内蒙古北山地区早古生代火山岩岩石特征及成因

内蒙古北山地区早古生代火山岩岩石特征及成因

内蒙古北冰洋地区的早古生代位于哈萨克斯坦、塔利木和华北板块的交汇处。地质构造复杂，岩浆活动强烈。其中，早古生代火山岩尤其是公共泉群（图1a）。该组是北山地区重要的铜等多金属赋矿层位，上世纪末前人对该组的研究主要侧重于矿产方面，研究地点多集中于公婆泉一带1晚奥陶世引领岩研究区早古生代大地构造位于哈萨克斯坦板块南缘，公婆泉-东七一山早古生代岩浆弧北部阿民乌素一带(图1b)。公婆泉组呈带状北西西向展布，北侧与早志留世侵入岩多为断层接触；中部和南侧分别被晚奥陶世变质辉长岩和早志留世侵入岩侵入，总体呈大残留体状产出，其间发育紧闭型向斜构造(图2)。原岩为一套火山—沉积建造，后期遭受了低绿片岩相区域变质变形作用改造，变质较浅，变形较强。根据岩石组合划分2个段。一段：以片状变质砾岩、变质砂岩为主夹大理岩，分布于紧闭向斜南北两翼；二段：以钠长阳起岩、斜长阳起岩、斜长阳起片岩为主夹变质砂岩(图3),分布于紧闭向斜核部。变质火山岩呈层状产出，横向延伸较稳定。2岩石显微构造变质火山岩发育于公婆泉组二段，主要为钠长阳起岩、斜长阳起岩、斜长阳起片岩(图4)。钠长阳起岩，岩石为灰黑色，柱状微粒变晶结构，定向构造。阳起石呈柱状、纤柱状、针柱状、微粒状等，显定向特征，多呈淡绿色，多色性较弱，含量55%～85%,一般为60%～70%,粒径一般0.01～0.05mm,少量0.1～0.6mm,少量阳起石集合体似变余辉石斑晶假像；钠长石呈他形微粒状，含量15%～45%,一般为30%～40%,粒径一般<0.05mm,集合体多呈条纹状、线纹状等聚集定向分布(图4a)。斜长阳起岩，岩石为绿黑色，柱状粒状变晶结构，定向构造。阳起石他形柱状、长柱状、粒状，定向明显，多呈淡绿色，多色性较弱，含量多为30%～40%,粒径多为0.01～0.2mm,粒径较大者相对显条纹状聚集。斜长石他形微粒状，填隙于阳起粒间，含量60%～80%,粒径多<0.05mm,少量大者0.05～0.75mm,多相对呈条纹状聚集(图4b)。斜长阳起片岩颜色、结构、矿物成分、含量及粒度等与斜长阳起岩基本一致，二者差别为前者定向更强，为似片状、片状构造(图4c)。3材料采集和测试方法本次研究测试样品采自公婆泉组二段，采样过程中，尽量避开脉体、接触带和破碎带，采集新鲜岩石。样品测试由河北省区域地质调查院实验室完成。主量元素采用碱熔法制备样品，采用X射线荧光光谱仪(Axios3.1al+fm-c+alk-si变质火山岩(钠长阳起岩、斜长阳起岩、斜长阳起片岩)主量元素含量变化不大，显示三者具同源特征。变质火山岩宏观成层性较好，横向延伸较稳定。在A-C-FM原岩判别图解(图5a)中，样品成分点均投影于基性岩区；在((al+fm)-(c+alk))-Si图解(图5b)中，样品成分点基本投影于火山岩区，显示其原岩为基性火山岩。三者岩石化学分析烧失量偏高(2.16%～2.70%),说明岩石经受了一定的蚀变作用，一些活动性强的不相容元素(如Rb,Ba,K,Na等)浓度可能会在地表蚀变过程中发生变化，因此，本次研究采用Zr/Ti-Nb/Y图解和FeOt/MgO-SiO上述宏观和主、微量元素特征反映研究区公婆泉组变质火山岩原岩为基性火山岩。3.2稀土元素特征变质火山岩稀土总量ΣREE=31.83～40.13×103.3含量特征表1显示变质火山岩大离子亲石元素(LILE)Rb(3.60～24.40×104民族特征4.1测样品制备和测点选择本次研究在阿民乌素公婆泉组二段钠长阳起岩内采集锆石U-Pb同位素测年样品P11TW2,采样坐标：E:98°34′8.8″;N:41°45′45.2″(图2)。样品由河北省区域地质调查院实验室在无污染设备中进行锆石分选，先将样品碎至80～100μm,再用磁选和重液选方法选出单矿物。锆石制靶由北京锆年领航科技有限公司完成，在双目镜下根据锆石形态、颜色、自形程度等特征选出晶形较完好、具代表性的锆石与标样一起置入环氧树脂中，待冷却后对其进行抛光，然后在阴极发光(CL)上进行锆石显微照相。选择测点时，首先根据锆石反射光和透射光图像进行测试点初选，再与CL图像进行认真对比，力求避开锆石内部裂隙、包裹体等，以求获得较准确年龄测试成果。锆石U-Pb同位素测试在天津地质矿产研究所实验室完成。使用激光烧蚀多接收器等离子质谱仪(LA-MC-ICPMS)进行微区原位U-Pb同位素测定。采用外部锆石年龄(GJ-1)作为标准进行U-Pb同位素分馏校正4.2长度轴比样品锆石多呈褐粉色，边缘棱角分明，个别棱角显钝，透明，金刚-弱金刚光泽。