Late Paleozoic Metamorphic Complex of Precambrian Metamorphic Basement from Eastern Alxa Block: New Evidence from Zircon LA-ICP-MS U-Pb Dating of Boluositanmiao Complex
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摘要: 波罗斯坦庙杂岩是东阿拉善地块典型的中-高级变质杂岩之一，它的深入研究对进一步认识阿拉善地块起源、形成与演化过程具有十分重要的科学意义.通过对波罗斯坦庙杂岩中石英闪长质片麻岩、斜长角闪岩与花岗伟晶岩的野外观察、岩石学与锆石U-Pb定年发现，波罗斯坦庙杂岩中石英闪长质片麻岩、斜长角闪岩与花岗伟晶岩的岩浆锆石加权平均年龄分别为284±2 Ma、278±3 Ma，276±2 Ma、271±3 Ma与242±7 Ma，该组年龄被解释为其原岩成岩时代.石英闪长质片麻岩与斜长角闪岩中变质锆石加权平均年龄分别为274±6 Ma、272±5 Ma与269±3 Ma、268±2 Ma，代表它们遭受了晚古生代变质作用的时间.综合以上分析与前人研究资料，初步认为以往曾被认为是新太古代-古元古代的波罗斯坦庙杂岩，实际上可能是一个古元古代-晚古生代中-高级变质杂岩，并遭受了280~260 Ma角闪岩相变质作用，指示它们曾被卷入到中亚造山带晚古生代造山作用过程.Abstract: The Boluositanmiao complex is a typical intermediate to high-grade metamorphic complex in the Alxa block, which is significant for better understanding of the origin, formation and evolution of Alxa block. In this paper, it presents a detailed study on the field geological observation, petrology and zircon U-Pb dating of the quartz dioritic gneisses, amphibolites and granitic pegmatites of the Boluositanmiao complex, and the results indicate that the magmatic zircons from the quartz dioritic gneisses, amphibolites and granitic pegmatites record the mean ages of 284±2 Ma and 278±3 Ma, 276±2 Ma and 271±3 Ma, and 242±7 Ma, respectively, which is interpreted as the protolith timing of the complex in our study, rather than Neoachean-Paleoproterozoic as suggested in previous studies.Moreover, the metamorphic zircons from the quartz dioritic gneisses and amphibolites also record the mean ages of 274±6 Ma and 272±5 Ma, and 269±3 Ma and 268±2 Ma, respectively, which is interpreted as the Late Paleozoic metamorphic timing of the complex.In conclusion, it is proposed that the Boluositanmiao complex mainly consists of the Paleoproterozoic-Late Paleozoic geological bodies, rather than Neoarchean-Paleoproterozoic rocks. Besides, they have also undergone 280-260 Ma amphibolite-facies metamorphism, indicating that the complex could be related to the Late Paleozoic orogenesis of the central Asian orogenic belt.
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Key words:
- eastern Alxa block /
- Boluositanmiao complex /
- Late Paleozoic /
- zircon U-Pb dating /
- petrology
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0. 引言
中亚造山带是全球典型的增生型造山带，也是显生宙陆壳生长最显著的地区之一.已有研究表明，中亚造山带是通过一系列的前寒武纪(中-新元古代)微陆块、蛇绿混杂岩、大洋岛弧、陆缘弧、增生杂岩与古大陆边缘沉积拼合而成，记录了古亚洲洋长达数亿年的演化历史，反映了极其复杂的俯冲-增生-拼合过程(Şengör et al., 1993 Xiao et al., 2015).阿拉善地块是中亚造山带南缘古亚洲洋构造域与塔里木、华北克拉通汇聚的关键部位，近年来，前人对其开展了大量有益研究(张建新和宫江华，2018)，并在前寒武纪变质基底的物质组成与性质、显生宙多期岩浆活动及其形成构造背景、造山带构造变形、沉积学与古生物地层以及成矿作用等诸多方面取得了许多重要的研究进展(张建新和宫江华，2018).目前普遍认为，恩格尔乌苏蛇绿岩混杂带是阿拉善地区古亚洲洋闭合的最终缝合线(王廷印等，1992)，而其南侧的查干础鲁蛇绿岩带则表现为弧后小洋盆的性质，是华北克拉通北缘的一条岛弧与克拉通的缝合带(王廷印等，1992).然而值得指出的是，在查干础鲁以南的诺尔公-狼山构造带，大量晚古生代花岗岩与蛇绿岩混杂带的识别(Feng et al., 2013)，以及在恩格尔乌苏蛇绿岩混杂带中二叠纪放射虫的发现(谢力等，2014)，似乎说明古亚洲洋闭合的最终缝合带还需要重新厘定.此外，古亚洲洋在阿拉善-索伦一带闭合的最后时限仍然存在较大的分歧，主要包括两种截然不同的观点，一种观点认为其发生在晚泥盆世-早石炭世(Tang, 1990)，索伦缝合带仅为小洋盆闭合所致(Chu et al., 2013; Zhang et al., 2015, 2016)；而另一种观点主张发生在二叠纪晚期甚至三叠纪初(Şengör et al., 1993；Xiao et al., 2015).因此，无论是古亚洲洋在阿拉善地块及其周缘闭合最终位置，还是其闭合时限，目前都存在严重的分歧，需要进一步深入的研究，尤其是在阿拉善地块及其邻区与古亚洲洋闭合有关的变质-变形事件的准确识别与深入研究(Zhang et al., 2013)，对进一步解决古亚洲洋在阿拉善地区的最终闭合位置与时限等关键地质问题将提供新的约束.
最近，笔者在华北克拉通北缘西段阿拉善地块东部地区开展前寒武纪变质基底研究的过程中，在原划为新太古代-古元古代阿拉善岩群波罗斯坦庙岩组中识别出一套晚古生代变质杂岩(霍福臣等，1987；耿元生和周喜文，2012)，它们是开展有关晚古生代变质事件对阿拉善地块古亚洲洋演化制约研究的最佳对象.因此，本文以阿拉善地块东部波罗斯坦庙沟出露的石英闪长质片麻岩-斜长角闪岩为重点研究对象，通过对其野外地质、岩石学与锆石U-Pb定年的综合研究，准确厘定其原岩形成时代-变质时代的年代格架，并初步探讨它们对阿拉善地区古亚洲洋构造演化过程的制约.
