大興安嶺中南段查干白旗巖體地質地球化學特征

李偉，管育春，毛啟貴，鄒滔，徐巧，楊星

（北京礦產地質研究院有限責任公司，北京 100012）

0 引言

查干白旗巖體位于大興安嶺中南段西南端，該區發育大量中生代巖體，前人研究主要集中于規模較大的巖體，如甘珠爾廟地區晚中生代高分異鈣堿性I-A過渡型花崗巖體（楊奇荻等,2014），北大山地區早白堊世A2型花崗巖體（管育春等,2017），五十家子地區晚侏羅世—早白堊世A型花崗巖體（尚永明等,2020），哈力黑壩A型花崗巖體（魏巍等,2021）。查干白旗巖體LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為132～142 Ma，表明其形成時代為早白堊世（張志強等,2017a），但查干白旗巖體地球化學特征、構造背景及巖石成因等方面研究程度較低。本文通過對查干白旗巖體的地質學、地球化學特征等方面進行研究，為進一步認識大興安嶺南段晚中生代時期構造-巖漿大規模活動和探討該區中生代花崗巖成因機制及構造背景提供依據與線索。

1 區域地質背景

查干白旗巖體大地構造位置位于西伯利亞板塊和華北板塊之間的中亞造山帶東端的興蒙造山帶內（圖1a），是古亞洲洋構造域和環太平洋構造域的疊加區域（邵濟安和唐克東,2015）。

區域上地層主要出露二疊系大石寨組、哲斯組、林西組地層，為一套淺-微變質火山沉積巖；侏羅系滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、新民組地層，為中酸性火山巖及碎屑沉積巖。區域上斷裂構造十分發育，以北東向斷裂構造為主，北西向及東西向斷裂構造次之。大興安嶺中南段經歷中生代強烈的巖漿活動，地表2/3面積以上屬于火山噴發作用和大規模花崗質巖漿作用形成的大興安嶺巖漿巖帶（邵濟安等,1999），尤以燕山期大規模中酸性巖漿侵位和噴發活動最為顯著（尚永明等,2020），形成的巖體多呈巖株、巖脈或巖基（圖1b）。

2 巖體地質特征

查干白旗巖體位于內蒙古自治區赤峰市北部巴林左旗境內，出露面積約23 km2，整體呈北北東向展布（圖1c），侵位于二疊系林西組陸相沉積碎屑巖地層及侏羅系新民組沉積碎屑巖、滿克頭鄂博組火山碎屑巖地層。主體為黑云母花崗巖、黑云母花崗斑巖，約占巖體的50%以上，由邊部到中心根據巖性特征劃分為：角閃黑云母二長花崗巖、角閃黑云母花崗巖、黑云母花崗斑巖、黑云母花崗巖、含閃長質包體黑云母花崗巖、含偉晶巖黑云母花崗巖。

黑云母花崗斑巖，巖石呈灰白色，斑狀結構，塊狀構造，斑晶由石英、鉀長石、黑云母、斜長石組成，含量約35%，基質為微晶結構，含量約65%。石英呈他形粒狀，斑晶粒度約0.5～2 mm，含量約10%；黑云母呈片狀或鱗片狀放射性集合體，粒度約0.5～1 mm，含量約5%；鉀長石呈半自形板狀，粒度1～2 mm，含量約10%；斜長石呈半自形板狀，粒度約0.5～2 mm，斑晶中含量約5%。副礦物有鋯石、榍石、磷灰石等。

黑云母花崗巖，巖石呈淺肉紅色，具似斑狀結構，塊狀構造，礦物粒徑以2 mm為主。條紋長石（58%）呈不規則狀及半自形板柱狀，具鈉長石條紋，泥化蝕變不均勻；石英（30%）呈它形粒狀，分布于長石之間；更鈉長石呈半自形板柱狀，多被鉀長石沿邊緣交代，含量約占5%；黑云母呈片狀，被綠泥石交代，含量約占6%。

含閃長質包體黑云母花崗巖的寄主巖石為黑云母花崗巖（圖2）。暗色微粒包體主要呈渾圓狀、液滴狀、不規則狀，具有淬冷邊、溶蝕邊和環帶邊。淬冷邊主要沿包體與寄主巖的界線分布，其礦物粒度和自形程度均小于包體核部和寄主巖。包體核部可見斜長石呈自形—半自形散狀分布于基質中，局部可見斜長石巨晶，斜長石明顯受寄主巖的交代蝕變，表明包體早于寄主巖形成。閃長質包體中可見針狀磷灰石、磁鐵礦等。

