随着地质工作的深入，研究水平不断提高，关于花岗岩的思考备受关注。特别是花岗岩的侵位时代、物质来源、岩浆演化及其构造环境等方面已引起广大地质学者高度重视^[1-9]。华北地台北缘分布有一套古元古代变质深成侵入体，从基性岩到碱长花岗岩均有不同程度的出露^❶❷(❶山西省地质调查院. 1∶25 万偏关县幅（J49C001003）区域地质调查报告(送审稿)[R]. 大同：山西省地质调查院,2014.❷内蒙古自治区地质调查院. 1∶25 万呼和浩特市幅（K49C004003）区域地质调查报告[R]. 呼和浩特：内蒙古自治区地质调查院,2015.)，主要有变质辉长岩、变质闪长岩、弱片麻状变苏长岩（紫苏斜长麻粒岩）、石英闪长岩、英云闪长岩、花岗闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩等，各岩性野外难以准确认定，之间呈过渡渐变接触，其最主要的特征是每种岩石都富含石榴子石。其中内蒙古中部的石榴石花岗岩研究程度相对较高^[10-26]，通常认为，含石榴子石过铝质花岗岩属S型重熔花岗岩^[27]。

本文研究的石榴石二长花岗岩1∶20 万区域地质调查时归于太古代早期侵入岩（γ₁¹⁽²⁾），称蛮汗山（原报告写为“峦汉山”）岩体，岩性为灰色中粗粒似斑状花岗岩，成因类型为半原地侵入-交代型花岗岩^❸(❸内蒙古自治区区域地质测量队. 1∶20 万区域地质测量报告K-49-35 凉城幅[R]. 呼和浩特：内蒙古地质矿产勘查院,1973.)；1∶5 万区域地质调查时将其北部的同类岩石称为大榆树石榴花岗岩（Ar₃）^❹(❹内蒙古地质调查院. 1∶5 万旗下营地区区域地质调查报告[R]. 呼和浩特：内蒙古地质矿产勘查院,1999.)，系孔兹岩系变质岩层就地深熔作用的产物，是在中太古代时期集宁岩群形成之后本区经历麻粒岩相高级变质作用改造的结果^[26]。近年来开展的1∶25 万区域地质调查将蛮汗山岩体厘定为弱片麻状（变斑状）石榴石黑云母二长花岗岩等多个地质单元。本文在前人研究的基础上，进一步对石榴石（变斑状）二长花岗岩进行了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄、常量元素、微量元素（包括稀土元素）等测试，以确定石榴石二长花岗岩的形成时代，并对其成因进行了讨论。

研究区位于内蒙古呼和浩特市东南、凉城县以西，基岩裸露，形成陡峭的山峰，最高峰为蛮汗山，海拔高度为2305 m。古元古代侵入岩广布，出露面积最大的是弱片麻状石榴石二长花岗岩，另外零星分布有变质基性岩（二辉斜长麻粒岩）、弱片麻状石榴石英云闪长岩、弱片麻状石榴石花岗闪长岩、弱片麻状含石榴石正长花岗岩，部分岩石可出现变斑晶及紫苏辉石。这些石榴石花岗岩具块度大、花色好、硬度大（耐磨）、易开采等特点，可作为装饰面料石材开采。凉城永兴湖周边有大面积石榴石花岗岩出露，为吸引游人，当地旅游部门在该岩石上刻下了“陨石”、“天外来石”等字样，这都是无科学依据的，在此也想呼吁相关部门要以事实为准绳，尊重科学，弘扬正能量，特别是旅游景区，更应尊重客观事实，本来是地下熔融而来，为何要写成是天上掉下来的呢？研究区出露的老地层为集宁岩群沙渠村岩组，为一套孔兹岩系^[28-35]，多呈捕掳体、残留体等形式产出。下白垩统白女羊盘组火山岩分布零星；中新统汉诺坝组玄武岩组产状近于水平，多形成高平台地貌。沟壑的边缘分布有上更新统马兰组黄土，古人类在此挖掘窑洞作为生活居所，内蒙古呼和浩特著名的“大窑文化”^[36-37]出土于此。沟谷中充填的为第四系全新统冲洪积、残坡积等沉积物。断裂构造较发育，北东向为主，其次是北西向，将原地质体切割成大小不等的菱形块体（图 1）。

