內(nèi)蒙古烏奴爾地區(qū)二長花崗巖鋯石U-Pb年代學(xué)、地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

李利陽 陳 滿 龔全德 徐 桓 楊 多 田 野王 獻(xiàn) 喻 龍 胡 旋 李 強 李 鋒 趙連科

(中國人民武裝警察部隊黃金第四支隊)

我國東北地區(qū)在大地構(gòu)造位置上位于西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間，為中亞造山帶的東段并與鄂霍茨克和太平洋構(gòu)造域的疊加部位。由于古亞洲洋、鄂霍茨克洋和古太平洋三大構(gòu)造域的疊加，致使東北地區(qū)大地構(gòu)造形跡復(fù)雜[1]。相關(guān)學(xué)者認(rèn)為，額爾古納地塊與興安地塊之間的縫合帶為得爾布干斷裂帶，但并未見到典型縫合帶的相關(guān)構(gòu)造巖石[2-5]。隨著對該斷裂研究工作的不斷深入，大部分學(xué)者認(rèn)為得爾布干斷裂是1條具有明顯地球物理異常的中生代走滑斷裂[6-10]。近年來，在該斷裂東南側(cè)發(fā)現(xiàn)了存在縫合帶的若干相關(guān)證據(jù)，如新林蛇綠巖、塔源變輝長巖、吉峰—嘎仙—環(huán)二庫蛇綠混雜巖、頭道橋和額爾古納右旗藍(lán)片巖等，故認(rèn)為額爾古納地塊與興安地塊最后碰撞拼合的位置應(yīng)位于新林—喜桂圖一線[11-12]。烏奴爾地區(qū)位于喜桂圖—新林縫合帶上，目前，對該縫合帶內(nèi)蛇綠混雜巖的研究程度較高，但由于蛇綠巖定年的局限性，蛇綠巖的定年僅能證明蛇綠巖形成時的環(huán)境為大洋，但無法準(zhǔn)確確定兩塊體的拼合時間，因此學(xué)術(shù)界關(guān)于額爾古納地塊與興安地塊的拼合時間仍存在較大爭議。本研究通過對烏奴爾地區(qū)二長花崗巖的年代學(xué)特征及巖石地球化學(xué)特征進(jìn)行研究，為額爾古納地塊與興安地塊的構(gòu)造演化研究提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于大興安嶺北部牙克石烏奴爾地區(qū)，喜桂圖—新林縫合帶從該區(qū)穿過，區(qū)內(nèi)古生代地層受喜桂圖—新林縫合帶控制，呈NE向展布，主要為奧陶紀(jì)多寶山組、裸河組，多寶山組主要為一套具有島弧特征的中酸性火山巖，裸河組為一套具有活動大陸邊緣性質(zhì)的陸緣碎屑巖。區(qū)內(nèi)志留紀(jì)地層缺失，泥盆系主要為泥鰍河組和大民山組，泥鰍河組為一套陸緣碎屑巖，大民山組為一套具有島弧性質(zhì)的中酸性火山巖與火山碎屑巖互層。中侏羅世以來受鄂霍茨克洋閉合和環(huán)太平洋構(gòu)造域的雙重影響，侏羅紀(jì)早期NE向斷裂復(fù)活并形成了一系列受NE向斷裂構(gòu)造控制的火山隆起和火山斷(拗)陷盆地，發(fā)生了強烈的火山活動。研究區(qū)中生代地層主要為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組。滿克頭鄂博組主體為一套酸性火山巖，瑪尼吐組主體為一套中性火山巖，白音高老組主體為一套酸性火山巖。研究區(qū)二長花崗巖侵入于奧陶紀(jì)裸河組，被中生代白音高老組覆蓋。

2 巖石學(xué)特征

烏奴爾地區(qū)二長花崗巖主要位于高吉山林場雞冠山東側(cè)1011高地附近，出露面積為16.1 km2，呈巖株產(chǎn)出，侵入于中上奧陶統(tǒng)裸河組，被下白堊統(tǒng)白音高老組覆蓋。巖體主要為細(xì)粒二長花崗巖，可見少量中細(xì)粒二長花崗巖，風(fēng)化面灰白色，新鮮面淺肉紅色，細(xì)?！屑?xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖體主要礦物成分為石英(含量約27%)、斜長石(含量約40%)、鉀長石(含量約30%)、黑云母(含量約3%)。斜長石呈寬板狀，部分可見聚片雙晶，多絹云母化、黝簾石化；鉀長石可見卡式雙晶，多高嶺土化、絹云母化(圖1)。

圖1 細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)

3 年代學(xué)特征

本研究對所選的27顆鋯石進(jìn)行了U-Pb測年，鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像顯示，鋯石形態(tài)多為長柱狀，具有典型的巖漿生長振蕩環(huán)帶和韻律結(jié)構(gòu)，屬于巖漿結(jié)晶的產(chǎn)物(圖2)，鋯石粒度多為100～200 μm，柱狀晶體長寬比多為1.5～2.0。鋯石晶體測定位置需要結(jié)合透射光、反射光和CL圖像進(jìn)行選取，以避開鋯石晶體中的裂紋和包裹體，選取的分析點均位于明顯的巖漿環(huán)帶部位[13]。27個數(shù)據(jù)點的w(206Pb)/w(238U)年齡均落于諧和線上或其附近，加權(quán)平均值為(457.0±6.5)Ma，MSWD=2.6，該年齡值應(yīng)代表二長花崗巖的成巖年齡，據(jù)此可將二長花崗巖的成巖年齡確定為晚奧陶世。

