內蒙古額濟納旗蓬勃山地區石炭紀中粒石英閃長巖年代學及地球化學研究

馬　剛　尤青青　遲艷玲

內蒙古地質礦產勘查院　呼和浩特　010011

內蒙古額濟納旗蓬勃山地區石炭紀中粒石英閃長巖年代學及地球化學研究

馬剛尤青青遲艷玲

內蒙古地質礦產勘查院呼和浩特010011

利用鋯石SH RIMPU-Pb法對額濟納旗蓬勃山地區中粒石英閃長巖進行年齡測試，得到的兩個石英閃長巖樣品中鋯石的加權平均年齡分別為（303.4±0.9）Ma和（302±1）Ma，為晚石炭世。巖石地球化學及同位素地質年代學研究顯示該石英閃長巖屬準鋁質——過鋁質高鉀鈣堿性系列；富集Rb、Ba、Sr等大離子親石元素和Th、U、Zr等高場強元素；稀土元素為輕稀土富集型，輕、重稀土分異不明顯，輕稀土發生較明顯的分餾作用，銪負異常明顯。巖體形成于大洋弧中，由殼源和幔源巖漿混合作用形成的非造山花崗巖。

鋯石U-Pb年齡石英閃長巖額濟納旗

隨著研究程度的深入和微區激光探針、陰極發光、SHRIMP測年等手段的應用，研究者們通過同位素年代學和地球化學研究，獲取花崗巖類的成因、產出構造背景等地質信息成為目前研究的熱點。近年來，人們對我國內蒙古境內華北板塊北緣的花崗巖類進行了廣泛的研究，并取得了許多有意義的研究成果，如亞造山帶的演化主要經歷了大洋板塊俯沖［1］→微陸塊之間的碰撞拼合［2］→主板塊碰撞拼合［3］→后造山構造塌陷和拉張［4］等復雜的地質演化歷史和強烈的大陸改造過程。但這些研究主要集中在內蒙古中東部四子王旗、赤峰和固陽等地區，而在內蒙古西部阿拉善地區的研究基礎相對薄弱。

內蒙古額濟納旗蓬勃山地區位于內蒙古西部，區內分布的大量花崗巖類為哈薩克斯坦板塊東南陸緣增生帶，紅石山晚古生代裂谷帶巖漿活動的重要組成部分。本文在1∶5萬區域地質調查工作的基礎上，通過對區內出露的石英閃長巖侵入時代的厘定和較為深入的巖石地球化學研究，探討了石英閃長巖的成因及形成的構造背景，試圖為區域構造——巖漿格架的建立提供進一步的依據。

一、地質背景和巖體特征

研究區內出露地層為石炭系綠條山組弱變質陸源碎屑巖和石炭系白山組英安質火山巖、火山碎屑巖及少量的白堊系赤金堡組。斷裂構造復雜，褶皺構造發育主體構造線呈北西西向展布。出露侵入巖主要為晚石炭世中粒石英閃長巖、晚石炭世中粒閃長巖、早石炭世細粒閃長巖、早二疊世英云閃長巖、早二疊世二長花崗巖、二疊紀正長花崗巖，受主構造線的控制，巖體一般呈北西西向帶狀產出。

石英閃長巖呈北西西向帶狀展布，出露面積約210Km2，巖石類型為均一穩定的中粒石英閃長巖。石英閃長巖侵入石炭系綠條山組、白山組地層。總體呈淺灰綠色、灰綠色，中粒結構，塊狀構造。主要礦物成分為斜長石（65%±）、石英（10%～15%）、鉀長石（5%±）、普通角閃石（5%～10%）和黑云母（10%±），礦物粒徑2mm～4mm為主。副礦物主要為磁鐵礦、鋯石和磷灰石等。巖石基本無變質變形，僅見斜長石具不均勻絹云母化，黑云母具綠泥石化。此外該石英閃長巖巖體整體受二疊紀正長花崗巖侵位影響具鉀化，沿節理、裂隙見紅色正長花崗巖細脈侵入，使得巖體整體帶紅色調。

