烏蘭地區黑云角閃斜長片麻巖地球化學特征及定年

楊 剛，鄧 平

烏蘭地區黑云角閃斜長片麻巖地球化學特征及定年

楊 剛1，2，鄧 平2，3

（1.四川省地質礦產勘查開發局區域地質調查隊，成都 610213；2.吉林大學，吉林長春130012；3.彝良馳宏礦業有限公司，云南 昭通 657600）

內蒙烏蘭地區片麻巖是從白云鄂博巖群底部混合巖未分巖組中剝離的一套巖石地層單位，出露范圍廣，色較深，以片麻狀、眼球狀構造為主。在海西晚期和印支期，該片麻巖組被侵入體肢解成大小不一的13個地質體。Au在該片麻巖中含量相對較高，具一定成礦潛力。巖石以富堿（Na2O+K2O）尤其是K2O、貧A l2O3為特征，表現為富集K、Rb、Th、La、Ce等大離子親石元素而虧損Nb、Ta、U等高場強元素、弱的負Eu異常和相對較強的輕重稀土分餾程度。暗色片麻巖的鋯石U-Pb定年測得片麻巖原巖形成時代為1930.7±9.6M a，是侵入巖經變質作用的產物。

片麻巖；地球化學；U-Pb定年；烏蘭

早前寒武紀的中高級變質巖體一直是地學界關注的焦點，烏蘭地區黑云角閃斜長片麻巖之前一直被歸并為白云鄂博巖群底部混合巖未分巖組中，通過本次課題對烏蘭地區暗色片麻巖的研究，根據野外地質產狀、巖石結構構造、地球化學分層及對區域地質單元間相互關系的綜合分析，判定其原巖為一套深成侵入巖。根據對巖石樣品的地球化學特征的分析，巖石的鋁飽和指數（A/CNK比值）明顯地大于1.1，表現出明顯的過鋁質特征；稀土元素特征方面，具有輕稀土元素富集、重稀土元素虧損和中等程度的Eu異常的特征。這些都顯示了殼源S型花崗巖的特征，微量元素方面，巖石富集大離子親石元素，微量元素分布模式特征與典型的陸陸碰撞S型花崗巖相近似。

圖1　華北板塊北緣中部構造帶劃分略圖（據胡驍等，1990；唐克東等，1992；略有修改）

1　區域地質背景

烏蘭地處內蒙古高原，位于華北地臺北緣中新元古代白云鄂博裂陷槽，以桑根達來-川井構造帶為界，北部為古生代興蒙造山帶，南部為華北地臺。根據巖漿活動、地殼構造變形特征，將研究區進一步劃分為以下兩個性質明顯不同構造單元：北部中新生代斷陷盆地，是屬于桑根達來-川井中新生代沉積盆地一部分，地表被上新統寶格達烏拉組紅層覆蓋，其下發育侏羅系和白堊系；南部隆起區，出露早前寒武紀變質結晶基底、中元古代白云鄂博群淺變質巖、海西期-印支期花崗巖和少量白堊紀火山巖組成。

1.1地層

區內出露地層為前白云鄂博巖群片麻巖、白堊系下統白女羊盤組，新近系上新統寶格達烏拉組，漢諾壩玄武巖及第四系全新統。白云鄂博巖群片麻巖分布較廣，根據片麻巖層的巖性特征可將此區白云鄂博群片麻巖劃分為三個不同巖性的巖性段。淺灰色中粒片麻巖段、眼球狀細粒黑云母斜長片麻巖段、條帶狀細粒黑云斜長片麻巖段。

白云鄂博巖群出露廣，烏蘭等四幅均有出露但分布零散，面積較少。根據區內出露白云鄂博巖群的巖性組合特點，可將其劃分三個巖性段，歸屬兩個巖組：比魯特巖組和白音布拉格巖組。

白堊系僅出露下統白女羊盤組（K1bn），出露范圍僅限于烏蘭幅烏蘭蘇木，其巖性特征是一套紫灰色流紋質火山巖，以流紋質巖屑晶屑凝灰巖為主，并有少量流紋巖及劣質黑曜巖。相當白女羊盤組的上部。

