阿拉善北大山地区花岗斑岩岩石成因及构造启示：元素地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素约束

2024-01-19曾认宇甘德斌

现代地质 2023年6期

苏惠，曾认宇，3，4，甘德斌，严杰

(1.东华理工大学地球科学学院，江西南昌 330013；2.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西南昌 330013；3.中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室，湖南长沙 410083；4.杜伦大学地球科学学部，英国杜伦 DH13LE)

0 引言

华北克拉通是全球最古老的克拉通之一，已发现约4.1 Ga的锆石和约3.85 Ga的岩石[1-3]，在中-新太古代(2.9～2.7 Ga)存在广泛的大陆地壳生长[4-5]，并且存在大量约2.7 Ga和约2.5 Ga的英云闪长岩-奥长花岗岩-花岗闪长岩(TTG)和表壳岩[4，6]。华北克拉通经历了复杂的演化历程，几乎记录了冥古宙至古元古代所有的重大地质事件[7-9]，对于研究诸如板块构造的起源、前板块体制、地壳的形成与演化以及超大陆的拼合与裂解具有重要的意义[10-14]。因此，华北克拉通一直是前寒武纪地质研究的热点区域，其形成演化机制备受关注。

阿拉善地块位于华北克拉通地块的最西部，有关其在前寒武纪的构造演化和板块归属等问题还存在较大争议。部分学者认为阿拉善地块是新太古代末期拼合形成华北克拉通的几个太古宙微陆块之一[15]，也可能是华北克拉通西部陆块中阴山地块的西延[16]或者古元古代孔兹岩带的西延[17-18]。还有部分学者以新元古代岩浆作用为依据，认为阿拉善地块在前寒武纪可能与扬子克拉通或塔里木克拉通更具亲缘关系[19-21]，或为独立的陆块，具有独立的地质演化历史[22-23]，而其与华北克拉通的拼合发生在显生宙[24-27]。上述争议制约了对华北克拉通地块前寒武纪构造格局与演化的认识。

北大山杂岩呈北西—南东向出露于阿拉善地块西南边缘的北大山地区，是阿拉善地区前寒武纪变质基底之一[18，28]。为了揭示北大山地区前寒武纪岩浆事件，探讨阿拉善地块前寒武纪构造演化和板块归属，本文以北大山次井子花岗斑岩为研究对象，进行了系统的岩相学、岩石地球化学、锆石U-Pb年代学和Hf同位素的研究，据此阐释了次井子花岗斑岩的侵位时代、岩石成因及其构造意义。在此基础上，结合阿拉善地块的已有资料，探究阿拉善地块在前寒武纪的构造-热事件，并与华北克拉通进行对比研究，旨在为研究阿拉善地块的构造归属提供新的依据。

1 地质背景

阿拉善地块形态呈倒三角形，东邻华北板块，西接塔里木克拉通，南面为祁连造山带，北面为中亚造山带，地处古亚洲洋的南端。一般认为，阿拉善地块的南部边界为龙首山断裂，与河西走廊带交界；西部边界为阿尔金断裂，与敦煌地块(塔里木克拉通)相隔；北部以恩格尔乌苏蛇绿岩带为界[29]。阿拉善地区的东部边界存在较大争议，贺兰山西麓断裂、巴彦乌拉山的西部断裂、贺兰山东侧的鄂尔多斯西缘断裂都曾被提出是阿拉善地块的东部边界(图1(a))[30-32]。然而，无论以何种方式划分构造边界，北大山地区都毫无争议地属于阿拉善地块的一部分，是研究阿拉善地块的重要区域之一。

图1 阿拉善地区大地构造位置(a)(底图据Zeng等[33])和地质简图(b)(底图据张建新[18])Fig.1 Tectonic location (a)(basemap after Zeng et al[33]) and geological sketch (b)(basemap after Zhang et al[18]) of the Alxa region

