雷豪 張貴賓 徐備, 2

1.北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院，造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100871 2.河北省戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北地質(zhì)大學(xué)，石家莊 050031

中亞造山帶位于西伯利亞板塊和華北板塊及塔里木板塊之間，是典型的增生型造山帶(eng?retal., 1993; Windleyetal., 2007; Xiaoetal., 2003, 2010, 2013; Li, 2006; Xuetal., 2013, 2015)。近些年有關(guān)中亞造山帶的構(gòu)造演化模式問題引起了地學(xué)界的廣泛討論，尤其是古亞洲洋構(gòu)造演化階段如何劃分的問題一直存在不同觀點(diǎn)。位于中亞造山帶東部的興蒙造山帶，歷經(jīng)了多次與古亞洲洋密切相關(guān)的構(gòu)造演化過程，是記錄古亞洲洋演化的重要區(qū)域(Jahnetal., 2000, 2004; Huetal., 2015; Zhangetal., 2015)，對(duì)中亞造山的構(gòu)造演化研究工作具有重要指示意義。興蒙造山帶南段存在廣泛的晚古生代巖漿活動(dòng)，大體上可劃分為三種：晚二疊世-早三疊世同碰撞-后碰撞花崗巖(Jianetal., 2010; 徐備等, 2014)；晚石炭世-早二疊世A型花崗巖(洪大衛(wèi)等, 1994; Shietal., 2004; Zhangetal., 2015)；晚石炭世-中二疊世鈣堿性花崗巖(Shietal., 2003; 劉建峰等, 2009; Zhangetal., 2016)。研究區(qū)同時(shí)發(fā)育有碰撞成因花崗巖、鈣堿性花崗巖和A型花崗巖，表明該時(shí)期興蒙造山帶存在較復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿事件。

目前就古亞洲洋的閉合時(shí)限和位置問題，地學(xué)界主要持有兩種觀點(diǎn)，一部分學(xué)者認(rèn)為該區(qū)域演化類似環(huán)太平洋增生型造山帶，在古生代發(fā)育多次俯沖和島弧增生過程(Chenetal., 2000; Miaoetal., 2008; Songetal., 2015)，最終于晚二疊世到早三疊世沿索倫縫合帶閉合(Xiaoetal., 2003)。另一部分學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋早在晚志留世或早-中泥盆世就已經(jīng)閉合(Tang, 1990; Xuetal., 2013)；而在隨后的石炭-二疊紀(jì)期間，則進(jìn)入了以伸展構(gòu)造背景為特征的地殼演化新階段(邵濟(jì)安等, 2014; Tongetal., 2015; 徐備等, 2018)。

索倫縫合帶對(duì)限定古亞洲洋的演化階段具有重要意義。位于內(nèi)蒙林西縣的西拉木倫斷裂帶展布于興蒙造山帶南緣，屬于索倫縫合帶的一部分，也是西伯利亞板塊和阿穆爾板塊對(duì)接活動(dòng)帶的重要部分。因此，對(duì)沿該帶分布的巖體的地質(zhì)年代學(xué)、地球化學(xué)研究，對(duì)約束古亞洲洋的構(gòu)造演化具有重要意義。在西拉木倫斷裂帶北緣雙井地區(qū)的雙井片巖和片麻狀二長花崗巖接觸帶上，出露有含暗色包體的花崗質(zhì)巖體。本研究以該巖體為研究對(duì)象，查明其巖相學(xué)、地球化學(xué)以及地質(zhì)年代學(xué)特征，探討該區(qū)域的大地構(gòu)造背景及其演化歷史，以期為厘定古亞洲洋構(gòu)造演化階段提供信息。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

本文的采樣地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古中部地區(qū)的興蒙造山帶東段，根據(jù)Xiaoetal.(2003)和Xuetal.(2013)對(duì)該地區(qū)構(gòu)造單元的劃分，研究區(qū)由南至北可劃分為：南造山帶、索倫縫合帶、北造山帶、二連賀根山蛇綠巖帶以及烏里雅斯臺(tái)活動(dòng)陸緣(圖1b)。其中南造山帶位于索倫縫合帶和華北克拉通之間，從北到南依次發(fā)育蛇綠混雜巖、島弧巖漿巖、弧后和前陸盆地沉積以及一套變質(zhì)巖系(張晉瑞等, 2018)，含大量與俯沖或后碰撞相關(guān)的火成巖(劉敦一等, 2003; Jianetal., 2008)，表現(xiàn)出自北向南的俯沖極性。在北造山帶內(nèi)，同樣也識(shí)別出混雜巖、島弧巖漿巖、弧后和前陸盆地等幾個(gè)構(gòu)造單元，并顯示為自南向北的俯沖極性。因此，古亞洲洋在南、北造山帶形成之前存在雙向俯沖體系(Xu and Chen, 1997; Xuetal., 2013, 2015)。索倫縫合帶位于南、北造山帶之間，以分布較多蛇綠巖殘片為特點(diǎn)，且發(fā)育有完整的海進(jìn)、海退沉積旋回序列(蔣干清等, 1995; 方俊欽等, 2014; 趙立敏, 2010)。本文研究區(qū)位于內(nèi)蒙古中部西拉木倫河北側(cè)的雙井地區(qū)，地處南造山帶北緣和索倫縫合帶南緣之間的西拉木倫斷裂帶內(nèi)(圖1)。

