內(nèi)蒙古大興安嶺北部新元古代花崗巖巖石地球化學(xué)特征及其構(gòu)造意義

李鵬 許永旺 張子珍 趙莎 郝東升

摘要：大興安嶺北部發(fā)育有大量的新元古代花崗巖，通過(guò)開(kāi)展1/25萬(wàn)莫爾道嘎——奇乾幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，將其劃分為三個(gè)構(gòu)造巖漿階段，共7個(gè)填圖單元。巖石組合及巖石地球化學(xué)特征的研究表明，早期的中基性雜巖—花崗閃長(zhǎng)巖系列巖漿主要來(lái)源于上地幔或下地殼，是俯沖作用和殼幔相互作用的產(chǎn)物；中期似斑狀鉀長(zhǎng)花崗巖—二長(zhǎng)花崗巖系列巖漿來(lái)源于下地殼，是碰撞造山作用的產(chǎn)物；晚期正長(zhǎng)巖主要來(lái)自于下地殼，形成于造山晚期的伸展體制。整個(gè)新元古代巖漿巖的發(fā)展演化過(guò)程客觀地反映了大興安嶺北部西伯利亞板塊南緣的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征。

關(guān)鍵詞:花崗巖 新元古代 巖石地球化學(xué) 構(gòu)造環(huán)境 大興安嶺北部

序言

大興安嶺北部莫爾道嘎—奇乾地區(qū)，出露有大量的北東向展布的花崗巖，由于自然條件極其惡劣，前人工作程度很低。我們?cè)陂_(kāi)展1/25萬(wàn)莫爾道嘎—奇乾幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中，發(fā)現(xiàn)了大量的新元古代花崗巖，它們規(guī)模大、發(fā)育完整。通過(guò)細(xì)致的野外觀測(cè)和系統(tǒng)的樣品分析，通過(guò)對(duì)巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)特征的研究探討了新元古代花崗巖的演化特征、成因機(jī)制和構(gòu)造意義。

一、區(qū)域地質(zhì)概況

工作區(qū)內(nèi)以德?tīng)柌几缮顢嗔褳榻纾辈繉傥鞑麃啺鍓K南緣新元古代陸緣增生帶，南部屬晚古生代陸緣增生帶；新元古代花崗巖出露于深斷裂以北，構(gòu)成北東向展布的新元古代構(gòu)造巖漿巖帶，其上疊加有大量華力西期—印支期中酸性侵入巖，與其伴生的變質(zhì)地體有古元古代興華渡口巖群、鳳水山片麻雜巖和新元古代南華系佳疙瘩組；其中佳疙瘩組形成于活動(dòng)陸緣構(gòu)造環(huán)境，其上部有大量的變安山巖（鋯石U—Pb同位素年齡為723Ma—莫爾道嘎幅1/25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告）。

二、花崗巖宏觀地質(zhì)特征

新元古代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，廣泛分布于前寒武紀(jì)基底隆起區(qū)的大新屯、望火樓、亂石山等地，呈北東向帶狀展布。劃分出7個(gè)填圖單元，分屬三個(gè)構(gòu)造巖漿活動(dòng)階段，早階段中基性侵入巖，多呈巖株?duì)町a(chǎn)出，具片麻狀構(gòu)造，由中—基性雜巖（Pt3ν-δ）、片麻狀黑云母石英閃長(zhǎng)巖（Pt3δο）、黑云石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖（Pt3ηδο）、片麻狀花崗閃長(zhǎng)巖（Pt3γδ）組成；中階段酸性侵入巖，規(guī)模較大，呈巖基產(chǎn)出，由巨斑狀中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖（Pt3ξγ）、含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖（Pt3ηγ）組成；晚階段為粗粒黑云母正長(zhǎng)巖（Pt3ξ）。由于后期構(gòu)造的改造，各階段的地質(zhì)體均遭受了不同程度的變質(zhì)變形。

