鞠林雪

中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，河北涿州，072754

0 引言

興蒙造山帶是顯生宙重要的陸殼增生區(qū)，波及面廣且持續(xù)時間長的構(gòu)造—巖漿活動，具有獨特而復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史。在華北板塊北緣、興蒙造山帶南側(cè)發(fā)育一條規(guī)模巨大的構(gòu)造巖漿活動帶【1】，其內(nèi)發(fā)育許多規(guī)模巨大的花崗巖體，查明這些侵入體的地質(zhì)特征、侵位時代和成因機制，對研究華北板塊與西伯利亞板塊碰撞演化具有重要意義。前人對該地區(qū)巖漿巖做了大量的工作。前人認(rèn)為阿瑪烏蘇花崗閃長巖，形成于中二疊世，為大規(guī)模巖漿底侵作用下的巖漿混合成因【2】。格爾圖白云母正長花崗巖【2】侵位于（238±6）Ma，為非真正意義上的S型花崗巖，屬于造山后巖漿熱事件，代表造山的結(jié)束。章永梅等【3，4】對大廟巖體進行詳細(xì)研究，認(rèn)為大廟巖體屬于碰撞前島弧向同碰撞演化過程的產(chǎn)物，有大規(guī)模殼-幔作用，可能與俯沖作用引起的大規(guī)模巖漿底侵作用有關(guān)，為殼?；旌铣梢?。北極格巖體侵位于（264±3.4）Ma，形成于同碰撞環(huán)境，可能是大規(guī)模巖漿底侵作用導(dǎo)致地殼熔融的結(jié)果【5】。公呼都格巖體為殼源花崗巖，侵位時代為306.4 Ma，屬晚古生代中期，形成于中朝板塊與西伯利亞板塊對接后期的超碰撞造陸階段【6】。位于研究區(qū)東側(cè)商都縣的銅頂山二長花崗巖和眭村—民主村正長花崗巖侵位年齡分別為（236.5±4.2）Ma和（231.8±1.1）Ma，形成于由擠壓向伸展過渡的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的構(gòu)造背景【7】。對于該巖漿帶的研究多集中于晚古生代花崗巖，這個時期的巖體多形成于板塊俯沖向陸陸碰撞的構(gòu)造體制轉(zhuǎn)變時期或陸陸碰撞造山階段。

頭號巖體位于位于西拉木倫河縫合帶以南。1∶20萬三道溝幅區(qū)域地質(zhì)測量報告中，根據(jù)野外接觸關(guān)系將其劃入燕山期侵入體。1∶25萬四子王旗區(qū)域地質(zhì)報告中，利用晚侏羅世鉀長花崗巖（126 Ma）侵入其中，將其劃為中三疊世。但均缺少精確的同位素年代數(shù)據(jù)及巖石地球化學(xué)資料，對其成因機制也存在較大的爭議。為此，本文對頭號巖體進行了鋯石 U-Pb同位素測年和巖石地球化學(xué)測試分析，為研究其成因、構(gòu)造環(huán)境提供新的資料，為華北板塊與西伯利亞板塊碰撞造山的演化過程提供新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景

區(qū)內(nèi)出露的基底地層屬于陰山地塊，主要為新太古代片麻狀花崗巖及東五分子巖組，新太古代片麻狀花崗巖主要分布于頭號巖體 T2η?北部及南部（圖1），巖性主要為片麻狀斜長花崗巖、糜棱巖化花崗閃長巖以及淺紅色、肉紅色的鉀長花崗巖，均發(fā)育片麻狀構(gòu)造，據(jù)野外觀察，鉀長花崗巖應(yīng)為最后一期侵入體；新太古代東五分子巖組，主要分布于頭號巖體以北及東側(cè)大蘇計附近，其巖性主要為淺肉紅色二長片麻巖、淺灰色斜長片麻巖、角閃斜長片麻巖及灰黑色斜長角閃巖，片麻狀構(gòu)造十分發(fā)育。區(qū)內(nèi)缺失元古宙及早古生代地層。晚古生代及中生代，本區(qū)出現(xiàn)大量的巖漿活動。形成于晚二疊世的紅山子花崗閃長巖體，侵入到新太古代片麻狀花崗巖及東五分子組中，巖性主要為中粒－粗粒黑云母花崗閃長巖、似斑狀黑云母花崗巖，其中發(fā)育較多北東向及近南北向的花崗斑巖脈。中三疊世，以二長花崗巖為主的頭號巖體侵入到新太古代片麻狀花崗巖及東五分子組中，并被晚侏羅世花崗巖所侵入。侏羅紀(jì)開始本區(qū)進入平靜期，沉積了以砂巖為主的中下侏羅統(tǒng)五當(dāng)溝組和以河湖相沉積為主的上新統(tǒng)寶格達烏拉組泥巖、砂礫巖。

