內(nèi)蒙中部蘇左旗早石炭世火山巖年代學(xué)與地球化學(xué)研究：對中亞造山帶東部石炭紀(jì)構(gòu)造演化和地殼屬性的制約*

李夢瞳 唐軍 王志偉, 3 徐備 張焱杰 田英杰 翟鵬

1. 河北地質(zhì)大學(xué)區(qū)域地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 0500312. 河北地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，石家莊 0500313. 自然資源部東北亞礦產(chǎn)資源評價重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長春 1300611.

中亞造山帶位于西伯利亞板塊與中朝板塊之間，是古亞洲洋消減而形成的巨型縫合帶，也是全球顯生宙時期增生最為強(qiáng)烈的地區(qū)之一，記錄了顯生宙期間巨量的新增生地殼的形成(Jahnetal.，2000a，b；Wuetal.，2000；Hongetal.，2004; Jahn，2004)。越來越多的研究也顯示在中亞造山帶古生代的地殼演化過程中古老地殼物質(zhì)的再造也發(fā)揮了重要的作用(Demouxetal.，2009；Kr?neretal.，2014；Wangetal.，2016b，2017)。

中亞造山帶東部稱為興蒙造山帶，在中國境內(nèi)主要分布于東北和內(nèi)蒙古中東部地區(qū)，前人根據(jù)前寒武紀(jì)地質(zhì)體和其間的縫合帶將其劃分為額爾古納、興安-愛力格廟、松遼-渾善達(dá)克、佳木斯等地塊(徐備等，2014；圖1a)。興蒙造山帶經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造體系作用，前人對古亞洲洋在古生代時期的演化有不同認(rèn)識。一種觀點(diǎn)認(rèn)為古亞洲洋在古生代發(fā)生陸陸碰撞，之后古亞洲洋閉合并處于造山后的伸展環(huán)境(Tang，1990；Xuetal.，2013；徐備等，2014，2018；Zhangetal.，2015；龐崇進(jìn)等，2018；張晉瑞等，2018)。具體來說，這一過程又分為兩個階段：第一階段為早古生代俯沖碰撞造山過程，即早-中古生代古亞洲洋沿蘇尼特左旗-紅格爾一帶發(fā)育向北俯沖，沿溫都爾廟-西拉木倫河一帶發(fā)育向南俯沖，形成南、北兩條造山帶，且在380Ma閉合；第二階段表現(xiàn)為晚古生代伸展和裂谷發(fā)育過程，形成了晚古生代雙峰式火成巖和堿性巖、低壓高溫變質(zhì)巖、上疊盆地和伸展盆地等，對早期構(gòu)造格局產(chǎn)生了強(qiáng)烈的改造。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為：華北克拉通和南蒙古微陸塊之間的古亞洲洋南部在整個古生代均處于南北雙向俯沖加積的過程中，即從晚寒武世開始大洋板片向南、向北分別俯沖于華北克拉通和南蒙古微陸塊下，這一俯沖作用一直持續(xù)到晚古生代末，直到中-晚二疊世至中三疊世古亞洲洋才沿索倫-西拉木倫-長春-延吉縫合帶最終閉合(Chenetal.，2000，2009；Xiaoetal.，2003，2009，2015；Li，2006；Wuetal.，2007；Eizenh?feretal.，2014；Songetal.，2015；Liuetal.，2017)。

圖1 興蒙造山帶構(gòu)造單元劃分(a，據(jù)徐備等，2014修改)和蘇左旗沙爾塔拉地區(qū)地質(zhì)簡圖(b)

蘇左旗地區(qū)位于興安-愛力格廟地塊西南部，是北造山帶的典型出露地區(qū)(圖1a)，該區(qū)域分布有大面積晚古生代巖漿巖，是揭示古亞洲洋構(gòu)造體系晚古生代演化和地殼增生歷史的關(guān)鍵區(qū)域。前人對該區(qū)晚古生代演化歷史存在不同認(rèn)識：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，古亞洲洋板塊在石炭紀(jì)期間向北俯沖形成寶力道島弧帶，并產(chǎn)出一系列中基性深成巖和酸性侵入巖(Chenetal.，2000，2009)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為該區(qū)晚古生代處于古亞洲洋閉合后的伸展環(huán)境，從早石炭世開始在大陸基礎(chǔ)上拉張形成二連-賀根山蛇綠巖帶、二疊紀(jì)雙峰式火山巖帶和堿性巖帶(徐備等，2014，2018；Zhangetal.，2015)。

蘇左旗北部沙爾塔拉地區(qū)出露有一套較大面積的晚古生代火山-沉積地層，蔣干清等(1995)、高德臻和蔣干清(1998)通過巖石組合、地質(zhì)剖面、沉積環(huán)境和Rb-Sr定年研究，將其確定為早二疊世大石寨組，并認(rèn)為形成于活動大陸邊緣環(huán)境。筆者通過對其中火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年，將其時代厘定為早石炭世，并對其進(jìn)行系統(tǒng)的巖石組合、年代學(xué)、主微量元素和鋯石Hf同位素研究，試圖查明該期巖漿活動的巖石組合、時空分布及形成環(huán)境，從而制約蘇左旗早石炭世巖漿作用的性質(zhì)，進(jìn)而探討內(nèi)蒙中部早石炭世巖漿作用時空分布和構(gòu)造背景以及地殼增生過程。

1 區(qū)域地質(zhì)概況和樣品描述

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古中部蘇尼特左旗東北部，大地構(gòu)造位置屬于興安-愛力格廟地塊西部(圖1a)。研究區(qū)出露最古老的地質(zhì)體是中元古代片麻狀花崗巖(～1.3Ga)和昌特敖包組石英巖與變質(zhì)砂巖(沉積時限為1245～926Ma，賀躍等，2018)。前人認(rèn)為該期花崗巖具有A型地球化學(xué)特征，并將其與哥倫比亞超大陸的裂解相聯(lián)系(Hanetal.，2017)。研究區(qū)內(nèi)晚古生代-早中生代建造包括早二疊世大石寨組、哲斯組、晚石炭世和三疊紀(jì)(310Ma、222Ma)基性和酸性侵入巖。前人將大石寨組分為三段：下段以礫巖、含礫砂巖和砂巖、粉砂巖為主；中段分布于昌特敖包到達(dá)爾罕敖包一帶，以中基性-酸性火山巖及其凝灰?guī)r為主；上段主要分布在包爾敖包附近，巖石組合以英安巖、流紋巖及其熔結(jié)凝灰?guī)r為特征。根據(jù)中段安山巖的Rb-Sr年齡(281Ma)，有研究者認(rèn)為其時代為早二疊世(蔣干清等，1995；高德臻和蔣干清，1998)；近年來，Zhangetal.(2017)通過系統(tǒng)的火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)研究將其時代厘定為292～279Ma。哲斯組出露面積較大，主要由一系列礫巖、含礫砂巖、長石石英砂巖組成，產(chǎn)腕足、雙殼和腹足類化石，與下伏大石寨組呈平行不整合接觸(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991；蔣干清等，1995；高德臻和蔣干清，1998)。晚石炭世(310Ma)輝長巖-閃長巖侵入于新元古代昌特敖包組內(nèi)，三疊紀(jì)(222Ma)A-型花崗巖大面積出露在研究區(qū)東南部(石玉若等，2007)。另外，在蘇左旗南部也分布有大量的晚古生代-早中生代侵入巖，例如寶力道地區(qū)出露有322～316Ma高鉀鈣堿性系列的花崗閃長巖和二長花崗巖、310Ma閃長巖、234Ma二長花崗巖-花崗閃長巖-淡色花崗巖組合和222～204Ma A-型花崗巖(Chenetal.，2000，2009；石玉若等，2004；Huetal.，2015)。

