内蒙古西乌旗蛇缘蛇缘岩体锆石u-pb年代学及其地球化学特征

内蒙古西乌旗蛇缘蛇缘岩体锆石u-pb年代学及其地球化学特征

中亚造山带，又称阿尔斯山造山带，是新元古代以来大陆造山最显著的地区之一（sengor等人，1993；ju等人，2000；baarch等人，2002；吴福源等人，1999；wetal，2000；洪伟等人，2003a）。中亚造山带是世界上最重要的以铜、金为代表的多金属成矿带之一,也是世界上最重要的稀有金属(锂、铍、铌、钽)成矿带之一(洪大卫等,2003b;Alexander,2004)。中亚造山带的构造演化一直受到国内外学者所关注(Sengöretal.,1993;Badarchetal.,2002;Xiaoetal.,2003;Windleyetal.,2007;邵济安,1991;Tangetal.,1990;徐备等,1997)。我国内蒙地区位于中亚造山带中东部,区内岩浆活动频繁,岩浆弧和增生楔中散布着众多前寒武纪地块和条带状的古老洋壳(蛇绿岩),正确认识各地质体之间的时空关系对解决中亚造山带的构造演化具有重要意义。根据古地磁、古生物以及岩浆岩资料,华北板块和西伯利亚板块最终沿索伦带闭合的观点已得到国内外许多学者认同,但最终碰撞拼合时代以及索伦带的东延问题仍存在很大争议(Sengöretal.,1993,1996;Xiaoetal.,2003;徐备等,1997;Chenetal.,2000;王玉净等,1997;王成文等,2003;孙德有等,2004;Wuetal.,2002;Nozakaetal.,2002;Miaoetal.,2008;Lietal.,2006)。西乌旗地区处于贺根山蛇绿岩带和索伦山-西拉木伦河缝合带之间,是研究古亚洲洋构造演化的重要部位,针对该区出露大量古生代花岗岩体这一基本特征,本文选择其中的达其浑迪和金星岩体进行岩石学、年代学和地球化学研究,通过讨论岩体的成因对该区晚古生代的构造演化提供约束。1锡林郭勒杂岩及晚古生代地层单元特征研究区位于内蒙古西乌旗南部地区,大地构造位置上处于北部二连浩特-贺根山蛇绿岩带和南部索伦-西拉木伦河缝合带之间(图1a)。区内出露最老的地层单元是锡林郭勒变质杂岩,又称宝音图群(内蒙古自治区地质矿产局,1991;李文国等,1996),由于变质程度较深,缺乏化石依据,关于该杂岩的时代归属存在较大争议,从早元古代到早古生代(内蒙古自治区地质矿产局,1991;李文国等,1996;徐备等,1996;郝旭等,1997;施光海等,2003)。施光海等(2003)对位于锡林浩特市附近的锡林郭勒杂岩及侵入该杂岩的未变形石榴石花岗岩进行了SHRIMP锆石U-Pb定年。研究表明片麻岩中锆石最小年龄为437±3Ma,将其作为杂岩沉积成岩年龄下限;石榴石花岗岩的年龄为316±3Ma,作为杂岩形成的上限。据此,他们认为锡林郭勒杂岩形成于古生代,而不是前寒武纪地质体。在锡林郭勒杂岩之上依次发育晚石炭世至二叠纪的本巴图组、阿木山组、大石寨组、哲斯组以及林西组等晚古生代岩石地层单元,其中只有晚二叠世的林西组为陆相地层,其余均为海相地层,上述地质单元被中新生代地层覆盖。区内岩浆活动频繁,发育晚古生代到新生代侵入岩和火山岩。根据区域资料和野外实地调查,在西乌旗南部地区有一套石英闪长岩、英云闪长岩和花岗闪长岩侵入体与锡林郭勒杂岩和晚古生代地层密切伴生。岩体主要以小岩株的形式侵入锡林郭勒片麻岩及片岩和晚石炭世本巴图组砂岩和灰岩,又被二叠纪和中、新生代地层覆盖,总体呈北东东向展布(图1b)。