（一） 新元古代早階段侵入巖

該階段巖體主要分布于圖幅大興屯、八間房、亂石山、奇乾及伊木河一帶，出露面積約600Km2，單個(gè)侵入體規(guī)模小，呈巖株?duì)町a(chǎn)出或呈規(guī)模不等的捕虜體，總體呈北東向展布。侵入古元古界興華渡口巖群和新元古代南華系疙瘩組；被新元古代中晚期花崗巖侵入及晚古生代巖體侵入。巖體球形風(fēng)化特征明顯，內(nèi)有不等量的圍巖捕虜體和暗色閃長(zhǎng)質(zhì)深源包體，包體形態(tài)不規(guī)則，大小幾厘米—幾十厘米，與主巖界線(xiàn)漸變過(guò)渡，分布不均勻。由于后期構(gòu)造作用巖體多數(shù)具有不均一的片麻狀構(gòu)造和邊緣片理化。中—基性雜巖不同巖石類(lèi)型之間呈過(guò)渡關(guān)系。

（二） 新元古代中階段侵入巖

主要分布于大興屯、八間房農(nóng)場(chǎng)及兩間房一帶，向西北延伸至俄羅斯境內(nèi)，出露面積約3500Km2，呈巖基或較大巖株?duì)町a(chǎn)出。侵入古元古界興華渡口巖群黑云石英片巖、新元古界南華系佳疙瘩組和新元古代早期巖體；被新元古代晚期正長(zhǎng)巖侵入。該期巖體含有特征的鉀長(zhǎng)石巨斑晶和少量富云母包體。巖體與加疙瘩組外接觸帶，熱接觸變質(zhì)現(xiàn)象發(fā)育，形成角巖類(lèi)巖石并伴有云英巖化蝕變現(xiàn)象。巖體內(nèi)部圍巖捕虜體較多且與主巖界線(xiàn)模糊，導(dǎo)致巖石局部基性成分增加；同化混染作用表現(xiàn)明顯，鉀質(zhì)交代現(xiàn)象普遍，形成大量花崗質(zhì)混染巖。深成巖體邊部巖石組構(gòu)不均一，斑雜狀構(gòu)造發(fā)育。

（三） 新元古代晚階段侵入巖

集中分布于測(cè)區(qū)西南草坡溝一帶，出露面積約40Km2，由2個(gè)侵入體組成，呈近橢圓狀巖株產(chǎn)出,侵入中—基性雜巖和巨斑狀中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖。巖石具呈球形風(fēng)化外貌，巖體內(nèi)可見(jiàn)20－300×50－1400m的灰色石英巖捕虜體和暗色閃長(zhǎng)質(zhì)包體，暗色包體呈橢圓狀或透鏡狀沿北東向展布，長(zhǎng)寬比約1：1－8：1，與主巖界線(xiàn)截然；巖體同化混染作用明顯。

三、花崗巖巖相學(xué)特征

（一） 新元古代早階段侵入巖

主要為一套中基性巖石組合，少量酸性巖，巖性有輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、片麻狀中細(xì)粒閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖。該階段巖石以暗色礦物含量高（特別是角閃石）、石英含量低、礦物粒徑較細(xì)為主要特征；巖石普遍發(fā)生綠簾石化、綠泥石化且多具片麻狀構(gòu)造。斜長(zhǎng)石多為半自形粒狀，為更長(zhǎng)石-拉長(zhǎng)石（An＝20－45），環(huán)帶構(gòu)造、 聚片雙晶發(fā)育；暗色礦物種類(lèi)有輝石、角閃石及黑云母，角閃石多色性為褐色—淺褐色，反映其物源深、形成溫度高；微斜長(zhǎng)石呈它形粒狀；石英它形粒狀、填隙狀分布；黑云母呈紅褐色。

