南蒙古地區(qū)晚古生代巖漿巖的地球化學(xué)特征

席 宏，李俊建，李華明，付 超，黨智財(cái)，唐文龍

（1.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古包頭 014010；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心（華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），天津 300170）

蒙古國(guó)北部為加里東造山帶，南部以華力西造山帶為主[1-3]。南蒙古地區(qū)晚古生代華力西造山帶在中亞造山帶中具有極為重要的地位[1]，形成了一系列島弧、陸緣弧及與之相伴生的增生楔、弧前和弧后盆地[3-7]。前人多認(rèn)為晚古生代大洋將華北、塔里木和南蒙古地塊在地理上分隔開(kāi)，并在二疊紀(jì)時(shí)期洋盆閉合形成了準(zhǔn)噶爾-賀根山縫合帶[4，7]；但也有人認(rèn)為大洋是在中古生代發(fā)生閉合并進(jìn)入陸內(nèi)造山階段[8]；近年來(lái)，呂洪波等提出其碰撞時(shí)間由晚古生代推遲到晚白堊世[9]。問(wèn)題的關(guān)鍵是洋殼俯沖形成的島弧巖漿作用是什么時(shí)候開(kāi)始，又在什么時(shí)候結(jié)束。本文通過(guò)收集分析前人有關(guān)南蒙古地區(qū)晚古生代侵入巖及火山巖（圖1）的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，初步總結(jié)了該區(qū)巖漿巖的地球化學(xué)特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，探討其大地構(gòu)造演化，以期為南蒙古地區(qū)晚古生代的構(gòu)造演化提供一定約束。

圖1 南蒙古地區(qū)晚古生代火成巖分布圖（據(jù)李俊建等，2019；Gerel et al.,1984；2019修改）Fig.1 Late Paleozoic igneous rock distribution map in Southern Mongolia

1 區(qū)域地質(zhì)背景

華力西造山帶處于華北板塊、西伯利亞板塊與塔里木板塊之間，記錄了古亞洲洋自顯生宙以來(lái)俯沖-增生-碰撞-后碰撞的完整演化歷史，不同期次構(gòu)造事件疊加形成了大量巖漿活動(dòng)，由此巖漿巖成為了了解南蒙古地區(qū)華力西造山帶構(gòu)造演化的關(guān)鍵[1-11]。

南蒙古地區(qū)泥盆紀(jì)侵入巖體多呈東西向線狀分布，主要由閃長(zhǎng)巖和花崗巖組成，其巖石成分為高、中、低鉀的閃長(zhǎng)巖到花崗巖以及二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖到石英正長(zhǎng)巖的鉀鈣堿系列，火山巖主要由玄武巖、安山玄武巖、安山巖和流紋巖組成；石炭紀(jì)巖漿活動(dòng)形成了一些大的火山巖帶，其中的侵入巖成分與安山巖和玄武質(zhì)安山巖組成的火山巖密切相關(guān)，早石炭世形成了一些大的花崗巖巖基，如Zambilgekh巖基，具有輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)-花崗巖的組分，Shuteen雜巖由二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗巖和安山巖組成，晚石炭世侵入巖以輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)正長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖為代表，其中主要為高鉀鈣堿系列花崗巖類巖石；二疊紀(jì)巖石主要為環(huán)狀堿性侵入巖，在侵入巖周圍主要分布有火山巖-鈉閃堿流巖和堿流巖，其中研究程度最高的二疊紀(jì)巖體是產(chǎn)在上覆有上古生界火山沉積物的Khanbodg侵入巖體，該巖體由第一階段侵入的堿性花崗巖和第二階段的細(xì)?；◢弾r及不同巖脈組成，巖體的北側(cè)為鈉閃堿流巖，在堿流巖體核部，變?yōu)槟奘L(zhǎng)英質(zhì)斑巖、球狀斑巖、文像斑巖和細(xì)粒的堿性花崗巖[1-6，11]。

