Petrogenesis of the Baoligaomiao Volcanic Rocks in the Abaga Banner, Inner Mongolia: Implications for Evolution of the Eastern Paleo Asian Ocean
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摘要: 为了精细刻画古亚洲洋在内蒙古阿巴嘎旗地区的构造演化，选取宝力高庙组火山岩为研究对象，开展了详细的野外调查及锆石U⁃Pb年代学、岩石学、全岩地球化学研究.将宝力高庙组重新厘定为4个段，其中二段角闪安山岩、三段流纹岩和四段流纹质晶屑凝灰岩的锆石U⁃Pb年龄分别为320.1±5.7 Ma、315.1±4.1 Ma和304.8±2.3 Ma.宝力高庙组火山岩整体为亚碱性系列，属于高钾，弱过铝质岩石，是经过幔源岩浆底侵形成的加厚下地壳部分熔融的产物.研究区从宝力高庙组二段的大陆边缘弧构造环境演变为三段、四段火山岩的碰撞‒后碰撞环境.结合前人对研究区早二叠世岩浆活动研究成果（碰撞后伸展阶产物），古亚洲洋二连‒贺根山洋盆在晚石炭世经历了以洋内俯冲作用为特征的大洋俯冲消亡过程，在晚石炭世晚期本区构造演化进入到兴蒙造山带中部微陆块拼贴阶段.Abstract: To investigate the tectonic evolution process of the Paleo-Asian Ocean in the Abaga Banner, Inner Mongolia, this paper presents detailed petrological, zircon U⁃Pb chronological, and whole-rock geochemical studies of the volcanic rocks of the Baoligaomiao Formation. We redefine the Baoligaomiao Formation into four members. Zircon U⁃Pb ages of the second member amphibole andesite, the third member rhyolite and the fourth member rhyolitic crystal tuff yield a U⁃Pb age of 320.1±5.7 Ma, 315.1±4.1 Ma and 304.8±2.3 Ma, respectively. The Baoligaomiao volcanic rocks are characterized by high-K and weak peraluminous rocks affinities, belonging to sub-alkaline series, and they are interpreted to be formed by the product of partial melting of the thickened lower crust formed by mantle-derived magma underplating. The study area evolved from the continental margin arc tectonic environment recorded by the second member of the Baoligaomiao Formation to the collision by the third member of the volcanic rocks, until to post-collision environment by the fourth member of the volcanic rocks. Combined with the previous research results of the Early Permian magmatic activity in this area (product of the post-collision extensional stage), it is suggested that the Erenhot-Hegenshan oceanic basin of the Paleo Asian Ocean was in the process of oceanic slab destruction characterized by intra-oceanic subduction during the Late Carboniferous. A synthetic study of the geochemical characteristics of the Baoligaomiao volcanic rocks and the regional geological data reveals that the study area was in the setting of micro-continents collision during the late Late Carboniferous.
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0. 引言
中亚造山带是指夹持于西伯利亚和中朝‒塔里木地块之间的一个构造带，西起乌拉尔，向东经哈萨克斯坦、中国西北、蒙古、中国东北，延至俄罗斯远东地区鄂霍茨克，是全球规模最大的增生型造山带，记录着显生宙以来陆壳生长的完整过程.兴蒙造山带作为中亚造山带的重要组成部分，位于中亚造山带的中东端，在古生代属于古亚洲洋构造域，中生代以来受蒙古‒鄂霍茨克构造域和滨西太平洋构造域的叠加改造影响（Jahn et al.，2004；Xiao et al.，2015），其形成与古亚洲洋俯冲和两大陆块碰撞密切相关（李锦轶等，2009；金松等，2022）.兴蒙造山带发展历史长、构造岩浆活动复杂，由弧岩浆岩、增生带、蛇绿岩和微陆块组成，是人们研究的热点区域（Xiao et al.，2003；Xu et al.，2013；刘基等，2020）.地质学家们在对兴蒙造山带长期以来的研究中取得了大量的研究成果，但是关于西伯利亚陆块和华北陆块碰撞的时间及位置还存在较大的分歧.虽然目前许多学者倾向于支持古亚洲洋沿索伦‒西拉木伦‒长春构造带双向俯冲并最终闭合的观点（Song et al.，2015），但对于古亚洲洋的最终闭合时限还存在较大争议，概括起来主要有中晚泥盆世（吴子杰等，2020）、早‒中二叠世（李英杰等，2016）、晚二叠‒早三叠世（李锦轶等，2009；李朋武等，2009；杜继宇等，2019）、中三叠世，并且表现为自西向东逐渐闭合的剪刀式闭合方式（许文良等，2019）.
众所周知，火山岩是岩浆喷至地表的直接产物，记载了大量的地球深部信息，其矿物组成、岩石结构及其地球化学特征能够反映岩浆事件发生时岩石圈的结构和物质组成，也是探索岩石圈深部作用过程及其演化的重要依据.内蒙古阿巴嘎旗位于兴蒙造山带中段，是研究兴蒙造山带构造演化过程的重要地区之一.在内蒙古中东部宝力高庙组火山岩大面积出露，是兴蒙造山带分布最广泛的古生代火山岩地层之一.但前人对研究区宝力高庙组火山岩缺少系统研究，制约了对其岩浆源区和形成构造环境背景的深入探讨.因此，系统研究其时空分布及岩石成因，可对古亚洲洋东段晚古生代洋内俯冲与洋陆转换提供重要岩石学证据.笔者在详细野外地质调查的基础上，对阿巴嘎旗地区宝力高庙组进行了精细研究，并进行了分段讨论.通过对宝力高庙组火山岩岩石学、锆石U⁃Pb年代学、全岩地球化学特征研究，系统地探讨了其岩石成因、岩浆演化和源区性质，为研究兴蒙造山带中段在晚古生代的构造演化提供了新的地质资料.
