內蒙古鑲黃旗地區和睦巖體地球化學特征及地質意義

劉金寶　張曉峰

［關鍵詞］鉀長花崗巖；地球化學；年代學；和睦巖體；鑲黃旗；內蒙古

鑲黃旗地區位于內蒙古自治區錫林郭勒盟西南端，屬波狀高平原及低山丘陵地貌。根據《內蒙古自治區區域地質志》大地構造分區（圖1a），鑲黃旗地區位于華北板塊（Ⅳ），包爾漢圖―白乃廟―翁牛特旗陸緣弧（Ⅳ-3），正鑲白旗―多倫旗二疊紀島?。á?3-2）。該地區具有復雜的地殼結構，是研究興蒙造山帶的重要地區之一。

Zhang et al. 于2008 年對大興安嶺南段存在的三疊紀（214～250 Ma）玄武質巖石進行了主微量元素地球化學研究，表明在三疊紀研究區處于中亞造山帶后造山伸展階段[1]。Wu et al. 于2011 年通過研究中國東北部的顯生宙花崗巖類認為在三疊世古亞洲洋閉合后西伯利亞板塊和華北板塊碰撞造山后的伸展階段，由于殘留古亞洲洋板塊的斷離，新生地殼物質部分熔融形成中酸性巖漿[2]。前人針對內蒙古中東部地區的構造演化、巖漿巖研究主要集中在晚古生代和早古生代[3-4]，但現有研究很少有針對研究區早中生代巖漿巖開展相關研究工作。

本文選擇鑲黃旗西南21 km 處出露的晚三疊世和睦巖體進行系統的巖石學、地球化學、鋯石U-Pb 年代學研究，以期探討研究區和睦巖體的形成時代、物質來源，以及構造環境，對鑲黃旗地區及興蒙造山帶早中生代構造演化研究具有重要意義。

1 區域地質概況

鑲黃旗地區位于興蒙造山帶西段。該區出露的地層單元主要包括晚元古代白云鄂博群白音寶拉格組（Qnby）和呼吉爾圖組（Qnhj）、晚古生代二疊系三面井組（P₁sm）和額里圖組（P₁e）及新生代地層（圖1）。

白音寶拉格組（Qnby）零星出露于研究區東南部，巖性為灰黃色斑點狀二云片巖、紫紅色絹云石英巖、石英巖、長石砂巖及變質粉砂巖；和呼吉爾圖組（Qnhj）零星出露于研究區周邊，巖性為黑色、灰黑色變質粉砂巖、灰綠色綠簾角閃片巖、絹云石英片巖；三面井組（P₁sm）零星出露于研究區北部，巖性為灰綠色泥質粉砂巖、凝灰質砂巖、長石砂巖、斑點板巖、硬砂巖；額里圖組（P₁e）出露于研究區南部、東部，巖性為灰綠色安山玢巖、凝灰質安山玢巖、安山質巖屑晶屑凝灰巖夾灰巖透鏡體；新生代地層主要分布于研究區周邊坳陷盆地山谷，主要由新近系紅褐色粘土組成。

侏羅紀二長花崗巖（ηγJ），在研究區廣泛分布，出露面積較大，是本文研究重點，侵入二疊系和白云鄂博群地層；侏羅紀花崗閃長巖（γδJ）出露于研究區南部和東北部；三疊紀花崗閃長巖（γδT）出露于研究區西南部；三疊紀（δοT）零星出露于研究區周邊。

2 和睦巖體地質和巖相學特征

和睦巖體位于鑲黃旗西南21 km處，烏蘭察布市化德縣公臘胡洞鄉和睦村附近（圖1），出露面積約為32 km²，呈巖株產出，南北向分布，侵入二疊系額里圖組、三面井組和白云鄂博群和呼吉爾圖組。

和睦巖體的巖性主要為鉀長花崗巖（圖2），呈灰白色―淺肉紅色，中粗粒結構，塊狀構造，弱風化。主要組成礦物有長石和石英，少量黑云母。長石主要為鉀長石，鉀長石65%～70%，斜長石6%～8%；石英20%～25%；黑云母2%～4%，部分黑云母發生綠泥石化。

3 樣品采集與分析

參與測試的地球化學分析樣品包括7件鉀長花崗巖，是在詳細的野外地質研究的基礎上，選擇無表皮、無脈體、無蝕變（或蝕變弱）的較新鮮樣品，采樣位置見圖1。樣品制備工作在河北省區域地質礦產調查研究所實驗室內完成。

