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    内蒙古迪彦庙孬来可图侵入岩的年代学、Sr-Nd-Hf同位素特征及其地质意义

    范玉须 肖庆辉 程杨 李岩 刘勇 郭灵俊 庞进力

    范玉须, 肖庆辉, 程杨, 李岩, 刘勇, 郭灵俊, 庞进力, 2020. 内蒙古迪彦庙孬来可图侵入岩的年代学、Sr-Nd-Hf同位素特征及其地质意义. 地球科学, 45(7): 2379-2392. doi: 10.3799/dqkx.2020.100
    引用本文: 范玉须, 肖庆辉, 程杨, 李岩, 刘勇, 郭灵俊, 庞进力, 2020. 内蒙古迪彦庙孬来可图侵入岩的年代学、Sr-Nd-Hf同位素特征及其地质意义. 地球科学, 45(7): 2379-2392. doi: 10.3799/dqkx.2020.100
    Fan Yuxu, Xiao Qinghui, Cheng Yang, Li Yan, Liu Yong, Guo Lingjun, Pang Jinli, 2020. Chronology, Sr-Nd-Hf Isotope Geochemistry and Geology Significance of Pluton in the Naolaiketu of Diyanmiao, Inner Mongolia. Earth Science, 45(7): 2379-2392. doi: 10.3799/dqkx.2020.100
    Citation: Fan Yuxu, Xiao Qinghui, Cheng Yang, Li Yan, Liu Yong, Guo Lingjun, Pang Jinli, 2020. Chronology, Sr-Nd-Hf Isotope Geochemistry and Geology Significance of Pluton in the Naolaiketu of Diyanmiao, Inner Mongolia. Earth Science, 45(7): 2379-2392. doi: 10.3799/dqkx.2020.100

    内蒙古迪彦庙孬来可图侵入岩的年代学、Sr-Nd-Hf同位素特征及其地质意义

    doi: 10.3799/dqkx.2020.100
    基金项目: 

    内蒙古自治区地质矿产勘查基金项目 2017-YS01

    中国地质调查项目 DD20160345

    详细信息
      作者简介:

      范玉须(1987-), 男, 博士, 主要从事构造地质学与成矿研究.ORCID:0000-0001-7721-7003.E-mail:562442919@qq.com

      通讯作者: 肖庆辉, ORCID:0000-0002-8539-7574.E-mail:qinghuixiao@126.com
    • 中图分类号: P58

    Chronology, Sr-Nd-Hf Isotope Geochemistry and Geology Significance of Pluton in the Naolaiketu of Diyanmiao, Inner Mongolia

    图(11)
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    出版历程
    • 收稿日期:  2020-04-29
    • 刊出日期:  2020-07-01

    内蒙古迪彦庙孬来可图侵入岩的年代学、Sr-Nd-Hf同位素特征及其地质意义

      通讯作者: 肖庆辉, qinghuixiao@126.com
      作者简介: 范玉须(1987-), 男, 博士, 主要从事构造地质学与成矿研究.ORCID:0000-0001-7721-7003.E-mail:562442919@qq.com
    • 1. 中国煤炭地质总局勘查研究总院, 北京 100039
    • 2. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
    • 3. 中国冶金地质总局矿产资源研究院, 北京 101300
    • 4. 内蒙古自治区地质调查研究员, 内蒙古呼和浩特 010020
    基金项目:  内蒙古自治区地质矿产勘查基金项目 2017-YS01中国地质调查项目 DD20160345

