王挽瓊 郗愛華 葛玉輝 白新會(huì) 王虎

1. 西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 6105002. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 6100593. 中塔澤拉夫尚有限責(zé)任公司，彭吉肯特 7354501.

中亞造山帶地處東歐、西伯利亞、塔里木和華北等克拉通之間(圖1a)，是古亞洲洋俯沖消減、西伯利亞與塔里木-華北板塊碰撞縫合的產(chǎn)物。目前一些研究認(rèn)為，中亞造山帶由增生雜巖、巖漿弧、蛇綠巖、弧相關(guān)盆地及大陸碎片等構(gòu)成，為全球最大的顯生宙增生型造山帶及顯著的大陸生長(zhǎng)區(qū)(Windleyetal., 1990; 陳衍景等, 2009; 潘桂棠等, 2016; 李三忠等, 2016; Xiaoetal., 2020)。作為研究大陸動(dòng)力學(xué)的天然實(shí)驗(yàn)室，中亞造山帶長(zhǎng)期吸引眾多地質(zhì)學(xué)家對(duì)諸如區(qū)域構(gòu)造演化、造山作用方式、造山作用時(shí)限等重大地質(zhì)問(wèn)題的研究，并取得了大量的重要成果。但是，迄今為止對(duì)于古亞洲洋消亡、中亞造山帶最終拼貼時(shí)限等問(wèn)題仍舊存在爭(zhēng)議，觀點(diǎn)包括：大洋消亡于中晚泥盆世-早石炭世(郭勝哲, 1986; 唐克東和張?jiān)势? 1991; 邵濟(jì)安, 1991; 洪大衛(wèi)等, 1994; 徐備和陳斌, 1997)、晚石炭世(高俊等, 2006)及二疊紀(jì)-三疊紀(jì)初(王荃, 1986; 孫德有等, 2004; 李錦軼等, 2007; 童英等, 2010; 趙越等, 2010; 劉永江等, 2019)。除此之外，近幾年在華北板塊北緣中西段阿拉善、四子王旗大廟、徐尼烏蘇及溫都爾廟-集寧等地，均陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了二疊紀(jì)花崗巖類中發(fā)育暗色包體，為研究巖漿來(lái)源及其形成環(huán)境帶來(lái)便利，也有諸多成果不斷涌現(xiàn)。然而，針對(duì)寄主花崗巖侵位的構(gòu)造環(huán)境及暗色包體的形成機(jī)制尚未達(dá)成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，例如，寄主巖石和暗色包體形成于同碰撞環(huán)境下大規(guī)模巖漿的混合(章永梅等, 2009)，陸緣俯沖環(huán)境下安山質(zhì)母巖漿多元共結(jié)分異且經(jīng)多階段混合(張建軍等, 2019)，俯沖環(huán)境下巖漿房不同部位的成分對(duì)流(Zhang and Zhao, 2017)等相差甚遠(yuǎn)的觀點(diǎn)，為合理約束古亞洲洋演化特點(diǎn)及中亞造山帶形成時(shí)限帶來(lái)困惑。

內(nèi)蒙古土牧爾臺(tái)地區(qū)位于華北克拉通北緣(圖1b)，古生代花崗巖類出露廣泛。其中，黑云母二長(zhǎng)花崗巖出露面積可達(dá)880km2(圖1c)，巖體內(nèi)普遍發(fā)育細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體。本文對(duì)該區(qū)出露的黑云母二長(zhǎng)花崗巖及其暗色包體進(jìn)行了巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)等方面的研究表明，黑云母二長(zhǎng)花崗巖及其暗色包體可能形成于早-中二疊世的大陸弧構(gòu)造背景，幔源的基性巖漿與殼源的酸性巖漿混合，形成了寄主巖石及暗色包體，該成果不僅為約束華北克拉通北緣二疊紀(jì)的構(gòu)造屬性提供證據(jù)，也為古亞洲洋消失及中亞造山帶造山作用最終結(jié)束時(shí)限提供線索。

