張建超,朱孔陽(yáng),楊波,蘇美霞,許立權(quán),周飛,董傳萬(wàn),沈忠悅,吳艷君,孟曉玲,佘琳琳
1) 浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,浙江省地學(xué)大數(shù)據(jù)與地球深部資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,杭州,310058;2) 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院,呼和浩特,010020
內(nèi)容提要:達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體位于內(nèi)蒙古中部,該巖體由兩期侵入體組成,巖性分別為花崗閃長(zhǎng)巖和二長(zhǎng)花崗巖,前者為巖體主體巖性。主體花崗閃長(zhǎng)巖主要由斜長(zhǎng)石(An=14 ~ 30)、石英、鉀長(zhǎng)石和普通角閃石組成,內(nèi)部發(fā)育暗色微粒包體;補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖主要由石英、鉀長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石(An=12 ~ 23)組成。LA-ICPMS鋯石U-Pb定年顯示巖體形成于晚二疊世,形成年齡為259±2 Ma。主體花崗閃長(zhǎng)巖SiO2=66.37%-68.70%、為準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=0.99 ~ 1.01),地球化學(xué)上顯示出富集輕稀土、大離子親石元素,虧損重稀土和高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征,屬于I型花崗巖;其中閃長(zhǎng)質(zhì)暗色微粒包體呈渾圓狀或拉長(zhǎng)扁平透鏡狀,年齡與寄主花崗閃長(zhǎng)巖一致,為巖漿混合的產(chǎn)物;補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖,高硅(SiO2=71.51% ~ 73.09%)、富堿(Na2O+K2O=7.91% ~ 8.61%),為弱過(guò)鋁質(zhì)—強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=1.07 ~ 1.11),屬分異I型花崗巖。比旗格淖復(fù)式巖體鋯石εHf(t)分布范圍為-3.0 ~ 3.4,對(duì)應(yīng)的Hf同位素二階段模式年齡為1473 ~ 1057 Ma。具有相對(duì)較低的[n(87Sr)/n(86Sr)]i值(0.704829 ~ 0.705327),εNd(t)值為-5.85 ~ -8.86,對(duì)應(yīng)的Nd的二階段模式年齡為1.69 ~ 1.45 Ga。結(jié)合區(qū)域研究資料,認(rèn)為比旗格淖復(fù)式巖體為虧損地幔組分與受其誘發(fā)的部分熔融的古老地殼物質(zhì)混合形成,屬于后碰撞型花崗巖,這類巖體的形成標(biāo)志了古亞洲洋在興蒙造山帶南緣的閉合,并發(fā)生造山后伸展作用。
興蒙造山帶是中亞造山帶在我國(guó)境內(nèi)的部分,其位于西伯利亞板塊和華北板塊之間,是古亞洲構(gòu)造域和古太平洋構(gòu)造域的交匯部位,擁有著十分復(fù)雜的演化歷史,一直以來(lái)都備受國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家的關(guān)注(何國(guó)琦和邵濟(jì)安,1983;Li Jinyi,2006;Xiao Wenjiao et al.,2003,2015;Xu Bei et al.,2013;徐備等,2018;Zhou Hai et al.,2018)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋的閉合經(jīng)歷了一個(gè)從西向東的剪刀式過(guò)程,在中亞造山帶西段的塔里木板塊北緣古亞洲洋閉合于晚石炭世(Han Yigui et al.,2016a,2016b;李皓東等,2022),在阿拉善地塊北緣閉合于早—中二疊世(Liu Qian et al.,2017;李皓東等,2022),而到東南段的興蒙造山帶則閉合于晚二疊世—早三疊世(Xiao Wenjiao et al.,2003,2009;Zhang Yanbin et al.,2004;Li Jinyi,2006;李錦軼等,2009;Liu Shen et al.,2010;Cao Huahua et al.,2013;Wilde,2015;Liu Yongjiang et al.,2017;李皓東等,2022)。但也有學(xué)者認(rèn)為在興蒙造山帶古亞洲洋閉合于晚泥盆世—早石炭世(何國(guó)琦和邵濟(jì)安,1983;Tang Kedong,1990;邵濟(jì)安,1991;Xu Bei et al.,2013;邵濟(jì)安等,2015,2017),之后從中石炭世一直到晚二疊世整個(gè)興蒙造山帶都處于伸展構(gòu)造背景(Zhang Xiaohui et al.,2008;Xu Bei et al.,2013;Zhao Pan et al.,2016a,b;徐備等,2018)。值得注意的是也有學(xué)者提出興蒙造山帶是在晚白堊世于陰山—燕山一帶碰撞閉合,而陰山—燕山一線至多數(shù)學(xué)者認(rèn)為的“華北克拉通北緣”——白云鄂博—赤峰斷裂之間是古亞洲洋中的一個(gè)地體(呂洪波等,2018)??梢?jiàn)現(xiàn)有的研究對(duì)興蒙造山帶的古亞洲洋閉合的時(shí)限存在不同的認(rèn)識(shí),特別是對(duì)于晚古生代—早中生代區(qū)域的構(gòu)造背景最具爭(zhēng)議,解決上述爭(zhēng)議的關(guān)鍵點(diǎn)在于厘清晚古生代—早中生代興蒙造山帶的構(gòu)造巖漿活動(dòng)。在晚古生代—早中生代時(shí)期興蒙造山帶南緣產(chǎn)生了一系列的巖漿活動(dòng),形成了大量的花崗巖體,位于內(nèi)蒙古中部的達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體即為其中之一。筆者等對(duì)內(nèi)蒙古中部的比旗格淖復(fù)式巖體進(jìn)行了系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查、LA-ICPMS鋯石U-Pb定年、地球化學(xué)和Sr—Nd同位素及鋯石Hf同位素研究。結(jié)合前人的研究結(jié)果,探討了比旗格淖復(fù)式巖體的成因和構(gòu)造背景,為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)興蒙造山帶南緣晚古生代—早中生代的大地構(gòu)造背景提供依據(jù)。
研究區(qū)位于內(nèi)蒙古中部,大地構(gòu)造上位于興蒙造山帶的南緣,華北克拉通北緣增生帶(圖1a)。
圖1 (a)內(nèi)蒙古中部大地構(gòu)造示意圖(據(jù)Xiao Wenjiao et al.,2015修改); (b)達(dá)爾罕—茂明安聯(lián)合旗(達(dá)茂旗)地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖,據(jù)(內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查研究院?)修改Fig.1 (a) Structural map of Central Inner Mongolia (modified from Xiao Wenjiao et al.,2015); (b) geological map of Darhan—Maoming’an Union Banner(Damao Banner) area (modified from Inner Mongolia Institute of Geological Survey?)