近些年来，学者们通过锆石U-Pb定年方法，在阿拉善地块前寒武纪变质基底中发现了多期新太古代—古元古代的构造-热事件[30，34-35]。其中，2.05～2.0 Ga岩浆事件主要报道于龙首山地区[33，36]，在叠布斯格地区[23]和巴彦乌拉山地区[37]也有少量的分布。陆松年等在2002年获取龙首山岩群斜长角闪岩的年龄为(2034±16)Ma[11]；修群业等在2004年测得了龙首山岩群奥长花岗岩的锆石年龄为(2015±16)Ma[38]；宫江华等于2011年在塔马子沟组、白家咀子组及墩子沟群底部发现了含石榴石云母石英片岩、花岗片麻岩和两处二云母石英片岩，并测得其形成年龄分别为(2014±17)Ma、(2041±21)Ma、(2030±16)Ma和(2054±14)Ma[39]；Gong等于2016年在龙首山杂岩中发现了形成于(2058.5±6.8)Ma、(2027.9±9.2)Ma和(2042±13)Ma的黑云母花岗片麻岩、黑云变粒岩和花岗片麻岩[40]；Zeng等于2018年在龙首山金川矿区附近测得基性变辉绿岩和石英正长岩(属于A型花岗岩)的形成年龄分别为(2044±17)Ma和(2029±31)Ma[33]。

北大山位于阿拉善地块的西部，东北部以雅布赖山为界，与雅布赖盆地相隔；南部以潮水盆地为界，与龙首山相邻，两者呈近似平行状展布；北部和东部以巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠为界(图1(b))。北大山的变质基底原称为“北大山岩群”，因其支离破碎，层序不清，张建新等[18]认为其不能用传统地层层序来划分，故将其称之为“北大山杂岩”。该变质基底下部主要是由黑云斜长片麻岩、黑云斜长片岩等组成的正变质岩，上部主要是由云母石英片岩、大理岩和斜长角闪岩等组成的变质表壳岩[41]。

2 岩石学和岩相学

研究区位于金川武威北大山阿拉善右旗东南侧，本研究的样品采于酸性岩脉，采样位置如图1(b)。

野外观察花岗斑岩岩体呈脉状产出，整体侵入大理岩中，露头宽约2 m，地表出露长度约150 m，整体走向220°(图2(a))。花岗斑岩样品呈暗灰色，具有斑状结构，块状构造(图2(b))；斑晶所占比例约为20%，粒度较大，从0.5～ 3 mm不等，主要由石英和钾长石组成(图2(c))；基质为长英质矿物，所占比例为80%，主要由长石和石英组成(图2(d))。长石发生一定程度的蚀变作用，局部可见绢云母化。副矿物包括辉石、钛铁矿、磁铁矿、磷灰石和锆石等。黄铁矿粒度较小，呈三角形、正方形和不规则粒状。

图2 次井子花岗斑岩野外与显微照片Fig.2 Field and microscopic photographs of granite porphyry from Cijingzi area(a)(b)野外宏观产出照片；(c)(d)次井子花岗斑岩的镜下照片；Kfs.钾长石；Qz.石英

3 分析测试方法

全岩主微量元素测试在澳实分析检测(广州)有限公司进行。主量元素采用硼酸锂-硝酸锂溶解，再进行X荧光光谱分析，标样为GSR-2和GSR-3，检出限为0.01%；微量元素采取硼酸锂熔融并使用等离子体质谱定量的方法，以美国地质调查局USGS地球化学标准岩石(BCR-2、BHVO-1和AGV-1)为标样。

