內蒙古烏爾圖高勒廟埃達克質花崗巖地質特征及構造意義

廉凱龍，李好斌，劉東娜，豆貫銘

（太原理工大學 礦業工程學院，太原 030024）

埃達克巖（Adakite）是Defant和Drummond在1990年提出的一個新的巖石類型，它不是某一種具體的巖石，而是一套具有特定地球化學性質的中酸性火成巖[1]。其標志性地球化學特征（質量分數）為：高硅w（SiO2）≥56%，高鋁w（Al2O3）≥15%（很少＜15%），低鎂w（MgO）＜3%（很少＞6%），貧Y和Yb（Y≤18μg／g，Yb≤1.9μg／g），高Sr（Sr＞400 μg／g），LREE富集，無Eu異常或輕微的負Eu異常。張旗等[9-10]在研究中國東部中生代火成巖的基礎上，提出“C”型埃達克巖，并認為“C”型埃達克巖富鉀，多數為高鉀鈣堿性系列巖石[11]。

烏爾圖高勒廟巖體在區域上位于華北陸塊北緣近東西向的埃達克質巖漿巖帶上，該巖體是否屬埃達克質花崗巖體，巖漿來源于何處，形成于什么構造背景？尚不清楚。筆者在野外地質調查的基礎上，對該巖體進行了巖石學、主微量、稀土元素特征分析研究，以期探討該巖體的巖石類型、巖漿源區及其構造意義。

1 巖體地質特征

烏爾圖高勒廟巖體位于內蒙古烏蘭察布市四子王旗東北100km處。巖體呈近東西向展布，出露面積約497.6km2，侵入于中元古溫都爾廟群哈爾哈達組和上石炭統本巴圖組地層之中（見圖1所示）。巖體中花崗斑巖、花崗細晶巖、細粒閃長巖以及石英脈發育，巖脈走向以NW 300°—340°及NE 20°—50°為主。巖脈因耐風化地貌上呈凸起狀，外觀上為棋盤格子狀。

巖體可明顯分為三個相帶，中心相巖石為似斑狀結構，巖性為斑狀黑云母二長花崗巖；過渡相巖石為中粒、中粗粒結構，巖性為黑云母二長花崗巖；邊緣相巖石為細粒結構，巖性為細粒黑云母二長花崗巖，在巖體東南部呈北東向帶狀展布。過渡相和邊緣相中均可見哈兒哈達組磁鐵石英巖捕擄體，相對而言，邊緣相中捕擄體規模較大、數量較多，且原生流動構造較發育。從巖體的中心相到邊緣相不同點表現在結構不同，但礦物組合基本一致，巖石主要礦物成分（體積分數）為：斜長石30%～35%，正長石25%～30%，石英25%～30%；次為黑云母，約5%～10%；極少量副礦物磷灰石、鋯石、榍石和磁鐵礦等。

據1∶25萬補力太幅區調報告，該巖體的單顆粒鋯石U-Pb法定年結果表明，巖體侵位時代為265.8±3.1Ma，即中二疊世。

圖1 烏爾圖高勒廟區域地質簡圖

2 巖體主量元素、稀土元素和微量元素地球化學特征

2.1 主量元素地球化學特征

烏尓圖高勒廟巖體的主量元素分析數據見表1所示。巖體中SiO2含量較高，其質量分數介于70.6%～75.18%；Al2O3含量較高，其質量分數介于14.01%～15.25%；MgO含量較低，介于0.18%～0.95%；w（Na2O）／w（K2O）介于0.86～1.45，且w（Na2O）-2＜w（K2O），這表明巖體中鉀含量較高；里特曼指數σ介于1.83～2.36。如圖2-a所示，所有樣品的參數點均落于高鉀鈣堿性系列區內；在圖2-b中12個樣品參數點中有11個落入了過鋁質區內。巖體主量元素地球化學特征表明，烏爾圖高勒廟巖體的巖石系列為過鋁質的高鉀鈣堿性系列。

