2. 沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034
, Pang Xuejiao2, Fu Junyu2
, 2. Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources/ Shenyang Center of Geological Survey, China Geological Survey, Shenyang 110034, China
0 引言
松辽盆地是中国东部最重要的陆上含油气盆地，其演化及成因一直是人们研究的焦点问题之一[1, 2, 3]。松辽盆地油气勘探若要取得进一步的突破，深入研究松辽盆地的演化及成因则显得更加重要。花岗岩研究是探明其演化和成因的重要窗口。根据吉林大学完成的东北地区油气资源战略选区专项研究成果[4]，东北地区显生宙花岗岩可分为6期构造-岩浆事件。其中，早中侏罗世构造-岩浆事件，锆石年龄范围160～200 Ma，中侏罗世花岗岩主要分布在额尔古纳、松辽盆地北部小兴安岭、吉黑东部等地区。松辽盆地西部大兴安岭地区中侏罗世花岗岩研究却鲜少报道，同时，松辽盆地西部大兴安岭地区燕山期花岗岩类研究明显滞后，这不仅制约对松辽盆地的形成、演化及地球动力学背景的认识，且严重制约东北地区区域地质构造岩浆演化规律和找矿突破的部署研究。鉴于此，笔者选择在锡林浩特科尔沁右翼中旗一带中生代构造岩浆岩带上的碱长花岗岩进行研究。经过3年的1∶5万区域地质调查工作，笔者对该碱长花岗岩的岩性、岩相、地球化学、年代学进行了系统的研究，拟探讨碱长花岗岩的岩石成因及地球动力学背景。通过与松辽盆地基底花岗岩最新的研究成果进行对比，进一步揭示岩浆作用的深部作用过程与盆地的演化及成因的联系，为探讨本区在中生代时期的构造-岩浆演化提供新的地球化学资料。 1 地质背景
研究区位于大兴安岭中南部科尔沁右翼中旗地区，属西伯利亚东南缘晚古生代陆缘增生带。研究区西北为贺根山中华力西缝合带，东南部为西乌旗—邙牛海晚华力西缝合带(图 1a)，在两大缝合带之间发育有NEE向展布的锡林浩特—西乌旗—科右中旗晚古生代—早中生代构造岩浆岩带；研究区位于该构造岩浆岩带的东部。该区最显著的特点是大规模分布中生代岩浆岩,尤其是NNE向展布的岩浆岩，与EW—NE向古生代构造岩浆岩构成了现在的地质构造-岩浆格局,并形成了多金属等诸多矿产资源,这引起了地质工作者的广泛关注[6, 7, 8]。
研究区出露的地质体为下寒武统杜尔基组、中生代火山岩及一系列特征不同的侵入岩体(图 1b)。其中：下寒武统杜尔基组为一套砂板岩夹灰岩或大理岩透镜体、含少量火山岩及火山碎屑沉积岩，见疑源类化石、核形石和软舌螺化石[9]；中生代火山岩主要为中—晚侏罗世灰紫色安山质、灰白色流纹质熔岩及碎屑岩，少量早白垩世的致密块状玄武安山岩；出露的花岗岩体有中侏罗世碱长花岗岩、中侏罗世花岗斑岩、晚三叠世花岗岩等；出露的区域性脉岩有石英脉、中性岩脉等。
碱长花岗岩(AγJ2)出露于科尔沁右翼中旗白音温都尔屯北山，呈小岩株状产出，区内出露面积约1.5 km2，多为高山陡峻地貌，岩石风化程度弱(图 2a，b)，多为基岩出露。岩体内脉岩不发育。笔者在新一轮1∶5万数字化地质填图工作中发现，碱长花岗岩侵入晚三叠世似斑状粗中粒二长花岗岩，被中侏罗世花岗斑岩侵入、碱长花岗岩呈浅肉红色，岩石风化面黄褐色，新鲜面灰黄色，具斑状结构、文象结构(图 2c，d)，块状构造。斑晶矿物成分：斜长石，灰白色，半自形板柱状，粒径为0.6～3.0 mm，占5%～10%；钾长石，浅肉红色，半自形宽板状，成分为条纹长石，条纹脉状隐约显示，发育简单双晶，粒径为1.2～3.0 mm，占25%；石英，烟灰色，粒状、部分呈港湾状，占5%。基质矿物成分主要为文象体：由钾长石和石英组成，部分呈扇形集合体，占60%；少量黑云母，细小片状集合体，新鲜黄褐色。
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| 图 2 碱长花岗岩宏观(a、b)和镜下(c、d为钾长石和石英构成的文象结构)特征照片 Fig. 2 Macro photo of the alkali feldspar granite(a，b) and microscopic photo of graphic texture out of potassium feldspar and quartz(c，d) |
