內(nèi)蒙古生給敖包早志留世S型花崗巖研究*

桂新星 蔡春楠 毛瑞芬 葉 萍 李勝昌 李 琛

(1.河南省地質(zhì)科學(xué)研究所；2.河南省金屬礦產(chǎn)成礦地質(zhì)過程與資源利用重點實驗室；3.河南省地質(zhì)調(diào)查院)

中亞造山帶東南段的興蒙造山帶是由眾多微陸塊、島弧、增生楔及蛇綠巖(洋殼殘片)等構(gòu)成，經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史，記錄了古亞洲洋俯沖及西伯利亞和華北板塊最終拼合等重要信息[1-4]，因此，深入分析興蒙造山帶中各地質(zhì)體之間在時空及成因上的聯(lián)系對于恢復(fù)該地區(qū)古構(gòu)造格局及構(gòu)造演化史具有重要意義。本研究通過進行鋯石LA-ICP-MSU-Pb測年、全巖地球化學(xué)分析及氧同位素分析，在克什克騰旗生給敖包一帶識別出了早志留世弱片麻狀花崗巖，確定屬于S型花崗巖，為區(qū)內(nèi)早期地殼構(gòu)造—巖漿演化提供了新的證據(jù)。

1 地質(zhì)背景及巖石特征

本研究早古生代侵入體位于錫林浩特地塊，出露面積1 km2，由3個巖株組成，分別位于生給敖包東、生給敖包東南、生給敖包東北，巖株呈極不規(guī)則帶狀，長軸沿構(gòu)造線呈NNE向延伸。與古元古界錫林浩特巖群呈侵入接觸關(guān)系，內(nèi)部見有黑云斜長片麻巖捕擄體，接觸邊界處常有花崗偉晶巖脈相隔，接觸面產(chǎn)狀與周圍片麻理大體一致；被早石炭世輝長巖侵入，內(nèi)部見有細粒輝長巖脈。巖體內(nèi)部未見明顯蝕變，巖體與圍巖接觸帶未見接觸變質(zhì)現(xiàn)象。該期巖體產(chǎn)狀與區(qū)域構(gòu)造一般協(xié)調(diào)一致，局部不協(xié)調(diào)，接觸變質(zhì)暈不發(fā)育，正長石與微斜長石共存，發(fā)育弱片麻理。

侵入體巖石類型為肉紅色弱片麻狀細粒含白云母黑云花崗巖，風(fēng)化面為灰白色泛肉紅，細粒花崗結(jié)構(gòu)，弱片麻狀構(gòu)造。巖體礦物成分為黑云母(約3%)、白云母(1%～2%)、石英(46%～49%，平均47%)、斜長石(14%～26%，平均18%)、鉀長石(24%～34%，平均30%)組成，副礦物為磁鐵礦、鋯石。黑云母呈片狀，片徑0.2～0.4 mm，黑云母向綠泥石、絹云母轉(zhuǎn)化并析出鐵質(zhì)，多呈假象存在，一般不具有定向性。石英呈他形粒狀，粒徑0.6～1.5 mm，內(nèi)部可見細小的黑云母、斜長石、磁鐵礦包裹體，包裹體大多小于0.1 mm。斜長石呈半自形粒狀，粒徑0.3～0.7 mm，絹云母化強烈，成分為更長石類。鉀長石由正長石、條紋長石組成，粒徑0.5～1.2 mm，內(nèi)部可見石英、斜長石、黑云母等礦物包裹體。白云母粒徑0.2～0.3 mm，個別為1 mm。磁鐵礦呈他形粒狀，粒徑約0.1 mm。

2 巖石取樣分析

本研究在生給敖包東南花崗巖巖體的不同部位共采集了2件新鮮巖石樣品(編號分別為1#、2#樣品)進行巖石地球化學(xué)分析[5-7]，對1#樣品進行鋯石 U-Pb測年和石英氧同位素分析[8-9]。

2.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

1#樣品鋯石U-Pb同位素測年結(jié)果見表1。本研究所選鋯石呈半自形狀，核部較明亮并發(fā)育韻律環(huán)帶，邊部發(fā)育暗色邊，為變質(zhì)增生或改造的結(jié)果，有效點打在核部的韻律環(huán)帶上，w(Th)/w(U)較高，平均0.46，也顯示為巖漿鋯石，LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(443.5±2.8)Ma。

表1 1#樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)

注：測試單位為天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所。

2.2 鋯石原位Hf同位素分析

在鋯石LA-ICP-MSU-Pb定年的基礎(chǔ)上，對1#樣品進行了微區(qū)原位Hf同位素測定，εHf(t)值以及2階段模式年齡采用鋯石加權(quán)平均年齡計算。該樣品共分析了20個測點，所有測點的Hf同位素組成較一致，鋯石w(176Hf)/w(177Hf)為0.281 441～0.282 766，加權(quán)平均值為0.282 298±0.000 512，εHf(443.5)值為-37.69～9.36，加權(quán)平均值為-7.26±18.17，兩階段Hf模式年齡(TDM2)為753.6～3 124.7 Ma，加權(quán)平均值為1 599.2 Ma。

