内蒙古额济纳旗蓬勃山地区石炭纪中粒石英闪长岩年代学及地球化学研究

马　刚　尤青青　迟艳玲

内蒙古地质矿产勘查院　呼和浩特　010011

内蒙古额济纳旗蓬勃山地区石炭纪中粒石英闪长岩年代学及地球化学研究

马刚尤青青迟艳玲

内蒙古地质矿产勘查院呼和浩特010011

利用锆石SH RIMPU-Pb法对额济纳旗蓬勃山地区中粒石英闪长岩进行年龄测试，得到的两个石英闪长岩样品中锆石的加权平均年龄分别为（303.4±0.9）Ma和（302±1）Ma，为晚石炭世。岩石地球化学及同位素地质年代学研究显示该石英闪长岩属准铝质——过铝质高钾钙碱性系列；富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素和Th、U、Zr等高场强元素；稀土元素为轻稀土富集型，轻、重稀土分异不明显，轻稀土发生较明显的分馏作用，铕负异常明显。岩体形成于大洋弧中，由壳源和幔源岩浆混合作用形成的非造山花岗岩。

锆石U-Pb年龄石英闪长岩额济纳旗

随着研究程度的深入和微区激光探针、阴极发光、SHRIMP测年等手段的应用，研究者们通过同位素年代学和地球化学研究，获取花岗岩类的成因、产出构造背景等地质信息成为目前研究的热点。近年来，人们对我国内蒙古境内华北板块北缘的花岗岩类进行了广泛的研究，并取得了许多有意义的研究成果，如亚造山带的演化主要经历了大洋板块俯冲［1］→微陆块之间的碰撞拼合［2］→主板块碰撞拼合［3］→后造山构造塌陷和拉张［4］等复杂的地质演化历史和强烈的大陆改造过程。但这些研究主要集中在内蒙古中东部四子王旗、赤峰和固阳等地区，而在内蒙古西部阿拉善地区的研究基础相对薄弱。

内蒙古额济纳旗蓬勃山地区位于内蒙古西部，区内分布的大量花岗岩类为哈萨克斯坦板块东南陆缘增生带，红石山晚古生代裂谷带岩浆活动的重要组成部分。本文在1∶5万区域地质调查工作的基础上，通过对区内出露的石英闪长岩侵入时代的厘定和较为深入的岩石地球化学研究，探讨了石英闪长岩的成因及形成的构造背景，试图为区域构造——岩浆格架的建立提供进一步的依据。

一、地质背景和岩体特征

研究区内出露地层为石炭系绿条山组弱变质陆源碎屑岩和石炭系白山组英安质火山岩、火山碎屑岩及少量的白垩系赤金堡组。断裂构造复杂，褶皱构造发育主体构造线呈北西西向展布。出露侵入岩主要为晚石炭世中粒石英闪长岩、晚石炭世中粒闪长岩、早石炭世细粒闪长岩、早二叠世英云闪长岩、早二叠世二长花岗岩、二叠纪正长花岗岩，受主构造线的控制，岩体一般呈北西西向带状产出。

石英闪长岩呈北西西向带状展布，出露面积约210Km2，岩石类型为均一稳定的中粒石英闪长岩。石英闪长岩侵入石炭系绿条山组、白山组地层。总体呈浅灰绿色、灰绿色，中粒结构，块状构造。主要矿物成分为斜长石（65%±）、石英（10%～15%）、钾长石（5%±）、普通角闪石（5%～10%）和黑云母（10%±），矿物粒径2mm～4mm为主。副矿物主要为磁铁矿、锆石和磷灰石等。岩石基本无变质变形，仅见斜长石具不均匀绢云母化，黑云母具绿泥石化。此外该石英闪长岩岩体整体受二叠纪正长花岗岩侵位影响具钾化，沿节理、裂隙见红色正长花岗岩细脉侵入，使得岩体整体带红色调。