1 地質(zhì)背景及巖體特征

研究區(qū)土牧爾臺(tái)地區(qū)位于內(nèi)蒙古中部烏蘭察布市北側(cè)，區(qū)內(nèi)不同程度發(fā)育中新元古界白云鄂博群、下古生界寒武系-奧陶系阿牙登組、下二疊統(tǒng)拴馬樁組和蘇吉組火山巖、侏羅系火山巖、新生界漢諾壩玄武巖、砂礫石等。其中，白云鄂博群主要分布在徐尼烏蘇斷裂以南，巖性為淺變質(zhì)的陸源碎屑巖-碳酸鹽巖，是華北克拉通北緣古老的沉積蓋層。阿牙登組主要分布在土牧爾臺(tái)南部10km處，為一套碳酸鹽巖-碎屑巖建造，灰?guī)r中發(fā)育腕足類、雙殼類、頭足類及軟舌螺類化石，表明早古生代區(qū)內(nèi)為相對(duì)穩(wěn)定的濱淺海環(huán)境。拴馬樁組分布于鑲黃旗北西部，為一套陸相沉積為主的海陸交互相地層，巖性主要為礫巖、長(zhǎng)石砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖及粉砂巖等，夾薄層灰?guī)r。蘇吉組火山巖分布于土牧爾臺(tái)南東-化德縣北部一帶，巖性主要為流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖及火山角礫巖。晚侏羅世時(shí)，在鑲黃旗附近沉積了一套安山巖，夾少量流紋質(zhì)英安巖和紫色橄欖玄武巖。漢諾壩玄武巖分布在當(dāng)郎忽洞南部一帶，巖性為橄欖玄武巖。

研究區(qū)侵入巖發(fā)育廣泛，時(shí)代為古元古代、奧陶紀(jì)、早志留世和二疊紀(jì)，二疊紀(jì)巖漿活動(dòng)尤為強(qiáng)烈。古元古代花崗巖類僅在化德縣南西部10km處零星出露。構(gòu)成白乃廟島弧的奧陶紀(jì)花崗巖類和早志留世閃長(zhǎng)巖分布在當(dāng)郎忽洞-章毛勿素北部一帶，呈近東西向展布(白新會(huì)等, 2015)。早-中二疊世蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖(270.1±4.2Ma, 王師捷等, 2018)、花崗閃長(zhǎng)巖(271.4±1.3Ma, 王挽瓊等, 2013)、黑云母二長(zhǎng)花崗巖及中二疊世花崗巖在整個(gè)研究區(qū)廣泛出露，整體呈近東西向帶狀分布(圖1c)。

圖1 中亞造山帶大地構(gòu)造位置圖(a, 據(jù)eng?r et al., 1993; Windley et al., 2007修改)、興蒙造山帶構(gòu)造單元?jiǎng)澐?b, 據(jù)Guo et al., 2018修改)和土牧爾臺(tái)地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c, 據(jù)王挽瓊, 2014修改)Fig.1 Tectonic sketch map of the Central Asian Orogenic Belt (a, modified after eng?r et al., 1993; Windley et al., 2007), simplified geological map of Xing’an-Mongolia Orogenic Belt (b, modified after Guo et al., 2018) and geological map illustrating the distribution of Tumuertai area (modified after Wang, 2014)

圖2 黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖的巖相學(xué)特征(a、b)細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體的野外特征及其顯微特征；(c)中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖野外特征，局部發(fā)育似斑狀結(jié)構(gòu)；(d)中細(xì)粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖，斜長(zhǎng)石環(huán)帶結(jié)構(gòu)明顯；(e)中細(xì)粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體的野外特征；(f) 細(xì)粒閃長(zhǎng)巖顯微特征，發(fā)育較多針狀磷灰石.Qtz-石英；Kf-鉀長(zhǎng)石；Mic-微斜長(zhǎng)石；Pl-斜長(zhǎng)石；Hb-角閃石；Bt-黑云母；Ap-磷灰石Fig.2 Petrography features of biotite monzogranite and fine-grained diorite

圖3 黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖的部分鋯石CL圖像，示年齡實(shí)線圓圈代表年齡測(cè)試點(diǎn)位，虛線圓圈代表Hf同位素測(cè)試點(diǎn)位Fig.3 CL images of selected zircons of the biotite monzogranite and fine-grained diorite, showing ages

區(qū)內(nèi)發(fā)育近東西向及北東向逆沖推覆構(gòu)造，在章毛勿素北部見白云鄂博群逆沖推覆覆蓋于白乃廟島弧和下二疊統(tǒng)蘇吉組之上，土牧爾臺(tái)南東部見有下古生界阿牙登組逆沖推覆于下二疊統(tǒng)蘇吉組之上，并在阿牙登組中發(fā)育蘇吉組構(gòu)造窗，李剛等(2012)認(rèn)為該逆沖推覆構(gòu)造是古亞洲洋閉合后陸-陸碰撞的產(chǎn)物。形成于伸展背景的中二疊世肉紅色花崗巖(王挽瓊, 2014)侵入了該逆沖推覆構(gòu)造，也佐證了這一認(rèn)識(shí)。本次工作重點(diǎn)研究的黑云母二長(zhǎng)花崗巖野外露頭較好，整體上呈東西向巖基(株)產(chǎn)出，侵入到白云鄂博群、下二疊統(tǒng)蘇吉組火山巖、古元古代花崗巖、奧陶紀(jì)花崗巖類和早-中二疊世花崗閃長(zhǎng)巖巖體之中，后被中二疊世花崗巖侵入并被第四系覆蓋。巖體中發(fā)育白云鄂博群、早-中二疊世花崗閃長(zhǎng)巖捕擄體及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體(圖1c、圖2a, e)。

