內蒙古東部固里河花崗巖地球化學、年代學及地質意義

李林川+崔天日+秦濤+錢程

摘 要：內蒙古東部扎蘭屯西南固里河花崗巖主要由過堿質的鉀長花崗巖和堿長花崗巖組成。LA-ICP-MS鋯石UP-Pb定年顯示，固里河花崗巖形成于131.9-135.3Ma的早白堊世。巖石地球化學研究表明：高硅，富堿，貧CaO、MgO，屬過鋁質（鋁質）高鉀鈣堿性系列巖石；稀土元素總量較低，輕稀土元素分餾較強，富集Rb、K元素。鉀長花崗巖，Eu弱負異常（δEu=0.69～0.82），87Sr/86Sr為0.711212，Sr初始比值（ISr）為0.7027，具有殼慢混源的I型花崗巖特征。堿長花崗巖，Eu明顯負異常（δEu=0.22～0.75），貧Ba、Sr、Nb，顯示殼源A型花崗巖特征。固里河花崗巖是伸展環境下，造山晚期和造山期后地殼底侵作用形成的。

關鍵詞：早白堊世；地球化學；巖石成因；伸展環境；內蒙古；固里河

中圖分類號：P619.22+2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）30-0001-07

引言

西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶中東部廣泛發育的晚中生代花崗巖，對中生代環太平洋構造巖漿活動及演化過程的研究起到重要作用，逐步受到廣大地質學者的關注①②[1-13]。二十世紀前學者們對這一地區中生代巖漿巖的研究較少，進入二十一世紀，隨著地質工作的深入，學者們對較有規模的晚中生代造山期或造山后侵入巖的研究增多，而對于那些呈巖珠狀產出的規模較小的侵入巖研究甚少，其認識也有所不同 [6]，1：20萬報告將其劃為侏羅世巖漿活動的產物。鑒于此，筆者選擇扎蘭屯～多寶山一帶，中生代構造巖漿帶上北東端的固里河東部呈小巖珠狀產出的花崗巖進行較為深入和系統的研究。為研究區域中生代晚期構造-巖漿活動提供新的地質資料。

1 地質背景

研究區位于西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶的東部，賀根山構造結合帶北測，屬大興安嶺中生代火山巖帶東部扎蘭屯-多寶山巖漿巖帶中北段，南與錫林浩特-西烏旗晚古生代-中生代火山巖帶接壤，東臨松遼斷陷盆地（圖1）。區內巖石地層揭示了三個構造演化階段（圖1）：早古生代構造演化階段，主要巖石地層有中上奧陶統多寶山組、裸河組變中酸性火山巖夾少量碎屑巖、變質粉砂巖、粉砂質板巖等；晚古生代構造演化階段，主要巖石地層有上泥盆統大民山組、上二疊統林西組泥砂質板巖、變砂巖、 砂礫巖夾結晶灰巖透鏡體及少量變流紋巖，侵入巖主要為早二疊世堿長花崗巖；中生代濱太平洋構造演化階段，主要巖石地層有中晚侏羅統中酸性的灰紫色安山質、灰白色流紋質熔巖及碎屑巖，少量下白堊統流紋巖、流紋質角礫熔巖，侵入巖主要有中侏羅世石英二長閃長巖、堿長花崗巖，晚侏羅世石英閃長巖、二長花崗巖，早白堊世花崗巖、堿性花崗巖。

2 巖石學特征

固里河花崗巖主要為鉀長花崗巖和堿長花崗巖，出露于扎蘭屯西南部的固里河林場東部的一道溝、孤山子和雅克山一帶。其中鉀長花崗巖分布于雅克山附近，堿長花崗巖分布于一道溝、孤山子附近，總面積約14.76km2。巖體均呈小巖株狀產出，其中孤山子附近的堿長花崗巖體為不規則的小巖株狀，且延北東向斷裂呈串珠狀分布。筆者于野外地質調查時發現，雅克山鉀長花崗巖內有早白堊世白音高老組火山巖捕虜體，亦有北北東、近南北向展布的脈狀堿長花崗巖侵入體，堿長花崗巖的部分巖體內也發育少許中性脈巖。

巖石學特征：鉀長花崗巖呈淺肉紅色，中細花崗粒結構或似斑狀結構，塊狀構造，主要礦物有鉀長石（55～60%）半自形板狀，斜長石（10～20%）半自形板狀，石英（20%）他形粒狀，黑云母少量。堿長花崗巖呈肉紅色，中細粒花崗結構，塊狀構造，主要礦物有鉀長石（65～70%）半自形板狀，斜長石（5～10%）半自形板狀，石英（20～23%）他形粒狀，黑云母少量，黃褐色細小片狀集合體。