（二） 新元古代中階段侵入巖

主要為一套酸性巖石組合，巖性為巨斑狀中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖和含斑中粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖，以具似斑狀結(jié)構(gòu)為特征。巖石基本不含角閃石、黑云母含量少、石英含量高。斑晶為微斜條紋長(zhǎng)石，少量為石英，粒徑10～40mm，呈自形板狀，部分熔蝕呈卵圓形，具有斜長(zhǎng)石、石英、黑云母等礦物細(xì)粒包裹體，晶體周邊常有斜長(zhǎng)石、石英嵌入，呈不規(guī)則狀，斑晶排列具定向性。基質(zhì)由微斜條紋長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母及少量角閃石組成。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀、粒狀，An=3－15，為鈉、更長(zhǎng)石，絹云母化；與斜長(zhǎng)石接觸處可見(jiàn)無(wú)明顯輪廊的圍巖捕虜體，其成分為微細(xì)粒的斜長(zhǎng)石、黑云母和石榴石，有高嶺土化、黝簾石化現(xiàn)象；微斜條紋長(zhǎng)石呈半自形板狀，交代早期斜長(zhǎng)石，由于交代不徹底形成交代條紋結(jié)構(gòu)、蠕蟲(chóng)結(jié)構(gòu)和交代殘留結(jié)構(gòu)；石英呈它形粒狀；黑云母呈鱗片狀，綠泥石化，退色析出鐵質(zhì)。

（三） 新元古代晚階段侵入巖

巖性為中粗粒角閃黑云正長(zhǎng)巖，灰紅、灰白色，風(fēng)化面灰黃色。主要礦物組成：鉀長(zhǎng)石為微斜長(zhǎng)石、微斜條紋長(zhǎng)石，半自形板狀，輕度泥化，交代斜長(zhǎng)石，以交代不均勻結(jié)構(gòu)為主；斜長(zhǎng)石多呈交代殘留狀，An=17－21，為更長(zhǎng)石，部分為團(tuán)塊狀集合體；石英呈它形粒狀；暗色礦物由黑云母和角閃石組成，呈不規(guī)則狀、柱狀和鱗片狀，零散分布。

四、巖石化學(xué)及地球化學(xué)特征

（一） 巖石化學(xué)特征

1．新元古代早階段侵入巖

SiO2含量較低，屬中基性巖范疇，少數(shù)為酸性巖(表1)。Fe2O3、 FeO 、TiO2、 CaO 和MgO含量較高； Na2O/K2O=0.92～2.77,富鈉貧鉀， K2O+Na2O總體低；鋁指數(shù)（A/CNK）=0.64～1.17，絕大多數(shù)小于1；里特曼指數(shù)（σ）=1.60～3.70；總體屬偏鋁質(zhì)低鉀鈣堿性巖。在AFM圖解中，除個(gè)別樣品落入拉斑玄武巖區(qū)外，多數(shù)落入鈣堿性巖區(qū)，并有向富鋁方向演化的趨勢(shì)。在Na2O-K2O圖解中，均落入I-型花崗巖區(qū)。黑云石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的巖石化學(xué)特征顯示巖漿侵位過(guò)程受地殼物質(zhì)混染強(qiáng)烈。

2．新元古代中階段侵入巖

SiO2含量67.01～73.78%，屬酸性巖范疇。Na2O/K2O=0.37～0.94,富鉀貧鈉， K2O+Na2O總量高；鋁指數(shù)（A/CNK）=1.01～1.22，里特曼指數(shù)（σ）=1.89～3.04，絕大多數(shù)屬過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖。在AFM圖解中，樣品落入鈣堿性巖區(qū)，并明顯向富鉀方向演化；巨斑狀中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖在Na2O- K2O圖解中落入S-型花崗巖區(qū)；含斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖在Na2O-K2O圖解中落入I、A、 S-型花崗巖區(qū)界線(xiàn)附近。

