内蒙古准噶尔干县乌力吉花岗岩成因分析

内蒙古准噶尔干县乌力吉花岗岩成因分析

中亚造山带是国际造山带的研究热点之一。中亚造山带的形成与古代亚洲及其大陆边缘的发育密切相关，目前还存在较大的争议。一些科学家认为，早古生代的亚洲水域已经关闭[1.3]。一些科学家认为，这是早石居齐-早石炭系[4.10]，而其他科学家则认为，这是早中三叠纪的提议[11.17]。阿拉森带位于内蒙古西部中亚造山带的中部，是华北板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块及其大陆边缘的结合。古生代的构造高度复杂，构造单元的所有权也有争议。阿拉森地区南部分布着三条主要的蛇绿岩带和断裂带：查干亚-鲁蛇绿岩带、恩格尔乌苏蛇绿岩带和雅干断裂带。其中，恩格尔乌苏蛇绿带是华北板块与塔里木板块之间的过渡线[11,18,19,20,21,22,23]。然而，由于恩格尔乌苏岩带和查干亚-鲁蛇绿岩带的正确时间，其代表的海洋壳的最终封闭时间也有争议。沙山构造带位于恩格尔武苏蛇绿带和查干亚-鲁蛇绿带之间。带的花岗岩东西长200公里，暴露面积超过3000公里。其形成的构造环境显然与古代亚洲南部陆地边缘的发育密切相关，因此确定其形成的结构环境和年龄，对于研究阿拉森的生土构造带的起源和起源，对于确定古亚洲的关闭时间、河流湖泊建立的环境、沙山构造带的发展以及东西构造带的比较都非常重要。乌丽吉花岗岩体是沙山构造带的代表岩石。通过离子断裂带u-pb固定年份和地球化学分析，对该岩体的形成时间、成始机和构造意义进行了探讨，为研究乌力吉地区的构造发育提供了新的证据。1研究区地质背景阿拉善北缘(图1(a))从北向南以雅干断裂带、恩格尔乌苏蛇绿岩带以及查干础鲁蛇绿岩带分成了雅干隆起、珠斯楞早古生代被动陆缘、拐子湖晚古生代洋盆、宗乃山-沙拉扎山岛弧、乌力吉弧后盆地及雅布赖-巴音诺尔公古陆块,在阿拉善地块北缘构成了完整的晚古生代沟弧盆体系.宗乃山-沙拉扎山为这一体系中的成熟弧,类似于今天的日本岛弧.查干础鲁蛇绿岩带被认为则是晚古生代残留的弧后盆地闭合所形成,恩格尔乌苏蛇绿岩带所代表的洋壳为主洋盆的位置.阿拉善地块北缘岀露有各个时期的岩浆岩,其中绝大部分为花岗岩.尽管前人对本区花岗岩类进行了大量研究,积累了丰富的资料[11,18,26,27,28,29,30,31],但具有精确定年的花岗岩体却很少,目前在阿拉善地区未见有二叠-三叠纪的花岗岩精确定年报道,制约了该区古生代的构造演化研究.沙拉扎山构造带出露的古生代地层主要为阿木山组,原定为上石炭统的阿木山组在研究区内分布零碎,但各岩性段出露齐全,其下部为浅海相中酸性火山碎屑岩、长石砂岩、板岩为代表的火山岩-碎屑岩建造,中部为浅海相碳酸盐建造,上部则为砾岩及长石石英砂岩为代表的粗碎屑岩建造.据近来研究[32~35],原定为上石炭统的阿木山组的上岩段,即粗碎屑岩岩段应为下二叠统紫松阶地层.从查干础鲁剖面(图1(c),2)可以看出,阿木山组出现典型的砂岩-含砾砂岩-砾岩磨拉石建造,表明查干础鲁所代表的弧后盆地在早二叠世已经闭合.乌力吉花岗岩(图1(b))位于内蒙古阿拉善左旗乌力吉以北8km处,构成沙拉扎山的主体.该岩体呈岩基产出,岀露面积约达1500km2,侵入于上石炭统-下二叠统阿木山组,白垩纪地层不整合覆盖其上,未见与其他时代地层的接触关系.岩体相带不发育,以中粒结构的过渡相为主,岩体的两侧发育有细粒结构的花岗岩及混染岩等少量边缘相.边缘相主要岩石类型为黑云斜长花岗岩、混染花岗闪长岩,过渡相岩石以二长花岗岩为主.本文研究的乌力吉花岗岩岩性主要为黑云母二长花岗岩、含角闪石黑云母二长花岗岩、二长花岗岩,均为块状构造,未变形.主要矿物组成为石英(25%~45%),碱性长石(20%~35%)以条纹长石为主(少量钾长石),斜长石(20%~45%),暗色矿物(3%~15%)以黑云母为主,部分含角闪石;副矿物有榍石、锆石、磷灰石及磁铁矿.2实验数据处理用常规的重液和磁选技术分选出W08-30样品中的锆石,将包裹体少、无明显裂隙且晶形完好的锆石颗粒和标准锆石TEMORA一起粘贴在环氧树脂表面制成样品靶,然后对其抛光直至锆石露出一半晶面,在光学显微镜下对待测锆石进行透射光和反射光显微拍照,并在扫描电镜下进行锆石阴极发光(CL)拍摄,以揭示其内部结构、帮助选定最佳的待测锆石部位,样品靶在真空下镀金以备分析.