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    内蒙古巴林右旗胡都格绍荣岩体的年代学、地球化学、Hf同位素特征及构造背景

    李鹏川 刘正宏 李世超 徐仲元 李刚 关庆彬

    李鹏川, 刘正宏, 李世超, 徐仲元, 李刚, 关庆彬, 2016. 内蒙古巴林右旗胡都格绍荣岩体的年代学、地球化学、Hf同位素特征及构造背景. 地球科学, 41(12): 1995-2007. doi: 10.3799/dqkx.2016.139
    引用本文: 李鹏川, 刘正宏, 李世超, 徐仲元, 李刚, 关庆彬, 2016. 内蒙古巴林右旗胡都格绍荣岩体的年代学、地球化学、Hf同位素特征及构造背景. 地球科学, 41(12): 1995-2007. doi: 10.3799/dqkx.2016.139
    Li Pengchuan, Liu Zhenghong, Li Shichao, Xu Zhongyuan, Li Gang, Guan Qingbin, 2016. Geochronology, Geochemistry, Zircon Hf Isotopic Characteristics and Tectonic Setting of Hudugeshaorong Pluton in Balinyouqi, Inner Mongolia. Earth Science, 41(12): 1995-2007. doi: 10.3799/dqkx.2016.139
    Citation: Li Pengchuan, Liu Zhenghong, Li Shichao, Xu Zhongyuan, Li Gang, Guan Qingbin, 2016. Geochronology, Geochemistry, Zircon Hf Isotopic Characteristics and Tectonic Setting of Hudugeshaorong Pluton in Balinyouqi, Inner Mongolia. Earth Science, 41(12): 1995-2007. doi: 10.3799/dqkx.2016.139

    内蒙古巴林右旗胡都格绍荣岩体的年代学、地球化学、Hf同位素特征及构造背景

    doi: 10.3799/dqkx.2016.139
    基金项目: 

    国家自然科学基金项目 41340024

    内蒙古自治区地质勘查基金项目 NMKD2013-02

    中国地质调查局项目 1212011085252

    详细信息
      作者简介:

      李鹏川(1991-),男,博士研究生,主要从事构造地质学研究.E-mail: lipengchuan@foxmail.com

      通讯作者: 刘正宏,E-mail: zhliu@jlu.edu.cn
    • 中图分类号: P581; P597

    Geochronology, Geochemistry, Zircon Hf Isotopic Characteristics and Tectonic Setting of Hudugeshaorong Pluton in Balinyouqi, Inner Mongolia

    图(9) / 表 (3)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2016-05-31
    • 刊出日期:  2016-12-02

    内蒙古巴林右旗胡都格绍荣岩体的年代学、地球化学、Hf同位素特征及构造背景

      通讯作者: 刘正宏, zhliu@jlu.edu.cn
      作者简介: 李鹏川(1991-),男,博士研究生,主要从事构造地质学研究.E-mail: lipengchuan@foxmail.com
    • 吉林大学地球科学学院,吉林长春 130061
    基金项目:  国家自然科学基金项目 41340024内蒙古自治区地质勘查基金项目 NMKD2013-02中国地质调查局项目 1212011085252

    摘要: 大兴安岭地区晚中生代的大地构造背景一直存在争议,通过对内蒙古巴林右旗胡都格绍荣岩体进行锆石U-Pb测年、岩石地球化学以及锆石Lu-Hf同位素分析,探讨其形成时代及构造背景.胡都格绍荣岩体主体岩性为似斑状黑云母二长花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb测年确定其加权平均年龄为129.9±1.4 Ma(MSWD=0.91),指示其侵位于早白垩世.花岗岩具有高SiO2、Na2O、K2O含量,低CaO、MgO含量,富集Cs、Rb、K、Th、U、Zr,亏损Ba、Sr、P、Ti,轻稀土富集,具明显Eu负异常(δEu=0.35~0.44),10 000×[w(Ga)/w(Al)]为2.08~3.05,表明其为典型的A型花岗岩.Hf同位素分析结果显示,锆石具有正的εHf(t)值(2.24~9.41),Hf两阶段模式年龄为1 030~570 Ma,平均为809 Ma,结合其微量元素特征,认为岩浆来源于新元古代地壳的部分熔融.胡都格绍荣花岗岩指示研究区在早白垩世为伸展构造背景,可能与蒙古-鄂霍茨克洋闭合关系更为密切.