沿著白云鄂博—赤峰斷裂,華北克拉通北緣和白乃廟島弧之間出露了大量的奧陶紀(jì)—中三疊世的長(zhǎng)英質(zhì)巖漿巖。火山巖有安山巖、英安巖、流紋巖和少量的玄武巖;侵入巖有閃長(zhǎng)巖、石英閃長(zhǎng)巖、英云閃長(zhǎng)巖和花崗閃長(zhǎng)巖,構(gòu)成了沿白云鄂博—赤峰斷裂分布的巖漿巖帶(圖1b)。
比旗格淖復(fù)式巖體位于達(dá)爾罕—茂明安聯(lián)合旗(達(dá)茂旗)的東北部,平面上呈東西向展布的橢圓形,長(zhǎng)約12 km,寬約8 km,出露面積約90 km2(圖2)。巖體南側(cè)和東側(cè)侵入奧陶紀(jì)閃長(zhǎng)巖中,北側(cè)侵入石炭紀(jì)的閃長(zhǎng)巖中,西側(cè)侵入到中元古代的英云閃長(zhǎng)巖之中。比旗格淖復(fù)式巖體是由兩期巖漿侵入形成的復(fù)式巖體,第一期巖漿侵入形成花崗閃長(zhǎng)巖,第二期巖漿侵入形成二長(zhǎng)花崗巖,晚期被中酸性巖脈侵入。主體花崗閃長(zhǎng)巖,出露面積約為80 km2,內(nèi)部發(fā)育暗色微粒包體,從邊界向巖體內(nèi)部逐漸減少;包體呈灰黑色,大小不均一(長(zhǎng)約5 ~ 50 cm),形態(tài)上大部分呈渾圓狀,少部分呈拉長(zhǎng)扁平的透鏡狀。補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖平面形態(tài)為東西向展布的透鏡狀,出露面積約為6 km2,未見(jiàn)暗色微粒包體。晚期侵入巖脈為花崗斑巖脈和石英閃長(zhǎng)玢巖脈,呈東西向展布,寬2 ~ 3 m,單條脈體的長(zhǎng)度可達(dá)6 km,切穿主體花崗閃長(zhǎng)巖。
主體花崗閃長(zhǎng)巖:呈灰白色,塊狀構(gòu)造,中?;◢徑Y(jié)構(gòu),主要由斜長(zhǎng)石、石英、鉀長(zhǎng)石、角閃石和少量黑云母組成。斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,常見(jiàn)聚片雙晶,部分具有環(huán)帶結(jié)構(gòu),結(jié)合垂直(010)晶帶最大消光角法及能譜分析確定斜長(zhǎng)石牌號(hào)An=14 ~ 30,屬更長(zhǎng)石,含量為45% ~ 50%;石英呈他形粒狀,含量為20% ~ 25%;鉀長(zhǎng)石多為微斜長(zhǎng)石,呈半自形板柱狀,含量為10% ~ 15%;角閃石為普通角閃石,呈自形柱狀,發(fā)育普通雙晶,少部分發(fā)生綠簾石化,含量為5% ~ 10%(圖3a)。結(jié)合顯微鏡與掃描電鏡的觀察統(tǒng)計(jì),副礦物以鋯石、磷灰石、鈦鐵礦和榍石為主?;◢忛W長(zhǎng)巖內(nèi)部發(fā)育閃長(zhǎng)質(zhì)暗色微粒包體,包體呈似斑狀結(jié)構(gòu),斑晶以斜長(zhǎng)石(主要為更長(zhǎng)石—中長(zhǎng)石,An=27 ~ 33,An平均值為31,含量15% ~ 20%)和角閃石(主要為普通角閃石,10% ~ 15%)為主?;|(zhì)為半自形粒狀結(jié)構(gòu),由斜長(zhǎng)石(主要為更長(zhǎng)石,An=25 ~ 30,30% ~ 35%)、角閃石(15% ~ 20%)、黑云母(5% ~ 10%)和少量的石英和鉀長(zhǎng)石組成(圖3b),副礦物主要以鋯石、針狀磷灰石、鈦鐵礦為主。
圖3 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體野外及鏡下照片:(a)(e)花崗閃長(zhǎng)巖;(b)(f)花崗閃長(zhǎng)巖中暗色微粒包體;(c)(g)二長(zhǎng)花崗巖;(d)(h)石英閃長(zhǎng)玢巖脈Fig.3 Field and microscopic photos of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner : (a) (e) granodiorite; (b) (f) mafic microgranular enclave; (c) (g) monzogranite; (d) (h) quartz diorite porphyrite dyke Qtz—石英;Pl—斜長(zhǎng)石;Mc—微斜長(zhǎng)石;Bt—黑云母;Hbl—普通角閃石Qtz—quartz; Pl—plagioclase; Mc—microcline; Bt—biotite; Hbl—hornblende
補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖:呈淺肉紅色,塊狀構(gòu)造,中?;◢徑Y(jié)構(gòu),主要由石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石以及少量黑云母組成。石英呈他形粒狀,含量為45% ~ 50%;鉀長(zhǎng)石多為微斜長(zhǎng)石,發(fā)育格子雙晶,含量為20% ~ 25%;斜長(zhǎng)石呈自形板狀,常見(jiàn)聚片雙晶,An=12 ~ 23,屬更長(zhǎng)石,含量為20% ~ 25%(圖3c),副礦物有鋯石、獨(dú)居石和少量的磷灰石和磁鐵礦。
石英閃長(zhǎng)玢巖脈:樣品呈灰白色,塊狀構(gòu)造,斑狀結(jié)構(gòu),斑晶以斜長(zhǎng)石(主要為中長(zhǎng)石,An=40 ~ 56,30% ~ 35%)和角閃石(主要為普通角閃石,5% ~ 10%)為主,斜長(zhǎng)石斑晶呈自形板狀,具環(huán)帶結(jié)構(gòu);角閃石斑晶呈自形柱狀,局部綠簾石化?;|(zhì)由斜長(zhǎng)石(更長(zhǎng)石,An=17 ~ 31,20% ~ 25%)、角閃石(10% ~ 15%)和少量的石英、黑云母和鉀長(zhǎng)石組成(圖3d),副礦物主要以鋯石、針狀磷灰石、鈦鐵礦和榍石為主。
筆者等選擇具有代表性的花崗閃長(zhǎng)巖及其中閃長(zhǎng)質(zhì)暗色微粒包體、二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)玢巖脈樣品,進(jìn)行了鋯石U-Pb年齡、主量、微量元素及全巖Sr—Nd同位素和鋯石Hf同位素測(cè)試。
