内蒙古大青山古元古代埃达克质花岗岩：岩石学、地球化学及其构造意义

刘丽萍　张丽萍

摘要：大青山发育的石英闪长岩在地球化学上具有埃达克质花岗岩的特点。它们以较高的硅（SiO₂一般大于56%，较高的铝（Al₂O₃一般大于14%），富钠（Na₂O通常大于4%），低K₂O/Na₂O比（分子数）（通常小于0.4）。它们还富大离子亲石元素（如Rb、Sr）、过渡元素（如Cr、Ni）亏损高场强元素（如Nb、Ti）为特征。球粒陨石标准化稀土图谱显示轻稀土富集型，并具有明显的正Eu异常。锆石U-Ph SHRIMP的测年，结合野外地质和前寒武纪消减带花岗岩演化特征，推断埃达克质花岗岩形成于2435±12Ma。表明该区古元古代存在真正意义的板块构造，俯冲作用已经发生。

关键词：大青山 埃达克质花岗岩 岩石学 地球化学 古元古代

自从Defaut&Drummond于1990年提出埃达克（adakites）以来，埃达克在国内外岩石学研究中成为热点，过去研究主要集中在现代板块边缘，自2003年法国Nice会议以来人们更多的视线集中到地壳的早期演化上。在成因上adakites往往和俯冲洋壳的熔融作用联系在一起，它们一般产于年轻、热的板片，或板块边缘。异常高的Sr/Y和La/Yb通常认为是①熔融时残余矿物组合为榴辉岩相的，石榴子石是关键残余矿物；②石榴子石对重稀土元素优先相容，产生钇、镱和重稀土元素的亏损和强分馏式样的稀土元素；③斜长石从源区中的消失使熔浆富Al₂O₃，同时使富集于斜长石中的锶、铕（同时，它们是石榴子石榴辉岩所不相容的）进入熔浆，使埃达克岩岩浆富锶、铕。在现代岛弧带，adakites的产生往往和许多特殊的构造环境和阶段联系起来，如：俯冲作用开始，先于洋脊俯冲的年轻板块俯冲，复杂多阶段岛弧——地幔过程，岛弧转换部位板块边缘和后碰撞岩石圈拆离。对于地质历史中的岩浆岩系统，adakities及其相关的岩石的与众不同的地球化学特性已用来推断古岛弧系统（Polat and Kerrich 2001）。张旗等（2004，2005）对赞岐岩研究进行了综述。阴山地块固阳一带有赞岐岩报道，取得了锆石SHRIMP年龄（2，520-2，556Ma），同时也获得了2.2～2.45Ga的年龄信息（简平等，2005；Jian et al.，2012；马旭东等2013）。钟长汀等（2014）对固阳——武川断裂南侧古元代近东西向分布的一套闪长岩——石英闪长岩——花岗闪长岩研究发现，这些岩石和埃达克岩、赞岐状岩（sanukitoids）、Closepet花岗岩具有十分相似的特征并取得了2，416-2，435 Ma年龄，其中爱达克质花岗岩形成2435±12Ma（MSWD=1.7）（钟长汀等，2014）。本文就大青山红召附近有关埃达克岩的岩石学、地球化学及形成环境进行探讨。

1 地质概况

本区埃达克质花岗岩主要分布在固阳——武川断裂带附近，主要集中在固阳县下湿壕村空山和卓资县红召地区（钟长汀等，2006，2007，2014）。断裂带南侧主要出露新太古界乌拉山群斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、磁铁石英岩、变粒岩和大理岩；北侧主要分布新太古界色尔腾山花岗——绿岩带和古元古代火山沉积岩（但详细研究发现，在色尔腾山群中同样发现大量由二道洼群组成相同的火山沉积岩系，由于详细的研究程度不够，故以新太古代——古元古代通称）。红召地区的埃达克质花岗岩（adaktic granitoids）主要呈复式岩体产出，规模一般十几至几十平方千米，其中分布于红召南口子村——厂汉脑包岩体规模最大，达95km²（图1）。岩体侵入古元古界二道洼群变沉积火山岩系，被中元古界查尔泰群覆盖。岩体中含大量不规则暗色包体，包体边界一般不太清楚。我们在卓资县红召地区采集的具有埃达克岩性质的石英闪长岩——闪长岩——二长花岗岩，在1：5万区域填图被认为具有1.9～2.3Ga的年龄（内蒙古地质矿产开发院，1997），属古元古代。

