南蒙古東戈壁省石炭紀(jì)花崗巖成因
——鋯石U-Pb年代學(xué)、Sr-Nd-Hf同位素和地球化學(xué)證據(jù)

張曉偉，童 英，趙 輝，王 濤，郭 磊

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)研究所，北京 100037)

中亞造山帶南緣位于蒙古主構(gòu)造線、華北克拉通、塔里木克拉通之間(圖1，Wangetal., 2017)，由一系列的造山帶(南天山、中天山、北天山、成吉思、齋桑-準(zhǔn)格爾、阿爾泰、南蒙古-興安、內(nèi)蒙古-吉林、溫都爾廟等)、微陸塊(伊塞克、喀什伊犁、敦煌地塊、錫林浩特等)以及盆地(準(zhǔn)格爾、吐哈、松吉遼等)等組成(任紀(jì)舜等, 2013)。作為全球顯生宙最為典型且面積最大的增生型造山帶的一部分，中亞造山帶南緣經(jīng)歷了多階段(陸緣增生、后碰撞和陸內(nèi)造山作用)、多類型(大洋俯沖、多塊體碰撞拼合、后造山拉張)的殼幔相互作用(Khainetal., 2003)，因此具有涉及范圍廣、構(gòu)造演化長(zhǎng)期和復(fù)雜等特點(diǎn)(孫立新等, 2013; Xuetal., 2013; Kr?neretal., 2014)。

作為中亞造山帶南緣大陸地殼的主要組成部分，花崗巖的形成時(shí)代、成因機(jī)制以及所反映的大地構(gòu)造環(huán)境對(duì)于研究不同時(shí)代、構(gòu)造背景下的大面積花崗巖的成因、地殼增生等科學(xué)問(wèn)題尤為重要(吳福元等, 1999; Kovalenkoetal., 2004; Wildeetal., 2010; Hawkesworthetal., 2013; Wangetal., 2017)。中亞造山帶南緣出露花崗巖面積約4.3×105km2，其中寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、志留紀(jì)、泥盆紀(jì)及三疊紀(jì)花崗巖類局部發(fā)育，而石炭紀(jì)-二疊紀(jì)花崗巖在造山帶南緣呈面上分布，暗示著區(qū)域內(nèi)在晚古生代存在重大構(gòu)造體制(洋-陸)的轉(zhuǎn)變。南蒙古地處中亞造山帶南緣核心部位，由于受自然條件惡劣、人口較少、交通不便利、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)落后等多方面因素的限制，導(dǎo)致南蒙古基礎(chǔ)地質(zhì)研究程度一直較低，缺少原始巖漿巖同位素以及地球化學(xué)數(shù)據(jù)等的報(bào)道，因此中亞造山帶核心部位的晚古生代地殼生長(zhǎng)及其地球動(dòng)力學(xué)演化機(jī)制仍然存在爭(zhēng)議(Tang and Yan, 1993; Xiaoetal., 2003, 2004, 2009, 2010; Windleyetal., 2007, 2010; Xuetal., 2013)。為了更好地了解中亞造山帶核心部位的地殼演化歷史，為成巖背景提供更多證據(jù)，本文選取南蒙古東戈壁省境內(nèi)扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)進(jìn)行了系統(tǒng)的野外巖石學(xué)、室內(nèi)地質(zhì)年代學(xué)、地球化學(xué)和同位素特征研究工作，在此基礎(chǔ)之上結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，進(jìn)而探討中亞造山帶關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時(shí)期巖漿作用演化特征和形成機(jī)制。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