圖1　研究區大地構造位置略圖（楊合群等2008）

二、樣品采集與分析方法

根據巖體的分布區域和出露面積，結合室內薄片鑒定結果，在巖體的不同位置采集選取16件新鮮的石英閃長巖樣品（采集位置見圖2）用于巖石地球化學分析，同時對其中1件（編號為16）進行了測年分析。測年樣品由河北省廊坊區域地質調查研究所完成采用常規方法進行粉碎，通過浮選和電磁選方法分選后在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒用于測年分析。鋯石樣品靶的制作和陰極發光圖像在北京離子探針中心進行，鋯石U-Pb同位素分析在北京離子探針中心的SHRIMPⅡ上完成。詳細的分析原理和流程參見文獻［5］，儀器工作調節和分析方法詳見文獻［6］和［7］的相關研究。測試中應用澳大利亞國家地質標準局標準鋯石TEM（417Ma）進行元素分餾校正，應用標準鋯石91500 （1，062.4Ma）標定樣品的U、Th、Pb含量。普通Pb根據實測的204Pb進行校正。年齡計算和圖解使用SQUID（1.02）［8］和ISOPLOT程序［9］。單個測點的分析誤差為±1σ，最終年齡的加權平均值誤差為±2σ，加權平均年齡為95%的置信度。主量元素和微量元素測試均由河北省廊坊區域地質調查研究所完成，其中主量元素采用X熒光光譜儀（3080E）分析，相對標準樣品的偏差中高含量氧化物小于2%，低含量氧化物低于8%；微量元素和稀土元素采用電感耦合等離子體質譜（X-series）測定，相對標準偏差小于10%。

圖2　研究區地質簡圖

三、結果與討論

（一）鋯石SHRIMPU-Pb年齡

測年樣品中鋯石顆粒在透射光和反射光下大部分為無色或淺色，少量為淺黃褐色，半透明，顆粒破碎，邊部見磨圓現象，部分鋯石晶體內見暗色不透明包裹體。鋯石晶體大小一般為100μm～150μm，長寬比近1∶1為主，多數鋯石自形程度較好，呈短柱狀、板狀，少量呈長柱狀，表面較光滑；個別鋯石顆粒自形程度較差，表面粗糙，見較多的凹坑或裂紋。陰極發光圖像（圖3）顯示，樣品中鋯石顆粒晶體內部結果清晰，均發育有典型振蕩生長環帶，表明為巖漿結晶成因鋯石。通過透射光、反射光和陰極發光圖像研究，在16號樣品中分別選擇了26顆自形程度和透明度均較好的巖漿鋯石進行SHRIMPU-Pb分析，分析結果見表1。

圖3　石英閃長巖中部分鋯石的陰極發光圖像

由表1可知，16號樣品中，鋯石w（U）質量分數為84.03～201.53ppm。共獲得3組年齡數據，其中206Pb/238U和207Pb/235U年齡比較接近，誤差相對較小，207Pb/206Pb年齡變化明顯，誤差也相對較大。應用U-Pb法測年，當年齡值不一致時，年齡選擇一般遵循以下原則：1.當Th＞U時，選擇208Pb/232Th年齡；2.當U＞Th時，老年齡礦物（大于1000Ma）選擇207Pb/206Pb年齡或207Pb/235U年齡；3.小于1，000Ma的礦物，選擇206Pb/238U年齡。本文所測鋯石，根據鋯石形態特征判斷為巖漿成因鋯石，而巖漿成因的鋯石U含量大于Th的含量，且所得年齡也均小于1，000Ma，故選擇206Pb/238U年齡。

從年齡諧和圖（圖4）可以看出，16號樣品中26個測點都集中在諧和線附近，206Pb/238U表面年齡為（299.86±2.24）Ma～（303.88±2.34）Ma，加權平均年齡為（302±1）Ma。兩個樣品取得的測年數據極為相近，為巖漿的結晶年齡。綜上所述，蓬勃山地區中粒石英閃長巖的形成時代為晚石炭世。

表1　1 6號樣品鋯石U-P b同位素SHR I MP定年分析結果

圖4　額濟納旗蓬勃山地區石英閃長巖鋯石U-Pb同位素諧和圖

（二）巖石地球化學

蓬勃山地區石英閃長巖主量元素分析結果見表2，由表可以看出：SiO2含量57.52%～65.09%，主要集中在59%～65%， 2件樣品SiO2含量＜59%；Al2O3含量為13.76%～16.38%；σ值1.02～2.31；K2O/Na2O＜1為主，個別樣品K2O/Na2O＞1（3件）；ACNK為0.83～1；全堿含量K2O+Na2O為4.25%～6.16%。在Al2O3—K2O+Na2O圖解（圖5a）中，所有點均投影在鈣堿性區；在A/CNK-A/NK圖解（圖5b）中，所有點均投影在準鋁質區內，準鋁質——過鋁質界線附近。綜上所述，石英閃長巖巖石類型屬準鋁質鈣堿性系列。

