內(nèi)蒙古敖漢旗大黃花正長花崗巖鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征

李　斌，陳井勝，2，張建偉，李　偉，劉　淼，2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽004；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春006；.青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，山東青島26607

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內(nèi)蒙古敖漢旗大黃花正長花崗巖鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征

李斌1，陳井勝1，2，張建偉3，李偉1，劉淼1，2
1.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061；3.青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)系，山東青島266071

通過研究大黃花正長花崗巖的鋯石U-Pb年代學(xué)，結(jié)合地球化學(xué)特征，探討其形成時代、巖石成因及其構(gòu)造背景.大黃花正長花崗巖的同位素測試結(jié)果為162.6±1.9 Ma，表明該巖體形成于中侏羅世晚期.該花崗巖主量元素具有高Si、富堿、低P和Ca的特征，微量元素具明顯的Eu、Ba、Sr、P、Ti負(fù)異常.巖石經(jīng)歷了高分異演化（DI=95.1～95.88），為高分異I型花崗巖.極低的Sr/Yb比值暗示其形成于一個非常低壓的熔融環(huán)境.結(jié)合巖石地球化學(xué)、區(qū)域地質(zhì)特征，認(rèn)為大黃花正長花崗巖是蒙古-鄂霍次克縫合帶演化的產(chǎn)物，其形成于碰撞后的伸展環(huán)境.

正長花崗巖；鋯石U-Pb年代學(xué)；地球化學(xué)；敖漢旗；內(nèi)蒙古

0　引言

赤峰地區(qū)位于華北地臺北緣，處于地臺與造山帶的交界位置，是成礦的有利地帶.礦化現(xiàn)象較多，金屬礦產(chǎn)以金、銅、鐵、鉛鋅等多金屬為主，非金屬礦產(chǎn)為煤、石灰石、螢石等.前人對區(qū)內(nèi)金礦研究程度較高，發(fā)現(xiàn)的金礦床主要有金廠溝梁［1-2］、燒鍋營子［3-4］、撰山子［5］、二道溝［6］等金礦床，但對于銅礦來說，相對研究較少.筆者在赤峰市敖漢旗地區(qū)進(jìn)行1∶5萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時新發(fā)現(xiàn)了大黃花以銅為主的多金屬礦化點，在該地區(qū)尚屬首次發(fā)現(xiàn).此礦化點產(chǎn)于正長花崗巖體與上石炭統(tǒng)酒局子組的接觸部位，其成因與巖體關(guān)系密切.研究正長花崗巖巖體對指導(dǎo)本區(qū)地表、深部銅礦找礦工作具有重要意義.本文主要研究大黃花正長花崗巖巖體的鋯石U-Pb年代學(xué)，結(jié)合地球化學(xué)特征，探討其形成時代、巖石成因及構(gòu)造背景，以期為研究華北板塊在中侏羅世的構(gòu)造演化提供資料，為在大興安嶺南段找礦提供線索.

1　地質(zhì)概況及樣品特征

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古赤峰市敖漢旗南部，大興安嶺成礦帶、赤峰金銀多金屬成礦帶內(nèi).大黃花正長花崗巖巖體位于內(nèi)蒙古敖漢旗大黃花胡同村南，大地構(gòu)造位置屬華北板塊北部陸緣增生帶，北側(cè)緊鄰興蒙造山帶.前人資料?遼寧地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊.敖漢旗幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)報告.1970.?吉林大學(xué).赤峰市幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.2012.將其劃為二疊紀(jì)正長花崗巖的一部分.大黃花正長花崗巖巖體呈不規(guī)則狀產(chǎn)出，出露面積較小，約9 km2（圖1）.巖體侵入中石炭統(tǒng)酒局子組之中，兩者接觸帶附近的蝕變帶是成礦的有利部位，可見酒局子組地層的變質(zhì)砂巖、粉砂巖發(fā)育孔雀石化、藍(lán)銅礦化等.張家口組火山巖角度不整合覆蓋于巖體和酒局子組地層之上，在巖體內(nèi)部可見張家口組、義縣組火山巖零星出露，角度不整合覆蓋于巖體之上.

