内蒙古阿巴嘎旗二长花岗岩锆石UPb年龄确定及其构造意义

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(河南省地质矿产勘察开发局第一地质矿产调查院，河南 洛阳 471000)

内蒙古阿巴嘎旗西北部地区广泛出露花岗岩体，岩性分为2大类，即哈日化岩体文象二长花岗岩和白音宝力格岩体正长花岗岩。笔者着重对哈日化地区的文象二长花岗岩进行学术性研究及探讨。前人在本区所做的1∶20万和1∶25万区域地质调查工作中，工作程度较低，区内侵入岩普遍缺少年龄依据，最早侵入岩时代为石炭世；在1∶25万区域地质调查报告(内蒙古自治区地质调查院，2007)中显示，由于当时样品测试时采用了混合锆石U-Pb法，测试方法及精度上存在较大差异，所获年龄值与地质事件不符，故采用西邻福同一序列红格尔岩体中的同位素年龄样品TW8003，年龄值为282.6～353.4Ma，最终采用353.4Ma这一年龄值(李玉玺等，2007)。

由于之前对区内岩浆岩锆石测年及岩石化学方面的研究相对薄弱，进而影响了对该区花岗岩成因、形成构造环境的认识。近年来，笔者在参加内蒙古苏尼特左旗、阿巴嘎旗地区开展的1∶5万浩滨塔拉等六幅区域地质矿产调查项目的基础上，收集了本区1∶20万、1∶25万专题调查研究和科研等方面的岩石学、岩石化学、地球化学及同位素年龄等数据及资料。以哈日化地区作为研究区，在详细野外观察的基础上，选取部分侵入岩开展地球化学及锆石微结构、U-Pb年代学研究，并结合现有地质资料(包括年代学)探讨其地质意义。

1 地质背景

研究区位于内蒙古中北部中蒙边境阿巴嘎旗西北角，大地构造位于二连-贺根山蛇绿岩带北侧(图1)，处于锡林浩特微板块与中蒙边境一带南戈壁微板块之间的晚古生代弧-弧碰撞造山带，总体上属于西伯利亚板块东南缘古生代陆壳增生区。自20世纪70年代以来，许多学者对本区进行了研究。 目前多数学者认为内蒙古北部二连—贺根山一带为西伯利亚板块南缘与华北板块北缘的最终缝合带。 但最终碰撞缝合的时间却一直存在争议。 主要有2种认识：一种认为缝合时间可能在晚泥盆世(绍济安等，1991)，主要证据是区域地质对比、古生物地层学以及少量同位素年龄；另一种认为缝合时间为晚二叠世(徐备等，1997)，主要证据为地层、古生物群及古地磁等方面都存在明显的差异。

1.全新统洪冲积物；2. 更新统残坡积物；3. 更新统阿巴嘎组玄武岩泥鳅河组期次火山岩；4.早白垩统大磨拐河组；5.上石炭统宝力高庙组三段；6. 上石炭统宝力高庙组二段；7. 中—下泥盆统泥鳅河组；8.晚泥盆世中细粒二长花岗岩；9.石英脉；10. 逆断层；11. 正断层；12. 地层及岩体侵入界线；13. 角度不整合界线；14.产状；15. 采样位置及编号；16. 断层编号17. 剖面位置及编号图1 阿巴嘎旗西北部哈日化一带地质简图Fig.1 A simplified geological map of Harihua in north-west of Abagaqi

前已述及，在笔者参加的内蒙古苏尼特左旗开展的部分区域性(1∶5万区调)的研究工作，发现区内分布大量近东西向的晚古生代花岗岩，其中时代较早的为一套泥盆纪花岗岩，侵入到中下泥盆统泥鳅河组中，后被上石炭统宝力高庙组火山岩不整合覆盖。 笔者以该套文象二长花岗岩为研究对象，通过对其岩石学、岩石地球化学和同位素定年研究，分析其形成的大地构造环境及时代。研究区晚泥盆世侵入岩主要出露于阿巴嘎旗哈日化—查干敖包一带，其南部浩雅日敖包图一带也有零星出露，面积约11km2，总体呈北东向带状分布，北部与宝力高庙组火山岩呈断层接触，东西两端均侵入于泥鳅河组，南部与上覆宝力高庙组火山岩及更新统阿巴嘎组玄武岩呈喷发不整合接触，局部被第四系更新统洪坡积物覆盖。在哈日化岩体内发育大量北东向石英脉，断裂构造不发育，仅在西部发育一条北东向左行张扭性断层；岩体相带不发育，岩性主要为中细粒二长文象花岗岩、中细粒文象花岗岩。

