內蒙古東烏旗北部晚侏羅世A型花崗巖的厘定及其構造意義

趙鴻燕,朱德勝,邱慶倫,常秋玲,呂際根,劉家橘

(1.河南省國土空間調查規劃院,鄭州 450053; 2.河南省國土資源動態監測重點實驗室,鄭州 450053; 3.河南省地質研究院,鄭州 450001)

0 引言

東烏旗北部地區在大地構造上處于古生代興蒙造山帶與中生代大興安嶺巖漿巖帶的疊加部位。區域上從內蒙古至蒙古國北部,發育2條A型堿性花崗巖帶[1]。其中,北帶從蒙古到俄羅斯外貝加爾東,以正長巖占主導;南帶從新疆北部經南蒙古直至內蒙古二連浩特,經過東烏旗,北東至吉林中部一帶,以正長花崗巖及二長花崗巖為主,并以二連-東烏旗Ag、Pb、Zn、Sn、W、Fe多金屬成礦密切相關而引人注目。

國內地質學者在近些年對“南帶”內蒙古二連浩特—東烏旗地區的A型花崗巖進行了較為系統的研究,確認存在早石炭世[2]、早二疊世[3]、中三疊世[4]、晚三疊世[5]、早侏羅世[6]、中侏羅世[7]和早白堊世[8]等6期大的A型花崗巖事件。其中,早二疊世A型花崗巖應該與古亞洲洋閉合后伸展環境有關,晚三疊世和早侏羅世A型花崗巖可能是陸內伸展環境;從中侏羅世開始,受太平洋板塊俯沖的影響,板塊體制轉換為濱太平洋體系,對于該構造體制轉換后到底有幾次大的伸展尚不明確。本文將對出露在內蒙古東烏旗塔爾根敖包邊防站一帶的晚侏羅世三次花崗侵入巖體開展巖石化學、微量稀土元素地球化學及鋯石SHRIMP U-Pb年齡測試研究,力圖厘定塔爾根敖包邊防站一帶花崗巖類型及形成時代,以期為研究該區的地質構造意義提供參考。

1 區域地質背景

研究區地處西伯利亞板塊東南部大陸邊緣晚古生代陸緣增生帶[9],東烏旗—扎蘭屯火山型被動陸緣上(圖1a)。晚古生代發育中下泥盆統泥鰍河組(D1-2n)淺海相沉積及上泥盆統安格爾音烏拉組(D3a)海陸交互相碎屑巖建造(圖1b)。中生代時期,伴隨太平洋板塊北西向俯沖,隨著濱太平洋北東向大興安嶺巖漿巖帶的形成,本區構造格局發生了改變,成為歐亞板塊的一部分,形成了一系列北東向斷拗陷盆地,盆地內形成白音高老組(K1b)酸性火山磨拉石建造、梅勒圖組(K1m)中基性火山巖夾酸性火山磨拉石建造、大磨拐河組(K1d)內陸湖盆相含煤碎屑巖建造,上白堊統二連組(K2e)為陸相碎屑巖建造(相鄰圖幅出露)。新生代,差異性升降運動導致拗陷盆地繼承和上疊于中生代斷陷盆地之上,沉積了河湖相碎屑巖及基性火山巖的噴溢(N2b)。

2 巖體地質及巖相學

晚侏羅世花崗巖廣泛分布于研究區中部和西部2個巖漿巖帶上,共計50個侵入體,與其它時期侵入巖組成復合深成巖體,呈巖基、巖株、巖瘤狀、巖枝和巖脈狀分布。目前識別出晚侏羅世型花崗巖有三次侵入:由早到晚,巖石類型依次為粗中粒多斑狀二長花崗巖→中粒少斑狀正長花崗巖→細中粒含斑狀正長花崗巖;中粒少斑狀正長花崗巖與多斑狀二長花崗巖體為涌動接觸關系,且該次巖體侵位于下泥盆統泥鰍河組和上泥盆統安格爾音烏拉組之中。

