内蒙古大兴安岭北部新元古代花岗岩岩石地球化学特征及其构造意义

摘要：大兴安岭北部发育有大量的新元古代花岗岩，通过开展1/25万莫尔道嘎——奇乾幅区域地质调查工作，将其划分为三个构造岩浆阶段，共7个填图单元。岩石组合及岩石地球化学特征的研究表明，早期的中基性杂岩—花岗闪长岩系列岩浆主要来源于上地幔或下地壳，是俯冲作用和壳幔相互作用的产物；中期似斑状钾长花岗岩—二长花岗岩系列岩浆来源于下地壳，是碰撞造山作用的产物；晚期正长岩主要来自于下地壳，形成于造山晚期的伸展体制。整个新元古代岩浆岩的发展演化过程客观地反映了大兴安岭北部西伯利亚板块南缘的运动学特征。

关键词:花岗岩 新元古代 岩石地球化学 构造环境 大兴安岭北部

序言

大兴安岭北部莫尔道嘎—奇乾地区，出露有大量的北东向展布的花岗岩，由于自然条件极其恶劣，前人工作程度很低。我们在开展1/25万莫尔道嘎—奇乾幅区域地质调查工作中，发现了大量的新元古代花岗岩，它们规模大、发育完整。通过细致的野外观测和系统的样品分析，通过对岩石学、岩石地球化学特征的研究探讨了新元古代花岗岩的演化特征、成因机制和构造意义。

一、区域地质概况

工作区内以德尔布干深断裂为界，北部属西伯利亚板块南缘新元古代陆缘增生带，南部属晚古生代陆缘增生带；新元古代花岗岩出露于深断裂以北，构成北东向展布的新元古代构造岩浆岩带，其上叠加有大量华力西期—印支期中酸性侵入岩，与其伴生的变质地体有古元古代兴华渡口岩群、凤水山片麻杂岩和新元古代南华系佳疙瘩组；其中佳疙瘩组形成于活动陆缘构造环境，其上部有大量的变安山岩（锆石U—Pb同位素年龄为723Ma—莫尔道嘎幅1/25万区域地质调查报告）。

二、花岗岩宏观地质特征

新元古代岩浆活动强烈，广泛分布于前寒武纪基底隆起区的大新屯、望火楼、乱石山等地，呈北东向带状展布。划分出7个填图单元，分属三个构造岩浆活动阶段，早阶段中基性侵入岩，多呈岩株状产出，具片麻状构造，由中—基性杂岩（Pt3ν-δ）、片麻状黑云母石英闪长岩（Pt3δο）、黑云石英二长闪长岩（Pt3ηδο）、片麻状花岗闪长岩（Pt3γδ）组成；中阶段酸性侵入岩，规模较大，呈岩基产出，由巨斑状中粒黑云母钾长花岗岩（Pt3ξγ）、含斑中粒黑云母二长花岗岩（Pt3ηγ）组成；晚阶段为粗粒黑云母正长岩（Pt3ξ）。由于后期构造的改造，各阶段的地质体均遭受了不同程度的变质变形。

（一） 新元古代早阶段侵入岩

该阶段岩体主要分布于图幅大兴屯、八间房、乱石山、奇乾及伊木河一带，出露面积约600Km2，单个侵入体规模小，呈岩株状产出或呈规模不等的捕虏体，总体呈北东向展布。侵入古元古界兴华渡口岩群和新元古代南华系疙瘩组；被新元古代中晚期花岗岩侵入及晚古生代岩体侵入。岩体球形风化特征明显，内有不等量的围岩捕虏体和暗色闪长质深源包体，包体形态不规则，大小几厘米—几十厘米，与主岩界线渐变过渡，分布不均匀。由于后期构造作用岩体多数具有不均一的片麻状构造和边缘片理化。中—基性杂岩不同岩石类型之间呈过渡关系。

