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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (9): 1722-1730  
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王之晟, 马国祥, 卢天军, 王晓奇, 孙明坤, 王洪志, 王亚东. 内蒙古扎鲁特旗嘎达苏早三叠世A型花岗岩的发现及其地质意义[J]. 地质通报, 2018, 37(9): 1722-1730.
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Wang Z S, Ma G X, Lu T J, Wang X Q, Sun M K, Wang H Z, Wang Y D. The discovery of the Early Triassic A-type granite in Gadasu, Jarud Banner, Inner Mongolia, and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(9): 1722-1730.
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基金项目

中国地质调查局项目《大兴安岭成矿带突泉—翁牛特地区地质矿产调查》(编号:DD20160048)和《内蒙古1:5万工农屯等六幅区调》(编号:DD20160048-12)

作者简介

王之晟(1986-), 男, 工程师, 从事区域地质调查方面工作。E-mail:zhdz243@163.com

文章历史

收稿日期: 2018-01-20
修订日期: 2018-03-08
内蒙古扎鲁特旗嘎达苏早三叠世A型花岗岩的发现及其地质意义
王之晟 , 马国祥 , 卢天军 , 王晓奇 , 孙明坤 , 王洪志 , 王亚东     
核工业二四三大队, 内蒙古 赤峰 024000
摘要: 内蒙古扎鲁特旗嘎达苏A型花岗岩具晶洞构造,文象、蠕英结构,其化学成分富硅铝而贫铁,属高钾钙碱性过铝质系列;轻稀土元素曲线右倾,富Ga、Nb、U,贫Ba、Sr、Ti,104Ga/Al值为2.64~3.18,Y/Nb值为1.72~2.03,Nb/Ta值为5.99~8.33,属A2型花岗岩。锆石U-Pb测年结果显示,该岩体侵位年龄为249.0±2.7Ma,推测属古亚洲洋在三叠纪闭合后,兴蒙造山带的后期伸展拉张环境的产物。
关键词: A型晶洞花岗岩    岩石地球化学    锆石U-Pb年龄    造山后期    伸展环境    
The discovery of the Early Triassic A-type granite in Gadasu, Jarud Banner, Inner Mongolia, and its geological significance
WANG Zhisheng, MA Guoxiang, LU Tianjun, WANG Xiaoqi, SUN Mingkun, WANG Hongzhi, WANG Yadong     
No. 243 Geological Party, China National Nuclear Corporation, Chifeng 024000, Inner Mongolia, China
Abstract: Gadasu A-type granite has the miarolitic structure and graphic and creep textures as well as chemical characteristics of rich silica and alumina and poor iron, thus belonging to high potassium calcalkaline series aluminum. Light rare earth curve is included to the right. The rock has rich Ga, Nb, U, poor Ba, Sr, Ti, 104Ga/Al ratios of 2.64~3.18, Y/Nb ratios of 1.72~2.03, and Nb/Ta ratios of 5.99~5.99, indicating A2 type granite. Zircon U-Pb emplacement age shows that the rock mass has the age of 249.0±2.7 Ma. The authors thus infer that the granite was formed in the environment of late stage stretching and pull-apart of the Xing-Meng orogenic belt after the closure of the paleo-Asia Ocean in Triassic.
Key words: A-type miarolitic granites    rock geochemistry    zircon U-Pb age    post-orogenic phase    extensional environment    

大面积出露的晶洞花岗岩是伸展构造的宏观标志,是近几年地质科学家关注的热点之一。晶洞花岗岩在中国东南沿海一带分布面积较大,是造山后期伸展拉张环境下的产物,属典型的A型花岗岩[1-4]。在内蒙古中东部锡林浩特[5]、济沁河林场[6]、扎兰屯西部[7]等地也有少量发现。笔者在内蒙古1:5万工农屯等六幅区域地质调查过程中,在扎鲁特旗地区首次发现了早三叠世晶洞花岗岩。

