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内蒙古固阳地区分布着广泛的新太古代变质侵入岩,总体呈东西向带状分布,与新太古代色尔腾山岩群相伴产出构成花岗-绿岩带。该套岩石由基性-中酸性组成较完整的演化系列,由早到晚划分为斜长角闪岩、片麻状闪长岩、片麻状石英闪长岩、片麻状英云闪长岩、片麻状花岗闪长岩、片麻状二长花岗岩。由于受后期变形变质作用的影响,岩石外貌受到不同程度的破坏,普遍表现出矿物颗粒的压扁拉长及定向排列,形成片麻状或条带状构造,但总体上仍较完整地保留了侵入岩的外貌。
侵入岩的SiO2含量介于49.99-76.08%(绝大多数为51-67%之间),全碱含量高、Na2O+K2O>7%,富钠(Na2O>3%),Na2O/K2O>1、高铝(Al2O3含量通常在13-18%之间)、较高的Mg#值(Mg#变化范围为33-50,均值为45)。岩石符合钙碱性系列岩石的演化趋势,大多数样品点位于TTG的演化线上,并且具有由早期富钙向晚期富钠演化的趋势。稀土元素配分曲线为右倾型,岩石强烈富集LREE,亏损HREE,具弱Eu正异常。微量元素显示岩石明显富集Sr,具较低的Rb/Sr比值(0.02<Rb/Sr<0.22,均值为0.08),具有明显的Nb、P和Ti负异常、无Sr异常或异常不明显。这些特征均显示研究区新太古代侵入岩具有明显的TTG岩系的特征。
新太古代变质侵入岩中的斜长角闪岩中的锆石Th/U比值均大于0.1,介于0.13~1.01之间,Nb/Ta比值平均为1.79。稀土元素中HREE明显富集、Ce正异常和Eu负异常明显,具有明显的岩浆锆石的特征。片麻状二长花岗岩样品中Nb/Ta比值平均为2.47,HREE明显富集、Ce正异常和Eu负异常明显,与岩浆锆石的特征相一致。中细粒二长花岗岩中Nb/Ta比值平均为2.57,HREE相对富集,Ce正异常和Eu负异常明显,个别弱Eu负异常,具有角闪岩相变质增生锆石的特征。
ICP-MS测定结果表明:斜长角闪岩的207Pb/206Pb年龄主要集中于2451~2533Ma之间,加权平均年龄为2514±6.5Ma(MSWD=2.6),所有点获得的不一致线上交点年龄为2520Ma;片麻状二长花岗岩的207Pb/206Pb加权平均年龄为2512±13Ma(MSWD=8.2),17个点获得的不一致线上交点年龄为2519Ma;二长花岗岩207Pb/206Pb加权平均年龄为2500±19Ma(MSWD=5.6),15个点获得的不一致线上交点年龄为2513Ma(MSWD=5.4)。上述年龄较好地限制了该变质岩系的形成时代(2500~2520Ma),属于新太古代晚期。在二长花岗岩中获得U-Pb不一致曲线的下交年龄(410-576Ma),代表着引起Pb从矿物中丢失的热事件的时间,即可作为“早古生代华北地台应祁连山褶皱带的闭合而向南增生”这一事件在该区作用的时间限制。
中细粒二长花岗岩类锶同位素初始比值(87Sr/86Sr)i为0.7318-0.7198,钕同位素初始比值(143Nd/144Nd)i为0.5106-0.5105,计算的εNd(t)为-36.59~-36.70,显示该研究区新太古代二长花岗岩类来源于地壳物质部分熔融。这与固阳地区已有研究资料相吻合,表明新太古代侵入岩岩浆的源岩主要是榴辉岩和少量的石榴斜长角闪岩,为古陆核裂解时铁镁质下地壳不同程度部分熔融的产物。铁镁质地壳具有高的热流值,在一定温度、压力条件下产生下部分熔融,产生TTG岩浆上侵就位,并携带少量深部包体。另外在不同构造环境花岗岩的Rb-(Y+Nb)和Nb-Y图解上,反映出火山弧花岗岩的特征,表现出活动大陆边缘的构造环境。在R1-R2构造环境判别图解上,大多数样品投点位于板块碰撞前与同碰撞花岗岩区,且从早到晚有由碰撞前向同碰撞花岗岩过渡的趋势。
固阳地区的成矿作用具有显著的成矿专属性。岩浆热液对成矿物质的活化、淬取、运移、富集有关。其一方面对成矿提供成矿溶液和成矿物质,另一方面提供热动力而加速水岩反应,从围岩中淬取、活化成矿物质而提高成矿流体中成矿元素的浓度而有利成矿物质的沉淀、富集而形成有经济价值的工业矿体。铁矿主要与闪长岩、石英闪长岩、二长花岗岩有密切的关系。金矿多赋存在色尔腾山岩群与新太古代变质侵入岩组成的花岗绿岩带中。在新太古代侵入岩中,金矿多产于韧性剪切带与北西向断裂叠加处的次级张性断裂或破碎带中,显示出与构造的密切关系。