圖1 中亞造山帶中-東段構(gòu)造格架圖(a,據(jù)Jahn, 2004; Zhang et al., 2015修改)及內(nèi)蒙古中部地區(qū)地質(zhì)簡圖(b,據(jù)Xiao et al., 2003修改)

在蓮花山-房框子-那達(dá)嘎地區(qū)均有出露的雙井片巖(圖2)，由各類淺變質(zhì)片巖組成，并夾有透鏡狀大理巖(張晉瑞等, 2018)。之前一直認(rèn)為雙井片巖和其周圍的片麻狀花崗巖是晚太古代的構(gòu)造塊體，被稱為“雙井微陸塊”，但綜合近些年前人的研究發(fā)現(xiàn)，其原巖實(shí)際為晚古生代碎屑-碳酸鹽沉積。該地區(qū)雙井片巖的相平衡模擬結(jié)果表明，部分樣品的石榴石環(huán)帶分別記錄了升溫升壓過程，峰期后經(jīng)歷近等溫減壓過程，指示了該區(qū)域存在減薄地殼的加厚再伸展構(gòu)造演化過程(Zhangetal., 2016)。在雙井地區(qū)二疊紀(jì)區(qū)域構(gòu)造演化過程中，存在碰撞造山過程(李錦軼等, 2007; 李益龍等, 2012)，其中一個(gè)重要證據(jù)是雙井片巖經(jīng)歷較低級(jí)的綠簾角閃相變質(zhì)，其變質(zhì)時(shí)代可能指示與碰撞造山有關(guān)的區(qū)域構(gòu)造事件。Zhangetal.(2018)測(cè)得雙井片巖中白云母40Ar-39Ar年齡為240±2Ma，結(jié)合李錦軼等(2007)在研究區(qū)發(fā)現(xiàn)有237.5±2.7Ma的S型花崗巖，因此可將碰撞造山過程限定在238～240Ma。

圖2 內(nèi)蒙古林西縣雙井地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)Li et al., 2014; Zhang et al., 2016修改)

在房框子單元出露的S型花崗巖，其鋯石U-Pb年齡為271.9±1.6Ma和264.8±1.8Ma(李益龍等, 2009)。另外，在房框子單元的南部雙井子單元出露的S型花崗巖鋯石年齡為229.2±4.1Ma和237.5±2.7Ma(李錦軼等, 2007)，指示在該區(qū)域存在碰撞造山背景，亦指向索倫縫合帶的最終閉合發(fā)生于晚二疊世-早三疊世。由此可見該區(qū)域既存在伸展構(gòu)造過程(Zhangetal., 2016)，也存在碰撞造山的過程(李錦軼等, 2007; Lietal., 2014)。因此，對(duì)雙井地區(qū)該時(shí)期構(gòu)造演化階段的進(jìn)一步劃分以及地質(zhì)期次的確定，具有非常重要的地質(zhì)意義。

本文所研究的含暗色包體的花崗質(zhì)巖體位于內(nèi)蒙古林西縣雙井地區(qū)，采自戴家窩鋪村后采石場(chǎng)處，位于南側(cè)雙井片巖和北側(cè)片麻狀二長花崗巖的交界地帶(圖2)。暗色包體在花崗質(zhì)巖體中呈條帶狀分布，與周邊花崗質(zhì)部分有較為明顯的界限，且都變形拉長并具有一定的定向性，指示了巖體侵入時(shí)塑性流動(dòng)的特征(圖3a, b)。

圖3 雙井地區(qū)含暗色包體的花崗質(zhì)巖體野外特征及鏡下照片

2 分析方法

在巖石手標(biāo)本上暗色包體和周邊花崗質(zhì)巖體有截然的界限，為了對(duì)比二者之間的差異，利用切割機(jī)將手標(biāo)本上的暗色包體、周邊花崗巖部分切割分離出來，把混合的部分剔除掉，將分開之后的巖石樣品按分析需求分別進(jìn)行測(cè)試、對(duì)比。

2.1 礦物成份分析

礦物的電子探針成份分析和背散射圖像在北京大學(xué)教育部造山帶與地殼演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。測(cè)試分析所用的電子探針型號(hào)為JEOL JXA-8100，實(shí)驗(yàn)條件為加速電壓15kV，電流為10nA，所用束斑大小為2μm。采用PRZ方法修正，標(biāo)準(zhǔn)樣品為美國SPI公司的53種礦物，分析精度在5%以內(nèi)。

