內蒙古阿巴嘎旗北部早二疊世堿性花崗巖同位素年代學及其構造意義

魯 敏 高 源 劉 博 霍潤斌 馮 欣

(中國人民武裝警察部隊黃金第四支隊)

西伯利亞板塊東南緣興蒙造山帶中東部廣泛發育的晚古生代花崗巖，記錄了古亞洲洋的關閉及拼合造山的過程，備受廣大地質學者的關注。目前，學術界關于碰撞縫合時間主要有2種觀點：一是縫合時間為晚二疊世[1]；另一種為縫合時間可能在晚泥盆世[2-4]。本研究在內蒙古阿巴嘎旗北部發現了鋯石U-Pb年齡為318 Ma的晚石炭世高分異I型黑云母二長花崗巖及鋯石U-Pb年齡為278～299 Ma的早二疊世堿性A型花崗巖，認為晚石炭世為陸緣弧背景、早二疊世為造山后階段的地質演化歷史。本研究結合地質調查成果，通過對阿巴嘎旗北部堿性花崗巖開展鋯石U-Pb年代學、演示地球化學及Rb-Sr同位素分析，探討該地區古生代巖漿活動的時代、成因及構造背景，進一步為興蒙造山帶地質演化和地殼增生的研究提供可靠依據。

1 區域地質背景及巖相學特征

研究區古生代大地構造位置位于二連—賀根山縫合帶以北，西伯利亞板塊東南緣大陸邊緣[5-6]。區內晚古生代巖漿活動十分發育，主要為酸性巖及堿性巖類，其分布受區域構造控制而呈NE向，時代主要集中于晚石炭世—早二疊世。區內晚石炭世花崗巖為高分異I型黑云母二長花崗巖，地球化學特征指示其形成于陸緣弧環境，為與板塊俯沖有關的侵入巖[7]；早二疊世堿性花崗巖為A2型花崗巖，地球化學特征指示其形成于造山后伸展環境，為造山后階段地殼大規模增生的產物。早二疊世堿性花崗巖主要呈NE向帶狀展布，分布廣泛，面積約52.06 km2，侵入上石炭統寶力高廟組。堿性花崗巖風化面多呈土黃色，新鮮面呈淺紅色、棕紅色，中細粒花崗結構、文象結構，塊狀構造。副礦物主要為磁鐵礦、鈦鐵礦、赤褐鐵礦和鋯石。電子探針數據顯示角閃石多屬于鈉-鈣角閃石組及堿質閃石組，表明其具有堿性特征。

2 地球化學特征

堿性花崗巖具有高SiO2(w(SiO2)為73.42%～76.79%)，富堿(w(K2O+Na2O)為8.41%～9.16%)，貧MgO(w(MgO)為0.06%～0.23%)、CaO(w(CaO)為0.04%～0.50%)的特征，鋁飽和指數A/CNK為0.84～0.98，屬過堿質巖石。掩飾分異指數(DI)為88.55～93.22，平均為91.27，固結指數(SI)為0.47～1.81，平均為0.91，表明巖漿分異程度較高。巖體w(K2O)/w(Na2O)平均值為1.36，w(Na2O)平均值(3.85%)明顯高于S型花崗巖(w(Na2O)平均為2.81%)。CaO含量平均為0.15%，顯著低于典型I型長英質花崗巖(w(Na2O)平均值大于3.7%)。巖體中P2O5含量低，平均為0.034%，低于S型花崗巖(w(P2O5)平均為0.14%)。巖體在Wright SiO2-AR圖解中主要落于堿質巖區。

稀土元素總量w(ΣREE)平均為219.03×10-6，含量較高，w(LREE)/w(HREE)平均為3.59，(La/Yb)N平均為2.56，(La/Sm)N平均為2.10，(Gd/Yb)N平均為0.95，δEu平均為0.29，稀土配分模式為右傾“海鷗”型，輕稀土分餾程度較高，重稀土基本不分餾，Eu具有深“V”谷型曲線，屬輕稀土富集型和分異型。巖體總體富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、Zr、Hf等，虧損大離子親石元素Ba、Sr、Eu及高場強元素Nb、P、Ti等，顯著的Ba、Sr、P、Ti負異常表明巖漿源區有大量斜長石和金紅石殘留，巖漿結晶分異作用強烈。巖體兼具改造型和同熔型花崗巖的特點，其w(Nb)/w(Ta)值接近地殼平均值(11.4)，但與地幔平均值(60)差距大。總體上微量元素反映了巖體物質來源以殼源為主，混有幔源物質。

3 年代學特征

(1)U-Pb年齡。本研究測年采用單顆粒鋯石激光剝蝕法，測年樣品鋯石呈渾圓狀或半自形—自形短柱狀，多數鋯石可觀察到清晰的韻律環帶結構。PM201-2U-Pb巖體樣品的w(206Pb)/w(238U)表觀年齡為(284±3)～(322±4)Ma，其加權平均年齡為(298.3±3.5)Ma。U/Pb20150001巖體樣品的w(206Pb)/w(238U)表觀年齡為(278±5)～(307±10)Ma，加權平均年齡為(288.4±2.8)Ma。綜合分析可知：研究區堿性花崗巖的形成時代為早二疊世。

