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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (2-3): 382-396  
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王金芳, 李英杰, 李红阳, 董培培. 内蒙古西乌旗石匠山晚侏罗世-早白垩世A型花岗岩锆石U-Pb年龄及构造环境[J]. 地质通报, 2018, 37(2-3): 382-396.
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Wang J F, Li Y J, Li H Y,Dong P P. Zircon U-Pb dating of the Shijiangshan Late Jurassic-Early Cretaceous A-type granite in Xi Ujimqin Banner of Inner Mongolia and its tectonic setting[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(2-3): 382-396.
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基金项目

国家自然科学基金项目《内蒙古西乌旗迪彦庙蛇绿岩年代学、地球化学及大地构造意义》(批准号:41502211)、中国地质调查局项目《内蒙古1:5万沙日勒昭等四幅区域地质矿产调查》(编号:1212011120701)、《内蒙古1:5万高力罕牧场三连等四幅区域地质矿产调查》(编号:1212011120711)和河北地质大学青年基金《西乌旗巴彦沟A型花岗岩岩石学地球化学研究》(编号:QN201703)

作者简介

王金芳(1983-), 女, 硕士, 讲师, 从事岩石学研究工作。E-mail:wjfb1983@163.com

文章历史

收稿日期: 2016-10-20
修订日期: 2017-03-27
内蒙古西乌旗石匠山晚侏罗世-早白垩世A型花岗岩锆石U-Pb年龄及构造环境
王金芳 , 李英杰 , 李红阳 , 董培培     
河北地质大学资源学院, 河北 石家庄 050031
摘要: 内蒙古西乌旗石匠山A型花岗岩位于贺根山缝合带内,侵位于早石炭世迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩带和下二叠统寿山沟组与大石寨组中,岩性为二长花岗岩。石匠山A型花岗岩富硅(SiO2=74.18%~77.16%)、富钾(K2O=4.31%~5.07%)、富碱(Na2O+K2O=8.44%~9.16%),贫Al2O3、CaO、MgO、TiO2、P2O5、Sr、Ba、Eu、Ti和P,具有较高的Ga/Al(3.98~6.09)、(Na2O+K2O)/CaO、K2O/MgO、TFeO/MgO、Rb/Nb、Y/Nb、Sc/Nb值,稀土元素配分曲线为典型的海鸥式分布,δEu为0.01~0.19,负Eu异常显著,明显不同于I、S和M型花岗岩,为典型的铝质A型花岗岩。在地球化学分类判别图解上,石匠山A型花岗岩显示A2型后造山铝质花岗岩特征,反映其形成于后造山伸展环境。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明,该花岗岩的侵位年龄为159.8±1.3Ma、143.1±1.3Ma、136.20±0.69Ma,即形成时代为晚侏罗世-早白垩世,揭示贺根山缝合带在晚侏罗世-早白垩世为后造山伸展阶段。
关键词: 铝质A型花岗岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb定年    晚侏罗世-早白垩世    后造山伸展环境    内蒙古西乌旗    
Zircon U-Pb dating of the Shijiangshan Late Jurassic-Early Cretaceous A-type granite in Xi Ujimqin Banner of Inner Mongolia and its tectonic setting
WANG Jinfang, LI Yingjie, LI Hongyang, DONG Peipei     
School of Natural Resources, Hebei Geological University, Shijiazhuang 050031, Hebei, China
Abstract: Lying along the Hegenshan collisional orogenic suture zone in Xi Ujimqin Banner of Inner Mongolia, the Shijiangshan Atype granite intruded into Early Carboniferous Diyanmiao-Baiyinbulage ophiolite as well as Early Permian Shoushangou Formation and Dashizhai Formation, and consists mainly of monzogranites. The granite is geochemically characterized by high SiO2 (74.18%~77.16%), K2O (4.31%~5.07%), high absolute alkali values (Na2O+K2O=8.44%~9.16%), low Al2O3, CaO, MgO, TiO2, P2O5, Sr, Ba, Eu, Ti, P values, and higher Ga/Al (3.98~6.09), (Na2O+K2O)/CaO, K2O/MgO, TFeO/MgO, Rb/Nb, Y/Nb, Sc/Nb ratios. It is characterized by typical flat or slight right-inclined gull-wing shaped REE distribution patterns with obvious negative Eu anomalies (δEu=0.01~0.19). The Shijiangshan monzogranite exhibits typical geochemical characteristics of A-type granite, being significantly different from I, S and M type granites in geochemistry. According to the chemical subdivision diagrams of the A-type granitoids, the Shijiangshan A-type granite belongs to aluminous A2-type granitoid, formed and emplaced in a post-orogenic extension setting. LAICP-MS zircon U-Pb dating shows that the ages of the granite are 159.8±1.3Ma, 143.1±1.3Ma and 136.20±0.69Ma, suggesting that it was produced during Late Jurassic to Early Cretaceous and that the Hegenshan suture zone was at the post orogenic extension stage in the Late Jurassic-Early Cretaceous period.
Key words: aluminous A-type granite    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    Late Jurassic-Early Cretaceous    post orogenic extension setting    Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia    