1. 地质背景
阿拉善地块位于华北克拉通最西端，北部为中亚造山带(本文暂时将恩格尔乌苏蛇绿岩混杂岩带定义为阿拉善地块与中亚造山带分界线)，南部为祁连山造山带，西以阿尔金断裂为界与敦煌地块相隔，东以狼山断裂带为界与华北克拉通主体相连.依据本区前寒武纪变质基底的组成与分布，以腾格里沙漠为界，将阿拉善地块分为东、西两个部分，本文工作区为阿拉善地块东部.
依据王廷印等(1992)对阿拉善地块大地构造单元划分方案(图 1)，阿拉善地块东部地区主要被恩格尔乌苏蛇绿岩带和查干础鲁蛇绿岩带分隔出珠斯楞-杭乌拉构造带、宗乃山-沙拉扎山构造带以及诺尔公-红古尔玉林构造带3个构造单元(图 1).恩格尔乌苏蛇绿岩带兼具洋中脊(MORB)和与俯冲有关的(SSZ)蛇绿岩特征，为混合成因的混杂带(Feng et al., 2013)，总体上由一系列向南倾斜或向北逆冲推覆的构造岩片组成，构造岩片倾角一般在25°左右，混杂带内不同地质体及地层关系完全遭到构造破坏，可区分为构造岩块和基质，构造岩块混杂在基质中，十分复杂，主要包括枕状构造玄武岩、葡萄石化块状玄武岩、蛇纹石化与碳酸盐化超镁铁质岩，基质主要是古大陆边缘沉积的凝灰岩、砂质凝灰岩、凝灰质泥岩及粉砂岩等相对软弱的岩层，以塑性剪切变形为主，强劈理化(王廷印等，1992).Zheng et al.(2014)在该带枕状玄武岩中获得锆石的SHRIMP U-Pb年龄为302±14 Ma(MSWD=7.0)，表明该蛇绿混杂岩带形成于二叠纪.
图 1 阿拉善地块东部二叠纪岩浆岩时空分布地质简图据史兴俊等(2016)修改.数据来源见附表 1，年龄后的数字与附表 1中文献序号相对应Fig. 1. Simplified geological map of the eastern Alax block showing tempo-spatial distribution of the Permian magmatic rocks reported查干础鲁蛇绿岩带又被称为查干础鲁-霍尔森蛇绿岩带(王廷印等，1993)，其整体呈北东东向延伸，向北东被狼山西走滑大断裂截断，向南西可能经过北大山，总延伸长约600 km以上，混杂岩带出露最宽处1 500 m以上，与恩格尔乌苏蛇绿岩带类似，查干础鲁蛇绿岩带亦由一系列向南倾斜、或向北逆冲推覆的构造岩片组成，但也见巨大的构造岩片呈近水平状平卧于下伏岩片之上.混杂带内不同地质体和地层的上下叠置关系完全遭到构造破坏，可根据变形和产出特征划分出构造岩块和基质，岩块主要有碳酸盐化超镁铁质岩、二辉橄榄岩、斜辉橄榄岩、蛇纹石化橄榄岩、辉长岩、铁碧玉岩、大理岩、硅质灰岩、砂砾岩、杂砂岩，基质主要是各类细碎屑岩，如灰绿色晶屑凝灰岩、粉砂岩，紫红色粉砂质泥岩及泥岩等(王廷印等，1993).Zheng et al.(2014)对查干础鲁蛇绿混杂带中辉长岩进行锆石SHRIMP U-Pb定年，获得的结果为275±3 Ma(MSWD=1.7)，指示查干础鲁蛇绿混杂带主体形成于晚古生代二叠纪中期.
研究区位于诺尔公-红古尔玉林构造带的东北端(图 1)，目前的研究资料表明，该带可能是华北克拉通的一个重要组成部分(张建新和宫江华，2018)，区内以出露大面积前寒武纪变质基底岩系和加里东期、海西期花岗岩为特征，是一个前寒武纪的造山带，并在古生代转化为拉张型过渡地壳(王廷印等，1992).
1.1 前寒武纪变质基底
依据耿元生等(2006, 2007)提出的划分方案，阿拉善地块东部前寒武纪变质基底主要包括如下两套变质岩石组合：新太古代-古元古代角闪岩相-麻粒岩相变质杂岩与中-新元古代绿片岩相-角闪岩相变质杂岩.其中，新太古代-古元古代角闪岩相-麻粒岩相变质杂岩主要包括前人划分的叠布斯格变质杂岩、巴彦乌拉变质杂岩与波罗斯坦庙杂岩(图 2).笔者最近的研究表明，叠布斯格变质杂岩是阿拉善地块变质程度最高的变质岩系，它们以含条带状铁建造为特征，并发育十分典型的高温泥质麻粒岩和高压基性麻粒岩(霍福臣等，1987)，其变质时代为1.95~1.85 Ga(耿元生等，2010).巴彦乌拉变质杂岩主要为一套黑云角闪质变质杂岩，包括石榴斜长角闪岩、斜长角闪岩、角闪斜长片麻岩、黑云角闪斜长片麻岩以及形态各异的花岗质浅色体，新近的同位素年代学研究表明，巴彦乌拉变质杂岩中各类变质岩石的原岩主要形成于2.30~2.00 Ga，并遭受了古元古代1.95~1.85 Ga角闪岩相区域变质变形作用(Wu et al., 2014)以及晚古生代动力变形热作用的改造(Zhang et al., 2013).此外，在波罗斯坦庙杂岩中，还可识别出许多1.95~1.85 Ga黑云角闪质片麻岩(耿元生等，2010).值得指出的是，尽管前人在阿拉善地块西部北大山杂岩中识别出了约2.55 Ga的TTG质片麻岩(张建新和宫江华，2018).但是，在阿拉善地块东部地区，目前还没有发现太古宙的变质基底岩石，尽管大于2.50 Ga锆石不断被报道，且锆石Hf同位素分析指示本区存在太古宙的变质基底(张建新和宫江华，2018).