图1(Fig.1)

图1 内蒙古凉城地区地质略图 Fig.1 Geological sketch map of Liangcheng area, Inner Mongolia

弱片麻状石榴石二长花岗岩体主要呈北东向带状展布，发育弱片麻理，局部呈块状产出。岩体内多见规模不等的新太古界集宁岩群沙渠村岩组矽线石榴片麻岩、石榴石变粒岩、紫苏斜长麻粒岩等包体。与古元古代变质基性岩、弱片麻状石榴石英云闪长岩、弱片麻状石榴石花岗闪长岩、弱片麻状石榴石正长花岗岩等呈侵入接触。

岩石类型主要有2 种，即弱片麻状石榴石二长花岗岩和弱片麻状变斑状石榴石二长花岗岩。

（1）弱片麻状石榴二长花岗岩，浅灰色，弱片麻状构造到块状构造，粒状变晶结构。主要由斜长石（40%~50%）、钾长石（25%~30%）、石英（20%~25%）、石榴石（1%~10%）、黑云母（少量）等组成，副矿物有磁铁矿、磷灰石、独居石、钛铁矿、钛磁铁矿等。斜长石0.5~3.5 mm，他形粒状变晶，绢云母化；钾长石为显微条纹长石，比较干净，发育显微条纹构造，呈0.5~2 mm的他形粒状；石英0.3~3 mm，粒状或压扁状；石榴石为0.5~4 mm的粒状，部分石英等包裹体构成筛状变晶；黑云母浅黄—深棕红色，为0.3~0.5 mm的片状。变质矿物组合Alm+ Pl +Kf+ Q+Bi，为高角闪岩相变质。

（2）弱片麻状变斑状石榴石二长花岗岩，灰色，岩石具似斑状变晶结构，基质具粒状变晶结构、变余细粒花岗结构，弱片麻状到块状构造。变斑晶由钾长石和石榴子石组成，钾长石（5%~15%）为半自形—他形粒状，弱土化，主要由条纹长石组成，粒径为10~20 mm；石榴子石（5%）为6.5 mm 左右的粒状，有时成聚合斑晶。基质中钾长石（条纹长石）25%~40%，斜长石20%~30%，反条纹长石5%，石英20%~25%，蠕英石少量，石榴子石5%~20%，黑云母2%~5%，角闪石2%，磁铁矿＜3%，副矿物有磷灰石、锆石、独居石、白钛矿、钛铁矿等。斜长石0.2~5 mm，粒状，具弱土化，发育聚片双晶，部分为反条纹长石；钾长石呈0.2~5 mm的粒状，主要由微斜长石和条纹长石组成；石英为0.2~5 mm的他形粒状，波状消光；石榴子石为0.5~2 mm的粒状；黑云母浅黄—深棕褐色，0.2~2 mm的片状，沿解理有少量铁质析出；角闪石以0.2~2 mm的柱粒状为主，次闪石化。

锆石（0.27 mg/g）呈粉色，次浑圆—浑圆粒状、柱粒状、断柱状，晶体裂纹较发育，表面见凹坑沟槽等溶蚀痕迹，具轻微水化现象，多有铁染。具似毛玻光泽、弱金刚光泽，呈透明—半透明状，见固相黑包体。粒径0.02~0.25 mm者为主，0.25~0.5 mm者少，个别0.8 mm。伸长系数1~2 者为主，2~5者少。

