華北克拉通北緣中段赤峰撰山子礦區(qū)石炭紀(jì)-二疊紀(jì)侵入巖年代學(xué)和地球化學(xué)：對(duì)古亞洲洋構(gòu)造演化的制約*

楊帆 姜艷艷 陳井勝 韓興

1. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)春 130118 2. 中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，哈爾濱 150001 3. 松遼水利委員會(huì)松遼流域水土保持監(jiān)測(cè)中心，長(zhǎng)春 130061 4. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽(yáng) 110034

中亞造山帶作為全球顯生宙陸殼增生與改造最為顯著的大陸造山帶(eng?retal., 1993; Xiaoetal., 2003)，同時(shí)也是世界上重要的金屬礦產(chǎn)地之一(洪大衛(wèi)等, 2003; 楊富全等, 2007; Zhouetal., 2012; 劉軍等, 2013; 毛景文等, 2013)，帶內(nèi)廣泛分布有俯沖-增生雜巖、蛇綠巖、島弧、微陸塊以及各種巖漿巖，均與古亞洲洋的俯沖增生密切相關(guān)(邵濟(jì)安等, 1997; 李錦軼, 1998; Xuetal., 2013; Wilde, 2015)。目前，關(guān)于中亞造山帶的最終碰撞時(shí)間、地點(diǎn)以及碰撞方式等均存在爭(zhēng)議。關(guān)于縫合位置存在索倫山-林西(Wang and Liu, 1986)、西拉木倫-長(zhǎng)春-延吉(Tang, 1990; 陳斌等, 2009; Eizenh?feretal., 2015)以及二連-賀根山(曹從周等, 1986;eng?retal., 1993)等觀點(diǎn)，目前，越來越多的資料表明，西拉沐倫河-長(zhǎng)春-延吉一線為古亞洲洋最終碰撞閉合位置(孫德有等, 2004; 李益龍等, 2012; Xiaoetal., 2003; Zhangetal., 2009b; Songetal., 2015; Liuetal., 2017)。關(guān)于古亞洲洋最終閉合時(shí)間，存在晚泥盆-早石炭世(Hongetal., 1995; Shietal., 2004; 周志廣等, 2010; Zhangetal., 2015b)以及二疊紀(jì)-三疊紀(jì)末期(毛景文等, 2005; 高俊等, 2006; 李錦軼等, 2006)等觀點(diǎn)。目前，眾多學(xué)者更多的關(guān)注中亞造山帶內(nèi)部的巖漿-熱液活動(dòng)(毛景文等, 2005; Zhangetal., 2008b; 劉軍等, 2010; 肖文交等, 2019)，對(duì)中亞造山帶與華北克拉通結(jié)合部位的巖漿活動(dòng)等相關(guān)內(nèi)容則缺乏系統(tǒng)的研究。

華北克拉通北緣作為華北克拉通與中亞造山帶東段(興蒙造山帶)的接觸部位，記錄并保存了超大陸的裂解、被動(dòng)大陸邊緣、活動(dòng)大陸邊緣等多階段地質(zhì)記錄(Jahnetal., 2000; Xiaoetal., 2009; Zhangetal., 2009a; 李錦軼等, 2009; 崔玉良等, 2019; Yangetal., 2021)，正確認(rèn)識(shí)該區(qū)內(nèi)各期的巖漿-熱液活動(dòng)的時(shí)空關(guān)系及成因?qū)τ谔接懝艁喼扪笤谌A北克拉通北側(cè)的俯沖過程及其閉合時(shí)限等均有重要作用(劉軍等, 2014; 白新會(huì)等, 2015; 劉敏等, 2017; 楊帆等, 2019)。赤峰地區(qū)古生代-早中生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，其巖漿活動(dòng)時(shí)間主要集中在晚志留世、泥盆紀(jì)、二疊紀(jì)以及三疊紀(jì)(孫珍軍, 2013; 陳井勝, 2018; 楊帆, 2019)，關(guān)于石炭紀(jì)巖漿活動(dòng)的報(bào)道較少，僅在赤峰哈拉道口、下新井等地識(shí)別出早石炭世花崗閃長(zhǎng)巖，整體上對(duì)于石炭紀(jì)的研究較為缺乏。本課題組在赤峰敖漢旗開展1:5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過程中，對(duì)該地區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)填圖工作，將撰山子巖體解體為早石炭世二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗巖及晚二疊世花崗斑巖，對(duì)該套巖體的研究有助于填補(bǔ)本區(qū)石炭紀(jì)演化的薄弱環(huán)節(jié)。因此，本文擬結(jié)合區(qū)域上已有研究成果，通過對(duì)赤峰撰山子地區(qū)石炭-二疊紀(jì)侵入巖的巖石學(xué)、年代學(xué)、地球化學(xué)及Hf同位素分析等工作，探討該期侵入巖的成因及其地球動(dòng)力學(xué)背景，增加本區(qū)石炭紀(jì)的演化研究成果，以期對(duì)古亞洲洋的構(gòu)造演化以及興蒙造山帶的構(gòu)造格局研究提供新的信息。

