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    内蒙古赤峰金厂沟梁地区花岗岩类年代学、地球化学与Hf同位素特征

    杨帆 庞雪娇 吴猛 刘淼 陈井胜 李斌

    杨帆, 庞雪娇, 吴猛, 刘淼, 陈井胜, 李斌, 2019. 内蒙古赤峰金厂沟梁地区花岗岩类年代学、地球化学与Hf同位素特征. 地球科学, 44(10): 3209-3222. doi: 10.3799/dqkx.2019.204
    引用本文: 杨帆, 庞雪娇, 吴猛, 刘淼, 陈井胜, 李斌, 2019. 内蒙古赤峰金厂沟梁地区花岗岩类年代学、地球化学与Hf同位素特征. 地球科学, 44(10): 3209-3222. doi: 10.3799/dqkx.2019.204
    Yang Fan, Pang Xuejiao, Wu Meng, Liu Miao, Chen Jingsheng, Li Bin, 2019. Geochronology, Geochemistry and Hf Isotopic Compositions of Granitoids in Jinchanggouliang Area, Chifeng, Inner Mongolia. Earth Science, 44(10): 3209-3222. doi: 10.3799/dqkx.2019.204
    Citation: Yang Fan, Pang Xuejiao, Wu Meng, Liu Miao, Chen Jingsheng, Li Bin, 2019. Geochronology, Geochemistry and Hf Isotopic Compositions of Granitoids in Jinchanggouliang Area, Chifeng, Inner Mongolia. Earth Science, 44(10): 3209-3222. doi: 10.3799/dqkx.2019.204

    内蒙古赤峰金厂沟梁地区花岗岩类年代学、地球化学与Hf同位素特征

    doi: 10.3799/dqkx.2019.204
    基金项目: 

    国家重点研发专项 2017YFC0601306

    中国地质调查局项目 DD20190042-04

    详细信息
      作者简介:

      杨帆(1987—), 男, 博士研究生, 主要从事矿产地质研究

      通讯作者: 吴猛(1974—), 高级工程师
    • 中图分类号: P581

    Geochronology, Geochemistry and Hf Isotopic Compositions of Granitoids in Jinchanggouliang Area, Chifeng, Inner Mongolia

    • 摘要: 内蒙古赤峰金厂沟梁地区出露的中生代花岗岩类对确定华北克拉通北缘中段中生代构造格局和演化具有重要意义.对西台子岩体、金厂沟梁岩体、小西沟岩体及西对面沟岩体进行了锆石U-Pb(LA-ICP-MS)年龄测定、地球化学分析及Hf同位素测定.西台子岩体及金厂沟梁岩体锆石U-Pb测年结果分别为220.5±2.1 Ma和225.5±1.7 Ma,为晚三叠世,两个岩体具有右倾的球粒陨石标准化配分曲线,均为弱的正Eu异常,锆石εHft)的变化范围分别为-8.0~-3.0和-5.7~-2.3;小西沟岩体的锆石U-Pb测年结果为162.5±1.6 Ma,为晚侏罗世,(La/Yb)N比值为0.14~0.51,其稀土元素球粒陨石标准化图谱显示稍向左倾的"V"字型,弱的负Eu异常,锆石εHft)为-7.3~-4.4;西对面沟岩体锆石U-Pb测年结果为128.2±1.1 Ma,为晚白垩世,具有右倾的球粒陨石标准化配分曲线,弱的正Eu异常,锆石εHft)为-11.4~-10.4.西台子及金厂沟梁岩体为I型花岗岩,小西沟岩体为A1型花岗岩,西对面沟岩体为C型埃达克质岩石,其源区均为华北克拉通下地壳物质的部分熔融;西台子岩体、金厂沟梁岩体可能形成于古亚洲洋闭合后地壳伸展的动力学背景之下,小西沟岩体形成于蒙古-鄂霍茨克海闭合后的伸展构造背景,西对面沟岩体形成于地壳减薄过程中局部加厚的构造背景之下.
    • 图 1  金厂沟梁地区地质简图

      Figure 1.  Sketch geological map of the Jinchanggouliang area

      段培新等(2014)修改

      图 2  金厂沟梁花岗岩类显微岩相学特征(正交偏光)

      Figure 2.  Characteristic photomicographs of granitoids from Jinchanggouliang(orthogonal polarization)

      a.西台子二长花岗岩;b.金厂沟梁二长花岗岩;c.小西沟正长花岗岩;d.西对面沟石英二长岩. Qtz.石英;Kfs.钾长石;Pl.斜长石;Bt.黑云母;Hbl.角闪石;Spn.榍石