图 2 阿拉善地块东部诺尔公-红古尔玉林构造带地质略图据耿元生和周喜文(2012)修改.1.中-新生界；2.新元古代浅变质岩系；3.古元古代-中元古代阿拉善岩群；4.古元古代巴彦乌拉山岩组；5.新太古代叠布斯格岩群；6.波罗斯坦庙花岗质片麻岩杂岩；7.毕及尔台石英闪长质片麻岩杂岩；8.古生代花岗岩；9.走滑断层；10.研究区Fig. 2. Simplified geological map of the Nuoergong-Honggueryulin tectonic belt in the eastern Alax area and location of the study area阿拉善地块东部绿片岩相-角闪岩相变质杂岩主要包括中元古代晚期-新元古代早期变质表壳岩系和新元古代早期花岗质岩石(肖志斌等，2015；张建新和宫江华，2018).中-新元古代变质表壳岩系主要分布于巴音诺尔公、阿拉坦敖包、红古尔玉林等地区(图 2)，大致呈北东-近东西向展布.前人将其自下而上划分为诺尔公群、巴音西别群和乌兰哈夏群，为一套浅变质的陆源碎屑-碳酸盐建造，其典型的岩石组合为(石榴)云母石英片岩、(含蓝晶十字石榴)云母石英片岩、红柱石板岩、千枚岩、变质粉砂岩、石英岩、含砾石英岩与含叠层石白云质大理岩.新近的锆石U-Pb定年研究表明，其中的石英岩碎屑锆石年龄主要集中分布在2.53~2.50 Ga与1.95~1.85 Ga，还有少量的年龄为~1.69 Ga、2.3~2.0 Ga、~2.7 Ga、~3.4 Ga，最小谐和年龄为1 206 Ma，结合侵入其中的893 Ma眼球状花岗质片麻岩，可将本区中-新元古代变质表壳岩系的沉积时代大致限定在1.21~0.89 Ga之间，为中元古代晚期-新元古代早期的沉积建造(肖志斌等，2015；宫江华等，2017).此外，近年来，阿拉善地块东部及其北缘的宗乃山-沙拉扎山构造带内，在原“阿拉善群”中识别出了许多中元古代-新元古代早期的花岗闪长质-花岗质片麻岩(耿元生和周喜文，2010；史兴俊等，2016)，其形成时代分别为1.50~1.40 Ga与0.90~0.83 Ga，它们主要岩石类型为黑云母二长花岗质片麻岩、含红柱石二云母花岗岩与含电气石花岗岩.其中新元古代变质岩浆岩为过铝质花岗岩，具有S型花岗岩的地球化学特征，可能形成于与造山作用有关的变沉积岩的熔融作用(Dan et al., 2014).
1.2 古生代岩浆岩
以往研究表明，与古亚洲洋俯冲-闭合相关的岩浆岩仅分布于中亚造山带内，在其南侧的华北克拉通、北山和阿拉善等变质地块中鲜有出露.但近年的研究却分别在北山、阿拉善和华北克拉通北缘同样发现大量该期岩浆作用(童英等，2010).目前研究资料表明，阿拉善地块东部地区在古生代至少经历了如下所述的三期显著的岩浆活动(Shi et al., 2014)：(1)志留纪岩浆岩，主要分布在巴彦乌拉杂岩东北端的巴彦布拉格，为一套强烈变质变形的石英闪长质片麻岩，其原岩形成时代为423 Ma(Dan et al., 2016)，全岩地球化学数据与锆石Hf-O研究表明其形成于正常厚度地壳古老物质的部分熔融(Dan et al., 2016)；(2)早石炭纪岩浆岩，主要分布在和屯、叠布斯格和叠布斯格南部地区，岩性主要为二长花岗岩，其成岩时代为345 Ma，它们具有高的Sr/Y比值，可能形成于加厚下地壳的重熔(Dan et al., 2016)；(3)二叠纪末-三叠纪初岩浆岩：如图 1所示，区内古生代岩浆岩以二叠纪末-三叠纪初最为发育，被称为雅布赖-诺尔公-红古尔玉林晚古生代构造-岩浆带(Zhang et al., 2015)，其典型的岩石组合为二长花岗岩与花岗闪长岩，在花岗质岩石中含有少量辉长岩和暗色微粒包体，花岗岩成岩时代在278~268 Ma之间，为高钾钙碱性系列，辉长岩为钙碱性系列.花岗岩、暗色包体及辉长岩显示出相似的全岩Nd和锆石Hf同位素特征(εHf(t)值主要为-16~-8，Hf地壳模式年龄为2.2~1.8 Ga)，指示其源岩为古元古代变质基底(Zhang et al., 2015).对于该带晚古生代岩浆岩形成的构造背景，目前存在不同认识，一种观点认为阿拉善地块东部地区晚古生代岩浆岩的形成与古亚洲洋的俯冲闭合有关(Feng et al., 2013；Shi et al., 2014；Zheng et al., 2014)，并有形成于活动大陆边缘的俯冲相关型和洋中脊俯冲型等不同见解；另一种观点则认为其形成与同时期的塔里木地幔柱作用有关(Dan et al., 2014).
1.3 其他地质单元
除了前寒武纪变质杂岩和古生代岩浆岩之外，阿拉善地块东部还分布少量古生代与中生代沉积地层，古生代地层主要由碎屑岩、火山碎屑岩、碳酸盐岩三套岩石组成，主要分布在阿拉善地块东北部，郑荣国等(2017)报道了阿拉善地块北部古生代阿木山组火山岩成岩时代为315.3±3.1 Ma.中生代沉积地层整体缺失三叠系，侏罗纪地层主要出露于塔木素、阿拉坦敖包、吉兰泰北、雅布赖镇北，岩性为细砾岩、砂砾岩、砂岩及粉砂岩夹泥岩；白垩系地层则广泛分布于阿拉善地区，主要由砂砾岩、砂岩、安山岩、玄武岩、粉砂质泥岩、页岩等组成.
2. 分析方法
本次研究的样品锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，锆石分析过程详细描述见刘平华等(2017)的描述.锆石靶制备完成后，首先对锆石颗粒进行透射光和反射光显微照片的拍摄，以便了解锆石颗粒含包裹体和表面裂纹发育的情况.之后，将锆石靶镀金，进行阴极发光图像(CL)采集以便观察锆石内部结构.锆石CL图像拍摄在南京宏创地质勘查技术服务有限公司利用TESCAN场发射扫描电镜(型号：MIRA 3LMH)上完成，实验过程中加速电压为7 kV，吸收电流为1.2 nA，每80 s扫描一次.
