东乌旗宾巴勒查干侵入岩中花岗岩锆石shrimpu-pb年代学研究

东乌旗宾巴勒查干侵入岩中花岗岩锆石shrimpu-pb年代学研究

在内蒙古东乌旗的宾巴勒查干区域，出露面积为184km2。在编制《内蒙古区域地质志》时，根据1.20万区域地质调查结果，宁巴查干岩体被称为滨河查干体，进行了相带的划分，并进行了简单的地球化学研究。根据区域地质比较和围岩接触关系，将其划分为印支时期。此外,一些学者对与该岩体有关的阿尔哈达铅锌银矿进行了研究,但前人并没有对岩体进行高精度年代学,也没有做岩石地球化学的深入研究。随着内蒙古中部及南部越来越多的印支期侵入岩被报道,该期花岗岩所代表的构造背景引起了学者们的广泛重视,而位于这些印支期侵入岩北部的南蒙古-兴蒙造山带尚缺少早中生代花岗岩类的年代学及地球化学资料。因此,对宾巴勒查干岩体进行锆石U-Pb年代学及地球化学研究不仅能填补前人研究的空白,还能为区域大地构造研究提供依据。近年来,作者等在该区的1/50000区域地质调查工作中,将宾巴勒查干岩体重新解体为粗中粒二长花岗岩、粗中粒正长花岗岩、细粒似斑状正长花岗岩和中细粒似斑状正长花岗岩等四个填图单位,并且新获得了一批同位素及地球化学数据。本文旨在报道其中的粗中粒正长花岗岩的侵位时代、岩石地球化学特征,并探讨其地质意义。1粗中粒正长火山岩研究区大地构造位置处于古亚洲域和滨太平洋域叠加部位,为南蒙古-兴蒙造山带的一部分。该区发育有大量的古生代及中生代侵入岩,是研究两大构造域演化的重点区域。宾巴勒查干粗中粒正长花岗岩呈北东东向岩株状产出,出露面积约55km2(图1)。岩体与围岩的主要接触关系有:其南部侵入泥盆系地层中,内部见有侏罗系火山岩不整合覆盖于其上,两侧被同时代稍晚就位的细粒似斑状正长花岗岩、中细粒似斑状正长花岗岩及后期的侏罗纪花岗岩侵入,北部与粗中粒二长花岗岩为渐变过渡接触。本区出露的泥盆系为安格尔音乌拉组,是由细碎屑岩组成的类复理石建造,侏罗系为满克头鄂博组陆相火山碎屑岩沉积。此外,岩体周边还出露有白垩系地层及石炭纪-二叠纪侵入岩,此二者未与岩体接触,故不作赘述。粗中粒正长花岗岩风化面为浅灰-浅肉红色,新鲜面为肉红、砖红色,节理构造及球形风化发育,多见蘑菇石、羊背石等风化岩貌。岩体中发育有暗色闪长质包体,包体呈浑圆状,大小不等,部分长轴2~3cm,部分为6~8cm,长短轴比例为1/2~1/3。粗中粒正长花岗岩具粗中粒花岗结构,矿物粒度一般在2~5mm之间,粗粒者多为钾长石,粒度可达5~10mm。主要矿物有钾长石(55%~60%)、斜长石(10%~20%)、石英(25%~30%),其中,长石多呈半自形板、柱状,石英为他形粒状。暗色矿物为黑云母,含量不足1%。局部见有极少量的次生白云母。2shrimp锆u-pb研究2.1锆石的数字化制备野外采集粗中粒正长花岗岩新鲜的同位素样品1件,样品编号为3634-1。锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成,室内首先用水清洗样品、粉碎至200目,经用水粗淘、强磁分选、电磁分选和酒精细淘之后,再用实体显微镜手工挑选锆石。锆石制靶及透射光、反射光、阴极发光图像的拍摄均在中国地质科学研究院北京离子探针中心完成。