那福超 伍月 宋維民 馬永非 劉英才 張廣宇

中亞造山帶(Central Asian Orogenic Belt)被認(rèn)為是顯生宙期間形成的世界上最大的年輕地殼(Xiaoetal., 2003; Windleyetal., 2007; Kr?neretal., 2014)，其位于西伯利亞板塊、華北板塊與塔里木板塊之間(eng?retal., 1993; Jahnetal., 2000)，是發(fā)展歷史最長(zhǎng)、地殼增生與改造作用最顯著的俯沖-增生型造山帶(eng?retal., 1993;eng?r and Natal’in, 1996; Jahnetal., 2000, 2004; Windleyetal., 2007; Xuetal., 2015; Liuetal., 2017, 2021; Zhouetal., 2018; 許文良等，2019)。興蒙造山帶作為中亞造山帶東段的重要組成部分，由眾多微陸塊、島弧、蛇綠巖和增生楔組成，記錄了西伯利亞克拉通與華北板塊碰撞拼合及古亞洲洋消亡等重要信息(Xiaoetal., 2003; Li, 2006; Songetal., 2015; Xuetal., 2015)。因此，正確認(rèn)識(shí)興蒙造山帶內(nèi)不同時(shí)代不同性質(zhì)地質(zhì)體的時(shí)空分布及成因演化，對(duì)恢復(fù)該地區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化歷史具有重要意義。

興安地塊位于興蒙造山帶東段，早古生代時(shí)期，古亞洲洋向北俯沖至興安地塊之下，地塊東部多寶山-雅魯?shù)貐^(qū)的早古生代島弧-弧后盆地巖漿-沉積演化體系較為完整地記錄了這一俯沖事件(楊文麟等，2014；葛文春等, 2007; Wuetal., 2015; Fengetal., 2017, 2018; 杜兵盈等，2018)。同一時(shí)期，在地塊西部也發(fā)育有大量的早古生代巖漿活動(dòng)，依據(jù)其展布特征可分為南側(cè)的蘇左旗-錫林浩特-大石寨弧巖漿巖帶和北側(cè)的二連浩特-東烏旗巖漿巖帶。南帶主要由蘇尼特左旗地區(qū)火山巖和侵入巖(490～420Ma; Chenetal., 2000, 2009；石玉若等，2004；Jianetal., 2008; Shietal., 2016; 唐建洲等，2018)、錫林浩特南變質(zhì)花崗巖(457～421Ma，葛夢(mèng)春等，2011)、烏蘭敖包圖閃長(zhǎng)質(zhì)侵入巖(488～474Ma; 王樹(shù)慶等，2016)和大石寨地區(qū)基性火山巖(439±3Ma; Guoetal., 2009)等組成，可分為原始島弧(490～464Ma)、正常大陸弧(449～439Ma)和碰撞-后碰撞(429～423Ma)三個(gè)演化階段(唐建洲等，2018)。北巖漿巖帶包括吉爾嘎郎圖花崗質(zhì)巖體(楊澤黎等，2017)、阿巴嘎二長(zhǎng)花崗巖(趙利剛等，2012)、烏拉蓋輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖(楊澤黎等，2018)、東烏旗輝長(zhǎng)巖體(李紅英等，2016)和同時(shí)期的火山巖(于洋等，2017；楊澤黎等，2020)，等等。目前對(duì)于這條巖漿巖帶形成的構(gòu)造背景存在著爭(zhēng)議，部分學(xué)者認(rèn)為二連浩特-東烏旗巖漿巖帶是古亞洲洋向北俯沖形成的巖漿弧，晚古生代賀根山洋盆的打開(kāi)導(dǎo)致了其與南巖漿巖帶的分離(楊澤黎等，2017，2018，2020)，也有學(xué)者認(rèn)為這些巖漿巖的產(chǎn)出環(huán)境為弧后盆地(趙利剛等，2012；李紅英等，2016)，與南側(cè)弧巖漿巖帶共同構(gòu)成弧盆系。上述爭(zhēng)議也制約了學(xué)者對(duì)興安地塊早古生代構(gòu)造演化的客觀認(rèn)識(shí)，包括地塊東部的弧-盆體系是否延伸至西部，早古生代時(shí)期地塊東、西部的演化是否存在差異等等?；谏鲜鰡?wèn)題，本次工作選取東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖為研究對(duì)象，通過(guò)巖石學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域上巖漿-沉積作用和其他區(qū)域地質(zhì)資料，探討二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖的成因演化和動(dòng)力學(xué)構(gòu)造背景，進(jìn)而為興安地塊早古生代構(gòu)造格局及其演化提供相關(guān)約束。