    English Abstract

    • 内蒙古巴林右旗胡都格绍荣地区地处大兴安岭南段,大地构造位置位于兴蒙造山带东段的索伦-林西缝合带内,该缝合带北与宝力道岛弧增生杂岩带相邻,南与温都尔庙俯冲增生杂岩带相接(图 1aXiao et al., 2003),多数人认为其是西伯利亚板块与华北板块碰撞拼合的最终缝合带(Xiao et al., 2003Chen et al., 2009李益龙等,2009).研究区在古生代至早中生代经历了多个微陆块碰撞拼合、古亚洲洋闭合(Sengör and Natalin, 1996Li, 2006)以及蒙古-鄂霍茨克洋自西向东剪刀式闭合(Zorin, 1999Sorokin et al., 2004张克信等,2015).晚中生代该区处于强烈伸展环境,并伴随大规模火山-岩浆活动(葛文春等,1999邵济安等,2005许文良等,2013).人们对于该区晚中生代伸展环境的地球动力学背景存在较大争议,总体可以概括为蒙古-鄂霍茨克洋的闭合(Meng, 2003Fan et al., 2003)、太平洋板块的俯冲(赵国龙等,1989赵越等,1994)、地幔柱或软流圈上涌(林强等,1998葛文春等,1999)以及陆内伸展造山(邵济安等,2005)这几种观点.

      图  1  胡都格绍荣岩体构造位置(a)及地质简图(b)

      Figure 1.  Tectonic locations (a) and simplified geological sketch (b) of Hudugeshaorong pluton

      胡都格绍荣岩体位于巴林右旗北部,在1:20万区调报告(辽宁省地质局, 1971, 1:20万白塔子庙幅、林西县幅区域地质矿产报告)中,其被划归为燕山中期侵入体,但缺少测年数据.而在1:5万区调报告(辽宁省地质局, 1976, 1:5万海苏坝幅区域地质调查报告)中,其被定为燕山晚期岩体,并取得了92 Ma、98 Ma和117 Ma的同位素年龄(测试方法不明),年龄范围广且不精确,可见对于胡都格绍荣岩体的侵位时代缺少精确同位素测年数据的制约.因此笔者对胡都格绍荣花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、地球化学和锆石Hf同位素测试,借此确定该岩体的形成时代,判定花岗岩类型,研究岩浆成因及物质来源,并讨论岩体形成时的构造环境,结合近年大兴安岭和东北地区的研究成果,探讨了大兴安岭地区晚中生代地球动力学背景.

      • 胡都格绍荣地区处于索伦-林西缝合带内(图 1a),在晚古生代该区经历了俯冲和碰撞演化过程,发育了一套海相沉积地层、火山沉积地层,形成寿山沟组、大石寨组、哲斯组和林西组.中生代时期地壳以伸展变形为主,岩浆活动强烈,火山-沉积建造发育,形成满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组(辽宁省地质局, 1976, 1:5万海苏坝幅区域地质调查报告).

        大兴安岭地区中生代岩浆岩分布广泛,出露面积约占整个大兴安岭的75%,构成了大兴安岭的主体(Shao et al., 1998邵济安等,2001).胡都格绍荣地区侵入岩极为发育,侵入时代涵盖二叠纪、侏罗纪和白垩纪,岩性主要为花岗闪长岩或花岗岩,多呈岩基或岩株状产出,它们在时空分布上与同时代火山岩密切共生.胡都格绍荣岩体处于巴林右旗北部,东西长约13 km,南北宽约10 km,面积约68 km2,呈圆形岩株状产出(图 1b),岩体多被后期脉岩穿切,野外观测岩体与围岩为侵入接触关系,岩体北、西两侧倾角较缓(10°~36°),而南、东两侧与围岩接触界线平直,倾角较陡(60°~70°),在岩浆侵位过程中,围岩多遭受蚀变.胡都格绍荣岩体侵位于小大川-包木绍绕复式背斜轴部(图 1b),该复式背斜总体走向40°~50°,由核部向两翼依次为下二叠统寿山沟组、大石寨组和中二叠统哲斯组,轴部次级褶皱规模较大,而翼部基本不发育.