锆石U-Pb同位素定年在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS分析完成，193 nm ArF准分子激光剥蚀系统由Teledyne Cetac Technologies制造，型号为Analyte Excite.四极杆型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)由安捷伦科技(Agilent Technologies)制造，型号为Agilent 7700x.准分子激光发生器产生的深紫外光束经匀化光路聚焦于锆石表面，能量密度为6.0 J/cm2，束斑直径为35 μm，频率为8 Hz，共剥蚀40 s，剥蚀气溶胶由氦气送入ICP-MS完成测试.测试过程中以标准锆石91500为外标，校正仪器质量歧视与元素分馏；以标准锆石GJ-1为盲样，检验U-Pb定年数据质量；以NISTSRM 610为外标，以Si为内标，标定锆石中的Pb元素含量，以Zr为内标，标定锆石中其余微量元素含量(Liu et al., 2010).原始的测试数据经过ICPMSDataCal软件离线处理完成(Liu et al., 2010).锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3完成.
3. 野外关系与岩石学特征
本文研究的所有样品均来自阿拉善左旗吉兰泰镇波罗斯坦庙沟公路边的一个剖面(图 2, 图 3)，曾被划分为新太古代阿拉善群波罗斯坦庙组(霍福臣等，1987).本次研究样品的采集位置如图 3所示，该露头沿公路出露约100 m，主要包括石英闪长质片麻岩、斜长角闪岩、未变质变形细粒黑云母花岗岩以及花岗伟晶岩.从图 3中可见，该剖面出露的主体为石英闪长质片麻岩，斜长角闪岩呈椭球状或透镜体产于石英闪长质片麻岩中，未变质变形的细粒花岗岩侵入至石英闪长质片麻岩中(图 3).野外观察还发现晚期粗粒花岗伟晶岩脉侵入细粒黑云母花岗岩、石英闪长质片麻岩与斜长角闪岩中，界线较为平直，岩脉本身为块状构造，未遭受变质变形作用影响(图 3).
图 3 波罗斯坦庙杂岩野外地质剖面及采样位置Fig. 3. Geological cross sections across the Boluositanmiao complex showing the geological relationships between the different metamorphic and magmatic units and sample locations样品15AZ12-1和15AZ12-2的岩性为石英闪长质片麻岩(图 4e)，具体采样位置如图 3.露头上可见该岩石除了由暗色矿物(角闪石与黑云母)定向排列形成的片麻理之外，还含有较多较细的暗色团块，团块的大小不一，形态多为椭圆状.岩石新鲜面为灰黑色，片麻状构造，中粒粒状变晶结构，其主要组成矿物为斜长石、石英、角闪石和黑云母，含少量的石榴子石、磷灰石、锆石、磁铁矿与榍石.角闪石颗粒较大，但晶形不好，颗粒边界凹凸不平，且较多角闪石颗粒内部出现孔洞或者筛状结构，孔洞中常由长石和石英所填充(图 5a，5b).黑云母呈鳞片状，在单偏光下可见深棕色-棕色多色性，与角闪石镶嵌接触，且接触边界也不平整.部分斜长石在正交偏光下可见较好的聚片双晶，部分斜长石发生绢云母化蚀变.此外，在该样品的一个薄片中还发现少量石榴子石，裂理发育，内部包体较多，呈筛状，包体主要为长石、石英和黑云母(图 5c，5d).
图 4 波罗斯坦庙杂岩野外露头照片a.黑云母花岗岩侵入石英闪长质片麻岩中，而黑云母花岗岩又被花岗质伟晶岩所侵入；b.花岗质伟晶岩和黑云母花岗岩侵入石英闪长质片麻岩；c.花岗质伟晶岩侵入石英闪长质片麻岩；d.斜长角闪岩呈透镜状产于石英闪长质片麻岩中，花岗质伟晶岩同时穿切二者；e.灰黑色石英闪长质片麻岩；f.黑色块状斜长角闪岩Fig. 4. Photographs of field occurrences of the the Boluositanmiao complex
图 5 波罗斯坦庙杂岩典型岩石显微结构照片a~b.石英闪长质片麻岩中典型矿物组合：角闪石+黑云母+斜长石+石英；c~d.石英闪长质片麻岩中石榴子石变斑晶内部细粒石英，以及基质中斜长石和黑云母.Amph.角闪石; Pl.斜长石; Bt.黑云母; Qz.石英; Grt.石榴子石Fig. 5. Representative photomicrographs of Boluositanmiao complex showing index mineral assemblage样品15AZ12-3和15AZ12-4岩性为斜长角闪岩(图 4d)，其新鲜面为灰黑色-黑色，中粒粒状变晶结构，片麻状或块状构造，其主要组成矿物为角闪石(~50%)、斜长石(~35%)，与黑云母(~10%)，其他矿物约5%，主要包括磁铁矿、金红石、榍石、钛铁矿、磷灰石和锆石.
样品15AZ12-5的岩性为花岗伟晶岩(图 4f)，同时穿切石英闪长质片麻岩和斜长角闪岩.其新鲜面为灰白色，由钾长石与石英组成.长石发生较弱蚀变，未见双晶，石英表面较为明亮(图 6c，6d).样品15AZ12-6岩性为细粒花岗岩(图 4a)，侵入于石英闪长质片麻岩的上部(图 4c)，其新鲜面为灰白色，中细粒花岗结构，块状构造，其主要组成矿物为钾长石、斜长石与石英，含少量黑云母与不透明铁质矿物，副矿物为锆石、磷灰石.值得指出的是，部分斜长石发生较强的绢云母化作用(图 6e，6f).