锆石分选和制样由诚信地质和诚谱检测公司完成，利用常规方法将样品粉碎到适当大小，采用重选和电磁选进行矿物，在双目镜下挑选合适的锆石，将挑选的锆石用双面胶粘贴，固定在环氧树脂表面。经过固结和抛磨处理后，用光学显微镜下在反射光和透射光照射下进行拍照。锆石的CL照相在廊坊诚信地质服务有限公司的扫描电镜上完成。锆石U-Pb定年测试工作在南京聚谱检测科技有限公司进行，分析采用的193nmArF准分子激光剥蚀系统由Teledyne Cetac Technologies制造，型号为Analyte Excite。电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)由安捷伦科技(Agilent Technologies)制造，型号为Agilent7700x。激光剥蚀束斑直径为35 μm，频率为8 Hz，能量密度为6.0 J/cm2，共剥蚀40 s。91500标准锆石为外标，GJ-1标准锆石为盲样，NIST SRM 610为外标。详细测试方法描述见Zeng等[33]。

锆石Lu-Hf同位素测试在南京聚谱检测科技有限公司完成，分析采用的193 nmArF准分子激光剥蚀系统由Teledyne Cetac Technologies制造，型号为Analyte Excite。多接收器-电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)由NuInstruments制造，型号为Nu Plasma II。束斑直径为50 μm，频率为8 Hz，能量密度为6.0 J/cm2，共剥蚀40 s。测试过程中每隔10颗样品锆石，交替测试3颗标准锆石(包括GJ-1、91500和Penglai)，以此检验锆石Hf同位素的数据质量。在测试中，GJ-1、91500和Penglai的176Hf/177Hf含量分别为0.282002～ 0.282013，0.282305～ 0.282315和0.282901～ 0.282914，与标准值在误差范围内一致(GJ-1为0.282012，91500为0.282307±0.000031，Penglai为0.282906±0.000010)。详细的测试方法描述见Zeng等[33]。

4 分析结果

4.1 锆石U-Pb定年

对次井子花岗斑岩进行锆石U-Pb年龄测试，LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果详见表1，锆石CL图像如图3所示。

表1 次井子花岗斑岩锆石U-Pb年龄测试数据(样品LSS18-89)

图3 次井子花岗斑岩典型锆石阴极发光图像(标示年龄为206Pb/238U年龄)Fig.3 Zircon cathodoluminescence (CL)images of granite porphyry from Cijingzi area(the zircon 206Pb/238U ages are indicated)

次井子花岗斑岩(LSS18-89)中的锆石多为自形柱状，长径为60～130 μm，长宽比为3:1～2:1。CL图像显示锆石的阴极发光性较好，大部分锆石具有清晰的岩浆振荡环带(图3)。其Th/U比值均大于0.1(0.16～ 0.91)，显示明显的岩浆锆石的特征[42]。在锆石谐和图(图4(a))中，25个点构成一条不一致曲线，其与谐和线的交点年龄为(2039±6.4)Ma(MSWD=1.3，n=25)。而剔除离谐和线较远的3个点，剩下22个点的207Pb/206Pb的加权平均年龄为(2035.6±8.4)Ma(MSWD=1.3，n=23)(图4(b))，交点年龄与谐和年龄在误差范围内基本一致。因此，约2035 Ma代表了次井子花岗斑岩的结晶年龄。

图4 次井子花岗斑岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.4 Zircon U-Pb age concordia plots of granite porphyry from Cijingzi area

4.2 全岩主微量元素特征

次井子花岗斑岩主量、微量元素测试结果列于表2。

表2 次井子花岗斑岩的主量(%)和微量(10-6)元素含量

次井子花岗斑岩SiO2含量介于73.85%～74.8%之间，K2O和Na2O含量分别为3.83%～4.80%和2.10%～3.31%，Al2O3含量为13.40%～14.19%。在SiO2-(Na2O+K2O)分类图中，样品均落在花岗岩区域(图5(a))；根据(Na2O+K2O-CaO)-SiO2图，样品均落在钙碱性区域(图5(b))。样品具有高的铝饱和指数A/CNK(1.18～1.41)，在A/CNK-A/NK分类图上均落入强过铝质区域(图5(c))；在SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)图解上均落入铁质范围(图5(d))。此外，在标准矿物计算结果中，所有样品均出现标准刚玉分子(质量分数为2.08%～ 4.81%，均大于1%)。