1. 地质背景
兴蒙造山带属于中亚造山带东段，以索伦‒西拉木伦缝合带为界可以划分为南造山带、北造山带及索伦‒西拉木伦缝合带（Xiao et al.，2003；图 1）.研究区地处内蒙古自治区阿巴嘎旗中北部，位于华北板块与西伯利亚板块结合部位中段；大地构造位置属于阿尔泰‒兴蒙造山系（Ⅰ级）、大兴安岭弧盆系（Ⅱ级）、东乌珠穆沁旗‒多宝山岛弧（Ⅲ级；潘桂棠等，2016），横跨南蒙古陆块与二连‒贺根山蛇绿‒增生杂岩带.区内大面积被古近系、新近系和第四系覆盖，小面积出露中下泥盆统泥鳅河组；宝力高庙组主要出露于研究区北侧，与下覆泥鳅河组为角度不整合接触，其上被第四系覆盖.区内侵入岩主要有晚石炭世黑云母二长花岗岩和早二叠世中细粒碱性花岗岩、石英正长斑岩（图 2）.
图 1 兴蒙造山带大地构造简图（据Xiao et al., 2003修改）Fig. 1. Sketch tectonic geological map of Xingmeng orogenic belt (modified after Xiao et al., 2003)2. 宝力高庙组地质特征及岩相学特征
2.1 宝力高庙组地质特征
宝力高庙组在内蒙古东乌旗‒阿巴嘎旗一带广泛分布，总体呈北东向展布，岩性复杂，地层产状受后期构造影响较大（图 2）.
依据岩性和岩石组合特征本次工作将其划分为四个段，其中一段为沉积岩段，二段、三段、四段为火山岩段.宝力高庙组一段岩性为一套浅变质岩屑长石砂岩、复成分砾岩、长石粉砂岩、粉砂质页岩、泥岩、粉砂质泥岩组合，含Noeggerathiopsis cf. theodori Tsohirkova et Zalessky、Angaropteridium cardiopteroides Zalessky植物化石（附图1）.宝力高庙组二段岩性以中性火山岩‒火山碎屑岩为主，颜色呈灰绿‒灰黑色色调（附图2）.宝力高庙组三段岩性为中酸性火山岩、火山碎屑岩，夹少量沉凝灰岩、凝灰质砂岩；总体以火山碎屑岩为主，熔岩次之（附图3）.宝力高庙组四段岩性为酸性火山岩、火山碎屑岩夹凝灰质砂岩薄层；总体以火山碎屑岩为主，少量熔岩（附图4）.
2.2 宝力高庙组典型火山岩岩相学特征
玄武安山岩：为宝力高庙组二段岩石，风化面深灰色，新鲜面灰黑色.岩石由斑晶和基质组成.斑晶由斜长石组成，粒度一般在0.4~2.0 mm，杂乱分布，少数呈聚斑状产出，斜长石主呈半自形板状，少数呈半自形板条状，具轻微绢云母化、高岭土化、碳酸盐化，局部绿帘石化.基质由斜长石和暗色矿物假象组成，斜长石主呈半自形板条状、细长板条状，粒度一般在0.02~0.20 mm，少部分0.2~ 0.4 mm，杂乱分布，少部分似格架状，蚀变同斑晶，暗色矿物已变为绿泥石，粒度一般 < 0.2 mm，杂乱或填隙状分布于斜长石粒间，可能为辉石蚀变的产物.岩内见少量气孔‒杏仁体，呈不规则状，大小一般在0.4~1.0 mm，星散分布，部分充填硅质、碳酸盐，为杏仁体.可见后期碳酸盐、石英、绿帘石等似堆状、似脉状分布，交代岩石.
安山岩：为宝力高庙组二段岩石，风化面紫红色、灰紫色，新鲜面青灰色.岩石主要由斑晶、基质组成，具斑状结构，基质玻晶交织结构，气孔‒杏仁状构造.斑晶：由斜长石、钾长石假象、暗色矿物假象组成，粒径一般在0.2~4.5 mm不等，零散状分布，斜长石呈半自形板状，聚片双晶多较模糊不适合测得其牌号，具碳酸盐化、绢云母化、帘石化.钾长石具高岭土化、绢云母化呈假象，半自形短板状，零星分布.暗色矿物常具熔蚀和暗化现象，多被硅质、褐铁矿、碳酸盐、绿帘石等交代，呈假象，推测部分可能为黑云母.基质：由斜长石、火山玻璃构成.粒径一般 < 0.5 mm，斜长石呈微晶板条状，呈定向排列，构成交织结构，蚀变特征同斑晶.玻璃质呈褐色，填隙状充填于斜长石间，部分可见脱玻呈羽状雏晶.岩内可见不规则状、近圆状的气孔及杏仁体，杏仁体由硅质、绿泥石、碳酸盐等充填，杂乱分布，大小一般为0.1~2.5 mm不等，部分 > 4 mm.