晚侏羅世第一次侵入體。主體巖性為粗中粒多斑狀二長花崗巖,主要分布于研究區中部的查干陶勒蓋一帶,呈巖基狀,另外,在南部的阿查楚魯、額熱然陶勒蓋及舒特巴仁布敦等地呈巖株、巖瘤狀巖枝和巖脈狀零星出露,平面上呈北東向帶狀展布。巖石呈灰白色,多斑狀結構、似斑狀結構,基質呈粗中粒結構。斑晶為鉀長石,20%～60%;基質由鉀長石、斜長石、石英、黑云母(少量～2%)組成,其中鉀長石含量普遍多于斜長石含量,鉀長石為正長石和微斜長石,包裹斜長石;斜長石,表面布滿絹云母,主要為中-更長石;黑云母呈片狀,多綠泥石化。在多陽離子R1-R2圖解中,除了少數樣品落入正長巖區,多數落入二長花崗巖區,總體上為偏向正長花崗巖區的二長花崗巖。

晚侏羅世第二次侵入體。主體巖性為細中粒少斑狀正長花崗巖,主要分布于研究區中部的阿查楚魯一帶,另外在西部的巴嘎哈達特及額熱然陶勒蓋一帶和北部的烏日根烏蘭一帶均有分布。主要呈巖基狀出露,少量呈巖株、巖瘤、巖枝和巖脈狀零星出露,平面上呈北東向帶狀展布;該期侵入巖共計37個侵入體,向南延出圖外,向北延入外蒙古。其侵入于下泥盆統泥鰍河組及上泥盆統安格爾音烏拉組,早白堊世巖體侵入于該期巖體中。巖石呈灰白色,少斑狀結構、似斑狀結構、基質呈細中粒結構。斑晶為鉀長石,7%～15%;基質由鉀長石、斜長石、石英、黑云母組成,其中鉀長石含量普遍多于斜長石含量,鉀長石為正長石和微斜長石,包裹斜長石;斜長石,主要為中-更長石。

晚侏羅世第三次侵入體。主體巖性為細中粒含斑狀正長花崗巖,主要分布于研究區中部的塔爾根敖包邊防站一帶,另外在北部的查干陶勒蓋及南部的阿查楚魯等地均有零散分布,與早期和后期巖漿侵入組成復雜深成巖體,主要呈巖基狀出露,個別呈巖株、巖瘤和巖脈狀產出;該期侵入巖共計7個侵入體,向南延出圖外;侵入于晚侏羅世第一次侵入的粗中粒多斑狀二長花崗巖體,與第二次侵入的細中粒少斑狀正長花崗巖之間為涌動接觸關系,在塔爾根敖包一帶有早白堊世細中粒正長花崗巖侵入于該期巖體中。巖石呈灰白色,含斑狀結構、似斑狀結構,基質呈細中粒結構;斑晶為鉀長石含量占1%～4%,基質由鉀長石、斜長石、石英、黑云母組成,其中鉀長石含量普遍高于斜長石含量,鉀長石為正長石和微斜長石,包裹斜長石;斜長石,主要為中-更長石。

3 巖石地球化學特征

本次對研究區內的晚侏羅世三次花崗侵入巖體開展巖石主量元素、微量元素、稀土元素地球化學測試分析,選擇具有代表性的20個巖體進行采樣,共采集測試分析樣品20件,其中第一次侵入巖體樣品6件,第二次侵入巖體樣品10件,第三次侵入巖體樣品4件。其主量元素、微量元素、稀土元素地球化學測試分析結果,分別見表1、表2、表3。