1 區(qū)域地質(zhì)及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古赤峰敖漢旗撰山子地區(qū)(圖1b)，大地構(gòu)造位置位于華北克拉通北緣東段，為華北克拉通與興蒙造山帶的結(jié)合部位，屬華北克拉通與興蒙造山帶的過渡帶(圖1a)。研究區(qū)構(gòu)造演化可劃分為三階段：前寒武紀(jì)構(gòu)造域、古生代古亞洲構(gòu)造域以及中新生代濱太平洋構(gòu)造域。在長(zhǎng)期而復(fù)雜的構(gòu)造作用的影響下，形成了獨(dú)具特色的構(gòu)造格局。研究區(qū)以赤峰-開原深大斷裂為界，北部隸屬古生代興蒙造山帶，南部隸屬華北克拉通。中生代時(shí)期，研究區(qū)古生代基底發(fā)生斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檑晗菖璧兀辉?、中侏羅世堆積了含煤碎屑巖以及陸相磨拉石建造，晚侏羅世則表現(xiàn)為火山巖和白堊紀(jì)含煤碎屑巖建造。新生代，由于差異性升降運(yùn)動(dòng)，坳陷盆地繼承并上疊于中生代斷陷盆地之上，沉積了河湖相碎屑巖及基性火山巖的噴溢。

區(qū)域地層主要發(fā)育有前寒武系變質(zhì)巖系，二疊系額里圖組、于家北溝組，以及白堊系義縣組。前寒武系地層主要為太古宙烏拉山群片麻雜巖和變質(zhì)表殼巖，主要分布于敖漢旗艮兌營(yíng)子一帶，巖石為一套中級(jí)沉積變質(zhì)巖巖石組合，是一套原巖為鈣質(zhì)鎂質(zhì)泥晶灰?guī)r、石英砂巖、火山碎屑巖等的各類片巖、大理巖、片麻巖、淺粒巖以及古老花崗巖和基性巖組合；二疊系于家北溝組主要為一套由灰?guī)r變質(zhì)形成的沉積-變質(zhì)巖石組合，巖石類型主要有石榴透輝大理巖、綠簾透閃石角巖和石榴綠簾大理巖，分布在敖漢旗艮兌營(yíng)子一帶，與下伏額里圖組呈整合接觸(陳井勝, 2018)；額里圖組主要由一套火山巖系組成，下部為一套酸性火山巖巖石組合，巖石類型有流紋質(zhì)火山角礫巖、沉角礫凝灰?guī)r和流紋巖凝灰質(zhì)砂巖；上部為一套中基性巖石組合，巖石類型有玄武安山質(zhì)角礫巖、安山質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r和深灰色玄武安山巖；義縣組可劃分三段，一段巖性為灰綠色復(fù)成分礫巖，屬于底礫巖，代表了一個(gè)比較大的沉積間斷；二段主要一套酸性火山巖巖石組合，巖性為流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r以及流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r；三段主要為粗面巖、粗面英安巖以及粗面英安質(zhì)凝灰?guī)r。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主要為北東(包括北東東向)向逆沖斷裂，次為北西向走滑斷裂。斷裂帶內(nèi)韌性變形發(fā)育，主要發(fā)育在志留紀(jì)-石炭紀(jì)碎屑巖和志留紀(jì)花崗巖以及古元古代黑云斜長(zhǎng)片麻巖之中，其中后者為疊加變形。巖石變形強(qiáng)度不同，巖性為弱糜棱巖化(或碎裂巖化)-糜棱巖化-初糜棱巖-糜棱巖，強(qiáng)度由中部向北西及南東逐漸減弱。

區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)頻繁，晚古生代-中生代侵入巖發(fā)育。區(qū)內(nèi)出露的晚古生代侵入巖主要包括早石炭世花崗閃長(zhǎng)巖，二疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖-正長(zhǎng)花崗巖組合，三疊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖-正長(zhǎng)花崗巖組合，侏羅紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖-正長(zhǎng)花崗巖組合以及白堊紀(jì)二長(zhǎng)花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖-花崗斑巖組合。本次工作針對(duì)研究區(qū)內(nèi)新識(shí)別出的石炭紀(jì)及二疊紀(jì)侵入體進(jìn)行了野外地質(zhì)調(diào)查以及相關(guān)的巖相學(xué)研究。

早石炭世二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(ZS-5-18)，出露于研究區(qū)南西側(cè)，本次研究采自8中段5號(hào)礦體賦礦圍巖，巖石新鮮面淺肉紅色，半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石主要由角閃石(15%±)、斜長(zhǎng)石(45%±)、堿性長(zhǎng)石(35%±)、黑云母(3%±)以及少量石英組成。其中角閃石呈綠色粒狀，粒徑0.1～0.4mm；斜長(zhǎng)石：半自形板柱狀，聚片雙晶隱約顯示，粒徑0.2～1.2mm；堿性長(zhǎng)石為半自形長(zhǎng)柱狀、他形粒狀，粒徑0.2～1mm；黑云母呈不規(guī)則細(xì)小片狀集合體分布于各類長(zhǎng)石邊部(圖2a)。

晚石炭世花崗巖呈巖株?duì)町a(chǎn)于撰山子礦區(qū)中部，樣品(ZS-5-17)取自礦區(qū)8中段，巖石新鮮面為淺肉紅色，中細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石礦物組成主要為石英(40%±)、斜長(zhǎng)石(25%±)、堿性長(zhǎng)石(35%±)以及少量黑云母(5%±)。其中石英呈他形粒狀，波狀消光，粒徑0.3～1.5mm；斜長(zhǎng)石多為半自形板柱狀，局部表面發(fā)生泥化，粒徑0.4～2.3mm；堿性長(zhǎng)石他形粒狀，粒徑0.3～1mm；黑云母以細(xì)小鱗片狀產(chǎn)出，粒徑0.2～0.5mm(圖2b)。

