內(nèi)蒙古東部建設(shè)屯火山巖鋯石U-Pb測(cè)年、地球化學(xué)特征及成因

卞雄飛，李永飛，孫守亮，郜曉勇

（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽(yáng)110034）

興蒙造山帶作為中亞造山帶東部的重要組成部分，記錄著顯生宙以來(lái)不同時(shí)期的構(gòu)造巖漿事件，這些巖漿事件為該造山帶的形成與演化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，并為不同時(shí)期古板塊之間縫合帶的厘定與識(shí)別提供了重要的依據(jù).內(nèi)蒙古東部西拉木倫河北岸地區(qū)位于興蒙造山帶的東南段，處于中朝古板塊與西伯利亞古板塊的最終碰撞、拼合部位，是研究西拉木倫縫合帶構(gòu)造演化的關(guān)鍵地區(qū).近年來(lái)，該地區(qū)識(shí)別出三疊紀(jì)不同時(shí)期侵入巖以及三疊紀(jì)早期基性火山巖，其巖漿作用的成因與構(gòu)造背景的綜合分析［1-6］，為該縫合帶的碰撞造山過(guò)程以及區(qū)域構(gòu)造特征研究提供了可靠的巖石學(xué)證據(jù).本文通過(guò)對(duì)大興安嶺南部1∶5萬(wàn)幸福之路圖幅?內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)三分隊(duì).1∶5萬(wàn)幸福之路幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.1998.中原劃歸為林西組上段的建設(shè)屯南山剖面中的火山巖進(jìn)行鋯石U-Pb同位素測(cè)年和地球化學(xué)特征分析，以期為西拉木倫碰撞帶早三疊世時(shí)期的構(gòu)造演化特征分析提供基礎(chǔ)的地質(zhì)資料與信息.

1 區(qū)域地質(zhì)概況與巖石學(xué)特征

內(nèi)蒙古建設(shè)屯火山巖位于巴林右旗北部幸福之路鄉(xiāng)建設(shè)屯南（圖1a），大地構(gòu)造位置處于西拉木倫河縫合帶以北（圖1b）.研究區(qū)內(nèi)出露的地層單元主要有晚古生代火山巖與碎屑巖以及中、新生代陸相火山巖和碎屑巖.侵入巖主要出露晚古生代到中生代的不同巖性類型.本文研究的晚古生代火山巖被北部的建設(shè)屯巖體侵入，在1∶5萬(wàn)幸福之路圖幅東部白音查干地區(qū)被中生代的瑪尼吐組火山巖覆蓋.根據(jù)不同比例尺的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料，建設(shè)屯晚古生代火山巖時(shí)代存在著早二疊世（大石寨組）?遼寧省第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì).1∶20萬(wàn)林西縣幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)報(bào)告書(shū).1971.與晚二疊世?（林西組）的爭(zhēng)議.本文對(duì)1∶5萬(wàn)圖幅中該巖組剖面進(jìn)行調(diào)查采樣，對(duì)其中發(fā)育的火山熔巖進(jìn)行了精細(xì)的定年，結(jié)果顯示其為248.4±4.8 Ma.值得一提的是，該火山巖定年結(jié)果與其北部的建設(shè)屯巖體的定年結(jié)果（248.5±2.4 Ma）［5］近乎一致，反映二者為同一時(shí)期的巖漿產(chǎn)物.

本次工作采集的樣品較新鮮，巖性主要為安山巖、粗安巖、英安巖.安山巖：灰色—灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為主要為斜長(zhǎng)石，板狀晶，粒徑0.5～1.8 mm，含量15%，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)，成分為斜長(zhǎng)石（含量約35%，雙晶發(fā)育）、堿性長(zhǎng)石（含量約10%，無(wú)雙晶）等.粗安巖：灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為正長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石，含量38%，正長(zhǎng)石為自形晶，大小0.2～0.8 mm，發(fā)育卡式雙晶，含量20%，斜長(zhǎng)石半自形，大小0.05 mm×0.3 mm，雙晶不發(fā)育，含量18%，基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu)，主要成分為正長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石，粒度小于0.1 mm.英安巖：斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，鏡下可見(jiàn)正長(zhǎng)石成板狀，發(fā)育卡式雙晶，大小0.2 mm×0.5 mm～1.2 mm×0.4 mm，含量1%～3%，少量石英，基質(zhì)為霏細(xì)結(jié)構(gòu).此外巖石中可見(jiàn)少量鋯石、磁鐵礦等副礦物.