圖2 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖路線剖面和野外特征

本文主要對蘇左旗北部沙爾塔拉地區(qū)原定早二疊世大石寨組中段(達(dá)爾罕敖包)和上段(包爾敖包)火山巖進(jìn)行系統(tǒng)的巖相學(xué)、年代學(xué)和地球化學(xué)研究(圖1)。野外地質(zhì)剖面顯示這套火山巖巖石組合為玄武安山巖、安山巖、英安巖和流紋巖(圖2)。

達(dá)爾罕敖包早石炭世火山巖地層剖面(圖2a)，該剖面總厚大于157m，層序如下：

中二疊統(tǒng)哲斯組(P2z)礫巖厚度大于10m

——平行不整合——

早石炭世火山巖地層

6. 灰白色流紋巖 20m

5. 黑色玄武安山巖，具有塊狀構(gòu)造和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu) 11m

4. 灰綠色安山巖夾少量英安巖 28m

3. 灰白色流紋巖 25m

2. 暗紅色玄武安山巖 7m

1. 灰白色流紋巖夾少量英安巖 66m

——未見底——

包爾敖包早石炭世火山巖地層剖面(圖2b)，該剖面總厚大于51.5m，層序如下：

花崗巖侵入

7. 青灰色砂巖 7m

6. 灰綠色安山巖 5m

5. 灰白色流紋巖，斑晶主要為石英、斜長石、堿性長石為主 6m

4. 凝灰質(zhì)礫巖 3.5m

3. 灰白色流紋巖，具有流紋構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu) 19m

2. 灰白色英安巖，發(fā)育塊狀構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu) 4m

1. 灰綠色安山巖，斑晶以斜長石為主 7m

輝長巖侵入，發(fā)育冷凝邊和圍巖捕擄體。

各類火山巖的巖相學(xué)特征如下：

玄武安山巖 樣品(DXT1)新鮮面為黑色，具有塊狀構(gòu)造和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要由細(xì)粒且發(fā)生暗化的柱狀暗色礦物(～20%)和斜長石(～75%)以及少量粒狀不透明礦物和副礦物(～5%)組成；斜長石呈板條狀，局部可見聚片雙晶，呈交織排列，后期發(fā)生較強(qiáng)烈的絹云母化蝕變(圖3a)。樣品(DXT3)新鮮面為暗紅色，發(fā)育塊狀構(gòu)造、斑狀結(jié)構(gòu)和安山結(jié)構(gòu)；斑晶以斜長石(～15%)和暗化的暗色礦物(～10%)為主，斜長石遭受了絹云母化蝕變；基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要礦物有細(xì)粒的斜長石和少量暗色礦物(圖3b)。安山巖均具有斑狀結(jié)構(gòu)和塊狀構(gòu)造，斑晶為斜長石(～5%)，基質(zhì)主要為細(xì)粒斜長石交織排列，同時還存在少量暗色礦物，發(fā)生綠簾石化(圖3c)。

圖3 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖巖相學(xué)特征

英安巖 樣品(DXT2-2、17SZ23-9)新鮮面為灰白色，發(fā)育塊狀構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以石英(8%～10%)和斜長石(10～15%)為主，斜長石發(fā)生絹云母化蝕變，基質(zhì)為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，由長英質(zhì)礦物組成(圖3d)。

流紋巖 樣品(DXT6，17SZ23-1、3、5)新鮮面為灰白色，具有流紋構(gòu)造和斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)呈隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)；斑晶主要由石英(～8%)、斜長石(～10%)和堿性長石(～5%)組成，斜長石發(fā)育聚片雙晶和絹云母化蝕變，堿性長石主要為自形的長條狀透長石，卡式雙晶發(fā)育，石英發(fā)育波狀消光，具有港灣狀熔蝕結(jié)構(gòu)；基質(zhì)主要為隱晶質(zhì)的長英質(zhì)礦物，斜長石可見聚片雙晶(圖3e，f)。

2 分析方法

圖4 部分鋯石陰極發(fā)光圖像

鋯石挑選由河北省廊坊市拓軒巖礦檢測服務(wù)有限公司完成。鋯石U-Pb同位素和Hf同位素測試在中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用7700x型四級桿等離子體質(zhì)譜儀、Neptune Plus型多接收等離子體質(zhì)譜儀同時與Geolas Pro型激光剝蝕系統(tǒng)聯(lián)機(jī)完成。激光束斑為32μm，采用鋯石國際標(biāo)樣91500作外標(biāo)。氦氣作為載氣，為了調(diào)節(jié)和提高儀器靈敏度，氣路中間引入了氬氣和少量氮?dú)?，氣溶膠勻化之后被分別輸送到等離子體質(zhì)譜儀和多接收等離子體質(zhì)譜儀中同時進(jìn)行鋯石微量元素和U-Pb同位素年齡測試和Hf同位素測試。每分析6個點(diǎn)樣品分析一次標(biāo)準(zhǔn)樣品NIST610、91500和GJ-1，GJ-1同時作為U-Pb年齡和Hf同位素測試監(jiān)控樣品。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用GLITTER 4.4軟件進(jìn)行處理(Griffinetal.，2008)。普通Pb校正采用Andersen(2002)的方法，鋯石年齡諧和圖及加權(quán)平均年齡和頻譜圖均通過ISOPLOT宏程序獲得(Ludwig，2003)，單個測試點(diǎn)的同位素比值和年齡誤差均為1σ。本文計算εHf(0)和εHf(t)所采用的現(xiàn)代球粒隕石176Hf/177Hf比值為0.282772，176Lu/177Hf比值為0.0332(Blichert-Toft and Albarède，1997)，用以計算tDM1的176Lu/177Hf和176Hf/177Hf比值分別為0.0384和0.282325，而用來計算tDM2的176Lu/177Hf 比值為0.015(Griffinetal.，2000，2002)。

主量元素測試分別在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢上譜分析科技有限公司采用X光熒光光譜(XRF)分析完成，元素分析的準(zhǔn)確度優(yōu)于3%；微量元素分析分別在中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、河北地質(zhì)大學(xué)區(qū)域地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和武漢上譜分析科技有限公司利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)完成，微量元素的分析精度及準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石年代學(xué)