        根据岩石结构和矿物组合特征,笔者将胡都格绍荣岩体划分为两个相带:中心相为中细粒似斑状黑云母二长花岗岩(图 2a),边缘相岩石粒度变细,出露宽度一般较窄,岩性为细粒似斑状黑云母二长花岗岩或细粒黑云母花岗斑岩(图 2b).浅肉红色似斑状黑云母二长花岗岩为似斑状结构,基质为中细粒花岗结构,文象结构,块状构造.斑晶包括斜长石、钾长石及少量石英(图 2c2d),含量不均(8%~15%).斜长石斑晶呈半自形板柱状,聚片双晶发育,绢云母化明显,粒径大于5 mm;钾长石斑晶呈半自形板状或粒状,发生高岭土化,粒径在5 mm以上.基质矿物包括:斜长石,半自形板状,粒径为1~3 mm,含量在30%~40%,偶见环带结构,局部发育蠕虫结构(图 2c),绢云母化明显;钾长石为半自形板状,粒径为1~4 mm,含量在25%~40%,可见高岭土化;石英呈粒状,粒径多小于2 mm,含量约为25%,有的和钾长石构成文象结构(图 2d);黑云母,片状,粒径在2 mm左右,含量约为5%,多发生绿泥石化.此外,局部含极少量普通角闪石.副矿物类别较多,包括磷灰石、绿帘石、榍石、双锥锆石等.

        图  2  胡都格绍荣花岗岩野外照片(a)和显微镜下照片(b~d)

        Figure 2.  Photographs (a) and microphotographs (b-d) for Hudugeshaorong granite

      • 本研究所用锆石U-Pb测年、Hf同位素分析样品(编号W18N-1,取样坐标为118°31′7.4″E、44°2′24.7″N)及地球化学样品(编号W18YQ-1~W22YQ-1) 岩性都为似斑状黑云母二长花岗岩,它们都是取自胡都格绍荣岩体中的新鲜岩石,具体采样位置见图 1b.

        锆石分选在廊坊市区域地质矿产调查研究所完成,首先将岩石均匀粉碎为80~100目,淘洗并用电磁法使之分离,之后将分离出来的锆石放在双目显微镜下进行挑选,挑选过程中注意选择晶形较完好且不含包裹体或裂痕的锆石.锆石制靶、透射光、反射光和阴极发光图的采集在北京锆年领航科技有限公司完成,将挑选出来的锆石粘贴在树脂表面,待干燥后打磨抛光,拍摄透射光、反射光和阴极发光图像.锆石U-Pb同位素测年和Hf同位素分析在中国地质科学院矿产资源研究所完成.U-Pb同位素测年采用LA-ICP-MS方法,所用仪器为Neptune型MC-ICP-MS和Newwave UP213激光剥蚀系统,具体测试过程参见侯可军等(2009).获得的测年数据使用ICPMSDataCal(Liu et al., 2010)处理,之后运用Andersen(2002)的方法对数据进行同位素比值校正去除普通铅的影响,最后使用Isoplot(Ludwing, 2001)绘制锆石U-Pb谐和图,年龄误差为1σ.Hf同位素分析同样在Finnigan Neptune型多接收等离子质谱仪和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)上进行,所选Hf测试点编号与U-Pb测年点序号相对应,实验过程中采用He作为剥蚀物质载气,根据锆石大小剥蚀直径采用55 μm或40 μm,测定时使用国际标准锆石GJ-1作为外标,分析过程中锆石标准GJ-1的176Hf/177Hf测试加权平均值为0.282 007±0.000 007(2σ, n=36),详细实验流程参见侯可军等(2007).主量元素和微量元素分析测试在广州澳实矿物实验室完成,主量元素分析采用X射线荧光法(XRF),微量元素分析采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS).

      • W18N-1样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果见表 1.样品中的锆石主要呈长柱状,其次为短柱状,还有少量形状不规则,自形程度较高,锆石长度115~300 μm不等,长短轴比集中在2:1左右,最大可达6:1.CL图(图 3)显示锆石内部结构清晰,多具震荡环带,表明其为岩浆锆石.少量锆石由于含有较高的Th、U丰度,在CL图上较为黑暗,内部结构不清晰.W18N-1样品的Th/U比值较为集中,从0.40到1.40不等(表 1),同样指示锆石为岩浆成因.20个测试点中有18个落在了谐和线上,另外2个测试点偏离谐和线(已剔除),在反射光图中笔者观察到这两颗锆石因内部有细小裂隙造成铅丢失.谐和图中(图 4)18颗锆石的206Pb/238U年龄为135.0±4.0 Ma~124.5±3.9 Ma,加权平均年龄为129.9±1.4 Ma(MSWD=0.91),表明胡都格绍荣花岗岩侵位于早白垩世.