图 6 波罗斯坦庙杂岩典型岩石显微结构照片a~b.斜长角闪岩中典型矿物组合：角闪石+斜长石+黑云母；c~d.花岗伟晶岩中典型矿物组合：钾长石+石英；e~f.黑云母花岗岩中代表性矿物组合：黑云母+斜长石+石英+钾长石.Amph.角闪石; Pl.斜长石; Bt.黑云母; Kfs.钾长石; Qz.石英Fig. 6. Representative photomicrographs of Boluositanmiao complex showing index mineral assemblage4. 锆石U-Pb年代学
4.1 锆石CL图像特征
4.1.1 样品15AZ12-1与15AZ12-2
石英闪长质片麻岩样品中的锆石颗粒较大，其长轴约为200 μm，短柱状晶形居多，长宽比介于2:1~3:1，大多都较发育锥面和柱面.在CL图像中(图 7)，具有十分典型的核-边结构，绝大部分核部具有灰色-灰黑色的CL图像特征，并发育清晰的岩浆振荡环带，少数内部结构不明显；大部分边部具有均匀的灰色-灰白色，具有典型的变质增生边的CL图像结构特征，但在不同锆石颗粒中，边部的宽窄不一，有的只有几个微米，有的则大于100微米(图 7b，7d).
图 7 石英闪长质片麻岩中锆石的阴极发光图像与206Pb/238U年龄Fig. 7. CL images and 206Pb/238U ages of zircons from quartz dioritic gneisses4.1.2 样品15AZ12-3与15AZ12-4
斜长角闪岩样品中的锆石多数为浅黄色，少数锆石晶体表面裂纹发育，其大小为150~300 μm，长宽比介于2:1~3:1(图 8).依据该类岩石中锆石透射光和CL图像特征，可将其进一步划分为两种类型(图 8).第1类锆石为柱状晶形，在CL图像上，绝大部分锆石具有中等均匀的发光效应(灰色-灰白色)，其核部往往发育十分典型的板状环带，边部则发育宽窄不一的变质增生边(图 8)；第2类锆石大部分具有浑圆状-椭圆状晶形，在CL图像上，具有较为均匀的中等-强阴极发光效应(灰色-灰白色)，为典型的变质重结晶锆石(图 8).
图 8 斜长角闪岩中锆石的阴极发光图像与206Pb/238U年龄Fig. 8. CL images and 206Pb/238U ages of zircons from amphibolites4.1.3 样品15AZ12-5
花岗伟晶岩样品中的锆石多数为浅黄色，形态不规则，晶体边界不平整，其大小集中变化于150~250 μm之间，长宽比介于1:1~2:1(图 9a).在CL图像上，绝大部分锆石具有弱均匀的发光效应(灰黑色-黑色)，绝大部分锆石不发育环带，内部结构不清晰，有的呈“海绵”状，为花岗伟晶质岩浆中晶出锆石，经强烈蜕晶质化作用结果(图 9a；Tomaschek et al., 2003).
图 9 花岗伟晶岩样品中锆石的阴极发光图像(a)及锆石U-Pb谐和图(b)Fig. 9. CL images (a) and U-Pb concordia diagram (b) of zircons from granitic pegmatite4.2 锆石U-Pb定年结果
锆石的CL图像特征表明，样品15AZ12-1、15AZ12-2和15AZ12-3、15AZ12-4中不同成因类型的锆石记录了两组重要的年龄信息，样品15AZ12-5中的锆石应属一种成因类型，记录了一组年龄信息.一共5个样品的定年数据，结果见附表 2与图 9~11.
图 10 石英闪长质片麻岩锆石U-Pb谐和图Fig. 10. U-Pb concordia diagrams of zircons from quartz dioritic gneisses
图 11 斜长角闪岩锆石207Pb/235U-206Pb/238U谐和图Fig. 11. U-Pb concordia diagrams of zircons from amphibolites4.2.1 样品15AZ12-1
石英闪长质片麻岩样品15AZ12-1中33个点的LA-ICP-MS U-Pb分析结果如图 10与附表 2所示，从图 10与附表 2可以明显看出，21个岩浆锆石微区的U与Th含量较小，Th含量为122.74×10-6~320.27×10-6，U含量从251.19×10-6到677.99×10-6，Th/U比值介于0.37~0.60，206Pb/238U表面年龄比较集中，变化于290±3.0 Ma~277±3.0 Ma之间，其206Pb/238U加权平均年龄为284±2 Ma(MSWD=2.30)，在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上(图 10a)，所有分析点均位于谐和线上或附近，且所有点在谐和图上形成密集的群.因此，石英闪长质片麻岩样品15AZ12-1的成岩时代为284±2 Ma.
此外，12个变质锆石微区的Th与U含量变化较大，Th含量为25.51×10-6~225.90×10-6，U含量介于92.41×10-6~540.58×10-6，Th/U比值变化于0.27~0.67之间，206Pb/238U年龄为283±4 Ma~261±4 Ma，相应地206Pb/238U加权平均年龄为274±6 Ma(MSWD=0.50)，所有分析点均位于谐和线上或附近(图 10c).因此石英闪长质片麻岩样品15AZ12-1的变质时代为274±6 Ma.
4.2.2 样品15AZ12-2
石英闪长质片麻岩样品15AZ12-2共进行了30个点的LA-ICP-MS U-Pb定年，其分析结果列于附表 2中.其中，20个岩浆锆石微区的Th与U含量变化较大，Th含量为84.69×10-6~669.20×10-6，U含量为139.85×10-6~1 279.47×10-6，相应地Th/U比值介于0.29~0.61，其206Pb/238U年龄分布相对集中，变化于270±4.0 Ma~292±4.0 Ma之间，在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上(图 10b)，所有分析点均位于谐和线上或附近，给出的206Pb/238U加权平均年龄278±3 Ma(MSWD=2.60)，应为该石英闪长质片麻岩原岩的成岩时代.
类似地，10个变质锆石微区的Th与U含量变化亦较大，Th含量为11.32×10-6~214.52×10-6，U含量变化在37.56×10-6~369.36×10-6，Th/U比值介于0.26~0.54，206Pb/238U表面年龄集中变化于257±5.0 Ma~280±4.0 Ma之间，所有分析点均位于207Pb/235U-206Pb/238U谐和图的谐和线上或附近(图 10d)，给出的206Pb/238U加权平均年龄为272±5 Ma(MSWD=2.20)，应为该石英闪长质片麻岩的变质时代.
