內蒙古大青山古元古代埃達克質花崗巖：巖石學、地球化學及其構造意義

劉麗萍　張麗萍

摘要：大青山發育的石英閃長巖在地球化學上具有埃達克質花崗巖的特點。它們以較高的硅（SiO₂一般大于56%，較高的鋁（Al₂O₃一般大于14%），富鈉（Na₂O通常大于4%），低K₂O/Na₂O比（分子數）（通常小于0.4）。它們還富大離子親石元素（如Rb、Sr）、過渡元素（如Cr、Ni）虧損高場強元素（如Nb、Ti）為特征。球粒隕石標準化稀土圖譜顯示輕稀土富集型，并具有明顯的正Eu異常。鋯石U-Ph SHRIMP的測年，結合野外地質和前寒武紀消減帶花崗巖演化特征，推斷埃達克質花崗巖形成于2435±12Ma。表明該區古元古代存在真正意義的板塊構造，俯沖作用已經發生。

關鍵詞：大青山 埃達克質花崗巖 巖石學 地球化學 古元古代

自從Defaut&Drummond于1990年提出埃達克（adakites）以來，埃達克在國內外巖石學研究中成為熱點，過去研究主要集中在現代板塊邊緣，自2003年法國Nice會議以來人們更多的視線集中到地殼的早期演化上。在成因上adakites往往和俯沖洋殼的熔融作用聯系在一起，它們一般產于年輕、熱的板片，或板塊邊緣。異常高的Sr/Y和La/Yb通常認為是①熔融時殘余礦物組合為榴輝巖相的，石榴子石是關鍵殘余礦物；②石榴子石對重稀土元素優先相容，產生釔、鐿和重稀土元素的虧損和強分餾式樣的稀土元素；③斜長石從源區中的消失使熔漿富Al₂O₃，同時使富集于斜長石中的鍶、銪（同時，它們是石榴子石榴輝巖所不相容的）進入熔漿，使埃達克巖巖漿富鍶、銪。在現代島弧帶，adakites的產生往往和許多特殊的構造環境和階段聯系起來，如：俯沖作用開始，先于洋脊俯沖的年輕板塊俯沖，復雜多階段島弧——地幔過程，島弧轉換部位板塊邊緣和后碰撞巖石圈拆離。對于地質歷史中的巖漿巖系統，adakities及其相關的巖石的與眾不同的地球化學特性已用來推斷古島弧系統（Polat and Kerrich 2001）。張旗等（2004，2005）對贊岐巖研究進行了綜述。陰山地塊固陽一帶有贊岐巖報道，取得了鋯石SHRIMP年齡（2，520-2，556Ma），同時也獲得了2.2～2.45Ga的年齡信息（簡平等，2005；Jian et al.，2012；馬旭東等2013）。鐘長汀等（2014）對固陽——武川斷裂南側古元代近東西向分布的一套閃長巖——石英閃長巖——花崗閃長巖研究發現，這些巖石和埃達克巖、贊岐狀巖（sanukitoids）、Closepet花崗巖具有十分相似的特征并取得了2，416-2，435 Ma年齡，其中愛達克質花崗巖形成2435±12Ma（MSWD=1.7）（鐘長汀等，2014）。本文就大青山紅召附近有關埃達克巖的巖石學、地球化學及形成環境進行探討。

1 地質概況

本區埃達克質花崗巖主要分布在固陽——武川斷裂帶附近，主要集中在固陽縣下濕壕村空山和卓資縣紅召地區（鐘長汀等，2006，2007，2014）。斷裂帶南側主要出露新太古界烏拉山群斜長角閃巖、角閃斜長片麻巖、磁鐵石英巖、變粒巖和大理巖；北側主要分布新太古界色爾騰山花崗——綠巖帶和古元古代火山沉積巖（但詳細研究發現，在色爾騰山群中同樣發現大量由二道洼群組成相同的火山沉積巖系，由于詳細的研究程度不夠，故以新太古代——古元古代通稱）。紅召地區的埃達克質花崗巖（adaktic granitoids）主要呈復式巖體產出，規模一般十幾至幾十平方千米，其中分布于紅召南口子村——廠漢腦包巖體規模最大，達95km²（圖1）。巖體侵入古元古界二道洼群變沉積火山巖系，被中元古界查爾泰群覆蓋。巖體中含大量不規則暗色包體，包體邊界一般不太清楚。我們在卓資縣紅召地區采集的具有埃達克巖性質的石英閃長巖——閃長巖——二長花崗巖，在1：5萬區域填圖被認為具有1.9～2.3Ga的年齡（內蒙古地質礦產開發院，1997），屬古元古代。

