Discovery of the Late Carboniferous alkali-feldspar granite from the Bulinmiao area in Inner Mongolia and its constraints on the evolution of the Paleo-Asian-Ocean
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摘要:
对贺根山蛇绿岩带北缘的布林庙碱长花岗岩体进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年、岩石地球化学特征研究, 以期解释其岩石成因及地质意义。研究表明: 碱长花岗岩体的锆石U-Pb年龄为304±1 Ma, 为晚石炭世岩浆活动的产物; 所有样品的地球化学特征相似, 表现为高硅、富碱且相对富钾、弱过铝质的特点, 富集Rb、K等大离子亲石元素, 贫P、Sr、Ti等元素。结合样品的10000Ga/Al值、TFeO含量、Zr含量、锆石饱和温度等相关指标, 认为岩体为高钾钙碱性(钾玄岩)系列的A型花岗岩。岩体形成于贺根山洋盆闭合后, 是古亚洲洋造山后伸展阶段早期阶段的产物。
Abstract:In this paper, LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and geochemical characteristics of the Bulinmiao alkali-feldspar granite pluton located in the northern margin of the Hegenshan ophiolite belt are studied in order to explain its petrogenesis and tectonic significance.The study shows that the zircon U-Pb dating give weighted average age of 304±1 Ma, indicating that it is the product of magmatic activity in the Late Carboniferous.The general characteristics of the granite samples are similar, showing the characteristics of high silicon, rich alkali, rich K, and weak peraluminous.Trace elemental data of these rocks show LILE(Rb, K)enrichment, HFSE(P, Sr, Ti)depletion.Combining with the 10000Ga/Al value, TFeO, Zr contents and zircon saturation temperatures of the sample, the pluton is an aluminous A-type granite and belongs to the high-K calc-alkaline series.The granite was the product of the early stage post-orogenic extension after closure of Hegenshan Ocean.
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兴蒙造山带位于巨型中亚造山带的东段，夹持于华北板块、西伯利亚板块之间(图 1-a)，经历了多个(古亚洲洋、古太平洋、蒙古-鄂霍茨克洋)构造体系的叠加、改造作用，是中亚造山带漫长、复杂的构造演化史中极重要的地质单元[1-3]，其地理范围一般包括中国境内的内蒙古中东部、大兴安岭地区[4]。其中，古亚洲洋可能自早古生代开始俯冲，在晚古生代末期，又发生了洋盆闭合、板块拼合增生等重要地质过程[2-3, 5]。
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图 1 研究区位置与岩体地质图a—中亚造山带位置图；b—华北北部区域构造地质图(据参考文献[5])；c—布林庙碱长花岗岩地质图。Q—第四系；J3mk—侏罗系满克头鄂博组；1—晚石炭世碱长花岗岩(细中粒、细粒斑状)；2—晚石炭世斑状角闪二长岩；3—角度不整合界线；4—采样位置Figure 1. The tectonic location of the study area and the sketch pluton map在兴蒙造山带的构造演化过程中，古亚洲洋最终闭合的位置、时限一直是重要的研究主题，并取得了丰富的研究成果。综合地层、岩浆作用、电磁测深等资料，对古亚洲洋的最终闭合位置，主要有以下2种观点：索伦-西拉木伦-长春-延吉缝合带[6-8]和黑河-嫩江-贺根山缝合带[9-10]。另外，还有学者把黑河-嫩江-乌兰浩特-锡林浩特南-艾力格庙缝合带作为古亚洲洋的最终闭合位置[3, 11]。对于闭合的时限，存在泥盆纪[11-12]、晚石炭世—中三叠世[3, 13-18]等观点。古亚洲洋缝合带的位置及闭合时限的多样性，显示了兴蒙造山带构造演化过程的独特性、复杂性。
花岗岩作为造山带的重要组成部分，蕴含着丰富的板块碰撞、地壳增生等地质信息，为研究造山带的构造演化提供了良好的窗口。在黑河-嫩江-贺根山缝合带上发育大量晚古生代花岗岩，构成了一条巨型岩浆岩带。但对其构造背景并未取得统一的认识，主要分歧有陆内裂谷[1, 11]、造山后伸展环境(碱性-二长花岗岩，303~271 Ma)[13-17]、大洋俯冲环境(奥长花岗岩-闪长岩，325~309 Ma)[19-22]、活动大陆边缘弧后伸展环境(碱长花岗岩，325 Ma)[23]。以上年龄数据(325~271 Ma)大致勾勒出了二连—东乌旗一带晚古生代岩浆岩的演化过程。对于构造背景认识的分歧，可能是由于研究对象处于不同的时代所致。另外，尽管前人对该时期花岗岩进行了较详尽的研究，但有些岩体仍缺少年代学数据等方面的工作，布林庙碱长花岗岩就是其中之一。