（二） 新元古代中阶段侵入岩

主要分布于大兴屯、八间房农场及两间房一带，向西北延伸至俄罗斯境内，出露面积约3500Km2，呈岩基或较大岩株状产出。侵入古元古界兴华渡口岩群黑云石英片岩、新元古界南华系佳疙瘩组和新元古代早期岩体；被新元古代晚期正长岩侵入。该期岩体含有特征的钾长石巨斑晶和少量富云母包体。岩体与加疙瘩组外接触带，热接触变质现象发育，形成角岩类岩石并伴有云英岩化蚀变现象。岩体内部围岩捕虏体较多且与主岩界线模糊，导致岩石局部基性成分增加；同化混染作用表现明显，钾质交代现象普遍，形成大量花岗质混染岩。深成岩体边部岩石组构不均一，斑杂状构造发育。

（三） 新元古代晚阶段侵入岩

集中分布于测区西南草坡沟一带，出露面积约40Km2，由2个侵入体组成，呈近椭圆状岩株产出,侵入中—基性杂岩和巨斑状中粒黑云母钾长花岗岩。岩石具呈球形风化外貌，岩体内可见20－300×50－1400m的灰色石英岩捕虏体和暗色闪长质包体，暗色包体呈椭圆状或透镜状沿北东向展布，长宽比约1：1－8：1，与主岩界线截然；岩体同化混染作用明显。

三、花岗岩岩相学特征

（一） 新元古代早阶段侵入岩

主要为一套中基性岩石组合，少量酸性岩，岩性有辉长岩、辉长闪长岩、片麻状中细粒闪长岩、石英闪长岩、石英二长闪长岩和花岗闪长岩。该阶段岩石以暗色矿物含量高（特别是角闪石）、石英含量低、矿物粒径较细为主要特征；岩石普遍发生绿帘石化、绿泥石化且多具片麻状构造。斜长石多为半自形粒状，为更长石-拉长石（An＝20－45），环带构造、 聚片双晶发育；暗色矿物种类有辉石、角闪石及黑云母，角闪石多色性为褐色—浅褐色，反映其物源深、形成温度高；微斜长石呈它形粒状；石英它形粒状、填隙状分布；黑云母呈红褐色。

（二） 新元古代中阶段侵入岩

主要为一套酸性岩石组合，岩性为巨斑状中粒黑云母钾长花岗岩和含斑中粒黑云母二长花岗岩，以具似斑状结构为特征。岩石基本不含角闪石、黑云母含量少、石英含量高。斑晶为微斜条纹长石，少量为石英，粒径10～40mm，呈自形板状，部分熔蚀呈卵圆形，具有斜长石、石英、黑云母等矿物细粒包裹体，晶体周边常有斜长石、石英嵌入，呈不规则状，斑晶排列具定向性。基质由微斜条纹长石、斜长石、石英、黑云母及少量角闪石组成。斜长石呈半自形板状、粒状，An=3－15，为钠、更长石，绢云母化；与斜长石接触处可见无明显轮廊的围岩捕虏体，其成分为微细粒的斜长石、黑云母和石榴石，有高岭土化、黝帘石化现象；微斜条纹长石呈半自形板状，交代早期斜长石，由于交代不彻底形成交代条纹结构、蠕虫结构和交代残留结构；石英呈它形粒状；黑云母呈鳞片状，绿泥石化，退色析出铁质。

（三） 新元古代晚阶段侵入岩

岩性为中粗粒角闪黑云正长岩，灰红、灰白色，风化面灰黄色。主要矿物组成：钾长石为微斜长石、微斜条纹长石，半自形板状，轻度泥化，交代斜长石，以交代不均匀结构为主；斜长石多呈交代残留状，An=17－21，为更长石，部分为团块状集合体；石英呈它形粒状；暗色矿物由黑云母和角闪石组成，呈不规则状、柱状和鳞片状，零散分布。