巖石樣品的前期處理以及鋯石分選工作在河北廊坊市宇恒礦巖技術(shù)服務(wù)有限公司完成。挑選出無(wú)裂縫、包體,以及晶形較好的鋯石制靶,并拍攝鋯石的陰極發(fā)光CL圖像,這一工作在內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院分析測(cè)試中心完成。鋯石LA-ICPMS鋯石U-Pb同位素測(cè)試和鋯石Hf同位素測(cè)試在內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院分析測(cè)試中心完成,采用的激光剝蝕系統(tǒng)為Geolas HD,ICPMS為Neptune Plus。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作為載氣,氬氣為補(bǔ)償氣。鋯石U-Pb同位素測(cè)試采用的激光束斑直徑為32 μm,頻率為6 Hz,鋯石標(biāo)樣采用GJ-1、91500及NIST 610作為內(nèi)外標(biāo),同位素結(jié)果使用Andersen(2002)方法校正,數(shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal 9.0(Liu Yongsheng et al.,2010)完成,U-Pb年齡諧和圖和年齡加權(quán)平均圖用Isoplot完成(Ludwig,2003)。鋯石Hf同位素測(cè)試參照U-Pb定年的結(jié)果和鋯石CL圖像,分析點(diǎn)位盡量與U-Pb定年點(diǎn)位一致或者位于其附近,使用束斑直徑為50 μm,頻率為8 Hz。
全巖主量元素和微量元素分析測(cè)試在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成,所有樣品均無(wú)蝕變或蝕變較弱,主量元素利用熔融法使用X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行分析,微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)分析。
全巖Sr—Nd同位素化學(xué)前處理和質(zhì)譜測(cè)定在南京聚譜有限公司完成,其中二長(zhǎng)花崗巖樣品(D11與D72)因?yàn)閚(Rb)/n(Sr) >2.5只做了Nd同位素測(cè)定。使用的儀器為Nu Plasma II多接受等離子質(zhì)譜儀,Sr—Nd同位素測(cè)試過(guò)程中分別采用n(86Sr)/n(88Sr)=0.1194和n(146Nd)/n(144Nd)=0.7219內(nèi)部校正儀器質(zhì)量分餾,NIST SRM 987(Sr同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))和JNdi-1作為外標(biāo)校正儀器漂移。并使用USGS地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)巖石粉末BCR-2和BHVO-2作為質(zhì)控盲樣,它們的n(87Sr)/n(86Sr)測(cè)試結(jié)果分別為0.705013±0.000010和0.703479±0.000020;n(143Nd)/n(144Nd)測(cè)試結(jié)果分別為0.512638±0.000015和0.512990±0.000010,在誤差范圍內(nèi)與前人報(bào)道的數(shù)據(jù)一致(Weis et al.,2006)。
達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體中四件樣品花崗閃長(zhǎng)巖(D27-2)、閃長(zhǎng)質(zhì)暗色微粒包體(D27-1)、二長(zhǎng)花崗巖(D72)和石英閃長(zhǎng)玢巖脈(D61)的LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡結(jié)果如表1,鋯石的陰極發(fā)光圖像及測(cè)定點(diǎn)位和相應(yīng)的n(206Pb)/n(238U)年齡及εHf(t)值見(jiàn)圖4,鋯石U-Pb諧和圖及平均年齡見(jiàn)圖5。
表1 達(dá)茂旗比旗格淖復(fù)式巖體鋯石U-Pb同位素?cái)?shù)據(jù)Table 1 Zircon U-Pb isotopic data of Biqigenao complex
圖4 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體鋯石陰極發(fā)光圖Fig.4 Zircon cathodoluminescence images of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner
圖5 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體鋯石U-Pb諧和圖Fig.5 Concordia plots for the analyzed zircon grains of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner
花崗閃長(zhǎng)巖(D27-2)、暗色微粒包體(D27-1)、二長(zhǎng)花崗巖(D72)和石英閃長(zhǎng)玢巖脈(D61)中鋯石的U含量分別為(214 ~ 764) ×10-6、(308 ~ 722) ×10-6、(419 ~ 689) ×10-6、(314 ~ 753) ×10-6,對(duì)應(yīng)的n(Th)/n(U)值分別為0.31 ~ 0.50、0.34 ~ 0.66、0.32 ~ 0.66、0.30 ~ 0.58均落入巖漿鋯石范圍。
