北山造山帶中部晚志留世-早泥盆世侵入巖源區(qū)特征及其反映的陸殼增生機制

田健，段霄龍，程先鈺

（1.中國地質調查局天津地質調查中心，天津300170；2.華北地質科技創(chuàng)新中心，天津300170）

中亞造山帶作為世界上最大的顯生宙造山帶，夾持在西伯利亞克拉通與塔里木-華北克拉通之間（圖1a），其復雜的構造演化過程被認為與古亞洲洋的構造運動密切相關[1-3]。古亞洲洋盆的形成、演化以及增生造山與地體拼貼過程形成了大面積的巖漿巖（圖1a）[2-11]。

北山造山帶分布于中亞造山帶南緣，在北山造山帶中部發(fā)育大面積的晚志留世-早泥盆世花崗巖類，其中多數(shù)花崗巖類鋯石εHf（t）為明顯的正值，反映了顯著的陸殼增生。對于晚古生代陸殼增生的源區(qū)屬性也存在年輕地殼[12]或復雜弧增生物[7，13-15]等不同認識。

本次工作通過對北山地區(qū)白云山南側晚志留世-早泥盆世石英閃長巖及花崗閃長巖的鋯石Hf同位素分析，結合區(qū)域上前人報道的同時代S-A型花崗巖的鋯石Hf同位素，為認識中亞造山帶南緣陸殼增生方式提供可靠的證據(jù)。

2 區(qū)域地質概況及巖石學特征

圖1 中亞造山帶構造簡圖（a）；北山造山帶蛇綠巖分布圖（b）（據(jù)Wang et al.，2018[16]修改）Fig.1 Structural sketch of the Central Asian orogenic belt（a）；Temporal and spatial distribution of Ophiolites in the Beishan orogenic belt（b）（after Wang et al.，2018[16]，slightly modified）

北山造山帶，位于中亞造山帶南緣，向東與興蒙造山帶相連，向西與天山造山帶相連，由前寒武紀地體、蛇綠混雜巖、增生雜巖及溝弧盆沉積-巖漿巖組成[3]。經(jīng)歷了多階段的俯沖拼貼過程，形成了從南向北依次出露的柳園-賬房山、牛圈子-白云山-洗腸井、石板井-小黃山等多條蛇綠混雜巖帶（圖1b）。北山造山帶中部的紅柳河-洗腸井蛇綠混雜巖帶呈北西西向帶狀展布（圖1b）。

晚志留世-早泥盆世花崗巖類以A型及S型花崗巖為主，分布于紅柳河-洗腸井蛇綠混雜巖帶兩側（圖1b）。本次工作的研究區(qū)位于北山造山帶中部白云山南側，石英閃長巖、花崗閃長巖與中上元古代地層為斷層接觸，被中-新生代地層覆蓋（圖2）。整體呈巖枝狀產(chǎn)出，出露面積約1 km2，巖石類型為灰白色中細粒石英閃長巖（圖3a）、細?；◢忛W長巖（圖3c）。

圖2 區(qū)域地質背景及采樣點（據(jù)天津地質調查中心 ①天津地質調查中心，內蒙古1/5萬兒駝山幅地質圖，2018.）Fig.2 Regional geological background and sampling point（after Tianjin Geological Survey Center1）

圖3 白云山南側晚志留世－早泥盆世石英閃長巖、花崗閃長巖巖石學、巖相學特征Fig.3 Petrological and petrographic characteristics of the quartz diorites and the granodiorites of Late Silurian-Early Devonian in the south of Baiyunshan

灰白色中細粒石英閃長巖：巖石由斜長石（60%～65%）、石英（10%±）、角閃石假像（20%～25%）、黑云母假像（3%～5%）組成（圖3b）。斜長石a，b. 石英閃長巖的野外特征及鏡下特征；c，d. 花崗閃長巖的野外特征及鏡下特征；Hb.角閃石；Pl.斜長石；Q.石英；Kf.鉀長石主要呈半自形板狀，雜亂狀分布，可隱約見環(huán)帶構造，根據(jù)垂直｛010｝晶帶最大消光角法測得An=40，為中長石。石英呈它形粒狀，填隙狀分布。角閃石呈半自形-近半自形柱狀、粒狀，雜亂狀分布。黑云母呈葉片狀，多填隙于斜長石粒間，零散可見。

灰白色細粒花崗閃長巖：巖石由斜長石（70%～75%）、石英（20%～25%）、角閃石（3%～5%±）、鉀長石（2%～3%±）組成（圖3d）。斜長石主要呈半自形板狀，雜亂狀分布，具絹云母化、黝簾石化。石英呈它形粒狀，粒內顯波狀、帶狀消光。角閃石呈近半自形-它形柱狀、粒狀，少量填隙狀分布，綠泥石化明顯，鉀長石呈填隙狀分布，為正長石，具高嶺土化。

3 分析方法

3.1 鋯石原位Hf同位素分析

Lu-Hf 同位素實驗過程中，91500 的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf 測定結果分別為0.282 303±37（2σ，n=35）和0.000 30，虧損地幔模式年齡（tDM）計算采用Griffin et al.[17]的推薦值，等離子體質譜實驗室方法和同位素分餾校正參考文獻Wu et al.[18]，分析結果見表1。

