內蒙古東部建設屯火山巖鋯石U-Pb測年、地球化學特征及成因

卞雄飛，李永飛，孫守亮，郜曉勇

（沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽110034）

興蒙造山帶作為中亞造山帶東部的重要組成部分，記錄著顯生宙以來不同時期的構造巖漿事件，這些巖漿事件為該造山帶的形成與演化提供了物質基礎，并為不同時期古板塊之間縫合帶的厘定與識別提供了重要的依據.內蒙古東部西拉木倫河北岸地區位于興蒙造山帶的東南段，處于中朝古板塊與西伯利亞古板塊的最終碰撞、拼合部位，是研究西拉木倫縫合帶構造演化的關鍵地區.近年來，該地區識別出三疊紀不同時期侵入巖以及三疊紀早期基性火山巖，其巖漿作用的成因與構造背景的綜合分析［1-6］，為該縫合帶的碰撞造山過程以及區域構造特征研究提供了可靠的巖石學證據.本文通過對大興安嶺南部1∶5萬幸福之路圖幅?內蒙古自治區地質礦產局第二區域地質調查大隊三分隊.1∶5萬幸福之路幅區域地質調查報告.1998.中原劃歸為林西組上段的建設屯南山剖面中的火山巖進行鋯石U-Pb同位素測年和地球化學特征分析，以期為西拉木倫碰撞帶早三疊世時期的構造演化特征分析提供基礎的地質資料與信息.

1 區域地質概況與巖石學特征

內蒙古建設屯火山巖位于巴林右旗北部幸福之路鄉建設屯南（圖1a），大地構造位置處于西拉木倫河縫合帶以北（圖1b）.研究區內出露的地層單元主要有晚古生代火山巖與碎屑巖以及中、新生代陸相火山巖和碎屑巖.侵入巖主要出露晚古生代到中生代的不同巖性類型.本文研究的晚古生代火山巖被北部的建設屯巖體侵入，在1∶5萬幸福之路圖幅東部白音查干地區被中生代的瑪尼吐組火山巖覆蓋.根據不同比例尺的區域地質調查資料，建設屯晚古生代火山巖時代存在著早二疊世（大石寨組）?遼寧省第二區域地質測量隊.1∶20萬林西縣幅區域地質礦產報告書.1971.與晚二疊世?（林西組）的爭議.本文對1∶5萬圖幅中該巖組剖面進行調查采樣，對其中發育的火山熔巖進行了精細的定年，結果顯示其為248.4±4.8 Ma.值得一提的是，該火山巖定年結果與其北部的建設屯巖體的定年結果（248.5±2.4 Ma）［5］近乎一致，反映二者為同一時期的巖漿產物.

本次工作采集的樣品較新鮮，巖性主要為安山巖、粗安巖、英安巖.安山巖：灰色—灰黑色，斑狀結構，斑晶為主要為斜長石，板狀晶，粒徑0.5～1.8 mm，含量15%，基質為交織結構，成分為斜長石（含量約35%，雙晶發育）、堿性長石（含量約10%，無雙晶）等.粗安巖：灰色，斑狀結構，斑晶為正長石和斜長石，含量38%，正長石為自形晶，大小0.2～0.8 mm，發育卡式雙晶，含量20%，斜長石半自形，大小0.05 mm×0.3 mm，雙晶不發育，含量18%，基質為交織結構，主要成分為正長石、斜長石，粒度小于0.1 mm.英安巖：斑狀結構，塊狀構造，鏡下可見正長石成板狀，發育卡式雙晶，大小0.2 mm×0.5 mm～1.2 mm×0.4 mm，含量1%～3%，少量石英，基質為霏細結構.此外巖石中可見少量鋯石、磁鐵礦等副礦物.

圖1 內蒙古東部建設屯地區地質簡圖Fig.1 Geologic sketch map of Jianshetun area in Eastern Inner Mongolia