晚二疊世花崗斑巖地表未出露，本次研究?jī)蓚€(gè)樣品(ZS-5-16-1、ZS-5-16-2)均取自井下5號(hào)礦體賦礦圍巖，巖石新鮮面為淺肉紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶成分主要為斜長(zhǎng)石(30%±)，局部發(fā)生泥化，粒徑1.5～4.5mm，基質(zhì)為細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，整體粒徑介于0.05～0.15mm之間，主要由石英(45%±)、斜長(zhǎng)石(15%±)、堿性長(zhǎng)石(10%±)以及少量黑云母組成(圖2c, d)。

2 分析方法

LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年在自然資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主要設(shè)備及儀器參數(shù)為：①激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLasPro 193nm激光器；②質(zhì)譜儀型號(hào)：高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ELEMENT2；③實(shí)驗(yàn)采用高純He作為剝蝕物質(zhì)的載氣，測(cè)試前先采用NIST610標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧儀器至最佳狀態(tài)，使得139La、232Th信號(hào)達(dá)到最強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)過程中采用鋯石標(biāo)樣GJ-1作為外標(biāo)進(jìn)行校正計(jì)算，Plěsovice鋯石標(biāo)樣作為監(jiān)控盲樣，每5個(gè)樣品點(diǎn)插一組標(biāo)樣。每個(gè)測(cè)試樣品的激光取樣過程包含20s的背景采集、50s的剝蝕取樣以及10秒樣品池沖洗，最后應(yīng)用ICPMS DataCal軟件對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理。

主量元素、微量元素測(cè)定在自然資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。對(duì)采集的樣品粉碎后進(jìn)行測(cè)定，整個(gè)過程均在無(wú)污染的設(shè)備中完成。主量元素分析采用熒光光譜法(XRF)進(jìn)行分析，分析精度估計(jì)1%(SiO2)和2%(其它氧化物)；微量元素的分析在X-serise 2等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)上完成，分析誤差<5%。

鋯石Hf同位素原位分析在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。實(shí)驗(yàn)儀器為裝有193激光剝蝕系統(tǒng)(New Wave)的Neptune Plus MC-ICP-MS，儀器的測(cè)試條件及數(shù)據(jù)的采集具體可參見文獻(xiàn)Wuetal. (2006)及侯可軍等(2007)。測(cè)試過程中采用He氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣，用179Hf/177Hf=0.7325和172Yb/173Yb=1.35274(Chuetal., 2002)進(jìn)行儀器質(zhì)量歧視校正，用176Lu/175Lu=0.02658和176Yb/173Yb=0.796218進(jìn)行同量異位干擾校正，計(jì)算測(cè)定樣品的176Lu/177Hf、176Hf/177Hf比值以及鋯石εHf(t)值，相關(guān)的計(jì)算公式詳見參考文獻(xiàn)Griffinetal. (2000)。

3 年代學(xué)特征

本次共采集4件樣品(ZS-5-18、ZS-5-17、ZS-5-16-1、ZS-5-16-2)進(jìn)行鋯石U-Pb年代學(xué)分析，分析結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)石炭-二疊紀(jì)侵入巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年數(shù)據(jù)Table 1 Zriocon LA-ICP-MS U-Pb dating results for the Carboniferous-Permian intrusive rocks of the study area

續(xù)表1Continued Table 1

樣品ZS-5-18(二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖)本次實(shí)驗(yàn)完成了21個(gè)具有代表性的單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年，測(cè)點(diǎn)均落在諧和線上，根據(jù)鋯石CL圖像(圖3a)及測(cè)試數(shù)據(jù)將其分為3組：第一組：鋯石呈不規(guī)則狀，粒徑約為80μm，長(zhǎng)寬比約為3:2，Th/U比值為0.54，具有巖漿鋯石的屬性，其207Pb/206Pb年齡值為2545±11Ma，為巖漿上侵過程中捕獲的新太古代巖漿鋯石；第二組：該組鋯石2粒，均呈渾圓狀，粒徑介于90～110μm之間，長(zhǎng)寬比介于1:1～3:2之間，Th/U比值介于0.54～0.65之間，大于0.4，具有巖漿鋯石的屬性，其206Pb/238U年齡值介于376～377Ma之間，加權(quán)平均年齡為376.4±6.1Ma，為巖漿上侵過程中捕獲的泥盆紀(jì)鋯石；第三組：該組鋯石較多，多數(shù)呈長(zhǎng)柱狀和渾圓狀，少數(shù)呈不規(guī)則狀，粒徑介于50～95μm之間，長(zhǎng)寬比介于1:1～2:1之間，其內(nèi)部多數(shù)可見較為清晰的巖漿震蕩環(huán)帶，Th/U比值介于0.40～0.90之間，具有巖漿鋯石的成因?qū)傩裕?9粒鋯石206Pb/238U表觀年齡值介于332～348Ma之間，加權(quán)平均年齡為341.0±2.2Ma，代表二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的成巖年齡(圖3b)。

樣品ZS-5-17(花崗巖)本次實(shí)驗(yàn)完成了13個(gè)具有代表性的單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年，測(cè)點(diǎn)均落在諧和線上，根據(jù)鋯石測(cè)試數(shù)據(jù)將其分為2組：第一組：該組鋯石僅有2粒，鋯石均呈渾圓狀，粒徑介于60～80μm之間，長(zhǎng)寬比為1:1～3:2(圖3c)，其內(nèi)部發(fā)育較為模糊的巖漿震蕩環(huán)帶，Th/U比值介于0.62～0.75之間，均大于0.4，具有巖漿鋯石屬性，其206Pb/238U年齡值介于410～411Ma之間，加權(quán)平均年齡為411.0±1.3Ma，為巖漿上侵過程中捕獲的泥盆紀(jì)鋯石；第二組：該組鋯石較多，多呈渾圓狀，個(gè)別鋯石顆粒為不規(guī)則狀，粒徑介于60～100μm之間，長(zhǎng)寬比約為1:1～2:1，其內(nèi)部多數(shù)可見較為清晰的巖漿震蕩環(huán)帶，Th/U比值介于0.51～1.30之間，均大于0.4，具有巖漿鋯石的成因?qū)傩裕?1粒鋯石206Pb/238U表觀年齡值介于322～327Ma之間，加權(quán)平均年齡為324.1±4.3Ma，代表了花崗巖的成巖年齡(圖3d)。