      图 3  典型锆石CL图像

      Figure 3.  CL images of typical zircons

      a.西台子岩体;b.金厂沟梁岩体;c.小西沟岩体;d.西对面沟岩体

      图 4  锆石U-Pb年龄谐和曲线图

      Figure 4.  U-Pb concordia diagrams of zircons

      a.西台子岩体;b.金厂沟梁岩体;c.小西沟岩体;d.西对面沟岩体

      图 5  金厂沟梁花岗岩类SiO2-(Na2O+K2O)图解(a); SiO2-K2O图解(b); Na2O-K2O图解(c);A/CNK-A/NK图解(d)

      Figure 5.  Plots of total alkali versus SiO2 (TAS) (a), SiO2 versus K2O (b), Na2O versus K2O(c) and A/CNK versus A/NK (d)

      图a据Irvine and Baragar(1971); 图b据Pecerillo and Taylor(1976); 图d据Maniar and Piccoli(1989)

      图 6  金厂沟梁花岗岩类球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)

      Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for granitoids in Jinchanggouliang

      图a据Boynton(1984); 图b据Sun and McDonough(1989)

      图 7  金厂沟梁地区花岗岩成因类型判别图解

      Figure 7.  Genitic type discrimination diagrams for granites in Jinchanggouliang area

      A, I, S, M分别代表A型, I型, S型, M型花岗岩;A1.大陆板内/裂谷环境; A2.造山后环境;底图a, b据Whalen et al.(1987);底图c据Chappell and White(1992);底图d, e据Eby(1992)

      图 8  金厂沟梁地区花岗岩类锆石εHf(t)-t图解

      Figure 8.  Diagrams of zircon εHf(t)-t of granitoids in Jinchanggouliang area

      图 9  赤峰地区花岗岩类构造环境判别图解

      Figure 9.  Discrimination diagram for tectonic settings from Chifeng granitoids

      Pearce et al.(1984)

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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-08-15
    • 刊出日期:  2019-10-01

    内蒙古赤峰金厂沟梁地区花岗岩类年代学、地球化学与Hf同位素特征

      通讯作者: 吴猛, hdckqb@sina.com
      作者简介: 杨帆(1987—), 男, 博士研究生, 主要从事矿产地质研究
    • 1. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁沈阳 110034
    • 2. 吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061
    • 3. 黑龙江省地质矿产测试应用研究所, 黑龙江哈尔滨 150036
    基金项目:  国家重点研发专项 2017YFC0601306中国地质调查局项目 DD20190042-04

    摘要: 内蒙古赤峰金厂沟梁地区出露的中生代花岗岩类对确定华北克拉通北缘中段中生代构造格局和演化具有重要意义.对西台子岩体、金厂沟梁岩体、小西沟岩体及西对面沟岩体进行了锆石U-Pb(LA-ICP-MS)年龄测定、地球化学分析及Hf同位素测定.西台子岩体及金厂沟梁岩体锆石U-Pb测年结果分别为220.5±2.1 Ma和225.5±1.7 Ma,为晚三叠世,两个岩体具有右倾的球粒陨石标准化配分曲线,均为弱的正Eu异常,锆石εHft)的变化范围分别为-8.0~-3.0和-5.7~-2.3;小西沟岩体的锆石U-Pb测年结果为162.5±1.6 Ma,为晚侏罗世,(La/Yb)N比值为0.14~0.51,其稀土元素球粒陨石标准化图谱显示稍向左倾的"V"字型,弱的负Eu异常,锆石εHft)为-7.3~-4.4;西对面沟岩体锆石U-Pb测年结果为128.2±1.1 Ma,为晚白垩世,具有右倾的球粒陨石标准化配分曲线,弱的正Eu异常,锆石εHft)为-11.4~-10.4.西台子及金厂沟梁岩体为I型花岗岩,小西沟岩体为A1型花岗岩,西对面沟岩体为C型埃达克质岩石,其源区均为华北克拉通下地壳物质的部分熔融;西台子岩体、金厂沟梁岩体可能形成于古亚洲洋闭合后地壳伸展的动力学背景之下,小西沟岩体形成于蒙古-鄂霍茨克海闭合后的伸展构造背景,西对面沟岩体形成于地壳减薄过程中局部加厚的构造背景之下.

