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    内蒙古狼山北部早古生代岩浆岩年代学、地球化学特征及构造意义

    张云 孙立新 张天福 滕飞 张永 孙义伟 杨泽黎 许凡

    张云, 孙立新, 张天福, 滕飞, 张永, 孙义伟, 杨泽黎, 许凡, 2019. 内蒙古狼山北部早古生代岩浆岩年代学、地球化学特征及构造意义. 地球科学, 44(1): 179-192. doi: 10.3799/dqkx.2018.305
    引用本文: 张云, 孙立新, 张天福, 滕飞, 张永, 孙义伟, 杨泽黎, 许凡, 2019. 内蒙古狼山北部早古生代岩浆岩年代学、地球化学特征及构造意义. 地球科学, 44(1): 179-192. doi: 10.3799/dqkx.2018.305
    Zhang Yun, Sun Lixin, Zhang Tianfu, Teng Fei, Zhang Yong, Sun Yiwei, Yang Zeli, Xu Fan, 2019. Geochronology, Geochemistry and its Tectonic Significance of the Early Paleozoic Magmatic Rocks in Northern Langshan, Inner Mongolia. Earth Science, 44(1): 179-192. doi: 10.3799/dqkx.2018.305
    Citation: Zhang Yun, Sun Lixin, Zhang Tianfu, Teng Fei, Zhang Yong, Sun Yiwei, Yang Zeli, Xu Fan, 2019. Geochronology, Geochemistry and its Tectonic Significance of the Early Paleozoic Magmatic Rocks in Northern Langshan, Inner Mongolia. Earth Science, 44(1): 179-192. doi: 10.3799/dqkx.2018.305

    内蒙古狼山北部早古生代岩浆岩年代学、地球化学特征及构造意义

    doi: 10.3799/dqkx.2018.305
    基金项目: 

    国家自然科学基金项目 41572172

    中国地质调查局项目 DD20189615

    中国地质调查局项目 DD20160041

    详细信息
      作者简介:

      张云(1991-), 男, 助理研究员, 硕士, 从事构造地质学和区域地质研究

      通讯作者: 孙立新
    • 中图分类号: P548

    Geochronology, Geochemistry and its Tectonic Significance of the Early Paleozoic Magmatic Rocks in Northern Langshan, Inner Mongolia

    • 摘要: 内蒙古狼山北部地区位于华北克拉通与兴蒙造山带交接部位,构造上隶属于华北克拉通北缘早古生代陆缘增生带.狼山北部巴音杭盖一带出露的早古生代岩浆岩,对确定华北北缘西段早古生代构造格局和造山带演化具有重要意义.本次研究采用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年法,获得了闪长岩、石英闪长岩206Pb/238U年龄为435.8±2.2 Ma~437.7±2.2 Ma,时代为早志留世.岩石为钙碱性系列,富集轻稀土元素,(La/Yb)N=4.30~11.59,表现出不同程度地富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U、K、Ba、Sr等,亏损高场强元素(HFSE),具有明显的Nb、Ta、Ti负异常,具有弱的负Eu异常(δEu=0.80~0.96),具有俯冲带岩石的特征.在同位素组成上,早志留世闪长岩体具有明显亏损的特点,εHft)=+5.2~+12.6,(87Sr/86Sr)i=0.704 665~0.706 174,εNdt)=+1.84~+2.00.上述年代学、岩石地球化学、Sr-Nd-Hf同位素数据结合区域地质资料分析表明,狼山北部早志留世闪长质岩体形成于早古生代温都尔庙洋沿温都尔庙-乌德-索伦山南一线南向俯冲背景下,为经历了俯冲洋板片析出流体交代作用的新生下地壳部分熔融的产物.志留纪岛弧岩浆岩的确定,明确了狼山北部地区属于华北克拉通北缘早古生代活动大陆边缘,为白乃庙岛弧带向西延展的部分,同时为华北北缘西段早古生代"沟-弧-盆"体系的确定提供了重要素材.
    • 图 1  中亚造山带构造简图(a)、研究区大地构造位置(b)以及内蒙古狼山北部地质简图及取样位置(c)

      Figure 1.  Simplified sketch map of the Central Asia orogenic belts (a), tectonic location (b) and simplified geological map and sample location from northern Langshan of Inner Mongolia (c)

      图a据Jahn et al.(2000);图b据Xu et al.(2013)孙立新等(2017);图c修改自河北区调局, 2012, 内蒙古1:25万巴音查干、乌拉特后旗幅区调修测;①二连-贺根山蛇绿混杂岩带;②二道井-迪彦庙蛇绿混杂岩带;③索伦-西拉木伦蛇绿混杂岩带;④温都尔庙-车根达来-乌德-索伦山南蛇绿混杂岩带;⑤华北北缘断裂;⑥华北克拉通北缘早古生代陆缘增生带

