摘 要：内蒙古东部扎兰屯西南固里河花岗岩主要由过碱质的钾长花岗岩和碱长花岗岩组成。LA-ICP-MS锆石UP-Pb定年显示，固里河花岗岩形成于131.9-135.3Ma的早白垩世。岩石地球化学研究表明：高硅，富碱，贫CaO、MgO，属过铝质（铝质）高钾钙碱性系列岩石；稀土元素总量较低，轻稀土元素分馏较强，富集Rb、K元素。钾长花岗岩，Eu弱负异常（δEu=0.69～0.82），87Sr/86Sr为0.711212，Sr初始比值（ISr）为0.7027，具有壳慢混源的I型花岗岩特征。碱长花岗岩，Eu明显负异常（δEu=0.22～0.75），贫Ba、Sr、Nb，显示壳源A型花岗岩特征。固里河花岗岩是伸展环境下，造山晚期和造山期后地壳底侵作用形成的。

关键词：早白垩世；地球化学；岩石成因；伸展环境；内蒙古；固里河

中图分类号：P619.22+2 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）30-0001-07

引言

西伯利亚板块东南缘兴蒙造山带中东部广泛发育的晚中生代花岗岩，对中生代环太平洋构造岩浆活动及演化过程的研究起到重要作用，逐步受到广大地质学者的关注①②[1-13]。二十世纪前学者们对这一地区中生代岩浆岩的研究较少，进入二十一世纪，随着地质工作的深入，学者们对较有规模的晚中生代造山期或造山后侵入岩的研究增多，而对于那些呈岩珠状产出的规模较小的侵入岩研究甚少，其认识也有所不同 [6]，1：20万报告将其划为侏罗世岩浆活动的产物。鉴于此，笔者选择扎兰屯～多宝山一带，中生代构造岩浆带上北东端的固里河东部呈小岩珠状产出的花岗岩进行较为深入和系统的研究。为研究区域中生代晚期构造-岩浆活动提供新的地质资料。

1 地质背景

研究区位于西伯利亚板块东南缘兴蒙造山带的东部，贺根山构造结合带北测，属大兴安岭中生代火山岩带东部扎兰屯-多宝山岩浆岩带中北段，南与锡林浩特-西乌旗晚古生代-中生代火山岩带接壤，东临松辽断陷盆地（图1）。区内岩石地层揭示了三个构造演化阶段（图1）：早古生代构造演化阶段，主要岩石地层有中上奥陶统多宝山组、裸河组变中酸性火山岩夹少量碎屑岩、变质粉砂岩、粉砂质板岩等；晚古生代构造演化阶段，主要岩石地层有上泥盆统大民山组、上二叠统林西组泥砂质板岩、变砂岩、 砂砾岩夹结晶灰岩透镜体及少量变流纹岩，侵入岩主要为早二叠世碱长花岗岩；中生代滨太平洋构造演化阶段，主要岩石地层有中晚侏罗统中酸性的灰紫色安山质、灰白色流纹质熔岩及碎屑岩，少量下白垩统流纹岩、流纹质角砾熔岩，侵入岩主要有中侏罗世石英二长闪长岩、碱长花岗岩，晚侏罗世石英闪长岩、二长花岗岩，早白垩世花岗岩、碱性花岗岩。

2 岩石学特征

固里河花岗岩主要为钾长花岗岩和碱长花岗岩，出露于扎兰屯西南部的固里河林场东部的一道沟、孤山子和雅克山一带。其中钾长花岗岩分布于雅克山附近，碱长花岗岩分布于一道沟、孤山子附近，总面积约14.76km2。岩体均呈小岩株状产出，其中孤山子附近的碱长花岗岩体为不规则的小岩株状，且延北东向断裂呈串珠状分布。笔者于野外地质调查时发现，雅克山钾长花岗岩内有早白垩世白音高老组火山岩捕虏体，亦有北北东、近南北向展布的脉状碱长花岗岩侵入体，碱长花崗岩的部分岩体内也发育少许中性脉岩。

岩石学特征：钾长花岗岩呈浅肉红色，中细花岗粒结构或似斑状结构，块状构造，主要矿物有钾长石（55～60%）半自形板状，斜长石（10～20%）半自形板状，石英（20%）他形粒状，黑云母少量。碱长花岗岩呈肉红色，中细粒花岗结构，块状构造，主要矿物有钾长石（65～70%）半自形板状，斜长石（5～10%）半自形板状，石英（20～23%）他形粒状，黑云母少量，黄褐色细小片状集合体。

