The formation ages of the Langzishan and Lieryu Formations in Lianshanguan area, Benxi, Liaoning Province, and its geological significance.
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摘要:
辽宁省本溪连山关地区出露大面积的古元古代辽河群地层，在朱家沟典型剖面浪子山组中识别出2层斜长角闪岩，镜下观察其原岩为玄武岩；在连山关及河栏镇里尔峪组中识别出一套酸性火山岩。对浪子山组2件斜长角闪岩样品、里尔峪组2件流纹岩样品测定LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄。阴极发光图像显示，样品D020锆石内部结构整体发黑、条痕状吸收程度不等，Th/U值较低，为变质锆石，其1934±45Ma代表了浪子山组的变质年龄。其余3个样品阴极发光图像显示典型的岩浆振荡环带结构和较高的Th/U值，为岩浆锆石。1952±38Ma代表了浪子山组的形成时代，2177±34Ma和2208±12Ma代表了里尔峪组的形成时代。结合前人资料，将辽河群形成时代限制在2.20~1.95Ga，其形成时代持续了250Ma左右。野外接触关系及火山岩年代学特征从另一个方面揭露了辽河群总体为一套无序、局部有序的构造地层，各岩组间不存在上下关系，浪子山组已经不适合置于里尔峪组之下。
Abstract:A large area of the Paleoproterozoic Liaohe Group is exposed in Lianshanguan area, Benxi, Liaoning Province. Two layers of amphibolite and a set of felsic volcanic rocks have been identified in the Langzishanand Lieryu Formations of the Liaohe Group. The samples include two amphibolites and two rhyolites. Zircons from D020 for LA-ICP-MS U-Pb dating have black interior structure, unequal striation absorption and low Th/U ratios, indicating typical metamorphic origin. The age of 1934±45Ma represents the metamorphic age of the Langzishan Formation. Zircons from the other three samples for LA-ICP-MS U-Pb dating have oscillatory zoning and high Th/U ratios, indicating typical magmatic origin. The ages of 1952±38Ma and 2177±34Ma, 2208±12Ma represent the formation age of the Langzishan and Lieryu Formations respectively. In consideration of previous data, the authors hold that the formation age of the Liaohe Group is limited in the range of 2.20~1.95Ga, lasting about 250Ma. Field contact relations and chronological characteristics of volcanic rocks reveal that the Liaohe Group is a series of disordered and locally ordered structural strata, and there is no upper and lower relation between the rock groups. The Langzishan Formation is no longer suitable for being placed beneath the Lieryu Formation.
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中亚造山带是世界上最大的古生代增生带和最大的显生宙大陆地壳生长带[1-7], 是一个持续俯冲增生造山带[8-10]。北山造山带作为中亚造山带的重要组成部分(图 1-a)，是研究和支撑中亚造山带古生代构造格局的关键地区[12]。