4.2.3 样品15AZ12-3
斜长角闪岩样品15AZ12-3中42个锆石微区测点分析结果如图 11与附表 2所示.27个岩浆锆石微区的U与Th含量变化范围较小，Th含量为101.09×10-6~735.41×10-6，U含量为188.86×10-6~756.16×10-6，Th/U比值介于0.42~1.11，相应地206Pb/238U年龄为266±4.0 Ma~285±5.0 Ma，在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上(图 11a)，所有分析点均位于谐和线上或附近，给出的206Pb/238U加权平均年龄为276±2 Ma(MSWD=1.80)，应为该斜长角闪岩原岩的成岩时代.
此外，15个变质锆石微区的Th与U含量分别为34.16×10-6~146.47×10-6与88.38×10-6~375.58×10-6，Th/U比值介于0.26~0.55，相应地206Pb/238U年龄集中分布于261±4.0 Ma~278±5.0 Ma之间，所有分析点均位于207Pb/235U-206Pb/238U谐和图的谐和线上或附近(图 11c)，给出的206Pb/238U加权平均年龄为269±3 Ma(MSWD=1.40)，应代表了该斜长角闪岩的变质时代.
4.2.4 样品15AZ12-4
斜长角闪岩样品15AZ12-4共进行了48个锆石微区测点，分析结果如图 11与表 2所示.从表 2与图 11可以明显看出，27个岩浆锆石微区分析结果显示，其Th含量为99.97×10-6~ 2 958.04×10-6，U含量为136.08×10-6~1 067.38×10-6，相应地Th/U比值介于0.29~3.05，而其206Pb/238U年龄集中，介于259±4.0 Ma~287±4.0 Ma，在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上(图 11b)，所有分析点均位于谐和线上或附近，给出的206Pb/238U加权平均年龄为271±3 Ma(MSWD=2.40)，应为斜长角闪岩样品15AZ12-4的成岩时代.
此外，21个变质锆石的Th与U含量变化较大，Th含量为29.17×10-6~534.86×10-6，U含量为83.03×10-6~1 552.92×10-6，Th/U比值介于0.13~ 1.02，相应地206Pb/238U年龄为258±5.0 Ma~275±4.0 Ma，所有分析点均位于207Pb/235U-206Pb/238U谐和图的谐和线上或附近(图 11d)，给出的206Pb/238U加权平均年龄为268±2 Ma(MSWD=1.06)，应代表斜长角闪岩样品15AZ12-4的变质时代.
4.2.5 样品15AZ12-5
花岗伟晶岩样品15AZ12-5中锆石Pb丢失严重，只有5个有效测点数据.锆石的Th含量为731.96×10-6~1 288.80 ×10-6，U含量极高，为15 187.34×10-6~23 860.18×10-6，Th/U比值为0.05，206Pb/238U表面年龄集中变化于234±3.0 Ma~249±3.0 Ma之间，在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图上(图 9b)，所有分析点均位于谐和线上或附近，给出的206Pb/238U加权平均年龄为242±7 Ma(MSWD=4.10)，代表花岗伟晶岩样品15AZ12-5的成岩时代.
5. 讨论
5.1 波罗斯坦庙杂岩成岩时代
如上所述，长期以来，前人均把波罗斯坦庙一带出露的强烈变质变形黑云角闪质片麻岩作为阿拉善岩群波罗斯坦庙组，并认为其形成时代均为新太古代，其主要依据为：(1)变质程度较高，为角闪岩相，这正是新太古代变质岩石具有的一般特征；(2)侵入本群上部的辉长岩体变质年龄为1.98 Ga(K-Ar法；转霍福臣等，1987)；(3)阿拉善群被产核形石、叠层石的古元古代绿片岩相变质地层不整合覆盖，故将其归属新太古代.近年来，有的研究者采用SHRIMP锆石U-Pb定年技术，对波罗斯坦庙沟一带的黑云角闪质片麻岩开展了初步的年代学研究(耿元生等，2010)，并认为这些黑云角闪质片麻岩原岩的主体是TTG成分的深成岩浆杂岩.其中代表性样品AL48的定年表明，10个分析点的加权平均年龄为1 839±18 Ma，被认为是其原岩TTG质花岗岩的成岩时代(耿元生等，2010).
如上所述，本文所研究的波罗斯坦庙杂岩中的石英闪长质片麻岩与斜长角闪岩，均发育了典型的花岗质岩石和辉长质岩石岩浆结晶的锆石(吴元保和郑永飞，2004；Liu et al., 2014)，石英闪长质片麻岩与斜长角闪岩中岩浆锆石记录了分别变化于284±2 Ma~278±3 Ma与276±2 Ma~271±3 Ma之间的年龄，应代表其寄主岩石的原岩成岩时代.因此，综合以上分析可知，原波罗斯坦庙组可能是由不同时代地质体组成的变质杂岩，不仅包括古元古代晚期1 850 Ma的TTG质片麻岩，而且可能还包括晚古生代黑云角闪质片麻岩(石英闪长质片麻岩-斜长角闪岩).这与近年来在中亚造山带南侧华北克拉通北缘(倪志耀等，2004)与中天山-北山地块(He et al., 2018)识别出大量晚古生代变质杂岩十分类似，说明华北克拉通北缘、阿拉善地块与中天山-北山地块中前寒武纪变质基底分布区曾被卷入到与古亚洲洋闭合有关的中亚造山作用过程.
5.2 波罗斯坦庙杂岩变质时代
如上所述，前人普遍认同，波罗斯坦庙组中的黑云角闪质片麻岩的变质时代为新太古代2.5 Ga(霍福臣等，1987).但是，缺乏可靠的同位素年代学约束.近年来，有的学者对波罗斯坦庙黑云角闪质片麻岩进行了初步的SHRIMP锆石U-Pb定年研究，其中的变质锆石给出了两组重要的年龄，分别为439±4 Ma与286±2 Ma，并认为它们代表波罗斯坦庙黑云角闪质片麻岩遭受与中亚造山作用有关的变质热事件的强烈改造(耿元生和周喜文，2012).本文分析结果也表明，除了岩浆锆石之外，石英闪长质片麻岩和斜长角闪岩样品中都还发育变质锆石微区，并分别记录了274±6 Ma~272±5 Ma和269±3 Ma~268±2 Ma的206Pb/238U加权平均年龄，它们应代表石英闪长质片麻岩和斜长角闪岩遭受角闪岩相的变质时代.上述变质锆石记录的年龄也与耿元生和周喜文(2012)报道的阿拉善地块东部前寒武纪变质基底杂岩中普遍记录的290~260 Ma的变质变形Ar-Ar年龄十分相似，充分说明晚古生代变质变形事件具有明显的区域性特点.然而值得指出的是，目前对于阿拉善地区古生代变质事件，无论是430~400 Ma还是280~270 Ma，还处在起步阶段，许多与变质作用有关的问题的明确解决，都需要进一步开展深入的研究(耿元生和周喜文，2012；张建新和宫江华，2018)，这也是今后我们需要进一步深入研究的方向.