    English Abstract

      • 华北克拉通北缘朝阳-赤峰地区中生代花岗岩类是中国东部岩浆带的重要组成部分,并与本区中生代大规模内生成矿作用关系密切,长期以来一直受到众多研究者的关注(刘红涛等,2002苗来成等,2003陈军强等,2005付乐兵等,2010段培新等,2014熊乐等,2017).金厂沟梁位于内蒙古赤峰敖汉旗与辽宁西部朝阳市的交界处,大地构造位置处于华北克拉通北缘中段,区内发育众多花岗岩类侵入体,且其中一些花岗岩与金矿床表现出明显的时空关系,前人曾对区内花岗岩类的成岩时代进行过约束,王建平等(1992)采用K-Ar法测得对面沟岩体年龄为121.5~125.5 Ma;苗来成等(2003)通过SHRIMP U-Pb法测得西台子岩体和娄上岩体的年龄分别为218±4 Ma和161±1 Ma;候万荣(2011)等采用LA-ICP-MS U-Pb法测得对面沟岩体的年龄为138.7~142.6 Ma;段培新等(2014)通过LA-ICP-MS U-Pb法测得金厂沟梁岩体及西台子岩体的年龄分别为249.9±1.4 Ma和216.7±1.8 Ma,但对岩石成因以及源区性质未能很好地限制,笔者通过对研究区花岗质岩石进行岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素测定,探讨不同时代花岗质岩体的源区性质、成因以及动力学背景.

      • 金厂沟梁北侧为近东西走向的赤峰-开源深大断裂,东南侧为北东走向的承德-北票断裂,西侧则是铁匠营-四官营断裂(图 1a).区内出露的地层主要为上太古界建平群,由黑云片麻岩夹斜长角闪岩、麻粒岩、磁铁石英岩扁豆体组成,是一套富含铁镁质的海底喷发基性火山岩、碎屑岩夹硅铁质岩石,经多次变质作用而形成的.晚侏罗世火山岩分布广泛,岩性复杂,由一套英安质、流纹质熔岩、凝灰岩、火山角砾岩组成.研究区内花岗岩类侵入体较为发育,它们侵入于上太古界建平群内,主要有西台子岩体、金厂沟梁岩体、西对面沟岩体、娄上岩体、小西沟等岩体(图 1b).本文在结合前人对研究区内花岗岩类研究认识的基础上,对西台子岩体、金厂沟梁岩体、小西沟岩体以及对面沟岩体等4个岩体(图 1)进行了详细的野外地质调查和样品采集.各岩体的地质特征、岩石学特征分述如下.

        图  1  金厂沟梁地区地质简图

        Figure 1.  Sketch geological map of the Jinchanggouliang area

        (1)西台子岩体:呈岩基产出于研究区西南部,是区内规模最大的岩体,侵入于上太古界建平群,被上侏罗统火山岩覆盖,主体岩性为中粗粒二长花岗岩,岩石的新鲜面呈浅灰褐色-浅灰色,风化面呈灰黄色,岩石具二长结构,块状构造.岩石主要矿物为钾长石(35%~40%)、石英(20%~25%)、斜长石(25%~30%),次要矿物为黑云母(8%~10%),黑云母发生不同程度的绿泥石化(图 2a).

        图  2  金厂沟梁花岗岩类显微岩相学特征(正交偏光)

        Figure 2.  Characteristic photomicographs of granitoids from Jinchanggouliang(orthogonal polarization)

        (2)金厂沟梁岩体:呈岩基产出于研究区中西部,侵入到上太古界建平群,岩性为中细粒二长花岗岩.岩石的新鲜面为浅灰褐色,风化面为黄褐色,花岗结构,块状构造.岩石主要矿物组成为斜长石(30%~35%)、微斜长石(30%~35%)、石英(26%~30%)、黑云母(3%~4%)(图 2b).

        (3)小西沟岩体:呈岩株状侵入到金厂沟梁岩体中,岩性主要为粗粒文象正长花岗岩.岩石新鲜面为浅灰褐色,新鲜面为土黄色,粗粒花岗结构,文象结构,块状构造.岩石主要矿物组成为为钾长石(55%~60%)、斜长石(10%~15%)、石英(25%~30%),副矿物为锆石、榍石、磁铁矿(图 2c).

        (4)西对面沟岩体:呈岩株状侵入于西台子岩基、金厂沟梁岩体和上太古界建平群中,岩石主体岩性为细粒石英二长岩.岩石新鲜面为浅灰白色,风化面为浅黄褐色,半自形粒状结构,块状构造.岩石主要矿物为斜长石(40%~45%)、钾长石(10%~15%)、石英(20%~25%),次要矿物为角闪石(10%~15%),黑云母(5%~6%);副矿物为磁铁矿、锆石、磷灰石(图 2d).