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碱长花岗岩化学成分主量元素、稀土元素、微量元素由国土资源部沈阳地质矿产研究所实验室完成。其中，主量元素用XRF等(FeO用化学滴定、烧失量用化学质量分析)测试，稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y采用ICP-Mass测试，微量元素Ba、Rb、Sr 、Zr、Nb、Ni、V、Cr、Co采用XRF测试，微量元素Th、U、Ta、Li采用ICP-Mass测试。分析结果见表 1。
岩石富硅(SiO2质量分数为74.80%～76.34%，平均为75.48%)、富碱(Na2O＋K2O质量分数为7.94%～8.71%，平均为8.29%)且相对富K2O(K2O/Na2O平均为1.5)；贫钙(CaO质量分数为0.10%～0.21%，平均值0.15%)、贫镁(MgO质量分数为0.08%～0.16%，平均值0.13%)，比Yan and Chi[10]定义的中国花岗岩的平均成分(w(CaO)=1.34%；w(MgO) =0.64%)要低得多；Ca是随岩浆演化而流失比较明显的，反映了花岗岩经过较强的结晶分异作用；CIPW标准矿物中普遍出现刚玉，为8.28%～9.90%，平均为9.00%，副矿物特征显示富磁铁矿，条纹碱性长石常见；在w(SiO2)与碱度指数(A.R.)变异图 (图 3) 中，样品均落在碱性岩石区域内，A.R.平均值为3.4；在w(Na2O)-w(K2O)图解(图 4)中，样品均落于A型花岗岩区。
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| 图 3 研究区碱长花岗岩w(SiO2)-A.R.关系图 Fig. 3 w(SiO2)-A.R.diagram of the alkali feldspar granite |
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| 图 4 研究区碱长花岗岩w(Na2O)-w(K2O)关系图 Fig. 4 w(Na2O)-w(K2O) diagram of the alkali feldspar granite |
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岩石w(∑REE)主要为(106.34～242.99)×10-6，相对变化大，平均为168.85×10-6。
由于轻、重稀土的分馏程度较低(LREE/HREE=1.3～2.2,平均1.7)，且发育强烈的负铕异常(δEu=0.09～0.17,平均0.14)，表明岩浆形成过程中发生过斜长石的分异。其稀土配分曲线呈现向右缓倾的海鸥状(图 5)，重稀土曲线水平分布且较富集，可能表明岩浆源区不存在石榴石等重稀土的矿物。
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| 图 5 研究区碱长花岗岩稀土元素配分曲线 Fig. 5 Rare earth element diagram of the alkali feldspar granite |
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在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 6)上，岩石明显富集Rb、Th、K等大离子亲石元素及Zr、Y、Yb元素，而Nb、Ta、Ti等高场强元素和Sr、Ba相对亏损，具有明显的负异常特征。Rb/Sr和Rb/Ba比值分别为4.26～7.81和0.78～1.08，远高于原始地幔(Rb/Sr为0.029、Rb/Ba为0.088)的相应值[11]，反映出岩浆经历了较高程度的分异演化。Nb/Ta值为6.7～12.2，远低于原始地幔和球粒陨石的Nb/Ta(17.5±2.0)值，表明原始岩浆不是主要来源于地幔。
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| 图 6 研究区碱长花岗岩微量元素蜘蛛网图 Fig. 6 Trace element spider diagram of the alkali feldspar granite |