A型花岗岩经过30多年的不断探索与研究,已经从最初定义的碱性、无水、非造山的花岗岩[1],发展为非造山(anorogenic)A1型花岗岩和后造山(post-orogenic)A2型花岗岩[2-19]。目前,在A型花岗岩的成因和区分非造山A1型花岗岩与后造山A2型花岗岩的地球动力学背景等方面还存在分歧。但是,地质工作者普遍认为,A型花岗岩具有特定的矿物学、岩石学和地球化学标志与特征,主要形成于造山带造山后和板内非造山的伸展拉张动力学背景,对地球动力学背景具有重要的构造指示意义,记录了造山带和大陆地壳构造演化的地球动力学过程与信息[2-7, 12, 14, 16, 18-28]。因此,近30多年来,A型花岗岩一直是花岗岩研究领域和整个地质学研究的重要热点课题之一,特别是对造山带的形成和演化过程的不断深入研究,A型花岗岩的识别与研究具有重要作用。A型花岗岩与I、S和M型花岗岩同为造山带的重要组成部分,是造山带大洋扩张-洋壳俯冲-碰撞造山-后造山演化过程不同阶段、不同地球动力学环境构造-岩浆演化的产物与标志特征。A型花岗岩主要形成于后造山伸展拉张环境,可为判别造山带碰撞造山事件结束进入造山后的伸展拉张阶段提供岩石学证据与时间约束。

内蒙古中部西乌旗地区为中亚造山带东段贺根山缝合带典型发育区(图 1),有关贺根山缝合带是否为华北板块与西伯利亚板块的最终缝合带,还存在较多争议,但是普遍认为,中亚造山带东段古生代洋盆在二叠纪晚期已经闭合,华北板块与西伯利亚板块最终碰撞造山缝合时间为二叠纪末期,最晚至早三叠世[29-32]。西乌旗地区广泛分布近东西向的蛇绿岩(带)和俯冲岛弧型-碰撞型-后造山型花岗岩类[13, 18, 31-36]。后造山A型花岗岩类的形成时代分别为早三叠世、中三叠世和早白垩世[13, 37-38],而侵入于贺根山缝合带蛇绿岩中的后造山A型花岗岩体很少有报道。有关贺根山缝合带造山事件结束的讨论与认识尚缺乏明确的造山后岩石学和年代学证据与约束。近年,笔者在内蒙古中部西乌旗地区进行1:5万区域地质调查时,新识别出晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩体出露。前人在1:20万区域地质调查中,依据其与下二叠统寿山沟组和大石寨组侵入接触关系和区域花岗岩对比分析,将其归属于燕山晚期花岗岩体,但缺少年代学证据。本文通过岩相学、岩石地球化学和LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学研究,明确了西乌旗迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩中存在晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩,并探讨岩石的属性、成因、构造背景和地球动力学意义,以期为贺根山缝合带造山事件结束与造山后伸展作用时限、大地构造演化提供时间与地球化学约束和参考。

