地质通报  2022, Vol. 41 Issue (8): 1394-1408  
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胡鹏, 段明, 熊金莲, 曾威, 刘行, 闫国强, 魏佳林. 内蒙古西乌旗沙尔哈达晚侏罗世A型花岗岩:地球化学特征、岩石成因与动力学背景[J]. 地质通报, 2022, 41(8): 1394-1408.DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2022.08.007.
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Hu P, Duan M, Xiong J L, Zeng W, Liu X, Yan G Q, Wei J L. Late Jurassic A-type granite in Sharhada, West Ujimqin, Inner Mongolia: geochemical characteristics, petrogenesis and geodynamic setting[J]. Geological Bulletin of China, 2022, 41(8): 1394-1408. DOI: 10.12097/j.issn.1671-2552.2022.08.007.
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基金项目

中国地质调查局项目《华北地区铜铁稀有金属矿产地质调查》(编号:DD20221686)、《渤海湾盆地氦气资源调查评价》(编号:DD20221668)、《天山-华北陆块铀钍等矿产资源调查》(编号:DD20190813)、《内蒙古阿拉善—河套地区区域地质调查》(编号:DD20211191)

作者简介

胡鹏(1989-),男,硕士,工程师,从事矿产地质调查与研究工作。E-mail: 824901364@qq.com

通讯作者

段明(1983-),男,硕士,高级工程师,从事矿产地质调查与研究工作。E-mail: 279549801@qq.com

文章历史

收稿日期: 2021-04-21
修订日期: 2021-05-07
内蒙古西乌旗沙尔哈达晚侏罗世A型花岗岩:地球化学特征、岩石成因与动力学背景
胡鹏1, 段明1, 熊金莲2,3, 曾威1,4, 刘行1, 闫国强1, 魏佳林1    
1. 中国地质调查局天津地质调查中心,天津 300170;
2. 国家海洋信息中心,天津 300171;
3. 中国地质大学(武汉),湖北 武汉 430074;
4. 吉林大学,吉林 长春 130061
摘要: 内蒙古西乌旗沙尔哈达花岗岩侵入于贺根山缝合带蛇绿岩中。LA-ICP-MS锆石测年指示,沙尔哈达花岗岩岩株于晚侏罗世(154.6±1.2 Ma)侵位,矿物组合以石英、碱性长石和斜长石为主,富SiO2(74.86%~75.97%)、K2O(4.4%~4.95%),贫MgO(0.044%~0.22%)、CaO(0.38%~0.77%)、TiO2(0.046%~0.18%)和P2O5(0.007%~0.042%),A/CNK=1.03~1.09, 小于1.1,强烈亏损Ba、Sr、Eu、P、Ti,具有典型的右倾“海鸥型”稀土元素分配模式,表现出典型的铝质A型花岗岩的矿物组合及地球化学特征。沙尔哈达A型花岗岩具有低的(87Sr/86Sr)i值(0.7014~0.70374)、低正εNd(t)值(+3.96~+4.31)、高的εHf(t)值(+10.54~+14.72)。同位素地球化学特征指示,沙尔哈达花岗岩可能源于新生的中基性地壳物质部分熔融及其后的结晶分异作用。沙尔哈达A型花岗岩为晚侏罗世蒙古-鄂霍茨克洋闭合后造山伸展作用的产物,和蒙古-华北北部地块散布的其他A型花岗岩共同指示中晚侏罗世广泛的中下地壳伸展。
关键词: A型花岗岩    晚侏罗世    地球化学    锆石U-Pb定年    内蒙古中部    地质调查工程    
Late Jurassic A-type granite in Sharhada, West Ujimqin, Inner Mongolia: geochemical characteristics, petrogenesis and geodynamic setting
HU Peng1, DUAN Ming1, XIONG Jinlian2,3, ZENG Wei1,4, LIU Xing1, YAN Guoqiang1, WEI Jialin1    
1. Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjin 300170, China;
2. National Marine Data and Information Service, Tianjin 300171, China;
3. China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, Hubei, China;
4. Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China
Abstract: The Sharhada granite in West Ujimqin, Inner Mongolia intruded into ophiolite in Hegenshan suture. LA-ICP-MS zircon dating indicates that the Sharhada granite was emplaced in the Late Jurassic (154.6±1.2 Ma). The mineral assemblage of the Shardaha granite is mainly composed of quartz, alkali feldspar and plagioclase. The granite is characterized by high SiO2 (74.86%~75.97%), K2O(4.4%~4.95%), low MgO (0.044%~0.22%), CaO (0.38%~0.77%), TiO2 (0.046%~0.18%) and P2O5 (0.007%~0.042%), A/CNK = 1.03~1.09 < 1.1. It is strongly depleted in Ba, Sr, Eu, P and Ti, with a typical right dipping "Seagull-type" REE distribution pattern, showing the geochemical characteristics of typical aluminous A-type granite. The Sharhada A-type granite has low (87Sr/86Sr)i (0.7014~0.70374), positive εNd(t) values (+ 3.96~+ 4.31) and high εHf(t) (+ 10.54~+ 14.72), which may due to the partial melting of the newly formed intermediate/basic crustal materials and the subsequent crystallization differentiation. Furthermore, together with other A-type granites scattered in the Mongolia-Northern North China block, the Sharhada A-type granite is recognized as the product of the post-orogenic extension of the Mongolian-Okhotsk tectonic domain in the Late Jurassic, which indicates the extensive middle-lower crust extension in the Middle-Late Jurassic.
Key words: A-type granite    Late Jurassic    geochemistry    zircon U-Pb dating    central Inner Mongolia    geological survey engineering    

