內(nèi)蒙古阿拉善地塊北緣查干敖包一帶二長花崗巖鋯石定年、地球化學特征及其構(gòu)造意義

李 杰，叢殿閣，古艷春，田 穎

(1.河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000；2.青海大學 地質(zhì)工程系，青海 西寧 810016；3.青海省地質(zhì)調(diào)查院 青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點實驗室，青海 西寧 810012；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動與找礦重點實驗室，內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

0 引 言

本文研究的查干敖包二長花崗巖巖體出露在阿拉善地塊北緣，在構(gòu)造位置上屬于古生代華北板塊西北陸緣區(qū)諾爾公—狼山構(gòu)造帶。阿拉善北緣以巴丹吉林斷裂為界之北側(cè)為沙扎拉山構(gòu)造帶，南側(cè)為諾爾公—狼山構(gòu)造帶，前者具有成熟島弧和弧后盆地的建造組合性質(zhì)[1]；沙扎拉山構(gòu)造帶北側(cè)則是具洋殼性質(zhì)的恩格爾烏蘇斷裂帶，被認為是華北板塊與塔里木板塊的縫合線[2-4]。然而諾爾公—狼山構(gòu)造帶因其自身多期次的巖漿活動和缺少系統(tǒng)精細的年代學研究，導致了其巖漿演化特征和大地構(gòu)造意義并不是非常明確。有觀點認為諾爾公—狼山構(gòu)造帶屬元古宇造山帶，在晚元古代至早古生代發(fā)生了強烈的拉張作用[1]；也有觀點認為雅不賴山—諾爾公為大陸弧褶皺帶，主體為華力西中、晚期花崗巖類，其形成主要與俯沖作用有關(guān)，屬殼幔混源，在華力西末期環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎苍焐綆5-6]，阿拉善北部后造山的A型巖漿作用發(fā)生在晚三疊世早期[7]。本文針對諾爾公—狼山構(gòu)造帶分布范圍最廣的晚古生代巖漿侵位活動，以查干敖包二長花崗巖巖體為主要研究對象，通過巖石地球化學和年代學研究，探討其巖漿成因和構(gòu)造環(huán)境，在豐富區(qū)內(nèi)研究資料的同時，提出了關(guān)于晚古生代諾爾公—狼山構(gòu)造帶所處的華北板塊西北緣構(gòu)造環(huán)境的新認識。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及巖石學特征

諾爾公大型復式巖基出露于阿拉善盟左旗諾爾公蘇木一帶，沿諾爾公—狼山構(gòu)造帶近東西向展布(圖1)。該巖基向北侵入古元古代阿拉善群哈烏拉巖組((1 872±49)Ma)和新元古代變質(zhì)深成巖(904～926 Ma[8])，向南被古近系清水營組、新近系苦泉組不整合覆蓋，向西接雅不賴復式巖基，其東延部分在狼山一帶被狼山斷裂截斷，出露面積達3 000 km2，巴音諾爾公以東一帶形成一系列北西向平行斷裂，并伴古元古代阿拉善群祖宗毛道組地層(207Pb/206Pb表面年齡為1 826～2 381 Ma①)出露。據(jù)1∶25萬區(qū)調(diào)資料(1)張維杰，周洪瑞，程捷.內(nèi)蒙古1∶25萬哈日敖包布格(K48C003002)、烏力吉(K48C004002)、達里克廟(J48C001002)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.2016.諾爾公復式巖基主要為二疊紀二長花崗巖、花崗閃長巖，其次為中生代三疊紀花崗巖；另外巖基內(nèi)出露十余處基性巖體，多呈長條狀和透鏡狀小巖枝產(chǎn)出，時代為早二疊世(圖2)。查干敖包二長花崗巖體面積占據(jù)了諾爾公復式巖基的80%，主要包括黑云母二長花崗巖、斑狀黑云母二長花崗巖；巖體內(nèi)多發(fā)育大量NW向閃長玢巖脈，巖脈平直，延伸可達數(shù)十公里。巖體普遍發(fā)育閃長質(zhì)包體，包體呈定向(圖3(a))或無定向(圖3(b))排列，部分地區(qū)呈集群密集發(fā)育，局部甚至占據(jù)了巖體的主體(圖3(b))；包體大小5厘米到數(shù)十米不等，空間形態(tài)差異大，呈橢圓狀、渾圓狀、透鏡狀及不規(guī)則狀等形態(tài)。

圖1 阿拉善地區(qū)構(gòu)造單元劃分及侵入巖分布圖[1]

圖2 查干敖包一帶地質(zhì)簡圖(據(jù)張維杰等①)