研究区及周围(1:5万哈达图等四幅的经纬度范围为北纬45°40′~46°00′、东经118°30′~119°00′)位于东乌旗东部，有大面积的中生代火山岩、第四系分布，面积约1430 km2的范围内尚未见晚古生代岩浆作用的确切报道。本次进行区域地质调查工作时首次发现了布林庙碱长花岗岩，弥补了晚古生代岩浆岩在该地区空间上的缺失。本文从锆石U-Pb年龄、全岩地球化学特征等方面对该岩体进行了详细研究，并分析其岩石成因及构造意义，为该地区晚古生代洋盆闭合的时限提供了年代学数据的约束，也为兴蒙造山带北部的晚古生代构造岩浆演化提供了研究素材。
1. 地质背景及岩相学特征
研究区位于内蒙古自治区东乌珠穆沁旗以东，大地构造位置位于黑河-嫩江-贺根山缝合带的北缘(图 1-b)，该缝合带呈NE方向展布，被广泛认为是古亚洲洋闭合的地区之一，主要依据：①沿缝合带上的朝克山、贺根山等地断续出露形成于早石炭世的蛇绿岩，属于洋壳物质残余[24-26]；②沿该缝合带断续出露一条巨型的碱性岩浆岩带，侵位稍晚于蛇绿岩，普遍被认为是造山后或非造山环境下伸展背景的产物[13-17]。此外，还有学者把该缝合带以南的黑河-嫩江-乌兰浩特-锡林浩特南-艾力格庙缝合带作为古亚洲洋南缘的最终闭合位置[3, 11]。
该岩体分布于布林庙一带的巴音查干山、额新高吉高尔山等地(图 1-c)，命名为布林庙碱长花岗岩。岩体总体以NE方向的岩株形态分布，出露面积约3.2 km2，整体出露较差，两侧被第四系、侏罗系火山岩地层角度不整合覆盖，火山岩地层中可见花岗岩角砾，也间接说明了二者间的接触关系。岩体中局部可见糜棱岩化，受露头限制产状不清，但提供了变质变形的地质记录。岩体主要由碱长花岗岩组成，根据斑晶及矿物粒度，分为细中粒碱长花岗岩、细粒斑状碱长花岗岩2种岩性，二者之间呈渐变过渡接触。另外，在岩体的南侧可见零星不规则椭圆状的捕虏体，岩性为斑状角闪二长岩。各岩性特征描述如下。
细中粒碱长花岗岩(图 2-a)：浅灰色，细中粒花岗结构，部分样品呈文象结构，块状构造。矿物组成为：钾长石(70%，粒度大小2~5 mm)，板状，明显高岭土化；石英(25%，0.5~2 mm)，他形粒状；斜长石(5%，0.2~1 mm)，半自形板状，零星分布。
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图 2 碱长花岗岩显微镜下特征Q—石英；Pl—斜长石；Kfs—钾长石；Hb—角闪石Figure 2. Photomicrographs of the alkali-feldspar granite细粒斑状碱长花岗岩(图 2-b)：浅灰红色，似斑状结构，基质呈微细粒的文象结构，斑晶为钾长石(5%~10%，1~2.5 mm)，自形板状，可见高岭土化。基质由钾长石、石英组成，粒度0.1~0.5 mm，其中钾长石(65%~70%)呈半自形板状—他形粒状；石英(20%)呈他形粒状。
斑状角闪二长岩(图 2-c)：浅灰红色，斑状-基质微细晶结构，块状构造。斑晶粒度一般为1~4.5 mm，由斜长石、角闪石组成，其中斜长石(30%)呈半自形板状，发育聚片双晶；角闪石(5%)呈半自形短柱状。基质粒度一般小于0.5 mm，由斜长石、钾长石、石英组成，其中斜长石(30%)具轻微绿帘石化、高岭土化蚀变，局部被钾长石交代；钾长石(20%)、石英(5%~10%)常呈文象状共生。
2. 锆石U-Pb测年
2.1 测试方法
本次对布林庙碱长花岗岩中的细中粒碱长花岗岩进行了锆石U-Pb测年，采样位置为北纬45°46′48″、东经118°51′27″，样品重量约25 kg。首先在河北省区调所实验室完成样品破碎，采用常规方法把样品粉碎至70~100目，经人工淘洗、重力、磁选分离等方法进行粗选，然后在双目镜下精选出符合要求的锆石颗粒，锆石颗粒要求透明度好、晶形相对完整、无裂痕；锆石制靶、阴极发光(CL)照相均在天津地质调查中心同位素实验室完成，采用激光烧蚀多接受器等离子质谱仪进行U-Pb测年，具体仪器配置及实验流程见李怀坤[27]；采用Isoplot(Version3.0)程序进行数据处理并绘制年龄谐和图[28]。
2.2 测试结果
CL图像显示，锆石呈粉黄色，晶形完整，颗粒较大，形态以自形柱状、断柱状为主，长轴多为100~150 μm，内部具明显的韵律环带结构(图 3)。Th/U值为0.30~0.87，平均为0.44。较高的Th/U值及CL图像说明，样品锆石为岩浆成因。24颗锆石的测试数据见表 1。测点结果均集中分布于谐和曲线上(图 4)，206Pb/238U年龄加权平均值为304±1 Ma(n=24，MSWD=0.66)，代表其成岩年龄。
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图 3 布林庙碱长花岗岩锆石阴极发光(CL)图像Figure 3. CL images of the fine-grained alkali-feldspar granite in the Bulinmiao area表 1 布林庙碱长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb定年结果Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the alkali feldspar granite in the Bulinmiao area测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb 232Th 238U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 25 252 499 0.51 0.0524 0.0009 0.350 0.006 0.0484 0.0005 301 39 304 6 305 3 2 30 209 