      图 2  志留纪岩体野外及显微照片(正交偏光)

      Figure 2.  Field and microphotographs in Silurian batholith (crossed nicols)

      a.闪长岩野外露头;b.闪长岩显微照片;c.石英闪长岩野外露头;d.石英闪长岩显微照片;Bi.黑云母;Kfs.钾长石;Hb.角闪石;Pl.斜长石;Px.辉石;Qz.石英

      图 3  狼山北部闪长岩体锆石U-Pb年龄谐和图及阴极发光图像

      Figure 3.  Zircon U-Pb concordia diagram and CL images for diorite of northern Langshan

      实心圆圈为U-Pb的年点;虚线圆圈为Hf同位素分析点

      图 4  狼山北部早志留世岩体Harker图解

      Figure 4.  Harker diagrams of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      图 5  狼山北部早志留世岩体的K2O-SiO2图(a)与A/NK-A/CNK图(b)

      Figure 5.  K2O-SiO2 (a) and A/NK-A/CNK (b) discrimination diagrams of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      图a据Wilson(1989);图b据Maniar and Piccoli(1989)

      图 6  狼山北部早志留世闪长岩体的稀土元素球粒陨石标准化图解(a)和微量元素原始地幔标准化图解(b)

      Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams (b) of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      标准化值据Sun and McDonough(1989)

      图 7  狼山北部早志留世闪长岩体锆石εHf(t)值(a)和二阶段Hf模式年龄(T2DM)(b)频数分布直方图

      Figure 7.  Histograms of zircon εHf(t) values (a) and two-stages Hf model ages (T2DM) (b) of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      图 8  狼山北部早志留世闪长岩体(87Sr/86Sr)i-εNd(t)关系(a)和t-εHf(t)关系(b)

      Figure 8.  (87Sr/86Sr)i-εNd(t) diagram (a) and t-εHf(t) diagram (b) of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      DM.亏损地幔;MORB.洋中脊玄武岩;OIB.洋岛玄武岩;EMI.I型富集地幔;EMII.II型富集地幔;兴蒙造山带东部Hf同位素数据引自Yang et al.(2006)

      图 9  狼山北部早志留世闪长岩体形成构造环境判别图解

      Figure 9.  Geochemical diagrams of tectonic environment discrimination for batholith of Early Silurian from northern Langshan

      图a, b据Pearce et al.(1984);图c据Harris et al.(1986);图d据Defant and Drummond(1993)

      图 10  狼山北部早志留世闪长岩体的(La/Yb)N-YbN图(a)和Sr/Y-Y图(b)

      Figure 10.  (La/Yb)N-YbN (a) and Sr/Y-Y (b) plots for batholith of Early Silurian from northern Langshan

      图a和图b中埃达克岩和典型岛弧岩浆岩区域引自Martin(1999)

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    出版历程
    • 收稿日期:  2018-05-18
    • 刊出日期:  2019-01-01

    内蒙古狼山北部早古生代岩浆岩年代学、地球化学特征及构造意义

      通讯作者: 孙立新, tjslixin@126.com
      作者简介: 张云(1991-), 男, 助理研究员, 硕士, 从事构造地质学和区域地质研究
    • 1. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170
    • 2. 河北省区域地质矿产调查研究所, 河北廊坊 065000
    基金项目:  国家自然科学基金项目 41572172中国地质调查局项目 DD20189615中国地质调查局项目 DD20160041

    摘要: 内蒙古狼山北部地区位于华北克拉通与兴蒙造山带交接部位,构造上隶属于华北克拉通北缘早古生代陆缘增生带.狼山北部巴音杭盖一带出露的早古生代岩浆岩,对确定华北北缘西段早古生代构造格局和造山带演化具有重要意义.本次研究采用LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb测年法,获得了闪长岩、石英闪长岩206Pb/238U年龄为435.8±2.2 Ma~437.7±2.2 Ma,时代为早志留世.岩石为钙碱性系列,富集轻稀土元素,(La/Yb)N=4.30~11.59,表现出不同程度地富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Th、U、K、Ba、Sr等,亏损高场强元素(HFSE),具有明显的Nb、Ta、Ti负异常,具有弱的负Eu异常(δEu=0.80~0.96),具有俯冲带岩石的特征.在同位素组成上,早志留世闪长岩体具有明显亏损的特点,εHft)=+5.2~+12.6,(87Sr/86Sr)i=0.704 665~0.706 174,εNdt)=+1.84~+2.00.上述年代学、岩石地球化学、Sr-Nd-Hf同位素数据结合区域地质资料分析表明,狼山北部早志留世闪长质岩体形成于早古生代温都尔庙洋沿温都尔庙-乌德-索伦山南一线南向俯冲背景下,为经历了俯冲洋板片析出流体交代作用的新生下地壳部分熔融的产物.志留纪岛弧岩浆岩的确定,明确了狼山北部地区属于华北克拉通北缘早古生代活动大陆边缘,为白乃庙岛弧带向西延展的部分,同时为华北北缘西段早古生代"沟-弧-盆"体系的确定提供了重要素材.