A型花岗岩的概念自提出以来,一直是花岗岩研究领域最重要的主题之一[1],因其特殊的岩石成因、构造背景及地球动力学意义受到广泛关注。其成因模式复杂,包括多种地壳物质熔融[2-8]、幔源玄武质岩浆结晶分异与同化混染[9-11]及壳幔岩浆混合[12-14]。目前对于它们均形成于板内伸展或后造山伸展的构造环境已达成共识[2, 15-21],这种特殊的构造背景蕴含了丰富的壳幔作用及地球动力学过程信息。结合区域研究成果,使用传统的地球化学手段及同位素示踪技术是揭示A型花岗岩复杂成因的重要手段。

东北亚自中生代以来,古亚洲洋的演化已经落幕[22-24],而鄂霍茨克洋和古太平洋的演化持续进行,关于蒙古-鄂霍茨克洋的闭合和古太平洋板块俯冲对内蒙古中部地区的影响既是区域的研究热点,也存在争议[25-29]。内蒙古西乌旗沙尔哈达花岗岩位于贺根山缝合带典型发育区,区内广泛分布近东西向的蛇绿岩和俯冲岛弧型-碰撞型-后造山型花岗岩,以晚古生代为主[30-35]。而侵入于贺根山缝合带蛇绿岩中的中生代后造山A型花岗岩体很少有报道。本文对沙尔哈达斑状碱长花岗岩的分析表明,其具有典型的A型花岗岩特征,应用LA-ICP-MS技术测定了锆石U-Pb年龄,结合元素地球化学、全岩Sr-Nd同位素和锆石Hf同位素探讨其A型岩浆属性、岩石成因、构造背景及地球动力学意义。

1 岩体地质及岩相学特征

沙尔哈达岩体位于内蒙古东北部西乌旗地区,总体呈北东向岩株状产出,出露面积约50 km2,与研究区内外包括其南侧的早白垩世石匠山岩体等组成复式岩体(图 1)[36],岩体西北部发育晚石炭世梅劳特乌拉蛇绿岩带,西南部发育早石炭世迪彦庙-白音布拉格蛇绿岩带,研究区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[37-39]。沙尔哈达岩体侵位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,与围岩呈侵入接触,外接触带围岩普遍角岩化,内接触带可见冷凝边,未见混染现象。