研究區(qū)構(gòu)造發(fā)育，以東西向和北東向為主，東西向構(gòu)造（赤峰-開原斷裂）較早，北東向構(gòu)造較晚，其中北東向斷裂是區(qū)內(nèi)主要的控礦構(gòu)造，控制了區(qū)內(nèi)礦化帶（蝕變帶）的分布方向，其獨特的構(gòu)造位置決定了本區(qū)具有良好的成礦潛力［7］.

圖1　大黃花地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1　Simplified geological map of Dahuanghua area

巖石風(fēng)化面淺肉紅色-黃褐色，新鮮面肉紅色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（局部可見巖石發(fā)生碎裂巖化），礦物粒徑較均勻，粒徑1.2～3.0 mm，以中粒為主.主要礦物成分：石英為22%～35%，他形粒狀，邊緣齒狀，波狀消光；鉀長石55%～64%，半自形寬板狀、粒狀，成分為條紋長石，見卡氏雙晶，表面泥化；斜長石5%～20%，半自形寬板狀集合體，堆積分布，聚片雙晶紋較細(xì)密或?qū)捳灰唬L石為主，表面模糊，中心強(qiáng)絹云母化；黑云母1%～3%，不規(guī)則片狀，黃褐色，微弱多色性，強(qiáng)烈鐵染.

2　分析方法

樣品的破碎和鋯石的挑選工作由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊地質(zhì)實驗室完成.鍍碳后進(jìn)行陰極發(fā)光掃描電鏡顯微照相（CL）.鋯石的陰極發(fā)光圖像（圖2）采集及打點工作由武漢地質(zhì)調(diào)查中心國土資源部中南礦產(chǎn)監(jiān)督檢測中心完成.

采用鋯石激光剝蝕等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）U-Pb同位素對鋯石進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時采集鋯石微量元素含量.激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas2005，ICP-MS為Agilent 7500a.激光剝蝕過程中采用氦氣作為載氣、氬氣為補(bǔ)償氣以調(diào)節(jié)靈敏度，二者在進(jìn)入ICP之前通過一個T型接頭混合.在等離子體中心氣流（Ar+He）中加入了少量氮氣，以提高儀器靈敏度、降低檢出限和改善分析精密度.采用軟件ICPMSDataCal對分析數(shù)據(jù)的離線處理.鋯石微量元素含量利用NIST610作為外標(biāo)、Si作為內(nèi)標(biāo)的方法進(jìn)行定量計算.U-Pb同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，每分析5個樣品點，分析2次91500.鋯石標(biāo)準(zhǔn)91500的U-Th-Pb同位素比值推薦值據(jù)文獻(xiàn)［8］.鋯石樣品的U-Pb年齡諧和圖繪制和年齡權(quán)重平均計算均采用Isoplot/Ex_ver3［9］完成.

3　分析結(jié)果

正長花崗巖樣品（PM203-4-4）的鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果見表1.選擇了6個樣品進(jìn)行了主量元素、稀土元素和微量元素測定，數(shù)據(jù)列于表2.

3.1年代學(xué)

本研究對采自敖漢旗地區(qū)的正長花崗巖樣品（PM203-4-4）進(jìn)行了鋯石U-Pb同位素測年，分析結(jié)果見表1和圖2.樣品中的鋯石多呈自形或半自形，少量形態(tài)不規(guī)則，長寬比為2∶1～3∶1，長徑介于50～110 μm，CL圖像顯示鋯石生長環(huán)帶發(fā)育（圖2），U、Th含量分別為695～2206和609～1500，Th/U比值=0.62～1.03，表明其為巖漿成因鋯石.共選取20個點進(jìn)行測試，由于7個點的諧和度都很高，故舍去.其余13個諧和度較好.其中12個點的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為162.6± 1.9 Ma，代表正長花崗巖的形成年齡為中侏羅世晚期.

