內(nèi)蒙古黑紅山-園包山地區(qū)石炭紀(jì)火山巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

程海峰，張正平，段先樂，劉 廣，李 慧，孟慶濤，楊 菊，朱 煒，提振海，馮翼鵬，蘇朋濤，范 超

(1.河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北廊坊 065000;2.中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京 100081;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，北京 100083)

0 引言

內(nèi)蒙古黑紅山-園包山地區(qū)位于北山造山帶北部，北山造山帶隸屬于中亞巨型造山帶南緣(Windley et al.，2007;Xiao et al.，2009，2010；Cai et al.，2012)，在其漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化歷程中，經(jīng)歷了多期次、多階段的板塊裂解-俯沖-碰撞-拼合的復(fù)雜地質(zhì)演化過程，具多旋回復(fù)合造山的特點(diǎn)(聶鳳軍等，2002；龔全勝等2002；Xiao et al.，2010；Ao et al.，2010，2016；Zong et al.，2017)。北山地區(qū)的構(gòu)造單元?jiǎng)澐?、地殼演化、古亞洲洋開啟閉合時(shí)限等問題一直備受國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)者關(guān)注(李錦軼等，2009；胡新茁等，2015；廖云峰等，2016；胡醒民等，2016；程海峰等，2017；張正平等，2017，2020；陳超等，2017；董洪凱等，2018；李杰等，2019；孟慶濤等，2021；王凱壘，2021)。北山地區(qū)由北向南分布著紅石山-百合山、芨芨臺(tái)子-小黃山、紅柳河-牛圈子-洗腸井、輝銅山-帳房山四條蛇綠巖帶(圖1)(楊合群等，2010)。其中最北側(cè)的晚古生代紅石山-百合山蛇綠巖帶是否具有縫合帶性質(zhì)，長(zhǎng)期以來存在較大爭(zhēng)議(左國(guó)朝等，1990；趙茹石等，1994；聶鳳軍等，2002；龔全勝等，2003；何世平等，2005；黃增保和金霞，2006；楊合群等，2010；王國(guó)強(qiáng)，2014)。研究北山北部晚古生代構(gòu)造演化，除了紅石山-百合山蛇綠巖帶本身的構(gòu)造屬性之外，該地區(qū)的晚古生代巖漿事件也對(duì)構(gòu)造格局的形成存在重要制約。

圖1 大地構(gòu)造位置及北山地區(qū)蛇綠巖分布簡(jiǎn)圖(據(jù)楊合群等，2010修改)

北山地區(qū)北部晚古生代巖漿作用十分強(qiáng)烈，對(duì)于該期巖漿事件的構(gòu)造背景，存在不同觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為，北山地區(qū)及鄰區(qū)晚古生代火山巖具有雙峰式特征，形成于裂谷環(huán)境(左國(guó)朝等，1990；徐學(xué)義等，2008)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為該區(qū)晚古生代巖漿巖是紅石山洋石炭紀(jì)雙向俯沖在兩側(cè)形成的巖漿弧(何世平等，2005；Xiao et al.，2010)。近年來，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為紅石山-蓬勃山蛇綠巖帶的兩側(cè)存在大量與紅石山、百合山蛇綠巖同期甚至更早的埃達(dá)克質(zhì)巖、TTG 巖套和島弧相關(guān)的鈣堿性巖漿巖，形成于活動(dòng)陸緣弧環(huán)境(龔全勝等，2003；黃增保等，2006；趙志雄等，2015；賈元琴等；2016；董洪凱等，2018；徐旭明等，2018；程海峰等，2018；任云偉等，2019；李敏等，2019)。前人認(rèn)為北山黑紅山-園包山地區(qū)內(nèi)僅存在早古生代火山活動(dòng)，晚古生代的巖漿活動(dòng)體現(xiàn)為華力西期侵入巖①。本次工作于北山北部黑紅山-園包山地區(qū)首次填繪出大面積石炭紀(jì)火山巖，并厘定為白山組。