本文所研究的达其浑迪岩体和金星岩体分别位于达青牧场和米韩高巧高鲁一带。达其浑迪岩体呈小岩株侵入锡林郭勒杂岩中,面积约20km2。主要由灰黑色细粒闪长岩、石英闪长岩组成。岩石具有块状构造,半自形粒状结构。主要由斜长石、角闪石及少量石英组成。在显微镜下观察,斜长石呈宽板状、粒状,聚片双晶发育,粒径1～5mm,发育钠黝帘石化,含量50%～55%;角闪石粒状、长柱状,浅黄绿色至淡绿色多色性,粒径1～3mm,含量30%～35%;石英它形粒状,充填在斜长石和角闪石之间,粒径1～2mm,含量约5%。个别样品中含少量黑云母,含量小于3%,此外岩石中常见榍石、磷灰石、锆石、绿帘石以及磁体矿等副矿物。金星岩体呈长条状小岩株侵入晚石炭世本巴图组砂岩中,面积约5km2。岩体主要由中粗粒石英闪长岩组成。岩石主要由斜长石、角闪石、石英及少量黑云母组成。镜下特征,斜长石呈宽板状、粒状,聚片双晶发育,粒径2～5mm,轻微绢云母化,含量55%～60%;角闪石粒状、长柱状,浅黄绿色至淡绿色多色性,粒径1～5mm,含量25%～30%;石英它形粒状,充填在斜长石和角闪石之间,粒径1～2mm,含量5%～10%。个别样品中含少量黑云母,呈细小集合体围绕长石及角闪石生长,含量约3%。此外岩石中常见榍石、磷灰石、锆石以及磁铁矿等副矿物。2分析方法和u-pb经薄片显微镜下鉴定后,选择新鲜样品用于地球化学分析。样品的粗碎和磨样工作是在吉林大学地球科学院实验室完成的。首先将岩石样品在颚式破碎机上进行粗碎,然后在玛瑙钵体和柱头的研磨机上研磨至200目以下,样品加工过程均在无污染设备中进行。主量元素的分析测试是在湖北省地质实验研究所采用X-荧光光谱法(XRF)完成的。稀土和微量元素是在吉林大学测试中心由美国安捷伦科技有限公司Aglient7500a等离子体质谱(ICP-MS)仪上测定的。对国际标准参考物质BHVO-2、BCR-2和国家标准参考物质GBW07103、GBW07104的分析结果表明,微量元素的分析精度和准确度一般优于5%。锆石的挑选由河北省区域地质调查大队地质实验室完成,年龄样品的制备与SHRIMP方法类似(宋彪等,2002)。锆石阴极发光照相分别在中国科学院地质与地球物理研究所CAMECASX51型和JXA-8100型电子探针上获取。锆石U-Pb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进行。实验采用激光剥蚀等离子体质谱分析技术(LA-ICP-MS),应用GeoLas2005准分子激光剥蚀系统和Agilent7500a型ICP-MS进行锆石U-Pb测定。实验中采用高纯氦气作为剥蚀物质的载气,用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NISTSRM610进行仪器最佳化,采用哈佛大学国际标准锆石91500作为外部校正(袁洪林等,2003)。样品的同位素比值计算采用GLITTER(ver4.0MacquarieUniversity)程序,实验数据运用Andersen(2002)的方法进行同位素比值的校正,以扣除普通Pb对测试结果的影响。年龄计算采用国际标准程序Isoplot(ver3.23),本文绘制谐和图所采用的207Pb/235U比值与206Pb/236U比值的误差相关系数为0.65。实验中采用8Hz的激光频率、52mJ的激光强度和32μm的激光束斑。