李 柱，张德会，张荣臻，沈存利，焦世豪，李 林，朱鹏龙

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.内蒙古自治区有色地质勘查局，内蒙古 呼和浩特 010010)

0 引 言

那仁乌拉花岗岩体位于内蒙古锡林郭勒盟巴彦塔拉—明安图地区，大地构造位置处于华北板块北缘早古生代褶皱带内，经历了古生代华北板块与西伯利亚板块之间对接碰撞的构造演化过程，包括加里东期和海西期多次岛弧和造山增生作用[1-2]。该岩体呈NE向展布，分布面积大于200 km2，呈岩基产出；岩性主要以中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩为主，局部有钠长石花岗岩株和岩脉、似伟晶岩脉、细晶岩脉、花岗斑岩脉等发育。岩体内发育那仁乌拉大型钨多金属矿床及众多钨、铍、铌钽矿点，找矿潜力较大，因此厘定准确的成岩年龄及花岗岩成因对该区域钨等稀有金属矿找矿工作有着重要意义。前人已对那仁乌拉花岗岩的年代学和成因类型做了一些探讨，但目前仍存在争议：六支箭等五幅矿调报告测得黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄为(222.2±0.6) Ma，将那仁乌拉岩体成岩时代归为中晚三叠世[3]；郝柏武[4]测得岩体锆石U-Pb年龄为(267.2±1.4) Ma，认为该岩体侵位于二叠纪，岩石类型属弱准铝质到过铝质的I型花岗岩，并且有C型埃达克岩的特征；秦亚等[2]则测得该岩体的锆石U-Pb年龄为(144.9±1.3) Ma，认为其形成于早白垩世，岩石类型为A1型非造山花岗岩。

笔者在对该岩体较为系统踏勘的基础上，选取该岩体最具有代表性的中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩两种岩性进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年和岩石地球化学分析，以期探讨岩体成岩年代、岩石特征、成因机制及构造背景，为该区地质研究及找矿勘查工作提供新的线索。

1 区域地质背景及岩石特征

图1 那仁乌拉地区大地构造位置图(a)和区域地质简图(b)(底图据文献[2])Fig.1 Geotectonic location map(a)and regional geologic map(b)of the Narenwula area (after reference [2])①巴彦塔拉向斜；②巴龙查布诺背斜；③六支箭向斜；④达盖滩背斜；⑤永旺村背斜

内蒙古那仁乌拉岩体在大地构造位置上位于华北板块北缘西段早古生代褶皱带内，夹于南部赤峰—白云鄂博断裂带和北部索伦—西拉木伦断裂带之间(图1(a))。区内出露的地层主要有下二叠统三面井组(P1s)和额里图组(P1e)、上侏罗统玛尼吐组(J3mn)和白音高老组(J3b)，及第四系(Q)砂砾石和沙土等沉积物。其中三面井组岩性主要为砂岩及硅质条带灰岩，额里图组主要为长石细砂岩、粉砂质板岩及安山玢岩，玛尼吐组主要为流纹质晶屑岩屑凝灰岩、安山质岩屑晶屑凝灰岩，白音高老组主要为流纹斑岩、粗面岩及凝灰岩[3-5]。区内地质构造较为复杂，褶皱、断裂发育。褶皱构造以燕山期及海西晚期褶皱为主，主要由巴彦特拉向斜、巴龙查布诺尔背斜、六支箭向斜、达盖滩背斜、永旺村背斜等组成，那仁乌拉岩体位于巴龙查布诺尔背斜之上(图1(b))。巴龙查布诺尔背斜位于加不斯至巴龙查布诺尔一线，轴向50°，出露轴长约20 km，宽约24 km；西北翼地层倾角 60°，东南翼地层倾角40°。背斜轴部出露地层为三面井组硬砂岩，两翼为额里图组安山岩；背斜出露不完整，东北及西南部均被燕山期花岗岩破坏。区内断裂构造较为发育，仍以海西晚期和燕山期断裂构造为主；按照构造线的方向，断裂可划分为北东向、北西向、近东西向和南北向4组[5]。受主体断裂构造线控制，区内侵入岩总体呈北东向展布，分布较广，主要有海西中期片麻状不等粒黑云石英闪长岩、燕山期黑云母二长花岗岩、似斑状二长花岗岩、钠长花岗岩、石英斑岩和花岗斑岩等[2-5]。那仁乌拉岩体呈北东向长纺锤形分布，从那仁乌拉至六支箭一带，断续长约35 km，宽有5～12 km，基岩出露面积约250 km2。该岩体侵位于下二叠统和海西期石英闪长岩。

