許海 ,賈元琴 ,趙志雄 ,賈福平 ,王新亮 ,劉強

(1.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.烏蘭察布市自然資源局，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；3.集寧師范學(xué)院，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

中亞造山帶為顯生宙最大的增生型造山帶和大陸地殼生長最顯著的地區(qū)之一[1-4]。北山地處中亞造山帶南緣，位于華北板塊、塔里木板塊和哈薩克斯坦板塊的交匯部位，對中亞造山帶的解析起著至關(guān)重要的作用。對于北山造山帶泥盆紀的構(gòu)造背景仍存在爭議。有學(xué)者認為北山地區(qū)志留紀末板塊構(gòu)造演化體系結(jié)束，統(tǒng)一大陸于早石炭世再次發(fā)生裂解[5-6]，即本區(qū)泥盆紀構(gòu)造環(huán)境為板內(nèi)；也有學(xué)者認為北山地區(qū)泥盆紀仍處于造山階段，非板內(nèi)演化[7-11]?；◢弾r作為地殼增生的重要部分，可為大陸地殼演化提供新的線索。因此，本文選擇公路井二長花崗巖為研究對象，通過詳細的野外調(diào)查和巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)、鋯石U-Pb 年代學(xué)等方面的研究，分析巖石成因，探討其形成的構(gòu)造背景，為北山地區(qū)泥盆紀大地構(gòu)造環(huán)境提供新的制約。

1 區(qū)域地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

北山造山帶地處中亞造山帶中段南緣（圖1-a），位于華北板塊、塔里木板塊和塔里木板塊的交匯地帶，西鄰東天山，東接阿拉善[7，12-14]。區(qū)內(nèi)侵入巖出露廣泛，其中基性侵入巖呈零星分布，中酸性侵入巖呈巖基、巖株和巖脈狀近EW向產(chǎn)出。

公路井二長花崗巖出露面積約45.97 km2，侵入古元古界北山巖群、志留紀石英閃長巖、花崗閃長巖，被石炭紀石英閃長巖、二長花崗巖侵入（圖1-b）。巖石糜棱巖化較發(fā)育，屬白梁-三個井韌性剪切帶東端。本次選取弱變形域的細粒二長花崗巖開展研究，巖石具變余細粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，弱條帶狀定向構(gòu)造，細?；?、透鏡化明顯。眼球體由0.5～1.2 mm透鏡狀或變余半自形鉀長石（15%～25%）、斜長石（15%～25%）組成；糜棱質(zhì)主要由鉀長石（粒徑0.05～0.3 mm）、斜長石（20%～25%）、細紋狀、條帶狀定向分布的石英（20%～25%）及少量黑云母、白云母組成。

圖1 北山及鄰區(qū)構(gòu)造簡圖（a）和公路井地區(qū)地質(zhì)簡圖（b）Fig.1 Simplified tectonic map(a)of the Beishan and adjacent orogens and Geological sketch(a)of the Gonglujing

2 樣品采集及分析方法

本次工作在公路井地區(qū)采集了5件二長花崗巖樣品，選取樣品TW6030 和TW6037 進行鋯石U-Pb同位素年齡測定，地理坐標(biāo)分別為：東經(jīng)99°24′53″，北緯41°49′02″；東經(jīng)99°24′08″，北緯41°48′22″。

樣品主量和微量元素分析由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗室完成。主要元素用X射線熒光光譜儀（Axiosmax）分析，微量元素用等離子體制譜儀（Xserise2）測定，分析精度優(yōu)于5%。樣品的鋯石分選在河北區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實驗室進行。鋯石制靶與陰極發(fā)光（CL）照相由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb 同位素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素實驗室完成，使用儀器為Neptune多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和193 nm 激光取樣系統(tǒng)（LA-MC-ICP-MS）。激光剝蝕的斑束為35 μm，能量密度為13～14 J/cm2，頻率為8～10 Hz，激光剝蝕物質(zhì)以He為載氣送入Neptune（MC-ICP-MS）。鋯石標(biāo)樣采用TEMORA 標(biāo)準鋯石。數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(xué)Liu et al.編寫的ICPMSDataCal 程序和Ludwing et al.的Isoplot 程序進行作圖[15-16]，采用208Pb 對普通鉛進行校正，利用NIST作為外標(biāo)計算鋯石樣品的Pb，Th，U含量。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