2.2 全巖主微量元素

巖石樣品的全巖化學(xué)前處理與主微量元素測(cè)定在南京聚譜檢測(cè)科技有限公司完成。樣品消解流程如下：稱取40mg全巖粉末置于聚四氟乙烯溶樣彈中，加入0.5mL硝酸與1.0mL氫氟酸，溶樣彈經(jīng)鋼套密封后放入烘箱：鎂鐵質(zhì)樣品在195℃烘箱內(nèi)加熱48小時(shí)，長英質(zhì)樣品加熱72小時(shí)，以確保樣品被徹底消解。消解液被稀釋后(相對(duì)于固體樣品，稀釋因子2000倍)，以霧化形式送入Agilent 7700x ICP-MS測(cè)定微量元素。在前處理和分析過程中，采用美國地質(zhì)調(diào)查局USGS地球化學(xué)巖石粉末標(biāo)樣(玄武巖BIR-1、BHVO-2、BCR-2、安山巖AGV-2、流紋巖RGM-2、花崗閃長巖GSP-2)來監(jiān)控儀器測(cè)試的準(zhǔn)確性和前處理對(duì)真實(shí)值的影響。固體濃度大于10×10-6的微量元素，偏離范圍不超過±10%；固體濃度大于50×10-6的微量元素，偏離范圍不超過±5%。

主量元素的測(cè)定，采用安捷倫公司5110型ICP-OES，測(cè)試SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、P2O5與TiO2等，AGV-2(安山巖)與 BHVO-2(玄武巖)測(cè)試結(jié)果與推薦值基本一致，測(cè)試結(jié)果相對(duì)誤差小于2%。

2.3 鋯石U-Pb定年及微量元素

本次研究挑選了9件樣品進(jìn)行LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年分析，包括6件暗色包體樣品(LX17-4～9)以及3件周邊淺色的花崗質(zhì)部分(LX17-1～3)。LA-ICP-MS 鋯石U-Pb定年測(cè)試在南京聚譜檢測(cè)科技有限公司完成。1193nm ArF準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)由Australian Scientific Instruments制造，型號(hào)為RESOlution LR。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)由安捷倫科技(Agilent Technologies)制造，型號(hào)為Agilent 7700x。準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生的深紫外光束經(jīng)勻化光路聚焦于鋯石表面，能量密度為8.0J/cm2，束斑直徑為33μm，頻率為6Hz，共剝蝕40秒，剝蝕氣溶膠由氦氣送入ICP-MS完成測(cè)試。

測(cè)試過程中以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(1062.4±0.8Ma, Wiedenbecketal., 1995)為外標(biāo)，校正儀器質(zhì)量歧視與元素分餾；以標(biāo)準(zhǔn)鋯石GJ-1(599.8±4.5Ma, Jacksonetal., 2004)為監(jiān)控標(biāo)樣，檢驗(yàn)U-Pb定年數(shù)據(jù)質(zhì)量；以NIST SRM 610為外標(biāo)，以Si為內(nèi)標(biāo) 標(biāo)定鋯石中的Pb元素含量，以Zr為內(nèi)標(biāo)標(biāo)定鋯石中其余微量元素含量(Liuetal., 2010a; Huetal., 2011)。原始的測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過ICP DataCal軟件離線處理完成(Liuetal., 2010a, b)。

2.4 鋯石Lu-Hf同位素

在鋯石LA-ICP-MS定年的基礎(chǔ)之上，對(duì)淺色部分和暗色包體共9個(gè)樣品進(jìn)行了鋯石微區(qū)Lu-Hf同位素測(cè)定，共81個(gè)測(cè)試點(diǎn)。鋯石原位Lu-Hf同位素測(cè)定在北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，所用儀器為英國Nu Instrument公司Nu PlasmaⅡ多接收等離子體質(zhì)譜儀MC-ICP-MS，并連接德國Coherrent公司Coherrent GeoLas HD激光剝蝕系統(tǒng)(193nm準(zhǔn)分子激光)。

實(shí)驗(yàn)過程中采用He氣作為載氣，載氣的通量為630sccm，激光能量密度為10J/cm2；束斑大小為44μm，剝蝕頻率為5Hz。標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(0.282307, Wuetal., 2006)作為鋯石Lu-Hf同位素分析的外部標(biāo)樣，并采用Penglai(0.282906, Lietal., 2010)和Ple?ovice(0.282483, Slámaetal., 2008)檢驗(yàn)校正結(jié)果。分析數(shù)據(jù)的離線處理包括對(duì)樣品和空白信號(hào)的選擇、同位素的質(zhì)量分餾校正，以及εHf(t)和tDM值的計(jì)算，使用軟件Iolite完成。

2.5 全巖Sr-Nd同位素

樣品的分離和提純是在北京大學(xué)的超凈實(shí)驗(yàn)室完成的，通過傳統(tǒng)離子交換程序完成Rb、Sr、Sm和Nd的分離；Sr-Nd同位素分析在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室通過霧化系統(tǒng)(Aridus Ⅱ TM Membrane Desolvation)和多接收等離子體質(zhì)譜(Nu Plasma Ⅱ MC-ICPMS)完成。