    摘要: 以内蒙古迪彦庙蛇绿混杂岩带中的孬来可图侵入岩体为研究对象,通过详细的岩石学、年代学以及Sr-Nd-Hf同位素特征分析,探讨岩石成因及构造环境.岩体的锆石U-Pb年龄为322.2±1.3 Ma,表明该岩体属晚石炭世早期岩浆活动的产物.岩石化学成分中SiO2含量较高(62.29%~77.17%);Al2O3含量较低(11.45%~14.11%),属准铝质岩浆系列;富钠贫钾(Na2O=2.91%~3.84%,K2O=0.54%~1.79%),同时富集大离子亲石元素而亏损高场强元素,具有TTG的地球化学特征.岩石稀土元素含量较低,轻、重稀土分异不明显,具中等强度的负Eu异常(δEu=0.64~0.76).岩石的εHft)值均为正,介于+8.1~+13.3之间,模式年龄相对年轻,同时(87Sr/86Sr)i较低(0.703 457~0.703 789),εNdt)均为正值(+8.4~+9.3),具有MORB源区的特征,推测岩浆起源于古亚洲洋俯冲洋壳.结合西乌旗岩浆弧中不同源区的TTG岩类分析,石炭纪,古亚洲洋在西乌旗地区尚未关闭,而是处于热壳-热幔的壳幔构造背景中,洋壳俯冲消减,岩浆侵位,陆壳增生.

    English Abstract

      • 孬来可图岩体位于内蒙古西乌旗迪彦庙西南部,大地构造位置上处于中亚造山带东南缘,贺根山蛇绿混杂岩带与西拉木伦缝合带之间(图 1a).研究区内地层主要分布二叠纪寿山沟组,为一套海相碎屑岩,岩性以砂质泥质板岩、杂砂岩为主,可见平行层理、粒序层理,指示以海底扇为主的沉积特征.孬来可图岩体与蛇绿混杂岩以韧性剪切带接触,形态呈不规则状,空间上总体呈带状展布,与构造线方向基本一致,在区域上构成了近北东东向分布的岩浆岩带(图 1b).

        图  1  (a) 区域构造简图(据Xiao et al., 2003修改);(b)孬来可图区域地质简图

        Figure 1.  (a) Sketch tectonic map(modified from Xiao et al., 2003); (b) Regional geological map of Naolaiketu

        孬来可图岩体的岩石新鲜面呈灰黑色,中粒结构,块状构造(图 2a, 图 2b).主要矿物成分为斜长石(55%~60%)、角闪石(18%~20%)、石英(15%~20%)、钾长石(5%~7%),黑云母少量,矿物粒径以2~5 mm为主.斜长石自形-半自形板状,大小一般0.5~3.0 mm,见卡钠复合双晶,双晶纹中细,部分颗粒具环带构造,有些矿物中心部分不同程度的风化,见不同程度绢云母化(图 2c);角闪石半自形-他形柱状,大小一般3~4 mm,见角闪石式解理,部分颗粒发生绿帘石化、绿泥石化;钾长石他形粒状,大小一般2~4 mm,主要为条纹长石,表面浑浊,见高岭土化;石英他形粒状,粒径一般3~5 mm,表面光滑,部分颗粒具波状消光;黑云母自形片状,大小2~3 mm,含量较少,见绿泥石化(图 2d).结合镜下鉴定,通过CIPW标准矿物计算,孬来可图侵入岩体全部落入英云闪长岩范围内(图 7),本文将孬来可图岩体定为英云闪长岩.

        图  2  孬来可图侵入岩野外及镜下照片

        Figure 2.  Field photographs and photomicrographs of the plutonic rocks, in Naolaiketu

        图  7  岩石的An-Ab-Or分类图解和K-Na-Ca图解

        Figure 7.  An-Ab-Or diagram (a) and K-Na-Ca diagram(b)

      • 全岩的主量元素分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成.将制备好的碱熔玻璃片在ARL 9900型X射线荧光光谱仪(XRF)上进行分析测试.碱熔玻璃片的制备过程为:将1 g粉末样品与11 g助熔剂充分混合后倒入铂金坩埚,通过THEOXD全自动电熔融炉进行熔融,制备成玻璃片.样品分析测试的电流和电压分别为75 mA和40 kV.样品浓度 > 1.0%时分析相对误差在±1%;当样品浓度 < 1.0%时,相对误差则在±10%.微量元素和稀土元素用ICP-MS法测定,仪器型号为ELEMENT-2质谱仪,相对误差约2%.

