内蒙古阿拉善地块北缘查干敖包一带二长花岗岩锆石定年、地球化学特征及其构造意义

李 杰，丛殿阁，古艳春，田 颖

(1.河北省区域地质调查院，河北 廊坊 065000；2.青海大学 地质工程系，青海 西宁 810016；3.青海省地质调查院 青藏高原北部地质过程与矿产资源重点实验室，青海 西宁 810012；4.内蒙古自治区岩浆活动与找矿重点实验室，内蒙古自治区地质调查院，内蒙古 呼和浩特 010020)

0 引 言

本文研究的查干敖包二长花岗岩岩体出露在阿拉善地块北缘，在构造位置上属于古生代华北板块西北陆缘区诺尔公—狼山构造带。阿拉善北缘以巴丹吉林断裂为界之北侧为沙扎拉山构造带，南侧为诺尔公—狼山构造带，前者具有成熟岛弧和弧后盆地的建造组合性质[1]；沙扎拉山构造带北侧则是具洋壳性质的恩格尔乌苏断裂带，被认为是华北板块与塔里木板块的缝合线[2-4]。然而诺尔公—狼山构造带因其自身多期次的岩浆活动和缺少系统精细的年代学研究，导致了其岩浆演化特征和大地构造意义并不是非常明确。有观点认为诺尔公—狼山构造带属元古宇造山带，在晚元古代至早古生代发生了强烈的拉张作用[1]；也有观点认为雅不赖山—诺尔公为大陆弧褶皱带，主体为华力西中、晚期花岗岩类，其形成主要与俯冲作用有关，属壳幔混源，在华力西末期环境转变为碰撞造山带[5-6]，阿拉善北部后造山的A型岩浆作用发生在晚三叠世早期[7]。本文针对诺尔公—狼山构造带分布范围最广的晚古生代岩浆侵位活动，以查干敖包二长花岗岩岩体为主要研究对象，通过岩石地球化学和年代学研究，探讨其岩浆成因和构造环境，在丰富区内研究资料的同时，提出了关于晚古生代诺尔公—狼山构造带所处的华北板块西北缘构造环境的新认识。

1 区域地质概况及岩石学特征

诺尔公大型复式岩基出露于阿拉善盟左旗诺尔公苏木一带，沿诺尔公—狼山构造带近东西向展布(图1)。该岩基向北侵入古元古代阿拉善群哈乌拉岩组((1 872±49)Ma)和新元古代变质深成岩(904～926 Ma[8])，向南被古近系清水营组、新近系苦泉组不整合覆盖，向西接雅不赖复式岩基，其东延部分在狼山一带被狼山断裂截断，出露面积达3 000 km2，巴音诺尔公以东一带形成一系列北西向平行断裂，并伴古元古代阿拉善群祖宗毛道组地层(207Pb/206Pb表面年龄为1 826～2 381 Ma①)出露。据1∶25万区调资料(1)张维杰，周洪瑞，程捷.内蒙古1∶25万哈日敖包布格(K48C003002)、乌力吉(K48C004002)、达里克庙(J48C001002)幅区域地质调查报告.2016.诺尔公复式岩基主要为二叠纪二长花岗岩、花岗闪长岩，其次为中生代三叠纪花岗岩；另外岩基内出露十余处基性岩体，多呈长条状和透镜状小岩枝产出，时代为早二叠世(图2)。查干敖包二长花岗岩体面积占据了诺尔公复式岩基的80%，主要包括黑云母二长花岗岩、斑状黑云母二长花岗岩；岩体内多发育大量NW向闪长玢岩脉，岩脉平直，延伸可达数十公里。岩体普遍发育闪长质包体，包体呈定向(图3(a))或无定向(图3(b))排列，部分地区呈集群密集发育，局部甚至占据了岩体的主体(图3(b))；包体大小5厘米到数十米不等，空间形态差异大，呈椭圆状、浑圆状、透镜状及不规则状等形态。

图1 阿拉善地区构造单元划分及侵入岩分布图[1]

图2 查干敖包一带地质简图(据张维杰等①)