2 泥盆紀(jì)巖漿巖

2.1 泥盆紀(jì)侵入巖

泥盆紀(jì)侵入巖體多呈近東西向延伸，零星分布，規(guī)模較?。▓D1）。侵入巖類主要由輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、石英長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖組成。利用收集到的泥盆紀(jì)5 個(gè)巖體29 件巖漿巖的主量元素分析數(shù)據(jù)（表1）[6，11]顯示：在TAS巖石分類圖解（圖2a1）中，泥盆紀(jì)侵入巖分別落入了輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖區(qū)內(nèi)；該期侵入巖石的Al2O3含量（11.85～20.65）wt%，平均15.76 wt%；CaO含量（0.3～9.4）wt%，平均2.83 wt%；MgO含量（0.3～6.24）wt%，平均1.32 wt%；TFe2O3含量（1.16～10.61）wt%，平均4.04 wt%。計(jì)算結(jié)果表明，巖石分異指數(shù)（DI）為32.63～94.96，多數(shù)樣品分異指數(shù)大于75，說(shuō)明該區(qū)泥盆紀(jì)侵入巖石的分異程度差別較大，且多數(shù)侵入巖石的分異程度較高。在SiO2-K2O圖解（圖2b1）中，投影點(diǎn)大多落在高鉀鈣堿性系列，部分點(diǎn)落在中鉀鈣堿性系列，少量點(diǎn)落在超鉀系列區(qū)內(nèi)。在A/CNK-A/NK圖解（圖2c1）中，該區(qū)侵入巖石在偏鋁質(zhì)和過(guò)鋁質(zhì)區(qū)均有分布，未出現(xiàn)過(guò)堿質(zhì)巖石。

表1 南蒙古地區(qū)侵入巖主量元素平均含量(wt%)Table 1 Average content of major elements of intrusive rocks in Southern Mongolia (wt%)

圖2 南蒙古地區(qū)侵入巖類SiO2-K2O +Na2O、SiO2-K2O、A/CNK-A/NK圖解Fig.2 Diagram of SiO2-K2O +Na2O、SiO2-K2O and A/CNK-A/NK of intrusive rocks in southern Mongolia

泥盆紀(jì)侵入巖體總體上較為富硅、高鉀、富堿，貧鐵、鎂、鈣和鈦，A/CNK 為0.737～1.287，在偏鋁質(zhì)和過(guò)鋁質(zhì)區(qū)內(nèi)均有分布（圖2c1）。在A/MF-C/MF圖解（圖3a1）中，大多泥盆紀(jì)巖體的源巖為基性巖，部分源巖為變沉積巖。在Patino[15]的花崗巖源巖判別圖解（圖3b1）中，大多數(shù)泥盆紀(jì)巖體落入富含黑云母和角閃石的源巖范圍，與富含沉積巖的殼源巖石相比，富含黑云母和角閃石的巖石部分熔融或分離結(jié)晶所產(chǎn)生的花崗質(zhì)熔體（Na2O+K2O）/（FeO+MgO+TiO2）值較低，而Na2O+K2O+FeO+MgO+TiO2值較高，且泥盆紀(jì)花崗質(zhì)源巖的演化與分離結(jié)晶趨勢(shì)線一致，表明南蒙古地區(qū)泥盆紀(jì)花崗質(zhì)巖石的源巖為富含黑云母和角閃石的巖石，反映其巖漿源區(qū)有著較多幔源巖漿的加入。

圖3 南蒙古地區(qū)侵入巖類源巖判別圖解Fig.3 Source rock discrimination diagram of intrusive rocks in southern Mongolia

在R1-R2構(gòu)造判別圖解（圖4a）中，泥盆紀(jì)花崗巖類在板塊碰撞前、同碰撞期、碰撞后抬升期均有分布，可能代表的是一種島弧構(gòu)造背景。

圖4 南蒙古地區(qū)侵入巖類R1-R2構(gòu)造判別圖解Fig.4 R1-R2 structure discrimination diagram of intrusive rocks in southern Mongolia

2.2 泥盆紀(jì)火山巖

本文收集了南蒙古地區(qū)14件泥盆紀(jì)火山巖石的地球化學(xué)數(shù)據(jù)[6]，利用全巖硅堿分類圖（圖5a）對(duì)其進(jìn)行了巖石分類，可見(jiàn)泥盆紀(jì)火山巖主要為玄武巖、安山玄武巖、安山巖、粗面玄武巖、玄武質(zhì)粗面安山巖和粗面安山巖。

圖5 南蒙古地區(qū)火山巖類TAS圖解Fig.5 TAS diagram of volcanic rocks in southern Mongolia

在SiO2-ALK 圖解（圖6a1）中，7件泥盆紀(jì)火山巖樣品落入堿性系列，7件樣品落入亞堿性系列。在AFM 圖解（圖6b1）中，亞堿性系列巖石屬拉斑系列。在SiO2-K2O 圖解（圖6c1）中，所有亞堿性樣品均投到了中低鉀系列范圍，因此泥盆紀(jì)火山巖主要包括有堿性系列和中低鉀拉斑系列。

圖6 南蒙古地區(qū)火山巖類SiO2-ALK、AFM和SiO2-K2O圖解Fig.6 Diagram of SiO2-ALK、AFM and SiO2-K2O of volcanic rocks in southern Mongolia