5.3 地质意义
5.3.1 阿拉善地块东部晚古生代岩浆事件时空分布与源区特征
如图 1，图 12与附表 1所示，近年来，在阿拉善东部的不同地段，陆续报道了大量晚古生代岩浆岩的锆石U-Pb年龄数据.为了探讨并进一步了解该期二叠纪的岩浆作用在空间上的分布规律，本次研究将前人在阿拉善地区报道的二叠纪前后(250~300 Ma)的岩浆锆石U-Pb年龄进行了统计，具体数据如附表 1.根据所统计的年龄样品的具体采样位置在地质图上投点，得出所统计年龄样品的位置分布图(图 1).由图 1可知，阿拉善地块东部地区二叠纪岩浆在空间上大体成带状分布，时间上在260~290 Ma之间近似呈正态分布，且在270~280 Ma之间有一个最为强烈的峰值，说明270~280 Ma是该期岩浆作用最为强烈的时间.此外，将年龄分布结合图 1内的采样位置，可以发现阿拉善地块东部地区二叠纪岩浆岩成岩时代在不同的构造带具有明显的差异，如图 1所示，可根据两条蛇绿岩带分为诺尔公-红古尔玉林构造带、宗乃山-沙拉扎山构造带、珠斯楞-杭乌拉构造带3条带，而时间上，在中间宗乃山-沙拉扎山构造带内呈带状分布的晚古生代岩浆岩的年龄集中在250~260 Ma左右，诺尔公-红古尔玉林构造带内的该期岩浆岩年龄主要在270~280 Ma附近，珠斯楞-杭乌拉构造带内分布较少，根据已有数据可知主要年龄也在270~280 Ma附近.如此不同空间带上具有时间差异性的岩浆分布特点是否指示了俯冲碰撞造山极性，目前还需要进一步的深入研究.
图 12 阿拉善地块东部二叠纪岩浆锆石年龄分布直方图N为样品数Fig. 12. Distribution histogram of magmaitic ages of the Permian rocks reported in the eastern Alax block尽管本文未对诺尔公-红古尔玉林构造带内的波罗斯坦庙杂岩相关岩石开展锆石Hf同位素分析与捕获锆石U-Pb定年研究.但是，前人曾对阿拉善地块东部地区290~260 Ma岩浆岩开展了大量相关研究，研究结果表明(Zhang et al., 2015)：阿拉善地块东部290~260 Ma岩浆岩中捕获锆石资料表明，北侧的宗乃山-沙拉扎山构造带的侵入岩中捕获锆石很少，捕获锆石的年龄主要为集中在约350 Ma，600 Ma和1 400 Ma左右，εHf(t)值变化范围较大，二阶段Hf模式年龄一般小于1.60 Ga(Zhang et al., 2015).最近，史兴俊等(2016)的研究表明，宗乃山-沙拉扎山构造带塔木素地区出露的前寒武纪阿拉善岩群变质杂岩形成于1.40~1.51 Ga，属于中元古代，目前还没有发现存在古元古代-太古宙变质基底的迹象和证据.与此同时，综合对比研究表明，中亚造山带南缘识别出一系列具有中元古代变质基底的微陆块，部分陆块内的中元古代变质杂岩与宗乃山地区前寒武纪岩石具有相近的年代格架.在星星峡、尾亚和阿拉塔格东等地识别出了1 405~1 458 Ma的花岗质片麻岩，表明中天山地块是具有中元古代基底的微陆块(He et al., 2018).在北山造山带南部获得正片麻岩锆石U-Pb年龄为1 408±4 Ma，揭示石板山地块存在中元古代基底，该地块和中天山地块在前寒武地壳形成与演化历史上具有相似性(He et al., 2018).在内蒙古锡林浩特地块，针对原宝音图群中花岗质片麻岩的研究，获得1 390±17 Ma~1 516±31 Ma的年龄，也证实了该地区存在中元古代的变质基底(He et al., 2018).因此，中天山地块、石板山地块、宗乃山-沙拉扎山地体以及锡林浩特地块可能是中亚造山带南缘一系列具有中元古代基底(1.4~1.5 Ga)的微陆块.
而南侧的雅布赖-诺尔公-红古尔玉林构造带侵入岩中含有大量的捕获锆石，其年龄主要分布在约460~300 Ma，930~750 Ma，1 800~1 600 Ma和2 600~2 100 Ma，εHf(t)值变化范围较大(-16.1~+13.9)，以负值为主，二阶段Hf模式年龄为1.8~2.6 Ga.这与阿拉善地块广布的古元古代-新太古代变质基底相吻合.例如，在叠布斯格变质杂岩不仅获得2.7 Ga的锆石年龄，以及3.5 Ga残留碎屑锆石(耿元生等, 2002, 2006)，而且，还发现了~2.5 Ga TTG片麻岩(张建新和宫江华，2018).
因此，目前普遍认同，宗乃山-沙拉扎山构造带晚古生代岩浆岩源区以中元古代变质基底为主，并具有亲中亚造山带的特征(史兴俊等，2016)；而雅布赖-诺尔公-红古尔玉林构造带晚古生代岩浆岩源区以古元古代-新太古代变质基底为主，其深部具有类似于华北克拉通早前寒武纪变质块体的典型特征(史兴俊等，2016).
