刘金宝 张晓峰
［关键词］钾长花岗岩；地球化学；年代学；和睦岩体；镶黄旗；内蒙古
镶黄旗地区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟西南端，属波状高平原及低山丘陵地貌。根据《内蒙古自治区区域地质志》大地构造分区（图1a），镶黄旗地区位于华北板块（Ⅳ），包尔汉图―白乃庙―翁牛特旗陆缘弧（Ⅳ-3），正镶白旗―多伦旗二叠纪岛弧（Ⅳ-3-2）。该地区具有复杂的地壳结构，是研究兴蒙造山带的重要地区之一。
Zhang et al. 于2008 年对大兴安岭南段存在的三叠纪（214～250 Ma）玄武质岩石进行了主微量元素地球化学研究，表明在三叠纪研究区处于中亚造山带后造山伸展阶段[1]。Wu et al. 于2011 年通过研究中国东北部的显生宙花岗岩类认为在三叠世古亚洲洋闭合后西伯利亚板块和华北板块碰撞造山后的伸展阶段，由于残留古亚洲洋板块的断离，新生地壳物质部分熔融形成中酸性岩浆[2]。前人针对内蒙古中东部地区的构造演化、岩浆岩研究主要集中在晚古生代和早古生代[3-4]，但现有研究很少有针对研究区早中生代岩浆岩开展相关研究工作。
本文选择镶黄旗西南21 km 处出露的晚三叠世和睦岩体进行系统的岩石学、地球化学、锆石U-Pb 年代学研究，以期探讨研究区和睦岩体的形成时代、物质来源，以及构造环境，对镶黄旗地区及兴蒙造山带早中生代构造演化研究具有重要意义。
1 区域地质概况
镶黄旗地区位于兴蒙造山带西段。该区出露的地层单元主要包括晚元古代白云鄂博群白音宝拉格组（Qnby）和呼吉尔图组（Qnhj）、晚古生代二叠系三面井组（P1sm）和额里图组（P1e）及新生代地层（图1）。
白音宝拉格组（Qnby）零星出露于研究区东南部，岩性为灰黄色斑点状二云片岩、紫红色绢云石英岩、石英岩、长石砂岩及变质粉砂岩；和呼吉尔图组（Qnhj）零星出露于研究区周边，岩性为黑色、灰黑色变质粉砂岩、灰绿色绿帘角闪片岩、绢云石英片岩；三面井组（P1sm）零星出露于研究区北部，岩性为灰绿色泥质粉砂岩、凝灰质砂岩、长石砂岩、斑点板岩、硬砂岩；额里图组（P1e）出露于研究区南部、东部，岩性为灰绿色安山玢岩、凝灰质安山玢岩、安山质岩屑晶屑凝灰岩夹灰岩透镜体；新生代地层主要分布于研究区周边坳陷盆地山谷，主要由新近系红褐色粘土组成。
侏罗纪二长花岗岩（ηγJ），在研究区广泛分布，出露面积较大，是本文研究重点，侵入二叠系和白云鄂博群地层；侏罗纪花岗闪长岩（γδJ）出露于研究区南部和东北部；三叠纪花岗闪长岩（γδT）出露于研究区西南部；三叠纪（δοT）零星出露于研究区周边。
2 和睦岩体地质和岩相学特征
和睦岩体位于镶黄旗西南21 km处，乌兰察布市化德县公腊胡洞乡和睦村附近（图1），出露面积约为32 km2，呈岩株产出，南北向分布，侵入二叠系额里图组、三面井组和白云鄂博群和呼吉尔图组。
和睦岩体的岩性主要为钾长花岗岩（图2），呈灰白色―浅肉红色，中粗粒结构，块状构造，弱风化。主要组成矿物有长石和石英，少量黑云母。长石主要为钾长石，钾长石65%～70%，斜长石6%～8%；石英20%～25%；黑云母2%～4%，部分黑云母发生绿泥石化。
3 样品采集与分析
参与测试的地球化学分析样品包括7件钾长花岗岩，是在详细的野外地质研究的基础上，选择无表皮、无脉体、无蚀变（或蚀变弱）的较新鲜样品，采样位置见图1。样品制备工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室内完成。
全岩主量元素和微量元素分析由河南省岩石矿物测试中心完成。FeO含量采用K2Cr2O7容量法测定，其余主量元素含量通过ZSX100eX射线荧光光谱仪测得，分析精度优于3%。元素含量大于10×10-6时，精度优于5%；元素含量小于10×10-6时，分析精度优于10%。
