龔全德 劉 博 徐 桓 楊 多 霍潤斌 魯 敏

(武警黃金第四支隊(duì))

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)處于天山—興蒙造山帶中段、二連—賀根山蛇綠混雜巖帶北側(cè)、東烏旗—扎蘭屯火山型被動(dòng)陸緣，大地構(gòu)造位置屬于西伯利亞板塊東南緣(圖1)[1-3]。該區(qū)從早古生代以來經(jīng)歷了華北板塊向西伯利亞板塊俯沖以及中生代太平洋板塊向歐亞板塊NW向擠壓的作用與改造，形成了多期次構(gòu)造疊加，將研究區(qū)分割成不同結(jié)構(gòu)、不同變形特征的構(gòu)造塊體，區(qū)內(nèi)構(gòu)造整體呈現(xiàn)為多層次、多樣式、多機(jī)制的變形特點(diǎn)。

研究區(qū)主要出露古生代及中生代—新生代地層，出露有中下泥盆統(tǒng)泥鰍河組(D1-2n)、上石炭統(tǒng)寶力高廟組(C2bl)、古近系始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組(E2y)、新近系中新統(tǒng)通古爾組(N1t)和上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組(N2b)、第四系更新統(tǒng)阿巴嘎組(Qp3a)及全新統(tǒng)松散堆積。

研究區(qū)侵入巖較發(fā)育，巖漿活動(dòng)及就位主要受華北板塊與西伯利亞板塊碰撞閉合影響，呈NEE向帶狀展布，與區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，侵入巖多呈巖株?duì)町a(chǎn)出。研究區(qū)侵入巖的空間分布特征見圖2。

2 晚石炭世花崗巖巖石學(xué)特征及侵入時(shí)代

2.1 巖石學(xué)特征

樣品采自研究區(qū)白音希勒大隊(duì)幅南部，(X723 758.58 m、Y4 918 470.69 m，由GPS確定)。巖性為黑云母二長花崗巖，風(fēng)化面呈淺紅色、灰紅色，新鮮面呈灰紅色(圖3)，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)(圖4)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為石英、斜長石、鉀長石，次要礦物為黑云母。斜長石多呈淡土褐色，半自形—他形板條狀，弱絹云母化，粒度為1～3 mm，含量為30%～40%；鉀長石多呈土褐色，表面骯臟，半自形板條狀，格子雙晶，弱泥化，粒度多小于3 mm，含量為20%～35%；石英多呈煙灰色粒狀、渾圓狀，表面干凈，粒度多小于1 mm，含量為30%～35%；黑云母多呈黃褐色片狀，多色性顯著，平行消光，較強(qiáng)綠泥石化，粒徑為0.25～1.50 mm，含量為2%～10%。副礦物主要為鋯石、磷灰石、綠黝簾石、赤褐鐵礦、鈦鐵礦及磁鐵礦。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置[3]

圖2 研究區(qū)侵入巖空間分布特征

2.2 鋯石U-Pb測年及其年齡特征

本研究鋯石樣品制靶及照像由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb年齡測試由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所和武警黃金研究所共同完成，測試方法為LA-ICP-MS，檢測儀器為Nu Attom 高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀(SF-ICP-MS)。測年結(jié)果見表1。

圖3 中細(xì)粒黑云母二長花崗巖

圖4 中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)(正交偏光)

晚石炭世黑云母二長花崗巖樣品采自研究區(qū)白音希勒大隊(duì)幅南部(取樣點(diǎn)位置坐標(biāo)X723 758.58 m、Y4 918 470.69 m，由GPS確定)，所采樣品新鮮無蝕變，重約5 kg，測年采用單顆粒鋯石激光剝蝕法。鋯石陰極發(fā)光圖像顯示(圖5)，鋯石呈渾圓狀或半自形—自形短柱狀，個(gè)別晶形不完整且顆粒大小不一，可觀察到清晰的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，具有較高的w(Th)/w(U)值(0.35～1.8)，表明其具有巖漿鋯石的特征。測定結(jié)果(表1)顯示，其206Pb/238U表觀年齡范圍為(303±6)Ma～(337±8)Ma，剔除個(gè)別繼承鋯石及打點(diǎn)偏差的數(shù)據(jù)后，加權(quán)平均年齡為(318.1±3.3)Ma(MSWD=1.8)(圖6)，屬于晚石炭世早期(323.2～298.9 Ma)。

