李可　張志誠　馮志碩　李建鋒　湯文豪　羅志文

北京大學造山帶和地殼演化教育部重點實驗室，北京大學地球與空間科學學院，北京　100871

1　引言

興蒙造山帶位于西伯利亞板塊與中朝板塊之間，是全球顯生宙時期增生最為強烈的地區(qū)之一(Seng?r and Natal’in,1996; Kovalenkoetal.,2004; Windleyetal.,2007)。自早古生代以來該地區(qū)經(jīng)歷多期次大洋板片俯沖、地殼增生、多塊體聚合過程，最終完成了華北板塊與西伯利亞板塊的碰撞(Jahnetal.,2004; 郭鋒等,2009)。古亞洲洋復雜的演化過程，一直是地學界關注的焦點(Tang,1990; 邵濟安,1991; 唐克東,1992; Xu and Chen,1997; Xiaoetal.,2003; Chenetal.,2012; 晨辰等,2012; Xuetal.,2013; Maetal.,2013; Shietal.,2013; Zhangetal.,2013,2014)。但目前，洋盆最終關閉時限問題仍存在不同觀點(邵濟安,1991; 唐克東,1992; 包志偉等,1994; Seng?r and Natal’in,1996; Chenetal.,2000; 張臣和吳泰然,2001; Shietal.,2004; Miaoetal.,2008; Xiaoetal.,2009)。

興蒙造山帶北緣大范圍發(fā)育晚古生代火山巖漿活動，是研究造山帶構造演化、古亞洲洋閉合過程的重要地區(qū)之一。近年來，隨著研究的不斷深入，對該區(qū)域晚古生代巖漿活動的研究取得了一定的成果，但其形成的構造背景仍存在兩種主要的認識：(1)古亞洲洋閉合造山后伸展或者類似于弧后盆地背景(Zhangetal.,2008,2011; 湯文豪等,2011; Chenetal.,2012)；(2)安第斯型活動大陸邊緣島弧成因環(huán)境(Xiaoetal.,2003,2009; 陶繼雄等,2003; 卿敏等,2012)。這些不同的觀點，主要受到缺乏精確定年代學資料建立晚古生代火山巖的時空格架影響。

為了更好地解決內(nèi)蒙古中部地區(qū)晚古生代的構造演化問題及其與古亞洲洋閉合的關系，本文對蘇尼特左旗北部巴彥烏拉地區(qū)晚古生代火山巖進行精確鋯石SHRIMP U-Pb年齡測定,并結(jié)合地球化學特征，系統(tǒng)研究該地區(qū)晚古生代火山巖成因及大地構造環(huán)境，為華北板塊與西伯利亞板塊拼合的時間以及碰撞演化歷史提供新的依據(jù)。

2　地質(zhì)背景

巴彥烏拉地區(qū)位于蘇尼特左旗北，緊鄰索倫縫合帶北部北造山帶(早中古生代造山帶)(圖1a)，該地區(qū)長期以來是研究古亞洲洋演化的關鍵區(qū)域。研究區(qū)主要出露晚泥盆世，晚石炭世-早二疊世、晚侏羅世、早白堊世和新生代地層(圖1b)。其中，最發(fā)育的為晚古生代寶力格組火山-沉積地層。根據(jù)巖性組合特征的不同，寶力格組地層被劃分為三個巖段：第一巖段由硬砂巖、含粉砂質(zhì)板巖和礫巖組成，零星分布在研究區(qū)東北和西北部；第二巖段地層主要由灰綠色安山巖、玄武粗安巖、流紋巖等組成，中間夾有含角礫流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r等火山碎屑巖層，火山巖主體為酸性巖漿，區(qū)域上具有下部以中基性火山巖漿為主，上部以酸性巖漿為主的特征，廣泛分布于研究區(qū)巴彥烏拉蘇木至阿爾善寶拉格，西部薩音溫多爾音敖包及東北部錫林哈敖包一帶，厚度大于3323m(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)；第三段為灰綠色英安巖、玄武安山巖組成，局部夾凝灰?guī)r、粉砂巖及灰?guī)r透鏡體，主要出露在研究區(qū)北部花敖包特一帶。此外，寶力格組地層被晚古生代和中生代花崗巖巖體侵入。在巴彥烏拉蘇木地區(qū)，早二疊世堿性花崗巖體侵入到寶力格組地層中，部分與寶力格組呈斷層接觸，構成北東向構造巖漿帶。另外，研究區(qū)還有石英斑巖、花崗斑巖和正長斑巖脈產(chǎn)出。

本次研究沿著巴彥烏拉公路采集了37件寶力格組火山巖樣品(圖1c)，采樣點GPS見表1。其中以第二巖段樣品為主，并采有少量第三段巖樣進行對比。薄片研究表明，玄武質(zhì)粗安巖中，堿性長石斜長石顆粒自形完好，雜亂分布的長石格架中充填有它形輝石和磁鐵礦物。安山巖樣品長條狀斜長石微晶呈定向或半定向排列，其間分布少量輝石和磁鐵礦，具有交織結(jié)構特征。流紋巖樣品斑狀結(jié)構，斑晶以長石石英為主，基質(zhì)主要是微晶質(zhì)的長石石英，流紋構造明顯，部分樣品中可見晶形完好的石榴石斑晶。

