內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞復(fù)式花崗巖體時代、成因及地質(zhì)意義

何付兵, 徐吉祥, 谷曉丹, 程新彬, 魏波, 李昭 , 梁亞南 , 王澤龍, 黃淇

1)北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京，100195；2)中國石油大學(xué)(北京)，北京，102200

內(nèi)容提要：阿木古楞巖體位于內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗旗行政中心正北。路線地質(zhì)調(diào)查可分解為兩期巖石單元：灰黃色中細粒、粗中粒含巨斑二長花崗巖和灰白色細粒二長花崗巖。前者鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為314.2±2.2Ma，為晚石炭世巖漿活動的產(chǎn)物，后者鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為167.1±1.3Ma，為中—晚侏羅世巖漿活動的產(chǎn)物。這兩期花崗巖副礦物均富含磁鐵礦、獨居石、磷灰石和榍石，中—晚侏羅世花崗巖還發(fā)育螢石礦物。在地球化學(xué)特征上，兩期花崗巖也表現(xiàn)出相似性：主量元素表現(xiàn)為總體富Si，且有較高的分異指數(shù)(DI)及堿/鋁(NK/A)、Fe2O/FeO比值，較低的總Fe、Ti、Mg、Ca和P含量；微量元素蛛網(wǎng)圖則表現(xiàn)為富集大離子親石元素Rb、Th、U、Pb，弱富集輕稀土元素La、Ce，明顯虧損高場強元素Nb、Ba和Sr、Ti；而稀土元素配分圖表現(xiàn)出相對富集輕稀土元素、虧損重稀土元素，輕重稀土元素分異較大、重稀土曲線卻較為平坦的右傾型特征。綜合分析認為：兩期花崗巖單元均屬于高分異準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列的I型花崗巖，其源區(qū)物質(zhì)均可能為來自虧損地幔物質(zhì)經(jīng)過改造形成的年輕的陸殼高K、正常水含量的長英質(zhì)陸殼巖石物質(zhì)，且晚石炭世花崗巖單元長英質(zhì)陸殼巖石物質(zhì)來源中還混合有幔源的玄武質(zhì)組分。而其中—晚侏羅世花崗巖單元巖漿來源更有可能源于早期的晚石炭世花崗巖的重熔或部分重熔，至少具有類似的巖漿源區(qū)。阿木古楞巖體中晚石炭世花崗巖單元形成于中亞造山擠壓造山大地構(gòu)造背景下的同碰撞晚期構(gòu)造—巖漿事件，中—晚侏羅世花崗巖單元形成于蒙古—鄂霍次克洋和古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換、大地構(gòu)造背景以伸展拉張為主的后碰撞造山構(gòu)造—巖漿事件。

內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗北部一帶構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊南緣的查干敖包—奧尤特—朝不楞早古生代構(gòu)造巖漿帶、大興安嶺成礦帶西側(cè)(張萬益，2008)。從20世紀(jì)80年代對這一地區(qū)開展區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作開始，前人對其相繼開展了大量的研究。特別是近些年來，對這一地區(qū)花崗巖做了大量的研究。通過對帶內(nèi)的眾多巖體研究基本建立了巖漿巖帶內(nèi)的花崗巖演化的年代學(xué)格架，查明了巖漿成因演化特征。

相比而言，位于內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗北部的阿木古楞花崗巖體研究較弱。在1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查東烏珠穆沁旗幅?和寶力格幅?中，前人根據(jù)巖性粒度變化對其進行了相帶劃分，將其劃分為過渡相和邊緣相，并參考巖體的巖性特征與相互關(guān)系，結(jié)合同鄰區(qū)巖性對比和鄰近地區(qū)少數(shù)同位素年齡資料推測其侵位時代為燕山期晚期。而1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查翁圖烏蘭幅(修測)?和東烏珠穆沁旗幅(修測)?根據(jù)附近其它巖體進行的U-Pb同位素年齡測試，對比巖體巖性、接觸關(guān)系修測為華力西期巖體。除了這兩次基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查研究外，關(guān)于阿木古楞巖體前人未有研究。特別是對于其年代學(xué)、地球化學(xué)特征、巖石成因及形成的構(gòu)造背景更是沒有做過相關(guān)研究。本文基于1∶5區(qū)域地質(zhì)調(diào)查野外路線調(diào)查，借助當(dāng)前高精度分析測試手段，對該巖體開展巖石學(xué)、巖相學(xué)及鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)研究，深入分析該巖體的巖漿成因、演化及構(gòu)造背景，為完善查干敖包—奧尤特—朝不楞構(gòu)造巖漿帶巖漿作用和構(gòu)造意義提供新的資料。

1 巖體特征及樣品概況

1.1 巖體特征

圖1 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗地區(qū)大地構(gòu)造位置和地質(zhì)簡圖(角圖引自洪大衛(wèi)，略有修改)Fig. 1 The simplified geological map of the studied area and tectonic position of the East Ujimqin Banner, Inner MongoliaQ—Quaternary；N2b—Neogene Baogedawula Formation； K1d —Lower Cretaceous Damoguaihe Formation；J1h —Lower Jurassic Hongqi Formation；D3a —Upper Devonian Angeeryinwula Formation；C3γη—Late Carboniferous Adamellite；J2-3γη—Middle—Late Jurassic Adamellite