圖2 查干白旗早白堊世花崗巖野外照片及顯微照片

含偉晶巖黑云母花崗巖，偉晶巖為花崗質，多呈殼狀、透鏡狀出露于黑云母花崗巖頂部，該套巖相面積約占巖體的10%。巖石主要表現為巨大石英與鉀長石晶體交生，其中石英，煙灰色，自形，六方柱斷面，大小約2～8 cm，含量40%；鉀長石，肉紅色，自形，大小約5～10 cm，含量約60%。偉晶巖透鏡體中部石英較多，呈不規則狀，向邊部鉀長石含量逐漸增高，結晶程度較好，向外逐漸過渡為黑云母花崗巖。

3 樣品采集與分析方法

所有測試樣品均取自查干白旗巖體新鮮露頭，采樣位置見圖1b，樣品的編號分別為CDE4053、CDE1161、CDE1042-1、CDE1042-2、CDE1042-3。其中CDE4053為黑云母花崗斑巖，CDE1161為含黃鐵礦黑云母花崗斑巖，CDE1042-2為含偉晶巖黑云母花崗巖中的偉晶巖，CDE1042-3為含閃長質包體黑云母花崗巖中的閃長質包體，CDE1042-1為寄主黑云母花崗巖。

主、微量元素的分析測試在核工業北京地質研究院完成，主量元素采用X熒光光譜儀（XRF）。微量元素分析采用電感耦合等離子質譜儀（ICPMS）。詳細測試方法流程參考（張志強等,2017b；管育春等,2017；尚永明等,2020）。

4 分析結果

4.1 主量元素特征

查干白旗巖體主量分析結果見表1，微量分析結果見表2。

表1 查干白旗巖體主量元素成分/%

表2 查干白旗巖體微量元素成分/10-6

查干白旗巖體主量元素組成上有以下特征：（1）富硅，SiO2含量在71.04%～77.25%之間，平均值為73.82%，高于中國花崗巖和興蒙造山帶花崗巖平均含量（分別為72.20%和72.73%，史長義等,2005）；（2）低鋁，Al2O3含量為12.4%～13.45%，平均值12.81%，A/CNK-A/NK關系圖顯示樣品巖石屬于弱過鋁質花崗巖（圖3a）；（3）富堿，全堿（K2O+Na2O）含量為7.87%～8.16%，平均值8.05%，里特曼指數為1.93～2.21，SiO2-K2O圖顯示樣品多數屬于高鉀鈣堿性系列，少數屬于鈣堿性系列（圖3b）；（4）低CaO、MgO、TiO2、P2O5，其含量平均值分別為0.30%、0.28%、0.18%、0.04%，這一特點同含偉晶巖黑云母花崗巖中偉晶巖成分相比有較高的相似性，可能指示其高度分異演化的特征（邱檢生等,2008）。總體上查干白旗巖體是一套具有富硅、富堿、低鋁、低鈣等特點的巖石組合。

圖3 查干白旗巖體A/CNK-A/NK圖解（a，底圖據Maniard and Piccoli,1989）及SiO2-K2O圖解（b，底圖據Ewart,1982）

4.2 微量元素特征

查干白旗巖體的∑REE 最高為140×10-6，平均值103×10-6，總體表現為稀土含量較高。其(La/Yb)N比值為3.84～12.73，LREE/HREE=7.69～14.8，顯示輕稀土富集特征，具有顯著的Eu負異常（δEu=0.17～0.44），表現右緩傾U型稀土配分模式（圖4a）。在微量元素原始地幔標準化蜘蛛網圖中，查干白旗巖體各巖相不同程度地富集Rb，Th，Pb，Hf等元素，虧損Ba、Sr、P、Ti、Eu等元素。高場強元素Nb、Ta含量相對較低，而Zr、Hf相對富集（圖4b）。其Rb/Sr比值為0.98～4.58，Rb/Ba比值為0.3～2.69。