锆石U-Pb年龄采用中国科学院地质与地球物理研究所离子探针中心CamecaIMS-1280-SIMS仪器测定,详细分析流程和原理见Li等.锆石标样与锆石样品以1:3比例交替测定.U-Th-Pb同位素比值用标准锆石TEMORA(417Ma)校正获得,U含量采用标准锆石91500(81×10-6)校正获得,以长期监测标准样品获得的标准偏差(1SD=1.5%)和单点测试内部精度共同传递得到样品单点误差.普通Pb校正采用实测204Pb值.由于测得的普通Pb含量非常低,假定普通Pb主要来源于制样过程中带入的表面Pb污染,以现代地壳的平均Pb同位素组成作为普通Pb组成进行校正.数据处理采用Isoplot3.0程序,结果列于表1,其中同位素比值及年龄误差均为1σ.本次实验共选取15个锆石,共有15个测点(图3).锆石7和9的核部可见明显的残留锆石,锆石7所测部位为边部的震荡环带,锆石9所测部位选在核部.除锆石7和9外,其余13颗锆石都是透明的、柱状的,晶形较好,发育良好的岩浆型韵律环带结构,为典型的岩浆成因锆石,打点位置边部和核部均有分布,测试过程中未发现较老的锆石颗粒或核部的残留锆石.分析结果见表1.15个测点的Th/U比值均较高,在0.41~1.20之间,平均为0.73,具有典型的岩浆锆石的特征.从锆石的晶形、结构特征以及较高的Th/U比值可以判断除锆石7和9外,其他锆石均为岩浆成因,而锆石7边部的震荡环带也为岩浆成因.对所获年龄的谐和度(100×207Pb/235U年龄/206Pb/238U年龄)在93.3~103.5,均属于谐和年龄.除去锆石9残留锆石核所测得的一个较老年龄数据((288.6±4.3)Ma)外,其他14颗锆石的测年结果集中在(247.1±3.7)~(257.4±3.9)Ma之间,这14个数据均为谐和年龄,且分布集中,故以它们的加权平均年龄作为岩体的结晶年龄.206Pb/238U加权平均年龄为(250.8±2.0)Ma,MSWD=0.81(图4).而(288.6±4.3)Ma的年龄数据可能是岩浆运移过程中捕获的锆石,或是岩浆源区残留的锆石.3地球化学特征3.1样品的亚碱性分析乌力吉花岗岩体的主量元素分析结果列于表2.SiO2%含量在68.83%~74.44%;Al2O3含量在13.14%~15.10%,A/NCK=0.82~1.02,在铝饱和指数判别图解上落在偏铝质-过铝质区域(图5);Na2O+K2O含量高,平均8.51%,大部分富钠,部分富钾(Na2O=4.16%~6.69%,K2O=2.67%~5.22%);NK/A=0.70~0.94.在(Na2O+K2O)-SiO2图解(图6)上,样品均落入亚碱性系列区域;在K2O-SiO2图解(图7)上,样品均落入了高钾-中钾钙碱性区域;样品的里特曼指数σ(σ=(Na2O+K2O)2/(SiO2-43))为2.02~3.18,为钙碱性花岗岩;另外,P2O5(0.010%~0.13%),TiO2(0.09%~0.63%),TFe2O3(0.28%~3.14%),CaO(0.56%~3.06%),MgO(0.01%~2.10%)含量变化均较大.在Harker图解上(图8),随SiO2含量增加,Al2O3,CaO,TO2,TFe2O3和MgO含量均下降,K2O+Na2O则无明显的趋势.从主量元素的特征看,乌力吉花岗岩具有钙碱系列岩石的属性.3.2微量元素和微量元素特征乌力吉花岗岩体的稀土元素总量相对较低,为56.7~100.8ppm,在球粒陨石标准化分配模式图上(图9),富集轻稀土元素(LREE),重稀土元素(HREE)分馏不明显且相对亏损,具有相对较低的(La/Yb)N比值(3.64~12.90),Eu具有弱负异常,δEu=0.27~1.00,与其他样品相比,W08-29的Eu负异常更加明显,由于该样品的SiO2含量较高,缺少钙长石,可能是局部因素的影响造成的.在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图10),显示了同源演化的特征,Nb,Ta,Ti,P,Sr和Ba亏损,Rb,Th和K具有明显的正异常.在花岗岩Sr-Yb类型判别图解上投入低Sr低Y区(图略).在Pearce图解(图11)上,样品大部分落入了火山弧花岗岩范围.从稀土和微量元素的特征看,乌力吉花岗岩也具有火山弧的特点.4构建促进企业生长的主要物流资金来源Sr和Nd同位素组成及Sm,Nd,Rb和Sr含量在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室完成,测量仪器为德国Finnigan公司MAT-262型热电离质谱计,分析流程已有文献叙述.