圖2　烏蘭地區構造綱要圖

圖3　片麻巖的眼球狀構造

1.2構造

韌性剪切帶

大多數韌性變形帶規模較小，規模較大韌性變形帶主要有：呼熱圖-哈日敖包東西向韌性變形和那木吉拉敖包東西向韌性變形。

呼熱圖-哈日敖包東西向韌性變形帶，為區內規模最大的韌性變形帶，主要發育在海西期-印支期花崗巖中，切割和改造了早二疊世閃長巖和太古代片麻巖。變形帶呈近東西方向展布，延長達11km，出露寬度可達1km。帶內發育各種類型糜棱巖，糜棱葉理向南呈高角度傾斜，而礦物拉伸線理呈近水平，傾伏角小于10°。根據韌性變形帶內不對稱流動組構可以判斷，是左行走滑型韌性變形帶。

那木吉拉敖包東西向韌性變形該韌性變形帶，發育在印支期中細粒花崗巖中，呈東西方向展布。變形帶規模較小，延長只有2km長，寬約100m。帶內發育各種類型花崗質糜棱巖，巖石表現出強烈韌性變形特征。其產狀與運動方向與性質與呼熱圖-哈日敖包韌性變形帶相同。

斷裂構造

東西向斷裂構造在測區內十分發育，規模相對較大。多數斷裂帶向北傾斜，傾角在40°～65°不等，少數向南呈高角度傾斜。斷裂規模較大，延伸從幾公里至數十公里，斷裂帶寬度幾米到上百米不等。斷裂以脆性變形機制為主，斷裂帶內發育碎裂巖、斷層角礫巖、微角礫巖和斷層泥，部分斷層帶內發育淺層次的構造片巖。沿著構造破碎帶并有后期脈巖侵入，特別石英脈貫入，形成硅化角礫巖型瑩石礦化脈。區內幾乎所有螢石礦化都賦存東西方向次級硅化角礫巖中。所以，東西向斷裂帶是區內重要控礦構造。東西向斷裂帶還包括了賽音呼都格逆沖推覆構造，把元古代片麻巖推覆在白云鄂博群之上。

表1　原子吸收光譜儀樣品化學全分析（單位：ω（B）/10-2）

表2　 ICP-MS稀土元素檢測分析數據（單位μg/g）

2　片麻巖的地質特征

黑云角閃斜長片麻巖類在烏蘭工作地區出露范圍廣，巖體主要分布于工作區域中部及南部兩側。西起希日敖包，烏蘭哈達，東至查干溫多爾，再到北邊的哈爾干圖音包日溫都爾，該區域為片麻巖最主要的集中出露地區。面積約125km2，占填圖區面積的11%。

巖體片麻理產狀規律性不大，在整個工作區，片麻巖的片麻理傾向各異，但全區片麻巖片麻理傾向大體是以北東方向為主的。傾角在20°～60°之間均有，有的角度甚至更大。巖體中，斷層構造發育，侵入體也相當發育。例如，花崗偉晶巖脈、石英脈、花崗巖、閃長巖、閃長玢巖脈等。可見，工作地區的變質作用及后期的動力變質作用、巖漿作用等都相當復雜。片麻巖巖體風化面多呈深黑色、黑褐色，新鮮面則多為灰黑色。巖石粒狀、片狀變晶結構，粒度以細粒、中細粒為主體，礦物顆粒粒徑0.3～2.0mm，片麻狀構造、眼球狀構造。而礦物的具體含量隨巖性的變化而有所不同。依據野外實際地質情況，區內片麻巖按礦物成分的不同可以劃分為四類。