那仁乌拉岩体岩性以中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩为主。中粗粒黑云母二长花岗岩新鲜面呈浅肉红色，中粗粒花岗结构，块状构造。主要造岩矿物为：烟色石英(30%，2～6 mm)，斜长石(30%，2～7 mm)，肉红色钾长石(35%，2～8 mm)，黑云母(5%，1～3 mm)及少量角闪石和电气石(图2(a)和(b))。似斑状二长花岗岩新鲜手标本呈灰红色，似斑状结构，块状构造。斑晶有烟色石英(10%，2～5 mm)和肉红色钾长石(17%，2～9 mm)。基质为细粒花岗结构，粒径0.2～1.0 mm，成分包括钾长石(20%)、石英(20%)、斜长石(30%)、黑云母(3%)和少量锆石和榍石(图2(c)和(d))。在露头上观察到似斑状二长花岗岩和中粗粒黑云母二长花岗岩接触带附近存在烘烤边，野外推断似斑状二长花岗岩岩株呈侵入关系侵位于中粗粒黑云母二长花岗岩基(图2(e))。

2 样品信息和测试方法

选取那仁乌拉岩体中部采集了具有代表性的中粗粒黑云母二长花岗岩样品(NRWL-7)和似斑状二长花岗岩样品(NRWL-8)用于锆石测年。锆石挑选、制靶和阴极发光测试在北京锆年领航科技有限公司完成。锆石LA-ICP-MS测试分析在国家地质实验测试中心LA-ICP-MS实验室完成。采用的激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)分析设备由NEW WAVE esi 193nm激光剥蚀系统和Thermo ELMENT XR扇形磁场高分辨率质谱仪组成，该质谱仪灵敏度相对于四级杆质谱仪高约一个数量级，更利于低含量样品的准确测定。为保证实验精确度，锆石年龄采用标准锆石GJ-1和Plesovice作为外标准物质进行校正，每隔5个样品加测两个标样各一次。测试参数、步骤和数据处理方法详见文献[6]。同位素比值数据处理采用GLITTER(Version 4.0)完成[7]，U-Pb谐和图、加权平均年龄计算和绘图采用Isoplot软件完成[8]。

图2 那仁乌拉花岗岩野外及岩相学特征Fig.2 Field and thin-section petrographic photos of the Narenwula granite(a)和(b)分别为中粗粒黑云母二长花岗岩手标本和镜下照片；(c)和(d)分别为似斑状二长花岗岩手标本和镜下照片；(e)两类花岗岩之间烘烤边；(f)似伟晶岩；(g)花岗细晶岩；(h)萤石脉；Qtz.石英；Kfs.钾长石；Pl.斜长石；Bt.黑云母；Tur.电气石；Brl.绿柱石；Fl.萤石

采集了6件花岗岩样品用于全岩成分分析测试，其中中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩样品数量各为3件。主量、微量和稀土元素分析测试在澳实矿物实验室(广州)完成，主量元素分析采用X射线荧光光谱法(XRF)，测试精度优于1%；利用等离子体发射光谱与等离子体质谱进行稀土和微量元素测试，相对误差小于5%，具体参数详见文献[9]。

3 锆石U-Pb测试结果

测年用锆石样品外形均呈柱状，晶形较完好，部分晶棱和晶锥不完整，其阴极发光图像(CL)呈暗灰色，个别呈亮白色，粒径大小为0.1～0.3 mm，长宽比值为2～4，绝大多数锆石具有韵律环带结构(图3)，指示锆石为岩浆结晶的产物，形成年龄可以用来代表其岩浆结晶年龄[10]。对中粗粒黑云母二长花岗岩样品NRWL-7和似斑状二长花岗岩样品NRWL-8分别进行了23个和18个点次分析(表1)。NRWL-7锆石的U含量范围为50.4×10-6～544.6×10-6，Th含量范围为52.0×10-6～408.6×10-6，Th/U比值范围为0.68～1.76，平均值1.00，206Pb/238U年龄变化范围为139.8～145.5 Ma。NRWL-8锆石的U含量范围为83.2×10-6～1 376.2×10-6，Th含量范围为91.1×10-6～1 880.2×10-6，Th/U比值范围为0.49～1.60，平均值0.95，206Pb/238U年龄变化范围为139.0～147.3 Ma。NRWL-7和NRWL-8两件样品的206Pb/238U加权平均年龄分别为(142.1±1.0) Ma(MSWD=0.33，n=23)和(142.3±1.2) Ma(MSWD=0.79，n=18)，所有数据点在U-Pb谐和图(图4)上均在谐和线上或附近，显示良好的谐和性。此次测试结果可以代表那仁乌拉岩体中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩成岩结晶年龄，表明两者均形成于早白垩世。