测试时采用的标样测定结果及误差为:Sr同位素国际标样NBS-987测定值87Sr/86Sr=0.710274±11(2σ);Nd同位素标样JMC的测定值143Nd/144Nd=0.512096±12(2σ).用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219进行Sr和Nd同位素质量歧视校正.Rb-Sr和Sm-Nd的全流程本底分别为100~300和50~100pg.测试结果列于表3.由表3可以看出,W08-29和W08-30的(87Sr/86Sr)i明显的小于亏损地幔的87Sr/86Sr比值0.7023,这对花岗岩来说显然是不可接受的,因此本文将不讨论Sr同位素特征.乌力吉花岗岩的fSm/Nd在-0.2~-0.6之间,说明其模式年龄是有效的.εNd(t)对侵入年龄图解上(图11),乌力吉花岗岩落入球粒陨石与早、中元古代地壳之间的范围,反映源区有壳幔的混合.在εNd(t)对Nd亏损地幔模式年龄图解上(图12),乌力吉花岗岩投入了230~300Ma的中亚造山带其他地区的花岗岩的区域内,其εNd(t)接近于0,又说明了地幔组分含量相对较高.5后碰撞阶段25-20.2.0前岩组岩石学特征乌力吉花岗岩的地球化学特征明显的具有火山弧的性质,但其SiO2含量明显较高,平均已经大于70%,Al2O3的含量大部分大于14%,且A/NCK值说明岩体为偏-过铝质;Eu的弱负异常可能与斜长石在源区的残余有关,Nb元素亏损反映花岗岩源岩为大陆壳性质,张旗等认为具有低Sr低Yb型花岗岩可能是在中等压力下形成的;在R1-R2图解(图13)中,多数样品投在造山晚期;微量元素大洋中脊标准化图解中与典型的后碰撞花岗岩对比,显示了与后碰撞花岗岩更加类似的趋势(图14),也说明乌力吉花岗岩可能并不是火山弧花岗岩,而是具有火山弧地球化学特征的后碰撞花岗岩.根据研究区原石炭系阿木山组的沉积建造分析,中、下岩段为火山岩-碎屑岩-碳酸盐岩建造,反映了火山弧及弧后盆地沉积组合的基本特征,这与乌力吉岩体具有火山弧特征是相吻合的.这一结果表明,以恩格尔乌苏为代表的古亚洲洋晚石炭世的向南俯冲在阿拉善地块北缘形成了沟弧盆体系.由查干础鲁剖面(图2)可以看出,阿木山组上岩段由粉砂质页岩-砂岩-含砾砂岩-砾岩组成,为一套陆相磨拉石建造,根据最新的国际地层划分标准,现已划归下二叠统,表明该区弧后盆地在早二叠世已经闭合,即宗乃山-沙拉扎山岛弧在早二叠世已经和雅布赖-巴音诺尔公古陆块拼合在一起,结束了弧后盆地的演化,成为具有岛弧特征的新增生陆壳.从乌力吉花岗岩与阿木山组的侵入接触关系可以知道岩体的形成时代晚于早二叠世,由于缺少精确的年龄,前人认为宗乃山-沙拉扎山为形成于海西期或海西晚期的岛弧花岗岩.但本文获得的乌力吉花岗岩离子探针锆石U-Pb年龄为(250.8±2.0)Ma,即形成于二叠纪末至三叠纪初.对于恩格尔乌苏蛇绿岩带所代表的洋壳最终闭合时间,王廷印等认为在晚二叠世末期或稍晚,吴泰然等认为是在二叠纪之后,晚三叠世之前.如果乌力吉岩体是火山弧花岗岩,则说明研究区在二叠纪末期仍为岛弧环境,恩格尔乌苏蛇绿岩所代表的洋盆尚未闭合闭合,沟弧盆体系及相应的建造组合也应存在,但这与查干础鲁剖面的观测结果不相符合.显然在二叠纪末期沙拉扎山构造带仍为岛弧环境的证据不足.更多的证据显示乌力吉花岗岩为后碰撞花岗岩,其具有的火山弧花岗岩性质是因为源区之前经历过岛弧的演化阶段,εNd(t)值同时也指示了源区有幔源物质的加入.结合区域地质资料可以认为,晚石炭世阿拉善地块北缘确实存在有沟弧盆体系,恩格尔乌苏蛇绿岩所代表的洋盆和查干础鲁蛇绿岩所代表的弧后盆地在早二叠世已经闭合,(250.8±2.0)Ma已经进入了后碰撞演化阶段.研究表明,晚石炭世到三叠纪,华北板块北缘普遍发生了幔源物质的底侵作用[66,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84],这与乌力吉岩体形成的地质背景是相一致的.由于宗乃山-沙拉扎山岛弧带中未获得代表岛弧花岗岩的样品,其时代尚难确定.根据查干础鲁蛇绿岩带研究的初步结果(由于机时限制,仅获得3个数据),辉长岩的锆石U-Pb年龄为362Ma.根据蒙古的研究结果,恩格尔乌苏古洋北