图 1 内蒙古西乌旗石匠山A型花岗岩区域构造(a)和地质简图(b)[29] Fig.1 Sketch tectonic(a) and geological (b) map of the Shijiangshan A-type granite in Xi Ujimqin Banner, Inner Mongolia 1—上侏罗统满克头鄂博组;2—下二叠统寿山沟组;3—下二叠统大石寨组;4—早白垩世二长花岗岩;5—晚侏罗世二长花岗岩;6—早石炭世白音布拉格蛇绿岩;7—采样位置
1 地质背景和岩体特征

石匠山晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩体位于内蒙古西乌旗东北部石匠山一带,区域构造上属于贺根山缝合带,其西北部和西南部分别发育晚石炭世梅劳特乌拉蛇绿岩带和早石炭世迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩带,为贺根山缝合带蛇绿岩和俯冲岛弧型-碰撞型和后造山型岩浆岩典型发育区(图 1[13, 18, 31-38]。石匠山A型花岗岩岩性为二长花岗岩,呈不规则复式岩基状产出,出露面积约130.1km2,岩体侵入于早石炭世白音布拉格蛇绿岩带和下二叠统寿山沟组与大石寨组中,与围岩侵入接触界线清晰(图 1),接触带附近的寿山沟组复理石砂板岩普遍红柱石-堇青石角岩化。

1:20万白塔子庙幅将石匠山二长花岗岩体的侵位时代划归为燕山晚期。1:25万西乌旗幅将其划分为侏罗纪斜井乌拉似斑状二长花岗岩和布拉格二长花岗岩,但缺少年代学资料。本文在石匠山A型花岗岩体的不同部位获得了159.8±1.3Ma、143.1± 1.3Ma和136.2 ±0.7Ma三组单颗粒锆石U-Pb激光烧蚀法年龄,揭示该岩体为不同时代、不同岩性侵入体组成的复式岩体。根据其岩石特征、接触关系、同位素年代学、岩石化学与地球化学特征,将石匠山二长花岗岩厘定为晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩。

晚侏罗世二长花岗岩体总体呈不规则岩基状产出,出露面积44.8km2(图 1),岩性主要为细粒似斑状黑云母二长花岗岩、中细粒似斑状二长花岗岩和中粗粒似斑状二长花岗岩。由老到新的侵位顺序为细粒似斑状黑云母二长花岗岩-中细粒似斑状二长花岗岩-中粗粒似斑状二长花岗岩,三者间为渐变接触关系。早白垩世二长花岗岩体总体分布于晚侏罗世二长花岗岩体东南部,侵入晚侏罗世似斑状二长花岗岩中,呈北东向岩基状产出,出露面积85.3km2(图 1),岩性主要为中粗粒黑云母二长花岗岩和中粗粒二长花岗岩,岩体边部少量细粒黑云母二长花岗岩。由老到新的侵位顺序为细粒黑云母二长花岗岩-中粗粒黑云母二长花岗岩-中粗粒二长花岗岩,三者间为渐变接触关系。

石匠山二长花岗岩呈似斑状结构、不等粒花岗结构、细粒-中粒-中粗粒自形-半自形粒状结构、条纹结构和蠕虫结构(图 2),块状构造。矿物组成主要为钾长石、斜长石、石英和少量黑云母、角闪石,钾长石呈半自形板状-他形板状,主要为正长石、条纹长石和微斜长石。其中,条纹长石主要为正条纹结构,多呈定向排列的细脉状和树枝状。斜长石呈自形-半自形板状,聚片双晶发育。石英多充填于斜长石和钾长石颗粒间,呈他形粒状分布,有裂纹。黑云母呈鳞片状-叶片状或集合体状分布,均已轻微绿泥石化和绿帘石化。

图 2 石匠山A型花岗岩照片 Fig.2 Photographs of the Shijiangshan A-type granite a—二长花岗岩;b—条纹结构。Pth—条纹长石;Pl—斜长石;Q—石英
2 锆石U-Pb测年

在石匠山A型花岗岩体中采集了3件锆石UPb同位素年龄样品,分别为晚侏罗世中粗粒似斑状二长花岗岩(TWS01)、早白垩世中粗粒黑云母二长花岗岩(TWS02)和早白垩世中粗粒二长花岗岩(TWS03),采样位置见图 1,采样点地理位置分别为北纬44° 35′ 42.5″、东经118° 13′ 19.4″,北纬44° 31′ 19.2″、东经118°11′47.8″和北纬44°34′34.5″、东经118°20′59.2″。

