孟月玥,陳岳龍

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083； 2.中國(guó)自然資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

區(qū)域地殼元素豐度的研究一直是地球化學(xué)家們重要的研究工作之一，因?yàn)樗梢员碚鲄^(qū)域地球化學(xué)系統(tǒng)特征，同時(shí)對(duì)研究區(qū)域成巖、成礦作用特征及區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有重要意義。出露地殼化學(xué)元素豐度為地殼最外層的平均含量，大部分地質(zhì)工作和地球化學(xué)勘查都主要涉及地殼的表層，如當(dāng)前最受關(guān)注的環(huán)境和農(nóng)業(yè)也主要與表層的地質(zhì)、地球化學(xué)作用有關(guān)，在這些工作中區(qū)域出露地殼化學(xué)元素豐度具有重要的實(shí)際意義。

迄今已有的大陸地殼成分估計(jì)方法大致有以下幾種：①根據(jù)地殼中各種主要類型巖石的比例及各類巖石的典型化學(xué)成分[1-2]進(jìn)行估計(jì)；②模型法[3-4]；③以某一地區(qū)大面積區(qū)域巖石地球化學(xué)取樣結(jié)果為基礎(chǔ)，采用某種加權(quán)平均的計(jì)算方法(如加拿大地盾)[5-8]；④以沉積物代表地殼巖石的天然混合樣品的方法，如Goldschmidt用更新世冰積黏土來代表斯堪的納維亞地區(qū)地殼成分[9]；⑤以地表出露的麻粒巖相巖石及火山巖和金伯利巖中地殼深部包體作為下地殼巖石樣品，進(jìn)行下地殼成分估計(jì)；⑥利用地震波速與巖石波速隨溫度壓力變化關(guān)系，探測(cè)區(qū)域地殼深部組成。以上方法中，第①、②種方法只適用于全球地殼成分的研究，第⑤、⑥種方法主要用于研究下地殼的成分，第③、④種方法則主要用于研究區(qū)域上地殼平均成分。

中國(guó)學(xué)者在地殼組成方面的研究也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展。如黎彤等[10]對(duì)地球和地殼元素豐度的研究，張本仁等[11]對(duì)秦巴地區(qū)巖石圈組成的研究；鄢明才等[12]對(duì)中國(guó)東部地殼的研究及Gao[13]對(duì)中國(guó)東部地殼化學(xué)組成的研究等。但對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼目前尚無單獨(dú)研究，只是在對(duì)中國(guó)東部地殼研究[12-13]時(shí)涉及到部分內(nèi)蒙古地區(qū)的構(gòu)造單元，如內(nèi)蒙古地軸、內(nèi)蒙興安褶皺帶等，但其樣品相對(duì)較少，且沒有覆蓋內(nèi)蒙古全區(qū)。筆者專門探討過內(nèi)蒙古中

南部地區(qū)出露地殼的元素豐度[14]，主要涉及內(nèi)蒙古地軸和內(nèi)蒙古中部造山帶兩個(gè)構(gòu)造單元。本文中將采用樣品與前述所得豐度綜合計(jì)算，給出內(nèi)蒙古全區(qū)的出露地殼元素豐度。

本次研究主要應(yīng)用第③種方法，即依據(jù)地表大規(guī)模采樣進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算的方法，因?yàn)樵摲椒ū容^適合上地殼或出露地殼元素豐度的估算。基于大規(guī)模采樣方法的區(qū)域地殼元素豐度估算方法，在中國(guó)東部地殼化學(xué)組成以及秦嶺地區(qū)地殼組成的研究中都有所提及，其基本方法一致，只是在處理具體問題時(shí)有一些差別。

