內蒙古北山地區(qū)早古生代火山巖巖石特征及成因

內蒙古北山地區(qū)早古生代火山巖巖石特征及成因

內蒙古北冰洋地區(qū)的早古生代位于哈薩克斯坦、塔利木和華北板塊的交匯處。地質構造復雜，巖漿活動強烈。其中，早古生代火山巖尤其是公共泉群（圖1a）。該組是北山地區(qū)重要的銅等多金屬賦礦層位，上世紀末前人對該組的研究主要側重于礦產方面，研究地點多集中于公婆泉一帶1晚奧陶世引領巖研究區(qū)早古生代大地構造位于哈薩克斯坦板塊南緣，公婆泉-東七一山早古生代巖漿弧北部阿民烏素一帶(圖1b)。公婆泉組呈帶狀北西西向展布，北側與早志留世侵入巖多為斷層接觸；中部和南側分別被晚奧陶世變質輝長巖和早志留世侵入巖侵入，總體呈大殘留體狀產出，其間發(fā)育緊閉型向斜構造(圖2)。原巖為一套火山—沉積建造，后期遭受了低綠片巖相區(qū)域變質變形作用改造，變質較淺，變形較強。根據巖石組合劃分2個段。一段：以片狀變質礫巖、變質砂巖為主夾大理巖，分布于緊閉向斜南北兩翼；二段：以鈉長陽起巖、斜長陽起巖、斜長陽起片巖為主夾變質砂巖(圖3),分布于緊閉向斜核部。變質火山巖呈層狀產出，橫向延伸較穩(wěn)定。2巖石顯微構造變質火山巖發(fā)育于公婆泉組二段，主要為鈉長陽起巖、斜長陽起巖、斜長陽起片巖(圖4)。鈉長陽起巖，巖石為灰黑色，柱狀微粒變晶結構，定向構造。陽起石呈柱狀、纖柱狀、針柱狀、微粒狀等，顯定向特征，多呈淡綠色，多色性較弱，含量55%～85%,一般為60%～70%,粒徑一般0.01～0.05mm,少量0.1～0.6mm,少量陽起石集合體似變余輝石斑晶假像；鈉長石呈他形微粒狀，含量15%～45%,一般為30%～40%,粒徑一般<0.05mm,集合體多呈條紋狀、線紋狀等聚集定向分布(圖4a)。斜長陽起巖，巖石為綠黑色，柱狀粒狀變晶結構，定向構造。陽起石他形柱狀、長柱狀、粒狀，定向明顯，多呈淡綠色，多色性較弱，含量多為30%～40%,粒徑多為0.01～0.2mm,粒徑較大者相對顯條紋狀聚集。斜長石他形微粒狀，填隙于陽起粒間，含量60%～80%,粒徑多<0.05mm,少量大者0.05～0.75mm,多相對呈條紋狀聚集(圖4b)。斜長陽起片巖顏色、結構、礦物成分、含量及粒度等與斜長陽起巖基本一致，二者差別為前者定向更強，為似片狀、片狀構造(圖4c)。3材料采集和測試方法本次研究測試樣品采自公婆泉組二段，采樣過程中，盡量避開脈體、接觸帶和破碎帶，采集新鮮巖石。樣品測試由河北省區(qū)域地質調查院實驗室完成。主量元素采用堿熔法制備樣品，采用X射線熒光光譜儀(Axios3.1al+fm-c+alk-si變質火山巖(鈉長陽起巖、斜長陽起巖、斜長陽起片巖)主量元素含量變化不大，顯示三者具同源特征。變質火山巖宏觀成層性較好，橫向延伸較穩(wěn)定。在A-C-FM原巖判別圖解(圖5a)中，樣品成分點均投影于基性巖區(qū)；在((al+fm)-(c+alk))-Si圖解(圖5b)中，樣品成分點基本投影于火山巖區(qū)，顯示其原巖為基性火山巖。三者巖石化學分析燒失量偏高(2.16%～2.70%),說明巖石經受了一定的蝕變作用，一些活動性強的不相容元素(如Rb,Ba,K,Na等)濃度可能會在地表蝕變過程中發(fā)生變化，因此，本次研究采用Zr/Ti-Nb/Y圖解和FeOt/MgO-SiO上述宏觀和主、微量元素特征反映研究區(qū)公婆泉組變質火山巖原巖為基性火山巖。3.2稀土元素特征變質火山巖稀土總量ΣREE=31.83～40.13×103.3含量特征表1顯示變質火山巖大離子親石元素(LILE)Rb(3.60～24.40×104民族特征4.1測樣品制備和測點選擇本次研究在阿民烏素公婆泉組二段鈉長陽起巖內采集鋯石U-Pb同位素測年樣品P11TW2,采樣坐標：E:98°34′8.8″;N:41°45′45.2″(圖2)。樣品由河北省區(qū)域地質調查院實驗室在無污染設備中進行鋯石分選，先將樣品碎至80～100μm,再用磁選和重液選方法選出單礦物。鋯石制靶由北京鋯年領航科技有限公司完成，在雙目鏡下根據鋯石形態(tài)、顏色、自形程度等特征選出晶形較完好、具代表性的鋯石與標樣一起置入環(huán)氧樹脂中，待冷卻后對其進行拋光，然后在陰極發(fā)光(CL)上進行鋯石顯微照相。選擇測點時，首先根據鋯石反射光和透射光圖像進行測試點初選，再與CL圖像進行認真對比，力求避開鋯石內部裂隙、包裹體等，以求獲得較準確年齡測試成果。鋯石U-Pb同位素測試在天津地質礦產研究所實驗室完成。使用激光燒蝕多接收器等離子質譜儀(LA-MC-ICPMS)進行微區(qū)原位U-Pb同位素測定。采用外部鋯石年齡(GJ-1)作為標準進行U-Pb同位素分餾校正4.2長度軸比樣品鋯石多呈褐粉色，邊緣棱角分明，個別棱角顯鈍，透明，金剛-弱金剛光澤。