圖4　眼球狀細粒黑云角閃斜長片麻巖顯微結構圖（正交偏光4×10）

圖5　眼球狀細粒角閃黑云片麻巖顯微結構圖（正交偏光4×10）

圖6　眼球狀細粒角閃黑云斜長片麻巖顯微結構圖

圖7　細粒黑云母片麻巖顯微結構圖（正交偏光4×10）

3　巖石地球化學特征

巖石樣品分析在吉林大學測試科學實驗中心完成。其中巖石化學成分全分析在20°C、相對濕度50%、樣品為固體的檢測條件下進行，使用的檢測儀器為原子吸收光譜儀，檢測結果見表1。巖石稀土元素分析在23°C、相對濕度55%、樣品為粉末的條件下進行，所采用的檢測儀器為ICP-MS，分析結果見表2。巖石微量元素檢測條件與稀土元素相同，使用儀器也為ICP-MS，分析結果見表3。

按照Turner（1955）提出的變質巖化學類型的劃分，烏蘭地區片麻巖屬于長英質變質巖。根據Werner（1987）圖解，對巖石樣品成分進行投圖分析，區內片麻巖為正變質巖，原巖為火成巖。片麻巖原巖的恢復主要靠追索的辦法，初步可認為其原巖為深成侵入巖。

圖8　區分正、副片麻巖的Werner圖解（O-正片麻巖；P-副片麻巖）

圖9　侵入巖的Q-A-P分類圖解

在片麻巖的化學組成中，Al2O3、TFe2O3、CaO、MgO、K2O和Na2O相對于SiO2有較明顯的負的線性關系，即隨著SiO2含量的增加，其含量有減少的趨勢。SiO2、TFe2O3、K2O、Na2O含量較高，而TiO2、P2O5、MnO、CaO、MgO、LoS含量低。SiO2含量較穩定，為61.38-69.90%，而Al2O3含量則為13.88%～17.67%。TFe2O3=4.77%～5.12%；K2O含量變化范圍是3.29%～4.82%；Na2O=2.86%～3.35%。ω（K2O）/ω（Na2O）＞1（介于1.15～1.44之間），反映片麻巖原巖具陸殼沉積物熔融形成的S花崗巖的特征，而A/CNK即ω（Al2O3）/ω（K2O+Na2O+CaO）＞1.1（介于1.40～1.68之間）也很好地說明了這一點。低含量的成分中，TiO2為0.20%～0.30%；P2O5為0.10%～0.20%；MnO為0.10%；CaO為2.10%～4.39%；MgO=1.57%～2.02%。由表1可以看出，烏蘭地區的暗色片麻巖堿的含量較高，K2O+Na2O+CaO為8.25%～12.56%，富K2O（K2O/Na2O為1.15～1.44）。

3.1稀土元素地球化學特征

片麻巖的稀土元素含量及相關參數見表2。均顯示輕稀土元素富集，分餾較好，重稀土元素虧損的特征。稀土特征曲線為向右傾的平緩曲線。T2樣品的Eu為無異常或很弱的負異常，而T3卻表現出明顯的Eu負異常。稀土總量（∑REE）為147.680～337.587ppm，為一較高的稀土元素總量值。LREE/HREE介于10.38～11.70之間，其中，輕稀土元素總量（∑LREE）為134.708～311.011ppm，而重稀土元素總量（∑HREE）卻只有 12.972～26.576ppm，可見重稀土虧損嚴重。（La/Yb）N為9.847～12.156，反映了輕重稀土元素相對較高程度的分餾程度。（Ce/Yb）N為8.563～9.190，（La/Sm）N值為3.140～4.112，（Gd/Lu）N則為2.051～1.977。片麻巖稀土元素中，δEu＜1（為0.5557～0.895），說明巖石中存在Eu較弱至較明顯的負異常（圖中Eu處的“V”字形谷）。而δCe為0.955～1.041，無明顯異常出現。由圖可以得出，片麻巖兩樣品的稀土元素分配模式除少數差異外，稀土元素大體上分配相一致，曲線總體上呈平行展布。