寄主巖石呈灰白色-淺肉紅色，造巖礦物為條紋長(zhǎng)石(<35%)、微斜長(zhǎng)石(<35%)、斜長(zhǎng)石(30%～35%)、石英(25%～30%)、黑云母(>5%)及少量普通角閃石，副礦物有鋯石、柱狀磷灰石、粒狀綠簾石及磁鐵礦等。塊狀構(gòu)造，細(xì)粒及中細(xì)粒結(jié)構(gòu)為主(圖2a-c)，局部發(fā)育似斑狀結(jié)構(gòu)(圖2c-e)，斑晶為微斜長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和石英，含量多為5%～10%，部分斜長(zhǎng)石發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)。

暗色包體巖性主要為細(xì)粒閃長(zhǎng)巖，少數(shù)包體與寄主巖石接觸界線清楚，多數(shù)呈漸變過(guò)渡關(guān)系且未見冷凝邊。包體大小、形態(tài)各異，小者約2～3cm，大者直徑可達(dá)40cm，多為橢球形，少數(shù)為不規(guī)則形態(tài)(圖2a, e)。包體具有細(xì)粒半自形結(jié)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要礦物為斜長(zhǎng)石(50%～60%)、角閃石(10%～20%)、黑云母(15%～20%)和石英(<5%)(圖2b, f)。斜長(zhǎng)石較為自形，角閃石發(fā)生輕微綠泥石化蝕變，可見含量大于1%的針狀磷灰石。部分細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體捕獲寄主巖石中的長(zhǎng)石及石英從而發(fā)育似斑狀結(jié)構(gòu)，鏡下可見長(zhǎng)石和石英“斑晶”橫跨包體與寄主巖石界線。

2 分析方法

本文系統(tǒng)選取具代表性的寄主花崗巖和暗色包體樣品(圖1c)進(jìn)行巖石地球化學(xué)分析、全巖Sm-Nd同位素測(cè)試、鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年以及鋯石Hf同位素分析。

鋯石分選在河北省廊坊市區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石制靶、反射光、透射光和陰極發(fā)光(CL)的顯微照相在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院地質(zhì)研究所完成。鋯石U-Pb測(cè)年和Lu-Hf同位素測(cè)試在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析儀器為Finnigan Neptune型多接收等離子質(zhì)譜及與之配套的Newwave UP 213紫外激光剝蝕系統(tǒng)。采用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)劉勇勝研發(fā)的ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)和Ludwig的Isoplot程序(Ludwig, 2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用Andersen (2002)方法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正。鋯石Hf同位素測(cè)試是在鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上進(jìn)行，剝蝕直徑采用55μm，以CJ-1為外標(biāo)，176Hf/177Hf測(cè)試加權(quán)平均值分別為0.282007±0.000007(2σ，n=36)，分析流程見侯可軍等(2007)文獻(xiàn)。

巖石的主量元素、稀土及微量元素和同位素分析均在廣州澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室完成，采用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定主量元素、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定稀土和微量元素、多接受器等離子質(zhì)譜(MC-ICP-MS)測(cè)定143Nd/144Nd(RSD<0.005%)、同位素稀釋質(zhì)譜(ID-ICP-SFMS)精測(cè)Sm-Nd含量(RSD<1%)，Nd同位素采用146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石同位素測(cè)年

中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖(JN71，采樣坐標(biāo)為41°58′35″N、113°15′30″E)中的鋯石呈自形-半自形的短柱狀-長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)約120～200μm(圖3a)，巖漿環(huán)帶發(fā)育，Th/U比值較高(0.41～0.81)，表明鋯石屬巖漿成因(Koschek, 1993)。24個(gè)測(cè)試點(diǎn)的表面年齡集中在280～268Ma之間(表1)，所有測(cè)試點(diǎn)基本分布在諧和線上及其附近，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為273±1Ma(圖4a)。

表1 土牧爾臺(tái)地區(qū)花崗巖類鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)試結(jié)果