3 巖石地球化學特征

3.1 樣品處理與測試分析

測試樣品采集于較新鮮的巖石，避開了蝕變和礦化較強的部位。其中采集鉀長花崗巖樣品3件，堿長花崗巖樣品6件。巖石樣品的處理及化學成分的主量元素、微量元素、稀土元素分析均由國土資源部沈陽地質礦產研究所實驗室完成。首先將樣品進行粗碎，然后研磨至200目以下。主量元素采用玻璃熔片法（XRF）測定，FeO用化學滴定，燒失量用化學質量分析，分析精度優于2%～5%。微量元素Rb、Ba、Sr、Nb、Zr、Ni、V、Cr、Co采用玻璃熔片法（XRF）測定，微量元素La、Th、Ce、Sm、Tb、Y、Yb和稀土元素采用等離子體質譜儀（ICP-Mass）測試完成，分析精度和準確度一般優于5%～10%，分析結果見表1、2。

3.2 主量元素特征

從表1中可以看出，鉀長花崗巖體以富SiO2（69.88%～72.58%）、富堿（Na2O+K2O=8.69～8.76%），貧CaO（0.35～0.61%）、MgO（0.38～0.58%）為特征。里特曼指數（σ）一般在2.57～2.81之間，平均2.72。在SiO2-K2O圖解（圖2）中，樣品均落在高鉀鈣堿性系列區域；在R1-R2侵入巖分類圖解（圖3）中，樣品均落在鉀長花崗巖區。鉀長花崗巖分異指數（DI）較高，為89.64～92.49，固結指數（SI）為3.42～4.86，堿度率（AR）為3.36～3.83，鋁過飽和指數A/CNK為1.14～1.18，具有高分異I型花崗巖的特點[16]，屬過鋁質高鉀鈣堿性系列巖石。

堿長花崗巖體以高硅、富堿，貧鈣、鎂（表1）為特征。其中SiO2（75.13%～77.08%），Na2O+K2O=7.15～8.87%，CaO（0.13～0.47%），MgO（0.11～0.28%）。巖石固結指數（SI）為1.03～2.1，分異指數（DI）為94.48～96.07，鋁過飽和指數A/CNK為1.05～1.097，堿度率（AR）為4.97～5.62。里特曼指數（σ）一般在1.51～2.45之間，平均2.03。在SiO2-K2O圖解（圖2）中，樣品均落在強烈高鉀鈣堿性系列區域，顯示巖石富鉀特征，屬過鋁質高鉀鈣堿性系列巖石。在R1-R2侵入巖分類圖解（圖3）中，樣品均落在堿性花崗巖區。研究區鉀長花崗巖與堿長花崗巖主量元素相比，高鋁、鐵、鈦、鈉、鎂和磷，低硅、略低鉀，Na2O+K2O值相近，反映出不同成因類型特征。endprint

3.3 微量元素和稀土元素特征

本次對研究區巖石微量元素選擇性的分析了Rb、Ba、Th Nb、La、Ce、Sr、Nd、P、Sm、Zr、Tb、Y、Yb元素，基本滿足了對花崗巖微量元素的研究工作。從表2和微量元素蛛網圖（圖4）可以看出，研究區鉀長花崗巖和堿長花崗巖的原始地幔標準化曲線均向右傾斜。兩種巖石均富集Rb、K，Ti和大離子親石元素Sr、Ba相對虧損，具有明顯的Ba、Sr、P、Ti負異常特征。巖石中Ti的虧損可能指示其經歷了一定程度的分異演化[16]。

鉀長花崗巖Ba、Sr、P、Zr元素明顯高于堿長花崗巖，而堿長花崗巖Rb、K元素巖明顯高于鉀長花崗巖。鉀長花崗巖Rb/Sr、Rb/Ba比值分別為0.38～0.77和0.13～0.20，堿長花崗巖分別為2.42～5.57和0.94～3.05，二者均高于原始地幔（Rb/Sr為0.029、Rb/Ba為0.008），反映出巖漿經歷了較高程度的分異和演化[2]。

據林強等對大興安嶺中生代花崗巖的研究成果，本區鉀長花崗巖屬于高Sr（平均值243.5×10-6）巖漿巖，暗示源于相對虧損的幔源巖漿的分異作用[6]。堿長花崗巖微量元素特征屬于低Sr（平均值60.5×10-6）花崗巖。