扎門烏德-烏蘭巴德拉赫地處南蒙古東戈壁省境內(nèi)，距離省會(huì)賽音山達(dá)市和中國(guó)邊境口岸二連浩特市均100 km左右。該地區(qū)記錄了奧陶紀(jì)至二疊紀(jì)包括島弧增長(zhǎng)、弧后裂解和地體增生等在內(nèi)的復(fù)雜的古亞洲洋演化歷史(Badarchetal., 2002; Windleyetal., 2007; Blightetal., 2010)。從構(gòu)造位置來(lái)看，研究區(qū)位于二連浩特-賀根山縫合帶北側(cè)的Nuhetdavaa弧盆和Enshoo島弧(圖1; Badarch and Tomurtogoo, 2001; Badarchetal., 2002)。出露地層時(shí)代有前寒武紀(jì)、寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)、第四紀(jì)等，其中石炭紀(jì)地層為淺海-陸內(nèi)復(fù)雜環(huán)境下的火山-沉積巖建造(流紋質(zhì)-安山質(zhì)-玄武質(zhì)熔巖、鈣質(zhì)凝灰質(zhì)火山巖、淺海相雜巖、碎屑巖等)，且海相沉積居多；二疊紀(jì)地層主要由海陸交互相火山-沉積巖建造組成，且大部分為陸相火山-沉積巖沉積，巖性主要為堿性火山巖、中性火山巖、酸性火山巖以及碎屑巖等(Badarchetal., 2002; Windleyetal., 2007; Blightetal., 2010; 劉永江等, 2011; 賈孝新, 2018)。

圖 1 中亞構(gòu)造簡(jiǎn)圖[a, 據(jù)Seng?r等(1993)、Xiao 等(2010)修改]和南蒙古大地構(gòu)造綱要圖[b，據(jù)Badarch 等(2002)修改]

研究區(qū)及鄰區(qū)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，整體呈北北東向展布，侵入巖主要是以巖基、巖株?duì)畛雎兜牟煌瑫r(shí)代中酸性花崗質(zhì)巖石，少部分為鐵鎂質(zhì)巖石，且其中石炭紀(jì)-二疊紀(jì)中酸性巖漿巖(花崗巖、流紋巖)出露面積最廣(Badarch and Orolmaa, 1998; 楊奇荻, 2014; Tongetal., 2015; Wangetal., 2017)。

2 巖石學(xué)及巖相學(xué)特征

本文在扎門烏德、烏蘭巴德拉赫地區(qū)(北部)采集了3個(gè)巖體的17個(gè)具有代表性的樣品，包括14個(gè)正長(zhǎng)花崗巖和3個(gè)二長(zhǎng)花崗巖樣品。4個(gè)花崗巖體的年齡樣品坐標(biāo)分別為110.43°E、43.89°N(M1498-3.1)，110.42°E、43.88°N(M1498-1.2)，111.37°E、43.70°N(M1288-1.7)和110.32°E、43.83°N(M1287-5.1)(圖2)。由于南蒙古地區(qū)缺乏地名，因此本文對(duì)3個(gè)巖體通過(guò)“地區(qū)+樣本”編號(hào)的形式來(lái)加以區(qū)分。

2.1 Ulaanb-8-3巖體

Ulaanb-8-3巖體，位于烏蘭巴德拉赫西北約20 km處，出露面積約140 km2，巖體周圍出露有泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)、侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)地層，未見(jiàn)出露前寒武紀(jì)地層，巖漿巖主要由二疊紀(jì)火山巖、花崗巖以及石炭紀(jì)花崗巖組成。該巖體主體是中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖，有細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖脈侵入(圖2a)，具有中細(xì)粒-細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物組成主要有石英(30%～35%)、鉀長(zhǎng)石(～50 %)、斜長(zhǎng)石(10%～15%)、黑云母(4%～5%)等，鋯石、磷灰石是主要副礦物(圖3a、3b)。

2.2 Zamiin-8-1巖體

Zamiin-8-1巖體，位于扎門烏德口岸(對(duì)面是中國(guó)二連浩特市口岸)西40 km左右，出露面積約80 km2，巖體周圍出露有前寒武紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地層(圖2b)。該巖體巖性為粗粒二長(zhǎng)花崗巖，表面顏色為淺肉紅色，具有中粗粒粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物組成主要包含石英(25%～30%)、鉀長(zhǎng)石(20%～35%)、斜長(zhǎng)石(20%～35%)、黑云母和角閃石(～5%)等(圖3c)。

圖 2 烏蘭巴德拉赫(a)和扎門烏德(b)地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖[根據(jù)Mineral Resources Authority of Mongolian, Mongolia Academy of Sciences(1998)修改]