图5 次井子花岗斑岩SiO2-(Na2O+K2O)(a)(据Middlemost[43])、(Na2O+K2O-CaO)-SiO2(b)(据Frost[44])、A/CNK-A/NK(c)(据Maniar等[45])和SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)(d)(据Middlemost[43])图解Fig.5 SiO2-(Na2O+K2O)(a)(after Middlemost [43])，Nb/Y-Zr/TiO2 (b)(after Rickwood [44])，A/CNK-A/NK(c)(after Maniar et al[45]) and SiO2-FeOT/(FeOT+MgO)(d)(after Middlemost[43]) of granite porphyry from Cijingzi area

次井子花岗斑岩的稀土元素总量较低(ΣREE=45.87×10-6～ 49.18×10-6)。在稀土元素球粒陨石标准化配分模式图中，样品表现为轻稀土相对富集的右倾型(图6(a))。其中，LREE/HREE为2.36～2.59，(La/Yb)N为2.21～ 2.66，表明轻重稀土之间分馏程度较低。(La/Sm)N为1.52～ 1.96，(Gd/Lu)N为1.17～ 1.29，反映了LREE和HREE元素内部分馏均不明显。此外，次井子花岗斑岩具有较明显的Eu负异常(δEu=0.15～ 0.29)。在微量元素原始地幔标准化蜘蛛图上，样品均富集Rb、Th、U和K等大离子亲石元素，相对亏损Nb、Ta和Ti等高场强元素(图6(b))。

图6 次井子花岗斑岩全岩球粒陨石标准化稀土元素分布图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)(标准化值据Sun 和 McDonough[46])Fig.6 Chondrite-normalized REE distribution diagram(a)and primitive mantle-normalized trace elements spidergram(b)of the granite porphyry from Cijingzi (normalizing values from Sun and McDonough[46])

4.3 锆石Lu-Hf同位素特征

对样品LSS18-89中的13颗谐和性较好且较大的锆石，进行了原位Hf同位素分析，数据见表3。分析结果显示，176Hf/177Hf范围为0.281521～0.281722。对应的εHf(t)变化于0.48 ～7.04，变化范围较大，且均都为正值。根据锆石U-Pb年龄计算一阶段模式年龄(TDM1)为2410～ 2159 Ma，地壳模式年龄(TDMC)为2627～ 2222 Ma。

表3 次井子花岗斑岩锆石Hf同位素组成

5 讨论

5.1 岩石成因类型

次井子花岗斑岩的主量元素显示高硅、高碱的特点，SiO2和全碱含量(K2O+Na2O)分别为73.85%～ 75.41%和6.9%～ 7.7%。同时，岩体具有低铁、镁和磷含量的特征，MgO、Fe2O3T、CaO和P2O5平均含量分别为1.1%、0.1%和0.01%。此外，次井子花岗斑岩具有明显的Eu负异常(0.15～0.26)以及Ba、Sr、P和Ti的亏损，同时有较高的分异指数(DI=88～92，分异指数DI=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp)和较低的固结指数(SI=0.84～1.65，固结指数SI=MgO×100/(MgO+FeO+Fe2O3+Na2O+K2O))，均指示岩浆发生高程度分异[47]。研究表明，Zr-Hf、Nb-Ta、K-Rb和Y-Ho等双胞胎元素在未经过高度分异演化的岩浆体系中具有一致的地球化学行为，故这些元素的比值不会发生变化。然而，花岗岩浆在结晶分异过程中将会导致Cr、Ni、Y、Sr、Ba和Zr等元素的显著降低，以及Li、Rb、Ta和Hf等含量的显著增高，这种变化将会导致双胞胎元素的比值大幅度变小[48-50]。与球粒陨石的数值相比较，本文样品的比值明显较低，也显示花岗岩经历了分异作用(图7)。并且由图7可知，TE1，3与K/Rb，Eu/Eu*，Y/Ho和Zr/Hf等元素比值之间存在一定的相关性时，显示存在四分组效应增加，同样指示存在岩体经历了较强的分异作用[48，50]。此外，次井子花岗斑岩在100(MgO+FeOT+TiO2)/SiO2-(Al2O3+CaO)/(FeOT+K2O+Na2O)图解和(Zr+Nb+Ce+Y)-(FeOT/MgO)判别图中同样落在高分异的花岗岩区域(图8(a)和(b))。综上分析，次井子花岗斑岩属于高分异花岗岩。

