内蒙古土牧尔台地区黑云母二长花岗岩及其暗色包体的成因及构造意义

2021-05-25王挽琼郗爱华葛玉辉白新会王虎

岩石学报 2021年4期

王挽琼郗爱华葛玉辉白新会王虎

1. 西南石油大学地球科学与技术学院，成都 6105002. 成都理工大学地球科学学院，成都 6100593. 中塔泽拉夫尚有限责任公司，彭吉肯特 7354501.

中亚造山带地处东欧、西伯利亚、塔里木和华北等克拉通之间(图1a)，是古亚洲洋俯冲消减、西伯利亚与塔里木-华北板块碰撞缝合的产物。目前一些研究认为，中亚造山带由增生杂岩、岩浆弧、蛇绿岩、弧相关盆地及大陆碎片等构成，为全球最大的显生宙增生型造山带及显著的大陆生长区(Windleyetal., 1990; 陈衍景等, 2009; 潘桂棠等, 2016; 李三忠等, 2016; Xiaoetal., 2020)。作为研究大陆动力学的天然实验室，中亚造山带长期吸引众多地质学家对诸如区域构造演化、造山作用方式、造山作用时限等重大地质问题的研究，并取得了大量的重要成果。但是，迄今为止对于古亚洲洋消亡、中亚造山带最终拼贴时限等问题仍旧存在争议，观点包括：大洋消亡于中晚泥盆世-早石炭世(郭胜哲, 1986; 唐克东和张允平, 1991; 邵济安, 1991; 洪大卫等, 1994; 徐备和陈斌, 1997)、晚石炭世(高俊等, 2006)及二叠纪-三叠纪初(王荃, 1986; 孙德有等, 2004; 李锦轶等, 2007; 童英等, 2010; 赵越等, 2010; 刘永江等, 2019)。除此之外，近几年在华北板块北缘中西段阿拉善、四子王旗大庙、徐尼乌苏及温都尔庙-集宁等地，均陆续发现了二叠纪花岗岩类中发育暗色包体，为研究岩浆来源及其形成环境带来便利，也有诸多成果不断涌现。然而，针对寄主花岗岩侵位的构造环境及暗色包体的形成机制尚未达成统一认识，例如，寄主岩石和暗色包体形成于同碰撞环境下大规模岩浆的混合(章永梅等, 2009)，陆缘俯冲环境下安山质母岩浆多元共结分异且经多阶段混合(张建军等, 2019)，俯冲环境下岩浆房不同部位的成分对流(Zhang and Zhao, 2017)等相差甚远的观点，为合理约束古亚洲洋演化特点及中亚造山带形成时限带来困惑。

内蒙古土牧尔台地区位于华北克拉通北缘(图1b)，古生代花岗岩类出露广泛。其中，黑云母二长花岗岩出露面积可达880km2(图1c)，岩体内普遍发育细粒闪长岩包体。本文对该区出露的黑云母二长花岗岩及其暗色包体进行了岩相学、锆石U-Pb年代学及岩石地球化学等方面的研究表明，黑云母二长花岗岩及其暗色包体可能形成于早-中二叠世的大陆弧构造背景，幔源的基性岩浆与壳源的酸性岩浆混合，形成了寄主岩石及暗色包体，该成果不仅为约束华北克拉通北缘二叠纪的构造属性提供证据，也为古亚洲洋消失及中亚造山带造山作用最终结束时限提供线索。

1 地质背景及岩体特征

研究区土牧尔台地区位于内蒙古中部乌兰察布市北侧，区内不同程度发育中新元古界白云鄂博群、下古生界寒武系-奥陶系阿牙登组、下二叠统拴马桩组和苏吉组火山岩、侏罗系火山岩、新生界汉诺坝玄武岩、砂砾石等。其中，白云鄂博群主要分布在徐尼乌苏断裂以南，岩性为浅变质的陆源碎屑岩-碳酸盐岩，是华北克拉通北缘古老的沉积盖层。阿牙登组主要分布在土牧尔台南部10km处，为一套碳酸盐岩-碎屑岩建造，灰岩中发育腕足类、双壳类、头足类及软舌螺类化石，表明早古生代区内为相对稳定的滨浅海环境。拴马桩组分布于镶黄旗北西部，为一套陆相沉积为主的海陆交互相地层，岩性主要为砾岩、长石砂岩、长石石英砂岩及粉砂岩等，夹薄层灰岩。苏吉组火山岩分布于土牧尔台南东-化德县北部一带，岩性主要为流纹质凝灰岩、流纹岩及火山角砾岩。晚侏罗世时，在镶黄旗附近沉积了一套安山岩，夹少量流纹质英安岩和紫色橄榄玄武岩。汉诺坝玄武岩分布在当郎忽洞南部一带，岩性为橄榄玄武岩。

