内蒙古狼山西段中元古代花岗岩类地质特征及其构造意义

张永全,杨建磊

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257000)



内蒙古狼山西段中元古代花岗岩类地质特征及其构造意义

张永全,杨建磊

(中国石油大学胜利学院 油气工程学院,山东 东营 257000)

内蒙古狼山西段大面积出露的中元古代花岗岩体主要是中酸性岩体,均遭受过轻微的变质作用。二长花岗岩体的主量元素富集SiO2和K2O,贫FeO、CaO、MgO和TiO,A/CNK>1.1,为过铝质花岗岩。黑云斜长花岗岩体亏损微量元素Nb、Sr、P、Ti,富集Rb、K、Ta、Nd;轻稀土和重稀土分馏程度较强,最高可达38.02倍;(La/Yb)介于3.66～128.65,δEu最小值为1.18,最大值为5.69,正铕异常明显,具有典型碰撞成因的S型花岗岩特征。花岗岩体的展布方向与区域构造线基本一致,都呈北东-南西向带状展布,并与白乃庙群和魏家沟岩群中元古代古岛弧链及开原蛇绿混杂岩带平行,表明中元古代存在一个强烈的俯冲碰撞造山过程,此次碰撞造山事件为华北板块在Rodinia 超大陆的拼合模式提供了制约条件。

狼山西段;中元古代;S型花岗岩类;构造演化

内蒙古狼山西段出露了大面积的中元古代的中酸性岩体,它们记录了地球深处的信息,这些花岗岩岩体所记载的地史演变和构造环境一直都是地质学家研究的重点,也是验证华北板块北缘是否存在格林威尔造山带的重要信息载体[1]。张臣、徐备等[2-3]的研究结果显示中元古代华北板块北缘经历了大陆裂谷-被动大陆边缘-活动大陆边缘-陆陆碰撞造山阶段,在白云鄂博-温都尔庙-阜新旧庙一线存在着一条近东西向展布的中元古代造山带;邵济安，李江海等[4-5]的研究结果表明华北板块北缘于1.3～1.2 Ga、1.2～1.0 Ga分别经历了克拉通的伸展、裂解事件。因此,深入研究内蒙古狼山西段中元古代的中酸性侵入岩体,不但对恢复华北板块西北缘的地质特征、构造演化环境具有重要的意义,而且对华北板块西北缘中元古代大陆边缘的性质、地质构造演化过程提供重要依据,也能为华北板块在Rodinia超大陆的拼合模式提供地质的、地化的和年代学的直接证据[6-7]。本文通过对内蒙古狼山地区的中元古代时期侵入岩体的地化特征研究,结合学者的研究成果,结果显示,内蒙古狼山西段中元古代存在一起比较强烈的造山运动,即格林威尔造山运动,大面积出露的中元古代中酸性侵入岩体就是这一时期造山运动的产物。

1　区域概况

内蒙古狼山西段位于华北板块(Ⅰ级)的西北缘,连接3个不同的构造单元,如图1(b)所示。它北接西伯利亚板块(Ⅰ级),西邻塔里木地块(Ⅰ级)。狼山地区的地质构造演化非常复杂,南部是巴音乌拉山-狼山-色尔腾山南麓深大断裂,北部为高家窑-乌拉特后旗-赤峰-台缘深大断裂。华北板块北缘出露的中元古代花岗岩主要分布在狼山地区东升庙一带至辽宁阜新,总长超过800 km,近东西向展布,与区域构造线基本上一致[8],如图1(b)所示。

狼山地区中元古代花岗岩主要分布在阿勒特高勒沟的北侧,代表性岩体主要有呼和赛日和塔根达巴等花岗岩体,本文研究的呼和赛日岩体的岩石类型主要酸性侵入岩,并且发生了区域变质作用。呼和赛日岩体侵入中太古界乌拉山群、上太古界色尔滕山群及古元古代闪长岩中,被华力西期的花岗岩类穿插,锆石U-Pb年龄为1 037±4 Ma和1 011±6 Ma[8]。该岩带呈条带状北东东向断续产出,长约18 km,最宽处约1.3 km,从西向东见有3个岩体,出露面积相对较大,总面积约5 km2。中元古代花岗岩体与后期侵入岩体的接触面不规则,侵入接触关系,局部呈弯曲状,并被后期的北东向的韧性剪切带改造。在韧性剪切带中,岩石极为发育糜棱岩化,并且岩体流面的走向及糜棱面理的方向,都呈近北东东向展布,与区域构造线基本一致。在韧性剪切带的接触面上,硅化或角岩化极为发育,局部还遭受了混染和混合岩化。

图1　研究区构造位置及岩体分布

2　岩石学特征

研究区内中元古代花岗岩类型主要为中酸性侵入岩类,都发生了轻微的区域变质作用,部分岩体含有黑云母和石榴石,具有二长结构。岩石新鲜面呈灰红色至深灰色,中粒结构,变余结构,花岗结构,片麻状构造,暗色矿物定向排列,基体和脉体界限不明显。岩石矿物粒度结晶较大,一般为2～4 mm,石英呈青灰色,半自形—它形,粒状,含量20%～30%;长石呈乳白色、半自形晶,含量50%～60%;黑云母呈褐色—黑色,自形晶,鳞片状,含量15%～20%;白云母呈银白色,自形晶,鳞片状,含量小于5%;其次为角闪石、锆石、磷灰石及磁铁矿等副矿物,含量较少。局部地段岩石发生绿帘石化、褐铁矿化,风化面呈绿色或褐黄色。

