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    古亚洲构造域和西太平洋构造域在索伦缝合带东段的叠加: 来自内蒙古林西县西拉木伦断裂带内变形闪长岩的岩石学、地球化学和年代学证据

    李益龙 周汉文 肖文交 钟增球 尹淑苹 李福林

    李益龙, 周汉文, 肖文交, 钟增球, 尹淑苹, 李福林, 2012. 古亚洲构造域和西太平洋构造域在索伦缝合带东段的叠加: 来自内蒙古林西县西拉木伦断裂带内变形闪长岩的岩石学、地球化学和年代学证据. 地球科学, 37(3): 433-450. doi: 10.3799/dqkx.2012.051
    引用本文: 李益龙, 周汉文, 肖文交, 钟增球, 尹淑苹, 李福林, 2012. 古亚洲构造域和西太平洋构造域在索伦缝合带东段的叠加: 来自内蒙古林西县西拉木伦断裂带内变形闪长岩的岩石学、地球化学和年代学证据. 地球科学, 37(3): 433-450. doi: 10.3799/dqkx.2012.051
    LI Yi-long, ZHOU Han-wen, XIAO Wen-jiao, ZHONG Zeng-qiu, YIN Shu-ping, LI Fu-lin, 2012. Superposition of Paleo-Asian and West-Pacific Tectonic Domains in the Eastern Section of the Solonker Suture Zone: Insights from Petrology, Geochemistry and Geochronology of Deformed Diorite in Xar Moron Fault Zone, Inner Mongolia. Earth Science, 37(3): 433-450. doi: 10.3799/dqkx.2012.051
    Citation: LI Yi-long, ZHOU Han-wen, XIAO Wen-jiao, ZHONG Zeng-qiu, YIN Shu-ping, LI Fu-lin, 2012. Superposition of Paleo-Asian and West-Pacific Tectonic Domains in the Eastern Section of the Solonker Suture Zone: Insights from Petrology, Geochemistry and Geochronology of Deformed Diorite in Xar Moron Fault Zone, Inner Mongolia. Earth Science, 37(3): 433-450. doi: 10.3799/dqkx.2012.051

    古亚洲构造域和西太平洋构造域在索伦缝合带东段的叠加: 来自内蒙古林西县西拉木伦断裂带内变形闪长岩的岩石学、地球化学和年代学证据

    doi: 10.3799/dqkx.2012.051
    基金项目: 

    国家"973"项目 2007CB411307

    国家自然科学基金项目 40725009

    中国地质调查局项目 1212010510507

    详细信息
      作者简介:

      李益龙(1983-), 男, 博士生, 研究方向为变质岩石学

      通讯作者:

      周汉文, E-mail: hwzhou@cug.edu.cn

    • 中图分类号: P583

    Superposition of Paleo-Asian and West-Pacific Tectonic Domains in the Eastern Section of the Solonker Suture Zone: Insights from Petrology, Geochemistry and Geochronology of Deformed Diorite in Xar Moron Fault Zone, Inner Mongolia

    • 摘要: 在内蒙古林西县西拉木伦断裂带内发育岩株状产出并具有不同程度变形特征的闪长岩体, 岩体侵入到双井片岩中.对该闪长岩进行了岩石学、地球化学、锆石LA-ICPMS U-Pb年龄和角闪石40Ar-39Ar年龄的研究.结果表明内蒙古林西县西拉木伦断裂带内的变形闪长岩侵位于早二叠世, 其锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为286±1 Ma.岩浆来源于俯冲带流体/熔体交代作用而形成的富集地幔.岩石遭受了早侏罗世绿帘角闪岩相变质作用, 角闪石40Ar-39Ar年龄为188.7±1.4 Ma.结合研究区及邻区近年来的新成果认为索伦缝合带早古生代以来的镁铁质岩石均显示来源于相对富集LILE、LREE的地幔, 与俯冲流体或熔体的改造作用相关, 并且随着时代的更新改造程度显示增强的趋势.索伦缝合带在晚石炭世(~310 Ma)之前发生过闭合碰撞, 晚石炭世-早二叠世(~310~276 Ma)处于后造山伸展的背景, 在伸展环境下形成了华北北缘该时期广泛分布的闪长岩-花岗闪长岩带, 报道的闪长岩即为该时期的产物.晚二叠世缝合带局部区域存在洋盆, 洋盆的闭合导致了晚二叠世-中三叠世(~272~230 Ma)索伦缝合带的最终碰撞缝合, 最终碰撞缝合在空间上的不均一性形成了缝合带内该时期大量并存的同碰撞花岗岩和后碰撞花岗岩.索伦缝合带的缝合导致华北板块与其北部各微陆块的拼合, 此时蒙古-鄂霍次克海作为古太平洋的一个分支北东向展布于西伯利亚板块和拼合后的华北板块之间.早侏罗世蒙古-鄂霍次克海在蒙古东北部发生闭合, 本文报道的角闪石40Ar-39Ar年龄记录了洋壳闭合后陆-陆碰撞的变质时间, 之后研究区进入后造山伸展的环境.此时在古太平洋板块向华北板块俯冲应力的共同作用下, 华北东部在侏罗纪出现挤压机制与拉张机制的多次转换.晚侏罗世古太平洋板块俯冲方向转变后, 中国东部进入持续的拉张背景, 并转入西太平洋构造域的范畴.

       

    • 中亚造山带是全球显生宙陆壳增生与改造最显著的地区之一,总体上经历了陆缘增生、后碰撞和陆内造山作用3个阶段(Khain et al., 2002).带内分布有大量的蛇绿岩套、岛弧、增生楔及微地块(Khain et al., 2002, 2003Xiao et al., 2003),使得该造山带在演化上存在着空间及时间的不均一性.对该造山带的建造及演化历史已有大量研究报道(Tang, 1990Chen et al., 2000Badarch et al., 2002Xiao et al., 2003, 2009, 2010Jahn et al., 2004Miao et al., 2008Li et al., 2011),普遍认为索伦-苏尼特左旗-林西一带(以下简称索伦缝合带)为中亚造山带东段的最终缝合带(图 1)(Tang, 1990Sengör et al., 1993Xiao et al., 2003),但对最终缝合的时间还有不同认识.

      图  1  内蒙古中部构造格局略图(据Xiao et al., 2003)
      Fig.  1.  Structure delineation of central Inner Mongolia

      中亚造山带的形成与古亚洲洋的演化密切相关(Tang, 1990Sengör et al., 1993).Windley et al.(2007)认为古亚洲洋的演化格局与西太平洋中生代-新生代演化具有对比性:多期次的大洋板片俯冲产生了大量的俯冲增生杂岩,以及夹杂其中的微陆块、海底高原和洋岛等构造单元,构成了目前复杂的构造格局.索伦缝合带记录了古亚洲洋闭合的构造演化过程,涉及加里东期和海西期多期造山作用和岛弧增生作用.进入中生代,在太平洋板块向欧亚大陆俯冲的动力体系作用下,该缝合带又经受了强烈的改造(李益龙等,2010).

      在内蒙古林西县西拉木伦断裂带内发育大规模的酸性-基性侵位体,该断裂带是索伦缝合带的一部分.断裂带中的房框子单元S型花岗岩锆石LA-ICPMS U-Pb年龄271.9±1.6 Ma、264.8±1.8 Ma(李益龙等,2009)和侵位于房框子单元南部的双井子单元S型花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄229.2±4.1 Ma、237.5±2.7 Ma(李锦轶等,2007)指示西拉木伦断裂带在~270~230 Ma的碰撞造山背景,预示索伦缝合带的最终缝合发生在晚二叠世-早三叠世.房框子单元花岗岩侵位于双井片岩南缘(图 2),该片岩是前人所划的非正式构造岩片地层单位(内蒙古第二区域地质调查队,1997. 双井地区1∶5万区域地质调查报告.).对侵位于双井片岩和酸性侵位体中的中性岩墙群的锆石LA-ICPMS U-Pb定年和岩石地球化学特征研究表明,岩墙群侵位于132.2±2.2 Ma,形成于板内拉张的环境,岩浆源区具有壳幔混源的特征,是早期俯冲洋壳改造幔源岩浆的结果,岩墙的产状受左旋剪切机制控制,该机制可能主要与太平洋板块相对亚洲板块的向北运动有关(李益龙等,2010).可以看出,西拉木伦断裂带保留了古亚洲构造域和西太平洋构造域动力作用的物质记录.