研究区侵入岩发育广泛，时代为古元古代、奥陶纪、早志留世和二叠纪，二叠纪岩浆活动尤为强烈。古元古代花岗岩类仅在化德县南西部10km处零星出露。构成白乃庙岛弧的奥陶纪花岗岩类和早志留世闪长岩分布在当郎忽洞-章毛勿素北部一带，呈近东西向展布(白新会等, 2015)。早-中二叠世苏长辉长岩(270.1±4.2Ma, 王师捷等, 2018)、花岗闪长岩(271.4±1.3Ma, 王挽琼等, 2013)、黑云母二长花岗岩及中二叠世花岗岩在整个研究区广泛出露，整体呈近东西向带状分布(图1c)。

图1 中亚造山带大地构造位置图(a, 据engör et al., 1993; Windley et al., 2007修改)、兴蒙造山带构造单元划分(b, 据Guo et al., 2018修改)和土牧尔台地区地质简图(c, 据王挽琼, 2014修改)Fig.1 Tectonic sketch map of the Central Asian Orogenic Belt (a, modified after engör et al., 1993; Windley et al., 2007), simplified geological map of Xing’an-Mongolia Orogenic Belt (b, modified after Guo et al., 2018) and geological map illustrating the distribution of Tumuertai area (modified after Wang, 2014)

图2 黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩的岩相学特征(a、b)细粒黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩包体的野外特征及其显微特征；(c)中细粒黑云母二长花岗岩野外特征，局部发育似斑状结构；(d)中细粒斑状黑云母二长花岗岩，斜长石环带结构明显；(e)中细粒斑状黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩包体的野外特征；(f) 细粒闪长岩显微特征，发育较多针状磷灰石.Qtz-石英；Kf-钾长石；Mic-微斜长石；Pl-斜长石；Hb-角闪石；Bt-黑云母；Ap-磷灰石Fig.2 Petrography features of biotite monzogranite and fine-grained diorite

图3 黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩的部分锆石CL图像，示年龄实线圆圈代表年龄测试点位，虚线圆圈代表Hf同位素测试点位Fig.3 CL images of selected zircons of the biotite monzogranite and fine-grained diorite, showing ages

区内发育近东西向及北东向逆冲推覆构造，在章毛勿素北部见白云鄂博群逆冲推覆覆盖于白乃庙岛弧和下二叠统苏吉组之上，土牧尔台南东部见有下古生界阿牙登组逆冲推覆于下二叠统苏吉组之上，并在阿牙登组中发育苏吉组构造窗，李刚等(2012)认为该逆冲推覆构造是古亚洲洋闭合后陆-陆碰撞的产物。形成于伸展背景的中二叠世肉红色花岗岩(王挽琼, 2014)侵入了该逆冲推覆构造，也佐证了这一认识。本次工作重点研究的黑云母二长花岗岩野外露头较好，整体上呈东西向岩基(株)产出，侵入到白云鄂博群、下二叠统苏吉组火山岩、古元古代花岗岩、奥陶纪花岗岩类和早-中二叠世花岗闪长岩岩体之中，后被中二叠世花岗岩侵入并被第四系覆盖。岩体中发育白云鄂博群、早-中二叠世花岗闪长岩捕掳体及细粒闪长岩包体(图1c、图2a, e)。

寄主岩石呈灰白色-浅肉红色，造岩矿物为条纹长石(<35%)、微斜长石(<35%)、斜长石(30%～35%)、石英(25%～30%)、黑云母(>5%)及少量普通角闪石，副矿物有锆石、柱状磷灰石、粒状绿帘石及磁铁矿等。块状构造，细粒及中细粒结构为主(图2a-c)，局部发育似斑状结构(图2c-e)，斑晶为微斜长石、斜长石和石英，含量多为5%～10%，部分斜长石发育环带结构。