      • 锆石分选是在廊坊诚信地质服务公司完成,锆石CL图像拍摄和制靶在北京锆年领航公司完成.锆石U-Pb同位素定年在中国地质大学(北京)科学研究院实验中心完成,实验方法为LA-ICP-MS微区原位定年,实验仪器为193 nm准分子激光器和电感耦合等离子质谱仪(型号Thermo Xseries2).实验中激光的束斑直径为32 μm,频率为6 Hz,以He气作为载气,采用NIST 610对仪器进行最佳化,91500作为定年标样,数据处理和谐和图绘制采用ICPMSDataCal(Liu, 2017)和Isoplot 3.0程序获得.

      • 全岩Sr-Nd同位素分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用Triton TI表面热电离质谱(TIMS)测定.取200目的岩石粉末样,烘干后完全溶解于HF+HNO3的混合酸中,采用阳离子交换树脂分离提纯出Sr和Nd. Sr、Nd同位素比值分别采用86Sr/88Sr=0.119 4、146Nd/144Nd=0.721 9进行质量分馏校正. 87Rb/86Sr和147Sm/144Nd比值用全岩Rb、Sr、Sm和Nd含量计算,λRb-Sr=1.42×10-12 a-1; Sm-Nd同位素计算过程中,球粒陨石值、亏损地幔值和大陆地壳平均值的计算参数分别为:(143Nd/144Nd)DM=0.513 15,(147Sm/144Nd)DM=0.213 60,(147Sm/144Nd)cc=0.118 00;λSm-Nd=6.54×10-12 a-1.

        锆石Lu-Hf同位素的分析是在锆石U-Pb同位素分析基础上完成的,测试在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学实验室完成,使用仪器为Neptune Plus型多接收等离子质谱和GeoLasPro 193 nm激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS),实验过程中采用He作为剥蚀物质载气,根据锆石大小,激光剥蚀系统直径采用44 μm,测定时使用锆石国际标样GJ-1作为参考物质.相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等(2007).分析过程中锆石标准GJ-1的n(176Hf)/n(177Hf)测试加权平均值分别为0.282 008 ± 0.000 050 (2σ).计算初始176Hf /177Hf和εHf(t)时,Lu的衰变常数采用1.867×10-11 a-1(Scherer et al., 2001),球粒陨石Hf同位素值n(176Lu)/n(177Hf)=0.033 2,n(176Hf)/n(177Hf)=0.282 772(Blichert-Toft et al., 1997).二阶段模式年龄计算时采用大陆地壳的平均值176Lu/177Hf=0.015.

      • 迪彦庙地区内石英闪长岩锆石晶型较好,锆石粒径在0.08~0.25 mm之间,一般呈短柱状,棱角状.锆石为浅黄色,透明,形态以自形为主.锆石的Th/U比值为0.32~0.75,平均为0.52(附表1),且阴极发光照片显示发育岩浆震荡环带和扇状环带(图 3),显示出岩浆成因锆石的特征(Corfu, 2003; 吴元保和郑永飞,2004).

        图  3  孬来可图石英闪长岩锆石阴极发光图、分析点和年龄

        Figure 3.  Representative CL images of analyzed zircons, ages and analysis spots (cycle) are marked on the zircons

        本文所测19颗锆石的年龄比较集中且位于协和线附近(图 4),其协和年龄为322.2±1.3 Ma(MSWD=0.68),属于晚石炭世.原区域地质调查报告中测定的同位素年龄为326.91±0.79 Ma(MSWD=1.08),本文与前人所测数据在误差范围内基本一致,代表了孬来可图岩体形成于早石炭世晚期.

        图  4  孬来可图岩体锆石U-Pb年龄协和图

        Figure 4.  Zircon U-Pb concordia diagrams for Naolaiketu pluton

      • 孬来可图英云闪长岩岩体的岩石化学数据见附表2, 其中SiO2含量为62.29%~77.17%,平均69.22%. Na2O含量为2.91%~3.84%,平均含量为3.29%;K2O含量为0.54%~1.79%,平均为1.10%.全碱(Na2O+K2O)含量为3.52%~5.30%,Na2O/K2O介于1.90~5.39之间,富钠贫钾,属于低钾拉斑系列-中钾钙碱性系列岩石范畴(图 5a). Al2O3含量11.45%~14.11%,含量较低,A/CNK-A/NK图解上属准铝质岩石系列(图 5b).