泥盆紀(jì)火山巖的SiO2含量變化范圍較大，為（47.85～57.83）wt%，平均52.3 wt%；Al2O3含量（10.22～18.2）wt%，平均15.67 wt%；Fe2O3含量（10.24～15.110）wt%，平均12.34 wt%；CaO含量（2.75～14.79）wt%，平 均7.53 wt%；MgO含量（4.24～8.1）wt%，平均5.81 wt%；K2O含量（0.02～4.34）wt%，平均0.96 wt%；Na2O含量（1.61～6.09）wt%，平均3.87 wt%；TiO2含量（0.34～1.5）wt%，平均1.05 wt%；P2O5含量（0.07～0.54）wt%，平均0.23 wt%；MnO含量（0.13～0.27）wt%，平均0.19 wt%。

南蒙古泥盆紀(jì)火山巖主量元素含量與其它地區(qū)相比（表2），同Tonga 島弧和Ascension洋島玄武巖的氧化物含量均較為接近，具有Tonga 島弧和Ascension洋島玄武巖相似的主量元素地球化學(xué)特征，可能暗示其巖漿源區(qū)的多樣性或形成于相似的大地構(gòu)造背景中。

表2 南蒙古地區(qū)泥盆紀(jì)火山巖與其它地區(qū)火山巖主量元素對(duì)比Table 2 Comparison of major elements between Devonian volcanic rocks in southern Mongolia and those in other areas

采用穩(wěn)定的不相容或強(qiáng)不相容元素Ti、Zr、Y 等及其比值[6,11]對(duì)玄武安山巖類及安山玄武巖類巖石進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境示蹤分析：在Pearce和Gale Zr/Y-Ti/Y圖中（圖7a1），幾乎所有泥盆紀(jì)樣品均落入板緣玄武巖區(qū)，只有一件樣品落入板內(nèi)玄武巖區(qū)，但也很接近板緣玄武巖區(qū)；在Shervais(1982)的V-Ti圖中（圖7b1），可分為兩類樣品，一類落在島弧拉斑玄武巖區(qū)，其V/Ti比值與湯加島弧中的基性拉斑玄武巖最為相似；另Mushgai Hudag地區(qū)的泥盆紀(jì)樣品全部落入洋中脊和弧后盆地區(qū)內(nèi)，表明該區(qū)樣品具有島弧玄武巖和MORB的共同特征，其弧后盆地背景可以解釋?shí)u弧、MORB 和弧后盆地地球化學(xué)特征同時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。以上研究表明泥盆紀(jì)時(shí)期該區(qū)已出現(xiàn)了弧巖漿活動(dòng)。

圖7 南蒙古地區(qū)火山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.7 Tectonic environment discrimination diagram of volcanic rocks in southern Mongolia

3 石炭紀(jì)巖漿巖

3.1 早石炭世侵入巖

早石炭世巖漿巖主要分布在南蒙古西部，形成了一些大的侵入巖帶，具有輝長(zhǎng)-閃長(zhǎng)巖和花崗巖組合特征，最具代表性的就是Zambilgekh 巖基。本文收集利用早石炭世5個(gè)巖體28件樣品的巖石化學(xué)分析數(shù)據(jù)（表1）[6，11]，在TAS 巖石分類圖解（圖2a2）中，早石炭世侵入巖石分別落入了二長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖區(qū)，多為亞堿性巖。其巖石化學(xué)成分，Al2O3含量（11.97～23.85）wt%，平均16.06 wt%；CaO 含量（0.3～8.9）wt%，平均3.73 wt%；MgO 含量（0.22～5.81）wt%，平 均1.85wt% ；TFe2O3含 量（0.84～9.74）wt%，平均4.82 wt%。計(jì)算結(jié)果表明巖石的分異指數(shù)（DI）為38.53～95.47，多數(shù)樣品的分異指數(shù)小于75，說(shuō)明早石炭世南蒙古地區(qū)巖漿分異程度差別較大，花崗質(zhì)巖漿分異程度較低。在SiO2-K2O圖解（圖2b2）上，投影點(diǎn)大多落入高鉀鈣堿性系列和中鉀鈣堿性系列，個(gè)別落入超鉀系列和低鉀拉斑區(qū)，其中SiO2含量高于65%的樣品大多屬于高鉀鈣堿性巖系，部分落在了超鉀系列區(qū)內(nèi)，而SiO2含量低于65%的樣品大多為中鉀鈣堿性系列，SiO2含量與K2O含量呈較明顯正相關(guān)性。在A/CNK-A/NK圖解（圖2c2）中，本區(qū)巖體在偏鋁質(zhì)和過(guò)鋁質(zhì)區(qū)均有分布，但較泥盆紀(jì)花崗巖過(guò)鋁質(zhì)樣品偏少，偏鋁質(zhì)樣品增多，未出現(xiàn)過(guò)堿質(zhì)樣品。