2.2 稀土元素及微量元素地球化學特征

巖體中稀土元素含量較低（33.96～101.39μg／g），w（L）／w（H）值介于9.53～20.46，wN（La）／wN（Yb）值介于11.57～20.77，wN（La）／wN（Sm）值介于3.96～13.42，wN（Gd）／wN（Yb）值介于1.66～4.53。稀土元素配分型式（圖3-a）為右傾型。以上特征表明，巖體中輕稀土元素分餾較好，重稀土元素分餾較差。其中Yb含量很低，介于0.24～1.15μg／g之間（見表2，L代表LREE，H代表 HREE）。較高的wN（Sr）／wN（Y）比值和虧損重稀土的特征指示源區殘留相中存在石榴石[12-13]，而稀土元素蛛網圖中HREE表現為較為平緩的配分模式，w（Y）／w（Yb）的值（平均為9.8）接近于10，這指示殘留相中有角閃石的存在[14]。w（Eu）／w（Sm）值介于0.23～0.48之間，δ（Eu）值介于0.86～1.51之間，稀土元素配分模式圖顯示無負Eu異常（一個樣品顯示輕微正異常），說明未發生斜長石的結晶分異。

圖2 烏爾圖高勒廟巖體地球化學參數圖解

表1 烏尓圖高勒廟巖體主量元素（質量分數）及特征參數表 %

表2 烏尓圖高勒廟巖體稀土元素、微量元素及特征參數表 μg／g

微量元素蛛網圖（圖3-b）中顯示，大離子親石元素Sr、Ba、Rb、K相對富集，其中Sr含量較高（285.1～827.7μg／g），僅兩個樣品含量低于400μg／g；高場強元素 Nb、P、Ti、Ta、Y相對虧損，其中 Y含量較低（1.86～9.97μg／g）；w（Sr）／w（Y）值較高，介于35.91～263.55之間。Y的虧損和高的w（Sr）／w（Y）比值說明源區部分熔融的殘留物應為榴輝巖[15]。

主、微量、稀土元素地球化學特征表明，烏爾圖高勒廟巖體具有高Si和高Al、低Mg、貧Y和Yb、富Sr、無Eu異常的特點，與 Defant和 Drummond[1]定義的埃達克巖相符，在判別圖（圖4）中，所有參數點均落在埃達克巖區，由此可以判定烏爾圖高勒廟巖體是埃達克質花崗巖體。按照張旗等[9-10]關于C型埃達克巖的定義，巖體主量元素、稀土元素及微量元素特征與中國東部C型埃達克巖特征相符，因此烏爾圖高勒廟巖體是C型埃達克質花崗巖體。

圖3 稀土元素蛛網圖（a）和微量元素蛛網圖（b）

3 巖漿源區

埃達克質巖石是玄武質的源區巖石在相當于榴輝巖相的條件下發生部分熔融形成的，并在源區殘留石榴石、角閃石等礦物[16]。高鉀鈣堿性類的埃達克巖最早是Atherton等[2-3]報道的秘魯安第斯帶Cordillera Blanca巖基，他們認為該巖基并非板片熔融的產物，而是在地殼加厚及伸展的背景下由新近底侵至下地殼底部的玄武巖在高壓下（＞1.5～2.0GPa）部分熔融形成的。

圖4 烏爾圖高勒廟巖體wN（Yb）-wN（La）／wN（Yb）圖（a）和w（Y）-w（Sr）／w（Y）圖（b）

有關研究表明，高鉀鈣堿性埃達克質巖的巖漿來源有以下3種可能：一是巖漿來自于底侵至下地殼底部玄武質巖漿的部分熔融[2-3]；二是加厚的下地殼底部基性巖的部分熔融[9-10]；三為拆沉的下地殼沉入地幔，受到下部軟流圈地幔的加熱，導致其部分熔融[4]。烏爾圖高勒廟埃達克質花崗巖體的主、微量、稀土元素地球化學特征表現在：

1）烏爾圖高勒廟巖體的巖石系列為高鉀鈣堿性系列，具較高的SiO2含量和較低Mn、Cr含量，w（Na2O）／w（K2O）比值（0.86～1.45）也較低（如表1、表2），其主、微量地球化學特征類似于由增厚的玄武質下地殼熔融形成的埃達克巖的特征。而與俯沖有關的埃達克巖主要為鈣堿性系列，w（Na2O）／w（K2O）＞2[5]。

