内蒙古满洲里地区中生代花岗质岩石成因锆石u-pb年代学证据

内蒙古满洲里地区中生代花岗质岩石成因锆石u-pb年代学证据

1蒙古—引言满洲-阿尔加罗地区位于中亚造山带的东段，阿尔加罗纳地块的类别（sengoretal.，1993）。古生代期间,该区经历了多个微陆块之间的拼合(Kuzminetal.,1996;ZhaoandCoe.,1996;Li,2006;Mengetal.,2008,2010),中生代又经历了蒙古—鄂霍茨克缝合带和环太平洋构造体系的叠加与改造(葛文春等,2000a,b,2001;林强等,2003;Wangetal.,2006;Xueal.,2009;Wuetal.,2011)。近年来,对东北地区花岗质岩石和火山岩的年代学与地球化学的研究,已经揭示了古亚洲洋构造体系和环太平洋构造体系影响的时间尺度和空间范围(许文良等,2008;Wuetal.,2011),与之相比,对蒙古—鄂霍茨克缝合带的演化历史以及该缝合带对中国东北乃至华北影响的时空范围讨论很少(孟恩等,2011;Wuetal.,2011),追其原因是缺乏对东北乃至华北克拉通北部,尤其是对靠近蒙古—鄂霍茨克缝合带我国境内一侧火成岩系统的年代学与岩石组合空间变异的研究。满洲里—额尔古纳地区恰恰位于蒙古—鄂霍茨克缝合带的东南侧,该区不仅发育有大量的中生代火山岩(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010),而且发育有大量的花岗岩,它们为了解蒙古—鄂霍茨克缝合带对我国境内的影响提供了良好的物质基础。鉴于此,本文报道了满洲里—额尔古纳地区中生代花岗质岩石的锆石U-Pb定年结果,结合不同时代花岗岩以及同时代火山岩的组合特征及其空间变异,探讨了蒙古-鄂霍茨克缝合带的演化以及不同构造体系对该区的影响。2层和岩石层在大地构造位置上,额尔古纳—满洲里地区位于中蒙古—额尔古纳微陆块的范围内,北西与中生代的蒙古—鄂霍茨克构造带相邻(Sengo¨real.,1993),东侧以塔原-喜桂图拼合带为界与兴安地块相接。该区出露的主要地层包括古生代下寒武统的额尔古纳群,主要由变质长石石英砂岩、变粒岩、白云岩、板岩以及大理岩等岩石组成(内蒙古自治区地质矿产局,1991)。石炭系主要由砾岩、砂岩等组成。中生代广泛出露的地层是上侏罗统的塔木兰沟组玄武安山岩和粗安岩、下白垩统的上库力组流纹岩、梅勒图组玄武岩和大磨拐河组砂岩、砾岩和泥岩(图1)。该区岩浆作用强烈,除发育大量中生代火山岩外,还发育有泛非期花岗岩(Zhouetal.,2010)、早古生代花岗岩(武广等,2005)和晚古生代以及大量中生代花岗岩(内蒙古自治区地质矿产局,1991;Wuetal.,2011)。本文的研究样品分别采自满洲里地区的灵泉盆地和包格德乌拉盆地以及额尔古纳地区的上护林盆地和恩和盆地(图1)。3示例描述4仪器分析和数据处理采集的样品在河北省廊坊区域地质调查研究所采用常规方法进行粉碎,并用浮选和电磁选方法进行分选,在双目镜下挑选出晶形较好,无明显裂痕和包体的锆石颗粒,然后将其粘贴在环氧树脂表面,打磨抛光后露出锆石的表面,并对其进行透射光、反射光和阴极发光(CL)图像的采集。锆石微量元素含量和U-Pb同位素定年在中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室(GPMR)利用LA-ICP-MS同时分析完成。激光剥蚀系统为GeoLas2005,ICP-MS为Agilen7500a。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合。在等离子体中心气流(Ar+He)中加入了少量氮气,以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度(Huetal.,2008)。每个时间分辨分析数据包括20~30s的空白信号和50s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal(Liuetal.,2008;Liuetal.,2010a)完成。详细的仪器操作条件和数据处理方法同Liu等(2008;2010a,b)。所给定的同位素比值和年龄的误差均在1σ水平。