測(cè)試過程中，87Sr/86Sr和143Nd/144Nd值分別用86Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化質(zhì)量分餾校正。在測(cè)試過程中，我們用Sr標(biāo)準(zhǔn)溶液NBS987和Nd標(biāo)準(zhǔn)溶液JNDI來監(jiān)控測(cè)量過程中的數(shù)據(jù)質(zhì)量。此外，用國際玄武巖標(biāo)樣BCR-2檢測(cè)分離提純過程對(duì)結(jié)果的影響，測(cè)試結(jié)果顯示BCR-2的同位素值為87Sr/86Sr=0.70520±0.00008(2SD，n=15)，143Nd/144Nd=0.512633±0.00005(2SD，n=14)，測(cè)試結(jié)果均在測(cè)量誤差允許范圍內(nèi)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 巖相學(xué)和礦物成份

巖體呈片麻狀構(gòu)造，暗色包體的主要礦物組成為綠簾石(3%)、黑云母(15%)、角閃石(5%)、輝石(2%)、斜長石(50%)、堿性長石(10%)和石英(～15%)，為花崗閃長巖體；暗色包體周邊的花崗質(zhì)部分，其主要礦物組成為少量黑云母、角閃石和綠簾石暗色礦物(10%)，而長英質(zhì)礦物達(dá)90%(圖3c, d)。除此之外，二者都含有少量的磷灰石、磁鐵礦等副礦物。在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上暗色包體表現(xiàn)為花崗變晶結(jié)構(gòu)，黑云母在鏡下有較明顯的定向；周圍的花崗質(zhì)部分同樣也表現(xiàn)出花崗變晶結(jié)構(gòu)，但由于黑云母含量較少，定向現(xiàn)象不明顯(圖3c, d)。此外，二者在鏡下都可見反應(yīng)交代邊的結(jié)構(gòu)，說明二者都經(jīng)歷了較高溫的交代變質(zhì)過程，可能與后期的構(gòu)造熱事件有關(guān)。

表1列出了周邊花崗質(zhì)巖體和暗色包體中斜長石、鉀長石、黑云母以及淺色花崗巖部分中的少量角閃石成份數(shù)據(jù)。周邊花崗質(zhì)部分斜長石較暗色包體部分更富Na，且斜長石牌號(hào)(An=2)也明顯低于暗色包體部分(An=15)(表1)。另外，從黑云母的成份上可以看出，周邊花崗質(zhì)部分和暗色包體中的黑云母成份有一定差異，暗色包體中黑云母更富Mg(MgO>8.41%)、Fe(FeOT>21.11%)、Ti(TiO2>1.40%)等，而周邊花崗質(zhì)部分的巖體則更富Al(Al2O3=21.82%)(表1)，可能指示巖體中有兩種不同成因的黑云母。

表1 雙井地區(qū)含暗色包體的花崗質(zhì)巖體主要組成礦物的電子探針分析結(jié)果(wt%)

3.2 全巖主微量元素

周邊花崗質(zhì)部分和暗色包體的主微量測(cè)試結(jié)果顯示，周邊花崗質(zhì)部分的SiO2含量(>75%)明顯高于暗色包體部分(65%～72%)(表2)。此外，暗色包體相較周邊花崗巖更富Al2O3(>13.96%)、CaO(>1.61%)、Na2O(>4.61%)以及Fe2O3(>3.67%)、MgO(>0.62%)、TiO2(>0.28%)、P2O5(>0.08%)等，但貧K2O(<2.10%)(表2)。其中暗色包體的A/NK值為1.32～1.47，A/CNK值為0.93～1.05，Mg#為29～35；周邊花崗質(zhì)部分的A/NK值為1.11～1.20，A/CNK值為0.97～1.01，Mg#的13～16。在TAS分類圖解中，暗色包體的樣品主要落在花崗閃長巖的區(qū)域，而周邊花崗質(zhì)部分則主要落在花崗巖區(qū)域(圖4a)。而在K2O-SiO2圖解中，暗色包體部分和周邊花崗質(zhì)巖體均大體落在鈣堿性區(qū)域，其中周邊的花崗質(zhì)部分落在高鉀鈣堿性區(qū)域(圖4b)。

圖4 雙井地區(qū)含暗色包體的花崗質(zhì)巖體TAS分類圖解(a,據(jù)Le Maitre, 2002)和K2O-SiO2圖解(b,據(jù)Peccerillo and Taylor, 1976)