617 0.34 0.0523 0.0007 0.350 0.005 0.0486 0.0005 298 32 305 5 306 3 3 31 316 616 0.51 0.0521 0.0007 0.350 0.005 0.0487 0.0005 290 32 305 5 307 3 4 14 148 285 0.52 0.0521 0.0011 0.347 0.007 0.0483 0.0005 290 47 303 6 304 3 5 13 137 265 0.52 0.0527 0.0012 0.346 0.008 0.0477 0.0005 316 53 302 7 300 3 6 28 220 573 0.38 0.0524 0.0007 0.350 0.005 0.0484 0.0005 304 30 304 4 304 3 7 24 154 509 0.30 0.0524 0.0008 0.349 0.006 0.0483 0.0005 303 34 304 5 304 3 8 22 139 460 0.30 0.0523 0.0007 0.350 0.005 0.0484 0.0005 300 32 304 5 305 3 9 27 215 560 0.38 0.0523 0.0007 0.351 0.005 0.0487 0.0005 297 31 305 5 306 3 10 12 86 243 0.35 0.0523 0.0011 0.352 0.008 0.0489 0.0005 299 46 306 7 307 3 11 21 241 423 0.57 0.0523 0.0008 0.350 0.006 0.0486 0.0005 299 33 305 5 306 3 12 13 108 258 0.42 0.0523 0.0015 0.345 0.010 0.0479 0.0005 297 66 301 9 301 3 13 21 159 432 0.37 0.0527 0.0012 0.348 0.008 0.0479 0.0005 317 52 303 7 301 3 14 10 75 214 0.35 0.0523 0.0015 0.348 0.010 0.0482 0.0005 299 66 303 9 304 3 15 8 55 155 0.36 0.0526 0.0021 0.351 0.015 0.0484 0.0005 312 92 305 13 304 3 16 20 212 404 0.53 0.0524 0.0008 0.351 0.006 0.0487 0.0005 301 35 306 5 306 3 17 12 118 245 0.48 0.0524 0.0014 0.349 0.010 0.0483 0.0005 303 62 304 9 304 3 18 20 200 410 0.49 0.0525 0.0014 0.346 0.010 0.0478 0.0005 307 62 302 9 301 3 19 10 75 202 0.37 0.0527 0.0024 0.346 0.016 0.0476 0.0005 315 103 302 14 300 3 20 10 104 214 0.48 0.0531 0.0026 0.346 0.017 0.0473 0.0005 332 110 302 15 298 3 21 23 357 412 0.87 0.0529 0.0009 0.349 0.006 0.0479 0.0005 323 39 304 6 302 3 22 9 85 181 0.47 0.0524 0.0015 0.347 0.010 0.0481 0.0005 301 66 303 9 303 3 23 18 157 362 0.43 0.0528 0.0015 0.349 0.010 0.0479 0.0005 319 65 304 9 302 3 24 6 42 132 0.31 0.0524 0.0017 0.348 0.012 0.0481 0.0005 301 39 303 10 303 3 ![]()
图 4 布林庙碱长花岗岩锆石U-Pb谐和图Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram of the alkali feldspar granite in the Bulinmiao area3. 元素地球化学特征
3.1 测试方法
本次在布林庙碱长花岗岩的不同部位较系统地采集了9件地球化学样品，采样位置见图 1-c。样品均采自无蚀变的新鲜基岩露头，具有较好的代表性。样品测试前用水清洗，去除表面杂质，经磨样机机械破碎至200目供分析。其中，主量元素分析在山西省地质调查院岩矿检测中心完成，使用原子吸收分光光度计(型号：A-68)、分光光度计(型号：A-8a)等仪器测定，分析误差优于2%；微量元素分析在武汉矿产资源监督检测中心完成，使用电感耦合等离子体质谱仪(型号：X7)测定，分析误差优于5%。
3.2 测试结果
表 2列出了布林庙碱长花岗岩的主量、微量元素测试结果及相关参数。
表 2 布林庙碱长花岗岩主量、微量和稀土元素分析结果Table 2. Major, trace and rare earth elements compositions of the alkali-feldspar granite in the Bulinmiao area岩性 细中粒碱长花岗岩 细粒斑状碱长花岗岩 斑状角闪二长岩 样品号 P403
Gs-22620
Gs-12620
Gs-2D2839
Gs -1P402
Gs-7P403
Gs-5P402
Gs-4P402
Gs-24167