全巖主量元素和微量元素分析由河南省巖石礦物測試中心完成。FeO含量采用K₂Cr₂O₇容量法測定，其余主量元素含量通過ZSX100eX射線熒光光譜儀測得，分析精度優于3%。元素含量大于10×10^-6時，精度優于5%；元素含量小于10×10^-6時，分析精度優于10%。

鋯石制靶工作、鋯石U-Pb同位素的測定完成于中國地質大學（武漢）的地質過程與礦產資源國家重點實驗室。鋯石陰極發光（CL）照相完成于中國地質科學院地質研究所電子探針實驗室。具體流程和方法參照[5-6]。

Sr-Nd-Pb同位素組成測定在核工業北京地質研究院同位素室進行。Sr-Nd同位素實驗儀器為MAT-262熱離子質譜儀（TIMS），采用同位素稀釋法進行測試。Sm-Nd 同位素分餾校正采用¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.721900。Sr 同位素質量分餾用⁸⁸Sr/⁸⁶Sr=8.375 21 校正，Nd 同位素質量分餾校正采用¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd=0.721900。Pb同位素實驗儀器為高分辨多接受器等離子質譜儀（MC-ICP-MS），用NBS981 標準校準儀器。

Hf同位素測試是利用中國地質大學（武漢）地質過程與礦產資源國家重點實驗室的激光剝蝕多接收杯等離子體質譜（LA-MC-ICP-MS）完成。詳盡的分析技術和實驗方法參見[7]。分析數據的離線處理采用了ICPMSDataCal程序[8]。

4 數據結果

4.1 鋯石U-Pb年代學

NM111中鋯石的陰極發光圖（圖3a）顯示大部分鋯石顆粒自形程度中等，多呈長柱狀或短柱狀，表面較光滑、干凈，大小變化范圍為20 μm×100 μm 到40 μm×200 μm。鋯石顆粒的晶體內部結構清晰，巖漿振蕩生長環帶顯著，所有鋯石顆粒的分析點的鈾和釷含量變化范圍分別為（269～1335）×10^-6和（172～907）×10^-6，平均值分別為694×10^-6和426×10^?6，有較高的Th/U比值（0.44～0.94）（表1），具有巖漿鋯石的特征。經Pb校正之后，巖漿鋯石的10個有效測點皆位于協和線上（圖3b、c），分布比較集中，其²⁰⁶Pb/²³⁸U加權平均年齡值為228.9±3.4 Ma（MSWD=0.092），相當于晚三疊世。

4.2 元素地球化學特征

4.2.1 主量元素

主量元素分析結果（表2）顯示，和睦鉀長花崗巖高硅，SiO₂含量為72.36%～76.23%；高鉀，K₂O 為4.41%～4.86%，K₂O/Na₂O 值為1.043～1.192；富堿，Na₂O+K₂O 含量為8.60%～9.05%，堿度率（AR）值為3.60～4.69，屬于富鉀富堿巖石；貧鐵、鎂，TFe₂O₃含量為1.23%～2.00%，FeO含量為0.51%～1.16%，MgO含量為0.24%～0.58%；含較低的CaO（0.53%～1.41%）；含略高的TiO₂（0.20%～0.31%）和P₂O₅（0.05%～0.12%）；相對貧鋁，Al₂O₃含量范圍11.71%～13.40%；里特曼指數（σ）為2.22～2.78；巖漿分離結晶作用程度較高，分異指數（DI）為91.08～96.43。

樣品的鋁飽和指數（A/CNK）為0.899～0.967，鋁指數（A/NK）為1.014～1.094，在A/CNK-A/NK 圖解[9]（圖4），樣品均屬于準鋁質巖石。在SiO₂-（Na₂O+K₂OCaO）圖解中，樣品均落于堿性鈣區域（圖5b）；在Frost等（2001）提出的SiO₂-FeOT/（FeOT+MgO）圖解[10]中，樣品落在鎂質區域（圖5a），具有A型花崗巖主量元素的特征[11]。FeOT/MgO比值為2.87～4.61，平均值3.56，高于I型花崗巖（991個樣品的平均值為2.27）、S型花崗巖（578個樣品的平均值為2.38）和M型花崗巖（17個樣品的平均值為2.37）的FeO^T/MgO比值[12]。