(2)Rb-Sr等時線年齡。堿性花崗巖w(87Rb)/w(86Sr)為11.55～85.75，w(87Sr)/w(86Sr)為0.753 09～1.055 51。計算堿性花崗巖Rb-Sr等時線可得(w(87Sr)/w(86Sr))i為0.7025，較接近于地幔Sr同位素w(87Sr)/w(86Sr)平均值(0.704)，與大陸地殼Sr同位素w(87Sr)/w(86Sr)平均值(0.719)相差較大。早二疊世堿性花崗巖為A2型花崗巖，符合幔源源區特征，等時線年齡為(284.4±9.6)Ma，與其U-Pb測年結果相符。

4 討 論

研究區出露中下泥盆統泥鰍河組和上石炭統寶力高廟組，缺失晚泥盆世—早石炭世地層記錄，與區域上二連—東烏旗一帶地層相似。研究區地質調查顯示[8-12]，區內泥盆系泥鰍河組為一套濱淺海沉積，巖性主要為長石巖屑砂巖、淺變質復成分礫巖，含有大量腕足、珊瑚、苔蘚蟲等化石。寶力高廟組主要為一套陸相火山—沉積建造，含有豐富的植物化石。泥鰍河組和寶力高廟組在沉積環境和構造樣式上均有顯著區別，指示了兩者之間存在一次重大的構造事件[13-18]。區內出露的晚石炭世黑云母二長花崗巖(318 Ma)總體富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、U，虧損Ba、Ta、Sr、P、Ti，在構造判別圖解中均落于碰撞背景區域，指示其形成于陸緣弧構造環境。前人根據在賀根山蛇綠巖套頂部的硅質巖中發現的珊瑚化石和放射蟲化石，將賀根山蛇綠巖的形成時代定為晚泥盆世—早石炭世[1]。本研究通過對早二疊世堿性花崗巖的研究，認為早石炭世賀根山洋盆開始向北俯沖進入消減階段，晚石炭世華北板塊與錫林浩特地塊之間發生對接，區域上巖漿活動規模達到最強，至早二疊世碰撞結束進入造山后伸展階段，形成了區域上廣泛分布的堿性花崗巖。

研究區堿性花崗巖電子探針測試數據顯示，角閃石為堿性角閃石，且在中粒文象堿性花崗巖人工重砂樣品中發現了霓輝石、鈦輝石礦物。堿性花崗巖以P2O5含量0.03%(小于0.14%)和Na2O含量3.88%(大于2.81%)區別于高分異的S型花崗巖。樣品在w(Nb)-w(Y)-3w(Ga)三角圖解(圖1)和w(Nb)-w(Y)-w(Ce)圖解中(圖2)，均位于A2型造山后花崗巖區域。在花崗巖w(Y+Nb)-w(Rb)圖解(圖3)和w(Yb+Ta)-w(Rb)構造判別圖解(圖4)中，除少數樣品外，均落入WPG板內花崗巖區。在w(SiO2)-w(TFeO)/w(TFeO+MgO)構造環境圖解上(圖5)，除少數樣品外，均分布于造山期后花崗巖區域。在R1-R2構造環境判別圖解(圖6)中，樣品集中分布于造山期后花崗巖區域。綜合分析表明：早二疊世侵入巖形成于造山期后的拉張伸展環境。

圖1 堿性花崗巖w(Nb)-w(Y)-3w(Ga)圖解

綜上所述：研究區堿性花崗巖為造山后拉張伸展環境巖漿作用的產物，指示區域上華北與西伯利亞碰撞結束，由俯沖、碰撞造山的擠壓轉向拉張伸展時期。

圖2 堿性花崗巖w(Nb)-w(Y)-w(Ce)圖解

圖3 堿性花崗巖w(Y+Nb)-w(Rb)圖解

圖4 堿性花崗巖w(Yb+Ta)-w(Rb)圖解；

圖5 堿性花崗巖w(SiO2)-w(TFeO)/w(TFeO+MgO)圖解

5 結 論

(1)阿巴嘎旗北部堿性花崗巖含霓石、霓輝石、堿性角閃石等堿性暗色礦物，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為299～278 Ma，屬早二疊世。

(2)研究區堿性花崗巖具有高硅、富堿、貧鎂、鈣的特征，屬過堿質堿性巖系列；輕重稀土分餾較明顯，輕稀土分餾程度較高，重稀土基本不分餾，Eu具有深“V”谷型曲線，稀土配分曲線圖呈典型的“飛翔海鷗”型；富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、Zr、Hf等，虧損大離子親石元素Ba、Sr、Eu及高場強元素Nb、P、Ti等，表明巖漿源區有大量斜長石和金紅石殘留，巖漿結晶分異作用強烈。

圖6 堿性花崗巖R1-R2圖解

(3)堿性花崗巖可能為造山后伸展環境的產物，標志著華北板塊與西伯利亞板塊在晚石炭世經歷了俯沖消減、碰撞造山過程后，于早二疊世299 Ma 左右進入造山后伸展環境。