锆石制靶工作、锆石U-Pb同位素的测定完成于中国地质大学（武汉）的地质过程与矿产资源国家重点实验室。锆石阴极发光（CL）照相完成于中国地质科学院地质研究所电子探针实验室。具体流程和方法参照[5-6]。
Sr-Nd-Pb同位素组成测定在核工业北京地质研究院同位素室进行。Sr-Nd同位素实验仪器为MAT-262热离子质谱仪（TIMS），采用同位素稀释法进行测试。Sm-Nd 同位素分馏校正采用143Nd/144Nd=0.721900。Sr 同位素质量分馏用88Sr/86Sr=8.375 21 校正，Nd 同位素质量分馏校正采用143Nd/144Nd=0.721900。Pb同位素实验仪器为高分辨多接受器等离子质谱仪（MC-ICP-MS），用NBS981 标准校准仪器。
Hf同位素测试是利用中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室的激光剥蚀多接收杯等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）完成。详尽的分析技术和实验方法参见[7]。分析数据的离线处理采用了ICPMSDataCal程序[8]。
4 数据结果
4.1 锆石U-Pb年代学
NM111中锆石的阴极发光图（图3a）显示大部分锆石颗粒自形程度中等，多呈长柱状或短柱状，表面较光滑、干净，大小变化范围为20 μm×100 μm 到40 μm×200 μm。锆石颗粒的晶体内部结构清晰，岩浆振荡生长环带显着，所有锆石颗粒的分析点的铀和钍含量变化范围分别为（269～1335）×10-6和（172～907）×10-6，平均值分别为694×10-6和426×10?6，有较高的Th/U比值（0.44～0.94）（表1），具有岩浆锆石的特征。经Pb校正之后，岩浆锆石的10个有效测点皆位于协和线上（图3b、c），分布比较集中，其206Pb/238U加权平均年龄值为228.9±3.4 Ma（MSWD=0.092），相当于晚三叠世。
4.2 元素地球化学特征
4.2.1 主量元素
主量元素分析结果（表2）显示，和睦钾长花岗岩高硅，SiO2含量为72.36%～76.23%；高钾，K2O 为4.41%～4.86%，K2O/Na2O 值为1.043～1.192；富碱，Na2O+K2O 含量为8.60%～9.05%，碱度率（AR）值为3.60～4.69，属于富钾富碱岩石；贫铁、镁，TFe2O3含量为1.23%～2.00%，FeO含量为0.51%～1.16%，MgO含量为0.24%～0.58%；含较低的CaO（0.53%～1.41%）；含略高的TiO2（0.20%～0.31%）和P2O5（0.05%～0.12%）；相对贫铝，Al2O3含量范围11.71%～13.40%；里特曼指数（σ）为2.22～2.78；岩浆分离结晶作用程度较高，分异指数（DI）为91.08～96.43。
样品的铝饱和指数（A/CNK）为0.899～0.967，铝指数（A/NK）为1.014～1.094，在A/CNK-A/NK 图解[9]（图4），样品均属于准铝质岩石。在SiO2-（Na2O+K2OCaO）图解中，样品均落于碱性钙区域（图5b）；在Frost等（2001）提出的SiO2-FeOT/（FeOT+MgO）图解[10]中，样品落在镁质区域（图5a），具有A型花岗岩主量元素的特征[11]。FeOT/MgO比值为2.87～4.61，平均值3.56，高于I型花岗岩（991个样品的平均值为2.27）、S型花岗岩（578个样品的平均值为2.38）和M型花岗岩（17个样品的平均值为2.37）的FeOT/MgO比值[12]。
在TAS图解中（图6a），和睦钾长花岗岩均落在亚碱性花岗岩区域，在SiO2-K2O 关系分类图解（图6b）中，和睦岩体的样品均落入高钾钙碱性系列岩石中；结合矿物特征，可以对比于BarBarin分类中的高钾钙碱性花岗岩类（KCG）。