5.3.2 对阿拉善地块东部晚古生代构造演化过程的制约
如上所述，阿拉善地块东部位于中亚造山带南部，连接了形成于晚古生代古亚洲洋消减后碰撞造山形成的天山-北山-索伦缝合带(Xiao et al., 2015)，其本身也被卷入中亚造山作用(耿元生和周喜文，2010；张建新和宫江华，2018).因此，精细刻画阿拉善地块东部地区晚古生代构造演化过程对于进一步认识古亚洲洋最后的俯冲消减过程以及阿尔泰南缘增生造山构造的重要性是不言而喻的.近年来，前人曾对古亚洲洋在阿拉善地区闭合具体位置与时限开展了大量有关构造、岩浆、沉积以及地球化学等方面的深入研究.但遗憾的是，目前对古亚洲洋在阿拉善地区闭合的最后时限仍然存在严重分歧，主要有晚泥盆世-早石炭世(Tang, 1990)和二叠纪晚期甚至三叠纪初(Şengör et al., 1993; Xiao et al., 2015)两种截然不同的观点.值得指出的是，尽管阿拉善地区290~260 Ma变质事件近年来才发现且几乎未做详细研究工作(耿元生和周喜文，2012)，对上述两种认识不能提供变质岩石学的约束.但是，最近我们还在东阿拉善地区发现了280~270 Ma含十字石与蓝晶石的石榴云母石英片岩与石榴角闪黑云斜长片麻岩，尤其是在石榴角闪黑云斜长片麻岩中石榴子石发育了典型的进变质生长环带.因此，我们更倾向于认为阿拉善地块东部地区晚古生代290~280 Ma的变质-岩浆事件可能是中亚造山带晚古生代造山作用的响应，它们可能是晚古生代与古亚洲洋闭合有关增生造山作用的产物. 6
6. 结论
(1) 波罗斯坦庙杂岩中石英闪长质片麻岩、斜长角闪岩与花岗伟晶岩的原岩成岩时代分别为284±2 Ma~278±3 Ma、276±2 Ma~271±3 Ma与242±7 Ma，形成于晚古生代.而石英闪长质片麻岩与斜长角闪岩的变质时代分别为274±6 Ma~272±5 Ma与269±3 Ma~268±2 Ma.
(2) 以往认识的新太古代-古元古代前寒武纪波罗斯坦庙杂岩，实际上可能由古元古代-晚古生代中-高级变质杂岩组成，它们遭受了280~260 Ma强烈变质变形作用改造，指示波罗斯坦庙杂岩曾被卷入到晚古生代中亚造山带中.
附表1~2见本刊官网(http://www.earth-science.net).
致谢: 感谢中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室宗克清副教授在实验测试过程和数据处理过程中提供的帮助；感谢中国地质科学院地质研究所耿元生研究员在论文写作过程中的指导与帮助；感谢两位审稿专家认真审阅了本文，并提出了宝贵的修改意见. -
图 1 阿拉善地块东部二叠纪岩浆岩时空分布地质简图
据史兴俊等(2016)修改.数据来源见附表 1，年龄后的数字与附表 1中文献序号相对应
Fig. 1. Simplified geological map of the eastern Alax block showing tempo-spatial distribution of the Permian magmatic rocks reported
图 2 阿拉善地块东部诺尔公-红古尔玉林构造带地质略图
据耿元生和周喜文(2012)修改.1.中-新生界；2.新元古代浅变质岩系；3.古元古代-中元古代阿拉善岩群；4.古元古代巴彦乌拉山岩组；5.新太古代叠布斯格岩群；6.波罗斯坦庙花岗质片麻岩杂岩；7.毕及尔台石英闪长质片麻岩杂岩；8.古生代花岗岩；9.走滑断层；10.研究区
Fig. 2. Simplified geological map of the Nuoergong-Honggueryulin tectonic belt in the eastern Alax area and location of the study area
图 3 波罗斯坦庙杂岩野外地质剖面及采样位置
Fig. 3. Geological cross sections across the Boluositanmiao complex showing the geological relationships between the different metamorphic and magmatic units and sample locations
图 4 波罗斯坦庙杂岩野外露头照片
a.黑云母花岗岩侵入石英闪长质片麻岩中，而黑云母花岗岩又被花岗质伟晶岩所侵入；b.花岗质伟晶岩和黑云母花岗岩侵入石英闪长质片麻岩；c.花岗质伟晶岩侵入石英闪长质片麻岩；d.斜长角闪岩呈透镜状产于石英闪长质片麻岩中，花岗质伟晶岩同时穿切二者；e.灰黑色石英闪长质片麻岩；f.黑色块状斜长角闪岩
Fig. 4. Photographs of field occurrences of the the Boluositanmiao complex
图 5 波罗斯坦庙杂岩典型岩石显微结构照片
a~b.石英闪长质片麻岩中典型矿物组合：角闪石+黑云母+斜长石+石英；c~d.石英闪长质片麻岩中石榴子石变斑晶内部细粒石英，以及基质中斜长石和黑云母.Amph.角闪石; Pl.斜长石; Bt.黑云母; Qz.石英; Grt.石榴子石
Fig. 5. Representative photomicrographs of Boluositanmiao complex showing index mineral assemblage
图 6 波罗斯坦庙杂岩典型岩石显微结构照片
a~b.斜长角闪岩中典型矿物组合：角闪石+斜长石+黑云母；c~d.花岗伟晶岩中典型矿物组合：钾长石+石英；e~f.黑云母花岗岩中代表性矿物组合：黑云母+斜长石+石英+钾长石.Amph.角闪石; Pl.斜长石; Bt.黑云母; Kfs.钾长石; Qz.石英
Fig. 6. Representative photomicrographs of Boluositanmiao complex showing index mineral assemblage
图 7 石英闪长质片麻岩中锆石的阴极发光图像与206Pb/238U年龄
Fig. 7. CL images and 206Pb/238U ages of zircons from quartz dioritic gneisses
图 8 斜长角闪岩中锆石的阴极发光图像与206Pb/238U年龄
Fig. 8. CL images and 206Pb/238U ages of zircons from amphibolites
图 9 花岗伟晶岩样品中锆石的阴极发光图像(a)及锆石U-Pb谐和图(b)
Fig. 9. CL images (a) and U-Pb concordia diagram (b) of zircons from granitic pegmatite
图 10 石英闪长质片麻岩锆石U-Pb谐和图
Fig. 10. U-Pb concordia diagrams of zircons from quartz dioritic gneisses
图 11 斜长角闪岩锆石207Pb/235U-206Pb/238U谐和图
Fig. 11. U-Pb concordia diagrams of zircons from amphibolites
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