四、岩石化学及地球化学特征

（一） 岩石化学特征

1．新元古代早阶段侵入岩

SiO2含量较低，属中基性岩范畴，少数为酸性岩(表1)。Fe2O3、 FeO 、TiO2、 CaO 和MgO含量较高； Na2O/K2O=0.92～2.77,富钠贫钾， K2O+Na2O总体低；铝指数（A/CNK）=0.64～1.17，绝大多数小于1；里特曼指数（σ）=1.60～3.70；总体属偏铝质低钾钙碱性岩。在AFM图解中，除个别样品落入拉斑玄武岩区外，多数落入钙碱性岩区，并有向富铝方向演化的趋势。在Na2O-K2O图解中，均落入I-型花岗岩区。黑云石英二长闪长岩的岩石化学特征显示岩浆侵位过程受地壳物质混染强烈。

2．新元古代中阶段侵入岩

SiO2含量67.01～73.78%，属酸性岩范畴。Na2O/K2O=0.37～0.94,富钾贫钠， K2O+Na2O总量高；铝指数（A/CNK）=1.01～1.22，里特曼指数（σ）=1.89～3.04，绝大多数属过铝质高钾钙碱性岩。在AFM图解中，样品落入钙碱性岩区，并明显向富钾方向演化；巨斑状中粒黑云母钾长花岗岩在Na2O- K2O图解中落入S-型花岗岩区；含斑黑云母二长花岗岩在Na2O-K2O图解中落入I、A、 S-型花岗岩区界线附近。

3．新元古代晚阶段侵入岩

SiO2含量58.61～59.83%，属中性岩范畴。Na2O/K2O=0.63～0.68,富钾贫钠， K2O+Na2O总量高；铝指数（A/CNK）=0.98～1.01，里特曼指数（σ）=5.27～5.81，属过铝—偏铝质碱性岩。在AFM图解中，样品落入钙碱性岩区；在Na2O-K2O图解中，均落入A-型花岗岩区。

（二） 稀土元素地球化学特征

1．新元古代早阶段侵入岩

稀土元素含量相对较低，稀土总量∑REE=132.7～258.92×１０－６，δＥｕ=０.56－1.16，正负铕异常均不明显。（La/Yb）N=3.92～23.70，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损；稀土配分模式曲线总体显示左高右低，但相对平缓的特征，不同岩石类型稀土配分曲线特征的相似性，反映杂岩具有相同或相似的岩浆来源和演化历史。黑云石英二长闪长岩中暗色闪长质包体同寄主岩石相比，二者稀土配分模式曲线变化趋势一致，包体重稀土元素含量高，铕异常较明显（由于包体富含暗色矿物和斜长石），而主岩轻稀土元素丰度值高，铕负异常不明显，显示二者具同源性和互补性；这种变化特点符合岩浆分异演化原理，说明岩石是岩浆分异作用的产物。该阶段侵入岩随岩石类型由基性到酸性曲线斜率增大、负铕异常增强，显示同源岩浆演化特点。

2．新元古代中阶段侵入岩

该阶段岩石稀土总量变化范围宽，在97.24～555.67×１０－６之间，（La/Yb）N=3.57～15.80，稀土分馏程度高，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，曲线斜率较大，δＥｕ=0.28～0.71，具明显铕负异常；稀土配分曲线差别明显，但均左高右低，向右倾斜，铕处呈V字型深谷，具造山带钙碱性花岗岩的普遍特征，说明岩石是由成熟度较高的陆壳物质部分熔融形成的，而且源区物质组成明显不同。稀土元素反映的是源区物质组成特征，一些样品稀土总量较低可能与部分熔融过程中富集稀土元素的副矿物在源区残留有关［1］。