圖1內(nèi)蒙古巴彥烏拉地區(qū)地質(zhì)圖
(a)-大地構造縮略圖(據(jù)Jianetal.,2010)；(b)-巴彥烏拉地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局,1980*內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局.1980.白音烏拉幅1︰20萬地質(zhì)圖與區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告)；(c)-研究區(qū)地質(zhì)剖面圖
Fig.1Geological sketch map of the Bayanwula area in Inner Mongolia
(a)-tectonic geological setting (after Jianetal.,2010); (b)-simplified geological map of the Bayanwula area in Inner Mongolia; (c)-cross-section of the study area

3　SHRIMP鋯石U-Pb定年

3.1　分析方法

對寶力格組二段NM08-140和三段NM10-25流紋巖樣品進行SHRIMP U-Pb定年。樣品的分選工作在廊坊誠信地質(zhì)技術服務公司完成：將原巖樣品破碎至100μm左右，先用磁法和重液分選，在雙目鏡下手工挑純；然后將鋯石與數(shù)粒標準鋯石TEMORA置于環(huán)氧樹脂中，研磨至1/2，暴露新鮮面后制靶，進行拋光、超聲波處理和鍍金；測試前在北京大學造山帶地殼演化重點實驗室和環(huán)境掃描電子顯微鏡實驗室完成反射光和陰極發(fā)光(CL)照片；最后再在中國地質(zhì)科學院北京離子探針中心完成SHRIMP鋯石U-Pb定年測定。測試過程中，使用標樣SL13(572Ma)標定所測樣品的鋯石U、Th、Pb含量，再用標樣TEMORA(417Ma)進行元素間的分餾校正，樣品分析流程見Compstonetal.(1992)，使用ISOPLOT和Squid程序(Ludwig,2003) 進行實驗數(shù)據(jù)處理以及諧和圖繪制，置信度為95%。

表1采樣點GPS坐標位置
Table 1The GPS data of all the samples

樣品號北緯東經(jīng)NM08?140～?14544°22′12″113°15′39″NM08?146、?14744°22′09″113°15′44″NM08?148～?15044°21′41″113°16′20″NM08?15144°20′28″113°17′47″NM08?15244°20′06″113°18′41″NM08?154、?15544°17′05″113°20′48″NM08?156～?15844°15′44″113°21′04″NM08?15944°14′29″113°21′52″NM10?21～?2344°27′17 7″113°06′16 8″NM10?25、?2644°24′18 9″113°11′40 6″NM10?46、?4744°18′53 3″113°20′10 9″NM10?4844°18′35 2″113°20′21 2″NM10?49、?5044°17′54 2″113°20′55 2″NM10?51、?5244°17′55 1″113°20′14 2″NM10?5444°17′24 0″113°21′2 0″NM10?5744°15′44 5″113°21′5 0″NM12?131～?13444°17′25″113°21′04″

3.2　鋯石特征及定年結(jié)果

樣品NM08-140中挑選出來的鋯石顆粒具有完好的晶形結(jié)構(圖2a)，鋯石的長寬比在1:1～3:1，內(nèi)部普遍發(fā)育環(huán)帶結(jié)構。13顆鋯石的離子探針測試結(jié)果見表2，U、Th含量變化范圍分別為118×10-6～514×10-6和70×10-6～602×10-6，鋯石Th/U比值在0.46～1.21之間，基本都大于0.5，屬巖漿成因鋯石(Hanchar and Miller,1993; Claessonetal.,2000; Belousovaetal.,2002)。樣品的13顆鋯石定年數(shù)據(jù)點幾乎都落在諧和線及其附近(圖2b)，鋯石顆粒的年齡測定值均很穩(wěn)定，集中分布在307Ma附近，其加權平均年齡為307.1±6.3Ma(MSWD=0.63)，代表火山巖的噴發(fā)年齡。

樣品NM10-25中挑選出來的鋯石顆粒具有長柱狀或短柱狀特征(圖3a)，長寬比在1.5:1～3:1，晶面整潔光滑。在陰極發(fā)光照片上，未見有明顯核部特征，大多數(shù)鋯石都具有清晰的結(jié)晶環(huán)帶，表明是巖漿結(jié)晶過程形成的。U、Th含量變化范圍分別為58×10-6～438×10-6和48×10-6～491×10-6，鋯石Th/U比值在0.61～1.31之間，屬巖漿成因鋯石。13顆鋯石分析點給出了狹窄的年齡范圍，在一致曲線上，這些數(shù)據(jù)點集中分布(圖3b)，加權平均年齡為308.4±5.4Ma (MSWD=0.89)，同時13個點還給出非常好的諧和年齡308.9±1.8Ma，解釋為火山巖的噴發(fā)年齡。

4　巖石地球化學特征

樣品主量元素的測定在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室利用X光熒光光譜(XRF)分析完成，精度達1%。微量稀土元素測定在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院利用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定完成，除Nb、Ta測試精度稍低在9%外，其余都在5%以內(nèi)。同位素測定在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試中心利用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜儀完成測定。