圖10　球粒隕石標準化稀土元素分配模式對比圖

圖11　黑云角閃斜長片麻巖微量元素蛛網圖

表3　 ICP-MS微量元素檢測分析表（單位ppm）

3.2微量元素地球化學

從微量元素成分特征上分析，片麻巖富集大離子親石元素（large ion lithophile elements）K，Rb，Ba，Sr，它們的離子半徑大，離子電荷低，離子電位π＜3，易溶于水，化學性質活潑，地球化學活動性強。其中，Rb含量在87.92～109ppm之間，Ba含量在1657～1676ppm之間，Sr的含量則介于164.9～768.7之間，可以看出元素Ba特別富集。片麻巖虧損高場強元素（high field strengthelements）Nb，Ta，Zr，Hf，Th等，它們的離子半徑小，離子電荷高，離子電位π＞3，難溶于水，化學性質穩定，為非活動性元素。其中，Nb含量在7.45～13.83ppm之間，Ta含量介于1.705～1.8ppm，Hf含量則介于5.877～8.206ppm之間，Th含量為8.374～17.59ppm，而元素Zr的含量則相對較高，達到178.4～240.1ppm。在片麻巖的微量元素蛛網圖上，表現為明顯右傾的起伏相對較大的鋸齒狀的微量元素分布形式，具有明顯的Nb和Y的負異常，而負Nb異常為大陸地殼的特征。

4　鋯石U-Pb年代學及意義

利用U-Pb測定年齡一般采用單礦物樣品，而現今最廣泛使用的是鋯石，其他幾種常用的礦物有：瀝青鈾礦、獨居石、磷灰石、釷石等。由于238U、235U的半衰期較大，因此，U-Pb法一般只適合古老地質體的年齡測定。研究表明，鋯石是最接近于滿足測年條件的礦物，可以認為其初始鉛同位素比值接近于0，因此鋯石成為目前用來進行U-Pb年齡測定的首選對象，受到廣泛重視。然而，鋯石的成因比較復雜，有巖漿成因、變質成因和碎屑鋯石等，在進行鋯石U-Pb測年前，必須進行礦物形態的研究區分鋯石的成因類型。

表4　巖漿鋯石和變質鋯石主要特征對比

圖12　細粒黑云母片麻巖（T3）的鋯石陰極發光圖

為了獲得一個有明確地質意義的U-Pb年齡，我們必須通過各種手段（物理的和化學的）盡量選擇新鮮、結晶完好、單成因的鋯石作為測定對象。然而現在主要問題即是探討區內鋯石成因是屬于巖漿型的還是變質型的。應該說，目前尚沒有一種可以完全明確區分二種鋯石的定量方法，我們只能根據測定鋯石或鋯石區域的化學組成、內部結構、結晶習性，以及宏觀地質環境進行綜合判斷。表4即是對兩種鋯石的一些最基本特征的描述。

圖13　細粒黑云母片麻巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

圖14　樣品（T3）鋯石年齡諧和圖

巖漿-變質巖地區鋯石，既有變質成因，也有巖漿成因，還可以是原巖物源區的碎屑成因。這些鋯石均有可能遭受高溫連續Pb擴散作用、蛻晶化作用、重結晶作用以及增生作用，這些過程不同程度地對鋯石U-Pb計時的一致性和有效性帶來重大影響。在我們測定鋯石年齡之前以及對年齡結果意義的分析中，都應充分考慮這些過程對被測鋯石的影響。

典型的變質鋯石最顯著特征是由眾多的晶面組成，包括渾圓粒狀，橢圓粒狀及長粒狀等形態的鋯石（圖12）。在雙目鏡下，變質鋯石呈粒狀，表面光潔、清晰。由于變質鋯石發育多晶面，沒有錐面和柱面之分，即使是外形呈現長粒狀的鋯石，其“柱面”實際上也是由眾多的晶面組成的，但其頂端的多晶面更為發育。這一結晶特點與巖漿鋯石具有顯著的區別，后者通常為簡單的四方雙錐或復四方雙錐，錐面和柱面發育完善。

表5　片麻巖樣品（T3）鋯石U-Pb同位素測年結果

樣品中，鋯石粒徑通常在50～150μm之間，大體上較均勻，呈短柱狀、橢球狀，少數呈渾圓粒狀。在對片麻巖樣品（T3）共計近140粒鋯石中的礦物包體及相應的陰極發光圖像詳細研究的基礎上，精選12粒具有代表性的鋯石進行微區U-Pb定年研究，總共進行了13個微區年齡測試，結果列于表5中，年齡相關圖解如下。

