第一章 绪 论
1.1 研究现状
不同的板块内部的岩浆岩组合和地球化学特征的建立和完善是20世纪地质学所取得的重要进展之一，在重建板块构造演化史中，研究岩浆组合一直被当作重要的内容之一。[1]而通过地球化学特征了解其大地构造背景是近些年常用的地质学手段。
在内蒙古自治区锡林浩特市的白音锡勒牧场在板块构造上位于华北板块与西伯利亚板块之间，处于中亚造山带东南部的兴蒙造山带内，是显生宙大陆地壳增生最重要的组成部分，研究该区花岗岩对了解海西——印支期的构造演化具有重要意义。目前，对于该区大地构造情况有两种不同观点。其一认为西伯利亚板块和华北板块在晚泥盆世拼合，认为其是造山后演化阶段，如施光泽[2]等在锡林浩特市南发现的A型花岗岩，侵位年龄为276Ma，是造山后伸展事件的产物。其二有人把晚二叠世——三叠世当作是两个板块的最终碰撞时期，这两个板块是华北板块与西伯利亚板块，如Chen等[3]对碰撞花岗岩的研究表明，碰撞花岗岩的侵位年龄约为250~230Ma，而在310~230Ma之间这段时期被许多地质学家推断为其是两大板块的最终碰撞时期。因此，许多古今中外的学者把三叠纪当作是西伯利亚板块和华北板块的最终碰撞的时期。[4-5]
1.2 研究内容
本文通过野外地质调查、室内研究及系统地总计前人的研究成果拟解决如下问题：
了解该套花岗岩的分布规律，结合野外及室内镜下分析，研究其岩相学特征。
根据主量元素分析，划分岩石种属，矿物组成及岩石中各种化合物之间的线性关系。
根据微量元素分析，判定岩浆演化特点，岩浆构造背景及成因。
1.3 研究思路
本文通过野外地质调查，采集岩石标本，观察该区岩石野外宏观特征，分布规律。通过室内分析，镜下观察，地球化学分析，判定岩浆演化特点及构造背景，具体工作流程图见图1.1.
图1.1含天河石花岗岩研究技术路线
1.4 实物工作量
区域地质概况
2.1 研究区位置
锡林浩特市是在建国前的阿巴哈纳尔左旗、阿巴噶左翼旗和浩齐特右旗形成自明朝起为蒙古居所，有草原明珠之称。在锡林郭勒草原的中部坐落着一座美丽的城市，它就是锡林浩特市，它位于东经115°13′—117°06′，北纬43°02′—44°52′，南北长208千米，东西长143千米。总面积18750平方千米，人口约15万(2003年)。锡林浩特市东北部方位的白音锡勒牧场附近是本论文的研究区，包括包括1:5万苏哈图(K50E001011)、小乌兰沟(K50E001012)、锡林郭勒种畜场(K50E002011)、沃村图儒(K50E002012)幅。其处在兴蒙造山带内、中亚造山带的大致偏东方向，被人熟知的锡林浩特断裂带就在该区内。区内古生代地层较为发育，地质构造极其复杂，蕴含有铜、萤石、天河石等矿产资源。[6]同时，该区涉及到显生宙以来地壳的增生等地质基础问题，所以备受地质工作者关注。研究区位置见图2.1。
2.1研究区位置图
2.2 研究区区域地质概况
在兴蒙造山带内的内蒙古锡林浩特地区，在古生代地层区划中,林西至锡林浩特一带属于天山-兴安地层分区内蒙古草原地层分区将贺根山蛇绿岩带以北的地区广泛发育的早古生代地层,而南部主要出露的地层单元的地质时期是晚石炭世及二叠纪。[7-14]根据地层的分布和时代特征,对锡林浩特地区出露的地层单元进行简单的介绍。
2.2.1 二叠系地层
寿山沟组(P1S)