圖2 二長花崗巖陰極發(fā)光照片

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

巖體w(SiO2)為71.58%～75.36%，巖石呈現(xiàn)富硅特點，屬酸性巖范疇；里特曼指數(shù)(σ)為1.44～1.93，平均為1.72，屬鈣堿性系列巖石；w(Al2O3)為12.92%～14.79%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為1.14～1.45，平均為1.31。在侵入巖TAS分類圖上(圖3)，二長花崗巖均落于Ir線下方，為亞堿性系列。在侵入巖硅鉀圖(圖4)上，顯示樣品主要投點于高鉀鈣堿性系列。在A/CNK-A/NK判別圖解(圖5)中，投點主要落于過鋁質(zhì)區(qū)域?？梢?，巖石具有高硅、富堿、低鎂、低鈣特征，屬過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列。

圖3 侵入巖系統(tǒng)全堿-硅(TAS)分類圖解

圖4 巖石系列w(SiO2)-w(K2O)圖解

圖5 侵入巖A/CNK-A/NK判別圖解

4.2 微量元素及稀土元素特征

巖體稀土元素總量較高(w(ΣREE)為(82.21～216.64)×10-6)，w(LREE)/w(HREE)為5.94～9.86。巖體具有一致的右傾型球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式(圖6)，輕、重稀土分餾較強，輕稀土富集、重稀土虧損，輕稀土右傾斜率較陡，重稀土近于平坦，具有中等富Eu異常(δEu為0.49～0.79)。二長花崗巖的微量元素配分曲線特征基本一致(圖7)，斜率較陡，強不相容元素富集，顯示出巖石整體富集Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ba、Sr以及高場強元素Nb、Ta、Ti，該類特征指示侵入巖的形成可能與板塊俯沖有關(guān)。

圖6 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式

圖7 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

5 討 論

5.1 巖石成因

研究區(qū)二長花崗巖為過鋁質(zhì)(A/CNK為1.14～1.45)，顯示變質(zhì)沉積巖發(fā)生部分熔融形成熔體的強過鋁質(zhì)特征。巖體P2O5含量較高，均值為0.12%，隨著分異程度的增加，P2O5含量會出現(xiàn)升高的趨勢，顯示出S型花崗巖的特征。在1 000w(Ga)/w(Al)-w(FeO)/w(MgO)判別圖解(圖8)中，樣品點均落于I & S型花崗巖區(qū)域(圖8)；在w(Zr)-w(TiO2)判別圖解(圖9)中，樣品點均落于S型花崗巖區(qū)域。綜合分析認(rèn)為：研究區(qū)二長花崗巖為過鋁質(zhì)S型花崗巖，為殼源物質(zhì)經(jīng)過部分熔融、結(jié)晶而形成的花崗巖。

5.2 大地構(gòu)造背景

二長花崗巖的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示富集Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ba、Sr以及高場強元素Nb、Ta、Ti，該類特征反映出研究區(qū)侵入巖的形成與俯沖有關(guān)。在w(Y+Nb)-w(Rb)圖解(圖10)與w(Yb+Ta)-w(Rb)圖解(圖11)中，樣品點落于火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖兩者交界區(qū)；在w(Rb)/30-w(Hf)-3w(Ta)圖解(圖12)中，樣品點落于火山弧花崗巖、同碰撞花崗巖、碰撞后花崗巖三者交界區(qū)。區(qū)域地質(zhì)資料顯示，早奧陶世時期，興安地塊與額爾古納之間的小洋盆開始向額爾古納地塊下俯沖，形成了多寶山島弧，隨著俯沖的持續(xù)，于中晚奧陶世形成了與多寶山島弧相配套的裸河組弧后盆地[14]；晚奧陶世，俯沖階段開始向碰撞階段轉(zhuǎn)換，多寶山島弧與地塊發(fā)生了弧陸碰撞，研究區(qū)二長花崗巖可能為晚奧陶世時期多寶山島弧和與額爾古納地塊發(fā)生弧陸碰撞，以含島弧(多寶山島弧)性質(zhì)的殼源物質(zhì)經(jīng)過熔融、結(jié)晶而形成的S型花崗巖。

圖8 1 000 w(Ga)/w(Al)-w(TFeO)/w(MgO)圖解

圖9 w(Zr)-w(TiO2)圖解

圖10 侵入巖w(Y+Nb)-w(Rb)圖解

6 結(jié) 論

(1)內(nèi)蒙古牙克石烏奴爾地區(qū)二長花崗巖的成巖年齡為(457.0±6.5)Ma，為晚奧陶世。

(2)研究區(qū)內(nèi)二長花崗巖為過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列S型花崗巖，具有中等富Eu異常(δEu為0.49～0.79)，整體富集Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ba、Sr以及高場強元素Nb、Ta、Ti，該類特征指示區(qū)內(nèi)侵入巖的形成可能與俯沖有關(guān)。

圖11 侵入巖w(Yb+Ta)-w(Rb)圖解

圖12 w(Rb)/30-w(Hf)-3w(Ta)構(gòu)造判別圖解

(3)研究區(qū)內(nèi)二長花崗巖的區(qū)域構(gòu)造背景屬于弧陸碰撞背景，揭示了在晚奧陶世多寶山島弧和與額爾古納地塊發(fā)生了一次弧陸碰撞，為興安地塊與額爾古納地塊的構(gòu)造演化提供了有利證據(jù)。