查干敖包二长花岗岩风化面呈灰白色、浅灰红色，新鲜面呈灰红色，中细粒结构，主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成。钾长石为微斜条纹长石，半自形板状-它形粒状，粒径0.2～2.5 mm，含量35%；斜长石，半自形板状，粒径0.1～3.8 mm，含量35%～40%，局部见环带构造；石英，它形粒状，粒径0.1～1.4 mm，含量20%～25%；黑云母，鳞片状、叶片状，粒径0.1～0.7 mm，含量5%左右(图3(c)和(d))。副矿物主要为锆石和磷灰石。岩体内闪长质包体均具有典型的岩浆结构(如斑状结构)，还常含有快速淬火形成的长针状副矿物(如磷灰石、电气石)，可以区别于变质岩或沉积岩的捕虏体。

图3 查干敖包二长花岗岩野外特征及显微照片

2 样品分析方法

本次工作对查干敖包二长花岗岩体9个岩石样品进行了锆石U-Pb年代学定年和主量、稀土、微量元素测试，样品选自地表新鲜岩体，测试的所有样品烧失量小于1%，表明样品没有经过强烈的蚀变。锆石U-Pb同位素定年测定工作在中国地质调查局天津地质调查中心实验室利用LA-ICP-MS完成，仪器为美国EDI公司的NEW WAVE 193 nm FX激光器和美国赛默飞世尔公司NEPUNE多接受等离子质谱仪。激光剥蚀以氦气为载气，束斑直径32 μm，剥蚀深度20～400 μm，激光脉冲8 Hz。主量、稀土和微量元素测试分析由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。主量元素用Axiosmax X射线荧光光谱仪测定，FeO 应用氢氟酸-硫酸溶样、重铬酸钾滴定的容量法，微量、稀土元素使用X-series2等离子质谱仪测定。具体分析条件及流程详见参考文献[9]。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均值计算均采用Isoplot/Exver3完成。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年龄

测试过程中，选取样品WD9016(二长花岗岩)作为锆石激光探针年龄分析对象，通过CL图像分析，选择测点位置，然后采用激光剥蚀等离子体分析技术(LA-ICP-MS)对锆石进行微区原位单点U-Pb同位素定年，测试结果如表1所示。从大量的锆石中选择25个测点，所测锆石为透明柱状，晶形完好，具有良好的韵律环带结构，为典型的岩浆成因锆石(图4(a))。打点位置多在边部，测试过程中未发现较老的锆石颗粒或核部，获得的测年结果(表1)显示，锆石的表面年龄比较集中：二长花岗岩锆石(WD9016)207Pb/235U表面年龄分布范围279～418 Ma；206Pb/238U表面年龄分布范围240～283 Ma；207Pb/206Pb表面年龄分布范围300～400 Ma，在一致曲线图中成群分布(图4(b))，加权平均年龄为(278±1)Ma(n=22), MSWD = 1.3，属于早二叠世。

图4 查干敖包二长花岗岩(样品WD9016)锆石阴极发光(CL)图像和锆石U-Pb年龄

表1 二长花岗岩样品(WD9016)的LA-ICP-MS锆石 U-Pb分析结果

3.2 地球化学特征

3.2.1 主量元素

从二长花岗岩地球化学分析结果(表2)可以看出，二长花岗岩具有较高的SiO2含量(72.88%～75.44%)；(K2O+Na2O)含量为7.68%～8.66%，平均为8.16%；碱含量较高，除一个样品为0.87外，余者K2O/Na2O比值介于1.08～1.41之间，K2O>Na2O表明该岩石相对富钾[10]。Al2O3含量为12.38%～13.98%，铝饱和指数(A/CNK)介于0.88～1.02之间，显示为准铝-弱过铝质(图5(a))。二长花岗岩SiO2含量(72.88%～75.44%)高，里特曼组合指数精度较差[11]，因此利用碱度率(AR)可判断其岩石系列；AR=2.87～4.06，在AR-SiO2图(图5(b))中，花岗岩样品落入碱性区域。上述特征显示，查干敖包二长花岗岩表现出富硅、富钾和准铝-弱过铝碱性岩石系列的特点。

