陳海東， 王子龍， 景耀祖， 高 勇， 郝增元， 魯 寧

(1.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 呼和浩特 010010; 2.成都理工大學地球科學學院,成都 610059)

內(nèi)蒙古北山風雷山地區(qū)流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學及地球化學特征

陳海東1， 王子龍2， 景耀祖1， 高 勇1， 郝增元1， 魯 寧1

(1.內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院, 呼和浩特 010010; 2.成都理工大學地球科學學院,成都 610059)

在北山地區(qū)的紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠巖帶東段以南分布大量的火山巖，通過對北山風雷山地區(qū)流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學研究，表明其形成年代為(318.5±1.2)Ma，即晚石炭世。流紋巖的SiO2含量為77.05%～77.52%，K2O+Na2O含量為6.96%～7.83%； 在微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中，顯示Rb、K、Th、U、Zr、Hf明顯富集，而高場強元素Ta、Nb、Ti明顯虧損； 巖石地球化學特征表明，流紋巖為高鉀鈣堿性系列，具火山弧花崗巖屬性。結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征研究，在早石炭世時期，紅石山—百合山—蓬勃山拉張裂解形成初始小洋盆，即類似于“紅海型”海槽的環(huán)境，在大約早石炭世晚期洋殼發(fā)生向南、向北的雙向俯沖，到晚石炭世繼續(xù)裂解的小洋盆南緣向南俯沖，從而形成了大量的弧火山巖。

鋯石U-Pb年齡； 微量元素； 巖石地球化學特征； 構(gòu)造演化； 流紋巖； 內(nèi)蒙古自治區(qū)； 北山風雷山

0 引言

中亞造山帶是世界上典型的增生型造山帶，是古亞洲洋在經(jīng)歷了長期而復雜的俯沖消減，由不同地體碰撞、拼接而形成的[1]。北山地區(qū)位于中亞造山帶南緣中段，是西伯利亞、塔里木和哈薩克斯坦3大板塊的結(jié)合部位，是研究古亞洲洋最終閉合過程的重要區(qū)域。但一直以來對北山地區(qū)大地構(gòu)造的歸屬存在爭議，左國朝等[2]認為北山地區(qū)早古生代存在板塊構(gòu)造體制，以明水—石板井—小黃山縫合帶為界，將早古生代北山地區(qū)分為北部哈薩克斯坦板塊和南部塔里木板塊； 劉雪亞等[3]通過對北山地區(qū)鈣堿系列巖漿活動及其與板塊構(gòu)造的關(guān)系，認為由北向南分別以紅石山—黑鷹山斷裂帶和柳園—大奇山斷裂帶為界，劃分為西伯利亞、哈薩克斯坦和塔里木板塊； 龔全勝等[4]和何世平等[5]認為以紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠混雜巖帶為界，將北山地區(qū)由北向南劃分為哈薩克斯坦和塔里木板塊[4-5]。因此，對分布在北山地區(qū)的巖漿巖形成時代、巖石地球化學特征以及構(gòu)造環(huán)境等方面研究，有助于增進對北山地區(qū)構(gòu)造演化及大地構(gòu)造歸屬等問題的認識。筆者在1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，以內(nèi)蒙古北山風雷山地區(qū)的白山組一段塊狀流紋巖為研究對象，通過LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡、巖石學和地球化學特征的分析，揭示了風雷山地區(qū)的白山組火山巖的形成時代、成因及構(gòu)造環(huán)境，從而為進一步了解北山地區(qū)晚古生代構(gòu)造演化史提供了基礎(chǔ)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景及樣品描述

