李子昊

吉林大学地球科学学院，吉林长春130061

内蒙古科尔沁右翼中旗新发屯岩体形成时代及地球化学特征

李子昊

吉林大学地球科学学院，吉林长春130061

内蒙古科尔沁右翼新发屯岩体主要由花岗闪长岩组成.锆石SHIRMP U-Pb定年结果显示新发屯岩体的年龄为138±10 Ma，为早白垩世.地球化学测试结果显示，新发屯岩体属钙碱性系列岩石，K、Rb、Ba、Th呈富集型，Sr、Ta、Nb、P、Ti呈亏损型.稀土元素配分曲线右倾，轻重稀土分馏较为明显，具有明显的Eu负异常.这些特征表明，新发屯岩体形成于晚造山环境，是板块碰撞后地壳抬升时期的产物.

花岗闪长岩；早白垩世；地球化学；岩浆来源；科尔沁右翼中旗；内蒙古

0 前言

内蒙古科尔沁右翼中旗位于中亚造山带东段，区域上中生代花岗岩类广泛分布，与小兴安岭-张广才岭花岗岩类共同构成了中国大陆东部的中生代“花岗岩海”［1］，这些花岗岩类的形成时代以及地球化学特征一直是地质学家研究的热点.区域上发育大量岩浆岩，特别是NEE向展布的岩浆岩，与E-W、NE向古生代岩浆岩带构成了当今的地质构造-岩浆格局，引起了大量地质工作者的重视［2-4］.中生代时期岩浆活动较剧烈，其中火山岩和花岗岩分布较多.前人已经对该地区中生代岩浆岩做了大量工作：早期研究曾认为这些花岗岩为古生代板块俯冲碰撞的产物［5-6］，但近些年来高精度同位素年龄测试表明，这些花岗岩大多侵位于中生代［7-10］.兴安岭中部乌兰浩特-索伦地区的中生代花岗岩浆活动可以划分为3期，葛文春等人［11］认为早白垩世花岗岩岩浆侵位结晶年龄为140～125 Ma，早—中侏罗世花岗岩的形成可能是东部佳木斯地块与松嫩地块拼合过程的俯冲产物，而早白垩世花岗岩则是板内张性构造体制引起的；杨奇荻等人认为通过锆石U-Pb定年，在大兴安岭中南段甘珠尔庙地区鉴别出5个中生代花岗岩体，这些岩体形成于晚侏罗世（154 Ma）和早白垩世(139～125 Ma)，与大兴安岭中南段岩浆作用时期大致相同，为充分认识区域上中生代岩浆活动提供了新依据，甘珠尔庙地区中生代花岗岩形成于后造山伸展环境，这种构造背景很可能与蒙古-鄂霍次克洋闭合碰撞后伸展有关系，其次在后期可能叠加了古太平洋俯冲的作用［12］.

本文从科尔沁右翼新发屯早白垩世花岗闪长岩入手，通过进行锆石U-Pb年代学以及地球化学研究，探讨该岩体的形成年代、成因及地球化学特征等，并讨论岩体形成的构造意义.

1 地质背景与岩石学特征

科尔沁右翼中旗地区属于大兴安岭中南部，大地构造位置位于西伯利亚板块和华北板块中间的兴蒙造山带东部，西北为大兴安岭主断裂带，西南为嫩江断裂带.研究区分布大规模中生代岩浆岩（图1），其中花岗岩类较多，特别是NNE向展布的岩浆岩活动较发育.研究区出露大量白垩纪花岗岩类，发育的地层主要有中二叠统哲斯组（P2zs）、上二叠统林西组（P3l）、上侏罗统玛尼吐组（J3mn）和下白垩统白音高老组（K1b）.其中哲斯组和林西组主要由砂岩组成.从中生代开始，研究区位于大兴安岭火山岩带同兴-宝石火山喷发带的中部，火山活动频繁.玛尼吐组和白音高老组主要由熔岩及凝灰岩组成，这些地层单元均被早白垩世花岗岩类侵入（图1）.研究区早白垩世花岗岩类主要包括花岗斑岩、花岗闪长斑岩和花岗闪长岩，岩脉走向为北东方向.其中花岗闪长岩出露范围最广，为本文的研究对象.