阿木古楞巖體位于達斯海各脫—哈沙圖一帶，嚴(yán)格受構(gòu)造線控制，北東近橢圓狀產(chǎn)出，出露面積約120km2。巖體北西部侵入到晚泥盆世安格爾音烏拉組碎屑巖中，南東部被新近系寶格達烏拉組不整合覆蓋。巖體總體巖性較為單一，巖相變化不明顯，根據(jù)巖性特征、接觸關(guān)系及地質(zhì)體宏觀展布特征，將其劃分為兩大單元：灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元和灰白色細粒二長花崗巖單元。

圖2 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞巖體灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖暗色包體及長石巨斑Fig. 2 Inclusions and the Feldspar phenocrystals of the sallow medium—fine grained adamellite in the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元巖性包括灰黃色中細粒、細粒斑狀含黑云母二長花崗巖和灰黃色細中粒二長花崗巖，巖性基本無變化，相互區(qū)別主要表現(xiàn)為巖石結(jié)構(gòu)的變化，局部地區(qū)可見黑色閃長質(zhì)包體(圖2a、2b)。該巖性單元分布面積較大，為巖體的主體構(gòu)成部分。該期花崗巖單元宏觀展布北東向，同巖體主體走向一致。由于巖性總體顆粒較粗，且多數(shù)發(fā)育斑晶，風(fēng)化嚴(yán)重，地表殘留大量巨型自形程度較好的長石斑晶，大者可達3～5cm長(圖2c)。而露頭尺度上，斑晶具有堆積現(xiàn)象(圖2d)，形成含大量斑晶層和含少量斑晶層相間分布呈"層"性產(chǎn)出，斑晶分布較為凌亂，無定向性，長石斑晶內(nèi)部部分可見細粒暗色礦物黑云母類和石英微粒。而其中黑色包體大小不一，變化較大，形狀基本為橢圓狀、渾圓狀，長徑范圍為3～30cm，基本無定向排列，其與寄主巖基本呈現(xiàn)較為截然的接觸關(guān)系，多數(shù)可見淬冷邊(圖2a)。包體類型均為閃長質(zhì)，細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)、斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要由斜長石、石英、黑云母和少量鉀長石組成。斜長石多呈0.3～1mm半自形板狀或半自形粒狀，少數(shù)1～1.5mm，鉀長石0.2～0.5mm它形粒狀，石英0.3～1mm它形粒狀，少數(shù)1～1.5mm，黑云母呈0.3～1mm片狀，少數(shù)1～1.5mm，部分綠泥石化，所有包體基本見有鉀長石巨斑(圖2a、2b)，同寄主巖巨斑特征一致，但往往呈它形—半自形，巨斑不定向，可能為寄主巖中巨斑融入所致。

灰白色細粒二長花崗巖單元僅發(fā)育于該巖體的東部，巖體出露面積不大，同前者為侵入接觸，侵入前者。其宏觀分布上具有弱的巖相變化，邊部同前者接觸之地粒度稍細，巖性為灰白色細粒二長花崗巖。而中心地帶粒度稍粗，并發(fā)育個別的長石斑晶，巖性為灰白色細粒含斑二長花崗巖，斑晶數(shù)量及大小較第一套少且小得多，其中心地帶局部還發(fā)生云英巖化現(xiàn)象，而外接觸帶的安格爾音烏拉組地層中發(fā)育弱褐鐵礦化和銅礦化現(xiàn)象。該期花崗巖北北東向產(chǎn)出，并發(fā)育兩組北東和北西走向相互垂直的節(jié)理，切割巖體呈棋盤狀產(chǎn)出。

1.2 樣品概況

在野外路線調(diào)查認識的基礎(chǔ)上，把阿木古楞巖體解體為灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元和灰白色細粒二長花崗巖單元。在考慮巖相變化情況下，選擇天然露頭新鮮的花崗質(zhì)巖石分別對其進行取樣分析。各采集一個同位素年齡樣品(樣品號分別為D7103和D6021，對應(yīng)坐標(biāo)為N45°50′57″E117°10′34″和N45°43′02″E117°02′24″和11個地球化學(xué)樣(含巨斑花崗巖單元5個，細粒花崗巖單元6個)(見圖1)。

灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元所取樣品巖性為分布最典型的灰黃色中細粒斑狀含黑云母二長花崗巖，巖石斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由斑晶和基質(zhì)構(gòu)成。斑晶由淺紅色鉀長石構(gòu)成，自形短柱狀，大小約20～50mm，內(nèi)部包裹黑云母微粒，約占8%±。基質(zhì)似斑狀結(jié)構(gòu)，礦物組成為黑云母2%±、斜長石40%±、鉀長石28%±和石英30%±。黑云母：片狀，黃褐色，多色性明顯，一組解理發(fā)育，干涉色為二級紅綠，個別表面有鐵質(zhì)，粒徑0.1～0.8mm，局部見白云母；斜長石：半自形粒狀，聚片雙晶發(fā)育，為更長石，雙晶筆直細密，偶見卡納雙晶發(fā)育，晶面星散絹云母化，在粒徑大的斜長石中包裹石英微粒和長石微晶，粒徑0.3～10mm，達到粗粒；鉀長石：他形粒狀，平行消光，晶面泥化，個別包裹斜長石微晶和石英微粒，粒徑0.2～4mm；石英：它形粒狀，晶面干凈，波狀消光，干涉色一級灰白，粒徑0.1～3.2mm。除主要造巖礦物外，該花崗巖單元中副礦物較豐富，常見的主要副礦物以磁鐵礦為主，還包括鋯石、黃鐵礦、磷灰石、獨居石、赤褐鐵礦和鈦鐵礦。