鋯石長軸70～150μm,短軸25～80μm,長短軸比多為(1.2～2.3)∶1,為短柱狀；少部分鋯石長短軸比為(3～5)∶1,為長柱狀；鋯石CL圖像(圖9)顯示鋯石均具較明顯震蕩環(huán)帶，所選25粒鋯石Th/U在0.29～0.52之間，多大于0.4,整體顯示巖漿鋯石特征表2反映25個測點5討論5.1南緣陸緣原生巖巖漿甘新蒙北山造山帶早古生代以紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井蛇綠混雜巖帶為界，以南為塔里木板塊，自南向北依次為敦煌地塊、紅柳園—白山堂晚古生代陸內裂谷帶、方山口—鷹嘴紅山早古生代被動陸緣帶；以北為哈薩克斯坦板塊南緣陸緣增生帶，由南到北依次為公婆泉—東七一山早古生代巖漿弧巖石地球化學顯示變質火山巖(鈉長陽起巖、斜長陽起巖、斜長陽起片巖)原巖為亞堿性玄武巖，拉斑玄武巖系列。稀土分配模式為平坦型(圖7),球粒隕石標準化蛛網圖(圖8)顯示大離子親石元素Rb,Ba和K相對富集，而高場強元素Nb,Ta,P,Zr,Ti明顯虧損，Nb/La為0.17～0.82,平均值為0.38,Hf/Th值為0.34～2.18,平均為1.41,顯示島弧火山巖特征(島弧巖漿巖Nb/La為0.3綜合大地構造位置、巖石學、巖石地球化學特征等分析認為，阿民烏素公婆泉組變質火山巖應形成于島弧環(huán)境，是早古生代紅柳河—白云山—洗腸井古亞洲洋向北俯沖的地質記錄5.2研究區(qū)的年齡和時代公婆泉組是北山地區(qū)公婆泉—東七一山早古生代巖漿弧主要組成部分。前人對公婆泉組時代進行了較多工作。甘肅省第二區(qū)測隊(1969)根據生物碎屑灰?guī)r中含1∶20萬路井幅區(qū)調項目在公婆泉群下部灰?guī)r中發(fā)現研究區(qū)位于公婆泉—東七一山早古生代巖漿弧中部，呈大殘留體狀產出，未見頂底，地層可見厚度>1206.83m。本次研究在鈉長陽起巖內獲得475±2Ma鋯石U-Pb年齡，時代為早奧陶世。綜合上述區(qū)域地質調查、古生物及年代學研究成果認為：北山地區(qū)公婆泉組具形成時代跨度大(475±2～421±15Ma),地層厚度巨大的特點，顯示該組穿時特征，是同一巖漿弧帶不同部位，形成的不同時代的產物，暗示早古生代紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井古亞洲洋向北俯沖時代早于早奧陶世，至晚志留世尚在俯沖消減。5.3腸井蛇綠巖帶北山地區(qū)位于哈薩克斯坦、塔里木和華北三大板塊交匯部位。研究區(qū)位于哈薩克斯坦板塊南緣陸緣增生帶，公婆泉—東七一山早古生代巖漿弧北部。阿民烏素公婆泉組是該巖漿弧的組成部分。隨著甘新蒙北山地區(qū)研究不斷深入，早古生代以紅柳河—牛圈子侯青葉上述年代學研究成果表明紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井蛇綠巖帶具下列特征：①該蛇綠巖帶時代跨度大(536±7～425.5±2.3Ma),說明紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井古亞洲洋初始拉張時代早于早寒武世，至中志留世尚未結束，顯示長期俯沖消減特征；②該蛇綠巖帶從東到西(月牙山—白云山—牛圈子—紅柳河)顯示同位素年齡有由大到小(536±7～530.2±1.2Ma>496.5±2.2Ma>463±18～446.5±4Ma>425.5±2.3Ma),形成時代由早到晚(早寒武世—晚寒武世—中、晚奧陶世—中志留世)的變化趨勢，從年代學角度暗示北山地區(qū)早古生代紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井古亞洲洋自東向西依次拉張的演化特征。板塊構造理論認為洋殼俯沖消減與活動大陸邊緣巖漿作用具因果關系，正是由于早古生代紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井古亞洲洋持續(xù)向北俯沖消減，才在公婆泉—阿民烏素—東七一山一線形成時代跨度大的早古生代巖漿弧，二者相互印證記錄了北山地區(qū)早古生代洋陸轉換復雜的構造演化信息。6山巖u-pb年齡及初始拉張時代(1)阿民烏素公婆泉組變質火山巖主要由鈉長陽起巖、斜長陽起巖和斜長陽起片巖組成，原巖為亞堿性玄武巖，拉斑玄武巖系列，巖石地球化學特征顯示其形成于島弧環(huán)境，是早古生代紅柳河—白云山—洗腸井古亞洲洋向北俯沖的產物。(2)研究區(qū)公婆泉組變質火山巖(鈉長陽起巖)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡475±2Ma,形成于早奧陶世，結合前人研究成果認為：北山地區(qū)公婆泉組時代跨度大，形于早奧陶世至晚志留世(475±2～421±15Ma),暗示早古生代紅柳河—牛圈子—白云山—洗腸井古亞洲洋向北俯沖時代早于早奧陶世，至晚志留世尚在俯沖消減。(3)前人年代學研究成