2 鋯石U-Pb年齡測定

2.1 實驗方法

樣品的鋯石分選由河北省廊坊市地源巖石礦物測試分選技術服務有限公司完成，并用浮選和電磁法方法進行分選，在雙目鏡下挑選出晶形完好、無明顯裂痕和包體的鋯石顆粒，將其粘貼在環氧樹脂表面，打磨拋光后露出鋯石的表面，然后對其進行透射光、反射光和陰極發光（CL）圖像采集.鋯石的制靶和顯微圖像的采集在北京鋯年領航科技有限公司完成.鋯石LA-ICPMS U-Pb同位素分析均在西北大學大陸動力學國家重點實驗室完成.首先通過透射光、反射光和CL圖像分析，選擇鋯石吸收程度均勻的位置進行定年分析，分析采用Agilent7500型ICP-MS和德國Lambda Physik公司的ComPex102 ArF準分子激光器以及MicroLas公司的GeoLas200M光學系統聯機進行.激光束斑直徑為 30 μm，激光剝蝕樣品的深度為 20～40 μm，激光脈沖為10 Hz，能量為32～36 mJ.實驗中采用He作為剝蝕物質的載氣.用美國國家標準技術研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標準參考物質NIST SRM610進行儀器優化處理.采用標準鋯石91500為外標校正測得的鋯石同位素數據，元素含量采用NIST SRM610作為外標，29Si作為內標，測試結果通過GLITTER軟件計算得出，實驗獲得的數據采用Andersen［8］的方法進行同位素比值校正用以扣除普通Pb的影響，諧和圖的繪制采用ISOPLOT3.0完成［9］.詳細的實驗分析步驟和數據處理方法見文獻［10］；U-Th-Pb含量分析見文獻［11］；所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平（表1）.

2.2 鋯石分析結果

對建設屯火山巖剖面上出露的英安巖（D724-2，坐標：43°49′50.7″N，118°46′06.7″E 進行了鋯石 LAICP-MS U-Th-Pb同位素分析，分析數據見表1.陰極發光圖像顯示，鋯石內部結構清晰，呈短柱狀及粒狀晶形，發育振蕩環帶，顯示巖漿成因鋯石的特點（圖2）.用33 μm的激光剝蝕斑晶對樣品鋯石進行了LAICP-MS定年分析，共完成21顆鋯石21個點的測試，通過同位素比值校正，14個點的分析結果可信.分析點的結果顯示樣品具有高的Th/U比值，介于0.53～1.26，暗示其為巖漿鋯石［12］.在鋯石U-Pb年齡諧和圖中，鋯石分析點基本位于U-Pb諧和線及其附近，206Pb/238U年齡集中在234～267 Ma之間，206Pb/238U年齡加權平均值為 248.4±4.8 Ma，MSWD=1.9（圖 3），此年齡代表了火山巖巖漿結晶年齡，表明建設屯火山巖形成于早三疊世早期，并非區域地質調查工作中所厘定的早二疊世?遼寧省第二區域地質測量隊.1∶20萬林西縣幅區域地質礦產報告書.1971.與晚二疊世?內蒙古自治區地質礦產局第二區域地質調查大隊三分隊.1∶5萬幸福之路幅區域地質調查報告.1998..

圖2 建設屯火山巖鋯石陰極發光圖像Fig.2 CL images of zircons from Jianshetun volcanic rocks

3 地球化學特征

3.1 主量元素

建設屯南山火山巖主量與微量元素化學分析數據見表2.火山巖樣品數據運用SINCLAS程序對主量元素去歸一化后［13］，在 TAS巖石分類圖解（圖 4a）上顯示為中性、中酸性巖類，屬于亞堿性系列.在SiO2-K2O圖解（圖4b）上，火山巖主要為鈣堿性系列—高鉀鈣堿性系列.巖石SiO2含量介于57.19%～71.17%，Al2O3含量介于13.82%～16.53%，巖石富鈉低鉀，Na2O/K2O平均值為2.04，CaO含量平均值為4.06%.A/CNK值介于0.81～1.40之間，A/NK值介于1.48～2.50之間，為準鋁質—過鋁質中酸性巖石（圖4c）.

3.2 稀土與微量元素

建設屯火山巖稀土元素標準化配分圖總體呈輕稀土富集型特點（圖5a）.稀土元素總量為90.24×10-6～165.58×10-6，平均為 128.07×10-6.巖石輕重稀土元素分餾明顯，（La/Yb）N平均值為7.99.重稀土分餾不明顯，（Gd/Yb）N平均值為1.29；δEu平均值為0.62.在微量元素標準化配分圖（圖5b）上，巖石明顯富集大離子親石元素 Rb、Ba、U、K，而虧損高場強元素 Nb、P、Ti.與同時期的建設屯花崗閃長巖相比較，除Sr、Eu異常存在明顯的差異外，二者稀土與微量元素標準化配分曲線基本相似，與地殼元素稀土與微量元素標準化配分曲線近乎一致（圖 5 a、b）.