区内地质构造极为复杂，太古宇和古元古界构成结晶基底，广泛发育各种褶皱变形、透入性片理和片麻理构造、韧性剪切带，且自中、上太古界至古、中元古界，变质程度从麻粒岩相递变为低绿片岩相，变形程度也逐渐减弱。盖层构造主要表现为一系列的逆冲推覆构造和伸展断裂构造，其主要是燕山运动的产物。推覆构造广泛发育，表现为前寒武纪地质体推置于新地层之上，局部形成封闭、半封闭式构造，由于一系列推覆构造将不同时代的地层相分隔，各时代地层展布很不协调。伸断裂构造也较发育，构成了区内中生代断陷盆地的边界，特别以分布在研究区南部边界的阴山山脉山前大断裂最为著名。

2 岩石学特征

红召地区的埃达克质花岗岩（adaktic granitoids）主要呈复式岩体产出。岩体侵入古元古界二道洼群变沉积火山岩系，被中元古界查尔泰群覆盖。岩体中含大量不规则暗色包体，包体边界一般不太清楚。

石英闪长岩具变余中细粒花岗岩结构、斑杂状一片麻状构造。主要矿物为斜长石、角闪石和石英，含黑云母少量。斜长石，含量60%～80%，大小0.5mm～2mm，半自形粒状，强绢云母、绿帘石化；角闪石，含量5%～20%，0.5mm～3.5mm，柱状，绿泥石化发育；石英，5%～10%，0.5mm～3.5mm，不规则状；部分样品含少量辉石。副矿物主要为钛磁铁矿、钛铁矿、磁铁矿、锆石、磷灰石。

3 地球化学特征

3.1常量元素特征

埃达克质花岗岩类的岩石类型为石英闪长岩。常量元素组成特征为：w（SiO₂）>56%（56.98%～59.40%），属中性岩范围，具有较高的Al₂O₃（17.45%～18.50%）、Na₂O（3.89%～5.23%）含量和较低的K₂O含量（1.12%～1.87%），大部分样品的K₂O/Na₂O（分子数）<0.4（0.23-0.48，MgO含量中等（2.5%～3.37%），具有埃达克岩的组成特征（表1）。TiO₂和P₂O₅含量较低，分别为0.76%-0.88%和0.28%～0.43%；Mg^#[100×MgO/（FeO+Fe₂O₃）]分子数比】为（47-49）；A/CNK[Al₂O₃/（CaO+Na₂O+K₂O）分子数比1多在0.94-1.03之间，表现偏铝质岩石的特征，与TTG具有相似的特点。按SiO₂含量，属低硅埃达克质花岗岩（LSAG：low-SiO₂adakitic granitoids）（SiO₂=60%为界，Martin et al，2005），在SiO₂-MgO图、Sr-（K/Rb）-（SiO₂/MgO）*100图、（K/Rb）-（SiO₂/MgO）图和TiO₂vs.SiO₂图（图2）上，接近世界主要低硅埃达克岩分布区。

3.2微量元素特征

微量元素见表1。微量元素总的特点是：高Sr（1143×10^-6～1165×10^-6）、Ni（17.3×10^-6～22.8×10^-5）、Cr（41.6×10^-6～81.9×10^-6），随着SiO₂升高，Rb、Ba升高，Cr、Sr、Zr、Hf降低。在微量元素原始地幔标准化蛛网图中，显示与典型埃达克岩相同特征，Nb、Ti（P）相对亏损，Sr相对富集（图3A）。