图7 次井子花岗斑岩的Zr/Hf、Nb/Ta、La/Ta和La/Nb与TE1，3关系图解(TE1，3=(TE1×TE3)0.5，TE1=(Ce/Ce*×Pr/Pr*)0.5，TE3=(Tb/Tb*×Dy/Dy*)0.5 [48]；Ce/Ce*=2×CeN/(LaN+PrN)，Pr/Pr*=2×PrN/(CeN+NdN)，Tb/Tb*=2×TbN/(GdN+DyN)，Dy/Dy*=2×DyN/(TbN+HoN)，CeN、LaN、PrN、NdN、TbN、GdN、DyN和HoN均为球粒陨石标准化值，球粒陨石数据引自Sun等[46])Fig.7 Zr/Hf，Nb/Ta，La/Ta and La/Nb relationship diagrams with TE1，3 of the granite porphyry from Cijingzi area

目前，学者按照源岩性质普遍将花岗岩划分为I、S和A型[56-59]。次井子花岗斑岩在显微镜下未发现钠闪石-钠铁闪石、铁橄榄石和霓石-霓辉石等A型花岗岩中常见的碱性暗色矿物，且样品的全岩锆石饱和平均温度为752 ℃，明显低于A型花岗岩平均温度(>800 ℃)[60-61]。此外，Zr和Zr+Nb+Ce+Y的含量分别为51×10-6～ 62×10-6和97×10-6～ 112×10-6，该值范围明显低于A型花岗岩的下限值(250×10-6和350×10-6)[62-63]，由此可以判断次井子花岗斑岩并非A型花岗岩。次井子花岗斑岩具有较高的铝饱和指数，与变沉积岩部分熔融形成S型花岗岩相似[64]。然而，在SiO2-Ce和SiO2-Zr判别图中，样品均落入I型花岗岩区(图8(c)和(d))。

在次井子花岗斑岩的Rb-Th和Rb-Y图解中，Th和Y均与Rb呈现正相关关系，也显示出了I型花岗岩的地化特征(图8(e)和(f))[64]。此外，古老地壳物质通常具有较低的εHf(t)值，而本文次井子花岗斑岩的εHf(t)均为正值，这与一般源于古老地壳物质部分熔融形成的S型花岗岩不符。综上所述，次井子花岗斑岩为高分异I型花岗岩，富铝的地球化学特征是由岩浆分异造成的。

5.2 岩石成因与源区属性

次井子花岗斑岩属于高分异花岗岩，其元素地球化学组成受到了结晶分异的影响。该岩体CaO、Al2O3与SiO2呈现负相关关系(图9(a)和(b))，并且微量元素Sr、Ba和Eu表现出了明显的负异常，指示岩浆冷却结晶的成岩过程中发生了斜长石和钾长石的分离结晶。Wu等[65]的研究表明，斜长石的分异将导致Sr、Eu的负异常，而钾长石的分异则会产生Ba和Eu的负异常。分离结晶模拟的Ba-Sr和Eu-Sr图解(图9(c)和(d))，同样显示次井子花岗斑岩同时经历了钾长石和斜长石的分异结晶。稀土元素的变异则主要受磷灰石等副矿物的分异结晶作用控制。P的亏损指示着磷灰石的结晶分异，较低的Zr含量和Ti的亏损则是锆石和含钛矿物(如钛铁矿和榍石等)的分离结晶所致。因此，次井子花岗斑岩经历了斜长石、钾长石、磷灰石、锆石和含钛矿物的结晶分异。