      图  2  内蒙古林西县双井地区地质简图
      1.双井片岩;2.花岗质片麻岩;3.志留系西别河组;4.杏树洼蛇绿岩;5.二叠系哲斯组;6.中生代侵位岩;7.中生代火山岩;8.第三系玄武岩;9.第四系;10.断层;11.村庄;12.采样点.据中国地质大学(武汉)地质调查院,2008.内蒙古1∶25万林西县幅区域地质调查报告
      Fig.  2.  Geological map of Shuangjing area in Linxi County, Inner-Mongolia

      在双井片岩中有不少基性侵位体,多以小岩株产出并具有不同程度的变形构造,前人对其侵位时代和性质方面的研究至今仍属于空白.笔者对这些基性侵位体进行了详细的野外考察,采集了代表性的样品进行了岩石学、地球化学、锆石LA-ICPMS U-Pb年龄和角闪石40Ar-39Ar年龄的研究,期望结合研究区及邻区近年来的新成果,讨论古亚洲构造域和西太平洋构造域在索伦缝合带东段的叠加作用,并为索伦缝合带最终碰撞缝合的时间提供一些有益的信息.

      中亚造山带东段可以划分为3部分(图 1):介于华北板块和索伦缝合带之间的南向俯冲增生带,介于南蒙活动大陆边缘和索伦缝合带之间的北向俯冲增生带,以及索伦缝合带(Xiao et al., 2003).南向俯冲增生带由中奥陶世-早志留世温都尔庙俯冲增生杂岩和白乃庙岛弧杂岩组成;北向俯冲增生带从泥盆纪-石炭纪南蒙活动大陆边缘向南延伸,包括贺根山蛇绿混杂岩和晚石炭世宝力道岛弧增生杂岩.古亚洲洋的俯冲消亡引起了两侧活动大陆边缘的碰撞,并最终导致索伦缝合带的形成(Xiao et al., 2003).

      索伦缝合带和南向俯冲增生带以西拉木伦断裂带为界(图 1),该断裂带为一条宽20 km,长达数千km的复杂断裂带,其深度达莫霍面,属超岩石圈深断裂带.双井片岩发育在该断裂带内,并沿着小莲花山-房框子-那达嘎一线出露(图 2).双井片岩与北侧的上志留统西别河组泥质粉砂岩呈断层接触,南侧被二叠纪中期花岗质片麻岩侵位.花岗质片麻岩内部常见双井片岩捕虏体,与围岩的接触关系较复杂,可见混合岩化的渐变过渡接触关系(李益龙等, 2007, 2008)和界线截然的侵位接触关系.双井片岩与花岗质片麻岩均发育有北东东向定向构造,并被中三叠统弱变形-无变形的花岗岩侵位.在小莲花山一带多见岩株状闪长岩侵位于双井片岩中,并发育有与双井片岩一致的定向构造.在双井片岩、花岗质片麻岩及其周围中三叠统侵位体中均有大量的下白垩统中基性岩墙侵位.

      矿物的电子探针分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室电子探针室完成.实验仪器为JCXA-733电子探针分析仪.

      全岩主量元素分析在湖北地质实验研究所武汉综合岩矿测试中心采用X射线荧光光谱分析(XRF).首先将样品粉末熔制成玻璃饼,然后采用3080E型X射线荧光光谱仪进行主元素测定.该分析法具有制样简单、分析速度快、结果重现性好以及准确度高等优点.FeO的测定用湿化学法完成.实验获得数据的相对标准偏差小于5%.微量元素和稀土元素在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室采用ICP-MS方法测定,所用仪器为日本Agilent公司生产的Agilent7500a型等离子体质谱计.

      进行矿物分离的样品重约10 kg,样品采用常规方法进行破碎,经浮选和磁选后,再在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒制成样品靶,锆石样品靶的制备与SHRIMP定年锆石样品制备方法基本相同(宋彪等,2002);挑选未见矿物连晶的角闪石单矿物,纯度高于99%,角闪石先后经过1次硝酸和3次纯净水清洗、风干.

      锆石的阴极发光(CL)显微照相在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行,测试仪器为装在热场发射环境扫描电子显微镜(Quanta 400 FEG)上的Gatan阴极发光仪(MonoCL3+).锆石LA-ICPMS原位U-Pb同位素年龄分析在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室完成.测试仪器为电感耦合等离子体质谱计(Agilent 7500a)和准分子激光剥蚀系统(GeoLas 2005)联机,激光器为193nm ArF准分子激光器.激光剥蚀斑束直径为32 μm,激光剥蚀样品的深度为20~40 μm.实验中采用He作为剥蚀物质的载气.锆石年龄计算采用国际标准锆石91500作为外标(Wiedenbeck et al., 1995),元素含量采用美国国家标准物质局研制的人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610作为外标(Pearce et al., 1997),29Si作为内标元素进行校正.采样方式为单点剥蚀,数据采集选用一个质量峰一点的跳峰方式(peak jumping),每完成4~5个测点的样品测定,加测标样一次.在15~20个锆石样品分析点前后各测2次NIST SRM610.样品的同位素比值和元素含量数据处理采用GLITTER (ver4.0,Macquarie University)程序计算,普通Pb采用Andersen的3D坐标法进行校正(Andersen, 2002),加权平均年龄及谐和图的绘制采用ISOPLOT(ver3.00)(Ludwig, 1991)完成.

      角闪石Ar-Ar年龄的测试在中国科学院广州地球化学研究所40Ar/39Ar实验室GV-5400质谱仪上采用激光熔样方法完成.激光熔样方法的具体分析流程见文献(蒋映德等,2006).以本底测定开始,每4个阶段样品分析间插1个本底测定,准确扣除仪器的本底贡献,提高数据质量.中子通量监测标准样品为荷兰阿姆斯特丹自由大学40Ar/39Ar实验室所采用的标样(Wijbrans et al., 1995)DRA-1(透长石),其年龄为25.26 Ma.标样用激光加热全熔进行质谱Ar同位素组成分析,求得照射参数J值.然后根据J值变化曲线的函数关系和样品的位置计算出每个样品的J值.实验室测定的大气Ar及照射产生的36Ar,39Ar和40Ar利用校正参数(38Ar/36Ar)a=0.186 9,(38Ar/37Ar)Ca=0,(36Ar/37Ar)Ca=2.673×10-4,(39Ar/37Ar)Ca=8.984×10-4,(40Ar/39Ar)K=5.97×10-3,(38Ar/39Ar)K=1.211×10-2进行校正,数据处理软件为Ar-ArCALC ver2.2c(Koppers, 2002),所用黑云母标样ZBH2506的参考年龄为132.50±0.50 Ma.

      闪长岩样品(8130)采自小莲花山一带,岩体侵位到双井片岩中(图 3a),岩体内部可见双井片岩捕虏体,岩体与双井片岩的接触带上可见条痕状混合岩化现象,北东东向片麻理发育,与双井片岩的片理方向基本一致.岩石呈中粒-粗粒粒状变晶结构(图 3b),主要组成矿物有:斜长石55%、角闪石30%、绿帘石5%、绿泥石8%、榍石等2%.

      图  3  闪长岩的野外露头(a)和显微结构(b)
      Fig.  3.  Field aspect (a) and photomicrograph (b) of diorite

      样品中斜长石和角闪石的电子探针分析结果列于表 1表 2.斜长石均属钠长石种属(An=0~5),指示绿片岩相-绿帘角闪岩相的变质作用.

      表  1  闪长岩中斜长石的电子探针分析结果(%)及相关参数
      Table  Supplementary Table   Electronic probe analyzing results (%) of plagioclase from diorite and related parmeters
      样号 点位 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O Cr2O3 An Ab Or 种属
      8130


      68.65 0.00 20.01 0.00 0.00 0.00 0.83 10.39 0.16 0.00 100.04 4 95 1

      69.48 0.00 20.58 0.00 0.02 0.01 0.90 10.39 0.18 0.00 101.56 5 94 1
      70.76 0.00 19.78 0.05 0.00 0.00 0.03 9.47 0.13 0.00 100.22 0 99 1
      69.61 0.00 20.50 0.00 0.00 0.00 0.84 10.35 0.18 0.00 101.48 4 95 1
      69.69 0.00 20.34 0.00 0.00 0.00 0.80 10.37 0.07 0.00 101.27 4 96 0
      70.48 0.00 20.32 0.00 0.00 0.00 0.61 10.59 0.09 0.00 102.09 3 96 1
      70.48 0.00 20.69 0.00 0.00 0.00 0.83 10.37 0.05 0.00 102.42 4 95 0
      66.73 0.00 19.64 0.00 0.00 0.00 0.76 9.58 0.08 0.00 96.79 4 95 1
      68.88 0.00 19.82 0.00 0.00 0.00 0.77 10.11 0.08 0.00 99.66 4 95 0
      69.77 0.00 20.16 0.00 0.00 0.00 0.72 9.97 0.13 0.00 100.75 4 95 1
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      表  2  闪长岩中角闪石的电子探针分析结果(%)及相关参数
      Table  Supplementary Table   Electronic probe analyzing results (%) of amphibole from diorite and related parmeters
      样号 点位 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO* MnO MgO CaO Na2O K2O Cr2O3 Ca2+ Na+ Al Al 种属
      8130


