內(nèi)蒙古阿巴嘎旗北部早二疊世堿性花崗巖同位素年代學(xué)及其構(gòu)造意義

魯 敏 高 源 劉 博 霍潤斌 馮 欣

(中國人民武裝警察部隊黃金第四支隊)

西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶中東部廣泛發(fā)育的晚古生代花崗巖，記錄了古亞洲洋的關(guān)閉及拼合造山的過程，備受廣大地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注。目前，學(xué)術(shù)界關(guān)于碰撞縫合時間主要有2種觀點：一是縫合時間為晚二疊世[1]；另一種為縫合時間可能在晚泥盆世[2-4]。本研究在內(nèi)蒙古阿巴嘎旗北部發(fā)現(xiàn)了鋯石U-Pb年齡為318 Ma的晚石炭世高分異I型黑云母二長花崗巖及鋯石U-Pb年齡為278～299 Ma的早二疊世堿性A型花崗巖，認(rèn)為晚石炭世為陸緣弧背景、早二疊世為造山后階段的地質(zhì)演化歷史。本研究結(jié)合地質(zhì)調(diào)查成果，通過對阿巴嘎旗北部堿性花崗巖開展鋯石U-Pb年代學(xué)、演示地球化學(xué)及Rb-Sr同位素分析，探討該地區(qū)古生代巖漿活動的時代、成因及構(gòu)造背景，進一步為興蒙造山帶地質(zhì)演化和地殼增生的研究提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

研究區(qū)古生代大地構(gòu)造位置位于二連—賀根山縫合帶以北，西伯利亞板塊東南緣大陸邊緣[5-6]。區(qū)內(nèi)晚古生代巖漿活動十分發(fā)育，主要為酸性巖及堿性巖類，其分布受區(qū)域構(gòu)造控制而呈NE向，時代主要集中于晚石炭世—早二疊世。區(qū)內(nèi)晚石炭世花崗巖為高分異I型黑云母二長花崗巖，地球化學(xué)特征指示其形成于陸緣弧環(huán)境，為與板塊俯沖有關(guān)的侵入巖[7]；早二疊世堿性花崗巖為A2型花崗巖，地球化學(xué)特征指示其形成于造山后伸展環(huán)境，為造山后階段地殼大規(guī)模增生的產(chǎn)物。早二疊世堿性花崗巖主要呈NE向帶狀展布，分布廣泛，面積約52.06 km2，侵入上石炭統(tǒng)寶力高廟組。堿性花崗巖風(fēng)化面多呈土黃色，新鮮面呈淺紅色、棕紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。副礦物主要為磁鐵礦、鈦鐵礦、赤褐鐵礦和鋯石。電子探針數(shù)據(jù)顯示角閃石多屬于鈉-鈣角閃石組及堿質(zhì)閃石組，表明其具有堿性特征。

2 地球化學(xué)特征

堿性花崗巖具有高SiO2(w(SiO2)為73.42%～76.79%)，富堿(w(K2O+Na2O)為8.41%～9.16%)，貧MgO(w(MgO)為0.06%～0.23%)、CaO(w(CaO)為0.04%～0.50%)的特征，鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.84～0.98，屬過堿質(zhì)巖石。掩飾分異指數(shù)(DI)為88.55～93.22，平均為91.27，固結(jié)指數(shù)(SI)為0.47～1.81，平均為0.91，表明巖漿分異程度較高。巖體w(K2O)/w(Na2O)平均值為1.36，w(Na2O)平均值(3.85%)明顯高于S型花崗巖(w(Na2O)平均為2.81%)。CaO含量平均為0.15%，顯著低于典型I型長英質(zhì)花崗巖(w(Na2O)平均值大于3.7%)。巖體中P2O5含量低，平均為0.034%，低于S型花崗巖(w(P2O5)平均為0.14%)。巖體在Wright SiO2-AR圖解中主要落于堿質(zhì)巖區(qū)。

稀土元素總量w(ΣREE)平均為219.03×10-6，含量較高，w(LREE)/w(HREE)平均為3.59，(La/Yb)N平均為2.56，(La/Sm)N平均為2.10，(Gd/Yb)N平均為0.95，δEu平均為0.29，稀土配分模式為右傾“海鷗”型，輕稀土分餾程度較高，重稀土基本不分餾，Eu具有深“V”谷型曲線，屬輕稀土富集型和分異型。巖體總體富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、Zr、Hf等，虧損大離子親石元素Ba、Sr、Eu及高場強元素Nb、P、Ti等，顯著的Ba、Sr、P、Ti負(fù)異常表明巖漿源區(qū)有大量斜長石和金紅石殘留，巖漿結(jié)晶分異作用強烈。巖體兼具改造型和同熔型花崗巖的特點，其w(Nb)/w(Ta)值接近地殼平均值(11.4)，但與地幔平均值(60)差距大?？傮w上微量元素反映了巖體物質(zhì)來源以殼源為主，混有幔源物質(zhì)。

3 年代學(xué)特征

(1)U-Pb年齡。本研究測年采用單顆粒鋯石激光剝蝕法，測年樣品鋯石呈渾圓狀或半自形—自形短柱狀，多數(shù)鋯石可觀察到清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。PM201-2U-Pb巖體樣品的w(206Pb)/w(238U)表觀年齡為(284±3)～(322±4)Ma，其加權(quán)平均年齡為(298.3±3.5)Ma。U/Pb20150001巖體樣品的w(206Pb)/w(238U)表觀年齡為(278±5)～(307±10)Ma，加權(quán)平均年齡為(288.4±2.8)Ma。綜合分析可知：研究區(qū)堿性花崗巖的形成時代為早二疊世。

