内蒙古中部巴彦乌拉地区晚石炭世-早二叠世火山岩锆石SHRIMP U-Pb定年及其地质意义*

2014-04-11李可张志诚冯志硕李建锋汤文豪罗志文

岩石学报 2014年7期

李可　张志诚　冯志硕　李建锋　汤文豪　罗志文

北京大学造山带和地壳演化教育部重点实验室，北京大学地球与空间科学学院，北京　100871

1　引言

兴蒙造山带位于西伯利亚板块与中朝板块之间，是全球显生宙时期增生最为强烈的地区之一(Sengör and Natal’in,1996; Kovalenkoetal.,2004; Windleyetal.,2007)。自早古生代以来该地区经历多期次大洋板片俯冲、地壳增生、多块体聚合过程，最终完成了华北板块与西伯利亚板块的碰撞(Jahnetal.,2004; 郭锋等,2009)。古亚洲洋复杂的演化过程，一直是地学界关注的焦点(Tang,1990; 邵济安,1991; 唐克东,1992; Xu and Chen,1997; Xiaoetal.,2003; Chenetal.,2012; 晨辰等,2012; Xuetal.,2013; Maetal.,2013; Shietal.,2013; Zhangetal.,2013,2014)。但目前，洋盆最终关闭时限问题仍存在不同观点(邵济安,1991; 唐克东,1992; 包志伟等,1994; Sengör and Natal’in,1996; Chenetal.,2000; 张臣和吴泰然,2001; Shietal.,2004; Miaoetal.,2008; Xiaoetal.,2009)。

兴蒙造山带北缘大范围发育晚古生代火山岩浆活动，是研究造山带构造演化、古亚洲洋闭合过程的重要地区之一。近年来，随着研究的不断深入，对该区域晚古生代岩浆活动的研究取得了一定的成果，但其形成的构造背景仍存在两种主要的认识：(1)古亚洲洋闭合造山后伸展或者类似于弧后盆地背景(Zhangetal.,2008,2011; 汤文豪等,2011; Chenetal.,2012)；(2)安第斯型活动大陆边缘岛弧成因环境(Xiaoetal.,2003,2009; 陶继雄等,2003; 卿敏等,2012)。这些不同的观点，主要受到缺乏精确定年代学资料建立晚古生代火山岩的时空格架影响。

为了更好地解决内蒙古中部地区晚古生代的构造演化问题及其与古亚洲洋闭合的关系，本文对苏尼特左旗北部巴彦乌拉地区晚古生代火山岩进行精确锆石SHRIMP U-Pb年龄测定,并结合地球化学特征，系统研究该地区晚古生代火山岩成因及大地构造环境，为华北板块与西伯利亚板块拼合的时间以及碰撞演化历史提供新的依据。

2　地质背景

巴彦乌拉地区位于苏尼特左旗北，紧邻索伦缝合带北部北造山带(早中古生代造山带)(图1a)，该地区长期以来是研究古亚洲洋演化的关键区域。研究区主要出露晚泥盆世，晚石炭世-早二叠世、晚侏罗世、早白垩世和新生代地层(图1b)。其中，最发育的为晚古生代宝力格组火山-沉积地层。根据岩性组合特征的不同，宝力格组地层被划分为三个岩段：第一岩段由硬砂岩、含粉砂质板岩和砾岩组成，零星分布在研究区东北和西北部；第二岩段地层主要由灰绿色安山岩、玄武粗安岩、流纹岩等组成，中间夹有含角砾流纹质熔结凝灰岩、晶屑凝灰岩等火山碎屑岩层，火山岩主体为酸性岩浆，区域上具有下部以中基性火山岩浆为主，上部以酸性岩浆为主的特征，广泛分布于研究区巴彦乌拉苏木至阿尔善宝拉格，西部萨音温多尔音敖包及东北部锡林哈敖包一带，厚度大于3323m(内蒙古自治区地质矿产局,1991)；第三段为灰绿色英安岩、玄武安山岩组成，局部夹凝灰岩、粉砂岩及灰岩透镜体，主要出露在研究区北部花敖包特一带。此外，宝力格组地层被晚古生代和中生代花岗岩岩体侵入。在巴彦乌拉苏木地区，早二叠世碱性花岗岩体侵入到宝力格组地层中，部分与宝力格组呈断层接触，构成北东向构造岩浆带。另外，研究区还有石英斑岩、花岗斑岩和正长斑岩脉产出。

本次研究沿着巴彦乌拉公路采集了37件宝力格组火山岩样品(图1c)，采样点GPS见表1。其中以第二岩段样品为主，并采有少量第三段岩样进行对比。薄片研究表明，玄武质粗安岩中，碱性长石斜长石颗粒自形完好，杂乱分布的长石格架中充填有它形辉石和磁铁矿物。安山岩样品长条状斜长石微晶呈定向或半定向排列，其间分布少量辉石和磁铁矿，具有交织结构特征。流纹岩样品斑状结构，斑晶以长石石英为主，基质主要是微晶质的长石石英，流纹构造明显，部分样品中可见晶形完好的石榴石斑晶。