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于賀根山-黑河斷裂的北側(cè)，大地構(gòu)造位置屬于興安地塊(圖1a)，該地塊向東北延伸至俄羅斯境內(nèi)(Xuetal., 2015; 許文良等, 2019)。近年來(lái)的研究資料顯示，興安地塊東部出露的諸多“前寒武紀(jì)”變質(zhì)基底均形成于晚古生代-早中生代(那福超等，2018，2019)，其基底巖石主要出露在地塊西部的蘇左旗-錫林浩特地區(qū)(Hanetal., 2017; 孫立新等，2020；Wangetal., 2022)。零星出露古生界火山-沉積地層，上覆地層以中生代火山-沉積地層為主，并伴有強(qiáng)烈的古生代-中生代巖漿活動(dòng)。研究區(qū)內(nèi)出露的最古老地層為下中奧套統(tǒng)海相沉積地層(烏賓敖包組)，自下而上由灰白色結(jié)晶灰?guī)r、灰黃色變質(zhì)粉砂巖和灰黑色泥質(zhì)粉砂巖組成；其上為淺海相中-上泥盆統(tǒng)塔爾巴克特組，為一套沉積碎屑巖夾灰?guī)r巖石組合，含海相動(dòng)物化石。兩者均被早白堊世正長(zhǎng)花崗巖侵位，在接觸部分發(fā)生強(qiáng)烈的矽卡巖化。本次研究的早古生代中-基性雜巖位于研究區(qū)中部，呈不規(guī)則狀侵入至下中奧套統(tǒng)烏賓敖包組中(圖1b)，為一復(fù)合雜巖體，除前人識(shí)別的輝長(zhǎng)巖(452～450Ma，李紅英等，2016)外，還包含有變黑云母微晶閃長(zhǎng)巖、變微細(xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖、片麻狀細(xì)中粒角閃輝長(zhǎng)巖等巖石類型。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a, 據(jù)Xu et al., 2015修改)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)

本次工作共采集了14件樣品，其中變輝石閃長(zhǎng)巖6件，片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖8件。變輝石閃長(zhǎng)巖為變余細(xì)粒半自形柱粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造(圖2a-c)。巖石由角閃石(25%)、輝石(20%)、斜長(zhǎng)石(50%)和隱晶碳酸鹽礦物(5%)組成。角閃石呈淺綠色，半自形短柱狀，微弱多色性(Ng-淡綠，Np-淡黃綠)，粒徑約0.1～0.2mm，部分角閃石略呈定向排列；輝石呈無(wú)色，半自形短柱狀，輝石式解理，粒徑約0.1～0.2mm；斜長(zhǎng)石多呈半自形板狀，部分輕微變質(zhì)呈他形粒狀，聚片雙晶紋寬窄不一，部分發(fā)育環(huán)帶，粒徑約0.1～0.3mm；隱晶碳酸鹽礦物呈粒狀，包裹粒狀金屬礦物。巖石中發(fā)育黝簾石脈。片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖為細(xì)中粒半自形柱狀結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造(圖2d-f)。巖石由黑云母(2%)、斜長(zhǎng)石(53%)、角閃石(40%)及金屬礦物(5%)組成。黑云母為黃褐色，顯著多色性(Ng-黃褐，Np-淺黃褐)，呈細(xì)小片狀集合體，或分布于顯微裂紋之間；角閃石為不規(guī)則粒狀、板狀集合體，粒徑約0.8～3.2mm；斜長(zhǎng)石呈自形-半自形長(zhǎng)柱狀、板柱狀，聚片雙晶較清晰，部分雙晶彎曲，粒徑約0.6～4.0mm，表面有裂隙發(fā)育，細(xì)小的角閃石充填其中。

圖2 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖野外特征及顯微特征

2 分析方法

經(jīng)過(guò)顯微鏡下薄片鑒定之后，選擇新鮮樣品用于地球化學(xué)分析。主量元素和痕量元素的分析在自然資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成。主量元素采用X射線熒光光譜法(XRF-1500)，分析精度優(yōu)于5%;對(duì)稀土、微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(Xseries 2 型ICP MS質(zhì)譜儀)進(jìn)行分析，精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5% 。鋯石單礦物分選由河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所完成。鋯石制靶、陰極發(fā)光(CL)照相測(cè)試由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。

鋯石原位微區(qū)U-Pb同位素定年利用北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司的LA-ICP-MS分析完成。U-Pb同位素定年激光剝蝕系統(tǒng)為ESI NWR 193nm，ICPMS為Analytikjena Plasma Quant MS Elite ICP-MS，LA-ICP-MS分析方法和流程詳見(jiàn)袁洪林等(2003)。對(duì)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、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計(jì)算)采用軟件ICPMSDataCal(Liuetal., 2010)完成。U-Pb同位素定年中采用鋯石標(biāo)準(zhǔn)GJ-1作外標(biāo)進(jìn)行同位素分餾校正，每分析6～8個(gè)樣品點(diǎn)，分析2次GJ-1。所有樣品年齡數(shù)據(jù)的U-Pb諧和圖、年齡分布頻率圖繪制和年齡加權(quán)平均計(jì)算采用Isoplot4.0程序完成(Ludwig, 2003)。