    English Abstract

      • 内蒙古狼山北部地区位于华北克拉通与中亚造山带东段(兴蒙造山带)相邻部位,构造上隶属于华北克拉通北缘早古生代陆缘增生带,是研究古亚洲洋与华北板块相互作用过程的重要区域.长期以来,兴蒙造山带古生代岩浆-构造演化与成矿过程一直是地质界关注的焦点,但由于后期强烈的构造岩浆作用改造,现存的早古生代岩浆记录较为有限,主要沿南北两条近东西向的岩浆岩带分布(Jian et al., 2008Xu et al., 2013).目前针对兴蒙造山带早古生代岩浆作用的研究主要集中在南带内蒙古达茂旗-白乃庙一线(许立权等,2003李建峰等,2010Zhang et al., 2013冯丽霞等,2013Wang et al., 2015钱筱嫣等,2017)、冀北三面井地区(彭树华等,2013),北带白音宝力道-锡林浩特一线(陈斌,2002刘敦一等,2003石玉若等,2004徐备等,2016王树庆等,2016);而对狼山北部早古生代构造岩浆事件的资料报道较少(Xu et al., 2013).狼山北部巴音杭盖一带的志留纪闪长岩、石英闪长岩发育,前人将其作为海西期(内蒙古自治区地质矿产局,1991)或中元古代侵入体(河北区调局, 2012, 内蒙古1:25万巴音查干、乌拉特后旗幅区调修测),但缺少年代学证据.本次研究在狼山北部巴音杭盖地区闪长质岩体中获得了早志留世的锆石U-Pb年龄,结合岩石学、元素地球化学及Sr-Nd-Hf同位素特征对其开展研究,系统分析了岩石成因及其构造背景,为兴蒙造山带西段早古生代构造演化提供了新的约束.

      • 研究区位于内蒙古狼山北部巴音杭盖一带,地处兴蒙造山带西段中蒙边境地带,大地构造位置上处于华北克拉通北缘断裂和索伦山构造蛇绿混杂带之间(图 1).研究区出露前寒武纪变质岩系古元古界宝音图岩群(Pt1By)和中元古代变质侵入体(γPt2).宝音图岩群(Pt1By)主要岩性为石英岩、石榴云母片岩、十字石片岩、二云母片岩、斜长角闪岩、透闪石大理岩等,普遍遭受高绿片岩相至低角闪岩相的区域变质作用,变质侵入体(γPt2)主要由条带状花岗片麻岩、片麻状二长花岗岩等组成,时代为1 672±10 Ma(孙立新等,2013),与围岩宝音图岩群呈侵入接触关系.古生界早-中志留统徐尼乌苏组(S1-2xn)分布于研究区北部,岩性为变质长石石英砂岩、粉砂岩、变质砂砾岩、结晶灰岩,夹有少量安山岩、凝灰岩,为一套具有复理石建造特征的弧前盆地沉积(Xu et al., 2013).区内发育大规模古生代中-酸性侵入岩体.在构造上,区内北东向和近东西向断裂十分发育,被后期北西向断裂切割,北东向断裂主要为狼山走滑断裂系,研究区南部发育华北克拉通北缘断裂.在研究区北部,前人在1:25万巴音查干幅区调工作中识别出一套以基性-超基性岩为主的奥陶纪蛇绿构造混杂岩,大致沿索伦山南部近东西向展布,呈断块状构造就位于宝音图岩群中,向东与达茂旗乌德蛇绿混杂岩带相连,构成温都尔庙-车根达来-乌德-索伦山南的早古生代蛇绿混杂岩带.