本區(qū)早石炭世侵入巖體總體富堿，鐵、鎂、鈣和鈦較泥盆紀(jì)更高，硅含量較泥盆紀(jì)更低，A/CNK 為0.747～1.268，在偏鋁質(zhì)和過(guò)鋁質(zhì)區(qū)均有分布。在A/MF-C/MF圖解（圖3a2）中，多數(shù)早石炭世巖體的源巖為基性巖，部分源巖為變沉積巖。在Patino（1999）的花崗巖源巖判別圖解（圖3b2）中，大多數(shù)早石炭世巖體落入富含黑云母和角閃石的源巖范圍，與富含沉積巖的殼源巖石相比，富含黑云母和角閃石的巖石部分熔融或分離結(jié)晶所產(chǎn)生的花崗質(zhì)熔體（Na2O+K2O）/（FeO+MgO+TiO2）值較低，而Na2O+K2O+FeO+MgO+TiO2值較高，且其花崗質(zhì)源巖的演化與分離結(jié)晶趨勢(shì)線一致，表明南蒙古地區(qū)早石炭世花崗類巖石的源巖為富含黑云母和角閃石的源巖，與泥盆紀(jì)的花崗巖類相比，早石炭世的源巖更為基性，反映的是其巖漿源區(qū)有著更多幔源巖漿的加入。

在R1-R2構(gòu)造判別圖解（圖4b）中，早石炭世花崗巖類在板塊碰撞前、同碰撞期和碰撞后抬升期均有分布，代表的是一種島弧或弧后盆地構(gòu)造背景。

3.2 晚石炭世侵入巖

晚石炭世侵入巖主要為輝長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)巖-斜長(zhǎng)正長(zhǎng)巖系列，分布于蒙古南戈壁省的火山凹陷邊部及大斷裂帶中，以長(zhǎng)形的巖體或巖墻出現(xiàn)，東西走向，部分長(zhǎng)可達(dá)50 km，寬1～10 km。巖性為輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、斜長(zhǎng)正長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖，其中以輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖為主，呈斑狀及細(xì)粒狀結(jié)構(gòu)，含有捕虜體，偶見(jiàn)次火山巖特征。其它晚石炭世侵入巖以長(zhǎng)英質(zhì)花崗質(zhì)巖石為主，巖性主要有花崗閃長(zhǎng)巖，黑云角閃花崗巖和黑云母花崗巖。

利用收集的晚石炭世12 個(gè)巖體59 件樣品巖石化學(xué)分析數(shù)據(jù)（表1）[6，11]，在TAS 巖石分類圖解（圖2a3）中，晚石炭世侵入巖分別落入輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖區(qū)，其中以花崗巖、石英二長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)巖為主，幾乎全部為亞堿性巖，只有兩個(gè)樣品落入堿性巖區(qū)。晚石炭世侵入巖體Al2O3含量為（9.09～20.45）wt%，平均14.99 wt%；CaO含量（0.3～7.48）wt%，平均2.68 wt%；MgO含量（0.08～6.71）wt%，平均1.6 wt%；TFe2O3含量（0.75～11.46）wt%，平均3.71 wt%。CIPW 計(jì)算結(jié)果表明，全部樣品均含有石英，且不含霞石與橄欖石。分異指數(shù)（DI）為42.37～93.57，多數(shù)樣品分異指數(shù)大于75，說(shuō)明晚石炭世南蒙古地區(qū)巖漿分異程度差別較大，花崗質(zhì)巖漿分異程度較高。在SiO2-K2O圖解（圖2b3）中，投影點(diǎn)大多落入高鉀鈣堿性系列，部分落入中鉀鈣堿性系列，個(gè)別落入超鉀系列和低鉀拉斑區(qū)內(nèi)，SiO2含量與K2O 含量呈較明顯正相關(guān)性。在A/CNK-A/NK圖解（圖2c3）中，巖石在偏鋁質(zhì)和過(guò)鋁質(zhì)區(qū)均有分布，但偏鋁質(zhì)樣品明顯多于過(guò)鋁質(zhì)，且有一個(gè)樣品為過(guò)堿質(zhì)。