3 岩石地球化学特征

3.1 样品处理与测试分析

测试样品采集于较新鲜的岩石，避开了蚀变和矿化较强的部位。其中采集钾长花岗岩样品3件，碱长花岗岩样品6件。岩石样品的处理及化学成分的主量元素、微量元素、稀土元素分析均由国土资源部沈阳地质矿产研究所实验室完成。首先将样品进行粗碎，然后研磨至200目以下。主量元素采用玻璃熔片法（XRF）测定，FeO用化学滴定，烧失量用化学质量分析，分析精度优于2%～5%。微量元素Rb、Ba、Sr、Nb、Zr、Ni、V、Cr、Co采用玻璃熔片法（XRF）测定，微量元素La、Th、Ce、Sm、Tb、Y、Yb和稀土元素采用等离子体质谱仪（ICP-Mass）测试完成，分析精度和准确度一般优于5%～10%，分析结果见表1、2。

3.2 主量元素特征

从表1中可以看出，钾长花岗岩体以富SiO2（69.88%～72.58%）、富碱（Na2O+K2O=8.69～8.76%），贫CaO（0.35～0.61%）、MgO（0.38～0.58%）为特征。里特曼指数（σ）一般在2.57～2.81之间，平均2.72。在SiO2-K2O图解（图2）中，样品均落在高钾钙碱性系列区域；在R1-R2侵入岩分类图解（图3）中，样品均落在钾长花岗岩区。钾长花岗岩分异指数（DI）较高，为89.64～92.49，固结指数（SI）为3.42～4.86，碱度率（AR）为3.36～3.83，铝过饱和指数A/CNK为1.14～1.18，具有高分异I型花岗岩的特点[16]，属过铝质高钾钙碱性系列岩石。

碱长花岗岩体以高硅、富碱，贫钙、镁（表1）为特征。其中SiO2（75.13%～77.08%），Na2O+K2O=7.15～8.87%，CaO（0.13～0.47%），MgO（0.11～0.28%）。岩石固结指数（SI）为1.03～2.1，分异指数（DI）为94.48～96.07，铝过饱和指数A/CNK为1.05～1.097，碱度率（AR）为4.97～5.62。里特曼指数（σ）一般在1.51～2.45之间，平均2.03。在SiO2-K2O图解（图2）中，样品均落在强烈高钾钙碱性系列区域，显示岩石富钾特征，属过铝质高钾钙碱性系列岩石。在R1-R2侵入岩分类图解（图3）中，样品均落在碱性花岗岩区。研究区钾长花岗岩与碱长花岗岩主量元素相比，高铝、铁、钛、钠、镁和磷，低硅、略低钾，Na2O+K2O值相近，反映出不同成因类型特征。

3.3 微量元素和稀土元素特征

本次对研究区岩石微量元素选择性的分析了Rb、Ba、Th Nb、La、Ce、Sr、Nd、P、Sm、Zr、Tb、Y、Yb元素，基本满足了对花岗岩微量元素的研究工作。从表2和微量元素蛛网图（图4）可以看出，研究区钾长花岗岩和碱长花岗岩的原始地幔标准化曲线均向右倾斜。两种岩石均富集Rb、K，Ti和大离子亲石元素Sr、Ba相对亏损，具有明显的Ba、Sr、P、Ti负异常特征。岩石中Ti的亏损可能指示其经历了一定程度的分异演化[16]。

钾长花岗岩Ba、Sr、P、Zr元素明显高于碱长花岗岩，而碱长花岗岩Rb、K元素岩明显高于钾长花岗岩。钾长花岗岩Rb/Sr、Rb/Ba比值分别为0.38～0.77和0.13～0.20，碱长花岗岩分别为2.42～5.57和0.94～3.05，二者均高于原始地幔（Rb/Sr为0.029、Rb/Ba为0.008），反映出岩浆经历了较高程度的分异和演化[2]。

据林强等对大兴安岭中生代花岗岩的研究成果，本区钾长花岗岩属于高Sr（平均值243.5×10-6）岩浆岩，暗示源于相对亏损的幔源岩浆的分异作用[6]。碱长花岗岩微量元素特征属于低Sr（平均值60.5×10-6）花岗岩。