        图  1  中亚造山带构造简图(a)、研究区大地构造位置(b)以及内蒙古狼山北部地质简图及取样位置(c)

        Figure 1.  Simplified sketch map of the Central Asia orogenic belts (a), tectonic location (b) and simplified geological map and sample location from northern Langshan of Inner Mongolia (c)

        华北克拉通北缘断裂通常被认为是华北克拉通与兴蒙造山带的边界断裂(内蒙古自治区地质矿产局,1991),索伦山构造蛇绿混杂岩带代表了西伯利亚板块和华北板块的缝合带(Li et al., 2006李锦轶等,2009),两者之间的南部造山带(Xu et al., 2013)发育一系列早古生代钙碱性岩浆活动,呈近东西向带状分布,前人曾将其划分为白乃庙岛弧带或温都尔庙-翁牛特增生地体.作为古亚洲洋的一部分,早古生代温都尔庙洋的关闭,以区域上上志留统-下泥盆统西别河组(S3-D1x)与下伏奥陶纪-志留纪岛弧火山沉积岩系之间为角度不整合为标志(内蒙古地质矿产局,1991许立权等,2003),指示了华北板块北缘在奥陶纪-早志留世期间一次重要的俯冲增生事件,并将其划分为华北北缘早古生代陆缘增生带(李锦轶等,2009).以碱性岩、基性岩墙群和双峰式火山岩等为代表的泥盆纪岩浆活动(Liu et al., 2010张拴宏等,2010孙立新等,2017),标志着泥盆纪期间华北板块北缘进入到弧-陆碰撞后的伸展阶段.早石炭世晚期-中二叠世,华北北缘构造背景开始转化成为安第斯型活动大陆边缘环境,表现为钙碱性岩浆活动的强烈发育(王惠初等,2007; Zhang et al., 2009张拴宏等,2010).

        狼山北部志留纪岩浆岩分布于巴音杭盖以西至包尔呼舒一带,岩体呈近北东东走向,大小约75 km2,呈岩株产出,侵入于中元古代宝音图群中,被二叠纪花岗岩侵入.岩体主要岩性由闪长岩、石英闪长岩组成,二者呈渐变过渡接触,岩体受后期变形改造,具有分布不均的弱片麻状-条纹构造.本文测试样品采集自巴音杭盖以西,地理坐标:闪长岩(BYT16:42°10′51.57″N,107°39′07.72″E;BTY17:42°10′03.70″N,107°34′54.72″E);石英闪长岩(BYT18:42°11′09.88″N,107°41′51.51″E;BYT19:42°10′29.10″N,107°42′30.31″E;N750:42°11′31.10″N,107°42′21.35″E).

        闪长岩:分布于岩体西北部、北部,出露面积约5 km2,新鲜面呈灰黑色,中细粒结构,弱片麻状构造.镜下具半自形粒状结构,岩石主要由斜长石(45%~50%)、角闪石(20%~25%)、石英(10%±)、辉石(5%)、黑云母(5%)及副矿物(<1%)组成.斜长石半自形板状,发育聚片双晶,部分发生绢云母化,粒径0.5~2.0 mm;角闪石呈半自形长柱状,多色性明显,具菱形节理,多发生绿泥石化,粒径0.5~2.0 mm;石英呈他形粒状,粒径0.1~0.3 mm;辉石,粒状,粒径0.2~0.4 mm,裂理发育,正高突起;黑云母呈页片状断续分布(图 2a2b).

        图  2  志留纪岩体野外及显微照片(正交偏光)

        Figure 2.  Field and microphotographs in Silurian batholith (crossed nicols)

        石英闪长岩:分布于岩体南部,为岩体主体,面积约70 km2.岩体新鲜面呈灰黑色,中粗粒结构,弱片麻状构造,岩体相对均一,可见少量暗色包体.岩石由斜长石(50%~55%)、钾长石(5%~10%±)、石英(10%~15%±)、角闪石(10%~15%)、黑云母(5%)及副矿物(<1%)组成,粒径0.2~4.0 mm.斜长石:近半自形板状,粒径0.2~3.0 mm,发育聚片双晶.钾长石:为微斜长石,他形粒状,粒径0.2~1.5 mm,发育格子双晶.石英:他形粒状,粒径2.0~3.5 mm.黑云母:页片状,呈断续条纹状分布,片径一般0.2~2.0 mm,局部被绿泥石交代.角闪石:半自形-他形柱状,粒径以0.2~1.5 mm为主(图 2c2d).

      • 本文挑选3件样品(BYT16,BYT18,BYT19)进行锆石U-Pb测年.锆石挑选工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成,将样品粉碎至80目并淘洗后,采用重液和电磁分选,在实体显微镜下选出晶形、透明度较好的锆石,用环氧树脂固定,打磨至露出新鲜截面并抛光,制成样靶,测试样靶的透、反射光和阴极发光(CL)照相在北京锆年领航科技有限公司完成.样品测年工作在中国地质调查局天津地质调查中心同位素实验室完成,采用LA-MC-ICP-MS仪器对锆石进行U-Pb同位素测年分析,激光剥蚀的束斑直径为35 μm,以氦气作为剥蚀物质的载气,详细的仪器配置和流程参见李怀坤等(2010).采用ICP-MS DataCal程序(Liu et al., 2010)和Isoplot(ver3.0)程序(Ludwig, 2003)进行数据处理和图件绘制.

