內(nèi)蒙古東烏旗地區(qū)寶力高廟組火山巖地球化學(xué)特征

內(nèi)蒙古東烏旗地區(qū)寶力高廟組火山巖地球化學(xué)特征

俄羅斯古生代構(gòu)造帶的兩個(gè)二桂旗成礦帶位于西伯利亞板塊和東烏旗的東南緣。古生代構(gòu)造的大量記錄不僅記錄了中國(guó)北方克拉通和西伯利亞地臺(tái)的聚集，而且還記錄了古代亞洲擴(kuò)張、崩潰和與古代大陸的沖突和對(duì)接的痕跡。同時(shí)，生產(chǎn)了大量的金屬礦床（點(diǎn)）。這是中國(guó)北方和蒙古南部最重要的銅、金和稀有金屬礦產(chǎn)區(qū)。近年來(lái),由于北鄰蒙古國(guó)南部察干蘇布爾加和歐玉陶勒蓋等大型斑巖型銅金鉬礦床的陸續(xù)發(fā)現(xiàn),使得該區(qū)地學(xué)研究成為一個(gè)熱點(diǎn)地區(qū)。二連-東烏旗成礦帶分布面積占基巖出露近1/3的為寶力高廟組(圖1A),是一套陸相火山碎屑巖夾碎屑巖組合。根據(jù)在其中發(fā)現(xiàn)的化石,前人確定其地質(zhì)時(shí)代為石炭紀(jì)-二疊紀(jì),而且組一級(jí)的地質(zhì)單位下沒有進(jìn)一步的劃分,給區(qū)域性的1/5萬(wàn)填圖工作帶來(lái)不便,同時(shí)粗略的年代厘定,也為古亞洲洋的閉合時(shí)限的研究以及二連-東烏旗的找礦方向的確定帶來(lái)困難。為此,筆者在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)東烏旗狠麥溫都爾地區(qū)的寶力高廟組進(jìn)行了詳細(xì)劃分,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用SHRIMP測(cè)年技術(shù)測(cè)得了寶力高廟組的地質(zhì)時(shí)代。1寶力高廟組的地層序?qū)毩Ω邚R組主要分布在賀根山斷裂帶以北的二連-東烏旗一帶(圖1A),向北東延伸至尕拉城等地。其層型剖面位于東烏旗寶力高廟白云敖包,是1960年1/100萬(wàn)呼和浩特幅工作時(shí)創(chuàng)建的,命名地上、下層位(即頂、底)不清。根據(jù)其原始含義,分布于寶力高廟和小壩梁、達(dá)布蘇諾爾一帶的寶力高廟組主要由砂礫巖和酸性火山巖構(gòu)成。而在阿巴嘎旗烏蘭敖包的次層型剖面上(1979年1/20萬(wàn)區(qū)調(diào)測(cè)制),下部的1~8層為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r等火山碎屑巖和粉砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖夾凝灰?guī)r等,含植物化石;上部的9~20層則為英安質(zhì)火山碎屑巖和砂礫巖、流紋巖等。在二連北部的紅格爾和查干敖包一帶,寶力高廟組以碎屑巖特別細(xì)碎屑巖如粉砂質(zhì)板巖、炭質(zhì)板巖、變余粉砂巖等為主,火山巖的含量不到20%(1)。其地層層序并非1/20萬(wàn)區(qū)調(diào)報(bào)告(2)中描述的那樣,下部碎屑巖、上部灰綠色、灰紫色安山巖夾砂巖,而是下部為安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖,只是夾有較多的細(xì)碎屑巖;上部為砂礫巖、鈣質(zhì)砂巖和炭質(zhì)砂巖、千枚狀粉砂巖、板巖,含有較多的英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r和流紋巖的夾層。往東北東烏旗滿都胡地區(qū),寶力高廟組出露不多,所見主要為碎屑巖和少量火山碎屑巖,而在尕拉城幾乎為正常沉積的碎屑巖地層。