3．新元古代晚階段侵入巖

SiO2含量58.61～59.83%，屬中性巖范疇。Na2O/K2O=0.63～0.68,富鉀貧鈉， K2O+Na2O總量高；鋁指數(shù)（A/CNK）=0.98～1.01，里特曼指數(shù)（σ）=5.27～5.81，屬過(guò)鋁—偏鋁質(zhì)堿性巖。在AFM圖解中，樣品落入鈣堿性巖區(qū)；在Na2O-K2O圖解中，均落入A-型花崗巖區(qū)。

（二） 稀土元素地球化學(xué)特征

1．新元古代早階段侵入巖

稀土元素含量相對(duì)較低，稀土總量∑REE=132.7～258.92×１０－６，δＥｕ=０.56－1.16，正負(fù)銪異常均不明顯。（La/Yb）N=3.92～23.70，輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損；稀土配分模式曲線(xiàn)總體顯示左高右低，但相對(duì)平緩的特征，不同巖石類(lèi)型稀土配分曲線(xiàn)特征的相似性，反映雜巖具有相同或相似的巖漿來(lái)源和演化歷史。黑云石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖中暗色閃長(zhǎng)質(zhì)包體同寄主巖石相比，二者稀土配分模式曲線(xiàn)變化趨勢(shì)一致，包體重稀土元素含量高，銪異常較明顯（由于包體富含暗色礦物和斜長(zhǎng)石），而主巖輕稀土元素豐度值高，銪負(fù)異常不明顯，顯示二者具同源性和互補(bǔ)性；這種變化特點(diǎn)符合巖漿分異演化原理，說(shuō)明巖石是巖漿分異作用的產(chǎn)物。該階段侵入巖隨巖石類(lèi)型由基性到酸性曲線(xiàn)斜率增大、負(fù)銪異常增強(qiáng)，顯示同源巖漿演化特點(diǎn)。

2．新元古代中階段侵入巖

該階段巖石稀土總量變化范圍寬，在97.24～555.67×１０－６之間，（La/Yb）N=3.57～15.80，稀土分餾程度高，輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，曲線(xiàn)斜率較大，δＥｕ=0.28～0.71，具明顯銪負(fù)異常；稀土配分曲線(xiàn)差別明顯，但均左高右低，向右傾斜，銪處呈V字型深谷，具造山帶鈣堿性花崗巖的普遍特征，說(shuō)明巖石是由成熟度較高的陸殼物質(zhì)部分熔融形成的，而且源區(qū)物質(zhì)組成明顯不同。稀土元素反映的是源區(qū)物質(zhì)組成特征，一些樣品稀土總量較低可能與部分熔融過(guò)程中富集稀土元素的副礦物在源區(qū)殘留有關(guān)［1］。

3．新元古代晚階段侵入巖

稀土總量∑REE較低，為126.98～299.07×１０－６，（La/Yb）N =5.83～11.3，稀土分餾程度高，輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損；δＥｕ= 0.61～2.30，2XT4049樣品具明顯正異常，從稀土元素配分模式曲線(xiàn)可以看出兩個(gè)樣品的總體變化趨勢(shì)是一致的，銪處差別較大，呈尖峰或低谷狀，這種變化與巖漿結(jié)晶過(guò)程中富含鈣的礦物不均衡結(jié)晶有關(guān)，同時(shí)反映巖漿來(lái)源是非單一的。

（三） 微量元素地球化學(xué)特征

1．新元古代早階段侵入巖

在以O(shè)RG標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素配分型式圖中，該階段侵入巖具有相似的微量元素組成，曲線(xiàn)吻合較好，反映其形成于相近的構(gòu)造環(huán)境并具有相似的物質(zhì)來(lái)源。其N(xiāo)b、Ce、Sm、Zr、Y、Yb含量低，均低于標(biāo)準(zhǔn)洋脊花崗巖，Ba、Th略有富集；K豐度值較低，介于洋脊花崗巖碰撞花崗巖之間，總體顯示火山弧花崗巖特點(diǎn)［2］。Rb/Sr值0.07～1.54，顯示I型花崗巖Rb/Sr特征［3］。