      • 选择新鲜样品去除表面风化壳,机械破碎至200目送实验室分析.全岩样品的主量元素、微量和稀土元素分析测试在中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成,主量元素采用X射线荧光光谱法测试,FeO、Fe2O3采用氢氟酸-硫酸溶样、重铬酸钾滴定容量法测定,分析精度优于2%,微量元素使用等离子体质谱仪(ICP-MS)测试,分析精度优于5%.

      • 选取BYT16、BYT18和BYT19三件样品进行锆石原位Lu-Hf同位素测定,分析测试工作在中国地质调查局天津地质调查中心同位素实验室激光剥蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)上进行,激光剥蚀的束斑直径为50 μm,采用GJ-1作为外标,详细的实验原理、测试流程和数据处理方法详见耿建珍等(2011),锆石Hf同位素的分析点与锆石U-Pb年龄分析点位于同一环带上.

      • 取200目全岩样品粉末,用HF+HClO4+HNO3溶解,用AG50W×12强酸性阳离子交换树脂分离Rb、Sr,然后用HEHEHP树脂(P507)技术分离纯化Nd,分离本底在同位素测量误差范围之内.Sr-Nd同位素分析在中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成,采用Triton热电离质谱仪进行测定,分析精度优于0.002%.国际标样BCR-2的测定结果分别为143Nd/144Nd=0.512 630±0.000 004(2σ),87Sr/86Sr=0.704 985±0.000 007(2σ).

      • 巴音杭盖一带志留纪岩体的闪长岩、石英闪长岩锆石U-Pb定年结果如附表1~附表3所示.

        锆石阴极发光(CL)图像(图 3b3d3f)显示,闪长岩样品(BYT16)和石英闪长岩样品(BYT18、BYT19)锆石形态相似,呈自形棱柱状-短柱状,晶形完好,长轴直径变化于100~150 μm之间,长宽比介于1.2~2.5.锆石多发育较宽的震荡环带,部分发育板状结构,Th/U均大于0.4,属于岩浆结晶成因的锆石.锆石颗粒边部发育窄的变质增生边,可能是受到了后期构造热事件的影响.

        图  3  狼山北部闪长岩体锆石U-Pb年龄谐和图及阴极发光图像

        Figure 3.  Zircon U-Pb concordia diagram and CL images for diorite of northern Langshan

        在样品BYT16的24个测点中(附表1和图 3a),除两个点谐和性差外,其余22颗锆石的206Pb/238U年龄均较为一致,集中于434~448 Ma之间,年龄加权平均值为436±2 Ma(n=22,MSWD=0.17).在样品BYT18的24个测点(附表1和图 3c)中,除7个样品点不谐和外,其余17颗锆石的206Pb/238U年龄较为一致,集中于429~440 Ma之间,加权平均年龄为435.8±2.2 Ma(n=17,MSWD=0.29).在样品BYT19的24个测点中(附表1和图 3e),23颗锆石微区记录的206Pb/238U年龄较为一致,集中变化于433~470 Ma之间,年龄加权平均值为437.7±2.2 Ma(n=23,MSWD=0.24).因此,获得的样品加权平均年龄435.8±2.2~437.7±2.2 Ma可以代表岩体的侵位结晶年龄,属于早志留世产物.

      • 本文测试了5件岩石样品,其地球化学分析结果见附表3.样品SiO2含量为54.58%~62%,属于中性岩类;TiO2变化于0.54%~0.77%;具有较高的Al2O3(16.12%~17.8%)、CaO(4.40%~7.72%)、Na2O(3.66%~4.50%)含量,较低的K2O(1.02%~3.08%)、FeOT(4.0%~7.34%)含量;MgO变化于2.35%~3.81%,Mg#为42.36~52.90.在图 4上,各氧化物含量与SiO2含量之间表现出明显的相关性,主要表现为K2O、Na2O含量与SiO2含量呈正相关,TiO2、MgO、CaO、Al2O3、FeOT则与SiO2含量呈负相关,表明岩体在成岩过程中经历了岩浆分离结晶作用.

        图  4  狼山北部早志留世岩体Harker图解

        Figure 4.  Harker diagrams of the Early Silurian batholith in northern Langshan

        样品K2O/Na2O比值为0.24~0.84;A/CNK均小于1(0.80~0.94),显示铝不饱和;在图 5a上,4个样品均落入亚碱性闪长岩区域,1个样品落入辉长闪长岩/二长闪长岩区域,碱度率AR值为1.07~1.29,里特曼指数δ为2.00~2.45,属钙碱性系列;在K2O-SiO2图解(图略)中,样品落于中-高钾钙碱性系列岩石之中;固结指数SI=16.54~22.72(介于30~10),与安山岩、玄武安山岩相近,反映岩浆的分异程度较高;在图 5b中样品具偏(准)铝质特征.