不同學(xué)者對(duì)北山地區(qū)的白山組火山巖已經(jīng)進(jìn)行了一些同位素年代學(xué)工作，牛亞卓等(2013)獲得黑鷹山地區(qū)白山組英安巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡為308.6±1.0 Ma，哈珠南英安質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)rLA-ICP-MS鋯石U-Pb 年齡為299.1±2.4 Ma；盧進(jìn)才等(2013)獲得北山紅石山地區(qū)晚古生代火山巖年齡范圍在314.9±3.3 Ma～296.8±3.5 Ma 之間；賈元琴等(2016)獲得風(fēng)雷山地區(qū)白山組流紋巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡為318.5±1.2 Ma。任云偉等(2018)獲得哈珠地區(qū)安山巖、英安巖、流紋巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為325.6±1.4 Ma、 313.5±3.4 Ma、314.7±1.4 Ma。本文通過對(duì)黑紅山-園包山地區(qū)石炭紀(jì)白山組火山巖的鋯石U-Pb 年代學(xué)、地球化學(xué)特征進(jìn)行分析研究，探討其巖石成因及構(gòu)造背景，為北山地區(qū)北部晚古生代構(gòu)造演化的研究提供基礎(chǔ)資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 大地構(gòu)造位置

研究區(qū)隸屬內(nèi)蒙古自治區(qū)額濟(jì)納旗北部中蒙邊境地區(qū)，晚古生代大地構(gòu)造位置屬于北山-天山造山系(I級(jí))、額濟(jì)納-北山弧盆系(Ⅱ級(jí))(潘桂棠等，2016)。本次工作首次確認(rèn)了研究區(qū)中部額勒根烏蘭烏拉蛇綠巖的存在，其為區(qū)域上紅石山-百合山蛇綠巖帶的東延(張正平等，2020)。區(qū)內(nèi)出露地層主要為古生代及新生代地層，由老到新依次為中奧陶世咸水湖組、早志留世園包山組、早石炭世綠條山組、石炭紀(jì)白山組、二疊紀(jì)金塔組和第四系松散堆積物(圖2)。研究區(qū)內(nèi)侵入巖主要為石炭紀(jì)斑狀花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖(程海峰等，2018；朱煒等，2019)。

圖2 黑紅山-園包山地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

1.2 接觸關(guān)系

石炭紀(jì)白山組整合于早石炭世綠條山組之上，呈東西向帶狀展布，分布于黑紅山西及園包山北側(cè)，為一套海陸交互相中酸性火山巖組合。白山組下部為中性火山巖，主要巖性為安山巖、玄武安山巖，發(fā)育少量安山質(zhì)凝灰?guī)r；上部為酸性火山巖，主要巖性為流紋質(zhì)凝灰?guī)r、英安質(zhì)角礫熔巖、英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r夾少量安山巖；頂部發(fā)育少量沉火山碎屑巖。下部中性火山巖與上部酸性火山巖為整合接觸關(guān)系。

1.3 巖石學(xué)特征

石炭紀(jì)白山組主要巖性的巖石學(xué)特征如下：

安山巖(圖3a、圖3g)：綠灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶由斜長(zhǎng)石組成，粒度0.4～2 mm，斜長(zhǎng)石主要呈半自形板狀，星散分布，少數(shù)呈聚斑狀，局部見環(huán)帶構(gòu)造，含量約5%～10%?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石65%±、暗色礦物20%±、不透明礦物5%±組成，斜長(zhǎng)石呈細(xì)小板條狀、細(xì)長(zhǎng)板條狀，粒度一般<0.2 mm，少量0.2～0.35 mm，雜亂分布；暗色礦物呈半自形晶，為微鱗片狀綠泥石，粒度<0.1 mm，為輝石假像。

安山質(zhì)角礫凝灰?guī)r(圖3b、圖3h)：灰色，角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由巖屑(45%～50%)、晶屑(40%±)、玻屑(5%±)及火山塵組成。巖屑包括2～11 mm的火山角礫及0.3～2 mm的凝灰物，雜亂分布，呈棱角狀、次棱角狀，成分為安山巖。晶屑由斜長(zhǎng)石、石英組成，粒度0.1～1.2 mm，為凝灰物。斜長(zhǎng)石呈近半自形板狀、次棱角狀，具粘土化、碳酸鹽化；石英次棱角狀，粒內(nèi)輕波狀消光。玻屑呈雞骨狀、弧面棱角狀等，填隙狀分布，部分脫玻為隱晶質(zhì)?；鹕綁m呈點(diǎn)狀，填隙狀分布。