Gs-1SiO+2 75.44 77.07 77.21 77.13 77.22 72.48 73.61 73.23 64.65 Al2O3 11.95 12.29 12.22 12.52 12.10 14.22 13.45 13.74 15.25 TiO2 0.28 0.12 0.08 0.14 0.06 0.30 0.42 0.43 0.98 CaO 0.10 0.06 0.44 0.29 0.30 0.11 0.14 0.21 2.60 MgO 0.09 0.17 0.15 0.19 0.12 0.08 0.09 0.21 1.56 K2O 4.66 3.98 4.54 5.01 5.11 5.90 5.53 6.54 3.45 Na2O 3.78 4.20 3.90 3.01 3.38 4.36 4.21 2.87 4.78 MnO 0.14 0.01 0.03 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.10 P2O5 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.03 0.04 0.05 0.30 CO2 0.35 0.08 0.10 0.06 0.22 0.04 0.13 0.22 0.09 H2O+ 0.51 0.42 0.38 0.88 0.40 0.38 0.48 0.70 1.35 DI 93.87 96.33 96.55 95.82 97.01 96.80 96.12 94.44 78.78 TFeO 2.48 1.27 0.75 0.56 0.86 1.53 1.85 1.52 4.35 TFeO/MgO 27.56 7.47 4.99 2.94 7.19 19.13 20.56 7.24 2.79 10000Ga/Al 3.92 2.78 2.21 2.19 2.43 3.12 3.43 3.11 2.50 K2O+Na2O 8.44 8.18 8.44 8.02 8.49 10.26 9.74 9.41 8.23 K2O/Na2O 1.23 0.95 1.16 1.66 1.51 1.35 1.31 2.28 0.72 A/CNK 1.04 1.09 1.01 1.15 1.04 1.03 1.02 1.13 0.93 NK/A 0.94 0.91 0.93 0.83 0.92 0.95 0.96 0.86 0.76 Rb 118.2 68.83 98.07 123.90 110.90 136.9 108.8 155.3 55.68 Ga 24.79 18.13 14.31 14.49 15.58 23.57 24.39 22.62 20.15 Ba 102.72 579.9 184.70 333.90 223.57 172.46 123.31 301.29 858.00 Th 7.43 3.9 9.50 9.35 6.74 7.17 4.81 6.86 5.15 U 2.22 1.17 1.33 2.16 0.70 1.38 1.05 1.52 1.55 Zr 648.5 185.1 85.10 148.80 67.00 446.3 508.1 510.3 377.00 Nb 23.81 9.36 7.26 10.78 4.52 21.79 17.39 14.85 12.47 Ta 1.62 1.26 1.18 1.26 0.62 1.83 1.21 1 1.05 Sr 19.02 18.01 25.57 75.97 52.68 34.58 13.45 38.41 342.00 Hf 17.28 5.48 4.01 6.20 1.89 11.25 12.6 12.33 10.02 La 38.78 24.39 23.71 17.04 16.09 52.05 95.91 91.22 32.97 Ce 78.38 57.59 44.46 32.85 38.02 116.22 186.26 178.38 74.89 Pr 10.74 6.63 6.31 3.66 4.02 14.85 24.04 22.56 9.65 Nd 35.24 25.92 21.88 12.68 13.65 51.32 83.72 80.64 37.17 Sm 8.15 5.4 4.56 2.48 3.07 11.19 14.75 14.19 7.41 Eu 0.86 0.4 0.25 0.20 0.24 0.73 2.09 2.06 1.86 Gd 6.42 4.58 4.59 2.15 2.82 9.22 11.54 11.61 6.65 Tb 0.99 0.75 0.72 0.40 0.53 1.53 1.67 1.68 1.08 Dy 5.39 4.58 4.82 2.69 3.73 9.09 9.33 9.46 5.86 Ho 1.07 1 1.07 0.63 0.86 1.82 1.86 1.87 1.19 Er 3.02 2.93 3.32 1.99 2.84 5.22 5.17 5.1 3.22 Tm 0.47 0.46 0.55 0.34 0.50 0.82 0.76 0.75 0.52 Yb 2.97 3.31 3.73 2.45 3.29 4.85 4.56 4.36 3.26 Lu 0.47 0.56 0.58 0.41 0.61 0.84 0.79 0.75 0.46 Y 28.55 24.13 29.85 18.48 23.40 45.62 47.67 47.07 29.67 ΣREE 192.9 138.5 120.55 79.97 90.27 279.70 442.45 424.60 186.20 LREE 172.15 120.33 101.17 68.91 75.09 246.36 406.77 389.05 163.95 HREE 20.80 18.17 19.38 11.06 15.18 33.39 35.68 35.58 22.25 LREE/HREE 8.28 6.62 5.22 6.23 4.95 7.38 11.4 10.93 7.37 (La/Yb)N 9.37 5.29 4.56 4.99 3.51 7.70 15.09 15.01 7.25 (La/Sm)N 3.07 2.92 3.36 4.44 3.38 3.00 4.20 4.15 2.87 (Gd/Yb)N 1.79 1.14 1.02 0.73 0.71 1.57 