图3 花岗岩样品NRWL-7(a)和NRWL-8(b)锆石阴极发光(CL)图像及年龄Fig.3 Cathodoluminesecence (CL) images and ages of zircons from the granite sample NRWL-7 (a) and NRWL-8 (b)

4 岩石地球化学特征

4.1 主量元素

那仁乌拉岩体的6件花岗岩样品的主、微量元素分析结果(表2)表明，样品的SiO2含量为73.69%～76.67%，平均值为75.18%；Al2O3含量范围为12.76%～13.38%，平均值13.16%；FeOT含量为1.19%～2.37%；MgO含量较低，含量为0.09%～0.26%，平均值0.15%；CaO含量为0.37%～0.94%；P2O5含量为0.01%～0.03%；K2O含量为4.44%～4.84%，全碱(Na2O+K2O)含量为8.40%～8.80%，显示出高碱特征；里特曼指数σ为2.10～2.48，AR为3.61～3.90，显示钙碱性。在SiO2-(Na2O+K2O)图解(图5(a))中，样品数据均落入花岗岩范围；在SiO2-K2O图解(图5(b))中，样品数据均落在高钾钙碱性系列区域。铝饱和指数A/CNK为1.00～1.08，A/NK为1.13～1.50，在A/CNK-A/NK图解中落入过铝质区域(图5(c))，属于弱过铝质。综合以上分析，那仁乌拉花岗岩属于弱过铝质高钾钙碱性系列，岩体总体特征为富硅、富碱和贫铁、镁、钙、磷等。

表1 花岗岩样品NRWL-7和NRWL-8 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

(续)表1 花岗岩样品NRWL-7和NRWL-8 LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果

图4 花岗岩样品NRWL-7(a)和NRWL-8(b)锆石U-Pb年龄及谐和图Fig.4 Zircon U-Pb ages and concordia diagrams of the granite sample NRWL-7(a) and NRWL-8(a)

表2 那仁乌拉岩体主量(%)、微量(10-6)和稀土元素(10-6)分析结果

图5 那仁乌拉花岗岩SiO2-(Na2O+K2O) 图(a)、SiO2-K2O图(b)和A/CNK-A/NK图解(c)(底图据文献[11-13]；引文数据据文献[2,14]，下文同) Fig.5 Petrologic classification diagrams of SiO2 vs.(Na2O+K2O)(a), SiO2 vs. K2O(b), and A/CNK vs. A/NK(c)for the Narenwula granite (base maps after references [11-13], cited data from references [2,14])

图6 那仁乌拉花岗岩体稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化值据文献[17]) Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns(a) and primitive mantle-normalized multi-element spidergram(b) of theNarenwula granite (normalizing values after reference [17])

4.2 稀土和微量元素

那仁乌拉岩体花岗岩样品的稀土元素总量相对较低，为94×10-6～365×10-6，平均值为170×10-6。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(图6(a))中，岩石地球化学特征表现为右倾式，轻重稀土元素分馏明显。(La/Yb)N值为4.80～13.30，与LREE/REE值(6.23～14.28)相对一致，表明轻稀土元素富集和重稀土元素亏损；Eu负异常明显(δEu平均值为0.28)，指示岩浆在形成过程中可能存在斜长石分离结晶作用或源区有斜长石的残留[15-16]。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图6(b))显示，Zr、Hf、Rb、Th等元素明显富集，Ba、Sr、P、Ti等元素强烈亏损，Nb元素相对亏损。

5 讨 论

5.1 成岩时代

选取那仁乌拉岩体中部具有代表性的中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩两种岩性，测得其成岩年龄分别为(142.1±1.0)Ma和(142.3±1.2) Ma，代表了其成岩时代，为早白垩世。本次野外地质调查发现郝柏武[4]报道的那仁乌拉黑云母花岗岩采样位置实为豪义哈达地区，并非本文所谈的那仁乌拉岩体，不具参考性。本次测年样品采样位置和秦亚等[2]采样位置临近且测年结果相近，具有代表性。区域上，前人研究认为那仁乌拉所在区域处于华北板块北缘的早古生代增生带；该增生带在石炭纪—二叠纪期间演化为安第斯型活动陆缘，受古亚洲洋俯冲及碰撞后伸展作用的影响，该区域发育大面积二叠纪中酸性岩浆岩[18-20]。通常认为古亚洲洋与华北板块于晚二叠纪世—早三叠世在索伦缝合带位置完成最终拼合[19-20]。进入中生代以后，该区域及邻区在蒙古—鄂霍茨克造山作用和古太平洋板块俯冲作用下发生明显的构造体制转变，并在晚侏罗世—早白垩世发生大规模岩浆活动[20-22]。目前邻近地区已发现三胜村钨矿(辉钼矿Re-Os年龄为(138±1) Ma)、沙麦钨矿(黑钨矿Sm-Nd年龄(137.9±0.93) Ma)和维拉斯托钨锡矿(锡石U-Pb年龄为(136.0±6.1) Ma)等含矿的岩体形成于早白垩世(154～135 Ma)，与区域上晚侏罗世—早白垩世花岗岩大规模侵入时代基本吻合(图7)。因此，综合区域地质资料及本次研究成果认为那仁乌拉成岩时代为早白垩世。

