內(nèi)蒙古蘇尼特左旗晚石炭世花崗巖地球化學(xué)特征及其意義

孫挪亞，張曉芳，辛 順

(1.中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040； 2.華北油田公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552)

中亞—蒙古巨型造山帶世界上最大規(guī)模的增生造山帶，它位于西伯利亞、歐洲、塔里木和華北克拉通之間，經(jīng)歷了長期復(fù)雜的地質(zhì)演化，發(fā)育了強烈的巖漿作用[1-3]。興蒙造山帶位于中亞—蒙古巨型造山帶東部地區(qū)，該帶經(jīng)歷過多次俯沖、拼貼、碰撞和開合。興蒙造山帶中的二連—賀根山斷裂帶南側(cè)發(fā)育有晚古生代巨型花崗巖帶，其演化過程記錄了華北板塊與西伯利亞板塊匯聚、古亞洲洋消亡的歷史，是研究兩大板塊拼接及古亞洲洋最終閉合時限的重要依據(jù)[4-5]。

內(nèi)蒙古蘇尼特左旗賽罕高畢地區(qū)位于二連—賀根山斷裂帶之南，該地區(qū)發(fā)育大量的晚石炭世—侏羅世侵入巖，為研究興蒙造山帶南部巖漿演化、構(gòu)造格局演變的重要地區(qū)之一[6-7]。

本文以2012—2014年完成的“內(nèi)蒙古1∶5 萬隆達(dá)格蘇木幅(K49E001018)、古巴日亞其因阿曼烏蘇幅(K49E001019)、巴彥忙來巴日戈德幅(K49E002018)和崩巴圖幅(K49E002019)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項目資料為依據(jù)，對賽罕高畢地區(qū)發(fā)育的晚石炭世花崗閃長巖，結(jié)合野外地質(zhì)特征，通過系統(tǒng)的主微量元素地球化學(xué)研究總結(jié)其地球化學(xué)特征，對其巖石成因及構(gòu)造背景進(jìn)行了初步分析，以期為興蒙造山帶華北板塊與西伯利亞板塊碰撞等大地構(gòu)造演化歷史提供一些新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古中北部蘇尼特左旗西部，屬中蒙邊境地區(qū)，在大地構(gòu)造位置上位于華北板塊與西伯利亞板塊之間，屬于興蒙造山帶(圖1)，是研究古亞洲洋構(gòu)造演化的重要部位。研究區(qū)大部分被中一新生代沉積所覆蓋，出露最老的地層為晚古生代上石炭統(tǒng)本巴圖組的砂巖，阿木山組灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r及砂巖，這兩個地層被晚石炭世和晚三疊紀(jì)花崗巖侵入[8-11]。區(qū)內(nèi)晚石炭世花崗巖主要有細(xì)粒閃長巖、中細(xì)?；◢忛W長巖、粗中?；◢忛W長巖、中細(xì)粒二長花崗巖和中粗粒二長花崗巖(圖2)。本文選取粗中?；◢忛W長巖作為研究對象。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖Figure 1 Study area geotectonic setting

圖2 研究區(qū)地質(zhì)簡圖(實測)Figure 2 Study area geological sketch map (measured)

晚石炭世粗中?；◢忛W長巖總體呈北東向帶狀展布，延伸約10km，地表由多個小侵入體和一個較大的巖基組成。在SPOTS影像圖上呈淺灰白色調(diào)，亮度高的影像特征。在Ⅱ級解譯區(qū)中由于蝕變等均顯示不同的淺色調(diào)，亮度大的圓狀、橢圓狀地貌，呈大的巖基嵌于層狀地質(zhì)體中，面積數(shù)十平方千米，與圍巖邊界清楚，山脊渾圓狀，表面凹凸形地貌，放射狀、不規(guī)則狀水系較發(fā)育。巖體侵入石炭系上統(tǒng)本巴圖組(圖3)及晚石炭世中細(xì)?；◢忛W長巖呈漸變式接觸關(guān)系(圖4)，被晚石炭世中細(xì)粒二長花崗巖和晚三疊世中細(xì)粒似斑狀黑云母二長花崗巖侵入。

圖3 接觸關(guān)系素描圖Figure 3 Intrusive contact sketch

圖4 接觸關(guān)系素描圖Figure 4 Intrusive contact sketch

粗中?；◢忛W長巖普遍具有球形風(fēng)化，呈淺肉灰色，致密堅硬。塊狀構(gòu)造，半自形粒狀結(jié)構(gòu)(圖5、圖6)，主要由斜長石(52%～70%)、鉀長石(5%～12%)、石英(20%～28%)、角閃石(1%～15%)及黑云母(1%～10%)組成。