1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古地區(qū)橫跨西伯利亞陸塊、塔里木陸塊和華北陸塊，經(jīng)歷了太古宙—中新生代漫長(zhǎng)的演化歷史，形成了復(fù)雜多樣的地質(zhì)構(gòu)造類型，既有十分典型的前寒武紀(jì)古陸塊(內(nèi)蒙古地軸)、艾力格廟—錫林浩特微地塊，又有規(guī)模宏大的古生代陸緣增生帶，中新元古代還發(fā)育了十分獨(dú)特的白云鄂博—渣爾泰裂谷或裂陷槽以及溫都爾廟—白乃廟拼貼陸緣增生帶。中生代陸內(nèi)造山運(yùn)動(dòng)顯著，有大規(guī)模的巖漿噴發(fā)和侵入，形成令人矚目的NNE向大興安嶺火山—侵入巖帶，疊加于近EW向古生代陸緣增生帶之上。

根據(jù)不同地區(qū)的主要地質(zhì)特征及其所反映的形成演化歷史，可將內(nèi)蒙古全區(qū)劃分為4個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元，即內(nèi)蒙古地軸、北山造山帶、內(nèi)蒙古中部造山帶和興安造山帶，而北山造山帶、內(nèi)蒙古中部造山帶及興安造山帶由于構(gòu)造環(huán)境較為相似，可以合并為興蒙造山帶(圖1)。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨安蓸游恢肍ig.1 Tectonic unit division and sampling location in the study area

2 樣品采集及測(cè)試

2.1 采樣方法

元素豐度計(jì)算所采用的樣品主要取自內(nèi)蒙古地區(qū)5條地震剖面附近(見圖1)，剖面中沒有出現(xiàn)的巖石樣品在剖面延伸區(qū)設(shè)計(jì)輔助路線進(jìn)行補(bǔ)充樣品采集，保證研究區(qū)出現(xiàn)的巖石類型都有代表性樣品。另外，還補(bǔ)充了一些鄢明才等人研究中國(guó)東部地殼組成時(shí)在研究區(qū)所用的組合樣品。

此次分析的樣品共392個(gè)。采集的地層巖石樣品基本涵蓋了研究區(qū)各個(gè)時(shí)代的各種不同巖性巖石。而采集的巖漿巖樣品主要為呂梁期、加里東期、海西期、燕山期產(chǎn)物，其中以海西期、燕山期巖漿巖為主，侵入巖主要有花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、正長(zhǎng)巖、鉀長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、輝綠巖、輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等。

2.2 分析測(cè)試方法

先將樣品用鄂式碎樣機(jī)粗碎至4～5 mm，而后用化學(xué)純乙醇清洗過的振蕩碎樣機(jī)或瑪瑙研缽研磨到200目。用X射線熒光光譜分析(XRF)測(cè)試了SiO2、TiO2、Al2O3、 Fe2O3、FeO、FeOT、MnO、MgO、CaO、Na2O、 K2O、P2O5等12種氧化物；微量元素測(cè)試在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所進(jìn)行，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析(ICP-MS分析)；As、W、Sn、Au、Ag、F、Mo、Sb等成礦元素的分析在自然資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行。

3 計(jì)算方法及過程

為計(jì)算研究區(qū)出露地殼各元素的豐度，需要利用加權(quán)平均的方法，先劃分不同計(jì)算單元，每個(gè)計(jì)算單元按地層厚度進(jìn)行加權(quán)平均，再按單元面積進(jìn)行加權(quán)平均。因此，需要先將樣品按不同構(gòu)造單元分類，而后進(jìn)一步按不同時(shí)代分組，最后按不同巖性再分類。檢查各樣品數(shù)據(jù)，剔除異常值后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