      49.91 0.58 4.04 14.54 0.55 12.87 11.70 0.73 0.22 0.00 95.14 1.87 0.21 0.47 0.24


      50.80 0.36 4.00 14.67 0.47 13.74 11.68 0.62 0.19 0.00 96.52 1.83 0.18 0.53 0.15
      49.16 0.50 4.41 15.92 0.46 12.56 11.70 0.74 0.20 0.00 95.66 1.87 0.21 0.61 0.16
      50.93 0.37 3.79 15.42 0.41 13.48 11.86 0.71 0.19 0.00 97.17 1.86 0.20 0.52 0.13
      50.81 0.21 3.69 15.33 0.41 13.56 11.46 0.66 0.20 0.00 96.33 1.80 0.19 0.53 0.11
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      Leake(1978)提出的角闪石的分类方案,样品中角闪石标准分子式中B位置上的Ca、Na原子系数之和(Ca+Na)B≥1.34,NaB<0.67,属钙质闪石组.角闪石的Ti-Si变异图(图 4a)显示样品中的角闪石均为变质成因,据Al-Al图解对样品的变质程度进行进一步判断(图 4b),结果显示绿帘角闪岩相变质作用.

      图  4  闪长岩中角闪石Ti-Si图解(a)和Al-Al图解(b)
      a.引自Leake(1978);b.转引自宋明春(1998)
      Fig.  4.  Ti-Si diagram (a) and Al-Al diagram (b) of amphibole from diorite

      选择一个新鲜样品进行了全岩地球化学特征分析.岩石中各氧化物的含量为:SiO2=58.19%,Al2O3=14.42%,CaO=6.03%,MgO=4.71%,TFeO=7.38%,MnO=0.20%,TiO2=0.86%,P2O5=0.03%,Na2O+K2O=6.50%,LOI=1.24%,Na2O/K2O=3.68,Mg#=53,低于原始地幔值(68~75),里特曼指数σ=2.78,属钙碱性系列.

      样品的微量元素分析结果列于表 3.样品中过渡族元素(TE)Cr、Ni含量低,表明有橄榄石和单斜辉石的分离结晶作用发生(张成立等,1999),富集大离子亲石元素(LILE)Ba、Pb,贫高场强元素(HFS)Nb、Ta、Zr、Hf等,在微量元素原始地幔标准化曲线图上(图 5a),样品显示Nb、Ta的强亏损和Pb的强富集,表明岩浆中有地壳物质的加入.稀土元素总含量中等,∑REE=107.61 μg/g,球粒陨石标准化稀土元素配分模式为右倾型(图 5b),轻重稀土弱分馏,LREE/HREE=3.05,(La/Yb)N=2.00;轻稀土弱分馏,(La/Gd)N=1.68;重稀土略显分馏,(Dy/Yb)N=1.22;具中等-弱的负铕异常,δEu=0.63,说明部分熔融过程中源区有斜长石残留或者岩浆运移过程中发生了斜长石的分离结晶;Ce略显正异常,δCe=1.13,表明岩浆为快速侵位.

      表  3  闪长岩及研究区相似岩石的微量元素分析结果(10-6)
      Table  Supplementary Table   Compositions of trace elements of the diorite and similar rocks in research area
      元素 8130 DSZ1 DSZ2 BBT1 BBT2 ADAK DYKE
      Sc 29.1 29.3 30.0 28.2 11.4 12.1 13.7
      V 160 218 225 302 71.50 101 137
      Cr 51.4 218 225 56.9 48.3 115 35.4
      Co 23.0 102 105 31.5 11.3 37.3 19.7
      Ni 21.2 102 105 27.2 16.0 63.4 11.5
      Ga 16.3 23.1 20.1 18.6 20.6
      Rb 20.6 4.42 4.06 9.8 111 64.6 77.0
      Sr 136 296 275 455 175 836 624
      Y 44.3 30.0 30.6 29.6 46.1 14.2 20.4
      Zr 70.2 167 171 206 559 142 246
      Nb 4.96 6.25 6.16 1.50 6.35 3.82 12.7
      Cs 0.64 1.14 1.04 1.57 3.36
      Ba 387 89.7 83.1 54.7 303 507 1831
      La 12.0 14.5 14.8 6.24 14.5 17.0 40.5
      Ce 33.8 34.7 34.4 15.9 35.8 39.1 84.2
      Pr 4.45 4.99 4.87 2.77 4.61 4.54 10.9
      Nd 23.0 23.2 22.3 14.3 20.9 18.4 42.7
      Sm 6.44 5.37 5.18 4.11 5.54 3.69 7.64
      Eu 1.32 1.97 1.87 1.42 0.90 1.00 2.12
      Gd 6.21 5.70 5.48 4.50 6.25 3.06 5.74
      Tb 1.14 0.89 0.86 0.87 1.23 0.44 0.79
      Dy 7.88 5.25 5.06 5.54 8.12 2.53 4.14
      Ho 1.64 1.10 1.06 1.16 1.71 0.50 0.73
      Er 4.18 3.00 2.90 3.40 5.22 1.45 1.92
      Tm 0.65 0.44 0.42 0.54 0.84 0.21 0.27
      Yb 4.31 2.64 2.55 3.56 5.61 1.29 1.59
      Lu 0.56 0.38 0.36 0.53 0.84 0.20 0.24
      Hf 2.14 3.94 4.02 6.54 16.75 3.75 5.85
      Ta 0.31 0.42 0.41 0.10 0.48 0.39 0.86
      Pb 7.14 3.33 3.12 2.36 10.5 16.4 117
      Th 2.44 0.87 0.89 0.71 8.63 4.30 4.25
      U 0.61 0.33 0.31 1.15 2.34 1.43 1.14
      (La/Yb)N 2.00 3.94 4.17 1.26 1.85 9.44 18.31
      (La/Gd)N 1.68 2.21 2.34 1.20 2.00 4.81 6.12
      (Dy/Yb)N 1.22 1.33 1.33 1.04 0.97 1.32 1.75
      时代 286 Ma 439 Ma 439 Ma 313~308 Ma 313~308 Ma 244 Ma 132 Ma
      注:DSZ1与DSZ2为大石寨组两类玄武岩,郭锋等(2009);BBT1与BBT2分别为本巴图组双峰式火山岩中的玄武岩和英安岩,汤文豪等(2010);ADAK为林西地区埃达克岩,王冬兵等(2009);DYKE为林西地区中性岩墙群,李益龙等(2010);8130为本文样品;引用的数值均为各作者报道数值的平均值.
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      图  5  闪长岩及研究区类似岩石的微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分模式图(b) (标准值采用Sun and McDonough (1989)推荐值)
      Fig.  5.  Primitive-mantle normalized trace elements distribution patterns (a) and Chondrite normalized REE distribution patterns (b) of diorite and similar rocks in research area

      样品中锆石均自形、短柱状,粒径大,强CL强度,具有特征的岩浆振荡环带,显示岩浆结晶锆石的特征,少数颗粒边缘具有很细的变质增生边,显示较弱的后期变质作用(图 6a).

      图  6  闪长岩单颗粒锆石CL图像(a)和LA-ICPMS锆石U-Pb谐和图(b)
      圆圈表示剥蚀激光束对应的位置,直径为32 μm
      Fig.  6.  Representative CL images (a) and LA-ICPMS U-Pb Concordia diagram (b) of zircons from diorite

      样品的LA-ICPMS锆石分析结果见表 4.共分析了28个点,其Th/U值变化范围为0.41~1.24,均大于0.4,Th含量变化于29.86×10-6~355.35×10-6,U含量变化于59.15×10-6~286.75×10-6,显示岩浆锆石的特征.28个分析点多偏向谐和线的右侧,表现为207Pb/235U比值偏大,而206Pb/238U的比值则基本相同,206Pb/238U年龄也相当一致,因此,分析点的偏离应主要与207Pb难以测准有关,206Pb/238U年龄是准确可信的,28个分析点给出的206Pb/238U加权平均年龄为286±1 Ma(MSWD=0.57)(图 6b).