      • 本文选择了西台子中粗粒二长花岗岩(41°56'08''N, 120°19'50''E)、金厂沟梁中细粒二长花岗岩(41°57'55''N, 120°16'54''E)、小西沟粗粒文象正长花岗岩(41°57'25''N, 120°16'43''E)、西对面沟细粒石英二长岩(41°56'50''N, 120°19'04''E)进行了锆石U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析,同时对16件新鲜样品进行了全岩主、微量元素分析.

      • 锆石U-Pb同位素定年在国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室完成,激光剥蚀系统为GeoLasPro 193 nm激光系统,质谱为高分辨电感耦合等离子体质谱仪ELEMENT2,实验采用高纯He作为剥蚀物质的载气,激光波长193 nm、束斑直径32 μm、脉冲频率6 Hz、激光能量为6 J/cm2,测试前先采用NIST610标准调谐仪器至最佳状态,使得139La、232Th信号达到最强,并使氧化物产率232Th16O/232Th < 0.3%.实验采用锆石标样GJ-1作为外标进行U-Pb同位素分馏效应和质量歧视的校正计算,Plěsovice锆石标样作为监控盲样来监视测试过程的稳定性;测试时每5个样品点插一组标样.每个样品激光取样过程包括20 s的背景采集时间、50 s的剥蚀取样时间和10 s的样品池冲洗时间.对分析数据的离线处理采用软件ICPMSDataCal(Ludwig,2003),分析结果见附表1.

      • 将采集的样品粉碎成200目粉末后,主量元素分析采用Axios Max X-荧光光谱仪,其中,FeO采用50 mL滴定管滴定;样品先按照1:5的比例放入Li2B4O7溶液中,在1 050~1 250℃温度下熔化,然后将熔化样品制成玻璃薄片进行分析,分析精度估计1%(SiO2)和2%(其他氧化物);微量元素和稀土元素的分析在X-serise 2等离子质谱仪上完成;将50 mg全岩粉末(200目)置于Teflon烧瓶中分别用HNO3和HF溶解2 d后加入HClO4进一步溶解.蒸干后用5%的HNO3溶液将样品稀释到50 mL,最后做微量元素分析,分析过程中同时测定两个GBW系列标样:一个标样校正Li,Ba,V,Cr,Co,Ni,Cu,Zn,Ga,Rb,Sr,Cs,Ba,Pb,Th,U,Sc,Y及稀土元素;另一个标样校正W,Mo,Nb,Ta,Zr和Hf等元素,分析误差 < 5%.主量元素、微量元素和稀土元素的测定在国土资源部沈阳地质调查中心检测分析中心完成,分析结果见附表2.

      • 金厂沟梁地区侵入岩的锆石Hf同位素原位组成分析在天津地质矿产研究所完成,测试仪器为Neptune多接收器电感耦合等离子体质谱仪和氟化氩准分子激光剥蚀系统联机,激光束斑直径为50 μm.分析过程中标准锆石GJ-1的176Hf/177Hf值为0.282 000±0.000 040.运用实验中测得的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf比值来计算初始176Hf/177Hf比值.176Lu的半衰期采用1.865×1011 a1Scherer, 2001).具体分析测试流程详见丁帅等(2017), Geng et al.(2017)Yu et al.(2019).计算εHf(t)值时采用的(176Hf/177Hf)DM和(176Lu/177Hf)DM比值分别为0.283 25和0.038 4(Griffin et al., 2000).Hf模式年龄的计算见Amelin et al. (2000), Griffin et al. (2000)Nowell et al. (1998).

      • 对采自西台子地区的二长花岗岩样品中的23粒锆石进行了U-Pb同位素测年(附表1),锆石晶型较好,以长柱状为主,长宽比在2:1~3:1之间,粒径约85~160 μm,发育典型的岩浆振荡环带结构(图 3a),全部分析点的Th含量为224.42×10-6~670.35×10-6,U含量为382.18×10-6~685.23×10-6,Th/U比值为0.49~1.14,具有岩浆锆石的特征.8颗独立锆石的年龄介于247~351 Ma,为继承锆石,剩余15颗锆石给出了谐和的206Pb/238U和207Pb/235U年龄,15个点的206Pb/238U年龄加权平均值为220.5±2.1 Ma(图 4a),代表该组岩浆锆石的结晶年龄,即该二长花岗岩的成岩年龄(图 4a).