4.1　主量元素

本區(qū)巖石樣品的SiO2含量變化范圍較大，從50.38%～78.15% (表3)。其中，絕大多數(shù)樣品的SiO2含量在69.07%～78.15%之間，屬典型的酸性巖，在TAS圖解中(圖4a)投影在流紋巖區(qū)；其他巖石樣品SiO2含量50.38%～64.34%，屬中基性火山巖，在TAS圖解中，1件樣品落入粗安巖區(qū)、3件樣品落入安山巖及其向英安巖過渡區(qū)，其余樣品落入玄武質(zhì)粗安巖區(qū)。所有樣品均落于堿性和亞堿性系列過渡區(qū)域，在K2O-SiO2圖解(圖4b)中，巖石樣品具有鈣堿性及高鉀鈣堿性巖石系列特征。

圖2　流紋巖(NM08-140)鋯石陰極發(fā)光照片及SHRIMP測點位置(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.2　CL images and dating spots (a) and SHRIMP U-Pb concordia diagrams (b) for zircons of rhyolite (sample NM08-140) from the Baolige Formation

表2寶力格組流紋巖鋯石SHRIMP U-Pb分析結(jié)果
Table 2SHRIMP U-Pb data of zircons from rhyolites in the Baolige Formation

測點號UTh(×10-6)Th/U206Pb?(×10-6)206Pbc(%)207Pb?235U±%206Pb?238U±%誤差相關系數(shù)206Pb238U年齡(Ma)1σNM08?140?1．12821250．4611．700．970．3885．40．047910．90．161301．72．6NM08?140?2 14122870 7216 200 370 3773 00 045760 70 239288 52 0NM08?140?3 14332920 7018 400 340 3603 30 049240 70 211309 82 1NM08?140?4 1154810 546 871 150 4515 40 051231 20 217322 13 7NM08?140?5 13192000 6513 500 560 4014 00 049150 80 202309 32 5NM08?140?6 12651310 5111 001 420 3408 70 047821 00 109301 12 8NM08?140?7 1118700 614 831 930 41013 00 046581 40 109293 54 1NM08?140?8 14232780 6817 100 210 3612 30 046790 70 288294 81 9NM08?140?9 13401720 5213 801 570 3517 20 046570 80 118293 42 4NM08?140?10 13983280 8515 700 670 3595 40 045681 00 177288 02 7NM08?140?11 13611730 4914 600 610 3724 00 046650 80 187293 92 2NM08?140?12 15146021 2120 300 450 3472 50 045750 60 256288 41 8NM08?140?13 11801020 587 611 090 3878 20 048731 10 134306 73 3NM10?25?1 1113670 614 844 220 25835 00 047603 00 086299 98 8NM10?25?2 165711 142 774 820 32033 00 047402 70 081298 57 8NM10?25?3 13862440 6516 601 060 3517 00 049621 70 249312 25 3NM10?25?4 13943600 9517 100 560 3773 90 050181 80 470315 65 6NM10?25?5 174680 943 174 270 33227 00 047502 60 094299 37 5NM10?25?6 11871630 908 091 640 33212 00 049541 90 163311 75 9NM10?25?7 195780 853 993 310 32523 00 047202 40 104297 17 0NM10?25?8 158480 842 454 440 38923 00 046603 40 148293 59 8NM10?25?9 12762811 0511 600 860 3635 10 048341 80 348304 35 3NM10?25?10 12981920 6712 701 090 3466 90 048902 40 346307 77 2NM10?25?11 14384911 1619 500 730 3474 70 051402 10 452323 26 7NM10?25?12 11971730 918 291 350 3355 90 048281 80 302303 95 3NM10?25?13 11902411 318 530 910 3775 00 051691 80 357324 95 7

注：表中所有誤差為1σ；Pbc和Pb*分別代表了普通鉛和放射性成因鉛；應用實測204Pb進行普通鉛校正；點號中標*的不參與206Pb/238U年齡的加權平均

圖3　流紋巖(NM10-25)鋯石陰極發(fā)光照片及SHRIMP測點位置(a)和鋯石U-Pb年齡諧和圖(b)Fig.3　CL images and dating spots (a) and SHRIMP U-Pb concordia diagrams (b) for zircons of rhyolite (sample NM10-25) from the Baolige Formation

表3寶力格組火山巖地球化學分析結(jié)果(主量元素: wt%；微量和稀土元素: ×10-6)
Table 3The geochemical composition of volcanic rocks in the Baolige Formation (major element: wt%; trace element: ×10-6)