微量元素分析結果見表3，結合微量元素球粒隕石標準化蛛網圖（圖6b）可以看出，巖石中明顯富集Rb（50.71～139.08× 10-6）、Ba（196.23～526.53×10-6）、Sr（230.49～467.04×10-6）、V （123.84～189.27×10-6）等大離子親石元素和Th（3.55～17.6× 10-6）、U（1.08～3.27×10-6）、Zr（90.88～239.34×10-6）等高場強元素；貧Li（11.81～27.3×10-6）和Y（13.2～37.46×10-6）等元素。Rb/Sr比值變化較大，為0.14～0.6。

表2　石英閃長巖巖石化學成分及相關參數特征表

表3　石英閃長巖微量元素分析結果特征表

稀土元素分析結果見表4，稀土元素含量相對較低，稀土總量ΣREE為61.83～162.47ppm，平均值為106.99ppm。稀土元素球粒隕石標準化配分型式圖（圖6a）中整體曲線右傾，輕稀土分布曲線陡傾而重稀土分布曲線呈平緩狀。LREE/HREE為4.28～7.84，為輕稀土富集型。輕重稀土分異不明顯，（La/Yb）N=2.76～7.99；輕稀土分餾較大，（La/Sm）N= 1.67～4.29；重稀土分餾不明顯，（Gd/Yb）N=0.98～1.36。銪負異常明顯，δEu為0.52～1.06。

表4　石英閃長巖微量元素分析結果及相關參數特征表

圖5　石英閃長巖Al2O3-（K2O+Na2O）圖解（a）和A/CNK—A/NK圖解（b）

（三）巖石成因及構造背景

目前國內外較普遍的花崗巖類劃分方法：從構造角度將花崗巖劃分為造山花崗巖和非造山花崗巖兩大類；從物源角度進一步歸納為M型花崗巖、I型花崗巖、S型花崗巖、A型花崗巖4種類型。

石英閃長巖呈北西西向帶狀展布，出露面積廣泛且巖性單一穩定，暗色礦物含角閃石、黑云母，不透明礦物僅見磁鐵礦，以上特征均符合M型花崗巖的野外特征，說明石英閃長巖屬M型花崗巖。

Rb/Sr值對研究花崗質巖石的物質來源具有重要的意義，據Taylor等［20］研究，地球上部陸殼Rb/Sr值大約為0.32，大陸殼平均值為0.24，蓬勃山地區石英閃長巖的Rb/Sr值介于0.12～0.6之間，平均值為0.26，表明該巖體的物質來源既有陸殼成分又有幔源成分，為殼源和幔源巖漿混合作用形成。

圖6　石英閃長巖稀土元素球粒隕石標準化配分圖解（a）和微量元素球粒隕石標準化蛛網圖（b）

Pearce等（1984）系統的研究了已知大地構造背景的花崗巖的地球化學特征，他們把石英含量＞5%的侵入巖都籠統地定義為花崗質巖石，并將花崗巖分為大洋脊、火山弧、板內和碰撞花崗巖。根據Pearce等（1984）等研究，如圖（圖7）在花崗巖Nb—Y判別圖解中，所有點均投影在同碰撞——火山弧花崗巖區，在Rb——（Y+Nb）判別圖解中，所有點均投影在火山弧花崗巖區。表明蓬勃山中粒石英閃長巖屬火。

圖7　石英閃長巖Nb-Y和Rb—（Y+Nb）構造環境判別圖解（Pearce等1984）

圖8　石英閃長巖（Sr+Ba）—（Li+Rb+Ce）判別圖解（a）和R1—R2構造環境判別圖解（b）（Pearce等1984）

山弧花崗巖。火山弧花崗巖又包括：①活動大陸緣上的花崗巖；②以拉斑玄武巖為主的大洋弧中的花崗巖；③以鈣堿性玄武巖為主的大洋弧中的花崗巖3類（Pearce等1984），活動大陸邊緣上的花崗巖的物質來源復雜，不同構造部位巖漿形成的條件差異較大，花崗巖組合多較為復雜，與蓬勃山石英閃長巖巖體特征不符。因此結合上述特征，蓬勃山中粒石英閃長巖可能為以玄武巖為主的大洋弧中的花崗巖類。