2 巖體地質(zhì)特征及巖石學(xué)特征

頭號巖體位于四子王旗縣城東約25 km，庫倫圖鎮(zhèn)以南，大灘以北，東西寬約15 km，南北長約25 km，呈南北向展布，出露面積約為325 km2。巖體邊部可見圍巖捕虜體及鎂鐵質(zhì)包體，多呈橢圓狀產(chǎn)出。

頭號巖體巖性以二長花崗巖為主，巖石風(fēng)化面多呈灰紫色，新鮮面多呈淺肉紅色，具似斑狀構(gòu)造，斑晶多為鉀長石，呈自形板狀，粒徑4 8 mm，含量約5% 10%；基質(zhì)多為中粒至細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，基質(zhì)礦物組成為鉀長石，呈自形板狀，粒徑0.8 4 mm，含量約30% 40%，斜長石，多呈半自形板狀，粒徑0.6 3 mm，含量約為25% 35%，石英，呈它形，粒徑 0.6 3 mm，含量約為30% 40%，局部含少量黑云母或白云母。

3 分析方法

本次共取巖石地球化學(xué)樣品和稀土元素樣品各四件，鋯石U-Pb同位素測年樣品一件，采樣位置見圖1。鋯石樣品利用重液和磁選法分離技術(shù)分選，然后在雙目鏡下挑選黃色透明、晶形由{111} 、{110} 組成的四方雙錐柱體且無明顯包裹體的鋯石進行單顆粒鋯石U-Pb同位素組成測試，測試在武漢地調(diào)中心實驗檢測室利用LA-ICP-MS分析系統(tǒng)完成，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005，ICP-MS為Agilent 7500a。對分析數(shù)據(jù)的離線處理（包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算）采用軟件ICPMSDataCal【8，9】完成。詳細(xì)的儀器操作條件和數(shù)據(jù)處理方法同文獻【8～10】。主量元素分析、微量元素分析以及稀土元素分析均在中化地質(zhì)礦山總局中心實驗室完成。

4 鋯石CL圖像及U-Pb年齡

鋯石陰極發(fā)光(CL)特征（圖2）顯示鋯石晶體多較自形，寬度為50 100 μm，長度為100 250μm，長寬比值為2∶1 5∶1之間，均發(fā)育較好的振蕩環(huán)帶，為巖漿鋯石的典型特征。本次共對5顆鋯石做了5個點的原位分析。該巖體單顆鋯石的ω（Pb）為357.7×10-65651×10-6，ω（U）為333×10-6864×10-6。

從數(shù)據(jù)中可以看出（表1），第四顆鋯石數(shù)據(jù)的協(xié)和度只有26%，在協(xié)和圖中偏離諧和線較遠，而其他數(shù)據(jù)的協(xié)和度均較高（72% 95%），均在諧和線上或諧和線附近，剩余四顆鋯石的t（206Pb/238U）年齡分別為241±3 Ma、239±4 Ma、228±3 Ma、238±3 Ma，具有較好的一致性。加權(quán)平均年齡為236.2±9.6 Ma（MSWD=3.6）（圖3），代表了頭號巖體的侵位年齡，為中三疊世早期。

表1 頭號巖體鋯石U-Pb分析結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb dating result from Touhao pluton