鋯石微區(qū)原位Hf 同位素分析在北京科薈測(cè)試技術(shù)有限公司進(jìn)行，利用NWR 213nm 固體激光器對(duì)鋯石進(jìn)行剝蝕，激光剝蝕的斑束直徑一般為40μm，能量密度為7～8J/cm2，頻率為10Hz，激光剝蝕物質(zhì)以高純He為載氣送入Neptune Plus(MC-ICP-MS)，接收器配置與溶液進(jìn)樣方式相同。測(cè)定時(shí)用鋯石標(biāo)樣GJ-1為外標(biāo)，測(cè)定過(guò)程中GJ-1的測(cè)定結(jié)果是0.282000±28。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年齡

本次研究分別對(duì)雜巖體內(nèi)的變輝石閃長(zhǎng)巖和片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖進(jìn)行了定年。變輝石閃長(zhǎng)巖(GY1701)采集自雜巖體的西南側(cè)(GPS位置：46°33′48″N、118°39′47″E); 片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖(GY1703)采集自雜巖體的東北側(cè)(GPS位置：46°34′02″N、118°40′02″E)。LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果見(jiàn)于表1，代表性鋯石顆粒的陰極發(fā)光(CL)圖像及測(cè)點(diǎn)見(jiàn)圖3，鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖見(jiàn)圖4。

變輝石閃長(zhǎng)巖中的鋯石多為淺黃色半透明，呈短柱狀或破碎后的不規(guī)則性狀，長(zhǎng)寬比為1:1～1.5:1之間，長(zhǎng)軸直徑約100～150μm，Th/U比值均大于0.3，條帶狀-扇形分帶，部分鋯石具有明顯的核幔結(jié)構(gòu)(圖3)。16個(gè)有效測(cè)點(diǎn)中，4個(gè)位于鋯石邊部的測(cè)點(diǎn)年齡分別為386Ma、425Ma、437Ma和446Ma，1個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡為492Ma， 可能為捕獲鋯石，其余11個(gè)測(cè)點(diǎn)獲得的年齡介于456～475Ma(圖3、表1)，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為465±5Ma(MSWD=1.2)(圖4a)，表明變輝石閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代較早，為中奧陶世巖漿作用的產(chǎn)物。片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖中鋯石多呈淺黃色，以短柱狀為主，少量棱柱狀，長(zhǎng)度約50～150μm，長(zhǎng)寬比介于1:1～2.5:1之間。在CL圖像中可見(jiàn)鋯石內(nèi)部發(fā)育明顯震蕩環(huán)帶(圖3)，且Th/U比值介于0.19～0.66之間，均具有明顯的巖漿成因鋯石特征。本次工作共獲得23個(gè)有效測(cè)點(diǎn)，在206Pb/238U-207Pb/235Pb諧和圖上均投影在諧和線上或諧和線附近。其中17個(gè)測(cè)點(diǎn)年齡值介于450～466Ma(圖3)，加權(quán)平均值為456±3Ma(MSWD=0.91)(圖4b)，為晚奧陶世早期巖漿作用的產(chǎn)物，與李紅英等(2016)獲得的朝不愣輝長(zhǎng)巖體年齡(452～450Ma)及楊澤黎等(2020)在額仁高壁蘇木附近獲得的中性火山巖年齡(452±2Ma)基本一致。除上述17個(gè)測(cè)點(diǎn)外，本次工作還獲得6個(gè)較老的年齡值，可分為～590Ma(n=2)、～694Ma、～886Ma、～1979Ma和～2398Ma五組(表1)，這幾組年齡在興安地塊上的下古生界-新元古界地層中普遍存在(那福超等，2018；Wangetal., 2022)，因此上述古老年齡應(yīng)為巖漿上升過(guò)程中捕獲鋯石的年齡。

表1 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖的LA-ICP-MS 鋯石U-Pb分析結(jié)果

圖3 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖鋯石陰極發(fā)光圖像

圖4 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖鋯石U-Pb年齡協(xié)和圖

3.2 主量元素

變輝石閃長(zhǎng)巖和片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖的主量元素分析結(jié)果及相關(guān)參數(shù)詳見(jiàn)表2。從表中數(shù)據(jù)可以看出，變輝石閃長(zhǎng)巖樣品SiO2含量在53.90%～54.19%之間；K2O含量普遍偏低，介于0.41%～1.14%之間，平均為0.83%，顯示低鉀特征；Na2O含量為2.73%～3.04%，平均值為2.81%，明顯高于K2O含量，全堿含量為3.03%～3.97%，相對(duì)較低，σ=0.80～1.47，在Nb/Y-Zr-Ti圖解中主要落入到安山巖/玄武安山巖和玄武巖界線附近，且靠近堿性玄武巖(圖5a)。在SiO2-FeOT/MgO圖解中均落入鈣堿性系列范圍 (圖5b)。樣品MgO、Al2O3、CaO、TiO2和FeOT含量分別為5.23%～6.49%、13.32%～14.90%、10.55%～13.70%、0.68%～0.84%和7.37%～8.25%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.80～1.03，平均為0.92，樣品顯示弱過(guò)鋁質(zhì)到準(zhǔn)鋁質(zhì)的特征。Mg#[=100×Mg/(Mg+Fe2+)]值為54.9～60.7，Cr和Ni含量分別為120.4×10-6～211.0×10-6和58.01×10-6～109.3×10-6。