流纹岩：为宝力高庙组四段岩石，风化面灰黄色、黄褐色，新鲜面灰白色、灰黄色，斑状结构，流纹构造.斑晶由斜长石、钾长石、暗色矿物构成，大小一般0.3~5.0 mm不等，星散分布，部分呈聚斑、联斑状产出.斜长石呈半自形板状，具高岭土化、绢云母化、局部绿泥石化等，可见轻微熔蚀现象；钾长石主为正长石，半自形板状为主，表面较干净，有时可见熔蚀现象，偶见卡斯巴双晶.暗色矿物呈他形粒状，多被褐铁矿、绿泥石‒黑云母、绿帘石等交代，呈假象.基质由长英质、暗色矿物构成.长英质主见浑圆状石英作基底，内嵌布尘点状、微晶板条状、树枝状长石，部分似球粒状分布，构成显微嵌晶结构.另见少量微晶板条状长石，零星分布，蚀变特征同斑晶.部分长英质呈纤状放射状排列，构成球粒，部分球粒内可见长英质构成文象交生体.暗色矿物成分及蚀变特征同斑晶，零星分布.基质可见被绿泥石‒黑云母均匀交代，可见铁质等充填的裂隙.
该岩类因出露区域不同局部发生碎裂岩化、硅化、泥化、绢云母化、长英质化或绿帘石化，少部分岩石具有球粒结构，球粒由放射纤维状长英质构成，放射状长英质纤维呈束状、扇状、球状排布，构成多层次生长的球粒结构，具十字消光，粒径0.2~0.6 mm.少部分具石泡构造，长英质石泡由放射纤维状长英质组成，空腔被斜长石、钾长石充填，粒径0.5~6.5 mm.球体间充填斜长石、钾长石、隐晶质等（图 3）.
图 3 宝力高庙组典型火山岩手标本及镜下照片a.玄武安山岩气孔‒杏仁构造；b.安山岩野外颜色特征；c.流纹岩野外流纹构造；d.蚀变气孔‒杏仁状玄武安山岩镜下杏仁特征（正交偏光）；e.气孔‒杏仁状安山岩镜下斑状结构（正交偏光）；f.流纹岩斑状结构、球粒结构，含斜长石、石英斑晶（正交偏光）Fig. 3. Microphotographs of samples from the Baoligaomiao Formation in Abaga area, central Inner Mongolia3. 样品采集及分析测试方法
3.1 全岩主、微量元素
本次工作共采取31件地球化学样品，其中宝力高庙组二段样品9件，三段样品10件，四段样品12件.经过详细的岩相学观察，挑选新鲜的样品进行全岩的主微量元素测试.全岩主微量元素的测试在中国地震局地壳动力学重点实验室完成.主量元素采用PW4400型X射线荧光光谱仪（XRF），分析误差小于1%，FeO的含量分析使用常规湿化法完成.
微量元素在中国地震局地壳动力学重点实验室使用PE300D等离子质谱仪（ICP⁃MS）完成测试，使用国际标样GSR⁃2和GSR⁃3来监测实验室精度.
3.2 锆石U⁃Pb测年
本次工作共采取锆石U⁃Pb测年样品3件，其中宝力高庙组二段年龄测试样品为角闪安山岩（编号U/Pb20150008；坐标E113°46′48.5″；N44°48′44.6″），三段年龄测试样品为流纹岩（编号U/Pb20150016；坐标E113°53′05.8″；N44°23′51.1″），四段年龄测试样品为流纹质晶屑凝灰岩（编号U/Pb20160001；坐标E113°52′25.5″；N44°46′33.3″）.
锆石挑选、制靶及阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成，激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA⁃ICP⁃MS）锆石原位微区U⁃Pb分析在中国科学院兰州地质所与原武警黄金部队研究所完成.ICP⁃MS仪器型号为美国Agilent公司生产的Agilent 7500等离子质谱仪，激光剥蚀系统为GeoLas 2005准分子激光发生器.采用标准锆石91500内部校正法进行锆石分析，NIST610为外标，29Si为内标，每分析6个数据点，补充分析1次91500.激光剥蚀的斑束直径为35 μm.采用ICPMS DataCal软件对同位素比值及U⁃Pb年龄进行计算（Liu et al.，2010）.锆石U⁃Pb年龄、MSWD计算及谐和图制作采用Isoplot程序.
4. 分析结果
4.1 岩石地球化学
通过对结果的处理分析，系统地研究了宝力高庙组火山岩岩石地球化学特征.除个别样品烧失量较大外，总体 < 2.0%，能够较好地反映岩石地球化学特征.详细火山岩主量和微量地球化学分析结果见附表 1~3.宝力高庙组火山岩主量元素特征区别较明显.宝力高庙组二段火山岩SiO2=58.40%~65.35%，TiO2=0.47%~1.11%，MgO=0.65%~3.21%，Al2O3=13.68%~16.07%，Na2O=3.14%~6.02%，K2O=1.51%~3.89%，全碱含量（Na2O+K2O）=5.53%~8.36%，K2O/Na2O比为0.25~0.87，整体表现出高钠低钾的特点.宝力高庙组三段火山岩SiO2=65.79%~77.40%，TiO2=0.15%~0.59%，MgO=0.15%~0.77%，Al2O3=12.14%~15.46%，Na2O=2.43%~4.87%，K2O=2.75%~5.21%，全碱含量（Na2O+K2O）=7.45%~8.48%，K2O/Na2O比为0.58~2.11.宝力高庙组四段火山岩SiO2=72.86%~78.22%，TiO2=0.14%~0.22%，MgO=0.01%~0.30%，Al2O3=11.19%~12.99%，Na2O=2.80%~4.28%，K2O=2.61%~6.27%，Na2O+K2O=6.90%~9.06%，K2O/Na2O比为0.61~2.24.宝力高庙组火山岩呈现富硅、碱，贫钙、镁的特征，MgO、CaO含量稍低于天山‒兴安造山系构造单元花岗岩类元素丰度（史长义等，2007），其余氧化物含量均不同程度偏高.