4 分析結果

4.1 Hf同位素特征

本次工作對白云山南側石英閃長巖、花崗閃長巖進行了鋯石Hf同位素分析。石英閃長巖（3422.1）及花崗閃長巖（3424.1）發(fā)育典型的巖漿環(huán)帶，鋯石U-Pb 年齡分別為420.0±1.8 Ma、404.6±2.6 Ma1（圖4a）。鋯石Hf 同位素結果顯示（圖4b），石英閃長巖εHf（t）值為+7.3～+14.0，tDM1為488～750 Ma；花崗閃長巖εHf（t）值為+10.8～+14.0，tDM2為502～710 Ma。

5 討論

5.1 北山造山帶中部晚志留世-早泥盆世侵入巖巖石類型

北山造山帶中部發(fā)育大面積的晚志留世-早泥盆世花崗巖類，其中包括雙峰山地區(qū)A型花崗巖及輝銅山地區(qū)高鉀鈣堿性花崗巖（415～397 Ma）[19-20]，盤陀山地區(qū)二長花崗巖及鷹咀紅山地區(qū)鉀長花崗巖（424～417 Ma）[21]，白頭山地區(qū)白云母花崗巖、二云母花崗巖（409～395 Ma）[16]，公婆泉地區(qū)二長花崗巖（402 Ma）[10-11]及柳園地區(qū)二長花崗巖（397 Ma）[22]。本次研究發(fā)現(xiàn)，在白云山南側發(fā)育少量的晚志留世-早泥盆世石英閃長巖、花崗閃長巖，由此可見，北山造山帶中部分布的晚志留世-早泥盆世花崗巖，年齡集中在424～395 Ma，巖石類型以二長花崗巖、正長花崗巖為主，少量的石英閃長巖及花崗閃長巖。

表1 白云山南側晚志留世-早泥盆世石英閃長巖、花崗閃長Lu-Hf 同位素組成Tab.1 Lu-Hf isotopic compositions of the quartz diorites and the granodiorites of Late Silurian-Early Devonian in the south of Baiyunshan

5.2 北山造山帶中部晚志留世-早泥盆世侵入巖的源區(qū)特征及其反映的陸殼增生機制

值得注意的是，北山造山帶中部晚志留世-早泥盆世花崗巖類中多數(shù)鋯石εHf（t）為明顯的正值（圖4b），反映了顯著的陸殼增生事件。對于北山造山帶晚古生代陸殼增生方式，主要包括板內環(huán)境下新生地殼的重熔[12]或與大洋俯沖有關的復雜增生物的熔融[7，13-15]。不同的認識反映了不同的洋陸轉化過程。本次工作將通過石英閃長巖及花崗閃長巖的鋯石Hf同位素的分析，結合前期發(fā)表的同時代花崗巖類鋯石Hf 同位素數(shù)據(jù)，探討晚志留世-早泥盆世陸殼增生機制。

圖4 白云山南側晚志留世-早泥盆世石英閃長巖、花崗閃長巖鋯石CL圖像（a）和εHf（t）-t圖解（b）（底圖據(jù)Guo et al.，2017[15]）Fig.4 Zircon CL images of the Late Silurian-Early Devonian quartz diorites and granodiorites in the south of Baiyunshan（a）and εHf（t）-t diagram（b）（after Guo et al.，2017[15]）

εHf（t）-t圖顯示（圖4b），北山造山帶中部石英閃長巖εHf（t）值為+7.3～+14.0，tDM1為488～750 Ma；花崗閃長巖εHf（t）值為+10.8～+14.0，tDM2為502～710 Ma，反映了新元古代年輕地殼熔融的特點。S-A型花崗巖εHf（t）值為-3.5～+9.6[10-11，20]，εHf（t）值變化范圍較大，部分在原始地幔演化線附近，部分靠近虧損地幔演化線，反映了演化的εHf（t）值，但總體具有相對虧損的地幔源區(qū)，由此可見，北山造山帶中部花崗巖類源區(qū)以年輕地殼為主。研究表明，S型花崗巖可形成于多種地球動力學機制中，如碰撞階段[23-24]或碰撞后階段[25-27]；A型花崗巖主要形成于伸展期[28-31]。目前來看，北山造山帶中部發(fā)育的早泥盆世A型花崗巖年齡為415±3 Ma[19]，侵入紅柳河地區(qū)蛇綠巖中未變形的花崗巖年齡為404.8±5.2 Ma[32]，侵入牛圈子地區(qū)弧前增生雜巖的鎂鐵質巖墻年齡為404±4 Ma[33]，均顯示了早泥盆世北山造山帶處于伸展的構造背景。綜上所述，北山造山帶中部晚志留世-早泥盆世花崗巖類主要為伸展背景下年輕地殼部分熔融形成。

6 結論

本文所得北山造山帶中部石英閃長巖εHf（t）值為+7.3～+14.0，tDM1為488～750 Ma；花崗閃長巖εHf（t）值為+10.8～+14.0，tDM2為502～710 Ma，反映了新元古代年輕地殼熔融的特點。北山造山帶中部晚志留世-早泥盆世花崗巖類為伸展背景下年輕地殼熔融的產(chǎn)物。