英安質(zhì)角礫熔巖(圖3c、圖3i)：深灰色，塊狀構(gòu)造，角礫熔巖結(jié)構(gòu)。由火山碎屑和熔巖組成?；鹕剿樾嘉镉苫鹕浇堑[和少部分凝灰物組成，大部分為2～8 mm的火山角礫(10%～15%)，少部分為<2 mm的凝灰物，雜亂分布，火山角礫主要為不規(guī)則狀的塑性巖屑，成分主要為流紋巖；凝灰物由晶屑(5%～10%)、巖屑(1%～5%)組成，晶屑由斜長(zhǎng)石和石英組成，粒度0.1～2 mm，雜亂狀分布，呈次棱角狀；巖屑為0.4～2 mm的凝灰物，星散分布。熔巖成分為流紋巖，由斑晶、基質(zhì)組成；斑晶為石英、斜長(zhǎng)石，粒度一般0.3～2 mm，少部分2～3.8 mm，略定向；基質(zhì)由長(zhǎng)英質(zhì)組成。

英安質(zhì)含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r(圖3d、圖3j)：灰色，含角礫熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，假流紋構(gòu)造。巖石由晶屑、巖屑、塑性玻屑構(gòu)成，主要為<2 mm的凝灰物，火山角礫較少，含量5%～10%。晶屑含量35%～40%，多見斜長(zhǎng)石，較少見石英、暗色礦物，主要呈棱角-次棱角狀，粒徑一般<2 mm。斜長(zhǎng)石晶屑見環(huán)帶；石英晶屑多顯熔蝕狀。暗色礦物被綠泥石、碳酸鹽、褐鐵礦等交代呈假像；巖屑含量約5%，零散定向分布，部分為<2 mm的凝灰物，部分為2～5 mm的火山角礫，巖屑成分為流紋巖。塑性玻屑含量約50%，呈彎曲線紋狀、似蚯蚓狀。

圖3 白山組火山巖野外露頭和顯微照片

流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r(圖3e、圖3k)：紫灰色，角礫凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由巖屑(角礫30%±、凝灰物25%±)、晶屑(25%±)、玻屑(20%±)及火山塵組成。巖屑包括2～33 mm的火山角礫及0.3～2 mm的凝灰物，雜亂分布，以剛性為主，呈棱角狀、次棱角狀，半塑性似火焰狀，巖屑成分為安山巖、流紋巖。晶屑由斜長(zhǎng)石(5%)、鉀長(zhǎng)石(10%)、石英(10%)組成，雜亂分布，粒度一般0.1～2 mm，少數(shù)2～2.5 mm?；鹕綁m為塵點(diǎn)狀，由極細(xì)小晶屑及玻屑組成。

流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r(圖3f、圖3l)：紅褐色，熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，假流紋構(gòu)造。巖石由晶屑(25%～30%)、巖屑(20%±)、塑性玻屑(45%～50%)構(gòu)成。晶屑多為斜長(zhǎng)石，較少見暗色礦物，主要呈棱角-次棱角狀，部分呈近半自形晶，粒徑一般0.02～2.0 mm，零散狀定向分布。巖屑有剛性、塑性兩種，零散定向分布，多為<2 mm的凝灰物，個(gè)別為達(dá)3.5 mm的火山角礫。塑性玻屑主要呈彎曲線紋狀、似豆莢狀，已脫玻為隱晶質(zhì)。

2 分析方法

本次工作在黑紅山-園包山地區(qū)白山組火山巖中選擇下部層位的安山巖(TW1)、上部層位的英安質(zhì)角礫熔巖(TW23)2件樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 測(cè)年，測(cè)試分析結(jié)果見附表1。并對(duì)該套火山巖中不同巖性的火山巖樣品進(jìn)行了主量、微量元素測(cè)試分析，其中9件玄武安山巖(玄武安山質(zhì)火山巖)與安山巖(安山質(zhì)火山巖)樣品，10件英安巖(英安質(zhì)火山巖)、流紋巖(流紋質(zhì)火山巖)樣品，分析結(jié)果見表1、表2。