      表  4  闪长岩(8130)的LA-ICPMS锆石U-Pb分析结果
      Table  Supplementary Table   LA-ICPMS zircon U-Pb analytic data for diorite (No.8130)
      样品号 组成(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
      Pb Th U 207Pb/206Pb 1s 207Pb/235U 1s 206Pb/238U 1s 208Pb/232Th 1s 207Pb/206Pb 1s 207Pb/235U 1s 206Pb/238U 1s 208Pb/232Th 1s
      8130-1 5.26 45.19 88.31 0.51 0.085 87 0.001 54 0.538 59 0.009 89 0.045 49 0.000 56 0.022 72 0.000 29 264 23 279 5 281 3 295 4
      8130-2 16.58 273.92 262.34 1.04 0.059 04 0.000 90 0.370 27 0.005 93 0.045 48 0.000 55 0.015 72 0.000 17 311 115 284 12 281 4 281 3
      8130-3 8.43 115.34 147.69 0.78 0.051 55 0.001 09 0.318 07 0.006 84 0.044 75 0.000 56 0.014 50 0.000 19 266 27 280 5 282 3 291 4
      8130-4 8.05 69.55 126.95 0.55 0.103 49 0.001 74 0.654 23 0.011 37 0.045 85 0.000 57 0.025 78 0.000 32 270 22 282 5 283 3 309 4
      8130-5 9.51 92.76 140.25 0.66 0.120 31 0.001 90 0.759 30 0.012 45 0.045 77 0.000 56 0.026 93 0.000 32 526 20 311 5 283 3 308 4
      8130-6 3.54 34.98 61.22 0.57 0.064 94 0.001 30 0.409 36 0.008 34 0.045 72 0.000 57 0.018 07 0.000 24 2 099 16 599 8 283 4 536 7
      8130-7 4.71 48.23 83.16 0.58 0.061 59 0.001 16 0.384 13 0.007 46 0.045 23 0.000 56 0.016 77 0.000 22 306 23 286 5 283 3 282 4
      8130-8 6.33 80.40 110.20 0.73 0.051 66 0.000 94 0.319 89 0.006 03 0.044 91 0.000 55 0.015 43 0.000 19 401 31 296 6 283 4 301 5
      8130-9 7.73 103.45 135.20 0.77 0.051 51 0.000 95 0.316 51 0.006 06 0.044 56 0.000 55 0.014 70 0.000 18 600 27 321 6 284 4 340 5
      8130-10 3.27 29.86 59.15 0.50 0.059 91 0.001 33 0.371 83 0.008 36 0.045 01 0.000 57 0.016 97 0.000 25 660 22 330 5 285 3 336 4
      8130-11 8.73 101.17 133.63 0.76 0.093 20 0.001 55 0.588 11 0.010 15 0.045 76 0.000 57 0.021 24 0.000 26 274 20 284 4 285 3 318 4
      8130-12 11.53 148.94 195.58 0.76 0.051 75 0.000 86 0.323 08 0.005 61 0.045 28 0.000 55 0.015 88 0.000 19 335 33 291 6 285 4 297 5
      8130-13 11.62 175.88 190.27 0.92 0.057 90 0.001 02 0.358 88 0.006 57 0.044 95 0.000 55 0.015 35 0.000 19 1 330 15 435 6 286 3 383 5
      8130-14 5.08 38.62 93.17 0.41 0.055 20 0.001 03 0.348 23 0.006 69 0.045 75 0.000 57 0.016 62 0.000 23 1 707 15 512 7 286 3 570 7
      8130-15 3.51 41.62 60.76 0.68 0.050 90 0.001 22 0.321 51 0.007 81 0.045 81 0.000 59 0.015 04 0.000 22 276 27 285 5 286 4 288 4
      8130-16 7.99 105.92 127.82 0.83 0.062 38 0.001 10 0.393 19 0.007 17 0.045 71 0.000 56 0.017 43 0.000 22 1 107 27 397 8 286 4 407 7
      8130-17 13.02 191.23 192.32 0.99 0.085 62 0.001 31 0.534 86 0.008 67 0.045 30 0.000 55 0.019 11 0.000 23 1 335 18 437 7 287 3 454 6
      8130-18 7.92 57.27 125.97 0.45 0.104 60 0.001 66 0.655 23 0.010 93 0.045 43 0.000 56 0.028 61 0.000 37 327 31 292 6 287 4 300 5
      8130-19 5.52 65.49 92.87 0.71 0.052 58 0.002 59 0.323 28 0.015 31 0.044 59 0.000 61 0.013 99 0.000 15 1 961 14 574 7 288 3 537 6
      8130-20 7.09 97.28 119.72 0.81 0.051 78 0.001 07 0.323 52 0.006 87 0.045 31 0.000 57 0.014 35 0.000 20 772 23 348 6 288 4 362 5
      8130-21 19.05 355.35 286.75 1.24 0.052 37 0.000 91 0.329 54 0.005 97 0.045 64 0.000 56 0.014 94 0.000 19 1 492 16 470 6 288 4 425 5
      8130-22 6.95 56.06 100.83 0.56 0.121 23 0.002 25 0.771 56 0.014 64 0.046 16 0.000 59 0.030 88 0.000 44 420 22 303 5 288 4 333 5
      8130-23 8.93 87.83 129.49 0.68 0.130 05 0.002 33 0.803 62 0.014 81 0.044 82 0.000 57 0.026 88 0.000 37 687 20 337 5 288 3 349 4
      8130-24 14.34 235.34 232.81 1.01 0.052 47 0.000 98 0.324 91 0.006 26 0.044 91 0.000 56 0.014 06 0.000 19 302 21 289 5 288 3 300 4
      8130-25 6.35 78.79 103.55 0.76 0.059 27 0.001 30 0.373 43 0.008 34 0.045 70 0.000 59 0.016 61 0.000 25 577 27 322 6 288 4 333 5
      8130-26 4.33 42.53 70.53 0.60 0.076 46 0.001 81 0.477 85 0.011 41 0.045 32 0.000 60 0.020 33 0.000 33 1 688 16 511 7 289 4 514 6
      8130-27 5.89 60.74 103.66 0.59 0.053 14 0.001 30 0.331 54 0.008 23 0.045 25 0.000 59 0.014 78 0.000 25 236 33 283 6 289 4 302 4
      8130-28 5.97 75.44 101.21 0.75 0.054 72 0.001 28 0.338 54 0.008 02 0.044 87 0.000 58 0.015 00 0.000 24 1 974 17 581 8 291 4 615 9
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      角闪石40Ar-39Ar同位素数据见表 5.对角闪石进行了12阶段激光加热分析,在开始的1个低温加热阶段给出了较高的年龄,可能为样品局部不均一(或/和矿物颗粒边缘可能有吸附的大气氩存在)所致,之后的11个加热阶段获得的年龄谱可以近似看作直线(图 7a),39Ar的释放量占整个释气量的96.60%,加权平均年龄值(WMPA)为188.7±1.4 Ma,反等时线年龄为191.4±4.5 Ma,MSWD=2.03(图 7b),全熔融年龄为190.3±1.0 Ma,(40Ar/36Ar)i初始值为280.8±24.6,在误差范围内与尼尔值(295.5±5)相当,表明该角闪石形成时没有过剩Ar.坪年龄与反等时线年龄吻合,说明角闪石40Ar-39Ar年龄真实可信.

      表  5  闪长岩中角闪石激光熔样法40Ar-39Ar测年结果
      Table  Supplementary Table   40Ar/39Ar dationg results of amphibole from diorite
      激光输出能量(W) 36Ar(a) 37Ar(Ca) 38Ar(Cl) 39Ar(K) 40Ar(r) 年龄(Ma) ±2δ 40Ar(r)(%) 39Ar(K)(%) K/Ca ±2δ
      4.00 0.000 040 0.020 491 0.000 007 0.001 796 0.025 839 238.82 3.81 68.34 3.40 0.049 0.005
      5.00 0.000 048 0.033 766 0.000 010 0.002 795 0.031 085 187.40 3.94 68.85 5.28 0.046 0.004
      6.00 0.000 084 0.062 494 0.000 017 0.004 982 0.055 101 186.37 3.24 68.92 9.42 0.045 0.004
      6.90 0.000 085 0.081 101 0.000 022 0.006 429 0.072 192 189.09 2.41 74.06 12.15 0.044 0.004
      7.80 0.000 106 0.101 005 0.000 029 0.008 082 0.091 066 189.70 2.55 74.42 15.28 0.045 0.004
      8.60 0.000 087 0.101 405 0.000 028 0.007 584 0.083 842 186.31 2.32 76.49 14.34 0.042 0.004
      9.40 0.000 067 0.086 576 0.000 024 0.006 153 0.068 843 188.43 2.43 77.73 11.63 0.040 0.004
      10.40 0.000 044 0.063 554 0.000 018 0.004 963 0.056 349 191.08 2.34 81.14 9.38 0.044 0.004
      11.60 0.000 036 0.065 804 0.000 019 0.004 740 0.053 873 191.25 2.67 83.41 8.96 0.040 0.004
      13.60 0.000 021 0.050 571 0.000 014 0.003 250 0.036 650 189.87 2.97 85.31 6.14 0.036 0.003
      17.00 0.000 005 0.009 958 0.000 003 0.000 609 0.006 682 184.99 7.14 80.49 1.15 0.034 0.003
      25.00 0.000 014 0.023 788 0.000 006 0.001 508 0.016 506 184.58 4.16 80.45 2.85 0.035 0.003
      8130,角闪石,坪年龄=188.7±1.4 Ma,J-value=0.009 840 5 ± 0.000 014 8,全气体年龄=190.3±1.0 Ma
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      图  7  闪长岩中角闪石40Ar-39Ar年龄谱(a)与反等时线(b)
      Fig.  7.  Apparent age spectrum (a) and inverse isochron line (b) of amphibole from diorite