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological sketch map of the study area1—白音高老组（Baiyingaolao fm.）；2—玛尼吐组（Nimatu fm.）；3—林西组（Linxi fm.）；4—哲斯组（Zhesi fm.）；5—早白垩世花岗斑岩（Early Cretaceous granite-porphyry）；6—早白垩世花岗闪长斑岩（Early Cretaceous granodiorite porphyry）；7—早白垩世花岗闪长岩（Early Cretaceous granodiorite）；8—第四纪冲洪积物（Quaternary proluvium）；9—年龄样采样点（sampling position for age test）；10—研究区位置（study area）

花岗闪长岩在研究区内分布较多，主要分布于车家营子幅的中南部.部分侵入体由于第四系掩盖而分开，下部可能为同一个岩体.侵入体均以岩株或岩枝状产出，最大的出露面积约4.52 km2，最小的岩体出露面积只有0.02 km2.花岗闪长岩体侵入二叠系变质砂岩和晚侏罗世火山岩，成岩后又被花岗斑岩和花岗岩等侵入.该类侵入岩遭受了强烈的风化，地表很难找到成型的岩石标本，多为砂状集合体.在地下约10 m深的采坑中，见有新鲜的花岗闪长岩.岩体中也常见有小块的细粒闪长岩的包体，包体的边界与花岗闪长岩无明显的界线，呈渐变过渡状.图1右侧花岗斑岩年龄分布在128～121 Ma之间，形成在花岗闪长岩之前［13］.花岗闪长岩风化面呈深灰色，新鲜面为灰白色，半自形细中粒结构，块状构造.主要矿物为石英（25%）+钾长石（20%）+斜长石（40%）+黑云母（10%）+角闪石（5%）（图2）.石英呈不规则粒状，粒度在0.2～0.8 mm之间，分布较均匀.钾长石呈半自形板状，粒度在0.4 mm左右，双晶不发育，有高岭土化.斜长石呈半自形板状，粒度在0.3～1.2 mm之间，双晶发育，有绢云母化.黑云母呈片状，多已绿泥石化.角闪石呈柱状，粒度约1.5 mm，解理不清楚，二级蓝干涉色，斜消光，消光角在23°左右.副矿物主要有磁铁矿和锆石.

2 测试方法

新发屯花岗闪长岩共分析了1件年龄样（TW4）和7件化学样.样品的主量元素和痕量元素分析是在国土资源部长春矿产资源监督检测中心完成的.主量元素运用X射线荧光光谱仪（PW4400）测量，痕量元素采用等离子质谱仪（X-series）分析［14］.

挑选锆石在河北省廊坊市区域地质调查研究所进行.先用常规方法将样品粉碎至80~100目，再经过淘洗和电磁方法进行分离，可以取得高纯度矿样，并在双目镜下挑选具有较好晶形且无明显裂痕和包裹体的锆石，摆在环氧树脂表面并打磨抛光，然后进行透射光、反射光和阴极发光（CL）图像收集.锆石的制靶、显微图像采集以及锆石U-Pb同位素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成.采用Agilent7500型ICP MS和ComPexL02ArF准分子激光器以及GeoLas200M光学系统联机进行，通过直径为30 μm的激光束击打锆石颗粒，剥蚀样品深度为20~40 μm［15］.锆石年龄采用国际标准锆石91500作为外标标准物质，元素含量采用NISTSRM610作为外标，29Si作为内标.实验测得的数据采用Andersen［16］的方法进行同位素比值的比较来去除普通Pb的影响，谐和图的绘制成图采用Isoplot3.0程序［17］，所得出的同位素值和年龄的误差均在1σ水平.

3 锆石U-Pb定年

图2 新发屯岩体显微镜下照片Fig.2 Microphotographs of granodiorite from XinfatunQ—石英（quartz）；Pl—斜长石（plagioclase）；Bi—黑云母（biotite）；Am—角闪石（amphibole）；Kfs—钾长石（K-feldspar）

图3 新发屯岩体锆石阴极发光（CL）图像Fig.3 Cathodoluminescence（CL）image of zircon from Xinfatun rock body

由锆石CL图像（图3）可知，锆石粒度大小100~150 μm，长宽比为2∶1~1∶1，自形程度大部分中等，呈长柱状或者短柱状，且振荡环带发育，表明锆石为岩浆锆石.年龄样TW4测试的锆石点数为18个，其分析测试结果见表1.

从样品谐和年龄图（图4a、b）可看出，18个测试点206Pb/238U年龄加权平均值为138±10 Ma，MSWD=1.7.因此新发屯花岗闪长岩所测得年龄为138±10 Ma，时代为早白垩世.

4 岩体的地球化学特征

4.1 岩石化学特征

根据新发屯样品的化学分析（表2）可以得出，SiO2含量变化范围为64.11%~68.18%，表明其为酸性岩；碱含量（K2O+Na2O）变化范围为7.42%~9.14%；Al2O3含量变化范围为14.82%~16.14%；Fe2O3含量变化范围为0.79%~1.97%；MgO含量变化在0.99%~1.50%之间；CaO含量变化范围为1.89%~5.21%；铝指数A/CNK值

测试单位：西北大学大陆动力学国家重点实验室（2011）.