5.2 岩石成因类型

图7 研究区及邻区侏罗世—早白垩世花岗岩成岩成矿年龄(数据据文献[2,20-27])Fig.7 Ages of Late Jurassic-Early Cretaceous granites and related tungsten-tin deposits in/around the study area(data from references [2,20-27])

图8 那仁乌拉高分异花岗岩判别图解(底图分别据文献[29]、[28]、[35]和[36])Fig.8 Granite discrimination diagrams for the highly-fractionated Narenwula granite (base map after reference [29]，[28]，[35] and [36]，respectively)A.A型花岗岩；I&S.I、S型花岗岩；FG.分异花岗岩；DGT.未分异花岗岩

图9 那仁乌拉花岗岩Harker图解Fig.9 Harker diagrams for the Narenwula granite

在Harker图解(图9)上，那仁乌拉花岗岩的FeOT、TiO2、Al2O3、P2O5、CaO、MgO和MnO含量随SiO2含量增加而明显降低，表明在岩浆演化过程中存在铁镁质矿物、斜长石及磷灰石等矿物的分离结晶作用[15-16]。该花岗岩具有较高的分异指数(DI=91.0～94.3)，且DI值随含量增加而增大。该花岗岩具有较强烈的Eu负异常，δEu值为0.20～0.36，δEu值随SiO2含量增加而减小。在高分异花岗岩判别图解(图8)中，那仁乌拉花岗岩样品数据绝大部分都落入高分异范围内。根据以上地球化学特征可以判断，该花岗岩属于高分异花岗岩。此外，野外工作发现那仁乌拉岩体内发育大量花岗伟晶岩(图2(e))、细晶岩(图2(f))、石英-电气石脉、石英-萤石脉(图2(g))、含有电气石晶洞、含钨石英脉及少量绿柱石和天河石等典型的高分异花岗岩的岩石学和矿物学证据[29,37-39]。那仁乌拉岩体A/CNK值为1.01～1.08，基本上属于弱过铝质花岗岩，在Hark图解(图9)中A/CNK与SiO2含量呈正相关，与I型花岗岩特征类似[30,40-41]；那仁乌拉花岗岩的P2O5含量均值仅为0.02%，明显低于高分异S型花岗岩(均值0.14%)，P2O5含量与SiO2含量呈负相关，该特征也与I型花岗岩相同[30,41-42]。镜下观察发现该花岗岩的钾长石多为条纹长石(图2(b))，与福建沿海和大兴安岭北段高分异I型花岗岩矿物学特征一致[43]。综合以上分析，判断那仁乌拉花岗岩属于高分异I型花岗岩。

图10 华北板块及邻区花岗岩锆石Hf同位素特征(底图据文献[51],数据据文献[49-53])Fig.10 Zircon εHf(t) vs. age plot for granites in the North China Plate and its adjacent regions (base map after reference [51] and data from references [49-53])

图11 那仁乌拉岩体R1-R2构造判别图解(a)和Ta-Yb构造判别图解(b)(底图分别据文献[59]和[60])Fig.11 Tectonic discrimination plots of R1-R2(a) and Ta-Yb (b) for the Narenwula granite (base maps after reference [59] and [60]，respectively)syn-COLG.同碰撞花岗岩；WPG.板内花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；ORG.详脊花岗岩

5.3 岩体构造背景讨论

那仁乌拉岩体位于华北板块南部赤峰—白云鄂博断裂带和北部西拉木伦断裂带之间的三级构造单位内，属于早古生代增生褶皱带即白乃庙岛弧带[44-45]，前人通常将索伦—西拉木伦断裂作为兴蒙造山带与华北板块的一级构造分界线[38,46-47]。其中兴蒙造山带和华北板块的岩浆岩Hf同位素的εHf(t)自早古生代以来具有明显的不同(图10)，兴蒙造山带岩浆岩的εHf(t)呈明显的正值，而华北板块岩浆岩的εHf(t)基本都呈现负值[48-50]。本次选取了白乃庙岛弧带内已发表的镶黄旗附近的巴音敖包岩体(346 Ma)、正蓝旗钱家营子岩体(247 Ma)、赤峰金厂沟梁岩体(226 Ma)和八当山岩体(277 Ma)的εHf(t)值[49-53]进行投图，均落入华北板块范围内(图10)，表明白乃庙岛弧带应属于华北板块北缘。