(2)Rb-Sr等時線年齡。堿性花崗巖w(87Rb)/w(86Sr)為11.55～85.75，w(87Sr)/w(86Sr)為0.753 09～1.055 51。計算堿性花崗巖Rb-Sr等時線可得(w(87Sr)/w(86Sr))i為0.7025，較接近于地幔Sr同位素w(87Sr)/w(86Sr)平均值(0.704)，與大陸地殼Sr同位素w(87Sr)/w(86Sr)平均值(0.719)相差較大。早二疊世堿性花崗巖為A2型花崗巖，符合幔源源區(qū)特征，等時線年齡為(284.4±9.6)Ma，與其U-Pb測年結(jié)果相符。

4 討 論

研究區(qū)出露中下泥盆統(tǒng)泥鰍河組和上石炭統(tǒng)寶力高廟組，缺失晚泥盆世—早石炭世地層記錄，與區(qū)域上二連—東烏旗一帶地層相似。研究區(qū)地質(zhì)調(diào)查顯示[8-12]，區(qū)內(nèi)泥盆系泥鰍河組為一套濱淺海沉積，巖性主要為長石巖屑砂巖、淺變質(zhì)復(fù)成分礫巖，含有大量腕足、珊瑚、苔蘚蟲等化石。寶力高廟組主要為一套陸相火山—沉積建造，含有豐富的植物化石。泥鰍河組和寶力高廟組在沉積環(huán)境和構(gòu)造樣式上均有顯著區(qū)別，指示了兩者之間存在一次重大的構(gòu)造事件[13-18]。區(qū)內(nèi)出露的晚石炭世黑云母二長花崗巖(318 Ma)總體富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、U，虧損Ba、Ta、Sr、P、Ti，在構(gòu)造判別圖解中均落于碰撞背景區(qū)域，指示其形成于陸緣弧構(gòu)造環(huán)境。前人根據(jù)在賀根山蛇綠巖套頂部的硅質(zhì)巖中發(fā)現(xiàn)的珊瑚化石和放射蟲化石，將賀根山蛇綠巖的形成時代定為晚泥盆世—早石炭世[1]。本研究通過對早二疊世堿性花崗巖的研究，認(rèn)為早石炭世賀根山洋盆開始向北俯沖進入消減階段，晚石炭世華北板塊與錫林浩特地塊之間發(fā)生對接，區(qū)域上巖漿活動規(guī)模達到最強，至早二疊世碰撞結(jié)束進入造山后伸展階段，形成了區(qū)域上廣泛分布的堿性花崗巖。

研究區(qū)堿性花崗巖電子探針測試數(shù)據(jù)顯示，角閃石為堿性角閃石，且在中粒文象堿性花崗巖人工重砂樣品中發(fā)現(xiàn)了霓輝石、鈦輝石礦物。堿性花崗巖以P2O5含量0.03%(小于0.14%)和Na2O含量3.88%(大于2.81%)區(qū)別于高分異的S型花崗巖。樣品在w(Nb)-w(Y)-3w(Ga)三角圖解(圖1)和w(Nb)-w(Y)-w(Ce)圖解中(圖2)，均位于A2型造山后花崗巖區(qū)域。在花崗巖w(Y+Nb)-w(Rb)圖解(圖3)和w(Yb+Ta)-w(Rb)構(gòu)造判別圖解(圖4)中，除少數(shù)樣品外，均落入WPG板內(nèi)花崗巖區(qū)。在w(SiO2)-w(TFeO)/w(TFeO+MgO)構(gòu)造環(huán)境圖解上(圖5)，除少數(shù)樣品外，均分布于造山期后花崗巖區(qū)域。在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖6)中，樣品集中分布于造山期后花崗巖區(qū)域。綜合分析表明：早二疊世侵入巖形成于造山期后的拉張伸展環(huán)境。

圖1 堿性花崗巖w(Nb)-w(Y)-3w(Ga)圖解

綜上所述：研究區(qū)堿性花崗巖為造山后拉張伸展環(huán)境巖漿作用的產(chǎn)物，指示區(qū)域上華北與西伯利亞碰撞結(jié)束，由俯沖、碰撞造山的擠壓轉(zhuǎn)向拉張伸展時期。

圖2 堿性花崗巖w(Nb)-w(Y)-w(Ce)圖解

圖3 堿性花崗巖w(Y+Nb)-w(Rb)圖解

圖4 堿性花崗巖w(Yb+Ta)-w(Rb)圖解；

圖5 堿性花崗巖w(SiO2)-w(TFeO)/w(TFeO+MgO)圖解

5 結(jié) 論

(1)阿巴嘎旗北部堿性花崗巖含霓石、霓輝石、堿性角閃石等堿性暗色礦物，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為299～278 Ma，屬早二疊世。

(2)研究區(qū)堿性花崗巖具有高硅、富堿、貧鎂、鈣的特征，屬過堿質(zhì)堿性巖系列；輕重稀土分餾較明顯，輕稀土分餾程度較高，重稀土基本不分餾，Eu具有深“V”谷型曲線，稀土配分曲線圖呈典型的“飛翔海鷗”型；富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、Zr、Hf等，虧損大離子親石元素Ba、Sr、Eu及高場強元素Nb、P、Ti等，表明巖漿源區(qū)有大量斜長石和金紅石殘留，巖漿結(jié)晶分異作用強烈。

圖6 堿性花崗巖R1-R2圖解

(3)堿性花崗巖可能為造山后伸展環(huán)境的產(chǎn)物，標(biāo)志著華北板塊與西伯利亞板塊在晚石炭世經(jīng)歷了俯沖消減、碰撞造山過程后，于早二疊世299 Ma 左右進入造山后伸展環(huán)境。