內蒙古烏奴爾地區二長花崗巖鋯石U-Pb年代學、地球化學特征及地質意義

2018-08-17 00:14:10李利陽龔全德野王趙連科

現代礦業 2018年7期

關鍵詞：特征

李利陽陳滿龔全德徐桓楊多田野王獻喻龍胡旋李強李鋒趙連科

(中國人民武裝警察部隊黃金第四支隊)

我國東北地區在大地構造位置上位于西伯利亞板塊、華北板塊和太平洋板塊之間，為中亞造山帶的東段并與鄂霍茨克和太平洋構造域的疊加部位。由于古亞洲洋、鄂霍茨克洋和古太平洋三大構造域的疊加，致使東北地區大地構造形跡復雜[1]。相關學者認為，額爾古納地塊與興安地塊之間的縫合帶為得爾布干斷裂帶，但并未見到典型縫合帶的相關構造巖石[2-5]。隨著對該斷裂研究工作的不斷深入，大部分學者認為得爾布干斷裂是1條具有明顯地球物理異常的中生代走滑斷裂[6-10]。近年來，在該斷裂東南側發現了存在縫合帶的若干相關證據，如新林蛇綠巖、塔源變輝長巖、吉峰—嘎仙—環二庫蛇綠混雜巖、頭道橋和額爾古納右旗藍片巖等，故認為額爾古納地塊與興安地塊最后碰撞拼合的位置應位于新林—喜桂圖一線[11-12]。烏奴爾地區位于喜桂圖—新林縫合帶上，目前，對該縫合帶內蛇綠混雜巖的研究程度較高，但由于蛇綠巖定年的局限性，蛇綠巖的定年僅能證明蛇綠巖形成時的環境為大洋，但無法準確確定兩塊體的拼合時間，因此學術界關于額爾古納地塊與興安地塊的拼合時間仍存在較大爭議。本研究通過對烏奴爾地區二長花崗巖的年代學特征及巖石地球化學特征進行研究，為額爾古納地塊與興安地塊的構造演化研究提供依據。

1 區域地質背景

研究區位于大興安嶺北部牙克石烏奴爾地區，喜桂圖—新林縫合帶從該區穿過，區內古生代地層受喜桂圖—新林縫合帶控制，呈NE向展布，主要為奧陶紀多寶山組、裸河組，多寶山組主要為一套具有島弧特征的中酸性火山巖，裸河組為一套具有活動大陸邊緣性質的陸緣碎屑巖。區內志留紀地層缺失，泥盆系主要為泥鰍河組和大民山組，泥鰍河組為一套陸緣碎屑巖，大民山組為一套具有島弧性質的中酸性火山巖與火山碎屑巖互層。中侏羅世以來受鄂霍茨克洋閉合和環太平洋構造域的雙重影響，侏羅紀早期NE向斷裂復活并形成了一系列受NE向斷裂構造控制的火山隆起和火山斷(拗)陷盆地，發生了強烈的火山活動。研究區中生代地層主要為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組。滿克頭鄂博組主體為一套酸性火山巖，瑪尼吐組主體為一套中性火山巖，白音高老組主體為一套酸性火山巖。研究區二長花崗巖侵入于奧陶紀裸河組，被中生代白音高老組覆蓋。

2 巖石學特征

烏奴爾地區二長花崗巖主要位于高吉山林場雞冠山東側1011高地附近，出露面積為16.1 km2，呈巖株產出，侵入于中上奧陶統裸河組，被下白堊統白音高老組覆蓋。巖體主要為細粒二長花崗巖，可見少量中細粒二長花崗巖，風化面灰白色，新鮮面淺肉紅色，細粒—中細粒花崗結構，塊狀構造。巖體主要礦物成分為石英(含量約27%)、斜長石(含量約40%)、鉀長石(含量約30%)、黑云母(含量約3%)。斜長石呈寬板狀，部分可見聚片雙晶，多絹云母化、黝簾石化；鉀長石可見卡式雙晶，多高嶺土化、絹云母化(圖1)。

圖1 細粒花崗結構

3 年代學特征

本研究對所選的27顆鋯石進行了U-Pb測年，鋯石陰極發光(CL)圖像顯示，鋯石形態多為長柱狀，具有典型的巖漿生長振蕩環帶和韻律結構，屬于巖漿結晶的產物(圖2)，鋯石粒度多為100～200 μm，柱狀晶體長寬比多為1.5～2.0。鋯石晶體測定位置需要結合透射光、反射光和CL圖像進行選取，以避開鋯石晶體中的裂紋和包裹體，選取的分析點均位于明顯的巖漿環帶部位[13]。27個數據點的w(206Pb)/w(238U)年齡均落于諧和線上或其附近，加權平均值為(457.0±6.5)Ma，MSWD=2.6，該年齡值應代表二長花崗巖的成巖年齡，據此可將二長花崗巖的成巖年齡確定為晚奧陶世。

