內(nèi)蒙古蘇尼特右旗溫德?tīng)柡舻貐^(qū)白音高老組流紋巖地球化學(xué)特征、鋯石U-Pb同位素測(cè)年及構(gòu)造指示

［關(guān)鍵詞］內(nèi)蒙古蘇尼特右旗；白音高老組；流紋巖；蒙古—鄂霍茨克洋；伸展環(huán)境

興蒙造山帶位于中亞造山帶的東部，其形成與古亞洲洋的演化關(guān)系密切，索倫-蘇尼特左旗-林西一帶（簡(jiǎn)稱索倫縫合帶）為中亞造山帶東段最終縫合帶[1-3]，對(duì)研究古亞洲洋的演化和興蒙造山帶的形成意義重大。中生代晚期進(jìn)入造山后階段，大規(guī)模的火山噴發(fā)、花崗巖侵位是其重要的地質(zhì)事件，引起了國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注[4-25]，并取得大量的研究成果。

位于二連盆地南緣的溫德?tīng)柡舻貐^(qū)分布大量的中生代火山巖，是大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖的組成部分。由于前期工作程度低，缺乏火山巖的巖石地球化學(xué)和同位素測(cè)年的資料，對(duì)其巖石成因及形成構(gòu)造環(huán)境研究不足，制約了該區(qū)中生代構(gòu)造演化歷史的深入認(rèn)識(shí)。大量的鋯石U-Pb年齡證據(jù)表明，大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖與區(qū)域上中生代花崗巖的時(shí)代是一致的。但是其巖石成因及形成構(gòu)造環(huán)境，與中生代花崗巖[6-7]相比，還存在較多爭(zhēng)議[5-25]。因此，大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖形成的動(dòng)力學(xué)背景是興蒙造山帶構(gòu)造演化聚焦的重要問(wèn)題之一。

筆者在開(kāi)展“內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)二道井（K49E005020）等四幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”時(shí)，在溫德?tīng)柡舻貐^(qū)識(shí)別出早白堊世白音高老組流紋巖，并對(duì)其進(jìn)行了鋯石U-Pb同位素測(cè)年和元素地球化學(xué)分析，以此為基礎(chǔ)，探討了其成因及形成的構(gòu)造背景，為興蒙造山帶中生代構(gòu)造-巖漿演化提供新資料。

1. 地質(zhì)背景及樣品采集

1.1地質(zhì)背景

內(nèi)蒙古蘇右旗溫德?tīng)柡舻貐^(qū)位于大興安嶺火山巖帶南段，大地構(gòu)造位于二連-賀根山縫合帶和索倫-西拉木倫河縫合帶之間（圖1a）；本區(qū)古生代地層屬北疆-興安地層大區(qū)、內(nèi)蒙古草原地層區(qū)、錫林浩特-磐石地層分區(qū)，出露的地層有上石炭統(tǒng)查干諾爾火山巖；下二疊統(tǒng)大石寨組；中二疊統(tǒng)哲斯組。中-新生界為濱太平洋地層區(qū)、大興安嶺-燕山地層分區(qū)、博克圖-二連浩特地層小區(qū)，出露的地層有下白堊統(tǒng)白音高老組、大磨拐河組；中新統(tǒng)通古爾組及第四系（圖1b）。區(qū)內(nèi)侵入巖劃分為晚石炭世、早二疊世二期，主要呈NE向展布，以巖株、巖枝狀產(chǎn)出，巖性主要為中細(xì)粒石英閃長(zhǎng)巖、中?；◢忛W長(zhǎng)巖及中細(xì)粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造以NE向?yàn)橹鳌?/p>

