈巖株、巖墻侵入于新元古代黑云母花崗巖和石炭紀(jì)的石英閃長巖、花崗巖閃長巖、閃長巖中(圖1b)。根據(jù)1∶50 000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究，本文所采集的黑云母花崗巖、黑云母二長花崗巖形成于二疊紀(jì)(1)內(nèi)蒙古有色地質(zhì)礦業(yè)有限責(zé)任公司. 內(nèi)蒙古烏拉特中旗角力格太地區(qū)1∶50 000角力格太幅 (K49E014004)、巴音溫都爾幅 (K49E014005)、巴音哈太蘇木幅 (K49E015004)、新忽熱蘇木幅 (K49E015005)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告[R]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古有色地質(zhì)礦業(yè)有限責(zé)任公司, 2010.，鋯石U--Pb年齡為275 Ma。

2 巖石化學(xué)特征

2.1 樣品采集與分析方法

野外共采集11個(gè)樣品，其中5個(gè)黑云母花崗巖，6個(gè)黑云母二長花崗巖。主量元素分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所完成，由AB104L，Axios-max波長色散X--射線熒光光譜儀測試；微量元素分析由DRC--E等離子體質(zhì)譜儀測試。

2.2 主量元素

主量元素測試結(jié)果見表1。巖石中SiO2含量為72.34%～76.54%，Al2O3含量為12.60%～15.55%，(Na2O+K2O)=6.66%～9.30%，相對富鉀K2O/Na2O=0.25～3.58，F(xiàn)e2O3t含量為0.42%～1.72%(平均0.85%)，具有較低的MgO、MnO、CaO、TiO2、P2O5含量，A/CNK=1.07～1.21，里特曼指數(shù)(σ)1.47～2.88，均值2.36(σ<3.3)。從SiO2-(Na2O+K2O+CaO)圖解(圖2a)和A/CNK-A/NK圖解(圖2b)中可知，其屬于堿鈣性系列、弱過鋁質(zhì)花崗巖類。

2.3 微量元素

微量元素測試結(jié)果如表2所示。稀土元素配分曲線表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土虧損的右傾型(圖3a)。稀土總量(∑REE)為(94.53～650.06)×10-6(均值為245.11×10-6)，輕重稀土發(fā)生明顯分餾作用，LREE/HREE=24.94～56.14(均值40.20)；(La/Yb)N=42.39～284.16(均值132.18)，具弱負(fù)銪異常(δEu=0.35～1.88，均值0.85)，無鈰異常(δCe=0.93～1.32，均值1.07)。微量元素蛛網(wǎng)圖(圖3b)顯示富集大離子親石元素K、Rb、Sr等元素，相對虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta和Ti等元素。

1.第四系砂土；2.新近系寶格達(dá)烏拉組：砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂礫巖；3.新近系漢諾壩組致密塊狀玄武巖；4.長城系尖山組：板巖夾變質(zhì)砂巖；5.烏拉特巖群黑云斜長片麻巖；6.二疊紀(jì)中細(xì)粒黑云母花崗巖；7.石炭紀(jì)花崗閃長巖；8.石炭紀(jì)石英閃長巖；9.石炭紀(jì)閃長巖；10.石炭紀(jì)輝綠輝長巖；11.逆斷層；12.推測斷層；13.研究區(qū)；14.采樣點(diǎn)。

表1 主量元素分析結(jié)果

圖2 花崗巖的SiO2-(Na2O+K2O-CaO)圖解(a)和A/CNK-A/NK圖解(b)

3 討論

3.1 巖石成因判別

黑云母花崗巖和黑云母二長花崗巖均屬于富硅、富鉀、低鈣磷鈦，堿鈣性系列，弱過鋁質(zhì)巖石，輕稀土元素富集，重稀土元素相對虧損，具弱負(fù)銪異常，無鈰異常；微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖3)，相對富集K、Rb、Ba等元素，虧損Nb、P、Ti等元素，該特征指示了物質(zhì)來源于殼源地區(qū)。分異指數(shù)(DI)83.17～95.75(均值92.56)；P2O5(0.02%～0.19%)、TiO2(0.02%～0.11%)與SiO2之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，指示其具I型花崗巖特征[20]。Rb值22.00×10-6～175.00×10-6(均值90.04×10-6)、Y值1.36×10-6～6.53×10-6(均值4.23×10-6)，Rb--Y之間負(fù)相關(guān)關(guān)系指示其為I型花崗巖[21]。結(jié)合花崗巖類成因判別圖解(圖4)，可知其屬于高分異I型花崗巖類。

a. 10 000 Ga/Al--Y判別圖解；b. 10 000 Ga/Al--Y--FeO/MgO判別圖解；c. SiO2--Ce判別圖解；d. Zr--TiO2判別圖解。

Sr值(165～754)×10-6(均值353.00×10-6)，Yb值(0.08～0.75)×10-6(均值0.46×10-6)，如圖5所示，大部分樣品點(diǎn)落于低Sr低Yb類型，少部分落于高Sr低Yb類型；低Sr低Yb型花崗巖可能形成于中等壓力，高Sr低Yb類型可能形成于高壓環(huán)境，前者形成深度為30 km，極限深度可能接近50 km；后者形成深度>40 km，極限深度可能>50 km[25--26]。由此可知，研究區(qū)花崗巖可能來源于中上地殼。