        图  3  典型锆石CL图像

        Figure 3.  CL images of typical zircons

        图  4  锆石U-Pb年龄谐和曲线图

        Figure 4.  U-Pb concordia diagrams of zircons

        金厂沟梁二长花岗岩中的锆石多为无色透明,多为长柱状,自形到半自形,粒径在90~140 μm之间,其内部发育较为清晰的岩浆振荡生长环带(图 3b).全部分析点的Th含量为151.27×10-6~766.91×10-6,U含量为227.15×10-6~1231.47×10-6,Th/U比值为0.41~0.79,具有岩浆锆石的特征.样品共分析了12颗锆石,均给出了谐和的206Pb/238U和207Pb/235U年龄,12个点的206Pb/238U年龄加权平均值为225.5±1.7 Ma(图 4b).

        小西沟正长花岗岩中的锆石多呈浑圆状、椭球状,粒径介于80~140 μm,长宽比为1:1~2:1,其内部发育明显的岩浆振荡生长环带(图 3c).全部分析点的Th含量为5.06×10-6~52.71×10-6,U含量为5.72×10-6~31.46×10-6,Th/U比值为0.85~1.84,具有典型岩浆锆石的属性.测得25粒锆石的206Pb/238U年龄介于(158±3)~(167±4) Ma,其加权平均值为162.5±1.6 Ma(图 4c).

        西对面沟石英二长岩中的锆石多为无色透明,多为自形-半自形柱状,少量呈椭球状,长宽比在1:1~4:1之间,粒径在100~240 μm之间,其内部发育较弱的面状分带,绝大部分阴极发光强度较强(图 3d).全部分析点的Th含量为24.05×10-6~936.39×10-6,U含量为71.32×10-6~444.30×10-6,Th/U比值为0.34~3.03,具有岩浆锆石的特征.样品共分析了22颗锆石,锆石的206Pb/238U年龄介于(123±3)~(133±3) Ma,其加权平均值为128.2±1.1 Ma(图 4d).

      • 西台子二长花岗岩及金厂沟梁二长花岗岩具有相似的地球化学性质,SiO2含量介于68.19%~71.27%(附表2),Al2O3含量介于14.36%~16.02%,MgO含量介于0.18%~0.81%,K2O含量介于4.48%~4.98%,Na2O含量介于3.64%~4.73%,K2O/Na2O比值介于0.98~1.34,在TAS图解上,投点均主要落入花岗岩范围(图 5a),在SiO2-K2O图解上,投点部分落入钾玄岩系列,部分落入高钾钙碱性系列(图 5b),在Na2O-K2O图解上,投点均落入钾质范围内(图 5c),在A/CNK-A/NK图解上,投点均落入过铝质范围内(图 5d).稀土含量介于116.93×10-6~175.55×10-6,LREE/HREE比值介于15.05~19.38,(La/Yb)N比值介于22.07~32.15,具有右倾的球粒陨石标准化配分曲线(图 6a),具有弱的正Eu异常(δEu=1.09~1.64).在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图 6b),西台子岩体样品亏损Ba、Nb、Sr、P、Ti等元素,富集Rb、Th、Sm等元素,金厂沟梁岩体样品亏损Ba、Nb、P、Ti等元素,富集Rb、U、Th、Zr等元素.

        图  5  金厂沟梁花岗岩类SiO2-(Na2O+K2O)图解(a); SiO2-K2O图解(b); Na2O-K2O图解(c);A/CNK-A/NK图解(d)

        Figure 5.  Plots of total alkali versus SiO2 (TAS) (a), SiO2 versus K2O (b), Na2O versus K2O(c) and A/CNK versus A/NK (d)

        图  6  金厂沟梁花岗岩类球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagram (b) for granitoids in Jinchanggouliang

        小西沟正长花岗岩SiO2含量为75.28%~79.85%,Al2O3含量为11.41%~13.57%,MgO含量为0.20%~0.29%,K2O含量为3.27%~6.96%,Na2O含量为2.34%~2.92%,K2O/Na2O比值为1.58~2.82,在TAS图解上,投点均落入花岗岩范围(图 5a),在SiO2-K2O图解上,投点部分落入钾玄岩系列、部分落入高钾钙碱性系列、部分落入钙碱性系列(图 5b),在Na2O-K2O图解上,投点部分落入钾质范围内、部分落入高钾质系列(图 5c),在A/CNK-A/NK图解上,投点均落入过铝质范围内(图 5d).小西沟正长花岗岩稀土含量为26.30×10-6~97.08×10-6,LREE/HREE比值为0.36~0.86,(La/Yb)N比值为0.14~0.51,其球粒陨石标准化配分曲线显示稍向左倾的“V”字型(图 6a),具有弱的负Eu异常(δEu=0.37~0.93).在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图 6b),样品亏损Ba、La、Nd、Ti等元素,富集Rb、U、Th、Y、Yb等元素.