弱片麻状石榴石二长花岗岩、弱片麻状变斑状石榴石二长花岗岩的主量元素、稀土元素及微量元素分析结果列于表 1（弱片麻状石榴花岗岩求平均值时，主量元素45 个样、稀土元素42 个样、微量元素32 个样；含石榴浅粒岩、矽线石榴片麻岩、含矽线石榴变粒岩求平均值时，主量元素33 个样、稀土元素20 个样、微量元素13 个样；主量元素中前人将H2O+和烧失量均统计为烧失量，稀土元素前人的样品多数没分析Y，因此ΣREE 平均值中不包括Y的含量，微量元素前人的样品多数没有分析Pb）。SiO₂含量60.32%~70.60%，在APQ图解（图解略）中除D0088-1-1 样品落入花岗闪长岩区外，其他样品均落在二长花岗岩区；Al₂O₃ 含量为14.29% ~17.60%，A/CNK(分子摩尔比)为1.13~1.59，均大于1.1，是过铝质-强过铝质花岗岩^[3]，属钙碱性系列^[10]；Na₂O 含量2.26%~4.02%，K₂O 含量1.97%~4.39%，Na₂O+K₂O含量4.74%~7.12%，平均5.89%，富钾，多数样品K₂O/Na₂O>1，里特曼指数σ 在0.81~2.56。Fe、Mg、Ca 及Ti 和P 含量均很低。标准矿物中未出现Di（透辉石），而C（刚玉）值为1.58~5.14，均大于1%，属S 型花岗岩。石榴石花岗岩的主量元素地球化学成分与含石榴浅粒岩、矽线石榴片麻岩、含矽线石榴变粒岩等变质表壳岩的主量元素成分也十分接近（表 1），表现出它们的同源性。

表1(Table 1)

表1 凉城地区古元古代石榴石二长花岗岩主量元素（%）、稀土元素和微量元素（10-6）分析结果Table 1 Content of major (%), REE and trace elements (10-6) for Paleoproterozoic garnet monzonitic granite in the Liangcheng area, Inner Mongolia

表1 凉城地区古元古代石榴石二长花岗岩主量元素（%）、稀土元素和微量元素（10-6）分析结果 Table 1 Content of major (%), REE and trace elements (10-6) for Paleoproterozoic garnet monzonitic granite in the Liangcheng area, Inner Mongolia

弱片麻状（变斑状）石榴石二长花岗岩稀土总量（ΣREE）偏高，在181.7×10^-6~469.5×10^-6，轻重稀土分馏强烈，Eu 呈明显的负异常（δ Eu=0.26~0.94），稀土配分曲线呈右倾“V”字型（图 2）轻稀土分布曲线较陡、重稀土分布曲线较平缓。表明富集轻稀土元素、亏损重稀土元素，且与变质表壳岩（平均值）的稀土配分曲线形态一致，体现出二者的亲缘关系，反映轻重稀土分馏程度的La_N/Yb_N=6.7~33.6，反映重稀土分馏程度的Gd_N/Yb_N=1.67~9.51。

图2(Fig.2)

图2 凉城地区古元古代石榴石二长花岗岩球粒陨石标准化稀土模式图 Fig.2 Chondrite-normalized REE patterns for Paleoproterozoic garnet monzonitic granite in the Liangcheng area, Inner Mongolia

在原始地幔标准化微量元素蛛网图中，石榴石二长花岗岩与变质表壳岩（平均值）的分布形式也极为相似（图 3）。石榴石二长花岗岩总体表现为强烈亏损Nb、Ta、P、及Ti 等高场强元素（HFSE），富集Ba、K、Zr、Hf、、Nd、Rb 等大离子亲石元素。它们具有低的Sr 含量(201×10^-6~297×10^-6) 及低的Yb 含量(1.81×10^-6~6.95×10^-6)（表 1）。Zr、Hf 与孔兹岩相比相明显增多，Zr/Hf 比值均>30，平均值为37.9。Y/Ho比值较集中，在23.6~27.2。

图3(Fig.3)

图3 凉城地区古元古代石榴石二长花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图 Fig.3 Primitive mantle normalized trace element spider diagrams for Paleoproterozoic garnet monzonitic granite in the Liangcheng area, Inner Mongolia

LA-MC-ICP-MS研究样品D0031-1-1，采自蛮汗山东弱片麻状变斑状含石榴黑云二长花岗岩。采样点位GPS：112°21′17″E，40°36°22″N。样品新鲜，原始样重5.84 kg，锆石黄色，干净新鲜，阴极发光图像环带较为发育（图 4），显示为岩浆结晶锆石。

图4(Fig.4)

图4 古元古代石榴石二长花岗岩锆石微区阴极发光图像及206Pb/238U 年龄 Fig.4 Cathodoluminescence (CL) images and 206Pb/238U ages of zircon domains from Paleoproterozoic garnet monzonitic granite samples