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图 1 北山造山带蛇绿岩时空分布(a)和中亚造山带构造简图(b)(据参考文献[11]修改)Figure 1. Temporal and spatial distribution of ophiolites in the Beishan orogenic belt(a) and structural sketch map of the Central Asian orogenic belt(b)内蒙古北山地区位于中亚造山带南缘，西邻东天山，东接阿拉善，其大地构造位置较复杂[13-16]。经历了多阶段的俯冲拼贴过程，形成了从南向北依次出露的柳园-账房山、洗肠井-白云山-牛圈子-红柳河、小黄山-芨芨台子、红石山-百合山等多条蛇绿混杂岩带(图 1-b)，前人对不同的蛇绿岩进行了研究，获得了丰富的资料[17-24]。近年的研究资料表明，北山造山带中部的洗肠井-白云山-牛圈子-红柳河蛇绿岩最早形成于寒武纪[13, 20, 25]，奥陶纪向北强烈俯冲[10]。对于早泥盆世的构造属性，存在柳园蛇绿岩向北俯冲[26-28]、同碰撞或弧陆拼贴[29]、造山后伸展[30]等多种认识，泥盆纪岩浆岩成为研究古生代洋陆转化的重要载体之一。然而，前人的研究集中在花岗岩类，对火山岩的研究很少。李向民等[31]及Guo等[26]报道了在牛圈子地区的志留纪—泥盆纪三个井组火山岩，该火山岩地层的东西向延伸、区域对比亟需进一步研究。
鉴于此，本文以最新的1:5万填图资料及测试数据为基础，通过岩石学、岩石地球化学、锆石Lu-Hf同位素等特征的综合分析，对白云山南侧三个井组火山岩的时代归属进行重新厘定，研究其岩石成因及形成的大地构造环境，为探讨白云山洋盆的闭合时限提供重要的依据。
1. 区域地质
白云山东距额济纳旗约250 km，东临月牙山-洗肠井蛇绿构造混杂岩带，西部为牛圈子蛇绿岩带(图 1)。白云山蛇绿岩带呈北西西向带状展布，东西长约26 km，南北宽2~4.5 km。下部主要出露橄榄岩、辉橄岩、二辉橄榄岩等超基性杂岩，普遍蛇纹石化，构造混杂岩带强糜棱岩化，辉长岩和斜长花岗岩呈岩株状侵出地表；上部为红褐色-紫红色含放射虫硅质岩，构造作用强烈，多呈岩块分布于蛇绿构造混杂岩带中，表现出远洋沉积的特征并被后期辉绿岩脉侵入。蛇绿构造混杂岩带北部为晚奥陶世白云山组弧前盆地沉积建造及中志留世石英闪长岩，被认为是哈萨克斯坦板块与塔里木板块之间大洋俯冲的产物[13]。混杂岩带南部出露二叠纪、泥盆纪侵入体，地层主要为被动陆缘沉积的晚奥陶世锡林柯博组，主要岩性为灰绿色变质长石岩屑砂岩、灰绿色变质长石石英砂岩、灰褐色白云岩等，被敦煌地块中新元古界碳酸盐岩沉积盖层逆冲掩覆。研究区三个井组是从前人认为的横峦山群中新识别而来的，与北侧的锡林柯博组呈断层接触，岩石组合主要为一套凝灰质长石岩屑砂岩、凝灰质粉砂岩、硅质粘土岩夹基性-中基性火山岩。火山岩主要由玄武岩、玄武安山岩、流纹质凝灰岩等组成，玄武岩以层状构造为主，部分发育枕状构造及气孔杏仁状构造(图 2-a)。
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图 2 月牙山幅地质简图(a)和三个井组PM06实测剖面(b)①a图：1—中、新元古界；2—寒武纪—奥陶纪西双鹰山组；3—晚奥陶世锡林克博组；4—晚奥陶世白云山组；5—早泥盆世三个井组二段；6—晚泥盆世墩墩山组；7—早白垩世赤金堡组；8—新近系；9—第四系；10—白云岩透镜体；11—蛇绿岩带；12—超基性岩块；13—花岗闪长岩；14—石英闪长岩脉；15—闪长岩脉；16—断层；17—PM06剖面位置；b图：1—安山质晶屑凝灰岩；2—长石岩屑砂岩；3—凝灰质长石岩屑砂岩；4—杏仁状安山岩；5—玄武岩；6—流纹斑岩；7—闪长岩；8—硅质白云岩；9—结晶灰岩；10—安山岩；11—断层破碎带；12—不整合界线；13—产状；14—采样位置Figure 2. Geological map of Yueyashan Sheet(a)and measured profile PM06 of Sangejing Formation(b)2. 岩石学特征
枕状玄武岩：中等风化程度，风化面呈灰色-灰绿色，新鲜面呈深灰色-灰色，局部枕状构造明显，表面常见小气孔。主要矿物组成为斜长石+辉石(75%)，暗色矿物(25%)，岩石由斑晶、基质组成。斑晶主要由矿物假象组成，粒径约1 mm，零星分布，后期被帘石交代呈假象产出，含量约为2%。基质由斜长石、暗色矿物组成，粒径小于0.2 m。斜长石呈板条状，长轴多显定向排列，略显残余间粒结构，后期具帘石化、粘土化、褐铁矿化、碳酸盐化、次闪石化；暗色矿物后期多具帘石化、褐铁矿化、次闪石化呈假象产出。岩内可见被硅质、褐铁矿、少量碳酸盐矿物充填的微裂纹。
气孔-杏仁状玄武岩：风化作用较强，风化面和新鲜面都为深灰色，岩内未见斑晶。岩石由斜长石、辉石和暗色矿物组成，斜长石含量约为65%，辉石含量约20%，暗色矿物约为15%。斜长石呈半自形板状、板条状，粒径为0.1~1 mm，长轴定向排列，显交织结构，后期具粘土化、绢云母化、碳酸盐化、褐铁矿化。暗色矿物后期具帘石化、褐铁矿化、碳酸盐化、绿泥石化，呈假象产出，杂乱分布于斜长石间。岩内多见被碳酸盐、硅质、帘石充填的杏仁体，呈云朵状、不规则状，大小为0.5~10 mm，长轴多显定向排列，岩内另见被碳酸盐矿物充填的裂隙。杏仁体占岩石体积的10%~15%。
3. 实验方法
用于岩石地球化学研究的玄武岩样品采自白云山一带锡林柯博组南部三个井组剖面(PM06)(图 2-b)，样品采集过程中避开脉体发育地段。样品分别进行主量和微量元素测试。样品磨碎至200目后，在中国地质调查局天津地质调查中心实验室进行主量和微量元素分析测试。主量元素使用X-射线荧光光谱仪(XRF-1500)法测试，误差优于2%~3%。微量及稀土元素利用酸溶法制备样品，使用ICP-MS(ElementⅡ)测试，分析误差优于10%。化学分析测试流程见参考文献[32-33]。