在Harker图解（图7）中，随着SiO2含量的增加，和睦岩体样品的主量元素除K2O 外，Al2O3、FeOT、TiO2、MgO、CaO、Na2O、P2O5均表现出减少的趋势，呈明显的负相关关系，而K2O与SiO2相关性不明显，这表明和睦岩体岩浆演化过程中发生了分离结晶作用。
4.2.2 微量元素和稀土元素
和睦钾长花岗岩（表3）在微量元素蛛网图（图8a）上，明显富集Rb、Th、K、Nb、Ta、Pb，相对富集Zr、Hf，明显亏损Sr、Ba、U，具有明显的负异常特征。Rb/Sr和Rb/Ba比值分别为0.90～2.92和0.36～1.19，远高于原始地幔的相应值（分别为0.03和0.09）[15]，反映出岩浆经历了较高程度的分异演化。Nb/Ta 比值在6.95～10.31 之间，低于原始地幔和球粒隙石的Nb/Ta 比值（17.57，17.39）[16]，表明原始岩浆不是主要来源于地幔。
F 元素含量为553×10-6～1 668×10-6，显示和睦钾长花岗岩岩体富F的特征；以上特征与大陆地壳的特征（富大离子亲石元素Rb、Ba、K，富高场强元素Zr、Hf、U、Th、Pb，亏损Nb和Ti）不完全一致，说明和睦钾长花岗岩岩体物质来源可能以壳源为主，亦混有幔源物质。
该岩石稀土元素总量较低，REE为111.46×10-6～142.48×10-6（图8b），变化较小，平均值为132.41×10-6。轻稀土分馏参数（La/Sm）N=5.28～8.83，平均值为6.56；重稀土分馏参数（Gd/Yb）N=1.64～2.20，平均值为1.97，表明岩浆演化过程中发生了轻稀土逐渐富集，重稀土逐渐亏损的现象。由于轻、重稀土的分馏程度高，（La/Yb）N=14.91～20.30，平均值为18.59，LREE/HREE 为13.63～16.32，平均值为14.86，且发育中等的负铕异常（δEu=0.50～0.65，平均值为0.59），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8b），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。
4.3 Sr-Nd-Hf 同位素组成特征
和睦钾长花岗岩（表4）ISr值为0.70633～0.70725，平均为0.70679，147Sm/144Nd值为0.0869～0.0922，平均为0.08955，143Nd/144Nd值为0.512203～0.512206，平均为0.512205，以成岩年龄228.9 Ma计算得出的εNd（t）值为-5.38～-5.28。计算的单阶段Nd的模式年龄TDM为1.14～1.18 Ga。
和睦钾长花岗岩的206Pb/204Pb的变化范围为18.597～18.623，207Pb/204Pb 的变化范围为15.569～15.575，208Pb/204Pb的变化范围为38.617～38.651。
和睦钾长花岗岩的锆石Hf 同位素分析结果（表5）显示，176Yb/177Hf 比值为0.282573～0.282653，176Lu/177Hf 比值为0.000645～0.001475，其大部分值小于0.001，说明锆石中具有较少的放射成因Hf的积累，所测得的176Hf/177Hf 比值可代表其初始形成时的Hf 同位素组成。和睦钾长花岗岩（NM111）中的15 颗锆石具有相对一致的Hf 同位素成分，176Hf/177Hf 的初始比值为0.282573～0.282653，相应的εHf（t）的值为-2.3～2.1（图9a），单阶段Hf 亏损地幔模式年龄变化范围为1.19～1.40 Ga（图9b），两阶段Hf 模式年龄变化范围为1.56～1.90 Ga。
5 讨论
5.1 成因类型