中亞造山帶中南段的北山地區(qū)目前從北向南分布著4條蛇綠巖帶，依次為紅石山—百合山—蓬勃山、岌岌臺子—小黃山、紅柳河—牛圈子—洗腸井和輝銅山—賬房山[6]。研究區(qū)位于紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠巖帶東段以南的風雷山地區(qū)。研究區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)體為石炭紀侵入體及火山-沉積地層(圖1)，這些地質(zhì)體均呈NW向帶狀展布，其次出露少量古元古界北山巖群地層及中泥盆世侵入體(U-Pb年齡386 Ma)。古元古界北山巖群僅在區(qū)內(nèi)火山巖地層以北有小面積出露，巖性為黑云母片巖、石英巖、黑云變粒巖、含石榴黑云石英片巖等，被中泥盆世和晚石炭世巖體侵入。下石炭統(tǒng)綠條山組主要為一套淺海相碎屑巖，分布在區(qū)內(nèi)北東一帶，均被晚石炭世石英閃長巖侵入； 上石炭統(tǒng)白山組地層為本次主要研究對象，分布在研究區(qū)中部，呈NW向帶狀展布，寬約3～4 km，長約24 km。白山組一段巖性單一，為淺黃—淺褐紅色塊狀流紋巖，二段為淺灰色、灰色、淺綠灰色中—中酸性碎屑凝灰?guī)r和碎屑凝灰熔巖等，巖層產(chǎn)狀平緩，被晚石炭世石英閃長巖、二長花崗巖侵入，局部地段與晚石炭世巖體呈斷層接觸，南東部地段巖層噴發(fā)不整合于早石炭世黑云母花崗閃長巖(U-Pb年齡342 Ma)之上。早石炭世巖體為黑云母花崗閃巖，分布在研究區(qū)南西角，被晚石炭世石英閃長巖、二長花崗巖侵入。晚石炭世巖體為二長花崗巖、石英閃長巖，二長花崗巖分布于白山組南西側(cè)，石英閃長巖主要分布在白山組北東側(cè)，二者均侵入白山組地層。

1.古元古界北山巖群； 2.下石炭統(tǒng)綠條山組； 3.上石炭統(tǒng)白山組一段； 4.上石炭統(tǒng)白山組二段； 5.中泥盆世英云閃長巖； 6.早石炭世花崗閃長巖； 7.晚石炭世石英閃長巖； 8.晚石炭世二長花崗巖； 9.第四系； 10.斷層； 11.同位素采樣位置

圖1風雷山地區(qū)地質(zhì)簡圖[6]

Fig.1GeologicalsketchmapofFengleishanarea[6]

本次樣品采集于白山組一段中，巖性為淺黃—淺褐紅色塊狀流紋巖，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)隱晶狀—霏細狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶： 斜長石0.5～3 mm,半自形板狀，含量10%～20%，絹云母化； 石英0.5～3 mm，熔蝕渾圓狀，熔蝕港灣狀，含量5%～10%； 鉀長石少量?；|(zhì)： 由隱晶狀長英質(zhì)(30%～40%)、霏細狀長英質(zhì)(30%～35%)以及少量球粒狀長英質(zhì)(5%～10%)構(gòu)成。

2 分析方法

在河北省區(qū)域礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室將所取的樣品(樣品號D6151)粉碎至80～100目，用常規(guī)的重液浮選和電磁分離方法進行分選后，再在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒。將樣品鋯石置于環(huán)氧樹脂中，待固結(jié)后拋磨至鋯石粒徑的大約1/2，使鋯石內(nèi)部充分暴露，然后進行鋯石反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)顯微照相。在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗室進行LA-ICP-MS鋯石微區(qū)U-Pb定年。測試點的選取首先根據(jù)鋯石反射光和透射光照片進行初選，再與CL照片反復對比，力求避開內(nèi)部裂隙和包裹體，以獲得較準確的年齡信息。分析使用的激光儀器為Thermo Finnigan Neptune型及與之配套的UP193-FX ArF準分子激光器，激光斑束直徑35 μm，頻率10 Hz，以He為載氣。樣品處理、詳細流程及數(shù)據(jù)處理見侯可軍等[7]。另外，樣品主量元素和微量元素分析由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成。

3 測試結(jié)果

3.1 LA-ICP-MS 鋯石U-Pb年齡

測年樣品(D6151)取自坐標99°15′24″E、41°57′25″N，巖性為塊狀流紋巖，其鋯石呈長、短柱狀，半自形—自形晶形。在陰極發(fā)光圖像(圖2)上可見明顯的巖漿震蕩和生長環(huán)帶，具典型的巖漿鋯石特征[8]。

圖2風雷山地區(qū)流紋巖的鋯石陰極發(fā)光圖像

Fig.2CathodoluminescenceimagesofrepresentativezirconofrhyoliteinFengleishanarea

利用LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年法對該樣品共測試了25顆鋯石，數(shù)據(jù)見表1，結(jié)果顯示Th/U均大于0.4(在0.42～1.06之間)，屬于典型巖漿成因鋯石范圍[8]。206Pb/238U年齡變化范圍在313～324 Ma之間，在諧和圖上樣品基本都集中在諧和線上或諧和線附近(圖3)，25個分析點206Pb/238U加權(quán)平均年齡為(318.5±1.2)Ma，MSWD=0.95，認為該年齡代表了流紋巖的形成時代，為晚石炭世。