本次选取(PM06)实测剖面中的气孔状玄武岩样品(4206-1)，采样位置为北纬98°29′44″、东经41°32′36″。锆石分选由河北省廊坊诚信地质服务有限公司完成，首先进行粉碎分选，分选出的锆石在双目镜下挑选，选择透明度较高、晶形较完好且内部无裂隙具有代表性的锆石进行制靶，锆石阴极发光图像制备、制靶工作由北京锆年领航科技有限公司完成。通过反射光、透射光及阴极发光图像综合分析，选择晶形好、环带清晰的锆石样品进行测试。锆石LA-ICP-MS测试在天津地质调查中心实验室完成，利用激光剥蚀等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)进行锆石U-Pb同位素测试。
激光剥蚀系统为New Wave UP213，ICP-MS为布鲁克M90。激光剥蚀过程中采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度，二者在进入ICP之前通过一个Y型接头混合。每个时间分辨分析数据包括20~30 s的空白信号和50 s的样品信号。对分析数据的离线处理(包括对样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年龄计算)采用软件ICPMSDataCal[34]完成。锆石样品的U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均计算均采用Isoplot/Ex_ver3[35]完成。本次测试剥蚀直径根据实际情况选择25 μm。
锆石Hf同位素组成的分析是在阴极发光(CL)图像分析和锆石U-Pb定年的基础上进行的，分析前将锆石再次清洗干净并晾干。测试在天津地质调查中心实验室ThermoFinnigan Neptune型多接收电感耦合等离子质谱仪MC-ICP-MS上进行，各颗粒分析点的位置与锆石U-Pb分析的位置相同，激光频率为8 Hz，束斑直径为44 μm，信号采集时间26 s，详细分析流程见参考文献[36]。在计算初始176 Hf/177Hf值时，Lu的衰变常数采用1.867×10-11a-1[37]，εHf值的计算采用[38]推荐的球粒陨石Hf同位素值，176 Lu/177Hf = 0.0336，176Hf/177Hf = 0.282785。在Hf单阶段模式年龄计算中，亏损地幔176Hf/177Hf现在值采用0.28325，176Lu/177Hf采用0.0384[39]，两阶段模式年龄计算时采用平均地壳的176Lu/177Hf = 0.015[40]。
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图 3 三个井组玄武岩宏观(a、b)和镜下特征(c、d)Pl—斜长石；Px—辉石Figure 3. Macroscopic (a, b)and microscopic(c, d) characteristics of basalts in Sangejing Formation4. 分析结果
4.1 主量元素
白云山地区三个井组玄武岩的主量元素分析结果见表 1，SiO2含量为41.48%~48.36%，平均为46.03%，Na2O为2.93%~3.75%，平均为3.27%，K2O质量分数变化较大，为0.08%~2.06%，可能反映岩石后期变质较强。TiO2含量为1.76%~2.66%，平均为2.10%，Al2O3含量较高为14.55%~16.55%，平均为15.43%，FeO含量较高，为3.58%~6.13%，平均为5.22%。Fe2O3含量为2.74%~7.06%，平均为4.60%。Mg#值为43.19~67.93，平均为56.71，明显低于原生岩浆范围(Mg#=68~75)[41]，同样低于典型的MORB的Mg#[42]，表明岩浆经历了结晶分异作用。
表 1 三个井组玄武岩主量、微量和稀土元素分析结果Table 1. Geochemical data of major, trace elements and REE for Sangejing Formation basalt样号 P6YQ18-1 P6YQ25-1 P6YQ25-2 YQ4206-1 SiO2 41.48 48.36 46.87 47.41 Al2O3 16.55 14.92 14.55 15.68 Fe2O3 2.74 4.24 7.06 4.37 FeO 5.34 5.82 3.58 6.13 CaO 11.50 11.82 11.89 9.28 MgO 2.83 6.08 6.37 6.84 K2O 2.06 0.45 0.20 0.08 Na2O 3.75 2.93 3.12 3.28 TiO2 2.66 1.76 1.98 1.99 P2O5 0.47 0.21 0.22 0.24 MnO 0.13 0.16 0.19 0.15 灼失量 9.91 2.61 2.99 3.87 总计 99.42 99.36 99.02 99.32 Mg# 43.19 56.96 58.77 67.93 Hf 5.73 3.55 4.06 4.21 Zr 213 124 137 142 Cr 154 211 239 236 Ni 57.00 73.60 93.70 73.80 Ga 22.50 19.20 20.40 19.10 Rb 29.40 