暗色包体岩性主要为细粒闪长岩，少数包体与寄主岩石接触界线清楚，多数呈渐变过渡关系且未见冷凝边。包体大小、形态各异，小者约2～3cm，大者直径可达40cm，多为椭球形，少数为不规则形态(图2a, e)。包体具有细粒半自形结晶结构，块状构造，主要矿物为斜长石(50%～60%)、角闪石(10%～20%)、黑云母(15%～20%)和石英(<5%)(图2b, f)。斜长石较为自形，角闪石发生轻微绿泥石化蚀变，可见含量大于1%的针状磷灰石。部分细粒闪长岩包体捕获寄主岩石中的长石及石英从而发育似斑状结构，镜下可见长石和石英“斑晶”横跨包体与寄主岩石界线。

2 分析方法

本文系统选取具代表性的寄主花岗岩和暗色包体样品(图1c)进行岩石地球化学分析、全岩Sm-Nd同位素测试、锆石LA-ICP-MS U-Pb定年以及锆石Hf同位素分析。

锆石分选在河北省廊坊市区域地质调查研究所实验室完成，锆石制靶、反射光、透射光和阴极发光(CL)的显微照相在中国地质科学研究院地质研究所完成。锆石U-Pb测年和Lu-Hf同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所成矿作用与资源评价重点实验室完成，分析仪器为Finnigan Neptune型多接收等离子质谱及与之配套的Newwave UP 213紫外激光剥蚀系统。采用中国地质大学刘勇胜研发的ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)和Ludwig的Isoplot程序(Ludwig, 2003)进行数据处理，应用Andersen (2002)方法对普通铅进行校正。锆石Hf同位素测试是在锆石U-Pb定年的基础上进行，剥蚀直径采用55μm，以CJ-1为外标，176Hf/177Hf测试加权平均值分别为0.282007±0.000007(2σ，n=36)，分析流程见侯可军等(2007)文献。

岩石的主量元素、稀土及微量元素和同位素分析均在广州澳实矿物实验室完成，采用X射线荧光光谱法(XRF)测定主量元素、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定稀土和微量元素、多接受器等离子质谱(MC-ICP-MS)测定143Nd/144Nd(RSD<0.005%)、同位素稀释质谱(ID-ICP-SFMS)精测Sm-Nd含量(RSD<1%)，Nd同位素采用146Nd/144Nd=0.7219进行标准化。

3 分析结果

3.1 锆石同位素测年

中细粒黑云母二长花岗岩(JN71，采样坐标为41°58′35″N、113°15′30″E)中的锆石呈自形-半自形的短柱状-长柱状，长约120～200μm(图3a)，岩浆环带发育，Th/U比值较高(0.41～0.81)，表明锆石属岩浆成因(Koschek, 1993)。24个测试点的表面年龄集中在280～268Ma之间(表1)，所有测试点基本分布在谐和线上及其附近，206Pb/238U加权平均年龄为273±1Ma(图4a)。

表1 土牧尔台地区花岗岩类锆石LA-ICP-MS U-Pb测试结果

续表1

图4 黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄谐和图Fig.4 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of zircon of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

图5 黑云母二长花岗岩和细粒闪长岩TAS图解(a, 底图据Irvine and Baragar, 1971)和SiO2-K2O图解(b, 底图据Peccerillo and Taylor, 1976)辉长岩数据引自王师捷等, 2018; 李志丹等, 2020; 花岗闪长岩及其暗色包体数据引自章永梅等, 2009; 王挽琼等, 2013; 刘洋等, 2019; 二长花岗岩及其暗色包体数据引自张建军等, 2019.图6、图9数据来源及图例同此图Fig.5 TAS (a, base map after Irvine and Baragar, 1971) and SiO2-K2O (b, base map after Peccerillo and Taylor, 1976)of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

