内蒙古生给敖包早志留世S型花岗岩研究*

2018-09-18桂新星蔡春楠毛瑞芬李胜昌

现代矿业 2018年8期

桂新星蔡春楠毛瑞芬叶萍李胜昌李琛

(1.河南省地质科学研究所；2.河南省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室；3.河南省地质调查院)

中亚造山带东南段的兴蒙造山带是由众多微陆块、岛弧、增生楔及蛇绿岩(洋壳残片)等构成，经历了复杂的构造演化历史，记录了古亚洲洋俯冲及西伯利亚和华北板块最终拼合等重要信息[1-4]，因此，深入分析兴蒙造山带中各地质体之间在时空及成因上的联系对于恢复该地区古构造格局及构造演化史具有重要意义。本研究通过进行锆石LA-ICP-MSU-Pb测年、全岩地球化学分析及氧同位素分析，在克什克腾旗生给敖包一带识别出了早志留世弱片麻状花岗岩，确定属于S型花岗岩，为区内早期地壳构造—岩浆演化提供了新的证据。

1 地质背景及岩石特征

本研究早古生代侵入体位于锡林浩特地块，出露面积1 km2，由3个岩株组成，分别位于生给敖包东、生给敖包东南、生给敖包东北，岩株呈极不规则带状，长轴沿构造线呈NNE向延伸。与古元古界锡林浩特岩群呈侵入接触关系，内部见有黑云斜长片麻岩捕掳体，接触边界处常有花岗伟晶岩脉相隔，接触面产状与周围片麻理大体一致；被早石炭世辉长岩侵入，内部见有细粒辉长岩脉。岩体内部未见明显蚀变，岩体与围岩接触带未见接触变质现象。该期岩体产状与区域构造一般协调一致，局部不协调，接触变质晕不发育，正长石与微斜长石共存，发育弱片麻理。

侵入体岩石类型为肉红色弱片麻状细粒含白云母黑云花岗岩，风化面为灰白色泛肉红，细粒花岗结构，弱片麻状构造。岩体矿物成分为黑云母(约3%)、白云母(1%～2%)、石英(46%～49%，平均47%)、斜长石(14%～26%，平均18%)、钾长石(24%～34%，平均30%)组成，副矿物为磁铁矿、锆石。黑云母呈片状，片径0.2～0.4 mm，黑云母向绿泥石、绢云母转化并析出铁质，多呈假象存在，一般不具有定向性。石英呈他形粒状，粒径0.6～1.5 mm，内部可见细小的黑云母、斜长石、磁铁矿包裹体，包裹体大多小于0.1 mm。斜长石呈半自形粒状，粒径0.3～0.7 mm，绢云母化强烈，成分为更长石类。钾长石由正长石、条纹长石组成，粒径0.5～1.2 mm，内部可见石英、斜长石、黑云母等矿物包裹体。白云母粒径0.2～0.3 mm，个别为1 mm。磁铁矿呈他形粒状，粒径约0.1 mm。

2 岩石取样分析

本研究在生给敖包东南花岗岩岩体的不同部位共采集了2件新鲜岩石样品(编号分别为1#、2#样品)进行岩石地球化学分析[5-7]，对1#样品进行锆石 U-Pb测年和石英氧同位素分析[8-9]。

2.1 锆石U-Pb年代学

1#样品锆石U-Pb同位素测年结果见表1。本研究所选锆石呈半自形状，核部较明亮并发育韵律环带，边部发育暗色边，为变质增生或改造的结果，有效点打在核部的韵律环带上，w(Th)/w(U)较高，平均0.46，也显示为岩浆锆石，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(443.5±2.8)Ma。

表1 1#样品LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据

注：测试单位为天津地质矿产研究所。

2.2 锆石原位Hf同位素分析

在锆石LA-ICP-MSU-Pb定年的基础上，对1#样品进行了微区原位Hf同位素测定，εHf(t)值以及2阶段模式年龄采用锆石加权平均年龄计算。该样品共分析了20个测点，所有测点的Hf同位素组成较一致，锆石w(176Hf)/w(177Hf)为0.281 441～0.282 766，加权平均值为0.282 298±0.000 512，εHf(443.5)值为-37.69～9.36，加权平均值为-7.26±18.17，两阶段Hf模式年龄(TDM2)为753.6～3 124.7 Ma，加权平均值为1 599.2 Ma。