在TAS圖解中（圖6a），和睦鉀長花崗巖均落在亞堿性花崗巖區域，在SiO₂-K₂O 關系分類圖解（圖6b）中，和睦巖體的樣品均落入高鉀鈣堿性系列巖石中；結合礦物特征，可以對比于BarBarin分類中的高鉀鈣堿性花崗巖類（KCG）。

在Harker圖解（圖7）中，隨著SiO₂含量的增加，和睦巖體樣品的主量元素除K₂O 外，Al₂O₃、FeO^T、TiO₂、MgO、CaO、Na₂O、P₂O₅均表現出減少的趨勢，呈明顯的負相關關系，而K₂O與SiO₂相關性不明顯，這表明和睦巖體巖漿演化過程中發生了分離結晶作用。

4.2.2 微量元素和稀土元素

和睦鉀長花崗巖（表3）在微量元素蛛網圖（圖8a）上，明顯富集Rb、Th、K、Nb、Ta、Pb，相對富集Zr、Hf，明顯虧損Sr、Ba、U，具有明顯的負異常特征。Rb/Sr和Rb/Ba比值分別為0.90～2.92和0.36～1.19，遠高于原始地幔的相應值（分別為0.03和0.09）[15]，反映出巖漿經歷了較高程度的分異演化。Nb/Ta 比值在6.95～10.31 之間，低于原始地幔和球粒隙石的Nb/Ta 比值（17.57，17.39）[16]，表明原始巖漿不是主要來源于地幔。

F 元素含量為553×10^-6～1 668×10^-6，顯示和睦鉀長花崗巖巖體富F的特征；以上特征與大陸地殼的特征（富大離子親石元素Rb、Ba、K，富高場強元素Zr、Hf、U、Th、Pb，虧損Nb和Ti）不完全一致，說明和睦鉀長花崗巖巖體物質來源可能以殼源為主，亦混有幔源物質。

該巖石稀土元素總量較低，REE為111.46×10^-6～142.48×10^-6（圖8b），變化較小，平均值為132.41×10^-6。輕稀土分餾參數（La/Sm）N=5.28～8.83，平均值為6.56；重稀土分餾參數（Gd/Yb）N=1.64～2.20，平均值為1.97，表明巖漿演化過程中發生了輕稀土逐漸富集，重稀土逐漸虧損的現象。由于輕、重稀土的分餾程度高，（La/Yb）N=14.91～20.30，平均值為18.59，LREE/HREE 為13.63～16.32，平均值為14.86，且發育中等的負銪異常（δEu=0.50～0.65，平均值為0.59），表明巖漿形成過程中發生過斜長石的分異，其稀土配分曲線呈現向右緩傾的海鷗狀（圖8b），重稀土曲線水平分布且較富集，可能表明巖漿源區不存在石榴石。

4.3 Sr-Nd-Hf 同位素組成特征

和睦鉀長花崗巖（表4）ISr值為0.70633～0.70725，平均為0.70679，¹⁴⁷Sm/¹⁴⁴Nd值為0.0869～0.0922，平均為0.08955，¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd值為0.512203～0.512206，平均為0.512205，以成巖年齡228.9 Ma計算得出的εNd（t）值為-5.38～-5.28。計算的單階段Nd的模式年齡TDM為1.14～1.18 Ga。

和睦鉀長花崗巖的²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb的變化范圍為18.597～18.623，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb 的變化范圍為15.569～15.575，²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb的變化范圍為38.617～38.651。

和睦鉀長花崗巖的鋯石Hf 同位素分析結果（表5）顯示，¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf 比值為0.282573～0.282653，¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf 比值為0.000645～0.001475，其大部分值小于0.001，說明鋯石中具有較少的放射成因Hf的積累，所測得的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf 比值可代表其初始形成時的Hf 同位素組成。和睦鉀長花崗巖（NM111）中的15 顆鋯石具有相對一致的Hf 同位素成分，¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf 的初始比值為0.282573～0.282653，相應的εHf（t）的值為-2.3～2.1（圖9a），單階段Hf 虧損地幔模式年齡變化范圍為1.19～1.40 Ga（圖9b），兩階段Hf 模式年齡變化范圍為1.56～1.90 Ga。

5 討論

5.1 成因類型

和睦鉀長花崗巖的主量元素表現出相似A型花崗巖的特征[12，17-18]，Ga（16.3×10^-6～20.9×10^-6）和Zr（145×10^-6～192×10^-6）含量高，FeOT/MgO 和Ga/Al 的比值高。在Na₂O-K₂O圖（圖10）中，和睦鉀長花崗巖的樣品均落在A型花崗巖區域。