图 1 内蒙古西乌旗沙尔哈达花岗岩区域构造(a)和地质简图(b)(据参考文献[36]修改) Fig.1 Regional sketch tectonic map(a)and geological map(b) of the Sharhada granite in West Ujimqin, Inner Mongolia Q—第四系;J3mn—上侏罗统玛尼吐组;J3mk—上侏罗统满克头鄂博组;P1ds—下二叠统大石寨组;P1ss —下二叠统寿山沟组;C2bb —上石炭统本巴图组;οφmC—蛇绿构造混杂岩;χργΚ1—早白垩世碱长花岗岩;ηγΚ1 —早白垩世二长花岗岩;γδΚ1 —早白垩世花岗闪长岩;πηγJ3 —晚侏罗世斑状二长花岗岩;πξγJ3—晚侏罗世斑状钾长花岗岩;1—实测断层;2—韧性剪切带;3—采样位置;4—研究区

沙尔哈达岩体主要为斑状黑云母二长花岗岩及斑状黑云母钾长花岗岩(图 2-a),岩体自北向南,矿物粒度由细粒向中粗粒变化。斑状黑云母二长花岗岩呈似斑状结构,块状构造。斑晶由钾长石、斜长石、石英及黑云母组成,基质具细-微粒结构,由长英质矿物及黑云母组成。副矿物为不透明矿物及锆石。条纹长石主要为正条纹长石。斜长石呈自形—半自形板状。石英多充填在钾长石和斜长石颗粒间,呈他形粒状,发育轻微绿泥石化和绿帘石化;斑状黑云母钾长花岗岩具似斑状结构,块状构造。斑晶由钾长石、石英及黑云母组成(图 2-b),基质具细-微粒结构,由长英质矿物及黑云母组成。副矿物为不透明矿物及锆石。钾长石呈他形板状,常见条纹结构发育,为以钾长石为主晶的正条纹长石,且晶内常见包含有小颗粒石英,形成包含结构。石英呈他形粒状,多数以聚斑的形式展布,裂纹发育,具平行消光。黑云母呈鳞片状集合体展布,发育浅褐-深褐色极强多色性。岩石局部发育较强粘土化及绿泥石化。

图 2 沙尔哈达花岗岩野外(a)和镜下照片(b)(正交偏光) Fig.2 Outcrop(a) and micrograph(b, cross polarized light)of the Sharhada granite Q—石英;Kfs—钾长石
2 样品采集和分析方法

锆石U-Pb测年及Hf同位素分析、岩石地球化学测试和Sr-Nd同位素分析均在天津地质调查中心实验室完成。

2.1 锆石U-Pb测年及Hf同位素分析

花岗岩锆石样品(坐标:东经118°11′00″、北纬44°34′05″)采自沙尔哈达岩体西部。将锆石靶清洗、喷碳并进行阴极发光(CL)和透射光、反射光照相后,选点进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素组成分析。阴极发光照相使用扫描电镜(ss550)加载阴极发光仪(monocl4)完成。锆石U-Pb同位素组成分析使用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)完成。将NEW WAVE 193-FXArF准分子激光器与Thermo Fisher公司的Neptune多接收器电感耦合等离子体质谱联接,以氦气为剥蚀物质载气,激光剥蚀束斑直径为35 μm,剥蚀时间为30 s。测试中用人工合成的硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610进行仪器最佳化。锆石年龄计算采用标准锆石GJ-1作外标。利用刘勇胜教授研发的ICPMSDataCal程序[40]和Ludwig研发的Isoplot程序进行数据处理[41],采用208Pb校正法对普通铅进行校正。原位微区锆石Lu-Hf同位素测试使用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)完成。采用单点剥蚀,激光束斑直径为50 μm,时间30 s。详细的分析方法见参考文献[42-44]。