中细粒含斑黑云母二长花岗岩(T-4，采样坐标为41°52′46″N、113°23′28″E)中的锆石多为自形的长柱状，长约110～180μm(图3b)，发育十分明显的岩浆振荡环带，Th/U比值较高(0.23～0.96)，亦具岩浆成因锆石特征。30颗测试锆石中有2颗为捕获或继承锆石，分别测定出2194±23Ma(No.8号)和1398±31Ma(No.14)的207Pb/206Pb表面年龄，6颗锆石可能因Pb丢失较严重使得表面年龄谐和性较差，另外22颗锆石的表面年龄集中分布在272～267Ma之间(表1)，206Pb/238U加权平均年龄为271±1Ma(图4b)。

暗色细粒闪长岩包体(T-1，采样坐标为41°52′58″N、113°23′14″E)中的锆石据CL图像特征可分为3类(图3c)：第一类为振荡环带明显的自形岩浆锆石(13颗)，粒径为100～160μm，206Pb/238U表面年龄为274～263Ma；第二类为岩浆环带不明显的半自形-他形锆石(15颗)，粒径为60～100μm，206Pb/238U表面年龄变化范围较大(258～156Ma)，可能演化过程中遭受热液叠加发生了铅丢失；第三类呈半自形粒状且数量较少，粒径为80～100μm，具有207Pb/206Pb为1436±30Ma和1057±74Ma的表面年龄，可能为岩浆上升过程中捕获古老基底中的锆石。分析认为，第一类13颗自形岩浆锆石的加权平均年龄268±2Ma可代表暗色细粒闪长岩包体的结晶年龄(图4c)。

3.2 岩石地球化学

黑云母二长花岗岩及暗色包体的主量和微量元素分析数据见表2。

3.2.1 主量元素

寄主岩石黑云母二长花岗岩的SiO2含量范围在70.79%～74.07%之间，全碱(Na2O+K2O)含量介于6.90%～8.13%之间，多数样品的K2O含量高于Na2O，K2O/Na2O=0.98～1.40，具有高Al2O3(13.48%～15.00%)，低CaO(1.46%～1.99%)和Mg#值(23.8～39.1)的特点。在TAS图解中落入花岗岩范围内，属亚碱性系列岩石(图5a)；里特曼指数 (σ)为1.70～2.44，小于3.3，为钙碱性岩石系列，在SiO2-K2O图解中，样品均落入高钾钙碱性系列范围内(图5b)；铝饱和指数A/CNK值小于1.1(1.05～1.09)，属于弱过铝质岩石。

表2 黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩包体的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析结果

图6 黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩的Harker图解Fig.6 The plots of Haker of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

暗色包体的SiO2含量(53.66%～63.95%)、全碱(Na2O+K2O=5.53%～7.92%)和K2O含量低于寄主岩石，Al2O3(16.16%～17.97%)和CaO(2.38%～5.30%)含量及Mg#值(31.7～43.8)高于寄主岩石。K2O含量低于Na2O，K2O/Na2O=0.38～0.83。TAS图解中，样品主要落入闪长岩区域(图5a)；SiO2-K2O图解显示岩石属于钙碱性-高钾钙碱性系列(图5b)，里特曼指数(σ)变化范围较大(4个样品的σ值小于3.3；2个样品的σ值大于3.3)。在Harker图解中，寄主岩石与暗色包体具有较好的直线线性关系，SiO2与CaO、Al2O3、FeOT、TiO2、MgO、P2O5呈负相关，与K2O呈正相关(图6)。

3.2.2 微量元素

寄主岩石的稀土总量(∑REE)为89.1×10-6～167.1×10-6，轻、重稀土元素的比值(LREE/HREE)为4.1～14.0，(La/Yb)N为3.1～16.4，具有富集轻稀土、亏损重稀土的右倾型特征(图7a)，Eu负异常明显(δEu为0.27～0.86)。暗色包体的稀土总量(∑REE)为72.1×10-6～205.9×10-6，整体高于寄主岩石；轻、重稀土元素分异程度差异较大(LREE/HREE=1.9～10.9，(La/Yb)N=1.7～12.4)，轻稀土分异程度弱于寄主岩石，但其重稀土分异强于寄主岩石；Eu负异常变化范围也较大(δEu为0.18～0.96)。