樣品ZS-5-16-1(細(xì)?；◢彴邘r)本次實(shí)驗(yàn)完成了17個(gè)具有代表性的單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年，測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)較為集中，均處于諧和線上。所測(cè)鋯石多為無(wú)色透明，鋯石多呈渾圓狀，少數(shù)呈不規(guī)則狀，粒徑在50～120μm之間，長(zhǎng)寬比介于1:1～2:1之間，其內(nèi)部發(fā)育較為清晰的巖漿震蕩生長(zhǎng)環(huán)帶(圖3e)，Th/U比值介于0.65～1.40間，具有巖漿鋯石的屬性，17粒鋯石獲得206Pb/238U表觀年齡值介于246～258Ma之間，加權(quán)平均年齡為252.8±3.2Ma，代表花崗斑巖的成巖年齡(圖3f)。

樣品ZS-5-16-2(花崗斑巖)本次實(shí)驗(yàn)完成了18個(gè)具有代表性的單顆粒鋯石U-Pb同位素測(cè)年，測(cè)點(diǎn)均落在諧和線上。鋯石多為無(wú)色透明，鋯石多呈渾圓狀，少數(shù)呈長(zhǎng)柱狀，粒徑在70～120μm之間，長(zhǎng)寬比介于1:1～3:2之間，其內(nèi)部發(fā)育較為清晰的巖漿震蕩生長(zhǎng)環(huán)帶(圖3g)，Th/U比值介于0.59～1.65之間，均大于0.40，具有巖漿鋯石的屬性，18粒鋯石206Pb/238U表觀年齡值介于244～255Ma之間，加權(quán)平均年齡為252.0±1.5Ma，代表花崗斑巖的成巖年齡(圖3h)。

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素特征

撰山子石炭紀(jì)-二疊紀(jì)侵入巖全巖地球化學(xué)分析結(jié)果見表2。

二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖SiO2含量為53.54%～54.96%，Na2O+K2O含量為6.43%～7.86%，TAS圖解中樣品落入二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖范圍內(nèi)(圖4a)；里特曼指數(shù)(σ)值為3.63～5.15，在SiO2-K2O圖解中，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列中(圖4b)；樣品Al2O3含量為17.40%～17.98%，其鋁指數(shù)A/CNK為0.81～0.87，A/CNK-A/NK圖解中，樣品落入準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石系列中(圖4c)；樣品K2O/Na2O=0.43～0.78，表現(xiàn)為鈉質(zhì)巖石系列(圖4d)；鎂質(zhì)指數(shù)(Mg#)介于55.7～57.5之間。

花崗巖SiO2含量為75.38%～76.16%，Na2O+K2O含量為8.45%～9.12%，TAS圖解中樣品落入花崗巖范圍內(nèi)(圖4a)；里特曼指數(shù)(σ)值為2.15～2.56，在SiO2-K2O圖解中，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列中(圖4b)；樣品Al2O3含量為12.11%～13.40%，其鋁指數(shù)A/CNK為0.93～1.08，A/CNK-A/NK圖解中，樣品落入準(zhǔn)鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)巖石交接處(圖4c)；樣品K2O/Na2O=1.22～1.70，表現(xiàn)為鉀質(zhì)巖石系列(圖4d)；鎂質(zhì)指數(shù)(Mg#)介于20.9～58.5之間。

花崗斑巖SiO2含量為72.26%～73.17%，Na2O+K2O含量為9.04%～9.51%，TAS圖解中樣品落入花崗巖范圍內(nèi)(圖4a)；里特曼指數(shù)(σ)值為2.77～3.02，在SiO2-K2O圖解中，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列中(圖4b)；樣品Al2O3含量為13.39%～14.34%，其鋁指數(shù)A/CNK為0.97～1.08，A/CNK-A/NK圖解中，樣品多數(shù)落入過鋁質(zhì)巖石范圍內(nèi)(圖4c)；樣品K2O/Na2O=1.14～1.23，表現(xiàn)為鉀質(zhì)巖石系列(圖4d)；鎂質(zhì)指數(shù)(Mg#)較低，介于12.2～42.5之間。

4.2 微量元素特征

二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖稀土元素總量50.63×10-6～81.86×10-6，其中輕稀土元素含量41.86×10-6～73.57×10-6，重稀土元素含量8.29×10-6～12.11×10-6，LREE/HREE=4.61～8.87，(La/Yb)N值為4.53～11.35，表現(xiàn)為右傾的稀土元素配分曲線(圖5a)，樣品Eu異常不明顯(δEu=0.80～0.97)，微量元素蛛網(wǎng)圖顯示樣品相對(duì)富集Rb、K、Th等元素而相對(duì)虧損Nb、P、Hf和Ti等元素(圖5b)。