研究区位于兴安地块与松嫩地块拼合带附近,处于松嫩地块北缘,属兴蒙造山带东段。松辽盆地西缘断裂从研究区西南部通过,受该断裂带影响,研究区断裂构造以北东向、北北东向为主,北西向次之,奠定了研究区的构造格架[8-11] (图 1-a)。晚古生代地层主要为大石寨组浅变质安山岩和林西组砂岩、板岩;中生代地层主要包括新民组酸性火山岩夹沉积岩、满克头鄂博组中酸性火山岩、玛尼吐组中性火山岩和白音高老组中酸性火山岩-火山碎屑岩。侵入岩不甚发育,以早白垩世花岗斑岩、石英二长岩为主,其次为少量早三叠世黑云母正长花岗岩、花岗闪长岩。嘎达苏A型花岗岩位于通辽市扎鲁特旗鲁北镇西南约17km处(图 1-b)。

图 1 研究区地质简图 Fig.1 Simplified geological map of the study area
1 岩相学特征

嘎达苏岩体大部分被第四系覆盖,仅南部可见侵位于上二叠统林西组,出露部分总体呈近南北向岩株状产出,岩性为灰色、灰白色黑云母正长花岗岩,该岩石露头普遍可见晶洞构造,晶洞大小为2~ 15mm,形态不规则(图 2-a)。晶洞内矿物主要为正长石、石英,晶形较完好。显微镜下岩石具文象和蠕英结构(图 2-b),主要由斜长石、钾长石、石英、黑云母组成。斜长石呈半自形板状,大小为0.2~ 0.3mm,星散状分布,局部被绢云母交代,占5%~ 10%;钾长石为半自形-他形粒状,大小为0.2~ 0.5mm,杂乱分布,少量与石英文象交生,交代斜长石,具有蠕英等交代结构,占70%~75%;石英为半自形-他形粒状,大小一般为0.2~0.3mm,呈星散状、填隙状分布,占20%~25%;黑云母为片状,大小为0.2~0.5mm,星散状分布,局部被少量绿泥石、铁质交代,约占5%。副矿物可见少量磁铁矿、锆石、磷灰石等。

图 2 黑云母正长花岗岩露头(具晶洞构造)(a)和显微特征(具蠕英结构)(b) Fig.2 Characteristics of biotite-syenite granite outcrop(a) and microphotograph(b)
2 地球化学特征

野外采集的样品,首先经薄片鉴定,选择新鲜的样品经过无污染碎样后进行地球化学分析。主量、稀土及微量元素分析均由河北省地质矿产研究所完成。其中主量元素采用X荧光光谱仪(XRF)分析,稀土和微量元素分析采用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析完成。

2.1 主量元素

研究区黑云母正长花岗岩主量元素分析结果见表 1,SiO2含量为76.29%~77.32%,Al2O3含量为12.40%~13.23%,Fe2O3含量为0.60%~0.95%,FeO含量为0.21%~0.34%,CaO含量为0.42%~0.74%,具富硅铝而贫铁的特点。A/CNK值介于0.93~ 1.11之间,在A/CNK-A/NK图解(图 3-a)中,8个样品点均落在过铝质区域。K2O>Na2O,K2O/ Na2O值为1.10~1.29,在SiO2-K2O图解(图 3-b)中,样品点落在高钾钙碱性系列。

表 1 黑云母正长花岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 1 Major, trace elements and REE analytical results of biotite-syenite granite
图 3 黑云母正长花岗岩A/CNK-A/NK(a)和SiO2-K2O图解(b) Fig.3 A/CNK-A/NK (a) and SiO2-K2O(b) diagrams of biotite-syenite granite
2.2 稀土元素

从稀土元素分析结果(表 1)可以看出,样品稀土元素总量(∑REE)为91.41×10-6~120.21×10-6,LREE/HREE值为4.49~6.40,(Ce/Yb)N值为3.05~5.05,(La/Yb)N值为1.97~4.58。在稀土元素配分模式图(图 4-a)中,轻稀土元素曲线右倾,分馏明显,重稀土元素曲线较平直,具典型的“海鸥型” [12-13];δEu值为0.08~0.12,具较强的负Eu异常。其稀土元素总量和配分模式与中国东部及东北部的A型花岗岩[14-23]特征相似。

