內(nèi)蒙古基東地區(qū)公婆泉組火山巖鋯石年代學(xué)及地球化學(xué)特征

郝偉+王剛+阿其娜

摘要：本文對(duì)內(nèi)蒙古基東地區(qū)廣泛出露的公婆泉組火山巖以野外地質(zhì)、巖石學(xué)、鋯石年代學(xué)以及地球化學(xué)等方面，對(duì)其形成時(shí)代，構(gòu)造環(huán)境及巖石成因進(jìn)行了探討，結(jié)果表明：內(nèi)蒙古基東地區(qū)公婆泉組火山巖位于塔里木板塊白山晚古生代巖漿弧與馬鬃山旱古生代巖漿弧的結(jié)合部位，為一套中基性火4巖夾少量中酸性火山碎屑巖，巖石類(lèi)型為玄武巖、玄武安山巖、玄武粗安巖以及流紋質(zhì)、英安質(zhì)的火山凝灰?guī)r。形成于早古生代志留紀(jì)（S），巖石地層單位以Sg表示；LA-ICP-MSU-Ph諧和年齡為432±25Ma，后期受到華力西旱期巖漿熱事件（320±27Ma）和燕山期巖脈影響（157±27Ma）。

關(guān)鍵詞：公婆泉組火山巖；鋯石U-Pb定年；巖石地球化學(xué)；基東；內(nèi)蒙古

研究區(qū)隸屬于北山成礦帶，地處內(nèi)蒙古額濟(jì)納旗基東地區(qū)。構(gòu)造背景上位于西伯利亞、哈薩克斯坦和塔里木三大板塊交匯部位。區(qū)域范圍內(nèi)斷裂構(gòu)造縱橫交錯(cuò)，巖漿活動(dòng)頻繁，成礦條件十分優(yōu)越，是我國(guó)北部地區(qū)最為重要的有色和貴重金屬成礦帶之一，本文擬從巖石學(xué)、年代學(xué)以及地球化學(xué)等方面，探討公婆泉組火山巖的形成時(shí)代、構(gòu)造背景及成因機(jī)制。

1、地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

研究區(qū)位于天山一內(nèi)蒙褶皺帶北山褶皺系公婆泉槽向斜的東北部，處于白山晚古生代巖漿弧與馬鬃山早古生代巖漿弧的結(jié)合部位。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要分為三組，最早期的EW向或近EW向斷裂構(gòu)造，多為逆斷層或逆沖斷層，規(guī)模大，活動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，繼承性明顯；中期表現(xiàn)為NE向斷裂構(gòu)造，規(guī)模較大，明顯切割早期斷裂和華力西期侵入巖體，亦具有一定的繼承性活動(dòng)特點(diǎn)，性質(zhì)有的為正斷層，但大多性質(zhì)不明；晚期呈NW向展布，切割之前形成的所有斷裂以及研究區(qū)中生代以前的地層與華力西期侵入巖體。該期斷裂在研究區(qū)表現(xiàn)最為明顯，多為高角度的正斷層。

2、鋯石LA-ICP-MSU-Pb定年

2.1、分析方法

鋯石分選整個(gè)流程使用的裝置徹底清洗，避免了污染。鋯石制靶在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。將待測(cè)鋯石以環(huán)氧樹(shù)脂固定，拋光至暴露出鋯石中心面，分別在光學(xué)顯微鏡下用反光、透射光照相和在掃描電鏡上進(jìn)行陰極發(fā)光（CL）照相，檢查鋯石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而幫助選定最佳的鋯石及鋯石待測(cè)部位和數(shù)據(jù)解釋。在激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（LA-IC-PMS）上完成U-Pb測(cè)年。鋯石的陰極發(fā)光（CL）研究在電子探針實(shí)驗(yàn)室完成。LA-ICP-MS法單顆粒鋯石微區(qū)U-Pb年齡測(cè)定在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Agilent7500a）與準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)（GeoLas2005）的聯(lián)機(jī)上進(jìn)行。數(shù)據(jù)采用ISOPLOT程序處理。

2.2、分析結(jié)果

鏡下觀察及陰極發(fā)光電子圖像顯示，鋯石為白色一無(wú)色透明，多呈長(zhǎng)柱狀自形晶體，長(zhǎng)寬比2-6，長(zhǎng)度多在50-100μm之間，大部分鋯石可見(jiàn)韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。Th/U比介于0.35-0.82，平均為0.60。因此，測(cè)試的鋯石應(yīng)均屬于巖漿鋯石。

4、構(gòu)造環(huán)境判別

上述研究表明，公婆泉組火山巖具有復(fù)雜多樣的巖石類(lèi)型，形成于早古生代志留紀(jì)（432±25Ma），原巖為一套以玄武巖為主的中基性火山巖，后期受海西期及燕山期熱液影響，發(fā)生變質(zhì)作用。眾所周知，火成巖的主、微量元素成分與其形成的構(gòu)造環(huán)境之間存在著密切的關(guān)系，即一定成分的火成巖對(duì)應(yīng)于相應(yīng)的構(gòu)造環(huán)境。稀土元素配分模式呈現(xiàn)輕稀土略虧損-近平坦型-輕稀土富集的多種型式，微量元素呈現(xiàn)“三隆起”特點(diǎn)，表現(xiàn)為Nb、Ti、P負(fù)異常，而大離子親石元素Rb、Sr、Ba的富集，這些特征與島弧玄武巖的特征極為相似，同時(shí)顯示出島弧向成熟演化的特征。Zr/Y-Y構(gòu)造環(huán)境判別圖中，大部分樣品投影點(diǎn)位于島弧玄武巖區(qū)內(nèi)，極少部分靠近洋中脊玄武巖區(qū)。Hf/3-Th-Nb/16判別圖中，樣品投影點(diǎn)全部落于島弧區(qū)；在Ti/1000-V相關(guān)圖和Hf/3-Th-Nb/16判別圖中，所有樣品投影點(diǎn)也是相應(yīng)的落于島弧拉斑及鈣堿性玄武巖區(qū)域內(nèi)。因此，公婆泉組火山巖形成于島弧環(huán)境。