晚石炭世侵入巖體總體富硅、富鉀、富堿，而鐵、鎂、鈣和鈦較早石炭世低，A/CNK 為0.766～1.954，在偏鋁質(zhì)和過(guò)鋁質(zhì)區(qū)內(nèi)均有分布。A/MF-C/MF圖解（圖3a3）表明，大多晚石炭世巖體的源巖為基性巖和變質(zhì)砂巖，部分源巖為變質(zhì)泥巖，源巖為變質(zhì)砂巖和變質(zhì)泥巖的巖體明顯增多。在Patino的花崗巖源巖判別圖解（圖3b3）中，大多數(shù)晚石炭世巖體落入富含黑云母和角閃石的源巖范圍內(nèi)，部分也落入了泥質(zhì)巖區(qū)內(nèi)，與早石炭世巖體相比，富含黑云母源巖和泥質(zhì)巖明顯增多，且晚石炭世花崗質(zhì)源巖的演化與分離結(jié)晶趨勢(shì)線一致，表明南蒙古地區(qū)晚石炭世花崗類巖石的源巖為泥質(zhì)巖和富含黑云母和角閃石的源巖，與早石炭世的花崗巖類相比，晚石炭世的源巖更為酸性，反映的是來(lái)源于更多殼源巖漿源區(qū)，可能代表了陸緣弧或板內(nèi)構(gòu)造背景。

在R1-R2構(gòu)造判別圖解（圖4c）中，晚石炭世花崗巖類在板塊碰撞前、造山晚期、同碰撞期和碰撞后抬升期均有分布，但主要集中在同碰撞期，可能代表了板內(nèi)構(gòu)造背景或是構(gòu)造轉(zhuǎn)換期。

3.3 晚石炭世火山巖

利用收集到的2件南蒙古地區(qū)晚石炭世火山巖巖石化學(xué)數(shù)據(jù)[6，11]，在TAS圖解（圖5b）中落入了了安山玄武巖和玄武質(zhì)粗面安山巖區(qū)。在SiO2-ALK 圖解（圖6a2）中，一件樣品落入堿性系列區(qū)，另一件樣品落入亞堿性系列；在SiO2-K2O 圖解（圖6c2）中，樣品落入中鉀系列區(qū)，因此該類火山巖為堿性系列和中鉀亞堿性系列。晚石炭世火山巖的SiO2含量分別為54.21 wt%、52.99 wt%，平均53.6 wt%；Al2O3含量分別為16.61 wt%、17.26 wt%，平均16.94 wt%；Fe2O3含量分別為9.47 wt%、9.69 wt%，平均9.58 wt%；CaO含量分別為6.03 wt%、7.69 wt%，平均6.86 wt%；MgO 含量分別為4.71 wt%、5.19 wt%，平均4.95 wt%；K2O 含量分別為2.61 wt%、1.5 wt%，平均2.06 wt%；Na2O含量分別為3.72 wt%、3.5 wt%，平均3.61 wt%；TiO2含量分別為1.57 wt%、1.73 wt%，平均1.65 wt%；P2O5分別為0.5 wt%、0.67 wt%，平均0.59 wt%；MnO 含量分別為0.15 wt%、0.16 wt%，平均0.155 wt%。CIPW 計(jì)算結(jié)果表明樣品均含石英，為3.66%～4.04%，且均不含有標(biāo)準(zhǔn)礦物霞石和橄欖石。

采用穩(wěn)定的不相容或強(qiáng)不相容元素Ti、Zr、Y 等及其比值[6,11]對(duì)其火山巖類進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境示蹤分析。在Pearce和Gale Zr/Y-Ti/Y 圖（圖7a2）中，所有晚石炭世樣品均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)，但也比較接近板緣玄武巖區(qū)；在Shervais(1982)的V-Ti圖（圖7b2）中，樣品的Ti/V比值約為50，與堿性玄武巖范圍較為接近，同樣顯示為板內(nèi)特征。

4 二疊紀(jì)巖漿巖

4.1 二疊紀(jì)侵入巖

二疊紀(jì)侵入巖巖性主要為輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖，以花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖為主，可見(jiàn)環(huán)型堿性侵入巖，周圍分布有鈉閃堿流巖和堿流巖，環(huán)型堿性花崗巖可能是火山巖通道[1]。