图9 次井子花岗斑岩分离结晶判别图解(矿物分离结晶趋势线据Wu 等[65])Fig.9 Discrimination diagram of fractional crystallization for the granite porphyry from Cijingzi(mineral fractionation trend from Wu et al.[65])Amp.角闪石；Bt.黑云母；Grt.石榴子石；Kf.钾长石；Kfs.钾长石；Ms.白云母；Pl.斜长石；PlAn50.斜长石(An=50)；PlAn15.斜长石(An=15)

目前认为的高分异I型花岗岩可能有以下三种可能成因：(1)幔源镁铁质岩浆的分异结晶[66-67]；(2)含水富钾变质安山岩-玄武岩原岩的部分熔融[68-69]；(3)来自地壳的长英质和幔源镁铁质岩浆混合形成[70-72]。

Sisson等[73]认为含水、中钾至高钾镁铁质岩浆经过演化只能产生12%～ 25%的花岗岩，这意味着大量的镁铁质岩石将在同时代和同生花岗岩周围发育。而西阿拉善地块在古元古代中期主要为酸性岩，并未发现足够体积的基性岩与之对应，因此并不支持幔源镁铁质岩浆分离结晶的成因类型。本文所研究的次井子花岗斑岩具有变化较大的εHf(t)值(0.48～ 7.04)。在火成岩中，同岩浆锆石具有相似的U-Pb年龄和变化的εHf(t)值的现象，一般被认为是由于不同来源的岩浆混合所造成的[74-75]。在εHf(t)-年龄图解中，次井子花岗斑岩中最低的εHf(t)值位于北大山杂岩的Hf同位素演化趋势中，显示古老地壳物质为次井子花岗斑岩的形成提供了部分物质来源。较高的锆石εHf(t)值可能来源于幔源物质或者年轻的地壳物质(图10)[76]。在约2.0 Ga之前，北大山地区已发现的最接近于该时期的岩浆活动为约2.5 Ga[77]，显示相对于约2.0 Ga，北大山地区并不存在年轻地壳物质的加入。此外，除一个点外，所有的次井子花岗斑岩锆石测点均投影于北大山杂岩的Hf同位素演化趋势之上，且最高值接近于亏损地幔演化线，显示次井子花岗斑岩的源区Hf同位素亏损的端元可能为亏损的幔源物质，而并非年轻的地壳物质。因此，次井子花岗斑岩为壳幔混合成因。在锆石Hf同位素的模拟计算中，亏损地幔物质、地壳物质和花岗斑岩母岩浆的εHf(t)值分别为岩体侵位时亏损地幔的值、同岩浆锆石中最小的εHf(t)值和同岩浆锆石的εHf(t)平均值。亏损地幔和地壳物质的Hf含量分别为2.05×10-6(N-MORB的Hf含量)[45]和4.0×10-6(华北克拉通地壳平均Hf含量)[78]。通过该计算得出源区的壳源物质和幔源物质的比值约为4:6。

图10 次井子花岗斑岩Hf同位素组成(阴影部分代表北大山杂岩的演化趋势，据Zhang等[77])Fig.10 Hf isotopic composition plot of the granite porphyry from Cijingzi area(shaded part represents evolution trend of Beidashan complex，after Zhang et al.[77])

5.3 对北大山地区古元古代中期构造演化的启示

在前人研究中，2.0～2.2 Ga的岩浆事件在阿拉善地块的龙首山杂岩和东阿拉善地块的巴彦乌拉山杂岩中均有发现[23，36-37]。而本次研究也在北大山地区首次发现了该时期的岩浆活动，显示该期岩浆活动普遍存在于阿拉善地块的不同区域。如图5(a)所示，阿拉善地块约2.0 Ga岩浆岩的SiO2含量在50%～ 62%之间出现明显的间断，显示Daly间断的特征[79]。综上，阿拉善地块约2.0 Ga的岩浆岩存在双峰式火山岩组合的特征。