表1 風雷山地區(qū)流紋巖LA-ICP-MS 鋯石U-Pb分析結(jié)果

注： 表中所列誤差均為1σ。

圖3 流紋巖U-Pb同位素年齡諧和圖

3.2 巖石地球化學特征

通過主量元素和微量元素分析數(shù)據(jù)(表2)可以看出，SiO2含量為77.05%～77.52%，TiO2含量為0.18%，K2O+Na2O值為6.96%～7.83%，K2O/Na2O值為0.63～1.07。在SiO2-(K2O+Na2O)圖解(圖4)上樣品均投于亞堿性系列的流紋巖區(qū)，在FAM圖解上顯示為鈣堿性系列，SiO2-K2O圖解(圖5)上主要顯示為高鉀鈣堿性系列。A/CNK值為0.99～1.09，表明為偏鋁質(zhì)巖石。

表2 風雷山地區(qū)流紋巖主量元素、微量元素分析結(jié)果

樣品中稀土總量較低，ΣREE在122.95×10-6～147.16×10-6之間。在稀土球粒隕石標準化配分曲線圖(圖6)上，配分曲線明顯右傾斜，為輕稀土富集型，輕重稀土分餾明顯，(La/Yb)N=6.10～8.39，呈明顯的負銪異常，δEu值在0.58～0.68之間，銪負異?？赡苁堑貧と廴谶^程中留下的斜長石作為難容殘余所致[9]。

從微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖(圖7)可以看出，大離子親石元素Rb、K，放射性元素Th、U和親巖漿元素Zr、Hf明顯富集，而高場強元素Ta、Nb、Ti和P虧損明顯。大離子親石元素的富集、Th含量(13.82×10-6～17.68×10-6)>Ta含量(0.81×10-6～0.89×10-6)和Ta、Nb虧損是島弧火山巖突出的地球化學特征[10-16]。

Pc.苦橄玄武巖； B.玄武巖； O1.玄武安山巖； O2.安山巖； O3.英安巖； R.流紋巖； S1.粗面玄武巖； S2.玄武質(zhì)粗面安山巖； S3.粗面安山巖； T.粗面巖、粗面英安巖； F.副長石巖； U1.堿玄巖、碧玄巖； U2.響巖質(zhì)堿玄巖； U3.堿玄質(zhì)響巖； Ph.響巖； Ir.Irvine 分界線上方為堿性，下方為亞堿性

圖4風雷山地區(qū)流紋巖SiO2-(K2O+Na2O)圖解

Fig.4SiO2-(K2O+Na2O)diagramofrhyoliteinFengleishanarea

圖5 流紋巖SiO2-K2O圖解

圖6 球粒隕石標準化稀土配分模式[11]

圖7 原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖[11]

4 討論

1∶20萬區(qū)調(diào)[17]將白山組劃為早石炭世，但未獲得化石、同位素年齡等以論證其時代。本次對北山風雷山地區(qū)的白山組一段流紋巖鋯石U-Pb定年獲得年齡為(318.5±1.2) Ma，認為該年齡代表了流紋巖的形成時代，為晚石炭世。該流紋巖巖石地球化學主要顯示為高鉀鈣堿性系列，具有輕稀土富集，大離子親石元素富集，高場強元素Ta、Nb和Ti虧損，w(Th)>w(Ta)等特征，這些特征都是島弧火山巖突出的地球化學特征[10-16]。在Rb-(Y+Nb)和Rb-(Yb+Ta)圖解(圖8)上，樣品均落入火山弧環(huán)境(VAG)，進一步說明了該流紋巖形成于火山弧構(gòu)造環(huán)境。而風雷山地區(qū)晚石炭世火山巖和中酸性侵入巖的巖石類型組合和成分特征比較，似乎更接近大陸邊緣弧，即成熟的大陸邊緣弧以安山巖、英安巖和流紋巖為主[18]。