图4 新发屯岩体锆石U-Pb同位素年龄谐和图Fig.4 Concordancy diagram of U-Pb isotopic age of zircon in the Xinfatun rock bodya—谐和图（concordia plot）；b—加权平均年龄（weighted average age）

表1 新发屯岩体锆石U-Pb定年结果均大于1.由SiO2-K2O图解（图5）可看出，花岗质岩主要落入高钾钙碱性系列，属高钾钙碱性岩石.

表2 新发屯岩体主量元素分析结果

在ACNK/ANK图解（图6）中，新发屯岩体花岗闪长岩样品投影点落在过铝质岩区内，该花岗闪长岩属过铝质钙碱性岩石.

4.2 微量元素特征

新发屯岩体的花岗闪长岩微量元素分析结果见表3.

从表3可以看出，该区岩体的微量元素含量与地壳平均值相比，Sr、Ta、Nb相对较低，Zr、Hf值稍高，Rb、Y、Th相对较高.通过微量元素蛛网图（图7）可以得出，曲线呈右倾型.微量元素与洋中脊花岗岩相比较，K、Rb、Ba、Th呈富集型，Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb元素相当，而Sr、Ta、Nb、P、Ti呈亏损型.

图5 新发屯岩体SiO2-K2O图解Fig.5 The SiO2-K2O diagram of Xinfatun rock body

图6 新发屯岩体A/CNK-A/NK图解Fig.6 The A/CNK vs.A/NK diagram of Xinfatun rock body

图7 新发屯岩体微量元素蛛网图Fig.7 Trace element spider diagram of Xinfatun rock body

表3 新发屯岩体微量元素分析结果

4.3 稀土元素特征

新发屯花岗闪长岩稀土元素分析结果见表4.

表4 新发屯岩体稀土元素分析结果

从表4可以看出，新发屯岩体的稀土元素含量中等，ΣREE值在142.2×10-6~209.2×10-6之间，轻、重稀土比值在7.50×10-6~9.45×10-6之间，δEu值在0.53×10-6~ 0.79×10-6之间，说明具有Eu的负异常，岩体可能是在岩浆分离结晶时期，斜长石大量晶出所形成的.从图中可以看出新发屯花岗岩富集轻稀土，亏损重稀土.配分曲线的斜率比较大（图8），呈右倾型，轻稀土分馏较为明显.综合上述，本区花岗闪长岩的稀土元素特征，可能与该花岗闪长岩形成时混染了地壳的物质成分有关，或为地壳部分熔融的产物.

图8 稀土元素分配曲线模式图Fig.8 REE distribution pattern of Xinfa tun rock body

5 讨论

5.1 形成时代

阴极发光（CL）图像（图3）表明测量的锆石样品大多是半自形，可见振荡生长环带，属岩浆锆石.故锆石的加权平均年龄可代表岩体侵位年龄，即新发屯花岗闪长岩岩体侵位于138±10 Ma.

5.2 成因类型

早白垩世花岗闪长岩多为半自形中细粒结构，块状构造.岩石主要成分为为石英和斜长石，石英通常边缘被溶解和侵蚀，呈次棱角状.斜长石蚀变严重，可见聚片双晶.

根据主量元素特征可知，研究区新发屯岩体为花岗闪长岩，属高钾钙碱性岩石系列.根据稀土分配曲线（图8）可以得出，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，轻重稀土分馏明显.具有较明显的负Eu异常.K、Rb、Ba、Th呈富集型，Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb元素相当，而Sr、Ta、Nb、P、Ti呈亏损型，能够反映出S型花岗岩特点［18］. Rb会富集于成熟度高的地壳中.P属于相容元素，在花岗岩中容易被磷灰石所容纳.由于金红石对Nb有高的分配系数,岩体Nb负异常的主要原因可能是分离结晶作用.

5.3 形成构造背景

对花岗岩形成的构造背景的讨论有着重要意义.根据大地构造环境，Maniar et al.［19］将花岗岩分为造山花岗岩和非造山花岗岩两大类.造山花岗岩又可分为岛弧花岗岩、大陆弧花岗岩、大陆碰撞花岗岩和后碰撞花岗岩4种类型；而非造山花岗岩可以划分为与裂谷有关的花岗岩、与大陆造陆抬升有关的花岗岩和大洋斜长花岗岩.