暗色包體和周邊花崗質(zhì)部分樣品稀土總量為96.4×10-6～175×10-6(表2)，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖上顯示出，周邊花崗質(zhì)部分((La/Yb)N=5.51～7.74)相較暗色包體部分((La/Yb)N=0.80～2.82)更富集輕稀土、貧重稀土，且銪的負(fù)異常更顯著(Eu/Eu*<0.27，圖5a)，且與上地殼平均成份(Rudnick and Gao, 2014)的稀土配分模式十分一致。此外，從暗色包體到周邊花崗質(zhì)部分，稀土元素的配分圖呈現(xiàn)連續(xù)變化，而非巖相學(xué)上體現(xiàn)出的截然界限(以重稀土更為明顯)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上顯示出大離子親石元素富集(K、Rb、Ba等)、高場(chǎng)強(qiáng)元素虧損(Nb、Ta、Ti等)的特征，且周邊花崗質(zhì)部分相較暗色包體的富集、虧損程度均更強(qiáng)烈一些(圖5b)。

圖5 雙井地區(qū)含暗色包體的花崗質(zhì)巖體球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

表2 雙井地區(qū)暗色包體及周邊花崗質(zhì)部分主量(wt%)和微量(×10-6)元素分析結(jié)果

3.3 鋯石U-Pb年齡

暗色包體和周邊花崗質(zhì)巖體樣品中鋯石顆粒大體呈長柱狀，長寬比為3:1～2:1，鋯石陰極發(fā)光圖像(CL圖)顯示顆粒內(nèi)部具有較為良好的震蕩環(huán)帶，部分鋯石發(fā)育有較薄的變質(zhì)邊(圖6)，且兩類樣品中鋯石的Th/U比值為0.34～1.73(表3)，以上特征均表現(xiàn)出其巖漿成因，指示巖體形成年齡。

表3 雙井地區(qū)暗色包體和周邊花崗質(zhì)部分樣品LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果

圖6 雙井地區(qū)含暗色包體的花崗質(zhì)巖體樣品中典型鋯石的CL圖像，示U-Pb年齡(206Pb/238U)及Hf同位素組成(εHf(t))

暗色包體、周邊花崗質(zhì)部分的年齡表現(xiàn)出有三期年齡數(shù)據(jù)的特征(圖7a, b)。其中在暗色包體鋯石的U-Pb諧和圖上(圖7b)，鋯石數(shù)據(jù)投影點(diǎn)基本落在諧和線上及附近，鋯石顆粒的206Pb/238U年齡值較為穩(wěn)定，顯示出287.7±1.9Ma(MSWD=2.3)、272.0±1.9Ma(MSWD=4.0)兩組集中年齡數(shù)據(jù)以及一顆314.0±5.3Ma相對(duì)較老的鋯石年齡數(shù)據(jù)；周邊花崗質(zhì)部分鋯石的U-Pb諧和圖上(圖7a)，顯示出319.5±8.5Ma(MSWD=5.6)、284.9±1.9Ma(MSWD=1.2)、268.9±2.9Ma(MSWD=4.6)三組集中年齡數(shù)據(jù)。

圖7 雙井地區(qū)周邊花崗質(zhì)部分(a)和暗色包體(b)樣品中鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖和206Pb/238U年齡加權(quán)平均年齡圖

3.4 鋯石Lu-Hf同位素

本次分析共獲得81個(gè)鋯石Hf同位素?cái)?shù)據(jù)(52個(gè)暗色包體、29個(gè)周邊花崗質(zhì)部分)(表4)，其中暗色包體(LX17-4～9)的176Hf/177Hf比值介于0.282498～0.282849之間，176Lu/177Hf比值主要集中在0.0011～0.0094之間，平均值為0.0033，其中有兩個(gè)鋯石點(diǎn)的176Lu/177Hf比值達(dá)到0.0157和0.0123；鋯石的εHf(t)值主要集中在-3.58～6.72之間，大體落在虧損地幔線和球粒隕石線之間(圖8a)，Hf同位素tDM2主要介于1147～1540Ma之間，只有一顆相對(duì)年輕的tDM2年齡(881Ma)。

表4 雙井地區(qū)暗色包體和周邊花崗質(zhì)部分鋯石Hf同位素測(cè)試結(jié)果

圖8 雙井地區(qū)暗色包體和周邊花崗質(zhì)巖體的εHf(t)對(duì)U-Pb年齡圖解(a)和εHf(t)的分布直方圖(b)

周邊花崗質(zhì)部分(LX17-1～3)的Hf同位素組成基本一致。176Hf/177Hf比值介于0.282520～0.282850之間，176Lu/177Hf比值主要集中在0.0014～0.0092之間，平均值為0.0033，和暗色包體Hf同位素?cái)?shù)據(jù)非常接近；鋯石的εHf(t)值主要集中在-3.63～7.03之間，同樣和暗色包體εHf(t)值十分接近(圖8b)，其Hf同位素tDM2主要介于1072～1528Ma之間，也有一顆846Ma的較為年輕的tDM2年齡。

