內(nèi)蒙古北部阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖形成時(shí)代、巖石地球化學(xué)特征及成因探討

摘要：本文系統(tǒng)地報(bào)道了內(nèi)蒙古北部烏日尼圖地區(qū)阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖的主量元素、微量元素和稀土元素特征，重點(diǎn)討論了阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體的巖石成因特征及其地質(zhì)意義。研究結(jié)果表明，阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體SiO2含量（wt%）較高，反映原始巖漿具幔源原生玄武巖漿特征，在上升過(guò)程中經(jīng)歷的結(jié)晶分異程度較低。U-Pb鋯石年齡測(cè)定結(jié)果為308±2Ma，代表了阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體的結(jié)晶年齡，為晚石炭世。計(jì)算出石英結(jié)晶平均溫度為999℃；斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度平均為1020℃；巖漿冷凝礦物共結(jié)晶時(shí)的深度約在3.3km-20km，其結(jié)晶條件代表巖體侵位時(shí)的物理環(huán)境，是在較深的巖漿房中結(jié)晶的，形成花崗巖的巖漿經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異作用。阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖屬準(zhǔn)鋁—過(guò)鋁巖石，Rb／Sr平均比值為3.08，遠(yuǎn)高于整個(gè)陸殼的平均值。其物質(zhì)來(lái)源于地殼物質(zhì)的重熔，具有大陸邊緣弧的地球化學(xué)特征，可能反映在巖漿形成之前，地幔源區(qū)發(fā)生了俯沖交代富集作用。

關(guān)鍵詞：巖石成因 鋯石U-Pb年齡 阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖 內(nèi)蒙古北部

1 引言

研究區(qū)位于二連-東烏旗北東向巖漿巖帶上（邵積東，1998）。筆者在1∶5萬(wàn)烏日尼圖幅等五幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中，通過(guò)細(xì)致的野外觀測(cè)和系統(tǒng)的樣品分析，應(yīng)用鋯石U-Pb 法對(duì)阿仁紹布侵入巖中的二長(zhǎng)花崗巖體進(jìn)行了同位素地質(zhì)年代學(xué)測(cè)定，并結(jié)合巖石化學(xué)、地球化學(xué)分析結(jié)果，對(duì)阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖的形成環(huán)境進(jìn)行了討論。

2 地質(zhì)概況及巖石學(xué)特征

阿仁紹布侵入巖體區(qū)內(nèi)出露的為一多次侵入的復(fù)式巖體（圖1），呈北東—北北東向展布的不規(guī)則橢圓狀，總面積為154km2；巖體侵入泥鰍河組，并被早二疊世鉀長(zhǎng)花崗巖等侵入。巖性總體上由中性向酸性演化，依次為：細(xì)粒角閃輝長(zhǎng)巖→灰色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖→灰色細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖→灰白色細(xì)粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖→淺灰色糜棱巖化角閃石英二長(zhǎng)巖→中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖→中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖→灰白色中細(xì)粒（文象）花崗巖，由中性向酸性演化；結(jié)構(gòu)特征總體由細(xì)粒→粗粒演化，故此該序列為結(jié)構(gòu)、成分雙重演化序列。

筆者僅對(duì)其中二長(zhǎng)花崗巖的形成時(shí)代、巖石地球化學(xué)、及形成環(huán)境進(jìn)行研究分析。

阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體呈巖株?duì)睢⒉灰?guī)則狀分布于阿仁紹布一帶中，有6個(gè)侵入體，面積約38km2。與晚石炭世細(xì)粒閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、細(xì)粒花崗閃長(zhǎng)巖呈侵入接觸，并侵入泥鰍河組砂巖、板巖及烏賓敖包組變砂巖等，接觸帶發(fā)生熱變質(zhì)作用，形成角巖化砂巖、鈣硅板巖等。在哈丹布其一帶巖石糜棱巖化作有強(qiáng)烈，形成北東向延伸近4km，寬近300m的糜棱巖帶。巖體內(nèi)發(fā)育多組裂隙構(gòu)造，沿裂隙發(fā)育石英閃長(zhǎng)玢巖脈、閃長(zhǎng)玢巖脈、花崗斑巖脈等。巖體中零星見(jiàn)有閃長(zhǎng)質(zhì)包體，個(gè)體小，不規(guī)則分布。