        西对面沟石英二长岩SiO2含量为63.20%~63.90%,Al2O3含量为16.38%~16.57%,MgO含量为1.89%~1.97%,K2O含量为4.22%~4.30%,Na2O含量为4.24%~4.47%,K2O/Na2O比值为0.96~1.01.在TAS图解上投点均落在石英二长岩范围(图 5a),在SiO2-K2O图解上,投点落入钾玄岩系列(图 5b),在Na2O-K2O图解上,投点均落入钾质范围内(图 5c),在A/CNK-A/NK图解上,投点均落入准铝质范围内(图 5d).西对面沟石英二长岩稀土含量为154.29×10-6~164.54×10-6,LREE/HREE比值为15.58~16.42,(La/Yb)N比值为26.28~27.41,具有右倾的球粒陨石标准化配分曲线(图 6a),具有弱的Eu正异常(δEu=1.13~1.68).在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图 6b),样品亏损Nb、Hf、Ti等元素,富集Ba、Sr、Sm等元素.

      • 在锆石LA-ICP-MS U-Pb定年的基础上,对金厂沟梁地区花岗岩类进行了锆石微区Lu-Hf同位素分析,结果列于附表3.

        西台子二长花岗岩9个点的锆石176Lu/177Hf比值介于0.000 931~0.003 63,176Hf/177Hf比值介于0.282 416~0.282 567,单阶段Hf模式年龄(TDM1)为1 020~1 195 Ma,两阶段Hf模式年龄(TDM2)为1 950~2 399 Ma,εHf(t)变化于-8.0~-3.0.

        金厂沟梁二长花岗岩9个点的锆石176Lu/177Hf比值介于0.000 762~0.001 557,176Hf/177Hf比值介于0.282 476~0.282 573,单阶段Hf模式年龄(TDM1)为976~1 105 Ma,两阶段Hf模式年龄(TDM2)为1 898~2 196 Ma,εHf(t)变化在-5.7~-2.3.

        小西沟正长花岗岩9个点的锆石176Lu/177Hf比值介于0.001 131~0.002 104,176Hf/177Hf比值介于0.282 467~0.282 555,单阶段Hf模式年龄(TDM1)为1 018~1 135 Ma,两阶段Hf模式年龄(TDM2)为2 038~2 314 Ma,εHf(t)变化在-7.4~-4.4.

        西对面沟石英二长岩9个点的锆石176Lu/177Hf比值介于0.000 786~0.001 760,176Hf/177Hf比值介于0.282 374~0.282 401,单阶段Hf模式年龄(TDM1)为1 201~1 267 Ma,两阶段Hf模式年龄(TDM2)为2 562~2 649 Ma,εHf(t)变化在-11.4~-10.4.

      • 本次研究采用LA-ICP-MS方法分别获得金厂沟梁地区西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩、小西沟正长花岗岩以及西对面沟石英二长岩的锆石U-Pb年龄分别为220.5±2.1 Ma、225.5±1.7 Ma、162.5±1.6 Ma和128.2±1.1 Ma.可见金厂沟梁地区存在晚三叠世、中晚侏罗世以及早白垩世多期中酸性侵入岩浆作用.

        结合本文及前人研究成果,研究区多期岩浆活动并非孤立的岩浆事件,在赤峰地区也广泛发育晚三叠世、中晚侏罗世以及早白垩世中酸性侵入岩浆活动的记录.其中晚三叠世岩体包括八家子岩体的二长花岗岩(232 Ma,陈井胜,2018)、江沟山二长花岗岩(234 Ma,宋维民等,2010)和爱林沟岩体斑状二长花岗岩(230 Ma,227 Ma,张金英,2013);中晚侏罗世岩体包括朝阳沟片麻状花岗岩(150 Ma,王彦斌等,2010);早白垩世岩体包括莫里海沟闪长岩(127 Ma,王彦斌等,2010)、阿贵浑德伦花岗岩(130 Ma,徐巧等,2017)和安家营子花岗岩(132 Ma,李永刚等,2003).上述数据进一步表明,赤峰地区晚三叠世、中晚侏罗世以及早白垩世中酸性侵入岩浆作用集中于220~232 Ma、150~162 Ma和128~132 Ma.