原始地幔标准化蛛网图显示，寄主岩石与暗色包体的微量元素特征比较相似，相对富集K、Rb、Th等大离子亲石元素，亏损Nb、P、Ti等高场强元素(图7b)，包体中由于发育较多磷灰石，其P呈弱负异常-弱正异常，明显高于寄主岩石，但Ba、Th、K等元素含量明显低于寄主岩石。

3.3 Sm-Nd同位素

寄主岩石的147Sm/144Nd比值变化范围为0.1026～0.1545，143Nd/144Nd比值介于0.511902～0.511997之间(表3)，Sm-Nd全岩等时年龄为273.3±45.4Ma(图8a)。初始143Nd/144Nd值为0.511708～0.511741，亏损地幔模式年龄(tDM)为2.44～1.73Ga，εNd(t)值介于-11.3～-10.7之间。暗色包体的147Sm/144Nd比值变化范围为0.1165～0.2338，143Nd/144Nd比值介于0.511945～0.512155之间(表3)，Sm-Nd全岩等时年龄为261.5±35.3Ma，等时线相关性良好(图8b)。初始143Nd/144Nd值为0.511722～0.511772，亏损地幔模式年龄(tDM)为2.13～1.85Ga，εNd(t)值介于-11.1～-10.2之间。

表3 黑云母二长花岗岩及细粒闪长岩Sm-Nd同位素组成

表4 黑云母二长花岗岩的锆石Hf同位素分析结果

图7 黑云母二长花岗岩和细粒闪长岩包体的球粒陨石标准化稀土元素模式图(a, 球粒陨石标准化值据Boynton, 1984)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b, 原始地幔标准化值据Sun and McDonough, 1989)辉长岩数据引自王师捷等, 2018; 李志丹等, 2020Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalizing data from Boynton, 1984) and primitive mantle-normoalized trace elemet spiderdiamrams (b, normalizing data from Sun and McDonough, 1989) of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

图8 黑云母二长花岗岩(a)及细粒闪长岩包体(b)Sm-Nd同时线图Fig.8 Sm-Nd isochron diagrams of the biotite monzogranite (a) and fine-grained diorite (b)

3.4 锆石Hf同位素

寄主岩石(JN71)中锆石的176Lu/177Hf比值介于0.001030～0.001873之间，表明放射性成因的Hf含量很低。176Hf/177Hf比值介于0.282240～0.282439之间，平均为0.282376，εHf(t)值在-13.0～-6.1之间，平均值为-8.1；一阶段Hf同位素模式年龄tDM1为1437～1160Ma，二阶段Hf模式年龄tDM2为2120～1679Ma(即2.12～1.68Ga)(表4)。

4 讨论

4.1 形成时代及构造环境判别

对于土牧尔台地区黑云母二长花岗岩的形成时代，目前为止没有可靠的同位素定年资料，前人(内蒙古自治区地质局区域地质测量队,1976(1)内蒙古自治区地质局区域地质测量队. 1976. 镶黄旗幅1:20万地质图)仅根据野外地质接触关系，即黑云母二长花岗岩侵入燕山早期花岗闪长岩及上侏罗统多伦组并被下白垩统巴彦花组不整合覆盖，将其形成时代归属为燕山早期。本次野外地质调查中发现，黑云母二长花岗岩侵入早-中二叠世花岗闪长岩(271Ma, 王挽琼等, 2013)及下二叠统苏吉组火山岩(270Ma, 董晓杰等, 2016)中，结合本文对黑云母二长花岗岩及暗色包体273～271Ma和268Ma的测年结果，指示其为早-中二叠世岩浆活动的产物。此外，土牧尔台南东部已经发现的苏长辉长岩有着与黑云母二长花岗岩基本一致的同位素年龄(270Ma, 王师捷等, 2018)，揭示了该时期尚存在源自地幔的岩浆活动。

图9 黑云母二长花岗岩和细粒闪长岩构造环境判别图(a, 底图据Pearce et al., 1984; b, 底图据Harris et al., 1986)Fig.9 The tectonic discrimination diagrams of the biotite monzogranite and fine-grained diorite (a, base map after Pearce et al., 1984; b, base map after Harris et al., 1986)