本文主要對沙爾塔拉地區(qū)原定早二疊世大石寨組內(nèi)玄武安山巖(DXT1-1)、流紋巖(17SZ23)進(jìn)行了鋯石U-Pb年代學(xué)研究，部分鋯石的CL圖像見圖4，定年結(jié)果見表1。

玄武安山巖(DXT1-1)：采于前人原定的早二疊世大石寨組地層中段。通過鋯石CL圖像可以看出玄武安山巖中巖漿鋯石均呈自形-半自形晶，顯示出清晰的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但具有兩類特征：第一類巖漿鋯石呈半自形板狀，具有條痕狀吸收，與中基性巖中鋯石特征一致(圖4a)；另一類鋯石多呈長柱狀，發(fā)育密集的巖漿振蕩生長環(huán)帶，與酸性巖中鋯石特征基本吻合。結(jié)合其高的Th/U比值(0.30～1.45)表明它們都具有巖漿成因(Pupin，1980；Koschek，1993)。該樣品中所有鋯石測點(diǎn)均位于諧和線上及其附近，其中10個鋯石測點(diǎn)給出了一組最年輕的諧和年齡，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為349.0±5.2Ma(MSWD=2.3，n=10)，剩余13個測點(diǎn)給出的206Pb/238U年齡分別介于363～382Ma和439～489Ma(圖5a, b)。最年輕的一組巖漿鋯石加權(quán)平均年齡(349Ma)代表了該火成巖的形成時代，而相對較老的年齡代表了巖漿中捕獲鋯石的年齡。該形成年齡與賀躍等(2018)在該段地層中獲得的英安巖年齡(345.7±3.9Ma；圖5d)基本一致。

流紋巖(17SZ23)：采于該套地層上段，樣品中鋯石顆粒均呈自形-半自形短柱狀，CL圖像特征均一，發(fā)育密集的巖漿振蕩生長環(huán)帶，不發(fā)育變質(zhì)邊(圖4b)。結(jié)合測試的24個鋯石U-Pb年齡中的Th/U比值(0.48～0.84)表明其巖漿成因(Pupin，1980；Koschek，1993)。22個鋯石測點(diǎn)均位于諧和線上及其附近，給出的206Pb/238U年齡介于330～343Ma之間，其206Pb/238U加權(quán)平均年齡為335.1±2.0Ma(MSWD=0.62，n=22；圖5c)，該年齡代表了英安巖的形成時代，即早石炭世中期，而非早二疊世。

3.2 地球化學(xué)

3.2.1 主微量元素

本文主要對蘇尼特左旗北部沙爾塔拉地區(qū)上述早石炭世玄武安山巖、安山巖、英安巖和流紋巖進(jìn)行了系統(tǒng)的全巖主微量元素地球化學(xué)研究，分析結(jié)果見表2。

表1沙爾塔拉地區(qū)火山巖鋯石年代學(xué)LA-ICP-MS測試結(jié)果

Table 1 Zircon LA-ICP-MS dating results for the volcanic rocks in Shaertala

測點(diǎn)號ThU(×10-6)Th/U207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U207Pb/206Pb (Ma)207Pb/235U (Ma)206Pb/238U (Ma)比值1σ比值1σ比值1σ年齡1σ年齡1σ年齡1σDXT1-1玄武安山巖-012344110.570.05780.00140.61800.01700.07880.001051950490104896 -022889190.310.05590.00090.57500.01600.07500.001344137460114668 -03781150.680.05330.00320.40500.02500.05540.0012370120347193477 -041111590.700.05360.00330.41200.02300.05620.0009330130349173526 -052082220.940.05440.00180.42900.01500.05800.000837074362113635 -062003360.600.05460.00180.41300.01300.05580.00073907835093504 -081801521.180.05280.00220.41000.01500.05710.000830992350113585 -096905641.220.05390.00100.43770.00900.06030.00083594336863775 -102352620.900.05360.00170.57600.01800.07820.001536378461114859 -111923640.530.05280.00170.40800.01300.05620.00093267134893525 -122157160.300.05480.00130.56000.01300.07480.00084124845194655 -134245070.840.05850.00120.59900.01500.07560.000854945476104705 -141762980.590.05630.00180.41500.01900.05530.001044570351133476 -161681970.850.05500.00220.40200.01500.05380.000740586342113384 -171672340.710.05600.00190.53200.01800.07040.000945976434124396 -181111830.600.05680.00240.55100.02000.07280.001245792447134537 -191282240.570.05320.00230.38200.01500.05390.000831098328113385 -203817360.520.05480.00190.44400.02400.05920.001438478372163719 -212252620.860.05380.00170.41600.01600.05800.000934575355113645 -22841680.500.05690.00220.59200.02600.07640.0017474894701747510 -231845680.320.05300.00190.40700.01400.05710.000833981347103585 -244873371.450.05490.00190.45400.01400.06100.001138880379103827 17SZ23流紋巖-01861520.560.05240.00270.38960.02010.05390.0008302115334153395 -021221760.700.05470.00380.39710.02700.05260.0008400147340203315 -042102950.710.05330.00190.39500.01390.05370.000734378338103374 -052132620.820.05530.00200.40130.01450.05260.000742379343103314 -061772780.640.05400.00190.40450.01450.05440.000736979345103414 -07881520.580.05170.00370.38280.02730.05370.0008271157329203375 -081442140.670.05300.00270.39010.01950.05340.0008328111335143355 -091001670.600.05340.00280.39050.02030.05300.0008347114335153335 -101282120.600.05480.00240.40350.01770.05340.000840396344133365 -111432200.650.05450.00230.41090.01740.05470.000839292350123435 -12781470.530.05180.00310.38240.02230.05350.0008276130329163365 -131332190.610.05400.00230.40160.01680.05390.000837392343123385 -141622090.780.05430.00320.39310.02270.05250.0009384126337173305 -152233210.700.05230.00180.38440.01340.05330.000729778330103354 -16981660.590.05680.00270.42010.01990.05360.0008482103356143375 -171202100.570.05370.00230.39870.01670.05380.000836092341123385 -181061830.580.05270.00240.38690.01770.05330.0008315102332133355 -192202610.840.05580.00220.40530.01550.05260.000744684346113314 -201372310.590.05480.00310.39620.02200.05240.0009403121339163305 -21961980.480.05260.00240.38360.01750.05290.0007312101330133325 -23831570.530.05470.00330.39940.02400.05300.0008398130341173335 -24601230.490.05350.00330.39270.02370.05320.0008350132336173345

表2沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖主量(wt%)和微量(×10-6)元素分析結(jié)果

Table 2 Major (wt%) and trace (×10-6) element data for Early Carboniferous volcanic rocks in Shaertala, Inner Mongolia