测年在中国地质科学研究院北京离子探针中心采用离子探针质谱法(SHRIMP)完成,定年方法见Williams等(1998),标准锆石SL13(U=238×10-6)用于校正U含量,TEM(t=417Ma)用于校正年龄,TEM和待测样之比为1/3~1/4。2.2锆石u-th-pb/400m的年龄值阴极发光照相显示锆石结构均一,呈自形-半自形双锥柱状或柱状,长宽比为2/1~3/1,具明显的条带状环带(图2)。所测锆石的U含量介于49×10-6~811×10-6,Th含量介于40×10-6~456×10-6之间,锆石的w(Th)/w(U)比值较高,在0.57~1.30之间(表1),锆石具有岩浆成因特征。本次实验对样品中的锆石进行了14个点的测定,测点打在震荡环带发育的部位,测定的年龄值均落在协和线上或附近,测定结果在213~227Ma之间(图3,表1),其206Pb/238U加权平均值(Mean)为220.4±2.5Ma(MSWD=0.83)。因为这些锆石均为岩浆锆石,所以该年龄(220.4±2.5Ma)可以代表粗中粒正长花岗岩的成岩年龄。3岩体碱度率其特征本次选取岩石化学全分析样品共7件,由河北省区域地质矿产调查研究所实验室测试,主量元素及Zr用AxiosmaxX射线荧光光谱仪测试,按GB/T14506.28-2010标准执行,精度优于2%~3%;LOI用P1245电子分析天平测定,按DZG20-1标准执行;稀土元素及微量元素用XSerise2等离子体质谱仪(ICP-MS)测试,按GB/T14506.30-2010标准执行,当元素含量>10×10-6时,其精度优于5%,当元素含量<10×10-6时,其精度优于10%。测试结果见表2。粗中粒正长花岗岩的常量元素显示其高硅(SiO2为75.70%~78.27%)、高碱(K2O+Na2O=7.58%~9.52%)、富铝(Al2O3为11.82%~13.37%),低CaO(0.21%~0.58%)、Fe(FeO为0.07%~0.19%;Fe2O3为0.06%~0.63%)、MnO(0.01%~0.15%)、MgO(0.06%~0.16%)、P2O5(0.01%~0.06%)。经过计算得出,岩体的K2O/Na2O为1.23~1.41,富钾;A/CNK为1.01~1.14(根据Shand的定义,A/CNK>1的岩石为过铝质,转引自邓晋福等)。利用图解对岩体的碱性进行了判断,在碱度率图解(图5)上均落于碱性花岗岩区,在w(SiO2)-w(K2O)图解(图6)上则多落在高钾钙碱性系列区。粗中粒正长花岗岩的稀土总量在80.12×10-6~234.25×10-6之间,球粒陨石标准化的稀土元素配分图(图7a)具明显的负Eu异常,σEu范围在0.24~0.49之间,表明在部分熔融过程中源区有斜长石残留或结晶分异过程中有斜长石结晶;岩体的轻稀土元素相对富集,可能是由于岩浆上升侵位过程中有壳源物质的加入,也可能是早先富轻稀土的地壳岩石重熔所致,抑或是壳幔交代作用影响的结果;其重稀土呈现出微弱的负斜率,这通常用源区有石榴石残留或结晶分异过程中有石榴石结晶来解释。在Pearce的洋中脊花岗岩标准化的微量元素蛛网图上(图7b),粗中粒正长花岗岩的Ba呈明显的负异常,K2O、Rb、Th相对富集,其余不相容元素相对亏损,且Y、Yb均低于洋脊花岗岩标准化值。