2）多種地殼巖石脫水熔融實驗的數據[6]表明，高w（Sr）／w（Y）值的花崗質熔體，應在較大壓力（p≥1.0～1.2GPa）和較高溫度（t≥925～1100℃）下通過部分熔融而生成[17]。烏爾圖高勒廟巖體具較高的w（Sr）／w（Y）值（35.91～263.60），其稀土元素特征表明，巖體巖漿源區殘留相中存在石榴石。玄武質巖石的熔融實驗表明，在大于1.0GPa的條件下熔融殘留物中將出現石榴石，但只有壓力在大于1.2GPa（相當于地殼40～50km深處）的條件下熔體才能與殘留石榴石平衡，且熔體強烈虧損HREE與Yb、Y[7-8]。烏爾圖高勒廟巖體具有這一特點。基于以上原因，我們有理由認為，烏爾圖高勒廟埃達克質花崗巖體巖漿來自于增厚的玄武質下地殼巖石部分熔融。

眾所周知，中二疊世是西伯利亞板塊與華北板塊強烈碰撞時期。筆者認為，兩大板塊的碰撞導致內蒙古四子王旗東北地區地殼加厚，在高溫高壓的條件下，促使增厚的玄武質下地殼發生部分熔融，形成了烏爾圖高勒廟巖體的巖漿。

4 構造意義

相關資料表明，中二疊世—早三疊世時期，西伯利亞板塊與華北板塊發生強烈的陸-陸碰撞，形成了中亞造山帶，兩大板塊的強烈碰撞帶在阿爾登格勒廟—賀根山—烏蘭浩特一線，烏爾圖高勒廟巖體位于該線以南的早古生代華北板塊北緣的陸緣增生帶上。為了說明該巖體的屬性，筆者將表1、表2中的相關數據計算后分別投入到圖5、圖6中。圖5-a中參數點均上落入碰撞帶花崗巖區域內；圖5-b中，①為地幔斜長花崗巖，②為破壞性板塊邊緣（碰撞前）花崗巖。③為板塊碰撞后隆起期花崗巖，④為晚造山期花崗巖，⑤為非造山區A型花崗巖，⑥為同碰撞花崗巖；⑦為造山期后A型花崗巖，其中參數點基本上落入同碰撞花崗巖區域內。圖6-a中參數點均落入大陸碰撞花崗巖區域內；圖6-b中，IAG為島弧花崗巖類，CAG為大陸弧花崗巖類，CCG為大陸碰撞巖類，POG為后造山花崗巖類，RRG為與裂谷有關的花崗巖類，CEUG為與大陸造陸抬升有關的花崗巖類注，

圖5 烏爾圖高勒廟巖體w（Y）-w（Nb）圖（a）和R1-R2 圖（b）

中參數點基本落入大陸碰撞花崗巖區域內。以上投圖結果表明，烏尓圖高勒廟埃達克質花崗巖是西伯利亞板塊和華北板塊在中二疊世發生碰撞過程中形成的同碰撞花崗巖。在中二疊世的碰撞造山環境中，增厚的玄武質下地殼巖石部分熔融產生的埃達克質巖漿，在北西及北東向斷裂構造的控制下，大規模侵入本區，形成了烏爾圖高勒廟埃達克質花崗巖體。

圖6 烏尓圖高勒廟巖體w（SiO2）-T圖（a）和w（SiO2）-w（Al2O3）圖（b）

在區域上，自西向東烏拉特中旗克布埃達克質雜巖體[18]（291±4Ma）、鑲白旗那仁烏拉埃達克雜巖體[19]（263.2±2.8Ma）、以及吉林大玉山埃達克質花崗巖體[14]（248±4Ma）都為C型埃達克質巖體，他們巖漿均來自于增生碰撞導致加厚的玄武質下地殼巖石部分熔融，在區域上可能共同組成了一條近東西向的埃達克質巖漿帶[19]。烏爾圖高勒廟巖體位于這條埃達克質巖漿帶的中部。該巖體與那仁烏拉巖體相距不遠，在形成時間和巖性上相近，為同一期產物，其形成時間晚于西部的克布巖體，早于東部的大玉山巖體。在區域上，這種東部巖體形成時間晚于西部巖體的特點，與趙栓宏等[20]提出的“古亞洲洋閉合規律”相符。烏爾圖高勒廟埃達克質花崗巖的地球化學特征及構造屬性的研究，為古亞洲洋在晚古生代末期是自西向東呈剪刀式逐漸閉合的觀點提供了佐證。