        图  5  孬来可图岩石的K2O-SiO2图(a.据Peccerillo and Taylor, 1976),ANK-ACNK图解(b.据Maniar and Piccoli, 1989)

        Figure 5.  (a) K2O-SiO2 (modified from Peccerillo and Taylor, 1976) and (b) ANK-ACNK plot(modified from Maniar and Piccoli, 1989)

        通过附表2可以看出,其中1件样品ΣREE为较低,为7.28×10-6,(LaN/YbN)为4.51,δEu为1.61,为Eu正异常.其余样品的ΣREE=55.73×10-6~66.53×10-6,(LaN/YbN)为1.61~2.44, 稀土元素总量较低,轻重稀土分异不明显;δEu为0.55~0.60,显示较强的Eu负异常,暗示具有斜长石的分离结晶.微量元素原始地幔蛛网图中,富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th等,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素,显示了与俯冲作用有关岩浆岩地球化学特征.

      • 孬来可图岩体2件样品的87Rb/86Sr为0.289 037~0.385 913,(87Sr/86Sr)i为0.703 457~0.703 789,具有较低的87Rb/86Sr值和具有较低的初始(87Sr/86Sr)i比值. 147Sm/144Nd为0.513 010~0.513 058,εNd(t)为+8.4~+9.3,均为正值,二阶段模式年龄T2DM为321.3~396.6 Ma.锆石Lu-Hf同位素分析显示(附表3~4),样品(BY194)中所有锆石的176Lu/177Hf比值均小于0.002,表明锆石形成后具有极低量的放射成因Hf,所测定的176Hf /177Hf比值基本可以代表其形成时体系的Hf同位素组成(吴福元等,2007).样品176Hf/177Hf的变化范围为0.282 922~0.282 994,平均为0.282 942.对应的εHf(t)值位于+8.1~+13.3之间,全部为正值,亏损地幔模式年龄(TDM)为363~510 Ma,二阶段模式年龄TDM2中有两个点的年龄为339 Ma和323 Ma,与锆石U-Pb年龄接近一致,其余模式年龄为384~467 Ma.

      • 通过锆石LA-ICP-MS测年,本次在孬来可图岩体中获得的年龄为322.2±1.3 Ma,与1:5万区域地质调查中所测年龄(326.91±0.79 Ma)基本一致,表明岩体形成于晚石炭世早期.区域上,白音宝力道石炭纪岛弧型侵入岩(309~311 Ma,Chen et al., 2000石玉若等,2004)及西乌旗南部岛弧型侵入岩(322~325 Ma,刘建峰等,2009)的时代是相近,均属于早石炭世晚期-晚石炭世早期,表明这期侵入岩在区域上是连续分布的.同时,除侵入岩组合外,区域上还分布有石炭纪查干诺尔火山岩(313~308 Ma;汤文豪等,2011),代表了石炭纪强烈的岩浆热事件.

        迪彦庙孬来可图前弧玄武岩的年龄为333.4±8.5 Ma(李英杰等,2018),英云闪长岩的形成比初始弧形成晚约11 Ma,说明迪彦庙地区在333 Ma前就已经开始俯冲了洋壳俯冲作用,孬来可图英云闪长岩应形成于洋壳俯冲环境中.