SampleNM10?21NM10?22NM10?23NM10?25NM10?26NM10?46NM10?47NM10?48NM10?49NM10?50NM10?51NM10?52NM10?54NM10?57NM08?140NM08?141NM08?142NM08?143SiO264 3470 4569 8872 7775 8972 5874 9075 4778 1577 7370 4570 2655 3662 6172 4073 3353 9750 38Al2O315 4315 5115 3513 5512 7813 1412 8313 3411 3611 9315 2115 6217 2416 9313 2113 4415 6916 74Fe2O34 272 542 541 691 091 851 721 291 851 123 403 518 074 591 531 708 969 46FeO3 842 292 291 520 981 661 551 161 661 013 063 167 264 131 381 538 068 51CaO2 840 870 690 810 320 500 170 310 210 221 131 273 684 441 231 665 413 09MgO3 020 190 250 210 080 210 040 120 050 320 570 513 052 570 220 314 335 93K2O2 363 663 444 335 173 843 044 623 722 863 252 652 541 303 472 311 271 47Na2O2 724 575 534 592 906 085 313 553 524 603 764 004 534 056 385 834 996 35MnO0 060 030 200 020 010 100 040 130 080 050 070 120 130 070 070 080 120 16TiO20 610 480 510 250 230 230 220 240 240 210 450 461 540 570 240 261 361 42P2O50 200 150 110 050 050 210 040 020 010 020 120 120 670 210 060 060 410 43LOI4 001 381 311 581 351 061 560 760 680 851 421 333 002 511 050 933 314 43Total99 8299 8199 8099 8599 8699 7899 8699 8599 8699 9099 8399 8599 8199 8499 8699 9099 8399 84Mg#58 412 916 319 812 718 44 4015 65 0836 124 922 442 852 622 226 548 955 4A/CNK1 261 191 090 991 170 871 041 171 111 081 291 331 021 050 800 890 810 95Sc12 205 725 403 362 906 586 652 968 036 3610 009 9118 5012 904 445 6218 0017 90V108 017 917 818 914 926 311 912 814 215 155 167 7106 0116 052 728 20235 0252 0Cr88 4011 407 587 5210 4011 5014 907 039 0710 8013 2013 1012 5054 806 365 8197 2093 00Co14 000 700 910 970 511 550 741 810 260 665 275 8914 9013 401 992 2024 9028 50Ni43 900 870 000 940 061 510 001 860 340 881 170 740 7626 300 950 7227 7033 60Ga18 418 119 016 814 017 415 413 021 417 317 517 721 321 115 317 721 118 7Rb9710491133146126911481177810983582893692728Sr354312328128123105601764061271285550645185186926655Y18 635 034 323 721 934 834 318 773 932 523 721 244 918 422 729 629 133 8Nb6 8810 2010 209 108 428 797 787 0918 308 945 875 757 213 697 678 416 456 74Ba643912100661775797181485275325926694709445931765417525La21 2029 8035 0028 8027 9017 7017 2024 5019 5015 4021 1020 0024 7019 1025 8028 0022 3020 90Ce41 4066 7073 7056 2054 6046 8040 7048 3046 6028 1042 3041 4056 2036 4044 9052 6042 0040 90Pr4 818 139 176 536 444 884 575 185 974 314 894 708 025 106 036 736 106 42Nd19 2033 3035 4023 5022 4019 4018 6017 8022 6017 5019 2017 9035 9020 8022 9025 7025 5028 80Sm3 876 826 654 224 134 344 073 286 024 003 863 698 364 084 415 115 716 21Eu1 091 561 540 710 730 960 910 671 220 761 001 052 571 160 941 081 781 78Gd3 606 336 243 793 594 504 343 007 113 983 843 558 593 694 024 595 326 14Tb0 651 101 070 690 650 950 940 551 720 880 730 711 610 630 700 820 861 01Dy3 846 846 644 204 136 296 043 4312 206 094 494 289 643 684 315 164 976 32Ho0 711 281 260 860 781 311 250 652 701 270 900 831 830 670 911 061 061 32Er2 053 883 842 682 434 094 012 129 054 122 742 665 202 062 793 352 993 86Tm0 340 690 670 470 440 740 700 371 680 720 450 450 830 310 480 550 460 63Yb2 234 314 413 293 054 804 752 6011 404 712 992 945 062 003 483 882 823 96Lu0 380 660 690 530 460 770 760 411 780 760 480 480 750 300 540 630 410 60Ta0 500 750 740 820 790 690 650 661 370 680 450 440 460 230 700 831 120 50W2 281 751 481 641 600 600 740 280 650 761 001 430 550 840 730 820 571 00Pb10 014 918 412 710 917 920 416 738 516 413 210 29 011 418 819 09 06 7Th7 2212 7012 2015 5014 7010 509 7110 0016 108 687 216 753 672 8410 4011 603 194 02U2 573 173 192 292 362 451 701 944 752 001 881 701 281 202 193 021 504 26Zr3335185091821802622602911103353141129479270184217337334Hf7 9012 8012 906 195 727 677 817 8728 6010 103 893 6610 606 336 657 908 769 69∑REE105 4171 4186 3136 5131 7117 5108 8112 9149 692 60109 0104 6169 399 99122 2139 3122 3128 9(La/Yb)N6 824 965 706 286 562 652 606 761 232 355 064 883 506 855 325 185 673 79δEu0 880 710 720 530 560 660 660 640 570 570 790 870 920 900 670 670 970 87

