內(nèi)蒙古興蒙造山帶西部地區(qū)早二疊世火山巖巖石地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

0巖漿巖作用背景興蒙造山帶位于西伯利亞板塊和華北板塊之間。它經(jīng)歷了一個相對完整的板塊結(jié)構(gòu)活動、剖面、造山運動、沖突和沖突后的碰撞。興蒙造山帶地質(zhì)演化歷史一直被眾多學(xué)者所關(guān)注,尤其對華北板塊與西伯利亞板塊之間的古亞洲洋的演化更為重視,但對其演化歷史和最終的閉合時間存在較大分歧出現(xiàn)這種分歧的重要原因在于西伯利亞板塊和華北板塊之間存在多個微陸塊,洋-陸作用復(fù)雜,同時華北陸塊北緣巖漿巖分布時空范圍廣,具有后碰撞及板內(nèi)構(gòu)造活動和巖漿作用的疊加,且同一巖石地球化學(xué)特征的巖體的形成背景具有多解性。本文通過對興蒙造山帶西部地區(qū)早二疊世中—基性火山巖巖石學(xué)、地球化學(xué)及同位素的研究,并結(jié)合前人資料,探討巖石形成的地質(zhì)背景,為恢復(fù)該區(qū)古構(gòu)造環(huán)境提供有益資料。1疊紀(jì)火山巖發(fā)育概況研究區(qū)位于內(nèi)蒙古烏拉特后旗西北部烏蘭敖包地區(qū)。大地構(gòu)造位置位于華北陸塊北緣西段,興蒙造山帶西部,東側(cè)為狼山西緣斷裂(吉蘭泰斷裂),北側(cè)為恩格爾烏蘇斷裂,南部為查干楚魯斷裂(巴丹吉林?jǐn)嗔?,區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育二疊紀(jì)火山巖(見圖1)。中元古代寶音圖陸塊完成了由華北地塊邊緣裂解、重新拼貼在華北地塊邊緣的構(gòu)造演化二疊紀(jì)中—基性火山巖發(fā)育在大石寨組中。作者通過1∶5萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查,對該組進行了詳細的研究。大石寨組整體呈近北東向展布,出露面積約18km2巖石化學(xué)特征本文選取了P4、P5、P7等三條剖面進行了詳細的觀察。觀察研究表明,剖面上出露的巖性以玄武巖、玄武安山巖、安山巖及相應(yīng)的火山碎屑巖為主(結(jié)合巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)定名)。玄武巖呈深灰綠色、灰綠色,多呈少斑—無斑結(jié)構(gòu),基質(zhì)為間粒結(jié)構(gòu)、間?！g隱結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造、氣孔杏仁狀構(gòu)造(見圖2a、2d)。斑晶由斜長石和少量暗色礦物假象構(gòu)成,雜亂分布,粒度1~2mm;呈半自形板狀,綠簾石化、局部碳酸鹽化?；|(zhì)由斜長石、輝石構(gòu)成,粒度0.1~0.4mm;斜長石呈半自形板狀、少量板條狀,雜亂或半定向分布,綠簾石化明顯、局部碳酸鹽化、絹云母化等;輝石呈半自形-它形晶,多填隙狀分布斜長石間,次閃石化,局部綠簾石化、少碳酸鹽化。巖石內(nèi)杏仁體,定向分布,填充次生石英、碳酸鹽、綠泥石等。玄武安山巖呈灰綠色、淺灰色,斑晶極少,基質(zhì)多為間隱結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造(見圖2c、2e)。斑晶由斜長石組成,分布不規(guī)則,粒度0.7~1.9mm,半自形板狀,綠簾石化明顯?；|(zhì)多數(shù)已脫?；?被綠簾石、碳酸鹽等不均勻交代。安山巖呈淺灰綠色、淺灰色,多數(shù)呈多斑晶結(jié)構(gòu),基質(zhì)為交織結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造、氣孔杏仁狀構(gòu)造(見圖2f)。斑晶主要由斜長石組成,偶見輝石、角閃石和少量的鉀長石;斜長石大小0.3~1.5mm,呈半自形板狀,具弱絹云母化、高嶺土化,局部碳酸鹽化。基質(zhì)由斜長石、石英、暗色礦物假象組成。斜長石呈細板條狀,略顯定向分布,具弱絹云母化、高嶺土化,局部碳酸鹽化。石英呈它形粒狀,填隙狀分布。暗色礦物呈微晶狀,分布于斜長石間,被綠泥石、碳酸鹽交代,呈假象。巖內(nèi)見硅質(zhì)、綠簾石、綠泥石等充填的不規(guī)則狀杏仁體,星散狀分布,大小0.5~2.5mm不等。在剖面P4、P5、P7上選取了13件巖石樣品進行了巖石化學(xué)全分析,2件進行了鋯石挑選、制靶并進行LA-ICP-MS鋯石測年和Lu-Hf同位素測試。其中巖石化學(xué)全分析由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗測試中心完成,鋯石挑選由河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實驗室完成,制靶由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成,U-Pb及Lu-Hf同位素測試由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實驗測試中心完成。