圖5 粗中?；◢忛W長巖基巖露頭Figure 5 Coarse-medium grained granodiorite outcrop

圖6 粗中粒花崗閃長巖半自形粒狀結(jié)構(gòu)Figure 6 Hypidiomorphic-granular texture of coarse-medium grained granodiorite

斜長石：呈自形板條狀，大小在2.8mm×0.8mm～1.0mm×0.4mm，較大的可達(dá)6mm，聚片雙晶發(fā)育，少見環(huán)帶結(jié)構(gòu)，個別顆粒見褐紅色的鉀長石環(huán)邊，表面不同程度粘土化和鈉黝簾石化，蝕變較強，呈土灰褐色。

鉀長石：呈它形粒狀，大小在1.6～0.5mm 間，負(fù)低突起，多具條紋結(jié)構(gòu)，粘土化強烈，其中的斜長石條紋細(xì)小，基本無蝕變，較為潔凈，和鉀長石主晶有明顯的區(qū)別，鉀長石整體呈褐紅色。

石英：呈它形粒狀，粒徑1.0～0.8mm 間不等，干凈透明，裂紋較多，填隙于斜長石和鉀長石粒間。

角閃石：粒度為3.2×1.0～0.8mm，已綠泥石化和綠簾石化，但角閃石的晶體輪廓還很清晰。

黑云母：巖石中半自形粒狀的斜長石緊密嵌生，其粒間分布有它形粒狀的石英、鉀長石和柱狀的角閃石，如少量的鱗片狀綠泥石和綠簾石也充填隙于斜長石的粒間孔隙中。

次生礦物：黏土礦物、綠泥石、綠簾石、鈉長石、黝簾石。

副礦物主要為磁鐵礦、赤褐鐵礦、榍石、鋯石、磷灰石及綠簾石，少量黃鐵礦、金紅石、釷石、褐簾石、紅簾石。

2 巖石化學(xué)、巖石地球化學(xué)特征

2.1 主量元素特征

晚石炭世粗中?；◢忛W長巖主量元素分析結(jié)果(表1、表2)顯示：其SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍較小，為66.70%～80.04%，平均值為69.29%，屬酸性巖范圍，明顯高于黎彤值； Al2O3為11.85%～15.22%，平均值為16.33%；K2O為1.60%～3.32%，平均值為3.05%；Na2O為2.95%～4.64%，平均值為2.97%。CaO為0.24%～3.4%，P2O5為0.04%～0.18%，MgO為0.23%～3.88%，TiO2為0.07%～0.46%。TiO2、Fe2O3、FeO、MnO低于黎彤值，Al2O3、CaO、Na2O、P2O5低于黎彤值，MgO、K2O略高于黎彤值，巖石具高硅，低鋁低鈣的特征。

巖石化學(xué)K2O+Na2O+CaO

表1 晚石炭世粗中?；◢忛W長巖主量元素分析結(jié)果Table 1 Late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite major element analyzed results /%

表2 晚石炭世粗中粒花崗閃長巖巖石化學(xué)特征一覽表Table 2 Data sheet of late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite rock chemical features

圖7 粗中?；◢忛W長巖SiO2-K2O圖解Figure 7 SiO2-K2O diagram of coarse-medium grained granodiorite

2.2 微量元素特征

微量元素平均值與陸殼黎彤值、維氏值比較見表3、表4，Cr、Ni、Co、V元素平均含量略高于維氏值，低于陸殼黎彤值，Rb、Sr均低于維氏值和黎彤值，Ba遠(yuǎn)高于陸殼值和維氏值， Rb/Sr為0.65， K/Rb為838.09， Sr/Ba為1.29，巖石具高鉀高鋇，低銣的特征；Nb、Ta元素平均含量低于維氏值和黎彤值，Nb/Ta為7.97，介于陸殼比值高于維氏比值之間；Zr元素平均含量低于維氏值和黎彤值，Hf元素平均含量高于維氏值和黎彤值，Zr/Hf為22.33，遠(yuǎn)低于維氏比值和陸殼比值，巖石相對富Hf；Th、U元素平均含量略低于黎彤值低于維氏值，Th/U為5.11，介于維氏比值和陸殼比值之間；Ga元素含量略低于黎彤值和維氏值，與陸殼值接近。

粗中?；◢忛W長巖巖石/原始地幔比值的蛛網(wǎng)圖(圖8)，大部分樣品具Ba、Ta、Sr、Hf出現(xiàn)相對高值點，相對富集，其中4號樣品Ba比值高達(dá)近1 000，Rb、Nb、Ti出現(xiàn)相對低值點，相對虧損。