樣品號DXT2-2DXT2-3DXT3-1DXT3-2DXT3-3DXT6-1DXT6-2DXT6-3DXT6-417SZ23-317SZ23-517SZ23-11巖性英安巖安山巖玄武安山巖流紋巖英安巖流紋巖英安巖SiO262.5861.5456.3454.2356.3570.2379.2378.2968.9172.5469.7062.60 TiO20.700.760.850.921.220.310.230.340.630.350.431.21 Al2O315.1917.1818.0620.0417.9916.6210.0111.8915.7714.2914.8615.80 Fe2OT36.596.579.929.149.262.861.851.723.972.501.947.69 MnO0.110.100.070.080.070.050.030.030.060.050.040.10 MgO2.102.172.432.702.661.070.641.291.410.290.261.05 CaO3.563.232.913.163.442.592.711.102.320.371.041.79 Na2O5.264.141.541.562.322.512.961.852.222.546.783.20 K2O1.811.523.794.513.292.510.221.612.136.074.195.39 P2O50.100.060.110.130.250.110.040.070.140.030.080.45 LOI1.942.303.353.552.991.811.421.712.260.890.610.63 Total99.9399.5799.37100.099.85100.799.3499.9099.8499.9299.9299.91 Mg#38.6939.5532.6736.9136.2942.4540.6659.7641.3518.6420.9521.35 Li22.3025.7227.2728.0425.8317.7917.7012.7013.7519.99 Be1.141.021.321.311.371.431.441.741.781.63 Sc18.4916.9721.4922.1019.938.676.337.598.8716.17 V125.8125.296.6990.67107.739.1426.6813.4827.6382.98 Cr71.6465.3540.9541.7925.587.747.302.764.882.69 Co15.1016.4618.4118.2416.055.543.562.313.2610.26 Ni37.8419.3626.5725.4733.312.892.016.595.152.56 Ga14.5514.6221.9122.8022.8714.2512.7115.4415.6718.97 Rb25.737.020021616981.768.0228126199 Sr411302532545579539290101141135 Y24.8719.6626.2526.4640.7336.9430.3440.5337.7046.05 Zr208167219229283225207422413434 Nb7.226.628.378.8110.809.688.2713.2713.1516.83 Ba1821714736204339424218646681030 La18.1016.8219.6619.8931.6324.9521.4531.9229.5032.91 Ce40.5137.1344.5845.4270.1359.8745.2981.6977.3988.85 Pr5.024.285.245.318.566.035.328.307.879.47 Nd20.6917.2021.6821.8535.3523.6820.7132.6130.6539.12 Sm4.673.785.015.048.015.294.687.196.809.11 Eu1.201.251.351.381.850.870.781.451.471.48 Gd4.974.005.355.388.564.904.637.577.069.56 Tb0.790.640.870.871.350.890.771.231.161.57 Dy4.663.835.185.227.925.784.727.266.959.29 Ho0.950.801.071.081.631.200.941.521.431.90 Er2.772.423.213.254.813.822.894.604.335.55 Tm0.390.360.470.470.690.590.450.670.630.79 Yb2.492.433.063.094.484.013.024.334.105.06 Lu0.390.380.480.480.700.610.470.680.630.78 Hf5.034.415.245.506.826.285.459.909.7010.43 Ta0.690.620.780.820.970.800.671.191.221.42 Pb12.228.2410.8911.4111.527.227.2823.0220.6932.25 Th8.076.977.638.3210.2212.9010.8917.3616.8716.03 U1.741.421.921.952.123.062.423.003.554.64 REE107.695.32117.2118.7185.7142.5116.1191.0180.0215.5 (La/Yb)N4.894.674.344.344.764.204.784.974.854.39 Eu/Eu?0.760.970.790.800.680.510.500.600.640.48 Sr/Y16.5215.3820.2520.5914.2114.609.562.503.742.93 TZr(℃)779.6847.7862.7909.1840.4879.4

注：LOI為燒失量；Mg#=Mg2+/(Mg2++TFe2+)；Eu/Eu*={(Eu/0.0735)/[(Sm/0.1950)+(Gd/0.259)]/2}；(La/Yb)N=(La/0.310)/(Yb/0.209)；TZr表示鋯石飽和溫度(Watsonetal.，2006)

圖5 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖鋯石U-Pb年齡諧圖與頻譜圖

圖6 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖TAS圖解(a,底圖據(jù)Irvine and Baragar, 1971)和FeOT/MgO-FeOT圖解(b,底圖據(jù)Miyashiro, 1974)

圖7 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(a、c,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b、d,標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

3.2.2 鋯石Hf同位素

本文主要對沙爾塔拉地區(qū)早石炭世早期玄武安山巖、英安巖和早石炭世中期流紋巖進(jìn)行了鋯石Lu-Hf同位素研究，分析結(jié)果見表3和圖8。

玄武安山巖樣品(DXT1-1)中代表形成年齡的10個巖漿鋯石(349Ma)測點(diǎn)的176Hf/177Hf比值介于0.282818～0.282956之間，εHf(t)值介于8.92～13.79之間，Hf同位素一階段模式年齡(tDM1)介于431～622Ma之間。其余捕獲鋯石(363～489Ma)的176Hf/177Hf比值介于0.282419～0.282987之間，εHf(t)值介于-1.95～15.03之間，tDM1介于397～1169Ma，tDM2介于410～1583Ma。

早石炭世早期英安巖(DXT6)中巖漿鋯石(345.7Ma)的176Hf/177Hf比值介于0.282788～0.282910之間，εHf(t)值介于7.97～12.14之間，對應(yīng)的tDM2介于577～838Ma之間。該樣品中2個捕獲鋯石(418Ma和1790Ma)測點(diǎn)的176Hf/177Hf比值分別為0.281958和0.281735，εHf(t)值為-19.63和2.29，對應(yīng)的Hf同位素二階段模式年齡分別為2642Ma和2313Ma。早石炭世中期流紋巖(17SZ23)中代表形成年齡的巖漿鋯石(335.1Ma)的176Hf/177Hf比值介于0.282806～0.282990之間，εHf(t)值主要介于8.35～14.71之間，相應(yīng)的Hf同位素二階段模式年齡介于407～812Ma之間。

表3沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖鋯石Hf同位素組成

Table 3 Zircon Hf isotopic data for Early Carboniferous volcanic rocks in Shaertala, Inner Mongolia