        图  5  狼山北部早志留世岩体的K2O-SiO2图(a)与A/NK-A/CNK图(b)

        Figure 5.  K2O-SiO2 (a) and A/NK-A/CNK (b) discrimination diagrams of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      • 附表2列出了测试样品微量及稀土元素分析结果.在图 6b中,样品微量元素特征基本一致,表现为富集Rb、Th、U、K、Ba、Sr等大离子亲石元素(LILE),相对亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素(HFSE),具有明显的Nb、Ta、Ti负异常,具有俯冲带岩石的特征.

        图  6  狼山北部早志留世闪长岩体的稀土元素球粒陨石标准化图解(a)和微量元素原始地幔标准化图解(b)

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace elements spider diagrams (b) of the Early Silurian batholith in northern Langshan

        在稀土元素组成上,样品稀土总量变化于84.45×10-6~170.3×10-6,在图 6a中,样品具有一致的配分模式,显示为轻稀土(LREE)富集的右缓倾型配分曲线,LREE/HREE比值在5.86~10.45,(La/Sm)N介于2.59~3.74,(La/Yb)N变化于4.30~11.59之间,反映轻稀土的分馏程度高于重稀土的分馏程度.δEu变化于0.80~0.96间,具弱负Eu异常,表明岩浆源区斜长石的分离结晶作用不明显.

      • 在锆石U-Pb定年的基础上,对样品进行了微区原位Lu-Hf同位素分析,εHf(t)值及二阶段模式年龄使用锆石加权平均年龄进行计算,分析结果见附表3.

        锆石Lu-Hf同位素分析结果显示,早志留世闪长质侵入岩样品(BYT16、BYT18、BYT19)具有类似且较集中的初始176Hf/177Hf比值,主要介于0.282 648~0.282 856,εHf(t)值变化较小,主要介于+5.2~+12.6(图 7a),具有亏损的同位素组成,对应二阶段模式年龄集中于690~1 361 Ma(中-新元古代,图 7b),仅有1颗锆石的εHf(t)值偏小,为0.2,对应的二阶段模式年龄T2DM为1 811 Ma.在图 8b中,样品点均落于球粒陨石演化线和亏损地幔演化线之间,指示有幔源或新生地壳组分参与成岩.

        图  7  狼山北部早志留世闪长岩体锆石εHf(t)值(a)和二阶段Hf模式年龄(T2DM)(b)频数分布直方图

        Figure 7.  Histograms of zircon εHf(t) values (a) and two-stages Hf model ages (T2DM) (b) of the Early Silurian batholith in northern Langshan

        图  8  狼山北部早志留世闪长岩体(87Sr/86Sr)i-εNd(t)关系(a)和t-εHf(t)关系(b)

        Figure 8.  (87Sr/86Sr)i-εNd(t) diagram (a) and t-εHf(t) diagram (b) of the Early Silurian batholith in northern Langshan

      • 本次共对3件样品进行了Sr-Nd同位素分析,数据列于附表4.分析结果显示,87Sr/86Sr介于0.705 093~0.707 732,143Nd/144Nd介于0.512 523~0.512 564.对测定的锆石U-Pb加权年龄进行计算后得出,岩体整体具有较为均一的Sr-Nd同位素组成,(87Sr/86Sr)i比值介于0.704 665~0.706 174,具有亏损的Nd同位素组成,(143Nd/144Nd)i范围为0.512 168~0.512 179,εNd(t)值均为正值(+1.84~+2.00),相应的二阶段Nd模式年龄T2DM为1.01~1.03 Ga,fSm/Nd介于-0.31~-0.38.

      • 地球化学数据显示,狼山北部早志留世岩体闪长岩和石英闪长岩均属于中-高钾钙碱性系列,微量元素显示Rb、Th、U、K、Ba、Sr等LILE富集,Nb、Ta、Ti等HFSE显著亏损,以及富集LREE的稀土配分模式,具有俯冲带岩石的特征.

        在Pearce花岗岩类Nb-Y和Rb-(Y+Nb)构造判别图解,以及Rb-Hf-Ta判别图解中,样品点均落入位于火山弧花岗岩区(图 9a~9c);在图 9d中,样品也具有陆缘弧的特点.以上特征表明,狼山北部早志留世岩体与周边早古生代岩浆岩类似,为俯冲环境下活动大陆边缘弧岩浆作用的产物.