图1内蒙古巴彦乌拉地区地质图
(a)-大地构造缩略图(据Jianetal.,2010)；(b)-巴彦乌拉地区地质简图(据内蒙古自治区地质局,1980*内蒙古自治区地质局.1980.白音乌拉幅1︰20万地质图与区域地质调查报告)；(c)-研究区地质剖面图
Fig.1Geological sketch map of the Bayanwula area in Inner Mongolia
(a)-tectonic geological setting (after Jianetal.,2010); (b)-simplified geological map of the Bayanwula area in Inner Mongolia; (c)-cross-section of the study area

3　SHRIMP锆石U-Pb定年

3.1　分析方法

对宝力格组二段NM08-140和三段NM10-25流纹岩样品进行SHRIMP U-Pb定年。样品的分选工作在廊坊诚信地质技术服务公司完成：将原岩样品破碎至100μm左右，先用磁法和重液分选，在双目镜下手工挑纯；然后将锆石与数粒标准锆石TEMORA置于环氧树脂中，研磨至1/2，暴露新鲜面后制靶，进行抛光、超声波处理和镀金；测试前在北京大学造山带地壳演化重点实验室和环境扫描电子显微镜实验室完成反射光和阴极发光(CL)照片；最后再在中国地质科学院北京离子探针中心完成SHRIMP锆石U-Pb定年测定。测试过程中，使用标样SL13(572Ma)标定所测样品的锆石U、Th、Pb含量，再用标样TEMORA(417Ma)进行元素间的分馏校正，样品分析流程见Compstonetal.(1992)，使用ISOPLOT和Squid程序(Ludwig,2003) 进行实验数据处理以及谐和图绘制，置信度为95%。

表1采样点GPS坐标位置
Table 1The GPS data of all the samples

样品号北纬东经NM08⁃140～⁃14544°22′12″113°15′39″NM08⁃146、⁃14744°22′09″113°15′44″NM08⁃148～⁃15044°21′41″113°16′20″NM08⁃15144°20′28″113°17′47″NM08⁃15244°20′06″113°18′41″NM08⁃154、⁃15544°17′05″113°20′48″NM08⁃156～⁃15844°15′44″113°21′04″NM08⁃15944°14′29″113°21′52″NM10⁃21～⁃2344°27′17 7″113°06′16 8″NM10⁃25、⁃2644°24′18 9″113°11′40 6″NM10⁃46、⁃4744°18′53 3″113°20′10 9″NM10⁃4844°18′35 2″113°20′21 2″NM10⁃49、⁃5044°17′54 2″113°20′55 2″NM10⁃51、⁃5244°17′55 1″113°20′14 2″NM10⁃5444°17′24 0″113°21′2 0″NM10⁃5744°15′44 5″113°21′5 0″NM12⁃131～⁃13444°17′25″113°21′04″

3.2　锆石特征及定年结果

样品NM08-140中挑选出来的锆石颗粒具有完好的晶形结构(图2a)，锆石的长宽比在1:1～3:1，内部普遍发育环带结构。13颗锆石的离子探针测试结果见表2，U、Th含量变化范围分别为118×10-6～514×10-6和70×10-6～602×10-6，锆石Th/U比值在0.46～1.21之间，基本都大于0.5，属岩浆成因锆石(Hanchar and Miller,1993; Claessonetal.,2000; Belousovaetal.,2002)。样品的13颗锆石定年数据点几乎都落在谐和线及其附近(图2b)，锆石颗粒的年龄测定值均很稳定，集中分布在307Ma附近，其加权平均年龄为307.1±6.3Ma(MSWD=0.63)，代表火山岩的喷发年龄。

样品NM10-25中挑选出来的锆石颗粒具有长柱状或短柱状特征(图3a)，长宽比在1.5:1～3:1，晶面整洁光滑。在阴极发光照片上，未见有明显核部特征，大多数锆石都具有清晰的结晶环带，表明是岩浆结晶过程形成的。U、Th含量变化范围分别为58×10-6～438×10-6和48×10-6～491×10-6，锆石Th/U比值在0.61～1.31之间，属岩浆成因锆石。13颗锆石分析点给出了狭窄的年龄范围，在一致曲线上，这些数据点集中分布(图3b)，加权平均年龄为308.4±5.4Ma (MSWD=0.89)，同时13个点还给出非常好的谐和年龄308.9±1.8Ma，解释为火山岩的喷发年龄。

4　岩石地球化学特征

样品主量元素的测定在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室利用X光荧光光谱(XRF)分析完成，精度达1%。微量稀土元素测定在核工业北京地质研究院利用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定完成，除Nb、Ta测试精度稍低在9%外，其余都在5%以内。同位素测定在核工业北京地质研究院分析测试中心利用ISOPROBE-T热电离质谱仪完成测定。