2巖性組合及剖面位置東烏旗地區(qū)主要出露基巖為寶力高廟組和石炭紀(jì)花崗巖,少量的中生代地層分布在山前盆地邊緣地帶。其中寶力高廟組不同巖石組合出露相對(duì)齊全的地段位于東烏旗巴潤(rùn)誤門黑臘一帶,詳見上石炭統(tǒng)寶力高廟組(C2b)實(shí)測(cè)剖面圖(圖2)。剖面起點(diǎn)位于巴潤(rùn)誤門黑臘西側(cè)1km處,頂部被安格爾音烏拉組逆沖推覆掩蓋;終點(diǎn)位于阿布其查干敖包西側(cè)1km處,被上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組覆蓋,未見底(圖1B)。剖面中部晚石炭世二長(zhǎng)花崗巖脈侵入,使得南北兩側(cè)的寶力高廟組上、下段之間未見直接接觸。由上述剖面可知,寶力高廟組下部以安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖為主,上部以流紋巖、流紋質(zhì)-英安質(zhì)等酸性火山碎屑巖夾正常沉積碎屑巖為主。這兩套不同的巖性組合分布范圍也有一定的規(guī)律性。其中,阿日池格以南的敦達(dá)都蘭-準(zhǔn)都蘭一帶主要出露有灰紫色安山巖和灰黑色安山質(zhì)晶屑凝灰?guī)r等火山碎屑巖,夾一層較厚的巨礫角礫巖,尤其熔巖膠結(jié)的巨礫角礫巖向東至達(dá)霍納、準(zhǔn)都蘭等延續(xù)較好;該層位上部為深灰色、灰褐色安山質(zhì)火山碎屑巖,包括巖屑凝灰?guī)r、火山角礫巖、角礫狀晶屑巖屑凝灰?guī)r,以及熔結(jié)凝灰?guī)r等巖類,分布在沙那嘎南側(cè)得勒、珠兒狠敖老斷裂以南地區(qū)。在寶力格蘇木北側(cè)滿多爾塔拉-喇嘛溝一帶,則為灰褐色、灰紅色安山巖夾安山質(zhì)凝灰?guī)r、晶屑凝灰?guī)r為主;喇嘛溝溝頭則是以灰綠色凝灰質(zhì)砂巖夾安山巖為主。上述地區(qū)巖石以安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖為主,與實(shí)測(cè)剖面中25~29層相近,并夾有成熟度較低的砂礫巖,特別在敦達(dá)都蘭-準(zhǔn)都蘭一帶出露的則夾有安山質(zhì)熔巖膠結(jié)的巨礫角礫巖標(biāo)志層,標(biāo)志著火山盆地初始開裂階段的沉積相應(yīng),故置于寶力高廟組下段(C2b1)。而在巴彥敖包一帶出露的寶力高廟組以肉紅色流紋巖為主,夾有流紋質(zhì)角礫熔巖等;沙那嘎幅中部的狠麥溫都爾向北東經(jīng)東風(fēng)大隊(duì)幅的貝格其布墩、寶力高廟幅的包爾敖包特、古爾班,延至寶力格幅的敖包特浩來(lái),均以流紋質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖夾泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂礫巖為主,在布拉格一帶則出露富含植物化石的灰黑色炭質(zhì)板巖、泥質(zhì)粉砂巖地層;乃林渾迪一帶在流紋巖和英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r中夾有較厚的成熟度相對(duì)較好的灰白色石英砂礫巖等河流相沉積地層。這些地區(qū)出露的巖石組合以剖面1~24層為代表,為一套英安質(zhì)火山碎屑巖和灰白色塊狀流紋巖-英安巖等與正常沉積的細(xì)碎屑巖(灰白色中層狀砂礫巖、夾深灰色-灰黑色含植物化石泥質(zhì)粉砂巖)互層,劃歸為寶力高廟組上段(C2b2)。上述寶力高廟組的不同巖石組合大多出露在巴潤(rùn)誤門黑臘上石炭統(tǒng)寶力高廟組(C2b)實(shí)測(cè)剖面中(圖2)。