利用收集的南蒙古地區(qū)二疊紀(jì)8個(gè)巖體66件樣品的巖石化學(xué)分析數(shù)據(jù)（表1）[6，11]，在TAS 巖石分類圖解（圖2a4）中二疊紀(jì)侵入巖分別落入輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖、石英二長(zhǎng)巖、花崗閃長(zhǎng)巖和花崗巖區(qū)，以花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖為主，大多數(shù)落入亞堿性巖區(qū)，只有五個(gè)樣品落入堿性巖區(qū)。二疊紀(jì)侵入巖體Al2O3含量為（7.97～19.37）wt%，平均13.57 wt%；CaO 含量0.22～9.23 wt%間，平均1.83 wt%；MgO含量（0.04～5.19）wt%之間，平均0.79 wt%；TFe2O3含量（0.78～8.31）wt%，平均3.33 wt%。CIPW計(jì)算結(jié)果表明全部樣品均含有石英，且不含霞石與橄欖石。分異指數(shù)（DI）為39.79～96.04，多數(shù)樣品分異指數(shù)大于85，說(shuō)明南蒙古地區(qū)二疊紀(jì)巖漿分異程度差別較大，其中花崗質(zhì)巖漿分異程度很高。在SiO2-K2O圖解（圖2b4）中，投影點(diǎn)大多落入高鉀鈣堿性系列，部分落入中鉀鈣堿性系列，個(gè)別落入超鉀系列區(qū)，SiO2含量與K2O含量呈較明顯正相關(guān)性。在A/CNK-A/NK圖解（圖2c4）中，樣品在偏鋁質(zhì)、過(guò)鋁質(zhì)和過(guò)堿質(zhì)區(qū)均有分布。

南蒙古地區(qū)二疊紀(jì)侵入巖體總體更加富硅、富鉀、富堿，而鐵、鎂、鈣和鈦較晚石炭世更低，A/CNK為0.545～1.333，在偏鋁質(zhì)、過(guò)鋁質(zhì)和過(guò)堿質(zhì)區(qū)內(nèi)均有分布。A/MF-C/MF 圖解（圖3a4）表明，大多二疊紀(jì)的源巖為變沉積巖，少部分源巖落入基性巖區(qū)。在Patino的花崗巖源巖判別圖解（圖3b4）中，大多數(shù)二疊紀(jì)巖體落入富含黑云母的源巖范圍內(nèi)，部分也落入沉積巖區(qū)，與晚石炭世巖體相比，富含黑云母源巖和沉積源巖明顯增多，與富含角閃石的源巖相比，富含黑云母的源巖巖石或沉積源巖部分熔融所產(chǎn)生的花崗質(zhì)熔體（Na2O+K2O）/（FeO+MgO+TiO2）值較高，而Na2O+K2O+FeO+MgO+TiO2值較低，且二疊紀(jì)花崗質(zhì)源巖的演化與分離結(jié)晶趨勢(shì)線一致，表明南蒙古地區(qū)二疊紀(jì)花崗質(zhì)巖石的源巖為富含黑云母的源巖和沉積巖，與晚石炭世的花崗巖類相比，二疊紀(jì)的源巖更為酸性，反映的是巖漿源區(qū)為更多的更為酸性的殼源巖漿。在R1-R2構(gòu)造判別圖解（圖4d）中，二疊紀(jì)花崗巖類雖然在板塊碰撞前、同碰撞期和碰撞后抬升期均有分布，但主要集中在同碰撞期，可能代表板內(nèi)構(gòu)造背景。

4.2 二疊紀(jì)火山巖

收集利用了5件二疊紀(jì)火山巖巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)（表3）[6，11]，在TAS 圖解（圖5c）中分別投到了玄武巖、安山玄武巖和玄武質(zhì)粗面安山巖區(qū)。在SiO2-ALK 圖解（圖6a3）中，只有一件樣品落入堿性系列區(qū)；在AFM圖解（圖6b2）中，亞堿性樣品顯示為鈣堿性系列；在SiO2-K2O圖解（圖6c3）中，幾乎所有亞堿性樣品均投入中高鉀系列區(qū)，其中一件樣品投入鉀玄巖系列區(qū)?？梢?jiàn)該二疊紀(jì)火山巖包括堿性系列、中高鉀拉斑系列和鉀玄巖系列。二疊紀(jì)火山巖的SiO2含量均大于50 wt%，介于（52.24～55.04）wt%，平均為53.96 wt%；Al2O3含量（14.63～16.45）wt%，平 均15.49 wt%；Fe2O3含量（9.38～10.48）wt%，平均9.85 wt%；CaO含量（6.4～8.66）wt%，平均7.27 wt%；MgO含量（3.5～6.6）wt%，平均5.26 wt%；K2O含量（1.65～2.89）wt%，平均2.256 wt%；Na2O 含量（1.74～3.82）wt%，平均3.158 wt%；TiO2含量（0.86～2.36）wt%，平均1.732 wt%；P2O5含量（0.35～1.21）wt%，平均0.774 wt%；MnO含量（0.14～0.18）wt%，平均0.162 wt%。CIPW計(jì)算結(jié)果表明樣品均含石英，為2.51%～10.25%，且不含霞石和橄欖石。