结合火山岩TAS图解（图 4a）与微量元素岩石定名图解（图 4b），二段多为安山岩、英安岩、粗面安山岩和粗面英安岩；三段岩性多为流纹岩，一个样品位于流纹岩与英安岩交界处；四段全部为流纹岩；与镜下岩石定名基本吻合.二段火山岩样品里特曼指数σ为1.74~3.73，碱度率（AR）为1.70~3.26，表明火山岩主体为钙碱性岩石.A/CNK=0.79~1.06，整体属准铝质岩石‒弱过铝质岩石.三段火山岩样品里特曼指数σ为1.79~2.61，表明火山岩为碱性岩石.A/CNK=0.97~1.38，整体属于弱过铝质岩石.四段火山岩样品里特曼指数σ为1.35~2.74，表明火山岩总体为钙碱性岩石.A/CNK=1.07~1.21，整体属于弱过铝质岩石.
图 4 宝力高庙组火山岩TAS分类图（a）及Nb/Y-SiO2图（b；据Winchester and Floyd, 1977）Pc.苦橄玄武岩；B.玄武岩；O1.玄武安山岩；O2.安山岩；O3.英安岩；R.流纹岩；S1.粗面玄武岩；S2.玄武质粗面安山岩；S3.粗面安山岩；T.粗面岩、粗面英安岩；F.副长石岩；U1.碱玄岩、碧玄岩；U2.响岩质碱玄岩；U3.碱玄质响岩；Ph.响岩；Ir.Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性Fig. 4. TAS classification diagram (a) and Nb/Y-SiO2 diagram for the volcanic rocks of the Baoligaomao Formation (b; after Winchester and Floyd, 1977).宝力高庙组二段、三段、四段火山岩稀土元素变化明显，四段稀土总量高于三段、三段稀土总量高于二段.二段稀土元素总量∑REE=97.96×10-6~207.04×10-6；轻重稀土比值为4.51~8.79，（La/Yb）N为3.69~9.22，（Ce/Yb）N为3.27~8.77，（La/Sm）N为2.02~3.32，（Gd/Yb）N为1.43~2.55.三段稀土元素总量∑REE=125.93×10-6~252.46×10-6；轻重稀土比值为3.35~6.86，（La/Yb）N为2.17~6.99，（Ce/Yb）N为1.84~5.80，（La/Sm）N为1.70~3.50，（Gd/Yb）N为0.94~1.77.四段稀土元素总量∑REE=195.42×10-6~253.82×10-6.轻重稀土比值为4.51~7.55，（La/Yb）N为3.88~8.22，（Ce/Yb）N为3.63~6.64，（La/Sm）N为2.01~3.44，（Gd/Yb）N为1.49~1.93.
在球粒陨石标准化稀土元素配分图（McDonough and Sun，1989）（图 5a）中，宝力高庙组火山岩稀土配分表现为右倾特征，δEu为0.15~0.86，各段火山岩均具有轻稀土元素富集和Eu负异常的特征.微量元素蜘蛛网图（McDonough and Sun，1989；图 5b）显示，宝力高庙组火山岩均显示大离子亲石元素Rb、Th、U等富集，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti.二段火山岩未见明显的Sr异常，而三段、四段火山岩显示了Sr的强烈亏损，暗示三段、四段火山岩在岩浆演化过程中可能发生了斜长石的分离结晶.
图 5 宝力高庙组稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）标准化数据引自McDonough and Sun（1989）Fig. 5. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns of the Baoligaomiao Formation (b)4.2 锆石U⁃Pb年代学
宝力高庙组火山岩锆石自形程度较好，锆石在形态、大小上有所差异.宝力高庙组二段锆石呈颗粒状或半自形‒自形长柱状，粒径变化范围约为（70×70）μm2~（120×400）μm2，较少发育包裹体和裂隙；宝力高庙组三段锆石呈半自形‒自形短柱状到长柱状，粒径变化范围约为（50×50）μm2~（100×200）μm2；宝力高庙组四段锆石自形程度较好，呈半自形‒自形短柱状、椭球状，颗粒大小变化范围较小，变化范围约为（120×100）μm2~（120×200）μm2，部分锆石发育包裹体和裂隙.
锆石阴极发光（CL）图中（图 6~8），锆石样品显示出岩浆型锆石的振荡/韵律环带结构或明暗相间的条带结构，指示其岩浆成因的特点（吴元保和郑永飞，2004）.二、三、四段火山岩锆石的U、Th含量分别介于61.51×10-6~1 348.52×10-6和33.53×10-6~904.76×10-6，Th/U比值介于0.19~2.02，总体均大于0.1，远高于变质成因锆石，而与典型的岩浆成因锆石一致（Hoskin and Schaltegger，2003）.由宝力高庙组火山岩分LAICP⁃MS锆石U⁃Pb定年测试结果（附表 4）和锆石U⁃Pb年龄协和图（图 9）可知：二段火山岩18个分析点年龄分布较集中，范围在308±7 Ma~349±6 Ma，其加权平均年龄为320.5±5.7 Ma（n=20，MSWD=4.20）；三段火山岩14个分析点年龄分布较集中，范围在309±9 Ma~317±9 Ma，其加权平均年龄为315.1±4.1 Ma（n=14，MSWD=0.11）；四段火山岩18个分析点年龄分布较集中，范围在300±4 Ma~309±4 Ma，其加权平均年龄为304.8±2.3 Ma（n=18，MSWD=0.31）.