表1 白山組玄武安山巖、安山巖主量元素(%)、微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 1 Major(%)and trace(×10-6)element results for basaltic andesite and andesite of the Baishan Formation

續(xù)表1

表2 白山組英安巖、流紋巖主量元素(%)、微量元素(×10-6)分析結(jié)果Table 2 Major(%)and trace(×10-6)element results for dacitic volcanic and rhyolitic volcanic rocks of the Baishan Formation

續(xù)表2

用于鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)定的鋯石單礦物在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分選，按照常規(guī)粉碎淘洗，經(jīng)磁選和重液分離，然后在雙目鏡下人工挑選純度在99%以上的鋯石。鋯石的制靶和透射光、反射光、陰極發(fā)光照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司進(jìn)行。LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)試于中國(guó)冶金地質(zhì)總局山東局測(cè)試中心進(jìn)行(李鳳春等，2016)，采用GJ-1鋯石樣品作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行U-Pb分餾校正(Jackson et al.，2004)。采用ICP-MSDataCal程序(Liu et al.，2010)和Isoplot程序(Ludwing et al.，2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。應(yīng)用208Pb校正法在測(cè)試工作中對(duì)普通鉛進(jìn)行校正(Anderson，2002)，并利用NIST610玻璃標(biāo)準(zhǔn)樣作為外標(biāo)樣品計(jì)算鋯石樣品的Pb、U、Th元素含量。

白山組火山巖樣品的主量元素、微量元素、稀土元素測(cè)試分析工作在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，樣品的加工過程均在無污染設(shè)備中進(jìn)行。巖石的主量元素分析采用堿溶法制備樣品，并使用X射線熒光光譜儀(AxiosmaxX)完成測(cè)試，燒失量、H2O-、H2O+采用電子分析天平(P1245)測(cè)試完成，分析誤差優(yōu)于5%。稀土元素和微量元素分析樣品采用酸溶法制備，稀土元素和多數(shù)微量元素的分析測(cè)試使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)(X Serise2)完成，Zr、Ti、K等元素的測(cè)試在X射線熒光光譜儀(AxiosmaxX)上完成，其分析誤差小于5%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

安山巖測(cè)年樣品(TW1)所選鋯石形態(tài)多呈不規(guī)則寬板狀，長(zhǎng)寬比多在2:1左右，在鋯石陰極發(fā)光圖像中，顯示相對(duì)清晰的平行長(zhǎng)軸的條帶影像(圖4a)，具有較為典型的中性巖石鋯石特征，Th/U比值大于0.36，屬巖漿鋯石。該樣品有效測(cè)試點(diǎn)共24個(gè)，獲得的206Pb/238U 加權(quán)平均年齡為342±5.0 Ma(圖5a、5b)，代表安山巖成巖年齡。

英安質(zhì)角礫熔巖測(cè)年樣品(TW23)所選鋯石形態(tài)多呈半自形短柱狀，長(zhǎng)寬比多在1:1～2:1之間，在CL圖像中，多發(fā)育同心環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖4b)，Th/U比值在0.39～0.65之間，屬巖漿鋯石。該樣品有效測(cè)試點(diǎn)共34個(gè)，所有數(shù)據(jù)點(diǎn)較為集中地落在諧和線上，獲得的206Pb/238U加權(quán)平均年齡為313±2.9 Ma(圖5c、5d)，代表英安質(zhì)角礫熔巖的成巖年齡。