      • TTG岩石是具有特定的地球化学标志一类岩石组合.从岩石化学特征来看,孬来可图岩体的SiO2含量较高(平均含量为70.86%),为酸性岩浆成分;富钠贫钾,Na2O/K2O介于2.56~5.69之间,与富钾的壳源花岗岩不同. Al2O3含量相对较低(平均12.60%),铝饱和指数在0.81~0.96之间,属准铝质岩石系列.微量元素Sr含量较低(平均为261.55×10-6),Y平均值17.91×10-6,Sr /Y平均为35.93.同时,岩石稀土总量较低,除一件样品为正Eu异常外,其余样品均显示弱-中等的负Eu异常,正Eu异常向负Eu异常的变化,可能是受到结晶分异作用的影响.从表中可以看出,SiO2含量变化较大,正Eu异常的样品SiO2含量较低,随着SiO2含量的增加,δEu有变小的趋势,推测岩浆演化过程中可能受到结晶分异作用的控制. (LaN/YbN)为1.61~4.51,轻稀土相对于重稀土轻度富集,总体的配分模式相似,在球粒陨石标准化图解中为向右倾的曲线(图 6).微量元素原始地幔蛛网图中(图 6),富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th等,而亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素,与俯冲带岛弧岩浆岩的地球化学特征相似.这些特征都与国内外典型的TTG岩石相似(Jahn et al., 1981; 吴鸣谦等,2014; 邓晋福等, 2015, 2018王金芳等,2019).

        图  6  岩石的REE元素球粒陨石标准化图解及微量元素原始地幔标准化蛛网图

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE pattern and primitive mantle-normalized trace elements spider diagram

        根据CIPW标准矿物分子计算,在An-Ab-Or图上,该岩体显示为以英云闪长岩为主的TTG岩石组合(图 7a),在K-Na-Ca三角图中呈现出明显的奥长花岗岩演化趋势(图 7b), 反映该岩浆可能为洋壳玄武质岩石在较高温度下部分熔融成因的TTG岩石(邓晋福等,2015王金芳等, 2019).

      • Wyllie(1984)邓晋福等(2015)认为岩浆弧下岩浆的源区可能有3个,即①俯冲的洋壳,②俯冲带上覆的楔形地幔区,③地幔楔上面的陆壳或洋壳. TTG岩石的源区大致可分为2类,一类为加厚下地壳变玄武岩的部分熔融,与俯冲无关(Smithies et al., 2000Condie,2005);另一种为俯冲洋壳板片的部分熔融,并常与埃达克类岩石相联系(Drummond et al., 1996冯艳芳等,2011吴鸣谦等,2014邓晋福等,2015).孬来可图侵入岩的Sr-Nd-Hf同位素分析表明,岩浆来源于古亚洲洋俯冲板片的部分熔融.

        孬来可图英云闪长岩石具有富集大离子亲石元素而亏损高场强元素的特征,反映了俯冲带的地球化学特征.轻、重稀土分异程度不大,具有较为平坦的稀土元素组成模式,与迪彦庙蛇绿岩所具有的较为平坦型的稀土组成模式相类似(程杨等,2019),表明孬来可图英云闪长岩与迪彦庙蛇绿岩应具有继承性.与俯冲洋壳熔融形成的典型TTG相比,孬来可图英云闪长岩的Mg#、Cr和Ni明显偏低,显示并未与上覆地慢楔发生显著的物质交换,可能与西湾型埃达克岩的成因相似,岩浆并未经过较长距离的迁移,并常与蛇绿岩伴生(张旗,2008).同时,在相邻的梅劳特乌拉蛇绿岩中发现的石炭纪俯冲板片熔融成因的奥长花岗岩也存在这种地球化学特征(王金芳等,2019).在(Yb+Ta)-Rb和(Y+Nb)-Rb构造环境判别图解中(图 8),样品全部落在火山弧花岗岩范围内,表明岩体形成于俯冲相关的岛弧环境中.在C/MF-A/MF图中(图 9),孬来可图岩体源岩落在了变玄武岩区,推测为蚀变洋壳部分熔融的结果.

        图  8  (a) 孬来可图岩石Rb-(Y+Nb)构造判别图解和(b)Rb-(Yb+Ta)图解(据Pearce et al., 1984)

        Figure 8.  (a)Rb-(Y+Nb) and (b)Rb-(Yb+Ta) tectonic discriminate diagrams of the Naolaiketu(modified from Pearce et al., 1984)