剖面起點(diǎn)位于巴潤(rùn)誤門黑臘西側(cè)1km處,頂部被安格爾音烏拉組逆沖推覆掩蓋;終點(diǎn)位于阿布其查干敖包西側(cè)1km處,未見底(圖1B)。剖面中部晚石炭世二長(zhǎng)花崗巖脈侵入,使得南北兩側(cè)的寶力高廟組上、下段之間未見直接接觸。3灰砂砂巖角色質(zhì)地東烏旗地區(qū)的寶力高廟組與建組剖面寶力高廟白云敖包的地層層序和巖石組合大體一致。下段巖性主要為安山巖、安山玄武巖、集塊(熔)巖,火山角礫巖、熔結(jié)凝灰?guī)r、漿屑凝灰?guī)r、晶屑巖屑凝灰?guī)r為主的中性火山熔巖、火山碎屑巖,底部為分選中等、磨圓差、多呈塊層狀構(gòu)造或被安山質(zhì)熔漿膠結(jié)的角礫巖,是火山盆地開裂之初的近源堆積特征。其上火山活動(dòng)漸強(qiáng),火山噴發(fā)的中心在達(dá)霍納、沙那嘎巴嘎和塔爾巴格吐一帶,既有溢流相的安山巖,更有大量的安山質(zhì)火山碎屑巖夾層。大規(guī)模的爆發(fā)相火山碎屑巖的出現(xiàn),代表了陸相火山活動(dòng)達(dá)到了高潮。寶力高廟組上段主要是中性火山噴發(fā)減弱(或結(jié)束)之后的又一次火山活動(dòng),巖性以流紋巖、英安巖等溢流相酸性熔巖和英安質(zhì)晶屑(巖屑)凝灰?guī)r及大規(guī)模的正常沉積的河流相沉積巖為主,由底部向上,火山巖的分布漸少,與次層型剖面-烏蘭敖包剖面特征相似。其中砂礫巖多以灰白色石英砂巖、細(xì)礫巖為主,碎屑多為磨圓度、分選度較好的石英顆粒構(gòu)成,且在砂巖層中見水平層理、交錯(cuò)層理等構(gòu)造,灰白色石英砂巖與灰黑色粉砂巖的互層指示了河流相沉積的二元結(jié)構(gòu)。在布拉格和準(zhǔn)薩拉一帶夾有較多的鈣質(zhì)砂巖透鏡體和灰黑色頁(yè)片狀泥巖,組分中含有較多的有機(jī)質(zhì),并常見有屬安加拉植物群化石的存在,指示了封閉河灣或?yàn)a湖相的沉積環(huán)境。寶力高廟組中富含植物化石,除前人發(fā)現(xiàn)的NoeggerathiopsissubangustaZal,Noe.TheodoriNoe.cf.derzavinii等科達(dá)類植物化石和Tingiahamaguchiikon/no,Bothrodendronsp.,Angaropteridiumcwdiopteroides(Schmalh)zal等植物化石外,在布拉格和準(zhǔn)薩拉一帶新發(fā)現(xiàn)其中含有N.otozamioidesSzeetLee(耳狀脈羊齒),Neuropterissp.(脈羊齒),Calamitessp.(蘆木),Paracalamitessp.(副蘆木),Noeggerathiopsissp.(匙葉),Noe.lotifoliaNeuburg(牛角狀匙葉),Noe.derzaviniiNeuburg(帶匙葉),Noe.theodoritschirkoroetzalessky(提奧多爾匙葉),Noe.cf.candalepensisZal.(坎德爾匙葉相似種),Noe.cf.synensis(辛西恩匙葉相似種),Noe.cf.lotifoliaNeuburg(牛角狀匙葉相似種)等植物化石。從上述化石來(lái)看,NeuropterisotozamioidesSzeetLee和Bothrodendronsp.是晚石炭世的產(chǎn)物,在晚石炭世太原組中常見,脈羊齒也是華夏植物群的典型分子;而Angaropteridiumcwdiopteroides(Schmalh)zal,則常見于俄羅斯庫(kù)茲涅斯克、霍爾維楊等地區(qū)的晚石炭世地層中,Noe.cf.lotifoliaNeuburg,Noe.derzaviniiNeuburg和Noe.cf.candalepensisZal.