2．新元古代中階段侵入巖

該階段侵入巖以Rb明顯富集為特征，K、Th含量亦高，Ba相對(duì)虧損，但Ce、Zr、Sm、Y、Yb明顯低于洋脊花崗巖。以O(shè)RG標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素配分型式圖與富集Rb、Th，不同程度地貧Ba、Nb的同碰撞花崗巖的配分曲線(xiàn)特征相似。Rb/Sr值0.47～10.20，且絕大多數(shù)大于0.5，顯示S型花崗巖Rb/Sr特征［3］。

3．新元古代晚階段侵入巖

黑云母正長(zhǎng)巖以Ba、Zr明顯富集為特征，K、Rb、Th含量相對(duì)較高，Nb相對(duì)虧損；但Ce、、Sm、Y、Yb明顯低于新元古代早期侵入巖。其ORG標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素配分型式圖具有洋脊花崗巖富Ba特點(diǎn)，又具有火山弧花崗巖Rb、Th相對(duì)較高的特征。Rb/Sr=0.19，顯示I型花崗巖Rb/Sr特征［3］。

五、成因及構(gòu)造環(huán)境

上述特征表明，新元古代早階段中基性雜巖是上地幔玄武質(zhì)巖漿直接分異的產(chǎn)物；石英閃長(zhǎng)巖—花崗閃長(zhǎng)巖系列巖漿形成演化較為復(fù)雜。巖漿來(lái)源深，巖漿主體由上地幔—下地殼硅鎂質(zhì)巖石通過(guò)分離結(jié)晶作用形成，并與地殼物質(zhì)發(fā)生混合，是多階段演化的產(chǎn)物，巖石中大量的暗色微細(xì)粒閃長(zhǎng)質(zhì)包體是有力的證據(jù)。最終形成具有島弧拉斑玄武質(zhì)—鈣堿性巖漿特征的熔漿，運(yùn)移到地殼淺部層次形成一套含角閃石的低鉀鈣堿性花崗巖(ACG)［4］。按Barbarin觀點(diǎn)，含角閃石的低鉀鈣堿性花崗巖類(lèi)(ACG)是前造山俯沖作用的直接產(chǎn)物。在R1—R2圖解中，由板塊碰撞前到碰撞后均有分布，表明巖漿形成環(huán)境復(fù)雜，但以板塊碰撞前俯沖期為主，巖石地球化學(xué)特征顯示形成于島弧—活動(dòng)陸緣環(huán)境，這與工作區(qū)新元古界佳疙瘩組島弧型變安山巖的存在相吻合。