圖1 內(nèi)蒙古東部建設(shè)屯地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geologic sketch map of Jianshetun area in Eastern Inner Mongolia

2 鋯石U-Pb年齡測(cè)定

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

樣品的鋯石分選由河北省廊坊市地源巖石礦物測(cè)試分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，并用浮選和電磁法方法進(jìn)行分選，在雙目鏡下挑選出晶形完好、無(wú)明顯裂痕和包體的鋯石顆粒，將其粘貼在環(huán)氧樹(shù)脂表面，打磨拋光后露出鋯石的表面，然后對(duì)其進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光（CL）圖像采集.鋯石的制靶和顯微圖像的采集在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成.鋯石LA-ICPMS U-Pb同位素分析均在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.首先通過(guò)透射光、反射光和CL圖像分析，選擇鋯石吸收程度均勻的位置進(jìn)行定年分析，分析采用Agilent7500型ICP-MS和德國(guó)Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準(zhǔn)分子激光器以及MicroLas公司的GeoLas200M光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行.激光束斑直徑為 30 μm，激光剝蝕樣品的深度為 20～40 μm，激光脈沖為10 Hz，能量為32～36 mJ.實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣.用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器優(yōu)化處理.采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)校正測(cè)得的鋯石同位素?cái)?shù)據(jù)，元素含量采用NIST SRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)，測(cè)試結(jié)果通過(guò)GLITTER軟件計(jì)算得出，實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen［8］的方法進(jìn)行同位素比值校正用以扣除普通Pb的影響，諧和圖的繪制采用ISOPLOT3.0完成［9］.詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見(jiàn)文獻(xiàn)［10］；U-Th-Pb含量分析見(jiàn)文獻(xiàn)［11］；所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平（表1）.

2.2 鋯石分析結(jié)果

對(duì)建設(shè)屯火山巖剖面上出露的英安巖（D724-2，坐標(biāo)：43°49′50.7″N，118°46′06.7″E 進(jìn)行了鋯石 LAICP-MS U-Th-Pb同位素分析，分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1.陰極發(fā)光圖像顯示，鋯石內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，呈短柱狀及粒狀晶形，發(fā)育振蕩環(huán)帶，顯示巖漿成因鋯石的特點(diǎn)（圖2）.用33 μm的激光剝蝕斑晶對(duì)樣品鋯石進(jìn)行了LAICP-MS定年分析，共完成21顆鋯石21個(gè)點(diǎn)的測(cè)試，通過(guò)同位素比值校正，14個(gè)點(diǎn)的分析結(jié)果可信.分析點(diǎn)的結(jié)果顯示樣品具有高的Th/U比值，介于0.53～1.26，暗示其為巖漿鋯石［12］.在鋯石U-Pb年齡諧和圖中，鋯石分析點(diǎn)基本位于U-Pb諧和線及其附近，206Pb/238U年齡集中在234～267 Ma之間，206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為 248.4±4.8 Ma，MSWD=1.9（圖 3），此年齡代表了火山巖巖漿結(jié)晶年齡，表明建設(shè)屯火山巖形成于早三疊世早期，并非區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作中所厘定的早二疊世?遼寧省第二區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì).1∶20萬(wàn)林西縣幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)報(bào)告書(shū).1971.與晚二疊世?內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局第二區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊(duì)三分隊(duì).1∶5萬(wàn)幸福之路幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.1998..

圖2 建設(shè)屯火山巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.2 CL images of zircons from Jianshetun volcanic rocks

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

建設(shè)屯南山火山巖主量與微量元素化學(xué)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.火山巖樣品數(shù)據(jù)運(yùn)用SINCLAS程序?qū)χ髁吭厝w一化后［13］，在 TAS巖石分類圖解（圖 4a）上顯示為中性、中酸性巖類，屬于亞堿性系列.在SiO2-K2O圖解（圖4b）上，火山巖主要為鈣堿性系列—高鉀鈣堿性系列.巖石SiO2含量介于57.19%～71.17%，Al2O3含量介于13.82%～16.53%，巖石富鈉低鉀，Na2O/K2O平均值為2.04，CaO含量平均值為4.06%.A/CNK值介于0.81～1.40之間，A/NK值介于1.48～2.50之間，為準(zhǔn)鋁質(zhì)—過(guò)鋁質(zhì)中酸性巖石（圖4c）.

3.2 稀土與微量元素

建設(shè)屯火山巖稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖總體呈輕稀土富集型特點(diǎn)（圖5a）.稀土元素總量為90.24×10-6～165.58×10-6，平均為 128.07×10-6.巖石輕重稀土元素分餾明顯，（La/Yb）N平均值為7.99.重稀土分餾不明顯，（Gd/Yb）N平均值為1.29；δEu平均值為0.62.在微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖5b）上，巖石明顯富集大離子親石元素 Rb、Ba、U、K，而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素 Nb、P、Ti.與同時(shí)期的建設(shè)屯花崗閃長(zhǎng)巖相比較，除Sr、Eu異常存在明顯的差異外，二者稀土與微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線基本相似，與地殼元素稀土與微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線近乎一致（圖 5 a、b）.