2 岩石学特征

中细粒文象花岗岩：灰红色，文象结构，块状构造。岩石主要成分为钾长石、石英、斜长石，次要成分为黑云母；副矿物为磁铁矿。钾长石呈他形粒状，主要为条纹长石，粒径为1～3mm，与石英呈文象结构，含量约40%～45%。斜长石为半自形柱状，聚片双晶，粒径为1～2mm,含量约15%～20%。石英呈他形粒状，粒径为1～2mm，常与钾长石呈文象结构，含量约30%～35%。黑云母为自形片状，轻微绿泥石化，析出铁质，粒径为1～2mm，含量约4%～5%；副矿物磁铁矿少量(图2)。

图2 中细粒文象花岗岩野外露头照片及镜下矿物特征图Fig. 2 The fine grain image in the field of granite and the mineral characteristics of the mirror

中细粒文象二长花岗岩：文象结构，块状构造。岩石主要成分为钾长石、石英、斜长石，次要成分为黑云母；副矿物为磁铁矿。钾长石为他形粒状，主要为条纹长石，粒径为1～3mm,与石英呈文象结构，含量约30%～35%。斜长石呈半自形柱状，聚片双晶，An25,粒径为1～2mm,含量约25%～30%。石英呈他形粒状，粒径为1～2mm,常与钾长石呈文象结构，含量约30%～35%。黑云母呈自形、片状，轻微绿泥石化，析出铁质，粒径为1～2mm,含量约4%～5%。副矿物磁铁矿少量(图3)。

3 岩石地球化学特征

3.1 主量元素特征

本次在哈日化花岗岩体采集了4件文象二长花岗岩主量、微量和稀土元素样品，分析结果见表1。

图3 中细粒文象二长花岗岩野外露头照片及镜下矿物特征图Fig.3 The fine grain images of the two long granite outcrop images and the mineral characteristics of the mirror

表1 哈日化岩体文象二长花岗岩地球化学分析结果表Tab.1 the results of the geochemical analysis of the two long granite samples of the hajinized rock body

注：主量元素含量为%，稀土和微量元素含量为×10-6。

从表1可知，晚泥盆世侵入岩体的SiO2含量较高，为76.84%～77.75%，K2O为4.21%～4.62%，Na2O含量为3.58%～3.79%，TFeO含量在1.42%～2.05%，ALK为7.8%～8.24%。岩石铝饱和指数A/CNK为0.97～1.03，在A/CNK-A/NK图解上位于过铝质-准铝质-过碱质三者过渡区域(图4)。对岩石主量元素分析结果进行CIPW标准矿物计算，石英含量约为38.28%～39.92%，计算结果中几乎不含刚玉标准分子，而且钙长石含量小于1.3%。在AFM三角图解中(图5)，落入钙碱性系列，σ值为1.80～1.95，总体属钙碱性系列。在SiO2-(K2O+ Na2O)TAS图解中(图6)，4个样品全部投影到亚碱性花岗岩区域内。而在亚碱性系列岩石进一步分类的SiO2-K2O图解中，则属于高钾钙碱性系列(图7)。

图4 A/CNK-A/NK图解(据M.+P.，1984)Fig.4 ACNK-ANK diagram

图5 AFM三角图解(据M.+P.，1984)Fig.5 AFM triangle diagram

图6 TAS图解(据LES BAS，1984)Fig.6 TAS diagram

图7 SiO2-K2O图解(据GILL，1981)Fig.7 SiO2-K2O diagram

3.2微量元素特征

在微量元素蛛网图上(图8)，晚泥盆世侵入岩富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，但高场强元素Nb、P、Ti则表现为强烈亏损。Sr和Eu的负异常可能与岩浆过程中斜长石的分离结晶有关。不相容元素显著富集，相容元素含量相对较低，Ba、Th 略有富集，Nb、Ce、Sm、Zr、Y、Yb 等含量低，其性质表现出一致的蛛网模式，反映上述花岗岩可能具有类似的源区，并经历过相似的构造演化过程，同时结晶分异也较明显；高的Sr(28.2～44.8)及低Rb/Sr(4.57～5.67)值表明岩浆来自强烈富集地幔源区，岩石以高度分馏的稀土模式和亏损HREE为特征，显示TTG岩类特征(冯艳芳等，2013)。

图8 晚泥盆世侵入岩微量元素蛛网图及稀土配分曲线图Fig.8 Traces element spider web and rare earth distribution curve of the devonian invasion

由化学分析结果(表1)和标准化之后的配分曲线图(图8)上可以看出，晚泥盆世侵入岩稀土总量含量偏低，∑REE=65.88×10-6～101.15×10-6。岩体相对富集轻稀土，亏损重稀土元素，具中等负Eu异常，(La/Yb)N=5.56～10.49，δEu=0.21～0.45，稀土配分曲线具右斜“V”型特征。