        图  9  狼山北部早志留世闪长岩体形成构造环境判别图解

        Figure 9.  Geochemical diagrams of tectonic environment discrimination for batholith of Early Silurian from northern Langshan

        张旗等(2004)邓晋福等(2015)研究认为,俯冲弧岩浆岩来源于(1)地幔楔的部分熔融;(2)俯冲洋壳的部分熔融;(3)地幔楔上部的地壳的部分熔融.地幔楔的熔融通常产生玄武岩或高镁安山岩,样品SiO2含量(54.6%~62.0%)较高,加之较低的MgO(2.35%~3.81%,)、Cr(3.96×10-6~41.30×10-6)、Ni(3.71×10-6~12.5×10-6)含量,说明早志留世闪长岩体直接来源于地幔楔部分熔融的可能性不大.一般而言,俯冲洋壳的部分熔融物质常具有埃达克岩的特征,而样品Yb(1.85×10-6~2.77×10-6,平均值2.18×10-6)和Y(14.6×10-6~24.4×10-6,平均值19.2×10-6)含量较高,轻、重稀土分异程度不强((La/Yb)N=4.3~11.6),在图 10中,样品点均落在典型岛弧岩浆岩区域,此外,埃达克岩通常具有类似于MORB的同位素亏损特征,其εNd(t)>+5,(87Sr/86Sr)i<0.705(Martin,1999),而早志留世闪长岩体样品的εNd(t)=+1.84~+2.00,(87Sr/86Sr)i=0.704 665~0.706 174(平均值0.705 206),与埃达克岩有明显差别,表明早志留世闪长岩体并非俯冲洋壳熔融的产物.

        图  10  狼山北部早志留世闪长岩体的(La/Yb)N-YbN图(a)和Sr/Y-Y图(b)

        Figure 10.  (La/Yb)N-YbN (a) and Sr/Y-Y (b) plots for batholith of Early Silurian from northern Langshan

        此外,早志留世闪长岩体样品的Mg#范围为42.4~52.9,平均值为47.6,大于同等硅含量条件下玄武岩实验熔体的Mg#(<40,Rapp and Waston, 1995),说明样品不是完全的壳源熔体,较高的Mg#值指示了幔源组分的加入,这也得到了岩相学特征的支持(发育少量暗色包体),但较低的MgO、Cr、Ni含量也说明幔源组分的加入较为有限,同时样品表现出强烈的Nb、Ta负异常也反映了其形成过程中再循环地壳物质的贡献较大.在球粒陨石标准化图解中,所有的样品均显示LREE富集,LREE的分馏程度高于HREE的分馏程度,HREE具平坦型的分布,结合样品较高的Yb(1.85×10-6~2.77×10-6,平均值2.18×10-6)和Y(14.6×10-6~24.4×10-6,平均值19.2×10-6)暗示源区缺少石榴石,结合弱的负Eu异常(δEu=0.82~0.96,平均值0.86),表明岩浆源区应处于相对低压位置(张旗等,2006).

        另外值得注意的是样品的Nb/U值为3.62~5.24,明显低于下地壳的估算值(Nb/U≈25,Rudnick and Gao, 2003),而Nb/U值一般很难因岩浆分离结晶作用或部分熔融的程度而改变,考虑到俯冲板片脱水过程大离子亲石元素(LILE)富集于流体、而高场强元素(HFSE,特别是Nb、Ta、Ti)更多地保留于残留矿物中(金红石、钛铁矿等,Brenan et al., 1994),导致流体具有极低的Nb/U值(约0.22,Ayers, 1998),因此,样品中偏低的Nb/U值指示了其源区遭受了俯冲板片脱水形成的流体交代作用的影响(杨泽黎等,2017).

        在同位素组成上,早志留世闪长岩体具有明显亏损的特点,εNd(t)和εHf(t)均为较高的正值.εNd(t)值介于1.84~2.00,对应的较年轻且集中的T2DM年龄(1.01~1.03 Ga);εHf(t)值主要介于5.2~12.6,对应二阶段模式年龄为0.690~0.136 Ga,在t-εHf(t)图解中位于球粒陨石和亏损地幔之间,并靠近亏损地幔,与前人总结的兴蒙造山带东段显生宙岩浆岩εHf(t)值区域(图 7bYang et al., 2006)一致;Hf对应二阶段模式年龄和Nd二阶段模式年龄均为中-新元古代且变化范围较小(主要集中于0.9~1.2 Ga之间,图 8b),说明岩体主要起源于从地幔分离出来的新生下地壳的部分熔融,同时也反映了中-新元古代的地壳增生事件(Wu et al., 2000; Jahn et al., 2000; Jahn, 2004).结合前述分析,研究区早志留世闪长质岩体为俯冲背景下活动大陆边缘弧岩浆作用的产物,可能的形成过程是受俯冲板片析出流体交代的地幔楔发生部分熔融,上升的幔源岩浆在下地壳处发生底侵,诱发新生下地壳的熔融,并遭受了俯冲带流体的交代作用,侵位形成闪长质岩体.