3.5 全巖Sr-Nd同位素

暗色包體及其周邊花崗質(zhì)巖體的全巖Sr-Nd同位素組成測(cè)定結(jié)果見表5和圖9，樣品的初始Sr-Nd同位素組成數(shù)據(jù)分別用與其對(duì)應(yīng)樣品的平均U-Pb年齡進(jìn)行校正計(jì)算。暗色包體的87Sr/86Sr比值變化范圍為0.7094～0.7146，平均值為0.7123，高于原始地?，F(xiàn)今值(87Sr/86Sr=0.7045；Depaolo and Wasserburg, 1976)；143Nd/144Nd變化范圍為0.512193～0.512294，平均值為0.512255，要明顯低于原始地?，F(xiàn)今值(143Nd/144Nd=0.512638；Jacobsen and Wasserburg, 1984)。根據(jù)樣品的U-Pb定年結(jié)果，計(jì)算獲得(87Sr/86Sr)i為0.7039～0.7055，平均值為0.7047，εNd(t)介于-7.30～-5.87之間，平均值為-6.45。

表5 雙井地區(qū)暗色包體及其周邊花崗質(zhì)部分樣品全巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果

圖9 雙井地區(qū)暗色包體和周邊花崗質(zhì)巖體的Sr-Nd同位素組成

周邊花崗質(zhì)巖體87Sr/86Sr比值變化范圍為0.7108～0.7118，平均值為0.7112，略低于暗色包體；143Nd/144Nd變化范圍為0.512133～0.512213，平均值為0.512170，也略低于暗色包體；通過U-Pb年齡計(jì)算所獲得的的(87Sr/86Sr)i為0.7039～0.7045，平均值為0.7043，與暗色包體(87Sr/86Sr)i數(shù)值相當(dāng)；εNd(t)介于-6.52～-5.29之間，平均值為-5.98，略高于暗色包體。由(87Sr/86Sr)i-εNd(t)圖解(圖9)可見，暗色包體與周邊花崗質(zhì)部分的投影點(diǎn)相對(duì)集中，差異不大。

4 討論

4.1 鋯石U-Pb年齡與巖漿活動(dòng)期次

本文所研究巖體(含暗色包體的花崗質(zhì)巖體)的圍巖是雙井片巖和片麻狀二長花崗巖。巖體南緣的雙井片巖相平衡模擬結(jié)果顯示，樣品中石榴石環(huán)帶記錄了升溫升壓過程以及峰期后經(jīng)歷近等溫減壓過程(Zhangetal., 2016)，這一中-低壓相系具有順時(shí)針P-T軌跡，指示區(qū)域存在減薄地殼發(fā)生加厚再伸展的多期次構(gòu)造演化過程，其成因可能與島弧相關(guān)洋盆的閉合有關(guān)。此外，Zhangetal.(2018)測(cè)得雙井片巖中鋯石的U-Pb年齡為～261Ma，與Lietal.(2011)通過對(duì)雙井片巖中的黑云母-斜長片巖中巖漿鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年結(jié)果(～298Ma)有近40Ma的差異，同樣指示著該區(qū)域存在多期次的巖漿活動(dòng)。在巖體的另一側(cè)，發(fā)育有原巖為鈣堿性系列S型花崗巖的房框子溝片麻巖，其鋯石核部年齡為271.9±1.6Ma，而邊部年齡介于231±2Ma～262±3Ma之間，指示該區(qū)域在伸展過程后期存在板塊碰撞縫合的過程，房框子溝片麻巖為該階段地殼加厚重熔的產(chǎn)物(李益龍等, 2009)。由此可見，研究區(qū)存在多期次碰撞和伸展的復(fù)雜巖漿過程。

含暗色包體的花崗質(zhì)巖體中，暗色包體中的鋯石記錄有287±1.9Ma和272.0±1.9Ma兩期年齡，以及一個(gè)314.0±5.3Ma較老的鋯石年齡，而周邊花崗質(zhì)巖體的鋯石記錄了319.5±8.5Ma、284.9±1.9Ma和268.9±2.9Ma三組較為集中的年齡(圖7)。從鋯石年齡數(shù)據(jù)來看，～270Ma為結(jié)晶時(shí)代，巖體在該時(shí)期侵位形成，～320Ma為繼承鋯石年齡，其中第二期～285Ma期鋯石年齡占比較高且與第三期～270Ma主峰年齡接近，可能為巖體生長過程中鋯石的再循環(huán)晶。由此可見，該區(qū)域在晚石炭世就已經(jīng)存在巖漿活動(dòng)，而在早二疊世階段存在廣泛、多期次的巖漿活動(dòng)，結(jié)合前人對(duì)巖體圍巖的研究結(jié)果，可能指示研究區(qū)存在廣泛且長期的伸展過程，且?guī)r漿活動(dòng)在該時(shí)期具有幕式發(fā)生的特點(diǎn)，在～285Ma、～270Ma更為顯著，這和前人認(rèn)為該區(qū)域存在與伸展作用有關(guān)的多期巖漿活動(dòng)的觀點(diǎn)也較為吻合(徐備等, 2018; 邵濟(jì)安等, 2014; Zhangetal., 2018)。