用于测年的锆石在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成分选，样品采用常规方法进行破碎，粉碎到80 目，经浮选和磁选后，再在双目镜下挑选裂纹少、透明度较好、干净的锆石用以制靶。将锆石用环氧树脂制成样品靶，并抛光至锆石颗粒中心位置^[38]，全部过程由天津地质矿产研究所同位素实验室完成。

采用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪( LAMC-ICP-MS)进行锆石微区原位U-Pb 同位素测定，由天津地质矿产研究所同位素实验室完成，分析仪器是Thermo Fisher 公司生产的Neptune,其离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦设计，激光器为美国ESI 公司生产的UP193-FXARF准分子激光器，详细的实验原理和操作流程参见李怀坤等^[39-40]文献。锆石U/Pb 比值及年龄校准选用标准锆石91500，锆石同位素比值、元素含量以及年龄计算、谐和图等绘制采用中国地质大学刘勇胜研发的ICPMSDataCal 程序和Ludwig 的Isoplot 程序进行数据处理，采用GJ-1 作为外部锆石年龄标准进行同位素分馏校正，应用²⁰⁸Pb 校正法对普通铅进行校正^[41]，利用NIST612 玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。误差为1σ 。

弱片麻状石榴石二长花岗岩中25 个锆石LAMC-ICP-MS U-Pb 同位素分析结果及年龄值列于表 2。

表2(Table 2)

表2 古元古代石榴石二长花岗岩LA-MC-ICP-MS 锆石U-Pb年龄分析结果Table 2 LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb data from Paleoproterozoic garnet monzonitic granite

表2 古元古代石榴石二长花岗岩LA-MC-ICP-MS 锆石U-Pb年龄分析结果 Table 2 LA-MC-ICP-MS zircon U-Pb data from Paleoproterozoic garnet monzonitic granite

样品D0031-1-1 中锆石颗粒较小，所选锆石粒径100~300 μm，晶体形态较好（图 4），无磨圆，总体上结构比较均一，发育核、幔、边结构，核部与幔部界线模糊，幔部与边部界线清晰，具清晰韵律环带构造，属岩浆锆石，反映其未搬运或搬运距离极短。25 个分析数据点构成一条线性很好的不一致线，绝大部分点成群分布于一致曲线上或其附近(图 5)。部分分析点结果偏离一致曲线较远，可能是岩石形成后锆石发生过Pb丢失所致^[42-45]。

图5(Fig.5)

图5 古元古代石榴石二长花岗岩锆石微区LA-ICP-MSU-Pb 年龄谐和图 Fig.5 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram for analyses of zircon domains from Paleoproterozoic garnet monzonitic granite

所测定的锆石无论是核部还是边缘，年龄均较稳定，25 个测点²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄的变化范围为（1581±28）~（2042 ± 25）Ma，18 个测点的加权平均值为（1933.3±9.8）Ma（MSWD=1.5，n=18）；²⁰⁷Pb/²³⁵U年龄范围在（1746±18）~（2083±20）Ma。锆石中U含量为48.6×10^-6~816.1×10^-6，变化较大。