3.1 元素豐度計(jì)算步驟

雖然前人對(duì)于根據(jù)區(qū)域大規(guī)模采樣方法估算區(qū)域地殼組成的方法已經(jīng)較為系統(tǒng)，但是在對(duì)各個(gè)地區(qū)進(jìn)行具體操作時(shí)，仍會(huì)出現(xiàn)一些問題。筆者根據(jù)對(duì)本區(qū)的研究以及樣品的具體情況，制定了下面的計(jì)算步驟：計(jì)算不同時(shí)代各類巖性元素算術(shù)平均值；對(duì)于巖體樣品，按不同巖性在該構(gòu)造單元出露面積加權(quán)，計(jì)算巖體總的元素平均值；對(duì)于地層樣品，按該地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)剖面中不同巖性所占厚度比例進(jìn)行加權(quán)計(jì)算元素平均值，再根據(jù)不同時(shí)代地層在該構(gòu)造單元的出露面積進(jìn)行加權(quán)，算出地層元素平均值；根據(jù)巖體和地層在各個(gè)構(gòu)造單元區(qū)中出露面積比例進(jìn)行加權(quán)，算出該構(gòu)造單元元素組成平均值；因?yàn)檠芯繀^(qū)中各個(gè)構(gòu)造單元上地殼厚度并沒有相關(guān)的資料，所以不能用體積(出露面積×綜合厚度)來計(jì)算，故而采用兩個(gè)構(gòu)造單元面積比值進(jìn)行加權(quán)的方法，計(jì)算出內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素的豐度。

3.2 計(jì)算單元?jiǎng)澐?/h3>

本次計(jì)算單元?jiǎng)澐譃閮?nèi)蒙古地軸和興蒙造山帶兩個(gè)單元，計(jì)算單元?jiǎng)澐纸缇€及樣品采集位置見圖1。本文重點(diǎn)討論興蒙造山帶。

3.2.1 北山造山帶

位于內(nèi)蒙古西北阿拉善北部和北山地區(qū)，屬于塔里木陸塊北東緣增生帶。古生代地層發(fā)育齊全，除寒武系為海相碎屑巖—碳酸鹽巖系外，其余均為海相火山—碎屑巖系，其中以奧陶系和石炭系、二疊系最為發(fā)育。中生界蓋層以下白堊統(tǒng)陸相碎屑巖為主，含少量的侏羅系碎屑巖系。侵入巖以海西中期酸性巖為主，規(guī)模較大。

3.2.2 興安造山帶

位于內(nèi)蒙古東北部賀根山以北及其大興安嶺中北部地區(qū)，屬西伯利亞陸塊東南緣增生帶。區(qū)內(nèi)早古生代多為穩(wěn)定的淺海相砂頁巖、碳酸鹽巖及筆石頁巖建造，唯中奧陶統(tǒng)在東部發(fā)育島弧型火山巖建造。晚古生代以泥盆系最為發(fā)育，分布廣泛，主要為火山碎屑巖—碎屑巖—碳酸鹽巖系。石炭系、二疊系分布零星，為過渡類型的中酸性火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖系。

本區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，褶皺和斷裂發(fā)育，構(gòu)造線呈NE向。海西早期巖漿侵入活動(dòng)比較輕微，僅東部有花崗巖侵入，強(qiáng)烈的侵入活動(dòng)發(fā)生在華力西晚期和燕山期。

3.3 地層各巖性厚度統(tǒng)計(jì)加權(quán)

參考相關(guān)資料，對(duì)各地層不同巖性根據(jù)其厚度計(jì)算權(quán)重，而后對(duì)各元素進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，得出該地層的加權(quán)平均值。由于內(nèi)蒙古地區(qū)地層劃分并沒有達(dá)成統(tǒng)一的意見[15-17]，尤其是北部造山系較為古老的地層，在巖石地層劃分上存在一些爭(zhēng)議，筆者主要參考《全國(guó)地層多重劃分對(duì)比研究——15.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層》[17]，部分剖面參考《華北地區(qū)區(qū)域地層表·內(nèi)蒙古分冊(cè)》[15]等有關(guān)資料。

3.4 出露面積統(tǒng)計(jì)

各個(gè)地質(zhì)體出露面積由內(nèi)蒙古自治區(qū)1∶100萬地質(zhì)圖統(tǒng)計(jì)得出。由于1∶100萬地質(zhì)圖中較小的第四紀(jì)沉積區(qū)都被忽略，因此總體上各個(gè)統(tǒng)計(jì)單元的面積都偏大，這對(duì)面積的比例關(guān)系及統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響不大。同時(shí)，也存在一些地質(zhì)體邊界認(rèn)定不甚一致或較小地質(zhì)體被忽略而造成的面積統(tǒng)計(jì)上的誤差，這對(duì)面積統(tǒng)計(jì)以致最后估算結(jié)果造成一定的影響，但誤差尚在可接受范圍內(nèi)。