本文样品锆石的LA-ICP-MSU-Pb分析结果见表2。5u-pb年度结果1岩石学和成矿时代样品MZ13-1:石英二长斑岩,锆石的阴极发光图像显示(图2a),锆石多数呈半自形—自形短柱状,还有少量浑圆状,发育岩浆生长环带,结合其高的Th/U比值(0.37~0.90),表明其具岩浆锆石特征(Koschek,1993)。测定结果显示,19个测点形成两组206Pb/238U谐和年龄,底部9个测点年龄介于132~135Ma,加权平均年龄为(134±1)Ma,表明该岩体的侵位时代为早白垩世;上部10个测点年龄介于147~152Ma,加权平均年龄为(151±1)Ma,代表了该岩体中捕获锆石的形成时代(图3a)。样品MZ23-1:二长花岗岩,锆石阴极发光图像显示(图2b),锆石分为两组,一组锆石呈自形短柱状,发育清晰岩浆生长环带,其Th/U比值介于0.38~1.23之间,暗示其为岩浆成因。定年结果显示该类锆石206Pb/238U年龄介于170~174Ma之间,加权平均年龄为(171±2)Ma,代表了该岩体的侵位时代为中侏罗世;另一组锆石呈浑圆状,也发育生长环带,Th/U比值为0.39~0.61,表明这些锆石同样为岩浆成因,测定结果显示其206Pb/238U年龄介于197~203Ma之间,加权平均年龄为(200±1)Ma,代表了该岩体中捕获锆石的形成时代(图3b)。样品MZ17-1:矿化石英斑岩,锆石的阴极发光图像显示(图2c),锆石多数呈半自形—自形短柱状,还有个别浑圆状,发育清晰岩浆生长环带,结合其高的Th/U比值(0.37~0.63),暗示其岩浆锆石成因特征。测定结果显示,12个测点的锆石206Pb/238U年龄介于179~186Ma,加权平均年龄为(183±2)Ma,表明该岩体的侵位时代为早侏罗世(图3c)。样品MZ18-2:正长花岗岩,阴极发光图像显示(图2d),锆石类型复杂,呈半自形的粒状、短柱状或板状,均发育清晰岩浆生长环带,Th/U比值为0.37~0.89,暗示其岩浆成因特征。测年结果显示,12个测点的锆石206Pb/238U年龄介于173~183Ma,加权平均年龄为(180±2)Ma,表明该岩体的侵位时代为早侏罗世(图3d)。2盆地岩黑云母砂岩侵位时代样品MZ14-2:正长花岗岩,阴极发光图像显示(图2e),锆石呈自形长柱状,长宽比介于2∶1~4∶1之间,发育较清晰的韵律环带结构,其Th/U比值均较高,介于0.31~1.79之间,具有典型岩浆锆石特征。分别选择锆石的核部、边部及环带发育部位进行测定,测定结果显示,其206Pb/238U年龄介于130~139Ma之间,加权平均年龄为(134±2)Ma,表明包格德乌拉山岩体黑云母花岗岩的侵位时代为早白垩世(图3e)。样品Db-01:花岗斑岩,阴极发光图像显示(图2f),锆石呈自形—半自形晶,发育清晰的韵律环带结构,Th/U比值较高,介于0.72~1.54之间,具有典型岩浆锆石特征。分别选择锆石的核部、边部及环带发育部位进行测定,结果显示,其206Pb/238U年龄介于138~148Ma之间,加权平均年龄为(145±5)Ma,表明包格德乌拉盆地花岗岩的侵位时代为早白垩世早期(图3f)。样品Db-03:花岗斑岩,锆石的阴极发光图像显示(图4a),锆石多数呈半自形—自形短柱状,还有个别浑圆状,发育清晰岩浆生长环带,结合其高的Th/U比值(0.58~3.63),暗示其具岩浆锆石成因特征。测定结果显示,8个测点的锆石206Pb/238U年龄介于151~157Ma,加权平均年龄为(153±1)Ma,表明该岩体的侵位时代为晚侏罗世(图5a)。3岩浆成因特征样品ER6-1:正长花岗岩,锆石多数呈半自形—自形短柱状,还有少量浑圆状,发育岩浆生长环带,结合其高的Th/U比值(0.38~1.32),暗示其岩浆锆石特征(图4b)。U-Pb同位素年龄测定结果显示,14个测点形成两组206Pb/238U谐和年龄,底部11个测点年龄介于177~193Ma,加权平均年龄为(186±3)Ma,表明该岩体的侵位时代为早侏罗世;上部3个测点年龄介于204~208Ma,加权平均年龄为(206±4)Ma,代表了该岩体中捕获锆石的形成时代(图5b)。