内蒙古大青山武川南石英闪长岩地质特征及构造环境

摘要：内蒙古大青山武川地区晚古生代的黑云母石英闪长岩1∶20万区域地质调查时将其置于华力西中期第二次侵入体（δο4 2 （2））。现经岩石学、地球化学、同位素年代学研究，认为该石英闪长岩为早二叠世陆内岩浆活动的产物，形成时代为282 Ma左右（单颗粒锆石206Pb/238U权重平均值）。岩石具高铝、高钾、高钙的特点，A/CNK＜1.1， σ在2.05-2.83之间，为板内高钾钙碱性岩,属碰撞后隆起的I型花岗岩类。岩石稀土总量偏低，LREE富集，δEu=0.8-1.0，稀土配分曲线呈右倾平滑型，其物质来源是源于软流圈的玄武质岩浆与元古宙地壳物质混合作用的结果。

关键词：石英闪长岩 早二叠世 碰撞后隆起 I型 石兰哈达

一、地质特征

武川南地区晚古生代石英闪长岩岩体位于大青山中段北坡，位居华北地块北部边缘。在地貌上呈中低山丘陵。侵入到古太古界兴和岩群[2]、新太古界色尔腾山岩群、中元古界渣尔泰山群、新太古代片麻杂岩、新太古代石英闪长岩~斜长花岗岩系之中。被三叠纪花岗岩侵入。呈大小不等、形态各异的岩株、岩枝状产出，北东向断续状展布。岩体内部透镜状暗色包裹体呈定向状排列，构成叶理（尤其以边缘发育），包裹体走向与岩体的边界基本平行，以北东向为主，倾向指向围岩，倾角＞60°，为灰黑色微晶闪长质同源包体，呈浑圆状、铁饼状，大小一般为10×4cm2左右，与寄主岩石之间的界线较为清晰；侵入体内部异源包体少见。

二、岩石学特征

黑云母石英闪长岩呈灰色、浅灰色，具细中粒半自形晶结构，片麻状、块状构造。矿物组成：斜长石（50~70%），呈半自形粒状，发育环带状构造、聚片双晶、卡钠复合双晶，An=36~40，为中长石，粒径0.5~3.0mm，钾长石（＜5%）它形粒状；石英（5~10%），它形粒状，呈不规则状充填于长石粒间空隙中；角闪石（5~25%），粒径0.3~2.5mm，柱状，具多色性，Np-浅黄绿色、Nm-黄绿色、Ng-绿色，Ng’∧c=18°，为普通角闪石；黑云母（10~15%），鳞片状，局部定向分布；岩石具轻微次生蚀变，以绿帘石化为主。副矿物为磁铁矿（364~2026g/t）、锆石（43~400g/t）、磷灰石（31~2368g/t）、榍石（68~798g/t）。为磁铁矿~锆石~磷灰石型副矿物组合。其中锆石为0.05~0.4mm柱状、粒状，呈淡黄色，透明状，具金刚光泽，长宽比为1~4∶1，以2~3∶1者为主。

三、岩体年代学

前人曾因银号岩体（黑云石英闪长岩）获得过312~315Ma的年龄数据 而将其归为华力西中期（石炭纪）岩浆作用的产物。本次研究采用单颗粒锆石U~Pb同位素稀释法测定[3]，石英闪长岩形成于早二叠世。

（一） 样品采集、处理

采集样品选自远离裂隙、变形相对较弱的地段（样重20kg，编号P16Y3-3）。全岩大样经内蒙古地质矿产勘查院岩矿鉴定室粉碎，选取无磁性或电磁性极弱的锆石单颗粒在双筒显微镜下提纯，送国土资源部天津地质矿产研究所实验测试室，挑选颜色、粒度、长宽比、自形程度等形态不同，纯净透明、没有裂纹和包体、未退晶质化的锆石晶体作为测年对象。

锆石的溶解和U、Pb的分离在超净化学实验室中进行，采用的稀释剂为205Pb/235U混合稀释剂。锆石样品经高温高压溶解、蒸干后，用硅胶~磷酸溶液与样品的U、Pb混合后加在同一单铼带上，在VG354型热离质谱仪上用高灵敏度Daly检测器进行铀~铅同位素测定。所有铀~铅同位素数据均进行了质量歧视效应和系统误差校正，误差以2σ表示。实验室全流程Pb空白为0.05 ng，U空白为0.002 ng。实验数据用PBDAT和ISOPLOT程序计算处理。

（二） 测试结果

下湿壕地区石英闪长岩P16Y3-3中3粒不同晶形锆石U~Pb同位素测试结果表明，三粒锆石基本均落在谐和线上，样品中放射成因铅基本没有扩散、丢失[4、5]。它们的206Pb/238U年龄值与207Pb/235U的年龄值近乎一致， 1、2、3三个数据点的206Pb/238U表面年龄统计权重平均值为282.2±4.6Ma。结合区域地质资料看，岩石形成后没有受到明显后期热事件影响，其年龄值是可信的[6]，可作为该岩体的锆石结晶年龄，由于锆石结晶温度约700℃左右，高于全岩的固结温度[7]。所以可将上述年龄作为石英闪长岩的结晶年龄，属早二叠世的产物，与内蒙古自治区地质调查院（2001）获得的年龄（庆和昌石英闪长岩单点锆石U-Pb表面年龄299±4Ma，湾兔河花岗闪长岩单点锆石U-Pb表面年龄276±10Ma ）基本一致。