表1 晚石炭世中細(xì)粒黑云母二長花崗巖鋯石U-Pb LA-ICP-MS測年結(jié)果

圖5 晚石炭世中細(xì)粒黑云母二長花崗巖單顆粒鋯石代表性CL圖像

圖6 鋯石U-Pb協(xié)和圖(左)和加權(quán)平均年齡(右)

3 巖石地球化學(xué)特征

本研究巖石地球化學(xué)分析在中國地震局地殼動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，主量元素利用X射線熒光光譜法(XRF)進(jìn)行分析，儀器型號(hào)為Panalytical Axios XRF，稀土元素和微量元素采用等離子質(zhì)譜(ICP-MS)分析測定，儀器型號(hào)為Thermo，ICP-MS(SeriesⅡ)[4]。

研究區(qū)晚石炭世黑云母二長花崗巖以細(xì)?！屑?xì)粒結(jié)構(gòu)為主，采集的10件樣品的巖石地球化學(xué)分析表明：樣品w(SiO2)為70.15%～75.05%，平均為73.5%；全堿(Na2O+K2O)含量為7.5%～8.48%，均值為7.86%；w(K2O)/w(Na2O)為0.89～1.45，平均為1.17；w(Al2O3)為12.4%～14.28%，平均為13.32%；w(MgO)為0.05%～0.93%，平均為0.42%；w(MnO)為0.03%～0.07%，平均為0.05%；具有高硅、富堿、富鉀、貧鎂、鋁和錳特征。在全堿～硅(TAS)分類中，樣品均落于花崗巖區(qū)域(圖7)。在Q-A-P分類圖解中，樣品投點(diǎn)落于二長花崗巖區(qū)域(圖8)。在w(SiO2)-w(K2O)圖解中，樣品主要集中于高鉀鈣堿性系列(圖9)。鋁飽和指數(shù)A/CNK為0.89～1.11，平均為1.01，小于1.1，在A/CNK-A/NK圖解中(圖10)，樣品多落于過鋁質(zhì)區(qū)域，表明研究區(qū)巖體具有過鋁質(zhì)的地球化學(xué)特征。上述分析結(jié)果暗示其源巖具有殼源成因特征。

圖7 侵入巖系統(tǒng)全堿-硅(TAS)分類

樣品微量、稀土元素分析表明：在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中(圖11)，總體上晚石炭世黑云母二長花崗巖表現(xiàn)出顯著富集大離子親石元素(LILEs)Rb、Th、U、K，虧損Ba、Sr以及高場強(qiáng)元素(HFSEs)Nb、P、Ti的特征，10件樣品的微量元素富集虧損趨勢較為接近，稀土總量(ΣREE)中等偏低，為(52.14～80.32)×10-6；在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解中(圖12)，輕重稀土(w(LREE)/w(HREE))為4.49～11.29，(La/Yb)N、(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別為2.78～11.48，2.38～7.01和0.74～1.57，表明輕重稀土分餾程度較強(qiáng)，但輕稀土分餾相對(duì)重稀土分餾強(qiáng)烈，δEu為0.5～0.99，具有較弱程度的負(fù)Eu異常，表明源區(qū)經(jīng)歷了斜長石一定程度的分離結(jié)晶或源區(qū)殘留少量的斜長石。

圖8 侵入巖Q—A-P分類圖解

圖9 巖石系列w(SiO2)-w(K2O)圖解

圖10 侵入巖A/CNK-A/NK判別圖解

圖11 微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

圖12 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖

4 討 論

阿巴嘎旗地區(qū)晚石炭世侵入巖表現(xiàn)為高鉀鈣堿性系列特征，鋁飽和指數(shù)A/CNK均小于1.1，屬于堿性過鋁質(zhì)巖石。礦物組成主要為鉀長石、石英、斜長石及少量黑云母，具有高硅(w(SiO2)均值為73.5%)、富堿(w(Na2O+K2O)均值為7.86%)，低Mn(w(Mn)均值為0.05%)和Mg(w(MgO)平均為0.42%)，富集(LILEs)Rb、Th、U、K，虧損Ba、Sr以及高場強(qiáng)元素(HFSEs)Nb、P、Ti和中等偏弱負(fù)Eu異常的特征，該類特征區(qū)別于A型花崗巖的特征。另外，在Whalen等[5]投圖(圖13(a)、圖13(b)、圖13(c))中，樣品除少數(shù)點(diǎn)外，其余均投影落入I & S型花崗巖區(qū)域。