圖 3 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖礦物特征顯微照片(正交偏光)

2.3 Ulaanb-7-5巖體

Ulaanb-7-5巖體位于烏蘭巴德拉赫西南30 km處，出露面積約500 km2，周圍有前寒武紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)和二疊紀(jì)地層(圖2c)。該巖體巖性為正長(zhǎng)花崗巖，表面顏色為淺肉紅色，具有粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物組成主要由石英(25%～30%)、正長(zhǎng)石(30%～45%)、斜長(zhǎng)石(15%～20%)、黑云母和角閃石(1%～5%)等組成(圖3d)。

3 測(cè)試方法

3.1 鋯石 U-Pb 年代學(xué)分析

用于U-Pb定年的鋯石，經(jīng)歷粉碎巖石-濕法篩選-磁選等流程，最終在雙目顯微鏡下手工挑選。為了更好地識(shí)別內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)并確保選擇好的分析點(diǎn)位，在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所進(jìn)行了透反射照片及陰極發(fā)光圖像(CL)的拍攝。鋯石U-Pb定年分別在西安地質(zhì)調(diào)查中心和北京離子探針中心進(jìn)行，采用的測(cè)試方法分別為L(zhǎng)A-ICP-MS和SHRIMP。所選測(cè)試點(diǎn)大小35 μm，采用Ple?ovic標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500等進(jìn)行年齡校正，利用Glitter軟件計(jì)算同位素比值和元素濃度，諧和圖通過(guò) ISOPLOT程序獲得(Ludwig, 2003)。

3.2 主量和微量元素分析

本文共對(duì)3個(gè)花崗質(zhì)巖體的17個(gè)樣品進(jìn)行了全巖分析工作。全巖化學(xué)成分(主量元素和微量元素)在加拿大溫哥華ACME測(cè)試實(shí)驗(yàn)室利用4A-4B 和1DX分析程序(方法)進(jìn)行分析，主量元素使用X射線熒光光譜儀(XRF)和耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-ES)，微量元素使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)進(jìn)行分析。

3.3 鋯石Lu-Hf同位素分析

鋯石Lu-Hf同位素分析測(cè)試工作在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所大陸動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室完成，詳細(xì)測(cè)試方法和步驟參見(jiàn)侯可軍等(2007, 2009)。

3.4 Sr-Nd 同位素分析

全巖Rb-Sr 和Sm-Nd 同位素在合肥中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)利用熱電離質(zhì)譜(MAT262)進(jìn)行同位素分析測(cè)試。87Sr/86Sr值和143Nd/144Nd值分別用86Sr/88Sr=0.119 4和146Nd/144Nd=0.721 9進(jìn)行校正。NBS987標(biāo)樣的平均87Sr/86Sr值為0.710 207±14，JNdi-4ul標(biāo)樣的平均143Nd/144Nd值為0.512 124±11。分析過(guò)程的詳細(xì)描述見(jiàn)Chen等(2002, 2007)。

4 測(cè)試結(jié)果分析

4.1 鋯石U-Pb年代學(xué)特征

(1)Ulaanb-8-3巖體

正長(zhǎng)花崗巖樣品(M1498-3.1，正長(zhǎng)花崗巖主體；M1498-1.2，花崗巖脈)中鋯石晶型較好，其形態(tài)主要呈長(zhǎng)柱狀、短柱狀或不規(guī)則狀，巖漿振蕩環(huán)帶發(fā)育明顯，不具有核-邊結(jié)構(gòu)，鋯石長(zhǎng)軸長(zhǎng)度介于50～250 μm之間(多為100～250 μm)，長(zhǎng)寬比為1∶1～4∶1(圖4a、4b)。