二長花崗巖（TW6030 和TW6037）的LA-ICPMS鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表1，2。

表1 公路井二長花崗巖（TW6030）鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS U-Pb data of zircon from Gonglujing monzonitic granites

表2 公路井二長花崗巖（TW6037）鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結(jié)果Table 2 LA-ICP-MS U-Pb data of zircon from Gonglujing monzonitic granites

樣品中的鋯石多為長柱狀或短柱狀，陰極發(fā)光CL 圖像顯示（圖2，3），多數(shù)鋯石內(nèi)部具典型的明暗相間環(huán)帶結(jié)構(gòu)，且Th/U比值均大于0.1，表明其為巖漿成因。

圖2 公路井二長花崗巖樣品TW6030代表性鋯石的CL圖像及測試點、年齡值Fig.2 CL images of the representative zircons from the sample TW6030 in Gonglujing area showing the analyzed spots and their ages

TW6030樣品分析了25個點，其中2、3、5、6、12、14、16、19、25點偏離諧和線，可能與放射成因鉛的丟失有關(guān)，剩余16 個點206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為（402.7 ± 1.6）Ma（n=16，MSWD=0.17）（圖4）。TW6037樣品環(huán)帶處分析26個點，次生加大邊測試3個點，其中8、15、16、22、26號點和次生加大邊3個點偏離諧和線，也可能與放射成因鉛的丟失有關(guān)，其余21個點206Pb/238U加權(quán)平均年齡為（403.5±1.4）Ma（n=21，MSWD=0.33）（圖5）。二者在誤差范圍內(nèi)完全一致，代表了二長花崗巖的結(jié)晶年齡，表明其形成于早泥盆世。

圖3 公路井二長花崗巖樣品TW6037代表性鋯石的CL圖像及測試點、年齡值Fig.3 CL images of the representative zircons from the sample TW6037 in Gonglujing area showing the analyzed spots and their ages

圖4 公路井二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖Fig.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb Concordia diagram for the Gonglujing monzonitic granites

圖5 公路井二長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖Fig.5 LA-ICP-MS zircon U-Pb Concordia diagram for the Gonglujing monzonitic granites

3.2 地球化學(xué)

3.2.1 主量元素

公路井二長花崗巖具有高硅（SiO2=72.02%～74.58% ）、高 堿（Na2O+K2O=6.97～8.70%）特征(表3)。里特曼指數(shù)為1.68～2.38(小于3.3)，堿度率為2.52～4.05，A/NCK=1.02～1.06(小于1.1)，A/NK=1.19～1.50，結(jié) 合SiO2-K2O 圖 和A/NCKA/NK 圖（圖6-a，b），表明其具高鉀鈣堿性弱過鋁質(zhì)巖漿屬性。分異指數(shù)為82.90～92.55，平均89.46；固結(jié)指數(shù)為1.58～7.01，平均3.67，反映巖漿具較高的結(jié)晶分異程度。

表3 公路井花崗巖主量元素和微量元素含量分析結(jié)果表Table 3 Major element and trace element composition of the monzonitic granites from Gongluijng

圖6 二長花崗巖SiO2-K2O圖解（a）和A/NCK-A/NK圖解（b）Fig.6 SiO2-K2O diagram（a）and A/NCK-A/NK diagram（b）of monzonitic granites