查干敖包二長花崗巖風化面呈灰白色、淺灰紅色，新鮮面呈灰紅色，中細粒結(jié)構(gòu)，主要由斜長石、鉀長石、石英、黑云母組成。鉀長石為微斜條紋長石，半自形板狀-它形粒狀，粒徑0.2～2.5 mm，含量35%；斜長石，半自形板狀，粒徑0.1～3.8 mm，含量35%～40%，局部見環(huán)帶構(gòu)造；石英，它形粒狀，粒徑0.1～1.4 mm，含量20%～25%；黑云母，鱗片狀、葉片狀，粒徑0.1～0.7 mm，含量5%左右(圖3(c)和(d))。副礦物主要為鋯石和磷灰石。巖體內(nèi)閃長質(zhì)包體均具有典型的巖漿結(jié)構(gòu)(如斑狀結(jié)構(gòu))，還常含有快速淬火形成的長針狀副礦物(如磷灰石、電氣石)，可以區(qū)別于變質(zhì)巖或沉積巖的捕虜體。

圖3 查干敖包二長花崗巖野外特征及顯微照片

2 樣品分析方法

本次工作對查干敖包二長花崗巖體9個巖石樣品進行了鋯石U-Pb年代學定年和主量、稀土、微量元素測試，樣品選自地表新鮮巖體，測試的所有樣品燒失量小于1%，表明樣品沒有經(jīng)過強烈的蝕變。鋯石U-Pb同位素定年測定工作在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心實驗室利用LA-ICP-MS完成，儀器為美國EDI公司的NEW WAVE 193 nm FX激光器和美國賽默飛世爾公司NEPUNE多接受等離子質(zhì)譜儀。激光剝蝕以氦氣為載氣，束斑直徑32 μm，剝蝕深度20～400 μm，激光脈沖8 Hz。主量、稀土和微量元素測試分析由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。主量元素用Axiosmax X射線熒光光譜儀測定，F(xiàn)eO 應用氫氟酸-硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定的容量法，微量、稀土元素使用X-series2等離子質(zhì)譜儀測定。具體分析條件及流程詳見參考文獻[9]。鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡加權(quán)平均值計算均采用Isoplot/Exver3完成。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

測試過程中，選取樣品WD9016(二長花崗巖)作為鋯石激光探針年齡分析對象，通過CL圖像分析，選擇測點位置，然后采用激光剝蝕等離子體分析技術(shù)(LA-ICP-MS)對鋯石進行微區(qū)原位單點U-Pb同位素定年，測試結(jié)果如表1所示。從大量的鋯石中選擇25個測點，所測鋯石為透明柱狀，晶形完好，具有良好的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，為典型的巖漿成因鋯石(圖4(a))。打點位置多在邊部，測試過程中未發(fā)現(xiàn)較老的鋯石顆粒或核部，獲得的測年結(jié)果(表1)顯示，鋯石的表面年齡比較集中：二長花崗巖鋯石(WD9016)207Pb/235U表面年齡分布范圍279～418 Ma；206Pb/238U表面年齡分布范圍240～283 Ma；207Pb/206Pb表面年齡分布范圍300～400 Ma，在一致曲線圖中成群分布(圖4(b))，加權(quán)平均年齡為(278±1)Ma(n=22), MSWD = 1.3，屬于早二疊世。

圖4 查干敖包二長花崗巖(樣品WD9016)鋯石陰極發(fā)光(CL)圖像和鋯石U-Pb年齡

表1 二長花崗巖樣品(WD9016)的LA-ICP-MS鋯石 U-Pb分析結(jié)果

3.2 地球化學特征

3.2.1 主量元素

從二長花崗巖地球化學分析結(jié)果(表2)可以看出，二長花崗巖具有較高的SiO2含量(72.88%～75.44%)；(K2O+Na2O)含量為7.68%～8.66%，平均為8.16%；堿含量較高，除一個樣品為0.87外，余者K2O/Na2O比值介于1.08～1.41之間，K2O>Na2O表明該巖石相對富鉀[10]。Al2O3含量為12.38%～13.98%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)介于0.88～1.02之間，顯示為準鋁-弱過鋁質(zhì)(圖5(a))。二長花崗巖SiO2含量(72.88%～75.44%)高，里特曼組合指數(shù)精度較差[11]，因此利用堿度率(AR)可判斷其巖石系列；AR=2.87～4.06，在AR-SiO2圖(圖5(b))中，花崗巖樣品落入堿性區(qū)域。上述特征顯示，查干敖包二長花崗巖表現(xiàn)出富硅、富鉀和準鋁-弱過鋁堿性巖石系列的特點。