图1　研究区大地构造位置略图（杨合群等2008）

二、样品采集与分析方法

根据岩体的分布区域和出露面积，结合室内薄片鉴定结果，在岩体的不同位置采集选取16件新鲜的石英闪长岩样品（采集位置见图2）用于岩石地球化学分析，同时对其中1件（编号为16）进行了测年分析。测年样品由河北省廊坊区域地质调查研究所完成采用常规方法进行粉碎，通过浮选和电磁选方法分选后在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒用于测年分析。锆石样品靶的制作和阴极发光图像在北京离子探针中心进行，锆石U-Pb同位素分析在北京离子探针中心的SHRIMPⅡ上完成。详细的分析原理和流程参见文献［5］，仪器工作调节和分析方法详见文献［6］和［7］的相关研究。测试中应用澳大利亚国家地质标准局标准锆石TEM（417Ma）进行元素分馏校正，应用标准锆石91500 （1，062.4Ma）标定样品的U、Th、Pb含量。普通Pb根据实测的204Pb进行校正。年龄计算和图解使用SQUID（1.02）［8］和ISOPLOT程序［9］。单个测点的分析误差为±1σ，最终年龄的加权平均值误差为±2σ，加权平均年龄为95%的置信度。主量元素和微量元素测试均由河北省廊坊区域地质调查研究所完成，其中主量元素采用X荧光光谱仪（3080E）分析，相对标准样品的偏差中高含量氧化物小于2%，低含量氧化物低于8%；微量元素和稀土元素采用电感耦合等离子体质谱（X-series）测定，相对标准偏差小于10%。

图2　研究区地质简图

三、结果与讨论

（一）锆石SHRIMPU-Pb年龄

测年样品中锆石颗粒在透射光和反射光下大部分为无色或浅色，少量为浅黄褐色，半透明，颗粒破碎，边部见磨圆现象，部分锆石晶体内见暗色不透明包裹体。锆石晶体大小一般为100μm～150μm，长宽比近1∶1为主，多数锆石自形程度较好，呈短柱状、板状，少量呈长柱状，表面较光滑；个别锆石颗粒自形程度较差，表面粗糙，见较多的凹坑或裂纹。阴极发光图像（图3）显示，样品中锆石颗粒晶体内部结果清晰，均发育有典型振荡生长环带，表明为岩浆结晶成因锆石。通过透射光、反射光和阴极发光图像研究，在16号样品中分别选择了26颗自形程度和透明度均较好的岩浆锆石进行SHRIMPU-Pb分析，分析结果见表1。

图3　石英闪长岩中部分锆石的阴极发光图像

由表1可知，16号样品中，锆石w（U）质量分数为84.03～201.53ppm。共获得3组年龄数据，其中206Pb/238U和207Pb/235U年龄比较接近，误差相对较小，207Pb/206Pb年龄变化明显，误差也相对较大。应用U-Pb法测年，当年龄值不一致时，年龄选择一般遵循以下原则：1.当Th＞U时，选择208Pb/232Th年龄；2.当U＞Th时，老年龄矿物（大于1000Ma）选择207Pb/206Pb年龄或207Pb/235U年龄；3.小于1，000Ma的矿物，选择206Pb/238U年龄。本文所测锆石，根据锆石形态特征判断为岩浆成因锆石，而岩浆成因的锆石U含量大于Th的含量，且所得年龄也均小于1，000Ma，故选择206Pb/238U年龄。

从年龄谐和图（图4）可以看出，16号样品中26个测点都集中在谐和线附近，206Pb/238U表面年龄为（299.86±2.24）Ma～（303.88±2.34）Ma，加权平均年龄为（302±1）Ma。两个样品取得的测年数据极为相近，为岩浆的结晶年龄。综上所述，蓬勃山地区中粒石英闪长岩的形成时代为晚石炭世。

表1　1 6号样品锆石U-P b同位素SHR I MP定年分析结果

图4　额济纳旗蓬勃山地区石英闪长岩锆石U-Pb同位素谐和图

（二）岩石地球化学

蓬勃山地区石英闪长岩主量元素分析结果见表2，由表可以看出：SiO2含量57.52%～65.09%，主要集中在59%～65%， 2件样品SiO2含量＜59%；Al2O3含量为13.76%～16.38%；σ值1.02～2.31；K2O/Na2O＜1为主，个别样品K2O/Na2O＞1（3件）；ACNK为0.83～1；全碱含量K2O+Na2O为4.25%～6.16%。在Al2O3—K2O+Na2O图解（图5a）中，所有点均投影在钙碱性区；在A/CNK-A/NK图解（图5b）中，所有点均投影在准铝质区内，准铝质——过铝质界线附近。综上所述，石英闪长岩岩石类型属准铝质钙碱性系列。

微量元素分析结果见表3，结合微量元素球粒陨石标准化蛛网图（图6b）可以看出，岩石中明显富集Rb（50.71～139.08× 10-6）、Ba（196.23～526.53×10-6）、Sr（230.49～467.04×10-6）、V （123.84～189.27×10-6）等大离子亲石元素和Th（3.55～17.6× 10-6）、U（1.08～3.27×10-6）、Zr（90.88～239.34×10-6）等高场强元素；贫Li（11.81～27.3×10-6）和Y（13.2～37.46×10-6）等元素。Rb/Sr比值变化较大，为0.14～0.6。