灰白色細粒二長花崗巖單元所取樣品巖性為分布最典型的灰白色細粒二長花崗巖，巖石等粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，由鉀長石40%±、斜長石35%±和石英25%±組成。粒徑較均勻，大小0.1～0.5mm，礦物含量相當(dāng)。

斜長石：可見半自形粒狀，聚片雙晶發(fā)育，雙晶筆直細密，為更長石。鉀長石：可見晶形獨立的它形粒狀，平行消光，晶面泥化。偶見微斜長石，具有格子狀雙晶。石英：它形，波狀消光，干涉色一級灰白。該花崗巖單元中副礦物同樣以磁鐵礦為主，還包括黃鐵礦、方鉛礦、螢石、鈦鐵礦、磁鐵礦、磷灰石、獨居石和白鎢礦等。

圖3 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞巖體典型鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像: (a) 晚石炭世花崗巖；(b) 中—晚侏羅世花崗巖Fig. 3 The cathodoluminescence images of the typical zircons from the the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia: (a) the Late Carboniferous granite; (b) the Meddle—Late Jurassic granite

2 測試方法

2.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

本次樣品年代測試采用鋯石U-Pb激光剝蝕同位素測年法。鋯石的遴選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成，鋯石樣品的制靶、拋光、陰極發(fā)光及U-Pb同位素年齡測試均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室完成。所用儀器陰極發(fā)光為配有英國Gatan公司的MonoCL3+型陰極熒光探頭的美國FEI公司Quan ta 400 FEG掃描電鏡。U-Pb測年系統(tǒng)中激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent7500a。激光剝蝕過程中載氣為氦氣，激光頻率為10Hz，強度80mJ，剝蝕束斑直徑30μm，每個時間分辨分析數(shù)據(jù)為30s的空白信號和50s的樣品信號。

U-Pb同位素定年中采用NIST610硅玻璃標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化儀器，鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500作外標(biāo)進行同位素分餾校正，鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1觀察儀器的狀態(tài)及驗證測試結(jié)果的精確度。測試分析過程中每分析5個樣品點校正2次91500標(biāo)樣并測試1次GJ-1標(biāo)樣，每10個樣品標(biāo)準(zhǔn)化1次NIST610。最終測試數(shù)據(jù)的離線處理采用軟件ICPMASDataCal(Liu Yongsheng et al，2009)完成，U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算均采用Isoplot3.0(Ludwing et al，2001)完成。

2.2 地球化學(xué)

本次樣品主量和微量元素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心進行。首先選擇野外采集的有代表性的新鮮樣品，無污染粉碎至200目用于測試。主量元素使用XRF法測試(二價和三價鐵由化學(xué)法測定)，所用儀器為飛利浦PW2404X射線熒光光譜儀，精度優(yōu)于5%；微量元素采用酸溶法，將制備好的樣品溶液在ICP-MS上測試，所用儀器為德國Finnigan-MAT公司制造的HR-ICP-MS(Element I)，工作溫度、相對濕度分別為20℃和30%，微量元素含量大于10×10-6時的相對誤差小于5%，小于10×10-6時的相對誤差小于10%。

3 測試結(jié)果

3.1 鋯石年代學(xué)

3.1.1 灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元

鋯石在雙目鏡下，顏色單一均為粉黃色，透明，金剛光澤，自形柱狀、短柱狀，多數(shù)為長柱狀，少數(shù)短柱狀，長約150～500μm，長寬比約2∶1～5∶1。晶體表面光滑，晶棱晶面平直完整，聚型組成包括(110)、(100)、(311)、(131)及(111)，均表現(xiàn)為同源較早較高溫度結(jié)晶的(110)型復(fù)柱巖漿鋯石，可見錐柱不對稱的歪晶發(fā)育，揭示鋯石結(jié)晶時的介質(zhì)環(huán)境不太適宜其按理想形態(tài)生長。鋯石有鐵染、裂紋發(fā)育，但結(jié)晶后的改造痕跡不明顯，部分可見固相黑包體。鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像 (圖3a) 中，顯示出巖漿型鋯石的振蕩/韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)或明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物。而鋯石的U、Th含量分別介于259.34×10-6～1059.92×10-6和157.21×10-6～868.45×10-6，Th/U比值介于0.30～1.38，遠高于變質(zhì)成因鋯石(一般小于0.1)，而與典型的巖漿成因鋯石一致(Williams et al，1996)。

通過透射光、反射光及陰極發(fā)光圖像，對樣品選取了無裂紋發(fā)育、無包體發(fā)育、晶形、陰極發(fā)光特征典型的20顆鋯石進行了激光剝蝕年齡測定，具體測試結(jié)果見表1。由表1及鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖(圖4a)可知，樣品絕大多數(shù)位于諧和線及其附近區(qū)域(第6點諧和性差在諧和圖上已經(jīng)刪除)，除第6個樣品點的206Pb/238U年齡為347±3Ma，可能為混合年齡(諧和性差)外，其余19個分析點年齡分布集中，范圍在310±2～320±4Ma，得出其加權(quán)平均年齡為314.2±2.2Ma(n=19，MSWD=1.4)。由于被測鋯石為巖漿鋯石，故該年齡應(yīng)代表鋯石的結(jié)晶年齡，是灰黃色中細粒斑狀含黑云母二長花崗巖的侵位年齡，巖漿侵位時代為晚石炭世。根據(jù)該套花崗巖單元外接觸帶角巖化分布特征，該期巖漿侵位還是引起上泥盆統(tǒng)安格爾音烏拉組地層角巖化的成因。