4.2 巖石成因

高場(chǎng)強(qiáng)元素比值在巖漿演化過程中相對(duì)穩(wěn)定，能夠較好地反映源區(qū)的特征，在暗色包體的樣品中，Zr/Hf比值介于31.74～37.08(表2)與原始地幔的Zr/Hf比值36.25(Sun and McDonough, 1989)較為接近，另外暗色包體中黑云母有殼源和殼?；旌显磧煞N成因類型(張玉學(xué), 1982)，上述情況可能都指示暗色包體的母巖漿在形成過程中有幔源物質(zhì)的加入。且全巖數(shù)據(jù)中，隨著SiO2的升高，Cr、Co、Ni等元素以及Mg#都有明顯的下降(表2)，可能說明暗色包體的母巖漿在侵位之前已經(jīng)發(fā)生過暗色礦物的分離結(jié)晶過程，這也與鏡下暗色礦物主要為黑云母的現(xiàn)象較為一致。此外，周邊花崗質(zhì)部分(La/Yb)N(5.51～7.74)與下、中地殼相應(yīng)比值(5.33、7.40)較為接近，且圖5中可見周邊花崗質(zhì)部分的稀土配分圖與上地殼的相應(yīng)圖解較為吻合，且Eu有更強(qiáng)烈的負(fù)異常，可能指示周邊花崗質(zhì)部分母巖漿經(jīng)歷了斜長石等礦物分離結(jié)晶的過程。

通過暗色包體和周邊花崗質(zhì)部分Sr、Nd、Hf等同位素特征(圖8、圖9)，可以發(fā)現(xiàn)二者的(87Sr/86Sr)i、εNd(t)、εHf(t)值十分接近，而在巖漿演化過程中，同位素體系保持封閉，非常接近的同位素組成指示暗色包體中具有同一源區(qū)。此外，二者Isr值介于0.7039～0.7055，εNd(t)介于-7.30～-5.87之間以及鋯石中εHf(t)介于-3.58～6.72，物質(zhì)成份上表現(xiàn)出有幔源物質(zhì)參與的特點(diǎn)。

Ferry and Watson(2007)認(rèn)為鋯石中Ti含量不僅受溫度制約，還會(huì)受到SiO2和TiO2活度的影響。通過該鋯石Ti溫度計(jì)對(duì)～270Ma和～285Ma兩峰期巖漿中鋯石結(jié)晶溫度進(jìn)行計(jì)算(Ti含量見表6)，得到～270Ma期次結(jié)晶溫度為600～732℃(平均溫度為668℃)，～285Ma期次結(jié)晶溫度為647～707℃(平均溫度為671℃)；因此，兩期巖漿形成溫度相近，均為較低的670℃，但與之前統(tǒng)計(jì)的酸性-中酸性巖中的鋯石所計(jì)算的Ti含量溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果相一致(653±125℃, Fuetal., 2008)。并且之前的研究也發(fā)現(xiàn)對(duì)于花崗質(zhì)巖石，鋯石的Ti含量溫度計(jì)計(jì)算結(jié)果明顯低于鋯飽和溫度計(jì)算結(jié)果(Fuetal., 2008)。

表6 雙井地區(qū)暗色包體及其周邊花崗質(zhì)部分樣品中鋯石微量元素(×10-6)

綜合上述特征，鑒于暗色包體與花崗質(zhì)寄主巖發(fā)育一致的變形現(xiàn)象，具有相同的侵位時(shí)代(誤差范圍內(nèi)一致)、相似的微量元素配分模式、相近的Sr-Nd-Hf同位素組成，指示二者可能為同一殼幔混合源巖漿不同演化階段的產(chǎn)物。二者共同母巖漿在～270Ma產(chǎn)生，巖漿形成溫度約為670℃，期間區(qū)域處于伸展的構(gòu)造背景，其過程伴隨有地幔物質(zhì)的上涌，并在母巖漿就位過程中經(jīng)歷了幔源物質(zhì)的混染與較為強(qiáng)烈的結(jié)晶分異過程形成暗色包體，而周邊花崗質(zhì)巖體為更進(jìn)一階段的結(jié)晶分異產(chǎn)物，進(jìn)而形成了如今雙井地區(qū)花崗質(zhì)巖體中包裹大量暗色包體的野外產(chǎn)狀。

4.3 地質(zhì)意義

興蒙造山帶在晚古生代究竟經(jīng)歷持續(xù)的大洋俯沖還是造山后的伸展裂解過程一直是備受關(guān)注的科學(xué)問題，部分學(xué)者認(rèn)為古亞洲洋俯沖一直持續(xù)到晚古生代末期(Jianetal., 2008, 2010; Songetal., 2015)，而另一部分學(xué)者認(rèn)為在晚泥盆世古亞洲洋閉合形成造山帶之后，又在造山帶基礎(chǔ)上發(fā)生晚石炭世到二疊紀(jì)的伸展過程，形成有限洋盆，并于早二疊紀(jì)末-三疊紀(jì)初被閉合(邵濟(jì)安等, 2015; 張晉瑞等, 2018; 徐備等, 2018)。