4 計(jì)算結(jié)果

鄢明才等[12]認(rèn)為碳酸鹽巖在表生作用中多被分解，CaO、MgO和CO2大部分流失，殘留下硅酸鹽成分。因而為適應(yīng)不同目的的應(yīng)用，筆者同時(shí)給出了去碳酸鹽巖和含碳酸鹽巖的出露地殼元素豐度(表1、表2)。

表1 內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素豐度(含碳酸鹽巖)Table 1 The estimated elemental abundance values of the exposed crust of Inner Mongolia (including carbonate rocks)

注：I—內(nèi)蒙古地軸，II—興蒙造山帶，IM—內(nèi)蒙古全區(qū)；氧化物含量單位為%，Au、Ag含量單位10-9，其他元素含量單位為10-6。表2同。

表2 內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素豐度(去碳酸鹽巖)Table 2 The estimated elemental abundance values of the exposed crust of Inner Mongolia (without carbonate rocks)

5 元素豐度檢驗(yàn)

為驗(yàn)證計(jì)算出的內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素豐度的合理性，選擇區(qū)域地表熱流、區(qū)域地殼平均波速和元素比值3個(gè)方面進(jìn)行論證。

5.1 區(qū)域地表熱流

地殼總體元素豐度中熱產(chǎn)生元素U、Th和K的含量應(yīng)滿足地表熱流的限制，即地殼熱流值必定小于地表實(shí)測(cè)熱流值[11]。而地殼熱流值則取決于殼體厚度和地殼平均生熱率，即

q=A×T，

(1)

其中，q指殼體(包括地殼和巖石圈地幔在內(nèi))內(nèi)放射性生熱元素衰變產(chǎn)生的熱流值(mWm-2)；T是殼體厚度(km)；A為地殼的平均生熱率(μWm-3)。

根據(jù)物質(zhì)和能量守恒原理可知,殼體內(nèi)各層位熱流貢獻(xiàn)值總和應(yīng)為地表實(shí)測(cè)熱流值[18],即

q=qm+qc=qm+quc+qdc，

(2)

其中，qm為地幔熱流；qc為地殼熱流；quc為上地殼熱流貢獻(xiàn)值；而qdc為中下地殼熱流貢獻(xiàn)值。

由式(2)可知，上地殼熱流值必小于地殼熱流值，即

quc

(3)

根據(jù)地殼熱流值通常占地表實(shí)測(cè)熱流值的40%[11]，可以計(jì)算出地殼熱流值qc。另一方面，可以利用上地殼平均生熱率A與上地殼厚度來求出上地殼的熱流貢獻(xiàn)值quc。又因巖石的放射性生熱率則取決于其中的U、Th、K豐度和巖石密度[19]，即

A=0.01ρ(9.52CU+2.56CTh+3.48CK) 。

(4)

其中，ρ為巖石密度(g/cm3)；CU、CTh和CK分別為鈾、釷、鉀的豐度，其中鈾、釷的單位是10-6，鉀的單位是10-2。此處用估算所得的出露地殼產(chǎn)熱元素豐度來替代上地殼豐度，根據(jù)式(3)來檢驗(yàn)所估算的出露地殼的鈾、釷、鉀的豐度是否合理。

由于兩個(gè)構(gòu)造單元的演化程度不同，巖石差異較大，故對(duì)兩個(gè)單元的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行檢驗(yàn)。內(nèi)蒙古地軸的上地殼熱流值及地殼熱流值在此不再贅述。將興蒙造山帶計(jì)算所得結(jié)果中的U、Th、K豐度代入式(4)中，上地殼平均密度取2.79 g/cm3[20]，求出A為1.65 g/c-3。上地殼厚度按14 km[21]算，求出興蒙造山帶上地殼熱流貢獻(xiàn)值qu為23.09 mWm-2。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，內(nèi)蒙褶皺系地表平均熱流值為62.4 mWm-2[22]，可計(jì)算出地殼熱流值qc(約占地表40%)為24.96 mWm-2。

