阿拉善地塊北緣雅布賴地區(qū)基性巖墻地球化學(xué)、年代學(xué)和Sr-Nd同位素特征

王凱壘，李會愷，張學(xué)萌，田增彪，張家興，邢東雪，鄭 樂，代 濤

(1.華北地質(zhì)勘查局五一九大隊，河北保定 071051；2.河北九華勘查測繪有限責(zé)任公司，河北保定 071051)

雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶位于阿拉善地塊北緣，中亞造山帶南緣的中部(圖1a)，是研究古亞洲洋最終閉合過程的重要區(qū)域(Feng et al.,2013；鄭榮國等，2013；王濤等，2019；趙闖等，2021)。長期以來，眾多學(xué)者對該地區(qū)的構(gòu)造歸屬問題進(jìn)行了大量研究(Zhao et al.,2004；Zhai et al.,2005；李俊健，2006;Zhang et al.,2013；Dan et al.,2014;Song et al.,2018；張建新等，2018)。近年來，對于古亞洲洋在阿拉善地塊北緣的最終閉合時間也進(jìn)行了一些研究(李杰，2012；Feng et al.,2013；張文等，2013；鄭榮國等，2013；Zheng et al.,2014；葉柯等，2016；宮江華等，2018)。

雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶位于查干楚魯蛇綠巖帶南側(cè)(吳泰然和何國琦，1993；李俊健，2006；Zheng et al.,2014)。構(gòu)造帶內(nèi)古生代-早中生代巖漿巖極為發(fā)育(圖1b；李俊健，2006；仵康林，2011；李杰，2012；史興俊等，2012；Feng et al.,2013；張磊等，2013；Dan et al.,2014,2015；Wang et al.,2015；Zhang et al.,2015；葉柯等，2016;張建軍等，2019；王凱壘等，2020)，這些廣泛出露的巖漿巖究竟形成于俯沖背景還是碰撞或碰撞后伸展背景，目前仍有爭議。此外，前人研究多集中在花崗巖類及輝長巖類，對于花崗巖類巖石中發(fā)育的暗色微粒包體也進(jìn)行了一些研究，而對于該構(gòu)造帶內(nèi)存在的基性巖墻的研究較少。本文對雅布賴地區(qū)出露的基性巖墻進(jìn)行巖石地球化學(xué)、年代學(xué)、全巖Sr-Nd同位素研究，探討其成因及物質(zhì)來源，為深入了解該地區(qū)晚古生代巖漿作用和構(gòu)造演化提供新的資料。

1 地質(zhì)背景

雅布賴地區(qū)位于雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶西端(圖1b)，該地區(qū)侵入巖十分發(fā)育，整體呈北東向展布，出露巖性多樣，自基性巖類至酸性巖類均有出露(圖2)；其中主體巖性為花崗閃長巖與

圖1 阿拉善地區(qū)構(gòu)造位置(a，據(jù)范玉須等，2019)和雅布賴-諾爾公-紅古爾玉林構(gòu)造帶地質(zhì)簡圖(b，據(jù)張建軍等，2019)Fig.1 Tectonic setting of the Alxa area ( a,after Fan et al.,2019) and simplified geological map of the Yabulai-Nuoergong-Honggueryulin tectonic zone (b,after Zhang et al.,2019)1-中-新生界；2-二疊系；3-石炭系；4-寒武系；5-前寒武系；6-中生代花崗質(zhì)巖石；7-晚古生代花崗質(zhì)巖石；8-早古生代花崗質(zhì)巖石；9-古生代基性侵入巖1-Mesozoic-Cenozoic;2-Permian;3-Carboniferous;4-Cambrian;5-Precambrian;6-Mesozoic granitoids;7-Late-Paleozoic granitoids;8-Early-Paleozoic granitoids;9-Paleozoic basic intrusive rock 數(shù)據(jù)來源：①李俊健,2006;②仵康林,2011;③耿元生等,2012;④李杰,2012;⑤史興俊等,2012;⑥Feng et al.,2013;⑦Dan et al.,2014;⑧Dan et al.,2015;⑨Zhang et al.,2015;⑩黨智財?shù)?2016;葉珂等,2016;Zhang et al.,2016;張建軍等,2019;王凱壘等,2020。