從表2和稀土元素配分模式圖（圖5）可以看出，鉀長花崗巖和堿長花崗巖的球粒隕石標準化曲線均為左陡右緩向右傾斜的輕稀土富集型，輕稀土元素分餾較強，重稀土元素分餾不明顯，稀土元素總量較低，鉀長花崗巖平均值136.35×10-6， 堿長花崗巖平均值129.19×10-6，均低于陸殼平均值（154.7×10-6，黎彤）。鉀長花崗巖LREE/HREE和（La/Yb）N比值分別為8.99～11.53和9.41～16.49。堿長花崗巖LREE/HREE和（La/Yb）N比值分別為10.21～15.50和8.01～12.36。鉀長花崗巖δEu為0.69～0.82，平均0.76，具有弱負Eu異常， 這可能與巖漿形成以后經歷了較弱的斜長石的分離結晶作用有關。堿長花崗巖δEu為0.22～0.75，平均0.43，具有明顯的負Eu異常， 這可能與巖漿形成以后經歷了較強的斜長石的分離結晶作用有關[11]。堿性花崗巖Sm/Nd值為0.16～0.19（<0.25），顯示出其巖體的物質來源于下地殼。

4 鋯石U-Pb年代學研究

4.1 樣品分選與測試方法

本文分別選取了鉀長花崗巖、堿長花崗巖樣品進行了年代學測試，鋯石挑選由河北省廊坊區域地質礦產調查研究所實驗室完成，樣品按常規粉碎淘洗后，經磁選和重液分離，然后在雙目鏡下人工挑選純度在99%以上的鋯石。鋯石制靶、陰極發光（顯微圖像采集）和U-Pb測年工作由中國地質科學院國家地質實驗測試中心完成，采用（LA-ICP-MS）激光燒蝕等離子體質譜進行鋯石U-Pb同位素定年，分析中采用的激光束斑直徑為40μm，以氦氣作為剝蝕物質的載氣，年齡計算以標準樣品91500標化，Plesovice作質量監控，將Glitter軟件處理結果，用一組樣品前后的標樣進行校正。

4.2 測年結果

鉀長花崗巖和堿長花崗巖鋯石陰極發光圖像（圖6、圖7）所示，鋯石自形程度較好，粒徑一般為30μm-120μm，呈短柱狀，鋯石晶體內部結構清晰，并包有氣液及固相包體，巖漿振蕩生長環帶發育，具有明顯的巖漿鋯石特征，屬巖漿同期結晶產物，其形成年齡應代表巖漿侵位的時代。

每個巖石樣品進行了30粒鋯石顆粒的測定，參與加權平均年齡計算的Th/U比值分別為0.04～0.11和0.03～0.09，各構成一個相關鋯石組，在諧和圖上呈密集一簇，并具有巖漿鋯石Th/U比值的特征。鉀長花崗巖樣品（PM10RZ23）其表面年齡206Pb/238U加權平均年齡為135.3±1.5Ma；堿長花崗巖樣品（PM28TW1）其表面年齡206Pb/238U加權平均年齡為131.9±2.7Ma（圖8、圖9）。

野外調查發現鉀長花崗巖侵入中侏羅世石英二長閃長巖和早白堊世山地層，且巖體內有白音高老組火山巖捕虜體。堿長花崗巖侵入中侏羅世塔木蘭溝組、晚侏羅世滿克頭鄂博組和早白堊世白音高老組火山地層，并侵入早白堊世二長花崗巖，并且巖體與滿克頭鄂博組火山地層接觸界線流紋巖一側，見明顯烘烤蝕變現象。據已有的研究資料顯示，扎蘭屯西南部地區最早的白音高老期火山巖年齡為139Ma[14]。

綜合上述，測年結果可以代表測試樣品巖石的成巖年齡，表明研究區固里河花崗巖的成巖年齡為135.3±1.5～131.9±2.7Ma，形成于早白堊世。

5 討論

5.1 巖石類型及成因

固里河東部的鉀長花崗巖和堿長花崗巖，都具有高硅、富堿，貧CaO、MgO和低鈦的特征，巖石總體屬于過鋁質高鉀鈣堿性系列巖石。

鉀長花崗巖：里特曼指數（σ）平均2.72，屬鈣堿性巖石；∑REE較低，Eu虧損呈現弱的負異常。在花崗巖成因系列Na2O-K2O圖解（圖3）中，2個樣點落于I型花崗巖區，1個樣點落于A型花崗巖區域。但巖石A/CNK值平均1.163，呈過鋁質特點。巖漿巖的87Sr/86Sr可作為地質“示蹤劑”，研究巖漿巖的成因[20]，鉀長花崗巖巖石的87Sr/86Sr=0.711212，Sr初始比值（ISr）為0.7027，與大洋玄武巖（87Sr/86Sr≈0.704）相近；147Sm/144Nd值0.1207、εNd（t）值為1.6，這一特征符合西伯利亞古陸南側面向古亞洲洋的增生邊緣中的巖漿巖多具有正的εNd（t）值，顯示虧損的地慢或新生地殼來源的特征[8，11]。在（La/Yb）N-δEu圖解上（圖11），鉀長花崗巖表現為殼幔源混源特點。鉀長花崗巖Rb/Sr值為0.38、0.77，殼源巖漿范圍的Rb/Sr大于0.5，也暗示該期巖漿有上地幔物質特征[2]。endprint