        样品 Th/U 同位素比值 锆石年龄(Ma)
        207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ
        W18N-1 1.40 0.050 76 0.003 66 0.140 30 0.009 19 0.020 41 0.000 41 231.6 166.6 133.3 8.2 130.2 2.6
        W18N-2 1.23 0.047 46 0.003 44 0.137 27 0.010 52 0.020 54 0.000 45 72.3 162.9 130.6 9.4 131.1 2.9
        W18N-3 1.37 0.050 30 0.004 44 0.132 07 0.010 65 0.019 80 0.000 40 209.3 257.4 126.0 9.6 126.4 2.5
        W18N-4 1.38 0.051 87 0.009 70 0.142 97 0.021 79 0.020 99 0.001 18 279.7 379.3 135.7 19.4 133.9 7.4
        W18N-5 0.64 0.049 05 0.003 86 0.134 69 0.009 59 0.020 02 0.000 41 150.1 174.0 128.3 8.6 127.8 2.6
        W18N-6 1.14 0.050 47 0.008 49 0.146 45 0.018 77 0.021 12 0.000 70 216.7 348.1 138.8 16.6 134.7 4.4
        W18N-7 1.16 0.053 70 0.008 34 0.138 18 0.020 98 0.020 41 0.000 94 366.7 309.2 131.4 18.7 130.3 6.0
        W18N-9 0.84 0.052 27 0.005 37 0.149 30 0.012 46 0.021 17 0.000 63 298.2 237.0 141.3 11.0 135.0 4.0
        W18N-10 0.93 0.050 24 0.004 57 0.140 02 0.011 19 0.020 46 0.000 52 205.6 200.0 133.1 10.0 130.6 3.3
        W18N-11 0.48 0.050 15 0.003 70 0.137 14 0.009 15 0.019 77 0.000 45 211.2 172.2 130.5 8.2 126.2 2.9
        W18N-13 0.94 0.047 74 0.004 95 0.127 23 0.012 48 0.019 76 0.000 53 87.1 229.6 121.6 11.2 126.1 3.4
        W18N-14 0.60 0.051 64 0.003 31 0.142 92 0.007 72 0.020 44 0.000 39 333.4 143.5 135.6 6.9 130.5 2.5
        W18N-15 0.65 0.054 38 0.008 26 0.137 93 0.017 70 0.020 86 0.000 73 387.1 148.0 131.2 15.8 133.1 4.6
        W18N-16 0.52 0.052 35 0.004 28 0.150 65 0.011 43 0.021 07 0.000 49 301.9 187.0 142.5 10.1 134.4 3.1
        W18N-17 0.48 0.054 23 0.006 77 0.130 40 0.012 83 0.019 49 0.000 61 388.9 283.3 124.5 11.5 124.5 3.9
        W18N-18 0.58 0.048 01 0.003 71 0.133 18 0.009 05 0.020 25 0.000 37 98.2 174.0 127.0 8.1 129.3 2.4
        W18N-19 0.57 0.047 35 0.007 85 0.137 35 0.022 64 0.020 86 0.000 38 77.9 342.6 130.7 20.2 133.1 2.4
        W18N-20 0.40 0.049 22 0.003 10 0.135 88 0.007 84 0.020 39 0.000 33 166.8 -50.9 129.4 7.0 130.1 2.1

        表 1  胡都格绍荣岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据

        Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb dating data of Hudugeshaorong pluton

        图  3  胡都格绍荣花岗岩(W18N-1) 部分锆石阴极发光图

        Figure 3.  Cathodoluminescence (CL) images of selected zircons from Hudugeshaorong granite (W18N-1)

        图  4  胡都格绍荣花岗岩U-Pb谐和图

        Figure 4.  U-Pb concordia diagram for Hudugeshaorong granite

      • 胡都格绍荣似斑状黑云母二长花岗岩的主量、微量元素分析结果见表 2,可以看出花岗岩具有高SiO2含量(70.8%~72.5%),平均可达71.6%,Na2O、K2O含量也较高,全碱含量(Na2O+K2O)为8.06%~8.21%,Al2O3含量13.85%~14.20%,具有低CaO(1.36%~1.81%)和低MgO含量(0.49%~0.59%).总体上呈现出富硅、钠、钾,贫钙、镁的特点.笔者运用SiO2-K2O图解确定样品为高钾钙碱性系列(图 5),样品的A/CNK分布在0.98~1.04,为准铝质到弱过铝质系列.