表3 南蒙古地區(qū)二疊紀(jì)火山巖與其它地區(qū)火山巖主量元素對(duì)比Table 3 Comparison of major elements between Permian volcanic rocks in southern Mongolia and other areas

本區(qū)二疊紀(jì)火山巖主量元素含量與其它地區(qū)相比（表3），同Ascension 的洋島玄武巖的氧化物含量最為接近，具有洋島玄武巖相似的主量元素地球化學(xué)特征，暗示與其有著較為相似地幔源區(qū)或相似大地構(gòu)造背景。

采用穩(wěn)定的不相容或強(qiáng)不相容元素Ti、Zr、Y 等及其比值[6,11]對(duì)其火山巖類進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境示蹤分析。在Pearce和Gale Zr/Y-Ti/Y 圖（圖7a3）中，幾乎所有二疊紀(jì)樣品均落入板內(nèi)玄武巖區(qū)，只有一個(gè)樣品落入板緣玄武巖區(qū)，但也較接近板內(nèi)玄武巖區(qū)；在Shervais的V-Ti圖（圖7b3）中，只有一個(gè)樣品落入洋中脊和弧后盆地玄武巖區(qū)，其它4件樣品均落入Ti/V比值在50～100 區(qū)內(nèi)，與堿性玄武巖區(qū)較為接近，顯示為板內(nèi)特征。

5 南蒙古地區(qū)晚古生代大地構(gòu)造演化討論

前人研究表明在奧陶紀(jì)和志留紀(jì)[6]，南蒙古地區(qū)發(fā)育一個(gè)或多個(gè)海盆，這些洋盆接收最可能來(lái)自北方的陸源成熟硅質(zhì)碎屑沉積物。奧陶紀(jì)和志留紀(jì)構(gòu)造研究表明，這一時(shí)期構(gòu)造活動(dòng)較弱，較老地層的抬升可能是由于泥盆紀(jì)收斂邊緣發(fā)育過(guò)程中受到的早期擠壓導(dǎo)致的結(jié)果，并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)火山活動(dòng)的證據(jù)[1-3，6，11]。

研究區(qū)泥盆紀(jì)沉積物主要由海洋火山碎屑巖、改造過(guò)的灰?guī)r和局部夾有熔巖流的遠(yuǎn)洋沉積物組成。Mushgai Hudag 地區(qū)上部沉積了一層較厚的枕狀熔巖層和硅質(zhì)巖層，其代表較深的海相環(huán)境，該沉積記錄了中泥盆世至晚泥盆世從淺水到深水相的轉(zhuǎn)變，弧后盆地的伸展和下沉作用可以解釋水環(huán)境由淺變深的這一變化，以及提供數(shù)百米枕狀玄武巖和熔巖流所需的空間[6]；在Shin Jinst地區(qū)，早泥盆世鎂鐵質(zhì)火山巖以島弧玄武巖為主，但其沉積序列中也含有許多流紋巖單元，這種厚層的熔巖流和與之相關(guān)的超基性、變質(zhì)和增生物質(zhì)的出現(xiàn)，往往代表構(gòu)造變形和抬升之后受到侵蝕作用，該構(gòu)造現(xiàn)象為典型的弧相特征[37]。綜上研究表明，泥盆紀(jì)在南蒙古形成了一個(gè)復(fù)雜的存在于奧陶紀(jì)和志留紀(jì)沉積之上或附近的島弧，并隨著其時(shí)空的轉(zhuǎn)變，泥盆紀(jì)巖漿巖體記錄了從相對(duì)構(gòu)造平靜期向構(gòu)造活躍期的一個(gè)轉(zhuǎn)變。

至石炭紀(jì)，弧活動(dòng)區(qū)域可能集中在南部，部分形成于泥盆紀(jì)弧系統(tǒng)之上。在Shin Jinst、Gurvan Sayhan及Mushgai Hudag地區(qū)均保存有早石炭世海相沉積物，包括火山沉積物和砂巖沉積物，其物源表明，該時(shí)期仍有弧火山活動(dòng)現(xiàn)象[6]。石炭紀(jì)的巖石地球化學(xué)研究表明早石炭世主要發(fā)育島弧巖漿作用，但較泥盆紀(jì)的島弧巖漿作用則形成了更多的陸緣弧，可能為中國(guó)博格達(dá)山脈向東和天山石炭紀(jì)弧向北的延伸，該時(shí)期弧系統(tǒng)包括了多個(gè)橫跨蒙古南部的陸相火山中心[6]；而晚石炭世時(shí)期則更多的代表板內(nèi)巖漿作用，此時(shí)南蒙古地區(qū)與俯沖相關(guān)的島弧巖漿作用基本停止，相繼進(jìn)入了板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。