圖5 查干敖包二長花崗巖樣品A/CNK-A/NK(a)及AR-SiO2(b)圖解

3.2.2 稀土、微量元素

二長花崗巖稀土元素總量平均為126.74×10-6，其中輕稀土平均含量110.53×10-6，重稀土平均含量16.21×10-6，輕重稀土比值LREE/HREE為4.70～14.66；(La/Yb)N=4.97～18.05，平均為7.32，輕重稀土分餾明顯。δEu=0.18～0.87，平均為0.37，呈中等至較強的負銪異常。在稀土元素球粒隕石標準化配分曲線圖(圖6(a))上為右傾斜模式，重稀土呈平坦型分布。在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖6(b))上，巖體富集Rb、Ba、Th、U、K，相對虧損Nb、Ta、Ti、P、Sr。巖石強烈的Sr、Eu負異常，說明巖漿源區(qū)有斜長石的殘留，或在分離結(jié)晶作用過程中存在斜長石的分離。

圖6 查干敖包二長花崗巖樣品稀土元素球粒隕石標準化配分曲線(a)和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(b)

4 討 論

4.1 巖體形成時代

耿元生等對區(qū)內(nèi)阿拉善群前寒武紀地層研究表明，前寒武紀變質(zhì)基底受到了古生代構(gòu)造熱事件的明顯改造[12]。這在變質(zhì)地層中新生鋯石和角閃石39Ar-40Ar的測年結(jié)果中獲得證實，年齡數(shù)據(jù)見表3。這些數(shù)據(jù)表明，阿拉善地區(qū)的變質(zhì)基底至少受到早古生代和晚古生代兩期構(gòu)造熱事件的改造。本次二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果為(278±1)Ma，屬早二疊世晚期，代表了阿拉善地區(qū)晚古生代最大規(guī)模的構(gòu)造-巖漿熱事件。從目前諾爾公—狼山巖漿巖鋯石年齡的報道來看，花崗巖類形成時代主要集中在早二疊世(272～286 Ma)[13-14]，三疊系花崗巖規(guī)模小且分布相對零散，形成時代大致為234 Ma[15]。

表3 前寒武紀變質(zhì)基底古生代構(gòu)造熱事件

表 2 二長花崗巖樣品主量、微量及稀土元素分析結(jié)果

4.2 巖石成因及源區(qū)特征

巖石地球化學分析結(jié)果表明查干敖包二長花崗巖大離子親石元素Sr表現(xiàn)為強烈的虧損，顯示巖漿可能形成于淺部低壓區(qū)，非常低的Sr異?？赡苁堑貧だ瓘垳p薄的產(chǎn)物[16]，具有過渡型花崗巖的特征。該類型花崗巖被認為是由于地幔中來的巖漿侵入到深大斷裂帶、活動大陸邊緣和島弧區(qū)，導致熱流增大，地熱梯度急劇升高，引起同熔作用、混染作用和同化作用所形成的花崗巖類；該巖類往往是從中性到酸性的花崗巖，如從閃長巖→石英閃長巖→花崗閃長巖→正長花崗巖，伴生有少量的基性巖石[17]。對比過渡型花崗巖特點看，研究區(qū)查干敖包二長花崗巖具有非常相近的地質(zhì)構(gòu)造背景。另外，實驗室?guī)r石學分析表明在淺部低壓條件下，Sr在斜長石中容易類質(zhì)同象替換Ca，但在輝石中不能取代Ca。在淺部低壓條件下，斜長石作為早期結(jié)晶相，顯示相容元素特征，作為殘留相或從巖漿中析出[18]，這與二長花崗巖中等至較強的負銪異常(δEu平均為0.37)所指示的巖漿演化過程相吻合，表明源區(qū)存在斜長石殘留或者曾發(fā)生明顯的斜長石分離結(jié)晶作用。從Sr、Yb元素含量來看，二長花崗巖Sr平均值為94.44×10-6，Yb為3.10×10-6，具有非常低Sr、高Yb(Sr<94.44×10-6，Yb>2×10-6)的特征，指示其形成的壓力極低，在相圖上大多位于低壓區(qū)(④區(qū))[16,19-20](圖7)。

圖7 玄武巖部分熔融實驗[16,19-20]

1:25萬區(qū)調(diào)資料①顯示，諾爾公—狼山巖漿巖帶之前被認為形成于早古生代的基性侵入巖，其準確形成時代應為早二疊世(275～ 278 Ma)，近年來巖漿帶內(nèi)基性巖鋯石測年報道也均顯示基性巖體形成時代約為275 Ma[21-22]。上述測年結(jié)果表明，諾爾公—狼山巖漿巖帶侵入體在早二疊世表現(xiàn)為酸性巖和基性巖兩個極性的演化特點。