3．新元古代晚阶段侵入岩

稀土总量∑REE较低，为126.98～299.07×１０－６，（La/Yb）N =5.83～11.3，稀土分馏程度高，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损；δＥｕ= 0.61～2.30，2XT4049样品具明显正异常，从稀土元素配分模式曲线可以看出两个样品的总体变化趋势是一致的，铕处差别较大，呈尖峰或低谷状，这种变化与岩浆结晶过程中富含钙的矿物不均衡结晶有关，同时反映岩浆来源是非单一的。

（三） 微量元素地球化学特征

1．新元古代早阶段侵入岩

在以ORG标准化的微量元素配分型式图中，该阶段侵入岩具有相似的微量元素组成，曲线吻合较好，反映其形成于相近的构造环境并具有相似的物质来源。其Nb、Ce、Sm、Zr、Y、Yb含量低，均低于标准洋脊花岗岩，Ba、Th略有富集；K丰度值较低，介于洋脊花岗岩碰撞花岗岩之间，总体显示火山弧花岗岩特点［2］。Rb/Sr值0.07～1.54，显示I型花岗岩Rb/Sr特征［3］。

2．新元古代中阶段侵入岩

该阶段侵入岩以Rb明显富集为特征，K、Th含量亦高，Ba相对亏损，但Ce、Zr、Sm、Y、Yb明显低于洋脊花岗岩。以ORG标准化的微量元素配分型式图与富集Rb、Th，不同程度地贫Ba、Nb的同碰撞花岗岩的配分曲线特征相似。Rb/Sr值0.47～10.20，且绝大多数大于0.5，显示S型花岗岩Rb/Sr特征［3］。

3．新元古代晚阶段侵入岩

黑云母正长岩以Ba、Zr明显富集为特征，K、Rb、Th含量相对较高，Nb相对亏损；但Ce、、Sm、Y、Yb明显低于新元古代早期侵入岩。其ORG标准化的微量元素配分型式图具有洋脊花岗岩富Ba特点，又具有火山弧花岗岩Rb、Th相对较高的特征。Rb/Sr=0.19，显示I型花岗岩Rb/Sr特征［3］。

五、成因及构造环境

上述特征表明，新元古代早阶段中基性杂岩是上地幔玄武质岩浆直接分异的产物；石英闪长岩—花岗闪长岩系列岩浆形成演化较为复杂。岩浆来源深，岩浆主体由上地幔—下地壳硅镁质岩石通过分离结晶作用形成，并与地壳物质发生混合，是多阶段演化的产物，岩石中大量的暗色微细粒闪长质包体是有力的证据。最终形成具有岛弧拉斑玄武质—钙碱性岩浆特征的熔浆，运移到地壳浅部层次形成一套含角闪石的低钾钙碱性花岗岩(ACG)［4］。按Barbarin观点，含角闪石的低钾钙碱性花岗岩类(ACG)是前造山俯冲作用的直接产物。在R1—R2图解中，由板块碰撞前到碰撞后均有分布，表明岩浆形成环境复杂，但以板块碰撞前俯冲期为主，岩石地球化学特征显示形成于岛弧—活动陆缘环境，这与工作区新元古界佳疙瘩组岛弧型变安山岩的存在相吻合。

新元古代中阶段似斑状钾长—二长花岗岩系列主要形成于中下地壳，岩浆来源较浅，早期岩浆多与角闪石处于平衡熔融状态，晚期则多与斜长石处于平衡熔融状态［5］。岩石中交代残余、蠕虫结构发育，巨斑晶中的矿物包裹体比基质中同类矿物粒径要小得多，表明它们在其结晶早期已被包裹进去。钾长石巨斑晶具卡氏双晶，而且巨斑晶大小随基质粒径大小改变而变化，表明钾长石巨斑晶是火成的，同时巨斑晶的出现说明部分熔融的岩浆富含挥发份。岩石中见有细小石英、微斜长石和钠长石构成的微粒交生体，显示了岩浆部分熔融的痕迹。（87Sr/86Sr）0 = 0.718，接近现代大陆壳平均铷锶比值；在La/Sm－La图解中（1/25万莫尔道嘎幅区域地质调查报告）显示部分熔融趋势，说明岩浆演化以部分熔融为主，分离结晶作用为辅。该阶段岩石相当于Barbarin的富钾和钾长石斑晶钙碱性花岗岩(KCG),同时又具有富黑云母过铝质花岗岩(CPG)的特征［4］。按Barbarin的研究,富钾和钾长石斑晶钙碱性花岗岩类是构造体制转换(由挤压—拉张)下岩浆活动产物；而富黑云母过铝质花岗岩主要形成于同碰撞环境。在R1—R2图解中，主体落入同碰撞花岗岩区,少数落入造山晚期与同碰撞花岗岩过渡区域。以上特征表明该阶段岩石形成于碰撞造山过程，是陆壳叠置增厚，引起下地壳岩石（早期的变质地层和片麻状花岗质杂岩）广泛熔融的产物。