表1 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖鋯石激光剝蝕U-Pb測年數(shù)據(jù)表Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb data of the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

3.1.2 灰白色細粒二長花崗巖單元。

鋯石在雙目鏡下，呈透明、金剛光澤、聚型組成包括(110)、(100)、(311)、(131)及(111)、為(110)型復(fù)柱同源巖漿鋯石、可見錐柱不對稱的歪晶現(xiàn)象、部分可見固相黑包體特征。除上述六點同晚石炭世花崗巖鋯石完全一致外，其它晶體特征或多或少存在些差異：首先，鋯石顏色單一均呈黃色；其次，鋯石晶群集中，為自形柱狀相似，但多數(shù)鋯石呈短柱狀，少數(shù)長柱狀，長約110～300μm，長寬比約1.2∶1～2.5∶1；第三，鋯石顆粒晶棱晶錐平直完整相似，但少數(shù)鋯石還略顯圓鈍；第四，多數(shù)鋯石裂紋較發(fā)育，整體略顯酥較易碎，有鐵染這幾點特征也相似，但晶體表面可見凹坑，溶蝕痕跡發(fā)育，鋯石結(jié)晶后又受力加溶蝕改造。

鋯石顆粒陰極發(fā)光(CL)圖像 (圖3b) 中，同晚石炭世花崗巖單元鋯石特征相似，顯示了巖漿型鋯石的振蕩/韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)或明暗相間的條帶結(jié)構(gòu)，且一般為較窄的巖漿環(huán)帶，這種較窄的巖漿環(huán)帶一般為低溫條件下微量元素的擴散速度慢形成(吳元保等，2004)。鋯石的Th、U含量分別介于392.98×10-6～3346.42×10-6和590.2×10-6～3314.18×10-6，Th/U比值介于0.23～1.02，同為典型的巖漿成因鋯石。

同灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元中鋯石一樣，對樣品選取了無裂紋發(fā)育、無包體發(fā)育、晶形、陰極發(fā)光特征典型的20顆鋯石進行了激光剝蝕年齡測定，具體測試結(jié)果見表1。由表1及鋯石U-Pb年齡諧和圖(圖4b)可知，樣品全部位于諧和線及其附近區(qū)域，20個分析點年齡分布集中，范圍在162±1～174±1之間，得出其加權(quán)平均年齡為167.1±1.3Ma(n=20，MSWD=0.73)。該年齡同樣代表鋯石的結(jié)晶年齡，是灰白色細粒二長花崗巖的侵位年齡，侵位時代為中—晚侏羅世。其侵入到晚石炭世灰黃色中細粒斑狀含黑云母二長花崗巖中，并引起外接觸帶上的晚泥盆系安格爾音烏拉組地層弱礦化，該期巖漿活動與研究區(qū)成礦作用關(guān)系密切。

圖4 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞巖體鋯石激光剝蝕U-Pb年齡諧和圖：(a) 晚石炭世花崗巖；(b)為中—晚侏羅世花崗巖Fig. 4 U-Pb concordia diagrams and recalculated weighted mean 206Pb/238U ages for zircons from the the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia：(a)the Late Carboniferous granite;(b)the Meddle—Late Jurassic granite

3.2 地球化學(xué)

阿木古楞花崗巖體主量和微量地球化學(xué)分析結(jié)果見表2。從表2可以看出，晚石炭世花崗巖單元和中—晚侏羅世花崗巖單元地球化學(xué)特征基本相似，略有差異。

3.2.1 晚石炭世花崗巖單元

晚石炭世花崗巖含量SiO2=70.99%～75.07%，TiO2=0.16%～0.36%，Al2O3=12.51%～13.88%，MgO=0.31%～0.62%，CaO=0.97%～1.36%，Na2O=3.42%～3.93%，K2O=4.25%～4.84%，全堿含量(K2O+Na2O)=7.8%～8.4%，K2O/Na2O=1.14%～1.42%，具有富Si，貧Ti、Mg、Ca的特點。在SiO2— K2O圖解(圖5)中，5個樣品全部位于高鉀鈣堿性系列。而A/CNK值介于0.98～1.01(均值為1)，正好位于準(zhǔn)鋁質(zhì)向過鋁質(zhì)過渡地帶(圖6)。

晚石炭世花崗巖的稀土元素總量介于33.75×10-6～188.87×10-6，均值為115.25，輕稀土元素總量介于31.61×10-6～171.71×10-6，均值為106.76×10-6，除一個樣品外，其余均低于我國花崗巖及同類型花崗巖平均值，而重稀土元素含量介于4.23×10-6～37.31×10-6，均值為19.78×10-6，多數(shù)高于我國花崗巖及同類型花崗巖平均值(史長義等，2008)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖7a)上，配分曲線表現(xiàn)為相對富集輕稀土元素、虧損重稀土元素的輕重稀土元素分異較大、重稀土曲線卻較為平坦的右傾型，輕重稀土元素比值介于10.1～14.87，均值為13.12。而δEu介于0.54～1.09，均值為0.81，表現(xiàn)出基本無Eu負異常。