1.2 樣品采集

本文選擇道德希熱白音高老組火山巖作為研究對(duì)象，該套火山巖總體呈北東向—近東西向展布，厚度幾十米至幾百米不等，巖性均為流紋巖（圖2a、b），噴發(fā)不整合覆蓋上石炭統(tǒng)查干諾爾火山巖、下二疊統(tǒng)大石寨組、中二疊統(tǒng)哲斯組及晚石炭世石英閃長(zhǎng)巖體。流紋巖呈灰白-淺粉白色，具少斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；斑晶大小變化范圍通常為0.3～1.8 mm，最大者為2 mm；石英斑晶相對(duì)較大，多呈它形粒狀或熔蝕渾圓狀，熔蝕邊和港灣狀結(jié)構(gòu)發(fā)育，粒徑0.3～1.8 mm，含量約5%±；鉀長(zhǎng)石斑晶呈半自形板狀或粒狀集合體，部分鉀長(zhǎng)石已完全被高嶺土交代，僅留長(zhǎng)石的晶形，大小為0.3～0.8 mm，含量10%；斜長(zhǎng)石斑晶半自形板狀，粒徑0.3～1 mm，含量小于5%；黑云母為淺棕褐色，片狀，零星分布，具暗化邊（圖2c、d）。基質(zhì)主要為隱晶—微晶結(jié)構(gòu)，主要為長(zhǎng)石和石英以及脫?；纬傻拈L(zhǎng)英質(zhì)礦物。副礦物主要由鋯石、磷灰石及不透明礦物組成。

本次研究在溫德?tīng)柡舻貐^(qū)選取白音高老組火山巖樣品（TW2345）進(jìn)行LA-ICP-MS 鋯石U-Pb同位素分析（圖1b），地理坐標(biāo)為北緯43°10'36″、東經(jīng)113°04'32″，巖性為流紋巖。

2. 分析方法

鋯石分選由內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動(dòng)成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成：樣品采用常規(guī)方法進(jìn)行粉碎，將巖石粉末進(jìn)行淘洗，保留重砂礦物，用電磁法進(jìn)行分選，最后在雙目鏡下選出晶形較好的鋯石；制靶在北京離子中心實(shí)驗(yàn)室完成：將鋯石固定在配比好的樹(shù)脂面上，打磨拋光直至露出鋯石。鋯石陰極發(fā)光照相和LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素定年在天津地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查中心實(shí)驗(yàn)室完成：對(duì)制靶完成的鋯石進(jìn)行透反射光和陰極發(fā)光照相，之后利用193 nm 激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕的斑束一般為32 μm，對(duì)鋯石進(jìn)行U-Pb同位素定年，采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA作為鋯石標(biāo)樣計(jì)算鋯石樣品年齡，利用標(biāo)準(zhǔn)玻璃NIST610作為外標(biāo)計(jì)算鋯石樣品的Pb、U、Th含量；詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)原理和流程見(jiàn)參考文獻(xiàn)[27-28]。采用ICP-MSDataCal程序[28]和Iso?plo（t ver3.0）程序[29]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

研究區(qū)白音高老組流紋巖共采集10 件化學(xué)分析樣品，全巖主、微量及稀土元素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成：主量元素分析采用帕納克公司生產(chǎn)的PW2400/40型X-熒光光譜儀，利用X-熒光光譜法測(cè)定：將質(zhì)量比為1∶10試料與無(wú)水混合熔劑熔融，以硝酸銨為氧化劑，加入少量的溴化鋰做脫模劑。在熔樣機(jī)上用1150℃熔融，制成玻璃狀樣片再用X-熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)量，各元素均用理論α系數(shù)校正元素間的吸收-增強(qiáng)效應(yīng)。微量及稀土元素分析采用美國(guó)熱電公司X2型等離子體質(zhì)譜儀，利用封閉酸溶－電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定：封閉溶液器中，在高溫高壓下用硝酸和氫氟酸長(zhǎng)時(shí)間溶樣，高倍稀釋后用ICP-MS測(cè)定。

3. 分析結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年

流紋巖（TW2345）鋯石CL圖像顯示，鋯石具有較好的晶形，多呈長(zhǎng)柱狀，少數(shù)短柱狀，長(zhǎng)50～100 μm，長(zhǎng)寬比，明顯發(fā)育震蕩環(huán)帶（圖3a）；Th/U比值＞0.4，具有典型巖漿成因[30-31]。該樣品測(cè)試了24點(diǎn)（表1），多數(shù)位于U-Pb諧和線上及附近，16 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的206Pb/238U 年齡介于122～129Ma，加權(quán)平均值為124.5±1.1 Ma（1σ，MSWD=2.3，置信度為95%），該年齡值代表巖漿結(jié)晶年齡（圖3b）。4、5、6、11、13、23及24號(hào)測(cè)試點(diǎn)離群未參加計(jì)算，可能為鉛丟失引起；而15號(hào)測(cè)試點(diǎn)的206Pb/238U年齡為254Ma，可能為巖漿上侵過(guò)程中捕獲的鋯石（與研究區(qū)內(nèi)出露的二疊系地質(zhì)體吻合）。