花崗巖稀土元素總量較低，僅為28.26×10-6～43.53×10-6，其中輕稀土元素含量13.27×10-6～31.90×10-6，重稀土元素含量10.15×10-6～22.81×10-6，LREE/HREE=0.79～3.14，(La/Yb)N值為1.03～3.30，表現(xiàn)為“海鷗型”稀土元素配分曲線(圖5a)，樣品負(fù)Eu異常明顯(δEu=0.18～0.32)，微量元素蛛網(wǎng)圖顯示樣品相對(duì)富集Rb、K、U等元素而相對(duì)虧損Ba、P和Ti等元素(圖5b)。

花崗斑巖稀土元素總量249.3×10-6～268.9×10-6，其中輕稀土元素含量235.5×10-6～253.9×10-6，重稀土元素含量13.75×10-6～14.97×10-6，LREE/HREE=16.94～17.62，輕重稀土分異明顯，(La/Yb)N值為30.85～33.98，表現(xiàn)為右傾的“V”字型稀土元素配分曲線(圖5a)，樣品中等負(fù)Eu異常(δEu=0.60～0.64)，微量元素蛛網(wǎng)圖顯示樣品相對(duì)富集Rb、K、Th、Nd、Zr等元素而相對(duì)虧損Ba、Nb、Sr、P、Hf和Ti等元素(圖5b)。

5 Hf同位素特征

本文對(duì)測(cè)年樣品(ZS-5-18、ZS-5-17、ZS-5-16-1及ZS-5-16-2)進(jìn)行了Lu-Hf同位素分析，測(cè)試結(jié)果見表3。4個(gè)樣品獲得的fLu/Hf值介于-0.91～-0.98之間，小于硅鋁質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.72，Vervoortetal., 1996)和鎂鐵質(zhì)地殼fLu/Hf值(-0.34，Amelinetal., 2000)，因此二階段模式年齡更能反應(yīng)源區(qū)物質(zhì)從虧損地幔被抽取的時(shí)間或其源區(qū)物質(zhì)在地殼的平均存留時(shí)間(劉春花等, 2014; 時(shí)溢等, 2020)。二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(ZS-5-18)中鋯石具有相似的Hf同位素組成，10個(gè)測(cè)點(diǎn)的176Hf/177Hf值和εHf(t)值分別為0.282563～0.282914和-0.37～12.54(圖6)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)為656～1799Ma；花崗巖(ZS-5-17)10個(gè)測(cè)點(diǎn)的176Hf/177Hf值和εHf(t)值分別為0.282605～0.282729和0.88～5.24(圖6)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)為1281～1673Ma；樣品花崗斑巖(ZS-5-16-1和ZS-5-16-2)19個(gè)測(cè)點(diǎn)的176Hf/177Hf值和εHf(t)值分別為0.282547～0.282774和-2.58～5.50(圖6)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)為1210～1938Ma。

表3 研究區(qū)石炭紀(jì)-二疊紀(jì)侵入巖鋯石原位Hf同位素分析結(jié)果Table 3 Zircon in-situ Hf isotope data for the Carboniferous-Permian intrusive rocks of the study area

6 討論

6.1 巖石形成時(shí)代

華北克拉通北緣中段與索倫-西拉木倫縫合帶之間存在大量的晚古生代及早中生代巖漿巖(Xiaoetal., 2003; Zhangetal., 2008a, 2011, 2014a; 趙芝等, 2010; 邵濟(jì)安等, 2012; 葉浩等, 2014; 徐博文等, 2015)，揭示了晚古生代-早中生代弧巖漿活動(dòng)的存在。大部分學(xué)者在赤峰地區(qū)僅識(shí)別出泥盆紀(jì)火山巖以及二疊紀(jì)-早三疊世花崗巖，對(duì)于石炭紀(jì)巖漿巖的報(bào)道較少，如烏拉山地區(qū)大樺背花崗巖(苗來成等, 2001)、大南溝黑云母正長(zhǎng)花崗巖(張臣等, 2007)、哈拉道口花崗閃長(zhǎng)巖(Chenetal., 2018; 李崴崴等, 2020)等，導(dǎo)致該區(qū)域索倫-西拉木倫縫合帶南側(cè)弧巖漿巖缺乏石炭紀(jì)系統(tǒng)的演化研究。

本次研究對(duì)赤峰撰山子地區(qū)二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和花崗巖進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年，定年結(jié)果顯示形成于石炭世-晚二疊世(252～341Ma)，鋯石具有巖漿成因的生長(zhǎng)環(huán)帶，其Th/U比值介于0.51～1.65，暗示了其巖漿成因，其定年結(jié)果應(yīng)代表了巖漿事件的時(shí)代。石炭紀(jì)二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖及花崗巖的形成時(shí)間與區(qū)域上石炭紀(jì)島弧型侵入巖的侵位時(shí)代是相似的，晚二疊世花崗斑巖的形成時(shí)代與區(qū)內(nèi)的眾多二疊紀(jì)年齡可對(duì)比(圖7)。研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于華北克拉通與興蒙造山帶的過渡帶，就其大地構(gòu)造位置和成巖時(shí)間來看，上述侵入巖應(yīng)是古亞洲洋洋殼向華北克拉通北緣俯沖-閉合過程中構(gòu)造熱事件的產(chǎn)物。

6.2 巖石成因類型

花崗巖因形成環(huán)境、大地構(gòu)造背景差異、源區(qū)的復(fù)雜性以及巖漿演化不同而形成各種類型的花崗巖。地質(zhì)學(xué)者依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)花崗巖進(jìn)行分類，目前普遍被接受的花崗巖成因類型劃分方案是M.I.S.A.(Chappell and White, 1992; Whalenetal., 1987; 吳福元等, 2007)。