2.2 岩石地球化学

对新鲜的岩石样品进行主量和微量元素的测试。将样品研磨至200目以下,主量元素采用熔片法制备成玻璃片,再用PW4400/40 X射线荧光光谱仪进行测定,分析精度优于2%;微量元素(含稀土元素)采用ICP-MS测试,分析精度优于5%。

2.3 Sr-Nd同位素分析

全岩Sr-Nd同位素分析采用Triton热电离质谱计测定,取200目全岩样品粉末,采用阳离子交换树脂分离提纯Sr和Nd。全流程空白本底稳定在Rb=5.6×10-10g,Sr=3.8×10-10g,Sm = 3.0×10-11 g,Nd = 5.4×10-11g。在样品测试过程中,BCR-2 Nd标样和NBS-987 Sr标样的Nd-Sr同位素比值分别为143Nd/144Nd=0.5122202±30和87Sr/86Sr=0.710245±30。Sr、Nd同位素测试数据分别以88Sr/86Sr=8.37521和146Nd/144Nd=0.7219为内标,用指数律进行质量分馏校正。等时线拟合计算采用Isoplot标准程序。

3 分析结果 3.1 锆石U-Pb及Hf同位素特征

花岗岩样品的锆石测年数据列于表 1。样品锆石均以长柱状为主,长宽比在1:1~3:1之间,晶形完整,多发育典型的振荡环带,环带较窄(图 3-a),指示其为岩浆锆石[45-46]。32个数据点中,5个测点4、5、12、14和26谐和度较低(虚线表示),偏离谐和线(图 3-b),未参与锆石的206Pb/238U年龄加权平均值计算,其余27个测点位于谐和线上及其附近,206Pb/238U年龄加权平均值为154.6±1.2 Ma(MSWD=2.6),代表沙尔哈达花岗岩成岩年龄,为晚侏罗世岩浆活动的产物。

表 1 沙尔哈达岩体LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb dating results of the Sharhada granite
图 3 沙尔哈达花岗岩样品典型锆石阴极发光(CL)图像(a)和U-Pb谐和图(b) Fig.3 CL image representative zircons from the Sharhada granite and the U-Pb ziicon concordia diagram (a图实心圆圈为测年点位,虚线圆圈为Hf同位素分析点位)

在锆石U-Pb测年基础上,对部分颗粒形态较好,环带清晰且已获得年龄数据的锆石进行微区原位Hf同位素测试,共分析了26个测点,测试结果列于表 2

表 2 沙尔哈达花岗岩锆石Hf同位素分析结果 Table 2 Zircon Hf dating results of the Sharhada granite

沙尔哈达花岗岩所有测点的Hf同位素组成较一致,176Lu/177Hf值均不大于0.002,说明锆石在形成后具有很少的放射性成因Hf累积,锆石的176Hf/177Hf值可以用来分析源区特征[47]176Hf /177Hf值在0.282978~0.283095之间,εHf(t)值在+10.54~+14.72之间,二阶段模式年龄(TDMC)范围为261~532 Ma,平均为384 Ma。

3.2 地球化学

沙尔哈达花岗岩主量、微量元素分析结果见表 3

表 3 沙尔哈达花岗岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 3 Major, trace elements and REE compositions of the Sharhada granite

沙尔哈达花岗岩具有富SiO2(74.86%~75.97%),富碱更富钾(Na2O + K2O = 8.12%~9.1%, K2O /Na2O=1.13~1.26),略富Al2O3(12.71%~13.25%),贫MgO(0.044%~0.22%)、CaO(0.38%~0.77%)、TiO2(0.046%~0.18%)、P2O5(0.007%~0.042%)等特征。TFeO/MgO值较高,为7.82~20.5。在TAS图解(图 4-a)中,样品点落入花岗岩区域;在SiO2-K2O图解(图 4-b)中,落入高钾钙碱性区域;铝饱和指数(A/CNK)为1.03~1.09,为弱过铝质花岗岩(图 4-c)。