四、地球化学特征

（一） 主元素

武川南地区黑云母石英闪长岩SiO2含量绝大部分在53.26~63.67%之间，为中性岩，只有一个样品的含量偏高，达68.48%；Al2O3在16.2~19.19%之间，含量高，在Al2O3/（Na2O＋K2O）~ Al2O3/（CaO＋Na2O＋K2O）图解（图解略）中除4Y3003落入过铝区外，其它样品均落入准铝~偏铝区；K2O在1.47~3.66%之间，在K2O~ SiO2图解中除4PY13、4Y3003-1落入中钾区外，其它样品均投入高钾区；Na2O在3.33~4.44%之间，Na2O/ K2O普遍＞1，CaO绝大部分在4.09~6.48%之间。反映石英闪长岩具中硅、高铝、高钾的特征。

σ在2.05~2.83之间，属钙碱性系列，与FeO~ Na2O＋K2O~MgO图解一致，近一步投Na2O＋K2O~SiO2图解落入亚碱性系列区。在ACF图解上具有I型花岗岩类的特征，且A/CNK在0.82~1.04之间，均＜1.1[8]。SiO2与TiO2、Fe2O3、FeO、MgO、 CaO等呈明显负相关，Na2O、 K2O 及Na2O＋K2O与SiO2呈正相关关系。在R1~R2多阳离子构造环境判别图解中，1、2号样品落入高钾钙碱性花岗岩（碰撞前花岗岩——加里东型深熔花岗岩），其他大部分样品均落入碰撞后隆起的花岗岩（I型花岗岩）区，表明该石英闪长岩形成于陆内挤压造山环境。

（二） 稀土元素和微量元素

黑云母石英闪长岩稀土总量较低，在166.089×10-6~296.838×10-6之间；反映轻重稀土元素分馏程度的（ La/Yb）N值较高，多在11.84~16.89之间，与LREE/HREE值较高（9.10~12.30）是一致的。δEu在0.8~1.0之间，表明铕异常不明显，分异演化不强烈。Y的含量较高，在15.38×10-6~28.777×10-6之间。反映重稀土元素之间分馏程度的（Gd/Yb）N值比较接近，在2.00左右。稀土元素配分曲线呈略向右倾的平滑型。以上特征均显示轻稀土富集，重稀土强烈分馏的特点。与二叠纪纪岛弧岩浆侵入体明显不同[9]。

黑云母石英闪长岩微量元素与维诺格拉多夫中性岩微量元素平均值相比，亲石元素具富Ba、Sr，贫Rb、Nb、Zr的特点。亲铁元素Mo、Ni贫化，亲硫元素Bi、Pb、Zn较富集，Cu贫化，Rb/Sr=0.08~0.10。

五、讨论

上述岩石化学资料表明，武川南黑云母石英闪长岩CaO、Al2O3含量高，其源岩可能为玄武质岩浆分异的产物，稀土总量偏低，（La/Yb）N值高，物质可能来源于深源，属高钾闪长质岩石，δEu在0.8-1.0之间，结合本区地质情况，物质来源很可能源于软流圈的基性岩浆与元古宙地壳物质的混合物，不可能与受到过早期俯冲作用影响的岩石圈富集地幔有关。因二叠纪的华北地台已是一个众所周知的稳定陆壳，没有发现任何有关洋壳残片的岩石记录。经R1~R2多阳离子构造环境判别图解判断，该石英闪长岩形成于碰撞后隆起区，为板内碰撞后挤压造山环境，属I型花岗岩类。同位素年代学表明石兰哈达地区的黑云母石英闪长岩形成时代为282Ma左右，为早二叠世的产物。

该石英闪长岩被单颗粒锆石U~Pb表面年龄276±10Ma的花岗闪长岩（可能过渡为二长花岗岩）侵入，表明早二叠世晚期由于软流圈上涌，导致幔源岩浆底侵于中下地壳，与中下地壳物质部分熔融形成的花岗质岩浆混合形成了该地区花岗闪长岩、二长花岗岩。同时又被晚二叠世二长花岗岩（单颗粒锆石U~Pb表面年龄257Ma）侵入。

早二叠世武川南地区正处于碰撞抬升造山阶段，没有形成可供接受沉积的盆地，因此区内缺乏二叠纪的沉积记录，而在研究区的东西两侧地壳则处于相对下降阶段，形成大小不等的陆内山间盆地。盆地内见有大面积二叠纪的沉积岩出露，在研究区东部的金盆地区见有下二叠统大红山组、苏吉组及上二叠统脑包沟组、老窝铺组陆相碎屑岩~火山岩建造；西部的石拐地区见有下二叠统杂怀沟组、石叶湾组和上二叠统脑包沟组、老窝铺组，均为陆相山间盆地砂泥质沉积，沉积物以紫红色为主，形成于干旱炎热的氧化环境。苏吉组为中酸性陆相火山喷发的产物，可能为早二叠世岩浆活动晚期的产物。

参考文献:

[1] 内蒙古自治区地质矿产局.内蒙古自治区区域地质志[M].北京:地质出版社，1991，415~420.

[2] 张玉清，刘俊杰.内蒙古大青山北前壕石英闪长岩锆石U-Pb年龄及地质意义[J].《华南地质与矿产》，2004，(4):22-27.

[3] 张宗清.同位素年代学方法的应用和限制[A].见:张炳熹，洪大卫，吴宣志.岩石圈研究的现代方法[C].北京：原子能出版到社，1996，186~199.

[4] 涂荫玖，杨晓勇，郑永飞等.皖东南黄片麻岩的锆石U-Pb年龄[J].《岩石学报》，17(1):157－160.

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