Ⅰ. 高Sr低Yb；Ⅱ. 低Sr低Yb；Ⅲ. 高Sr高Yb；Ⅳ. 低Sr高Yb；Ⅴ. 極低Sr高Yb。

3.2 構(gòu)造背景

對于古亞洲洋閉合問題，近年來取得了大量研究成果：關(guān)慶彬等[27]對興蒙造山帶南緣東段和龍地區(qū)I型花崗巖的研究表明，晚二疊世早期古亞洲洋板塊俯沖于華北克拉通之下，中三疊世華北克拉通與興凱地塊碰撞拼合，即最終閉合時(shí)間為晚二疊世末—早三疊世。劉建峰等[28]對西拉木倫河蛇綠巖帶東段的九井子蛇綠巖中輝長巖脈及蛇綠巖的圍巖進(jìn)行研究，結(jié)果顯示九井子蛇綠巖構(gòu)造侵位時(shí)代為晚二疊世末—早三疊世初，該時(shí)間可能為古亞洲洋的最終閉合時(shí)代。周志廣等[29]通過對內(nèi)蒙古白乃廟逆沖推覆構(gòu)造的研究顯示，晚二疊世至早三疊世，白乃廟逆沖斷層晚期活動可能是古亞洲洋最終閉合的構(gòu)造表現(xiàn)。王師捷等[30]對華北板塊北緣中段土木爾臺地區(qū)的花崗閃長巖--蘇長輝長巖的研究認(rèn)為巖體形成于俯沖構(gòu)造背景下，同時(shí)在早二疊世時(shí)期，古亞洲洋仍未完全閉合。郭碩等[31]對內(nèi)蒙古狼山西北緣烏蘭敖包地區(qū)“阿木山組”的沉積學(xué)研究表明，早--中二疊世古亞洲洋處于向華北板塊俯沖的巖漿弧環(huán)境。王師捷等[32]通過對蘇尼特右旗地區(qū)沉積地層及火山巖的研究認(rèn)為，早--中二疊世時(shí)期，在俯沖背景下，發(fā)育三面井組和大量陸緣弧火山巖，此時(shí)古亞洋州仍存在；晚二疊世之后，碰撞結(jié)束，古亞洲洋逐漸消失，區(qū)域出現(xiàn)大量A型花崗巖，指示了該時(shí)期處于后碰撞伸展環(huán)境。卜建軍等[33]通過古生物地層學(xué)的推測，認(rèn)為古亞洲洋西段洋盆關(guān)閉時(shí)間為早石炭世—中二疊世，東段洋盆關(guān)閉時(shí)間為晚二疊世。

全巖地球化學(xué)特征顯示，巖石富Si、K，貧Ca、P，富集大離子親石元素、輕稀土元素，而虧損高場強(qiáng)元素和重稀土元素，反映了島弧和活動大陸邊緣花崗巖的特征。據(jù)Pearce et al.[34]花崗巖Y--Nb判別圖(圖6a)中可見樣品點(diǎn)落于火山弧和同碰撞花崗巖區(qū)，(Yb+Ta)--Rb判別圖(圖6b)中樣品點(diǎn)落于火山弧花崗巖區(qū)，可佐證其主要產(chǎn)于活動大陸邊緣；根據(jù)Maniar et al.[35]的花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖6c、d)可以看出樣品點(diǎn)落于ICG+CAG+CCG和POG，這表明其形成于板塊邊緣環(huán)境，在成巖過程中混入了洋殼、陸殼等物質(zhì)。

綜上所述，二疊紀(jì)時(shí)期，黑云母花崗巖和黑云母二長花崗巖形成于俯沖的構(gòu)造背景下，與洋殼俯沖消減有關(guān)；原始巖漿于地幔向上運(yùn)移，經(jīng)歷地殼物質(zhì)熔融混合，在二疊紀(jì)時(shí)期侵位形成具有殼?；旌系腎型花崗巖，即研究區(qū)在該時(shí)段處于由洋殼俯沖階段進(jìn)入陸--陸碰撞構(gòu)造演化的階段，由此可知古亞洲洋在中二疊世并未完全閉合，這與上述前人研究結(jié)論一致。

a.Y--Nb判別圖；b.(Yb+Ta)--Rb判別圖； c. SiO2-FeOt/(FeOt+MgO)構(gòu)造環(huán)境判別圖；d.SiO2-Al2O3構(gòu)造環(huán)境判別圖。VAG.火山弧花崗巖；syn-COLG.同碰撞花崗巖；WPG.板內(nèi)花崗巖；ORG.洋脊花崗巖；IAG.島弧花崗巖類；CAG.大陸弧花崗巖類；CCG.大陸碰撞花崗巖類；POG.后造山花崗巖類；RRG.與裂谷有關(guān)的花崗巖類；CEUG.與大陸的造陸抬升有關(guān)的花崗巖類。

4 結(jié)論

(1)新忽熱地區(qū)出露二疊紀(jì)黑云母花崗巖、黑云母二長花崗巖，主微量元素特征上顯示其富硅、富鉀，鈣堿性弱鋁質(zhì)系列巖石。輕重稀土分餾明顯，輕稀土富集、重稀土虧損，富集K、Rb、Ba等元素，虧損Nb、Ti、Ta、P等元素，Eu呈弱負(fù)異常，屬于殼幔混源的I型花崗巖。

(2)二疊紀(jì)黑云母花崗巖和黑云母二長花崗巖形成于洋殼俯沖向碰撞階段轉(zhuǎn)化的構(gòu)造環(huán)境，同時(shí)中二疊世古亞洲洋仍未閉合。