2.09 2.20 1.69 δEu 0.35 0.24 0.17 0.26 0.24 0.21 0.47 0.47 0.79 TZr/℃ 930 809 736 796 720 881 896 909 839 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 布林庙碱长花岗岩在SiO2-(Na2O+K2O)图解(图 5-a)上位于花岗岩区，且主量元素特征相似，表现为：①SiO2含量为72.48%~77.22%，具较窄的变化区间，平均值为75.42%，岩石的分异指数(DI)高(93.87~97.01)，说明岩体经历了较强的分异作用；②K2O+Na2O含量为8.02%~10.26%，平均值为8.87%，K2O/Na2O值为0.95~2.28，具有全碱含量中等偏高、明显富钾的特征，在SiO2-K2O岩石图解(图 5-b)上位于高钾钙碱性-钾玄岩区；③Al2O3含量为11.95%~14.22%，平均值为12.81%，铝饱和指数A/CNK为1.01~1.15，在A/CNK-A/NK图解(图 5-c)上以弱过铝质为主；④具显著的贫铁(TFeO为0.56%~2.48%)、低钙(0.06%~0.30%)、低镁(0.08%~0.21%)、低磷(0.02%~0.05%)的特点。
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布林庙碱长花岗岩的稀土元素总量(ΣREE)为79.97×10-6~442.45×10-6，平均值为221.12×10-6，稀土元素总量中等；(La/Sm)N=2.92~4.44，(Gd/Yb)N为0.71~2.20，轻稀土元素内部的分馏程度相对重稀土元素明显；LREE/HREE=4.95~11.40，(La/Yb)N=3.51~15.09，轻稀土元素相对重稀土元素富集；δEu=0.16~0.47，具明显负Eu异常。样品在稀土元素球粒陨石标准化图上均呈相似的右倾曲线特征(图 6-a)。微量元素也显示相似的分布曲线特征，均不同程度地富集Rb、Th、U、K元素，弱亏损Ba元素，强烈亏损Sr、P、Ti等元素(图 6-b)。
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图 6 碱长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化值据参考文献[32])Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized spider diagrams(b)of the alkali-feldspar granite细中粒碱长花岗岩与细粒斑状碱长花岗岩相比，地球化学性质既有相似之处，也有一定的差异。区别在于前者明显高硅(SiO2分别为75.44%~77.22%、72.48%~73.61%)、低铝(Al2O3分别为11.95%~12.52%、13.45%~14.22%)、低碱(K2O+Na2O分别为8.02%~8.49%、9.41%~10.26%)、低稀土元素总量(ΣREE分别为79.97×10-6~192.90×10-6、279.90×10-6~442.45×10-6)。
斑状角闪二长岩与碱长花岗岩(细中粒、细粒斑状)相比，其SiO2含量为64.65%、分异指数(DI)为78.78，明显偏低；全碱总量偏低(K2O+Na2O=8.23%)、明显富钠(K2O/Na2O=0.72，Na2O含量为4.78%)；Al2O3含量为15.25%，A/CNK为0.93，为准铝质岩石(图 5-c)，可能与较高的钙(CaO=2.60%)含量有关。与主体岩性相比，稀土元素除具不明显的负Eu异常(δEu=0.79)外，其余特征基本一致；微量元素具Ba的正异常，中等亏损Sr、P、Ti等元素。
4. 讨论
4.1 岩体时代
前人对二连—贺根山地区的晚古生代花岗岩进行了详细的锆石U-Pb测年，精确的同位素数据表明，晚古生代的岩浆活动时代集中于325~271 Ma，岩浆活动持续了约54 Ma，基本上构建了该地区的晚古生岩浆活动年代学格架[17, 19-23]。布林庙碱长花岗岩的206Pb/238U年龄加权平均值为304±1 Ma，与前人数据对比，代表了该岩浆岩带中期的岩浆活动。
4.2 岩石成因
本文采用最常用的ISMA花岗岩分类方案，结合矿物学、地球化学特征，对布林庙碱长花岗岩的成因类型分析。
斑状角闪二长岩含有Ⅰ型花岗岩特有的角闪石矿物，同时具准铝质(A/CNK=0.93)、富钠(Na2O为4.78%)、高钙(CaO为2.60%)、高锶(Sr为342×10-6)的特点，暗示源岩来自于未经地表风化的火成岩，为典型的Ⅰ型花岗岩[33-34]。
碱长花岗岩(细中粒、细粒斑状)的SiO2含量为72.48%~77.22%，分异指数(DI)为93.87~97.01，说明经历了较强的分异演化。2种岩性均有弱过铝质(A/CNK以1.01~1.09为主)、富钠(Na2O平均值为4.31%)、低磷(P2O5为0.02%~0.05%)的特点，明显不同于高分异S型花岗岩(A/CNK＞1.1，Na2O平均值为2.81%，P2O5平均值为0.14%)[30]。因此2种岩性只可能为高分异Ⅰ型或A型。
高分异Ⅰ型、A型花岗岩由于经历了强烈的分异作用，其成因类型难以准确识别[35-36]。碱长花岗岩(细中粒、细粒斑状)样品在图 7-a中散落在高分异钙碱性、碱性区也说明了这一点。但结合一些特殊地球化学指标，2种岩性倾向于A型花岗岩，表现为：①碱性指数NK/A为0.83~0.96，平均值为0.91，略高于A型花岗岩的下限(0.85)[37]；②Zr含量为67.0×10-6~648.5×10-6，具有较大的含量变化区间，但在岩石成因图解中几乎都落在A型花岗岩区(图 7-b)；③10000Ga/Al值为2.19~3.92，与A型花岗岩的下限(2.60)相比，部分样品偏低，可能与岩体的强烈分异演化有关，但在岩石成因图解上显示出A型花岗岩强烈分异演化的特征[35](图 7-c)；④锆石饱和温度计算结果TZr(℃)为720~930℃，平均值为834℃，除2件样品外均大于800℃，与具有高温特征的A型花岗岩一致(800~900℃)[38]。因此，把碱长花岗岩(细中粒、细粒斑状)归为A型花岗岩。