Spot No.Age(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(t)2σtDM1 (Ma)tDM2 (Ma)fLu/HfDXT1-1玄武安山巖-014890.0316900.0007570.2824190.000019-1.950.6711691583-0.98-024660.0942770.0022940.2828670.00003812.921.36566619-0.93-033470.0590670.0013500.2828900.00002411.510.86518617-0.96-043520.0666310.0015300.2829080.00002612.210.91495577-0.95-053630.1754260.0039430.2828990.00002911.521.02544629-0.88-063500.0685700.0018000.2829470.00002313.480.80441493-0.95-073520.1000660.0021320.2829300.00002512.840.88470536-0.94-083580.1216650.0026440.2828380.0000319.571.09614750-0.92-093770.1608320.0034840.2831180.00003019.691.07201115-0.90-104850.0683470.0016310.2826320.0000305.201.078931126-0.95-113520.0805270.0020580.2829560.00002613.790.91431475-0.94-124650.0715650.0015840.2825340.0000251.330.8810321357-0.95-134700.0486120.0011530.2827490.0000249.170.84716862-0.97-143470.0572400.0014320.2828180.0000248.950.84622781-0.96-153290.0890440.0019080.2828870.00002410.900.84530642-0.94-163380.1141280.0024350.2828930.00002811.180.98528631-0.93-174390.0314910.0006880.2826810.0000206.220.708031025-0.98-184530.0368510.0008380.2828070.00002610.960.92628734-0.97-193380.0590860.0013130.2828220.0000228.920.79615776-0.96-203710.1434020.0030070.2829870.00003615.031.28397410-0.91-213640.1319370.0030430.2827790.0000317.521.10709885-0.91-224750.0422370.0010180.2826980.0000247.510.85786971-0.97-233580.1688220.0038980.2829170.00003012.071.08515589-0.88-243820.1929680.0040270.2829190.00003612.591.27513575-0.88DXT6英安巖-013420.0569060.0016480.2828940.00002311.470.83516616-0.95-023590.0216400.0006310.2828450.00002210.340.79571701-0.98-033440.0588440.0016430.2828100.0000258.530.90638806-0.95-043470.0354150.0010070.2828420.0000229.890.77581721-0.97-053260.0738880.0021730.2828090.0000288.010.98648825-0.93-063640.0344810.0009860.2827880.0000228.340.78657833-0.97-073290.0521450.0015000.2828170.0000228.500.78625796-0.95-083500.0490660.0014750.2829000.00002611.890.93505595-0.96-093350.0482610.0013870.2828310.0000219.140.73604760-0.96-103390.0343410.0009890.2828210.0000238.950.81611775-0.97-113520.0347390.0010170.2828290.0000259.530.89600748-0.97-123470.0593860.0016670.2829100.00002412.140.86494577-0.95-133500.0307660.0008910.2828360.0000239.760.82588731-0.97-143510.0378530.0010990.2828810.00002211.320.80528632-0.97-153410.0298530.0008680.2828560.00002110.290.75559691-0.97-163400.0348540.0009910.2827920.0000247.970.84652838-0.97-173370.0502530.0014760.2829030.00002811.730.98501596-0.96-1817900.0284660.0007950.2817350.0000232.290.8321152313-0.98-194180.0030340.0001010.2819580.000020-19.630.7017772642-1.00

續(xù)表3

Continued Table 3

Spot No.Age(Ma)176Yb/177Hf176Lu/177Hf176Hf/177Hf2σεHf(t)2σtDM1 (Ma)tDM2 (Ma)fLu/Hf17SZ23流紋巖-013390.0391810.0009300.2828630.00002410.470.86550677-0.97-023310.0764420.0017880.2829490.00002613.150.93438499-0.95-033400.0374800.0008730.2828760.00001810.960.65532647-0.97-043370.1125070.0026430.2828580.0000279.890.96583713-0.92-053310.0568860.0013180.2828810.00002110.830.75531648-0.96-063410.0963780.0023230.2828750.00002610.640.93553668-0.93-073370.0394950.0009310.2828260.0000259.130.89603762-0.97-083350.0909910.0021150.2828940.00002611.240.93522625-0.94-093330.0620640.0014640.2828420.0000259.480.90588736-0.96-103360.0739530.0017520.2829050.00002511.680.89503597-0.95-113430.0900620.0020630.2828990.00002811.580.99515610-0.94-123360.0632470.0015340.2828810.00002410.910.84534647-0.95-133380.0710200.0017000.2828230.0000258.860.89620780-0.95-143300.1111350.0025000.2829410.00002812.700.98458527-0.92-153350.1033680.0024360.2829240.00002612.230.92483562-0.93-163370.0514000.0011790.2828060.0000258.350.87635812-0.96-173380.0841620.0019720.2828880.00002411.100.84529636-0.94-183350.0712450.0016000.2828860.00002411.050.86527637-0.95-193310.0804810.0017930.2828540.0000289.780.98576715-0.95-203300.0888700.0020030.2829040.00002711.500.95506605-0.94-213320.0822630.0019080.2828610.00002710.040.96568700-0.94-223400.0918160.0021400.2829900.00002814.710.99383407-0.94-233330.0542080.0011990.2828510.0000239.850.82572712-0.96-243340.0353060.0008140.2828740.00002210.780.79533654-0.98

圖8 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖鋯石εHf(t)-t圖解

4 討論

4.1 早石炭世火成巖形成時代與時空分布

已有研究表明，蘇左旗北部大面積分布的原大石寨組火山巖地層可能屬于不同時代。前人主要獲得安山巖的Rb-Sr年齡為281Ma，將其時代確定為早二疊世晚期(蔣干清等，1995；高德臻和蔣干清，1998)。然而，由于Rb-Sr同位素體系容易受后期巖漿熱事件的改造，該年齡可能不足以準(zhǔn)確限定該套火山巖的形成時代。Zhangetal.(2017)對研究區(qū)附近的火山巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年研究，確定早二疊世(292～279Ma)火山巖地層的存在。而賀躍等(2018)在該地區(qū)對原定大石寨組火山巖進(jìn)行鋯石年代學(xué)研究，獲得了英安巖的形成時代為346Ma，即早石炭世。因此，目前對該套地層的時代分布仍需要更多的年代學(xué)約束。本文對該套地層中段(達(dá)爾罕敖包)和上段(包爾敖包)火山巖進(jìn)行了系統(tǒng)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，分別厘定出早石炭世早期和早石炭世中期的形成年齡，結(jié)合區(qū)域上最新的年代學(xué)資料，可以進(jìn)一步揭示研究區(qū)及鄰區(qū)石炭紀(jì)巖漿作用的時空分布。

玄武安山巖和英安巖中巖漿鋯石呈自形-半自形板狀和柱狀，具有條痕狀吸收以及巖漿振蕩生長環(huán)帶。另外上述樣品中的鋯石均具有較高的Th/U比值(0.30～1.45)，表明它們均是巖漿結(jié)晶作用的產(chǎn)物。定年結(jié)果顯示，玄武安山巖中最年輕的一組206Pb/238U加權(quán)平均年齡為349.0±5.2Ma，與賀躍等(2018)報道的英安巖年齡(346Ma)在誤差范圍內(nèi)基本一致，即地層中部玄武安山巖和英安巖的形成時代應(yīng)為早石炭世早期。相比之下，地層上部的流紋巖給出了最年輕的一組諧和年齡為335.1±2.0Ma，代表了上部火山巖的形成時代，即早石炭世中期。綜上所述，前人原定早二疊世大石寨組中上部的火山巖形成時代為早石炭世，而非早二疊世。另外，玄武安山巖中還存在少量363～381Ma和439～489Ma的捕獲鋯石，暗示研究區(qū)可能存在上述巖漿作用。早古生代年齡與蘇左旗南部弧巖漿作用時代基本一致，但晚泥盆世巖漿作用目前尚未有報道。