圖4 白山組火山巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像

圖5 白山組火山巖鋯石U-Pb 年齡諧和圖與加權(quán)平均年齡

3.2 地球化學(xué)特征

石炭紀(jì)白山組火山巖中玄武安山巖、安山巖樣品SiO2=51.25%～61.7%，Na2O=2.69%～5.09%，K2O=0.41%～2.71%，K2O+Na2O=3.55%～6.77%，Na2O>K2O，里特曼指數(shù)在1.17～2.45之間，平均值為1.89，屬鈣堿性系列。在TAS圖解中(圖6a)，玄武安山巖樣品屬亞堿性系列。在SiO2-K2O圖解中(圖6b)，樣品主要落在中鉀鈣堿性系列區(qū)域中；Al2O3含量在14.78%～17.62%之間，平均值為16%，屬高鋁火山巖；TiO2含量較低，在0.76%～1.63%之間，平均值為1.27%；MgO平均含量為3.34%，Mg#在0.24～0.57之間，平均值為0.35。樣品ΣREE(稀土總量)介于50.08×10-6～139.03×10-6之間，平均值為91.38×10-6。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖7a)，稀土配分曲線整體形式比較一致，顯示輕稀土相對(duì)富集，重稀土虧損的右傾分布形式，輕稀土分餾相對(duì)明顯，重稀土分餾不明顯，LREE/HREE=2.85～11.03，平均值為5.31；(La/Yb)N=1.94～14.68，平均值為5.33；(La/Sm)N=1.26～3.73，平均值為2.31；(Gd/Yb)N=0.96～2.46，平均值為1.33.Eu 異常整體不明顯，δEu=0.88～1.2，平均值為1.04。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖7b)，整體顯示富集Ba、K、Sr等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、P、Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素的特點(diǎn)。

石炭紀(jì)白山組火山巖中英安巖、流紋巖樣品SiO2=64.7%～69.73%，Na2O=3.58%～5.14%，K2O=1.06%～2.68%，Na2O+K2O=4.64%～7.82%，平均值為6.28%，Na2O>K2O，Na2O/K2O=1.83～4.73，平均值為2.48，CaO含量較高，除流紋巖為0.87%外，英安巖在1.68%～5.8%之間，平均值為3.11，里特曼指數(shù)在1.16～2.29之間，屬鈣堿性系列。在TAS 圖解中(圖6a)，樣品均落在英安巖和流紋巖區(qū)域內(nèi)，屬亞堿性系列。在SiO2-K2O圖解中(圖6b)，樣品基本都落在中鉀鈣堿性系列區(qū)間；樣品Al2O3含量在12.66%～15.94%之間；TiO2含量0.39%～0.62%；MgO 含量0.69%～1.9%。樣品稀土總量ΣREE介于73.54×10-6～110.48×10-6之間，平均值為97.54×10-6。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中(圖7c)曲線形式一致，顯示輕稀土相對(duì)富集、重稀土虧損的右傾分布形式，輕稀土分餾明顯，重稀土分餾不明顯，LREE/HREE=2.74～4.6，平均值為3.9；(La/Yb)N=1.67～4.11，平均值為3.2；(La/Sm)N=1.48～3.16，平均值為2.44；(Gd/Yb)N=0.67～1.05，平均值為0.92。具有弱負(fù)Eu異常，δEu=0.61～0.99，平均值為0.83。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖7d)，樣品顯示富集Ba、K 等大離子親石元素，虧損Nb、Ta、P、Ti 等高場(chǎng)強(qiáng)元素的特點(diǎn)。

圖6 白山組火山巖TAS 圖解(a)、和SiO2-K2O 圖解(b)

圖7 白山組火山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分模式圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough(1989))

4 討論

4.1 成巖時(shí)代

不同學(xué)者獲得的北山地區(qū)的白山組中酸性火山巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb 年齡與本文獲得的英安質(zhì)角礫熔巖成巖年齡313±2.9 Ma基本一致，為晚石炭世。而本次工作中，首次在黑紅山地區(qū)獲得的白山組安山巖成巖年齡為342±5.0 Ma，時(shí)代為早石炭世。說明北山北部晚古生代火山活動(dòng)從早石炭世已經(jīng)開始，這為北山地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化提供了新的年代學(xué)依據(jù)。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