图 4 沙尔哈达花岗岩Si2O-(K2O+Na2O)(a)、Si2O-K2O(b)和A/CNK-A/NK图解(c) Fig.4 Plots of SiO2 vs.(K2O+Na2O)(a), SiO2 vs.K2O(b)and A/CNK vs.A/NK(c)of the sharhada granite

沙尔哈达花岗岩稀土元素总量偏低(表 3),∑REE =21.04×10-6~134.09×10-6,(La/Yb)N=0.66~7.79(平均4.24),(La/Sm)N=1.08~3.60(平均2.61),(Gd/Yb)N=0.53~1.49,平均为1.07。轻、重稀土元素分馏明显。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线呈现典型的“海鸥型”样式(图 5-a),强烈的负Eu异常(δEu=0.03~0.12),表明源区残留相有斜长石[48]

图 5 沙尔哈达花岗岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig.5 Chondrite normalized REE distribution patterns(a)and primitive mantle normalized trace element spider diagrams(b)of the Sharhada granite (球粒陨石标准化和原始地幔标准化数据据参考文献[49])

微量元素具有以下特点:Rb含量为394×10-6~486×10-6,Ba含量为50.7×10-6~168×10-6,Sr含量为19.5×10-6~42.1×10-6,相对富集Rb、Th、Ta、Hf和Zr,明显亏损Ba、Sr、Nb、Eu(图 5-b)。

3.3 全岩Sr-Nd同位素特征

沙尔哈达花岗岩Sr-Nd同位素分析结果列于表 4。样品的ISr值范围为0.7014~0.70374,均大于0.700,fSm/Nd值范围为-0.21~-0.32,在有效范围内(-0.2~-0.4),4件样品均具有亏损的Nd同位素组成,INd值范围为0.512643~0.512660,εNd(t)均为正值(+3.96~+4.31),表明源岩来自地幔;二阶段模式年龄TDM2集中在594~622 Ma之间。

表 4 沙尔哈达花岗岩Sr-Nd同位素分析结果 Table 4 Sr-Nd isotopic data of the Sharhada granite
4 讨论 4.1 岩石类型与成因

S-I-M-A型分类法在花岗岩分类中使用最广,S、I、M型花岗岩依据源区不同而区分,I型源岩主要为火成岩,S型来自沉积岩,M型来自地幔,而A型花岗岩与源岩无关,代表产于伸展构造背景中的高温无水花岗岩[50]。A型花岗岩最重要的地球化学特征是富SiO2,贫Sr、Ba、Eu、Ti和P,具有明显的负Eu异常。富钾(K2O=4%~6%或更高)也是A型花岗岩的典型特征[51]。A型花岗岩可分为碱性和铝质2类[52],碱性或过碱性类花岗岩通常含有铁橄榄石、钙铁辉石、霓石、钠闪石等镁铁质矿物,铝质花岗岩则一般出现碱性长石和斜长石。沙尔哈达花岗岩矿物组合以石英、碱性长石和斜长石为主,富SiO2(74.86%~75.97%),富K2O(4.4%~4.95%),贫MgO(0.044%~0.22%)、CaO(0.38%~0.77%)、TiO2(0.046%~0.18%)和P2O5(0.007%~0.042%),A/CNK=1.03~1.09,小于1.1。强烈亏损Ba、Sr、Eu、P、Ti,具有典型的右倾“海鸥型”稀土元素配分模式,上述矿物组合及地球化学特征与铝质A型花岗岩类似[2, 53]。在岩石成因判别图解(图 6)中,所有样品点均落入A型花岗岩区域,表明沙尔哈达花岗岩为A型花岗岩。另外,在氧化型和还原型A型花岗岩判别图解[8]中,落在在氧化型、还原型或二者交界处(图 6-fg),表明其形成环境复杂。