表2 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖的主量元素 (wt%)和微量元素(×10-6)分析結(jié)果

續(xù)表2

圖5 二連浩特-東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖Zr/Ti-Nb/Y(a，據(jù)Winchester and Floyd, 1977)和SiO2-FeOT/MgO(b，據(jù)Miyashiro,1974)圖解

片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖樣品SiO2含量介于44.30%～48.05%之間，K2O含量介于0.51%～1.04%之間，平均為0.73%，顯示低鉀特征；Na2O含量為0.52%～1.78%，平均值為1.31%，普遍高于K2O含量，全堿含量為1.20%～2.76%，相對(duì)較低，σ=0.52～1.52，在Nb/Y-Zr-Ti圖解中均落入到玄武巖范圍內(nèi)(圖5a)。在SiO2-FeOT/MgO圖解中均落入拉斑玄武巖系列范圍內(nèi)(圖5b)。樣品MgO、Al2O3、CaO、TiO2和FeOT含量分別為6.31%～8.38%、12.36%～16.92%、12.78%～18.80%、1.22%～2.32%和7.89%～10.86%，鋁飽和指數(shù)(A/CNK)為0.66～1.09，平均為0.83，樣品顯示準(zhǔn)鋁質(zhì)的特征。Mg#值為53.2～64.2，Cr和Ni含量分別為93.99×10-6～169.6×10-6和53.88×10-6～108.8×10-6。

3.3 微量及稀土元素

表2列出了變輝石閃長(zhǎng)巖和片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖樣品的微量及稀土元素分析結(jié)果。變輝石閃長(zhǎng)巖樣品具有中等的稀土元素含量(ΣREE=136.3×10-6～165.0×10-6)，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(圖6a)中，樣品相對(duì)富集輕稀土元素(LREE=121.5×10-6～148.7×10-6)而虧損重稀土元素(HREE=14.15×10-6～17.65×10-6)，LREE/HREE=7.89～9.31,(La/Yb)N比值為8.62～10.76，Eu負(fù)異常相對(duì)明顯(δEu=0.72～0.88，平均為0.78)，表明巖漿演化過(guò)程中經(jīng)歷了一定程度的斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶。片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖具有較低的稀土元素含量(ΣREE=53.98×10-6～79.08×10-6)，輕重稀土分餾不明顯(LREE=41.00×10-6～64.43×10-6，HREE=11.31×10-6～14.66×10-6)，LREE/HREE=3.16～4.43，(La/Yb)N比值為2.70～3.87，存在明顯的Eu負(fù)異常(δEu=0.65～0.89，平均為0.78)，表明斜長(zhǎng)石發(fā)生明顯的分離結(jié)晶。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6b)中，變輝石閃長(zhǎng)巖和片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖樣品均相對(duì)富集Rb、Sr等大離子親石元素(LILs)，Nb、Ta、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)則明顯虧損，Th、U含量均較高，具有類似俯沖帶巖石的特征。

圖6 二連浩特-東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖球粒隕石標(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)

3.4 Hf同位素特征

本次工作在鋯石U-Pb定年的基礎(chǔ)上對(duì)所采集的樣品進(jìn)行了鋯石原位Hf同位素的測(cè)定，表3列出了測(cè)試結(jié)果及根據(jù)諧和年齡計(jì)算的相關(guān)參數(shù)。由表中數(shù)據(jù)可以看出，變輝石閃長(zhǎng)巖樣品鋯石的176Hf/177Hf值介于0.282719～0.282843之間，相應(yīng)的εHf(t)值為8.27～12.03(平均值為9.36)，位于虧損地幔演化線和球粒隕石演化線之間，靠近虧損地幔演化線(圖7a, b)，與興蒙造山帶內(nèi)興安地塊顯生宙巖漿鋯石原位微區(qū)Hf同位素特征一致(圖7a)，一階段Hf模式年齡tDM(Hf)為602～743Ma；片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖樣品鋯石的176Hf/177Hf值介于0.282432～0.282522之間，相應(yīng)的εHf(t)值為-2.12～1.10(平均值為-0.48)，位于球粒隕石演化線附近(圖7a, b)，與興蒙造山帶內(nèi)額爾古納地塊顯生宙巖漿鋯石原位微區(qū)Hf同位素特征一致(圖7a)，一階段Hf模式年齡tDM(Hf)為1016～1143Ma。