圖2 雅布賴地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.2 Simplified geological map of the Yabulai area1-侏羅系；2-白堊系；3-元古界；4-正長花崗巖；5-二長花崗巖；6-花崗閃長巖；7-閃長巖；8-輝長巖；9-基性巖墻；10-斷層；11-推測斷層；12-取樣位置1-Jurassic;2-Cretaceous;3-Proterozoic;4-syenogranite;5-monzogranite;6-granodiorite;7-diorite;8-gabbro;9-mafic dyke;10-fault;11-inferred fault;12-sampling site

二長花崗巖?；◢忛W長巖與二長花崗巖內(nèi)部均發(fā)育大量巖漿混合成因的暗色微粒包體(王凱壘等，2020)和侵入其中的基性巖墻。巖墻寬幾十厘米至幾十米，長幾十至數(shù)百米，個別可達(dá)3～4 km，產(chǎn)狀較穩(wěn)定，均較陡，部分近直立產(chǎn)出，多沿北東向展布，少數(shù)呈北西向走向，侵入花崗閃長巖與二長花崗巖(圖3a、b、c、d)。巖性主要為輝長閃長巖(圖3e)，少數(shù)為斑狀閃長巖(圖3f)等。

圖3 雅布賴地區(qū)基性巖墻野外及鏡下特征Fig.3 Field and microscopic photos of the mafic dykes in the Yabulai areaa、b、c、d-基性巖墻野外露頭；e、f-基性巖墻顯微照片(正交偏光，50×)(a) to (d)-field outcrops；(e) and (f)-microphotographs (orthogonal polarization,50×)

2 鋯石U-Pb年齡

鋯石測年樣品TWD3002-1-1巖性為輝長閃長巖，采取位置為E102°55′48″，N39°31′59″，在野外采取新鮮巖石，鋯石挑選工作在廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所完成；制靶、照相及測試工作在北京科薈測試技術(shù)有限公司完成。

本次共測試30個點，鋯石CL圖像顯示(圖4)，樣品鋯石晶型較好，形狀較為規(guī)則，表面潔凈，具有扇形結(jié)構(gòu)或發(fā)育環(huán)帶，粒徑介于80～140 μm之間，長寬比為1∶1.1～1∶1.5之間，其中7、21、26號點和諧度較低，剩余27個點Th含量為42×10-6～272×10-6，U含量72×10-6～240×10-6，Pb含量為5×10-6～15×10-6，Th/U比值在0.59～1.13之間，為典型的巖漿型鋯石，27個點206Pb/238U年齡集中分布于261～277 Ma(表1)，其加權(quán)平均年齡為268±1.6 Ma(MSWD=1.07,probability =0.37) (圖5、表1)。

圖4 雅布賴地區(qū)基性巖墻(TWD3002-1-1)鋯石陰極發(fā)光圖Fig.4 CL images of representative zircons of mafic dykes (TWD3002-1-1) in the Yabulai area

圖5 雅布賴地區(qū)基性巖墻(TWD3002-1-1) U-Pb同位素協(xié)和圖Fig.5 U-Pb isotopic concordia diagram for zircons of the mafic dykes (TWD3002-1-1) in the Yabulai area

3 地球化學(xué)特征

本文對雅布賴地區(qū)基性巖墻選取6件樣品進(jìn)行主量元素、微量元素分析，測試在華北地質(zhì)勘查局燕郊中心實驗室完成；主量元素用ICP-AES測定。微量元素及稀土元素的測定，Zr、Hf用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定，其余用電感耦合等離子質(zhì)譜法測定，分析結(jié)果見表2。