正長(zhǎng)花崗巖(M1498-3.1)樣品共測(cè)20個(gè)點(diǎn)，其中 5個(gè)Pb異常點(diǎn)予以剔除，其余15個(gè)點(diǎn)206Pb/238U年齡范圍在351～328 Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為337.0±4.0 Ma(MSWD=3.0，N=15)。正長(zhǎng)花崗巖脈(M1498-1.2)樣品共測(cè)20個(gè)點(diǎn)，其中3個(gè)Pb異常點(diǎn)予以剔除，其余17個(gè)點(diǎn)的206Pb/238U年齡介于338～326 Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為332.0±2.0 Ma(MSWD=1.0，N=17)。該組年齡均屬早石炭世，限制了巖漿作用的時(shí)限(表1，圖5a、5b)。

表 1 南蒙古石炭紀(jì)花崗巖鋯石LA-ICP-MS和SHRIMP U-Pb 定年分析結(jié)果

(2)Zamiin-8-1巖體

CL圖像顯示，Zamiin-8-1巖體中二長(zhǎng)花崗巖(M1288-1.7)的鋯石顆粒呈灰黑色、灰白色，大多數(shù)鋯石具有明顯的核-邊結(jié)構(gòu)，核部具有震蕩環(huán)帶，較暗且存在明顯的再吸光特征，具巖漿成因特征。樣品中鋯石顆粒形態(tài)多為長(zhǎng)柱狀，少部分為短柱狀，鋯石長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為50～230 μm，長(zhǎng)寬比為1∶1 至 3∶1(圖4c)。該樣品中共挑選了24個(gè)點(diǎn)進(jìn)行鋯石U-Pb同位素分析，結(jié)果顯示它們的諧和度較高，206Pb/238U年齡在321～315 Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為319.8±0.9 Ma(MSWD=1.7，N=24)。該年齡代表了Zamiin-8-1巖體的結(jié)晶年齡(圖5c)，說(shuō)明該巖體形成于晚石炭世。

(3)Ulaanb-7-5巖體

Ulaanb-7-5巖體中正長(zhǎng)花崗巖(M1287-5.1)樣品中鋯石多為灰白色短柱狀，少數(shù)為長(zhǎng)柱狀或橢球狀，長(zhǎng)度為35～180 μm，長(zhǎng)寬比為1∶1～2.2∶1，CL圖像可見(jiàn)清晰的生長(zhǎng)韻律環(huán)帶，顯示巖漿鋯石的特征(圖4d)。共挑選了5個(gè)點(diǎn)利用SHRIMP法進(jìn)行了U-Pb同位素分析，結(jié)果顯示206Pb/238U年齡介于311～304 Ma之間，206Pb/238U加權(quán)平均年齡為305.9±4.7 Ma(MSWD = 0.25，N=5)，代表了巖體的結(jié)晶年齡(圖5d)，說(shuō)明該巖體也形成于晚石炭世，但稍晚于Zamiin-8-1巖體。

圖 4 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖鋯石陰極發(fā)光(CL)影像圖

圖 5 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖鋯石U-Pb諧和年齡圖

4.2 巖石地球化學(xué)特征

(1)Ulaanb-8-3巖體

Ulaanb-8-3巖體中主巖體和巖脈主量元素含量相似，變化范圍不大，其特征是SiO2(76.31%～77.79%)、K2O(4.40%～4.86%)含量高，Al2O3(12.03%～12.64%)、MgO(0.04%～0.08%)、MnO(0.01%～0.02%)、P2O5(0.01%～0.06%)含量低，其他CaO(0.05%～0.09%)、TiO2(0.05%～0.09%)、Na2O(3.57%～3.83%)含量一般(表2)。所有樣品在K2O-SiO2圖(圖6a)上均落入高鉀鈣堿性區(qū)域，且具有弱的過(guò)鋁質(zhì)屬性(圖6b)。

正長(zhǎng)花崗巖中樣品中稀土元素總量變化范圍較窄(ΣREE= 119.36×10-6～180.69×10-6)，輕重稀土元素分異較弱[LREE/HREE=2.52～5.73，(La/Yb)N=1.54～4.83]，具有較強(qiáng)的負(fù)Eu異常(δEu= 0.07～0.12)，在蛛網(wǎng)圖上顯示Th、La、Nd、Zr、Hf正異常，Ba、Sr、Nb、Ti等負(fù)異常(圖7a、7b)。