表2　石英闪长岩岩石化学成分及相关参数特征表

表3　石英闪长岩微量元素分析结果特征表

稀土元素分析结果见表4，稀土元素含量相对较低，稀土总量ΣREE为61.83～162.47ppm，平均值为106.99ppm。稀土元素球粒陨石标准化配分型式图（图6a）中整体曲线右倾，轻稀土分布曲线陡倾而重稀土分布曲线呈平缓状。LREE/HREE为4.28～7.84，为轻稀土富集型。轻重稀土分异不明显，（La/Yb）N=2.76～7.99；轻稀土分馏较大，（La/Sm）N= 1.67～4.29；重稀土分馏不明显，（Gd/Yb）N=0.98～1.36。铕负异常明显，δEu为0.52～1.06。

表4　石英闪长岩微量元素分析结果及相关参数特征表

图5　石英闪长岩Al2O3-（K2O+Na2O）图解（a）和A/CNK—A/NK图解（b）

（三）岩石成因及构造背景

目前国内外较普遍的花岗岩类划分方法：从构造角度将花岗岩划分为造山花岗岩和非造山花岗岩两大类；从物源角度进一步归纳为M型花岗岩、I型花岗岩、S型花岗岩、A型花岗岩4种类型。

石英闪长岩呈北西西向带状展布，出露面积广泛且岩性单一稳定，暗色矿物含角闪石、黑云母，不透明矿物仅见磁铁矿，以上特征均符合M型花岗岩的野外特征，说明石英闪长岩属M型花岗岩。

Rb/Sr值对研究花岗质岩石的物质来源具有重要的意义，据Taylor等［20］研究，地球上部陆壳Rb/Sr值大约为0.32，大陆壳平均值为0.24，蓬勃山地区石英闪长岩的Rb/Sr值介于0.12～0.6之间，平均值为0.26，表明该岩体的物质来源既有陆壳成分又有幔源成分，为壳源和幔源岩浆混合作用形成。

图6　石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分图解（a）和微量元素球粒陨石标准化蛛网图（b）

Pearce等（1984）系统的研究了已知大地构造背景的花岗岩的地球化学特征，他们把石英含量＞5%的侵入岩都笼统地定义为花岗质岩石，并将花岗岩分为大洋脊、火山弧、板内和碰撞花岗岩。根据Pearce等（1984）等研究，如图（图7）在花岗岩Nb—Y判别图解中，所有点均投影在同碰撞——火山弧花岗岩区，在Rb——（Y+Nb）判别图解中，所有点均投影在火山弧花岗岩区。表明蓬勃山中粒石英闪长岩属火。

图7　石英闪长岩Nb-Y和Rb—（Y+Nb）构造环境判别图解（Pearce等1984）

图8　石英闪长岩（Sr+Ba）—（Li+Rb+Ce）判别图解（a）和R1—R2构造环境判别图解（b）（Pearce等1984）

山弧花岗岩。火山弧花岗岩又包括：①活动大陆缘上的花岗岩；②以拉斑玄武岩为主的大洋弧中的花岗岩；③以钙碱性玄武岩为主的大洋弧中的花岗岩3类（Pearce等1984），活动大陆边缘上的花岗岩的物质来源复杂，不同构造部位岩浆形成的条件差异较大，花岗岩组合多较为复杂，与蓬勃山石英闪长岩岩体特征不符。因此结合上述特征，蓬勃山中粒石英闪长岩可能为以玄武岩为主的大洋弧中的花岗岩类。

在花岗岩（Sr+Ba）—（Li+Rb+Ce）判别图解中（图8a），所有点均投影在同熔型花岗岩区，亦属非造山花岗岩；在花岗岩R1—R2（Bechelor等1985）判别图解中（图8b）大部分点均投影在板块碰撞前花岗岩区靠近幔源花岗岩一侧，个别点投影在幔源花岗岩区。

综上所述，蓬勃山中粒石英闪长岩为以玄武岩为主的大洋弧中，由壳源和幔源岩浆混合作用形成的非造山花岗岩，属M型花岗岩。

（四）结论

1.两个测年样品中锆石206Pb/238U加权平均年龄分别为（303.4±0.9）Ma和（302±1）Ma，表明蓬勃山地区石英闪长岩形成时代为晚石炭世。

2.蓬勃山地区石英闪长岩属准铝质钙碱性系列，富集大离子亲石元素和高场强元素，为轻稀土富集型，轻、重稀土分异不明显，轻稀土发生了较明显分馏作用，铕异常明显。

3.蓬勃山地区晚石炭世石英闪长岩形成于玄武岩为主的大洋弧中，由壳源和幔源岩浆混合作用形成的非造山花岗岩，属M型花岗岩。

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