4.1　主量元素

本区岩石样品的SiO2含量变化范围较大，从50.38%～78.15% (表3)。其中，绝大多数样品的SiO2含量在69.07%～78.15%之间，属典型的酸性岩，在TAS图解中(图4a)投影在流纹岩区；其他岩石样品SiO2含量50.38%～64.34%，属中基性火山岩，在TAS图解中，1件样品落入粗安岩区、3件样品落入安山岩及其向英安岩过渡区，其余样品落入玄武质粗安岩区。所有样品均落于碱性和亚碱性系列过渡区域，在K2O-SiO2图解(图4b)中，岩石样品具有钙碱性及高钾钙碱性岩石系列特征。

图2　流纹岩(NM08-140)锆石阴极发光照片及SHRIMP测点位置(a)和锆石U-Pb年龄谐和图(b)Fig.2　CL images and dating spots (a) and SHRIMP U-Pb concordia diagrams (b) for zircons of rhyolite (sample NM08-140) from the Baolige Formation

表2宝力格组流纹岩锆石SHRIMP U-Pb分析结果
Table 2SHRIMP U-Pb data of zircons from rhyolites in the Baolige Formation

测点号UTh(×10-6)Th/U206Pb∗(×10-6)206Pbc(%)207Pb∗235U±%206Pb∗238U±%误差相关系数206Pb238U年龄(Ma)1σNM08⁃140⁃1．12821250．4611．700．970．3885．40．047910．90．161301．72．6NM08⁃140⁃2 14122870 7216 200 370 3773 00 045760 70 239288 52 0NM08⁃140⁃3 14332920 7018 400 340 3603 30 049240 70 211309 82 1NM08⁃140⁃4 1154810 546 871 150 4515 40 051231 20 217322 13 7NM08⁃140⁃5 13192000 6513 500 560 4014 00 049150 80 202309 32 5NM08⁃140⁃6 12651310 5111 001 420 3408 70 047821 00 109301 12 8NM08⁃140⁃7 1118700 614 831 930 41013 00 046581 40 109293 54 1NM08⁃140⁃8 14232780 6817 100 210 3612 30 046790 70 288294 81 9NM08⁃140⁃9 13401720 5213 801 570 3517 20 046570 80 118293 42 4NM08⁃140⁃10 13983280 8515 700 670 3595 40 045681 00 177288 02 7NM08⁃140⁃11 13611730 4914 600 610 3724 00 046650 80 187293 92 2NM08⁃140⁃12 15146021 2120 300 450 3472 50 045750 60 256288 41 8NM08⁃140⁃13 11801020 587 611 090 3878 20 048731 10 134306 73 3NM10⁃25⁃1 1113670 614 844 220 25835 00 047603 00 086299 98 8NM10⁃25⁃2 165711 142 774 820 32033 00 047402 70 081298 57 8NM10⁃25⁃3 13862440 6516 601 060 3517 00 049621 70 249312 25 3NM10⁃25⁃4 13943600 9517 100 560 3773 90 050181 80 470315 65 6NM10⁃25⁃5 174680 943 174 270 33227 00 047502 60 094299 37 5NM10⁃25⁃6 11871630 908 091 640 33212 00 049541 90 163311 75 9NM10⁃25⁃7 195780 853 993 310 32523 00 047202 40 104297 17 0NM10⁃25⁃8 158480 842 454 440 38923 00 046603 40 148293 59 8NM10⁃25⁃9 12762811 0511 600 860 3635 10 048341 80 348304 35 3NM10⁃25⁃10 12981920 6712 701 090 3466 90 048902 40 346307 77 2NM10⁃25⁃11 14384911 1619 500 730 3474 70 051402 10 452323 26 7NM10⁃25⁃12 11971730 918 291 350 3355 90 048281 80 302303 95 3NM10⁃25⁃13 11902411 318 530 910 3775 00 051691 80 357324 95 7

注：表中所有误差为1σ；Pbc和Pb*分别代表了普通铅和放射性成因铅；应用实测204Pb进行普通铅校正；点号中标*的不参与206Pb/238U年龄的加权平均

图3　流纹岩(NM10-25)锆石阴极发光照片及SHRIMP测点位置(a)和锆石U-Pb年龄谐和图(b)Fig.3　CL images and dating spots (a) and SHRIMP U-Pb concordia diagrams (b) for zircons of rhyolite (sample NM10-25) from the Baolige Formation

表3宝力格组火山岩地球化学分析结果(主量元素: wt%；微量和稀土元素: ×10-6)
Table 3The geochemical composition of volcanic rocks in the Baolige Formation (major element: wt%; trace element: ×10-6)