花崗閃長(zhǎng)巖(D27-2)全部測(cè)點(diǎn)的(n=20)n(206Pb)/n(238U)年齡集中在253 ~ 277 Ma,n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為260±2 Ma (MSWD=3.1);暗色微粒包體(D27-1)全部測(cè)點(diǎn)的(n=16)n(206Pb)/n(238U)年齡集中在251 ~ 268 Ma,n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為260±2 Ma (MSWD=2.6),二者年齡基本相同;二長(zhǎng)花崗巖(D72)全部測(cè)點(diǎn)的(n=8)n(206Pb)/n(238U)年齡集中在255 ~ 265 Ma,n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為259±2 Ma (MSWD=1.4),與主體花崗閃長(zhǎng)巖基本一致;石英閃長(zhǎng)玢巖脈(D61)全部測(cè)點(diǎn)的(n=24)n(206Pb)/n(238U)年齡集中在253 ~ 270 Ma,n(206Pb)/n(238U)加權(quán)平均年齡為260±2 Ma (MSWD=3.1),也與主體花崗閃長(zhǎng)巖年齡一致。
對(duì)完成U-Pb測(cè)年的鋯石,在原測(cè)點(diǎn)或附近完成了Lu—Hf同位素的測(cè)試,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。四件樣品的所有分析點(diǎn)n(176Lu)/n(177Hf)的值均小于0.002,表明由n(176Lu)衰變而形成放射性成因的Hf極少,因此可用n(176Hf)/n(177Hf)的值代表鋯石形成時(shí)的n(176Hf)/n(177Hf)的值(吳福元等,2007;Kinny and Maas,2003)。
表2 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)Table 2 Zircon Hf isotopic data of the Biqigenao complex in northeastern Damao Banner
主體花崗閃長(zhǎng)巖(D27-2)16個(gè)分析點(diǎn)的n(176Hf)/n(177Hf)范圍為0.2825 ~ 0.2827,εHf(t)值變化范圍為-2.5 ~ 2.9(圖6),對(duì)應(yīng)的Hf同位素兩階段模式年齡TDM2(Ma)為1432 ~ 1096 Ma。其中的暗色微粒包體(D27-1)15個(gè)分析點(diǎn)的n(176Hf)/n(177Hf)范圍為0.2825 ~ 0.2827,εHf(t)值變化較大,范圍為-2.8 ~ 3.4(圖6),對(duì)應(yīng)的Hf同位素兩階段模式年齡TDM2(Ma)為1459 ~ 1057 Ma。
圖6 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體鋯石εHf(t)分布直方圖Fig.6 Zircon εHf(t) for distribution histogram of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner
補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖(D72)8個(gè)分析點(diǎn)的n(176Hf)/n(177Hf)范圍為0.2825 ~ 0.2827,εHf(t)值分布較為集中,主要范圍為-3 ~ -0.1(圖6),對(duì)應(yīng)的Hf同位素模式年齡TDM2(Ma)為1473 ~ 1286 Ma。只有4號(hào)點(diǎn)的εHf(t)大于0為2.2,對(duì)應(yīng)的Hf同位素兩階段模式年齡TDM2(Ma)為1146 Ma。
石英閃長(zhǎng)玢巖脈(D61)15個(gè)分析點(diǎn)的n(176Hf)/n(177Hf)范圍為0.2826 ~ 0.2826,εHf(t)值變化范圍較小,為-2.3 ~ 0.6(圖6),對(duì)應(yīng)的Hf同位素兩階段模式年齡TDM2(Ma)為1425 ~ 1243 Ma。
比旗格淖復(fù)式巖體的全巖主微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體主量元素(%)、微量和稀土元素含量(×10-6)Table 3 Major (%), trace and rare earth elements (×10-6) contents in the Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner
主體花崗閃長(zhǎng)巖,SiO2含量為66.37% ~ 68.70%,具有相對(duì)較低的全堿含量(Na2O+K2O=7.28% ~ 7.70%)和富鈉(Na2O/K2O=1.00 ~ 1.30)的特征,在K2O—SiO2圖解上投點(diǎn)落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖7a);具有較高的TFe2O3(3.49% ~ 4.72%)、MgO(0.95% ~ 1.27%)和CaO(2.53% ~ 3.18%)含量;A/CNK為0.99 ~ 1.01,屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖7b)。
圖7 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體K2O—SiO2圖解(a)(底圖據(jù)Peccerillo and Taylor,1976); A/NK—A/CNK圖解(b)(底圖據(jù)Shand,1943)Fig.7 K2O—SiO2 diagram (after Peccerillo and Taylor,1976) (a) and A/NK—A/CNK diagram (after Shand,1943) of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner (b)
花崗閃長(zhǎng)巖中的暗色微粒包體,在所有樣品中具有最低的SiO2含量(61.28% ~ 64.97%)和全堿含量(Na2O+K2O=6.72% ~ 6.82%),富鈉(Na2O/K2O=1.56 ~ 1.86),在K2O—SiO2圖解上投點(diǎn)落在高鉀鈣堿性系列和鈣堿性系列區(qū)域(圖7a);具有最高的TFe2O3(5.78% ~ 7.29%)、MgO(1.78% ~ 2.19%)和CaO(3.62% ~ 4.10%)含量;A/CNK為0.95 ~ 0.96,屬于準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石(圖7b)。