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4.3 构造意义
兴蒙造山带上自南向北发育2条重要的缝合带，分别为西拉木伦-索伦-长-延吉春缝合带[6-8]和黑河-嫩江-贺根山[9-10](或黑河-嫩江-乌兰浩特-锡林浩特南-艾力格庙)[3, 11]缝合带。其中，西拉木伦-索伦-长春延吉缝合带一般认为是古亚洲洋最终闭合的位置[3, 5, 10]；而贺根山-黑河-嫩江缝合带由于处于兴蒙造山带、乌梁雅斯台大陆边缘之间，沿缝合带广泛发育蛇绿岩、岛弧型岩浆岩及A型花岗岩，也是造山带演化的关键地区[22]。从岩浆作用看，黑河-嫩江-贺根山缝合带上具有俯冲特征的岩浆岩的发育(450~499 Ma)，说明古亚洲洋向北的俯冲自早古生代已经开始[39-40]，但是对于闭合的时限存在不同认识，这可能与区域上的早石炭世地质记录出露较少有关。一种观点认为，贺根山洋盆在中晚泥盆世已经闭合[11]，早石炭世仅是新打开的一个时空规模很有限的陆内洋盆[3]，区域上的晚古生代碱性花岗岩形成于陆内裂谷环境[1]；还有观点认为，贺根山洋盆在石炭纪处于洋壳俯冲消减、洋陆转换的过程，表现为东乌旗地区的奥长花岗岩-闪长岩等岛弧岩浆岩发育(325~309 Ma)，进一步揭示区域上大洋俯冲一直持续到早石炭世—晚石炭世早期[19-22]，稍晚的代表伸展体制的碱性-二长花岗岩(303~271 Ma)的发育，即是该地区洋陆转换的岩浆作用响应[13-17]。
从岩浆作用看，上述2种观点对该晚古生代碱性花岗岩形成背景的认识分别为陆内裂谷、造山后伸展环境。布林庙碱长花岗岩在空间上与区域上的碱性花岗岩带密切共生，地球化学性质相似，可以认为是岩浆岩带的一部分。该岩体锆石U-Pb年龄为304±1 Ma，很可能介于该地区碰撞晚期、造山后伸展环境2种构造体制之间。因此，查明其形成的地质背景，对厘清该地区晚古生代2种构造体制转折节点具有重要意义。该岩体具有A型花岗岩的地球化学性质，在R1-R2构造图解上位于造山后A型花岗岩区(图 8-a)，在Nb-Y-3Ga、Nb-Y-Ce构造图解上进一步限定为造山后环境区域，而非裂谷环境(图 8-b、c)。以上说明，岩体形成于后碰撞的早期伸展环境，进一步精细限定贺根山洋盆在晚石炭世(304±1 Ma)已经闭合，此时造山作用已经结束。
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5. 结论
(1) 内蒙古布林庙碱长花岗岩锆石U-Pb年龄为304±1 Ma，为晚石炭世时期岩浆活动的产物。
(2) 岩体具有高硅、富碱且相对富钾、弱过铝质为主的特点，为高钾钙碱性(钾玄岩)系列的A型花岗岩。
(3) 岩体形成于贺根山洋盆闭合后，是造山后伸展阶段早期的产物。
致谢: 野外调查工作中项目组同事给予了大力帮助，成文过程中得到山西省地质调查院有限公司王权正高级工程师的指导，同时审稿专家对论文提出了建设性修改意见，在此一并表示衷心感谢。 -
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图 1 研究区位置与岩体地质图
a—中亚造山带位置图；b—华北北部区域构造地质图(据参考文献[5])；c—布林庙碱长花岗岩地质图。Q—第四系；J3mk—侏罗系满克头鄂博组；1—晚石炭世碱长花岗岩(细中粒、细粒斑状)；2—晚石炭世斑状角闪二长岩；3—角度不整合界线；4—采样位置
Figure 1. The tectonic location of the study area and the sketch pluton map
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图 2 碱长花岗岩显微镜下特征
Q—石英；Pl—斜长石；Kfs—钾长石；Hb—角闪石
Figure 2. Photomicrographs of the alkali-feldspar granite
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图 3 布林庙碱长花岗岩锆石阴极发光(CL)图像
Figure 3. CL images of the fine-grained alkali-feldspar granite in the Bulinmiao area
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图 4 布林庙碱长花岗岩锆石U-Pb谐和图
Figure 4. Zircon U-Pb concordia diagram of the alkali feldspar granite in the Bulinmiao area
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图 6 碱长花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(标准化值据参考文献[32])
Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized spider diagrams(b)of the alkali-feldspar granite
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表 1 布林庙碱长花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb定年结果
Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results of the alkali feldspar granite in the Bulinmiao area