在显微镜下,可见初糜棱岩化及碎粒结构,如图2所示的二长花岗岩,在单偏光镜下可以看到它已经发生了初糜棱岩化,变余结构,半自形粒状及文象结构,还可以看到残留包粒和交代吞蚀结构,糜棱条纹构造。糜棱岩化改变了岩石的矿物成分和结构构造,新生成的矿物成分为褐绿色的黑云母、白云母、绿帘石、奥长石和钙长石、微斜长石和微斜条纹长石,其中黑云母含量小于10%,部分黑云母发生了绿泥石化,白云母的含量约2%,绿帘石含量约为1%、奥长石和钙长石含量大于20%、微斜长石和微斜条纹长石的含量大于40%。岩石中的矿物分布不均匀,这些矿物经过糜棱岩化再造后使石英在一定高温高压条件下发生了压溶和破碎。

图2　初糜棱岩化二长花岗岩的镜下特征

图3　千糜-糜棱岩化的黑云母二长花岗岩的镜下特征

3　主量元素特征

内蒙古狼山地区中元古代晚期的花岗岩岩体的主量元素化学含量(如表1所示)与中国花岗岩平均值相比[9],二氧化硅、氧化钾、三氧化二铝的含量较高,而氧化钠、铁氧化物、氧化钙、氧化镁的含量较低,二氧化硅的含量平均约为72.52%,氧化钛的含量平均约为0.15%,三氧化二铝的含量平均约为14.47%,A/CNK的比值平均大于1.1,表明这些花岗岩岩体具有过铝质花岗岩的特征[10];标准矿物刚玉的平均含量约为1.76%。但是在含有黑云母的花岗岩岩体中结晶出了透辉石,呈现S型花岗岩的特征[11-13]。氧化钠的平均含量约为3.09%,高于S型花岗岩中氧化钠的平均含量,氧化钾的平均含量为4.88%,并且氧化钾的含量高于氧化钠含量的1.5倍,属于钙碱性岩。

表1　狼山地区中元古代花岗岩类主量元素特征　%

注:PM样品为本次数据,LS样品数据为1998年1:20万区调报告。

4　微量元素的地球化学特征

内蒙古狼山地区大面积出露的中元古代晚期中酸性侵入岩岩体的微量元素特征表明,这些花岗岩体遭到了较强的同化混染作用。从图4和表2可以看出:①各个岩体的稀土配分模式,呼和赛日岩体具有中等的正铕异常,δEu介于5.18～5.69,伊和乌兰额和岩体和查干扎拉格岩体具有较弱的正铕异常,δEu介于0.45～1.18;②这些岩体都具有较强的轻重稀土分馏特征,(La/Yb)N为3.66～128.65,并且它们的重稀土曲线相对来说倾斜的不厉害,不同岩体之间的稀土元素配分模式大致相似[14-15],表明这些岩体具有相同的或者相近的成因和物源区。

表2　狼山西段地区中元古代花岗岩类微量稀土元素含量　%

图4　经过球粒陨石标准化的花岗岩类稀土元素分布型式图

这些岩体的轻稀土富集,经过球粒陨石标准化的稀土元素配分模式虽然大致相似,但是中粒岩体的稀土总含量高于细粒岩体稀土的总含量。稀土的这种变化趋势,可能是由于岩浆作用由早期向晚期不断的慢慢演化,导致了稀土元素的分异。同时,随着矿物结晶粒度的变小,Σω (Ce)/Σω (Y)的比值不断增大,符合同源岩浆演化的规律[16]。

在微量元素经过原始地幔标准化之后做出的蛛网图(图5)上,黑云斜长花岗岩和二长花岗岩的微量元素配分模式大致相似,大多数表现为Ba、U、Nb、Ce、P元素的亏损,而Tu、La、Zr、Hf等元素则富集。

图5　经过原始地幔标准化的花岗岩类微量元素蛛网图

研究区不同花岗岩岩体在Rb/10-Hf-3Ta三元系相图解中全部投影在同碰撞花岗岩和火山弧花岗岩范围内,如图6所示。

图6　Rb/10-Hf-3Ta判别图式(花岗岩构造环境)

5　结束语

内蒙古狼山西段大面积出露的中元古代的花岗岩类型主要有变质的黑云母二长花岗岩、变质的白云母二长花岗岩和二云二长花岗岩。这些花岗岩体主要是钙碱性系列岩石,它们的主要特征就是富含Si、K 等元素,铝元素的饱和指数A/CNK 的比值大于1.1。这些矿物成分和化学成分特征,表明内蒙古狼山地区的中元古代晚期形成的花岗岩,是由于硅铝壳发生重熔作用而形成了典型的S 型花岗岩。这些火山弧花岗岩类非常发育,表明狼山地区中元古代晚期确实存在一个非常强烈的俯冲碰撞造山过程,而俯冲碰撞的结果,就是地壳大规模的垂向生长,使得地壳加厚,地壳中的富含硅铝的沉积层发生变质作用并且重熔,导致了大规模的S 型花岗质岩浆的活动。

中元古代时期,狼山地区的中酸性侵入岩遭受过强烈的区域性变质变形作用,这些岩石的变质程度较低,一般为低角闪岩相-绿片岩相。同时,狼山地区的中元古代地层还发生了强烈的变形,形成了紧闭同斜褶皱和倒转褶皱,部分地层揉皱极为发育。

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[责任编辑]董大伟

2016-04-19

张永全(1986—),男,山东单县人,中国石油大学胜利学院油气工程学院助教,主要从事区域构造与成矿研究。

10.3969/j.issn.1673-5935.2016.02.003

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1673-5935(2016)02- 0007- 05