3.2主量元素

由表2可見(jiàn)，溫德?tīng)柡舻貐^(qū)白音高老組流紋巖SiO₂含量在74.6%～76.75%之間，Al₂O₃ 含量介于11.48%～13.5%，K₂O 含量為3.95%～5.49%；富堿（K₂O+Na₂O）含量為7.49%～9.53%；K₂O/Na₂O=1.03%～1.81%，相對(duì)富鉀。相反，貧鎂、鈣，含量分別為（MgO=0.14%～0.39%）及（CaO=0.28%～1.09%），高TFeO/MgO比值（2.36～7.14）。TiO₂含量較低，在0.05%～0.09% 之間，屬于低鈦流紋巖系列（（TiO₂）＜0.4%）[32-33]。在標(biāo)準(zhǔn)礦物中，出現(xiàn)了過(guò)飽和礦物石英和長(zhǎng)石類礦物，所有樣品出現(xiàn)了剛玉分子。

在TAS火山巖分類命名圖解（圖4a）中，樣品全部落于亞堿性系列的流紋巖范圍內(nèi)，與薄片鏡下鑒定結(jié)果一致；里特曼指數(shù)（σ）1.66～2.81小于3.3，表明為鈣堿性巖石，在SiO₂-K₂O圖解（圖4b）中，巖石顯示為高鉀鈣堿性系列區(qū)；堿度率（A.R）為2.37～4.75，鋁飽和指數(shù)A/CNK=0.92～1.16，為準(zhǔn)鋁質(zhì)-弱過(guò)鋁質(zhì)巖石，過(guò)堿指數(shù)NK/A 變化于0.60～0.74之間。因此，從巖石化學(xué)特征上顯示本區(qū)流紋巖屬于亞堿性系列高鉀鈣堿性巖石。

3.3 稀土元素特征

白音高老組流紋巖稀土元素分析結(jié)果見(jiàn)表2，稀土總量（ Σ REE）介于132.14×10-6～231.16×10^-6，平均值為178.81×10^-6，與中國(guó)流紋巖的平均豐度（238.51×10^-6）相比，明顯偏低；LREE/HREE比值為6.05～11.25，平均9.13，輕稀土富集；LaN/YbN=5.84～13.05，平均為9.37，輕重稀土分餾明顯；LaN/SmN 為4.21～7.19，平均5.83，輕稀土內(nèi)部具有一定程度的分餾作用；而重稀土內(nèi)部分餾不明顯，GdN/YbN 為1.45～2.23，平均1.81。δEu 為0.05～0.15，平均0.10，銪負(fù)異常強(qiáng)烈，與Sr虧損吻合。

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解（圖5a）中，所有樣品具有相似的稀土配分模式，表現(xiàn)為一組右傾且相互平行的平滑曲線，且重稀土分布較為平坦。

3.4 微量元素特征

白音高老組流紋巖的微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2，在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5b）中可以看出，所有樣品曲線分布形式基本一致，富集大離子親石元素（LILE）Rb、Th、U、K和LREE；但虧損Ba、Sr；指示斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶強(qiáng)烈；高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）Nb、Sr、P 和Ti 虧損，相對(duì)富集Ta、Zr、Hf，這些特點(diǎn)暗示巖漿可能來(lái)源于地殼?；韵嗳萁M分Cr 為2.43×10^-6～10.10×10^-6、Co 為1.18×10^-6～2.25×10^-6、Ni為2.14×10^-6～9.22×10^-6，質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)均較低，Mg 這些特征均顯示出巖漿是地殼來(lái)源而非地幔源的特征。