      片麻状闪长岩具有较低的SiO2含量(58.19%),较高的Mg#值(53)和富Na(Na2O/K2O=3.68),显示岩浆源区应为岩石圈地幔的属性.样品富集Ba、K、Pb等大离子亲石元素和轻稀土元素,贫重稀土元素和亏损Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P等高场强元素,这一特征主要有两种形成机制:(1)强烈的地壳混染;(2)由于俯冲带流体/熔体交代作用而形成的富集地幔的部分熔融(Cox,1980).

      Nb/U、Ta/U和Ce/Pb比值通常可以作为判断地壳混染的参考指示.样品的Nb/U、Ta/U和Ce/Pb比值分别为8.11、0.50、4.74,明显低于MORB/OIB值(Nb/U=47、Ta/U=2.7和Ce/Pb=25)(Hoffmann,1988),同时也低于地壳值(Nb/U=12.1、Ta/U=1.1和Ce/Pb=4.1)(Taylor and McLennan, 1995)(Ce/Pb略高于地壳值),很难判断其经历了大规模的地壳混染.样品的La/Nb和Ba/Nb明显高于陆壳值,显然不能由低La/Nb和Ba/Nb的幔源岩浆经陆壳混染或壳幔物质混合熔融形成.在Ba/Nb-La/Nb相关图解中(图 8),可以看出样品位于弧火山岩的范围内,处于大陆地壳平均组成的上方,表明其不是简单陆壳混染的产物.因此认为闪长岩在其上升过程中没有经历强烈的地壳混染,其所具有的地球化学特征可能与具有较低Nb/U、Ta/U和Ce/Pb特征的流体/熔体交代作用的有关.

      图  8  闪长岩中Ba/Nb-La/Nb相关图解
      MORB,OIB,原始地幔采用Sun and McDonough(1989)推荐值
      Fig.  8.  Ba/Nb-La/Nb diagram of diorite

      选择研究区及邻区不同时代的中基性火成岩进行地球化学特征对比(表 3).郭锋等(2009)对索伦缝合带内大石寨组火山岩研究表明:大石寨组包含两组玄武岩,岩浆喷发时间为439±3 Ma(SHRIMP锆石U-Pb年龄),是同俯冲作用的结果,岩浆来源于古亚洲洋俯冲板片交代地幔楔的熔融产物,两组玄武岩同位素组成上的差异指示受到不同程度俯冲沉积物的改造作用.汤文豪等(2010)对缝合带内本巴图组火山岩研究表明:本巴图组火山岩为一套双峰式火山岩组合,岩浆喷发于313~308 Ma(全岩Rb-Sr等时线年龄和SHRIMP锆石U-Pb年龄),形成于碰撞后的伸展环境,其中的基性岩浆来源于深部地幔岩的部分熔融,基性岩浆上升过程中发生演化,并且古老的陆壳物质或岛弧物质加入其中形成酸性岩浆.王冬兵等(2009)对林西地区早中生代火山岩的研究表明:岩石具有大洋型(O型)高镁埃达克质安山岩的地球化学特征,岩浆喷发于244±2 Ma(LA-ICPMS锆石U-Pb年龄),是由残余洋壳部分熔融并随后与地幔橄榄岩相互作用形成的.李益龙等(2010)对林西地区晚中生代的中性岩墙群的研究表明:岩浆喷发于132.2±2.2 Ma(LA-ICPMS锆石U-Pb年龄),形成于板内拉张环境,岩浆源区具有壳幔混源的特征,是早期俯冲洋壳改造幔源岩浆的结果.可以看出,索伦缝合带内这些不同时代的镁铁质岩石均来源于相对富集LILE、LREE的地幔,与俯冲流体或熔体的改造作用相关,并且随着时代的更新改造程度显示增强的趋势(图 8).

      本文研究的闪长岩与本巴图组双峰式火山岩(313~308 Ma)中的酸性岩具有较为相似的元素分配型式(图 5),表明样品遭受了较强的俯冲带流体/熔体交代作用.俯冲流体/熔体对岩石圈地幔强烈的改造使样品显示岛弧火山岩的特征,张玉涛等(2006)报道的大兴安岭北部内蒙古扎兰屯东侧的120.6±4.7 Ma(LA-ICPMS U-Pb年龄)中性岩墙群显示岛弧火山岩的特征,李益龙等(2010)报道的林西地区132.2±2.2 Ma(LA-ICPMS锆石U-Pb年龄)中性岩墙群也显示岛弧火山岩的特征,这显然与该时期区域背景不符,考虑索伦缝合带早古生代以来的中基性火山岩均显示俯冲沉积物对地幔源区不同程度的改造,对缝合带内火成岩构造环境的判别时需结合区域背景进行分析,而不能进行简单投图.

      中亚造山带的形成与古亚洲洋的演化密切相关(Tang, 1990Sengör et al., 1993).索伦缝合带记录了古亚洲洋闭合的构造演化过程,但对最终碰撞缝合的时间一直存在不同认识,如:奥陶纪-志留纪(Tang 1990; Tang and Yan 1993; Han et al., 1997; Kheraskova et al., 2003)、泥盆纪-早石炭世(Hendrix et al., 1996; Yue et al., 2001; Solomovich and Trifonov 2002; Charvet et al., 2007; Wang et al., 2007a)、二叠纪-早三叠世(Sengör et al., 1993; Chen et al., 2000; Xiao et al., 2003, 2009).

      Zhang et al.(2009a)在华北板块北缘识别出两条不同的侵位岩带:晚石炭世(324~300 Ma)闪长岩-花岗闪长岩带,主要由石英闪长岩、闪长岩、花岗闪长岩、英云闪长岩和角闪辉长岩组成;晚二叠世-中三叠世(254~237 Ma)花岗岩带,主要由二长花岗岩、正长花岗岩和石英二长岩组成.前者喷发于安第斯型大陆边缘,是古亚洲洋板块向华北板块俯冲过程中俯冲地壳熔融交代富集型地幔的产物,后者为后碰撞花岗岩,来源于壳幔混源的富流体岩浆的分离结晶,是蒙古岛弧地体与华北板块最终碰撞缝合后岩石圈伸展和软流圈底侵作用的结果.汤文豪等(2010)研究认为索伦缝合带内本巴图组双峰式火山岩(313~308 Ma)形成于碰撞后的伸展环境,指示索伦缝合带在晚石炭世之前曾经发生过闭合碰撞.张玉清等(2009b)报道内蒙古东乌珠穆沁旗京格斯台碱性花岗岩TIMS锆石U-Pb年龄284.8±1.1 Ma,指示后造山伸展环境;Shi et al.(2004)报道内蒙古锡林浩特A型花岗岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为276±2 Ma,指示该拉张伸展的构造环境持续到了早二叠世.本文研究的闪长岩喷发于285.6±1.3 Ma,样品记录了研究区晚石炭世-早二叠世后造山伸展的背景.Zhang et al.(2009a)在华北北缘识别出的晚石炭世(324~300 Ma)闪长岩-花岗闪长岩带即可能为华北北缘在后造山伸展环境下的产物,该闪长岩-花岗闪长岩带的时限应延伸到早二叠世,如:袁桂邦和王惠初(2006)获得内蒙古武川石英闪长岩单颗粒锆石U-Pb年龄为282±5 Ma;王惠初等(2007b)测得冀北丰宁-承德(石英)闪长岩体的SHRIMP锆石U-Pb年龄为288±5 Ma~280±6 Ma;以及本文在内蒙古林西地区获得的闪长岩的LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为285.6±1.3 Ma.

