内蒙古阿巴嘎旗晚石炭世黑云母二长花岗岩岩石地球化学特征

2019-01-22 08:13龚全德霍润斌

现代矿业 2018年12期

龚全德刘博徐桓杨多霍润斌鲁敏

(武警黄金第四支队)

1 区域地质背景

研究区处于天山—兴蒙造山带中段、二连—贺根山蛇绿混杂岩带北侧、东乌旗—扎兰屯火山型被动陆缘，大地构造位置属于西伯利亚板块东南缘(图1)[1-3]。该区从早古生代以来经历了华北板块向西伯利亚板块俯冲以及中生代太平洋板块向欧亚板块NW向挤压的作用与改造，形成了多期次构造叠加，将研究区分割成不同结构、不同变形特征的构造块体，区内构造整体呈现为多层次、多样式、多机制的变形特点。

研究区主要出露古生代及中生代—新生代地层，出露有中下泥盆统泥鳅河组(D1-2n)、上石炭统宝力高庙组(C2bl)、古近系始新统伊尔丁曼哈组(E2y)、新近系中新统通古尔组(N1t)和上新统宝格达乌拉组(N2b)、第四系更新统阿巴嘎组(Qp3a)及全新统松散堆积。

研究区侵入岩较发育，岩浆活动及就位主要受华北板块与西伯利亚板块碰撞闭合影响，呈NEE向带状展布，与区域构造线方向基本一致，侵入岩多呈岩株状产出。研究区侵入岩的空间分布特征见图2。

2 晚石炭世花岗岩岩石学特征及侵入时代

2.1 岩石学特征

样品采自研究区白音希勒大队幅南部，(X723 758.58 m、Y4 918 470.69 m，由GPS确定)。岩性为黑云母二长花岗岩，风化面呈浅红色、灰红色，新鲜面呈灰红色(图3)，中细粒花岗结构(图4)，块状构造，主要矿物为石英、斜长石、钾长石，次要矿物为黑云母。斜长石多呈淡土褐色，半自形—他形板条状，弱绢云母化，粒度为1～3 mm，含量为30%～40%；钾长石多呈土褐色，表面肮脏，半自形板条状，格子双晶，弱泥化，粒度多小于3 mm，含量为20%～35%；石英多呈烟灰色粒状、浑圆状，表面干净，粒度多小于1 mm，含量为30%～35%；黑云母多呈黄褐色片状，多色性显著，平行消光，较强绿泥石化，粒径为0.25～1.50 mm，含量为2%～10%。副矿物主要为锆石、磷灰石、绿黝帘石、赤褐铁矿、钛铁矿及磁铁矿。

图1 研究区大地构造位置[3]

图2 研究区侵入岩空间分布特征

2.2 锆石U-Pb测年及其年龄特征

本研究锆石样品制靶及照像由北京锆年领航科技有限公司完成。锆石U-Pb年龄测试由中国科学院地质与地球物理研究所和武警黄金研究所共同完成，测试方法为LA-ICP-MS，检测仪器为Nu Attom 高分辨电感耦合等离子质谱仪(SF-ICP-MS)。测年结果见表1。

图3 中细粒黑云母二长花岗岩

图4 中细粒花岗结构(正交偏光)

晚石炭世黑云母二长花岗岩样品采自研究区白音希勒大队幅南部(取样点位置坐标X723 758.58 m、Y4 918 470.69 m，由GPS确定)，所采样品新鲜无蚀变，重约5 kg，测年采用单颗粒锆石激光剥蚀法。锆石阴极发光图像显示(图5)，锆石呈浑圆状或半自形—自形短柱状，个别晶形不完整且颗粒大小不一，可观察到清晰的韵律环带结构，具有较高的w(Th)/w(U)值(0.35～1.8)，表明其具有岩浆锆石的特征。测定结果(表1)显示，其206Pb/238U表观年龄范围为(303±6)Ma～(337±8)Ma，剔除个别继承锆石及打点偏差的数据后，加权平均年龄为(318.1±3.3)Ma(MSWD=1.8)(图6)，属于晚石炭世早期(323.2～298.9 Ma)。

表1 晚石炭世中细粒黑云母二长花岗岩锆石U-Pb LA-ICP-MS测年结果

图5 晚石炭世中细粒黑云母二长花岗岩单颗粒锆石代表性CL图像

图6 锆石U-Pb协和图(左)和加权平均年龄(右)

3 岩石地球化学特征

本研究岩石地球化学分析在中国地震局地壳动力学重点实验室完成，主量元素利用X射线荧光光谱法(XRF)进行分析，仪器型号为Panalytical Axios XRF，稀土元素和微量元素采用等离子质谱(ICP-MS)分析测定，仪器型号为Thermo，ICP-MS(SeriesⅡ)[4]。