双峰式火山岩通常被认为是拉张伸展构造背景的产物，并且形成于大陆裂谷环境[80-81]。王焰等[82]认为大陆裂谷双峰式火山岩的酸性岩明显富集轻稀土元素，而基性岩富集大离子亲石元素，轻重稀土为明显分离的型式，轻稀土丰度较高。如图6所示，阿拉善地块在古元古代中期的酸性岩普遍具有明显富集LREE的特征(次井子花岗斑岩亲稀土富集程度较低，这与其存在磷灰石、榍石等富亲稀土矿物的分离结晶有关)，基性岩也富集K、P和Th等大离子亲石元素，轻稀土丰度较高。因此，阿拉善古元古代中期岩体的特征与大陆裂谷形成的双峰式火山岩一致。研究表明，裂谷地区拉斑玄武岩岩浆通过软流圈或者地幔柱上涌，地壳底部会产生Fe的富集，故裂谷环境下双峰式火山岩中的酸性岩石会表现出典型的Fe质特征[83]。如图5(d)所示，阿拉善地块大多数约2.0 Ga酸性岩浆岩都具有铁质的特征，同样与裂谷环境形成的双峰式火山岩类似。此外，Zeng等[33]认为阿拉善龙首山地区约2.0 Ga的花岗岩具有A型花岗岩的特征，而该时期的基性岩形成于伸展环境。因此，阿拉善地块在古元古代中期处于大陆裂谷相关的伸展环境。

学者按照岩浆源区将双峰式火山分为异源母岩浆和同源母岩浆[82，84-85]。异源双峰式火山岩是不同岩浆源区的产物，地幔部分熔融所形成的基性岩浆上升侵入地壳中，地壳发生部分熔融产生酸性岩浆，由于壳幔不同层次的活动导致在后期喷发过程中两个单元的岩浆交替喷发[86-87]。这种情况下酸性岩相较于基性岩的微量元素和同位素组成存在较大差异[88]，并且出露面积一般比基性岩大得多[89]；而同源双峰式火山岩的酸性岩是基性岩进一步分离结晶的产物，二者具有相似的微量元素特征，并且基性单元的岩石量要远大于酸性岩石[90]。然而，次井子花岗斑岩并非基性岩浆结晶分异而成。结合前人数据分析，阿拉善地块在该时期出露的基性岩较少，酸性岩石的规模要大于基性岩石。此外，阿拉善地块古元古代的酸性岩均具有明显的Eu负异常(图6(a))。在原始地幔标准化微量元素蛛网中，酸性岩极度亏损Sr、P和Ti，轻度亏损Nb和Ta；而基性岩呈略右倾的平行曲线模式，无Eu负异常并且相对富集LREE、Zr和Hf等，轻度亏损Nb、Ta和Sr(图6(b))，与酸性岩有明显的区别。因此，阿拉善地块古元古代中期的酸性岩与基性岩并不具有相似的稀土元素和微量元素分布型式。综合认为，阿拉善地块在古元古代中期的伸展环境中，地幔物质部分熔融形成了热的基性岩浆进而上升侵入到冷的地壳岩石中，为地壳岩石发生部分熔融提供了热量条件，并且幔源岩浆也为部分花岗岩提供了物质组成，从而产生酸性岩浆，由此形成酸性岩浆与基性岩浆交替喷发的异源双峰式火山岩。

5.4 对北大山地区古元古代中期板块归属的约束

阿拉善地块位于华北克拉通西部，阿拉善地块与华北克拉通的西部地块在前寒武纪是否存在亲缘关系，是否为华北克拉通西部孔兹岩带的西延，一直还存在争议。孔兹岩带是华北克拉通重要的古元古代时期的碰撞造山带[91]，自东向西主要分布于集宁—乌拉山—大青山—千里山—贺兰山地区，由典型的孔兹岩和与孔兹岩呈构造接触且共同经历古元古代中—晚期变质事件的基底岩石组成[18，92]。近年来，学者在孔兹岩带中获得了大量2.3～ 2.0 Ga的碎屑锆石[93-97]，显示孔兹岩带附近曾经存在规模较大的古元古代活动构造带[98]。