通過本文的年代學(xué)研究，結(jié)合前人的研究成果可以將興安-愛力格廟地塊西南部蘇左旗地區(qū)石炭紀(jì)巖漿作用分為四期：349～345Ma、335Ma、322～316Ma和310～309Ma。如前所述，前兩期主要分布于蘇左旗北部的沙爾塔拉地區(qū)；322～309Ma巖漿巖主要分布在蘇左旗南部寶力道地區(qū)，其中322～316Ma是一套高鉀鈣堿性系列的花崗閃長巖和二長花崗巖，表現(xiàn)出碰撞后花崗巖的地球化學(xué)特征(Huetal.，2015)；310～309Ma巖漿作用的產(chǎn)物以閃長巖為主(Chenetal.，2000，2009)。另外，在研究區(qū)以北的二連-賀根山蛇綠巖帶內(nèi)還識別出了少量同期次的巖漿活動，包括賀根山蛇綠巖中的354Ma輝長巖和333Ma斜長花崗巖(Jianetal.，2012)，二連蛇綠巖中的360～348Ma流紋巖和斜長花崗巖、354～345Ma輝長巖和313Ma閃長玢巖(Zhangetal.，2015；Yangetal.，2017)。一些研究者還在二連北部以及白音烏拉地區(qū)發(fā)現(xiàn)了少量317～310Ma花崗巖(云飛等，2011；許立權(quán)等，2012；李可等，2015)，在蘇右旗以及錫林浩特地區(qū)還出露有晚石炭世(310～300Ma)玄武巖和角閃輝長巖(潘世語等，2012；Pangetal.，2016；龐崇進(jìn)等，2018)，興安-愛力格廟地塊西延部分——蒙古Zamyn Uud地區(qū)也存在少量晚石炭世與區(qū)域伸展有關(guān)的巖漿活動，例如輝綠巖和花崗斑巖脈(306Ma)以及石英二長巖(300Ma；Huetal.，2017)。

4.2 巖石成因

4.2.1 中基性巖

圖9 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世中基性巖Zr-Zr/Y圖解(底圖據(jù)Pearce and Norry, 1979)

另外，玄武安山巖相對富集輕稀土元素(LREEs)和大離子親石元素(LILEs，如Rb、Ba和Sr等)，虧損重稀土元素(HREEs)和高場強(qiáng)元素(HFSEs，如Nb、Ta和Ti；圖7a，b)，而且具有高的La/Nb(2.26～2.93)、Ba/La(13.70～31.17)和Ba/Nb(40.10～70.37)比值，顯示出類似弧火山巖的地球化學(xué)特征。然而玄武安山巖具有高的K2O、Th、U和Pb含量，Zr和Hf的富集(圖7b)，同時還存在大量439～489Ma的捕獲鋯石(圖5a)，與早古生代弧巖漿作用時代相一致，暗示了其上升過程中可能遭受了地殼物質(zhì)的混染。研究表明，Zr和Y在蝕變或低級變質(zhì)作用過程是相對不活動的，Zr-Zr/Y圖解可以相對有效地區(qū)分島弧玄武巖和板內(nèi)玄武巖，在該圖解中研究區(qū)早石炭世早期玄武安山巖主要落入到了板內(nèi)區(qū)域(圖9)。另外，在蘇左旗南部寶力道地區(qū)目前尚未發(fā)現(xiàn)晚古生代增生雜巖以及早石炭世弧巖漿巖(徐備等，2018)。綜上所述，結(jié)合玄武安山巖中巖漿鋯石較高的正εHf(t)值(8.92～13.79)，本文認(rèn)為早石炭世早期玄武安山巖的原始巖漿應(yīng)起源于陸內(nèi)伸展機(jī)制下受早期俯沖流體交代的虧損巖石圈地幔部分熔融，并經(jīng)歷了一定程度的礦物分離結(jié)晶和地殼混染作用。

圖10 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世火山巖P2O5-SiO2圖解(底圖據(jù)Lee and Bachmann, 2014)

相比之下，安山巖具有中等的SiO2(61.54%)、Al2O3(17.18%)含量、低的MgO(2.17%)和P2O5(0.06%)含量。早石炭世早期巖石組合為玄武安山巖-安山巖-英安巖和流紋巖。那么，該套安山巖的巖漿可以由玄武安山質(zhì)巖漿結(jié)晶分異形成，也可以通過中基性和酸性巖漿混合形成。首先，野外地質(zhì)調(diào)查顯示該期火山巖以中酸性巖為主，如果安山巖巖漿是中基性巖漿分異的產(chǎn)物，意味著應(yīng)存在大量的中基性巖。此外，地幔熔融形成的基性巖漿一般具有低的P2O5(<0.2%)，而P含量主要受磷灰石等副礦物的控制，基性巖漿開始結(jié)晶時P并不飽和，礦物不斷從巖漿中分離出去，殘余巖漿的P將會逐漸升高，隨著巖漿的繼續(xù)冷卻和結(jié)晶，磷灰石開始結(jié)晶，導(dǎo)致巖漿中的P逐漸降低(圖10；Lee and Bachmann，2014)。玄武安山巖和安山巖P2O5的變化并不符合結(jié)晶分異的趨勢。因此，可以排除安山巖是中基性巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物。另一方面，安山巖的SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3T、MgO和P2O5含量均介于中基性巖和酸性巖之間，同時基性和酸性巖漿混合形成的中性巖具有低的P含量以及單一的變化趨勢，這與本文的兩種巖石類型顯示的含量變化以及趨勢吻合(圖10)。綜上所述，本文認(rèn)為研究區(qū)早石炭世早期安山巖巖漿是中基性和酸性巖漿混合的產(chǎn)物，而Eu、P和Ti的負(fù)異常表明該巖漿經(jīng)歷了一定程度的斜長石、磷灰石和鐵鈦氧化物等的分離結(jié)晶。

4.2.2 酸性巖

兩期酸性火山巖具有較高的重稀土元素含量(如Yb分別為3.02×10-6～4.01×10-6和4.10×10-6～5.06×10-6)和較平坦的配分形式，較強(qiáng)的Eu和Sr負(fù)異常，表明巖漿源區(qū)可能存在角閃石+斜長石、而非石榴石的殘留(Rappetal.，1991；Martin，1999)。此外，鋯石原位Hf同位素研究顯示，早石炭世兩期酸性火山巖都表現(xiàn)出高的εHf(t)值(7.97～12.14和8.35～14.71)和相對年輕的tDM2(838～577Ma和812～407Ma)，其整體變化范圍較大，但主體具有高的正εHf(t)值，暗示它們的原始巖漿主要來源于新元古代末期和早古生代新增生地殼的部分熔融，可能有少量相對古老的地殼物質(zhì)的涉入。這也可以得到元古代捕獲鋯石存在的佐證。