测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb 232Th 238U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 1 25 252 499 0.51 0.0524 0.0009 0.350 0.006 0.0484 0.0005 301 39 304 6 305 3 2 30 209 617 0.34 0.0523 0.0007 0.350 0.005 0.0486 0.0005 298 32 305 5 306 3 3 31 316 616 0.51 0.0521 0.0007 0.350 0.005 0.0487 0.0005 290 32 305 5 307 3 4 14 148 285 0.52 0.0521 0.0011 0.347 0.007 0.0483 0.0005 290 47 303 6 304 3 5 13 137 265 0.52 0.0527 0.0012 0.346 0.008 0.0477 0.0005 316 53 302 7 300 3 6 28 220 573 0.38 0.0524 0.0007 0.350 0.005 0.0484 0.0005 304 30 304 4 304 3 7 24 154 509 0.30 0.0524 0.0008 0.349 0.006 0.0483 0.0005 303 34 304 5 304 3 8 22 139 460 0.30 0.0523 0.0007 0.350 0.005 0.0484 0.0005 300 32 304 5 305 3 9 27 215 560 0.38 0.0523 0.0007 0.351 0.005 0.0487 0.0005 297 31 305 5 306 3 10 12 86 243 0.35 0.0523 0.0011 0.352 0.008 0.0489 0.0005 299 46 306 7 307 3 11 21 241 423 0.57 0.0523 0.0008 0.350 0.006 0.0486 0.0005 299 33 305 5 306 3 12 13 108 258 0.42 0.0523 0.0015 0.345 0.010 0.0479 0.0005 297 66 301 9 301 3 13 21 159 432 0.37 0.0527 0.0012 0.348 0.008 0.0479 0.0005 317 52 303 7 301 3 14 10 75 214 0.35 0.0523 0.0015 0.348 0.010 0.0482 0.0005 299 66 303 9 304 3 15 8 55 155 0.36 0.0526 0.0021 0.351 0.015 0.0484 0.0005 312 92 305 13 304 3 16 20 212 404 0.53 0.0524 0.0008 0.351 0.006 0.0487 0.0005 301 35 306 5 306 3 17 12 118 245 0.48 0.0524 0.0014 0.349 0.010 0.0483 0.0005 303 62 304 9 304 3 18 20 200 410 0.49 0.0525 0.0014 0.346 0.010 0.0478 0.0005 307 62 302 9 301 3 19 10 75 202 0.37 0.0527 0.0024 0.346 0.016 0.0476 0.0005 315 103 302 14 300 3 20 10 104 214 0.48 0.0531 0.0026 0.346 0.017 0.0473 0.0005 332 110 302 15 298 3 21 23 357 412 0.87 0.0529 0.0009 0.349 0.006 0.0479 0.0005 323 39 304 6 302 3 22 9 85 181 0.47 0.0524 0.0015 0.347 0.010 0.0481 0.0005 301 66 303 9 303 3 23 18 157 362 0.43 0.0528 0.0015 0.349 0.010 0.0479 0.0005 319 65 304 9 302 3 24 6 42 132 0.31 0.0524 0.0017 0.348 0.012 0.0481 0.0005 301 39 303 10 303 3 
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表 2 布林庙碱长花岗岩主量、微量和稀土元素分析结果
Table 2 Major, trace and rare earth elements compositions of the alkali-feldspar granite in the Bulinmiao area
岩性 细中粒碱长花岗岩 细粒斑状碱长花岗岩 斑状角闪二长岩 样品号 P403
Gs-22620
Gs-12620
Gs-2D2839
Gs -1P402
Gs-7P403
Gs-5P402
Gs-4P402
Gs-24167