巖石具中細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由微斜長(zhǎng)石，斜長(zhǎng)石，石英，黑云母組成。斜長(zhǎng)石，半自形板狀，核部絹云母化，少數(shù)顆粒具不發(fā)育的環(huán)帶構(gòu)造；更長(zhǎng)石半自形板狀中度絹云母化，Np（%）=9°，An=25；微斜長(zhǎng)石，半自形板狀-不規(guī)則粒狀，格狀雙晶發(fā)育的晶體內(nèi)具細(xì)粒斜長(zhǎng)石包體；石英，他形粒狀；黑云母，條柱狀，內(nèi)部具細(xì)粒磁鐵礦包體。礦物含量：斜長(zhǎng)石35%~40%，鉀長(zhǎng)石25%~30%，石英23%~30%，黑云母5%~10%，角閃石1%～2%，綠簾石1%，磁鐵礦及磷灰石少量。

巖石副礦物種類較多，有8~12種，但總量低（表1）。主要副礦物為鋯石，螢石，磁鐵礦，白鈦石，錫石，磷灰石，鈦鐵礦等，其余為副礦物微量。副礦物組合類型為鋯石+白鈦石型和磁鐵礦+鋯石型。鋯石標(biāo)型特征（表2）：淺黃色，透明，金剛光澤，性脆，含大量淺黃色質(zhì)點(diǎn)狀包裹物。總的特點(diǎn)：除個(gè)別晶形缺失（100）晶面外，其余晶形晶面（110）遠(yuǎn)比（100）面發(fā)育；錐部除個(gè)別晶形具不發(fā)育的（311）、（131）晶面外，只有（111）晶面。絕大多數(shù)長(zhǎng)比寬2∶1～2∶1.5。

3 樣品和分析方法

對(duì)野外采集的樣品經(jīng)過(guò)薄片鑒定后，選擇新鮮的樣品經(jīng)無(wú)污染碎樣后進(jìn)行地球化學(xué)元素分析。主量、微量和稀土元素均在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。其中主量元素采用XRF-1500測(cè)定，分析精度一般優(yōu)于2%~3%；微量元素和稀土元素是用Teflon熔樣罐進(jìn)行熔樣，然后采用Finnigan MAT公司生產(chǎn)的雙聚焦高分辨ICP-MS進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)優(yōu)于0.5×10-9，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于5%。

年代測(cè)定由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所采用微量鋯石U-Pb法定年技術(shù)對(duì)鋯石樣品進(jìn)行，測(cè)試中使用208Pb - 235U 混合稀釋劑，質(zhì)譜分析在VG354 上完成。Pb 和U 的全流程本底分別為m ( Pb) =0. 05 ng及m (U) = 0. 002 ng。詳細(xì)的分析方法見(jiàn)李惠民等（1997）。4 形成時(shí)代

對(duì)二長(zhǎng)花崗巖TW3374樣品單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年結(jié)果見(jiàn)表3，年齡值為308±2Ma（圖2）可能代表了該二長(zhǎng)花崗巖體的結(jié)晶年齡，時(shí)代置于晚石炭世。

5 地球化學(xué)特征

5.1 主量元素

巖石主量元素含量及主要參數(shù)見(jiàn)表4。

阿仁紹布花崗巖SiO2為69.36～77.39%，Al2O3含量為12.04～14.44%，CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物組合為or+ab+an+hy+q+mt型，總體為硅過(guò)飽巖石。A/CNK=0.86～1.04＜1.1，屬Chappell和White（1974）分類的“Ⅰ”型花崗巖，在ACF圖解（圖3-9）多數(shù)樣品投點(diǎn)落入“Ⅰ”型花崗巖區(qū)，僅有一個(gè)糜棱巖化巖石樣品落于“S”型花崗巖區(qū)；里特曼指數(shù)（σ）為1.99～3.49，屬鈣堿性巖系，K2O＜Na2O，堿度率（A.R）為2.72～4.69，CNK/A為0.86～～1.04，平均為0.97，據(jù)洪大偉（1987）為鈣堿性巖—偏堿性巖系；在QAP圖解（圖3）中樣品投點(diǎn)均落在二長(zhǎng)花崗巖區(qū)，與薄片結(jié)果一致。分異指數(shù)（DI）為82.2～96.9、固結(jié)指數(shù)（SI）為1.33～7.29，總體反映巖漿分異程度較高；長(zhǎng)英指數(shù)（FL）76.6～94.98、鎂鐵指數(shù)（MF）53.94～84.07，揭示巖漿分離結(jié)晶作用弱。