和睦钾长花岗岩的主量元素表现出相似A型花岗岩的特征[12，17-18]，Ga（16.3×10-6～20.9×10-6）和Zr（145×10-6～192×10-6）含量高，FeOT/MgO 和Ga/Al 的比值高。在Na2O-K2O图（图10）中，和睦钾长花岗岩的样品均落在A型花岗岩区域。
在Whalen et al.提出的A型花岗岩判别图解中[12]，多数样品落在A型花岗岩区域内（图11、12）。在主量元素对10000 Ga/Al的图解（图11）中，在K2O/MgO 图和FeOT/MgO 图内，和睦钾长花岗岩有1 件样品落在M、I和S型向A型花岗岩过渡区域，其余样品落在A型花岗岩区域，其他图内样品均落在A型花岗岩区域；在微量元素对10000 Ga/Al的图解（图12）中，和睦钾长花岗岩有1件样品落在M、I和S型向A型花岗岩过渡区域，其余样品落在A型花岗岩区域。主要原因是在岩浆上升过程中，受到地壳物质的混染，改变了正常演化岩石的成分，造成根据主量元素与微量元素组合进行构造背景判断的效果不佳。如岩浆混染作用增强，造成将板块内部的花岗岩判断为M、I和S型花岗岩。
5.2 岩浆源区
在εHf（t）-t 的图解中，和睦钾长花岗岩锆石的εHf（t）组成位于球粒陨石线附近（图13），明显高于华北北缘（εHf（t）组成位于下地壳与平均地壳线之间）[20]。通常认为具有正εHf（t）分布的花岗岩来自亏损地幔或是从亏损地幔中新增生来的年轻地壳物质的部分熔融形成[21]，负的εHf（t）值则通常代表古老的地壳成因[22]。表明和睦钾长花岗岩的源区物质既有为亏损地幔，也有古老的地壳的熔融物质。
目前在兴蒙造山带内发现有大量三叠纪A型花岗岩，前人研究显示，早中生代时期的花岗岩显示着壳源和幔源的双重特征，且以年轻物源为主，有部分古老陆壳组分参与。和睦钾长花岗岩具有中等（87Sr/86Sr）i含量，较低的εNd（t）值（图14），并具有较古老的Nd和Hf同位素的模式年龄（TDM： 1.14～1.18 Ga和TDMC2： 1.56～1.90 Ga），因此可见，其岩浆物质来源于壳幔混熔，这与Hf同位素的特征一致。和睦岩体Pb同位素的组成也比较均一，混合成因，由图15所示[23]，和睦钾长花岗岩的来源为亏损地幔和造山带熔融物质的混合成因。
5.3 构造环境
对于A型花岗岩的大地构造背景，目前比较统一的认识是其形成于伸展的构造环境，但伸展构造所形成的原因有碰撞后、板内或地幔热柱等等[24-27]，因此将A型花岗岩分为非造山和后造山两类，并命名为A1、A2或AA、PA[28]。在和睦钾长花岗岩在A1、A2型花岗岩判别图解中，样品均落在了非造山的A1型花岗岩区域内（图16）。结合和睦钾长花岗岩锆石U-Pb年代相当于晚三叠世，意味着在晚三叠时期，研究区已处在了一个伸展作用下非造山形成的构造环境中。
6 结论
本次研究对兴蒙造山带中生代和睦岩体开展了详细的岩石学、地球化学及年代学研究，并结合区域研究成果讨论了它的岩石成因及形成大地构造背景，获得的主要认识如下：
和睦岩体的锆石U-Pb定年结果为228.9±3.4 Ma。镜下鉴定研究和主微量元素研究结果表明，三叠纪和睦岩体的岩性为钾长花岗岩，属亚碱性系列高钾富碱性准铝质岩石；
和睦岩体以表现出富硅富碱、贫镁铁的特征，并且明显富集Rb、Th、K、Nb、Ta、Pb，相对富集Zr、Hf，明显亏损Sr、Ba、U，具有中等的负Eu异常，轻重稀土元素分异明显，具有A型花岗岩的地球化学特征；
和睦岩体的ISr 值为0.70658～0.70732，εNd（t）值为-5.40～-5.31，Nd的模式年龄TDM为1.14～1.18 Ga，显示其来源为壳幔混熔；εHf（t）的值为-2.33～2.14，显示研究区钾长花岗岩有幔源物质的大量加入，物质来源中有古老地壳物质的加入；
和睦岩体为A1型花岗岩，生成于非造山形成的大陆裂谷的拉张环境中。