二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖總體上貧硅、富鋁、富鈣、富堿，屬于高鉀鈣堿性系準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石。巖石中可見角閃石，但未見白云母、堇青石等富鋁礦物，明顯區(qū)別于典型的S型花崗巖，顯示I型花崗巖的特征(Whalen, 1985; Chappell and White, 1992)。在(K2O+Na2O)/CaO-10000Ga/Al及(K2O+Na2O)-10000Ga/Al圖解中，二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)點(diǎn)落入I和S型花崗巖區(qū)域(圖8a, b)。在SiO2-P2O5相關(guān)性圖解中，P2O5含量隨SiO2含量增加而減少，顯現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，呈現(xiàn)I型花崗巖的演化趨勢(shì)(圖8c)。此外，A/CNK為0.81～0.87，均小于1.1，具有典型I型花崗巖的特征(孫德有等, 2004)。

花崗巖巖石整體上富硅、貧鋁、貧堿、貧鈣，屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石。地球化學(xué)上具有虧損Ba、Nb、Sr、P、Eu和Ti等元素的特征，與典型A型花崗巖的特征一致(張旗, 2013)。(K2O+Na2O)/CaO-10000Ga/Al及(K2O+Na2O)-10000Ga/Al圖解中，花崗巖數(shù)據(jù)點(diǎn)落入A型花崗巖區(qū)域(圖8a、b)。巖石稀土元素總量較低，具有強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常(δEu平均值=0.26<0.30)，稀土配分曲線呈現(xiàn)“海鷗”型，與典型A型花崗巖的特征一致(Wuetal., 2002)。A型花崗巖大多產(chǎn)于地殼伸展減薄的構(gòu)造背景下的部分熔融，已得到大部分學(xué)者的認(rèn)同(賈小輝等, 2009; 張旗, 2013)，主要分為A1或AA型(非造山)及A2或PA型(后造山)。Y-Ce-Nb圖解中，花崗巖樣品點(diǎn)大部分落入A1花崗巖區(qū)域，與A1型洋島玄武巖(OIB)類似，形成于陸內(nèi)裂谷或地幔熱柱構(gòu)造環(huán)境。

花崗斑巖相對(duì)富硅、貧鋁、富堿、貧鎂，屬于高鉀鈣堿性準(zhǔn)鋁質(zhì)-過鋁質(zhì)巖石。地球化學(xué)上相對(duì)虧損Ba、Nb、Sr、P、Eu和Ti等元素，與典型A型花崗巖的特征一致。(K2O+Na2O)/CaO-10000Ga/Al及(K2O+Na2O)-10000Ga/Al圖解中，樣品點(diǎn)均落入A型花崗巖區(qū)域。稀土元素總量249.3×10-6～269.0×10-6，輕重稀土分異明顯，中等負(fù)Eu異常，整體呈輕稀土富集的右傾“V”字型配分曲線，均顯示A型花崗巖的特征。Y-Ce-Nb圖解中，花崗巖樣品點(diǎn)落入A1花崗巖與A2花崗巖交界區(qū)域，具體類型難以區(qū)分，但研究區(qū)在晚二疊世處于興蒙造山帶和華北克拉通碰撞造山后的伸展環(huán)境(Zhangetal., 2009c, 2015a)，推測(cè)其為A2型花崗巖。

綜上所述，撰山子二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖為高鉀鈣堿性高分異I型花崗巖，花崗巖及花崗斑巖為A型花崗巖，其中花崗巖為高鉀鈣堿性A1型花崗巖，花崗斑巖為A2型花崗巖。

6.3 源區(qū)性質(zhì)

常見的地殼巖石部分熔融的實(shí)驗(yàn)資料表明，高鉀鈣堿性的I型花崗巖主要是由地殼中含水的鈣堿性-高鉀鈣堿性、鎂鐵質(zhì)-中性的變質(zhì)巖石部分熔融產(chǎn)生的。在撰山子礦區(qū)及其外圍并未發(fā)現(xiàn)同期幔源巖漿形成的鎂鐵質(zhì)巖石，排除了石炭紀(jì)二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖是由鎂鐵質(zhì)巖漿分離結(jié)晶的產(chǎn)物。并且在Sm-La/Sm圖解中(圖9)顯示二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖呈現(xiàn)部分熔融巖漿的演化規(guī)律，暗示部分熔融作用控制了巖漿房形成(Schianoetal., 2010)。二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖具有較高的MgO(4.21%～4.92%)、Mg#(55.7～57.5)、V(45.8×10-6～128×10-6)、Cr(26.6×10-6～61.1×10-6)、Co(6.93×10-6～17.1×10-6)、Ni(7.45×10-6～15.5×10-6)含量，表明其源區(qū)受到地幔物質(zhì)的混染(Smithies, 2000; Defant and Kepezkhinskas, 2001)。石炭紀(jì)研究區(qū)整體處于古亞洲洋板塊向華北克拉通和興蒙造山帶雙向俯沖的大陸邊緣弧環(huán)境(Chenetal., 2000; Jianetal., 2012)。俯沖背景下，地溫梯度較低俯沖洋殼無(wú)法發(fā)生部分熔融(Wilson, 1989)，地溫梯度較高俯沖洋殼部分熔融會(huì)形成具有埃達(dá)克地球化學(xué)屬性的埃達(dá)克巖(Martin, 1999)，因此，二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖可能不是俯沖洋殼直接部分熔融的產(chǎn)物。二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖10個(gè)測(cè)點(diǎn)的εHf(t)值為-0.37～12.54(圖6)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)為656～1799Ma。綜上我們認(rèn)為二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖的源區(qū)可能是俯沖板片脫水交代的地幔楔部分熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿上涌，導(dǎo)致元古代(656～1799Ma)地殼物質(zhì)的部分熔融，并有部分玄武質(zhì)巖漿加入形成的產(chǎn)物。