2.3 巖石地球化學(xué)特征

在TAS圖解及An-Ab-Or圖解上，1#、2#樣品均位于花崗巖區(qū)(圖1)，與薄片鑒定結(jié)果一致。與中國黑云母花崗巖平均值相比，樣品顯著富SiO2(平均為82.69%)、富K2O、貧Na2O、極貧CaO，石英標(biāo)準礦物含量較高，而斜長石標(biāo)準礦物含量接近于0。在A.R-w(SiO2)圖解上，樣品均位于堿性區(qū)(圖2)，說明堿度較高，w(K2O)/w(Na2O)平均為4.15，為鉀質(zhì)類型，因w(SiO2)大于80%，在w(K2O)-w(SiO2)圖解上投點位于區(qū)外，但大致顯示為高鉀類型。鋁指數(shù)A/CNK平均為1.28，含少量白云母，屬強過鋁質(zhì)花崗巖。樣品中，微量元素含量與花崗巖維氏值相比差別較大，除了富集Hf之外，其他元素含量均較低。微量元素地球化學(xué)型式具有Ba、Ce、Sm隆起、相對虧損Nb、Ta、Hf、Zr的特點(圖3)，具有火山弧花崗巖的特點，但Nb、Ta的強烈虧損又顯示出碰撞花崗巖的特征。樣品中，稀土總量ΣREE較低，平均為110.92×10-6，顯著低于花崗巖平均值(250×10-6)；輕重稀土分餾程度較高， (La/Yb)N平均為35.97，高于花崗巖平均值(維氏值為15)；具有弱Eu負異常，δEu平均為0.875；樣品稀土配分模式(圖4)為向右陡傾的平滑曲線，總體接近于花崗巖化型酸性巖的稀土模式。

圖1 早志留世花崗巖An-Ab-Or圖解T1—英云閃長巖；T2—奧長花崗巖；G1—花崗閃長巖；G2—花崗巖； QM—石英二長巖；1—1#樣品；2—2#樣品

圖2 早志留世花崗巖A.R-w(SiO2)圖解CA—鈣堿性；A—堿性；PA—過堿性

圖3 早志留世花崗巖地球化學(xué)型式■—1#樣品；▲—2#樣品

圖4 早志留世花崗巖稀土配分模式■—1#樣品；▲—2#樣品

2.4 石英氧同位素

對1#樣品進行了氧同位素測試，δ18O為10.6‰，為高δ18O花崗巖類。

3 討 論

3.1 形成時代

對1#樣品進行了鋯石LA-ICP-MSU-Pb測年，年齡為(443.5±2.8)Ma，表明本期花崗巖的形成時代為早志留世。

3.2 成因及地球動力學(xué)環(huán)境

生給敖包地區(qū)的侵入巖巖石類型為花崗巖(介于二長花崗巖與正長花崗巖之間)，SiO2含量較高，平均82.69%，暗色礦物為黑云母，含少量白云母，無閃長巖包體，僅有圍巖的捕擄體或殘留體，富K2O、貧Na2O，w(K)/w(Na)+w(K)較高，平均為0.73，w(K2O)/w(Na2O)平均為4.15，δ18O較高，達10.6‰，鋁指數(shù)平均為1.28，屬強過鋁花崗巖，極貧CaO，具有S型花崗巖的特征，僅w(Fe3+)/w(Fe3+)+w(Fe2+)較高(平均0.61)，接近I型花崗巖。在A-C-F圖解(圖5)及w(Al)-[w(Na)+w(K)+w(Ca)/2]圖解(圖6)上，樣品均位于S型花崗巖區(qū)；稀土配分模式具有花崗巖化的特點；εHf(443.5)大部分為負值，僅部分測點(10#、11#、20#)為正值。2階段Hf模式年齡(TDM2)變化較大，且大于U-Pb年齡，顯示其物源大部分為古老物質(zhì)循環(huán)或改造，少量為幔源物質(zhì)加入地殼。綜合分析認為：該侵入巖主體屬S型花崗巖，有少量幔源物質(zhì)加入；該期侵入巖的形成模式為幔源巖漿活動引起錫林浩特巖群低程度熔融，形成低溫巖漿向上短距離運移就位而成。

圖5 早志留世花崗巖A-C-F成因判別圖解S—S型花崗巖投影區(qū)；I─I型花崗巖投影區(qū)

圖6 早志留世花崗巖w(Al)-[w(Na)+w(K)+w(Ca)/2]判別圖解S—S型花崗巖投影區(qū)；I—I型花崗巖投影區(qū)

該侵入巖樣品在不活動性元素w(Rb)-w(Yb+Nb)、w(Rb)-w(Yb+Ta)判別圖解上(圖7)位于火山弧與碰撞區(qū)的邊界附近，巖石類型主體為S型花崗巖，兼具某些I型花崗巖的特點。據(jù)此推斷，該侵入巖形成于板塊俯沖與碰撞的轉(zhuǎn)折階段。區(qū)域研究顯示，南側(cè)的二道井—錫林浩特俯沖增生雜巖帶形成于寒武—奧陶紀，俯沖形成的島弧型侵入巖的形成時代為奧陶紀，后碰撞花崗巖的形成時代為中晚志留世，結(jié)合本研究獲得的同位素年齡，推斷本期侵入巖為板塊俯沖末期引起的沉積巖熔融而成。

圖7 早志留世花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解ORG—洋脊花崗巖；WPG—板內(nèi)花崗巖； VAG—火山弧花崗巖；COLG—同碰撞花崗巖

4 結(jié) 語

結(jié)合巖石取樣分析結(jié)果，對內(nèi)蒙古生給敖包東南花崗的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)特征及Hf同位素、氧同位素特征進行了分析，對于該區(qū)域后續(xù)巖體成因分析及地質(zhì)構(gòu)造研究有一定的參考價值。