在Whalen et al.提出的A型花崗巖判別圖解中[12]，多數樣品落在A型花崗巖區域內（圖11、12）。在主量元素對10000 Ga/Al的圖解（圖11）中，在K₂O/MgO 圖和FeO^T/MgO 圖內，和睦鉀長花崗巖有1 件樣品落在M、I和S型向A型花崗巖過渡區域，其余樣品落在A型花崗巖區域，其他圖內樣品均落在A型花崗巖區域；在微量元素對10000 Ga/Al的圖解（圖12）中，和睦鉀長花崗巖有1件樣品落在M、I和S型向A型花崗巖過渡區域，其余樣品落在A型花崗巖區域。主要原因是在巖漿上升過程中，受到地殼物質的混染，改變了正常演化巖石的成分，造成根據主量元素與微量元素組合進行構造背景判斷的效果不佳。如巖漿混染作用增強，造成將板塊內部的花崗巖判斷為M、I和S型花崗巖。

5.2 巖漿源區

在εHf（t）-t 的圖解中，和睦鉀長花崗巖鋯石的ε_Hf（t）組成位于球粒隕石線附近（圖13），明顯高于華北北緣（ε_Hf（t）組成位于下地殼與平均地殼線之間）[20]。通常認為具有正ε_Hf（t）分布的花崗巖來自虧損地?；蚴菑奶潛p地幔中新增生來的年輕地殼物質的部分熔融形成[21]，負的ε_Hf（t）值則通常代表古老的地殼成因[22]。表明和睦鉀長花崗巖的源區物質既有為虧損地幔，也有古老的地殼的熔融物質。

目前在興蒙造山帶內發現有大量三疊紀A型花崗巖，前人研究顯示，早中生代時期的花崗巖顯示著殼源和幔源的雙重特征，且以年輕物源為主，有部分古老陸殼組分參與。和睦鉀長花崗巖具有中等（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）i含量，較低的ε_Nd（t）值（圖14），并具有較古老的Nd和Hf同位素的模式年齡（T_DM： 1.14～1.18 Ga和T_DM^C2： 1.56～1.90 Ga），因此可見，其巖漿物質來源于殼?；烊郏@與Hf同位素的特征一致。和睦巖體Pb同位素的組成也比較均一，混合成因，由圖15所示[23]，和睦鉀長花崗巖的來源為虧損地幔和造山帶熔融物質的混合成因。

5.3 構造環境

對于A型花崗巖的大地構造背景，目前比較統一的認識是其形成于伸展的構造環境，但伸展構造所形成的原因有碰撞后、板內或地幔熱柱等等[24-27]，因此將A型花崗巖分為非造山和后造山兩類，并命名為A₁、A₂或AA、PA[28]。在和睦鉀長花崗巖在A₁、A₂型花崗巖判別圖解中，樣品均落在了非造山的A₁型花崗巖區域內（圖16）。結合和睦鉀長花崗巖鋯石U-Pb年代相當于晚三疊世，意味著在晚三疊時期，研究區已處在了一個伸展作用下非造山形成的構造環境中。

6 結論

本次研究對興蒙造山帶中生代和睦巖體開展了詳細的巖石學、地球化學及年代學研究，并結合區域研究成果討論了它的巖石成因及形成大地構造背景，獲得的主要認識如下：

和睦巖體的鋯石U-Pb定年結果為228.9±3.4 Ma。鏡下鑒定研究和主微量元素研究結果表明，三疊紀和睦巖體的巖性為鉀長花崗巖，屬亞堿性系列高鉀富堿性準鋁質巖石；

和睦巖體以表現出富硅富堿、貧鎂鐵的特征，并且明顯富集Rb、Th、K、Nb、Ta、Pb，相對富集Zr、Hf，明顯虧損Sr、Ba、U，具有中等的負Eu異常，輕重稀土元素分異明顯，具有A型花崗巖的地球化學特征；

和睦巖體的ISr 值為0.70658～0.70732，ε_Nd（t）值為-5.40～-5.31，Nd的模式年齡T_DM為1.14～1.18 Ga，顯示其來源為殼?；烊?；ε_Hf（t）的值為-2.33～2.14，顯示研究區鉀長花崗巖有幔源物質的大量加入，物質來源中有古老地殼物質的加入；

和睦巖體為A1型花崗巖，生成于非造山形成的大陸裂谷的拉張環境中。