6.22 5.20 1.84 Sr 230 476 478 371 Y 282 267 32.2 392 Nb 18.50 8.05 9.61 9.39 Cs 2.29 0.13 0.24 0.15 Ba 173 554 237 94.4 Ta 1.35 0.63 0.74 0.68 Pb 1.94 1.83 2.12 2.18 Th 1.93 1.20 1.14 1.05 U 0.94 0.31 0.31 0.33 La 18.30 9.90 10.40 14.60 Ce 41.80 23.90 24.50 20.80 Pr 6.07 3.63 3.70 4.25 Nd 27.40 17.60 18.20 18.60 Sm 6.90 4.85 4.97 5.15 Eu 2.22 1.75 1.74 1.65 Gd 7.63 5.73 4.97 5.49 Tb 1.30 1.00 1.02 0.92 Dy 7.70 6.22 6.37 5.99 Ho 1.50 1.23 1.28 1.26 Er 3.88 3.31 3.39 3.46 Tm 0.56 0.48 0.51 0.52 Yb 3.61 3.30 3.35 3.39 Lu 0.54 0.50 0.51 0.50 ∑LREE 102.69 61.63 63.51 65.05 ∑HREE 26.72 21.77 21.4 21.53 LREE/HREE 3.84 2.83 2.97 3.02 (La/Yb)N 3.42 2.02 2.09 2.9 δEu 0.94 1.02 1.07 0.95 Nb/Y 0.50 0.26 0.30 0.54 ΔNb 0.79 0.86 0.01 0.97 注：Mg#＝100×Mg/(Mg+Fe)，△Nb=1.74+lg(Nb/Y)-1.92×lg(Zr/Y)；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 本次采集的4个三个井组火山岩样品，在火山岩TAS图解(图 4-a)上有3件落入玄武岩区域。Pearce提出的Nb/Y-Zr/TiO2×10-4图解被认为是划分蚀变、变质火山岩系列的有效图解[44]。由图 4-b可以看出，全部样品落入亚碱性玄武岩区域。进一步通过AFM图解(图 5)可知，亚碱性玄武岩基本为拉斑玄武岩系列。
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图 4 火山岩TAS图解(a)[43]和玄武岩Nb/Y-TiO2×10-4图解(b)Pc—苦橄玄武岩；B—玄武岩；O1—玄武安山岩；O2—安山岩；O3—英安岩；R—流纹岩；S1—粗面玄武岩；S2—玄武质粗面安山岩；S3—粗面安山岩；T—粗面岩、粗面英安岩；F—副长石岩；U1—碱玄岩、碧玄岩；U2—响岩质碱玄岩；U3—碱玄质响岩；Ph—响岩；Ir—Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性Figure 4. TAS diagram for volcanic rock(a)and Nb/Y-TiO2×10-4 diagram for basalts(b)4.2 稀土和微量元素
白云山地区蛇绿混杂岩带南侧三个井组玄武岩稀土元素分析结果见表 1。稀土元素总量(∑REE)为83.40×10-6~129.41×10-6, 平均为96.08×10-6，其中轻稀土元素(∑LREE)为67.36×10-6~110.32×10-6，平均为79.18×10-6，重稀土元素(∑HREE)为16.04×10-6~19.09×10-6，平均为16.90×10-6，轻、重稀土元素分馏明显，LREE/HREE值为4.17~5.78，平均为4.64，轻稀土元素较重稀土元素明显富集。(La/Yb)N值为2.15~3.64，稀土元素球粒陨石标准化配分曲线整体呈现轻稀土元素富集的右倾型(图 6-a)，显示岛弧玄武岩的地球化学特征。δEu值为0.94~1.07，没有明显的Eu异常，表明没有发生斜长石结晶分异作用。
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微量元素分析结果见表 1。Nb/Y值为0.26~0.54，主体小于1，是源区低压熔融的结果[33]。微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 6-b)显示，大离子亲石元素具有强烈的分异特征，Rb、Ba、Th、U、K等大离子亲石元素变化较大，可能与海相玄武岩形成时遭受海水热液蚀变及后期绿泥石、透闪石蚀变有关[48]。高场强元素整体含量变化不大，Nb等高场强元素呈亏损的特征。
4.3 锆石U-Pb年龄
本次分析获得32个测点的数据(表 2)，由锆石阴极发光图像(图 7)可知，锆石颗粒多为暗黑，大部分锆石具有清晰的岩浆振荡环带。Th/U值介于0.06~1.62之间，绝大多数大于0.4，说明绝大多数锆石为岩浆成因[49-51]。玄武岩锆石通常为自形-半自形的板柱状或不具有韵律生长环带的浑圆状、不规则状。由CL图像可知，本次挑选的32颗锆石不完全属于玄武岩锆石，如15、16、19、25、30号等均属于花岗岩类的锆石，所以最终挑选出9颗玄武岩锆石进行研究(图 8-a)。