(2)Zamiin-8-1巖體

二長(zhǎng)花崗巖樣品的主量元素SiO2含量高(72.65%～76.13%)，相對(duì)富堿(K2O=4.38%～6.13%，Na2O=2.54%～3.51%)，低P2O5(0.06%～0.11%)、TiO2(0.06%～0.24%)、MgO(0.16%～0.32%)。樣品具有高鉀鈣堿性、較強(qiáng)的過(guò)鋁質(zhì)屬性(圖6a、6b)。

二長(zhǎng)花崗巖的稀土元素總量較低，且變化范圍較大(52.58×10-6～126.40×10-6)，輕重稀土元素分異不明顯[LREE/HREE=2.07～5.30，(La/Yb)N=1.36～4.87]，具較弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.10～0.47)。在原始地幔微量元素蛛網(wǎng)圖解中，富集Th、U、Hf元素，虧損Ba、Nb、Sr、P、Ti元素(圖7c、7d)。

(3)Ulaanb-7-5巖體

Ulaanb-7-5正長(zhǎng)花崗巖樣品中，SiO2(74.85%～76.22%)、Al2O3(12.92%～13.47%)、Na2O(3.99%～4.25%)、K2O(3.93%～4.30%)和CaO(0.31%～0.49%)含量較高，MnO(～0.04%)和MgO(0.35%～0.38%)含量較低。這些樣品具有高鉀鈣堿性和弱的過(guò)鋁質(zhì)屬性(圖6a、6b)。

圖 6 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖K2O-SiO2判別圖解(a，據(jù)Peccerillo and Taylor，1976)和A/NK-A/CNK圖解(b，據(jù)Maniar and Piccoli, 1989)

正長(zhǎng)花崗巖稀土元素總量為77.93×10-6～103.31×10-6，從球粒隕石配分模式圖中，可以看出輕重稀土元素分異較弱[LREE/HREE=6.39～7.07，(La/Yb)N=5.34～6.31]，具弱的Eu負(fù)異常(δEu=0.37～0.47)。在微量元素蛛網(wǎng)圖解中，富集Th、La、Ce、Zr、Hf元素，虧損Nb、Nd、Ta、P、Ti等元素(圖7c、7d)。

圖 7 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a、c)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化多元素蛛網(wǎng)圖(b、d)

4.3 鋯石Hf同位素特征

(1)Ulaanb-8-3巖體

表 2 南蒙古石炭紀(jì)花崗巖主量(wB/%)和微量(wB/10-6)元素分析結(jié)果

(2)ZamiinUud-1巖體

4.4 Rb-Sr和Sm-Nd同位素特征

(1)Ulaanb-8-3巖體

正長(zhǎng)花崗巖(M1498-3.1和M1498-1.2)的Sr-Nd同位素成分組成為87Sr/86Sr(0.807 827～0.814 757)和143Nd/144Nd(0.512 668～0.512 778)。以337和332 Ma年齡計(jì)算初始Sr-Nd同位素組成,初始(87Sr/86Sr)i值為0.703 78～0.703 99，εNd(t)值為3.68～4.09，二階段Nd同位素模式年齡為790～750 Ma(表4)。

(2)ZamiinUud-1巖體

二長(zhǎng)花崗巖(M1288-1.7)的(87Sr/86Sr)i值為0.701 71，εNd(t)值為1.17，tDM2為980 Ma；正長(zhǎng)花崗巖(M1287-5.1)根據(jù)U-Pb定年結(jié)果306 Ma計(jì)算，得出(87Sr/86Sr)i值為0.704 27，(143Nd/144Nd)i值為0.512 516，εNd(t)值為5.25，二階段Nd同位素模式年齡為640 Ma(表4)。

表 4 南蒙古石炭紀(jì)花崗巖Sr-Nd同位素組成

表 3 南蒙古石炭紀(jì)花崗巖鋯石Lu-Hf同位素?cái)?shù)據(jù)