5.2 稀土元素

稀土元素豐度及特征參數(shù)見(jiàn)表5。

稀土總量（ΣREE）為104.2～300.52×10-6，平均為203.32×10-6，偏高，輕重稀土比值（ΣCe/ΣY）為2.18～6.52，（La/Yb）N平均為7.83遠(yuǎn)大于1，（La/Sm）N為2.09～4.40，平均為3.49，輕稀土分餾明顯，并富集輕稀土；（Gd/Yb）N平均為1.25，重稀土分餾程度弱。δEu為0.03～0.79，平均為0.46，銪總體虧損。稀土配分曲線（After Coryll，1963）（圖4），輕稀土段右傾，重稀土段平緩，2個(gè)樣品Eu處均出現(xiàn)明顯“V”型谷，顯示輕重稀土有一定程度分餾，輕稀土富集，巖石并具一定程度的分離結(jié)晶作用。

5.3 微量元素

微量元素分析結(jié)果、對(duì)比值及特征參數(shù)見(jiàn)表6，與地殼豐度值（黎彤，1976）相比，大離子親石元素及活動(dòng)性元素K、Rb、Ba高于地殼豐度，Sr低于地殼豐度；放射性生熱元素Th高；非活動(dòng)性元素Nb、Ta與地殼豐度相當(dāng)，P遠(yuǎn)低于地殼豐度，Zr、Hf總體偏高；過(guò)渡族元素V、Cr、Co、Ni、Sc、Ti均遠(yuǎn)低于地殼豐度。

特征參數(shù)：Nb*=0.09～0.34＜1、Sr*=0.02～0.34＜1、P*=0.04～0.18＜1、Ti*=0.02～0.16＜1、揭示Nb、Sr、P、Ti虧損，Zr*=0.83～4.60，平均值大于1、K*=2.44～5.21＞1，揭示巖石Zr、K富集，同時(shí)揭示巖漿成因可能為花崗質(zhì)巖石。

巖石微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5），均呈現(xiàn)Rb、Th、Nb、Nd、Zr、Sm、Y、K、Yb富集，Ba、Sr、P、Ti虧損。曲線形式反映具有同源性的特點(diǎn)。

6 討論

6.1 巖漿結(jié)晶的PT條件

據(jù)Nathan等（1978）提出的陽(yáng)離子分?jǐn)?shù)溫度計(jì)算方法，計(jì)算出石英結(jié)晶溫度為946～1，022℃，平均為999℃；斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度為972～1，069℃，平均為1，020℃（表7）

在Q-Ab-Or-H2O系圖（圖6）上，樣品點(diǎn)投在1-6×108Pa壓力區(qū)域，表明巖漿冷凝礦物共結(jié)晶時(shí)的深度約在3.3km-20km（1GPa≈33km）左右，其結(jié)晶條件代表巖體侵位時(shí)的物理環(huán)境，是在較深的巖漿房中結(jié)晶的，這與巖石的結(jié)構(gòu)特征一致（基本為中粗粒，缺少斑狀和似斑狀結(jié)構(gòu)）。

Al2O3／TiO2比值是衡量花崗巖形成溫度的一個(gè)重要指標(biāo)(Sylvester，1998)，研究表明Al2O3／TiO2比值越高，形成溫度越低。阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖的Al2O3／TiO2比值變化范圍在38.0～150.5，為具有較高Al2O3／TiO2比值的花崗巖，說(shuō)明形成溫度較低，這與地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算出的結(jié)果一致。