SampleNM10⁃21NM10⁃22NM10⁃23NM10⁃25NM10⁃26NM10⁃46NM10⁃47NM10⁃48NM10⁃49NM10⁃50NM10⁃51NM10⁃52NM10⁃54NM10⁃57NM08⁃140NM08⁃141NM08⁃142NM08⁃143SiO264 3470 4569 8872 7775 8972 5874 9075 4778 1577 7370 4570 2655 3662 6172 4073 3353 9750 38Al2O315 4315 5115 3513 5512 7813 1412 8313 3411 3611 9315 2115 6217 2416 9313 2113 4415 6916 74Fe2O34 272 542 541 691 091 851 721 291 851 123 403 518 074 591 531 708 969 46FeO3 842 292 291 520 981 661 551 161 661 013 063 167 264 131 381 538 068 51CaO2 840 870 690 810 320 500 170 310 210 221 131 273 684 441 231 665 413 09MgO3 020 190 250 210 080 210 040 120 050 320 570 513 052 570 220 314 335 93K2O2 363 663 444 335 173 843 044 623 722 863 252 652 541 303 472 311 271 47Na2O2 724 575 534 592 906 085 313 553 524 603 764 004 534 056 385 834 996 35MnO0 060 030 200 020 010 100 040 130 080 050 070 120 130 070 070 080 120 16TiO20 610 480 510 250 230 230 220 240 240 210 450 461 540 570 240 261 361 42P2O50 200 150 110 050 050 210 040 020 010 020 120 120 670 210 060 060 410 43LOI4 001 381 311 581 351 061 560 760 680 851 421 333 002 511 050 933 314 43Total99 8299 8199 8099 8599 8699 7899 8699 8599 8699 9099 8399 8599 8199 8499 8699 9099 8399 84Mg#58 412 916 319 812 718 44 4015 65 0836 124 922 442 852 622 226 548 955 4A/CNK1 261 191 090 991 170 871 041 171 111 081 291 331 021 050 800 890 810 95Sc12 205 725 403 362 906 586 652 968 036 3610 009 9118 5012 904 445 6218 0017 90V108 017 917 818 914 926 311 912 814 215 155 167 7106 0116 052 728 20235 0252 0Cr88 4011 407 587 5210 4011 5014 907 039 0710 8013 2013 1012 5054 806 365 8197 2093 00Co14 000 700 910 970 511 550 741 810 260 665 275 8914 9013 401 992 2024 9028 50Ni43 900 870 000 940 061 510 001 860 340 881 170 740 7626 300 950 7227 7033 60Ga18 418 119 016 814 017 415 413 021 417 317 517 721 321 115 317 721 118 7Rb9710491133146126911481177810983582893692728Sr354312328128123105601764061271285550645185186926655Y18 635 034 323 721 934 834 318 773 932 523 721 244 918 422 729 629 133 8Nb6 8810 2010 209 108 428 797 787 0918 308 945 875 757 213 697 678 416 456 74Ba643912100661775797181485275325926694709445931765417525La21 2029 8035 0028 8027 9017 7017 2024 5019 5015 4021 1020 0024 7019 1025 8028 0022 3020 90Ce41 4066 7073 7056 2054 6046 8040 7048 3046 6028 1042 3041 4056 2036 4044 9052 6042 0040 90Pr4 818 139 176 536 444 884 575 185 974 314 894 708 025 106 036 736 106 42Nd19 2033 3035 4023 5022 4019 4018 6017 8022 6017 5019 2017 9035 9020 8022 9025 7025 5028 80Sm3 876 826 654 224 134 344 073 286 024 003 863 698 364 084 415 115 716 21Eu1 091 561 540 710 730 960 910 671 220 761 001 052 571 160 941 081 781 78Gd3 606 336 243 793 594 504 343 007 113 983 843 558 593 694 024 595 326 14Tb0 651 101 070 690 650 950 940 551 720 880 730 711 610 630 700 820 861 01Dy3 846 846 644 204 136 296 043 4312 206 094 494 289 643 684 315 164 976 32Ho0 711 281 260 860 781 311 250 652 701 270 900 831 830 670 911 061 061 32Er2 053 883 842 682 434 094 012 129 054 122 742 665 202 062 793 352 993 86Tm0 340 690 670 470 440 740 700 371 680 720 450 450 830 310 480 550 460 63Yb2 234 314 413 293 054 804 752 6011 404 712 992 945 062 003 483 882 823 96Lu0 380 660 690 530 460 770 760 411 780 760 480 480 750 300 540 630 410 60Ta0 500 750 740 820 790 690 650 661 370 680 450 440 460 230 700 831 120 50W2 281 751 481 641 600 600 740 280 650 761 001 430 550 840 730 820 571 00Pb10 014 918 412 710 917 920 416 738 516 413 210 29 011 418 819 09 06 7Th7 2212 7012 2015 5014 7010 509 7110 0016 108 687 216 753 672 8410 4011 603 194 02U2 573 173 192 292 362 451 701 944 752 001 881 701 281 202 193 021 504 26Zr3335185091821802622602911103353141129479270184217337334Hf7 9012 8012 906 195 727 677 817 8728 6010 103 893 6610 606 336 657 908 769 69∑REE105 4171 4186 3136 5131 7117 5108 8112 9149 692 60109 0104 6169 399 99122 2139 3122 3128 9(La/Yb)N6 824 965 706 286 562 652 606 761 232 355 064 883 506 855 325 185 673 79δEu0 880 710 720 530 560 660 660 640 570 570 790 870 920 900 670 670 970 87