5 討論

5.1 成因類型

扎門烏德-烏蘭巴德拉赫地區(qū)早石炭世花崗巖(正長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖脈)A/CNK值小于1.1，富集K、Th、Nd、Zr、Hf等元素，虧損Ba、Sr、Nb、P、Ti等元素，且Eu有較強(qiáng)的負(fù)異常，具有分異演化的特征，這些地球化學(xué)特征與I型花崗巖特征相似；晚石炭世花崗巖(正長(zhǎng)花崗巖和二長(zhǎng)花崗巖)部分?jǐn)?shù)據(jù)A/CNK值大于1.1，但其具有高鉀鈣堿性屬性，Eu具有較弱的負(fù)異常，不具有S型花崗巖特征性礦物(富鋁質(zhì)礦物)，仍具有I型花崗巖地球化學(xué)和礦物學(xué)特征，其部分地化數(shù)據(jù)指標(biāo)A/CNK值大于1.1，可能是巖漿在上升的過(guò)程中有少量古老沉積地殼物質(zhì)的混染加入所致。

石炭紀(jì)花崗巖樣品在Ga-Al2O3圖解中，大部分?jǐn)?shù)據(jù)均落在I型花崗巖區(qū)域，只有正長(zhǎng)花崗巖脈中2個(gè)數(shù)據(jù)落在A型花崗巖區(qū)域，可能是因?yàn)槠湫纬捎诰植繌埿原h(huán)境中，沿?cái)嗔殉拭}體侵入導(dǎo)致(圖8a)。石炭紀(jì)花崗巖P2O5與SiO2含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，Th、Y與Rb元素呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系(圖8b、8c、8d)，具有典型的I型花崗巖演化趨勢(shì)(Chappell and White, 1992；吳福元等, 2007)。據(jù)此本文認(rèn)為扎門烏德-烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖應(yīng)該為I型花崗巖。

5.2 源區(qū)物質(zhì)特征

有關(guān)I型花崗巖的形成主要有兩種認(rèn)識(shí)：① 地殼的部分熔融與來(lái)自幔源的鐵鎂質(zhì)巖漿的混合，并伴隨結(jié)晶分異作用(Castroetal., 1991)；② 受殼幔作用影響下地殼或者洋殼的部分熔融(吳福元等, 2007)。扎門烏德-烏蘭巴德拉赫地區(qū)早石炭世花崗巖(正長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖脈)具有相似的Hf同位素特征，表明其源自同一巖漿房，其εHf(t)值介于9.70～14.90之間(平均值為12.83)，靠近虧損地幔演化線，且均位于球粒隕石和虧損地幔之間的區(qū)域(圖9b)，其tDM2(Hf)年齡為721～393 Ma(平均值為524 Ma)，全巖εNd(t)值為3.68～4.09，二階段Nd同位素模式年齡為790～750 Ma，表明其源區(qū)可能為地幔分異的新生地殼物質(zhì)(Peter and Roland, 2003)。結(jié)合其地球化學(xué)特征，說(shuō)明早石炭世正長(zhǎng)花崗巖可能為受地幔作用影響下玄武質(zhì)洋殼的部分熔融產(chǎn)物，研究區(qū)早石炭世地殼發(fā)生了增生作用。

圖 8 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖判別圖

圖 9 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(a)和εHf(t)-t圖解(b)

5.3 巖漿構(gòu)造演化

中亞造山帶南緣構(gòu)造背景爭(zhēng)議較大，其核心問(wèn)題是古亞洲洋的閉合時(shí)間，代表性觀點(diǎn)有兩種：① 志留紀(jì)—泥盆紀(jì)(早古生代時(shí)期)(Tang, 1990; Tang and Yan，1993; Xuetal., 2015; 龐崇進(jìn)等, 2016; 徐備等, 2018)；② 二疊紀(jì)—三疊紀(jì)(晚古生代時(shí)期)(Xiaoetal., 2003，2009, 2010; Windleyetal., 2007; 李錦軼等, 2009，2019; 劉建峰等, 2009，2016; 韓寶福等，2010; Wangetal., 2017)。而石炭紀(jì)作為一個(gè)承前啟后的關(guān)鍵時(shí)期，厘清其構(gòu)造環(huán)境對(duì)于解決古亞洲洋閉合的時(shí)間具有重要意義。在(Nb/Zr)N-Zr圖解上，扎門烏德-烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖落在俯沖相關(guān)區(qū)域，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景說(shuō)明其在石炭紀(jì)結(jié)束之前依然處在俯沖作用構(gòu)造背景下，表明古亞洲洋在該時(shí)期仍未完全閉合(圖10a)。