研究区晚石炭世黑云母二长花岗岩以细粒—中细粒结构为主，采集的10件样品的岩石地球化学分析表明：样品w(SiO2)为70.15%～75.05%，平均为73.5%；全碱(Na2O+K2O)含量为7.5%～8.48%，均值为7.86%；w(K2O)/w(Na2O)为0.89～1.45，平均为1.17；w(Al2O3)为12.4%～14.28%，平均为13.32%；w(MgO)为0.05%～0.93%，平均为0.42%；w(MnO)为0.03%～0.07%，平均为0.05%；具有高硅、富碱、富钾、贫镁、铝和锰特征。在全碱～硅(TAS)分类中，样品均落于花岗岩区域(图7)。在Q-A-P分类图解中，样品投点落于二长花岗岩区域(图8)。在w(SiO2)-w(K2O)图解中，样品主要集中于高钾钙碱性系列(图9)。铝饱和指数A/CNK为0.89～1.11，平均为1.01，小于1.1，在A/CNK-A/NK图解中(图10)，样品多落于过铝质区域，表明研究区岩体具有过铝质的地球化学特征。上述分析结果暗示其源岩具有壳源成因特征。

图7 侵入岩系统全碱-硅(TAS)分类

样品微量、稀土元素分析表明：在原始地幔标准化蛛网图中(图11)，总体上晚石炭世黑云母二长花岗岩表现出显著富集大离子亲石元素(LILEs)Rb、Th、U、K，亏损Ba、Sr以及高场强元素(HFSEs)Nb、P、Ti的特征，10件样品的微量元素富集亏损趋势较为接近，稀土总量(ΣREE)中等偏低，为(52.14～80.32)×10-6；在稀土元素球粒陨石标准化图解中(图12)，轻重稀土(w(LREE)/w(HREE))为4.49～11.29，(La/Yb)N、(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分别为2.78～11.48，2.38～7.01和0.74～1.57，表明轻重稀土分馏程度较强，但轻稀土分馏相对重稀土分馏强烈，δEu为0.5～0.99，具有较弱程度的负Eu异常，表明源区经历了斜长石一定程度的分离结晶或源区残留少量的斜长石。

图8 侵入岩Q—A-P分类图解

图9 岩石系列w(SiO2)-w(K2O)图解

图10 侵入岩A/CNK-A/NK判别图解

图11 微量元素原始地幔标准化蛛网图

图12 稀土元素球粒陨石标准化分布型式图

4 讨论

阿巴嘎旗地区晚石炭世侵入岩表现为高钾钙碱性系列特征，铝饱和指数A/CNK均小于1.1，属于碱性过铝质岩石。矿物组成主要为钾长石、石英、斜长石及少量黑云母，具有高硅(w(SiO2)均值为73.5%)、富碱(w(Na2O+K2O)均值为7.86%)，低Mn(w(Mn)均值为0.05%)和Mg(w(MgO)平均为0.42%)，富集(LILEs)Rb、Th、U、K，亏损Ba、Sr以及高场强元素(HFSEs)Nb、P、Ti和中等偏弱负Eu异常的特征，该类特征区别于A型花岗岩的特征。另外，在Whalen等[5]投图(图13(a)、图13(b)、图13(c))中，样品除少数点外，其余均投影落入I & S型花岗岩区域。

相关研究表明[6-8]，随着分异程度的增加，S型花岗岩中P2O5含量会出现升高趋势，本研究黑云母二长花岗岩的P2O5含量随着分异程度的增加呈负消长趋势(图13(d))，不同于S型花岗岩。此外，黑云母二长花岗岩P2O5含量低，均值为0.06%，低于Whalen等[5]统计的S型花岗岩的含量值0.15%。因此，综合分析认为晚石炭世黑云母二长花岗岩为I型花岗岩。在岩浆源区δEu-(La/Yb)N判别图(图14)中，样品投影点除3个点落于壳幔源区外，其余均落于壳源区域内，表明岩石具有壳幔混源的特点，表明岩石来源于下地壳或壳幔过渡部分，与下地壳的部分熔融或壳幔过渡区部分熔融作用有关。

图13 黑云母二长花岗岩系列图解

图14 黑云母二长花岗岩侵入岩岩浆源区判别图解[9]

本研究黑云母二长花岗岩样品总体富集大离子亲石元素K、Rb和高场强元素Th、U，亏损Ba、Ta、Sr、P、Ti[9]，指示其形成于陆缘弧构造环境。在侵入岩非活性元素构造环境判别图解(图15、图16)中，黑云母二长花岗岩样品均落入VAG区域，为火山弧花岗岩。在w(Rb)-w(Hf)-w(Ta)构造判别图解中均落于碰撞背景区域(图17、图18)，同时具有向板内花岗岩过渡的趋势。在w(TFeO)-w(MgO)图解(图19)和R1-R2构造判别图解(图20)中，样品投点主要落入同碰撞花岗岩区。综合分析，认为该期岩体形成的构造环境为火山弧碰撞环境。结合其大地构造环境，认为在晚石炭世时期，华北板块向西伯利亚板块俯冲碰撞，随着挤压作用持续增强，形成NEE向构造，为晚石炭世岩体的形成提供了通道和空间。黑云母二长花岗岩具有高硅、富碱、低镁、低钙特征，为高分异I型花岗岩，恰为该碰撞地质构造环境下的产物[10-14]。