續(xù)表3
Continued Table 3

SampleNM08?144NM08?145NM08?146NM08?147NM08?148NM08?149NM08?150NM08?151NM08?152NM08?154NM08?155NM08?156NM08?157NM08?158NM08?159NM12?131NM12?132NM12?133NM12?134SiO272 8973 9874 3074 4069 2069 0769 1076 7175 1277 8475 8171 7060 7061 0671 1553 8353 7154 1854 13Al2O313 4513 4113 1313 2114 8814 9014 8512 5013 2711 1611 1712 9616 1216 0813 6219 2519 0519 2119 13Fe2O31 861 421 351 493 002 923 080 891 371 521 613 045 125 422 556 086 326 296 20FeO1 671 281 211 342 702 632 770 801 231 371 452 744 614 882 295 475 695 665 58CaO1 631 301 211 241 972 351 840 280 480 220 221 054 784 581 454 815 065 085 21MgO0 310 150 060 120 940 840 940 010 010 010 010 862 892 910 333 543 563 273 58K2O3 303 553 604 863 173 083 414 874 073 543 734 072 441 672 931 981 661 902 08Na2O4 845 015 193 264 744 664 543 864 374 846 653 984 714 694 746 286 085 955 75MnO0 100 090 090 100 080 080 090 060 030 070 030 060 080 070 080 120 100 100 12TiO20 270 220 210 220 470 460 460 150 220 190 190 550 600 630 631 291 321 321 29P2O50 060 050 040 050 120 130 120 010 030 010 010 130 210 220 180 690 730 680 70LOI1 190 710 700 931 291 361 410 510 890 500 501 482 192 522 201 952 221 861 66Total99 8899 8899 8899 8799 8599 8599 8599 8599 8799 9199 9199 8999 8299 8599 8799 8199 8099 8499 85Mg#24 817 38 0913 838 336 337 72 181 431 291 2235 952 851 520 453 652 750 753 4A/CNK0 930 930 901 021 000 971 021 031 060 910 731 010 840 901 000 910 910 910 90Sc6 125 434 854 766 266 347 156 407 345 916 317 0611 1012 7010 3015 5014 9017 5017 30V24 327 323 340 663 275 878 413 629 239 632 262 6113 0154 092 4110 0123 0126 097 7Cr4 105 003 915 327 336 687 804 246 024 455 1927 5048 8058 9029 200 190 420 200 40Co0 531 471 302 775 074 764 810 961 480 380 446 0612 4015 904 1612 5011 7013 2014 00Ni0 610 460 500 792 121 246 162 421 570 880 6013 5024 5030 108 090 190 780 520 21Ga17 918 717 116 417 217 118 714 718 620 622 019 220 323 123 820 218 822 022 5Rb9011410813278759613661486961326109648439736302727Sr194176166187375384434951245781249657932219523593522443Y34 432 929 025 223 122 435 047 233 274 575 753 215 917 355 533 329 935 436 5Nb8 478 878 418 196 686 447 0810 2010 1019 7020 4013 803 524 0612 305 995 626 736 52Ba93710851012978907935109614391083166232461978531744585773729479La29 4033 3030 0025 8023 7025 0037 6070 5015 4027 6018 0029 0017 5019 4047 0021 6020 6022 2021 60Ce56 1063 5055 9051 1043 5043 9048 2082 0028 1059 6033 7057 5033 6037 3091 4045 5046 4048 1048 80Pr6 927 667 146 055 585 769 8714 703 748 085 608 744 745 6212 606 756 837 297 12Nd27 0029 3027 2023 2021 6021 9041 8058 3015 7029 8022 2036 2019 7023 1051 9030 6031 1031 6032 30Sm5 215 685 394 614 464 268 4211 003 607 276 048 263 964 4710 806 727 067 127 44Eu1 071 151 000 771 211 182 231 510 761 371 261 811 231 332 852 072 562 372 20Gd5 005 124 754 134 093 857 719 373 737 586 967 943 443 4710 305 455 585 515 86Tb0 890 870 820 710 740 621 311 520 761 671 551 490 530 581 721 171 231 201 27Dy5 785 635 104 414 583 887 348 675 7011 6011 309 432 933 2810 106 576 696 877 16Ho1 241 171 050 890 950 801 431 741 252 662 581 970 590 622 101 211 241 291 30Er3 953 783 402 873 032 443 984 934 078 548 706 111 691 816 093 553 823 753 87Tm0 660 650 600 500 500 400 620 780 731 541 480 990 260 280 960 580 610 610 62Yb4 544 604 083 583 232 784 355 585 1710 8010 506 821 781 826 453 764 063 863 98Lu0 720 700 600 600 510 420 630 830 781 701 641 010 250 290 980 560 600 560 61Ta0 720 740 690 670 500 500 530 740 751 381 531 190 250 270 820 370 400 370 37W0 871 001 070 660 650 520 630 720 570 480 511 380 670 853 230 270 280 240 23Pb10 922 320 822 512 213 115 616 825 916 218 323 610 313 810 57 711 210 27 7Th11 8013 2012 2011 708 378 298 9812 2010 6015 5015 6011 002 732 948 623 153 283 293 12U3 614 083 943 972 482 593 172 182 886 445 253 491 471 262 641 061 101 101 06Zr18824022020612117217332633512551311729283315807305291344397Hf7 268 878 247 804 245 545 5711 3011 0035 6039 1020 707 968 5820 406 547 136 716 88∑REE148 5163 1147 0129 2117 7117 2175 5271 489 49179 8131 5177 392 20103 4255 3136 1138 4142 3144 1(La/Yb)N4 655 195 285 175 276 456 209 072 141 831 233 057 067 655 234 123 644 133 89δEu0 630 640 590 530 850 870 830 440 630 560 590 671 000 990 811 011 201 110 98