早石炭世花崗巖在判別圖解中(圖10b、10c、10d)，落在島弧或者板內(nèi)花崗巖區(qū)域，且其與島弧背景下的花崗巖特征存在明顯不同；其同位素特征(源區(qū)主要來(lái)自于玄武質(zhì)洋殼)以及同一巖漿房的細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖脈在5 Ma內(nèi)沿張開(kāi)裂隙(斷裂)侵入中細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖主體等特征，表明其形成于俯沖碰撞環(huán)境下的局部拉張。結(jié)合巖漿活動(dòng)時(shí)空分布規(guī)律，推斷其構(gòu)造背景可能為俯沖大洋板塊的回撤導(dǎo)致局部拉張，地殼和巖石圈地幔逐漸變薄，軟流圈上涌觸發(fā)洋殼巖石的部分熔融產(chǎn)生花崗質(zhì)巖漿(Elsasser, 1971; Garfunkeletal., 1986; Jiangetal., 2006, 2011; Hamilton, 2007)。

圖 10 扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)石炭紀(jì)花崗巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

晚石炭世早期二長(zhǎng)花崗巖(320 Ma)全部落入島弧區(qū)域，且與區(qū)域內(nèi)存在的泥盆紀(jì)-石炭紀(jì)島弧地殼是一致的(Blightetal., 2010)，表明其形成與于島弧環(huán)境；晚石炭世晚期正長(zhǎng)花崗巖(305 Ma)落入后碰撞區(qū)域，同時(shí)該區(qū)域出露了一條晚石炭世-二疊紀(jì)代表后碰撞環(huán)境的A型花崗巖帶(Lamb and Badarch, 2001; Gereletal., 2005; Jahnetal., 2009; Tongetal., 2015; Xuetal., 2020)，間接表明其形成于后碰撞伸展的構(gòu)造環(huán)境(唐克東等, 1982; 劉建峰, 2009)。上述證據(jù)表明石炭紀(jì)扎門烏德-烏蘭巴德拉赫地區(qū)一直處于持續(xù)俯沖的構(gòu)造背景，區(qū)內(nèi)的花崗巖記錄了研究區(qū)內(nèi)早期大洋板塊回撤導(dǎo)致的局部拉張到晚期后碰撞伸展環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

6 結(jié)論

本文依據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查、室內(nèi)鏡下觀察、Sr-Nd-Hf同位素和地球化學(xué)數(shù)據(jù)以及區(qū)域地質(zhì)背景資料，獲得以下結(jié)論：

(1)借助于鋯石U-Pb定年方法，在南蒙古東戈壁省扎門烏德和烏蘭巴德拉赫地區(qū)識(shí)別出3個(gè)石炭紀(jì)花崗巖體，其侵位年齡為早石炭世(337 Ma和332 Ma)和晚石炭世(320 Ma和306 Ma)。

(2)石炭紀(jì)花崗巖均為I型花崗巖，早石炭世花崗巖源區(qū)主要是新生洋殼物質(zhì)，晚石炭世花崗巖源區(qū)以新生地殼物質(zhì)為主，巖漿在上升過(guò)程中加入少量古老地殼物質(zhì)；巖漿作用早石炭世主要是地殼增生作用，晚石炭世則以地殼增生作用為主、地殼改造作用為輔。

(3)研究區(qū)石炭紀(jì)一直處于俯沖構(gòu)造背景，石炭紀(jì)花崗巖記錄了早期大洋板塊回撤導(dǎo)致的局部拉張到晚期后碰撞伸展環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

致謝感謝匿名評(píng)審人對(duì)稿件提出的寶貴意見(jiàn)。