南蒙古地區(qū)二疊紀(jì)只記錄了局部的山間或前陸盆地非海相沉積物，Shin Jinst 是唯一擁有二疊紀(jì)非海相沉積物記錄的地區(qū)[6]。二疊紀(jì)巖體較晚石炭世的巖體堿性更強(qiáng)，板內(nèi)特征更加明顯。這一時(shí)期弧火山活動(dòng)已停止，但構(gòu)造活動(dòng)仍在繼續(xù)，巖石地球化學(xué)研究表明該時(shí)期主要為大陸火山活動(dòng)，這可能與中亞陸塊的拼合相關(guān)。多數(shù)研究認(rèn)為，二疊紀(jì)或早三疊紀(jì)，蒙古南部、華北和塔里木地塊發(fā)生了碰撞拼合，隨后古亞洲洋閉合[26-36，38]，也有研究表明新疆東部準(zhǔn)噶爾海盆關(guān)閉后，華北地塊與蒙古南部發(fā)生了碰撞[27，28，33]，Zorin等[32]認(rèn)為這是一個(gè)簡(jiǎn)單的由西到東的連續(xù)碰撞，沿著整個(gè)華北和蒙古南部的邊界進(jìn)行閉合。而Melissa A.Lamb[6]等則認(rèn)為是華北板塊最初在晚石炭世與蒙古南部弧系的東南角相撞，將古亞洲洋一分為二，隨著碰撞的發(fā)生，洋的東部由西向東封閉，而其西半部則可能形成了一個(gè)小的有限洋盆，在二疊紀(jì)晚期至三疊紀(jì)早期由東向西進(jìn)行封閉，這時(shí)泥盆紀(jì)和石炭紀(jì)的地層被抬升，局部為盆地沉積提供物質(zhì)來(lái)源，這一時(shí)期沉積巖由海相向非海相轉(zhuǎn)變，反映了華北、塔里木和蒙古南部碰撞拼合后古亞洲洋的完全閉合。

6 結(jié)論

（1）泥盆紀(jì)侵入巖體總體上富硅、高鉀、富堿，多屬高鉀鈣堿性系列，其巖漿源區(qū)有較多幔源巖漿的混入，多形成于島弧構(gòu)造背景；火山巖主要包括堿性系列和中低鉀拉斑系列，具有Tonga 島弧和Ascension洋島玄武巖相似的主量元素地球化學(xué)特征，微量元素判別圖解同樣指示其多形成于島弧構(gòu)造背景。

（2）早石炭世侵入巖體較泥盆紀(jì)貧硅、堿，而富鐵、鎂、鈣和鈦，多屬中高鉀鈣堿性系列，源巖多為基性巖，可能反映的是其巖漿源區(qū)有著更多幔源巖漿的混入，多形成于島弧構(gòu)造背景；晚石炭世侵入巖體較早石炭世富硅、高鉀、富堿，貧鐵、鎂、鈣和鈦，多屬高鉀鈣堿性系列，源巖多為基性巖和變質(zhì)砂巖，反映的是有更多殼源物質(zhì)的加入，可能代表的是一種板內(nèi)構(gòu)造背景；晚石炭世火山巖包括堿性及亞堿性系列，微量元素判別圖解指示其具板內(nèi)構(gòu)造背景。

（3）二疊紀(jì)侵入巖體更加富硅、高鉀和富堿，貧鐵、鎂、鈣和鈦，多屬高鉀鈣堿性系列，多為殼源巖漿源區(qū)，形成于板內(nèi)構(gòu)造背景；二疊紀(jì)火山巖包括有堿性系列、中高鉀拉斑系列和鉀玄巖系列，與Hawaiite洋島玄武巖主量元素地球化學(xué)特征相似，微量元素判別其具典型板內(nèi)構(gòu)造特征。

（4）研究表明南蒙古地區(qū)泥盆-二疊紀(jì)巖漿作用相繼發(fā)育于島弧、弧后盆地和板內(nèi)構(gòu)造背景中。泥盆紀(jì)開(kāi)始形成島??；早石炭世仍以島弧為主，但出現(xiàn)了陸緣弧，晚石炭世則更多代表為板內(nèi)巖漿作用；二疊紀(jì)板內(nèi)特征更加明顯，弧火山活動(dòng)已經(jīng)停止，這與中亞造山帶進(jìn)入拼合階段相關(guān)，為板內(nèi)構(gòu)造環(huán)境。