從以上計(jì)算可知，計(jì)算結(jié)果都符合式(3)的要求，說明所計(jì)算的元素豐度是合理的。但估算的出露地殼熱流值占整個(gè)地殼熱流值的比例較大，這可能是由于出露地殼的產(chǎn)熱元素豐度占地殼中產(chǎn)熱元素豐度的比重較大。

5.2 區(qū)域地殼平均波速

由地學(xué)斷面所測(cè)得的資料可知，研究區(qū)上地殼地震波速VP約為6.1～6.2 km/s[21]，這相當(dāng)于花崗閃長(zhǎng)質(zhì)成分[23]，與計(jì)算所得的區(qū)域出露地殼平均成分相一致。

5.3 元素比值

張本仁等[11]認(rèn)為一些具有相似地球化學(xué)行為的元素，其豐度總是成正比的，如w(Ga)/w(Al)、w(Sm)/w(Nd)及w(K)/w(Th)，其比值基本為常數(shù)。表3列出了本文給出的這3組元素比值，并給出了前人得到的相應(yīng)上地殼元素比值，可以看出這三組元素比值基本相一致。

由上面區(qū)域地表熱流、區(qū)域地殼平均波速及元素比值三方的檢驗(yàn)，可知計(jì)算所得的內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素豐度是合理的。

表3 本文及不同研究者給出的元素比值對(duì)比Table 3 Element radios, compared with other researchers’ results

注：I—內(nèi)蒙古地軸，II—興蒙造山帶，IM—內(nèi)蒙古全區(qū)；R&G為Rudnick and Gao，T&M為Taylor and Mclennan。

6 討論

下面就本文所得的內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素豐度進(jìn)行進(jìn)一步的分析討論，給出內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼化學(xué)組成的特點(diǎn)及其意義。由于研究區(qū)域碳酸鹽巖較為發(fā)育，而在表生作用中，碳酸鹽又極易分解，因此在與其他數(shù)據(jù)對(duì)比中，我們僅以去碳酸鹽巖的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

6.1 常量元素

去碳酸鹽巖和揮發(fā)組分的數(shù)據(jù)中，將氧化物含量按總含量100%歸算后，在Middlemost[27]修正的硅堿圖(圖2)中，內(nèi)蒙古地軸及興蒙造山帶出露地殼的平均成分為花崗閃長(zhǎng)質(zhì)，與目前一般得出的全球大陸上地殼平均成分為花崗閃長(zhǎng)質(zhì)的結(jié)論相符[28]。

通過表4的對(duì)比可知，本文所得的內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼的常量元素豐度與前人在其他地區(qū)研究所得數(shù)據(jù)基本一致。然而，內(nèi)蒙古地區(qū)還具有一定的區(qū)域獨(dú)特性。Rudnick and Gao[24]的這組數(shù)據(jù)是綜合以往全球上地殼研究得出，他們分析了各個(gè)研究的特點(diǎn)，并加以對(duì)比，因而所得數(shù)據(jù)是比較可靠和權(quán)威的。通過與本次研究對(duì)比，興蒙造山帶的Mg、Ca含量偏低，而其他常量元素豐度則與Rudnick and Gao[24]給出的全球上地殼平均成分相當(dāng)。

6.2 微量元素

從表5可以看出，興蒙造山帶強(qiáng)烈富集As、Ag、Sb、Bi，這可能與該區(qū)火山活動(dòng)較頻繁有關(guān)。因As與熱液成礦作用關(guān)系密切，因此興蒙造山帶As的富集可以說明該區(qū)具有較強(qiáng)烈的熱液成礦作用。從現(xiàn)有資料可知，興蒙造山帶存在多個(gè)與巖漿熱液有關(guān)的成礦帶。