图 6 宝力高庙组二段角闪安山岩（U/Pb20150008）代表性锆石形态Fig. 6. Cathodoluminescence images of representative zircons of hornblende andesite from the second member of Baoligaomiao Formation
图 7 宝力高庙组三段流纹岩（U/Pb20150016）代表性锆石形态Fig. 7. Cathodoluminescence images of representative zircons of rhyolitic crystal tuff from the third member of the Baoligaomiao Formation
图 8 宝力高庙组四段流纹质晶屑凝灰岩（U/Pb20160001）代表性锆石形态Fig. 8. Cathodoluminescence images of representative zircons of rhyolite from the fourth member of the Baoligaomiao Formation
图 9 内蒙古阿巴嘎旗宝力高庙组火山岩锆石加权平均年龄图与锆石年龄谐和图Fig. 9. LA-ICP-MS zircon U⁃Pb concordia diagrams of the volcanic rocks from the Baoligaomiao Formation in Abaga Banner, Inner Mongolia5. 讨论
5.1 宝力高庙组火山岩形成时代
宝力高庙组在内蒙古中部广泛出露，由于缺乏精确的定年数据，其时代至今仍存在争议.宝力高庙组是1960年由呼和浩特幅地质队创名，命名地点为东乌珠穆沁旗宝力高庙白云敖包，其时代为早二叠世.1963年谢同伦在《内蒙古东乌珠穆沁地区古生代地层研究报告》（内部报告）中，将原宝力高庙组中只含植物化石的陆相火山岩、火山碎屑岩和碎屑岩部分保留为宝力高庙组，时代改为晚石炭世‒早二叠世，将含腕足动物和少量植物化石的海相火山岩及碎屑岩创名为格根敖包组，时代属晚石炭世.1980年内蒙古自治区第一区域地质调查队在1∶20万区域地质调查中将该套地层定为下二叠统宝力格组（P1b2），划分为两个段，时代归属为早二叠世.《内蒙古自治区岩石地层》将其时代改为晚石炭世至早二叠世.
1976至1979年，内蒙区调一队开展1∶20万白音乌拉（L⁃49⁃XXXVI）幅区域地质调查时，于布日罕北黄绿色薄层状细粒凝灰质长石砂岩中采集了Noeggerathiopsis sp.等植物化石；另在乌兰敖包灰黑色含粉砂质板岩夹薄层沉凝灰岩中发现Paracalamites sp.；Noeggerathiopsis derzavinii；N. angustifolia，N. latifolia等植物化石，均系安格拉植物群的重要分子，其代表的地质年代为晚石炭世‒早二叠世.本次工作在研究区内宝力高庙组一段采到特氏匙叶Noeggerathiopsis cf. theodori Tsohirkova et Zalessky（相似种）、心形安加拉羊齿Angaropteridium cardiopteroides Zalessky、匙叶Noeggerathiopsis sp.（未定种）等植物化石，均为晚石炭世‒早二叠世典型分子.这与其他地区该地层获取的化石特征基本一致.
许多专家学者在内蒙古东乌旗‒阿巴嘎旗一带的宝力高庙组火山岩中获取了大量的锆石U⁃Pb定年结果，包括辛后田等（2011）在东乌旗高庙敖包附近测得的宝力高庙组火山岩SHRIMP U⁃Pb定年结果为303.4±6.7 Ma、304.9±3.1 Ma和320.1±7.2 Ma；何付兵等（2017）在东乌旗巴彦敖包地区测得的宝力高庙组火山岩SHRIMP U⁃Pb定年结果为315.2±4.6 Ma；李朋武等（2012）在苏尼特左旗白音乌拉地区测得的宝力高庙组火山岩LA⁃ICP⁃MS锆石U⁃Pb定年结果为300.0± 2.9 Ma、299.5±1.6 Ma和299.9±1.2 Ma；武跃勇等（2015）在查干敖包地区测得的宝力高庙组火山岩LA⁃ICP⁃MS锆石U⁃Pb定年结果为297±1.2 Ma.
本次工作对宝力高庙组火山岩进行了精细的年代测定，测得其年龄范围为320.5±5.7 Ma~304.8±2.3 Ma，年代学特征与宝力高庙组各段地质关系相吻合，并与同在宝力高庙组一段中植物化石所反映的时代完全一致，表明其形成时代为晚石炭世.
需要说明的是，宝力高庙组岩石地层在东乌旗、苏尼特左旗、阿巴嘎旗等地虽然可以进行岩性对比，但对火山岩的分段划分均有差异，部分地区缺失火山岩下部的沉积岩段.
5.2 岩性特点与成因
宝力高庙组火山岩岩石类型以火山碎屑岩为主，熔岩次之；岩性为一套安山质、英安质、流纹质火山岩组合夹沉凝灰岩薄层.在火山岩的主量元素特征中，宝力高庙组二段火山岩随着SiO2含量的增加，TiO2、Al2O3、TFeO、MgO、CaO、P2O5等呈负相关，而K2O含量随之增加，为正相关，反映出岩浆向碱性方向演化的特征；宝力高庙组三段、四段火山岩全部落入亚碱性系列，整体上集中分布在流纹岩范围内，总体偏酸性，与二段差别较明显，样品固结指数（SI）为0.04~4.09，小于40，变化范围较小，指数值极低，表明火山岩样品经历了明显的结晶分异作用.样品分异指数（DI）为63.72~94.45，变化范围较大，表明本组火山岩分异程度较高.总的来看，宝力高庙组火山岩存在岩浆演化过程，总体较高的K2O含量表明有陆壳物质发生部分熔融，为壳熔型亚碱性火山岩.