表3 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖的鋯石原位Hf同位素分析結(jié)果

圖7 興安地塊西部早古生代巖漿巖t-εHf(t)關(guān)系圖(底圖據(jù)Yang et al., 2006)

4 討論

4.1 興安地塊西部早古生代巖漿巖時(shí)空分布特征

興安地塊西部分布著大量的早古生代巖漿巖，從空間分布上來(lái)看可以劃分為兩條巖漿巖帶：南側(cè)的蘇尼特左旗-錫林浩特-大石寨早古生代巖漿巖帶(南帶)和北側(cè)的二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖帶(北帶)(圖8)。南帶以石英閃長(zhǎng)巖-英云閃長(zhǎng)巖-二長(zhǎng)花崗巖-花崗巖-流紋巖為主，少量輝長(zhǎng)巖，年齡范圍介于490～421Ma(圖9a、表4)，存在三個(gè)相對(duì)巖漿活動(dòng)峰值～423Ma、448～441Ma和～481Ma(圖9a)。北帶巖性組合包括角閃輝長(zhǎng)巖-輝長(zhǎng)巖-輝長(zhǎng)閃長(zhǎng)巖-英云閃長(zhǎng)巖-花崗閃長(zhǎng)巖及火山巖，年齡范圍為500～430Ma(圖9b、表4)，可分為500～479Ma、465～461Ma、456～450Ma、～430Ma四個(gè)活動(dòng)期，其中以456～450Ma巖漿活動(dòng)最為發(fā)育(圖9b)。由此可見(jiàn)，興安地塊西部早古生代巖漿巖以帶狀分布為特征， 可分為兩條近似平行的北東向條帶， 活動(dòng)時(shí)限近似，開(kāi)始于晚寒武世，并一直持續(xù)至中志留世。

表4 興安地塊西部早古生代巖漿巖年齡數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

圖8 興安地塊早古生代巖漿巖分布略圖(據(jù)Li et al., 2018)

圖9 興安地塊西部早古生代巖漿事件相對(duì)年齡頻率圖

4.2 巖石成因

4.2.1 地殼混染和分離結(jié)晶作用

東烏旗地區(qū)中-基性雜巖經(jīng)歷后期輕微變質(zhì)作用，因此在討論巖石成因和源區(qū)性質(zhì)之前首先要探討元素的活動(dòng)性。在巖石遭受后期變質(zhì)作用時(shí)，稀土元素(REE)和高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Th、Zr、Hf、Y)是相對(duì)穩(wěn)定的(Rollinson, 1993; Kerrichetal., 1999)。而最不活躍元素Zr可以用來(lái)示蹤變質(zhì)作用對(duì)玄武質(zhì)巖石地球化學(xué)成分的影響(Polatetal., 2012)。東烏旗中-基性雜巖的稀土元素(La、Yb、Sm等)、高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、Ta、Ta等)和其他微量元素(U、Ni、Cr等)與Zr均具有較好的相關(guān)性，表明在變質(zhì)過(guò)程中，這些元素基本是穩(wěn)定的，無(wú)明顯的遷移變化，可以用來(lái)恢復(fù)和討論中基性巖石的成因和源區(qū)性質(zhì)，而大離子親石元素(如Sr、Rb等)往往是活動(dòng)元素(Rollinson, 1993; Kerrichetal., 1999)，與Zr也沒(méi)有明顯的相關(guān)性，因此這些強(qiáng)活動(dòng)性元素不適合用來(lái)探討巖漿系列和巖石成因。東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖具有低硅(SiO2=44.30%～54.19%)、高鎂(MgO=5.23%～8.38%)和高M(jìn)g#值(53.2～64.2)的特征，結(jié)合相對(duì)高的Co、Ni、Sc含量(分別為17.61×10-6～40.34×10-6、53.88×10-6～109.3×10-6和19.69×10-6～77.13×10-6)，暗示其巖漿來(lái)源于地幔物質(zhì)的部分熔融。樣品顯示了弱過(guò)鋁質(zhì)至準(zhǔn)鋁質(zhì)特征，且所有樣品Mg#明顯大于45，Na2O含量均小于4.3%，這些特征與下地殼變玄武巖部分熔融所形成的低硅且準(zhǔn)鋁質(zhì)熔體明顯不同(Wolf and Wyllie, 1994; Rapp and Watson, 1995)，這進(jìn)一步表明巖漿源區(qū)并非來(lái)自于玄武質(zhì)下地殼，而是來(lái)源于地幔物質(zhì)的部分熔融。通常來(lái)說(shuō)，起源于巖石圈地幔的巖石通常相對(duì)原始地幔富集大離子親石元素和輕稀土元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素(如Nb、Ta)，而起源于軟流圈地幔的物質(zhì)往往富集大離子親石元素和高場(chǎng)強(qiáng)元素。東烏旗早古生代中-基性雜巖富集LILE，虧損HFSE，稀土元素配分圖上相對(duì)富集輕稀土而虧損重稀土元素(圖7)，這與正常洋中脊玄武巖(N-MORB)具有虧損LREE等特征的軟流圈地幔存在明顯差異(Sun and McDonough, 1989)。源于軟流圈地幔的基性巖La/Nb比值小于1.5，La/Ta比值小于22，而巖石圈地幔來(lái)源的基性巖則相反(Thompson and Morrison, 1988; Smithetal., 1999)。東烏旗早古生代中-基性雜巖的La/Nb和La/Ta比值分別為1.53～3.53(平均值為2.33)和23.40～152.6(平均值為56.18)，表明其巖漿源區(qū)為巖石圈地幔(Thompson and Morrison, 1988; Smithetal., 1999)。