A型花崗巖可以源于多種成因，包括：(1)殼源與幔源巖漿的混合作用(Kerr and Fryer, 1993; Wongetal., 2009; Kempetal., 2005)；(2)幔源拉斑玄武質(zhì)巖漿或堿性巖漿的結(jié)晶分異并伴隨同化混染(Mushkinetal., 2003; Bonin, 2007)；(3)多種殼源物質(zhì)的部分熔融(Clemensetal., 1986; Creaseretal., 1991; Frost and Frost, 1997; Kingetal., 1997)，并伴隨基性巖漿的底侵(吳齊等, 2016)。撰山子石炭紀(jì)花崗巖及二疊紀(jì)花崗斑巖中均未見暗色基性包體，說明在巖漿上升過程中不存在巖漿混合作用。同時(shí)，上述巖石也不太可能是由幔源巖漿結(jié)晶分異或同化混染形成的，因?yàn)獒Ｔ磶r漿結(jié)晶分異形成的A型花崗巖通常與大面積同期的基性-超基性巖呈雙峰式產(chǎn)出(Turneretal., 1992; 薛富紅等, 2015)，研究區(qū)未見大面積同期的基性-超基性巖體產(chǎn)出。已有巖石學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，中下地殼中基性巖石(紫蘇花崗質(zhì)-英云閃長(zhǎng)質(zhì)-花崗閃長(zhǎng)質(zhì)巖石)可在地殼不同部位經(jīng)過脫水熔融產(chǎn)生花崗質(zhì)熔體，高壓時(shí)形成過鋁質(zhì)巖漿，低壓時(shí)形成準(zhǔn)鋁質(zhì)巖漿(Kingetal., 1997; Douce, 1997)。研究區(qū)自古生代以來經(jīng)歷了與古亞洲洋俯沖相關(guān)的多階段地殼增生過程，包括形成新生地殼的初始島弧巖漿作用(Jianetal., 2010; Zhangetal., 2009a)，弧陸碰撞作用(Shietal., 2004)以及俯沖后伸展背景下幔源巖漿底侵造成的垂向增生(Zhangetal., 2008a; 時(shí)溢等, 2020)，這些以中基性巖石為主體的年輕增生物質(zhì)構(gòu)成了可以析出A型巖漿的可能源區(qū)。在Sm-La/Sm圖解中(圖9)顯示石炭紀(jì)花崗巖及二疊紀(jì)花崗斑巖均呈現(xiàn)部分熔融巖漿的演化規(guī)律。石炭紀(jì)花崗巖及二疊紀(jì)花崗斑巖均具有較低的Sr/Y(7.18～9.51)、Yb(1.43×10-6～1.70×10-6)值(表2)，表明源區(qū)熔融時(shí)殘留相中缺乏石榴子石(Defant and Drummond, 1990)，同時(shí)，低Sr(115×10-6～165×10-6)、Eu負(fù)異常(δEu=0.18～0.64)以及相對(duì)虧損Ba等元素，均暗示源區(qū)殘留相中存在斜長(zhǎng)石，說明巖漿形成于低壓、角閃巖相的環(huán)境(張旗等, 2006)。石炭紀(jì)花崗巖10個(gè)測(cè)點(diǎn)εHf(t)值均為正值(0.88～5.24)(圖6)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)為1281～1673Ma。上文已述，研究區(qū)晚石炭世整體處于古亞洲洋板塊向華北板塊和興蒙造山帶雙向俯沖的大陸邊緣弧環(huán)境，同時(shí)石炭紀(jì)花崗巖處于地幔熱柱環(huán)境(A1型花崗巖)，我們認(rèn)為晚石炭世花崗巖是在俯沖背景下地幔熱柱導(dǎo)致新生元古代(1281～1673Ma)地殼物質(zhì)的部分熔融在低壓條件下形成的。晚二疊世花崗斑巖19個(gè)測(cè)點(diǎn)εHf(t)值為-2.58～5.50(圖6)，虧損地幔二階段模式年齡(tDM2)為1210～1938Ma。研究區(qū)晚二疊世-早三疊世處于興蒙造山帶和華北克拉通碰撞造山后的伸展環(huán)境，綜合地球化學(xué)特征認(rèn)為晚二疊世花崗斑巖是在造山后伸展背景下新生元古代(1210～1938Ma)地殼物質(zhì)在低壓條件下部分熔融形成的。

6.4 對(duì)古亞洲洋構(gòu)造演化的指示

研究區(qū)地處興蒙造山帶與華北克拉通的結(jié)合部位，晚古生代-早中生代以來至少存在3期較為強(qiáng)烈的巖漿事件，泥盆紀(jì)(360～400Ma)、早石炭-中二疊世(260～351Ma)以及晚二疊-三疊世(200～250Ma)，均產(chǎn)出于古亞洲洋向華北克拉通俯沖、碰撞造山及造山后伸展的背景之下。