        样号 W1YQ-1 W2YQ-1 W3YQ-1 W4YQ-1 W5YQ-1
        SiO2 70.8 71.9 71.5 72.5 71.5
        TiO2 0.31 0.29 0.30 0.28 0.31
        Al2O3 14.15 14.00 14.05 13.85 14.20
        Fe2O3 2.69 2.49 2.80 2.41 2.63
        MnO 0.05 0.05 0.06 0.05 0.06
        MgO 0.59 0.53 0.55 0.49 0.57
        CaO 1.81 1.48 1.36 1.44 1.72
        Na2O 4.22 4.27 4.03 4.10 4.09
        K2O 3.86 3.79 4.03 4.11 4.08
        P2O5 0.10 0.09 0.09 0.08 0.10
        烧失量 0.53 0.66 0.62 0.34 0.50
        总计 99.26 99.69 99.56 99.80 99.92
        Na2O+K2O 8.08 8.06 8.06 8.21 8.17
        A/CNK 0.98 1.01 1.04 1.00 0.99
        Rb 167.0 147.5 162.5 157.5 158.0
        Cs 9.59 4.77 9.49 3.71 5.83
        Sr 269 261 260 255 318
        Ba 495 539 543 517 555
        Zr 180 206 193 171 241
        Hf 5.7 5.9 5.9 5.4 6.4
        U 3.46 2.64 3.56 3.56 4.35
        Th 13.65 13.40 13.50 16.55 16.95
        Nb 9.5 9.9 9.8 10.5 10.5
        Ta 0.9 0.9 0.9 0.9 0.7
        Y 30.3 28.1 28.3 32.1 36.0
        Cr 30 20 20 30 20
        V 104 29 25 20 40
        Ga 21.3 21.0 21.4 21.6 21.2
        Sn 6 7 4 3 2
        Th/U 3.95 5.08 3.79 4.65 3.90
        Nb/Ta 10.56 11.00 10.89 11.67 15.00
        La 32.6 24.9 26.3 28.2 43.3
        Ce 60.4 59.2 59.1 64.0 87.5
        Pr 7.51 6.26 6.31 7.15 9.36
        Nd 26.7 22.2 23.3 26.7 34.6
        Sm 6.05 4.85 5.02 5.76 6.37
        Eu 0.67 0.63 0.69 0.64 0.74
        Gd 5.34 4.63 4.43 5.20 5.84
        Tb 0.88 0.76 0.78 0.85 0.91
        Dy 5.00 4.39 4.65 4.97 4.99
        Ho 1.02 0.88 0.95 1.07 1.09
        Er 2.95 2.65 2.77 3.08 2.94
        Tm 0.42 0.38 0.41 0.44 0.48
        Yb 2.92 2.63 2.72 3.11 2.59
        Lu 0.45 0.41 0.43 0.48 0.53
        δEu 0.35 0.40 0.44 0.35 0.36
        δCe 0.90 1.11 1.07 1.06 1.00
        (La/Yb)N 7.53 6.38 6.52 6.11 11.27
        LREE 133.93 118.04 120.72 132.45 181.87
        HREE 18.98 16.73 17.14 19.20 19.37
        LREE/HREE 7.06 7.06 7.04 6.90 9.39
        ∑REE 152.91 134.77 137.86 151.65 201.24

        表 2  胡都格绍荣岩体主量元素(%)、稀土元素及微量元素(10-6)分析结果

        Table 2.  The analysis results of major elements (%), rare elements and trace elements (10-6) of Hudugeshaorong pluton