4. 討論

4.1時(shí)代討論

關(guān)于白音高老組的形成時(shí)代，還存在分歧：一部分學(xué)者根據(jù)同位素年齡，認(rèn)為白音高老組時(shí)代應(yīng)為早白堊世[9，20，24-25]；而另一部分學(xué)者根據(jù)地層對(duì)比、化石資料認(rèn)為白音高老組時(shí)代應(yīng)為晚侏羅世[38-39]。本文對(duì)溫德?tīng)柡舻貐^(qū)白音高老組流紋巖進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析，樣品鋯石具有典型的巖漿成因特征，其測(cè)年結(jié)果（124.5±1.1Ma）代表了火山巖的形成時(shí)代，即早白堊世晚期，這與最新文獻(xiàn)中的白音高老組時(shí)代歸屬及定年（141～122Ma）的結(jié)論一致[9，20，40-41]。

4.2成因類型

大興安嶺及其鄰區(qū)晚中生代火山巖的成因，有以下兩種主要觀點(diǎn)：1）地殼物質(zhì)部分熔融形成的[9，42]；2）玄武巖漿結(jié)晶分異作用的結(jié)果[42-46]。

本區(qū)流紋巖的Nb/Ta與Zr/Hf值基本保持不變，分別介于7.66～15.54（平均值為9.87）和18.94～28.32（平均值為22.65），與原始地幔的相應(yīng)值17.8和37[48]相差較大，與地殼的相應(yīng)值11.4和33[49]較接近。Rb/Sr比值變化于5.61～16.83之間（＞0.03）；Ti/Y比值為14.53～31.37（lt;100），Ti/Zr比值為1.44～6.64（lt;20），均位于殼源巖漿范圍內(nèi)[50-52]，這些特征均說(shuō)明巖漿應(yīng)來(lái)源于地殼巖石部分熔融，并非幔源玄武質(zhì)巖漿分異演化的結(jié)果。這從研究區(qū)及相鄰地區(qū)缺乏同時(shí)代的基性火成巖的事實(shí)可以印證[5]。

白音高老組火山巖以高硅，富堿，富鋁，貧鎂、鐵、鈣為特征，A1₂O₃、K₂O、P₂O₅的含量隨著SiO₂的含量增加減少，呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性，Th、Y分別與Rb呈正相關(guān)性，部分元素之間顯示出較好的線性變化趨勢(shì)（Harker圖解略），暗示研究區(qū)內(nèi)白音高老組火山巖與高分異I型花崗巖的特征密不可分。研究表明，白音高老組火山巖具有I 型花崗巖特征[40-42]，在Zr+Nb+Ce+Y 對(duì)（Na₂O+K₂O）/CaO 及FeOt/MgO判別圖（圖6）[53]中，研究區(qū)內(nèi)白音高老組火山巖樣品主要投入高分異的I型花崗巖區(qū)。綜上分析，研究區(qū)內(nèi)白音高老組火山巖類似高分異I型花崗巖特征。白音高老組火山巖具有明顯的負(fù)Eu異常和Ba、Sr、P、Ti等元素強(qiáng)烈虧損，暗示源區(qū)礦物相中有斜長(zhǎng)石和磷灰石的殘留[54]。同時(shí)，本文中的火山巖具有貧Sr、富Yb（Sr為13.90×10^-6～38.40×10^-6，Yb 為1.68×10^-6～3.94×10^-6）的特征[55]，進(jìn)一步暗示源區(qū)在部分熔融過(guò)程中有斜長(zhǎng)石的殘留。

白音高老組酸性火山巖在研究區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)大面積分布，這種大規(guī)模出露的酸性巖漿，可以排除是由玄武巖漿結(jié)晶分異作用形成[47]。同時(shí)，根據(jù)鄰區(qū)報(bào)道的紅格爾地區(qū)白音高老組火山巖漿來(lái)源于地殼物質(zhì)，而不是由玄武質(zhì)巖漿或安山質(zhì)巖漿的分離結(jié)晶作用形成的，也不太可能與玄武巖構(gòu)成雙峰式火山巖組合[24]，推測(cè)研究區(qū)內(nèi)白音高老組火山巖巖漿可能來(lái)源于拆沉作用的加厚下地殼部分熔融。