指一套碎屑岩夹灰岩的地层，位于大河深组的流纹岩或者安山岩之下，窝瓜地组酸性火山岩之上。上部是含石墨的绢云母板岩、灰色千枚状粉砂岩、变质细砂岩夹厚层灰岩透镜体，下部是砂纸的含砾粉砂岩及砂质板岩、粉砂质细砂岩为主，夹灰岩的透镜体。在此地层中灰岩中的化石有䗴类、珊瑚类、苔藓虫类，而在砂岩有有时可见的化石为头足类。内蒙古地区的这套海相滨海相碎屑岩组合是在大石寨组的火山岩之下的岩层组合，地处在巴林左旗碧流台地区附近。其下部是细砂岩、变质粉砂、夹板岩，颜色是浅灰、深灰、褐灰色;中部是粉砂质板岩、变质长石杂砂岩、夹粉砂岩，颜色为灰黑色、灰色;上部是粉砂岩、变质细砂岩，颜色为深灰色、浅灰色。各部分界线不是十分清晰。
大石寨组(P1ds)
大石寨组在锡林浩特—磐石地层分区分布广泛，指哲斯组浅海相碎屑岩及灰岩和寿山沟组海相交互相碎屑岩之间的海相中酸性熔岩及凝灰岩组合，局部夹正常碎屑岩。含动物化石，与上覆哲斯组为整合接触。下界未见底。
哲斯组(P1zs)
在兴安盟的北部、乌兰察布盟及锡林郭勒盟广泛分布着灰岩透镜体和海相板岩、砂岩的岩石组合，与大石寨组地层呈不整合关系，与早二叠世的包特格组呈整合关系，并且在一些露头处可以看见一些硅质岩以及一些火山碎屑岩也较为发育。化石的种类有珊瑚、腕足、䗴等这些门类。其整合或不整合地被林西组(二叠世)所覆。
林西组(P1l)
在锡林浩特—磐石的地层分区分布着，是一套砂岩板岩的组合，颜色主要为黒灰色，沉积相为泻湖、湖泊相，与哲斯组地层的关系是整合或不整合的，化石有动物化石和植物化石，动物化石主要是Palaeomutela和Palaeanodonata动物群。上界被中生代地层所覆。
2.2.2 侵入岩
对花岗岩的研究是岩石学的重要方面，而对于研究侵入岩岩浆的生成与演化也为探究大陆壳幔相互作用、生长及岩石圈演化等问题可以提供重要信息。[15，16]近些年来，随着地质学的发展，越来越多的学者开始关注锡林浩特地区的古生代侵入岩，并对此进行了岩石学、岩相学、年代学和地球化学的研究，并发现研究区内有与板块汇聚有关的碰撞型花岗岩，[17-19]也有与板块俯冲有关的岛弧型花岗岩，[20]同时存在地壳增厚背景的过铝质花岗岩。[21]
2.3 大地构造背景
该区在区域大地构造的位置上，其大地构造单元地跨兴安地槽、华北地台、内蒙古中部、以及天山。从太古代之后，岩浆活动期次多，且活动十分强烈，也有多次的构造活动，因此形成了出露面积很广的岩浆岩，它的面积约占全区基岩出露面积的二分之一，所以分布十分广泛。在燕山和印支运动的第一幕，特征是断裂变形，深成的构造运动很微弱，在东部有侵入岩侵入，是中酸性的。在加里东的晚期，主要以花岗岩类的侵入岩为主，主要分布在内蒙古的中部，在爱力格庙—锡林浩特中间地块上，岩石类型是花岗闪长岩类与斜长花岗岩。
锡林浩特地处内蒙古的中东部，，阿巴嘎旗北部在西伯利亚板块上，其他为华北板块，分界线是贺根山——二连一线附近。北东东向是总体的构造线方向，测区地质构造背景复杂，发育有岩浆岩，在地学界岩浆作用涉及古亚洲洋演化及滨太平洋构造域演化的全过程被普遍关注，侵入岩在测区内被认为是在华力西期，而在加里东期局部上可见一些出露，岩性是以花岗岩类为主。
岩石特征
3.1 测区样品野外宏观特征
样品采样为三叠纪花岗岩，沿山脊为条带状分布，岩石的手标本的颜色是灰白、灰黄色，以不等粒的花岗结构为主，花岗及伟晶花岗结构也较常见，块状构造。各岩石类型和结构特征均呈过渡关系，无一定规律，岩石分带不明显。手标本迎光中可见闪闪发绿的天河石。岩石中，主要矿物粒径差异悬殊，小者约0.1mm，大者达6mm，一般3mm以下，自形程度差。其中，长石显著泥化、绢云母化，含量40—60%，微斜长石中度泥化，为5—15%，石英为25—30%，云母总量为5—10%，未见蚀变或蚀变不明显。详见图3.1.