圖2 二長花崗巖陰極發光照片

4 地球化學特征

4.1 主量元素特征

巖體w(SiO2)為71.58%～75.36%，巖石呈現富硅特點，屬酸性巖范疇；里特曼指數(σ)為1.44～1.93，平均為1.72，屬鈣堿性系列巖石；w(Al2O3)為12.92%～14.79%，鋁飽和指數(A/CNK)為1.14～1.45，平均為1.31。在侵入巖TAS分類圖上(圖3)，二長花崗巖均落于Ir線下方，為亞堿性系列。在侵入巖硅鉀圖(圖4)上，顯示樣品主要投點于高鉀鈣堿性系列。在A/CNK-A/NK判別圖解(圖5)中，投點主要落于過鋁質區域。可見，巖石具有高硅、富堿、低鎂、低鈣特征，屬過鋁質高鉀鈣堿性系列。

圖3 侵入巖系統全堿-硅(TAS)分類圖解

圖4 巖石系列w(SiO2)-w(K2O)圖解

圖5 侵入巖A/CNK-A/NK判別圖解

4.2 微量元素及稀土元素特征

巖體稀土元素總量較高(w(ΣREE)為(82.21～216.64)×10-6)，w(LREE)/w(HREE)為5.94～9.86。巖體具有一致的右傾型球粒隕石標準化配分模式(圖6)，輕、重稀土分餾較強，輕稀土富集、重稀土虧損，輕稀土右傾斜率較陡，重稀土近于平坦，具有中等富Eu異常(δEu為0.49～0.79)。二長花崗巖的微量元素配分曲線特征基本一致(圖7)，斜率較陡，強不相容元素富集，顯示出巖石整體富集Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ba、Sr以及高場強元素Nb、Ta、Ti，該類特征指示侵入巖的形成可能與板塊俯沖有關。

圖6 稀土元素球粒隕石標準化分布型式

圖7 微量元素原始地幔標準化蛛網圖

5 討論

5.1 巖石成因

研究區二長花崗巖為過鋁質(A/CNK為1.14～1.45)，顯示變質沉積巖發生部分熔融形成熔體的強過鋁質特征。巖體P2O5含量較高，均值為0.12%，隨著分異程度的增加，P2O5含量會出現升高的趨勢，顯示出S型花崗巖的特征。在1 000w(Ga)/w(Al)-w(FeO)/w(MgO)判別圖解(圖8)中，樣品點均落于I & S型花崗巖區域(圖8)；在w(Zr)-w(TiO2)判別圖解(圖9)中，樣品點均落于S型花崗巖區域。綜合分析認為：研究區二長花崗巖為過鋁質S型花崗巖，為殼源物質經過部分熔融、結晶而形成的花崗巖。

5.2 大地構造背景

二長花崗巖的微量元素蛛網圖顯示富集Rb、Th等大離子親石元素，虧損Ba、Sr以及高場強元素Nb、Ta、Ti，該類特征反映出研究區侵入巖的形成與俯沖有關。在w(Y+Nb)-w(Rb)圖解(圖10)與w(Yb+Ta)-w(Rb)圖解(圖11)中，樣品點落于火山弧花崗巖與同碰撞花崗巖兩者交界區；在w(Rb)/30-w(Hf)-3w(Ta)圖解(圖12)中，樣品點落于火山弧花崗巖、同碰撞花崗巖、碰撞后花崗巖三者交界區。區域地質資料顯示，早奧陶世時期，興安地塊與額爾古納之間的小洋盆開始向額爾古納地塊下俯沖，形成了多寶山島弧，隨著俯沖的持續，于中晚奧陶世形成了與多寶山島弧相配套的裸河組弧后盆地[14]；晚奧陶世，俯沖階段開始向碰撞階段轉換，多寶山島弧與地塊發生了弧陸碰撞，研究區二長花崗巖可能為晚奧陶世時期多寶山島弧和與額爾古納地塊發生弧陸碰撞，以含島弧(多寶山島弧)性質的殼源物質經過熔融、結晶而形成的S型花崗巖。