3锆石u-pb年龄样品38～72采自达其浑迪岩体,取样点位置为北纬44°07′50.2″,东经117°33′04.1″,岩性为中细粒石英闪长岩。锆石均为无色到浅褐色,短柱状-长柱状,长宽比多介于2∶1到3∶1之间,个别可达4∶1。从阴极发光图像上看,所有锆石均发育致密的韵律环带,显示了岩浆成因特征(图2a)。锆石U-Pb测年结果见表1,19个点的测试结果显示锆石的Th/U比值介于0.56至0.86之间,也反映岩浆成因的特征(Koschek,1993)。在锆石U-Pb年龄谐和图中(图3a),所有分析数据都分布在谐和线上及附近,260Pb/238U加权平均年龄为325±3Ma(n=19),MSWD=0.76(1σ)。样品42～79采自金星岩体,取样位置为北纬44°16′14.3″,东经117°49′47.8″,岩性为中粗粒石英闪长岩。锆石无色到浅褐色,多为短柱状,长宽比多为2∶1左右,少量粒状。从阴极发光图像来看(图2b),锆石具有较宽的韵律环带,显示了锆石形成温度较高的特征(吴元保等,2004)。锆石U-Pb测年结果见表2。锆石的Th/U比值介于0.27至0.46之间,也反映岩浆成因的特征。在锆石U-Pb年龄谐和图中(图3b),18粒锆石测试结果都分布在谐和线上及附近,260Pb/238U加权平均年龄为322±3Ma(n=18),MSWD=0.57(1σ)。4地球化学特征4.1u3000矿物基偏基性岩的特征表3中列出了达其浑迪和金星岩体岩石全分析结果,从表中可以看出达其浑迪岩体SiO2含量为49.24%～60.82%,金星岩体为56.41%～61.75%;达其浑迪岩体MgO的含量(7.22%～8.98%)比金星岩体的(2.71%～4.11%)要高,显示达其浑迪岩体比金星岩体要偏基性。两个岩体(Na2O/K2O)分别介于1.59～2.33和1.96～4之间,显示了相对富钠、低钾的特征;而铝饱和指数A/CNK都远小于1.1,A/NK则都大于2,显示了偏铝质岩浆的特征。在SiO2-K2O图中(图4),达其浑迪岩体和金星岩体投影到低钾拉斑系列和钙碱性系列区。4.2la/ybn/eu的重稀土研磨法从表1中看出,达其浑迪和金星岩体稀土总量(∑REE)较低,分别为31.39～77.04和72.22～102.27。结合稀土元素的配分曲线(图5a),可以看到金星岩体轻重稀土分馏不明显,(La/Yb)N介于0.99～1.10之间,δ(Eu)介于0.62～0.86之间,存在弱的Eu的负异常;而达其浑迪岩体存在弱的轻重稀土分馏,(La/Yb)N介于1.74～3.38之间,Eu异常不明显(0.84～1.13),样品38～77正的Eu异常δ(Eu)1.13,可能是斜长石堆晶作用导致的。在微量元素蛛网图中(图5b),可以看出两者均相对富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P和Ti等高场强元素,反映了俯冲带岩浆岩的特征(Kelemenetal.,2003)。5讨论5.1活动陆缘的形成环境达其浑迪和金星岩体的侵位时代一直缺乏准确的年代学资料,前人只是根据岩体侵入锡林郭勒片麻岩及片岩和晚石炭世本巴图组砂岩和灰岩,并在中二叠统哲斯组砂砾岩中发现它们的砾石,认为它们是海西中期岩浆活动的产物❶。本文对达其浑迪和金星岩体锆石U-Pb定年结果,表明这些年龄具有确切的地质意义,应代表岩浆结晶侵位年龄,即两个岩体形成于322～325Ma之间。