续表3
Continued Table 3

SampleNM08⁃144NM08⁃145NM08⁃146NM08⁃147NM08⁃148NM08⁃149NM08⁃150NM08⁃151NM08⁃152NM08⁃154NM08⁃155NM08⁃156NM08⁃157NM08⁃158NM08⁃159NM12⁃131NM12⁃132NM12⁃133NM12⁃134SiO272 8973 9874 3074 4069 2069 0769 1076 7175 1277 8475 8171 7060 7061 0671 1553 8353 7154 1854 13Al2O313 4513 4113 1313 2114 8814 9014 8512 5013 2711 1611 1712 9616 1216 0813 6219 2519 0519 2119 13Fe2O31 861 421 351 493 002 923 080 891 371 521 613 045 125 422 556 086 326 296 20FeO1 671 281 211 342 702 632 770 801 231 371 452 744 614 882 295 475 695 665 58CaO1 631 301 211 241 972 351 840 280 480 220 221 054 784 581 454 815 065 085 21MgO0 310 150 060 120 940 840 940 010 010 010 010 862 892 910 333 543 563 273 58K2O3 303 553 604 863 173 083 414 874 073 543 734 072 441 672 931 981 661 902 08Na2O4 845 015 193 264 744 664 543 864 374 846 653 984 714 694 746 286 085 955 75MnO0 100 090 090 100 080 080 090 060 030 070 030 060 080 070 080 120 100 100 12TiO20 270 220 210 220 470 460 460 150 220 190 190 550 600 630 631 291 321 321 29P2O50 060 050 040 050 120 130 120 010 030 010 010 130 210 220 180 690 730 680 70LOI1 190 710 700 931 291 361 410 510 890 500 501 482 192 522 201 952 221 861 66Total99 8899 8899 8899 8799 8599 8599 8599 8599 8799 9199 9199 8999 8299 8599 8799 8199 8099 8499 85Mg#24 817 38 0913 838 336 337 72 181 431 291 2235 952 851 520 453 652 750 753 4A/CNK0 930 930 901 021 000 971 021 031 060 910 731 010 840 901 000 910 910 910 90Sc6 125 434 854 766 266 347 156 407 345 916 317 0611 1012 7010 3015 5014 9017 5017 30V24 327 323 340 663 275 878 413 629 239 632 262 6113 0154 092 4110 0123 0126 097 7Cr4 105 003 915 327 336 687 804 246 024 455 1927 5048 8058 9029 200 190 420 200 40Co0 531 471 302 775 074 764 810 961 480 380 446 0612 4015 904 1612 5011 7013 2014 00Ni0 610 460 500 792 121 246 162 421 570 880 6013 5024 5030 108 090 190 780 520 21Ga17 918 717 116 417 217 118 714 718 620 622 019 220 323 123 820 218 822 022 5Rb9011410813278759613661486961326109648439736302727Sr194176166187375384434951245781249657932219523593522443Y34 432 929 025 223 122 435 047 233 274 575 753 215 917 355 533 329 935 436 5Nb8 478 878 418 196 686 447 0810 2010 1019 7020 4013 803 524 0612 305 995 626 736 52Ba93710851012978907935109614391083166232461978531744585773729479La29 4033 3030 0025 8023 7025 0037 6070 5015 4027 6018 0029 0017 5019 4047 0021 6020 6022 2021 60Ce56 1063 5055 9051 1043 5043 9048 2082 0028 1059 6033 7057 5033 6037 3091 4045 5046 4048 1048 80Pr6 927 667 146 055 585 769 8714 703 748 085 608 744 745 6212 606 756 837 297 12Nd27 0029 3027 2023 2021 6021 9041 8058 3015 7029 8022 2036 2019 7023 1051 9030 6031 1031 6032 30Sm5 215 685 394 614 464 268 4211 003 607 276 048 263 964 4710 806 727 067 127 44Eu1 071 151 000 771 211 182 231 510 761 371 261 811 231 332 852 072 562 372 20Gd5 005 124 754 134 093 857 719 373 737 586 967 943 443 4710 305 455 585 515 86Tb0 890 870 820 710 740 621 311 520 761 671 551 490 530 581 721 171 231 201 27Dy5 785 635 104 414 583 887 348 675 7011 6011 309 432 933 2810 106 576 696 877 16Ho1 241 171 050 890 950 801 431 741 252 662 581 970 590 622 101 211 241 291 30Er3 953 783 402 873 032 443 984 934 078 548 706 111 691 816 093 553 823 753 87Tm0 660 650 600 500 500 400 620 780 731 541 480 990 260 280 960 580 610 610 62Yb4 544 604 083 583 232 784 355 585 1710 8010 506 821 781 826 453 764 063 863 98Lu0 720 700 600 600 510 420 630 830 781 701 641 010 250 290 980 560 600 560 61Ta0 720 740 690 670 500 500 530 740 751 381 531 190 250 270 820 370 400 370 37W0 871 001 070 660 650 520 630 720 570 480 511 380 670 853 230 270 280 240 23Pb10 922 320 822 512 213 115 616 825 916 218 323 610 313 810 57 711 210 27 7Th11 8013 2012 2011 708 378 298 9812 2010 6015 5015 6011 002 732 948 623 153 283 293 12U3 614 083 943 972 482 593 172 182 886 445 253 491 471 262 641 061 101 101 06Zr18824022020612117217332633512551311729283315807305291344397Hf7 268 878 247 804 245 545 5711 3011 0035 6039 1020 707 968 5820 406 547 136 716 88∑REE148 5163 1147 0129 2117 7117 2175 5271 489 49179 8131 5177 392 20103 4255 3136 1138 4142 3144 1(La/Yb)N4 655 195 285 175 276 456 209 072 141 831 233 057 067 655 234 123 644 133 89δEu0 630 640 590 530 850 870 830 440 630 560 590 671 000 990 811 011 201 110 98