在Y+Nb-Rb和Yb+Ta-Rb構(gòu)造判別圖解上(圖10a, b)，研究區(qū)石炭紀(jì)-早二疊世花崗巖樣品多投點(diǎn)于火山弧花崗巖區(qū)域，指示該時(shí)期赤峰地區(qū)處于古亞洲洋向華北板塊下俯沖的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。眾多研究顯示，研究區(qū)內(nèi)石炭紀(jì)-早二疊世(274～358Ma)平行于華北板塊北緣邊界東西向分布有角閃輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖等一套鈣堿性巖石組合，其礦物組合、巖石地球化學(xué)及同位素組成等方面均顯示出活動(dòng)大陸邊緣巖漿弧特征(張臣等, 2007; 張拴宏等, 2004; Zhangetal., 2009b)，說明該時(shí)期處于古亞洲洋向華北克拉通俯沖的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。結(jié)合前人資料(Zhangetal., 2009a, 2014b; 王惠初等, 2007; Lietal., 2016; 王挽瓊等, 2012)，這套與俯沖有關(guān)的高鉀鈣堿性特征的早石炭世-早二疊世(274～358Ma)侵入巖的存在，暗示古亞洲洋向華北板塊下的俯沖至少持續(xù)了80Ma左右，表明此時(shí)古亞洲洋尚未閉合。

前人研究顯示，研究區(qū)中二疊世(260～269Ma)發(fā)育一套輝石閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)花崗巖的巖石組合(孫珍軍, 2013; 郗愛華等, 2015; 陳井勝, 2018)，其地球化學(xué)特征顯示其處于同碰撞構(gòu)造環(huán)境(陳井勝, 2018)(圖10b)。李錦軼等(2007)在內(nèi)蒙古東部的雙井子發(fā)現(xiàn)229～237Ma的S型花崗巖，地球化學(xué)特征顯示雙井子花崗巖與同碰撞花崗巖類似，指示其可能在該區(qū)碰撞造山作用的晚期階段侵位，從而認(rèn)為興蒙造山帶與華北板塊沿西拉沐倫縫合帶約270Ma開始碰撞并于230Ma左右結(jié)束。生物地層學(xué)顯示研究區(qū)早二疊世于家北溝組地層(晶屑凝灰?guī)r鋯石U-Pb年齡270Ma，未發(fā)表數(shù)據(jù))植物化石全部為華夏植物群，說明長(zhǎng)春-西拉木倫縫合帶尚未閉合(孫躍武等, 2016)。而研究區(qū)南緣林西組地層(晚二疊世)中則含有豐富的淡水雙殼類、葉肢介以及植物化石，其底部為海相沉積，上部為陸相沉積，說明兩大板塊已經(jīng)完成拼貼并共同接受沉積(張永生等, 2012; 王丹丹等, 2016)。以上證據(jù)說明中二疊世時(shí)期興蒙造山帶與華北克拉通處于同碰撞環(huán)境。

在Y+Nb-Rb和Yb+Ta-Rb構(gòu)造判別圖解上(圖10a, b)，研究區(qū)晚二疊世花崗(斑)巖樣品多投點(diǎn)于后碰撞花崗巖區(qū)域，指示該時(shí)期赤峰地區(qū)處于興蒙造山帶和華北克拉通碰撞造山后的伸展環(huán)境，研究區(qū)A2型花崗斑巖即在此背景下形成。晚二疊世-早三疊世研究區(qū)發(fā)育的A型花崗巖、“雙峰式火山巖”以及同時(shí)期侵位的蛇綠巖均說明古亞洲洋此時(shí)期沿西拉木倫縫合帶閉合(張曉暉等, 2006; Miaoetal., 2007; Songetal., 2015)。生物地層學(xué)研究表明西拉木倫河斷裂兩側(cè)在石炭-二疊紀(jì)的生物分區(qū)差異明顯，直到二疊紀(jì)中晚期才出現(xiàn)生物混生(黃本宏和丁秋紅, 1998)。同時(shí)，生物滅絕事件以及古地磁研究均表明古亞洲洋閉合時(shí)限為晚二疊世末期-早三疊世(李朋武等, 2009)。

綜上我們認(rèn)為，早石炭世-早二疊世研究區(qū)整體處于古亞洲洋向華北克拉通俯沖的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境；中二疊世研究區(qū)處于興蒙造山帶與華北克拉通同碰撞環(huán)境；晚二疊世-早三疊世研究區(qū)處于造山后的伸展-古亞洲洋最終閉合階段。

7 結(jié)論

(1)鋯石U-Pb年代學(xué)研究表明，撰山子二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗巖及花崗斑巖的侵位年齡分別為341.0±2.2Ma、324.1±4.3Ma、252.8±3.2Ma和252.0±1.5Ma，其形成時(shí)代為早石炭世及晚二疊世晚期。

(2)巖石地球化學(xué)及Hf同位素特征表明二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖屬于高鉀鈣堿性I型花崗巖，可能是俯沖板片脫水交代的地幔楔部分熔融產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿上涌，導(dǎo)致地殼物質(zhì)的部分熔融形成的；花崗巖及花崗斑巖屬于高鉀鈣堿性A型花崗巖，是新生地殼物質(zhì)在低壓條件下部分熔融形成的。

(3)研究表明，赤峰地區(qū)石炭紀(jì)-晚二疊世期間經(jīng)歷了古亞洲洋向華北克拉通俯沖、弧-陸碰撞以及造山后的伸展等階段，研究區(qū)內(nèi)的巖漿活動(dòng)均與上述過程有關(guān)。

謹(jǐn)以此文慶?！吧蜿?yáng)地質(zhì)調(diào)查中心”成立60周年。

致謝樣品分析得到自然資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、自然資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心、南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持；兩位審稿專家提出了許多修改建議，使本文質(zhì)量得到大幅提升；在此一并表示衷心的感謝。