圖10 興蒙造山帶地殼厚度演化示意圖

徐備等(2018)提出了“興蒙陸內(nèi)造山帶”的概念及其沉積建造、巖漿活動(dòng)、構(gòu)造變形和變質(zhì)作用基本特征，認(rèn)為該造山帶內(nèi)晚古生代與伸展過程有關(guān)的巖漿活動(dòng)可分四期：1)早石炭世賀根山期以蛇綠巖為主，發(fā)育在具有前寒武紀(jì)古老基底和早古生代造山帶年輕基底的陸殼基底之上，反映陸殼內(nèi)部的深部巖漿過程；2)晚石炭世達(dá)青牧場(chǎng)期主要沿北造山帶分布，以基性和酸性巖漿構(gòu)成的雙峰式侵火成巖為特征；3)早二疊世大石寨期形成的巖石種類多樣，分布廣泛，包括雙峰式火山巖、雙峰式侵入巖和堿性巖；4)二疊紀(jì)末-三疊紀(jì)初索倫山期形成陸緣型蛇綠巖或基性巖-超基性巖組合，產(chǎn)生于軟流圈上涌造成的主動(dòng)裂谷背景。按照此劃分方案，本文研究的含暗色包體的花崗質(zhì)巖體屬于大石寨期，其形成時(shí)代為268.9±2.9Ma，暗色包體的形成時(shí)代為272.0±1.9Ma，巖體中Sr、Nd、Hf等同位素特征與暗色包體中Zr/Hf比值均表現(xiàn)出有幔源物質(zhì)參與，這可能指示巖體母巖漿在～272Ma產(chǎn)生，其過程伴隨有地幔物質(zhì)的上涌，后在269Ma發(fā)生構(gòu)造伸展導(dǎo)致巖體的侵位，并在巖漿就位過程中經(jīng)歷了與地幔物質(zhì)的混染與結(jié)晶分異。這些特征精細(xì)地約束了該區(qū)大石寨期巖漿活動(dòng)的發(fā)育時(shí)間及過程，為研究西拉木倫縫合帶晚古生代構(gòu)造演化提供了新證據(jù)，同時(shí)也清晰地指示出古亞洲洋在晚古生代末期并不處于大洋俯沖階段，而是造山后的伸展裂解階段。

5 結(jié)論

基于雙井地區(qū)含暗色包體的花崗質(zhì)巖體的地球化學(xué)特征分析和地質(zhì)年代學(xué)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論：

(1)巖體中的鋯石主要記錄～285Ma和～270Ma兩期年齡，其中有少量鋯石記錄有一期～320Ma的較老年齡，表明該區(qū)域在晚石炭世就存在巖漿活動(dòng)，并在早二疊世階段存在廣泛、多期次的巖漿活動(dòng)，可能指示研究區(qū)存在廣泛且長期的伸展過程，且?guī)r漿活動(dòng)具有幕式發(fā)生的特點(diǎn)。

(2)巖體中Sr、Nd、Hf等同位素特征與暗色包體中Zr/Hf比值均表現(xiàn)出有幔源物質(zhì)參與的特點(diǎn)，暗色包體和周邊花崗質(zhì)巖體有較為一致的同位素和年代學(xué)特征表現(xiàn)出有同源的特點(diǎn)，指示二者可能為同源巖漿不同演化階段的產(chǎn)物，根據(jù)鋯石Ti溫度計(jì)計(jì)算得出巖漿形成溫度為～670℃。結(jié)合巖體的地球化學(xué)特征和鏡下特征，暗色包體母巖漿的形成有幔源物質(zhì)參與，而后母巖漿經(jīng)歷分離結(jié)晶等過程形成了如今雙井地區(qū)花崗質(zhì)巖體中包裹大量暗色包體的野外產(chǎn)狀。

(3)巖體中鋯石Eu/Eu*與地殼厚度的擬合結(jié)果顯示研究區(qū)在～290Ma時(shí)地殼經(jīng)歷了一次顯著的減薄過程，從約50km的地殼厚度變化至約35km，并穩(wěn)定持續(xù)到～270Ma。綜合前人研究資料及相鄰地區(qū)其他巖體的年代學(xué)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)，本文研究的含暗色包體的花崗質(zhì)巖體形成于大石寨期其形成過程伴隨有地幔物質(zhì)的上涌，為造山后伸展裂解過程的產(chǎn)物，其年代學(xué)、地球化學(xué)特征精細(xì)地約束了該區(qū)大石寨期巖漿活動(dòng)的發(fā)育時(shí)間及過程，為研究西拉木倫縫合帶晚古生代構(gòu)造演化提供了新證據(jù)，同時(shí)也清晰地指示出古亞洲洋在晚古生代末期處于造山后的伸展裂解階段。

致謝感謝吳春明教授、初航博士及另一位匿名審稿人的修改意見；同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)員李楠在同位素測(cè)試工作提供的幫助表示感謝。