      • 本次研究对狼山北部巴音杭盖地区闪长岩和石英闪长岩进行了锆石LA-MC-ICPMS U-Pb测年,获得了435.8±2.2 Ma~437.7±2.2 Ma的年龄,表明这套闪长质侵入岩的侵位时代为早志留世晚期,代表了早古生代的一期构造热事件.区域地质资料表明,早古生代是内蒙古中西部地区构造—岩浆活动的频发期,以温都尔庙蛇绿岩为代表的早古生代温都尔庙洋的消减闭合,形成了南部包尔汉图-白乃庙岛弧岩浆岩带(许立权等,2003李建峰等,2010; Zhang et al., 2013冯丽霞等,2013; Wang et al., 2015)和北部白音宝力道岛弧岩浆岩带(陈斌,2002刘敦一等,2003石玉若等,2004),揭示出早古生代洋壳双向俯冲消减的特点(Jian et al., 2008徐备等,2016).区域上达茂旗北部西别河组(S3-D1x)角度不整合覆盖在下伏包尔汉图群(O1-2B)岛弧火山沉积岩系之上(内蒙古地质矿产局,1991),指示华北克拉通北缘在晚志留世之前发生了一次重要的弧-陆碰撞事件.锆石U-Pb年代学研究表明,白乃庙岛弧岩浆岩带中弧火山岩与侵入岩年龄主要集中于474~436 Ma(许立权等,2003李建峰等,2010; Zhang et al., 2013冯丽霞等,2013; Wang et al., 2015),结合de Jong et al.(2006)对温都尔庙俯冲增生杂岩中石英糜棱岩的蓝闪石40Ar/39Ar测年获得的449~453 Ma年龄,将白乃庙岛弧的活动时间约束在奥陶纪-早志留世之间.

        狼山北部巴音杭盖早志留世岩体与白乃庙岛弧岩浆岩带在构造位置上均位于华北克拉通北缘陆缘增生带,且位于温都尔庙-桑根达来-乌德-索伦山南构造蛇绿岩带的南侧.地球化学研究表明狼山北部早志留世岩体为活动大陆边缘弧岩浆岩,与白乃庙岛弧岩浆岩带形成时代基本相同,构成一条近东西向的弧岩浆岩带,该弧岩浆岩带位于蛇绿岩带南侧,指示了温都尔庙洋壳向南俯冲的极性.

        前人关于狼山地区构造单元的划分存在不同的意见,一是将狼山北部地区置于兴蒙造山带中,其与华北克拉通的构造边界位于乌拉特中旗北缘断裂(内蒙古自治区地质矿产局,1991),其二是将狼山北部宝音图一带划为华北克拉通(沈存利等,2004).狼山北部早古生代奥陶纪蛇绿岩带代表的早古生代洋壳组合位于志留纪岛弧岩浆岩带北侧,大致沿索伦山南部近东西向展布,向东与达茂旗乌德蛇绿混杂岩带相连,构成温都尔庙-车根达来-乌德-索伦山南的早古生代蛇绿混杂岩带.志留纪岛弧岩浆岩的确定,明确了狼山北部地区属于华北克拉通北缘早古生代活动大陆边缘,为白乃庙岛弧带向西延展的部分,对确定华北北缘西段早古生代“沟-弧-盆”体系(刘金龙等,2016Xu et al., 2013)具有重要的意义.

      • (1) 锆石U-Pb测年结果表明,狼山北部闪长质岩体形成时代为(435.8±2)Ma~(437.7±2.2)Ma,为一套形成于早志留世的中-高钾钙碱性岛弧型岩浆岩.

        (2) 年代学、岩石地球化学、Sr-Nd-Hf同位素结合区域地质资料分析表明,狼山北部早志留世闪长质岩体形成于早古生代温都尔庙洋沿温都尔庙-乌德-索伦山一线南向俯冲背景下,遭受了俯冲板片析出流体交代作用的新生下地壳部分熔融的产物.

        (3) 狼山北部志留纪岛弧岩浆岩带的确定,为兴蒙造山带白乃庙岛弧带向西延展提供了依据,同时为华北北缘西段早古生代“沟-弧-盆”体系的确定提供了重要素材.

        附补充信息表见:http://www.earth-science.net/WebPage/view.aspx?id=20190117065749.pdf

    参考文献 (72)

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