图4　宝力格组火山岩TAS图解(a)和SiO2-K2O图解(b)(据Le Maitre,1989; Peccerillo and Taylor,1976)Fig.4　TAS (a) and SiO2 vs.K2O (b) diagrams of volcanic rocks in the Baolige Formation (after Le Maitre,1989; Peccerillo and Taylor,1976)

图5　宝力格组中基性火山岩球粒陨石标准化REE图解和微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough,1989)Fig.5　Chondrite-normalized REE and primary mantle-normalized trace element spider diagrams for intermediate to mafic rocks from the Baolige Formation (normalization values after Sun and McDonough,1989)

中基性岩石样品中TiO2含量低，变化在0.57%～1.54%；Al2O3含量变化在15.43%～19.25%，MgO为2.57%～5.93%，CaO为2.84%～5.41%，Na2O+K2O为5.08%～8.26%，P2O5为0.20%～0.73%；Mg#介于42.8～58.4之间。酸性岩石样品中TiO2含量低，变化在0.15%～0.63%之间；Al2O3为11.16%～15.62%，MgO为0.01%～0.94%，CaO为0.17%～2.35%，Na2O+K2O为6.65%～10.38%，P2O5为0.01%～0.21%。

4.2　稀土元素

稀土元素组成测试结果见表3。中基性岩石样品∑REE介于92.20×10-6～169.3×10-6之间，(La/Yb)N在3.50～7.65之间；样品稀土元素配分模式都呈现LREE富集，HREE亏损的右倾型。δEu变化范围0.87～1.20，未出现明显的铕异常现象(图5)。

酸性流纹岩样品∑REE介于89.49×10-6～271.4×10-6之间，稀土含量较高，(La/Yb)N在1.23～9.07之间；多数样品的稀土元素配分模式具有LREE富集，HREE相对亏损的右倾型特征，个别样品轻重稀土分馏不明显(图6)。δEu变化范围0.44～0.87，有较弱的铕负异常现象。

4.3　微量元素

原始地幔标准化蛛网图中，大多中基性岩石样品微量元素含量变化趋势基本一致(图5)，普遍都富集LILE(Rb、Ba、Th、Sr、U)，明显亏损HFSE(Nb、Ta、Ti)，Zr、Hf相对富集。酸性流纹岩样品除Ba，Sr变化较大外，其他微量元素一致表现为LILE(Rb、Th、U)高度富集，HFSE(Nb、Ta、Ti)明显亏损，Zr、Hf富集的特征(图6)。

4.4　Sr、Nd同位素特征

对4件流纹岩样品进行同位素测定，测定结果见表4。样品的87Rb/86Sr值相差较大，变化在1.1642～3.4376，147Sm/144Nd为0.1086～0.1215，计算得(87Sr/86Sr)i为0.702556～0.707645，(143Nd/144Nd)i为0.512421～0.512528，εNd(t)为3.46～5.54，tDM1为595～769Ma。

表4宝力格组流纹岩样品Sr-Nd同位素组成
Table 4Sr-Nd isotopic compositions of the rhyolite samples from the Baolige Formation

样品号Rb(×10-6)Sr(×10-6)87Rb86Sr87Sr86Sr2σ87Sr86Sr()iSm(×10-6)Nd(×10-6)147Sm144Nd143Nd144Nd2σ143Nd144Nd()iεNd(t)tDM1(Ma)NM10⁃251331283 00880 716267100 7031644 2223 50 10860 51264390 5124253 54736NM10⁃261461233 43760 71752690 7025564 1322 40 11150 51264580 5124213 46754NM10⁃481481762 43550 718251100 7076453 2817 80 11140 51275190 5125285 54595NM10⁃511092711 16420 712477110 7074073 8619 20 12150 51268580 5124423 85769

图6　宝力格组酸性火山岩球粒陨石标准化REE图解和微量元素蛛网图(标准化值据Sun and McDonough,1989)Fig.6　Chondrite-normalized REE and primary mantle-normalized trace element spider diagrams for acid rocks from the Baolige Formation (normalization values after Sun and McDonough,1989)