區內地質構造極為復雜，太古宇和古元古界構成結晶基底，廣泛發育各種褶皺變形、透入性片理和片麻理構造、韌性剪切帶，且自中、上太古界至古、中元古界，變質程度從麻粒巖相遞變為低綠片巖相，變形程度也逐漸減弱。蓋層構造主要表現為一系列的逆沖推覆構造和伸展斷裂構造，其主要是燕山運動的產物。推覆構造廣泛發育，表現為前寒武紀地質體推置于新地層之上，局部形成封閉、半封閉式構造，由于一系列推覆構造將不同時代的地層相分隔，各時代地層展布很不協調。伸斷裂構造也較發育，構成了區內中生代斷陷盆地的邊界，特別以分布在研究區南部邊界的陰山山脈山前大斷裂最為著名。

2 巖石學特征

紅召地區的埃達克質花崗巖（adaktic granitoids）主要呈復式巖體產出。巖體侵入古元古界二道洼群變沉積火山巖系，被中元古界查爾泰群覆蓋。巖體中含大量不規則暗色包體，包體邊界一般不太清楚。

石英閃長巖具變余中細粒花崗巖結構、斑雜狀一片麻狀構造。主要礦物為斜長石、角閃石和石英，含黑云母少量。斜長石，含量60%～80%，大小0.5mm～2mm，半自形粒狀，強絹云母、綠簾石化；角閃石，含量5%～20%，0.5mm～3.5mm，柱狀，綠泥石化發育；石英，5%～10%，0.5mm～3.5mm，不規則狀；部分樣品含少量輝石。副礦物主要為鈦磁鐵礦、鈦鐵礦、磁鐵礦、鋯石、磷灰石。

3 地球化學特征

3.1常量元素特征

埃達克質花崗巖類的巖石類型為石英閃長巖。常量元素組成特征為：w（SiO₂）>56%（56.98%～59.40%），屬中性巖范圍，具有較高的Al₂O₃（17.45%～18.50%）、Na₂O（3.89%～5.23%）含量和較低的K₂O含量（1.12%～1.87%），大部分樣品的K₂O/Na₂O（分子數）<0.4（0.23-0.48，MgO含量中等（2.5%～3.37%），具有埃達克巖的組成特征（表1）。TiO₂和P₂O₅含量較低，分別為0.76%-0.88%和0.28%～0.43%；Mg^#[100×MgO/（FeO+Fe₂O₃）]分子數比】為（47-49）；A/CNK[Al₂O₃/（CaO+Na₂O+K₂O）分子數比1多在0.94-1.03之間，表現偏鋁質巖石的特征，與TTG具有相似的特點。按SiO₂含量，屬低硅埃達克質花崗巖（LSAG：low-SiO₂adakitic granitoids）（SiO₂=60%為界，Martin et al，2005），在SiO₂-MgO圖、Sr-（K/Rb）-（SiO₂/MgO）*100圖、（K/Rb）-（SiO₂/MgO）圖和TiO₂vs.SiO₂圖（圖2）上，接近世界主要低硅埃達克巖分布區。

3.2微量元素特征

微量元素見表1。微量元素總的特點是：高Sr（1143×10^-6～1165×10^-6）、Ni（17.3×10^-6～22.8×10^-5）、Cr（41.6×10^-6～81.9×10^-6），隨著SiO₂升高，Rb、Ba升高，Cr、Sr、Zr、Hf降低。在微量元素原始地幔標準化蛛網圖中，顯示與典型埃達克巖相同特征，Nb、Ti（P）相對虧損，Sr相對富集（圖3A）。