續(xù)表1

圖4 黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡諧和圖Fig.4 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagrams of zircon of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

圖5 黑云母二長(zhǎng)花崗巖和細(xì)粒閃長(zhǎng)巖TAS圖解(a, 底圖據(jù)Irvine and Baragar, 1971)和SiO2-K2O圖解(b, 底圖據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)輝長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)引自王師捷等, 2018; 李志丹等, 2020; 花崗閃長(zhǎng)巖及其暗色包體數(shù)據(jù)引自章永梅等, 2009; 王挽瓊等, 2013; 劉洋等, 2019; 二長(zhǎng)花崗巖及其暗色包體數(shù)據(jù)引自張建軍等, 2019.圖6、圖9數(shù)據(jù)來(lái)源及圖例同此圖Fig.5 TAS (a, base map after Irvine and Baragar, 1971) and SiO2-K2O (b, base map after Peccerillo and Taylor, 1976)of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

中細(xì)粒含斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖(T-4，采樣坐標(biāo)為41°52′46″N、113°23′28″E)中的鋯石多為自形的長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)約110～180μm(圖3b)，發(fā)育十分明顯的巖漿振蕩環(huán)帶，Th/U比值較高(0.23～0.96)，亦具巖漿成因鋯石特征。30顆測(cè)試鋯石中有2顆為捕獲或繼承鋯石，分別測(cè)定出2194±23Ma(No.8號(hào))和1398±31Ma(No.14)的207Pb/206Pb表面年齡，6顆鋯石可能因Pb丟失較嚴(yán)重使得表面年齡諧和性較差，另外22顆鋯石的表面年齡集中分布在272～267Ma之間(表1)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為271±1Ma(圖4b)。

暗色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體(T-1，采樣坐標(biāo)為41°52′58″N、113°23′14″E)中的鋯石據(jù)CL圖像特征可分為3類(圖3c)：第一類為振蕩環(huán)帶明顯的自形巖漿鋯石(13顆)，粒徑為100～160μm，206Pb/238U表面年齡為274～263Ma；第二類為巖漿環(huán)帶不明顯的半自形-他形鋯石(15顆)，粒徑為60～100μm，206Pb/238U表面年齡變化范圍較大(258～156Ma)，可能演化過(guò)程中遭受熱液疊加發(fā)生了鉛丟失；第三類呈半自形粒狀且數(shù)量較少，粒徑為80～100μm，具有207Pb/206Pb為1436±30Ma和1057±74Ma的表面年齡，可能為巖漿上升過(guò)程中捕獲古老基底中的鋯石。分析認(rèn)為，第一類13顆自形巖漿鋯石的加權(quán)平均年齡268±2Ma可代表暗色細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體的結(jié)晶年齡(圖4c)。

3.2 巖石地球化學(xué)

黑云母二長(zhǎng)花崗巖及暗色包體的主量和微量元素分析數(shù)據(jù)見表2。

3.2.1 主量元素

寄主巖石黑云母二長(zhǎng)花崗巖的SiO2含量范圍在70.79%～74.07%之間，全堿(Na2O+K2O)含量介于6.90%～8.13%之間，多數(shù)樣品的K2O含量高于Na2O，K2O/Na2O=0.98～1.40，具有高Al2O3(13.48%～15.00%)，低CaO(1.46%～1.99%)和Mg#值(23.8～39.1)的特點(diǎn)。在TAS圖解中落入花崗巖范圍內(nèi)，屬亞堿性系列巖石(圖5a)；里特曼指數(shù) (σ)為1.70～2.44，小于3.3，為鈣堿性巖石系列，在SiO2-K2O圖解中，樣品均落入高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)(圖5b)；鋁飽和指數(shù)A/CNK值小于1.1(1.05～1.09)，屬于弱過(guò)鋁質(zhì)巖石。

表2 黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

圖6 黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖的Harker圖解Fig.6 The plots of Haker of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

暗色包體的SiO2含量(53.66%～63.95%)、全堿(Na2O+K2O=5.53%～7.92%)和K2O含量低于寄主巖石，Al2O3(16.16%～17.97%)和CaO(2.38%～5.30%)含量及Mg#值(31.7～43.8)高于寄主巖石。K2O含量低于Na2O，K2O/Na2O=0.38～0.83。TAS圖解中，樣品主要落入閃長(zhǎng)巖區(qū)域(圖5a)；SiO2-K2O圖解顯示巖石屬于鈣堿性-高鉀鈣堿性系列(圖5b)，里特曼指數(shù)(σ)變化范圍較大(4個(gè)樣品的σ值小于3.3；2個(gè)樣品的σ值大于3.3)。在Harker圖解中，寄主巖石與暗色包體具有較好的直線線性關(guān)系，SiO2與CaO、Al2O3、FeOT、TiO2、MgO、P2O5呈負(fù)相關(guān)，與K2O呈正相關(guān)(圖6)。