图10 锆石t-εHf(t)图解(a, 底图据李志丹等, 2020)和全岩t-εNd(t)图解(b, 底图据王芳等, 2009)达茂旗辉长岩数据引自李志丹等, 2020; 大青山花岗岩数据引自莫南等, 2014; 东升庙二长花岗岩数据引自吴亚飞等, 2013; 阿拉善二长花岗岩数据引自张建军等, 2019; 商都县苏吉火山岩数据引自董晓杰等, 2016Fig.10 t vs. εHf(t) diagram of zircon (a, base map after Li et al., 2020) and t vs. εNd(t) diagram of whole-rock (b, base map after Wang et al., 2009)

现代构造理论及实验岩石学研究认为，俯冲带环境下洋壳板片在一定深度下会脱水形成富含K、Rb、Cs、Sr、Ba、U、Th等元素的流体，这些流体进入岩石圈地幔并发生交代作用，可使地幔部分熔融形成富含流体的玄武质岩浆。将今论古，古亚洲洋闭合过程与现代岛弧演化具有相似的特点。前人研究显示，古亚洲洋消失的过程是通过洋壳向华北板块下俯冲完成的，洋片脱水诱导的地幔部分熔融在华北克拉通北缘规模较大，持续时间可能为300～262Ma并在280Ma左右达到高峰(邵济安等, 2020)，土牧尔台南东部270Ma的苏长辉长岩可能是其代表性岩石类型。底侵玄武质岩浆释放水和热，诱发大规模上覆古老下地壳物质部分熔融，可能是区域花岗质岩浆的主要形成机制。温都尔庙东部查干乌拉-哈珠地区出露的晚石炭世-早二叠世阿木山组灰岩中发育大量海百合茎和蜓类化石，指示当时为温暖清澈的浅海环境(吕红达等, 2019)。刘永江等(2019)综合研究了东北地区及邻区蛇绿岩的时空分布、岩石组合、形成时代及其构造环境特征，结合古生物、岩相古地理展布、古地磁及岩浆活动等多学科证据，认为古亚洲洋在温都尔庙地区于260Ma左右闭合。卜建军等(2020)对古亚洲洋构造域地层出露特征及放射虫、腕足类和古植物等古生物的研究表明，古亚洲洋东段洋盆沿索伦-温都尔庙-西拉木伦-延吉一线于晚二叠世闭合。

本次工作依据Nb、Y、Rb、Hf、Ta等微量元素进行构造环境判别(图9)，发现黑云母二长花岗岩样品落入火山弧范围，表明其具有俯冲带弧岩浆的地球化学特点，佐证了古亚洲洋板片俯冲消亡与区域花岗岩之间的成因联系，揭示了研究区花岗质岩石形成于俯冲岛弧环境，暗示了花岗岩及其暗色包体形成时古亚洲洋并未完全消失，区域上大量花岗岩及其暗色包体的存在，表明该时期华北克拉通北缘存在大规模底侵及壳源弧岩浆作用。与此同时，研究区东部的乌彦沟发现高钾钙碱性-钾玄质花岗岩和碱长花岗岩(267.2～265.1Ma)具有A型花岗岩和铝质A2型花岗岩特点，可能形成于古亚洲洋板块碰撞后的伸展环境(王挽琼, 2014)。据此推断，研究区内273～268Ma时期古亚洲洋并未完全消失，或者说板块的碰撞过程尚未完全结束，下插的古亚洲洋板片为区域花岗岩类及其暗色包体的形成提供了岩浆形成的先决条件。

4.2 岩浆源区性质

目前，在内蒙古阿拉善、乌拉特后旗东升庙、达茂旗、大青山及集宁北部的商都县等地区均发现较大面积出露的278～260Ma的辉长岩、花岗岩及酸性火山岩，它们拥有εHf(t)值为-18.1～-5.0、二阶段Hf模式年龄为2.41～1.61Ga的同位素特点(图10a, 吴亚飞等, 2013; 莫南等, 2014; 董晓杰等, 2016; 刘洋等, 2019; 张建军等, 2019; 李志丹等, 2020)，与区域上索伦山-西拉木伦断裂带南侧的花岗岩类特点相似(王涛和侯增谦, 2018)，岩浆具有华北克拉通古元古代下地壳部分熔融的源区特点。