3.2 测区样品镜下特征
将所采集到的岩石样品，选取部分磨成薄片，总共5块薄片样品。分别为编号17、18、19、20、21薄片。
岩石薄片镜下总体特征为：长石、石英含量较多，镜下呈大面积分布，但杂乱无章且云母蚀变不明显，很少或无。斜长石双晶明显，微斜长石具格子双晶，在19号薄片中可明显观察到各自双晶结构。薄片无色，在单偏光镜下的颜色为灰白，可看见其中矿物颗粒为中细粒结构，并且可见典型的花岗结构、岩石为块状构造。通过镜下观察，可见其各组成矿物的基本含量为：斜长石(55%—60%)、石英(20%—30%)、白云母(10%)、微斜长石(5%—10%)组成，矿物粒度以0.1-1mm为主，少量1-6mm，整体杂乱密集分布。详见图3.2
微斜长石光性特征是白色、并且略带绿色，表面可以由于蚀变表现出微微浑浊的浅红褐色。负低突起，随着Ab含量增加其折射率而略增大。干涉色是一级灰白。除具卡斯巴等简单双晶外，也有钠长石律与肖钠长石律构成的格子状双晶。
石英光性特征为无色、乳白色，薄片中无色透明表面光滑，但在晶体中包裹体多时，表面浑浊。正低突起。最高干涉色为一级黄白。
白云母的光性特征为无色，片状，具一组极完全解理，闪突起明显，具鲜艳的二至三级干涉色。镜下观察到云母未蚀变或蚀变不明显。
长石在标本上呈浅色，灰、白、褐或肉红色，薄片中无色、浅褐或浅灰色、折射率较低，负的或正的低突起。双折射率小，干涉色一级灰、白至黄白。二轴晶。常见双晶类型繁多。
地球化学特征
4.1 主量元素
HX-B17——HX-B21这5个新鲜侵入岩的主量和微量元素分析结果如表4.1所示。从表中可以看出，该区所采的花岗岩的SO2含量的范围在72.45%——75%。根据SO2和总碱(Na2O+K2O)含量之间的关系，如图4.1所示该区岩石成分点集中在花岗岩区内。Al2O3的含量在14.35%——15.76%，并显示富碱(Na2O+K2O=8.20%——9.36%)，贫镁(0.01%——0.03%)和钙(0.03%——0.19%)的特征。由表4.1中各花岗岩主量元素平均值可见其特征为：随着SO2含量增多，Al2O3、BaO、CaO、MgO、Na2O、P2O5含量降低，总碱含量也降低，呈现出负相关性，较好的反映出了岩浆的分离结晶趋势。
表4.1 内蒙古锡林浩特白音锡勒牧场地区含天河石花岗岩类主量元素(%)和微量元素(μg/g )
|
元素 |
HX-B17 |
HX-B18 |
HX-B19 |
HX-B20 |
HX-B21 |
|
Al2O3 |
15.76 |
15.20 |
14.43 |
15.31 |
14.35 |
|
BaO |
0.02 |
0.01 |
<0.01 |
0.01 |
<0.01 |
|
CaO |
0.19 |
0.04 |
0.03 |
0.05 |
0.07 |
|
Cr2O3 |
<0.01 |
0.02 |
0.01 |
0.03 |
0.01 |
|
Fe2O3 |
0.63 |
0.60 |
0.50 |
0.53 |
0.70 |
|
K2O |
3.39 |
4.22 |
3.95 |
3.55 |
3.90 |
|
MgO |
0.03 |
0.01 |
0.01 |
0.02 |
0.01 |
|
MnO |
0.09 |
0.12 |
0.12 |
0.09 |
0.11 |
|
Na2O |
5.97 |
4.48 |
4.25 |
5.52 |
4.41 |
|
P2O5 |
0.08 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
|
SiO2 |
72.45 |
73.86 |
75.00 |
73.66 |
74.97 |
|
SO3 |
0.08 |
0.01 |
0.05 |
0.01 |
0.03 |
|
SrO |
<0.01 |
<0.01 |
<0.01 |
<0.01 |
<0.01 |
|
TiO2 |
<0.01 |
<0.01 |
<0.01 |
<0.01 |
<0.01 |
|
LOI |
0.76 |
0.65 |
0.62 |
0.52 |
0.81 |
|
Ba |
104.5 |
19.1 |
13.8 |
14.9 |
19.9 |
|
Ce |
23.6 |
29.4 |
31.2 |
26.2 |
36.8 |
|
Cr |
20 |
210 |
20 |
210 |
20 |
|
Cs |
82.1 |
101.5 |
118.0 |
93.7 |
113.5 |
|
Dy |
5.46 |
7.95 |
8.48 |
7.37 |
8.02 |
|
Er |
3.75 |
6.12 |
6.35 |
5.30 |
5.55 |
|
Eu |
0.13 |
0.06 |
0.06 |
0.03 |
0.04 |
|
Ga |
60.8 |
52.5 |
45.7 |
48.7 |
46.0 |
|
Gd |
2.80 |
3.32 |
3.63 |
3.23 |
3.78 |
|
Hf |
8.3 |
10.6 |
8.5 |
8.0 |
8.6 |
|
Ho |
1.10 |
1.63 |
1.66 |
1.36 |
1.50 |
|
La |
6.9 |
7.2 |
8.5 |
6.7 |
9.9 |
|
Lu |
1.05 |
1.67 |
1.70 |
1.42 |
1.43 |
|
Nb |
82.8 |
97.3 |
80.0 |
67.6 |