其次，上述兩期酸性火山巖地球化學(xué)特征也存在一定的差異，例如，與早石炭世早期的酸性巖相比，335Ma英安巖和流紋巖具有更高的重稀土元素含量和更加平坦的稀土配分模式、較強(qiáng)的Eu、Sr、P和Ti負(fù)異常，和較高的Zr、Nb、Y、Ce含量和Ga/Al比值，上述特征與A型花崗巖一致(Whalenetal.，1987；Kingetal.，1997；邱檢生等，2000)。這也與中期的酸性火山巖給出了比早期巖石更高的Zr飽和溫度(早期和中期巖石的平均值分別為830℃和876℃；表2；Watsonetal.，2006)相吻合。上述源區(qū)性質(zhì)和高溫等特征表明早石炭世酸性火山巖形成于陸殼伸展環(huán)境，與同時代板內(nèi)成因基性巖的出現(xiàn)相一致。

4.3 地殼屬性與增生歷史

鋯石是酸性火成巖中大量存在的一種副礦物，不易被后期的地質(zhì)過程改造，其Lu-Hf同位素體系能可靠地記錄新增生地殼形成的時間、大陸地殼的性質(zhì)及演化(新增生地殼或是古老地殼再造)和地殼物質(zhì)組成的不均一性(Yangetal.，2007；吳福元等，2007; Vervoort and Kemp，2016；Wangetal.，2016b)。本文通過對蘇左旗北部沙爾塔拉地區(qū)早石炭世英安巖和流紋巖進(jìn)行了鋯石原位Hf同位素分析，并總結(jié)了研究區(qū)附近晚石炭世花崗巖和酸性凝灰?guī)r的鋯石Hf同位素特征，進(jìn)一步揭示興安-愛力格廟地塊西部石炭紀(jì)地殼屬性與增生歷史。

首先，早石炭世早期英安巖(DXT6)中巖漿鋯石(～346.5Ma)具有正的εHf(t)值(7.97～12.14)和相對年輕的tDM2(838～577Ma)，相比之下，晚期的流紋巖(17SZ23，335.1Ma)中巖漿鋯石具有更加虧損的Hf同位素組成(εHf(t)=8.35～14.71，tDM2=812～407Ma)，與二連蛇綠巖中早石炭世流紋巖和斜長花崗巖(348Ma)全巖Nd同位素特征一致(εNd(t)平均值分別為6.9和10.2；Yangetal.，2017)。上述同位素數(shù)據(jù)表明，蘇左旗-二連浩特地區(qū)早石炭世整體以新元古代-早古生代新增生地殼的部分熔融為主，而不是以古老地殼物質(zhì)的再造為主。隨著巖漿活動時代變新，tDM2整體隨之變年輕，暗示了重熔的新增生地殼也具有逐漸變年輕的趨勢。

圖11 蘇左旗及鄰區(qū)石炭紀(jì)酸性巖漿巖鋯石Hf二階段模式年齡頻譜圖

圖12 沙爾塔拉地區(qū)早石炭世酸性火山巖年齡與TZr (a)和Sr/Y (b)協(xié)變圖解

其次，蘇左旗南部和二連浩特地區(qū)晚石炭世酸性火成巖巖漿鋯石顯示出更加年輕的tDM2，以早古生代年齡為主，同時也存在少量新元古代甚至中元古代的模式年齡(圖11)，暗示了晚石炭世以早古生代新增生地殼的部分熔融為主，同時也發(fā)生了相對古老地殼物質(zhì)的再造。古老地殼的再造作用在興安-愛力格廟地塊西北部同樣存在，例如，二連-賀根山蛇綠巖帶以北的阿拉坦地區(qū)晚石炭世流紋巖具有負(fù)的εNd(t) (-11) 和古老的tDM(1.9～2.1Ga)，與之共生的安山巖也顯示出負(fù)的εNd(t) (-2.4～-2.2)和古老的模式年齡(Fuetal.，2016)。此外，Deng and Macdougall(1992)對阿巴嘎新生代玄武巖中地幔包體的研究也發(fā)現(xiàn)深部存在中-古元古代(～1.6Ga)地幔源區(qū)，而且蘇左旗地區(qū)也被證實(shí)存在中元古代(～1.4Ga)陸殼(孫立新等，2013；Hanetal.，2017)。綜合上述研究，我們可以看出蘇左旗及鄰區(qū)存在古老的前寒武紀(jì)結(jié)晶基底和巖石圈地幔，地殼增生的時代主要集中在古元古代(2.1～1.9Ga)、新元古代(0.8～0.6Ga)和早古生代(0.5～0.4Ga)。早古生代期間古亞洲洋板片持續(xù)俯沖于該地塊之下，可能同時存在地殼的橫向和垂向增生。橫向上有增生楔的側(cè)向加積，而垂向上大量玄武質(zhì)巖漿底侵至下地殼下部形成新的地殼，同時也可以導(dǎo)致古老的地殼物質(zhì)重熔。研究區(qū)早古生代酸性火成巖的研究顯示，從445Ma到439Ma，鋯石εHf(t)從負(fù)值逐漸上升至較高的正值(Chenetal.，2016)，暗示了隨著俯沖作用的持續(xù)進(jìn)行，蘇左旗地區(qū)之下古老的下地殼物質(zhì)可能不斷被消耗，更多新增生地殼物質(zhì)發(fā)生部分熔融。蘇左旗-二連一帶在石炭紀(jì)伸展背景下主要以新元古代和早古生代新增生地殼的部分熔融為主，而北部的阿拉坦地區(qū)以古元古代地殼的再造為主。此外，興安-愛力格廟地塊東北部扎蘭屯-多寶山一帶石炭紀(jì)酸性巖巖漿鋯石主體顯示出較高的正εHf(t)和新元古代的二階段模式年齡(張彥龍等， 2010；Zhangetal.，2018)，表明地塊東北部石炭紀(jì)以新元古代地殼物質(zhì)的部分熔融為主，這與該區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)結(jié)晶基底相一致。由此可見該地塊西部和東部的深部地殼組成在橫向上是不均一的。

4.4 構(gòu)造背景與動力學(xué)過程

如前所述，前人對該區(qū)古亞洲洋早古生代演化的認(rèn)識相對統(tǒng)一，而對晚古生代的演化存在較大爭議：即古亞洲洋俯沖作用是一直持續(xù)至早中生代，還是在晚古生代經(jīng)歷了碰撞閉合后的伸展直到最終閉合？上述爭論主要?dú)w結(jié)于中亞造山帶東部晚古生代是否存在古大洋、深海沉積和俯沖增生雜巖等洋殼存在的證據(jù)(徐備等，2014，2018；Xiaoetal.，2015)，另一方面，這也受到了本區(qū)泥盆紀(jì)-早石炭世巖漿巖的出露情況及相關(guān)研究不足的制約。因此，本文對興安-愛力格廟地塊西南部蘇左旗地區(qū)早石炭世火山巖的研究將為該區(qū)石炭紀(jì)早期深部動力學(xué)過程研究提供重要依據(jù)。

