北山造山带中部晚志留世-早泥盆世侵入岩源区特征及其反映的陆壳增生机制

2020-11-09田健段霄龙程先钰

华北地质 2020年3期

田健，段霄龙，程先钰

（1.中国地质调查局天津地质调查中心，天津300170；2.华北地质科技创新中心，天津300170）

中亚造山带作为世界上最大的显生宙造山带，夹持在西伯利亚克拉通与塔里木-华北克拉通之间（图1a），其复杂的构造演化过程被认为与古亚洲洋的构造运动密切相关[1-3]。古亚洲洋盆的形成、演化以及增生造山与地体拼贴过程形成了大面积的岩浆岩（图1a）[2-11]。

北山造山带分布于中亚造山带南缘，在北山造山带中部发育大面积的晚志留世-早泥盆世花岗岩类，其中多数花岗岩类锆石εHf（t）为明显的正值，反映了显著的陆壳增生。对于晚古生代陆壳增生的源区属性也存在年轻地壳[12]或复杂弧增生物[7，13-15]等不同认识。

本次工作通过对北山地区白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩及花岗闪长岩的锆石Hf同位素分析，结合区域上前人报道的同时代S-A型花岗岩的锆石Hf同位素，为认识中亚造山带南缘陆壳增生方式提供可靠的证据。

2 区域地质概况及岩石学特征

图1 中亚造山带构造简图（a）；北山造山带蛇绿岩分布图（b）（据Wang et al.，2018[16]修改）Fig.1 Structural sketch of the Central Asian orogenic belt（a）；Temporal and spatial distribution of Ophiolites in the Beishan orogenic belt（b）（after Wang et al.，2018[16]，slightly modified）

北山造山带，位于中亚造山带南缘，向东与兴蒙造山带相连，向西与天山造山带相连，由前寒武纪地体、蛇绿混杂岩、增生杂岩及沟弧盆沉积-岩浆岩组成[3]。经历了多阶段的俯冲拼贴过程，形成了从南向北依次出露的柳园-账房山、牛圈子-白云山-洗肠井、石板井-小黄山等多条蛇绿混杂岩带（图1b）。北山造山带中部的红柳河-洗肠井蛇绿混杂岩带呈北西西向带状展布（图1b）。

晚志留世-早泥盆世花岗岩类以A型及S型花岗岩为主，分布于红柳河-洗肠井蛇绿混杂岩带两侧（图1b）。本次工作的研究区位于北山造山带中部白云山南侧，石英闪长岩、花岗闪长岩与中上元古代地层为断层接触，被中-新生代地层覆盖（图2）。整体呈岩枝状产出，出露面积约1 km2，岩石类型为灰白色中细粒石英闪长岩（图3a）、细粒花岗闪长岩（图3c）。

图2 区域地质背景及采样点（据天津地质调查中心 ①天津地质调查中心，内蒙古1/5万儿驼山幅地质图，2018.）Fig.2 Regional geological background and sampling point（after Tianjin Geological Survey Center1）

图3 白云山南侧晚志留世－早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长岩岩石学、岩相学特征Fig.3 Petrological and petrographic characteristics of the quartz diorites and the granodiorites of Late Silurian-Early Devonian in the south of Baiyunshan

灰白色中细粒石英闪长岩：岩石由斜长石（60%～65%）、石英（10%±）、角闪石假像（20%～25%）、黑云母假像（3%～5%）组成（图3b）。斜长石a，b. 石英闪长岩的野外特征及镜下特征；c，d. 花岗闪长岩的野外特征及镜下特征；Hb.角闪石；Pl.斜长石；Q.石英；Kf.钾长石主要呈半自形板状，杂乱状分布，可隐约见环带构造，根据垂直｛010｝晶带最大消光角法测得An=40，为中长石。石英呈它形粒状，填隙状分布。角闪石呈半自形-近半自形柱状、粒状，杂乱状分布。黑云母呈叶片状，多填隙于斜长石粒间，零散可见。

灰白色细粒花岗闪长岩：岩石由斜长石（70%～75%）、石英（20%～25%）、角闪石（3%～5%±）、钾长石（2%～3%±）组成（图3d）。斜长石主要呈半自形板状，杂乱状分布，具绢云母化、黝帘石化。石英呈它形粒状，粒内显波状、带状消光。角闪石呈近半自形-它形柱状、粒状，少量填隙状分布，绿泥石化明显，钾长石呈填隙状分布，为正长石，具高岭土化。