2.1 测试方法

锆石分选由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。经重液浮选和电磁分离分选后,在双目镜下挑选出晶形完好、透明度高、无包裹体和无裂纹的锆石颗粒作为测定对象。挑选好的锆石与标样一起固定在环氧树脂中抛光制靶,进行阴极发光、透射光和单偏光照相。锆石阴极发光(CL)图像分析在北京锆年领航科技有限公司高分辨热场发射能谱阴极发光室进行,锆石原位LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄分析在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室LAICP-MS仪器上进行,对测试数据进行普通铅校正[39],年龄计算和谐和图绘制采用Isoplot程序(3.0版)。

2.2 测试结果

石匠山A型花岗岩锆石阴极发光图像显示,锆石结构均一,呈自形-半自形柱状,长宽比为2:1~3:1,具清晰的振荡环带和明暗相间的条带结构,为岩浆成因锆石(图 3)[40]

图 3 石匠山A型花岗岩锆石阴极发光(CL)图像及其206Pb/238U年龄 Fig.3 Cathodoluminescence images and 206Pb/238U ages of zircons from the Shijiangshan A-type granite

中粗粒似斑状二长花岗岩(TWS01)样品的20粒锆石测定的Th/U值为0.29~1.49,平均值为0.50(表 1),与岩浆锆石的Th/U值(大于0.4)一致[40-41],为岩浆成因锆石特征。该样品20粒锆石的20个测点位于振荡环带发育部位,测定的数据点均落在谐和线上或其附近,206Pb/238U年龄值介于154~166Ma之间,获得206Pb/238U年龄加权平均值为159.8 ± 1.3Ma(MSWD=2.80)(表 1图 4),代表中粗粒似斑状二长花岗岩的成岩年龄。

表 1 石匠山A型花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测试结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb dating of zircons from the Shijiangshan A-type granite
图 4 石匠山A型花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图和直方图 Fig.4 U-Pb concordia diagram of zircons from the Shijiangshan A-type granite

中粗粒黑云母二长花岗岩(TWS02)样品的19粒锆石测定的Th/U值为0.26~1.39,平均值为0.54(表 1),与岩浆成因锆石的Th/U值(大于0.4)特征一致。该样品19粒锆石的19个测定数据点均落在谐和线上或其附近,206Pb/238U年龄值为137~147Ma,其年龄加权平均值为143.1 ± 1.3Ma(MSWD=2.7)(表 1图 4),代表了中粗粒黑云母二长花岗岩的成岩年龄。

中粗粒二长花岗岩(TWS03)样品的20粒锆石测定Th/U值为0.34~0.99,平均值为0.49(表 1),与岩浆成因锆石的Th/U值(大于0.4)特征一致。对该样品锆石进行了20个点的测定,测点位于振荡环带发育部位,测定的数据点均落在谐和线上或其附近,206Pb/238U年龄值为130~138Ma,其年龄加权平均值为136.2±0.7Ma(MSWD=1)(表 1图 4),代表了中粗粒二长花岗岩的成岩年龄。

因此,根据石匠山A型花岗岩体侵入于下二叠统寿山沟组、大石寨组和早石炭世白音布拉格蛇绿岩带中,以及各二长花岗岩体之间的接触关系,在该岩体不同部位获得的159.8±1.3Ma、143.1±1.3Ma和136.2±0.7Ma三组锆石U-Pb年龄,代表了石匠山A型花岗岩体的侵位年龄,揭示西乌旗石匠山A型花岗岩的形成时代为晚侏罗世—早白垩世,为确定贺根山缝合带西乌旗白音布拉格蛇绿岩带中存在晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩提供了年代学证据与约束。

3 地球化学特征

西乌旗石匠山A型花岗岩的主量、微量元素分析测试均在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成(表 2)。主量元素分析采用Panalytical公司PW440型X荧光光谱仪(XRF)测定,分析误差低于5%,微量和稀土元素采用Thermo Fisher公司X-Se⁃ ries p型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定,检测限优于5×10-9,相对标准偏差优于5%。