本文確定了蘇左旗北部早石炭世火山巖可分為～347Ma和335Ma兩期。其中早石炭世早期玄武安山巖屬于拉斑系列，表現(xiàn)出板內(nèi)成因特點(diǎn)，而安山巖則具有巖漿混合成因特點(diǎn)，因此玄武安山巖和同時代英安巖-流紋巖構(gòu)成了一套雙峰式火山巖組合。這些特征共同表明研究區(qū)處于陸內(nèi)伸展環(huán)境。其次，早石炭世中期英安巖-流紋巖具有更高的Zr飽和溫度(平均值為876℃)以及A型花崗巖的地化特征，共同揭示了伸展作用的持續(xù)進(jìn)行，而且隨著時代變新伸展作用可能有逐漸增強(qiáng)的趨勢。這也可以得到上述兩期酸性巖從老到新Sr/Y比值降低、重稀土元素含量和巖漿結(jié)晶溫度升高的支持(圖12)。

從時空分布來看早石炭世巖漿活動分布范圍較小，除了蘇左旗地區(qū)，主要局限分布于二連-賀根山蛇綠巖帶內(nèi)(圖13)。Jianetal.(2012)從賀根山蛇綠巖中識別出早石炭世輝長巖(354～333Ma)，認(rèn)為其形成于巖石圈伸展的構(gòu)造背景。黃竺等(2015)在賀根山蛇綠巖鉻鐵礦體中證實(shí)有金剛石、SiC等深部地幔礦物，也暗示了強(qiáng)烈的伸展作用伴隨有深部地幔物質(zhì)的上涌。另外，二連浩特蛇綠巖中～354Ma輝長巖和玄武巖表現(xiàn)出N-MORB地球化學(xué)特征，而且出現(xiàn)了Nd同位素強(qiáng)烈虧損的同時代斜長花崗巖，表明該帶內(nèi)可能已經(jīng)拉張形成洋殼(徐備等，2014；Zhangetal.，2015；Yangetal.，2017)。沉積學(xué)研究顯示，二連浩特本巴圖和西烏旗迪彥廟地區(qū)晚石炭世碎屑巖-碳酸鹽沉積與下伏蛇綠巖的中厚層硅質(zhì)巖夾灰?guī)r為連續(xù)沉積關(guān)系，說明從早石炭世的裂谷沉積作用過渡為晚石炭世的陸表海沉積(張焱杰等，2018)。上述研究，結(jié)合二連-賀根山蛇綠巖帶南北兩側(cè)前石炭紀(jì)地質(zhì)體的可對比性(Xuetal.，2017；徐備等，2018；張焱杰等，2018)，本文認(rèn)為二連-賀根山蛇綠巖帶很可能代表了一個從早石炭世早期開始打開的陸間小洋盆。相對而言，晚石炭世(322～300Ma)巖漿作用較為強(qiáng)烈，也形成了一系列板內(nèi)玄武巖、輝長巖、輝綠巖和鋁質(zhì)A型花崗巖，基本上呈面狀分布于錫林浩特-蘇左旗-二連浩特一帶以及蒙古東南部，延續(xù)了早期的伸展環(huán)境(邵濟(jì)安等，2014，2015；徐備等，2014; Pangetal.，2016；Huetal.，2017；Zhuetal.，2017; 龐崇進(jìn)等，2018)。另一方面，石炭紀(jì)(345～309Ma)發(fā)育低壓高溫變質(zhì)巖、廣泛的混合巖化和基性巖脈的侵入，經(jīng)歷了順時針P-T演化，可能也指示了造山后的陸內(nèi)伸展過程(張晉瑞等，2018)。

圖13 蘇左旗及鄰區(qū)石炭紀(jì)巖漿巖時空分布圖(據(jù)李可等，2015；Song et al.，2015；張焱杰等，2018；Wang et al.，2019)

綜上所述，蘇左旗及二連-賀根山帶早石炭世巖漿作用可能形成于陸內(nèi)伸展和有限洋盆環(huán)境，而非俯沖環(huán)境。其中二連-賀根山蛇綠巖帶位于伸展的軸部，而蘇左旗地區(qū)位于該帶的南部邊緣，主要表現(xiàn)為陸殼的局部伸展作用，該作用從早石炭世早期至晚期有增強(qiáng)的趨勢。一部分研究顯示蘇左旗南部發(fā)育晚志留世同碰撞花崗巖帶和泥盆紀(jì)前陸盆地磨拉斯建造，而且內(nèi)蒙中部地區(qū)泥盆紀(jì)總體處于剝蝕狀態(tài)，發(fā)育陸相和海陸交互相沉積；石炭紀(jì)以陸表海濱淺海相沉積建造為特點(diǎn)(張興洲等，2012；Zhaoetal.，2017；徐備等，2018)。另外，松遼-渾善達(dá)克地塊北緣和南緣也存在與伸展作用有關(guān)的早石炭世堿性花崗巖和酸性火山巖(Lietal.，2014；Wangetal.，2015)。因此，本文認(rèn)為研究區(qū)石炭紀(jì)記錄的拉張環(huán)境可能與古亞洲洋在泥盆紀(jì)閉合后的伸展環(huán)境有關(guān)。

5 結(jié)論

(1)LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示，蘇尼特左旗北部沙爾塔拉地區(qū)原定大石寨組中、上段的玄武安山巖和流紋巖的年齡分別為349.0±5.2Ma和335.1±2.0Ma，表明其形成時代應(yīng)為早石炭世，而非早二疊世。

(2)早石炭世早期玄武安山巖的原始巖漿起源于陸內(nèi)伸展機(jī)制下受早期俯沖流體交代的虧損巖石圈地幔部分熔融，并經(jīng)歷了高溫低壓和含水條件下礦物分離結(jié)晶作用和一定程度的地殼混染。而同時期的安山巖巖漿則是中基性和酸性巖漿混合的產(chǎn)物。早石炭世英安巖和流紋巖的原始巖漿主要來源于新元古代末期和早古生代新增生地殼的部分熔融。研究區(qū)石炭紀(jì)以新增生地殼的部分熔融為主，而且酸性火山巖鋯石HftDM2隨巖漿活動時代變新而變年輕。

(3)研究區(qū)早石炭世早期板內(nèi)成因的玄武安山巖與英安巖-流紋巖構(gòu)成雙峰式火山巖組合，暗示早石炭世早期研究區(qū)已經(jīng)處于陸內(nèi)伸展環(huán)境，早石炭世中期A型酸性火山巖的形成進(jìn)一步揭示了伸展作用的持續(xù)進(jìn)行，這一過程可能與古亞洲洋在泥盆紀(jì)閉合后的伸展作用有關(guān)。

致謝感謝任云生教授、周建波教授和郝宇杰博士在稿件處理過程中的幫助；感謝中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心國土資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李艷廣工程師、河北地質(zhì)大學(xué)區(qū)域地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室尹露老師、北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、武漢上譜分析科技有限公司工作人員對本文測試提供的幫助。同時衷心感謝張志誠教授和匿名審稿人以及俞良軍老師對本文提出的寶貴意見和建議。