图5 查干敖包二长花岗岩样品A/CNK-A/NK(a)及AR-SiO2(b)图解

3.2.2 稀土、微量元素

二长花岗岩稀土元素总量平均为126.74×10-6，其中轻稀土平均含量110.53×10-6，重稀土平均含量16.21×10-6，轻重稀土比值LREE/HREE为4.70～14.66；(La/Yb)N=4.97～18.05，平均为7.32，轻重稀土分馏明显。δEu=0.18～0.87，平均为0.37，呈中等至较强的负铕异常。在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(图6(a))上为右倾斜模式，重稀土呈平坦型分布。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图6(b))上，岩体富集Rb、Ba、Th、U、K，相对亏损Nb、Ta、Ti、P、Sr。岩石强烈的Sr、Eu负异常，说明岩浆源区有斜长石的残留，或在分离结晶作用过程中存在斜长石的分离。

图6 查干敖包二长花岗岩样品稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

4 讨 论

4.1 岩体形成时代

耿元生等对区内阿拉善群前寒武纪地层研究表明，前寒武纪变质基底受到了古生代构造热事件的明显改造[12]。这在变质地层中新生锆石和角闪石39Ar-40Ar的测年结果中获得证实，年龄数据见表3。这些数据表明，阿拉善地区的变质基底至少受到早古生代和晚古生代两期构造热事件的改造。本次二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果为(278±1)Ma，属早二叠世晚期，代表了阿拉善地区晚古生代最大规模的构造-岩浆热事件。从目前诺尔公—狼山岩浆岩锆石年龄的报道来看，花岗岩类形成时代主要集中在早二叠世(272～286 Ma)[13-14]，三叠系花岗岩规模小且分布相对零散，形成时代大致为234 Ma[15]。

表3 前寒武纪变质基底古生代构造热事件

表 2 二长花岗岩样品主量、微量及稀土元素分析结果

4.2 岩石成因及源区特征

岩石地球化学分析结果表明查干敖包二长花岗岩大离子亲石元素Sr表现为强烈的亏损，显示岩浆可能形成于浅部低压区，非常低的Sr异常可能是地壳拉张减薄的产物[16]，具有过渡型花岗岩的特征。该类型花岗岩被认为是由于地幔中来的岩浆侵入到深大断裂带、活动大陆边缘和岛弧区，导致热流增大，地热梯度急剧升高，引起同熔作用、混染作用和同化作用所形成的花岗岩类；该岩类往往是从中性到酸性的花岗岩，如从闪长岩→石英闪长岩→花岗闪长岩→正长花岗岩，伴生有少量的基性岩石[17]。对比过渡型花岗岩特点看，研究区查干敖包二长花岗岩具有非常相近的地质构造背景。另外，实验室岩石学分析表明在浅部低压条件下，Sr在斜长石中容易类质同象替换Ca，但在辉石中不能取代Ca。在浅部低压条件下，斜长石作为早期结晶相，显示相容元素特征，作为残留相或从岩浆中析出[18]，这与二长花岗岩中等至较强的负铕异常(δEu平均为0.37)所指示的岩浆演化过程相吻合，表明源区存在斜长石残留或者曾发生明显的斜长石分离结晶作用。从Sr、Yb元素含量来看，二长花岗岩Sr平均值为94.44×10-6，Yb为3.10×10-6，具有非常低Sr、高Yb(Sr<94.44×10-6，Yb>2×10-6)的特征，指示其形成的压力极低，在相图上大多位于低压区(④区)[16,19-20](图7)。

图7 玄武岩部分熔融实验[16,19-20]

1:25万区调资料①显示，诺尔公—狼山岩浆岩带之前被认为形成于早古生代的基性侵入岩，其准确形成时代应为早二叠世(275～ 278 Ma)，近年来岩浆带内基性岩锆石测年报道也均显示基性岩体形成时代约为275 Ma[21-22]。上述测年结果表明，诺尔公—狼山岩浆岩带侵入体在早二叠世表现为酸性岩和基性岩两个极性的演化特点。