Gs-1SiO+2 75.44 77.07 77.21 77.13 77.22 72.48 73.61 73.23 64.65 Al2O3 11.95 12.29 12.22 12.52 12.10 14.22 13.45 13.74 15.25 TiO2 0.28 0.12 0.08 0.14 0.06 0.30 0.42 0.43 0.98 CaO 0.10 0.06 0.44 0.29 0.30 0.11 0.14 0.21 2.60 MgO 0.09 0.17 0.15 0.19 0.12 0.08 0.09 0.21 1.56 K2O 4.66 3.98 4.54 5.01 5.11 5.90 5.53 6.54 3.45 Na2O 3.78 4.20 3.90 3.01 3.38 4.36 4.21 2.87 4.78 MnO 0.14 0.01 0.03 0.02 0.03 0.03 0.04 0.04 0.10 P2O5 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.03 0.04 0.05 0.30 CO2 0.35 0.08 0.10 0.06 0.22 0.04 0.13 0.22 0.09 H2O+ 0.51 0.42 0.38 0.88 0.40 0.38 0.48 0.70 1.35 DI 93.87 96.33 96.55 95.82 97.01 96.80 96.12 94.44 78.78 TFeO 2.48 1.27 0.75 0.56 0.86 1.53 1.85 1.52 4.35 TFeO/MgO 27.56 7.47 4.99 2.94 7.19 19.13 20.56 7.24 2.79 10000Ga/Al 3.92 2.78 2.21 2.19 2.43 3.12 3.43 3.11 2.50 K2O+Na2O 8.44 8.18 8.44 8.02 8.49 10.26 9.74 9.41 8.23 K2O/Na2O 1.23 0.95 1.16 1.66 1.51 1.35 1.31 2.28 0.72 A/CNK 1.04 1.09 1.01 1.15 1.04 1.03 1.02 1.13 0.93 NK/A 0.94 0.91 0.93 0.83 0.92 0.95 0.96 0.86 0.76 Rb 118.2 68.83 98.07 123.90 110.90 136.9 108.8 155.3 55.68 Ga 24.79 18.13 14.31 14.49 15.58 23.57 24.39 22.62 20.15 Ba 102.72 579.9 184.70 333.90 223.57 172.46 123.31 301.29 858.00 Th 7.43 3.9 9.50 9.35 6.74 7.17 4.81 6.86 5.15 U 2.22 1.17 1.33 2.16 0.70 1.38 1.05 1.52 1.55 Zr 648.5 185.1 85.10 148.80 67.00 446.3 508.1 510.3 377.00 Nb 23.81 9.36 7.26 10.78 4.52 21.79 17.39 14.85 12.47 Ta 1.62 1.26 1.18 1.26 0.62 1.83 1.21 1 1.05 Sr 19.02 18.01 25.57 75.97 52.68 34.58 13.45 38.41 342.00 Hf 17.28 5.48 4.01 6.20 1.89 11.25 12.6 12.33 10.02 La 38.78 24.39 23.71 17.04 16.09 52.05 95.91 91.22 32.97 Ce 78.38 57.59 44.46 32.85 38.02 116.22 186.26 178.38 74.89 Pr 10.74 6.63 6.31 3.66 4.02 14.85 24.04 22.56 9.65 Nd 35.24 25.92 21.88 12.68 13.65 51.32 83.72 80.64 37.17 Sm 8.15 5.4 4.56 2.48 3.07 11.19 14.75 14.19 7.41 Eu 0.86 0.4 0.25 0.20 0.24 0.73 2.09 2.06 1.86 Gd 6.42 4.58 4.59 2.15 2.82 9.22 11.54 11.61 6.65 Tb 0.99 0.75 0.72 0.40 0.53 1.53 1.67 1.68 1.08 Dy 5.39 4.58 4.82 2.69 3.73 9.09 9.33 9.46 5.86 Ho 1.07 1 1.07 0.63 0.86 1.82 1.86 1.87 1.19 Er 3.02 2.93 3.32 1.99 2.84 5.22 5.17 5.1 3.22 Tm 0.47 0.46 0.55 0.34 0.50 0.82 0.76 0.75 0.52 Yb 2.97 3.31 3.73 2.45 3.29 4.85 4.56 4.36 3.26 Lu 0.47 0.56 0.58 0.41 0.61 0.84 0.79 0.75 0.46 Y 28.55 24.13 29.85 18.48 23.40 45.62 47.67 47.07 29.67 ΣREE 192.9 138.5 120.55 79.97 90.27 279.70 442.45 424.60 186.20 LREE 172.15 120.33 101.17 68.91 75.09 246.36 406.77 389.05 163.95 HREE 20.80 18.17 19.38 11.06 15.18 33.39 35.68 35.58 22.25 LREE/HREE 8.28 6.62 5.22 6.23 4.95 7.38 11.4 10.93 7.37 (La/Yb)N 9.37 5.29 4.56 4.99 3.51 7.70 15.09 15.01 7.25 (La/Sm)N 3.07 2.92 3.36 4.44 3.38 3.00 4.20 4.15 2.87 (Gd/Yb)N 1.79 1.14 1.02 0.73 0.71 1.57 2.09 2.20 1.69 δEu 0.35 0.24 0.17 0.26 0.24 0.21 0.47 0.47 0.79 TZr/℃ 930 809 736 796 720 881 896 909 839 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6
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