依據分析結果，可將片麻巖鋯石測點的Th/U比值分為兩組：A組為0.05～0.07（鋯石點t3-2、t3-8；t3-9.1、t3-10、t3-13）；B組為0.14～0.54。A組測點位于鋯石核部，Th/U比值低，反映變質成因的鋯石特征（圖12），圖像發黑，表明鋯石外緣發生了不同程度的放射性成因Pb丟失。B組測點位于鋯石邊部，核外環帶均以生長環帶為特征，表現為典型得巖漿成因。Th/U比值一般大于0.1。

片麻巖鋯石的U含量為209～1222ppm，Th含量為28～158ppm，而相應的Th/U值為0.05～0.54，測得相應年齡記錄為1901～1958Ma，離散性不強。其中，僅一個微區年齡剛好落在諧和線上，為1930Ma。而大部分點均落于年齡一致線下方，形成一條與一致線相交的直線。通過計算，鋯石巖漿成因測點的207Pb/206Pb加權平均年齡為1 930.7±9.6Ma，被認為是變質巖原巖的形成時代。

綜上，通過不同成因鋯石年齡分析，說明片麻巖原巖形成年齡為1 930.7±9.6Ma，即形成于古元古代的造山紀（2 050～1 800Ma）。原巖形成的同時，伴隨著構造變質變形作用，巖石遭受改造發生變質。

5　結語

在侵入巖的Q-A-P分類圖解（Maitre1989）中，投影在二長花崗巖中，根據礦物組合和巖石化學特征分析，初步確定其原巖為一套花崗閃長巖—二長花崗巖。根據對巖石樣品的地球化學特征的分析，巖石的鋁飽和指數（A/CNK比值）明顯地大于1.1，表現出明顯的過鋁質特征；稀土元素特征方面，具有輕稀土元素富集、重稀土元素虧損和中等程度的Eu異常的特征。這些都顯示了殼源S型花崗巖的特征，微量元素方面，巖石富集大離子親石元素，微量元素分布模式特征與典型的陸陸碰撞S型花崗巖相近似。

對這套片麻巖中巖漿鋯石進行U-Pb同位素年齡測定，獲得了1 930.7±9.6Ma年齡，即古元古代的造山紀，代表了其原巖侵入時代，與區域上的大量古元古代深成侵入巖的形成時代基本上一致。

在2 300-1 950Ma期間，華北克拉通經歷了一次基底陸塊的拉伸—破裂事件，在克拉通內部形成多個陸內凹陷盆地。約1 950-1900Ma期間，華北克拉通又經歷了一次擠壓造山構造事件，導致裂陷盆地的重新閉合和焊接，形成陸陸碰撞造山帶，并伴隨有大量巖漿的侵入。所以區內新確定出這套變質深成侵入巖，是在古元古代華北地臺北緣碰撞造山過程侵入的，并發生變質變形，形成了各種類型片麻巖。

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Petrogeochem istry and Zircon U-Pb Dating for Biotite-Am phibole-PlagioclaseGneiss from Ulan，Urat Zhongqi，Inner M ongolia

YANGGang1，2DENG Ping2，3
（1-RegionalGeologicalSurveying Team，BGEEMRSP，Chengdu610213；2-Jilin University，Changchun 130012；3-Yiliang Chihong M ining Co.，Ltd.Zhaotong，Yunnan657600）

Biotite-amphibole-plagioclasegneiss in Ulan ischaracterized by enrichment in Na2O and K2O，K，Rb，Th，La，and Ce，depletion in Al2O3，Nb，Ta，U w ith weak negative Eu anomaly.The U-Pb dating for zircon from thegneissyields1930.7±9.6Ma.

gneiss；geochem istry；U-Pb dating；Ulan

中國分類號：P597+.1A

1006-0995（2015）02-0303-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.02.035

2015-04-20

楊剛（1987-），男，重慶潼南人，助理工程師，從事地質礦產研究工作