新元古代中階段似斑狀鉀長(zhǎng)—二長(zhǎng)花崗巖系列主要形成于中下地殼，巖漿來(lái)源較淺，早期巖漿多與角閃石處于平衡熔融狀態(tài)，晚期則多與斜長(zhǎng)石處于平衡熔融狀態(tài)［5］。巖石中交代殘余、蠕蟲(chóng)結(jié)構(gòu)發(fā)育，巨斑晶中的礦物包裹體比基質(zhì)中同類(lèi)礦物粒徑要小得多，表明它們?cè)谄浣Y(jié)晶早期已被包裹進(jìn)去。鉀長(zhǎng)石巨斑晶具卡氏雙晶，而且巨斑晶大小隨基質(zhì)粒徑大小改變而變化，表明鉀長(zhǎng)石巨斑晶是火成的，同時(shí)巨斑晶的出現(xiàn)說(shuō)明部分熔融的巖漿富含揮發(fā)份。巖石中見(jiàn)有細(xì)小石英、微斜長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石構(gòu)成的微粒交生體，顯示了巖漿部分熔融的痕跡。（87Sr/86Sr）0 =0.718，接近現(xiàn)代大陸殼平均銣鍶比值；在La/Sm－La圖解中（1/25萬(wàn)莫爾道嘎幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告）顯示部分熔融趨勢(shì)，說(shuō)明巖漿演化以部分熔融為主，分離結(jié)晶作用為輔。該階段巖石相當(dāng)于Barbarin的富鉀和鉀長(zhǎng)石斑晶鈣堿性花崗巖(KCG),同時(shí)又具有富黑云母過(guò)鋁質(zhì)花崗巖(CPG)的特征［4］。按Barbarin的研究,富鉀和鉀長(zhǎng)石斑晶鈣堿性花崗巖類(lèi)是構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換(由擠壓—拉張)下巖漿活動(dòng)產(chǎn)物；而富黑云母過(guò)鋁質(zhì)花崗巖主要形成于同碰撞環(huán)境。在R1—R2圖解中，主體落入同碰撞花崗巖區(qū),少數(shù)落入造山晚期與同碰撞花崗巖過(guò)渡區(qū)域。以上特征表明該階段巖石形成于碰撞造山過(guò)程，是陸殼疊置增厚，引起下地殼巖石（早期的變質(zhì)地層和片麻狀花崗質(zhì)雜巖）廣泛熔融的產(chǎn)物。

新元古代晚階段正長(zhǎng)巖體規(guī)模小，巖石強(qiáng)烈富堿，按Barbarin對(duì)花崗巖的分類(lèi)，屬堿性花崗巖類(lèi)(PAG)，其形成常是大陸造山帶穩(wěn)定后的伸張標(biāo)志。（87Sr/86Sr）0= 0.707，為鍶中等偏低的花崗巖類(lèi)，表明巖漿來(lái)源于下地殼；在R1—R2圖解中，落入造山晚期花崗巖區(qū)域。巖石化學(xué)特征顯示Ａ型花崗特點(diǎn)，巖漿形成以分離結(jié)晶作用為主。本區(qū)正長(zhǎng)巖在時(shí)間、空間上與造山鈣堿性花崗巖—巨斑狀中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖緊密共生，相當(dāng)于Eby（1990）造山后環(huán)境的Ａ型花崗巖區(qū)（A2型），形成于造山晚期構(gòu)造垮塌階段［6］。

結(jié) 論

通過(guò)上述巖石化學(xué)及地球化學(xué)特征的研究，可以認(rèn)為，新元古代巖漿活動(dòng)伴隨板塊由俯沖到碰撞到拉張過(guò)程，早期形成分布廣泛但規(guī)模較小的俯沖期侵入巖組合；中期巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，形成規(guī)模巨大的碰撞期酸性侵入巖組合；碰撞晚期—碰撞后伴隨構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)變形成一定規(guī)模的堿性侵入巖。

新元古代巖漿活動(dòng)峰期中階段巨斑狀中粒黑云母鉀長(zhǎng)花崗巖石顆粒鋯石U—Pb蒸發(fā)法年齡為863±15Ma、654±46Ma（宜昌地質(zhì)礦產(chǎn)研究所同位素測(cè)試中心）；早階段島弧型雜巖是板塊俯沖消減的地質(zhì)記錄，說(shuō)明本區(qū)新元古代可能存在俯沖作用，并且時(shí)間應(yīng)早于863Ma；因此，新元古代早、中階段侵入巖可能與新元古代超大陸拼合事件有關(guān)，晚階段侵入巖可能與新元古代超大陸裂解事件有關(guān)[7][8]。

致 謝

本文賴(lài)以討論的各種資料均來(lái)自于烏爾其漢地區(qū)1：25萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目，是項(xiàng)目全體同仁的共同勞動(dòng)成果，成文過(guò)程中得到了鞠文信教授級(jí)高工的精心指導(dǎo)，在此一并表示衷心的感謝。

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