表2 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞巖體主量元素(%)、稀土元素(×10-6)、微量元素(×10-6)分析結(jié)果表Table 2 Major(%), REE and trace elements(×10-6) compositions for the Amuguleng granite body in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

續(xù)表 2

圖6 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞巖體的含鋁指數(shù)圖Fig. 6 Aluminous index diagrams for the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

晚石炭世花崗巖微量元素除Th和Rb含量略高于一般花崗巖外(史長義等，2008)，其它元素多數(shù)接近或低于同類巖石的平均值。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7b)上，晚石炭世花崗巖富集大離子親石元素Rb、Th、U、Pb，弱富集輕稀土元素La、Ce，明顯虧損高場強元素Nb、Ba、Ti和Sr。

圖7 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton，1984；原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989)Fig. 7 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams for the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia (chondrite-normalized values after Boynton,1984; primitive mantle-normalized values after Sun and McDonough,1989)

3.2.2 中—晚侏羅世花崗巖

中晚侏羅世花崗巖含量SiO2=75.87%～77.01%，TiO2=0.01%～0.14%，Al2O3=11.81%～13.71%，MgO=0.08%～0.15%，CaO=0.45%～0.67%，Na2O=3.12%～4.65%，K2O=2.97%～5.39%，全堿含量( K2O+Na2O)=7.62%～8.75%，K2O/Na2O=0.64%～1.71%，同樣表現(xiàn)為富Si，貧Ti、Mg、Ca的特點。較晚石炭世花崗巖相比，Si、Na和K的含量更高，而Ca、Mg含量偏低，Al含量相似。在SiO2— K2O圖解(圖5)中，6個樣品5個樣品位于高鉀鈣堿性系列，1個樣品位于鈣堿性系列。A/CNK值介于0.97～1.16，均值為1.035，除一個樣為準(zhǔn)鋁質(zhì)外，其余均為弱過鋁質(zhì)(圖6)。該特征同眾多復(fù)式巖體特征基本一致，即年輕的花崗巖總是較富Si，且有較高的分異指數(shù)(DI)及NK/A、Fe2O/FeO比值，較低的總Fe、Ti、Mg、Ca和P含量(陳國能等，2009)，推測其可能是中—晚侏羅世大規(guī)模的熱事件而使得早期晚石炭世形成的花崗質(zhì)地殼發(fā)生重熔所致。

中—晚侏羅世花崗巖的稀土元素總量介于50.4×10-6～150.66×10-6，均值為102.3×10-6，輕稀土元素總量介于46.53×10-6～136.27×10-6，均值為95.36×10-6，重稀土元素含量介于5.23×10-6～33.28×10-6，均值為14.55×10-6，均低于晚石炭世花崗巖。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖7c)上，配分曲線完全相似，表現(xiàn)出相對富集輕稀土元素、虧損重稀土元素的輕重稀土元素分異較大、重稀土曲線卻較為平坦的右傾型，輕重稀土元素比值介于9.47×10-6～28.43×10-6，均值為16.75，較晚石炭世花崗巖分異更加明顯。而δEu介于0.66～1.15，均值為0.93，同樣無明顯負Eu異常。

在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖7d)上，曲線特征同晚石炭世花崗巖基本一致：富集大離子親石元素Rb、Th、U、Pb，弱富集輕稀土元素La、Ce，明顯虧損高場強元素Nb、Ba和Sr、Ti。

4 討論

4.1 巖體成因類型和演化

阿木古楞巖體無論是晚石炭世花崗巖還是中—晚侏羅世花崗巖，巖石系列各組成單位的成分相近，巖石組合均為二長花崗巖。其礦物組成中少見白云母和石榴子石，雖在中—晚侏羅世花崗巖中發(fā)育少量白云母，但分布范圍有限，表現(xiàn)為云英巖化次生特征。而其副礦物顯示富含磁鐵礦、獨居石、磷灰石和榍石，中—晚侏羅世花崗巖中還發(fā)育螢石。地球化學(xué)特征顯示巖體巖性絕大多數(shù)為準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列，巖石中K2O略高于Na2O，Na2O的含量大于3.2%，K2O/Na2O大于1，鈣的含量比較高。綜合這些特征揭示阿木古楞巖體為典型的I型花崗巖。不僅如此，巖體中多處還可見暗色包體發(fā)育(圖2)，從側(cè)面證明它們同屬于I型花崗巖。

不僅如此，阿木古楞巖體兩類I型花崗巖還表現(xiàn)為高分異鈣堿性花崗巖特征。在100(MgO+FeO+TiO2)/SiO2—(Al2O3+CaO)/(FeOt+Na2O+K2O)圖解(Sylvester，1989)(圖8)及(Zr+Nb+Ce+Y)—(Na2O+K2O)/CaO圖解(Whalen，1987；Eby，1990)(圖9)中，其均位于高分異區(qū)域。

圖8 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖體100(MgO+FeO+TiO2)/SiO2—(Al2O3+CaO)/(FeOt+Na2O+K2O)圖解(底圖引自Sylvester，1989)Fig. 8 100(MgO+FeO+TiO2)/SiO2 —(Al2O3+CaO)/(FeOt+Na2O+K2O)diagrams for the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖9 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖體(Zr+Nb+Ce+Y)—(Na2O+K2O)/CaO圖解(底圖引自Whalen，1987；Eby，1990)Fig. 7(Zr+Nb+Ce+Y)—(Na2O+K2O)/CaO diagrams for the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