4.3 構(gòu)造環(huán)境

大興安嶺及鄰區(qū)晚中生代火成巖形成的構(gòu)造環(huán)境還存在爭(zhēng)議，主要存在以下幾種觀點(diǎn)：①與地幔柱活動(dòng)或相關(guān)的板內(nèi)作用有關(guān)[9-12]；②與古太平洋的俯沖作用及俯沖后的伸展作用有關(guān)[13-19]；③與蒙古—鄂霍茨克洋閉合—碰撞造山后伸展有關(guān)[20-25]。

已有研究表明，大興安嶺和鄰近地區(qū)不存在環(huán)狀火山巖帶，同時(shí)中生代火山巖和侵入巖的形成年齡跨度較大（186～106Ma）[56]，因此，噴發(fā)周期較短的地幔柱構(gòu)造模式很難解釋中生代火山巖的時(shí)空分布。

在蒙古國(guó)中東部發(fā)現(xiàn)了大量的與大興安嶺中生代火山巖相似的火成巖，它們遠(yuǎn)離古太平洋板塊[22]。古太平洋板塊最初的俯沖方向?yàn)橄虮被蛘弑蔽鞣较騕57]，向西俯沖時(shí)間只有125～110Ma和43～0Ma兩個(gè)時(shí)間段[58]。因此，古太平洋板塊的向西俯沖對(duì)大興安嶺及鄰區(qū)晚中生代巖漿活動(dòng)影響不大。

近年來(lái)，隨著蒙古— 鄂霍茨克洋向南俯沖的確定[59-60]，越來(lái)越多的學(xué)者把大興安嶺中生代火成巖的形成和蒙古—鄂霍茨克洋的演化聯(lián)系起來(lái)。最新的研究表明，蒙古—鄂霍茨克洋從西向東剪刀式閉合，東部最終碰撞時(shí)間在晚侏羅世至早白堊世[61]，且中侏羅世之后大興安嶺及鄰區(qū)火山巖在一定時(shí)期內(nèi)均受蒙古—鄂霍茨克洋閉合后造山作用的影響。這與本文的年代學(xué)資料吻合，可以判斷研究區(qū)內(nèi)白音高老組火山巖的形成應(yīng)該與蒙古—鄂霍茨克洋閉合后的伸展作用有關(guān)。

眾多學(xué)者還認(rèn)為I型花崗巖可以產(chǎn)于造山后的伸展環(huán)境[62-63]。另外，白音高老組火山巖富硅、鉀、堿，貧CaO、MgO，屬于亞堿性高鉀鈣堿性系列，準(zhǔn)鋁質(zhì)-過(guò)鋁質(zhì)巖石。在微量元素Y-Nb（圖7a）及Yb-Ta（圖7b）構(gòu)造判別圖解上[64]，樣品多數(shù)落入火山弧和同碰撞花崗巖區(qū)，這也表明研究區(qū)內(nèi)白音高老組流紋巖形成于伸展構(gòu)造背景。

5. 結(jié)論

（1）溫德?tīng)柡舻貐^(qū)白音高老組流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb 測(cè)年結(jié)果為124.5±1.1Ma，形成時(shí)代為早白堊世晚期。

（2）溫德?tīng)柡舻貐^(qū)白音高老組流紋巖屬高鉀鈣堿性系列，輕重稀土分餾明顯，負(fù)銪異常明顯，富集大離子親石元素Rb、Th、U、K和LREE，Ba、Sr明顯虧損，高場(chǎng)強(qiáng)元素Ta、Zr、Hf較為富集，Nb、Sr、P和Ti虧損。具有I型花崗巖特征，推測(cè)研究區(qū)內(nèi)白音高老組火山巖可能來(lái)源于拆沉作用的加厚下地殼部分熔融。

（3）溫德?tīng)柡舻貐^(qū)白音高老組流紋巖形成于伸展構(gòu)造環(huán)境，可能與蒙古—鄂霍茨克洋閉合后的巖石圈伸展作用有關(guān)。

LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡測(cè)定及后期數(shù)據(jù)處理由內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動(dòng)成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室肖建偉博士協(xié)助完成，審稿專家對(duì)本文提出了寶貴修改意見(jiàn)，在此一并表示衷心感謝！