3.2.2 微量元素

寄主巖石的稀土總量(∑REE)為89.1×10-6～167.1×10-6，輕、重稀土元素的比值(LREE/HREE)為4.1～14.0，(La/Yb)N為3.1～16.4，具有富集輕稀土、虧損重稀土的右傾型特征(圖7a)，Eu負(fù)異常明顯(δEu為0.27～0.86)。暗色包體的稀土總量(∑REE)為72.1×10-6～205.9×10-6，整體高于寄主巖石；輕、重稀土元素分異程度差異較大(LREE/HREE=1.9～10.9，(La/Yb)N=1.7～12.4)，輕稀土分異程度弱于寄主巖石，但其重稀土分異強(qiáng)于寄主巖石；Eu負(fù)異常變化范圍也較大(δEu為0.18～0.96)。

原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖顯示，寄主巖石與暗色包體的微量元素特征比較相似，相對(duì)富集K、Rb、Th等大離子親石元素，虧損Nb、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素(圖7b)，包體中由于發(fā)育較多磷灰石，其P呈弱負(fù)異常-弱正異常，明顯高于寄主巖石，但Ba、Th、K等元素含量明顯低于寄主巖石。

3.3 Sm-Nd同位素

寄主巖石的147Sm/144Nd比值變化范圍為0.1026～0.1545，143Nd/144Nd比值介于0.511902～0.511997之間(表3)，Sm-Nd全巖等時(shí)年齡為273.3±45.4Ma(圖8a)。初始143Nd/144Nd值為0.511708～0.511741，虧損地幔模式年齡(tDM)為2.44～1.73Ga，εNd(t)值介于-11.3～-10.7之間。暗色包體的147Sm/144Nd比值變化范圍為0.1165～0.2338，143Nd/144Nd比值介于0.511945～0.512155之間(表3)，Sm-Nd全巖等時(shí)年齡為261.5±35.3Ma，等時(shí)線相關(guān)性良好(圖8b)。初始143Nd/144Nd值為0.511722～0.511772，虧損地幔模式年齡(tDM)為2.13～1.85Ga，εNd(t)值介于-11.1～-10.2之間。

表3 黑云母二長(zhǎng)花崗巖及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖Sm-Nd同位素組成

表4 黑云母二長(zhǎng)花崗巖的鋯石Hf同位素分析結(jié)果

圖7 黑云母二長(zhǎng)花崗巖和細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素模式圖(a, 球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b, 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)輝長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)引自王師捷等, 2018; 李志丹等, 2020Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a, normalizing data from Boynton, 1984) and primitive mantle-normoalized trace elemet spiderdiamrams (b, normalizing data from Sun and McDonough, 1989) of the biotite monzogranite and fine-grained diorite

圖8 黑云母二長(zhǎng)花崗巖(a)及細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體(b)Sm-Nd同時(shí)線圖Fig.8 Sm-Nd isochron diagrams of the biotite monzogranite (a) and fine-grained diorite (b)

3.4 鋯石Hf同位素

寄主巖石(JN71)中鋯石的176Lu/177Hf比值介于0.001030～0.001873之間，表明放射性成因的Hf含量很低。176Hf/177Hf比值介于0.282240～0.282439之間，平均為0.282376，εHf(t)值在-13.0～-6.1之間，平均值為-8.1；一階段Hf同位素模式年齡tDM1為1437～1160Ma，二階段Hf模式年齡tDM2為2120～1679Ma(即2.12～1.68Ga)(表4)。

4 討論

4.1 形成時(shí)代及構(gòu)造環(huán)境判別

對(duì)于土牧爾臺(tái)地區(qū)黑云母二長(zhǎng)花崗巖的形成時(shí)代，目前為止沒有可靠的同位素定年資料，前人(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì),1976(1)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì). 1976. 鑲黃旗幅1:20萬(wàn)地質(zhì)圖)僅根據(jù)野外地質(zhì)接觸關(guān)系，即黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵入燕山早期花崗閃長(zhǎng)巖及上侏羅統(tǒng)多倫組并被下白堊統(tǒng)巴彥花組不整合覆蓋，將其形成時(shí)代歸屬為燕山早期。本次野外地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，黑云母二長(zhǎng)花崗巖侵入早-中二疊世花崗閃長(zhǎng)巖(271Ma, 王挽瓊等, 2013)及下二疊統(tǒng)蘇吉組火山巖(270Ma, 董曉杰等, 2016)中，結(jié)合本文對(duì)黑云母二長(zhǎng)花崗巖及暗色包體273～271Ma和268Ma的測(cè)年結(jié)果，指示其為早-中二疊世巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。此外，土牧爾臺(tái)南東部已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖有著與黑云母二長(zhǎng)花崗巖基本一致的同位素年齡(270Ma, 王師捷等, 2018)，揭示了該時(shí)期尚存在源自地幔的巖漿活動(dòng)。