一般來講，花崗巖虧損Ba、Sr與源區(qū)殘留斜長石或與獨居石在巖漿中飽和而發(fā)生分離結(jié)晶有關(guān)，考慮晚阿木古楞花崗巖又基本無Eu負異常，其更可能同獨居石在巖漿中飽和而發(fā)生分離結(jié)晶有關(guān)。而花崗巖所表現(xiàn)出的Ti、Nb的虧損還指示了富鈦礦物相(金紅石、鈦鐵礦)的分離，P的強烈虧損指示了磷灰石的分離結(jié)晶。這些特征與巖體表現(xiàn)出的Th、U正異常和巖體的高放射性強度及富含獨居石類、鈦鐵礦、磷灰石等副礦物一致。同時，阿木古楞巖體還表現(xiàn)出低Sr、低Y、Yb(表2)的特征，同喜馬拉雅型花崗巖特征相似(張旗等，2008)，這類花崗巖很有可能源區(qū)還發(fā)生石榴子石的分離結(jié)晶作用。因為，石榴子石不僅是導(dǎo)致花崗巖輕重稀土元素強烈分離的最重要的礦物相(Martin et al，2005)，而且還是花崗巖中最常見的容納Yb的礦物相之一(張旗等，2008)。

同時，阿木古楞巖體中—晚石炭世花崗巖單元局部集中發(fā)育有暗色包體。這些包體僅成群分布于巖體中部，呈橢球狀、渾圓狀形態(tài)，基本同寄主巖均具有截然的接觸關(guān)系，并多數(shù)發(fā)育淬冷邊，表現(xiàn)為在塑性狀態(tài)下與寄主巖巖漿近同時結(jié)晶的巖漿鎂鐵質(zhì)微粒包體特征(范洪海等，2001；肖慶輝等，2002)。而包體發(fā)育為斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)顆粒多數(shù)小于1mm，并可見鑲嵌的多被暗色礦物鑲邊的長石巨晶及石英眼斑(圖2a、2b)，包體中出現(xiàn)了明顯的不平衡結(jié)構(gòu)和礦物組合，具有在酸性巖漿結(jié)晶過程中又有基性巖漿的加入特征，使二者的物理化學(xué)條件發(fā)生了明顯的改變(張建軍等，2012)。

4.2 花崗巖巖漿來源

阿木古楞巖體中—晚石炭世花崗巖單元同中—晚侏羅世花崗巖單元在成巖時差上差異甚遠，根據(jù)目前的實驗?zāi)M和理論計算的結(jié)果(Petford et al，2000；Glazner et al，2004)，單個侵入體從巖漿形成到鋯石U-Pb同位素體系封閉的時間不超過1Ma。因此，其不太可能為同一原始巖漿通過結(jié)晶分異演化形成。但是，比較中—晚侏羅世花崗巖單元及晚石炭世花崗巖單元，它們在巖性、巖相及地球化學(xué)特征基本相似，在P2O5—SiO2圖(Treuil et al，1975)(圖10)上，二者呈良好的負相關(guān)演化，而Rb/Sr、Rb/Ba(表2)表現(xiàn)出早期小晚期大，TFe2O3、MgO、CaO含量及K/Rb值表現(xiàn)出早期大晚期小的特征，該些化學(xué)成分的演變趨勢同同源巖漿分異演化的特點一致。是否從某種程度上推測阿木古楞巖體中中—晚侏羅世花崗巖巖漿來源就是晚石炭世形成的年輕陸殼花崗巖的重熔或部分重熔或它們具有類似的巖漿源區(qū)?

圖10 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖體P2O5—SiO2圖解(底圖引自Treuil，1975)Fig. 10 P2O5—SiO2 diagrams for the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

一般來說，I型花崗巖源巖為巖漿成因，已經(jīng)經(jīng)歷過一個分離結(jié)晶的演化旋回，再次產(chǎn)生巖漿并發(fā)生分異時，必定保持明顯的規(guī)律性(邱家驤等，1991)。從某種意義來說，我們也可以認為I型花崗巖雖經(jīng)歷重熔、結(jié)晶分異演化，其仍或多或少保留有最初源巖的某些特征。因此，阿木古楞巖體晚石炭世花崗巖單元具有高的Si，富K、低Al的特征，是否也能基本暗示其起源地為高K、正常水含量的長英質(zhì)巖石(Auwera et al，2003；King et al，1997)，推測認為其源區(qū)物質(zhì)同樣也為來自虧損地幔物質(zhì)經(jīng)過改造形成的年輕的陸殼。當(dāng)然，這點還可以從晚石炭世花崗巖單元巖性長石斑晶中發(fā)育細小的石英、黑云母微晶來證明。因為，巖石中斜長石的核部偶爾包含著細小的石英晶體，這說明石英是一種液相線相，因此也應(yīng)是生成這一巖系的源巖中的一個殘留相(邱家驤等，1991)。同時，在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖7d) ，晚石炭世花崗巖幾乎所有不相容元素均有不同程度的富集，在總體富集的背景上，具有Ba、Nb、Sr、P、Ti 的相對虧損，也表明其物源以殼源物質(zhì)為主。

