內蒙古阿巴嘎旗晚石炭世黑云母二長花崗巖巖石地球化學特征

2019-01-22 08:13:32龔全德霍潤斌

現代礦業 2018年12期

龔全德劉博徐桓楊多霍潤斌魯敏

(武警黃金第四支隊)

1 區域地質背景

研究區處于天山—興蒙造山帶中段、二連—賀根山蛇綠混雜巖帶北側、東烏旗—扎蘭屯火山型被動陸緣，大地構造位置屬于西伯利亞板塊東南緣(圖1)[1-3]。該區從早古生代以來經歷了華北板塊向西伯利亞板塊俯沖以及中生代太平洋板塊向歐亞板塊NW向擠壓的作用與改造，形成了多期次構造疊加，將研究區分割成不同結構、不同變形特征的構造塊體，區內構造整體呈現為多層次、多樣式、多機制的變形特點。

研究區主要出露古生代及中生代—新生代地層，出露有中下泥盆統泥鰍河組(D1-2n)、上石炭統寶力高廟組(C2bl)、古近系始新統伊爾丁曼哈組(E2y)、新近系中新統通古爾組(N1t)和上新統寶格達烏拉組(N2b)、第四系更新統阿巴嘎組(Qp3a)及全新統松散堆積。

研究區侵入巖較發育，巖漿活動及就位主要受華北板塊與西伯利亞板塊碰撞閉合影響，呈NEE向帶狀展布，與區域構造線方向基本一致，侵入巖多呈巖株狀產出。研究區侵入巖的空間分布特征見圖2。

2 晚石炭世花崗巖巖石學特征及侵入時代

2.1 巖石學特征

樣品采自研究區白音希勒大隊幅南部，(X723 758.58 m、Y4 918 470.69 m，由GPS確定)。巖性為黑云母二長花崗巖，風化面呈淺紅色、灰紅色，新鮮面呈灰紅色(圖3)，中細粒花崗結構(圖4)，塊狀構造，主要礦物為石英、斜長石、鉀長石，次要礦物為黑云母。斜長石多呈淡土褐色，半自形—他形板條狀，弱絹云母化，粒度為1～3 mm，含量為30%～40%；鉀長石多呈土褐色，表面骯臟，半自形板條狀，格子雙晶，弱泥化，粒度多小于3 mm，含量為20%～35%；石英多呈煙灰色粒狀、渾圓狀，表面干凈，粒度多小于1 mm，含量為30%～35%；黑云母多呈黃褐色片狀，多色性顯著，平行消光，較強綠泥石化，粒徑為0.25～1.50 mm，含量為2%～10%。副礦物主要為鋯石、磷灰石、綠黝簾石、赤褐鐵礦、鈦鐵礦及磁鐵礦。

圖1 研究區大地構造位置[3]

圖2 研究區侵入巖空間分布特征

2.2 鋯石U-Pb測年及其年齡特征

本研究鋯石樣品制靶及照像由北京鋯年領航科技有限公司完成。鋯石U-Pb年齡測試由中國科學院地質與地球物理研究所和武警黃金研究所共同完成，測試方法為LA-ICP-MS，檢測儀器為Nu Attom 高分辨電感耦合等離子質譜儀(SF-ICP-MS)。測年結果見表1。

圖3 中細粒黑云母二長花崗巖

圖4 中細粒花崗結構(正交偏光)

晚石炭世黑云母二長花崗巖樣品采自研究區白音希勒大隊幅南部(取樣點位置坐標X723 758.58 m、Y4 918 470.69 m，由GPS確定)，所采樣品新鮮無蝕變，重約5 kg，測年采用單顆粒鋯石激光剝蝕法。鋯石陰極發光圖像顯示(圖5)，鋯石呈渾圓狀或半自形—自形短柱狀，個別晶形不完整且顆粒大小不一，可觀察到清晰的韻律環帶結構，具有較高的w(Th)/w(U)值(0.35～1.8)，表明其具有巖漿鋯石的特征。測定結果(表1)顯示，其206Pb/238U表觀年齡范圍為(303±6)Ma～(337±8)Ma，剔除個別繼承鋯石及打點偏差的數據后，加權平均年齡為(318.1±3.3)Ma(MSWD=1.8)(圖6)，屬于晚石炭世早期(323.2～298.9 Ma)。

表1 晚石炭世中細粒黑云母二長花崗巖鋯石U-Pb LA-ICP-MS測年結果

圖5 晚石炭世中細粒黑云母二長花崗巖單顆粒鋯石代表性CL圖像

圖6 鋯石U-Pb協和圖(左)和加權平均年齡(右)

3 巖石地球化學特征

本研究巖石地球化學分析在中國地震局地殼動力學重點實驗室完成，主量元素利用X射線熒光光譜法(XRF)進行分析，儀器型號為Panalytical Axios XRF，稀土元素和微量元素采用等離子質譜(ICP-MS)分析測定，儀器型號為Thermo，ICP-MS(SeriesⅡ)[4]。