基性巖墻SiO2含量介于48.48%～56.47%之間，Al2O3含量介于16.20%～18.92%之間，F(xiàn)eOT(7.39%～10.46%，平均8.95)，CaO(6.40%～8.16%，平均7.31)，Na2O含量介于3.07%～4.03%之間，K2O含量介于1.43%～2.35%之間,K2O+Na2O(5.09%～6.27%，Na2O>K2O)，TiO2含量介于0.96%～1.93%之間(平均1.50%)，Mg#含量介于41～53之間。

表2 雅布賴地區(qū)基性巖墻主量元素(%)、稀土元素和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

雅布賴地區(qū)基性巖墻稀土總量介于143.01×10-6～278.8×10-6之間，平均213.58×10-6，稀土總量較高；樣品輕、重稀土分餾明顯，輕稀土富集(LREE/HREE=7.43～10.16，平均9.08，(La/Yb)N=7.27～12.31，平均9.96)；具不明顯的負(fù)銪異常(δEu=0.84～1.05，平均0.94)；雅布賴地區(qū)基性巖墻與區(qū)域上出露的同時期基性巖類及鐵鎂質(zhì)微粒包體具有相似的微量元素特征，均具有右傾的稀土配分曲線(圖6a)，且均不同程度地富集大離子親石元素(LREE、Rb、Ba、K、Sr等)和虧損高場強(qiáng)元素(Nb、Ta、P、Ti等)(圖6b)，反應(yīng)其為同源巖漿作用的產(chǎn)物。

圖6 雅布賴地區(qū)基性巖墻稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(a，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Boynton，1984)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough，1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalized values from Boynton,1984) and primitive-mantle normalized trace element patterns (b,normalized values from Sun and McDonough,1989) of the mafic dykes in the Yabulai area

4 Sr-Nd同位素特征

Sr-Nd同位素化學(xué)分離和測試在北京科薈測試技術(shù)有限公司實驗室完成。儀器為ThermoFisher公司Neptune plus型MC-ICP-MS。Sr、Nd同位素儀器分餾校正采用指數(shù)方程，以88Sr/86Sr=8.375209、146Nd/144Nd = 0.7219進(jìn)行校正。

雅布賴地區(qū)基性巖墻Sr-Nd同位素測試結(jié)果見表3，以雅布賴地區(qū)基性巖墻結(jié)晶年齡t=268 Ma計算，獲得全巖(87Sr/86Sr)i值變化于0.707403～0.707986之間，εNd(t)值變化于-2.9～-4.7之間。

表3 雅布賴地區(qū)基性巖墻全巖Sr-Nd同位素成分表

5 討論

5.1 形成時代

針對雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶內(nèi)出露的基性巖墻，目前并沒有準(zhǔn)確的年齡數(shù)據(jù)。本次對雅布賴地區(qū)出露的基性巖墻所測定的鋯石U-Pb定年結(jié)果表明，雅布賴地區(qū)基性巖墻形成于268±1.6 Ma，時代歸屬于中二疊世早期。

近年來，雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶內(nèi)獲得了眾多基性侵入巖的年齡數(shù)據(jù)；這些年齡多集中在262～300 Ma之間(王行軍，2012；Feng et al.,2013；張磊等，2013；Zhang et al.,2016；Liu et al.,2017)。

該構(gòu)造帶中酸性侵入巖內(nèi)還廣泛發(fā)育鐵鎂質(zhì)微粒包體，亦獲得了許多年齡數(shù)據(jù)，牙馬圖地區(qū)鐵鎂質(zhì)微粒包體的鋯石U-Pb年齡為272 Ma和270 Ma(Dan et al.,2015；Zhang et al.,2016)；曼德林烏拉地區(qū)鐵鎂質(zhì)微粒包體年齡為271 Ma(張建軍等，2019)；王凱壘等(2020)獲得雅布賴地區(qū)鐵鎂質(zhì)微粒包體年齡為285 Ma。以上數(shù)據(jù)表明雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶內(nèi)在晚石炭世-中二疊世存在大規(guī)模的基性巖漿活動，形成一條基性巖漿巖帶，這些基性巖類與區(qū)域上廣泛分布的同時期(320～250 Ma)花崗巖類侵入巖共生。