本次测得那仁乌拉岩体的成岩年龄为(142.1±1.0)Ma，反映其侵位于早白垩世。利用该岩体的常量元素R1-R2判别图和微量元素Ta-Yb构造判别图进行分析，发现那仁乌拉花岗岩样品数据分别落在造山后晚期向板内环境过渡的范围和板内环境范围内(图11)。内蒙古中部地区是研究华北板块和西伯利亚板块拼合以及古亚洲洋最终关闭时限的关键地区之一，该地区发育的两条蛇绿岩带，北部的贺根山蛇绿混杂岩带和南部的索伦—西拉木伦蛇绿混杂岩带，通常被认为是由于古亚洲洋向西伯利亚板块和华北板块双向俯冲闭合的结果[54]。尽管前人对该地区古亚洲洋最终关闭的时代有不同认识，包括晚志留世—泥盆纪、中晚泥盆世、晚泥盆世—早石炭世、二叠纪、晚二叠世、二叠纪—三叠纪[18-19,44-45,55]，但最新获得的地质、岩石和年代学等证据都表明古亚洲洋和华北板块应该是在晚二叠世—早三叠世完成最终碰撞拼合，最终缝合位置在索伦山—西拉木伦一带[19-20,45,54]。自此以后，该地区进入了板内构造演化阶段[19,56-58]。因此，本文判断那仁乌拉花岗岩形成于早白垩世的板内环境。

华北板块在晚三叠世至中侏罗世可能发育了与地幔岩浆底侵有关的岩浆活动，在中—晚侏罗世则受蒙古—鄂霍茨克造山作用和古太平洋板块向亚洲大陆俯冲的影响发生大规模逆冲推覆，并且构造体制发生转变，从早中生代东西向构造变为晚中生代的北东向—北北东向构造体系[45,56,61]。那仁乌拉地区在中—晚侏罗世受北西—南东西向挤压作用发育了规模较大的褶皱作用，后期的那仁乌拉等岩体多沿着背斜轴部侵位(图1)。华北板块北缘的晚侏罗世—早白垩世时期的A型花岗岩广泛分布[1,32,58-62]，并有变质核杂岩出露[63]，还发育同期同沉积断陷盆地，这些证据都表明在早白垩世华北板块北缘构造进入板内伸展背景。其中前人已识别出那仁乌拉岩体东南侧的道郎呼都格发育的早白垩世A型花岗岩(139.6±1.7 Ma)[20]，也反映了研究区在早白垩世处于板内伸展环境。锆石中的稀土元素是判断源岩性质和形成过程的重要依据[64]。那仁乌拉花岗岩锆石REE为6 314.49×10-6～16 896.21×10-6，均大于1 000×10-6，也反映其具有壳源特征[14,65]。

结合区域构造演化和地质背景特征，本文认为那仁乌拉花岗岩最有可能形成于拉张环境，软流圈地幔上涌对上覆长英质地壳进行加热，并促使其发生部分熔融，岩浆经历了不断分异，最终形成那仁乌拉高分异I型花岗岩及其相关的矿产。

6 结 论

(1)那仁乌拉岩体的中粗粒黑云母二长花岗岩和似斑状二长花岗岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为(142.1±1.0) Ma和(142.3 ±1.2) Ma，表明那仁乌拉花岗岩岩体形成于早白垩世。

(2)那仁乌拉岩体的SiO2含量为73.69%～76.67%，Al2O3含量范围12.76%～13.38%，FeOT含量为1.19%～2.37%，CaO含量为0.37%～0.94%，P2O5含量为0.01%～0.03%，全碱(Na2O+K2O)含量为8.40%～ 8.80%。该岩体具有高硅和全碱含量，贫铁、磷和钙，富集Rb、Th和U，亏损Ba、Sr、P和Ti等特征，表明该岩体属于弱过铝质高钾钙碱性系列。综合岩石学和矿物学特征，推断该花岗岩成因类型属于高分异I型花岗岩。

(3)结合区域构造和地质背景，推测位于华北板块北缘的那仁乌拉花岗岩形成于早白垩世的板内伸展环境。