通常大陸地殼強(qiáng)烈虧損Nb、Ta等元素(Rudnick and Gao, 2003)，如果幔源巖漿經(jīng)歷了一定規(guī)模的陸殼混染作用，往往會(huì)形成類似俯沖帶巖漿巖的特征(Ernstetal., 2005; Xia, 2014)。東烏旗早古生代中-基性雜巖具有明顯的Nb-Ta負(fù)異常，表明幔源巖漿可能受到地殼混染作用，而變微細(xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖樣品中出現(xiàn)的大量古老捕獲鋯石也似乎表明巖漿上升過(guò)程中受到了圍巖的混染作用。但同時(shí)大陸地殼相對(duì)富集Zr和Hf元素(Rudnick and Gao, 2003)，而在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖7b)，東烏旗早古生代中-基性雜巖呈現(xiàn)了Zr和Hf元素的負(fù)異常。與大陸地殼相比，變微細(xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖樣品具有相對(duì)較低的Th/Ce(平均值為1.31)、Th/La(平均值為0.06)和Th/Yb(平均值為0.13)，相對(duì)較高的Nb/Th(平均值為4.49)，表明陸殼混染的程度相對(duì)較低(Rudnick and Gao, 2003)。在協(xié)變圖(圖略)中，樣品的Mg#與Nb/La、Nb/Ta、Sm/Nd、Th/La、La/Sm均不存在明顯的相關(guān)性，同樣顯示了地殼物質(zhì)同化混染不明顯(Wangetal., 2013)。因此東烏旗早古生代中-基性雜巖的母巖漿在上升過(guò)程中并未遭受明顯的地殼混染作用，其Nb-Ta元素負(fù)異常是繼承其巖漿源區(qū)的地球化學(xué)特征。

東烏旗早古生代中-基性雜巖具有變化范圍較大的Mg#(53.2～64.2)、Cr(93.99×10-6～211.0×10-6)、Ni(53.88×10-6～109.3×10-6)和Co(17.61×10-6～40.34×10-6)，且含量明顯低于基性原生巖漿(Tatsumi and Ishizaka, 1981)，暗示其在巖漿演化過(guò)程中可能存在一定程度的結(jié)晶分異。Ni-Cr和V-Cr含量相關(guān)圖解(圖10)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解(圖7a)顯示，東烏旗早古生代中-基性雜巖在形成過(guò)程中主要經(jīng)歷了輝石、角閃石和斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用, 也有少量的橄欖石參與。

圖10 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖Cr-Ni 和Cr-V判別圖解(底圖據(jù)Li et al., 2010)

4.2.2 地幔源區(qū)特征

前期分析顯示東烏旗早古生代中-基性雜巖未遭受大規(guī)模地殼混染，而其富集輕稀土(LREE)和大離子親石元素(LILE)，虧損重稀土(HREE)和高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)的特征表明原始巖漿可能受到俯沖流體或熔體的影響，而兩者的微量元素配分系數(shù)存在差異，例如重稀土和高場(chǎng)強(qiáng)元素在熔體中含量較高，而輕稀土元素和堿金屬則易流入熔體，因此可以通過(guò)元素比值的差異來(lái)區(qū)分交代過(guò)程中熔體和流體參與(Johnson and Plank, 2000; Turneretal., 2003)。在Nb/Y-Rb/Y、Th/Nb-La/Nb和Th/Nb-Ba/Nb判別圖解(圖11)中，東烏旗早古生代中-基性雜巖的演化趨勢(shì)顯示出以流體交代為主，熔體交代為輔的特征。除此之外，前人的研究顯示，有俯沖沉積物熔融加入的源區(qū)部分熔融產(chǎn)生的巖漿Th/Yb比值通常大于2，而流體交代富集的巖漿其Th/Yb比值通常小于1(Woodheadetal., 2001; Nebeletal., 2007)。本次研究的變輝石閃長(zhǎng)巖的Th/Yb比值為1.52～4.21，大部分巖石介于1～2之間，片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖樣品的Th/Yb比值(0.18～0.68)均小于1，兩者也共同顯示了流體為主，熔體為輔的交代特征。