前文已述及，阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖總體屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁—過(guò)鋁質(zhì)類型花崗巖。SiO2與TiO2、FeO、MgO、Al2O3、CaO、Sr、Ba、Eu呈負(fù)相關(guān)，而與K2O和Rb大致呈正相關(guān)。良好的線性關(guān)系說(shuō)明阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖具有相似的成因和演化趨勢(shì)。SiO2與MgO、Al2O3的關(guān)系顯示出鈣堿性巖漿分離結(jié)晶的演化趨勢(shì)。由于Al、Ca、Eu、Sr、Ba等元素主要賦存在斜長(zhǎng)石中，TiO2、Fe2O3主要存在于Ti-Fe氧化物中，因此阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖所展示的成分變化可能與斜長(zhǎng)石和T-Fe氧化物的分離結(jié)晶有關(guān)。K2O和Rb含量隨分異程度的增強(qiáng)而升高，因此堿性長(zhǎng)石的分離結(jié)晶的可能性不大。阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖的主、微量元素特征表明形成花崗巖的巖漿經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異作用。

6.2 巖漿的物質(zhì)來(lái)源

王德滋等（1993）的研究表明，Rb和K有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，在地球演化初期，隨著殼幔的分離和地殼的演化，Rb會(huì)富集于成熟度高的地殼中；Sr和Ca有相似的地球化學(xué)行為，在成熟度低、演化不充分的地殼中富集。因此，Rb／Sr比值能較好地記錄源區(qū)物質(zhì)的性質(zhì)。Taylor（1986）認(rèn)為，地球演化過(guò)程中K和Rb不斷向上遷移進(jìn)入硅鋁層，所以上地幔越來(lái)越虧損K和Rb，Sr主要富集在斜長(zhǎng)石中代替Ca。因此，花崗巖的Rb／Sr比值高，一方面說(shuō)明巖漿的演化程度很高，另一方面說(shuō)明源巖可能主要來(lái)自地殼。據(jù)Taylor和Mclennan（1986）的資料計(jì)算，整個(gè)陸殼Rb／Sr比值平均值約為0.24。阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖只可能形成于大陸環(huán)境，并且Rb／Sr比值范圍在0.84～10.12，平均為3.08，遠(yuǎn)高于整個(gè)陸殼的平均值。這些特點(diǎn)都說(shuō)明花崗巖的物質(zhì)來(lái)源為殼源。

前人的研究表明（Sylvester，1998；Zen，1986），花崗巖中鋁的含量特征能在一定程度上指物質(zhì)來(lái)源以及花崗巖的成因類型。阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖屬準(zhǔn)鋁—過(guò)鋁巖石，暗示其物質(zhì)來(lái)源于地殼物質(zhì)的重熔。

由于缺少同位素資料，不能對(duì)源區(qū)進(jìn)行更加準(zhǔn)確的判斷。而且有時(shí)花崗巖的源巖物質(zhì)可能是多種來(lái)源的（Collins，1996），所以本區(qū)花崗巖的物質(zhì)來(lái)源有待進(jìn)一步研究。

6.3 形成的構(gòu)造環(huán)境

在Rb-Yb+Nb圖解（圖7）上投點(diǎn)均落于火山弧花崗巖區(qū)。在玄武巖Hf /3-Th-Ta三角構(gòu)造判別圖解上（圖8），阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖樣品點(diǎn)落在鈣堿性玄武巖（CAB）的范圍內(nèi)，反映阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體具有大陸邊緣弧玄武巖地球化學(xué)特征。

結(jié)合內(nèi)蒙古北部地區(qū)地質(zhì)演化歷史，研究區(qū)在晚石炭世屬于板內(nèi)環(huán)境，阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖具有大陸邊緣弧的地球化學(xué)特征，可能反映在巖漿形成之前，地幔源區(qū)發(fā)生了俯沖交代富集作用。

7 結(jié)論

（1）阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體SiO2含量（wt%）為69.36～77.39%，Al2O3為12.04～14.44%，CaO為0.33~2.41％，TiO2為0.08~0.38％，P2O5為0.023~0.14％；巖體的Mg#值（0.28～0.59，平均為0.47）較高，反映原始巖漿具幔淵源生玄武巖漿特征，在上升過(guò)程中經(jīng)歷的結(jié)晶分異程度較低。

（2）阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖U-Pb鋯石年齡測(cè)定結(jié)果為308±2Ma，代表了阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖體的結(jié)晶年齡，為晚石炭世。