锆石长轴70～150μm,短轴25～80μm,长短轴比多为(1.2～2.3)∶1,为短柱状；少部分锆石长短轴比为(3～5)∶1,为长柱状；锆石CL图像(图9)显示锆石均具较明显震荡环带，所选25粒锆石Th/U在0.29～0.52之间，多大于0.4,整体显示岩浆锆石特征表2反映25个测点5讨论5.1南缘陆缘原生岩岩浆甘新蒙北山造山带早古生代以红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井蛇绿混杂岩带为界，以南为塔里木板块，自南向北依次为敦煌地块、红柳园—白山堂晚古生代陆内裂谷带、方山口—鹰嘴红山早古生代被动陆缘带；以北为哈萨克斯坦板块南缘陆缘增生带，由南到北依次为公婆泉—东七一山早古生代岩浆弧岩石地球化学显示变质火山岩(钠长阳起岩、斜长阳起岩、斜长阳起片岩)原岩为亚碱性玄武岩，拉斑玄武岩系列。稀土分配模式为平坦型(图7),球粒陨石标准化蛛网图(图8)显示大离子亲石元素Rb,Ba和K相对富集，而高场强元素Nb,Ta,P,Zr,Ti明显亏损，Nb/La为0.17～0.82,平均值为0.38,Hf/Th值为0.34～2.18,平均为1.41,显示岛弧火山岩特征(岛弧岩浆岩Nb/La为0.3综合大地构造位置、岩石学、岩石地球化学特征等分析认为，阿民乌素公婆泉组变质火山岩应形成于岛弧环境，是早古生代红柳河—白云山—洗肠井古亚洲洋向北俯冲的地质记录5.2研究区的年龄和时代公婆泉组是北山地区公婆泉—东七一山早古生代岩浆弧主要组成部分。前人对公婆泉组时代进行了较多工作。甘肃省第二区测队(1969)根据生物碎屑灰岩中含1∶20万路井幅区调项目在公婆泉群下部灰岩中发现研究区位于公婆泉—东七一山早古生代岩浆弧中部，呈大残留体状产出，未见顶底，地层可见厚度>1206.83m。本次研究在钠长阳起岩内获得475±2Ma锆石U-Pb年龄，时代为早奥陶世。综合上述区域地质调查、古生物及年代学研究成果认为：北山地区公婆泉组具形成时代跨度大(475±2～421±15Ma),地层厚度巨大的特点，显示该组穿时特征，是同一岩浆弧带不同部位，形成的不同时代的产物，暗示早古生代红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井古亚洲洋向北俯冲时代早于早奥陶世，至晚志留世尚在俯冲消减。5.3肠井蛇绿岩带北山地区位于哈萨克斯坦、塔里木和华北三大板块交汇部位。研究区位于哈萨克斯坦板块南缘陆缘增生带，公婆泉—东七一山早古生代岩浆弧北部。阿民乌素公婆泉组是该岩浆弧的组成部分。随着甘新蒙北山地区研究不断深入，早古生代以红柳河—牛圈子侯青叶上述年代学研究成果表明红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井蛇绿岩带具下列特征：①该蛇绿岩带时代跨度大(536±7～425.5±2.3Ma),说明红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井古亚洲洋初始拉张时代早于早寒武世，至中志留世尚未结束，显示长期俯冲消减特征；②该蛇绿岩带从东到西(月牙山—白云山—牛圈子—红柳河)显示同位素年龄有由大到小(536±7～530.2±1.2Ma>496.5±2.2Ma>463±18～446.5±4Ma>425.5±2.3Ma),形成时代由早到晚(早寒武世—晚寒武世—中、晚奥陶世—中志留世)的变化趋势，从年代学角度暗示北山地区早古生代红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井古亚洲洋自东向西依次拉张的演化特征。板块构造理论认为洋壳俯冲消减与活动大陆边缘岩浆作用具因果关系，正是由于早古生代红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井古亚洲洋持续向北俯冲消减，才在公婆泉—阿民乌素—东七一山一线形成时代跨度大的早古生代岩浆弧，二者相互印证记录了北山地区早古生代洋陆转换复杂的构造演化信息。6山岩u-pb年龄及初始拉张时代(1)阿民乌素公婆泉组变质火山岩主要由钠长阳起岩、斜长阳起岩和斜长阳起片岩组成，原岩为亚碱性玄武岩，拉斑玄武岩系列，岩石地球化学特征显示其形成于岛弧环境，是早古生代红柳河—白云山—洗肠井古亚洲洋向北俯冲的产物。(2)研究区公婆泉组变质火山岩(钠长阳起岩)LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄475±2Ma,形成于早奥陶世，结合前人研究成果认为：北山地区公婆泉组时代跨度大，形于早奥陶世至晚志留世(475±2～421±15Ma),暗示早古生代红柳河—牛圈子—白云山—洗肠井古亚洲洋向北俯冲时代早于早奥陶世，至晚志留世尚在俯冲消减。(3)前人年代学研究成