3.2主量元素

該花崗巖主量元素特征較一致（表2），高SiO2含量（76.2%～76.9%），富Na2O（3.92%～3.99%）、K2O （3.93%～4.25%），Na2O/K2O為0.93～1.在SiO2-K2O圖解（圖3a）中，樣品基本落入了高鉀鈣堿性系列中.Al2O3含量中—低等，A/CNK值（1.12～1.16）較高，屬于過鋁質(zhì)花崗巖.相對富鐵貧鎂，F(xiàn)eOT/MgO=7.29～12.13.分異指數(shù)（DI=95.1～95.88）高，顯示巖石經(jīng)歷了高分異演化. 在QAP圖解（圖3b）上樣品均落入堿長花崗巖區(qū).結(jié)合薄片鑒定，定名為正長花崗巖.

3.3稀土和微量元素

圖2　大黃花正長花崗巖鋯石U-Pb年齡諧和圖、CL圖像Fig.2　Zircon CL microscopic images and U-Pb concordia diagram of the Dahuanghua syenogranite

巖石稀土總量較低（表2），∑REE=90.69×10-6～ 139.72×10-6，平均含量119.33×10-6，（La/Yb）N=1.65～ 3.22，（La/Sm）N=3.09～4.17，（Gd/Yb）N=0.85～0.97.在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解（圖4a）上，表現(xiàn)為輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，重稀土分餾不明顯；具明顯的負(fù)Eu異常（δEu=0.09～0.28）及Ce的正異常（δCe=1.39～2.23）；稀土元素配分曲線“四分組效應(yīng)”明顯.在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖4b）上，相對富集大離子親石元素Rb、K、Th等，明顯虧損Ba、Sr、P、Ti等.

表1　正長花崗巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb分析結(jié)果

圖3　大黃花正長花崗巖SiO2-K2O圖解和QAP圖解Fig.3　SiO2-K2O and QAP diagrams of the Dahuanghua syenogranite

4　討論

4.1巖體形成時代及其對銅礦化的制約

圖4　大黃花正長花崗巖稀土元素配分曲線（a）和微量元素蛛網(wǎng)圖（b）Fig.4　Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spidergrams（b）of Dahuanghua syenogranite

通過鋯石U-Pb年齡測試，大黃花正長花崗巖的鋯石生長環(huán)帶發(fā)育，Th/U比值大于0.4，表明其為巖漿成因鋯石.162.6±1.9 Ma代表大黃花正長花崗巖的形成年齡，其形成時代為中侏羅世晚期.前人資料?遼寧地質(zhì)局第二區(qū)域地質(zhì)測量隊.敖漢旗幅1∶20萬區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)報告.1970.?吉林大學(xué).赤峰市幅1∶25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告.2012.將大黃花正長花崗巖被劃為二疊紀(jì)正長花崗巖巖體的一部分，通過鋯石U-Pb年齡測試將其從該巖體中解體出來.除此之外，在本次1∶5萬區(qū)調(diào)中選取的其他兩個樣品，分別獲得中二疊世、早侏羅世晚期的年齡（未發(fā)表），表明原“二疊紀(jì)正長花崗巖巖體”為形成于不同時代的雜巖.對原“二疊紀(jì)正長花崗巖巖體”還需進(jìn)行詳細(xì)的巖石學(xué)、年代學(xué)研究，該巖體還存在進(jìn)一步解體的可能性.

侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)期間的燕山運(yùn)動深刻影響著中國廣大地區(qū)，發(fā)生了巖漿-火山活動及大規(guī)模成礦作用，巖漿的高度結(jié)晶分異有利于銅等在巖漿熱液中富集并進(jìn)一步形成礦床.在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解上可以看出，大黃花正長花崗巖具有明顯的“四分組效應(yīng)”.具“四分組效應(yīng)”的花崗巖經(jīng)常與區(qū)內(nèi)大規(guī)模成礦作用關(guān)系密切［10］.流體出溶和流體去氣作用，改變了體系的物理化學(xué)條件，也改變了流體的性質(zhì)，將非常有利于成礦元素的富集［11］.礦化時間上與各自區(qū)內(nèi)最晚一次花崗質(zhì)巖漿作用同時或稍晚［12-14］.因此，大黃花銅多金屬礦化點的形成可能與巖漿的侵入有密切關(guān)系，略晚于大黃花正長花崗巖的形成年齡.這正對應(yīng)于朝陽-赤峰地區(qū)金礦成礦時代的中期（160 Ma）［15］.