5 結論

1）烏尓圖高勒廟埃達克質花崗巖為過鋁質的高鉀鈣堿性系列巖石，具有高Si、Al、K、Sr、Sr／Y和低Mg、Y、Yb等特點，具C型埃達克巖的特征。

2）烏尓圖高勒廟埃達克質花崗巖為同碰撞花崗巖，巖漿來源于增厚的玄武質下地殼巖石部分熔融。

3）烏爾圖高勒廟埃達克質花崗巖的地球化學特征及構造屬性的研究，為古亞洲洋在晚古生代末期是自西向東呈剪刀式逐漸閉合的觀點提供了佐證。

[1]Defant M J，Drummond M S.Derivation of some modern arcmagmas by melting of young subducted lithosphere[J].Nature，1990，347：662-665.

[2]Atherton M P，Petford N.Generation of sodium-rich magmas from newly underplated basaltic crust[J].Nature，1993，362：144-146.

[3]Petford N，Atherton M.Na-rich partial melts from newly underplated basaltic ctust：The Cordillera Blance Batholith，Peru[J].Journal of Petrology，1996，37（6）：491-521.

[4]Kay S M，Ramos V A，Marques M.Evidence in Cerro Pampa volcanic rocks for slab-melting prior to ridge-trench collision in southern South American[J].J Geol，1993，101：703-714.

[5]Martin H.Adakitic magma：modern analogues of Archean granitoids[J].Lithos，1999，46：411-429.

[6]Rapp R P，Watson E B.Dehydration melting of metabasalt at 8-32kbar：implication for continental growth and crust-mantle recycling[J].J.Petrol，1995，36：891-931.

[7]Sen C，Dunn T.Dehydration melting of a basaltic composition amphibolite at 1.5and 2.0GPa：Implications for the origin ofadakites[J].Contrib.Mineral.Petrol.，1994，117：394-409.

[8]Rapp R P，Xiao L，Shimizu N.Experimental constraints on the origin of potassium-rich adakites in eastern China[J].Acta Petrologica Sinica，2002，19（3）：293-302.

[9]張旗，錢青，王二七，等.燕山中晚期的中國東部高原：埃達克巖的啟示[J].地質科學，2001a，36（2）：248-255.

[10]張旗，王焰，錢青，等.中國東部中生代埃達克巖的特征及其構造——成礦意義[J].巖石學報，20014b，17（2）：236-244.

[11]張旗.關于C型埃達克巖成因的再探討[J].巖石礦物學雜志，2011，30（4）：739-747.

[12]Paterno R.Castillo.埃達克巖成因回顧[J].科學通報，2006，51（6）：617-627.

[13]李昌年.火成巖微量元素巖石學[M].北京：中國地質大學出版社，1992：77-19.

[14]孫德有.西拉木倫河—長春—延吉板塊縫合帶的最后閉合時間[J].吉林大學學報，2004，34（2）：174-181.

[15]曾俊杰.內蒙古固陽地區埃達克質花崗巖的發現及其地質意義[J].地球科學，2008，33（6）：755-763.

[16]陳雋璐.北秦嶺西段早古生代埃達克巖地球化學特征及巖石成因[J].地質學報，2008，82（4）：475-484.

[17]劉紅濤，孫世華，劉建明，等.華北克拉通北緣中生代高鍶花崗巖類：地球化學與源區性質[J].巖石學報，2002，18（3）：257-274.

[18]羅紅玲等.烏拉特中旗克布巖體的地球化學特征及SHRIMP定年：早二疊世華北克拉通底侵作用的證據[J].巖石學報，2007，23（4）：755-765.

[19]郝百武.內蒙古那仁烏拉埃達克質花崗巖的發現、成因、鋯石U-Pb年齡及其構造意義[J].礦物巖石，2012，32（1）：28-39.

[20]張栓宏，趙越，劉建民，等.華北地塊北緣晚古生代-早中生代巖漿活動期次、特征及構造背景[J].巖石礦物學雜志，2010，29（6）：824-842.