3.3稀土元素特征

本区埃达克质花岗岩稀土元素含量及相关参数列于表1。岩石稀土含量总体较低（∑REE=144.1×10^-6-169.89×10^-6），轻重稀土分馏明显（（La/Yb）_N=18.7-35.11），重稀土亏损，Yb<1.2×10^-6（0.73×10^-6-1.2×10^-6），Y<18×10^-6（9.86×10^-6～15.4×10^-6）（图3B），大部分样品都具有明显正铕异常，少量铕异常不明显（Eu^*/Eu=0.98-1.19），与埃达克岩稀土组成特征十分类似。在（La/Yb）_N-Yb_N和Sr/Y-Y图解中都投在埃达克岩区（图4A，B）。在Sr-100*（SiO₂/MgO）-K/Rb三角图解和SiO₂/MgO-K/Rb图中大部分投在低硅埃达克岩中（LSA）（图2）。

总之，石英闪长岩具有埃达克质花岗岩特征，且属低硅埃达克质花岗岩（LSAG）。

4 形成环境及地质意义

4.1形成环境讨论

埃达克岩成因也有不同意见：板片熔融派和多成因派，亦即板块熔融并非是产生埃达克岩的唯一机制。通过俯冲玄武质洋壳的熔融可产生埃达克岩熔体已由实验和地质观察得到证实。实验研究表明，水饱和熔融或角闪石脱水熔融可产生埃达克岩熔体。Martin et al.（2005）把埃达克岩分为高硅埃达克岩（HSA）和低硅埃达克岩（LSA）两种类型。HSA和LSA不但组成和矿物组合不同，成因和来源也不同。HSA直接形成于俯冲含水玄武熔融体，在上升过程中这种熔融体和地幔楔橄榄岩混染而形成；而LSA的形成则有两个不同的阶段，首先是俯冲作用形成的板片熔融体在和地幔橄榄岩相互作用中全部消耗，然后这种受到交代的橄榄岩熔融形成LSA。

低硅埃达克岩（LSA）、赞岐岩（sanukitoids）和Closepet花岗岩在地球化学组成上存在区别，但很多组成和成因也有相似性。它们都是板片熔融、熔融体和地幔橄榄岩相互作用的产物。因此，低硅埃达克岩可以看成是赞岐岩和Closepet花岗岩的初始物，赞岐岩和Closepet花岗岩成分的不同反映其熔融深度不同和/或者演化、分异不同（Martin et al.，2005）。

4.2地质意义

不同的地质历史时期，埃达克岩的出现却具有一定的规律。新生代埃达克岩主要出现在环太平洋地区，与板片俯冲有关（Defant and Droumond，1990）。而在太古宙，具有与新生代埃达克岩组成特点一致的岩石较少出现，而是较多地出现TFG岩套。尽管不少学者认为TFG形成于板块俯冲机制，但太古宙板块构造和现代板块构造存在明显差别。太古宙地温梯度明显偏高，板块机制和现今不一致。Sizova（2010）通过数字模拟显示，增加现代板块上地幔温度160℃～175℃和20℃0～250℃，可以从现代俯冲转变为前俯冲（pre-subduction）和无俯冲（no-subdue-tion），并认为第一次转化时间在中太古代——新太古代（3.2-2.5Ga）。前寒武纪埃达克质花岗岩——赞岐岩——Closepet花岗岩组合的出现恰巧说明形成大量TTG的环境已经变化，地壳演化从热的环境变为正常的环境，板块构造从此进入现代模式（Martin et al.，2010）。埃达克岩——赞岐岩——Closepet花岗岩正好是太古宙TTG向后太古宙钙碱性花岗岩演化的中间类型岩石，这些岩石为早期TTG向现在钙碱性花岗岩转变提供了很好的研究对象。

5 结论

大青山石英闪长岩在地球化学上具有埃达克岩特征，为低硅爱达克质岩。和其相关的赞岐岩及Closepet花岗岩构成早期岛弧花岗岩组合，形成于俯冲带环境。可能的地质过程为：早期板片的部分熔融形成埃达克质岩浆；埃达克质岩浆交代或者是混合作用形成赞岐岩岩浆；赞岐质岩浆在上升过程中还有可能和地幔橄榄岩交代或熔融，形成Closepet花岗岩岩浆。它们是板片熔融和地幔楔橄榄岩相互作用的产物。代表了华北克拉通以TTG为代表的岩浆岩向现代钙碱性花岗岩的时间转折。