（1933.3±9.8）Ma代表锆石结晶年龄，即代表了石榴石二长花岗岩的原岩成岩年龄，表明该岩浆岩形成于古元古代中期。

该地区的石榴石花岗岩具富硅，过铝，高钾和钠，低钙、镁、铁和磷等特点，主量元素、微量元素等均表明其与新太古代变质表壳岩（集宁岩群孔兹岩系）有一定的亲缘关系^{[20, 21]}。在野外宏观露头，变质表壳岩呈大小不等的残留体、捕掳体产于石榴石花岗岩中，二者界线或清晰或渐变过渡。弱片麻状石榴石花岗岩的A/CNK（分子比）值均大于1.1，标准矿物C（刚玉）含量也都大于1%，具S 型花岗岩的特征；Na₂O除D0088-1-1 外，其余均<3 %；岩石中普遍含石榴子石，具地壳重熔型花岗岩特点。由此看来，弱片麻状石榴花岗岩的形成不是深部酸性岩浆侵位的，而是由新太古界集宁岩群一套富铝质岩石（孔兹岩系）部分熔融的产物。SiO₂、Al₂O₃等主量元素的含量变化大，可能与部分熔融程度有关，TiO₂、Al₂O₃、MgO、CaO、Na₂O含量随SiO₂含量的增加而减少。轻稀土富集，轻重稀土分馏明显，重稀土元素较为平坦,具有典型强过铝花岗岩的稀土元素特征。轻稀土元素碱性较强，部分熔融时优先进入熔体中，而重稀土元素部分熔融时则易保留在残余固相中，因此造成该石榴石花岗岩中重稀土元素含量明显偏低^[26]。在露头上，弱片麻状石榴花岗岩中的成分变化较大，表现在暗色矿物石榴石和黑云母含量的变化，有些岩石暗色矿物以石榴石为主，黑云母极少，有些岩石黑云母含量多。这种矿物成分的不均匀性导致化学成分的变化，同时也与重熔后的熔体成分没有完全均匀化有关，另外也反映出重熔岩浆岩的源岩物质组成的不均匀性。

片麻状石榴石花岗岩的SiO₂、CaO和Na₂O+K₂O平均含量较变质表壳岩富集，而Al₂O₃、Fe₂O₃和FeO的平均含量较低，这是由于在熔融过程中铁镁质组份相对难熔而不易进入熔体残留下来所造成的，反映在矿物的变化是石英、长石含量多，而石榴子石、黑云母等铁镁质矿物含量较少。石榴石花岗岩的微量元素Nb、P、Ti 呈明显负异常，这是陆壳岩石熔融所产生的岩浆岩具有的共性。

本区石榴石二长花岗岩的CaO/Na₂O 比值在1.0±（>0.3），Rb/Sr(<1.0)和Rb/Ba(<0.3)比值低，反映源岩为杂砂岩^[11]。Zr、Hf含量与孔兹岩相比增多，且Zr/Hf 比值均大于30，平均为37.85，与球粒陨石的Zr/Hf 比值（35~40）相似，暗示岩浆存在明显的锆石分异。

综上所述，研究区内石榴石花岗岩与变质表壳岩间存在一定的继承性，但岩石化学、微量元素和稀土元素含量也存在一定差异，不同地区的石榴石花岗岩也有所变化，这也说明强过铝花岗岩来自孔兹岩部分熔融重熔^[25]后，熔浆没有发生充分的流动，还未来得及均一化就开始结晶。进一步说明石榴石花岗岩为原地-半原地深熔花岗岩，除大面积二长花岗岩出露以外，与之配套的岩石还有英云闪长岩类、花岗闪长岩类等。结合岩石化学、地球化学特征及大地构造环境等综合分析，古元古代以二长花岗岩为主的变质深成岩形成于后碰撞环境^{[10-11]❶❷}(❶内蒙古自治区地质调查院. 1∶25 万呼和浩特市幅（K₄₉C004003）区域地质调查报告[R]. 呼和浩特: 内蒙古自治区地质调查院,2015.❷山西省地质调查院. 1∶25 万偏关县幅(J49C001003)区域地质调查报告(送审稿)[R]. 大同: 山西省地质调查院. 2014.)。

区域上，关于内蒙古中部重熔型花岗岩的年龄数据已获得了不少，均集中在古元古代，大体可划分为3 个峰期：2500~2400 Ma、2000~1900 Ma、1900~1800 Ma。