4.2花崗巖成因及源區(qū)特征

MISA是目前最常用的花崗巖分類方案，角閃石、堇青石、堿性暗色礦物是判斷I、S、A型花崗巖的重要礦物學(xué)標(biāo)志［10］.大黃花正長花崗巖不具有上述判別礦物，在巖相學(xué)上較難區(qū)分其成因類型，因此只能通過地球化學(xué)特征探討其成因類型.然而，當(dāng)I、S型花崗巖經(jīng)歷高度分異結(jié)晶作用之后，其某些地球化學(xué)特征與A型花崗巖相似.Eby［16］認(rèn)為，采用SiO-FeOT/MgO圖解，可以有效地將A型花崗巖與分異的其他類型花崗巖區(qū)分.但是隨著巖漿分異程度的增加，巖漿的FeOT/ MgO比值會逐漸增加，常常會使一些高分異的I型花崗巖落入A型花崗巖的范圍［17］.在SiO-FeOT/MgO圖解（圖5a）上，樣品多落入A型花崗巖一側(cè)，只有一個樣品落入I、S型花崗巖區(qū)域；附近的早侏羅世晚期正長花崗巖落入I、S型花崗巖區(qū)域，暗示大黃花正長花崗巖可能不是A型花崗巖.大黃花正長花崗巖稀土元素總量較低，沒有表現(xiàn)出Nb、Zr等元素的明顯富集；Zr＜250×10-6，Zr+Nb+Ce+Y＜350×10-6，在（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO圖解（圖5b）上，樣品落入高分異花崗巖區(qū)域.綜上，本文認(rèn)為大黃花正長花崗巖應(yīng)為高分異花崗巖，而非A型花崗巖.

盡管這些花崗巖為過鋁質(zhì)，表現(xiàn)出S型花崗巖的特點.但巖石不含堇青石、白云母等礦物；樣品Al2O3含量并不高，過鋁主要是因為CaO含量（0.11～0.14）較低造成的；巖石Na2O含量、Fe3+/Fe2+比值較高，P2O5含量低（＜0.016），與高分異S型花崗巖明顯不同；無Nb、Ta元素的虧損，表明可能無陸殼物質(zhì)的參與.東北地區(qū)中生代花崗巖主要為I型，并以高分異I型為主［18］.因此，筆者認(rèn)為大黃花正長花崗巖為高分異I型花崗巖.

圖5　大黃花正長花崗巖SiO2-FeOT/MgO圖解和（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO圖解Fig.5　The SiO2-FeOT/MgO and（Zr+Nb+Ce+Y）-FeOT/MgO diagrams of Dahuanghua syenogranite

較高的Rb/Sr比值（約為10.5）和明顯的Eu負(fù)異常，表明巖石經(jīng)歷了強(qiáng)烈的結(jié)晶分異作用.所有樣品均具有低Sr和強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常，暗示源區(qū)存在大量斜長石的殘留；極低的Sr/Yb比值暗示了一個非常低壓的熔融環(huán)境［19］；低TiO2和P2O5，表明巖漿經(jīng)歷了顯著的鈦鐵礦、磷灰石等礦物的分離結(jié)晶作用.

4.3構(gòu)造背景

圖6　大黃花正長花崗巖（Y+Nb）-Rb和Rb/30-Hf-Ta×3圖解Fig.6　The（Y+Nb）-Rb and Rb/30-Hf-Ta×3 diagrams of Dahuanghua syenogranite