      • 西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩的10 000 Ga/Al分别为2.20~2.48、2.11~2.29,大部分低于A型花岗岩的下限;FeOT/MgO较小,分别为2.00~2.52、1.41~1.78;Al2O3较高,分别为14.36%~16.02%、15.47%~15.95%,有别于A型花岗岩显著富铁贫铝的特征;K2O的含量分别为4.48%~4.98%、4.60%~4.76%,均大于1.1%,可以排除M型花岗岩的范围;在Ce-10 000 Ga/Al、(K2O+Na2O)-10 000 Ga/Al图解(图 7a, 7b)中,大部分样品均落在I型、S型和M型花岗岩区或I型与A型过渡区域.磷灰石在I型和S型花岗岩浆中的不同行为被成功用于分区I型和S型花岗岩(Chappell,1999Wu, 2003).在准铝质-弱过铝质I型花岗岩中,磷灰石的溶解度很低,并在岩浆分异过程中随SiO2的增加而降低;而在过铝质S型花岗岩中,磷灰石溶解度变化趋势正与此相反.西台子岩体、金厂沟梁岩体为准铝质-弱过铝质(大部分A/CNK < 1.1),并且SiO2与P2O5具有显著的负相关关系(图 8c, 8f),与I型花岗岩演化趋势一致.与此同时,两个岩体相对富集轻稀土元素且LREE/HREE比值分别介于16.72~19.38和15.05~15.91,轻重稀土分异明显,具有强烈的正Eu异常,相对富集大离子亲石元素Rb、Th、U、K和高场强Zr等元素,相对亏损Ba、P、Ti等元素,同样具有I型花岗岩的特征.结合岩石薄片中未见S型花岗岩的标志矿物(如堇青石、白云母),但可见角闪石等矿物,认为西台子岩体、金厂沟梁岩体属于I型花岗岩.

        图  7  金厂沟梁地区花岗岩成因类型判别图解

        Figure 7.  Genitic type discrimination diagrams for granites in Jinchanggouliang area

        图  8  金厂沟梁地区花岗岩类锆石εHf(t)-t图解

        Figure 8.  Diagrams of zircon εHf(t)-t of granitoids in Jinchanggouliang area

        小西沟正长花岗岩主量元素以高硅(SiO2=75.28%~79.85%)、富碱(K2O=3.27%~6.96%,Na2O=2.34%~2.92%,)、低铝(Al2O3=11.41%~13.57%)为特征;具有弱的Eu负异常;富集Rb、U、Th、Y等元素,明显亏损Ba、Ti、Sr等元素,10 000 Ga/Al介于3.05~3.36,均大于2.6,上述岩石地球化学特点表明其属于A型花岗岩(Eby,1992Whalen et al., 1987张旗,2013),同时在一系列判别图解(图 7a~7b7d~7e)中也得到了印证,显示A1型花岗岩的特征.

        西对面沟石英二长岩具有高SiO2(63.20%~63.90%,≥56%)、高Al2O3(16.38%~16.57%,≥15%)、高K2O(4.22%~4.30%, > 3.9%)、高Sr(909×10-6~963×10-6, > 400×10-6)、高Sr/Y比值(84.64~88.65, > 20~40),具有较低的Y(10.38×10-6~11.34×10-6, < 18×10-6)和Yb(1.00×10-6~1.10×10-6, < 1.9×10-6)含量,并且具有富集轻稀土元素、亏损重稀土元素等特征,具有C型埃达克质岩石的特征(图 7f),在判别图解(图 7g7h)中,所有数据点落在加厚下地壳相关的埃达克岩与拆沉下地壳相关的埃达克岩交界部位,由于研究区并未广泛发育同时期基性岩石,且石英二长岩中暗色包体不发育,认为西对面沟石英二长岩为与加厚下地壳相关的埃达克质岩石.

        西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩、小西沟正长花岗岩以及西对面沟石英二长岩中锆石εHf(t)变化范围分别为-8.0~-3.0、-5.7~-2.3、-7.3~-4.4、-11.4~-10.4,两阶段Hf同位素模式年龄(TDM2)变化范围分别在1 950~2 399 Ma、1 898~2 196 Ma、2 028~2 314 Ma及2 562~2 649 Ma,具有古元古代-新太古代的两阶段Hf同位素模式年龄(1.9~2.7 Ga).其中西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩具有相近的εHf(t)值及两阶段模式年龄,暗示两者具有相同的岩浆来源.锆石Hf两阶段模式年龄可反映其源区物质从亏损地幔被抽取的地壳平均存留年龄,也就是地壳生长的时间(Nebel et al., 2007).在εHf(t)-t图解(图 8)上,锆石Hf同位素均分布于亏损地幔演化线之下,位于元古宙地壳演化范围内,说明岩浆源于古老地壳物质的再熔融.此外,西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩、小西沟正长花岗岩与西对面沟石英二长岩相比,εHf(t)值明显偏高一些,Hf同位素模式年龄也年轻一些,表明有更多新生物质的参与.显然,岩性、形成时代不尽相同的4个样品的εHf(t)值主要为负值,这一现象揭示了其源区可能主要与古老地壳物质的再循环有关,锆石Hf同位素数据显示其时代为古元古代-新太古代(1.9~2.7 Ga),表明他们可能主要来源于华北克拉通古老地壳物质的部分熔融.