近年来,相继在苏左旗和西乌旗地区发现309～325Ma的花岗岩(Chenetal.,2000;陈斌等,2001;鲍庆中等,2007a,2007b),与本文所确定达其浑迪和金星岩体年龄范围一致,表明区域上存在早石炭世末到晚石炭世的岩浆活动。Chen等(2000)对西部苏左旗地区的白音宝力道岩体研究表明,其岩石组合主要为石英闪长岩和英云闪长岩,少量辉长闪长岩和花岗闪长岩,并认为其属于岛弧花岗岩。对比研究表明,白音宝力道岩体与本文所研究的达其浑迪岩体和金星岩体岩石组合和形成时代相似。在w(SiO2)-w(K2O)图中(图4),两个地区岩石主体均属于低钾拉斑系列和钙碱性系列;在Nb-Yb和Rb-(Y+Nb)判别图中(图6),两个地区岩石均投影到火山弧花岗岩区,反映花岗岩形成于俯冲带的构造环境。在Michaeletal.(2000)中酸性火山岩的Th/Yb-Ta/Yb构造环境判别图解中,花岗岩主体投影到活动大陆边缘范围内。岩浆相对富集Rb、Ba、K等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P和Ti等高场强元素的特征也反映了岩浆形成于与俯冲带有关的陆缘环境或岛弧构造环境(图5b)。考虑到被岩体侵入的锡林郭勒变质杂岩中含太古代—元古代的古老锆石这一事实(施光海等,2003),我们认为达其浑迪岩体和金星岩体应形成于活动陆缘的构造环境。它们同苏左旗、西乌旗地区产出的闪长岩、石英闪长岩和花岗闪长岩组合共同构成早石炭世末到晚石炭世的苏左旗-西乌旗大陆边缘弧。5.2晚石炭世-早三叠世早二叠世岩石学研究由于中亚造山带具有多阶段增生、缝合的特点(Sengöretal.,1993),前人依据不同的构造演化模型有不同的认识。有的学者认为,古亚洲洋在中古生代就已经闭合,石炭-二叠纪区域上发育广泛裂谷活动(唐克东,1989),西乌旗地区该时代花岗岩侵入到变形的锡林郭勒杂岩中,形成于华北板块与西伯利亚板块碰撞后的大陆裂谷环境(鲍庆中等,2007a,2007b)。但从本文研究结果来看,达其浑迪和金星岩体应形成于俯冲带的大陆边缘弧环境。对于苏左旗-西乌旗岩浆弧(宝力道弧(Chenetal.,2000))的构造演化不同学者有不同的认识。有学者认为中朝板块和西伯利亚板块起初是连在一起的,后来由于中元古代岩石圈伸展,导致陆间洋的形成,通过俯冲增生,大洋最后沿索伦山-贺根山带在晚泥盆世到早石炭世碰撞拼合(邵济安,1991;洪大卫等,1994),苏左旗-西乌旗岩浆弧是碰撞过程中在贺根山南侧形成的I型花岗岩带(洪大卫等,1994)。还有学者应用增生楔碰撞模型解释古亚洲洋的构造演化,认为中亚造山带在晚二叠世到早三叠世最后沿索伦-林西带碰撞拼合,而苏左旗、西乌旗地区是古亚洲洋闭合过程中增生到贺根山蛇绿杂岩之上的岛弧增生杂岩(Xiaoetal.,2003;Chenetal.,2000)。最近有学者通过对贺根山蛇绿岩中基性岩脉、辉长岩和花岗岩脉的年代学和地球化学研究认为贺根山洋盆是南蒙古地块南缘大约在300Ma裂解形成的弧后小洋盆,并认为苏左旗-西乌旗地区岩浆弧是这次裂解过程中形成的(Miaoetal.,2008)。从区域地层及古生物学资料来看,在西拉木伦河以北小兴安岭的伊春红山,延吉的青沟子,佳木斯地块的密山、宝清等地石炭-二叠纪地层中均发育有亲西伯利亚的安加拉植物群,晚二叠世之后才出现安加拉植物群和华夏植物群的混生(Lietal.,1996;黄本宏等,1998;米家榕等,19