3多巖石類型對火山巖微量元素的影響表1為巖石全分析數(shù)據(jù)。按照TAS圖解分類(見圖3a),將研究區(qū)的中基性火山巖分為三類:分別是玄武巖、玄武安山巖和安山巖。巖石中SiO研究區(qū)火山巖的稀土元素特征差異較大(圖4d-f)。玄武巖中稀土總量變化較小,在54.82~92.40ppm之間,平均為77.5ppm,在配分模式圖中曲線略微右傾,LREE/HREE值在3.29~4.15之間,La在微量元素蛛網(wǎng)圖中,研究區(qū)火山巖具有同源演化的特征,但不同巖石類型之間有一定差異(圖4a-c)。圖中玄武巖的曲線整體較平坦,有兩件樣品具有較強烈的U、Ba富集和Ta、Nb的弱虧損,K呈較弱的虧損;玄武安山巖的曲線較一致,Ta、Nb和P呈虧損;安山巖的曲線具有典型的弧火山巖的特征,Ta、Nb、P和Ti明顯虧損,Ba、K具有弱富集特征。4鋯石及鋯石組成研究區(qū)的玄武巖中礦物顆粒細小、結(jié)晶程度差,巖石中鋯石難以挑選,所以選擇玄武安山巖(P7-38-1)和安山巖(P5-48-1)挑選鋯石,并以此代表該套火山巖的形成時代分析結(jié)果見表2。P5-48-1為灰綠色塊狀安山巖,采自那仁寶力格幅蘇海音高勒東約1km處,鋯石整體形態(tài)不一致,鋯石CL圖像亮度不一致,形態(tài)多數(shù)呈不規(guī)則狀,內(nèi)部環(huán)帶較不清晰,部分可見繼承核;少數(shù)呈半自形短柱狀,內(nèi)部可見板狀巖漿振蕩環(huán)帶或扇形結(jié)構(gòu),為典型中-基性巖漿鋯石(見圖5)。該樣品測試結(jié)果較復(fù)雜,其中2424Ma、1337Ma以及±463Ma的鋯石具有明顯的熔蝕邊,個別鋯石粒度較大,具有酸性巖漿鋯石的特征,該部分鋯石應(yīng)為從圍巖中捕獲;237Ma、253Ma、264Ma年齡孤立且唯一,可能受后期地質(zhì)作用影響,同位素體系發(fā)生變化;±280Ma的年齡較為集中,鋯石發(fā)育板狀巖漿振蕩環(huán)帶,個別具有扇形結(jié)構(gòu),整體粒度較細小,具有中-基性巖漿鋯石的特征,其加權(quán)平均年齡為285.0±2.3Ma(圖6),可以代表該安山巖噴出時代。P7-38-1為灰綠色塊狀玄武安山巖,采自那仁寶力格幅達日其格圖西北約2km處,鋯石整體形態(tài)不一致,鋯石CL圖像亮度不一致,形態(tài)多數(shù)呈不規(guī)則狀,內(nèi)部環(huán)帶較不清晰,部分可見繼承核;少數(shù)呈半自形短柱狀,內(nèi)部可見板狀巖漿振蕩環(huán)帶或扇形結(jié)構(gòu),為典型中-基性巖漿鋯石(見圖5)。該樣品測試結(jié)果較復(fù)雜,其中2165Ma、1858Ma、±465Ma以及±415Ma為捕獲鋯石;156Ma和205Ma的鋯石可能受后期地質(zhì)作用影響;±265Ma的鋯石年齡較為集中,鋯石細小并具有中-基性巖漿鋯石的特征,其加權(quán)平均年齡為265.0±1.5Ma(見圖6),可以代表該玄武安山巖噴出時代。鋯石Hf同位素分析結(jié)果列于表3,兩件樣品Hf同位素組成不均一。P5-48-1樣品受鋯石數(shù)量及大小制約,僅獲得3個有效結(jié)果。結(jié)果顯示(見圖7)2顆鋯石的5討論5.1火山巖形成時代本文中獲得的火山巖中安山巖和玄武安山巖中的鋯石加權(quán)平均年齡分別為285.0±2.3Ma和265.0±1.5Ma,代表火山巖的形成時代,為早—中二疊世。研究區(qū)火山巖位于元古宙寶音圖群、石炭系以及奧陶紀(jì)-志留紀(jì)花崗巖之上,火山角礫巖中可見上述地層或巖體的角礫。由于基性巖漿中的自生鋯石較少,多捕獲鋯石,所以樣品中捕獲鋯石特征對基底也有所反映。樣品中捕獲的鋯石年齡主要集中在以下幾個年齡段:1)中元古代以前,5.2巖漿形成環(huán)境玄武質(zhì)巖漿起源于地幔橄欖巖的部分熔融,但不同構(gòu)造位置產(chǎn)生的巖漿,其地球化學(xué)特征不盡相同。研究區(qū)火山巖都具有不同程度的Ta、Nb虧損,U、Ba、K等大離子親石元素富集,這與同時期來自富集地幔的烏拉特中旗溫更地區(qū)北七哥陶輝長巖巖體地球化學(xué)特征一致關(guān)于烏蘭敖包玄武質(zhì)巖石形成的構(gòu)造環(huán)境存在如下幾種觀點:(1)該套玄武巖是在伸展體制下形成5.3中下二疊統(tǒng)火山巖研究區(qū)出露的古生代地層主要為晚石炭世阿木山組和中下二疊統(tǒng)火山巖。阿木山組為一套濱海-淺海的沉積環(huán)境,底部為主要為碎屑巖,可見火山巖碎屑,頂部為海相灰?guī)r,存在大量珊瑚化石,沉積構(gòu)造位置為前陸盆地;中下二疊統(tǒng)火山巖與研究區(qū)東側(cè)的早中二疊世(輝長巖)閃長巖-花崗閃長巖侵入體共同構(gòu)成大陸邊緣巖漿弧。恩格爾烏蘇地區(qū)硅質(zhì)巖中的放射蟲6巖石地球化學(xué)特征(1)烏蘭敖包地區(qū)火山巖為一套鈣堿性玄武質(zhì)巖石,其中安山巖和玄武安山