从表2和稀土元素配分模式图（图5）可以看出，钾长花岗岩和碱长花岗岩的球粒陨石标准化曲线均为左陡右缓向右倾斜的轻稀土富集型，轻稀土元素分馏较强，重稀土元素分馏不明显，稀土元素总量较低，钾长花岗岩平均值136.35×10-6， 碱长花岗岩平均值129.19×10-6，均低于陆壳平均值（154.7×10-6，黎彤）。钾长花岗岩LREE/HREE和（La/Yb）N比值分别为8.99～11.53和9.41～16.49。碱长花岗岩LREE/HREE和（La/Yb）N比值分别为10.21～15.50和8.01～12.36。钾长花岗岩δEu为0.69～0.82，平均0.76，具有弱負Eu异常， 这可能与岩浆形成以后经历了较弱的斜长石的分离结晶作用有关。碱长花岗岩δEu为0.22～0.75，平均0.43，具有明显的负Eu异常， 这可能与岩浆形成以后经历了较强的斜长石的分离结晶作用有关[11]。碱性花岗岩Sm/Nd值为0.16～0.19（<0.25），显示出其岩体的物质来源于下地壳。

4 锆石U-Pb年代学研究

4.1 样品分选与测试方法

本文分别选取了钾长花岗岩、碱长花岗岩样品进行了年代学测试，锆石挑选由河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室完成，样品按常规粉碎淘洗后，经磁选和重液分离，然后在双目镜下人工挑选纯度在99%以上的锆石。锆石制靶、阴极发光（显微图像采集）和U-Pb测年工作由中国地质科学院国家地质实验测试中心完成，采用（LA-ICP-MS）激光烧蚀等离子体质谱进行锆石U-Pb同位素定年，分析中采用的激光束斑直径为40μm，以氦气作为剥蚀物质的载气，年龄计算以标准样品91500标化，Plesovice作质量监控，将Glitter软件处理结果，用一组样品前后的标样进行校正。

4.2 测年结果

钾长花岗岩和碱长花岗岩锆石阴极发光图像（图6、图7）所示，锆石自形程度较好，粒径一般为30μm-120μm，呈短柱状，锆石晶体内部结构清晰，并包有气液及固相包体，岩浆振荡生长环带发育，具有明显的岩浆锆石特征，属岩浆同期结晶产物，其形成年龄应代表岩浆侵位的时代。

每个岩石样品进行了30粒锆石颗粒的测定，参与加权平均年龄计算的Th/U比值分别为0.04～0.11和0.03～0.09，各构成一个相关锆石组，在谐和图上呈密集一簇，并具有岩浆锆石Th/U比值的特征。钾长花岗岩样品（PM10RZ23）其表面年龄206Pb/238U加权平均年龄为135.3±1.5Ma；碱长花岗岩样品（PM28TW1）其表面年龄206Pb/238U加权平均年龄为131.9±2.7Ma（图8、图9）。

野外调查发现钾长花岗岩侵入中侏罗世石英二长闪长岩和早白垩世山地层，且岩体内有白音高老组火山岩捕虏体。碱长花岗岩侵入中侏罗世塔木兰沟组、晚侏罗世满克头鄂博组和早白垩世白音高老组火山地层，并侵入早白垩世二长花岗岩，并且岩体与满克头鄂博组火山地层接触界线流纹岩一侧，见明显烘烤蚀变现象。据已有的研究资料显示，扎兰屯西南部地区最早的白音高老期火山岩年龄为139Ma[14]。

综合上述，测年结果可以代表测试样品岩石的成岩年龄，表明研究区固里河花岗岩的成岩年龄为135.3±1.5～131.9±2.7Ma，形成于早白垩世。

5 讨论

5.1 岩石类型及成因

固里河东部的钾长花岗岩和碱长花岗岩，都具有高硅、富碱，贫CaO、MgO和低钛的特征，岩石总体属于过铝质高钾钙碱性系列岩石。

钾长花岗岩：里特曼指数（σ）平均2.72，属钙碱性岩石；∑REE较低，Eu亏损呈现弱的负异常。在花岗岩成因系列Na2O-K2O图解（图3）中，2个样点落于I型花岗岩区，1个样点落于A型花岗岩区域。但岩石A/CNK值平均1.163，呈过铝质特点。岩浆岩的87Sr/86Sr可作为地质“示踪剂”，研究岩浆岩的成因[20]，钾长花岗岩岩石的87Sr/86Sr=0.711212，Sr初始比值（ISr）为0.7027，与大洋玄武岩（87Sr/86Sr≈0.704）相近；147Sm/144Nd值0.1207、εNd（t）值为1.6，这一特征符合西伯利亚古陆南侧面向古亚洲洋的增生边缘中的岩浆岩多具有正的εNd（t）值，显示亏损的地慢或新生地壳来源的特征[8，11]。在（La/Yb）N-δEu图解上（图11），钾长花岗岩表现为壳幔源混源特点。钾长花岗岩Rb/Sr值为0.38、0.77，壳源岩浆范围的Rb/Sr大于0.5，也暗示该期岩浆有上地幔物质特征[2]。