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岩体Sr的质量分数为23.16×10-6～37.14×10-6，平均为29.07×10-6，小于100.00×10-6；Yb质量分数为4.93×10-6～5.35×10-6，平均为5.19×10-6，大于2.00×10-6。此特征属于张旗[12]在研究中酸性岩浆岩(包括w(SiO2)大于56％的中酸性火山岩和侵入岩)时，按Sr和Yb两个非常有地质意义的地球化学指标分类中的非常低Sr高Yb花岗岩类型。 4 锆石U-Pb定年 4.1 样品分选与测试方法
锆石U-Pb定年样品D7075RZ取自科尔沁右翼中旗白音温都尔屯北山碱长花岗岩(GPS坐标：X：361759；Y：4991003)。锆石挑选在河北省区域地质矿产调查研究院实验室完成，锆石阴极发光(CL)图像在中国地质科学院地质研究所完成。挑选代表性的锆石制作样品靶，其制作方法见文献[13]。先进行锆石U-Pb分析前，先进行了透、反射电子像及阴极发光(CL)分析，以确定锆石颗粒的晶体形态、内部结构以及标定测年点。碱长花岗岩所有挑选的锆石样品均具有清晰的内部结构和典型的岩浆震荡环带(图 7)，不具有核-幔结构，无后期变质壳，表明这些锆石是岩浆结晶形成的，应代表岩体侵位的时代。
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| 图 7 锆石阴极发光图像 Fig. 7 Cathodeluminescence(CL) images of zircon |
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D7075RZ锆石的同位素年龄测试由国土资源部天津地质矿产研究所同位素地质年代学中心进行。仪器为Neptune多接收电感耦合等离子体质谱仪和193 nm激光取样系统(LA-MC-ICP-MS)联机，利用193nm FX激光器对锆石进行剥蚀，激光剥蚀的斑束为35 μm，激光剥蚀物质以He为载气送入Neptune，利用动态变焦扩大色散使质量数相差很大的U-Pb同位素可以同时接收，从而进行U-Pb同位素测定。锆石标样采用TEMORA标准锆石。样品的同位素比值和元素质量分数数据采用中国地质大学刘勇胜老师编写的ICPMSDataCal程序计算，加权平均年龄及谐和图的绘制采用Isoplot[14]程序完成。分析结果见表 2。
D7075RZ分选出的锆石皆为自形半自形晶，呈长柱状或柱状，均发育典型的岩浆生长环带，其Th/U值为0.06～1.18，在全部25个点分析中，构成一个相关锆石组，在谐和图上呈密集一簇，其表面年龄206Pb/238U加权平均值为(166±1) Ma。锆石组的平均年龄(166±1) Ma被解释为碱长花岗岩的结晶侵位年龄。定年结果(图 8)表明：采自碱长花岗岩的锆石206Pb/238U加权平均年龄为(166±1) Ma(MSWD=0.15)，上述年龄表明碱长花岗岩形成于中侏罗世。
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| 图 8 研究区碱长花岗岩D7075RZ锆石U-Pb谐和图 Fig. 8 D7075RZ Zircon U-Pb concordia diagram of the alkali feldspar granite |
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碱长花岗岩主量元素显示高硅、高碱、相对富钾，贫钙、贫镁和低钛的特征，其TFeO/MgO值高(平均为16.75)，与A型花岗岩具高铁镁比值的特征吻合[15]。微量元素同样具有A型花岗岩的特征，如较高的Zr、Y和Yb质量分数和较低的Ba、Sr、Eu和Ti质量分数，表明源区残留相有斜长石，指示源区深度较浅，与埃达克岩成鲜明的对比[16]。由于高分异的I、S型花岗岩的诸多特征与A型花岗岩十分相似，因此有必要在化学成分上加以区分。与A型花岗岩比较，高分异的I型花岗岩则具有很低的w(TFeO) (＜1.00%)；本区碱长花岗岩较高的w(TFeO)(平均为2.11%)可区别于高分异的I型花岗岩；高分异的S型花岗岩具有更低的w(Na2O)(均值为0.14%)和更高的w(P2O5) (均值为2.81%)[17]。本区碱长花岗岩较低的w(P2O5)(均值为0.09%)和较高的(Na2O)(均值为3.39%)明显区别于高分异的S型花岗岩。在w(Na2O)-w(K2O)图解(图 4)、(Na2O+K2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)图解(图 9)、TFeO/MgO-w(SiO2)图解(图 10)上均落于A型花岗岩区域。因此，本区碱长花岗岩属于A型花岗岩。