表1 建設屯火山巖鋯石U-Pb同位素LA-ICP-MS測試結果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results of Jianshetun volcanic rocks

圖4 火山巖分類命名圖解Fig.4 Classification diagrams of the volcanic rocks

圖5 稀土元素標準化配分型式圖Fig.5 Rare earth element distribution patterns

表2 建設屯火山巖主量元素、微量元素和稀土元素分析結果Table 2 Analysis results of major and trace elements for Jianshetun volcanic rocks

續表（Continued）

4 巖漿源區與成因

建設屯南中酸性火山巖的主量元素地球化學特征：SiO2大于 56%；Al2O3=13.82%～16.53%；Na2O/K2O平均值為2.04；MgO＜3%，總體為一套鈣堿性—高鉀鈣堿性系列巖石.稀土與微量元素標準化配分曲線與地殼配分曲線近乎一致，表明該套火山巖來自地殼物質局部熔融的殼源巖漿.

對于殼源的中酸性巖石而言，Sr、Yb豐度被認為是識別與判別巖漿源區成因與性質的有效指標［16］.建設屯中酸性巖石除一個樣品Sr=289×10-6外，其余Sr＞300×10-6，Yb=1.37×10-6～2.91×10-6；Y 平均為 22.45×10-6，δEu 平均為 0.61，符合埃達克巖型巖石標準［17］（圖 6）.值得一提的，與其同期的建設屯侵入巖（248.5±2.3 Ma），也具有埃達克型地球化學特征［5］，從而說明二者為起源于同一母巖漿源區的同時異相產物，原始巖漿應是加厚下地殼榴輝巖相物質部分熔融的產物，其殘留相以石榴石為主，對應的壓力與深度應大于1.0 GPa、40 km.另外，建設屯地區無論是侵入巖還是火山巖，均表現出了O型埃達克巖地球化學特征，富鈉而貧鉀（Na2O/K2O＞2），而明顯不同于C型埃達克巖的富鉀特征（Na2O/K2O≈1 或＞1）［18-19］.目前，對于 O 型埃達克巖形成環境仍存在著不同的認識與看法［20-21］，特別是產出于造山帶中的該類巖石，對于其成因與構造環境，還需要根據其他地質證據，而不能僅僅根據埃達克巖本身地球化學特征而確定［21-22］.

圖6 建設屯火山巖Sr-Yb圖Fig.6 The Sr-Yb diagram of Jianshetun volcanic rocks

建設屯早三疊世早期的火山巖與侵入巖位于西拉木倫河縫合帶北側，二者的成因與兩大古板塊之間的古亞洲洋閉合有關.近年來，對于古亞洲洋最終閉合時限與位置的研究己經取得了明顯的進展，大多數學者認為古亞洲洋在二疊紀末最終俯沖，從而導致兩個相對的活動大陸邊緣［23-24］最終閉合于晚二疊世—早三疊世.因此，早三疊世早期的建設屯火山巖與侵入巖一樣，應是古亞洲洋閉合之后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山初期階段的產物.一般來說，O型埃達克巖形成于俯沖洋殼部分熔融或者形成于貧K的加厚下地殼部分熔融［19-21］.結合本區的構造地質背景，具有O型埃達克巖地球化學特征的建設屯火山巖與建設屯巖體成因一樣，應是古亞洲洋閉合后西拉木倫縫合帶碰撞造山初期加厚的新生下地殼部分熔融作用的產物.

5 結論

1）內蒙古東部建設屯火山巖鋯石U-Pb年齡為248.4±4.8 Ma，與建設屯巖體年齡（248.5±2.4 Ma）基本一致，反映二者為同一時期的巖漿產物.

2）建設屯火山巖地球化學顯示其具有O型埃達克巖地球化學特征.

3）建設屯火山巖形成于西伯利亞古板塊和中朝古板塊沿西拉木倫河縫合帶閉合后加厚的新生下地殼部分熔融作用，而并非形成于俯沖洋殼的部分熔融作用.

致謝：鋯石分選工作由河北廊坊地源巖石礦物測試分選技術服務有限公司張江滿高級工程師完成，鋯石制靶、陰極發光圖像采集由北京鋯年領航科技有限公司劉力高級工程師完成，西北大學大陸動力學國家重點實驗室趙少偉博士在LA-ICP-MS U-Pb分析測試過程中給予了幫助與指導，在此表示最誠摯的謝意.

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