當(dāng)然，阿木古楞巖體晚石炭世花崗巖中局部還集中發(fā)育有暗色包體，且包體中出現(xiàn)了明顯的不平衡結(jié)構(gòu)和礦物組合，說明其殼源酸性巖漿物質(zhì)結(jié)晶過程中可能又有基性巖漿的加入。因此，其巖漿來源除來源于高K、正常水含量的長英質(zhì)巖石外，還可能混有基性玄武質(zhì)組分?；孕滟|(zhì)巖漿來源是幔源的(張旗等，2008)。綜上，晚石炭世花崗巖單元巖漿來源為殼源物質(zhì)和幔源物質(zhì)的混合來源。考慮包體在巖體內(nèi)部分布有限，且僅集中分布于一處，幔源玄武質(zhì)巖漿組分在晚石炭世花崗巖單元中來源總體有限。

4.3 構(gòu)造背景與大地構(gòu)造演化

花崗巖漿的活動是整個區(qū)域地質(zhì)歷史的一部分，研究花崗巖必須研究區(qū)域地質(zhì)演化歷史及背景，二者不可分割(戰(zhàn)明國等，1998)。前人通過對已知大地構(gòu)造背景花崗巖的地球化學(xué)特征研究創(chuàng)造了一系列花崗巖與構(gòu)造背景分析的圖解，如Rb—Y—Nb圖解(Pearce et al.，1984)、Hf—Rb—Ta圖解(Harris et al.，1986)等，并長期以來被用于對花崗巖構(gòu)造背景的研究(Rollison et al，2000)。對阿木古楞巖體花崗巖進行R1—R2因素判別圖(Bechelor et al，1985)投圖(圖11)，晚石炭世花崗巖單元投在了syn-COLG區(qū)內(nèi)，而中—晚侏羅世花崗巖則投在了syn-COLG和POG過渡帶內(nèi)；對其進行Rb—Y+Nb微量元素判別圖(圖12)投圖及Hf—Rb—Ta判別圖投圖(圖13)，晚石炭世及中晚侏羅世花崗巖單元均投在了VAG和syn-COLG過渡地帶。

圖11 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖體R1—R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig. 11 R1—R2 for tectonic setting of the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖 12 內(nèi)蒙古東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖體(Y+Nb)—Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig. 12 Trace element discrimination diagram of (Y+Nb)—Rb for tectonic setting of the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

圖13 東烏珠穆沁旗阿木古楞花崗巖體Hf—(Ta*3)—(Rb/10)構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig. 13 Trace element discrimination diagram of Hf—(Ta*3)—(Rb/10) for tectonic setting of the Amuguleng granite in East Ujimqin Banner, Inner Mongolia

綜合上述不同圖解并考慮阿木古楞巖體巖石化學(xué)、巖體產(chǎn)狀、分布特點和源巖特征，推測晚石炭世花崗巖單元構(gòu)造背景環(huán)境為區(qū)域擠壓造山構(gòu)造環(huán)境，形成于中亞造山擠壓大地構(gòu)造背景下的同碰撞晚期構(gòu)造—巖漿事件。該點與沈曉麗(2012)、佘宏全(2012)、辛后田(2011)等多人研究一致。晚石炭世，由于區(qū)域性碰撞造山擠壓作用，先期新生地殼加厚并發(fā)生重熔，沿著構(gòu)造薄弱地帶侵入到上地殼近地表，形成研究區(qū)廣布的類似喜馬拉雅花崗巖低Sr低Yb的I型花崗巖。期間，除強烈的巖漿活動外，區(qū)域上鄂倫春地區(qū)和東烏珠穆沁旗地區(qū)也基本結(jié)束了海相環(huán)境轉(zhuǎn)入陸相(佘宏全等，2012)。而研究區(qū)的東烏珠穆沁旗地區(qū)發(fā)育為一套巨厚的陸相中酸性火山熔巖、火山碎屑巖和正常沉積的碎屑巖組合——寶力高廟組沉積，其與該地區(qū)普遍存在的早期晚泥盆紀(jì)海相沉積在沉積環(huán)境上發(fā)生了翻天覆地的變化。該過程持續(xù)到三疊紀(jì)，最終以出現(xiàn)大量后碰撞花崗巖(李錦軼等，2007)而結(jié)束，造成區(qū)域上普遍缺失三疊紀(jì)和早侏羅世的沉積(佘宏全等，2012)。

阿木古楞巖體中—晚侏羅世花崗巖單元構(gòu)造背景環(huán)境則為區(qū)域拉伸構(gòu)造環(huán)境，形成于蒙古—鄂霍次克洋和古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換、大地構(gòu)造背景以伸展拉張為主的后碰撞造山構(gòu)造—巖漿事件。期間，太平洋板塊向西俯沖，形成瀕西太平洋溝—弧—盆系統(tǒng)和東亞北北東向構(gòu)造體系(新華夏系)。同時，西伯利亞板塊向南運動，蒙古—鄂霍次克洋關(guān)閉(董樹文等，2007，2008，2009)。這種多個板塊向東亞的極性運動，以及產(chǎn)生的變形圖像及深部響應(yīng)，被稱之為“東亞多向板塊匯聚”，又稱為“東亞匯聚”，由此形成以陸內(nèi)俯沖和陸內(nèi)造山為特征的中—晚侏羅世東亞多向匯聚構(gòu)造體系(王五力等，2012)。于這種體系下，區(qū)域上自晚三疊世以來，總體處于大規(guī)模伸展拉張背景。在伸展拉張作用下，巖石圈減薄、壓力降低、軟流圈上涌、下地殼巖石熔點降低，地殼發(fā)生重熔或部分熔巖，于晚中生代侵位—噴發(fā)。研究區(qū)形成面積廣布的酸性侵入巖類，而整個大興安嶺地區(qū)則廣布中—酸性火山巖類，包括晚侏羅紀(jì)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組及白堊紀(jì)白音高老組、梅勒圖組火山巖。