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| FG.分异型I型花岗岩；OTG. I、S、M型花岗岩；A. A型花岗岩。图 9 研究区碱长花岗岩(Na2O+K2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)图解 Fig. 9 (Na2O+K2O)/CaO-w(Zr+Nb+Ce+Y)diagram of the alkali feldspar granite |
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| 图 10 研究区碱长花岗岩TFeO/MgO-w(SiO2)图解 Fig. 10 TFeO/MgO-w(SiO2) diagram of the alkali feldspar granite |
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关于A型花岗岩的成因主要有以下4种观点：1)熔出含水长英质岩浆之后的富F、Cl麻粒岩相下地壳的低程度部分熔融[18, 19]；2)幔源岩浆与深熔形成的壳源岩浆的混合与交代作用[20, 21]；3)地幔碱性岩浆的分离结晶作用[22, 23]；4)低压下钙碱性岩石的部分熔融[24]。实验岩石学研究表明，下地壳麻粒岩物质发生部分熔融后形成富铝贫碱、富镁贫钛的耐熔下地壳，这种残余下地壳物质的部分熔融不可能生成A型花岗质岩浆[25]。野外观察碱长花岗岩并不发育镁铁质包体,因此幔源岩浆与地壳熔体的混合成因可能也不是其主要形成机制。本区晶洞碱长花岗岩未见碱性暗色矿物，具有铝质A型花岗岩的岩相学特征[26]，强烈亏损的Sr和明显的负Eu异常以及平坦的HREE分布特征(图 5)暗示岩浆形成于富集斜长石且无石榴石残留的浅部低压地区(p<109Pa)[27]。从微量元素特征分析，碱长花岗岩Rb/Sr值为4.26~7.81(平均值6.12)、Rb/Nb值为10.2~14.7(平均值12.7)都高于全球上地壳的平均值(0.32和4.5)[28],暗示其岩浆源区主要为壳源岩浆。在(La/Yb)N-δEu图解上，样品均落在壳源型花岗岩区域内(图 11)。
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| 图 11 研究区碱长花岗岩(La/Yb)N-δEu图解 Fig. 11 (La/Yb)N-δEu diagram of the alkali feldspar granite |
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由上述分析推测,低压下长英质地壳物质的部分熔融，很可能是本区A型花岗岩的重要形成机制。 5.2 构造环境及动力学意义
A型花岗岩是近年来花岗岩研究的热点话题，A型花岗岩原先是指出现于非造山环境下的、碱性和无水特征的花岗质岩石[29]，后来发现A型花岗岩也可以出现在造山后环境[30, 31, 32]。Eby[31]根据地球化学特征将A型花岗岩分为非造山环境的A1型和造山后环境的A2型花岗岩。洪大卫等[33]将A型花岗岩分为AA和PA两类，相当于A1型和A2型。张旗等[16]分析数百个A型花岗岩地球化学资料认为，A1型花岗岩具有非常明显的负铕异常，δEu通常＜0.1，而A2型花岗岩的δEu为0.1～0.8，变化很大。本区碱长花岗岩在Pearce等[34]定义的w(Rb)-w(Yb+Ta)、w(Rb)-w(Y+Nb)、w(Ta)-w(Yb)、w(Nb)-w(Y)构造判别图解(图 12)中,均落于板内花岗岩区。在R2-R1图解(图 13)上全部落入造山后A型花岗岩区域；在Nb-Y-Ce三角图解(图 14)、Ce/Nb-Y/Nb、Ce/Nb-Yb/Ta图解(图 15)中均落到A2型花岗岩区域内，反映其形成于造山后的伸展环境，代表着碰撞造山作用的结束。