圖9 黑云母二長(zhǎng)花崗巖和細(xì)粒閃長(zhǎng)巖構(gòu)造環(huán)境判別圖(a, 底圖據(jù)Pearce et al., 1984; b, 底圖據(jù)Harris et al., 1986)Fig.9 The tectonic discrimination diagrams of the biotite monzogranite and fine-grained diorite (a, base map after Pearce et al., 1984; b, base map after Harris et al., 1986)

圖10 鋯石t-εHf(t)圖解(a, 底圖據(jù)李志丹等, 2020)和全巖t-εNd(t)圖解(b, 底圖據(jù)王芳等, 2009)達(dá)茂旗輝長(zhǎng)巖數(shù)據(jù)引自李志丹等, 2020; 大青山花崗巖數(shù)據(jù)引自莫南等, 2014; 東升廟二長(zhǎng)花崗巖數(shù)據(jù)引自吳亞飛等, 2013; 阿拉善二長(zhǎng)花崗巖數(shù)據(jù)引自張建軍等, 2019; 商都縣蘇吉火山巖數(shù)據(jù)引自董曉杰等, 2016Fig.10 t vs. εHf(t) diagram of zircon (a, base map after Li et al., 2020) and t vs. εNd(t) diagram of whole-rock (b, base map after Wang et al., 2009)

現(xiàn)代構(gòu)造理論及實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)研究認(rèn)為，俯沖帶環(huán)境下洋殼板片在一定深度下會(huì)脫水形成富含K、Rb、Cs、Sr、Ba、U、Th等元素的流體，這些流體進(jìn)入巖石圈地幔并發(fā)生交代作用，可使地幔部分熔融形成富含流體的玄武質(zhì)巖漿。將今論古，古亞洲洋閉合過(guò)程與現(xiàn)代島弧演化具有相似的特點(diǎn)。前人研究顯示，古亞洲洋消失的過(guò)程是通過(guò)洋殼向華北板塊下俯沖完成的，洋片脫水誘導(dǎo)的地幔部分熔融在華北克拉通北緣規(guī)模較大，持續(xù)時(shí)間可能為300～262Ma并在280Ma左右達(dá)到高峰(邵濟(jì)安等, 2020)，土牧爾臺(tái)南東部270Ma的蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖可能是其代表性巖石類型。底侵玄武質(zhì)巖漿釋放水和熱，誘發(fā)大規(guī)模上覆古老下地殼物質(zhì)部分熔融，可能是區(qū)域花崗質(zhì)巖漿的主要形成機(jī)制。溫都爾廟東部查干烏拉-哈珠地區(qū)出露的晚石炭世-早二疊世阿木山組灰?guī)r中發(fā)育大量海百合莖和蜓類化石，指示當(dāng)時(shí)為溫暖清澈的淺海環(huán)境(呂紅達(dá)等, 2019)。劉永江等(2019)綜合研究了東北地區(qū)及鄰區(qū)蛇綠巖的時(shí)空分布、巖石組合、形成時(shí)代及其構(gòu)造環(huán)境特征，結(jié)合古生物、巖相古地理展布、古地磁及巖漿活動(dòng)等多學(xué)科證據(jù)，認(rèn)為古亞洲洋在溫都爾廟地區(qū)于260Ma左右閉合。卜建軍等(2020)對(duì)古亞洲洋構(gòu)造域地層出露特征及放射蟲、腕足類和古植物等古生物的研究表明，古亞洲洋東段洋盆沿索倫-溫都爾廟-西拉木倫-延吉一線于晚二疊世閉合。