5 地球化學(xué)特征

頭號巖體各樣品主量元素特征較一致（表2）。利用花崗巖TAS圖解（圖4A），數(shù)據(jù)均落在了花崗巖區(qū)靠上的位置，表現(xiàn)出堿含量較高的特征，這與其巖石學(xué)定名是一致的。其主量元素含量與中國二長花崗巖主量元素【11】平均組成相比，SiO2偏高，Al2O3含量偏低，F(xiàn)e2O3與FeO含量偏低，MgO+CaO含量偏低，Na2O+K2O含量偏高。而中朝準(zhǔn)地臺區(qū)域的花崗巖【11】平均組成相比，則表現(xiàn)為較高的 SiO2和 Al2O3含量，較低的MgO+CaO含量。其A/CNK為1.03 1.13，標(biāo)準(zhǔn)礦物計算中各樣品均出現(xiàn)剛玉（C）（含量：0.81 1.94），屬鋁質(zhì)花崗巖，據(jù)A/NCK-A/NK圖解（圖4B）進一步將其劃分為過鋁質(zhì)花崗巖。σ為1.95 2.54，均小于3.3，為鈣堿性巖石系列，ω（K2O/ Na2O）為1.15 1.35，表現(xiàn)為相對富鉀，富堿的特征，在ω(K2O)-ω（SiO2）圖解（圖4C）中均落在了高鉀鈣堿性巖石系列范圍內(nèi)。

樣品的稀土元素分析結(jié)果顯示（表3），其ω（∑REE）=119.6×10-6248.8×10-6，ω（∑LREE）=104.0×10-6212.6×10-6，ω（∑HREE）=15.58×10-636.17×10-6，ω（∑LREE）/ω（∑HREE）為5.88 7.31，稀土總含量較低，輕稀土元素含量較高。而[ω（La）/ω（Yb）]N為 10.56 21.03，稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化曲線表現(xiàn)為明顯的右傾（圖5A），為明顯的輕稀土富集特征；輕稀土元素分餾也較明顯，[ω（La）/ω（Sm）]N為 5.39 6.81；而重稀土元素分餾不明顯，[ω（Gd）/ω（Yb）]N為1.32 2.25。δ（Eu）為0.058 0.099，為明顯的Eu負(fù)異常。在微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5A）上出現(xiàn)Rb、Th、U、K的正異常，P、Ti、Nb、Ba的負(fù)異常。

6 討論

6.1 巖體成因

頭號巖體屬高硅，過鋁質(zhì)的，高鉀鈣堿性巖石系列。K、Rb等大離子親石元素（LILE）富集，P、Ti等高場強元素虧損（HFSE）的特征，說明其物質(zhì)主要來源于地殼。而其稀土元素蛛網(wǎng)圖形態(tài)與國內(nèi)S型花崗巖【12】的十分相似，都具有輕重稀土元素分餾明顯，輕稀土元素分餾較強，重稀土元素分餾不明顯，明顯的Eu負(fù)異常特征。而其在經(jīng)典的花崗巖ACF圖中（圖6B），樣品也都落在了S型花崗巖范圍內(nèi)，表現(xiàn)出S型花崗巖的特征。

表2 頭號巖體樣品主量元素分析結(jié)果及CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物結(jié)算結(jié)果（%）Table 2 Major elements analytical results for Touhao pluton and results of norm mineral calculation（%）

表3 頭號巖體微量元素分析結(jié)果（10-6）Table 3 Trace elements analytical results for Touhao pluton（10-6）

由于Zr 和Hf 具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)， 導(dǎo)致在大部分的火成巖中Zr/ Hf 比值變化在很小的范圍內(nèi)(38±2) ， 通常認(rèn)為交代作用或者副礦物的分離結(jié)晶會造成Zr/ Hf 比值的偏移【13】。而本次測定的四個樣品除P9-1（37.55）較接近外，其他三個樣品均較低（分別為30.98、32.02、27.02），并且如此低的δ（Eu）值（分別為0.058、0.084、0.0083、0.099），僅僅用斜長石的分離結(jié)晶也很難解釋。而在巖漿結(jié)晶晚期，熔體與高溫含水流體相互作用可以形成這樣的巖石地球化學(xué)特征的【14，15，16】。也可能這種原因?qū)е铝祟^號巖體表現(xiàn)出非典型S型花崗巖的特征。