5　讨论

5.1　时代框架

长期以来，宝力格组地层的时代划分存在较大的争议。1961年内蒙古地质局对其定名以及在1980年巴彦乌拉地区1:20万区域地质图中(内蒙古自治区地质局,1980)，都将宝力格组划分到早二叠世；而1963年谢同伦根据腕足类化石碎片，将其归属于晚石炭世(转引自李文国,1981)；1981年李文国从岩相学和生物群面貌特征入手，将该套地层划分为中石炭世(李文国,1981)。最近，Zhangetal.(2011)等对该地层中玄武安山岩及流纹岩样品锆石U-Pb定年结果为289Ma和287Ma，属早二叠世，并认为该套火山岩具有双峰式地球化学特征。

本次研究重新对宝力格组第二三岩段火山岩中流纹岩样品进行了锆石SHRIMP U-Pb定年，采样尽可能避开后期花岗岩侵入体。样品的锆石颗粒结晶较好，均具有岩浆锆石的特点，实验最终获得了精确的锆石U-Pb年龄307.1±6.3Ma和308.9±1.8Ma，两岩段样品的锆石年龄在误差范围内非常一致。由于研究区野外露头差，很难建立火山岩序列的喷出期次，但火山岩的地球化学特征与Zhangetal.(2011)测得的结果十分相似，因此推测两次研究选择的火山岩应属同一期火山活动的产物。尽管本次未对中基性火山岩定年，但现已获得的研究区东部阿尔善宝拉格地区宝力格组安山岩样品锆石LA-ICP-MS年龄为310Ma(未发表)，与本次所获流纹岩样品年龄吻合。巴彦乌拉苏木附近侵入于宝力格组中的碱性花岗岩锆石U-Pb年龄为289±2Ma(韩宝福,未发表数据)，也表明该组形成时代应早于早二叠世。由此判定，本区宝力格组火山岩形成于308Ma，结合前人结果，宝力格组地层形成时代应介于晚石炭世到早二叠世间。

5.2　岩浆源区特征

薄片研究显示，大部分岩石样品新鲜，蚀变程度较低(LOI<3%)，集中在0.5%～2.5%，仅有2个样品达4%，火山岩地球化学元素信息可以用来表征原始岩浆特征。

图7　花岗岩类判别图(据Whalen et al.,1987)Fig.7　Classification diagrams of granitoid (after Whalen et al.,1987)

中基性火山岩源区一般为软流圈或岩石圈地幔(Zhangetal.,2005)。研究区中基性岩LREE富集，HREE亏损，La/Yb=3.50～7.65，轻重稀土元素分异明显，Mg#为42.8～58.4。参考前人研究结果，该组中基性火山岩同位素具有亏损地幔性质(Zhangetal.,2011)。微量元素分析结果显示，样品相应富集LILE，亏损HFSE，Nb、Ta、Ti、P等元素负异常，Zr、Hf正异常，不符合软流圈地幔地球化学特征；另外La/Nb值3.08～5.18，更接近于陆壳La/Nb值(2.2)而非原始地幔(0.98～1)(Dunganetal.,1986)；Nb/U值通常在MORB(47±11)和OIB(52±15)中比较稳定(郭锋等,2001)，而所测样品的Nb/U值为1.58～6.15远小于原始地幔组分中比值；在La/Nb-La/Ba图解中(图略)，样品的分布偏向于受俯冲改造的大陆岩石圈地幔，在La/Sm-La图解中(图略)，所有中基性岩样品更趋向于部分熔融的演变趋势。综合以上考虑，宝力格组中基性火山岩可能形成于岩石圈地幔部分熔融作用。

研究区酸性火山岩LREE和LILE(Rb、Th、U)富集，HREE和HFSE(Nb、Ta、Ti)亏损，相对于中基性火山岩具有明显Eu负异常，及Ti、Sr和部分Ba元素强烈亏损的特征。在SiO2对Al2O3、CaO、TiO2及Sr图上(图略)，酸性火山岩呈一致的线性分布，中基性火山岩分布零散；而在SiO2对MnO及Rb图中(图略)特征正好相反，反应两者可能具有不同的源区性质。流纹岩样品具有正εNd(t)值和低tDM1值，表现出增生陆壳的性质，和大兴安岭及我国东北部晚古生代花岗岩同位素特征相似(Wuetal.,2002,2003; Jahnetal.,2009; Mengetal.,2011)。另外，大部分岩石样品A/CNK<1.1，A/NK>1.0，在花岗岩分类图(图7)中，样品数据点集中在过渡区域及附近，同时还具有I型花岗岩趋势演化特征而非S型(图8)，可见酸性火山岩兼有A和I型两类花岗岩的地球化学属性。宝力格组酸性火山岩的SiO2含量较高，不太可能直接由分离结晶作用形成(张旗等,2008)，在La/Sm-La图(图略)中，更多的样品趋向于部分熔融的演变趋势分布。因此酸性火山岩可能为中基性岩浆底侵导致增生陆壳部分熔融作用的结果，与中亚造山带内古生代花岗质岩浆的成因特征类似(Wuetal.,2002,2003; Jahnetal.,2004,2009; Mengetal.,2011)。