（3）計(jì)算出石英結(jié)晶溫度為946～1，022℃，平均為999℃；斜長(zhǎng)石結(jié)晶溫度為972～1，069℃，平均為1，020℃；巖漿冷凝礦物共結(jié)晶時(shí)的深度約在3.3km-20km，其結(jié)晶條件代表巖體侵位時(shí)的物理環(huán)境，是在較深的巖漿房中結(jié)晶的。阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖的Al2O3／TiO2比值變化范圍在38.0～150.5，為具有較高Al2O3／TiO2比值的花崗巖，說(shuō)明形成溫度較低，這與地質(zhì)溫度計(jì)計(jì)算出的結(jié)果一致。

（4）阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖屬準(zhǔn)鋁—過(guò)鋁巖石，Rb／Sr比值范圍在0.84～10.12，平均為3.08，遠(yuǎn)高于整個(gè)陸殼的平均值。其物質(zhì)來(lái)源于地殼物質(zhì)的重熔，形成花崗巖的巖漿經(jīng)歷了高度的結(jié)晶分異作用。

（5）阿仁紹布二長(zhǎng)花崗巖物質(zhì)來(lái)源于地殼物質(zhì)的重熔，具有大陸邊緣弧的地球化學(xué)特征，可能反映在巖漿形成之前，地幔源區(qū)發(fā)生了俯沖交代富集作用。

致謝：本文賴以討論的各種資料均來(lái)自1∶5萬(wàn)額仁布格幅（L49E020015）、烏日尼圖幅（L49E020016）、巴彥哈拉特幅（L49E021015）、達(dá)布哈爾幅（L49E021016）、胡格吉力圖生產(chǎn)隊(duì)幅（L49E022015）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，是項(xiàng)目組全體成員集體勞動(dòng)的成果。樣品準(zhǔn)備及分析過(guò)程中得到了天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室的諸多幫助，謹(jǐn)此一并致謝。

參考文獻(xiàn)：

[1] 邵積東.1998.內(nèi)蒙古大地構(gòu)造分區(qū)及其特征[J]. 內(nèi)蒙古地質(zhì)，1998，87(2)：1-23.

[2] 李惠民，李懷坤，陸松年. 用礦脈中熱液鋯石的U-Pb定年確定東坪金礦的成礦時(shí)代[J].地球?qū)W報(bào)，1997.，18（增刊）: 176~178.

[3] Chappell B W， White A J R. Two contrasting granite types[J]. Pacific Geol. 1974. 8: 173 - 174.

[4] 洪大衛(wèi).1987.福建沿海晶洞花崗巖帶的巖石學(xué)和成因演化[M]. 北京：科學(xué)技術(shù)出版社.

[5] Streckeisen， A.， 1973. Classification and nomenclature of plutonic rocks: recommendations N. Jb. Miner. Monat Jg. 1973， 149-64.

[6] R. W. Le Maitre et al.(edit)， A Classification of Igneous Rocks and Glossary of Terms， Blackwell Scientific Publications[J]， 1989：pp103

[7] 黎彤.化學(xué)元素的地球豐度.地球化學(xué)，1976，（1）：17～19.

[8] Tuttle O F and Bowen N L. 1958. Origin of Granite in the Light of Experimental Studies in the System NaAlSi3O8-KAlSi3O8-SiO2-H2O[M]. Geol. Soc. Am. Memoir， 74.

[9] Sylvester P J 1998．Post-collisional strongly peraluminous granites[J]．Lithos．45：29～44.

[10] Taylor S R and Mclennan S M．1986．The chemical composition of the Archaean crust (in the nature of the lower continental ernst)[J]．Geological Societu Special Publications，24：173～178.

[11] Zen E．1986．Aluminum enrichment in silicate melts by fractional erystallization：some mineralogic and petrologic constraints[J]．Journal of Petrology，27：1 095～1 117.

[12] 王德滋，劉昌實(shí)，沈胃洲，等.1993.桐廬I和相山S型兩類碎斑熔巖對(duì)比[J].巖石學(xué)報(bào)，9(1)：44～53.

[13] CollinsW J．1996．S and I-type granites of the eastern Lachlan fold belt：products of tree component mixing[J]．Transaction of the Royal Society 0f Edinburgh，Earth Sciences，88：171～179.

[14] Wood D A. 1979. Avariably veined suboceanic uppermantle-genetic significance for mid-ocean ridge basalts from geochemical evidence[J]. Geology， 7：499-503.