圖4　寶力格組火山巖TAS圖解(a)和SiO2-K2O圖解(b)(據(jù)Le Maitre,1989; Peccerillo and Taylor,1976)Fig.4　TAS (a) and SiO2 vs.K2O (b) diagrams of volcanic rocks in the Baolige Formation (after Le Maitre,1989; Peccerillo and Taylor,1976)

圖5　寶力格組中基性火山巖球粒隕石標準化REE圖解和微量元素蛛網(wǎng)圖(標準化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.5　Chondrite-normalized REE and primary mantle-normalized trace element spider diagrams for intermediate to mafic rocks from the Baolige Formation (normalization values after Sun and McDonough,1989)

中基性巖石樣品中TiO2含量低，變化在0.57%～1.54%；Al2O3含量變化在15.43%～19.25%，MgO為2.57%～5.93%，CaO為2.84%～5.41%，Na2O+K2O為5.08%～8.26%，P2O5為0.20%～0.73%；Mg#介于42.8～58.4之間。酸性巖石樣品中TiO2含量低，變化在0.15%～0.63%之間；Al2O3為11.16%～15.62%，MgO為0.01%～0.94%，CaO為0.17%～2.35%，Na2O+K2O為6.65%～10.38%，P2O5為0.01%～0.21%。

4.2　稀土元素

稀土元素組成測試結(jié)果見表3。中基性巖石樣品∑REE介于92.20×10-6～169.3×10-6之間，(La/Yb)N在3.50～7.65之間；樣品稀土元素配分模式都呈現(xiàn)LREE富集，HREE虧損的右傾型。δEu變化范圍0.87～1.20，未出現(xiàn)明顯的銪異常現(xiàn)象(圖5)。

酸性流紋巖樣品∑REE介于89.49×10-6～271.4×10-6之間，稀土含量較高，(La/Yb)N在1.23～9.07之間；多數(shù)樣品的稀土元素配分模式具有LREE富集，HREE相對虧損的右傾型特征，個別樣品輕重稀土分餾不明顯(圖6)。δEu變化范圍0.44～0.87，有較弱的銪負異?，F(xiàn)象。

4.3　微量元素

原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中，大多中基性巖石樣品微量元素含量變化趨勢基本一致(圖5)，普遍都富集LILE(Rb、Ba、Th、Sr、U)，明顯虧損HFSE(Nb、Ta、Ti)，Zr、Hf相對富集。酸性流紋巖樣品除Ba，Sr變化較大外，其他微量元素一致表現(xiàn)為LILE(Rb、Th、U)高度富集，HFSE(Nb、Ta、Ti)明顯虧損，Zr、Hf富集的特征(圖6)。

4.4　Sr、Nd同位素特征

對4件流紋巖樣品進行同位素測定，測定結(jié)果見表4。樣品的87Rb/86Sr值相差較大， 變化在1.1642～3.4376，147Sm/144Nd為0.1086～0.1215，計算得(87Sr/86Sr)i為0.702556～0.707645，(143Nd/144Nd)i為0.512421～0.512528，εNd(t)為3.46～5.54，tDM1為595～769Ma。

表4寶力格組流紋巖樣品Sr-Nd同位素組成
Table 4Sr-Nd isotopic compositions of the rhyolite samples from the Baolige Formation

樣品號Rb(×10-6)Sr(×10-6)87Rb86Sr87Sr86Sr2σ87Sr86Sr()iSm(×10-6)Nd(×10-6)147Sm144Nd143Nd144Nd2σ143Nd144Nd()iεNd(t)tDM1(Ma)NM10?251331283 00880 716267100 7031644 2223 50 10860 51264390 5124253 54736NM10?261461233 43760 71752690 7025564 1322 40 11150 51264580 5124213 46754NM10?481481762 43550 718251100 7076453 2817 80 11140 51275190 5125285 54595NM10?511092711 16420 712477110 7074073 8619 20 12150 51268580 5124423 85769

圖6　寶力格組酸性火山巖球粒隕石標準化REE圖解和微量元素蛛網(wǎng)圖(標準化值據(jù)Sun and McDonough,1989)Fig.6　Chondrite-normalized REE and primary mantle-normalized trace element spider diagrams for acid rocks from the Baolige Formation (normalization values after Sun and McDonough,1989)

5　討論

5.1　時代框架

長期以來，寶力格組地層的時代劃分存在較大的爭議。1961年內(nèi)蒙古地質(zhì)局對其定名以及在1980年巴彥烏拉地區(qū)1:20萬區(qū)域地質(zhì)圖中(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局,1980)，都將寶力格組劃分到早二疊世；而1963年謝同倫根據(jù)腕足類化石碎片，將其歸屬于晚石炭世(轉(zhuǎn)引自李文國,1981)；1981年李文國從巖相學和生物群面貌特征入手，將該套地層劃分為中石炭世(李文國,1981)。最近，Zhangetal.(2011)等對該地層中玄武安山巖及流紋巖樣品鋯石U-Pb定年結(jié)果為289Ma和287Ma，屬早二疊世，并認為該套火山巖具有雙峰式地球化學特征。