图 6 沙尔哈达花岗岩SiO2-TFeO/MgO(a)、SiO2-Zr(b)、SiO2-Nb(c)、SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)(d)、SiO2-(Na2O+K2O-CaO)(e)、Al2O3-TFeO/(TFeO+MgO)(f)和Al2O3/(K2O/Na2O)-TFeO/(TFeO+MgO)(g)图解 Fig.6 SiO2-TFeO/MgO(a), SiO2-Zr(b), SiO2-Nb(c), SiO2-TFeO/(TFeO+MgO)(d), SiO2-(Na2O+K2O-CaO)(e), Al2O3-TFeO/(TFeO+MgO)(f)and Al2O3/(K2O/Na2O)-TFeO/(TFeO+MgO)(g)plots for the Sharhada granite (图b、c据参考文献[63];图a据参考文献[18];图e、f底图据参考文献[64];图f、g底图据参考文献[8])

A型花岗岩的成因模式复杂、物质来源具有多样性,几乎所有花岗质岩浆体系中都能产生A型花岗岩[21],其物质来源也具有多样性,地幔、壳-幔和地壳物质都可能是A型花岗岩的潜在源岩[20, 45]。A型酸性岩浆的成因过程主要包括:①幔源拉斑玄武质岩浆的分离结晶与同化混染[9-10];②壳源物质部分熔融[3-8];③壳源酸性岩浆与幔源基性岩浆混合[12-14]

基性岩浆分异的A型花岗岩通常与大面积同期基性-超基性岩成双峰式产出,如美国黄石公园的A型流纹岩[46],而沙尔哈达花岗岩缺少与之伴生的同期中基性岩石,且实验岩石学研究表明,幔源基性岩浆仅在极端情况下才能分异形成低硅(SiO2≤68%)钾质残留熔体,并伴有大量中间产物[55-56],即使在最适宜的条件下,同化程度最高几乎不可能超过25%,许多同化作用过程(包括机械混合与化学反应)都需要克服严峻的能量障碍[57],而沙尔哈达花岗岩高硅,且岩石组合单一,不可能为幔源岩浆分离结晶与同化混染。至于岩浆混合作用形成的A型花岗岩,常发育暗色基性包体和变化范围较大的锆石Hf同位素组成[13-14],显然这也不符合沙尔哈达花岗岩的特征。

沙尔哈达花岗岩符合铝质A型花岗岩[21, 52]的特点:矿物组合以碱性长石和石英为主,暗色矿物主要为黑云母,弱过铝质(A/CNK=1.03~1.09),阳离子参数R2值较高(304~347,大于280)。铝质A型花岗岩普遍认为是中下地壳部分熔融的产物[58]。此外,Mg#值为8.02~18.56,远小于45,表明地幔物质对沙尔哈达A型花岗岩的直接贡献没有或很小,因此沙尔哈达A型花岗岩为壳源物质部分熔融,这也与Sr-Nd-Hf同位素特征相符。沙尔哈达花岗岩εNd(t)和εHf(t)均为正值,εNd(t)-Isr同位素图解指示亏损地幔源区(图 7-a),在εHf(t)-t图解(图 7-b)上落在球粒陨石上方,指示新生的地壳物质,这与兴蒙造山带显生宙以来巨量的花岗岩源区特征相似[59-61]。实验岩石学研究[4, 62]指出,英云闪长质-花岗闪长质岩石在不同地壳深度的脱水熔融可以产生A型花岗质熔体,即低压时形成准铝质岩浆,高压时形成过铝质岩浆[61]。沙尔哈达铝质A型花岗岩Hf-Nd的二阶段模式年龄为622~261 Ma,结合其地球化学特征,笔者认为它来自新元古代—古生代中下地壳中基性浆源物质高压条件下部分熔融及其后的分异作用。

图 7 Isr-εNd(t) 图解(a)和t-εHf(t)图解(b)(兴蒙造山带东段Hf同位素组成据参考文献[13]) Fig.7 Isr vs εNd(t)diagram(a)and εNd(t)vs t(Ma)diagram(b) DM—亏损地幔;EMⅠ—Ⅰ型富集地幔;EMⅡ—Ⅱ型富集地幔
4.2 构造背景