補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖,具有高的SiO2含量(71.51% ~ 73.09%)和全堿含量(Na2O+K2O=7.91% ~ 8.61%),相對(duì)更富鉀(Na2O/K2O=0.80 ~ 1.00),在K2O—SiO2圖解上投點(diǎn)落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖7a);TFe2O3、MgO和CaO的含量較低(TFe2O3含量1.66% ~ 2.61%;MgO含量0.05% ~ 0.46%;CaO含量0.74% ~ 1.50%),A/CNK為1.07 ~ 1.11,屬于弱過(guò)鋁質(zhì)—強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖7b)。
石英閃長(zhǎng)玢巖脈,SiO2含量為65.71% ~ 66.90%,具有相對(duì)貧堿(Na2O+K2O=6.96% ~ 7.35%)和富鈉(Na2O/K2O=1.28 ~ 1.34)的特征,在K2O—SiO2圖解上投點(diǎn)落在高鉀鈣堿性系列區(qū)域(圖7a);具有較高的TFe2O3(4.37% ~ 5.05%)、MgO(1.06% ~ 1.37%)和CaO(2.96% ~ 3.38%)含量;A/CNK為1.00 ~ 1.03,屬于弱過(guò)鋁質(zhì)巖石。
比旗格淖復(fù)式巖體稀土元素較低為84 ~ 133×10-6,表現(xiàn)為輕稀土相對(duì)富集,重稀土相對(duì)虧損的特征,球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布圖上呈右傾式分布(圖8a);二長(zhǎng)花崗巖具有明顯的重稀土虧損,呈明顯的右傾式分布,其LREE/HREE和(La/Yb)N值分別為15.12 ~ 16.88和38.27 ~ 42.29,其余樣品LREE/HREE和(La/Yb)N分別為7.65 ~ 13.60和7.91 ~ 18.19;二長(zhǎng)花崗巖具有明顯的Eu負(fù)異常(δEu為0.33 ~ 0.37),而其他樣品則只有弱的或無(wú)Eu的負(fù)異常(δEu為0.69 ~ 1.03)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素分布圖上(圖8b),比旗格淖復(fù)式巖體所有樣品均顯示明顯的Nb、Ti、P的虧損和Th、U、Pb的富集。二長(zhǎng)花崗巖則還具有弱的Ba、Zr和重稀土的負(fù)異常以及Rb的正異常,總體上顯示出隨SiO2含量的增加P和Ti負(fù)異常逐漸強(qiáng)烈的趨勢(shì)。
圖8 達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體稀土元素配分圖(標(biāo)準(zhǔn)化值來(lái)自Anders and Grevesse,1989)(a)和不相容元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值來(lái)自Sun and McDonough,1989)(b)Fig.8 Rare earth element distribution pattern (normalization values from Anders and Grevesse,1989) (a) and incompatible trace elelment spidergram (normalization values from Sun and McDonough,1989) of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner (b)
比旗格淖復(fù)式巖體的全巖Sr—Nd同位素組成分析結(jié)果見(jiàn)表4。分析結(jié)果表明,除補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖的兩個(gè)樣品(D72和D11),其余樣品的[n(87Sr)/n(86Sr)]i分布范圍為0.704829 ~ 0.705327,主體花崗閃長(zhǎng)巖的[n(87Sr)/n(86Sr)]i平均值為0.705232,暗色微粒包體與石英閃長(zhǎng)玢巖脈的[n(87Sr)/n(86Sr)]i則比較接近,平均值分別為0.704838和0.704876。四件樣品[n(143Nd)/n(144Nd)]i的分布范圍為0.511849 ~ 0.512004,εNd(t)的范圍為-5.85 ~ -8.86,補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖具有更富集的Nd同位素特征,εNd(t)平均值為-8.68;花崗閃長(zhǎng)巖的相對(duì)于其中的包體具有更虧損的Nd同位素特征,兩者的εNd(t)平均值分別為-6.29、-6.48;石英閃長(zhǎng)玢巖脈的εNd(t)則介于花崗閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)花崗巖之間平均值為-7.06。
表4 內(nèi)蒙古達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體全巖Sr—Nd同位素分析數(shù)據(jù)Table 4 Sr—Nd isotope data of the Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner
關(guān)于比旗格淖復(fù)式巖體的成巖時(shí)代,野外填圖時(shí)將其定為侏羅紀(jì)(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院,2003),后來(lái)張維等(2010)對(duì)巖體的花崗閃長(zhǎng)巖及其中包體進(jìn)行了SHRIMP鋯石U-Pb定年,兩者的年齡分別為245±1 Ma和239±2 Ma,將其成巖時(shí)代定為三疊紀(jì)。本文的LA-ICPMS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示,比旗格淖復(fù)式巖體花崗閃長(zhǎng)巖及其中的包體、二長(zhǎng)花崗巖和石英閃長(zhǎng)玢巖的加權(quán)平均年齡分別為259±2 Ma (MSWD=3.1)、260±2 Ma (MSWD=2.6)、259±2 Ma (MSWD=1.4)和260±2 Ma (MSWD=3.1),四者的年齡在誤差范圍內(nèi)一致,是因?yàn)閹r體兩期侵入在短時(shí)間內(nèi)陸續(xù)完成,而石英閃長(zhǎng)玢巖脈的年齡與巖體一致說(shuō)明其是同侵入巖脈。綜上,筆者等將比旗格淖復(fù)式巖體的成巖時(shí)代定為晚二疊世,與區(qū)域內(nèi)的鑲黃旗八音察汗黑云花崗閃長(zhǎng)巖體(261.7±6.1 Ma)及二長(zhǎng)花崗巖(262.7±6.0 Ma,童英等,2010)、白云鄂博二長(zhǎng)花崗巖(263±4 Ma,范宏瑞等,2009)、四子王旗大廟花崗閃長(zhǎng)巖體(265±7 Ma,章永梅等,2009)及北極各正長(zhǎng)花崗巖體(264.0±3.4 Ma,柳長(zhǎng)峰等,2010)、烏拉特后旗的東升廟白云母二長(zhǎng)花崗巖體(259.4±3.3 Ma,吳亞飛等,2013)以及敖包圖鉀長(zhǎng)花崗巖(259.0±2.6 Ma,吳迪迪等,2021)的形成時(shí)代顯示出了較好的一致性。
比旗格淖復(fù)式巖體的花崗閃長(zhǎng)巖及其中的包體和石英閃長(zhǎng)玢巖脈屬中酸性、準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石,富集大離子親石元素,虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素和重稀土元素,在TFeO/MgO—Zr+Nb+Ce+Y、(Na2O+K2O)/CaO—Zr+Nb+Ce+Y和Na2O+K2O)/CaO—10000×Ga/Al圖解上(圖9)都落在未分異M、I、S型花崗巖區(qū)域或I&S型花崗巖區(qū)域,巖相學(xué)的分析結(jié)果三者都含有角閃石,角閃石是I型花崗巖的標(biāo)志性礦物,表明它們都屬于I型花崗巖。比旗格淖復(fù)式巖體的補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖,屬高鉀鈣堿性、弱過(guò)鋁質(zhì)巖石,具有某些A型花崗巖的特征,在TFeO/MgO—(Zr+Nb+Ce+Y)(圖9a)和Na2O+K2O)/CaO—10000×Ga/Al圖解上(圖9c)落在A型花崗巖區(qū)域,但是其低的Zr含量(平均值為83×10-6)以及鋯石飽和溫度(平均值為739 ℃)證明其不屬于A型花崗巖(King et al.,1997)。同時(shí)在(Na2O+K2O)/CaO—(Zr+Nb+Ce+Y)圖解上(圖9b),二長(zhǎng)花崗巖樣品大部分落在了分異花崗巖區(qū)域,因此可以判斷二長(zhǎng)花崗巖不屬于A型花崗巖,應(yīng)該為分異的I型或S型花崗巖,其具有某些A型花崗巖的特征則是因?yàn)殡S著巖漿分異程度的增加Ga/Al和TFeO/MgO的值也會(huì)逐漸升高而落入A型花崗巖區(qū)域(Breiter et al.,2014;Liao Xiangdong et al.,2019;Linnen and Cuney, 2005;Whalen et al.,1987)。研究發(fā)現(xiàn)可以利用A/CNK、P2O5和SiO2的相關(guān)性來(lái)區(qū)分I型和S型花崗巖,在A/CNK—SiO2和P2O5—SiO2圖解上(圖10),比旗格淖復(fù)式巖體的所有樣品都顯示出I型花崗巖的趨勢(shì)(Chappell,1999;李獻(xiàn)華等,2007),因此筆者等認(rèn)為比旗格淖復(fù)式巖體二長(zhǎng)花崗巖屬于分異的I型花崗巖,花崗閃長(zhǎng)巖及其中的包體和石英閃長(zhǎng)玢巖脈屬于未分異的I型花崗巖。符合研究區(qū)同時(shí)期以高鉀鈣堿性I型(柳長(zhǎng)峰等,2010;羅紅玲等,2010;王師捷等,2018;王挽瓊等,2013;Liao Xiangdong et al.,2019)和A型花崗巖(蔣孝君等,2013;柳長(zhǎng)峰等,2011;羅紅玲等,2009;施光海等,2004;Ling Mingxing et al.,2014;Zhou Hai et al.,2019)為主的特征。
圖9 達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體A型花崗巖判別圖解(底圖據(jù)Whalen et al.,1987)Fig.9 A type granite discrimination diagrams for Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner (after Whalen et al.,1987)FG—分異的長(zhǎng)英質(zhì)花崗巖; OTG—未分異的M、I、S型花崗巖;FG—Differentiated felsic granite; OTG—undifferentiated M-, I-, S-type granite
圖10 達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體A/CNK—SiO2圖解(a)和P2O5—SiO2圖解 (b)(I型和S型花崗巖趨勢(shì)線據(jù)Chappell,1999)Fig.10 A/CNK—SiO2 correlation diagram (a) and P2O5—SiO2 correlation diagram of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner (b) (after Chappell,1999)