綜上所述，頭號巖體為古老地殼物質(zhì)重熔形成的S型花崗巖，并且在巖漿作用后期遭受了高溫含水流體的改造。

6.2 構(gòu)造環(huán)境分析

關(guān)于興蒙造山帶東南部華北板塊與西伯利亞板塊之間的縫合線位置，前人做了很多研究，但仍存在不同觀點。一部分學(xué)者認(rèn)為位于索倫山—蘇尼特左旗—錫林浩特—賀根山一帶，也有學(xué)者認(rèn)為位于西拉木倫河—長春—延吉一線。索倫山—賀根山縫合帶已積累了大量的研究成果。賀根山蛇綠巖年齡為430 Ma【17】和（430±27） Ma【18】；圖林凱蛇綠巖中埃達克質(zhì)巖石年齡介于467 429 Ma，被解釋為蛇綠巖于早古生代消減的產(chǎn)物；蘇尼特左旗藍片巖年齡為（383±13） Ma，反映了俯沖板片折返過程中的發(fā)生藍片巖相變質(zhì)作用的時間【19】； 蘇尼特左旗具有埃達克巖特征的閃長質(zhì)類年齡范圍在464 490 Ma之間，可代表古亞洲洋洋殼在蘇尼特左旗南部向華北板塊下俯沖的時間【20】；華北陸塊北緣分布有大量的具有大陸邊緣弧巖漿性質(zhì)的侵入巖，他們的侵位時代從279 310 Ma【19，21，22】，可代表古洋殼消減和島弧巖漿巖形成的時間。新的資料表明賀根山蛇綠巖中輝長巖和基性巖墻年齡為295 Ma和298 Ma，花崗閃長巖脈年齡（244±4 Ma），據(jù)此認(rèn)為最終碰撞時間在298 244 Ma之間【23】；前人通過對西拉木倫河縫合帶的研究認(rèn)為，其最終閉合時間為早二疊世晚期【24】。李錦鐵等【25】對內(nèi)蒙古東部雙井子花崗巖研究，認(rèn)為西拉木倫縫合帶碰撞開始二疊紀(jì)中期結(jié)束于三疊紀(jì)中期。吉林大玉山花崗巖【26】及內(nèi)蒙古中部二疊紀(jì)砂巖碎屑鋯石【27】的研究結(jié)果顯示，西拉木倫河-長春-延吉縫合帶于二疊紀(jì)末期最終閉合。冀北閃長質(zhì)巖石的研究結(jié)果【28】顯示，古亞洲洋于玩二疊世末封閉。通過對內(nèi)蒙古中部構(gòu)造巖漿帶的研究【29，30】認(rèn)為，華北板塊與西伯利亞板塊最終碰撞時間發(fā)生在310 230 Ma。

在傳統(tǒng)的 R1-R2花崗巖構(gòu)造判別圖上（圖6A），樣品落在了同碰撞花崗巖與造山期后花崗巖之間，主要分布于造山后范圍內(nèi)，此時應(yīng)為伸展構(gòu)造環(huán)境。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化史，我們認(rèn)為此時華北板塊與西伯利亞板塊已沿西拉木倫河縫合帶閉合。

7 結(jié)論

通過對頭號巖體的 U-Pb同位素、地球化學(xué)數(shù)據(jù)的研究并結(jié)合該地區(qū)板塊構(gòu)造學(xué)的研究成果，本文得到以下結(jié)論：

（1）據(jù)U-Pb同位素年齡數(shù)據(jù)，頭號巖體侵位時代為236.2±9.6 Ma，為中三疊世早期侵入體。

（2）頭號巖體為古老地殼物質(zhì)重熔形成的S型花崗巖，并且在巖漿作用后期遭受了高溫含水流體的改造。

（3）頭號巖體形成于造山晚期向造山期后轉(zhuǎn)變的伸展構(gòu)造體制下。并且此時華北板塊與西伯利亞板塊已沿西拉木倫河縫合帶閉合，這與前人的研究成果也是一致的。

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