北山地區(qū)在震旦紀(jì)-寒武紀(jì)時(shí)期塔里木古陸的裂解，至少形成兩個(gè)小洋盆和其間的大陸碎塊，之后在中寒武世初、中奧陶世末、志留紀(jì)末-泥盆紀(jì)發(fā)生俯沖或碰撞作用。古地磁證據(jù)顯示，在奧陶-志留紀(jì)期間，北山地體和塔里木地塊向北漂移運(yùn)動(dòng)，由于北山地體上所發(fā)生的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致了北山地體與哈薩克斯坦地塊之間的石板井-小黃山小洋盆的打開(kāi)。綜上所述，公婆泉組火山巖形成于島弧環(huán)境，是紅柳河-牛圈子-洗腸井大洋及小黃山洋洋殼分別向北、南雙向俯沖的產(chǎn)物。

5、巖石成因討論

公婆泉組火山巖Ba/La比值為33.42，說(shuō)明俯沖帶流體對(duì)巖漿源區(qū)的影響顯著。前已敘述，巖漿發(fā)生了高度部分熔融，具有多個(gè)噴發(fā)旋回且以溢流為主。因此，紅柳河-牛圈子-洗腸井大洋及小黃山洋洋殼分別向北、南雙向俯沖于北山地體而發(fā)生熔融，所形成的俯沖帶流體作用于地幔楔使其發(fā)生高度部分熔融形成島弧巖漿，之后受到強(qiáng)烈的地殼混染，經(jīng)歷了多期溢流噴發(fā)而形成公婆泉組火山熔巖組合。

因此，研究區(qū)公婆泉組火山巖具有復(fù)雜多樣的巖性組合，特征的拉斑玄武巖-鈣堿性系列中性巖組合代表了島弧逐漸發(fā)展成熟的過(guò)程，是紅柳河-牛圈子-洗腸井大洋及小黃山洋洋殼分別向北、南雙向俯沖的產(chǎn)物。巖石是由幔源巖漿交代了地幔鍥物質(zhì)的島弧巖漿形成的，其在上侵過(guò)程中該巖漿經(jīng)歷了一定程度分異結(jié)晶作用和多期溢流作用，并受到了強(qiáng)烈的地殼混染。

6、結(jié)論

通過(guò)對(duì)公婆泉組火山巖的巖石學(xué)、鋯石年代學(xué)以及地球化學(xué)的分析討論，本文得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）公婆泉組火山巖為一套中基性火山巖夾少量中酸性火山碎屑巖，巖石類(lèi)型為玄武巖、玄武安山巖、玄武粗安巖以及流紋質(zhì)、英安質(zhì)的中酸性火山凝灰?guī)r。

（2）公婆泉組火山巖形成于早古生代志留紀(jì)（S）時(shí)期，LA-ICP-MSU-Pb諧和年齡為432±25Ma，后期受到華力西早期巖漿熱事件（320±27Ma）和燕山期巖脈影響（157±27Ma）。因此，公婆泉組巖石地層單位以sg表示。

（3）公婆泉組火山巖巖石地球化學(xué)特征表現(xiàn)為SiO₂含量為45.42%-55.72%，高鈉（1.53%-6.38%）、低鉀（0.07%-0.48%），高鋁（14.21-21.25%）、低鈦（0.52-1.09%），巖石系列以亞堿性為主，少量堿性；稀土總量∑REE為19.76-55.93×10^-6，Eu/Eu*=1.24-1.26，Ce/Ce*=1.20-2.33，（La/Yb）_N=0.56-3.57；稀土元素配分模式呈現(xiàn)由輕稀土弱虧損到近平坦型到輕稀土富集的多種型式；虧損Nb、Cr及高場(chǎng)強(qiáng)元素，富集Rb、Sr和Ba等大離子親石元素，微量元素蛛網(wǎng)圖顯示出島弧“三隆起”形式。

（4）公婆泉組火山巖巖石組合，化學(xué)成分特征均顯示出島弧環(huán)境的特點(diǎn)，是志留紀(jì)時(shí)期紅柳河-牛圈子-洗腸井大洋及小黃山洋洋殼分別向北山地體北、南雙向俯沖的產(chǎn)物，與馬鬃山早古生代巖漿弧的形成和發(fā)展密切相關(guān)。

（5）相近的Zr/Nb（16.07-27.33）、Nb/Th（1.59-2.04）、Nb/Y（0.10-0.14）和Zr/Y（2.30-2.71）比值以及相似的稀土微量元素地球化學(xué)特征均顯示公婆泉組三類(lèi)火山巖具有同源性，來(lái)源于紅柳河一牛圈子一洗腸井大洋及小黃山洋洋殼俯沖熔融，交代地幔鍥物質(zhì)形成的島弧巖漿，上侵過(guò)程中受到強(qiáng)烈的地殼混染（K*>1，Nd*<1）和多期溢流噴發(fā)作用（發(fā)育多個(gè)韻律），并經(jīng)歷了一定程度的分異結(jié)晶作用（Mg#低于地幔原生巖漿；固結(jié)指數(shù)SI<40）。