前人對(duì)北山地區(qū)晚古生代火山巖的構(gòu)造環(huán)境存在兩種不同觀點(diǎn)：一種觀點(diǎn)認(rèn)為北山地區(qū)晚古生代火山巖具有雙峰式特征，形成于裂谷環(huán)境(左國(guó)朝等，1990；徐學(xué)義等，2008)；而另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為北山地區(qū)晚古生代火山巖為一套鈣堿性系列的巖石組合，形成于活動(dòng)陸緣弧環(huán)境(黃增保和金霞，2006；賈元琴等，2016；任云偉等，2019)。從本文研究區(qū)情況看，北山黑紅山-園包山地區(qū)石炭紀(jì)白山組主體為一套中-酸火山巖，主要由玄武安山質(zhì)、安山質(zhì)、英安質(zhì)、流紋質(zhì)火山巖組成，是一套從中性→酸性的鈣堿性火山巖組合，并不具有雙峰式火山巖的特點(diǎn)。其中，玄武安山巖、安山巖高Al2O3、低TiO2以及低Ni、Cr等特征，與島弧或活動(dòng)大陸邊緣弧環(huán)境吻合，另外，所有樣品均虧損Nb、Ta、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，稀土配分曲線呈現(xiàn)輕稀土富集、重稀土虧損的右傾配分模式，也均指示其具有島弧或活動(dòng)大陸邊緣火山巖的構(gòu)造屬性。在La/Yb-Sc/Ni圖解中(圖8a)，玄武安山巖、安山巖中有5件樣品落在大陸島弧和安第斯型(活動(dòng)大陸邊緣)安山巖中，另外4件樣品則落在其他大洋島弧型安山巖中；在Rb-(Y+Nb)圖解中(圖8b)，英安巖與流紋巖樣品均落在火山弧花崗巖(VAG)區(qū)域內(nèi)。綜上所述，根據(jù)地球化學(xué)特征，結(jié)合構(gòu)造環(huán)境判別，北山黑紅山-園包山地區(qū)石炭紀(jì)白山組火山巖形成于火山弧環(huán)境。此外，該地區(qū)還存在大量的晚石炭世島弧花崗巖侵入體(程海峰等，2018；朱煒等，2019)，整體巖石組合與活動(dòng)大陸邊緣弧更為接近，故進(jìn)一步認(rèn)為研究區(qū)白山組火山巖的構(gòu)造背景為活動(dòng)大陸邊緣。

圖8 白山組火山巖La/Yb-Sc/Ni圖解(a)和Rb-(Y+Nb)圖解(b)

4.3 巖漿源區(qū)性質(zhì)

島弧火山巖巖漿源區(qū)通常包括地幔楔中的橄欖巖、俯沖帶流體和俯沖板片部分熔融形成的熔體(Zhu et al.，2005)。巖漿在演化過程中容易受到大陸地殼物質(zhì)的混染(Davidson，1996；Macdonald et al.，2000；Zhu et al.，2001)。在Harker 圖解中(圖10)，白山組酸性火山巖的SiO2含量與Al2O3、MgO、Fe2O3、TiO2、CaO、P2O5等氧化物含量之間表現(xiàn)出較明顯的負(fù)相關(guān)性，而玄武安山巖、安山巖相關(guān)性不明顯。這表明石炭紀(jì)白山組中性火山巖與酸性火山巖并非為同源巖漿連續(xù)演化的產(chǎn)物，巖漿源區(qū)性質(zhì)不同。