表 2 石匠山A型花岗岩的主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major, trace element and REE analyses of the Shijiangshan A-type granite
3.1 主量元素

表 2所示,该A型花岗岩表现为富硅(SiO2=74.18%~77.16%,平均值75.99%)、富钾(K2O=4.31%~5.07%,平均值4.62%)、富碱(Na2O+K2O=8.44%~9.16%,平均值8.67%),贫CaO(0.24%~0.77%,平均值0.42%)、MgO(0.038%~0.22%,平均值0.087%)、MnO(0.0061%~0.089%,平均值0.028%)、P2O5(0.011%~0.046%,平均值0.021%)和TiO2 (0.040%~0.18%,平均值0.083%)。Al2O3为12.4%~13.69%,平均值为12.84%,A/CNK值多大于1,属于弱过铝质A型花岗岩。

在A/CNK-A/NK图解中,石匠山A型花岗岩有7个样品位于过铝质岩石区域,1个位于过铝质岩石区域附近的偏铝质岩石区边缘(图 5);在SiO2-K2O分类图解(图 6)中,8个样品均落在高钾钙碱性系列中,揭示该岩体较富钾。该A型花岗岩表现出较高的(Na2O+K2O)/CaO(11.19~35.6,平均值23.96)、K2O/MgO(19.64~125.08,平均值70.19)、TFeO/MgO(7.58~24.34,平均值14.25)和Ga/Al (3.98~6.09,平均值4.97)值,以及较高的微量元素Rb/Nb、Y/Nb和Sc/Nb值。

图 5 石匠山A型花岗岩铝饱和指数(A/CNK-A/NK)图解[42] Fig.5 Shand's index of the Shijiangshan A-type granite IAG—岛弧;CAG—大陆弧;CCG—大陆碰撞;RRG—裂谷;CEUG—大陆造陆抬升;POG—后造山;OP—大洋
图 6 石匠山A型花岗岩SiO2-K2O分类图解[43] Fig.6 SiO2-K2O classification diagram of the Shijiangshan A-type granite
3.2 稀土元素

石匠山A型花岗岩的稀土元素总量(∑REE)为69.43×10-6~260.46×10-6,平均值为146.28×10-6表 2)。球粒陨石标准化的稀土元素配分型式为典型的海鸥式,具有明显的负Eu异常,δEu值为0.01~0.19,平均值为0.07(图 7)。该岩石的轻、重稀土元素曲线总体均较平坦,轻稀土元素略显富集,曲线略显平缓右倾。该岩石明显的负Eu异常,反映了源区中斜长石的残留或岩浆经历了斜长石和钾长石的分离结晶作用。

图 7 石匠山A型花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式[44] Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of the Shijiangshan A-type granite
3.3 微量元素

石匠山A型花岗岩相对富集Rb、Th、K、Ta、Hf、Ga、Zn和Zr,明显贫Ba、Sr、P、Ti。在原始地幔标准化的微量元素蛛网图(图 8)上,具明显的Ba、Sr、P、Eu、Ti的负异常“槽”和Rb、Th、Ta、Hf等略微富集的“峰”(图 8),可能与岩浆分离结晶作用和成因有关。

图 8 石匠山A型花岗岩微量元素原始地幔标准化蛛网图[45] Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of the Shijiangshan A-type granite
4 讨论 4.1 岩石属性和成因

石匠山晚侏罗世—早白垩世二长花岗岩的岩相学、岩石化学和微量元素特征揭示其为A型花岗岩(图 9图 10)。该二长花岗岩富硅-钾-碱,贫Al2O3、MgO、CaO、P2O5、TiO2、Sr、Ba、Eu、Ti和P,具有较高的(Na2O+K2O)/CaO、TFeO/MgO、K2O/MgO和Ga/Al值,相对富集Rb、Th、K、Ta和Hf,典型的海鸥式稀土元素配分曲线,δEu值为0.01~0.19的显著负Eu异常,其地球化学属性与中亚造山带东段内蒙古中东部地区A型花岗岩富硅-碱、贫钙-镁、贫Ba-Sr-Ti-P、较高的10000Ga/Al值、显著负Eu异常、典型的海鸥式稀土元素配分曲线等地球化学特征一致[11-19, 46-50]。石匠山二长花岗岩的地球化学特征明显不同于I、S和M型花岗岩(图 9图 10),可与世界上典型A型花岗岩类比,岩石类型归属于铝质A型花岗岩[4-10, 14-19]