△—內(nèi)蒙古地軸；□—興蒙造山帶；○—內(nèi)蒙古全區(qū)1—橄欖輝長(zhǎng)巖；2—輝長(zhǎng)巖；2a—堿性輝長(zhǎng)巖；3—輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；4—閃長(zhǎng)巖；5—花崗閃長(zhǎng)巖；6—花崗巖；7—石英二長(zhǎng)巖；8—正長(zhǎng)巖；9—二長(zhǎng)巖；10—二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；11—二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖；12—副長(zhǎng)石輝長(zhǎng)巖；13—副長(zhǎng)石巖；14—副長(zhǎng)石二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖；15—副長(zhǎng)石二長(zhǎng)正長(zhǎng)巖；16—副長(zhǎng)石正長(zhǎng)巖△—Inner Mongolia axis；□—Xingmeng orogenic belt；○—Inner Mongolia1—olivine-gabbro；2—gabbro；2a—alkaline gabbro；3—gabbro-diorite；4—diorite；5—granodiorite；6—granite；7—quartz monzonite；8—syenite；9—monzonite；10—monzodiorite；11—monzogabbro；12—foid-gabbro；13—feldspatite；14—foid-monzodiorite；15—foid-monzosyenite；16—foid-syenite圖2 TAS圖解(底圖據(jù)參考文獻(xiàn)[27])Fig.2 TAS diagram(base map according to reference[27])

通過圖3可以看出，內(nèi)蒙古地軸Rb、Cs等不相容元素有較明顯的富集，這可能說明該區(qū)地殼的殼內(nèi)分異程度較強(qiáng)烈。而興蒙造山帶As、Sb的富集則與巖漿熱液有關(guān)，這也可以證明研究區(qū)域具有較好的銅多金屬熱液成礦前景[29]。

表4 內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼常量元素豐度與不同研究者給出數(shù)據(jù)的對(duì)比Table 4 Elements’ abundance of the exposed crust of Inner Mongolia, compared with other researchers’ results

注：I—內(nèi)蒙古地軸，II—興蒙造山帶，IM—內(nèi)蒙古全區(qū)；R&G為Rudnick and Gao，T&M為Taylor and Mclennan；含量單位為%。

表5 內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼微量元素豐度與不同研究者給出數(shù)據(jù)的對(duì)比Table 5 Minor elements’ abundance of the exposed crust of Inner Mongolia, compared with other researchers’ results

注：I—內(nèi)蒙古地軸，II—興蒙造山帶，IM—內(nèi)蒙古全區(qū)；R&G為Rudnick and Gao，T&M為Taylor and Mclennan；Au、Ag含量單位為10-9，其他元素含量單位為10-6。

圖3 本文及不同研究者[13,24]給出的微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.3 Normalized mantle spider graph of minor elements, compared with other researchers’ results

6.3 稀土元素

由圖4的稀土元素分布型式可以看出，內(nèi)蒙古地軸和興蒙造山帶兩個(gè)區(qū)的稀土元素分布都呈現(xiàn)右傾的型式，這與Rudnick and Gao[24]給出的全球上地殼稀土元素的分布型式基本一致。這種輕稀土元素比重稀土元素更為富集的型式正反映了輕稀土元素具有比重稀土元素更不相容的性質(zhì)，這也是導(dǎo)致輕稀土元素在地殼中更為富集的原因。另外，從圖上還可以看出，興蒙造山帶的Yb和Lu富集較為明顯，比其他地區(qū)稀土元素含量也稍高，說明該地區(qū)殼幔分異作用處于比較強(qiáng)烈的時(shí)期。

6.4 元素比值

上文提到某些元素比值，如w(Ga)/w(Al)、w(Sm)/w(Nd)及w(K)/w(Th)等，是一個(gè)較為固定的值，這為檢驗(yàn)豐度的正確性提供了依據(jù)。另外還有一些元素的比值，如w(La)/w(As)、w(La)/w(Nb)、w(Nb)/w(Th)、w(Nb)/w(U)、w(Ba)/w(Th)等，其在不同地質(zhì)環(huán)境下差異較明顯，根據(jù)這些元素比值可以得出該區(qū)域的一些構(gòu)造特點(diǎn)。

圖4 本文及不同研究者[13,24]給出的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化分布型式圖Fig.4 REE pattern normalized to the chondrite, compared with other researchers’ results