结合上述年代学、岩石组合、地球化学和物质组成来看，诺尔公—狼山岩浆岩带在晚古生代可能与后碰撞期拆离而引起的地壳伸展有关。一方面由于地幔物质底侵导致地壳的拉伸减薄，地壳发生了拆离断层作用，幔源热物质上涌，导致基性岩浆的侵入；另一方面在这种极高的温度梯度、减压熔融条件下，地壳中形成了大规模花岗岩岩浆活动。由于拆离断层作用，巴音诺尔公以东一带形成一系列的平行断裂，并有元古宇阿拉善岩群代表的变质核心杂岩(1 363～1 872 Ma①)相伴生。位于岩浆带北侧西起雅布赖山，东至狼山断裂，延绵数百公里的基性岩墙群是拉张作用的产物，雅布赖山出露的雁行排列的基性岩墙群是这种作用的典型产物[1]。基于上述认识，可以推断区内酸性侵入体内广泛分布的镁铁质包体是幔源基性岩浆和壳源酸性岩浆混合作用的结果，是基性岩浆与酸性岩浆混合不完全而残存的基性岩浆团块。张建军等对包体LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年，获得年龄为(270±10)Ma[23]；该年龄与区内花岗岩、基性岩形成时代极为相近，为包体的混合成因及本文提出的上述岩浆演化特点提供了年代学支撑。

4.3 构造环境及地质意义

查干敖包二长花岗岩体和伴生的花岗闪长岩共同构成了诺尔公大型复式岩基的主体，同时也代表了诺尔公—狼山岩浆带二叠纪主要岩石组合类型，前者为富硅、富钾准铝质碱性花岗岩系列，后者表现为高钾钙碱性花岗岩系列[24]，表现出后碰撞花岗岩岩石地球化学特点。从构造环境判别图(图8)可以看出，二长花岗岩处于后碰撞(post-COLG)区。造山作用晚期造山带的垮塌或拆沉作用是目前认为地壳发生成分变化的最重要时期，也是花岗岩形成的最重要的构造背景[25-26]。该时期构造活动复杂，包括诸如板块间沿剪切带的大规模运动、合拢、岩石圈的拆沉、小型海洋板块的俯冲以及裂谷的生成等，这些事件中包括持续的或间歇的伸展体制[10]。近年来对中亚造山带后碰撞环境的时代特征(比主碰撞期晚的多)、岩石地球化学特点(高钾钙碱性-碱性系列花岗岩类)、岩体产状及分布状态、源岩特点有了较多的认识[27-30]，这说明地质研究人员对早二叠世中亚造山带地区大规模高钾钙碱-碱性系列岩浆侵入活动发生在后碰撞环境下的界定有了更多的共识。

图8 二长花岗岩(Y+Nb)-Rb构造环境判别图解(底图据Pearce 等[25])

综上所述，阿拉善地块所代表的华北板块西北缘，同塔里木板块南缘在早二叠世以前已经碰撞完毕，查干敖包二长花岗岩是在后碰撞期地幔物质底侵导致地壳的拉伸减薄过程中，在较高的温度梯度、减压熔融条件下形成的。

5 结 论

(1)查干敖包二长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示，其形成时代为(278±1)Ma，属早二叠世晚期，与诺尔公—狼山岩浆岩带基性岩体成岩时间一致；结合区域资料推断诺尔公—狼山构造带具有双峰式岩浆演化特点。

(1)地球化学特征显示，二长花岗岩为富硅、富钾、准铝质-弱过铝质花岗岩。轻、重稀土分馏明显；δEu=0.18～0.87，平均为0.37，具有较强的负铕异常。Sr平均值为94.44×10-6，Yb为3.10×10-6，呈现非常低Sr、高Yb的特征。

(2)查干敖包二长花岗岩形成于较高的温度梯度、减压熔融条件下的后碰撞环境，其特征反映华北板块西北缘阿拉善一带与塔里木板块碰撞已经结束，进入后碰撞演化阶段。