表1 建設(shè)屯火山巖鋯石U-Pb同位素LA-ICP-MS測(cè)試結(jié)果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results of Jianshetun volcanic rocks

圖4 火山巖分類命名圖解Fig.4 Classification diagrams of the volcanic rocks

圖5 稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分型式圖Fig.5 Rare earth element distribution patterns

表2 建設(shè)屯火山巖主量元素、微量元素和稀土元素分析結(jié)果Table 2 Analysis results of major and trace elements for Jianshetun volcanic rocks

續(xù)表（Continued）

4 巖漿源區(qū)與成因

建設(shè)屯南中酸性火山巖的主量元素地球化學(xué)特征：SiO2大于 56%；Al2O3=13.82%～16.53%；Na2O/K2O平均值為2.04；MgO＜3%，總體為一套鈣堿性—高鉀鈣堿性系列巖石.稀土與微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線與地殼配分曲線近乎一致，表明該套火山巖來(lái)自地殼物質(zhì)局部熔融的殼源巖漿.

對(duì)于殼源的中酸性巖石而言，Sr、Yb豐度被認(rèn)為是識(shí)別與判別巖漿源區(qū)成因與性質(zhì)的有效指標(biāo)［16］.建設(shè)屯中酸性巖石除一個(gè)樣品Sr=289×10-6外，其余Sr＞300×10-6，Yb=1.37×10-6～2.91×10-6；Y 平均為 22.45×10-6，δEu 平均為 0.61，符合埃達(dá)克巖型巖石標(biāo)準(zhǔn)［17］（圖 6）.值得一提的，與其同期的建設(shè)屯侵入巖（248.5±2.3 Ma），也具有埃達(dá)克型地球化學(xué)特征［5］，從而說(shuō)明二者為起源于同一母巖漿源區(qū)的同時(shí)異相產(chǎn)物，原始巖漿應(yīng)是加厚下地殼榴輝巖相物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物，其殘留相以石榴石為主，對(duì)應(yīng)的壓力與深度應(yīng)大于1.0 GPa、40 km.另外，建設(shè)屯地區(qū)無(wú)論是侵入巖還是火山巖，均表現(xiàn)出了O型埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征，富鈉而貧鉀（Na2O/K2O＞2），而明顯不同于C型埃達(dá)克巖的富鉀特征（Na2O/K2O≈1 或＞1）［18-19］.目前，對(duì)于 O 型埃達(dá)克巖形成環(huán)境仍存在著不同的認(rèn)識(shí)與看法［20-21］，特別是產(chǎn)出于造山帶中的該類巖石，對(duì)于其成因與構(gòu)造環(huán)境，還需要根據(jù)其他地質(zhì)證據(jù)，而不能僅僅根據(jù)埃達(dá)克巖本身地球化學(xué)特征而確定［21-22］.

圖6 建設(shè)屯火山巖Sr-Yb圖Fig.6 The Sr-Yb diagram of Jianshetun volcanic rocks

建設(shè)屯早三疊世早期的火山巖與侵入巖位于西拉木倫河縫合帶北側(cè)，二者的成因與兩大古板塊之間的古亞洲洋閉合有關(guān).近年來(lái)，對(duì)于古亞洲洋最終閉合時(shí)限與位置的研究己經(jīng)取得了明顯的進(jìn)展，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋在二疊紀(jì)末最終俯沖，從而導(dǎo)致兩個(gè)相對(duì)的活動(dòng)大陸邊緣［23-24］最終閉合于晚二疊世—早三疊世.因此，早三疊世早期的建設(shè)屯火山巖與侵入巖一樣，應(yīng)是古亞洲洋閉合之后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山初期階段的產(chǎn)物.一般來(lái)說(shuō)，O型埃達(dá)克巖形成于俯沖洋殼部分熔融或者形成于貧K的加厚下地殼部分熔融［19-21］.結(jié)合本區(qū)的構(gòu)造地質(zhì)背景，具有O型埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征的建設(shè)屯火山巖與建設(shè)屯巖體成因一樣，應(yīng)是古亞洲洋閉合后西拉木倫縫合帶碰撞造山初期加厚的新生下地殼部分熔融作用的產(chǎn)物.

5 結(jié)論

1）內(nèi)蒙古東部建設(shè)屯火山巖鋯石U-Pb年齡為248.4±4.8 Ma，與建設(shè)屯巖體年齡（248.5±2.4 Ma）基本一致，反映二者為同一時(shí)期的巖漿產(chǎn)物.

2）建設(shè)屯火山巖地球化學(xué)顯示其具有O型埃達(dá)克巖地球化學(xué)特征.

3）建設(shè)屯火山巖形成于西伯利亞古板塊和中朝古板塊沿西拉木倫河縫合帶閉合后加厚的新生下地殼部分熔融作用，而并非形成于俯沖洋殼的部分熔融作用.

致謝：鋯石分選工作由河北廊坊地源巖石礦物測(cè)試分選技術(shù)服務(wù)有限公司張江滿高級(jí)工程師完成，鋯石制靶、陰極發(fā)光圖像采集由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司劉力高級(jí)工程師完成，西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙少偉博士在LA-ICP-MS U-Pb分析測(cè)試過(guò)程中給予了幫助與指導(dǎo)，在此表示最誠(chéng)摯的謝意.

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