        图  5  胡都格绍荣岩体SiO2-K2O图解

        Figure 5.  SiO2-K2O diagram of Hudugeshaorong pluton

      • 胡都格绍荣花岗岩稀土元素总量(∑REE)为134.77×10-6~201.24×10-6,平均值为155.69×10-6,(La/Yb)N=6.10~11.27,LREE/HREE=6.90~9.39,为富轻稀土型,δEu值为0.35~0.44,平均为0.38,显著亏损,δCe为0.90~1.11,平均为1.03,无明显异常.在球粒陨石标准化配分图中(图 6a),曲线向右缓倾,呈轻微的“海鸥型”,轻稀土富集,重稀土亏损,在Eu处出现明显的低谷显示Eu负异常,表明斜长石分离结晶或在源区大量残留.微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图 6b),样品表现出富集大离子亲石元素(LILE)Cs、Rb、K,亏损Ba,富集高场强元素(HFSE)Th、U、Zr,明显亏损Nb、Sr、P、Ti的特点.

        图  6  胡都格绍荣岩体稀土元素球粒陨石标准化配分图解(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)

        Figure 6.  REE chondrite-normalized patterns diagram (a) and trace element primitive mantle-normalized spidergrams (b) of Hudugeshaorong pluton

      • 在LA-ICP-MS锆石U-Pb定年研究基础上,对锆石进行了微区Hf同位素分析,测试点序号与U-Pb测年点序号对应,分析结果见表 3.可以看出,10颗锆石取得的176Hf/177Hf比值变化范围为0.282 770~0.282 972,平均0.282 867,所有的锆石都有正的εHf(t)值,为2.24~9.41,平均为5.72,Hf的单阶段模式年龄(TDM1)为719~407 Ma,平均为560 Ma,两阶段模式年龄(TDM2)为1 030~570 Ma,平均为809 Ma.t-εHf(t)图解(图 7)显示所有的数据点都落在球粒陨石与亏损地幔之间.

        序号 t(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 1σ εHf(0) εHf(t) TDM1(Ma) TDM2(Ma) fLu/Hf
        W18N-3 112 0.094 627 0.001 840 0.282 822 5.2 1.77 4.10 623 911 -0.94
        W18N-5 112 0.057 225 0.001 103 0.282 864 4.8 3.24 5.62 552 813 -0.97
        W18N-6 123 0.096 117 0.001 852 0.282 910 4.4 4.88 7.43 496 705 -0.94
        W18N-9 114 0.069 283 0.001 324 0.282 871 2.9 3.49 5.90 545 797 -0.96
        W18N-10 113 0.064 391 0.001 314 0.282 783 3.7 0.37 2.76 671 997 -0.96
        W18N-11 112 0.061 889 0.001 181 0.282 873 4.7 3.58 5.95 540 792 -0.96
        W18N-13 112 0.109 012 0.001 975 0.282 972 3.9 7.09 9.41 407 570 -0.94
        W18N-17 115 0.128 320 0.002 883 0.282 770 7.0 -0.06 2.24 719 1031 -0.91
        W18N-18 113 0.121 049 0.002 572 0.282 955 4.6 6.47 8.76 439 613 -0.92
        W18N-20 117 0.126 951 0.002 943 0.282 847 3.5 2.64 4.99 606 857 -0.91
        注:176Lu衰变常数λ=1.867×10-11(Söderlund et al., 2004);球粒陨石的176Lu/177Hf、176Hf/177Hf分别为0.033 2,0.282 772(Blichert-Toft and Albarède, 1997);亏损地幔的176Lu/177Hf、176Hf/177Hf分别为0.038 42、0.283 25(Griffin et al., 2000).