图 9 石匠山A型花岗岩10000×Ga/Al对(K2O+Na2O)、(K2O+Na2O)/CaO、K2O/MgO、TFeO/MgO判别图[3] Fig.9 K2O+Na2O, (K2O+Na2O)/CaO, K2O/MgO and TFeO/MgO versus 10000×Ga/Al discrimination diagrams of the Shijiangshan A-type granite
图 10 石匠山A型花岗岩K2O-Na2O图解[2] Fig.10 K2O-Na2O plot of the Shijiangshan A-type granite

石匠山二长花岗岩具有较高的微量元素Ga丰度(27.90×10-6~41.00×10-6),10000Ga/Al值为3.98~6.09,平均值为4.79,大于世界A型花岗岩10000Ga/Al值的下限值2.6和平均值3.75,明显高于世界M、I、和S型花岗岩的10000Ga/Al值(1.87、2.1和2.28)[3]。在A型花岗岩与I、S和M型花岗岩判别图解中,石匠山二长花岗岩样品均位于A型花岗岩区内,明显区别于I、S和M型花岗岩(图 9图 10[2-3],可与中亚造山带东段内蒙古中东部地区A型花岗岩对比[11-13, 17-19, 37, 46-50]

石匠山二长花岗岩的TFeO/MgO值变化较大,为7.58~24.34,平均值为14.25,远高于世界I、S和M型花岗岩的平均值(2.27、2.38和2.37),也高于中国A型花岗岩平均值(9.10),与世界A型花岗岩平均值13.47相近[3, 15]。该二长花岗岩的氧化指数W值为0.42~0.88,与福建铝质A型花岗岩W值(0.30~0.80)[10]和中国A型花岗岩W平均值(0.55)相近,略大于世界A型花岗岩W平均值(0.44),远大于世界I和S型花岗岩W平均值(0.31和0.16)[3, 15]

综上所述,西乌旗石匠山二长花岗岩归属为A型花岗岩类的铝质A型花岗岩亚类。

A型花岗岩的成因尚未有较一致的认识,代表性观点主要有:低压下钙碱性岩石部分熔融、熔出含水长英质岩浆之后富氟、氯麻粒岩相下地壳低程度部分熔融、幔源岩浆与深熔形成的壳源岩浆混合与交代作用和地幔碱性岩浆分离结晶作用4种。其中,低压下钙碱性岩石部分熔融成因观点得到越来越多地质工作者的认可[3, 8, 13, 19, 25, 51-53]

石匠山A型花岗岩SiO2( 74.18%~77.16%)含量高,变化范围窄,未见同时代镁铁质岩石及镁铁质包体,不具有幔源碱性玄武岩浆分离结晶作用和幔源岩浆与深熔形成的壳源岩浆混合与交代作用成因的特征。石匠山铝质A型花岗岩较低的REE含量和平坦略右倾的稀土元素分布模式(图 7),指示源区无石榴子石残留;而Sr与Ba的强烈亏损表明,源区残留相中含有长石,Sr与Eu的强烈亏损(图 8)则揭示源区斜长石为主要残留相,或源区在斜长石稳定范围内熔融而富集斜长石,反映了源区为无石榴子石残留而富集斜长石的浅部低压区(<10kbar)[54],应为低压下新增生中基性地壳物质部分高温熔融及其后的结晶分异作用成因。石匠山A型花岗岩的这些特征揭示,该区处于伸展拉张环境,与中亚造山带东段内蒙古中东部地区A型花岗岩的成因类似[16]