結(jié)合上述年代學、巖石組合、地球化學和物質(zhì)組成來看，諾爾公—狼山巖漿巖帶在晚古生代可能與后碰撞期拆離而引起的地殼伸展有關(guān)。一方面由于地幔物質(zhì)底侵導致地殼的拉伸減薄，地殼發(fā)生了拆離斷層作用，幔源熱物質(zhì)上涌，導致基性巖漿的侵入；另一方面在這種極高的溫度梯度、減壓熔融條件下，地殼中形成了大規(guī)?；◢弾r巖漿活動。由于拆離斷層作用，巴音諾爾公以東一帶形成一系列的平行斷裂，并有元古宇阿拉善巖群代表的變質(zhì)核心雜巖(1 363～1 872 Ma①)相伴生。位于巖漿帶北側(cè)西起雅布賴山，東至狼山斷裂，延綿數(shù)百公里的基性巖墻群是拉張作用的產(chǎn)物，雅布賴山出露的雁行排列的基性巖墻群是這種作用的典型產(chǎn)物[1]。基于上述認識，可以推斷區(qū)內(nèi)酸性侵入體內(nèi)廣泛分布的鎂鐵質(zhì)包體是幔源基性巖漿和殼源酸性巖漿混合作用的結(jié)果，是基性巖漿與酸性巖漿混合不完全而殘存的基性巖漿團塊。張建軍等對包體LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測年，獲得年齡為(270±10)Ma[23]；該年齡與區(qū)內(nèi)花崗巖、基性巖形成時代極為相近，為包體的混合成因及本文提出的上述巖漿演化特點提供了年代學支撐。

4.3 構(gòu)造環(huán)境及地質(zhì)意義

查干敖包二長花崗巖體和伴生的花崗閃長巖共同構(gòu)成了諾爾公大型復式巖基的主體，同時也代表了諾爾公—狼山巖漿帶二疊紀主要巖石組合類型，前者為富硅、富鉀準鋁質(zhì)堿性花崗巖系列，后者表現(xiàn)為高鉀鈣堿性花崗巖系列[24]，表現(xiàn)出后碰撞花崗巖巖石地球化學特點。從構(gòu)造環(huán)境判別圖(圖8)可以看出，二長花崗巖處于后碰撞(post-COLG)區(qū)。造山作用晚期造山帶的垮塌或拆沉作用是目前認為地殼發(fā)生成分變化的最重要時期，也是花崗巖形成的最重要的構(gòu)造背景[25-26]。該時期構(gòu)造活動復雜，包括諸如板塊間沿剪切帶的大規(guī)模運動、合攏、巖石圈的拆沉、小型海洋板塊的俯沖以及裂谷的生成等，這些事件中包括持續(xù)的或間歇的伸展體制[10]。近年來對中亞造山帶后碰撞環(huán)境的時代特征(比主碰撞期晚的多)、巖石地球化學特點(高鉀鈣堿性-堿性系列花崗巖類)、巖體產(chǎn)狀及分布狀態(tài)、源巖特點有了較多的認識[27-30]，這說明地質(zhì)研究人員對早二疊世中亞造山帶地區(qū)大規(guī)模高鉀鈣堿-堿性系列巖漿侵入活動發(fā)生在后碰撞環(huán)境下的界定有了更多的共識。

圖8 二長花崗巖(Y+Nb)-Rb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(底圖據(jù)Pearce 等[25])

綜上所述，阿拉善地塊所代表的華北板塊西北緣，同塔里木板塊南緣在早二疊世以前已經(jīng)碰撞完畢，查干敖包二長花崗巖是在后碰撞期地幔物質(zhì)底侵導致地殼的拉伸減薄過程中，在較高的溫度梯度、減壓熔融條件下形成的。

5 結(jié) 論

(1)查干敖包二長花崗巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年結(jié)果顯示，其形成時代為(278±1)Ma，屬早二疊世晚期，與諾爾公—狼山巖漿巖帶基性巖體成巖時間一致；結(jié)合區(qū)域資料推斷諾爾公—狼山構(gòu)造帶具有雙峰式巖漿演化特點。

(1)地球化學特征顯示，二長花崗巖為富硅、富鉀、準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)花崗巖。輕、重稀土分餾明顯；δEu=0.18～0.87，平均為0.37，具有較強的負銪異常。Sr平均值為94.44×10-6，Yb為3.10×10-6，呈現(xiàn)非常低Sr、高Yb的特征。

(2)查干敖包二長花崗巖形成于較高的溫度梯度、減壓熔融條件下的后碰撞環(huán)境，其特征反映華北板塊西北緣阿拉善一帶與塔里木板塊碰撞已經(jīng)結(jié)束，進入后碰撞演化階段。