根据宝力高庙组火山岩地球化学特征，可知宝力高庙组火山岩为亚碱性系列，属于高钾、弱过铝质岩石.微量元素原始地幔标准化蛛网图显示宝力高庙组火山岩Ti明显亏损，Ta、Nb相对于相邻元素呈现亏损，Zr、Hf相对于相邻元素较富集，Rb、Th、U、La、Ce等相对富集，符合A型花岗岩性质岩浆的特点.A型花岗岩的成因主要有幔源玄武岩浆的分异作用、壳源物质的部分熔融、幔源岩浆与地壳岩浆的混合或混染作用或幔源岩浆底侵形成的下地壳部分熔融有关等（谷凤羽，2014）.在花岗岩形成的构造环境上，Eby（1992）提出了A1型和A2型，A1型形成于裂谷、热点、地幔柱等非造山环境，而A2型则属于造山后的伸展环境.在Ce/Nb⁃Y/Nb图解和Nb-Y⁃Ce图解中（图 10），宝力高庙组火山岩样品均位于A2花岗岩类区.目前区域上未发现发育有同时期的玄武质火山岩或基性侵入岩，排除了幔源玄武岩浆分异作用的成因.宝力高庙组火山岩弱的Eu负异常暗示在岩浆的演化过程中存在斜长石的分离结晶作用，Ce值显示弱负异常，表明有陆源物质混染.此外，地幔和地壳的Nb/Ta标准值分别为17.5和11~12之间，二段火山岩Nb/Ta为9.64~13.36，三段、四段Nb/Ta为11.64~18.13，表明宝力高庙组火山岩物源具有壳幔源混合的特点，而非单纯壳源物质部分熔融的成因.结合本区在晚石炭世经历了由俯冲到碰撞造山的演化过程，火山岩处在弧火山岩带上，弧火山岩带易发生岩浆底侵，形成加厚的下地壳；且前人通过对本区广泛分布的石炭纪侵入岩的研究认为晚石炭世早期侵入岩为类似喜马拉雅花岗岩高Sr低Yb的I型花岗岩，区域上存在加厚地壳构造演化特征（何付兵等，2013）.笔者认为宝力高庙组火山岩是幔源岩浆底侵形成的加厚下地壳部分熔融的产物.
5.3 构造环境分析及其意义
中亚造山带是全球最大的增生型造山带，它的形成与演化一直是地学领域研究的热点问题之一.兴蒙造山带地处中亚造山带东段，区内研究历史悠久，是西伯利亚板块和华北板块拼贴过程的产物，不仅经历了古生代古亚洲洋构造域的作用，而且之后遭受了蒙古鄂霍茨克构造域和/或太平洋构造域的叠加与改造.研究区大地构造位置横跨南蒙古陆块与二连‒贺根山蛇绿‒增生杂岩带，晚石炭世宝力高庙组火山岩的形成与二连‒贺根山洋盆的洋内俯冲密切相关.
二连‒贺根山缝合带作为兴蒙造山带的重要组成部分之一，记录着二连‒贺根山洋盆的俯冲消亡信息.关于古亚洲洋二连‒贺根山洋盆的闭合过程前人做了大量卓有成效的工作.首先是对贺根山蛇绿岩的识别及蛇绿岩形成时代的约束. Jian et al.（2012）获得贺根山蛇绿岩辉长岩墙及斜长花岗岩脉的SHRIMP锆石U⁃Pb年龄为354 Ma和333 Ma；李英杰等（2015，2016）在迪彦庙孬来可吐和梅劳特乌拉两处SSZ型蛇绿岩中获得辉长岩的LA-ICP⁃MS锆石U⁃Pb年龄为308.5 Ma、354 Ma.二连‒贺根山蛇绿岩自早石炭世‒晚石炭世均有发育，表明古亚洲洋二连‒贺根山洋盆在石炭纪仍然存在.同时，石炭纪岩浆活动也记录了二连‒贺根山洋盆的演化过程，不同学者在二连‒贺根山一带周缘发现了大量的岛弧型岩浆活动证据，表明古亚洲洋在晚石炭世处于洋壳俯冲时期.王金芳等（2020，2021）在额很傲包图识别出晚石炭世（305.6±1.5 Ma）岛弧型高Si埃达克岩，在梅劳特乌拉蛇绿岩中识别出晚石炭世（315.0±2.3 Ma）高镁安山岩，并提出二连‒贺根山洋盆在晚石炭世处于洋壳俯冲时期.Liu et al.（2013）在西乌旗青牧场识别出315~318 Ma具岛弧特征的玄武岩，认为其为古亚洲洋俯冲作用的产物.刘建峰等（2009）在西乌旗南部获得了岛弧型石英闪长岩322 Ma的形成年龄，并认为其形成于古亚洲洋俯冲阶段.此外，李英杰等（2018）、Li et al.（2020）在二连‒贺根山蛇绿岩中识别出代表洋内初始俯冲作用的前弧玄武岩，LA⁃ICP⁃MS锆石U⁃Pb年龄为333.4±8.5 Ma、335.6±2.6 Ma，暗示古亚洲洋二连‒贺根山洋盆在早石炭世处于洋内俯冲阶段.以上证据均表明二连‒贺根山洋盆在早石炭世发生了洋内初始俯冲，且整个晚石炭世都处于以洋内俯冲作用为特征的大洋俯冲消亡过程，但至于大洋的最终闭合时间则存在二叠纪末期、早三叠世等不同说法.