表3 晚侏羅世巖體稀土元素含量分析結果Table 3 REE analysis of Late Jurassic granite

(1)主量元素特征

研究區晚侏羅世A型花崗巖巖石化學分析結果及參數見表1。晚侏羅世巖體三次侵入花崗巖主量元素成分基本相似,但是由早期的多斑狀粗中粒二長花崗巖,到少斑狀細中粒正長花崗巖,再到晚期的含斑狀細中粒正長花崗巖,w(SiO2)平均值由72.40%→74.84%→75.39%,逐漸增多;w(TiO2)則由0.31%→0.17%→0.10%,逐漸減少;w(Al2O3)由13.70%→12.87%→12.90%,具有減少的趨勢;w(FeO)由1.41%→1.21%→0.85%,逐漸減少;w(CaO)由1.37%→0.79%→0.52%,逐漸減少;w(MgO)由0.51%→0.24%→0.12%,逐漸減少;w(K2O)由4.53%→4.65%→4.79%,逐漸增多;w(Na2O)由3.47%→3.55%→3.80%逐漸增多;w(P2O5)由0.16%→0.15%→0.05%逐漸減少;全堿含量由8.00%→8.19%→8.59%,逐漸增多;w(Fe)*/w(MgO)值由5.92→9.87→15.09,逐漸增大;分異指數(DI)由43.91→46.09→47.24,逐漸增大;固結指數由4.54→2.32→1.13,逐漸變小;斜長石排號由23.67→13.90→7.75,逐漸變小;長英指數由85.48→91.1→94.37,逐漸變大;堿度率(AR)由3.40→4.06→4.59,逐漸變大;鋁指數由1.05→1.05→1.04,逐漸減少。三次侵入花崗巖的樣品在K2O-SiO2圖(圖2)上,都落于高鉀鈣堿性巖區;在A/NK-A/CNK圖(圖3)上顯示弱過鋁質特征。上述礦物含量及參數規律性的變化,顯示巖漿分異作用明顯,均符合巖漿演化規律。

圖2 晚侏羅世花崗巖K2O-SiO2圖解(據文獻[10])Fig.2 K2O-SiO2 diagram of Late Jurassic granite in East Ujimqin Banner area

(2)微量元素特征

從微量元素含量表2可以看出,晚侏羅世三次侵入的A型花崗巖的微量元素均顯示出較好共性特征,即規律性大離子親石元素中Rb、Th、U、K、Pb明顯富集,Ba、Sr明顯虧損,與島弧型花崗巖存在顯著差別;高場強元素中,Nb、Ta、Ti虧損明顯,但Zr、Hf相對富集,這與島弧型花崗巖也是明顯不同的,顯示出了A型花崗巖的特征。除了上述共性特征,還存在規律性差異,從晚侏羅世早、中、晚三次侵入花崗巖微量元素平均含量MORB標準化蛛網圖(圖4)可以看出,從早到晚三次侵入巖體的微量元素總體含量具有逐漸減少的趨勢。

圖4 晚侏羅世巖漿巖元素原始地幔標準化模型(標準化值據Taylor, 1985[12])Fig.4 Primitive mantle-normalized pattern of trace element of Late Jurassic granite曲線數據均為各個期次的樣品平均值

(3)稀土元素特征

從表3可以看出,該期3個不同期次的巖石稀土元素平均含量顯示了規律性變化,表現在由早到晚,稀土總量w(ΣREE)值由154.3×10-6→172.90×10-6→138.78×10-6,曲線斜率w(La)N/w(Yb)N由7.74→5.77→4.15,逐漸減小,δEu由0.57→0.31→0.22,虧損逐漸增強。在稀土元素球粒隕石標準化配分模式圖(圖5)上,所有巖石均顯示出相似的配分模式;總體表現為向右傾斜且左陡右平,Eu處為“海鷗”型谷的曲線特征。

圖5 晚侏羅世花崗巖稀土元素球粒隕石標準化模式圖(標準化數據自Boynton, 1984[13])Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns of Late Jurassic granite曲線數據均為各個期次的樣品平均值