5.2 巖漿源區(qū)特征

基性巖墻群巖漿源區(qū)通常為陸下軟流圈或巖石圈地幔(林瑤等，2014)。雅布賴地區(qū)基性巖墻以t=268 Ma計算，巖石(87Sr/86Sr)i介于0.707403～0.707986之間，相對較高，εNd(t)值(-2.9～-4.7)較低；與軟流圈地幔的Sr-Nd同位素特征(Nd同位素虧損和低的87Sr/86Sr初始比值)截然不同(Hofmann，1988；孫凱等，2019)，而與大陸巖石圈地幔特征相似(Menzies，1989)，表明其并非來自軟流圈地幔，而可能來自巖石圈地幔；在La/Nb-La/Ba判別圖解(圖7a)中，雅布賴地區(qū)基性巖墻的樣品點多數(shù)落在俯沖交代的巖石圈地幔區(qū)域。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解中(圖7b)，雅布賴地區(qū)基性巖墻偏離地幔演化區(qū)，靠近EMⅡ，顯示其受到10%～30%下地殼混染，遠(yuǎn)離上地殼混染線，表明富集巖石圈地幔源區(qū)屬性受到了來自下地殼的殼源物質(zhì)的改造。

此外，雅布賴地區(qū)基性巖墻富集LREE和LILE(如Rb、Ba、K、Sr等)，相對虧損HSFE(如Nb、Ta、P、Ti等)，同樣表明其起源于巖石圈地幔(孔會磊等，2017)，且源區(qū)有陸殼物質(zhì)的參與(羅偉等，2016)，暗示該地區(qū)基性巖墻應(yīng)起源于受板片俯沖作用改造的巖石圈地幔的部分熔融(王治華等，2012；鄒金汐等，2013；陳娟等，2015)。

同時期花崗巖類巖石中廣泛發(fā)育的鐵鎂質(zhì)微粒包體也證明了該地區(qū)晚古生代巖漿活動經(jīng)歷了大規(guī)模的殼幔相互作用(Dan et al.,2015；Zhang et al.,2016；張建軍等，2019；王凱壘等，2020)。

綜上所述，雅布賴地區(qū)基性巖墻的巖漿來源為受板片俯沖作用改造的巖石圈地幔。

圖7 雅布賴地區(qū)基性巖墻La/Nb-La/Ba圖解(a,底圖據(jù)王亞磊等，2015)和(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(b，底圖據(jù)林瑤等，2014)Fig.7 Diagrams of La/Nb-La/Ba (a,after Wang et al.,2015) and (87Sr/86Sr)i-εNd(t) (b,after Lin et al.,2014) of the mafic dykes in the Yabulai area

5.3 構(gòu)造背景

阿拉善地塊北緣地區(qū)分布有大面積的花崗巖類和基性巖類，已有成果顯示這些巖漿巖年齡集中分布在晚石炭-中二疊世(320～250 Ma)；雅布賴地區(qū)基性巖墻形成于中二疊世早期(268 Ma)，暗示他們具有共同的形成環(huán)境。張磊等(2013)認(rèn)為雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶內(nèi)早二疊世輝長巖具有巖漿弧的特征，可能為俯沖背景下的產(chǎn)物；而有學(xué)者認(rèn)為該地區(qū)侵入巖顯示的島弧巖漿巖的地化特征是因為繼承了源巖的特征，其應(yīng)形成于后碰撞的構(gòu)造環(huán)境(仵康林，2011)。