图11 黑云母二长花岗岩和细粒闪长岩MgO-FeOT演化图解(底图据Zorpi et al., 1989)花岗闪长岩及其暗色包体数据引自章永梅等, 2009; 王挽琼等, 2013; 王师捷等, 2018; 刘洋等, 2019; 二长花岗岩及其暗色包体数据引自张建军等, 2019Fig.11 Diagram of MgO-FeOT of the biotite monzogranite and fine-grained diorite (base map after Zorpi et al., 1989)

本次岩石学工作显示，研究区的黑云母二长花岗岩主要造岩矿物为条纹长石、微斜长石、斜长石、石英、黑云母和少量的角闪石，暗色矿物含量不超过7%，未发现白云母、堇青石和石榴石等富铝矿物，且岩石以富硅、碱，A/CNK值小于1.1(1.05～1.09)为特征，指示其为I型花岗岩。岩石地球化学显示花岗岩稀土总量较高且具有富集K、Rb、Th等大离子亲石元素，亏损Nb、P、Ti等高场强元素的壳源岩浆特点。t-εNd(t)图解中样品落在2.5Ga、1.8Ga地壳演化线之间(图10b)，锆石t-εHf(t)图解证实岩浆源于球粒陨石演化线以下的古元古代下地壳(图10a)。结合其古老的Nd、Hf模式年龄(分别为2.13～1.85Ga和2.12～1.68Ga)和岩浆捕获锆石年龄(2194Ma、1436Ma、1398Ma、1057Ma)等信息，揭示了黑云母二长花岗岩与集宁一带早前寒武纪结晶基底具有强烈的相似性(Pengetal., 2012)，印证了岩浆源区主要为华北克拉通古老下地壳的部分熔融。

4.3 包体的成因

关于暗色包体的研究，前人已经做了大量的工作并取得系列成果(肖庆辉等, 2002; 王德滋和谢磊, 2008; Zhang and Zhao, 2017)。本区的细粒闪长岩包体形态多呈椭球状部分为球状，具有塑性流变的结晶形态特点(图2a, e)，与寄主岩石结晶年龄基本一致的同位素证据表明包体并非围岩捕掳体。包体不发育堆晶结构且结晶粒度小于寄主花岗岩，大部分样品的稀土总量高于寄主岩石，且Eu负异常强于寄主岩石(图7、表2)，指示包体并非岩浆早期分离结晶形成的堆晶体(邱检生等, 2004)。

将研究区的寄主岩石及暗色包体样品投影在MgO-FeOT图解中，包体与寄主岩石未沿结晶分异趋势演化，而是呈岩浆混合趋势并显示出良好的线性关系(图11)，Hark图解也显示暗色包体位于苏长辉长岩与寄主岩石之间，暗示可能为苏长辉长岩与寄主花岗岩混合的产物，两者的初始143Nd/144Nd值与SiO2呈负相关以及包体中含量大于1%的针状磷灰石的存在，一定程度上也指示其形成过程可能发生了岩浆的混合作用(肖庆辉等, 2002; 张旗等, 2007; 王德滋和谢磊, 2008; 赵振华, 2016)。

为了查明形成暗色包体的岩浆混合比例，从苏长辉长岩中选取SiO2和K2O+Na2O含量最低的样品P27H9-4作为基性端元，从寄主岩石中选取SiO2和K2O+Na2O含量最高的2个样品T-10和JN71，取其平均值作为酸性端元，根据混合作用方程Cim=KCia+(1-K)Cib定量计算基性与酸性端元混合比例(其中Cim为某元素在混合岩中的百分含量或者丰度，K为混合岩浆中基性端元的百分比例，Cia为基性端元岩浆中某元素的百分含量或者丰度，Cib为酸性端元岩浆中某元素的百分含量或者丰度)(莫宣学等, 2009)。计算结果显示，暗色包体可能由32%～72%基性岩浆与68%～28%酸性岩浆混合而成。这种成分特点相当于中性的安山质岩浆，结晶形成以角闪石为主的闪长岩包体。形成的地球动力学机制就是华北板块北缘古亚洲洋消亡的地质过程，研究区大量的黑云母二长花岗岩及其中的暗色包体是壳幔相互作用的产物。