      陈斌等(2001)对苏尼特左旗南的弧岩浆岩和碰撞花岗岩分别进行了定年,在弧岩浆岩中得出锆石SHRIMP U-Pb年龄490±8 Ma和309±8 Ma,在碰撞花岗岩中得出Rb-Sr全岩等时线年龄228±21 Ma和锆石SHRIMP U-Pb年龄254±4 Ma;李益龙等(2009)获得内蒙古林西地区房框子单元S型花岗岩锆石LA-ICPMS U-Pb年龄271.9±1.6 Ma和264.8±1.8 Ma;李锦轶等(2007)获得侵位于房框子单元南部的双井子单元S型花岗岩锆石SHRIMP U-Pb年龄229.2±4.1 Ma和237.5±2.7 Ma;暗示索伦缝合带在经历了晚石炭世-早二叠世后造山伸展背景后又转入了碰撞造山背景.王玉净和樊志勇(1997)在林西地区杏树洼蛇绿岩中发现了中晚二叠世放射虫化石,尚庆华(2004)在锡林浩特地区褶斯组地层中发现了晚二叠世放射虫化石,指示晚二叠世索伦缝合带中洋盆的存在.对于该洋盆是古亚洲洋的残余(张永焕等,2000Kravichinsky et al., 2002; Li, 2006)还是晚石炭世-早二叠世拉张背景下的新生洋盆(Tang, 1990; 邵济安, 1991; 唐克东, 1992),目前国内外学者还没有达成一致的意见.缝合带中晚二叠世-中三叠世碰撞花岗岩的形成可能与该洋盆的闭合有关,Zhang et al.(2009a)在华北板块北缘识别出的晚二叠世-中三叠世(254~237 Ma)后碰撞花岗岩带表明索伦缝合带的最终碰撞缝合在空间上的不均一性,其最终的缝合在晚二叠世-中三叠世完成.

      索伦缝合带东段在晚二叠世-中三叠世完成最终的碰撞缝合,导致缝合带以北的中蒙陆块、南蒙陆块、额尔古纳陆块、佳木斯陆块等微陆块与华北板块的完全拼合,古亚洲洋至此完全消亡,此时蒙古-鄂霍次克海作为古太平洋的一个分支北东向展布于西伯利亚板块和拼合后的华北板块之间(图 9Li, 2006).早期的研究认为蒙古-鄂霍次克海的闭合是洋壳向北侧的西伯利亚板块俯冲的结果,而南侧的华北板块北缘(确切地说应为拼合到华北板块的各微陆块的北缘)为被动型大陆边缘(Zonenshain et al., 1990; Parfenov et al., 1995; Zorin, 1999).然而,近年来对黑龙江地区岩浆岩的研究(Sorokin et al., 2002; 张永清等,2002张炯飞等,2003李锦轶,2004)和长白山地区火山-沉积岩系及花岗岩的研究(李锦轶等,1999李永安等,1999)认为额尔古纳陆块和佳木斯陆块北缘晚古生代以来长期存在活动大陆边缘的演化,因此,蒙古-鄂霍次克洋壳在向北侧的西伯利亚板块俯冲的同时向南侧的额尔古纳陆块和佳木斯陆块北缘也发生俯冲(Li, 2006).洋壳的持续俯冲导致了蒙古-鄂霍次克海的不断萎缩.研究表明,蒙古-鄂霍次克海从西向东呈剪刀状闭合,石炭-二叠纪在蒙古中部发生闭合,三叠-早侏罗世在蒙古东北部发生闭合(Zorin, 1999; Kravchinsky et al., 2002; Cogné et al., 2005; Tomurtogoo et al., 2005),晚侏罗世蒙古-鄂霍次克海在俄罗斯远东地区彻底消亡,华北板块和西伯利亚板块最终碰撞拼合(Ying et al., 2010).本文研究的变形闪长岩中角闪石40Ar-39Ar年龄为188.7±1.4 Ma,由于角闪石K-Ar体系封闭温度较低(~510 ℃;Dodson and McClelland-Brown, 1985),该年龄代表了闪长岩遭受最后一次明显变质事件的时间,该事件很可能与三叠-早侏罗世蒙古-鄂霍次克海在蒙古东北部闭合后的陆-陆碰撞有关,之后蒙古东北部进入了后造山伸展环境.

      图  9  晚二叠世中国东北部及邻区洋-陆构造格局复原图(据Li, 2006)
      Fig.  9.  Palinspastic reconstruction of Late Permian ocean-continent framework of northeastern China and adjacent regions

      古太平洋板块向华北板块的西向俯冲在晚侏罗世达到峰期,并转化为向欧亚大陆西北向斜向俯冲(Maruyama et al., 1997; Sagong et al., 2005),俯冲方向的改变导致了中生代华北东部由挤压向拉张的转变(Zhang et al., 2010).Shao et al.(1998)将林西地区广泛分布的辉绿岩岩墙群分为3类,形成时代分别为早侏罗世(199 Ma)、中侏罗世(170 Ma)和早白垩世(100 Ma),反映了林西地区侏罗纪挤压与拉张多次交替出现的构造体制.历年来关于华北岩石圈中生代岩浆活动时序的研究成果表明该构造机制转变的起始时段为160~140 Ma,峰值时段为120 Ma(周新华, 2006, 2009).

      研究区在侏罗纪构造机制的交替转换表明控制该时期构造格局的动力机制不只有一种,而应是两种或多种动力机制共同作用的结果.早侏罗世蒙古-鄂霍次克海在蒙古东北部发生闭合,随后进入后造山拉张的背景,研究区在该时期存在近南北向拉张的应力作用.而古太平洋板块向华北板块的西向俯冲持续到了晚侏罗世,研究区在侏罗纪还应存在东西向挤压的应力作用.两种应力的共同作用导致了研究区在侏罗纪构造机制的交替转换.Xu(2001)认为这种早期构造机制的交替转换可能还受到华南板块与华北板块碰撞的影响.

      晚侏罗世古太平洋板块俯冲方向转变后,中国东部进入持续的拉张背景,在拉张机制下,华北东部地区存在普遍发育的中生代岩浆活动(吴福元等,1999洪大卫等,2000邵济安等,2001张玉涛等,2006).目前,对于中国东部岩石圈减薄的地球动力学背景普遍认为是太平洋板块的俯冲作用导致岩石圈加厚,进而发生岩石圈拆沉(吴福元等,2003邓晋福等,2006徐义刚,2006).全球地震层析揭示在中国东部大陆下的地幔过渡带内有一水平分布的高速体,代表了俯冲的太平洋板块(Fukao et al., 1992Zhao,2004),证实华北东部岩石圈的减薄与太平洋板块俯冲引起的地幔对流的加强有关.

      (1) 内蒙古林西县西拉木伦断裂带内的变形闪长岩侵位于早二叠世,其锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为286±1 Ma.岩浆来源于俯冲带流体/熔体交代作用而形成的富集地幔.岩石遭受了早侏罗世绿帘角闪岩相变质作用,角闪石40Ar-39Ar年龄为188.7±1.4 Ma.

      (2) 索伦缝合带早古生代以来的中基性火山岩均显示俯冲沉积物对地幔源区不同程度的改造,并且随着时代的更新改造程度有增强的趋势.索伦缝合带在晚石炭世(~310 Ma)之前曾经闭合过,晚石炭世-早二叠世(~310~276 Ma)处于后造山伸展的背景,在伸展环境下形成了华北北缘该时期广泛分布的闪长岩-花岗闪长岩带,本文报道的闪长岩即为该时期的产物.晚二叠世缝合带局部区域中存在洋盆,洋盆的闭合导致了晚二叠世-中三叠世(~272~230 Ma)索伦缝合带的最终碰撞缝合,最终碰撞缝合在空间上的不均一性形成了缝合带内该时期大量并存的同碰撞花岗岩和后碰撞花岗岩.

      (3) 索伦缝合带的缝合导致华北板块与其北部各微陆块的拼合,此时蒙古-鄂霍次克海作为古太平洋的一个分支北东向展布于西伯利亚板块和拼合后的华北板块之间.早侏罗世蒙古-鄂霍次克海在蒙古东北部发生闭合,本文报道的角闪石40Ar-39Ar年龄记录了洋壳闭合后陆-陆碰撞的变质时间,之后研究区进入后造山伸展的环境.此时在古太平洋板块向华北板块俯冲应力的共同作用下,华北东部在侏罗纪出现挤压机制与拉张机制的多次转换.晚侏罗世古太平洋板块俯冲方向转变后,中国东部进入持续的拉张背景,并转入西太平洋构造域的范畴.