3.2.2 稀土元素和微量元素

巖石稀土元素總量較高（112.27×10-6～271.60×10-6），輕稀土總量（平均為180.33×10-6）明顯高于重稀土（平均12.60×10-6）。LREE/HREE 為6.45～19.80，平 均14.63；(La/Yb)N為5.38～34.19，平均23.60，表明輕、重稀土分餾十分明顯；(La/Sm)N為4.19～7.45，平均5.30；(Gd/Yb)N為0.88～4.18，平均為2.72，表現(xiàn)出輕稀土分餾程度大于重稀土。從球粒隕石標(biāo)準化稀土分布圖中可看出（圖7-a），曲線呈右傾，具明顯的負Eu 異常（δEu=0.34～0.58，平均為0.42）。從微量元素分布圖中可看出（圖7-b），巖石相對富集Rb，K等大離子親石元素及Zr，Hf等高場強元素，強烈虧損Nb，Ta，Sr，P，Ti及弱虧損Ba，Eu等元素。與造山帶弧巖漿作用形成的鈣堿性系列巖石特征相似[19-20]。

圖7 二長花崗巖球粒隕石標(biāo)準化稀土分布圖（a）和二長花崗巖原始地幔標(biāo)準化蛛網(wǎng)圖（b）Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of monzonitic granites diagram(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)

4 討論

4.1 形成時代

前人對公路井二長花崗巖的形成時代研究缺乏高精度同位素年齡等方面數(shù)據(jù)佐證。本次采用LAICP-MS 法定年，獲得鋯石U-Pb 加權(quán)平均年齡為（402.7±1.6）Ma和（403.5±1.4）Ma，代表巖漿侵位年齡。除公路井二長花崗巖，筆者團隊在小黑山地區(qū)獲得了同時代的輝長巖鋯石U-Pb 加權(quán)平均年齡為（404.9±1.6）Ma[9]，為北山地區(qū)早泥盆世存在巖漿活動提供了有力證據(jù)。

4.2 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境

公路井二長花崗巖主要礦物組合為斜長石+鉀長石+石英+黑云母+白云母，主量元素特征顯示巖石屬弱過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性系列，A/NCK=1.02～1.06（＜1.1），從P2O5-SiO2圖解中可看出（圖8）二者為明顯負相關(guān)關(guān)系，富集LILE，虧損HFSE，強烈虧損Nb，Ta，Sr和Ti等，與后碰撞高鉀鈣堿性“I”型花崗巖特征相似[23-27]，暗示與俯沖碰撞的成因聯(lián)系[28]。韓寶福等指出后碰撞階段相當(dāng)于造山帶演化的“晚造山”階段，可繼續(xù)發(fā)生板塊匯聚[26][29]，且?guī)r石類型主要以高鉀鈣堿性“I”型花崗巖類為主[30]，揭示形成構(gòu)造背景可能為后碰撞。從Rb-Yb+Ta判別圖中可看出（圖9），樣品投影到后碰撞區(qū)域，進一步表明公路井二長花崗巖形成構(gòu)造背景為后碰撞，即北山公路井地區(qū)泥盆紀仍處于造山演化階段。同時，區(qū)域上造山帶南北兩側(cè)形成火山質(zhì)的下磨拉石組合，也反映了北山地區(qū)泥盆紀處于造山后期的構(gòu)造環(huán)境[31]。這進一步證實了楊岳清等認為北山地區(qū)泥盆紀的地殼活動仍處于較活躍的狀態(tài)，海相碎屑巖中的中基性-中酸性火山巖建造十分發(fā)育的認識，對深化北山地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化的研究具有重要意義。

圖8 二長花崗巖的SiO2-P2O5圖解Fig.8 SiO2-P2O5 diagram of monzonitic granites

圖9 二長花崗巖Rb-Y+Nb圖解Fig.9 Rb-Y+Nb diagram of monzonitic granites

5 結(jié)論

（1）公路井二長花崗巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為（402.7±1.6）Ma 和（403.5±1.4）Ma，表明公路井二長花崗巖為早泥盆世巖漿活動的產(chǎn)物。

（2）礦物組成特征及巖石地球化學(xué)特征反映公路井巖體屬高鉀鈣堿性“I”型花崗巖。

（3）公路井二長花崗巖形成的構(gòu)造背景為后碰撞階段。

致謝：參加野外調(diào)查的技術(shù)人員還有陳海東、高勇等；天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所周紅英教授在LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡測試中給予了技術(shù)幫助，在此一并致謝。