本次研究重新對寶力格組第二三巖段火山巖中流紋巖樣品進行了鋯石SHRIMP U-Pb定年，采樣盡可能避開后期花崗巖侵入體。樣品的鋯石顆粒結(jié)晶較好，均具有巖漿鋯石的特點，實驗最終獲得了精確的鋯石U-Pb年齡307.1±6.3Ma和308.9±1.8Ma，兩巖段樣品的鋯石年齡在誤差范圍內(nèi)非常一致。由于研究區(qū)野外露頭差，很難建立火山巖序列的噴出期次，但火山巖的地球化學特征與Zhangetal.(2011)測得的結(jié)果十分相似，因此推測兩次研究選擇的火山巖應屬同一期火山活動的產(chǎn)物。盡管本次未對中基性火山巖定年，但現(xiàn)已獲得的研究區(qū)東部阿爾善寶拉格地區(qū)寶力格組安山巖樣品鋯石LA-ICP-MS年齡為310Ma(未發(fā)表)，與本次所獲流紋巖樣品年齡吻合。巴彥烏拉蘇木附近侵入于寶力格組中的堿性花崗巖鋯石U-Pb年齡為289±2Ma(韓寶福,未發(fā)表數(shù)據(jù))，也表明該組形成時代應早于早二疊世。由此判定，本區(qū)寶力格組火山巖形成于308Ma，結(jié)合前人結(jié)果，寶力格組地層形成時代應介于晚石炭世到早二疊世間。

5.2　巖漿源區(qū)特征

薄片研究顯示，大部分巖石樣品新鮮，蝕變程度較低(LOI<3%)，集中在0.5%～2.5%，僅有2個樣品達4%，火山巖地球化學元素信息可以用來表征原始巖漿特征。

圖7　花崗巖類判別圖(據(jù)Whalen et al.,1987)Fig.7　Classification diagrams of granitoid (after Whalen et al.,1987)

中基性火山巖源區(qū)一般為軟流圈或巖石圈地幔(Zhangetal.,2005)。研究區(qū)中基性巖LREE富集，HREE虧損，La/Yb=3.50～7.65，輕重稀土元素分異明顯，Mg#為42.8～58.4。參考前人研究結(jié)果，該組中基性火山巖同位素具有虧損地幔性質(zhì)(Zhangetal.,2011)。微量元素分析結(jié)果顯示，樣品相應富集LILE，虧損HFSE，Nb、Ta、Ti、P等元素負異常，Zr、Hf正異常，不符合軟流圈地幔地球化學特征；另外La/Nb值3.08～5.18，更接近于陸殼La/Nb值(2.2)而非原始地幔(0.98～1)(Dunganetal.,1986)；Nb/U值通常在MORB(47±11)和OIB(52±15)中比較穩(wěn)定(郭鋒等,2001)，而所測樣品的Nb/U值為1.58～6.15遠小于原始地幔組分中比值；在La/Nb-La/Ba圖解中(圖略)，樣品的分布偏向于受俯沖改造的大陸巖石圈地幔，在La/Sm-La圖解中(圖略)，所有中基性巖樣品更趨向于部分熔融的演變趨勢。綜合以上考慮，寶力格組中基性火山巖可能形成于巖石圈地幔部分熔融作用。

研究區(qū)酸性火山巖LREE和LILE(Rb、Th、U)富集，HREE和HFSE(Nb、Ta、Ti)虧損，相對于中基性火山巖具有明顯Eu負異常，及Ti、Sr和部分Ba元素強烈虧損的特征。在SiO2對Al2O3、CaO、TiO2及Sr圖上(圖略)，酸性火山巖呈一致的線性分布，中基性火山巖分布零散；而在SiO2對MnO及Rb圖中(圖略)特征正好相反，反應兩者可能具有不同的源區(qū)性質(zhì)。流紋巖樣品具有正εNd(t)值和低tDM1值，表現(xiàn)出增生陸殼的性質(zhì)，和大興安嶺及我國東北部晚古生代花崗巖同位素特征相似(Wuetal.,2002,2003; Jahnetal.,2009; Mengetal.,2011)。另外，大部分巖石樣品A/CNK<1.1，A/NK>1.0，在花崗巖分類圖(圖7)中，樣品數(shù)據(jù)點集中在過渡區(qū)域及附近，同時還具有I型花崗巖趨勢演化特征而非S型(圖8)，可見酸性火山巖兼有A和I型兩類花崗巖的地球化學屬性。寶力格組酸性火山巖的SiO2含量較高，不太可能直接由分離結(jié)晶作用形成(張旗等,2008)，在La/Sm-La圖(圖略)中，更多的樣品趨向于部分熔融的演變趨勢分布。因此酸性火山巖可能為中基性巖漿底侵導致增生陸殼部分熔融作用的結(jié)果，與中亞造山帶內(nèi)古生代花崗質(zhì)巖漿的成因特征類似(Wuetal.,2002,2003; Jahnetal.,2004,2009; Mengetal.,2011)。