玄武安山巖、安山巖樣品Mg#平均值為0.35，遠(yuǎn)小于地幔的Mg#值(0.7)指示其不可能由幔源原生巖漿形成。白山組9件玄武安山巖、安山巖樣品中7件樣品Rb/Sr比值在0.01～0.07之間，平均值為0.035，接近地幔值(Condie，1989)，反映了幔源物質(zhì)的貢獻(xiàn)；另外兩件樣品Rb/Sr 比值為0.22、0.28，反映了殼源物質(zhì)的加入。白山組火山巖樣品低Sr/Y比值而高Y含量(圖10)的地球化學(xué)特征表明其不具有埃達(dá)克巖特征，其低Sr與Sr/Y比值，暗示源區(qū)較高的熔融程度(Defant and Drummond，1990)。樣品Nb/Ta比值在14.67～20.72之間，平均值為17.38，介于地殼平均值(≈11)(Taylor and McLennan，1985)和地幔平均值(17.5)(Sun and McDonough，1989)之間，表現(xiàn)出殼?；旌系奶攸c(diǎn)。Devine(1995)指出Ba是俯沖帶流體中非常富集的元素，高Ba/Th比值(>300)一般指示俯沖帶流體對(duì)巖漿源區(qū)的貢獻(xiàn)比較顯著，白山組火山巖的Ba/Th 比值低于282；而高Ba/La比值(>13)指示俯沖帶流體對(duì)巖漿源區(qū)的作用很強(qiáng)烈(Edwards et al.，1993)，研究區(qū)玄武安山巖、安山巖具有較高的Ba/La比值(11～38)，表明俯沖帶流體對(duì)玄武安山巖、安山巖巖漿源區(qū)影響顯著，俯沖帶流體作用于地幔楔使其發(fā)生部分熔融形成島弧巖漿。一般來說，消減帶沉積物熔體具有相對(duì)較低的Ce/Th比值和較高的Th含量，白山組玄武安山巖、安山巖Ce/Th比值在7.42～21.83之間，平均值為16.74，遠(yuǎn)高于消減帶沉積物熔體的Ce/Th比值(≈8)(Dilek et al.，2008)，這表明巖漿源區(qū)無沉積物熔體的加入。玄武安山巖、安山巖樣品Th 含量在0.71×10-6～3.2×10-6之間，平均值為2.13×10-6，位于中地殼(6.5×10-6)與下地殼(0.42×10-6)之間(Rudnick and Gao，2003)，所以，巖漿上升過程中應(yīng)混入了部分中下地殼物質(zhì)。綜上所述，白山組玄武安山巖、安山巖源區(qū)為洋殼俯沖過程中，俯沖帶流體作用于地幔楔，使其部分熔融形成的巖漿，并在上升過程中混染了大陸地殼物質(zhì)。

研究區(qū)白山組不僅分布較為廣泛的酸性火山碎屑巖，而且英安巖、流紋巖樣品富集Th 和LREE，顯示出明顯的地殼重熔特征，表明英安巖、流紋巖不是來源于玄武質(zhì)巖漿。同時(shí)，在哈克圖解中(圖9)，英安巖、流紋巖樣品表現(xiàn)出較明顯的相關(guān)性，這反映兩種不同成分的火山巖是巖漿連續(xù)演化的產(chǎn)物。白山組中英安巖Rb/Sr比值在0.08～0.25之間，平均值為0.16，流紋巖Rb/Sr比值為0.34，均大于地幔平均值(0.037)(Condie,1989)，與地殼平均值(0.35)接近(Taylor and McLennan，1995)；英安巖與流紋巖Nb/Ta比值在10.52～15.68之間，平均值為14.26，介于地殼平均值(≈11)(Condie，1989)和地幔平均值(17.5)(Sun and McDonough，1989)之間。此外，白山組酸性火山巖低Sr(206.62×10-6～355.86×10-6)、高Yb(3.11×10-6～5.62×10-6)、貧Al2O3(平均值為14.82%)的特征與俯沖的洋殼部分熔融形成的高Sr(>400×10-6)、低Yb(<1.9×10-6)、富Al2O3(>15%)的埃達(dá)克巖特征明顯不同，在Sr/Y-Y 圖解中(圖10)，樣品大部分落在正常島弧區(qū)域內(nèi)。上述巖石地球化學(xué)特征說明形成英安質(zhì)、流紋質(zhì)火山巖的巖漿源區(qū)主要是大陸地殼物質(zhì)，與玄武安山巖、安山巖的地幔楔部分熔融成因存在明顯區(qū)別。

圖9 白山組火山巖Harker 圖解

圖10 白山組火山巖Sr/Y-Y 圖解(底圖據(jù)Defant and Drummmond,1990)