内蒙古阿巴嘎旗地区晚石炭世‒早二叠世岩浆活动为古亚洲洋二连‒贺根山洋盆的闭合提供了重要约束.宝力高庙组火山岩在兴蒙造山带中广泛分布，且岩性组合完全可以对比（辛后田等，2011；武跃勇等，2015），为一套中酸性火山熔岩、火山碎屑岩夹正常沉积的碎屑岩.本次研究结果表明，宝力高庙组二段火山岩轻稀土相对重稀土轻度富集，且有弱的Eu负异常，稀土元素分配模式与活动大陆边缘俯冲带岩浆地球化学特征类似；二段火山岩样品在Th⁃La/Yb和Ta/Yb⁃Th/Yb判别图解中位于大陆边缘弧范围内（图 11），表明古亚洲洋二连‒贺根山洋盆在晚石炭世早期正处于大洋俯冲消减阶段.宝力高庙组三段、四段火山岩样品在主量元素SiO2⁃Al2O3图解（图 12a）中落入造山期后花岗岩类（POG）区域内及附近，倾向于造山后的构造环境.而在SiO2⁃TFeO/（TFeO+MgO）构造判别图解中（图 12b）三段岩石样品多位于与裂谷有关的花岗岩类及大陆造陆抬升花岗岩类（RRG+CEUG）区域，表明此时期处于碰撞构造阶段但并未趋于稳定；四段岩石样品多位于造山期后花岗岩类（POG）区域，暗示此时构造环境处于碰撞阶段末期，趋于后碰撞构造背景环境；表明古亚洲洋二连‒贺根山洋盆在晚石炭世早期一直处于大洋俯冲消减阶段，在晚石炭世晚期趋于后碰撞构造阶段.
IAB.岛弧玄武岩；IAT.岛弧拉斑系列；ICA.岛弧钙碱系列；SHO.岛弧橄榄玄粗岩系列；WPB.板内玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；TH.拉斑玄武岩；TR.过渡玄武岩；ALK.碱性玄武岩Fig. 11. Th-(La/Yb) diagram (after Bailey, 1981) and Ta/Yb-Th/Yb diagram of the volcanic rocks from the second member of the Baoligaomiao Formation in Abaga Banner, Inner Mongolia (after Pearce, 1984)
图 12 内蒙古阿巴嘎旗宝力高庙组三段、四段火山岩SiO2-Al2O3图解和SiO2–TFeO/(TFeO+MgO)图解（据Maniar and Piccoli, 1989）CCG.大陆碰撞花岗岩类；POG.后造山期花岗岩类；RRG.与裂谷有关的花岗岩类；CEUG.大陆造陆抬升花岗岩类；IAG.岛弧花岗岩类；CAG.大陆弧花岗岩类Fig. 12. Diagrams of SiO2-Al2O3 and SiO2–TFeO/(TFeO+MgO) of the volcanic rocks from the third and fourth member of the Baoligaomiao Formation in Abaga Banner, Inner Mongolia (after Maniar and Piccoli, 1989)目前，区域上发现的晚古生代A型花岗岩主要集中在早二叠世（301~280 Ma；张玉清等，2009；Zhang et al.，2015；王树庆等，2017），而在本区发现的早二叠世侵入岩（年龄范围为278.1±4.8 Ma~292.2±5.3 Ma）属于典型A2型花岗岩的特征，也证实了本区在早二叠世已处于碰撞后伸展环境.由于兴蒙造山带主要由多个微陆块和其间的造山带组成（许文良等，2019），本文认为宝力高庙组二段火山岩代表大陆边缘弧构造环境，表明了兴蒙造山带中微陆块尚未完全拼合；宝力高庙组三段、四段火山岩为兴蒙造山带中微陆块拼合阶段的产物；早二叠世A2型花岗岩形成于伸展环境，说明早二叠世之前兴蒙造山带中微陆块已完成拼贴.
综上所述，晚石炭世‒早二叠世是内蒙古阿巴嘎旗地区区域构造格架的重大转折期，构造演化经历了由俯冲、碰撞造山的挤压转向拉张伸展阶段.晚石炭世开始，本区以陆地为主，并伴有弱的火山活动，形成的宝力高庙组一段地层为陆相沉积夹火山碎屑岩的沉积建造.在320.5 Ma，二连‒贺根山缝合带以北为大陆弧环境，发育宝力高庙组二段中性火山岩和大规模S型花岗岩；在315.1~304.8 Ma之间，宝力高庙组三段、四段火山岩和同期的二长花岗岩均属于亚碱性系列，多为高钾钙碱性系列的酸性岩石，地球化学特征指示本区由岛弧构造环境演化为碰撞阶段末期构造环境；早二叠世开始，区内开始出现大规模碱性岩浆活动，岩性主要有碱性花岗岩、细粒文象碱性花岗岩‒中细粒文象碱性花岗岩‒中粒文象碱性花岗岩、石英正长斑岩.早二叠世岩浆岩由晚石炭世花岗岩分异演化形成，地球化学特征为A型花岗岩，并可进一步划为A2型，形成于后造山伸展环境.因此，本文认为晚石炭世晚期古亚洲洋二连‒贺根山洋盆已经闭合，本区构造演化进入到兴蒙造山带中部微陆块拼贴阶段.
6. 结论
（1）内蒙古阿巴嘎旗地区宝力高庙组可划分为四个段；其中一段为沉积岩段，二段、三段、四段为火山岩段，岩石类型以火山碎屑岩为主，熔岩次之；岩性为一套安山质、英安质、流纹质火山岩组合夹沉凝灰岩薄层.