圖11 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖板片熔體-流體交代判別圖解(據(jù)Zhao and Zhou, 2007；Zamboni et al., 2016)

鋯石Hf同位素組成很少受到后期地質(zhì)作用的影響，可以作為探討巖漿源區(qū)屬性的重要約束(Griffinetal., 2000)。早期變輝石閃長(zhǎng)巖鋯石Hf同位素相對(duì)虧損(εHf(t)=8.27～12.03)，與二連浩特-東烏旗巖漿巖帶中的其余早古生代巖漿巖類似(圖7)，來(lái)源于源區(qū)相對(duì)虧損成分的熔融。而晚期片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖鋯石的εHf(t)值為-2.12～1.10，表明來(lái)源于源區(qū)相對(duì)富集組分的部分熔融，與蘇尼特左旗-錫林浩特-大石寨巖漿巖帶中的449～441Ma的花崗巖-花崗閃長(zhǎng)巖(唐建洲等，2018)及445～439Ma流紋巖(Chenetal., 2016)特征類似(圖7)。同時(shí)角閃輝長(zhǎng)巖中存在較多的古老捕獲鋯石也說(shuō)明其源區(qū)可能存在相對(duì)古老的地殼物質(zhì)，這與Wangetal.(2022)認(rèn)為興安地塊西部基底之下可能存在古老的富集地幔的認(rèn)識(shí)互相印證?？傮w呈現(xiàn)出早期虧損成分先出熔，后期富集成分再出熔的特征。

稀土元素含量和比值在限定幔源巖漿源區(qū)及其部分熔融程度過(guò)程中十分有效 (Aldanmazetal., 2000)，Sm為不相容元素，不容易受巖漿源區(qū)礦物相(如石榴石或尖晶石)含量變化的影響，而Yb在石榴石礦物相中為相容元素，但在尖晶石或單斜輝石礦物相中卻為不相容元素，因此，Sm/Yb比值可以用來(lái)判斷地幔源區(qū)的礦物相(Aldanmazetal., 2000)。如果巖漿源區(qū)是石榴石二輝橄欖巖部分熔融時(shí)，產(chǎn)生的熔體具有高于地幔源區(qū)的Sm/Yb值，而當(dāng)巖漿源區(qū)為尖晶石二輝橄欖巖部分熔融時(shí)，會(huì)形成與地幔源區(qū)相似的Sm/Yb值。在Sm/Yb-Sm圖解中(圖12)，變輝石閃長(zhǎng)巖樣品接近或稍高于尖晶石-石榴石(1:1)二輝橄欖巖部分熔融線上，表明樣品巖漿源區(qū)為尖晶石-石榴石(1:1)二輝橄欖巖，部分熔融程度約為7%～10%。片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖接近或稍高于尖晶石-石榴石(1:1)二輝橄欖巖部分熔融線上，表明樣品巖漿源區(qū)與變微細(xì)粒輝石閃長(zhǎng)巖類似，均為尖晶石-石榴石(1:1)二輝橄欖巖，但部分熔融程度較高，為10%～22%。

圖12 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖Sm-Sm/Yb判別圖解(底圖據(jù)Aldanmaz et al., 2000)

4.3 構(gòu)造背景及地質(zhì)意義

目前對(duì)于二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖帶的構(gòu)造背景仍存在爭(zhēng)議，一些學(xué)者認(rèn)為該巖漿巖帶形成于活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境或島弧環(huán)境(于洋等，2016；楊澤黎等，2017，2018，2020)，也有學(xué)者認(rèn)為是弧后盆地的產(chǎn)物(趙利剛等，2012；李紅英等，2016)。本次研究及前人資料顯示，二連浩特-東烏旗早古生代中基性巖漿巖大致可分為早期(500～461Ma)鈣堿性系列和晚期(456～450Ma)拉斑玄武巖系列(圖4b)。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)微量元素蛛網(wǎng)圖中可以看出，早期巖漿巖具有明顯的島弧玄武巖的地球化學(xué)特征，而晚期巖漿巖則更接近MORB的特征，且具有隨年齡變化而漸變。整體來(lái)說(shuō)，二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖兼具M(jìn)ORB和島弧玄武巖的特征。