2.3 岩石地球化学特征

在TAS图解及An-Ab-Or图解上，1#、2#样品均位于花岗岩区(图1)，与薄片鉴定结果一致。与中国黑云母花岗岩平均值相比，样品显著富SiO2(平均为82.69%)、富K2O、贫Na2O、极贫CaO，石英标准矿物含量较高，而斜长石标准矿物含量接近于0。在A.R-w(SiO2)图解上，样品均位于碱性区(图2)，说明碱度较高，w(K2O)/w(Na2O)平均为4.15，为钾质类型，因w(SiO2)大于80%，在w(K2O)-w(SiO2)图解上投点位于区外，但大致显示为高钾类型。铝指数A/CNK平均为1.28，含少量白云母，属强过铝质花岗岩。样品中，微量元素含量与花岗岩维氏值相比差别较大，除了富集Hf之外，其他元素含量均较低。微量元素地球化学型式具有Ba、Ce、Sm隆起、相对亏损Nb、Ta、Hf、Zr的特点(图3)，具有火山弧花岗岩的特点，但Nb、Ta的强烈亏损又显示出碰撞花岗岩的特征。样品中，稀土总量ΣREE较低，平均为110.92×10-6，显著低于花岗岩平均值(250×10-6)；轻重稀土分馏程度较高， (La/Yb)N平均为35.97，高于花岗岩平均值(维氏值为15)；具有弱Eu负异常，δEu平均为0.875；样品稀土配分模式(图4)为向右陡倾的平滑曲线，总体接近于花岗岩化型酸性岩的稀土模式。

图1 早志留世花岗岩An-Ab-Or图解T1—英云闪长岩；T2—奥长花岗岩；G1—花岗闪长岩；G2—花岗岩； QM—石英二长岩；1—1#样品；2—2#样品

图2 早志留世花岗岩A.R-w(SiO2)图解CA—钙碱性；A—碱性；PA—过碱性

图3 早志留世花岗岩地球化学型式■—1#样品；▲—2#样品

图4 早志留世花岗岩稀土配分模式■—1#样品；▲—2#样品

2.4 石英氧同位素

对1#样品进行了氧同位素测试，δ18O为10.6‰，为高δ18O花岗岩类。

3 讨论

3.1 形成时代

对1#样品进行了锆石LA-ICP-MSU-Pb测年，年龄为(443.5±2.8)Ma，表明本期花岗岩的形成时代为早志留世。

3.2 成因及地球动力学环境

生给敖包地区的侵入岩岩石类型为花岗岩(介于二长花岗岩与正长花岗岩之间)，SiO2含量较高，平均82.69%，暗色矿物为黑云母，含少量白云母，无闪长岩包体，仅有围岩的捕掳体或残留体，富K2O、贫Na2O，w(K)/w(Na)+w(K)较高，平均为0.73，w(K2O)/w(Na2O)平均为4.15，δ18O较高，达10.6‰，铝指数平均为1.28，属强过铝花岗岩，极贫CaO，具有S型花岗岩的特征，仅w(Fe3+)/w(Fe3+)+w(Fe2+)较高(平均0.61)，接近I型花岗岩。在A-C-F图解(图5)及w(Al)-[w(Na)+w(K)+w(Ca)/2]图解(图6)上，样品均位于S型花岗岩区；稀土配分模式具有花岗岩化的特点；εHf(443.5)大部分为负值，仅部分测点(10#、11#、20#)为正值。2阶段Hf模式年龄(TDM2)变化较大，且大于U-Pb年龄，显示其物源大部分为古老物质循环或改造，少量为幔源物质加入地壳。综合分析认为：该侵入岩主体属S型花岗岩，有少量幔源物质加入；该期侵入岩的形成模式为幔源岩浆活动引起锡林浩特岩群低程度熔融，形成低温岩浆向上短距离运移就位而成。

图5 早志留世花岗岩A-C-F成因判别图解S—S型花岗岩投影区；I─I型花岗岩投影区

图6 早志留世花岗岩w(Al)-[w(Na)+w(K)+w(Ca)/2]判别图解S—S型花岗岩投影区；I—I型花岗岩投影区

该侵入岩样品在不活动性元素w(Rb)-w(Yb+Nb)、w(Rb)-w(Yb+Ta)判别图解上(图7)位于火山弧与碰撞区的边界附近，岩石类型主体为S型花岗岩，兼具某些I型花岗岩的特点。据此推断，该侵入岩形成于板块俯冲与碰撞的转折阶段。区域研究显示，南侧的二道井—锡林浩特俯冲增生杂岩带形成于寒武—奥陶纪，俯冲形成的岛弧型侵入岩的形成时代为奥陶纪，后碰撞花岗岩的形成时代为中晚志留世，结合本研究获得的同位素年龄，推断本期侵入岩为板块俯冲末期引起的沉积岩熔融而成。