相關(guān)研究表明[6-8]，隨著分異程度的增加，S型花崗巖中P2O5含量會(huì)出現(xiàn)升高趨勢，本研究黑云母二長花崗巖的P2O5含量隨著分異程度的增加呈負(fù)消長趨勢(圖13(d))，不同于S型花崗巖。此外，黑云母二長花崗巖P2O5含量低，均值為0.06%，低于Whalen等[5]統(tǒng)計(jì)的S型花崗巖的含量值0.15%。因此，綜合分析認(rèn)為晚石炭世黑云母二長花崗巖為I型花崗巖。在巖漿源區(qū)δEu-(La/Yb)N判別圖(圖14)中，樣品投影點(diǎn)除3個(gè)點(diǎn)落于殼幔源區(qū)外，其余均落于殼源區(qū)域內(nèi)，表明巖石具有殼?；煸吹奶攸c(diǎn)，表明巖石來源于下地殼或殼幔過渡部分，與下地殼的部分熔融或殼幔過渡區(qū)部分熔融作用有關(guān)。

圖13 黑云母二長花崗巖系列圖解

圖14 黑云母二長花崗巖侵入巖巖漿源區(qū)判別圖解[9]

本研究黑云母二長花崗巖樣品總體富集大離子親石元素K、Rb和高場強(qiáng)元素Th、U，虧損Ba、Ta、Sr、P、Ti[9]，指示其形成于陸緣弧構(gòu)造環(huán)境。在侵入巖非活性元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖15、圖16)中，黑云母二長花崗巖樣品均落入VAG區(qū)域，為火山弧花崗巖。在w(Rb)-w(Hf)-w(Ta)構(gòu)造判別圖解中均落于碰撞背景區(qū)域(圖17、圖18)，同時(shí)具有向板內(nèi)花崗巖過渡的趨勢。在w(TFeO)-w(MgO)圖解(圖19)和R1-R2構(gòu)造判別圖解(圖20)中，樣品投點(diǎn)主要落入同碰撞花崗巖區(qū)。綜合分析，認(rèn)為該期巖體形成的構(gòu)造環(huán)境為火山弧碰撞環(huán)境。結(jié)合其大地構(gòu)造環(huán)境，認(rèn)為在晚石炭世時(shí)期，華北板塊向西伯利亞板塊俯沖碰撞，隨著擠壓作用持續(xù)增強(qiáng)，形成NEE向構(gòu)造，為晚石炭世巖體的形成提供了通道和空間。黑云母二長花崗巖具有高硅、富堿、低鎂、低鈣特征，為高分異I型花崗巖，恰為該碰撞地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境下的產(chǎn)物[10-14]。

圖15 侵入巖w(Y+Nb)-w(Rb)圖解

5 結(jié) 論

(1)LA-ICP-MS年代學(xué)測年結(jié)果表明，阿巴嘎旗黑云母二長花崗巖年齡為(318.1±3.3)Ma(MSWD=1.8)，代表巖體的成巖年齡，為晚石炭世早期(323.2～298.9 Ma)。

圖16 侵入巖w(Yb+Ta)-w(Rb)圖解

圖17 w(Rb)/30-w(Hf)-3w(Ta)構(gòu)造判別圖解

圖18 w(Rb)/10-w(Hf)-3w(Ta)構(gòu)造判別圖解

圖19 花崗巖w(TFeO)-w(MgO)構(gòu)造判別圖解

(2)巖石學(xué)、地球化學(xué)特征以及成因判別表明，阿巴嘎旗黑云母二長花崗巖為過鋁質(zhì)的I型花崗巖，其源巖具有殼源成因特征。

(3)阿巴嘎旗黑云母二長花崗巖具有火山弧碰撞特征，在晚石炭世時(shí)期，華北板塊向西伯利亞板塊俯沖碰撞，隨著擠壓作用持續(xù)增強(qiáng)，形成NEE向構(gòu)造，為晚石炭世巖體的形成提供了通道和空間。黑云母二長花崗巖具有高硅、富堿、低鎂、低鈣特征，為高分異I型花崗巖，為該碰撞背景下的產(chǎn)物。

圖20 花崗巖R1-R2構(gòu)造判別圖解