在花崗巖（Sr+Ba）—（Li+Rb+Ce）判別圖解中（圖8a），所有點均投影在同熔型花崗巖區，亦屬非造山花崗巖；在花崗巖R1—R2（Bechelor等1985）判別圖解中（圖8b）大部分點均投影在板塊碰撞前花崗巖區靠近幔源花崗巖一側，個別點投影在幔源花崗巖區。

綜上所述，蓬勃山中粒石英閃長巖為以玄武巖為主的大洋弧中，由殼源和幔源巖漿混合作用形成的非造山花崗巖，屬M型花崗巖。

（四）結論

1.兩個測年樣品中鋯石206Pb/238U加權平均年齡分別為（303.4±0.9）Ma和（302±1）Ma，表明蓬勃山地區石英閃長巖形成時代為晚石炭世。

2.蓬勃山地區石英閃長巖屬準鋁質鈣堿性系列，富集大離子親石元素和高場強元素，為輕稀土富集型，輕、重稀土分異不明顯，輕稀土發生了較明顯分餾作用，銪異常明顯。

3.蓬勃山地區晚石炭世石英閃長巖形成于玄武巖為主的大洋弧中，由殼源和幔源巖漿混合作用形成的非造山花崗巖，屬M型花崗巖。

［1］盧俊生，倪志耀，翟明國等.冀北赤城紅旗營子群中變質橄欖巖的巖石學與地球化學特征［J］.礦物巖石，2007.29（3）:91-99.

［2］李雙林，歐陽自遠.興蒙造山帶及鄰區的構造格局與構造演化［J］.海洋地質與第四紀地質，1998.18（3）:45-54.

［3］章永梅，張華鋒，周志廣等.內蒙古四子王旗大廟花崗巖體的成因與構造意義［J］.礦物巖石，2008.28（2）:28-38.

［4］趙慶英，劉正宏，吳新偉等.內蒙古大青山地區哈拉合少巖體特征及成因［J］.礦物巖石，2007.27（1）:46-51.

［5］Yuan H L，Gao S，Liu X M，etal.Accurat e U-Pb age and t race el ement determ inat ions of z ircon b y laser ab lat ion induct ively cou pledplasmamassspect romet ry［J］.Geostand New sl，2004，28:353-370.

［6］宋彪，張玉海，萬渝生等.鋯石SHR IMP樣品制靶、齡測定及有關現象討論［J］.地質論評，2002，48（增刊）:26-30.

［7］朱永峰，宋彪.新疆天格爾糜棱巖化花崗巖的巖石學及其SH R IM P年代學研究:兼論花崗巖中熱液鋯石邊的定年［J］.巖石學報，2006，22（1）:135-144.

［8］Lu dw ig K R.Squid 1.02:a usermanual［J］.Berkel ey GeochronologicalCenter SpecialPublication，2001，2:19.

［9］W illiams IS.U-Th-Pb geochronology by ion m icroprobe［A］. In:M cKibben M A，Sh ank sW C，RidleyW I.（Eds.）.Appl ications of M icroanalytical Technique to Understanding M inerali zing process［C］.Rev Econ om ic Geol，1998，7:1-35.

［10］何世平等.《甘肅內蒙古北山地區構造單元劃分》.

［11］楊合群等《北山地區成礦地質背景概論》.

［12］紹積東，王惠等《內蒙古大地構造單元劃分及其地質特征》.

［13］張青偉，劉正宏，柴社立等《內蒙古烏拉特中旗烏蘭地區石炭紀花崗閃長巖年代學及地球化學研究》.

［14］史長義，鄢明才，劉崇民等.中國不同巖石類型花崗巖花崗巖類元素豐度及特征［J］.物探化探計算技術，2005，27（3）:256-262.

［15］《路遠發.GeoKit:一個用VBA構建的地球化學工具軟件包.地球化學，2004，33（5）:459-464》.