        表 3  胡都格绍荣岩体锆石Lu-Hf同位素数据

        Table 3.  Zircon Lu-Hf isotope data of Hudugeshaorong pluton

        图  7  胡都格绍荣花岗岩锆石t-εHf(t)图解

        Figure 7.  t-εHf(t) plot for the zircons of Hudugeshaorong granite

      • 胡都格绍荣花岗岩样品的10 000×Ga/Al值为2.82~2.95,整体高于Ⅰ型花岗岩(2.10) 和S型花岗岩(2.28) 的平均值(Whalen et al., 1987吴福元等,2007a杨高学等,2010),地球化学特征显示其主量元素表现出富硅、钠、钾,贫钙、镁的特点,微量元素明显富集Cs、Rb、K、Th、U、Zr,亏损Eu、Ba、Sr、P、Ti,这是典型的A型花岗岩的特征(苏玉平和唐红峰,2005张旗等,2012).胡都格绍荣花岗岩与蚌埠隆起区庄子里和磨盘山A型花岗岩(杨德彬等,2009),吉林中部天桥岗和三道河A型花岗岩(孙德有等,2005),广西昆仑关A型花岗岩(谭俊等,2008)有非常相似的地球化学特征.在A型花岗岩判别图中样品落入A型花岗岩区域(图 8),Y/Nb-Rb/Nb图解(图 9a)和Nb-Y-Ce图解(图 9b)进一步表明其属于A2型花岗岩,A2型花岗岩形成于碰撞后或造山期后的拉张环境(张旗等,2012),说明研究区在早白垩世处于伸展环境.

        图  8  A型花岗岩判别图

        Figure 8.  A-type granite discrimination diagram

        图  9  胡都格绍荣花岗岩的Y/Nb-Rb/Nb图解(a)和Nb-Y-Ce图解(b)

        Figure 9.  Y/Nb-Rb/Nb diagrams (a) and Nb-Y-Ce diagrams (b) of Hudugeshaorong granite

      • 前文已述胡都格绍荣花岗岩为高钾钙碱性花岗岩,样品的Th/U=3.79~5.08,平均为4.27,接近大陆地壳平均Th/U比值(Th/U≈4),表明岩浆物源具有壳源的特征.Nb、Ta为强不相容元素,两者亲岩浆性同步变化,Nb/Ta比值在部分熔融和结晶分异作用过程中变化很小,在没有外来物质加入的情况下,同源岩浆演化过程中的Nb/Ta大致相同,因此成为判别岩浆源区的重要指标(王晓霞等,2005赵振华等,2008).本文样品的Nb/Ta比值为10.56~15.00,平均值为11.82,而大陆地壳的Nb/Ta比值为10~14(Rudnick, 2000赵振华等,2008),表明其岩浆应该来源于地壳.

      • 锆石封闭温度高,是非常稳定的矿物,形成之后很少受后期岩浆事件影响,实验测得的176Hf/177Hf基本可以代表其形成时的Hf同位素组成,这使锆石可以记录岩浆源区不同性质的源岩特征.通过锆石原位Hf同位素分析与锆石U-Pb测年结果相结合,可以示踪岩浆源区、揭示地壳演化(Scherer et al., 2000杨德彬等,2007李碧乐等,2016).

        胡都格绍荣花岗岩锆石Lu-Hf同位素测试结果显示,所有测试点的fLu/Hf值为-0.91~-0.97,明显小于铁镁质地壳(-0.34) 和硅铝质地壳(-0.72) 的fLu/Hf值(Vervoort et al., 1996Amelin et al., 1999).测试点εHf(t)都为较高的正值(平均5.72),具有正的εHf(t)值的陆壳花岗岩岩浆不可能源于亏损地幔,因为地幔岩浆分异不可能直接形成花岗岩(郑永飞等,2007),花岗岩主要来源于地壳岩石的部分熔融(吴福元等,2007a),另外亏损地幔和原始地幔处于Zr不饱和状态,这类地幔岩石部分熔融不可能直接形成锆石,必须通过新生地壳熔融再造或幔源岩浆侵位过程中地壳混染来实现锆石生长(郑永飞等,2007).Hf两阶段模式年龄平均为809 Ma,老于锆石的形成年龄(129.9±1.4 Ma),由于源于地壳岩石部分熔融的花岗岩锆石Hf模式年龄远大于其形成年龄,而源于新生地壳源区的花岗岩锆石Hf模式年龄与其形成年龄相近(吴福元等,2007b),因此认为胡都格绍荣岩体的岩浆来源于新元古代地壳岩石的部分熔融.