等化石是晚石炭世-早二疊世地層中的常見分子,分布在我國(guó)的準(zhǔn)噶爾、蒙古國(guó)阿爾泰山和俄羅斯的西伯利亞、米努辛等地的晚石炭世地層中,這些化石都是典型的安加拉植物群分子。綜合上述古生物化石,寶力高廟組的地層時(shí)代應(yīng)為晚石炭世。此外,除脈羊齒為華夏植物群的典型分子外,其余多為安哥拉植物群的成分,但也說(shuō)明寶力高廟組沉積時(shí)期二連-東烏旗地區(qū)出現(xiàn)了暖水型植物和冷水型植物混生現(xiàn)象。4巖石學(xué)和年齡為準(zhǔn)確地確定寶力高廟組的地層年代,本次工作在準(zhǔn)都蘭和巴彥敖包兩地分別對(duì)該組下段的安山巖和上段的流紋巖、英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r分別進(jìn)行了SHARMP鋯石U-Pb同位素年齡測(cè)定。具體采樣地見圖1B,其中流紋巖和英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的樣品分布在剖面的第22層和第16層(圖2)。鋯石分選在河北省廊坊地質(zhì)調(diào)查研究所完成。樣品經(jīng)常規(guī)的粉碎淘洗后,磁選(去除磁性礦物)和重液分離,然后在雙目鏡下人工挑選純度在99%以上的鋯石。將挑選的鋯石送北京離子探針中心制靶,即用環(huán)氧樹脂將高純度的鋯石和標(biāo)樣固定在一個(gè)薄的圓柱體上,利用不同型號(hào)的砂紙和磨料將鋯石磨平(打去其中的一半大小)拋光。在此基礎(chǔ)上將樣靶中的每一顆鋯石顆粒在光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行正交偏光和單偏光照相;并對(duì)制備好的樣品送北京大學(xué)電子系實(shí)驗(yàn)室用掃描電子顯微鏡進(jìn)行陰極發(fā)光成像觀察,查明鋯石內(nèi)部生長(zhǎng)層的分布和結(jié)構(gòu)。最后在北京離探中心實(shí)驗(yàn)室的高分辨率高靈敏度離子探針SHRIMPII儀器上進(jìn)行鋯石U-Pb同位素定年測(cè)試。樣品的Pb/U值是根據(jù)測(cè)量時(shí)標(biāo)樣的UO/U-Pb/U關(guān)系和樣品的UO/U來(lái)標(biāo)定的,樣品中的U、Th和Pb的含量是根據(jù)標(biāo)樣的Zr、U、Th的含量和測(cè)定的Zr、U、Pb值來(lái)校正的。測(cè)定的標(biāo)樣來(lái)自TEMORA鋯石,每測(cè)3個(gè)點(diǎn)后插入一次標(biāo)樣測(cè)定,以便及時(shí)校正。測(cè)定分析流程和原理參見文獻(xiàn),測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算處理采用ISOPLOT程序處理。寶力高廟組下段的安山巖測(cè)年樣品取自研究區(qū)南部的準(zhǔn)都蘭地區(qū),在陰極發(fā)光圖像上鋯石總體顯示顏色較深,將背景調(diào)亮后鋯石特征顯示出不同的兩組(圖3上):一組呈長(zhǎng)柱狀,顏色較暗,U、Pb含量高,并且自形環(huán)帶發(fā)育,Th/U為1.7~2.3,含包裹體,U、Pb含量高,巖漿鋯石特征明顯,其中的6個(gè)測(cè)年數(shù)據(jù)的結(jié)果集中在一致線上,經(jīng)204Pb校準(zhǔn)后的206Th/238U表面年齡加權(quán)平均值為320.1±7.2Ma(圖3下);另一組破碎狀,顏色較淺,U、Pb含量低,環(huán)帶也發(fā)育,Th/U比0.45