样品ER12-1:正长花岗岩,锆石的阴极发光图象显示(图4c),锆石类型复杂,呈浑圆状、半自形短柱状,发育振荡生长环带,它们的Th/U比值均较高,介于0.47~1.95之间,表明其岩浆成因的特征。定年结果显示其形成时代比较复杂,206Pb/238U年龄形成三组谐和年龄:上部(263±3)Ma(n=4)和中部(243±6)Ma(n=13)代表了花岗岩中捕获锆石的形成时代,下部为(229±4)Ma(n=7),该年龄代表了花岗岩的形成时代,即形成于中三叠世(图5c)。样品ER15-1:正长花岗岩,阴极发光图像显示(图4d),锆石多数呈半自形—自形短柱状,还有个别浑圆状,发育清晰岩浆生长环带,结合其高的Th/U比值(0.53~1.53),暗示为岩浆锆石成因特征。定年结果显示,16个测点的锆石206Pb/238U年龄介于240~243Ma,加权平均年龄为(241±1)Ma,表明该岩体的侵位时代为中三叠世(图5d)。样品ZKS1-1:二长花岗岩,阴极发光图像显示(图4e),锆石呈自形—半自形晶,发育清晰的韵律环带结构,其Th/U比值均较高,介于0.33~1.00之间,具有典型岩浆锆石特征。定年结果显示,其206Pb/238U年龄介于184~240Ma之间,形成三组加权年龄:上部(240±1)Ma(n=2)和中部(212±1)Ma(n=13)代表了花岗岩中捕获锆石的形成时代,下部(185±1)Ma(n=11),该年龄代表了花岗岩的形成时代——早侏罗世(图5e)。样品ZKD1100-1:石英二长斑岩,阴极发光图像显示(图4f),锆石呈自形—半自形短柱状、椭圆状,发育较清晰的韵律环带结构,其Th/U比值均较高,介于1.00~2.89之间,具有典型岩浆锆石特征。定年结果显示,其206Pb/238U年龄介于137~144Ma之间,加权平均年龄为(141±1)Ma,表明该岩体的侵位时代为早白垩世早期(图5f)。对该区花岗质岩石的U-Pb同位素年龄测定结果统计表明,该区中生代花岗质岩浆活动可划分成三期,即中三叠世(229~241Ma),早-中侏罗世(171~185Ma)和早白垩世早期[140~150Ma和(134±2)Ma两期](图5g)。6讨论6.1成岩时代和构造背景满洲里—额尔古纳地区不仅分布着大量中生代火山岩,而且出露大量的花岗质岩石。与火山岩的年代学研究相比(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010;孟恩等,2011;徐美君等,2011),花岗岩的年代学研究明显薄弱。在先前的研究中,人们依据花岗岩与地层之间的接触关系、花岗岩的变形特征以及部分K-Ar定年结果,将其划归为晚古生代和中生代侏罗纪,以及部分早白垩世(内蒙古自治区地质矿产局,1991)。由于地层时代的不确定性以及该区经历多期构造改造,导致对该区花岗质岩石形成时代认识不一。近年来,随着锆石原位定年技术的应用,在该区先后识别出泛非期(Zhouetal.,2010)、早古生代(武广等,2005;Wuetal.,2011)和早中生代的花岗岩(秦克章等,1999),这对认识该区的构造演化历史具有重要意义。那么,该区中生代花岗质岩浆作用的期次如何?它们的空间分布范围如何?它们形成的动力学背景如何?这些问题因研究的局限性,并没有得到回答。基于本文的定年结果,综合考虑前人对我国东北地区,特别是大兴安岭地区花岗岩的最新定年结果(Wuetal.,2011),对满洲里—额尔古纳地区中生代花岗质岩浆作用划分成如下期次:1)中三叠世花岗质岩浆活动:可进一步划分成241Ma和229Ma两期岩浆事件。该期花岗岩并非前人确定的石炭纪和侏罗纪(内蒙古自治区地质矿产局,1991),原划分的海西晚期和燕山早期花岗岩相当一部分要解体为印支期花岗岩。这期岩浆作用不仅在额尔古纳地区存在(秦克章等;1999),而且在东北地区也广泛存在(Wuetal.,2011)。2)早-中侏罗世(171~185Ma)花岗质岩浆活动:基于本文的定年结果,同时参考前人的部分锆石U-Pb定年结果(Wuetal.,2011),该期岩浆事件可进一步划分为两个阶段,即185Ma和171Ma。与该期岩浆事件相对应的有:华北克拉通内部燕辽带中的南大岭组玄武岩(赵国春,2003)、小兴安岭—张广才岭地区的双峰式火成岩(唐杰等,2011)以及绥芬河—东宁—延吉地区的钙碱性火山岩(许文良等,2008)。