對冀北-遼西地區(qū)中生代的構(gòu)造背景主要有兩種觀點，一種認(rèn)為此時本區(qū)受古太平洋板塊俯沖作用影響［20-21］；而近些年另一種觀點認(rèn)為本區(qū)此時是受蒙古-鄂霍次克構(gòu)造體系影響［22-24］.對古太平洋板塊俯沖開始的時間現(xiàn)多認(rèn)為是早—中侏羅世［21，25］.有證據(jù)表明古太平洋俯沖對冀北-遼西地區(qū)的影響有限［23］.目前多認(rèn)為蒙古-鄂霍次克洋的俯沖延續(xù)至三疊紀(jì)，對于蒙古-鄂霍次克板塊東段碰撞閉合的時間可持續(xù)到晚侏羅世—早白堊世［26-27］.本文獲得的162 Ma的年齡與冀北-遼西地區(qū)藍(lán)旗組火山巖噴發(fā)的峰期相吻合，此火山巖形成于與加厚陸殼垮塌階段相對應(yīng)的伸展環(huán)境［24］，其形成被認(rèn)為是蒙古-鄂霍次克縫合帶演化的產(chǎn)物，而與環(huán)太平洋構(gòu)造體系無關(guān).在（Y+Nb）-Rb 和Rb/30-Hf-Ta×3構(gòu)造環(huán)境判別圖解（圖6）中，大黃花正長花崗巖全部落于碰撞后花崗巖區(qū).綜上所述，大黃花正長花崗巖是蒙古-鄂霍次克縫合帶演化的產(chǎn)物，其形成于碰撞后的伸展環(huán)境.

5　結(jié)論

（1）通過鋯石U-Pb定年，確定了大黃花正長花崗巖的形成年齡為162.6±1.9 Ma，為中侏羅世晚期，而非二疊紀(jì).原二疊紀(jì)正長花崗巖巖體還存在進(jìn)一步解體的可能性.

（2）大黃花正長花崗巖具有高Si、富堿、低P和Ca，具明顯的Eu、Ba、Sr、P、Ti負(fù)異常.巖石稀土元素具有明顯的“四分組效應(yīng)”，經(jīng)歷了高分異演化（DI=95.1～95.88），為高分異I型花崗巖，而非A型花崗巖.

（3）結(jié)合巖石地球化學(xué)、區(qū)域地質(zhì)特征，大黃花正長花崗巖是蒙古-鄂霍次克縫合帶演化的產(chǎn)物，其形成于碰撞后的伸展環(huán)境.

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Zircon U-Pb geochronology and geochemistry of the Dahuanghua syenogranite in Aohan Qi, Inner Mongolia

LI Bin1,CHEN Jing-sheng1,2,ZHANG Jian-wei3,LI Wei1,LIU Miao1,2
1.Shenyang Institute of Geology and Mineral resources,CGS,Shenyang 110034,China;2.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061, China;3.Department of Environmental Science,Qingdao University,Qingdao 266071,Shandong Province,China

Based on the study ofzircon U-Pb geochronology and geochemistry of the Dahuanghua syenogranite in Aohan Qi, Inner Mongolia,the formation time,petrogenesis and tectonic background are discussed.The result of the zircon U-Pb age by laser ablation ICP-MS technique is 162.6±1.9 Ma,indicating that the Dahuanghua syenogranite is formed in late Middle Jurassic.The major and rare elements are characterized by high Si,rich alkaline and obviously negative Eu,Ba,Sr,P and Ti anomalies.The rock,which experienced a high fractionate evolution（DI=95.1-95.88）,is highly fractionated I-type granite. The low Sr/Yb ratio implies that it was formed in a melting environment with very low pressure.Combining the geochemical and regional geological characteristics,it is suggested that the Dahuanghua syenogranite should be generated in postcollisional extension tectonic setting with the evolution of Mongolian-Okhotsk suture zone.

syenogranite;zircon U-Pb age;geochemistry;Aohan Qi;Inner Mongolia

1671-1947（2016）02-0113-08

P597；P595

A

2015-06-03；

2015-07-06.編輯：李蘭英.

中國地質(zhì)調(diào)查局項目“內(nèi)蒙古1∶5萬敖漢旗（K50E011024）、搗格朗營子（K51E011001）、新地（K50E012024）、鐵匠營子（K51E012001）幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”（編號12120113053400）和“內(nèi)蒙古敖漢旗大黃花地區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查”（編號12120114055501）.

李斌（1986—），男，碩士，主要從事火成巖巖石學(xué)研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail//717121767@qq.com