        图  9  TTG岩C/MF-A/MF图

        Figure 9.  C/MF-A/MF diagram of TTG

        下地壳熔融形成的岩浆岩在同位素上具有明显的壳源特征,而俯冲洋壳熔融形成的岩浆岩,其同位素必然带有洋壳的印记.通常认为,接近于MORB值的岩浆直接来源于幔源洋壳(MORB)物质的熔融,与俯冲洋壳的岛弧构造环境相关;而偏离于MORB值,即εNd(t)值具有相对低正值,(87Sr/86Sr)i > 0.704,一般在0.706~0.710之间,则认为其岩浆由幔源底侵的年轻玄武质下地壳部分熔融形成,与增厚岩石圈拆沉和幔源岩浆底侵作用发育时期的陆内后碰撞构造环境紧密联系(赵振华等,2006侯增谦等,2007韦栋梁等,2007).在同位素地球化学特征上(附表3),孬来可图英云闪长岩石具有较低的(87Sr/86Sr)i(0.703 457 4~0.703 789 3),较高的143Nd/144Nd(0.513 010~0.513 058)和εNd(t)值(+8.41~9.33).在Sr-Nd同位素图解中(图 10),样品都落在第二象限内的大洋中脊玄武岩范围内,且与相邻迪彦庙蛇绿岩中MORB十分接近,具有洋壳同位素的组成特征,不可能由大陆下地壳熔融产生.

        图  10  (87Sr/86Sr)iNd(t)同位素组成图解

        Figure 10.  (87Sr/86Sr)iNd(t) isotope composition of Naolaiketu

        锆石Hf同位素在示踪岩浆源区方面具有重要作用.由于锆石稳定性较强,同时具有较高的Hf质量分数和极低的176Lu/177Hf值,并且其形成后基本没有放射性成因Hf的积累,使得锆石Hf同位素研究成为目前示踪岩浆源区的重要手段之一(Amelin et al., 1999吴福元等,2007).一般认为具有正εHf(t)值的花岗质岩石来自亏损地幔或从亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融(Belousova et al., 2006).本文英云闪长岩样品中εHf(t)值全部为正值,相对集中,介于13.6~15.9之间,均位于亏损地幔演化线附近(图 11),Hf同位素特征与兴蒙造山带东段幔源岩浆岩Hf的演化一致(图 11)(Yang et al., 2006; 刘建峰等, 2014),显示与兴蒙造山带东段显生宙岩浆岩类似的同位素组成特征.花岗质岩石的Hf同位素模式年龄接近锆石U-Pb年龄时,说明其源区是新生地壳,或者是在地壳中极短时间滞留后就参与了壳内重熔作用(吴福元等,2007).二阶段Hf同位素模式年龄TDM2为323~459 Ma,相对集中.模式年龄中有2个点的模式年龄为323 Ma和339 Ma,与锆石形成年龄十分接近,暗示有源于亏损地幔的石炭纪新生地壳在短时间内发生了重融.由于该模式年龄与迪彦庙SSZ型蛇绿岩的形成年龄相近,推测可能是在俯冲过程中卷入了少量新生成的前弧玄武岩物质.其余点的二阶段模式年龄为384~467 Ma,表明该岩浆主要来源于384~467 Ma之间的新生洋地壳,为早古生代古亚洲洋洋壳的部分熔融形成.同样,全岩的Nd同位素模式年龄也具有类似的特征,其中一件样品二阶段模式年龄较为年轻(321 Ma),与岩体和蛇绿岩的形成年龄相近,另一件样品模式年龄为396 Ma,在Hf同位素模式年龄的范围内,可能代表了形成于早古生代的大洋地壳物质.

        图  11  锆石εHf(t)-T图解(据Yang et al., 2006)

        Figure 11.  εHf(t)-T diagram of zircon(modified from Yang et al., 2006)

        综上所述表明,孬来可图英云闪长岩的岩浆源区最有可能为古亚洲洋俯冲洋壳,其中可能混入了新生的前弧玄武岩.