3)早白垩世早期(134~150Ma)花岗质岩浆活动:可以进一步将该期岩浆事件划分成140~145Ma和135Ma两个阶段。前者与区域内吉祥峰组火山岩的形成时代相同(孟恩等,2011),表明它们应为同一期岩浆事件的产物;后者年龄早于区域内上库力组和伊列克得组火山岩的形成时代(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010),结合它们的火口充填型产状,可以判定它们应是该期岩浆事件演化晚期的产物。6.2花岗质岩浆事件从目前最新的大兴安岭中生代火山岩的定年结果来看,基本上可以将其划分成4期:174~186Ma(Zhangetal.,2008,2010;作者,未发表资料),155~166Ma,140~145Ma和120~130Ma(Wangetal.,2006;Zhangetal.,2008,2010;苟军等,2010;孟恩等;2011;徐美君等;2011)。后三期分别对应的地层是塔木兰沟组、吉祥峰组、上库力组和伊列克得组(或梅勒图组,孟恩等;2011)。从本文对该区花岗质岩石的定年结果可知,本区可划分成3期花岗质岩浆事件,即中三叠世、早-中侏罗世和早白垩世。在中三叠世,本区存在花岗质岩浆事件,缺乏火山事件;早-中侏罗世研究区存在与火山事件相对应的花岗质岩浆事件;区内缺乏与晚侏罗世塔木兰沟组火山事件相对应的花岗质岩浆事件,但是,本文所测定的151~153Ma的花岗斑岩,以及它们作为火口充填相的产状,表明它们可能代表了塔木兰沟组火山事件晚期的产物;区内存在与早白垩世早期吉祥峰组火山事件相对应的花岗质岩浆事件,而缺乏与早白垩世晚期火山事件相对应的花岗质岩浆事件。6.3花岗岩形成的结构特征花岗质岩石组合,结合区域构造演化历史,是判定花岗岩形成构造环境的基础。基于此思路,本区不同期次花岗岩形成的构造背景分述如下。1晚二叠世—)中三叠世花岗岩中三叠世花岗岩主要是一套正长花岗岩组合(241Ma黑云母正长花岗岩和229Ma正长花岗岩),它反映了一种伸展环境。这与区域构造演化历史相吻合——该区位于中亚造山带的东段,古生代经历了多个微陆块之间的拼合过程,并且古亚洲洋于晚二叠世—早三叠世沿西拉木伦河—长春一线最终闭合(李锦轶等,2009;Li,2006;Jiaetal.,2004;孙德有等,2004),中-晚三叠世研究区正处于造山后的垮塌与伸展环境,中亚造山带南缘中-晚三叠世双峰式火成岩的形成(Wuetal.,2007)以及吉黑东部晚三叠世A型流纹岩的形成也证明了这一点(Xuetal.,2009)。2成矿属性及构造背景区早-中侏罗世花岗质岩石是一套二长花岗岩和正长花岗岩的组合,结合该期花岗岩具有斑岩型钼矿的成矿属性,可以判定它们应形成于活动陆缘的构造背景。结合该区北西侧为蒙古—鄂霍茨克缝合带,并且远离古太平洋俯冲带,可以判定该区早-中侏罗世的活动陆缘背景应是蒙古—鄂霍茨克洋向南东方向俯冲于额尔古纳地块之下的产物。3蒙古—)早白垩早期世花岗岩满洲里—额尔古纳地区早白垩世花岗质岩石主要是一套花岗质-二长质斑岩,野外产状多为火口充填型。该期花岗岩可分成140~150Ma和(134±2)Ma两期岩浆事件,前者与这一区域发育的吉祥峰组A型流纹岩的形成时代相近,揭示一种伸展环境。此期火山岩只分布在松辽盆地以西地区(孟恩等,2011;徐美君等,2011),在松辽盆地内部和以东地区尚未发现该期火山岩(许文良等,2008;孟恩等,2011)。鉴于此,可以判定它们的形成应与蒙古—鄂霍次克构造带的演化有关,反映了加厚陆壳跨塌阶段的伸展环境(孟恩等,2011;徐美君等,2011)。而后者表现出斑岩性质和火口充填型的产状,并且其形成时代明显早于上库力组流纹岩和伊列克得组玄武岩的形成时代(峰期年龄为125Ma),它们应是吉祥峰组火山岩岩浆演化晚期的产物。6.4成岩体系及成矿时代根据本文的研究结果,结合前人对该区中生代火山岩的研究资料以及中亚造山带东段研究的最新成果,现将满洲里—额尔古纳地区中生代花岗质岩石的形成过程与区域构造演化历史概述如下(图6)。1)晚古生代晚期—早中生代:古亚洲洋沿西拉木伦河—长春—延吉一线最终闭合碰撞造山,西伯利亚板块和华北板块最终拼合成一个整体;2)中-晚三叠世:碰