圖4 查干白旗巖體的稀土元素配分圖（a）及微量元素蜘蛛網圖（b）（球粒隕石和原始地幔標準化值引自Sun and Mcdonough,1989）

5 討論

5.1 花崗巖類型

在查干白旗巖體中部至邊部均發現有云英巖化、黃鐵礦化、磁鐵礦化等蝕變，存在高分異花崗巖的特點（張志強等,2017a）。從巖相學特征看，查干白旗巖體以長石與石英為主要造巖礦物，暗色礦物可見黑云母，并且偉晶巖透鏡體中部石英較多，向邊部鉀長石含量逐漸增高，結晶程度較好，向外逐漸過渡為黑云母花崗巖。亦表明查干白旗巖體經歷了高程度結晶分異。該巖體具高的SiO2含量（最高達77.25%）、全堿含量（K2O+Na2O=7.87%～8.16%）和FeOT/MgO比值（1.3～6.6），主要元素以高硅、富堿、低鋁為特征，具有Eu負異常，富集高場強元素（如Zr、Hf）和大離子親石元素（如Rb、Th），而相對虧損Ba、Sr元素，這也表明查干白旗巖體演化程度較高。上述巖石學和地球化學特征顯示查干白旗巖體具高分異I型花崗巖特征（Whalen et al.,1987;Eby,1990）。從區域上來看，查干白旗巖體附近的樺桿子溝巖體（張志強等,2017b）為I型花崗巖，土木富洲巖體、花加拉嘎巖體（楊奇荻等,2014）為I-A過渡型花崗巖，同時也出現了一些A型花崗巖報道，如胡都格紹榮巖體（李鵬川等,2016）、北大山巖體（管育春等,2017）、哈力黑壩巖體（魏巍等,2021）、五十家子巖體（尚永明等,2020），可見該區域花崗巖類型的判別出現了多種認識。吳福元等（2007）研究認為高分異的I型花崗巖與A型花崗巖的地球化學特征相似，常使得一些高分異的I 型花崗巖落入A型花崗巖的范圍。陳璟元和楊進輝（2015）通過對廣東佛岡復式巖體研究，認為花崗巖經過巖漿混合和分離結晶作用后，其地球化學特征已受到晚期流體作用的改造，造成花崗巖類型難以判斷。判別花崗巖類型的關鍵并不是花崗巖本身的地球化學特征，而是花崗巖的母巖漿所具有的初始地球化學特征（陳璟元和楊進輝,2015），因此分析花崗巖源巖的特征極其重要。查干白旗巖相學顯示，查干白旗巖體不含有S型花崗巖的特征性礦物，如堇青石、石榴石等富鋁質礦物，此外區域上也鮮有S型花崗巖的報道，排除了其來源于變質沉積巖的部分熔融作用（李獻華等,2007）。在花崗巖成因類型鑒別過程中，與高分異花崗巖相關的偏鐵鎂質巖石保留了更多源巖信息，能夠更為有效地指示花崗巖的成因類型（李鵬川等,2016）。含黃鐵礦黑云母花崗巖具有低1000×Ga/Al值（2.15），指示I型花崗巖成因類型。查干白旗巖體樣品的10000×Ga/Al值變化范圍較小（2.15～2.6），據Whalen et al.（1987）提出判別A型花崗巖的標準（如10000×Ga/Al>2.6），查干白旗巖體投圖落于I型花崗巖區域中，閃長質包體落于I型花崗巖與A型花崗巖的過渡區域（圖5a-d）。綜上所述，查干白旗花崗巖為高分異的I型花崗巖。

5.2 構造背景

研究區構造演化分為兩個階段，即早階段晚古生代西伯利亞板塊與華北板塊碰撞隆升-裂陷-再碰撞，形成了基本構造格架（劉偉等,2003），晚階段中生代時期強烈的陸緣活化型構造-巖漿活動，發生大規模成礦作用（張永正等,2007）。查干白旗巖體形成于早白堊世，屬于造山后向非造山環境的轉折階段，反映了晚中生代巖漿演化的伸展構造背景。查干白旗巖體在Nb-Y和Rb-(Y+Nb)構造環境判別圖解中，所有樣品均落入碰撞后花崗巖的范圍（圖5e～f），反映了伸展構造體系下的造山后環境。中生代晚期大興安嶺地區巖石圈深部處于活躍的伸展狀態，在軟流圈上涌背景下，來自地幔的玄武質巖漿發生底侵作用，導致下地殼部分熔融和地殼隆升（邵濟安等,1999）。結合研究區地質背景，認為查干白旗巖體的成因與蒙古-鄂霍茨克洋閉合碰撞后的伸展環境下，幔源巖漿的底侵作用使上覆地殼發生部分熔融作用有關。

圖5 查干白旗巖體微量元素花崗巖類成因判別圖解（a、b、c、d,底圖據Whalen et al.,1987）及構造環境判別圖解（e、f,底圖據Pearce et al.,1984）

6 結論

（1）查干白旗巖體主要以黑云母花崗斑巖、黑云母花崗巖為主，見含偉晶巖黑云母花崗巖、含閃長質包體黑云母花崗巖，巖漿演化程度高。

（2）巖石地球化學分析結果顯示查干白旗巖體總體具有高硅、富堿、低鋁，貧鈣、鎂、鐵，富Rb、Th、Pb、Hf，虧損Ba、Sr、P、Ti、Eu等元素的特征，屬弱過鋁質鈣堿性I型花崗巖。

（3）查干白旗巖體形成于伸展構造體系的造山后環境中，其可能形成于蒙古-鄂霍茨克洋閉合碰撞后的伸展環境下，幔源巖漿發生底侵作用使上覆地殼部分熔融形成花崗質巖漿，花崗質巖漿經分異演化并侵位固結形成。