4.4 地質(zhì)意義

探討紅石山-百合山蛇綠巖帶的構(gòu)造性質(zhì)對(duì)北山乃至中亞地區(qū)晚古生代的構(gòu)造演化具有重要意義，但在對(duì)該蛇綠巖帶構(gòu)造屬性的認(rèn)識(shí)上，長(zhǎng)期以來存在較大的爭(zhēng)議：一種觀點(diǎn)認(rèn)為其形成于洋中脊環(huán)境，為早古生代洋-陸轉(zhuǎn)化結(jié)束后于晚古生代(石炭紀(jì))重新裂解形成洋盆的地質(zhì)記錄，是哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊的最終縫合帶(趙茹石等，1994；龔全勝等，2002；何世平等，2005；黃增保和金霞，2006)；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為其是古亞洲洋自早古生代持續(xù)演化至晚古生代的殘余洋殼的地質(zhì)記錄，為哈薩克斯坦板塊與西伯利亞板塊的縫合帶(聶鳳軍等，2002)；還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為其不具有縫合帶性質(zhì)，是早古生代洋-陸格局演化結(jié)束后于石炭紀(jì)重新拉張裂解形成洋盆的地質(zhì)記錄，形成于裂谷小洋盆環(huán)境(左國(guó)朝等，1990；楊合群等，2010；王國(guó)強(qiáng)等，2014)。上述分歧嚴(yán)重制約了對(duì)北山北部地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化的認(rèn)識(shí)。但值得注意的是，近年來越來越多的研究者報(bào)道北山北部存在晚古生代活動(dòng)陸緣的記錄(趙志雄等，2015；賈元琴等，2016；李敏等，2019；Guo et al.，2012)，這為該地區(qū)晚古生代的洋-陸俯沖作用提供了新的證據(jù)。

研究區(qū)內(nèi)額勒根烏蘭烏拉蛇綠巖帶為紅石山-百合山蛇綠巖帶的東延(張正平等，2020)，本文研究區(qū)晚古生代額勒根烏蘭烏拉蛇綠巖帶兩側(cè)石炭紀(jì)火山巖野外地質(zhì)特征及巖石化學(xué)數(shù)據(jù)無明顯差異，進(jìn)一步佐證了額勒根烏蘭烏拉蛇綠巖為SSZ型蛇綠巖，其代表的紅石山洋應(yīng)為有限洋盆(辛后田等，2020；張正平等，2020)，該蛇綠巖帶不具有縫合帶性質(zhì)，應(yīng)為弧后拉張形成的蛇綠巖。而石炭紀(jì)白山組火山巖形成于火山弧環(huán)境，為北側(cè)的古亞洲洋向南俯沖的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

(1)北山黑紅山-園包山地區(qū)石炭紀(jì)白山組火山巖中安山巖、英安質(zhì)角礫熔巖的成巖年齡分別為342±5.0 Ma、313±2.9 Ma，說明該地區(qū)火山活動(dòng)持續(xù)了整個(gè)石炭紀(jì)。

(2)石炭紀(jì)白山組火山巖中玄武安山巖、安山巖的巖漿源區(qū)為俯沖帶流體交代的地幔楔和下地殼的混合，英安質(zhì)、流紋質(zhì)等酸性火山巖巖漿來自于地殼的部分熔融。

(3)石炭紀(jì)白山組火山巖具有活動(dòng)大陸邊緣弧火山巖特征，與額勒根烏蘭烏拉蛇綠巖代表的有限洋盆關(guān)系較小，為晚古生代古亞洲洋持續(xù)向南俯沖的產(chǎn)物。

致謝：本文撰寫和修改過程中，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所薛懷民研究員、河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院胡醒民正高級(jí)工程師提出了寶貴意見；野外工作中得到了中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地調(diào)中心辛后田研究員的大力支持；實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析過程中，得到河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院實(shí)驗(yàn)室徐翠、井晶晶等分析測(cè)試人員的幫助；文中部分圖解采用GeoPyTool軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)投圖；在此一并表示感謝。

[注 釋]

① 甘肅省地質(zhì)局地質(zhì)力學(xué)區(qū)域測(cè)量隊(duì).1978.1:200 000黑鷹山幅、六駝山幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告[R].