4 巖石體時代討論

為了討論塔爾根敖包邊防站一帶花崗巖的時代,本次選擇巴嘎哈達特晚侏羅世第二次侵入花崗巖和塔爾根敖包晚侏羅世第三次侵入花崗巖開展鋯石SHRIMP U-Pb年齡測試研究。樣品的測試工作由北京離子探針中心完成。

(1)第一次侵入體時代

區內多斑狀粗中粒二長花崗巖侵入于下泥盆統泥鰍河組和上泥盆統安格爾音烏拉組,并被晚侏羅世細中粒正長花崗巖及早白堊世正長花崗巖侵入。結合區內構造巖漿演化,本次研究將其時代置于晚侏羅世早期。

(2)第二次侵入體時代

本次在巴嘎哈達特南東一帶晚侏羅世第二次侵入的細中粒少斑狀正長花崗巖中,采集樣品(TW136-2)進行了鋯石SHRIMP U-Pb測年。樣品鋯石顆粒有核,鋯石中的核及邊部均具有明顯的振蕩環帶(圖6),巖漿鋯石特征明顯。測試所得SHRIMP鋯石U-Pb同位素測年分析數據如表4所述,獲得巖漿結晶的和諧年齡162.8 Ma±1.8 Ma(n=12)(圖7)。

表4 晚侏羅世第二次侵入細中粒少斑狀正長花崗巖(TW136-2)鋯石SHRIMP U-Pb測年結果Table 4 Zircon SHRIMP U-Pb dating of the secondly intruded less spotted fine-medium grained sienitic granite (TW136-2)

(3)第三次侵入體時代

本次測試樣品TW101-7采自阿查楚魯北西塔爾根敖包一帶晚侏羅世第三次侵入的細中粒含斑狀正長花崗巖。樣品鋯石顆粒有核,鋯石中的核及邊部均具有明顯的振蕩環帶(圖8),巖漿鋯石特征明顯。測試所得SHRIMP鋯石U-Pb同位素測年分析數據如表5所述,獲得巖漿結晶的和諧年齡159.4 Ma±2.1 Ma(n=8)(圖9)。

表5 晚侏羅世第三次侵入細中粒含斑狀正長花崗巖(TW101-7)鋯石SHRIMP U-Pb測年結果Table 5 Zircon SHRIMP U-Pb dating of spotted fine-medium grained sienitic granite (TW101-7) of the third intrusion during late Jurassic

圖8 細中粒含斑狀正長花崗巖鋯石CL圖像Fig.8 Zircon CL images of spotted fine-medium grained sienitic granite

圖9 細中粒含斑狀正長花崗巖鋯石U-Pb年齡Fig.9 Zircon U-Pb zircon age of fine-medium grained sienitic granite

5 討論

(1)關于巖石類型歸屬

研究區晚侏羅世早中晚三次侵入花崗巖,由早到晚,w(SiO2)平均含量為72.40%→74.84%→75.39%,均逐漸增加,具有高硅、偏酸性特征;巖石的w(K2O)、w(Na2O)含量高,全堿含量由8.00%→8.19%→8.59%,逐漸增加;鋁指數1.05→1.05→1.04,逐漸減弱,但均呈弱過鋁質的特點;w(CaO)、w(MgO)、w(TiO2)和w(P2O5)的含量較低。三次侵入花崗巖,由早到晚,w(FeO)*/w(MgO)平均值由5.92→9.87→15.09,逐漸增大;該鐵鎂比值與Eby[14]定義的A型花崗巖的高鐵鎂比值(8～80)相比,除了第一次侵入巖體稍微有些偏低,其它基本在該范圍內,明顯不同于一般的Ⅰ型、S型和M型花崗巖[15]。三次侵入巖體的10000×Ga/A1值,除早期1件樣品為2.33外,其由從早到晚的趨勢:2.89～3.27(平均3.03)→2.76～5.85(平均3.42)→3.22～3.98(平均3.59),平均值逐漸增大;上述10000×Ga/A1值的變化明顯表現為旋回性,而且明顯高于I型、S型花崗巖的平均值(2.1、2.28),大于A型花崗巖的下限值(2.6[15])。三次侵入巖體的Na2O-K2O圖解(圖10)均位于A型花崗巖區;在Y-Nb-Ce圖解(圖11)上,晚侏羅世由早到晚三次侵入巖體具有逐漸由A2區向A1區遷移的趨勢。三次侵入花崗巖的稀土含量較高(表3),w(LREE)/w(HREE)比值高,曲線斜率w(La)N/w(Yb)N比值大,反映輕稀土較富集、重稀土虧損、輕稀土分餾較強、重稀土分餾弱的特點。Eu具明顯的負異常,稀土分布曲線總體表現為向右傾斜且左陡右平,Eu處呈現“Ⅴ”型谷的特征,與內蒙古西烏旗[16]、吉林中部[17]鋁質A型花崗巖相似。