研究區晚石炭世黑云母二長花崗巖以細粒—中細粒結構為主，采集的10件樣品的巖石地球化學分析表明：樣品w(SiO2)為70.15%～75.05%，平均為73.5%；全堿(Na2O+K2O)含量為7.5%～8.48%，均值為7.86%；w(K2O)/w(Na2O)為0.89～1.45，平均為1.17；w(Al2O3)為12.4%～14.28%，平均為13.32%；w(MgO)為0.05%～0.93%，平均為0.42%；w(MnO)為0.03%～0.07%，平均為0.05%；具有高硅、富堿、富鉀、貧鎂、鋁和錳特征。在全堿～硅(TAS)分類中，樣品均落于花崗巖區域(圖7)。在Q-A-P分類圖解中，樣品投點落于二長花崗巖區域(圖8)。在w(SiO2)-w(K2O)圖解中，樣品主要集中于高鉀鈣堿性系列(圖9)。鋁飽和指數A/CNK為0.89～1.11，平均為1.01，小于1.1，在A/CNK-A/NK圖解中(圖10)，樣品多落于過鋁質區域，表明研究區巖體具有過鋁質的地球化學特征。上述分析結果暗示其源巖具有殼源成因特征。

圖7 侵入巖系統全堿-硅(TAS)分類

樣品微量、稀土元素分析表明：在原始地幔標準化蛛網圖中(圖11)，總體上晚石炭世黑云母二長花崗巖表現出顯著富集大離子親石元素(LILEs)Rb、Th、U、K，虧損Ba、Sr以及高場強元素(HFSEs)Nb、P、Ti的特征，10件樣品的微量元素富集虧損趨勢較為接近，稀土總量(ΣREE)中等偏低，為(52.14～80.32)×10-6；在稀土元素球粒隕石標準化圖解中(圖12)，輕重稀土(w(LREE)/w(HREE))為4.49～11.29，(La/Yb)N、(La/Sm)N和(Gd/Yb)N分別為2.78～11.48，2.38～7.01和0.74～1.57，表明輕重稀土分餾程度較強，但輕稀土分餾相對重稀土分餾強烈，δEu為0.5～0.99，具有較弱程度的負Eu異常，表明源區經歷了斜長石一定程度的分離結晶或源區殘留少量的斜長石。

圖8 侵入巖Q—A-P分類圖解

圖9 巖石系列w(SiO2)-w(K2O)圖解

圖10 侵入巖A/CNK-A/NK判別圖解

圖11 微量元素原始地幔標準化蛛網圖

圖12 稀土元素球粒隕石標準化分布型式圖

4 討論

阿巴嘎旗地區晚石炭世侵入巖表現為高鉀鈣堿性系列特征，鋁飽和指數A/CNK均小于1.1，屬于堿性過鋁質巖石。礦物組成主要為鉀長石、石英、斜長石及少量黑云母，具有高硅(w(SiO2)均值為73.5%)、富堿(w(Na2O+K2O)均值為7.86%)，低Mn(w(Mn)均值為0.05%)和Mg(w(MgO)平均為0.42%)，富集(LILEs)Rb、Th、U、K，虧損Ba、Sr以及高場強元素(HFSEs)Nb、P、Ti和中等偏弱負Eu異常的特征，該類特征區別于A型花崗巖的特征。另外，在Whalen等[5]投圖(圖13(a)、圖13(b)、圖13(c))中，樣品除少數點外，其余均投影落入I & S型花崗巖區域。

相關研究表明[6-8]，隨著分異程度的增加，S型花崗巖中P2O5含量會出現升高趨勢，本研究黑云母二長花崗巖的P2O5含量隨著分異程度的增加呈負消長趨勢(圖13(d))，不同于S型花崗巖。此外，黑云母二長花崗巖P2O5含量低，均值為0.06%，低于Whalen等[5]統計的S型花崗巖的含量值0.15%。因此，綜合分析認為晚石炭世黑云母二長花崗巖為I型花崗巖。在巖漿源區δEu-(La/Yb)N判別圖(圖14)中，樣品投影點除3個點落于殼幔源區外，其余均落于殼源區域內，表明巖石具有殼幔混源的特點，表明巖石來源于下地殼或殼幔過渡部分，與下地殼的部分熔融或殼幔過渡區部分熔融作用有關。

圖13 黑云母二長花崗巖系列圖解

圖14 黑云母二長花崗巖侵入巖巖漿源區判別圖解[9]

本研究黑云母二長花崗巖樣品總體富集大離子親石元素K、Rb和高場強元素Th、U，虧損Ba、Ta、Sr、P、Ti[9]，指示其形成于陸緣弧構造環境。在侵入巖非活性元素構造環境判別圖解(圖15、圖16)中，黑云母二長花崗巖樣品均落入VAG區域，為火山弧花崗巖。在w(Rb)-w(Hf)-w(Ta)構造判別圖解中均落于碰撞背景區域(圖17、圖18)，同時具有向板內花崗巖過渡的趨勢。在w(TFeO)-w(MgO)圖解(圖19)和R1-R2構造判別圖解(圖20)中，樣品投點主要落入同碰撞花崗巖區。綜合分析，認為該期巖體形成的構造環境為火山弧碰撞環境。結合其大地構造環境，認為在晚石炭世時期，華北板塊向西伯利亞板塊俯沖碰撞，隨著擠壓作用持續增強，形成NEE向構造，為晚石炭世巖體的形成提供了通道和空間。黑云母二長花崗巖具有高硅、富堿、低鎂、低鈣特征，為高分異I型花崗巖，恰為該碰撞地質構造環境下的產物[10-14]。