3 分析方法

3.1 锆石原位Hf同位素分析

Lu-Hf 同位素实验过程中，91500 的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf 测定结果分别为0.282 303±37（2σ，n=35）和0.000 30，亏损地幔模式年龄（tDM）计算采用Griffin et al.[17]的推荐值，等离子体质谱实验室方法和同位素分馏校正参考文献Wu et al.[18]，分析结果见表1。

4 分析结果

4.1 Hf同位素特征

本次工作对白云山南侧石英闪长岩、花岗闪长岩进行了锆石Hf同位素分析。石英闪长岩（3422.1）及花岗闪长岩（3424.1）发育典型的岩浆环带，锆石U-Pb 年龄分别为420.0±1.8 Ma、404.6±2.6 Ma1（图4a）。锆石Hf 同位素结果显示（图4b），石英闪长岩εHf（t）值为+7.3～+14.0，tDM1为488～750 Ma；花岗闪长岩εHf（t）值为+10.8～+14.0，tDM2为502～710 Ma。

5 讨论

5.1 北山造山带中部晚志留世-早泥盆世侵入岩岩石类型

北山造山带中部发育大面积的晚志留世-早泥盆世花岗岩类，其中包括双峰山地区A型花岗岩及辉铜山地区高钾钙碱性花岗岩（415～397 Ma）[19-20]，盘陀山地区二长花岗岩及鹰咀红山地区钾长花岗岩（424～417 Ma）[21]，白头山地区白云母花岗岩、二云母花岗岩（409～395 Ma）[16]，公婆泉地区二长花岗岩（402 Ma）[10-11]及柳园地区二长花岗岩（397 Ma）[22]。本次研究发现，在白云山南侧发育少量的晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长岩，由此可见，北山造山带中部分布的晚志留世-早泥盆世花岗岩，年龄集中在424～395 Ma，岩石类型以二长花岗岩、正长花岗岩为主，少量的石英闪长岩及花岗闪长岩。

表1 白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长Lu-Hf 同位素组成Tab.1 Lu-Hf isotopic compositions of the quartz diorites and the granodiorites of Late Silurian-Early Devonian in the south of Baiyunshan

5.2 北山造山带中部晚志留世-早泥盆世侵入岩的源区特征及其反映的陆壳增生机制

值得注意的是，北山造山带中部晚志留世-早泥盆世花岗岩类中多数锆石εHf（t）为明显的正值（图4b），反映了显著的陆壳增生事件。对于北山造山带晚古生代陆壳增生方式，主要包括板内环境下新生地壳的重熔[12]或与大洋俯冲有关的复杂增生物的熔融[7，13-15]。不同的认识反映了不同的洋陆转化过程。本次工作将通过石英闪长岩及花岗闪长岩的锆石Hf同位素的分析，结合前期发表的同时代花岗岩类锆石Hf 同位素数据，探讨晚志留世-早泥盆世陆壳增生机制。

图4 白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长岩锆石CL图像（a）和εHf（t）-t图解（b）（底图据Guo et al.，2017[15]）Fig.4 Zircon CL images of the Late Silurian-Early Devonian quartz diorites and granodiorites in the south of Baiyunshan（a）and εHf（t）-t diagram（b）（after Guo et al.，2017[15]）

εHf（t）-t图显示（图4b），北山造山带中部石英闪长岩εHf（t）值为+7.3～+14.0，tDM1为488～750 Ma；花岗闪长岩εHf（t）值为+10.8～+14.0，tDM2为502～710 Ma，反映了新元古代年轻地壳熔融的特点。S-A型花岗岩εHf（t）值为-3.5～+9.6[10-11，20]，εHf（t）值变化范围较大，部分在原始地幔演化线附近，部分靠近亏损地幔演化线，反映了演化的εHf（t）值，但总体具有相对亏损的地幔源区，由此可见，北山造山带中部花岗岩类源区以年轻地壳为主。研究表明，S型花岗岩可形成于多种地球动力学机制中，如碰撞阶段[23-24]或碰撞后阶段[25-27]；A型花岗岩主要形成于伸展期[28-31]。目前来看，北山造山带中部发育的早泥盆世A型花岗岩年龄为415±3 Ma[19]，侵入红柳河地区蛇绿岩中未变形的花岗岩年龄为404.8±5.2 Ma[32]，侵入牛圈子地区弧前增生杂岩的镁铁质岩墙年龄为404±4 Ma[33]，均显示了早泥盆世北山造山带处于伸展的构造背景。综上所述，北山造山带中部晚志留世-早泥盆世花岗岩类主要为伸展背景下年轻地壳部分熔融形成。