研究区位于华北板块和西伯利亚板块之间，研究区与华北地块的碰撞缝合作用发生在晚二叠世—早三叠世，中生代受到了蒙古-鄂霍次克构造体系的作用.关于研究区内花岗岩形成机制有很大争议，隋振民等认为花岗岩形成是由于太平洋板块的俯冲作用［20］，李锦轶等认为花岗岩形成是由于古亚洲构造域的陆内造山作用［21］，邵济安等认为花岗岩形成与造山后岩石圈伸展构造作用有关［22］.古生代—中生代先后经历了古亚洲洋构造域和环太平洋构造域［23］，晚二叠世—早三叠世与华北板块发生了缝合带拼接碰撞作用，产生了索伦-西拉木伦构造带及联合板块，该板块与西伯利亚板块之间具有蒙古-鄂霍次克洋.邵济安等［24］认为二叠纪至三叠纪这一时期是古亚洲洋构造域运动向太平洋构造域运动变换的重要时期.Windley［25］等认为索伦-西拉木伦构造带的产生记载了古亚洲洋闭合的构造演化阶段.

花岗闪长岩的稀土元素分析结果表明，该岩石的形成与地壳混染有关.微量元素分析表明，该岩石的形成与板块碰撞构造环境有关.采用（Yb+Nb）-Rb和Yb-Rb图解判断岩体形成的构造环境［26］，由图9可知，花岗闪长岩的投影点均落入火山弧花岗岩区内，表明为挤压构造环境，也说明该花岗岩的形成与火山弧构造环境有关，属晚造山花岗岩类.因此认为本区的花岗闪长岩是板块碰撞后地壳抬升时期的产物.在R1-R2图解（图10）中，本区的花岗闪长岩投影点落入③和④区内，为晚造山期碰撞隆起产物.已得结论，新发屯岩体的年龄为138±10 Ma，侵位时代为早白垩世，为火山弧花岗岩，其中大兴安岭晚侏罗世至白垩世火山活动十分强烈，大兴安岭也发育早白垩世花岗岩，岩性组为花岗闪长岩.

图10 新发屯岩体R1-R2图解Fig.10 The R1-R2diagram of Xinfatun rock body①地幔分离（mantle departure）；②前板块碰撞（pre-plate collision）；③后板块隆起（post-plate uplift）；④造山晚期（late orogeny）；⑤非造山（nonorogeny）；⑥同碰撞（syn-collision）；⑦造山期后（post orogeny）

图9 新发屯岩体的Rb-（Y+Nb）和Y-Nb图解Fig.9 The Rb-（Y+Nb）and Y-Nb diagrams of Xinfatun rock body

5 结论

（1）新发屯花岗闪长岩锆石U-Pb定年表明，其锆石年龄为138±10 Ma，表明该岩体侵位时代为早白垩世.

（2）新发屯花岗闪长岩为高钾钙碱性-钾玄岩系列的准铝质—弱过铝质岩石.K、Rb、Ba、Th呈富集型，Ce、Zr、Hf、Sm、Y、Yb元素相当，而Sr、Ta、Nb、P、Ti呈亏损型.稀土配分曲线右倾，稀土分馏较为明显，有Eu负异常现象.

（3）新发屯花岗闪长岩形成于晚造山陆缘火山弧构造环境，该花岗岩的形成与火山弧构造环境有关，属晚造山花岗岩类.因此本区的花岗闪长岩是板块碰撞后地壳抬升时期的产物.

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LI Zi-hao

College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China

The Xinfatun rock body,located in Horqin Youyi Zhongqi,Inner Mongolia,is dominated by granodiorite,with SHIRMP U-Pb dating age of 138±10 Ma,which belongs to Early Cretaceous.Geochemical data show that the rock body is of cale-alkaline series,with enrichment in K,Rb,Ba and Th and relative deficiency of Sr,Ta,Nb,P and Ti.The REE distribution curves are rightward inclined,showing obvious fraction of LREE and HREE and negative anomaly of Eu. These characteristics indicate that the Xinfatun rock body was formed in late orogenic environment and was the product of crustal uplift after plate collision.

granodiorite;Early Cretaceous;geochemistry;source of magma;Horqin Youyi Zhongqi;Inner Mongolia

2016-03-14；

2016-04-18.编辑：张哲．

中国地质调查局区域地质调查项目“内蒙古1∶5万吐列毛都、车家营子、六户、二龙屯幅区调”（1212011120660）.

李子昊（1992—），女，吉林大学在读硕士研究生，主要从事数字地质方面研究，通信地址吉林省长春市朝阳区建设街2199号，E-mail// 772004380@qq.com