汪洋[30]認(rèn)為對(duì)于可以指示島弧巖漿作用的w(La)/w(As)、w(La)/w(Nb)、w(Nb)/w(Th)、w(Nb)/w(U)和w(Ba)/w(Th)比值，島弧和地盾上地殼存在明顯差異。島弧w(La/)w(As)、w(Nb)/w(Th)、w(Nb)/w(U)、w(Ba)/w(Th)比值低，而w(La)/w(Nb)比值高，地盾則相反。表3列出了上面這些元素比值在不同模型里的值。從表中的數(shù)據(jù)可以看出，興蒙造山帶的w(La)/w(As)、w(Nb)/w(Th)、w(Nb)/w(U)、w(Ba)/w(Th)比值在所列數(shù)據(jù)中都屬于偏低的值,由此可判斷其更接近于島弧上地殼。而內(nèi)蒙古地軸的w(La)/w(As)、w(Nb)/w(Th)、w(Nb)/w(U)、w(Ba)/w(Th)比值都較高，尤其高于Rudnick and Gao[24]模型。然而，與Shaw et al.[5]和Taylor and Mclennan[25]模型相比都偏低。這可能由于Shaw et al.[5]和Taylor and Mclennan[25]模型都來源于地盾地區(qū)，而Rudnick and Gao[24]則是綜合了地盾地區(qū)和造山帶的數(shù)據(jù)。由此綜合而言，內(nèi)蒙古地軸出露地殼的成分還是更接近地盾地區(qū)上地殼平均成分,這也與其位于華北地盾北緣的構(gòu)造位置相符合。

另外，興蒙造山帶的w(Ga)/w(Al)比值比其他研究者的數(shù)據(jù)高，這可能顯示該區(qū)地殼增生作用較為強(qiáng)烈。Joseph等[31]認(rèn)為具有較高的w(Ga)/w(Al)比值是判定A型花崗巖的重要依據(jù),而A型花崗巖又被認(rèn)為是地殼增生作用(即地幔來源的基性巖漿侵位至下地殼)的產(chǎn)物,由此可推斷具有高w(Ga)/w(Al)比值的興蒙造山帶具有較多的A型花崗巖的成分，其地殼增生作用也較為強(qiáng)烈。

7 結(jié)論

1) 通過區(qū)域大規(guī)模采樣，由加權(quán)平均法得到內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼元素豐度的估算值。從地表熱流值限制、地震平均波速及元素比值等方面對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，說明所得結(jié)果是合理的。

2) 由TAS圖解可以得出內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼平均成分為花崗閃長(zhǎng)巖質(zhì)，與目前大多數(shù)學(xué)者認(rèn)同的全球上地殼的平均成分是花崗閃長(zhǎng)巖質(zhì)的結(jié)論相一致。

3) 內(nèi)蒙古地區(qū)出露地殼中常量元素與不同研究者所得上地殼平均成分相比，其組成基本一致，僅Ca、Mg含量略低。微量元素與全球上地殼相比，興蒙造山帶富集As、Ag等礦化元素，顯示了該區(qū)較好的熱液成礦潛力。

4) 由稀土元素的分析可知，內(nèi)蒙古地區(qū)兩個(gè)構(gòu)造單元都為右傾的形式，符合輕稀土元素在地殼中更富集這一理論,其中各個(gè)稀土元素含量也與其他研究者所得結(jié)果相一致。

5) 將某些指示島弧型巖漿的元素比值與其他研究者的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，可以看出內(nèi)蒙古地軸接近于地盾型上地殼，而興蒙造山帶則更接近島弧型造山帶。另外，興蒙造山帶的w(Ga)/w(Al)比值較高，很可能指示著較為強(qiáng)烈的地殼增生作用。

6) 綜合微量元素、稀土元素及元素比值幾方面分析結(jié)果，可以認(rèn)為，內(nèi)蒙古地軸具有強(qiáng)烈的殼內(nèi)分異作用，而興蒙造山帶則具有較強(qiáng)烈的地殼增生作用。