2500~2400 Ma，这一区间的年龄值主要出现在大青山（呼和浩特市北）、乌拉山（包头地区），反映的是与活动大陆边缘岛弧环境有关的早期侵入年龄。钟长汀等在卓资—武川地区获SHRIMP 年龄石英闪长岩（2435 ± 12）Ma、片麻状角闪二长花岗岩（2416 ± 8）Ma、角闪二长花岗岩（2494 ± 16）Ma^[18]，通过岩石学、地球化学研究，认为其为华北克拉通具有现代意义的俯冲作用形成的岩浆记录。在2400~2300 Ma，华北克拉通东部古陆向西部古陆发生俯冲作用，地幔楔熔融形成西北部以含辉石闪长岩、石英闪长岩为代表的岛弧花岗岩^[11]。刘建辉等在乌拉山地区获黑云二长花岗质片麻岩（2456±7.2）Ma、花岗闪长质片麻岩（2454±6.8）Ma、强糜棱岩化紫苏花岗岩（2455±15）Ma（LA-MC-ICP-MS）^[13]，认为该区古元古代花岗岩的形成时代为2.45 Ga，花岗质岩类的岩石组合及地球化学特征等暗示其可能形成于活动大陆边缘岛弧环境，与地幔岩浆底侵有关的玄武质下地壳的部分熔融。张臣等在大青山地区料木山黑云母花岗岩获锆石SHRIMP 年龄（2430±19）Ma^[3]，可能代表鄂尔多斯陆块与阴山微陆块碰撞造山岩浆热事件年龄。区域上埃达克质岩^[24]、赞歧岩、Colcepet 花岗岩同位素年龄均为2470~2330 Ma，预示着这一地区在古元古代早期可能已经出现与板块消减相关的陆-陆碰撞造山带。

2000~1900 Ma，这一年龄主要出现于内蒙古中部的集宁—凉城一带，代表着重熔型强过铝石榴石花岗岩的形成时代，即源岩的熔融时代，代表了华北克拉通北缘古元古代一次造山作用的时代（为一次大规模的区域性热事件）。本文在蛮汗山石榴石二长花岗岩中获得的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄（1933.3±9.8）Ma，区域上或相邻区域与其相吻合的年龄数据也不少。旗下营地区1∶5 万区域地质调查^❶(❶内蒙古地质调查院. 1∶5 万旗下营地区区域地质调查报告[R]. 呼和浩特: 内蒙古地质矿产勘查院,1999.)时采用单颗粒锆石U-Pb 法获得弱片麻状石榴英云闪长岩年龄1979 Ma、弱片麻状变斑状石榴英云闪长岩年龄值1991.6 Ma；钟长汀等在凉城—和林带获SHRIMP锆石U-Pb 年龄石榴二长花岗岩（1921±16）Ma、石榴紫苏花岗岩（1908±13）Ma、石榴紫苏花岗岩（1933±7）Ma^[11]。陈海东等在凉城北脑包回前的紫苏斜长麻粒岩中获LA-MCICP-MS 锆石U-Pb 同位素年龄（1935±9）Ma^[23]；1∶25 万呼和浩特市幅区域地质调查时在和林—凉城地区不同类型的石榴花岗岩中获得多个LAMC-ICP-MS 锆石同位素年龄为1922~1933 Ma^❷(❷内蒙古自治区地质调查院. 1∶25 万呼和浩特市幅（K₄₉C004003）区域地质调查报告[R]. 呼和浩特: 内蒙古自治区地质调查院,2015.)（部分年龄数据待发表）；张华锋等在凉城北2 km 处石榴石花岗岩中获（1922±25）Ma^[24]；王惠初等对华北克拉通中部地区的古元古代锆石年龄数据统计后认为1.8~1.95 Ga 代表了古元古代末期造山事件（构造热事件），且与全球Columbia 超大陆汇聚事件相关^[14]，其锆石U-Pb 年龄代表碰撞后大规模岩浆底侵时间，碰撞峰期年龄应在1950~1900 Ma，同碰撞时限应在1900 Ma之前^[16]。

1900~1800 Ma 代表了碰撞后抬升过程中的中压麻粒岩相和角闪岩相退变作用，关于该地区古元古代地质构造事件演化，诸多学者进行过不同程度的论述^{[10, 11, 15, 16]}。

（1）石榴石二长花岗岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb 年龄（1933.3±9.8）Ma，为该区花岗岩原岩年龄，表明该区石榴石花岗岩形成于古元古代（2000~1900 Ma）。

（2）研究区石榴石花岗岩在空间上与孔兹岩系密切共生，在矿物组成和地球化学特征上大体相似，反映出它们之间的亲缘性。石榴石花岗岩为孔兹岩系的深部重熔产物，即为重熔型石榴石花岗岩。

（3）古元古代石榴石花岗岩形成于后碰撞环境。

致谢：文中引用了内蒙古自治区地质调查院等多家单位的研究成果，野外工作过程中得到内蒙古地质矿产勘查院大力支持，在此一并表示衷心的感谢!