本次工作依據(jù)Nb、Y、Rb、Hf、Ta等微量元素進(jìn)行構(gòu)造環(huán)境判別(圖9)，發(fā)現(xiàn)黑云母二長(zhǎng)花崗巖樣品落入火山弧范圍，表明其具有俯沖帶弧巖漿的地球化學(xué)特點(diǎn)，佐證了古亞洲洋板片俯沖消亡與區(qū)域花崗巖之間的成因聯(lián)系，揭示了研究區(qū)花崗質(zhì)巖石形成于俯沖島弧環(huán)境，暗示了花崗巖及其暗色包體形成時(shí)古亞洲洋并未完全消失，區(qū)域上大量花崗巖及其暗色包體的存在，表明該時(shí)期華北克拉通北緣存在大規(guī)模底侵及殼源弧巖漿作用。與此同時(shí)，研究區(qū)東部的烏彥溝發(fā)現(xiàn)高鉀鈣堿性-鉀玄質(zhì)花崗巖和堿長(zhǎng)花崗巖(267.2～265.1Ma)具有A型花崗巖和鋁質(zhì)A2型花崗巖特點(diǎn)，可能形成于古亞洲洋板塊碰撞后的伸展環(huán)境(王挽瓊, 2014)。據(jù)此推斷，研究區(qū)內(nèi)273～268Ma時(shí)期古亞洲洋并未完全消失，或者說(shuō)板塊的碰撞過(guò)程尚未完全結(jié)束，下插的古亞洲洋板片為區(qū)域花崗巖類及其暗色包體的形成提供了巖漿形成的先決條件。

4.2 巖漿源區(qū)性質(zhì)

目前，在內(nèi)蒙古阿拉善、烏拉特后旗東升廟、達(dá)茂旗、大青山及集寧北部的商都縣等地區(qū)均發(fā)現(xiàn)較大面積出露的278～260Ma的輝長(zhǎng)巖、花崗巖及酸性火山巖，它們擁有εHf(t)值為-18.1～-5.0、二階段Hf模式年齡為2.41～1.61Ga的同位素特點(diǎn)(圖10a, 吳亞飛等, 2013; 莫南等, 2014; 董曉杰等, 2016; 劉洋等, 2019; 張建軍等, 2019; 李志丹等, 2020)，與區(qū)域上索倫山-西拉木倫斷裂帶南側(cè)的花崗巖類特點(diǎn)相似(王濤和侯增謙, 2018)，巖漿具有華北克拉通古元古代下地殼部分熔融的源區(qū)特點(diǎn)。

圖11 黑云母二長(zhǎng)花崗巖和細(xì)粒閃長(zhǎng)巖MgO-FeOT演化圖解(底圖據(jù)Zorpi et al., 1989)花崗閃長(zhǎng)巖及其暗色包體數(shù)據(jù)引自章永梅等, 2009; 王挽瓊等, 2013; 王師捷等, 2018; 劉洋等, 2019; 二長(zhǎng)花崗巖及其暗色包體數(shù)據(jù)引自張建軍等, 2019Fig.11 Diagram of MgO-FeOT of the biotite monzogranite and fine-grained diorite (base map after Zorpi et al., 1989)

本次巖石學(xué)工作顯示，研究區(qū)的黑云母二長(zhǎng)花崗巖主要造巖礦物為條紋長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英、黑云母和少量的角閃石，暗色礦物含量不超過(guò)7%，未發(fā)現(xiàn)白云母、堇青石和石榴石等富鋁礦物，且?guī)r石以富硅、堿，A/CNK值小于1.1(1.05～1.09)為特征，指示其為I型花崗巖。巖石地球化學(xué)顯示花崗巖稀土總量較高且具有富集K、Rb、Th等大離子親石元素，虧損Nb、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素的殼源巖漿特點(diǎn)。t-εNd(t)圖解中樣品落在2.5Ga、1.8Ga地殼演化線之間(圖10b)，鋯石t-εHf(t)圖解證實(shí)巖漿源于球粒隕石演化線以下的古元古代下地殼(圖10a)。結(jié)合其古老的Nd、Hf模式年齡(分別為2.13～1.85Ga和2.12～1.68Ga)和巖漿捕獲鋯石年齡(2194Ma、1436Ma、1398Ma、1057Ma)等信息，揭示了黑云母二長(zhǎng)花崗巖與集寧一帶早前寒武紀(jì)結(jié)晶基底具有強(qiáng)烈的相似性(Pengetal., 2012)，印證了巖漿源區(qū)主要為華北克拉通古老下地殼的部分熔融。