比旗格淖復(fù)式巖體主體花崗閃長(zhǎng)巖中發(fā)育大量的暗色微粒包體,這些暗色微粒包體蘊(yùn)含著豐富的關(guān)于巖漿起源和演化的重要信息(Didier and Barbarin,1991; Coombs et al.,2003;汪相,2023)。對(duì)于暗色微粒包體的形成機(jī)制目前存在以下幾種觀點(diǎn):①早期結(jié)晶形成的堆晶體(Xiao Yuanyuan et al.,2020;Zhang Shuanhong and Zhao Yue,2017);②源區(qū)難熔殘留體或圍巖捕虜體(Chappell et al.,2012;Maas et al.,1997);③巖漿混合成因(莫宣學(xué),2011;Feeley et al.,2008)。比旗格淖復(fù)式巖體暗色微粒包體與花崗閃長(zhǎng)巖的年齡在誤差范圍內(nèi)一致,不支持殘留體成因;包體的粒度小于寄主巖石以及更大的n(Rb)/n(Sr)值和更明顯的Eu負(fù)異常,不支持早期結(jié)晶的堆晶體成因,因?yàn)殡S著巖漿分異作用的進(jìn)行n(Rb)/n(Sr)和Eu負(fù)異常逐漸增大,早期結(jié)晶的堆晶體應(yīng)該具有更低的n(Rb)/n(Sr)值和更弱的Eu負(fù)異常(Gelman et al.,2014;Halliday et al.,1991;Jung et al.,2000)。而包體的淬冷、塑性以及與寄主巖一致的年齡都是巖漿混合的特征(Hibbard,1991)。因此筆者等認(rèn)為比旗格淖復(fù)式巖體暗色微粒包體是由基性與酸性巖漿混合形成。
比旗格淖復(fù)式巖體中的花崗閃長(zhǎng)巖與石英閃長(zhǎng)玢巖脈具有相似的礦物組合和微量元素及稀土元素配分模式(圖7),且鋯石U-Pb年齡在誤差范圍內(nèi)一致,說(shuō)明兩者可能具有相同的巖漿源區(qū)。比旗格淖復(fù)式巖體花崗閃長(zhǎng)巖與二長(zhǎng)花崗巖Nb、P、Ti的明顯虧損以及高鉀鈣堿性的特征反映了其源區(qū)的陸殼性質(zhì)。補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖較其他樣品具有強(qiáng)烈虧損重稀土和具有明顯的Eu負(fù)異常的特征,說(shuō)明其源區(qū)有石榴子石和斜長(zhǎng)石殘留。
鋯石Hf同位素可以反應(yīng)巖漿源區(qū)的性質(zhì)和特征(吳福元等,2007;Griffin et al.,2002;Yang Jinhui et al.,2007),比旗格淖復(fù)式巖體的鋯石Hf同位素結(jié)果顯示,暗色微粒包體的εHf(t)值分布在正值和負(fù)值之間(-2.8 ~ 3.4),相差6個(gè)ε單位(圖11a),如此分散的鋯石Hf同位素特征說(shuō)明其源區(qū)成分復(fù)雜或者為幔源巖漿與殼源巖漿混合形成(劉亮等, 2011;Andersen et al.,2007;Cherniak et al.,1997;Griffin et al.,2002)?;◢忛W長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)玢巖脈的εHf(t)值也分布在正值和負(fù)值之間,但變化范圍相較于暗色微粒包體較小,暗示其受地幔物質(zhì)影響的程度較小。二長(zhǎng)花崗巖εHf(t)值主要集中在0以下,且具有最老的二階段模式年齡(1473 ~ 1146 Ma),暗示其為來(lái)源為古老地殼的部分熔融。比旗格淖復(fù)式巖體鋯石Hf同位素對(duì)應(yīng)的二階段模式年齡為1473 ~ 1057 Ma,而此地區(qū)的基底巖石的二階段Hf年齡為2142 ~ 1920 Ma(馬云飛等,2022),比旗格淖復(fù)式巖體與基底巖石相比具有更低的模式年齡,說(shuō)明巖體的形成過(guò)程中可能有虧損地幔物質(zhì)的參與。在εHf(t)—t圖解上(圖11a)上,比旗格淖復(fù)式巖體大部分樣品的εHf(t)值都位于球粒隕石演化線附近,這一特征與白乃廟島弧二疊紀(jì)的巖漿巖特征一致(王文龍等,2020;Liao Xiangdong et al.,2019;Zhang Shuanhong et al.,2016;Zhou Hai et al.,2018),說(shuō)明可能來(lái)自于同一源區(qū)且都有虧損地幔組分的參與。
圖11 (a)達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體鋯石εHf(t)—t關(guān)系圖; (b)全巖εNd(t)—[n(87Sr)/n(86Sr)]i關(guān)系圖Fig.11 εHf(t)—t correlation diagram (a) and εNd(t)—[n(87Sr)/n(86Sr)]i correlation diagram (b) of Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner
全巖Sr—Nd同位素的結(jié)果顯示(圖11b),比旗格淖復(fù)式巖體暗色微粒包體與石英閃長(zhǎng)玢巖脈具有較低的n(87Sr)/n(86Sr)初始值(0.704799 ~ 0.704953)(圖11b),說(shuō)明它們兩者的形成可能是地殼和地幔物質(zhì)共同參與的結(jié)果。與它們相比花崗閃長(zhǎng)巖具有較高的的n(87Sr)/n(86Sr)初始值(0.705137 ~ 0.705327),說(shuō)明其源區(qū)可能為陸殼。二長(zhǎng)花崗巖具有最低的εNd(t)值(平均值為-8.68)和最大的Nd模式年齡(平均值為1.68 Ga)與Hf二階段模式年齡,更低的Sr含量和更高的n(Rb)/n(Sr)值(表4),都說(shuō)明其為來(lái)源于古老地殼物質(zhì)的重熔?;◢忛W長(zhǎng)巖與其中的暗色微粒包體以及石英閃長(zhǎng)玢巖的εNd(t)值集中在-5.85 ~ -7.24,兩階段的Nd模式年齡分布在1.55 ~ 1.45Ga之間(圖11b),表明其源區(qū)主要為中元古代地殼物質(zhì),且在形成過(guò)程中有地幔物質(zhì)參與。