A型花岗岩形成的构造背景最初被认为是板内裂谷的非造山环境,而随后大量研究表明A型花岗岩可形成于多种构造环境,如澳大利亚Lachalen褶皱带A型花岗岩可以形成于造山期的各种环境[7];Bonin[65]明确指出,A型花岗岩与造山运动在空间上并无联系,仅在时间上关系密切,同时指出其并非形成于传统认为的板内环境,可以是板块汇聚的活动边缘背景,其形成均与拉张构造背景有关[2, 20-21],因此,A型花岗岩是判断伸展背景的重要岩石学标志。

沙尔哈达花岗岩的主量、微量元素地球化学特征与典型的南岭型花岗岩及区域上同时代的石匠山A型花岗岩特征相符,形成于造山后的地壳减薄阶段[47, 66-67]

在TFeO/(TFeO+MgO)-SiO2和Al2O3-SiO2图解(图 8-ab)中,样品点均落入后造山花岗岩区。Pearce等[68]认为,Y、Yb、Rb、Ba、K、Nb、Ta、Ce、Sm、Zr和Hf能有效区分花岗岩构造背景,在系统研究已知构造背景的花岗岩后,制作了相关图解(图 8),可以看到,在Rb-(Y+Nb)图解中均落入后碰撞花岗岩区域(图 8-c),在主量元素R1-R2构造环境判别图解中,也全部落在造山后区域(图 8-d)。综上可以看出,沙尔哈达花岗岩形成于造山后的伸展构造背景。

图 8 沙尔哈达花岗岩构造判别图解(图a、b据参考文献[69], c据参考文献[68], d据参考文献[70]) Fig.8 Tectonic discriminant diagrams of the Sharhada granite IAG—岛弧花岗岩类;CAG—大陆弧花岗岩类;CCG—大陆碰撞花岗岩类;POG—后造山花岗岩类;RRG—与裂谷有关的花岗岩类;CEUG—与大陆的造陆抬升有关的花岗岩类; VAG—火山弧花岗岩类;ORG—洋脊岗岩类;WPG—板内花岗岩类;syn-COLG—同碰撞花岗岩类
4.3 地质意义

自中生代以来,古亚洲洋的演化已经落幕[22-24],而鄂霍茨克洋和古太平洋的演化持续进行[25-29],一个西迄蒙古-鄂霍茨克缝合带、东至太平洋之滨、跨越2500 km、覆盖面积逾300×104 km2的早白垩世巨型地壳伸展省被识别出来[27, 71],引起广泛关注,表现为一系列早白垩世变质核杂岩[27, 70, 72-74]、断陷盆地群[75-77]及大规模火山喷发[78-79]。而这些变质核杂岩核部的岩浆岩锆石年龄可追溯到中晚侏罗世,表明伸展运动可能在中晚侏罗世已经启动[71],指示中下地壳流动的伸展岩浆穹隆遍布内蒙-华北北部[25, 71-72, 80-81]。结合近年来在华北克拉通及兴蒙造山带陆续厘定的一系列晚侏罗世A型花岗岩,如西乌旗石匠山花岗岩[67]、内蒙部达来地区钾长花岗岩[82]、内蒙古东部红山子黑云母花岗岩[83]、西拉木伦碾子沟二长花岗岩[84]、白乃庙地区道郎呼都格钾长花岗岩[85]及本文的西乌旗沙尔哈达晚侏罗世A型花岗岩,表明蒙古-华北北部陆块的中下地壳在中—晚侏罗世普遍处于伸展流动状态,这种弥散状中下地壳伸展与流动是形成独立状分布的中—晚侏罗世夭折裂陷(failed rift)盆地的重要背景[75-76]。Davis等[86]基于辽西地区控盆断裂系统的研究,识别出了可能影响整个燕山造山带的中—晚侏罗世伸展事件。中—晚侏罗世和早白垩世2期伸展事件的确定,为研究蒙古-华北地块晚中生代大陆地球动力学过程提供了新的视角。