5.3　地质意义

近年来，通过对兴蒙造山带北缘火山岩浆活动研究发现，该地区晚古生代主要存在两类岩浆，早期以钙碱性-高钾钙碱性系列为主，晚期以碱性系列岩浆为主，并在北造山带及其以北地区形成早期I型花岗质岩浆为主的岩浆岩带和晚期A型碱性花岗质岩浆带(洪大卫等,1994; Jahnetal.,2009)。但目前，对这些晚古生代岩浆构造背景的解释仍不统一，Chenetal.(2009)认为苏左旗地区存在310Ma左右的弧岩浆事件；Liuetal.(2013)报道了西乌旗地区与俯冲相关的岩浆年龄为314Ma和318Ma；然则另一些学者认为该期间已经进入造山后演化阶段(洪大卫等,1994; 鲍庆中等,2007; 周文孝,2012)。

图8　宝力格组流纹岩SiO2对P2O5及Pb图解(据Chappell and White,1992)Fig.8　SiO2 vs.P2O5 and Pb variation diagrams of acid volcanic rocks from the Baolige Formation (after Chappell and White,1992)

图9　宝力格组火山岩构造环境判别图(据Pearce,1984; Batchelor and Bowden,1985; Maniar and Piccoli,1989)Fig.9　Tectonic discriminant diagrams of the volcanic rocks in Baolige Formation (boundaries of rock type after Pearce,1984; Batchelor and Bowden,1985; Maniar and Piccoli,1989)

本次研究选取的宝力格组酸性火山岩样品兼有I-A型两类花岗岩的地球化学属性，与同时产出的中基性火山岩样品一样，有碱性、钙碱性和高钾钙碱性系列特征。Liegeoisetal.(1998)指出高钾钙碱性岩浆出现，并向安粗质岩浆过渡是造山演化到最后阶段的标志；多数造山带后碰撞花岗岩以中-高钾钙碱性I型花岗岩为主(韩宝福,2007)，而A型及其相关碱性花岗岩的出现预示着进入后造山伸展阶段，因此在造山带演化后期，常伴有I-A型花岗岩产出(Wuetal.,2003)。邻区蒙古南部、内蒙古西部等地也广泛发育晚石炭世I-A型花岗岩(韩宝福等,2010)，均指向后碰撞环境。在构造判别图中，中基性火山岩样品落入板内玄武岩区域(图9a)，酸性火山岩落入后碰撞花岗岩区域(图9b-d)。由此推测，308Ma古亚洲洋已经闭合并处于造山后演化阶段。

区内更多的、与俯冲作用有关属于前碰撞的岩浆侵位时代多数介于490～422.8Ma(石玉若等,2004,2005; Jianetal.,2008)；与挤压相关的蚀变花岗岩年龄为418～326Ma(张臣和吴泰然,2001)；近来，Jianetal.(2012)获得贺根山蛇绿岩中辉长岩和花岗岩可靠年龄值分别为354Ma和333Ma；Zhangetal.(2014)获得二连浩特地区蛇绿岩年龄为354.2～344.8Ma，与贺根山蛇绿岩形成时代基本一致；锡林郭勒杂岩中与碰撞造山相关的重要变质事件为337Ma(薛怀民等，2009)，这些年龄证据说明晚石炭世时期本区可能已经处于后碰撞环境。同时，区域上还存在与晚石炭世火山岩同时期的大量岩浆活动，包括西乌旗地区323～313Ma的石英闪长岩(鲍庆中等,2007)及锡林浩特地区330～317Ma的花岗质岩浆(周文孝,2012)，都被认为形成于后造山阶段。而后期巴彦乌拉-东乌珠穆沁旗带及整个中亚造山带内大范围的碱性花岗岩侵位时间在295～270Ma(洪大卫等,1994; Shietal.,2004; Jahnetal.,2009)；锡林浩特地区双峰式火山岩年龄为279Ma和281Ma (Zhangetal.,2008)。综上考虑，古亚洲洋在晚石炭世之前发生闭合，晚石炭世-早二叠世时期已经进入后造山阶段，并逐步向广泛的伸展构造环境转化。

6　结论

综上所述，巴彦乌拉地区宝力格组火山岩的成因可能为后碰撞背景下岩石圈地幔部分熔融，并在上涌底侵过程中，造成增生陆壳物质熔融作用的结果。SHRIMP U-Pb定年结果为307.1±6.3Ma和308.9±1.8Ma，表明晚石炭世时期，研究区已进入后造山演化阶段，并逐步向早二叠世广泛伸展环境转化。

致谢两位审稿人和编辑详细审阅了全文，并提出了宝贵的修改意见和建议，在此表示衷心的感谢。

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