      • 晚古生代是中亚造山带构造演化的重要阶段,学界对石炭-二叠纪的构造环境争议较大:一种观点认为石炭纪古亚洲洋已经闭合,此时处于伸展拉张的裂谷阶段(鲍庆中等,2007徐备等,2014);另一种观点认为古亚洲洋还在俯冲,直到二叠纪末期或三叠纪(Xiao et al., 2003; 李锦轶等, 2007汪相,2018).争议的焦点为不同构造背景下,岩浆的源区不同,一部分专家认为西乌旗岩浆弧是伸展背景下地幔熔融的产物(鲍庆中等,2007徐备等,2014);另一部分专家则认为是古亚洲洋俯冲带板片熔融的结果(刘建峰等,2009).本文孬来可图TTG岩石的识别,证明在晚石炭世古亚洲洋在西乌旗迪彦庙地区仍然处于俯冲消减阶段,是西乌旗石炭纪岩浆弧的东延部分,在区域上共同组成了白音宝力道-锡林浩特-西乌旗石炭纪岩浆弧.而白音诺尔双峰式火山岩,形成时代稍晚(313~308 Ma, 汤文豪等,2011),可能是弧后局部伸展形成.鲍庆中等(2007)未对西乌旗南部石炭纪石英闪长岩进行地球化学分析,仅根据其侵入锡林浩特杂岩及被晚石炭世本巴图组“角度不整合”而认为形成于伸展裂谷背景,其野外地质现象还需进一步验证.徐备等(2014)基于对本区晚古生代地层是陆表海沉积的认识,提出古亚洲洋在早泥盆世就已闭合,之后进入陆内演化阶段.而公繁浩等(2013)对二叠纪寿山沟组的详细研究认为其形成于深海沉积环境,进一步证明古亚洲洋在晚古生代还未闭合.

        Wyllie(1984)邓晋福等(2015)提出了俯冲带4种壳-幔结构,其中热幔-热壳的壳幔结构配置中岩浆最为丰富,3个源区均可产生岩浆.西乌旗-锡林浩特晚石炭世岩浆弧中,岩浆源区具有多样性,除来源于俯冲板片外,还有部分岩浆起源于俯冲带地幔楔(刘敏等,2017; 王树庆等,2018),部分来源于下地壳(刘锐等,2016Liu et al., 2017), 与热幔-热壳的壳幔结构相似.热的俯冲板片发生熔融,形成的TTG岩浆在上升过程中可与上覆地幔橄榄岩发生交代作用,从而形成高镁岩浆岩.目前,已在西乌旗南发现了石炭纪高镁闪长岩(330±2 Ma),属高镁闪长岩/安山岩类(HMA)系列(刘敏等,2017).同时,孬来可图英云闪长岩(TTG)作为弧岩浆岩的重要组成之一,与西乌旗南的高镁闪长岩(刘敏等,2017)和迪彦庙SSZ型蛇绿岩中的前弧玄武岩、高镁安山岩、镁安山岩等共同构成了较为完整的弧火成岩组合(李英杰等,2018程杨等,2019).这种岩石组合指示西乌旗石炭纪岩浆弧可能形成于古亚洲洋新生的年轻洋壳快速俯冲的热壳-热幔构造背景下,俯冲板片、地幔楔和下地壳处均发生了部分熔融,形成不同源区、不同地球化学特征的弧岩浆岩.

      • (1) 孬来可图岩体的锆石U-Pb年龄为322±1.3 Ma,形成于晚石炭世.地球化学特征上具有富钠贫钾、准铝质、亚碱性的特征,微量元素富集大离子亲石元素亏损高场强元素,且具有奥长花岗岩的演化趋势,属于TTG岩石系列.

        (2) Sr-Nd-Hf同位素分析表明,孬来可图英云闪长岩岩浆起源于古亚洲洋俯冲板片的部分熔融,并混入了少量前弧物质.结合区域上起源于地幔楔和下地壳的TTG岩石组合,认为西乌旗石炭纪岩浆弧可能形成于热壳-热幔的壳幔结构之中.

        (3) 孬来可图晚石炭世岛弧型TTG与迪彦庙石炭纪-早二叠世的前弧玄武岩、高镁安山岩、镁安山岩等构成较为完整的弧火成岩组合,表明古亚洲洋在晚石炭世并未关闭,而是处于大洋俯冲消减与新生陆壳生长过程中.

        附表数据见本刊官网(www.earth-science.net).

    参考文献 (94)

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