基性巖漿巖直接起源于地幔部分熔融，受到后期改造較小，而成為反演區(qū)域構(gòu)造背景的理想對(duì)象(Yarmolyuketal., 2008)。不相容元素組成特征可以對(duì)基性巖的形成環(huán)境進(jìn)行限定。在La-La/Nb和Ta/Yb-Th/Yb(圖13a, b)中，東烏旗地區(qū)相對(duì)較老的變輝石閃長(zhǎng)巖和輝長(zhǎng)巖主要落在弧區(qū)域，而相對(duì)年輕的片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖和部分輝長(zhǎng)巖則逐漸向MORB區(qū)域靠近或落入其中，總體上來(lái)看東烏旗早古生代中-基性雜巖隨著時(shí)間的推移，島弧玄武巖的印記正逐漸減弱，而MORB成分不斷增加。這種演化特征暗示其可能形成于俯沖消減帶上弧后盆地。在Th/Yb-Nb/Yb和Th-Ta-Hf/3構(gòu)造判別圖(圖13c，d)中，大部分樣品落入島弧和弧后盆地重疊區(qū)域(弧后裂谷)及周邊，同樣顯示了隨著時(shí)間的增加，樣品逐漸從島弧玄武巖向弧后裂谷變化的趨勢(shì)。東烏旗早古生代中-基性雜巖Th/Nb比值為0.08～0.68，與馬里亞納弧后裂谷熔巖(0.24～0.68)基本一致(Pearceetal., 2005；Ishizukaetal., 2010)，暗示兩者形成環(huán)境基本一致。綜合野外巖石組合和地球化學(xué)特征，二連浩特-東烏旗早古生代中基性巖漿巖兼具M(jìn)ORB和島弧玄武巖特征，形成于弧后盆地初始裂解-不成熟弧后盆地階段。而東烏旗北部～430Ma具板內(nèi)巖漿特征的一套酸性火山巖，可能代表了成熟弧后盆地的巖漿活動(dòng)。

圖13 東烏旗地區(qū)早古生代中-基性雜巖構(gòu)造判別圖解

除巖漿作用外，二連浩特-東烏旗一線早古生代沉積特征也同樣記錄了上述構(gòu)造環(huán)境的轉(zhuǎn)變。興安地塊西部下-中奧陶統(tǒng)以長(zhǎng)石質(zhì)、石英質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)板巖和生物碎屑灰?guī)r為主，夾粉砂巖、板巖和中酸性火山巖；中奧陶統(tǒng)下部為安山巖夾少量火山碎屑巖，上部為凝灰質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)砂巖和泥質(zhì)板巖等；上奧陶統(tǒng)-下志留統(tǒng)主要由砂質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、細(xì)砂巖和灰?guī)r為主，含大量圖瓦貝等腕足類化石(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)。這種從含火山物質(zhì)的濱淺海沉積到海相沉積的變化也同樣記錄了弧后盆地初始裂解發(fā)育至成熟弧后盆地的過(guò)程。

早古生代時(shí)期，受古亞洲洋北向俯沖作用的控制，興安地塊西部南緣蘇尼特左旗-錫林浩特-大石寨一線發(fā)育大量的弧巖漿巖，存在～423Ma、448～441Ma和～481Ma三期巖漿活動(dòng)峰值。前人研究資料表明，該巖漿巖帶可分為原始島弧、正常大陸弧和碰撞-后碰撞三個(gè)演化階段(唐建洲等，2018)。伴隨持續(xù)的俯沖作用，在該弧巖漿巖帶的北部發(fā)育一個(gè)與之配套的弧后盆地， 500～461Ma巖漿巖記錄了弧后盆地的初始裂解階段， 456～450Ma巖漿巖代表了不成熟弧后盆地的巖漿產(chǎn)物，兩者均兼具M(jìn)ORB和島弧玄武巖特征，且隨著時(shí)間的推移，島弧玄武巖的印記正逐漸減弱，而MORB成分不斷增加?！?30Ma板內(nèi)酸性火山巖的出現(xiàn)，標(biāo)志著該弧后盆地發(fā)育成熟。由此可見(jiàn)，興安地塊西部南緣的蘇尼特左旗-錫林浩特-大石寨早古生代巖漿巖帶和北側(cè)的二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖帶一起組成了一套早古生代弧盆系，其演化特征可以與地塊東部進(jìn)行類比。

5 結(jié)論

(1)東烏旗中-基性雜巖兼具M(jìn)ORB和島弧玄武巖地球化學(xué)特征，形成于弧后盆地初始裂解-不成熟弧后盆地階段。巖漿來(lái)源于被俯沖流體為主，熔體為輔交代的地幔部分熔融，且具有早期虧損成分先出熔，后期富集成分再出熔的特征。

(2)最新LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年結(jié)果顯示變輝石閃長(zhǎng)巖形成時(shí)代為465±5Ma，片麻狀角閃輝長(zhǎng)巖形成于456±3Ma。結(jié)合前人年代學(xué)資料，東烏旗早古生代中-基性雜巖形成于中-晚奧陶世。

(3)興安地塊西部南緣的蘇尼特左旗-錫林浩特-大石寨早古生代巖漿巖帶和北側(cè)的二連浩特-東烏旗早古生代巖漿巖帶共同構(gòu)成了古亞洲洋北緣早古生代弧盆系，其演化特征可以與地塊東部進(jìn)行類比。

謹(jǐn)以此文慶祝“沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心”成立60周年。

致謝特別感謝審稿專家和本刊編輯為提高論文質(zhì)量提出了許多寶貴的建設(shè)性修改意見(jiàn)和建議。