新元古代晚阶段正长岩体规模小，岩石强烈富碱，按Barbarin对花岗岩的分类，属碱性花岗岩类(PAG)，其形成常是大陆造山带稳定后的伸张标志。（87Sr/86Sr）0 = 0.707，为锶中等偏低的花岗岩类，表明岩浆来源于下地壳；在R1—R2图解中，落入造山晚期花岗岩区域。岩石化学特征显示Ａ型花岗特点，岩浆形成以分离结晶作用为主。本区正长岩在时间、空间上与造山钙碱性花岗岩—巨斑状中粒黑云母钾长花岗岩紧密共生，相当于Eby（1990）造山后环境的Ａ型花岗岩区（A2型），形成于造山晚期构造垮塌阶段［6］。

结 论

通过上述岩石化学及地球化学特征的研究，可以认为，新元古代岩浆活动伴随板块由俯冲到碰撞到拉张过程，早期形成分布广泛但规模较小的俯冲期侵入岩组合；中期岩浆活动强烈，形成规模巨大的碰撞期酸性侵入岩组合；碰撞晚期—碰撞后伴随构造体制的转变形成一定规模的碱性侵入岩。

新元古代岩浆活动峰期中阶段巨斑状中粒黑云母钾长花岗岩石颗粒锆石U—Pb蒸发法年龄为863±15Ma、654±46Ma（宜昌地质矿产研究所同位素测试中心）；早阶段岛弧型杂岩是板块俯冲消减的地质记录，说明本区新元古代可能存在俯冲作用，并且时间应早于863Ma；因此，新元古代早、中阶段侵入岩可能与新元古代超大陆拼合事件有关，晚阶段侵入岩可能与新元古代超大陆裂解事件有关[7][8]。

致 谢

本文赖以讨论的各种资料均来自于乌尔其汉地区1：25万区域地质调查项目，是项目全体同仁的共同劳动成果，成文过程中得到了鞠文信教授级高工的精心指导，在此一并表示衷心的感谢。

参考文献：

[1] 伍家善，耿元生，沈其韩，万渝生，刘敦一，宋彪著.中朝古大陆太古宙地质特征及构造演化［M］.地质出版式社，1998.

[2] 高秉章等.花岗岩类1/5万区域地质调查方法指南［M］.中国地质大学出版社，1991.

[3] 邱家骧.岩浆岩岩石学［M］.北京地质出版社，1990.

[4] 肖庆辉，邓晋福，马大铨等. 花岗岩研究思维方法［M］.北京地质出版社，2002.

[5] 许继锋，王强，徐义刚等.宁镇地区中生代安基山中酸性侵入岩的地球化学［J］.岩石学报，2001，17（4）：576～584.

[6] 冯益民，曹宣锋，张二朋等.西秦岭造山带结构造山过程及动力学［M］.西安地图出版社，2002.

[7] 王中刚等.稀土元素地球化学［M］.科技出版社，1989.

[8] 内蒙古自治区地质矿产局编.《内蒙古自治区区域地质志》.地质出版社，1991.

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