图 4 黑云母正长花岗岩稀土元素配分曲线(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.4 Chondrite-normalized REE (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns(b) of biotite-syenite granite
2.3 微量元素

从微量元素分析结果(表 1)和微量元素蛛网图(图 4-b)可看出,样品富Ga、Nb、U,贫Ba、Sr、Ti,104Ga/Al值为2.64~3.18,平均值为2.8,大于A型花岗岩的下限值(2.60[24)。] Y/Nb值为1.72~2.03,均大于1,具壳-幔混熔特征[24-27]。Nb/Ta值为5.99~ 8.33,处于A2型花岗岩范围内(4~9.5[24])。

3 锆石U-Pb年代学特征 3.1 测试方法

锆石分选由河北省区域地质矿产调查研究所完成,锆石年龄测定由中国冶金地质总局山东局测试中心完成,采用LA-MC-ICP-MS(激光剥蚀等离子体质谱法)方法。首先采用浮选和电磁法进行分选,并在双目放大镜下挑选出晶形较好、透明度高、无明显裂痕的锆石颗粒,然后将锆石粘在双面胶上,用无色透明的环氧树脂固定,待环氧树脂固化后抛光,使其内部结构充分暴露,并进行透射光、反射光、阴极发光扫描电子显微镜照相。

根据阴极发光、反射光和透射光照片选择合适区域,利用193nmFX激光器对锆石进行剥蚀,激光剥蚀束斑直径为35μm,激光剥蚀物质以氦为载气。用标准锆石91500进行分馏校正,测试用标准锆石TEMORA校正年龄[28-30]。U-Pb同位素比值采用Glitter 4.4程序调试,年龄及谐和图的绘制采用程序Isoplot完成,同位素比值和年龄的误差(标准误差)均在1σ范围内。

3.2 测试结果

锆石U-Pb测定数据见表 2,根据这些数据所做的U-Pb谐和图见图 5。由于所测样品均为中生代锆石,207Pb和235U含量低,207Pb/235U和207Pb/206Pb的比值精度较差,因此,采用206Pb/238U值获得Pb/U年龄,年龄加权平均值误差为2σ。正长花岗岩测得23个锆石测点,选取谐和性较好的17个测点数据,获得206Pb/238U年龄加权平均值为249.0 ± 2.7Ma (MSWD=1.2)。

表 2 黑云母正长花岗岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据 Table 2 LA-MC-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis results of biotite syenite granite
图 5 黑云母正长花岗岩锆石U-Pb谐和图 Fig.5 zircon U-Pb concordia diagram of biotite-syenite granite
4 讨论 4.1 形成时代

关于该岩体的侵入时代,前人1: 20万、1: 25万资料将其归入早白垩世,但缺乏精确的同位素年龄证据。从野外接触关系可以看出,该侵入岩侵位于上二叠统林西组,侵位时代应晚于晚二叠世。本次工作在该岩体中获得17粒锆石的206Pb/238U年龄为242~256Ma,年龄加权平均值为249.0±2.7Ma,应为该侵入岩的侵位年龄,时代为早三叠世;同时有2粒锆石的206Pb/238U年龄分别为305Ma、362Ma,3粒锆石的206Pb/238U年龄分别为415Ma、486Ma、506Ma,这些锆石可能为捕获锆石,反映前期2个不同期次的岩浆侵位事件。同时前人在该岩体北东约70km处的何家屯A型黑云母二长花岗岩中获得U-Pb同位素年龄为220.7±0.7Ma[15], 说明区域上该时期岩浆活动具有多期、多阶段的特点。

4.2 岩石成因与构造背景

岩石学特征显示,鲁特旗地区嘎达苏岩体为晶洞正长花岗岩,具富硅铝而贫铁的特点,属高钾钙碱性过铝质系列;轻稀土元素曲线右倾,分馏明显,重稀土元素曲线较平直;微量元素中,富Ga、Nb、U,贫Ba、Sr、Ti。上述特点均与中国东北部及东部的A型花岗岩[14-23]特征相似。在104Ga/Al相关图解(图 6图 7)上,该期花岗岩均落在A型花岗岩区,属伸展拉张环境下岩浆侵位的产物[12-13]