岩体的微量元素特征介于典型的岛弧花岗岩(以Nb、Ta、Zr、Hf相对亏损为特征)与以萨巴洛卡侵入岩为代表的板内花岗岩(具Ba负异常,Rb、Th含量大于Nb、Ta,Ce、Sm比相邻元素富集)之间,可能形成于后造山背景下。4岩石学和构造环境Barbarin根据铝饱和指数将花岗岩类划分为了过铝(A/CNK>1)、钙碱性(A/CNK<1,A>NK)和碱性(A<NK)三类,宾巴勒查干粗中粒正长花岗岩A/CNK在1.01~1.14之间,为过铝的花岗岩类。但从矿物组成来看,粗中粒正长花岗岩主要由钾长石、斜长石、石英和黑云母组成,含有少量次生白云母,矿物组成与Barbarin的富钾钙碱性花岗岩类(KCG)一致,较高的铝值应与次生白云母有关。根据Barbarin的研究,KCG指示的是一种构造体制的转换,可以产生在将碰撞事件的主峰期分开的张弛阶段,也可产生在由挤压到拉张体制的转换过程中。Maniar&Piccoli提出用5个图解来区分花岗岩类的构造环境,粗中粒正长花岗岩在这5个图解中的位置大多处于POG(后造山花岗岩)中(图8a-e)。较为一致的是,岩体在Rb-(Y+Nb)构造环境判别图解上(图8f)落在后造山花岗岩区。宾巴勒查干粗中粒正长花岗岩的稀土元素特征介于典型的钙碱性花岗岩(轻稀土富集的右倾曲线,Eu负异常不明显;这也是岛弧型岩石的特征)和典型的碱性花岗岩(海鸥型曲线,Eu负异常明显)之间,微量元素特征介于岛弧花岗岩与板内花岗岩之间,结合Barbarin的花岗岩分类及上述的构造环境判别图解,该岩体应为后造山松弛阶段的产物。东乌旗位于二连-贺根山蛇绿岩带以北,发育有大量的古生代花岗岩,是古亚洲洋演化研究的热点区域。关于古亚洲洋的闭合时限,即中朝和西伯利亚板块的最终拼合的时限,一些学者认为是在晚泥盆世,但越来越多的证据表明,中朝和西伯利亚板块之间的碰撞发生于晚二叠世-早三叠世,李锦轶等甚至认为这一碰撞可能延至中三叠世:石玉若等(2004)、Chen等(2000)在苏左旗附近识别出两类花岗岩,其中,弧花岗岩具两期,时代分别为490Ma和310Ma,与碰撞有关的花岗岩年龄为230~250Ma,由此将古亚洲洋闭合的时限限定在310~230Ma之间;陶继雄等认为满都拉地区的岩浆岩记录了俯冲作用,岩石的时代285±11Ma、280.4±1.1Ma代表了该区在二叠纪早期仍然存在大洋活动;李锦轶等对林西双井子一带的二云母花岗岩进行了锆石SHRIMPU-Pb测年,得到了229.2±4.1Ma和237.5±2.7Ma的同位素年龄,认为该同碰撞花岗岩的年龄限定了古亚洲洋关闭的时限。由此,可将古亚洲洋的闭合时限进一步限定于280~230Ma之间。对兴蒙造山带晚三叠世正长花岗岩的研究表明,该期岩体多形成于碰撞后的环境下,如:王廷印等认为阿拉善地区228Ma左右的花岗岩是后造山期岩浆作用的产物;陶继雄等认为白云鄂博地区时代为207~227Ma的花岗岩形成于碰撞后背景下;石玉若等(2007)认为苏左旗地区年龄为222±4Ma的A型花岗岩类与中亚造山带碰撞造山后的岩石圈伸展作用有关。本文报道的粗中粒正长花岗岩锆石SHRIMPU-Pb年龄为220.4±2.5Ma,其岩石地球化学特征显示该岩体形成于后造山构造背景下,这与区域上的研究相吻合,其时代及地球化学特征研究为区域研究提供了新的佐证。5印支期和微量元素特征(1)内蒙古东乌旗宾巴勒查干一带粗中粒正长花岗岩锆石具岩浆锆石特征,本次实验获得2