5.3　地質(zhì)意義

近年來，通過對興蒙造山帶北緣火山巖漿活動研究發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)晚古生代主要存在兩類巖漿，早期以鈣堿性-高鉀鈣堿性系列為主，晚期以堿性系列巖漿為主，并在北造山帶及其以北地區(qū)形成早期I型花崗質(zhì)巖漿為主的巖漿巖帶和晚期A型堿性花崗質(zhì)巖漿帶(洪大衛(wèi)等,1994; Jahnetal.,2009)。但目前，對這些晚古生代巖漿構造背景的解釋仍不統(tǒng)一，Chenetal.(2009)認為蘇左旗地區(qū)存在310Ma左右的弧巖漿事件；Liuetal.(2013)報道了西烏旗地區(qū)與俯沖相關的巖漿年齡為314Ma和318Ma；然則另一些學者認為該期間已經(jīng)進入造山后演化階段(洪大衛(wèi)等,1994; 鮑慶中等,2007; 周文孝,2012)。

圖8　寶力格組流紋巖SiO2對P2O5及Pb圖解(據(jù)Chappell and White,1992)Fig.8　SiO2 vs.P2O5 and Pb variation diagrams of acid volcanic rocks from the Baolige Formation (after Chappell and White,1992)

圖9　寶力格組火山巖構造環(huán)境判別圖(據(jù)Pearce,1984; Batchelor and Bowden,1985; Maniar and Piccoli,1989)Fig.9　Tectonic discriminant diagrams of the volcanic rocks in Baolige Formation (boundaries of rock type after Pearce,1984; Batchelor and Bowden,1985; Maniar and Piccoli,1989)

本次研究選取的寶力格組酸性火山巖樣品兼有I-A型兩類花崗巖的地球化學屬性，與同時產(chǎn)出的中基性火山巖樣品一樣，有堿性、鈣堿性和高鉀鈣堿性系列特征。Liegeoisetal.(1998)指出高鉀鈣堿性巖漿出現(xiàn)，并向安粗質(zhì)巖漿過渡是造山演化到最后階段的標志；多數(shù)造山帶后碰撞花崗巖以中-高鉀鈣堿性I型花崗巖為主(韓寶福,2007)，而A型及其相關堿性花崗巖的出現(xiàn)預示著進入后造山伸展階段，因此在造山帶演化后期，常伴有I-A型花崗巖產(chǎn)出(Wuetal.,2003)。鄰區(qū)蒙古南部、內(nèi)蒙古西部等地也廣泛發(fā)育晚石炭世I-A型花崗巖(韓寶福等,2010)，均指向后碰撞環(huán)境。在構造判別圖中，中基性火山巖樣品落入板內(nèi)玄武巖區(qū)域(圖9a)，酸性火山巖落入后碰撞花崗巖區(qū)域(圖9b-d)。由此推測，308Ma古亞洲洋已經(jīng)閉合并處于造山后演化階段。

區(qū)內(nèi)更多的、與俯沖作用有關屬于前碰撞的巖漿侵位時代多數(shù)介于490～422.8Ma(石玉若等,2004,2005; Jianetal.,2008)；與擠壓相關的蝕變花崗巖年齡為418～326Ma(張臣和吳泰然,2001)；近來，Jianetal.(2012)獲得賀根山蛇綠巖中輝長巖和花崗巖可靠年齡值分別為354Ma和333Ma；Zhangetal.(2014)獲得二連浩特地區(qū)蛇綠巖年齡為354.2～344.8Ma，與賀根山蛇綠巖形成時代基本一致；錫林郭勒雜巖中與碰撞造山相關的重要變質(zhì)事件為337Ma(薛懷民等，2009)，這些年齡證據(jù)說明晚石炭世時期本區(qū)可能已經(jīng)處于后碰撞環(huán)境。同時，區(qū)域上還存在與晚石炭世火山巖同時期的大量巖漿活動，包括西烏旗地區(qū)323～313Ma的石英閃長巖(鮑慶中等,2007)及錫林浩特地區(qū)330～317Ma的花崗質(zhì)巖漿(周文孝,2012)，都被認為形成于后造山階段。而后期巴彥烏拉-東烏珠穆沁旗帶及整個中亞造山帶內(nèi)大范圍的堿性花崗巖侵位時間在295～270Ma(洪大衛(wèi)等,1994; Shietal.,2004; Jahnetal.,2009)；錫林浩特地區(qū)雙峰式火山巖年齡為279Ma和281Ma (Zhangetal.,2008)。綜上考慮，古亞洲洋在晚石炭世之前發(fā)生閉合，晚石炭世-早二疊世時期已經(jīng)進入后造山階段，并逐步向廣泛的伸展構造環(huán)境轉(zhuǎn)化。

6　結(jié)論

綜上所述，巴彥烏拉地區(qū)寶力格組火山巖的成因可能為后碰撞背景下巖石圈地幔部分熔融，并在上涌底侵過程中，造成增生陸殼物質(zhì)熔融作用的結(jié)果。SHRIMP U-Pb定年結(jié)果為307.1±6.3Ma和308.9±1.8Ma，表明晚石炭世時期，研究區(qū)已進入后造山演化階段，并逐步向早二疊世廣泛伸展環(huán)境轉(zhuǎn)化。

致謝兩位審稿人和編輯詳細審閱了全文，并提出了寶貴的修改意見和建議，在此表示衷心的感謝。

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