幔源巖漿通常形成于伸展環(huán)境(王亞磊等，2017)。根據(jù)李永軍等(2015)利用不相容元素建立的玄武巖類構(gòu)造環(huán)境判別表，雅布賴地區(qū)基性巖墻Th/Ta值為6.38～10.52，均大于1.6，Th/Nb值為0.37～0.85，均大于0.11，表現(xiàn)為弧構(gòu)造及陸內(nèi)有關(guān)的玄武巖類的特征；Ta/Hf值為0.07～0.17，多數(shù)介于0.1～0.3之間，Nb/Zr值為0.04～0.07，介于0.04～0.15之間，表現(xiàn)為板內(nèi)玄武巖的特征；結(jié)合Th/Hf、La/Nb值特征，顯示該地區(qū)基性巖墻形成于大陸板內(nèi)環(huán)境。

在Zr-Zr/Y(圖8a)和Zr-Ti/100-3Y(圖8b)判別圖解上，雅布賴地區(qū)基性巖墻樣品落在板內(nèi)玄武巖區(qū)域及附近。表明雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶在該時期處于陸內(nèi)伸展的構(gòu)造環(huán)境。

根據(jù)葉珂等(2016)對雅布賴地區(qū)花崗巖類巖石的研究，認(rèn)為該地區(qū)在早二疊世(272～286 Ma)處于碰撞或后碰撞環(huán)境；李杰(2012)對該構(gòu)造帶內(nèi)雅布賴-諾爾公出露的花崗巖類研究同樣得出該地區(qū)在早二疊世進(jìn)入后碰撞環(huán)境的結(jié)論。

結(jié)合前人研究與本文分析認(rèn)為，雅布賴地區(qū)基性巖墻為碰撞后拉伸環(huán)境下的產(chǎn)物，雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶在早二疊-中二疊世處于碰撞后伸展的構(gòu)造環(huán)境。

早二疊世時期，阿拉善地塊北緣雅布賴-諾爾公-紅谷爾玉林構(gòu)造帶在碰撞后伸展環(huán)境下，地殼拉張減薄伴隨地幔上涌和和幔源巖漿的底侵作用(吳福元等，2007)，形成了該構(gòu)造帶內(nèi)巨量的花崗巖類和輝長巖類(李俊健，2006；仵康林，2011；李杰，2012；史興俊等，2012；Feng et al.,2013；張磊等，2013；Dan et al.,2014,2015；Wang et al.,2015；Zhang et al.,2015；葉柯等，2016;張建軍等，2019；王凱壘等，2020)，兩者發(fā)生了大規(guī)模的巖漿混合作用(Dan et al.,2015；Zhang et al.,2016；張建軍等，2019；王凱壘等，2020)。早二疊世晚期-中二疊世，受下地殼物質(zhì)改造的巖石圈地幔部分熔融形成了基性巖墻。

圖8 雅布賴地區(qū)基性巖墻Zr-Zr/Y圖解( a,據(jù)Pearce and Norry,1979)和Zr-Ti/100-3Y 圖解(b,據(jù)Pearce and Cann,1973)Fig.8 Diagrams of Zr-Zr/Y (a,after Pearce and Norry,1979) and Zr-Ti/100-3Y (b,after Pearce and Cann,1973) of the mafic dykes in the Yabulai area

6 結(jié)論

(1)雅布賴地區(qū)基性巖墻LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果為268±1.6 Ma，顯示其形成于中二疊世早期。

(2)雅布賴地區(qū)基性巖墻的(87Sr/86Sr)i相對較高(0.707403～0.707986)、εNd(t)值(-2.9～-4.7) 較低，富集LREE和LILE，虧損Nb、Ta、Ti等元素，暗示其起源于受板片俯沖作用改造的富集地幔源區(qū)。

(3)在構(gòu)造環(huán)境判別圖解上，雅布賴地區(qū)基性巖墻樣品落在板內(nèi)玄武巖區(qū)域內(nèi)。結(jié)合Ta、Hf、Th、La、Zr、Nb等不相容元素特征及前人研究成果，認(rèn)為雅布賴地區(qū)基性巖墻形成于碰撞后伸展的構(gòu)造背景。

[附中文參考文獻(xiàn)]

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