4 LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析及研究

4.1 分析方法

锆石分选工作由河北省廊坊市宇能岩石矿物分选公司完成，样品按照常规粉碎淘洗后，经磁选和重液分离，然后在双目镜下人工挑选纯度在99%以上的锆石。锆石的制靶和阴极发光照相在北京锆石年龄航科技有限公司完成。测年工作在天津地质矿产研究所完成，采用LA-ICP-MS进行锆石U-Pb同位素定年测试，ICP-MS为Agilent 7 500 a，分析中采用的激光束斑直径为35 um，以氦气作为剥蚀物质的载气，测试数据的计算处理采用ISOPLOT3.0程序(LUDWIG，2003)。

4.2 分析结果

本次文象二长花岗岩样品采自研究区地表露头，所选岩石样品新鲜无蚀变。对编号D3001-0-5样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年分析，对该样品的28个锆石的28个分析点进行了分析，结果见表2。所有分析点的Th/U值均大于0.1(0.36～2.31)，Th、U含量之间具有良好的正相关关系；锆石CL图像上锆石具岩浆锆石震荡环带，且环带较窄，表明花岗岩可能为低温条件下成岩，使其微量元素扩散速度缓慢所致(图9)，以上特征均显示岩浆型锆石特征。

从图10可以看出，206Pb/238U-207Pb/235U投点均落在谐和线上或其附近，除位于锆石的4个分析点(5、10、21、25)给出的表面年龄(355 Ma、350 Ma、349 Ma、355 Ma)相对较新，而绝大部分位于清晰震荡环带上的分析点给出的206Pb/238U年龄较集中，其中23个分析点均在U-Pb谐和图上绘出(367.5±1.4)Ma的年龄，其应该代表花岗岩的结晶年龄。分析结果表明，哈日化地区花岗岩侵位时代在367.5 Ma左右。

图9 晚泥盆世侵入岩样品D3001-0-5锆石阴极发光图像Fig.9 The cathode luminescence image of the zircon of d3001-0-5

表2 阿巴嘎旗西北部哈日化花岗岩体D3001-0-5样品LA-ICP-MS锆石U-P分析结果表Tab.2 Analysis results of the zircon u-p of the d3001-0-5 samples of the hazhanhua granite in the northwest of ababa flag

图10 晚泥盆世侵入岩样品D3001-0-5锆石U-Pb年龄谐和图及直方分布图Fig.10 D3001-0-5 zircon u-pb age harmonic map and histogram distribution map of late devonian intrusion rock samples

5 构造意义

从晚泥盆世侵入岩非活性元素构造环境判别图解来看，该类样品点主要落于火山弧花岗岩(VAG)与同碰撞花岗岩(Syn-COLG)2个区域(图11)，即陆缘弧环境(图11)，代表了测区晚泥盆世贺根山洋开始向北俯冲造山过程中形成的汇聚带陆缘弧花岗岩带。

从另一角度来看，该套侵入岩岩石组合类型为文象花岗岩-文象二长花岗岩，综上岩石化学及微量元素特征亦显示为火山弧花岗岩特征，可能反映在岩浆形成之前，地幔源区发生了俯冲交代富集用；稀土元素以高度分馏的稀土模式和亏损HREE为特征，显示TTG岩类特征(冯艳芳等，2013)，综合证明该套花岗岩为洋壳向陆壳俯冲形成的产物，与晚泥盆世侵入岩非活性元素构造环境判别图显示结果相吻合，同位素测年结果为(367.5±1.4) Ma。该套花岗岩侵入于中下泥盆统泥鳅河组，被上石炭统宝力高庙组火山岩喷发不整合覆盖，证明该类岩石形成于泥盆纪晚期。

VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩；WPG.板内花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩图11 (a)晚泥盆世侵入岩LogNb-LogY图解和(b)LogY+Nb-LogRb图解(据PEARCE，1984)Fig.11. (a)Lognb-logy diagram and (b)logyy + nb-logrb diagram of the devonian intrusion rock

从以上研究中可以看出，前人所报道的大量的岩浆事件的记录主要是在石炭纪之前和二叠纪以后，而晚泥盆世的花岗岩则鲜见报到。关于367.5 Ma左右的陆缘弧花岗岩的存在一直未引起多数学者的重视。笔者认为这套晚泥盆世陆缘弧花岗岩的存在，其地质意义是重大的，它表明在加里东期贺根山洋壳向西伯利亚板块俯冲，说明此时西伯利亚板块与华北板块仍没有对接碰撞。因此，西伯利亚板块与华北板块的缝合时间至少应在晚泥盆世之后。

6 结论

(1)内蒙古苏尼特左旗北部哈日化文象二长花岗岩U-Pb锆石年龄测定结果为(367.5±1.4)Ma，代表了哈日化花岗岩体的结晶年龄，时代为晚泥盆世。

(2)苏尼特左旗哈日化一带文象二长花岗岩岩石以高度分馏的稀土模式和亏损HREE为特征，显示为TTG岩类特征；加之所采集的4件样品点主要落于火山弧花岗岩(VAG)与同碰撞花岗岩(S-COLG)2个区域，综合证明其为洋壳向陆壳俯冲形成的产物。

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