~0.67,也顯示巖漿鋯石的特征,其中1.1號(hào)206Th/238U表面年齡(經(jīng)204Pb校準(zhǔn))為2210.3±9.7Ma,207Pb/206Pb表面年齡(經(jīng)204Pb校準(zhǔn))為2254±22Ma,顯然二者吻合較好,即測(cè)年結(jié)果位于一致線上;而14.1,15.1兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)年結(jié)果均為370Ma左右;3.1,7.1,13.1三個(gè)測(cè)點(diǎn)均測(cè)自巖漿鋯石邊部的新生變質(zhì)鋯石,年齡為235Ma左右(圖3,表1)。寶力高廟組上段英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的鋯石顆粒較大,多大于200μm,自形環(huán)帶發(fā)育,有殘留核,偶見亮化邊,Th/U比0.4~0.6,巖漿鋯石特征明顯(圖4)。測(cè)年結(jié)果中除9.1號(hào)測(cè)點(diǎn)獲得了一個(gè)270Ma的年齡外,其余11測(cè)點(diǎn)206Th/238U年齡均在305Ma左右,經(jīng)過(guò)204Pb校準(zhǔn)后的206Th/238U表面年齡加權(quán)平均值為304.9±3.1Ma(圖4,表2),代表了火山巖巖漿作用的年齡。寶力高廟組上段灰白色流紋巖樣品位于英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的上部層位。測(cè)年樣品(T1542-1)的鋯石CL圖像顯示,鋯石多具振蕩環(huán)帶構(gòu)造,有殘留核,巖漿鋯石特征明顯(圖5)。11個(gè)測(cè)點(diǎn)中的10個(gè)測(cè)得其U、Th含量極高,Th/U比0.6~0.8,經(jīng)204Pb校準(zhǔn)后的206Th/238U其表面年齡加權(quán)平均值為303.4±6.7Ma,指示了巖漿作用的年齡。而9.1測(cè)點(diǎn)為鋯石殘留核部的測(cè)點(diǎn),其U含量高于其它測(cè)得,而Th含量則較低,Th/U比僅為0.12,變質(zhì)鋯石的特征明顯,測(cè)得其表面年齡206Th/238U(經(jīng)204Pb校準(zhǔn))為2320±9.5Ma;表面年齡207Pb/206Pb(經(jīng)204Pb校準(zhǔn))為2393±8.1Ma,基本在諧和線上,表明該年齡值也是可信的(圖5,表3)。綜合上述三個(gè)鋯石U-PbSHRIMP法測(cè)得的精確同位素年齡數(shù)據(jù),表明工作區(qū)寶力高廟組的地層年代為介于305~320Ma之間,其中安山巖(研究區(qū)初始火山噴發(fā))的同位素年齡320Ma,為晚石炭世早期,相當(dāng)于巴什基爾階;而上段流紋巖、英安質(zhì)晶屑凝灰?guī)r的同位素年齡303~305Ma,為莫斯科階。這些年齡數(shù)據(jù)的獲得,不僅確立了寶力高廟組的地層時(shí)代為晚石炭世,也提示上寶力高廟上、下段劃分的可靠性。此外,對(duì)侵入于寶力高廟組的花崗巖進(jìn)行SHRIMP測(cè)年也分別獲得了299.2Ma、301.5Ma和302.5Ma(1)(圖1B),進(jìn)一步佐證了寶力高廟組的地層時(shí)代不晚于3億年,即為晚石炭世的可能。其中,TW1196和TW1542兩個(gè)樣品中均測(cè)得2.2~2.3Ga的年齡信息(都是在諧和線上的年齡值),可能反映了源區(qū)繼承鋯石的年齡信息,即寶力高廟組火山巖是由2.2Ga形成的達(dá)里甘嘎古前寒武紀(jì)微陸塊熔融而成的。TW1196獲得的2個(gè)37