（2）宝力高庙组火山岩整体为亚碱性系列，属于高钾，弱过铝质岩石；是幔源岩浆底侵形成的加厚下地壳部分熔融的产物.
（3）宝力高庙组二段火山岩形成时代为320.5±5.7 Ma，三段火山岩形成时代为315.1±4.1 Ma，四段火山岩形成时代为304.8±2.3 Ma.结合宝力高庙组一段中的植物化石特征，内蒙古阿巴嘎旗地区宝力高庙组形成时代为晚石炭世.
（4）内蒙古阿巴嘎旗地区在晚石炭世经历了重要的构造演化阶段，从宝力高庙组二段的大陆边缘弧构造环境演变为宝力高庙组三段、四段火山岩的碰撞‒后碰撞环境；揭示了古亚洲洋二连‒贺根山洋盆在晚石炭世经历了以洋内俯冲作用为特征的大洋俯冲消亡过程，在晚石炭世晚期本区构造演化进入到兴蒙造山带中部微陆块拼贴阶段.
附图和附表见本刊官网（
致谢: 审稿专家和编辑对稿件提出了建设性的修改意见，在此表示衷心的感谢！http://www.earth-science.net ）. -
图 1 兴蒙造山带大地构造简图（据Xiao et al., 2003修改）
Fig. 1. Sketch tectonic geological map of Xingmeng orogenic belt (modified after Xiao et al., 2003)
图 3 宝力高庙组典型火山岩手标本及镜下照片
a.玄武安山岩气孔‒杏仁构造；b.安山岩野外颜色特征；c.流纹岩野外流纹构造；d.蚀变气孔‒杏仁状玄武安山岩镜下杏仁特征（正交偏光）；e.气孔‒杏仁状安山岩镜下斑状结构（正交偏光）；f.流纹岩斑状结构、球粒结构，含斜长石、石英斑晶（正交偏光）
Fig. 3. Microphotographs of samples from the Baoligaomiao Formation in Abaga area, central Inner Mongolia
图 4 宝力高庙组火山岩TAS分类图（a）及Nb/Y-SiO2图（b；据Winchester and Floyd, 1977）
Pc.苦橄玄武岩；B.玄武岩；O1.玄武安山岩；O2.安山岩；O3.英安岩；R.流纹岩；S1.粗面玄武岩；S2.玄武质粗面安山岩；S3.粗面安山岩；T.粗面岩、粗面英安岩；F.副长石岩；U1.碱玄岩、碧玄岩；U2.响岩质碱玄岩；U3.碱玄质响岩；Ph.响岩；Ir.Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性
Fig. 4. TAS classification diagram (a) and Nb/Y-SiO2 diagram for the volcanic rocks of the Baoligaomao Formation (b; after Winchester and Floyd, 1977).
图 5 宝力高庙组稀土元素球粒陨石标准化分布型式图(a)及微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）
标准化数据引自McDonough and Sun（1989）
Fig. 5. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns of the Baoligaomiao Formation (b)
图 6 宝力高庙组二段角闪安山岩（U/Pb20150008）代表性锆石形态
Fig. 6. Cathodoluminescence images of representative zircons of hornblende andesite from the second member of Baoligaomiao Formation
图 7 宝力高庙组三段流纹岩（U/Pb20150016）代表性锆石形态
Fig. 7. Cathodoluminescence images of representative zircons of rhyolitic crystal tuff from the third member of the Baoligaomiao Formation
图 8 宝力高庙组四段流纹质晶屑凝灰岩（U/Pb20160001）代表性锆石形态
Fig. 8. Cathodoluminescence images of representative zircons of rhyolite from the fourth member of the Baoligaomiao Formation
图 9 内蒙古阿巴嘎旗宝力高庙组火山岩锆石加权平均年龄图与锆石年龄谐和图
Fig. 9. LA-ICP-MS zircon U⁃Pb concordia diagrams of the volcanic rocks from the Baoligaomiao Formation in Abaga Banner, Inner Mongolia
图 11 内蒙古阿巴嘎旗宝力高庙组二段火山岩Th-La/Yb图（a）（据Bailey, 1981）和Ta/Yb-Th/Yb图（据Pearce, 1984）
IAB.岛弧玄武岩；IAT.岛弧拉斑系列；ICA.岛弧钙碱系列；SHO.岛弧橄榄玄粗岩系列；WPB.板内玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；TH.拉斑玄武岩；TR.过渡玄武岩；ALK.碱性玄武岩
Fig. 11. Th-(La/Yb) diagram (after Bailey, 1981) and Ta/Yb-Th/Yb diagram of the volcanic rocks from the second member of the Baoligaomiao Formation in Abaga Banner, Inner Mongolia (after Pearce, 1984)
图 12 内蒙古阿巴嘎旗宝力高庙组三段、四段火山岩SiO2-Al2O3图解和SiO2–TFeO/(TFeO+MgO)图解（据Maniar and Piccoli, 1989）
CCG.大陆碰撞花岗岩类；POG.后造山期花岗岩类；RRG.与裂谷有关的花岗岩类；CEUG.大陆造陆抬升花岗岩类；IAG.岛弧花岗岩类；CAG.大陆弧花岗岩类
Fig. 12. Diagrams of SiO2-Al2O3 and SiO2–TFeO/(TFeO+MgO) of the volcanic rocks from the third and fourth member of the Baoligaomiao Formation in Abaga Banner, Inner Mongolia (after Maniar and Piccoli, 1989)
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