堿長花崗巖：具有A型花崗巖的重要地球化學特征[14-15]，SiO2含量75-77%（A型花崗巖為74-75%），K2O含量平均5.03%（A型花崗巖為4-6%），Al2O3含量11.79-13.12%（A型花崗巖為12-13%）。在Na2O-K2O圖解（圖10）中，堿長花崗巖樣點均落在A型花崗巖區域內，稀土元素配分模式圖為右傾型，Eu明顯負異常；微量元素分布圖上，顯示Ba、Sr、P、Ti強烈虧損（A型花崗巖貧Eu、Ba、Sr、P、Ti），在（La/Yb）N-δEu圖解上（圖11）， 顯示堿長花崗巖為殼源物質來源。

上述特征表明鉀長花崗巖巖漿可能起源于上地幔，形成過程中有部分地殼物質混染。

鉀長花崗巖主要為I型花崗巖，侵位年齡早于堿長花崗巖，屬于同一構造巖漿活動的不同期次。具有從I型→A型的演化特點，有向富硅、富堿演化的趨勢，反映了早期巖漿為殼幔混合源，晚期侵入體為殼源。

5.2 固里河花崗巖形成的構造環境

早白堊時期大興安嶺地區處于大規模的伸展環境，這一觀點已得到多數地質學者認同[14、17-18、21]。在R1-R2構造環境判別圖解（圖12）中研究區鉀長花崗巖樣點落在造山晚期花崗巖區域，堿長花崗落在造山期后A型花崗巖區域。

B·W查佩爾和A·懷特等根據地球化學參數認為，以火成巖為源巖的屬于I型花崗巖，以非造山堿性花崗巖為A型。M·S皮切爾認為，I型形成兩個階段，即先是來自大洋-大陸匯聚板塊邊緣的洋殼和陸殼物質，后來又被重熔；A型花崗巖是地盾區與裂谷有關的產物。

邵濟安等對大興安嶺中生代伸展造山過程中的巖漿作用研究認為，中生代在軟流圈隆起背景下地殼底部存在大面積的底侵作用， 使來自上地幔的玄武質巖漿進入到下地殼，被熔融的殼源物質與幔源物質以不同的比例混合在一起， 存在于下地殼底部的巖漿池中， 該巖漿成為晚中生代巖漿活動的主要來源 [21]。由于底侵作用的階段性和脈動性，巖漿來源深度的降低，幔源物質供給的差異（地幔物質提供了高溫環境）等，可形成I型（混源）、A型花崗巖。

在Y/Nb-Ce/Nb圖解（圖13）中，堿長花崗巖樣點均落入A1型區域內部，代表了大陸裂谷或板內環境。這與扎蘭屯地區白音高老組火山巖[14]和蘑菇氣、根河地區的白堊紀花崗巖反映的構造環境相一致。

野外調查發現，研究區固里河花崗巖圍巖發育較強的褶皺構造變形，而花崗巖石呈塊狀構造，粒度較均勻，宏微觀均未見任何礦物構造變形痕跡，顯示其侵位時壓力較低，表明研究區在堿性花崗巖形成時期處于伸展構造體制。綜合考量，筆者認為固里河花崗巖于造山晚期和造山期后環境下，地殼下部階段性底侵作用形成，受控于古亞洲洋閉合后的大陸伸展環境。反映了早白堊世大興安嶺中段發生過板內造山晚期向造山期后的構造巖漿演化階段。

6 結論

（1）固里河花崗巖鋯石UP-Pb年齡，分別為135.3±1.5Ma和131.9±2.7Ma，屬早白堊世。

（2）巖石地球化學特征表明：具有高硅、富堿，貧CaO、MgO和低鈦的特征，巖石總體屬于過鋁質-高鉀鈣堿質系列巖石；輕稀土分餾較強，重稀土分餾不明顯。鉀長花崗巖與之相比堿度相對弱，Ba、Sr等元素含量明顯高于前者，負Eu異常不明顯，為I型（混源）花崗巖。堿長花崗巖呈現負Eu異常，虧損Ba、Sr、P，富集Rb、K等元素，巖漿來源于下地殼，為A型花崗巖。

（3）固里河鉀長花崗巖和堿長花崗巖，是板內伸展構造環境下，晚造山期和造山期后地殼底侵作用形成的。

注釋：

①內蒙古自治區地質礦產局.內蒙古自治區區域地質志[Z].1982.

②內蒙古自治區地質礦產局.全國地層多重劃分對比研究蒙古自治區巖石地層[Z].1991-1995.

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