      致谢: 锆石的阴极发光显微照相在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成,实验过程中得到了弓虎军博士的大力帮助与关心,野外工作中得到了中国地质大学(武汉)杨巍然教授和赵温霞教授的悉心指导,在此一并表示衷心的感谢!
    • 图  1  内蒙古中部构造格局略图(据Xiao et al., 2003)

      Fig.  1.  Structure delineation of central Inner Mongolia

      图  2  内蒙古林西县双井地区地质简图

      1.双井片岩;2.花岗质片麻岩;3.志留系西别河组;4.杏树洼蛇绿岩;5.二叠系哲斯组;6.中生代侵位岩;7.中生代火山岩;8.第三系玄武岩;9.第四系;10.断层;11.村庄;12.采样点.据中国地质大学(武汉)地质调查院,2008.内蒙古1∶25万林西县幅区域地质调查报告

      Fig.  2.  Geological map of Shuangjing area in Linxi County, Inner-Mongolia

      图  3  闪长岩的野外露头(a)和显微结构(b)

      Fig.  3.  Field aspect (a) and photomicrograph (b) of diorite

      图  4  闪长岩中角闪石Ti-Si图解(a)和Al-Al图解(b)

      a.引自Leake(1978);b.转引自宋明春(1998)

      Fig.  4.  Ti-Si diagram (a) and Al-Al diagram (b) of amphibole from diorite

      图  5  闪长岩及研究区类似岩石的微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分模式图(b) (标准值采用Sun and McDonough (1989)推荐值)

      Fig.  5.  Primitive-mantle normalized trace elements distribution patterns (a) and Chondrite normalized REE distribution patterns (b) of diorite and similar rocks in research area

      图  6  闪长岩单颗粒锆石CL图像(a)和LA-ICPMS锆石U-Pb谐和图(b)

      圆圈表示剥蚀激光束对应的位置,直径为32 μm

      Fig.  6.  Representative CL images (a) and LA-ICPMS U-Pb Concordia diagram (b) of zircons from diorite

      图  7  闪长岩中角闪石40Ar-39Ar年龄谱(a)与反等时线(b)

      Fig.  7.  Apparent age spectrum (a) and inverse isochron line (b) of amphibole from diorite

      图  8  闪长岩中Ba/Nb-La/Nb相关图解

      MORB,OIB,原始地幔采用Sun and McDonough(1989)推荐值

      Fig.  8.  Ba/Nb-La/Nb diagram of diorite

      图  9  晚二叠世中国东北部及邻区洋-陆构造格局复原图(据Li, 2006)

      Fig.  9.  Palinspastic reconstruction of Late Permian ocean-continent framework of northeastern China and adjacent regions

      表  1  闪长岩中斜长石的电子探针分析结果(%)及相关参数

      Table  1.   Electronic probe analyzing results (%) of plagioclase from diorite and related parmeters

      样号 点位 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O Cr2O3 An Ab Or 种属
      8130


      68.65 0.00 20.01 0.00 0.00 0.00 0.83 10.39 0.16 0.00 100.04 4 95 1

      69.48 0.00 20.58 0.00 0.02 0.01 0.90 10.39 0.18 0.00 101.56 5 94 1
      70.76 0.00 19.78 0.05 0.00 0.00 0.03 9.47 0.13 0.00 100.22 0 99 1
      69.61 0.00 20.50 0.00 0.00 0.00 0.84 10.35 0.18 0.00 101.48 4 95 1
      69.69 0.00 20.34 0.00 0.00 0.00 0.80 10.37 0.07 0.00 101.27 4 96 0
      70.48 0.00 20.32 0.00 0.00 0.00 0.61 10.59 0.09 0.00 102.09 3 96 1
      70.48 0.00 20.69 0.00 0.00 0.00 0.83 10.37 0.05 0.00 102.42 4 95 0
      66.73 0.00 19.64 0.00 0.00 0.00 0.76 9.58 0.08 0.00 96.79 4 95 1
      68.88 0.00 19.82 0.00 0.00 0.00 0.77 10.11 0.08 0.00 99.66 4 95 0
      69.77 0.00 20.16 0.00 0.00 0.00 0.72 9.97 0.13 0.00 100.75 4 95 1
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      表  2  闪长岩中角闪石的电子探针分析结果(%)及相关参数

      Table  2.   Electronic probe analyzing results (%) of amphibole from diorite and related parmeters

      样号 点位 SiO2 TiO2 Al2O3 FeO* MnO MgO CaO Na2O K2O Cr2O3 Ca2+ Na+ Al Al 种属
      8130


      49.91 0.58 4.04 14.54 0.55 12.87 11.70 0.73 0.22 0.00 95.14 1.87 0.21 0.47 0.24


      50.80 0.36 4.00 14.67 0.47 13.74 11.68 0.62 0.19 0.00 96.52 1.83 0.18 0.53 0.15
      49.16 0.50 4.41 15.92 0.46 12.56 11.70 0.74 0.20 0.00 95.66 1.87 0.21 0.61 0.16
      50.93 0.37 3.79 15.42 0.41 13.48 11.86 0.71 0.19 0.00 97.17 1.86 0.20 0.52 0.13
      50.81 0.21 3.69 15.33 0.41 13.56 11.46 0.66 0.20 0.00 96.33 1.80 0.19 0.53 0.11
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      表  3  闪长岩及研究区相似岩石的微量元素分析结果(10-6)

      Table  3.   Compositions of trace elements of the diorite and similar rocks in research area

      元素 8130 DSZ1 DSZ2 BBT1 BBT2 ADAK DYKE
      Sc 29.1 29.3 30.0 28.2 11.4 12.1 13.7
      V 160 218 225 302 71.50 101 137
      Cr 51.4 218 225 56.9 48.3 115 35.4
      Co 23.0 102 105 31.5 11.3 37.3 19.7
      Ni 21.2 102 105 27.2 16.0 63.4 11.5
      Ga 16.3 23.1 20.1 18.6 20.6
      Rb 20.6 4.42 4.06 9.8 111 64.6 77.0
      Sr 136 296 275 455 175 836 624
      Y 44.3 30.0 30.6 29.6 46.1 14.2 20.4
      Zr 70.2 167 171 206 559 142 246
      Nb 4.96 6.25 6.16 1.50 6.35 3.82 12.7
      Cs 0.64 1.14 1.04 1.57 3.36
      Ba 387 89.7 83.1 54.7 303 507 1831
      La 12.0 14.5 14.8 6.24 14.5 17.0 40.5
      Ce 33.8 34.7 34.4 15.9 35.8 39.1 84.2
      Pr 4.45 4.99 4.87 2.77 4.61 4.54 10.9
      Nd 23.0 23.2 22.3 14.3 20.9 18.4 42.7
      Sm 6.44 5.37 5.18 4.11 5.54 3.69 7.64
      Eu 1.32 1.97 1.87 1.42 0.90 1.00 2.12
      Gd 6.21 5.70 5.48 4.50 6.25 3.06 5.74
      Tb 1.14 0.89 0.86 0.87 1.23 0.44 0.79
      Dy 7.88 5.25 5.06 5.54 8.12 2.53 4.14
      Ho 1.64 1.10 1.06 1.16 1.71 0.50 0.73
      Er 4.18 3.00 2.90 3.40 5.22 1.45 1.92
      Tm 0.65 0.44 0.42 0.54 0.84 0.21 0.27
      Yb 4.31 2.64 2.55 3.56 5.61 1.29 1.59
      Lu 0.56 0.38 0.36 0.53 0.84 0.20 0.24
      Hf 2.14 3.94 4.02 6.54 16.75 3.75 5.85
      Ta 0.31 0.42 0.41 0.10 0.48 0.39 0.86
      Pb 7.14 3.33 3.12 2.36 10.5 16.4 117
      Th 2.44 0.87 0.89 0.71 8.63 4.30 4.25
      U 0.61 0.33 0.31 1.15 2.34 1.43 1.14
      (La/Yb)N 2.00 3.94 4.17 1.26 1.85 9.44 18.31
      (La/Gd)N 1.68 2.21 2.34 1.20 2.00 4.81 6.12
      (Dy/Yb)N 1.22 1.33 1.33 1.04 0.97 1.32 1.75
      时代 286 Ma 439 Ma 439 Ma 313~308 Ma 313~308 Ma 244 Ma 132 Ma
      注:DSZ1与DSZ2为大石寨组两类玄武岩,郭锋等(2009);BBT1与BBT2分别为本巴图组双峰式火山岩中的玄武岩和英安岩,汤文豪等(2010);ADAK为林西地区埃达克岩,王冬兵等(2009);DYKE为林西地区中性岩墙群,李益龙等(2010);8130为本文样品;引用的数值均为各作者报道数值的平均值.
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      表  4  闪长岩(8130)的LA-ICPMS锆石U-Pb分析结果

      Table  4.   LA-ICPMS zircon U-Pb analytic data for diorite (No.8130)