圖10 Na2O-K2O花崗巖類型判別圖據Collins et a1., 1982[18]Fig.10 Na2O-K2O diagram for discrimination of granite types

圖11 晚侏羅世花崗巖Y-Nb-Ce判別圖(據Eby, 1992[19])Fig.11 Y-Nb-Ce diagram for discrimination of Late Jurassic granite in East Ujimqin Banner area

綜上,研究區晚侏羅世三次侵入花崗巖的主量元素、稀土元素和微量元素皆顯示了鋁質A型花崗巖的普遍特征。

(2)構造環境及意義

研究區中侏羅世A型花崗巖就位與中國東南部及中國東北部受到太平板塊的西向俯沖作用的時限基本一致[20]。中侏羅世古太平洋板塊向西北俯沖導致的弧后伸展作用就位了研究區的中侏羅世細粒二長花崗巖。晚侏羅世第一次侵入的多斑狀粗中粒二長花崗巖與中侏羅世細粒二長花崗巖的巖石地球化學特征圖解反映二者非同源巖漿。在晚侏羅世早期,古太平洋板塊再次發生向西北俯沖,在伸展環境下就位了A2型花崗巖;晚侏羅世的三次侵入屬于同一個巖漿演化旋回,隨著幔源物質組分混合逐漸增加,巖石類型從早期類似后碰撞環境A2型花崗巖逐漸向介于A1型和A2型之間花崗巖演化,最后演化到類似裂谷環境的A1型花崗巖;在晚侏羅世巖漿旋回的補充期,隨著石英脈的就位,其攜帶了大量成礦物質,從而在其侵入的上泥盆統安格爾音烏拉組中,形成多處銀鉛鋅多金屬礦化點。

6 結語

(1)內蒙古東烏旗塔爾根敖包一帶晚侏羅世的三次花崗侵入巖體,具有高硅(w(SiO2)=72.40%～75.39%)、偏堿(全堿8.00%～8.59%)、準鋁質到弱過鋁質(鋁指數1.04～1.05)的特征;鐵鎂比值5.92～15.09,10000×Ga/A1比值大(>2.6),屬于鋁質A型花崗巖。

(2)本次SHRIMP鋯石U-Pb同位素測年研究,測得研究區晚侏羅世三次侵入巖的第二次侵入花崗巖巖漿結晶年齡162.8 Ma±1.8 Ma、第三次侵入花崗巖巖漿結晶年齡159.4 Ma±2.1 Ma,屬于早燕山晚期;塔爾根敖包一帶晚侏羅世的三次花崗侵入巖體——粗中粒多斑狀二長花崗巖、細中粒少斑狀正長花崗巖、細中粒含斑狀正長花崗巖,其與中侏羅世細粒二長花崗巖不同,研究區三次花崗侵入巖體屬于同一個巖漿演化旋回,應該為古太平洋板塊向西北俯沖后伸展作用的產物。

(3)東烏旗北部A型花崗巖,分別形成于168 Ma、162～159 Ma和137～126 Ma±的中侏羅世、晚侏羅世早期和早白堊世。