4.3 包體的成因

關(guān)于暗色包體的研究，前人已經(jīng)做了大量的工作并取得系列成果(肖慶輝等, 2002; 王德滋和謝磊, 2008; Zhang and Zhao, 2017)。本區(qū)的細(xì)粒閃長(zhǎng)巖包體形態(tài)多呈橢球狀部分為球狀，具有塑性流變的結(jié)晶形態(tài)特點(diǎn)(圖2a, e)，與寄主巖石結(jié)晶年齡基本一致的同位素證據(jù)表明包體并非圍巖捕擄體。包體不發(fā)育堆晶結(jié)構(gòu)且結(jié)晶粒度小于寄主花崗巖，大部分樣品的稀土總量高于寄主巖石，且Eu負(fù)異常強(qiáng)于寄主巖石(圖7、表2)，指示包體并非巖漿早期分離結(jié)晶形成的堆晶體(邱檢生等, 2004)。

將研究區(qū)的寄主巖石及暗色包體樣品投影在MgO-FeOT圖解中，包體與寄主巖石未沿結(jié)晶分異趨勢(shì)演化，而是呈巖漿混合趨勢(shì)并顯示出良好的線性關(guān)系(圖11)，Hark圖解也顯示暗色包體位于蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖與寄主巖石之間，暗示可能為蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖與寄主花崗巖混合的產(chǎn)物，兩者的初始143Nd/144Nd值與SiO2呈負(fù)相關(guān)以及包體中含量大于1%的針狀磷灰石的存在，一定程度上也指示其形成過(guò)程可能發(fā)生了巖漿的混合作用(肖慶輝等, 2002; 張旗等, 2007; 王德滋和謝磊, 2008; 趙振華, 2016)。

為了查明形成暗色包體的巖漿混合比例，從蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖中選取SiO2和K2O+Na2O含量最低的樣品P27H9-4作為基性端元，從寄主巖石中選取SiO2和K2O+Na2O含量最高的2個(gè)樣品T-10和JN71，取其平均值作為酸性端元，根據(jù)混合作用方程Cim=KCia+(1-K)Cib定量計(jì)算基性與酸性端元混合比例(其中Cim為某元素在混合巖中的百分含量或者豐度，K為混合巖漿中基性端元的百分比例，Cia為基性端元巖漿中某元素的百分含量或者豐度，Cib為酸性端元巖漿中某元素的百分含量或者豐度)(莫宣學(xué)等, 2009)。計(jì)算結(jié)果顯示，暗色包體可能由32%～72%基性巖漿與68%～28%酸性巖漿混合而成。這種成分特點(diǎn)相當(dāng)于中性的安山質(zhì)巖漿，結(jié)晶形成以角閃石為主的閃長(zhǎng)巖包體。形成的地球動(dòng)力學(xué)機(jī)制就是華北板塊北緣古亞洲洋消亡的地質(zhì)過(guò)程，研究區(qū)大量的黑云母二長(zhǎng)花崗巖及其中的暗色包體是殼幔相互作用的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)內(nèi)蒙古中部土牧爾臺(tái)地區(qū)的花崗質(zhì)巖石及暗色包體研究揭示，黑云母二長(zhǎng)花崗巖具有273±1Ma～271±1Ma的結(jié)晶年齡，暗色包體具有268±2Ma的同位素年齡，表明寄主巖石及包體均形成于早-中二疊世。

(2)黑云母二長(zhǎng)花崗巖富硅、堿、鋁，貧P2O5、Cr、Ni、Co，Eu、Nb、P、Ti負(fù)異常顯著，為高分異的高鉀鈣堿性弱過(guò)鋁質(zhì)I型花崗巖?；◢弾r負(fù)εHf(t)、εNd(t)值和古老的模式年齡，指示巖漿源區(qū)為華北克拉通古元古代下地殼。

(3)區(qū)域上廣泛分布同時(shí)代的蘇長(zhǎng)輝長(zhǎng)巖，與寄主花崗巖各自具有不同的巖漿源區(qū)。輝長(zhǎng)巖可能代表該時(shí)期幔源底侵玄武質(zhì)巖漿的上侵產(chǎn)物，暗色包體為玄武質(zhì)巖漿與熔融的古老下地殼混合產(chǎn)物，是殼?；旌系募畜w現(xiàn)。

(4)黑云母二長(zhǎng)花崗巖具有典型的弧巖漿特點(diǎn)，暗示早-中二疊世古亞洲洋洋片仍有部分殘存，洋殼的俯沖下插為該時(shí)期區(qū)域巖漿作用提供地球動(dòng)力學(xué)條件。

致謝本文野外地質(zhì)調(diào)查和樣品測(cè)試得到了劉正宏教授和徐仲元教授的大力支持；感謝續(xù)海金教授、匿名審稿專家和本刊編輯對(duì)本文提出的寶貴修改意見。