92.3 |
|
Nd |
10.9 |
12.0 |
13.1 |
10.4 |
14.4 |
|
Pr |
3.40 |
3.95 |
4.73 |
3.80 |
5.41 |
|
Rb |
2090 |
2760 |
2720 |
2260 |
2600 |
|
Sm |
4.85 |
5.74 |
5.72 |
4.88 |
6.32 |
|
Sn |
62 |
82 |
57 |
121 |
135 |
|
Sr |
14.4 |
2.4 |
2.3 |
1.5 |
3.8 |
|
Ta |
33.6 |
33.4 |
38.0 |
45.6 |
46.4 |
|
Tb |
0.84 |
1.12 |
1.14 |
1.00 |
1.12 |
|
Th |
12.65 |
12.20 |
13.70 |
10.80 |
13.00 |
|
Tm |
0.79 |
1.29 |
1.39 |
1.18 |
1.21 |
|
U |
1.14 |
1.94 |
2.18 |
2.18 |
2.83 |
|
V |
7 |
7 |
20 |
20 |
10 |
|
W |
2 |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
Y |
8.6 |
12.1 |
14.5 |
11.2 |
11.7 |
|
Yb |
6.82 |
10.95 |
11.60 |
9.57 |
9.98 |
|
Zr |
41 |
55 |
45 |
41 |
43 |
|
资料来源：Earth-Science Reviews, vol.37,(1994):215-224 Ir－Irvine 分界线，上方为碱性，下方为亚碱性。 【深成岩】：1-橄榄辉长岩；2a-碱性辉长岩；2b-亚碱性辉长岩；3-辉长闪长岩；4-闪长岩；5-花岗闪长岩；6-花岗岩；7-硅英岩；8-二长辉长岩；9-二长闪长岩；10-二长岩；11-石英二长岩；12-正长岩；13-副长石辉长岩；14-副长石二长闪长岩；15-副长石二长正长岩；16-副长正长岩；17-副长深成岩；18-霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩 |
图4.1 岩浆/火成岩系统全碱—硅(TAS)分类图
4.2 稀土元素
表4.2中为稀土元素分布特征。内蒙古锡林浩特白音锡勒牧场地区含天河石花岗岩的微量元素特征为：稀土元素总量为75.04μg/g~109.51μg/g，相对较低。轻稀土总量(LREE)为49.78μg/g~72.87μg/g，重稀土总量(HREE)为25.26μg/g~40.64μg/g，(LaN/YbN)为0.47~0.73，其范围小于1，为轻稀土亏损型。该区花岗岩的δEu为0.02~0.10，呈明显的负铕异常。
表4.2中稀土元素的球粒陨石标准[22]分布模式如图4.2所示。从总体上看，曲线大致向左倾，δEu为0.02~0.10，具有明显的V形强负异常配分模式。
表4.2 内蒙古锡林浩特白音锡勒牧场地区含天河石花岗岩稀土元素分布特征
|
元素 |
HX-B17 |
HX-B18 |
HX-B19 |
HX-B20 |
HX-B21 |
|
La |
6.9 |
7.2 |
8.5 |
6.7 |
9.9 |
|
Ce |
23.6 |
29.4 |
31.2 |
26.2 |
36.8 |
|
Pr |
3.40 |
3.95 |
4.73 |
3.80 |
5.41 |
|
Nd |
10.9 |
12.0 |
13.1 |
10.4 |
14.4 |
|
Sm |
4.85 |
5.74 |
5.72 |
4.88 |
6.32 |
|
Eu |
0.13 |
0.06 |
0.06 |
0.03 |
0.04 |
|
Gd |
2.80 |
3.32 |
3.63 |
3.23 |
3.78 |
|
Tb |
0.84 |
1.12 |
1.14 |
1.00 |
1.12 |
|
Dy |
5.46 |
7.95 |
8.48 |
7.37 |
8.02 |
|
Ho |
3.75 |
6.12 |
6.35 |
5.30 |
5.55 |
|
Er |
3.75 |
6.12 |
6.35 |
5.30 |
5.55 |
|
Tm |
0.79 |
1.29 |
1.39 |
1.18 |
1.21 |
|
Yb |
6.82 |
10.95 |
11.60 |
9.57 |
9.98 |
|
Lu |
1.05 |
1.67 |
1.70 |
1.42 |
1.43 |
|
Y |
8.6 |
12.1 |
14.5 |
11.2 |
11.7 |
|
ΣREE |
75.04 |
96.89 |
103.95 |
86.38 |
109.51 |
|
LREE |
49.78 |
58.35 |
63.31 |
52.01 |
72.87 |
|
HREE |
25.26 |
38.54 |
40.64 |
34.37 |
36.64 |
|
LREE/HREE |
1.97 |
1.51 |
1.56 |
1.51 |
1.99 |
|
LaN/YbN |
0.95 |
0.62 |
0.69 |
0.66 |
0.93 |
|
δEu |
0.11 |
0.04 |
0.04 |
0.02 |
0.02 |
|
δCe |
0.92 |
1.03 |
0.92 |
0.97 |
0.94 |