風雷山地區(qū)位于紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠巖帶東段南側(cè)，從北向南主要分布下石炭統(tǒng)綠條山組淺海相碎屑巖，晚石炭世石英閃長巖和二長花崗巖，上石炭統(tǒng)白山組火山巖，早石炭世花崗閃長巖等地質(zhì)體。這些地質(zhì)體總體走向為NW—SE向，大致與紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠巖帶走向平行。目前對紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠巖帶構(gòu)造環(huán)境具有相對統(tǒng)一的認識，即該蛇綠巖帶形成于大陸裂谷向大洋轉(zhuǎn)化的構(gòu)造環(huán)境，是早石炭世裂解形成的初始小洋盆的地質(zhì)記錄，形成于裂谷小洋盆環(huán)境，類似于“紅海型”海槽的環(huán)境[2,5,6,19]。在紅石山蛇綠巖中對輝長巖鋯石U-Pb定年為346Ma，代表了該蛇綠巖的形成時代[19]。在大約早石炭世晚期洋殼發(fā)生向南、向北的雙向俯沖,使該蛇綠巖帶北側(cè)板塊的南緣和南側(cè)板塊的北緣分別形成2個以島弧為代表的活動大陸邊緣[5]。

圖8風雷山地區(qū)流紋巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解[12-13]

Fig.8DiagramsoftectonicsettingsoftraceelementsforrhyoliteinFengleishanarea[12-13]

綜合研究表明，在早石炭世沿紅石山—百合山—蓬勃山拉張裂解形成初始小洋盆，即類似于“紅海型”海槽的環(huán)境，同時沉積了下石炭統(tǒng)綠條山組地層。在大約早石炭世晚期洋殼發(fā)生向南、向北的雙向俯沖，到晚石炭世裂解的小洋盆南緣繼續(xù)向南俯沖，從而形成了大量的陸緣弧巖漿，而風雷山地區(qū)的流紋巖應該形成于此構(gòu)造環(huán)境下。

5 結(jié)論

(1)北山風雷山地區(qū)的白山組流紋巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(318.5±1.2) Ma，認為該年齡代表了流紋巖的形成時代，為晚石炭世。

(2)風雷山地區(qū)的流紋巖地球化學特征表現(xiàn)出島弧火山巖特點，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征，認為在早石炭世沿紅石山—百合山—蓬勃山拉張裂解形成的初始小洋盆，約早石炭世晚期洋殼發(fā)生向南、向北的雙向俯沖，到晚石炭世裂解的小洋盆南緣繼續(xù)向南俯沖，從而形成了大量的陸緣弧巖漿，該流紋巖屬于此陸緣弧巖漿的產(chǎn)物。

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GeochemicalcharacteristicsandageofrhyoliteLA-ICP-MSZirconU-PbinFengleishanareaofBeishan,InnerMongolia

CHEN Haidong1, WANG Zilong2, JING Yaozu1, GAO Yong1, HAO Zengyuan1, LU Ning1

(1.InnerMongoliaInstituteofGeologicalSurveyandMineralExploration,Hohhot,InnerMongolia010010,China; 2.ChengduUniversityofTechnology,EarthScienceInstitute,Cheng'du610059,China)

There are large quantities of volcanic rocks in the south of the eastern section of Beishan area’s Hongshishan-Baiheshan-Pengboshan ophiolitic belt. The age of rhyolite indicated by LA-ICP-MS zircon U-Pb is (318.5±1.2) Ma, Late Carboniferous. The rhyolite has 77.05%～77.52% of SiO2, and 6.96%～7.83% of K2O+Na2O. Large ion lithophile (Rb,K,Th,U,Zr,Hf) enrichment and high field strength elements (Ta,Nb,Ti) shortage are displayed in the primitive mantle normalized trace element spider diagram. The petrogeochemical features indicate that the rhyolite shows high potassium calc alkaline series, with the volcanic arc granite attribute. Combined with the study of regional geological characteristics, it indicates that Hongshishan-Baiheshan-Pengboshan extensional faulting formed the initial small ocean basin. Namely, it’s similar to the Red Sea Type trough environment in Early Carboniferous. The oceanic crust subducted into the south and the north directions in late Early Carboniferous. And the southern edge of the consistently cleaving small ocean basin subducted into the south direction by the Late Carboniferous, so large amounts of arc volcanic rocks formed.

U-Pb zircon age; microelement； geochemical character； tectonic evolution； rhyolite; Inner Mongolia; Fengleishan area of Beishan

10.19388/j.zgdzdc.2017.05.07

陳海東，王子龍，景耀祖，等.內(nèi)蒙古北山風雷山地區(qū)流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學及地球化學特征[J].中國地質(zhì)調(diào)查，2017，4(5)：48-54.

P588.141； P597.3

A

2095-8706(2017)05-0048-07

2016-09-11；

2017-03-13。

中國地質(zhì)調(diào)查局“1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(編號： 1212011220462、1212011220461)”項目資助。

陳海東(1987—)，男，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。Email： 346089923@qq.com。

(責任編輯劉丹，常艷)