多數(shù)學(xué)者的研究表明在內(nèi)蒙古中部,古亞洲洋向華北克拉通的俯沖從石炭紀(jì)一直持續(xù)到早二疊世,形成了一系列的鈣堿性的弧巖漿巖(石玉若等,2004;張拴宏等,2010;張艷飛等,2022;Chen Bin et al.,2000;Shi Yuruo et al.,2016;Tian Dexin et al.,2018;Zhang Shuanhong et al.,2009)。研究區(qū)晚三疊紀(jì)的巖漿巖以堿性花崗巖和A型花崗巖為主,標(biāo)志著研究區(qū)處于造山后的伸展階段(石玉若等,2007;Hu Chuansheng et al.,2015;Yang Jinhui et al.,2012)。越來(lái)越多的學(xué)者認(rèn)為在內(nèi)蒙古中部古亞洲洋于晚二疊世—早三疊世閉合(李錦軼等,2009;劉永江等,2019;Liu Yongjiang et al.,2017; Wilde,2015;Wu Fuyuan et al.,2011;Zhang Shuanhong et al.,2009),此時(shí)研究區(qū)的構(gòu)造環(huán)境經(jīng)歷了從俯沖到碰撞及碰撞后轉(zhuǎn)變(董曉杰等,2016;Li Shan et al.,2017;Schulmann and Paterson,2011;汪相,2018)。
研究區(qū)這一時(shí)期的巖漿巖以高鉀鈣堿性I型和A型花崗巖為主,且較石炭紀(jì)—早二疊世的巖漿巖表現(xiàn)出εHf(t)存在少量正值的分布的特征(王文龍等,2020;Liao Xiangdong et al.,2019;Zhang Shuanhong et al.,2016;Zhou Hai et al.,2018),表明有地幔物質(zhì)的加入,暗示I型花崗巖可能是殼?;旌系慕Y(jié)果,A型花崗巖則可能是由地幔物質(zhì)上涌引發(fā)陸殼物質(zhì)部分熔融而形成,反映了研究區(qū)從俯沖增生到后碰撞伸展的構(gòu)造轉(zhuǎn)變。邱檢生等(1999)在對(duì)燕山晚期浙閩沿海I型—A型復(fù)合型花崗巖的研究中提出了相似的看法,他們認(rèn)為燕山晚期浙閩沿海I型—A型復(fù)合型花崗巖是由區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力、斷裂構(gòu)造、幔源巖漿卷入和巖漿分異演化多種因素綜合作用的結(jié)果,反映了構(gòu)造環(huán)境由擠壓轉(zhuǎn)向拉張。
最近的研究結(jié)果表明,研究區(qū)在275 ~ 255 Ma發(fā)生了從俯沖增生到后碰撞伸展構(gòu)造轉(zhuǎn)變(Zhou Hai et al.,2019),也有學(xué)者認(rèn)為這一轉(zhuǎn)變所需時(shí)間更長(zhǎng),發(fā)生在285 ~ 235 Ma(吳迪迪等,2021)。而比旗格淖復(fù)式巖體的形成年齡為259 Ma,處于俯沖增生到后碰撞伸展構(gòu)造轉(zhuǎn)變過(guò)程的中后期,此時(shí)區(qū)域上可能已經(jīng)發(fā)生了局部的構(gòu)造伸展。與之對(duì)應(yīng)的是,在Rb—(Y+Nb)構(gòu)造判別圖上(圖12),比旗格淖復(fù)式巖體所有樣品都落在后碰撞花崗巖區(qū)域,以及與巖體近同期的東西向的石英閃長(zhǎng)玢巖脈和花崗斑巖脈,都說(shuō)明了巖體形成于后碰撞伸展環(huán)境。
圖12 達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體Rb—(Y+Nb)構(gòu)造判別圖(底圖據(jù)Pearce et al.,1983)Fig.12 The discrimination diagrams for Biqigenao granitic complex in northeastern Damao Banner (after Pearce et al.,1983)VAG—火山弧花崗巖;ORG—洋中脊花崗巖;WPG—板內(nèi)花崗巖;Syn-COLG—同碰撞花崗巖;POG—碰撞后花崗巖VAG—volcanic arc granite; ORG—ocean ridge granite; WPG—within-plate granite; Syn-COLG—syn-collisional granite;POG—post-collisional granite
(1)鋯石U-Pb定年的結(jié)果顯示,位于內(nèi)蒙古中部達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體形成于晚二疊世,形成年齡為259±2 Ma。
(2)達(dá)茂旗東北部比旗格淖復(fù)式巖體主體花崗閃長(zhǎng)巖及其中的暗色微粒包體和石英閃長(zhǎng)玢巖脈富含角閃石,準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過(guò)鋁質(zhì),屬于I型花崗巖;二長(zhǎng)花崗巖具有高SiO2、低P2O5和鋯石飽和溫度,屬于I型花崗巖,可能經(jīng)歷了一定程度的結(jié)晶分異。
(3)比旗格淖復(fù)式巖體主體花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)玢巖脈為底侵虧損地幔巖漿引發(fā)地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)生,產(chǎn)生過(guò)程中有虧損地幔物質(zhì)的參與;花崗閃長(zhǎng)巖中的暗色微粒包體則為兩者混合產(chǎn)生;補(bǔ)體二長(zhǎng)花崗巖形成過(guò)程中地幔物質(zhì)參與較少,其源區(qū)存在石榴子石和斜長(zhǎng)石殘留。
(4)比旗格淖復(fù)式巖體的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征表明,其屬于后碰撞花崗巖,此時(shí)研究區(qū)處于后碰撞伸展環(huán)境。
致謝:本項(xiàng)目的研究得到了內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院的大力支持,特別感謝張永軍師傅和肖劍偉博士在野外工作以及鋯石分析測(cè)試給予的幫助,同時(shí)感謝審稿專家和編輯提出的寶貴意見(jiàn)和建議。
注 釋 / Notes
? 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院. 2003. 內(nèi)蒙古自治區(qū)白云鄂博幅1∶25萬(wàn)地質(zhì)圖.
? 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院. 2019. 內(nèi)蒙古自治區(qū)推喇嘛廟幅1∶5萬(wàn)地質(zhì)圖.