对于浅部新增生中基性地壳低压高温熔融所需的深部高热异常,越来越多的学者认为,与造山带造山后的先前俯冲板块板片断离、“去根”、重力垮塌等作用诱发软流圈地幔物质上涌而产生的幔源玄武质岩浆底侵有关[3, 12-19, 25-28, 46, 48]。在整个中亚造山带东段内蒙古中东部地区,几乎所有中生代铝质A型花岗岩具有正εNdt)值、年轻的Nd模式年龄等特征,反映了与板片断离作用有关的幔源岩浆底侵作用的存在与普遍发育,更表明与板片断离作用有关的幔源岩浆底侵作用在中亚造山带东段内蒙古中东部地区中生代铝质A型花岗岩浆形成的主导地位和普遍意义。在岩相学上,石匠山A型花岗岩发育正条纹长石,缺乏常见于S型花岗岩中的继承锆石,揭示熔体的高温、贫水和岩浆早期结晶高温条件,反映该岩石为低压下新增生中基性地壳部分高温熔融及其后的分异作用成因。

石匠山A型花岗岩微量元素Ba、Sr和Eu的强烈亏损(表 2图 8),可能主要为斜长石与钾长石的分离结晶作用所致。斜长石的分离结晶作用主要造成Sr和Eu的亏损,斜长石的不断分离结晶作用和源区斜长石的大量堆积残留,可能导致残余岩浆中的Sr和Eu不断亏损或强烈亏损。钾长石的分离结晶作用则可能主要产生Eu和Ba的亏损。石匠山A型花岗岩微量元素Ti和P的强烈亏损(表 2图 8),可能主要为钛铁矿、榍石和磷灰石的分离结晶作用所致。其中,富Ti矿物主要为钛铁矿、金红石和榍石。一般认为,钛铁矿为高温低压下稳定的矿物,钛铁矿的结晶将Ti从岩浆中带出,造成残余岩浆中Ti的亏损。因此,中亚造山带东段贺根山缝合带造山后板片断离作用诱发软流圈地幔物质上涌,产生幔源玄武质岩浆底侵作用,以及伸展拉张减压作用造成新增生中基性地壳的低压高温部分熔融,其后岩浆的分离结晶作用与演化,可能构成了西乌旗石匠山A型花岗岩的成因机制。

4.2 形成年龄

中亚造山带东段内蒙古中部地区侏罗纪—白垩纪A型花岗岩形成年龄数据较多,但是,中亚造山带东段贺根山缝合带典型发育区的西乌旗地区未见侏罗纪A型花岗岩形成年龄数据的报道,特别是侵入于贺根山缝合带蛇绿岩中的晚侏罗世—早白垩世后造山A型花岗岩复式岩体的形成年龄数据,本文尚为首次。

笔者对西乌旗石匠山A型花岗岩进行LAICP-MS锆石U-Pb定年,获得159.8 ± 1.3Ma、143.1±1.3Ma和136.2±0.7Ma三组年龄。该岩石样品的锆石颗粒呈自形-半自形柱状,振荡环带细密清晰,为酸性岩浆锆石的特征,锆石U-Pb年龄代表该A型花岗岩浆结晶侵位年龄。而且,该A型花岗岩的形成时代与内蒙古中部地区侏罗纪—白垩纪A型花岗岩的形成年龄吻合[19, 26, 38, 47-49],反映了贺根山缝合带迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩带内存在晚侏罗世—早白垩世A型花岗岩体侵入活动。

4.3 构造环境与意义

在微量元素Nb-Y-Ce、Nb-Y-3Ga、Y/NbRb/Nb和Y/Nb-Sc/Nb构造判别图解上,石匠山A型花岗岩样品均落入A2型花岗岩区(图 11图 12),并可与区内、邻区及内蒙古中部地区中生代A2型花岗岩相对比[12, 17-19, 26, 38],反映了中亚造山带东段后造山伸展拉张构造环境形成的后造山A2型花岗岩的特征。