碱长花岗岩：具有A型花岗岩的重要地球化学特征[14-15]，SiO2含量75-77%（A型花岗岩为74-75%），K2O含量平均5.03%（A型花岗岩为4-6%），Al2O3含量11.79-13.12%（A型花岗岩为12-13%）。在Na2O-K2O图解（图10）中，碱长花岗岩样点均落在A型花岗岩区域内，稀土元素配分模式图为右倾型，Eu明显负异常；微量元素分布图上，显示Ba、Sr、P、Ti强烈亏损（A型花岗岩贫Eu、Ba、Sr、P、Ti），在（La/Yb）N-δEu图解上（图11）， 显示碱长花岗岩为壳源物质来源。

上述特征表明钾长花岗岩岩浆可能起源于上地幔，形成过程中有部分地壳物质混染。

钾长花岗岩主要为I型花岗岩，侵位年龄早于碱长花岗岩，属于同一构造岩浆活动的不同期次。具有从I型→A型的演化特点，有向富硅、富碱演化的趋势，反映了早期岩浆为壳幔混合源，晚期侵入体为壳源。

5.2 固里河花岗岩形成的构造环境

早白垩时期大兴安岭地区处于大规模的伸展环境，这一观点已得到多数地质学者认同[14、17-18、21]。在R1-R2构造环境判别图解（图12）中研究区钾长花岗岩样点落在造山晚期花岗岩区域，碱长花岗落在造山期后A型花岗岩区域。

B·W查佩尔和A·怀特等根据地球化学参数认为，以火成岩为源岩的属于I型花岗岩，以非造山碱性花岗岩为A型。M·S皮切尔认为，I型形成两个阶段，即先是来自大洋-大陆汇聚板块边缘的洋壳和陆壳物质，后来又被重熔；A型花岗岩是地盾区与裂谷有关的产物。

邵济安等对大兴安岭中生代伸展造山过程中的岩浆作用研究认为，中生代在软流圈隆起背景下地壳底部存在大面积的底侵作用， 使来自上地幔的玄武质岩浆进入到下地壳，被熔融的壳源物质与幔源物质以不同的比例混合在一起， 存在于下地壳底部的岩浆池中， 该岩浆成为晚中生代岩浆活动的主要来源 [21]。由于底侵作用的阶段性和脉动性，岩浆来源深度的降低，幔源物质供给的差异（地幔物质提供了高温环境）等，可形成I型（混源）、A型花岗岩。

在Y/Nb-Ce/Nb图解（图13）中，碱长花岗岩样点均落入A1型区域内部，代表了大陆裂谷或板内环境。这与扎兰屯地区白音高老组火山岩[14]和蘑菇气、根河地区的白垩纪花岗岩反映的构造环境相一致。

野外调查发现，研究区固里河花岗岩围岩发育较强的褶皱构造变形，而花岗岩石呈块状构造，粒度较均匀，宏微观均未见任何矿物构造变形痕迹，显示其侵位时压力较低，表明研究區在碱性花岗岩形成时期处于伸展构造体制。综合考量，笔者认为固里河花岗岩于造山晚期和造山期后环境下，地壳下部阶段性底侵作用形成，受控于古亚洲洋闭合后的大陆伸展环境。反映了早白垩世大兴安岭中段发生过板内造山晚期向造山期后的构造岩浆演化阶段。

6 结论

（1）固里河花岗岩锆石UP-Pb年龄，分别为135.3±1.5Ma和131.9±2.7Ma，属早白垩世。

（2）岩石地球化学特征表明：具有高硅、富碱，贫CaO、MgO和低钛的特征，岩石总体属于过铝质-高钾钙碱质系列岩石；轻稀土分馏较强，重稀土分馏不明显。钾长花岗岩与之相比碱度相对弱，Ba、Sr等元素含量明显高于前者，负Eu异常不明显，为I型（混源）花岗岩。碱长花岗岩呈现负Eu异常，亏损Ba、Sr、P，富集Rb、K等元素，岩浆来源于下地壳，为A型花岗岩。

（3）固里河钾长花岗岩和碱长花岗岩，是板内伸展构造环境下，晚造山期和造山期后地壳底侵作用形成的。

注释：

①内蒙古自治区地质矿产局.内蒙古自治区区域地质志[Z].1982.

②内蒙古自治区地质矿产局.全国地层多重划分对比研究蒙古自治区岩石地层[Z].1991-1995.

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