      • 大兴安岭地区早白垩世所处环境已经有众多学者进行过研究,许文良等(2013)通过对大兴安岭以及冀北-辽西地区早白垩世晚期(131~110 Ma)双峰式火山岩的研究,证明该区该时期处于伸展环境.张连昌等(2007)指出大兴安岭根河地区早白垩世基性和中基性火山岩的地球化学特征均为陆内伸展环境.Wang et al.(2011)Zheng(2005)通过研究东北亚广泛分布的晚中生代变质核杂岩,证实该时期其处于区域性造山后伸展环境.王彦斌等(2010)认为华北陆块北缘赤峰地区中侏罗世至早白垩世(163~125 Ma)的岩浆活动发生在伸展的构造背景下.邵济安等(2005)指出130~120 Ma大兴安岭及两侧盆地发生幔源岩浆的喷溢,显示晚中生代为伸展背景.众多研究都表明大兴安岭地区在早白垩世为伸展环境,与笔者对胡都格绍荣花岗岩研究的结果相同,而伸展环境的成因一直存在争议.

        对于东北地区晚中生代地球动力学机制的研究始终是热点问题,近年来蒙古-鄂霍茨克造山带的演化对中国东北及邻区中生代的影响越来越受到人们的重视(郑亚东等,2000李锦轶等,2004),更多学者开始倾向于将大兴安岭地区早白垩世伸展与其演化相关联.许文良等(2013)认为大兴安岭地区早白垩世双峰式火山岩组合的形成,与蒙古-鄂霍茨克缝合带闭合后加厚陆壳的拆沉过程关系密切,赵海玲等(1998)认为东北地区中生代火山岩与俯冲作用相关,而大兴安岭地区中生代火山活动则不能用俯冲来解释,而是与造山带的崩塌有关,张旗等(2009)也认为中国东部燕山期岩浆活动与太平洋板块没有关系.

        那么大兴安岭地区早白垩世伸展到底发生在什么地球动力学背景下?首先,大兴安岭地区北东向展布的火山岩带不仅发育于中国东北,在毗邻的俄罗斯南部地区和蒙古国中东部地区同样存在大量类似的火山岩(Fan et al., 2003孙德有等,2011),它们整体平行于北东向鄂霍茨克构造带(旷红伟等,2013),但在大兴安岭东侧的松辽盆地及以东的地区,早白垩世火山岩却少得多,这可能暗示其与古太平洋板块的俯冲关系较小.其次,古生代和中生代时期,蒙古-鄂霍茨克洋展布于西伯利亚板块、华北板块之间,对于该洋的演化过程研究已久,不同学者有不同的见解(Zorin, 1999Kravchinsky et al., 2002Sorokin et al., 2004李锦轶等,2004Metelkin et al., 2010),但其自西向东剪刀式闭合的方式是大家公认的,而在包含大兴安岭在内的东北亚地区,晚中生代火山活动具有由西向东迁移的趋势(Wang et al., 2006),这正与蒙古-鄂霍茨克洋闭合特征相符,二者应该具有很大关联.再者,由于大兴安岭与鄂霍茨克构造带之间的距离要远远短于其与古太平洋(Izanagi)板块边界的距离,并且地震层析资料表明中生代古太平洋板块俯冲的影响达不到大兴安岭地区(Shao et al., 2000邵济安等,2001),用古太平洋板块的长距离俯冲来解释大兴安岭地区早白垩世的伸展未免有些牵强.

        因此笔者认为大兴安岭地区早白垩世伸展应该与蒙古-鄂霍茨克洋的演化关系更为密切,蒙古-鄂霍茨克洋的闭合导致大兴安岭地区进入陆壳碰撞后的伸展环境,拉开了区域伸展作用的序幕,胡都格绍荣花岗岩就是在这种构造背景下完成侵位.

      • (1) 胡都格绍荣花岗岩的锆石为岩浆成因锆石,LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示其加权平均年龄为129.9±1.4 Ma,表明其侵位于早白垩世.

        (2) 胡都格绍荣岩体为高钾钙碱性花岗岩,主量元素富Si、Na、K,贫Ca、Mg,微量元素富集Cs、Rb、K、Th、U、Zr,亏损Eu、Ba、Sr、P、Ti,为典型的A型花岗岩.

        (3) Hf同位素分析显示锆石具有正的εHf(t)值,Hf两阶段模式年龄为1 030~570 Ma,平均为809 Ma,结合其接近大陆地壳的Th/U、Nb/Ta比值,认为岩浆来源于新元古代地壳的部分熔融.

        (4) 胡都格绍荣岩体形成于伸展环境,笔者认为大兴安岭地区早白垩世伸展环境可能与蒙古-鄂霍茨克洋闭合相关.

    参考文献 (94)

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