长期以来,有关这一东亚大陆演化驱动机制问题,总体表现为古太平洋板块的俯冲作用[86-88]和蒙古-鄂霍茨克洋的闭合[27, 70, 75, 77]之争。

多数学者认为,华北克拉通的破坏与古太平洋板块的俯冲有关,其远程效应引起华北克拉通大规模的早白垩世巨量岩浆作用和克拉通破坏高潮,造成大规模的中下地壳伸展[26, 28, 89-90],而中—晚侏罗世古太平洋对华北克拉通的岩石圈改造主要局限于华北东部、辽西以东地区。岩相古地理的资料研究表明,华北克拉通东部侏罗纪地层明显缺失, 标志着该区在侏罗纪处于隆升的构造背景[26],表现为俯冲挤压导致的地壳加厚,并形成华北东部侏罗纪花岗岩与东北张广才岭等地区连成NE向展布的低温、富水花岗岩带, 平行于欧亚大陆边缘的古太平洋俯冲带[28, 91]。显然,无论是从空间上,还是时间上,位于内蒙古中部的晚侏罗世沙尔哈达A型花岗岩都不太可能是古太平洋板块俯冲作用下的产物。古地磁和地质年代学研究表明,蒙古-鄂霍茨克洋盆于晚侏罗世剪刀式迅速闭合[29, 92-94]。晚侏罗世—早白垩世早期,大兴安岭和冀北—辽西地区碱性-亚碱性过渡性质的火山岩及流纹岩广泛出露,晚侏罗世有大兴安岭北部的塔木兰沟组[95](约162 Ma)、南部的满克头鄂博组[96]、冀北—辽西地区的髫髻山组和蓝旗组[97-98](165~157 Ma);早白垩世有大兴安岭北部的吉祥峰组(约142 Ma)、南部的玛尼吐组(约142 Ma)碱性流纹岩[96],以及冀北—辽西地区的张家口组[99](约135 Ma)。这2期火山岩(晚侏罗世和早白垩世早期)指示区域伸展环境的碱性火山岩组合分别与燕山运动A幕和B幕之后的伸展环境对应,且具有自北向南变年轻的趋势[100-101], 暗示这2期岩浆事件与蒙古-鄂霍茨克构造体系的演化有关[87]。因此,基于这种空间契合和时间关联,蒙古-华北北部陆块中—晚侏罗世的岩浆活动主要受控于蒙古-鄂霍茨克构造域的地球动力学过程,研究区沙尔哈达A型花岗岩为蒙古-鄂霍茨克洋闭合后造山伸展背景的产物。

5 结论

(1) 内蒙古沙尔哈达花岗岩锆石U-Pb年龄为154.6±1.2 Ma,形成时代为晚侏罗世。

(2) 沙尔哈达斑状黑云母碱长花岗岩富SiO2(74.86%~75.97%)、K2O(4.4%~4.95%),贫MgO(0.044%~0.22%)、CaO(0.38%~0.77%)、TiO2(0.046%~0.18%)和P2O5(0.007%~0.042%),A/CNK=1.03~1.09, 小于1.1,强烈亏损Ba、Sr、Eu、P、Ti,具有典型的右倾“海鸥型”稀土元素分配模式,为典型的铝质A型花岗岩。

(3) Sr-Nd-Hf同位素分析表明,沙尔哈达A型花岗岩可能源于新生中基性地壳物质的部分熔融及其后的结晶分异作用。

(4) 沙尔哈达A型花岗岩为晚侏罗世蒙古-鄂霍茨克构造域造山后伸展作用的产物,与蒙古-华北北部地块散布的其他A型花岗岩共同指示中—晚侏罗世广泛的中下地壳伸展。

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