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| WPG.板内花岗岩；syn-COLG.同碰撞花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；ORG.洋脊花岗岩。 图 12 碱长花岗岩w(Rb)-w(Yb+Ta)、w(Rb)-w(Y+Nb)、w(Ta)-w(Yb)、w(Nb)-w(Y)构造判别图解 Fig. 12 w(Rb)-w(Yb+Ta),w(Rb)-w(Y+Nb),w(Ta)-w(Yb),w(Nb)-w(Y) tectonic discrimination diagrams of the alkali feldspar granite |
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| ①地幔斜长花岗岩；②破坏性活动板块边缘(板块碰撞前)花岗岩；③板块碰撞后隆起期花岗岩；④晚造期花岗岩；⑤非造山区A型花岗岩；⑥同碰撞(S型)花岗岩；⑦造山期后A型花岗岩。 图 13 研究区碱长花岗岩类R2-R1因子构造环境判别图解 Fig. 13 Granitoids tectonic discrimination diagram of the alkali feldspar granite |
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| 图 14 研究区碱长花岗岩Nb-Y-Ce图解 Fig. 14 Nb-Y-Ce diagram of the alkali feldspar granite |
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| 图 15 研究区碱长花岗岩Ce/Nb-Y/Nb、Ce/Nb-Yb/Ta判别图解 Fig. 15 Ce/Nb-Y/Nb、Ce/Nb-Yb/Ta tectonic discrimination diagrams of the alkali feldspar granite< |
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位于松辽盆地西科尔沁右翼中旗地区碱长花岗岩形成于(166±1) Ma，这与葛文春等[34]在大兴安岭乌兰浩特地区的中生代花岗岩浆活动的早—中侏罗世花岗岩岩浆侵位结晶年龄相一致，代表此次岩浆活动的晚期阶段。中侏罗世岩浆事件不仅在张广才岭,华北克拉通东部以及延边地区也是广泛存在的[36]，且与松辽盆地基底中侏罗世岩浆事件相吻合。在松辽盆地北部，吴福元等[2]认为基底花岗岩形成于晚古生代(305 Ma)和晚中生代(165 Ma)，且基本无古老锆石残留，表明松辽盆地不存在大规模前寒武纪结晶基底。在松辽盆地南部，高福红等[37]认为基底花岗质岩石所显示的岩浆活动包括：晚泥盆世岩浆活动(361 Ma)、早石炭世岩浆活动(319 Ma)、中三叠世岩浆活动(236 Ma)和中侏罗世(164 Ma)岩浆活动。中侏罗世岩浆在松辽盆地演化过程中占有重要地位，构成了松辽盆地基底花岗岩的主体，同时暗示了松辽盆地是在中生代中侏罗世造山作用之后伸展的构造环境下形成的陆内盆地。 6 结论
1)科尔沁右翼中旗地区碱长花岗岩的LA-ICP-MS高精度锆石U-Pb定年显示，其锆石年龄为(166±1) Ma，表明该岩体岩浆侵位结晶年龄为中侏罗世。2)科尔沁右翼中旗地区碱长花岗岩主量元素显示高硅、高碱、相对富钾，贫钙、贫镁和低钛、高TFeO/MgO的特征，微量元素上较高的Zr、Y、Yb质量分数和较低的Ba、Sr、Eu、Ti质量分数，显示A型花岗岩的地球化学特征。岩石具有高的Rb/Sr和Rb/Nb值，显示其形成于低压下长英质地壳的部分熔融作用。3)科尔沁右翼中旗地区碱长花岗岩(造山后A2型花岗岩)是中侏罗世造山后伸展背景下的产物，暗示中侏罗世岩浆在松辽盆地演化过程中占有重要地位，构成了松辽盆地基底花岗岩的主体，同时表明了松辽盆地是在中生代中侏罗世造山作用之后伸展的构造环境下形成的陆内盆地。
成文过程中承蒙李之彤、郭胜哲等悉心指导并提出了宝贵的建议,在此表示衷心的感谢。
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