圖8 粗中?；◢忛W長巖微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)來自于Sun and McDonough)Figure 8 Spider chart of trace elements in coarse-medium grained granodiorite

表3 晚石炭世粗中?；◢忛W長巖微量元素分析結(jié)果表

表4 晚石炭世粗中?；◢忛W長巖微量元素特征一覽表Table 4 Data sheet of late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite trace element features

2.3 稀土元素特征

稀土元素成分及含量與黎彤陸殼、洋殼值比較見表5、表6。巖石稀土元素總量ΣREE為72.29×10-6～129.97×10-6，平均值94.08×10-6，低于黎彤洋殼稀土總量106.30×10-6；LREE/HREE為0.81～2.35，平均值為1.58，略低于黎彤洋殼比值，表明輕稀土相對弱富集，重稀土相對虧損；稀土元素配分曲線見圖9，為向右緩傾斜，稀土富集型配分曲線為弱負(fù)銪異常輕稀土弱富集型配分曲線。

稀土元素的(La/Yb)N=1.41～5.04，平均值3.11，(Ce/Yb)N=1.24～4.08，平均值2.60，表明輕稀土相對較富集；(La/Sm)N=2.12～2.54， (Gd/Yb)N=0.56～1.05，平均值0.88，表明輕稀土、重稀土分餾程度相對較低；δEu=0.34～0.91，平均值0.72，具弱負(fù)異常，Eu處具“V”字型淺谷，PM44_01WL1樣品Eu處具“V”字型深谷。

圖9 粗中?；◢忛W長巖稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值取自Sun and McDonough，1989)Figure 9 Partition diagram of REE in coarse-medium grained granodiorite

表5 晚石炭世粗中?；◢忛W長巖稀土元素分析結(jié)果表Table 5 Late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite REE analyzed results/×10-6

表6 晚石炭世粗中?；◢忛W長巖稀土元素特征一覽表Table 6 Data sheet of late Carboniferous coarse-medium grained granodiorite REE features

3 巖石成因與構(gòu)造環(huán)境

常量元素比值Na2O/K2O=0.97比值近于1；微量元素Cr、Ni、Co、V等元素含量低于黎彤陸殼值，Rb、Sr、Ba明顯高于黎彤陸殼值，輕稀土富集。上述巖石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為粗中?；◢忛W長巖的物質(zhì)來源于陸殼[12-15]。

在I型、S型、A型花崗巖類判別圖解(圖10)中，中細(xì)?；◢忛W長巖投影點大部分落入均落在“I”型花崗巖區(qū)。

圖10 粗中?；◢忛W長巖I型、S型、A型花崗巖判別圖解Figure 10 Discrimination diagram of I, S and A typed granite in coarse-medium grained granodiorite

I型花崗巖是殼源巖漿與幔源巖漿混合作用的產(chǎn)物，說明本區(qū)花崗巖是殼幔混合作用的結(jié)果[16]。

在晚石炭世侵入巖R1-R2因子判別圖(圖11)中，粗中?；◢忛W長巖樣品投點較為集中，樣品落入破壞性活動板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖區(qū)與地幔斜長花崗巖區(qū)界線附近及兩側(cè)。

①地幔斜長花崗巖；②破壞性活動板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖；③板塊碰撞后隆起期花崗巖；④晚造山期花崗巖；⑤非造山區(qū) A型花崗巖；⑥同碰撞(S型)花崗巖；⑦造山期后A型花崗巖

在晚石炭世侵入巖Nb-Y判別圖解(圖12)上，粗中?；◢忛W長巖樣品投點落入火山弧花崗巖區(qū)附近，部分投點落入同碰撞花崗巖與火山弧花崗巖區(qū)界線處。

syn-COLG-同碰撞花崗巖；WPG-板內(nèi)花崗巖；VAG-火山弧花崗巖；ORG-洋脊花崗巖

綜合分析，研究區(qū)于晚石炭世時，華北板塊與西伯利亞板塊開始碰撞。

4 結(jié)論

①研究區(qū)晚石炭世粗中粒花崗巖為一套高鉀鈣堿性花崗巖，巖漿經(jīng)歷了較徹底的分異演化，分離結(jié)晶程度高。

②稀土元素特征顯示，LREE輕度富集，HREE輕度虧損，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖形態(tài)為右傾型。具中等程度的Eu負(fù)異常。

③主微量元素特征以及巖石構(gòu)造成因類型判別圖解顯示賽罕高畢地區(qū)晚石炭世粗中粒花崗閃長巖為高分異的I型花崗巖，為破壞性活動板塊邊緣(板塊碰撞前)花崗巖，指示西伯利亞板塊和華北板塊在研究區(qū)在石炭世開始碰撞。