图 11 石匠山A1和A2型花岗岩类Y-Nb-Ce和Y-Nb-3Ga三角形判别图解[5] Fig.11 Y-Nb-Ce and Y-Nb-3Ga triangular plots for distinguishing between A1 and A2 granitoids from the Shijiangshan A-type granite
图 12 石匠山A1和A2型花岗岩Y/Nb-Rb/Nb和Y/NbSc/Nb图解[5] Fig.12 Y/Nb-Rb/Nb and Y/Nb-Sc/Nb plots for distinguishing between A1 and A2 granitoids from the Shijiangshan A-type granite

在铝饱和指数、SiO2-Al2O3、SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)、(Y+Nb)-Rb、Y-Nb和R1-R2构造环境判别图解(图 5图 13图 15)上,石匠山A型花岗岩样品均落入后造山花岗岩区,反映了造山带后造山阶段形成的后造山花岗岩特征,与区内和邻区中生代A2型花岗岩吻合。

图 13 石匠山A型花岗岩SiO2-Al2O3(a)和SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)(b)构造环境判别图解[42](代号注释同图 5 Fig.13 SiO2-Al2O3(a) and SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)(b) tectonic discriminant diagrams of the Shijiangshan A-type granite
图 14 石匠山A型花岗岩(Y+Nb)-Rb和Y-Nb构造环境判别图解[55](图中代号注释同图 5 Fig.14 (Y+Nb)-Rb and Y-Nb tectonic discriminant diagrams of the Shijiangshan A-type granite
图 15 石匠山A型花岗岩R1-R2构造环境判别图解[53, 56] Fig.15 R1-R2 tectonic discriminant diagram of the Shijiangshan A-type granite

本文报道的西乌旗石匠山后造山A2型花岗岩,分布于中亚造山带东段贺根山缝合带典型发育区,其侵位于早石炭世迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩带和下二叠统寿山沟组与大石寨组中,新获得的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为159.8 ± 1.3Ma、143.1 ± 1.3Ma和136.2±0.7Ma,表明其为侵位于晚侏罗世—早白垩世的复式岩体,其形成年龄与贺根山缝合带和中亚造山带东段大多数后造山A花岗岩的年龄吻合。从晚侏罗世A2型花岗岩体至早白垩世A2型花岗岩体的复式岩体侵入活动演化,与华北北缘150~110Ma期间后造山伸展拉张阶段的晚期强烈伸展拉张时期吻合,反映了贺根山缝合带和中亚造山带东段在晚侏罗世—早白垩世为后造山伸展拉张构造演化阶段。

5 结论

(1)石匠山二长花岗岩侵位于早石炭世迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩带和下二叠统寿山沟组与大石寨组中,LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为159.8± 1.3Ma、143.1±1.3Ma和136.2±0.7Ma,形成于晚侏罗世—早白垩世,提供了贺根山缝合带西乌旗典型发育区存在晚侏罗世—早白垩世铝质A型花岗岩的岩石学与年代学证据与约束。

(2)石匠山二长花岗岩富硅(SiO2=74.18%~77.16%)、富钾(K2O=4.31%~5.07%)、富碱(Na2O+K2O=8.44%~9.16%),贫Al2O3、CaO、MgO、TiO2、P2O、Sr、Ba、Eu、Ti和P,较高的Ga/Al(3.98~6.09)、(Na2O+K2O)/CaO、K2O/MgO、TFeO/MgO、Rb/Nb、Y/Nb、Sc/Nb值,稀土元素配分曲线为典型的海鸥式,δEu为0.01~0.19,负Eu异常显著,明显不同于I、S和M型花岗岩,为典型的铝质A型花岗岩。

(3)石匠山二长花岗岩具有典型的后造山A2型花岗岩特征,反映了造山带后造山伸展拉张环境,为贺根山缝合带后造山伸展拉张构造阶段提供了岩石学与年代学证据与约束。新增生中基性地壳物质低压高温部分熔融岩浆作用及其后的分离结晶作用为其可能成因,可能蕴涵着贺根山缝合带晚侏罗世—早白垩世后造山板片断离幔源岩浆底侵作用与大陆地壳垂向增生的演化过程与信息。

致谢: 野外调查中得到中国地质调查局天津地质调查中心谷永昌研究员和辛后田、刘永顺副研究员等的热情指导和帮助,在此一并表示衷心的感谢。

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