阿拉善地块的前寒武纪地质体是直接记录前寒武纪地质演化信息的载体，是揭示阿拉善地块亲缘关系的关键。一般认为，阿拉善地块的前寒武纪的结晶基底主要出露于东阿拉善地块的巴彦乌拉尔山地区和叠布斯格地区，以及西阿拉善地块的龙首山地区和北大山地区。然而，由于阿拉善地块东侧界线存在争议，有贺兰山西麓断裂[30]、巴彦乌拉山的西部断裂[21，32]和贺兰山东侧的鄂尔多斯西缘断裂[99]等不同观点(图1(a))。如果以巴彦乌拉山西部断裂作为阿拉善地块的东部边界，巴彦乌拉尔山地区和叠布斯格地区则不属于阿拉善地块。因此，西阿拉善地块的北大山地区和龙首山地区是阿拉善地块中两处无争议出露前寒武纪地质体的区域，是认识阿拉善地块前寒武纪构造-岩浆-变质事件演化过程的良好窗口。

选择西阿拉善地块的北大山和龙首山地区与华北克拉通西部的孔兹岩带进行对比研究。岩浆锆石年龄对比直方图显示(图11(a1)和(b1))，西阿拉善地块与孔兹岩带记录了2.5～ 2.48 Ga、2.05～ 2.0 Ga和1.94～ 1.91 Ga的岩浆事件，并以约2.0 Ga的年龄峰最为显著。此外，对比阿拉善地块西部与孔兹岩带前寒武纪的岩浆锆石Hf同位素数据(图11(a2)和(b2))，发现孔兹岩带2.3～ 2.0 Ga的锆石在年龄和Hf同位素组成特征也基本一致。同时，孔兹岩带在前寒武纪主要发育的2.5 ～ 2.4 Ga、1.95～ 1.80 Ga两期主要的变质事件[98-108]。而在龙首山地区和北大山地区同样存在对应的两期变质事件，如Zhang等在2013年对阿右旗东部和甘肃民勤县西北部的莱菔山的英云闪长质片麻岩和花岗闪长质片麻岩进行研究，获得2.52 ～ 2.47 Ga和1.85 Ga两期变质年龄[30]；Gong等在2016年对龙首山岩群副变质岩中碎屑锆石和正片麻岩的岩浆锆石进行研究，获得了1.85 Ga和1.90 ～ 1.96 Ga的变质年龄[36]；王强在2014年对龙首山杂岩的斜长角闪岩和花岗片麻岩开展研究，获得了1899 Ma、1884 Ma、1812 Ma、1803 Ma、1902 Ma、1858 Ma和1873 Ma的变质事件年龄[109]；Zeng等在2018年通过对龙首山杂岩中混合岩浅色体和石英正长岩的研究，获得了1891 Ma和1848 Ma的深熔事件年龄和1812 Ma的变质事件年龄[33]。通过对比西阿拉善地块与孔兹岩系的岩浆-变质事件可知，二者在古元古代具有亲缘关系。

图11 西阿拉善地块与孔兹岩带前寒武纪岩浆锆石和碎屑锆石年龄对比直方图(图a1和图a2数据引自宫江华[28，39]、Zhang等[30]、Gong等[36]、Zeng等[33]和本文；图b1数据引自Xia等[94]、董春艳等[98]、周喜文等[97]、Yin等[95]、Dan等[96]、蔡佳等[100]、甘保平等[101]和庞岚尹等[102]；图b2数据引自董春艳等[98]、Dan等[96]、甘保平等[101]、庞岚尹等[102]和Li等[103])Fig.11 Age comparison histograms and corresponding magmatic zircon Hf isotopic composition of the Early Precambrian basements in the western Alxa block and Khondalite belt