      • 研究区地处华北克拉通北缘,自古生代以来是一个至少经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克海构造域演化等地质事件叠加的复合构造区.在古亚洲洋演化阶段,华北板块和西伯利亚板块在晚古生代已经发生碰撞,因此华北克拉通北缘在印支期是一种晚造山或造山后的构造环境(苗来成,2003).本次研究的西台子二长花岗岩以及金厂沟梁二长花岗岩均具有后碰撞花岗岩的特点(图 9).赤峰地区八家子二长花岗岩(232 Ma),江沟山二长花岗岩(234 Ma,宋维民等,2010),爱林沟二长花岗岩(230 Ma,227 Ma,张金英,2013),金厂沟梁地区中酸性脉岩(228 Ma,付乐兵等,2010)的地球化学特征同样显示为造山晚期和造山后花岗岩岩石组合(陈井胜,2018).除此之外,华北板块北缘晚三叠世岩浆活动强烈,内蒙古中东部地区的高钾钙碱性花岗岩形成时代处于235~222 Ma(Yang et al., 2012Zhang et al., 2014);华北板块北缘东部吉林-延边地区花岗岩形成时代处于235~224 Ma(Jiang et al., 2007Zhang et al., 2012刘锦等,2016),晚三叠世碱性杂岩带沿华北板块北缘分布呈带状近东西向分布,侵位时间处于233~216 Ma(刘锦等,2016).因此,上述印支期花岗岩可能就是在这种造山后的拉张环境下地壳物质的部分熔融形成的.华北板块北缘晚三叠世火成岩岩石组合具有“双峰式火山岩”岩石组合及碱性杂岩的特征,类似于上述造山后拉张环境的岩石组合(陈井胜,2018).从空间分布情况来看,晚三叠世火成岩多呈带状近东西向分布于华北板块北缘与兴蒙造山带接触位置(Wu et al., 2004),显示其应该与古亚洲闭合后的伸展作用有关.研究区大面积的三叠世-早侏罗世花岗岩的侵入同样是西伯利亚与华北板块碰撞后地壳伸展的记录.

        图  9  赤峰地区花岗岩类构造环境判别图解

        Figure 9.  Discrimination diagram for tectonic settings from Chifeng granitoids

        中侏罗世蒙古-鄂霍茨克海闭合进入陆内造山阶段,西伯利亚板块的持续南向运动导致了自北向南的地壳增厚,在冀北-辽西地区海房沟组之下存在一个区域性的自北向南的逆冲断裂,时间约为170 Ma左右(Zhang et al., 2011),表明中侏罗世陆壳加厚事件的存在(赵越等,2004李宇等,2015).地壳增厚使岩石圈或下地壳拆沉进而诱发了华北克拉通伸展减薄与破坏(高山等,2009),中侏罗世-晚侏罗世期间的岩浆活动即发育在伸展构造背景之下(王彦斌等,2010Qiu and Deng, 2017; Qiu et al., 2019),小西沟正长花岗岩(162.5 Ma)即为该时期岩浆活动的产物.早白垩世研究区处于中国东部岩石圈在伸展体制下大规模的减薄背景之下,岩石圈的减薄在145~120 Ma达到最大程度(Yang et al., 2019),地壳在减薄过程中由于渐进性和区域不均衡性,会导致局部地段的地壳加厚,西对面沟石英闪长岩(128.2 Ma)即产出在此背景下.

      • (1)金厂沟梁地区西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩、小西沟正长花岗岩以及西对面沟石英二长岩的锆石U-Pb年龄分别为220.5±2.1 Ma、225.5±1.7 Ma、162.5±1.6 Ma和128.2±1.1 Ma.

        (2)岩石地球化学及锆石Hf同位素特征表明,西台子二长花岗岩、金厂沟梁二长花岗岩具有I型花岗岩的特征,小西沟正长花岗岩具有A1型花岗岩的特征,西对面沟石英二长岩具有C型埃达克质岩石的特征,其源区均可能来源于华北克拉通古老地壳物质的部分熔融.

        (3)西台子岩体、金厂沟梁岩体形成于古亚洲洋闭合后地壳伸展的动力学背景之下,小西沟岩体形成于蒙古-鄂霍茨克海闭合后的伸展构造背景之下,西对面沟岩体形成于地壳减薄过程中局部加厚的构造背景之下.

        附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).

    参考文献 (68)

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