      样品号 组成(10-6) Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
      Pb Th U 207Pb/206Pb 1s 207Pb/235U 1s 206Pb/238U 1s 208Pb/232Th 1s 207Pb/206Pb 1s 207Pb/235U 1s 206Pb/238U 1s 208Pb/232Th 1s
      8130-1 5.26 45.19 88.31 0.51 0.085 87 0.001 54 0.538 59 0.009 89 0.045 49 0.000 56 0.022 72 0.000 29 264 23 279 5 281 3 295 4
      8130-2 16.58 273.92 262.34 1.04 0.059 04 0.000 90 0.370 27 0.005 93 0.045 48 0.000 55 0.015 72 0.000 17 311 115 284 12 281 4 281 3
      8130-3 8.43 115.34 147.69 0.78 0.051 55 0.001 09 0.318 07 0.006 84 0.044 75 0.000 56 0.014 50 0.000 19 266 27 280 5 282 3 291 4
      8130-4 8.05 69.55 126.95 0.55 0.103 49 0.001 74 0.654 23 0.011 37 0.045 85 0.000 57 0.025 78 0.000 32 270 22 282 5 283 3 309 4
      8130-5 9.51 92.76 140.25 0.66 0.120 31 0.001 90 0.759 30 0.012 45 0.045 77 0.000 56 0.026 93 0.000 32 526 20 311 5 283 3 308 4
      8130-6 3.54 34.98 61.22 0.57 0.064 94 0.001 30 0.409 36 0.008 34 0.045 72 0.000 57 0.018 07 0.000 24 2 099 16 599 8 283 4 536 7
      8130-7 4.71 48.23 83.16 0.58 0.061 59 0.001 16 0.384 13 0.007 46 0.045 23 0.000 56 0.016 77 0.000 22 306 23 286 5 283 3 282 4
      8130-8 6.33 80.40 110.20 0.73 0.051 66 0.000 94 0.319 89 0.006 03 0.044 91 0.000 55 0.015 43 0.000 19 401 31 296 6 283 4 301 5
      8130-9 7.73 103.45 135.20 0.77 0.051 51 0.000 95 0.316 51 0.006 06 0.044 56 0.000 55 0.014 70 0.000 18 600 27 321 6 284 4 340 5
      8130-10 3.27 29.86 59.15 0.50 0.059 91 0.001 33 0.371 83 0.008 36 0.045 01 0.000 57 0.016 97 0.000 25 660 22 330 5 285 3 336 4
      8130-11 8.73 101.17 133.63 0.76 0.093 20 0.001 55 0.588 11 0.010 15 0.045 76 0.000 57 0.021 24 0.000 26 274 20 284 4 285 3 318 4
      8130-12 11.53 148.94 195.58 0.76 0.051 75 0.000 86 0.323 08 0.005 61 0.045 28 0.000 55 0.015 88 0.000 19 335 33 291 6 285 4 297 5
      8130-13 11.62 175.88 190.27 0.92 0.057 90 0.001 02 0.358 88 0.006 57 0.044 95 0.000 55 0.015 35 0.000 19 1 330 15 435 6 286 3 383 5
      8130-14 5.08 38.62 93.17 0.41 0.055 20 0.001 03 0.348 23 0.006 69 0.045 75 0.000 57 0.016 62 0.000 23 1 707 15 512 7 286 3 570 7
      8130-15 3.51 41.62 60.76 0.68 0.050 90 0.001 22 0.321 51 0.007 81 0.045 81 0.000 59 0.015 04 0.000 22 276 27 285 5 286 4 288 4
      8130-16 7.99 105.92 127.82 0.83 0.062 38 0.001 10 0.393 19 0.007 17 0.045 71 0.000 56 0.017 43 0.000 22 1 107 27 397 8 286 4 407 7
      8130-17 13.02 191.23 192.32 0.99 0.085 62 0.001 31 0.534 86 0.008 67 0.045 30 0.000 55 0.019 11 0.000 23 1 335 18 437 7 287 3 454 6
      8130-18 7.92 57.27 125.97 0.45 0.104 60 0.001 66 0.655 23 0.010 93 0.045 43 0.000 56 0.028 61 0.000 37 327 31 292 6 287 4 300 5
      8130-19 5.52 65.49 92.87 0.71 0.052 58 0.002 59 0.323 28 0.015 31 0.044 59 0.000 61 0.013 99 0.000 15 1 961 14 574 7 288 3 537 6
      8130-20 7.09 97.28 119.72 0.81 0.051 78 0.001 07 0.323 52 0.006 87 0.045 31 0.000 57 0.014 35 0.000 20 772 23 348 6 288 4 362 5
      8130-21 19.05 355.35 286.75 1.24 0.052 37 0.000 91 0.329 54 0.005 97 0.045 64 0.000 56 0.014 94 0.000 19 1 492 16 470 6 288 4 425 5
      8130-22 6.95 56.06 100.83 0.56 0.121 23 0.002 25 0.771 56 0.014 64 0.046 16 0.000 59 0.030 88 0.000 44 420 22 303 5 288 4 333 5
      8130-23 8.93 87.83 129.49 0.68 0.130 05 0.002 33 0.803 62 0.014 81 0.044 82 0.000 57 0.026 88 0.000 37 687 20 337 5 288 3 349 4
      8130-24 14.34 235.34 232.81 1.01 0.052 47 0.000 98 0.324 91 0.006 26 0.044 91 0.000 56 0.014 06 0.000 19 302 21 289 5 288 3 300 4
      8130-25 6.35 78.79 103.55 0.76 0.059 27 0.001 30 0.373 43 0.008 34 0.045 70 0.000 59 0.016 61 0.000 25 577 27 322 6 288 4 333 5
      8130-26 4.33 42.53 70.53 0.60 0.076 46 0.001 81 0.477 85 0.011 41 0.045 32 0.000 60 0.020 33 0.000 33 1 688 16 511 7 289 4 514 6
      8130-27 5.89 60.74 103.66 0.59 0.053 14 0.001 30 0.331 54 0.008 23 0.045 25 0.000 59 0.014 78 0.000 25 236 33 283 6 289 4 302 4
      8130-28 5.97 75.44 101.21 0.75 0.054 72 0.001 28 0.338 54 0.008 02 0.044 87 0.000 58 0.015 00 0.000 24 1 974 17 581 8 291 4 615 9
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      表  5  闪长岩中角闪石激光熔样法40Ar-39Ar测年结果

      Table  5.   40Ar/39Ar dationg results of amphibole from diorite

      激光输出能量(W) 36Ar(a) 37Ar(Ca) 38Ar(Cl) 39Ar(K) 40Ar(r) 年龄(Ma) ±2δ 40Ar(r)(%) 39Ar(K)(%) K/Ca ±2δ
      4.00 0.000 040 0.020 491 0.000 007 0.001 796 0.025 839 238.82 3.81 68.34 3.40 0.049 0.005
      5.00 0.000 048 0.033 766 0.000 010 0.002 795 0.031 085 187.40 3.94 68.85 5.28 0.046 0.004
      6.00 0.000 084 0.062 494 0.000 017 0.004 982 0.055 101 186.37 3.24 68.92 9.42 0.045 0.004
      6.90 0.000 085 0.081 101 0.000 022 0.006 429 0.072 192 189.09 2.41 74.06 12.15 0.044 0.004
      7.80 0.000 106 0.101 005 0.000 029 0.008 082 0.091 066 189.70 2.55 74.42 15.28 0.045 0.004
      8.60 0.000 087 0.101 405 0.000 028 0.007 584 0.083 842 186.31 2.32 76.49 14.34 0.042 0.004
      9.40 0.000 067 0.086 576 0.000 024 0.006 153 0.068 843 188.43 2.43 77.73 11.63 0.040 0.004
      10.40 0.000 044 0.063 554 0.000 018 0.004 963 0.056 349 191.08 2.34 81.14 9.38 0.044 0.004
      11.60 0.000 036 0.065 804 0.000 019 0.004 740 0.053 873 191.25 2.67 83.41 8.96 0.040 0.004
      13.60 0.000 021 0.050 571 0.000 014 0.003 250 0.036 650 189.87 2.97 85.31 6.14 0.036 0.003
      17.00 0.000 005 0.009 958 0.000 003 0.000 609 0.006 682 184.99 7.14 80.49 1.15 0.034 0.003
      25.00 0.000 014 0.023 788 0.000 006 0.001 508 0.016 506 184.58 4.16 80.45 2.85 0.035 0.003
      8130,角闪石,坪年龄=188.7±1.4 Ma,J-value=0.009 840 5 ± 0.000 014 8,全气体年龄=190.3±1.0 Ma
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    出版历程
    • 收稿日期:  2011-09-23
    • 网络出版日期:  2021-11-09
    • 刊出日期:  2012-05-01

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