图 6 10000Ga/Al与(K2O+Na2O)(a)、(K2O+Na2O)/CaO(b)、K2O/MgO(b)、FeO/MgO(d)关系图解 Fig.6 10000Ga/Al versus(K2O+Na2O)(a), (K2O+Na2O) /CaO (b), K2O/MgO (c), FeO/MgO (d) diagrams A、I、S—分别代表A型、I型、S型花岗岩
图 7 10000Ga/Al与Zr、Nb图解 Fig.7 10000Ga/Al versus Zr, Nb diagrams A、I、S—分别代表A型、I型、S型花岗岩

Eby等[26]和洪大卫[27]将A型花岗岩进一步划分为A1和A2两个亚型。A1型属非造山型,为板块内部拉张环境;A2型属后造山型,主要与大陆边缘地壳伸展作用或与内剪切作用产生的拉张环境有关。在Nb-Y-3Ga图解(图 8)上,该期花岗岩样品投点均落在A2区。A型花岗岩源区岩石中往往富含An组分斜长石,它熔融形成A型花岗岩浆时,由于优于Al被排除晶体[25], 使104Ga/Al增高,研究区104Ga/Al为2.64~3.18,均大于A型花岗岩的下限[24],与中国东部A2型花岗岩特征相似。在熔融过程中,A型花岗岩矿物质微量元素Y、Nb含量变化较明显,研究区该期花岗岩具较高的Y/Nb值(1.72~ 2.03),具壳-幔混熔特征[12]。Green[31]提出Nb/Ta比可作为指示壳-幔体系的地球化学作用指标,研究区Nb/Ta值为5.99~8.33,处于A2型花岗岩范围内。

图 8 Y-Nb-3Ga图解 Fig.8 Y-Nb-3Ga diagram

进入早中生代之后,古亚洲洋逐渐闭合,华北板块北缘地区进入造山后演化阶段[8-9]。该期该地区的A型花岗岩成因有2种:①认为华北克拉通北缘中生代花岗岩为陆-陆碰撞事件之后,到板内非造山阶段开始之前的特定地质时期内壳幔强烈互相作用的产物[32];②认为是在中生代古亚洲洋闭合期,碱性系列基性岩石部分熔融生成的岩浆通过底侵作用,使地壳部分熔融或幔源玄武质岩浆结晶分异的产物[33]。前人资料显示,在该构造带内乌兰浩特地区A型花岗岩(查干岩体,锆石U-Pb年龄为236±2Ma和229±3Ma) [34],锡林浩特A型花岗岩(锆石U-Pb年龄为276±2Ma) [10],以及研究区北部扎鲁特花岗岩(锆石U-Pb年龄为220.7±0.7Ma) [15]等均属造山后期拉张伸展环境下的产物。研究区嘎达苏A2型花岗岩形成于249.0±2.7Ma,且其岩石学、岩石地球化学特征及形成机制均与上述岩体相似。因此认为,研究区嘎达苏A2型花岗岩可能形成于古亚洲洋闭合期之后的造山后期,属板块伸展拉张环境下壳幔混熔的产物。

5 结论

(1) 扎鲁特旗嘎达苏岩体为晶洞黑云母正长花岗岩,具富硅铝而贫铁特点,属高钾钙碱性过铝质系列;轻稀土元素曲线右倾,分馏明显,重稀土元素曲线较平直;微量元素中,富Ga、Nb、U,贫Ba、Sr、Ti,为A2型花岗岩,属伸展拉张环境下的产物。

(2) 扎鲁特旗嘎达苏岩体形成年龄为249.0± 2.7Ma,为早三叠世。

(3) 扎鲁特旗嘎达苏岩体可能形成于古亚洲洋逐渐闭合之后的造山后期,属板块伸展拉张环境下壳幔混熔的产物。

致谢: 感谢中国地质调查局沈阳地质调查中心汪岩教授级高级工程师、钱程工程师在本文编写及野外调研过程中给予的指导和帮助,感谢审稿专家在审稿过程中提出的宝贵修改意见。

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