總之，阿木古楞巖體二期巖石單元雖同為一個巖體，卻是不同構(gòu)造域、不同構(gòu)造動力學(xué)背景下的產(chǎn)物。研究區(qū)經(jīng)歷過2期大地構(gòu)造演化：古生代到早侏羅世處于中亞造山帶東段，中侏羅世到早白堊世則進入環(huán)太平洋或陸內(nèi)伸展構(gòu)造體制(劉昊等，2011)。兩階段演化過程均伴隨著強烈的火山活動和花崗巖類侵入(劉偉等，2007)。正是由于構(gòu)造域、構(gòu)造動力學(xué)的不同，其內(nèi)部花崗巖單元宏觀產(chǎn)出特征也不一樣，由晚石炭世的北東東向轉(zhuǎn)化為中晚侏羅世的北北東向(圖1)。

5 結(jié)論

通過對內(nèi)蒙古東烏旗阿木古楞復(fù)式花崗巖體的綜合野外路線調(diào)查、巖石學(xué)、巖相學(xué)研究，結(jié)合巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)方法，可以得出如下結(jié)論：

(1) 內(nèi)蒙古東烏旗阿木古楞巖體可分解為灰黃色中細粒含巨斑二長花崗巖單元和灰白色細粒二長花崗巖單元。前者鋯石U-Pb加權(quán)平均年齡為314.2±2.2Ma，后者為167.1±1.3Ma。巖體表現(xiàn)為復(fù)式巖體特征，是二次巖漿作用的產(chǎn)物。

(2) 阿木古楞巖體兩期花崗巖單元巖石系列各組成單位的成分相近，巖性均為二長花崗巖，副礦物均顯示富含磁鐵礦、獨居石、磷灰石和榍石。主量元素表現(xiàn)為總體富Si，且有較高的分異指數(shù)(DI)及堿/鋁(NK/A)、Fe2O/FeO比值，較低的總Fe、Ti、Mg、Ca和P含量特征。微量元素蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)為富集大離子親石元素Rb、Th、U、Pb，弱富集輕稀土元素La、Ce，明顯虧損高場強元素Nb、Ba和Sr、Ti特征。而稀土元素配分圖則表現(xiàn)出相對富集輕稀土元素、虧損重稀土元素的輕重稀土元素分異較大、重稀土曲線卻較為平坦的右傾型特征。兩期巖石單元均屬于高分異準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列的I型花崗巖。其中，晚石炭世二長花崗巖還經(jīng)歷了巖漿混合作用。

(3) 阿木古楞巖體兩期花崗巖單元的區(qū)別主要在于：中—晚石炭世二長花崗巖顏色多表現(xiàn)為灰黃色，粒度較粗，多為中細粒，局部表現(xiàn)為粗中粒，多數(shù)含不同比例的長石巨斑，且可見閃長巖包體。而中—晚侏羅世花崗巖則顏色多數(shù)為灰白色，粒度較細，以細粒為主，基本不發(fā)育斑晶，其地球化學(xué)特征上則表現(xiàn)出更加富Si，和更高的分異指數(shù)(DI)及堿/鋁(NK/A)、Fe2O/FeO比值，更低的TFe、Ti、Mg、Ca和P含量。

(4) 阿木古楞巖體兩期花崗巖單元源區(qū)物質(zhì)均可能為來自虧損地幔物質(zhì)經(jīng)過改造形成的年輕的陸殼高K、正常水含量的長英質(zhì)陸殼巖石物質(zhì)。晚石炭世花崗巖單元還混有少許基性玄武質(zhì)巖漿物質(zhì)，中—晚侏羅世花崗巖單元巖漿來源更有可能源于早期的晚石炭世花崗巖的重熔或部分重熔，至少具有類似的巖漿來源。

(5) 阿木古楞巖體二期巖石單元雖同為一個巖體，卻是不同構(gòu)造域、不同構(gòu)造動力學(xué)背景下的產(chǎn)物。晚石炭世花崗巖單元構(gòu)造背景環(huán)境為區(qū)域擠壓造山構(gòu)造環(huán)境，形成于中亞造山擠壓大地構(gòu)造背景下的同碰撞晚期構(gòu)造—巖漿事件。中—晚侏羅世花崗巖單元構(gòu)造背景環(huán)境為區(qū)域拉伸構(gòu)造環(huán)境，形成于蒙古—鄂霍次克洋和古太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)換、大地構(gòu)造背景以伸展拉張為主的后碰撞造山構(gòu)造—巖漿事件。

注 釋 / Notes

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)測量隊.1973.東烏珠穆沁旗幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 北京：全國地質(zhì)資料館.

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)測量隊.1976.寶力格幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 北京：全國地質(zhì)資料館.

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院.2008.翁圖烏蘭幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 北京：全國地質(zhì)資料館.

? 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院.2008.東烏珠穆沁旗幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 北京：全國地質(zhì)資料館.