3.3稀土元素特征

本區埃達克質花崗巖稀土元素含量及相關參數列于表1。巖石稀土含量總體較低（∑REE=144.1×10^-6-169.89×10^-6），輕重稀土分餾明顯（（La/Yb）_N=18.7-35.11），重稀土虧損，Yb<1.2×10^-6（0.73×10^-6-1.2×10^-6），Y<18×10^-6（9.86×10^-6～15.4×10^-6）（圖3B），大部分樣品都具有明顯正銪異常，少量銪異常不明顯（Eu^*/Eu=0.98-1.19），與埃達克巖稀土組成特征十分類似。在（La/Yb）_N-Yb_N和Sr/Y-Y圖解中都投在埃達克巖區（圖4A，B）。在Sr-100*（SiO₂/MgO）-K/Rb三角圖解和SiO₂/MgO-K/Rb圖中大部分投在低硅埃達克巖中（LSA）（圖2）。

總之，石英閃長巖具有埃達克質花崗巖特征，且屬低硅埃達克質花崗巖（LSAG）。

4 形成環境及地質意義

4.1形成環境討論

埃達克巖成因也有不同意見：板片熔融派和多成因派，亦即板塊熔融并非是產生埃達克巖的唯一機制。通過俯沖玄武質洋殼的熔融可產生埃達克巖熔體已由實驗和地質觀察得到證實。實驗研究表明，水飽和熔融或角閃石脫水熔融可產生埃達克巖熔體。Martin et al.（2005）把埃達克巖分為高硅埃達克巖（HSA）和低硅埃達克巖（LSA）兩種類型。HSA和LSA不但組成和礦物組合不同，成因和來源也不同。HSA直接形成于俯沖含水玄武熔融體，在上升過程中這種熔融體和地幔楔橄欖巖混染而形成；而LSA的形成則有兩個不同的階段，首先是俯沖作用形成的板片熔融體在和地幔橄欖巖相互作用中全部消耗，然后這種受到交代的橄欖巖熔融形成LSA。

低硅埃達克巖（LSA）、贊岐巖（sanukitoids）和Closepet花崗巖在地球化學組成上存在區別，但很多組成和成因也有相似性。它們都是板片熔融、熔融體和地幔橄欖巖相互作用的產物。因此，低硅埃達克巖可以看成是贊岐巖和Closepet花崗巖的初始物，贊岐巖和Closepet花崗巖成分的不同反映其熔融深度不同和/或者演化、分異不同（Martin et al.，2005）。

4.2地質意義

不同的地質歷史時期，埃達克巖的出現卻具有一定的規律。新生代埃達克巖主要出現在環太平洋地區，與板片俯沖有關（Defant and Droumond，1990）。而在太古宙，具有與新生代埃達克巖組成特點一致的巖石較少出現，而是較多地出現TFG巖套。盡管不少學者認為TFG形成于板塊俯沖機制，但太古宙板塊構造和現代板塊構造存在明顯差別。太古宙地溫梯度明顯偏高，板塊機制和現今不一致。Sizova（2010）通過數字模擬顯示，增加現代板塊上地幔溫度160℃～175℃和20℃0～250℃，可以從現代俯沖轉變為前俯沖（pre-subduction）和無俯沖（no-subdue-tion），并認為第一次轉化時間在中太古代——新太古代（3.2-2.5Ga）。前寒武紀埃達克質花崗巖——贊岐巖——Closepet花崗巖組合的出現恰巧說明形成大量TTG的環境已經變化，地殼演化從熱的環境變為正常的環境，板塊構造從此進入現代模式（Martin et al.，2010）。埃達克巖——贊岐巖——Closepet花崗巖正好是太古宙TTG向后太古宙鈣堿性花崗巖演化的中間類型巖石，這些巖石為早期TTG向現在鈣堿性花崗巖轉變提供了很好的研究對象。

5 結論

大青山石英閃長巖在地球化學上具有埃達克巖特征，為低硅愛達克質巖。和其相關的贊岐巖及Closepet花崗巖構成早期島弧花崗巖組合，形成于俯沖帶環境。可能的地質過程為：早期板片的部分熔融形成埃達克質巖漿；埃達克質巖漿交代或者是混合作用形成贊岐巖巖漿；贊岐質巖漿在上升過程中還有可能和地幔橄欖巖交代或熔融，形成Closepet花崗巖巖漿。它們是板片熔融和地幔楔橄欖巖相互作用的產物。代表了華北克拉通以TTG為代表的巖漿巖向現代鈣堿性花崗巖的時間轉折。