表 2 三个井组玄武岩样品(4206-1)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb数据Table 2. LA-ICP-MS zircons U-Th-Pb data of Sangejing Formation basalt(4206-1)测点号 Th/10-6 U/10-6 Pb/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 4206.1.01 86 105 7 0.82 0.057 0.002 0.494 0.014 0.057 0.002 484 58 408 11 394 4 4206.1.02 100 195 13 0.52 0.057 0.002 0.501 0.017 0.057 0.002 471 80 413 14 402 5 4206.1.03 105 998 34 0.11 0.053 0.001 0.266 0.006 0.053 0.001 329 30 240 5 231 4 4206.1.04 91 125 9 0.73 0.055 0.002 0.486 0.014 0.055 0.002 430 62 402 12 397 4 4206.1.05 19 62 4 0.31 0.053 0.003 0.469 0.026 0.053 0.003 326 120 390 21 401 5 4206.1.06 57 115 7 0.50 0.054 0.005 0.416 0.041 0.054 0.005 383 221 353 35 349 4 4206.1.07 147 116 6 1.26 0.052 0.002 0.304 0.012 0.052 0.002 270 86 270 10 270 3 4206.1.08 88 300 19 0.29 0.056 0.001 0.492 0.010 0.056 0.001 465 43 406 8 396 4 4206.1.09 140 182 13 0.77 0.055 0.002 0.487 0.018 0.055 0.002 397 84 403 15 404 4 4206.1.10 66 82 4 0.80 0.052 0.002 0.321 0.015 0.052 0.002 263 107 282 13 285 3 4206.1.11 90 172 12 0.52 0.055 0.001 0.496 0.012 0.055 0.001 424 51 409 10 406 4 4206.1.12 418 555 40 0.75 0.056 0.001 0.504 0.007 0.056 0.001 457 28 414 6 406 4 4206.1.13 51 246 115 0.21 0.163 0.002 0.109 0.156 0.163 0.002 2486 19 2445 38 2396 30 4206.1.14 383 294 23 1.30 0.057 0.001 0.495 0.009 0.057 0.001 485 37 409 7 395 4 4206.1.15 65 110 7 0.59 0.056 0.003 0.490 0.030 0.056 0.003 461 135 405 25 395 4 4206.1.16 133 162 10 0.82 0.054 0.001 0.398 0.010 0.054 0.001 387 52 340 8 333 4 4206.1.17 135 282 18 0.48 0.055 0.002 0.468 0.014 0.055 0.002 396 66 390 11 388 4 4206.1.18 538 332 206 1.62 0.166 0.002 0.910 0.144 0.166 0.002 2521 19 2515 33 2509 25 4206.1.19 223 587 38 0.38 0.056 0.001 0.493 0.009 0.056 0.001 449 39 407 8 399 4 4206.1.20 40 56 4 0.72 0.057 0.002 0.496 0.022 0.057 0.002 499 94 409 18 393 4 4206.1.21 44 58 4 0.76 0.056 0.003 0.483 0.027 0.056 0.003 460 119 400 22 390 4 4206.1.22 261 337 13 0.77 0.052 0.001 0.259 0.006 0.052 0.001 286 43 234 5 229 3 4206.1.23 122 226 75 0.54 0.110 0.001 4.704 0.062 0.110 0.001 1791 21 1768 23 1748 17 4206.1.24 257 710 46 0.36 0.056 0.001 0.486 0.008 0.056 0.001 431 34 402 7 397 4 4206.1.25 136 175 12 0.78 0.058 0.001 0.491 0.011 0.058 0.001 519 45 406 9 386 4 4206.1.26 176 623 38 0.28 0.056 0.001 0.488 0.007 0.056 0.001 464 27 403 6 393 4 4206.1.27 198 558 36 0.35 0.056 0.001 0.496 0.008 0.056 0.001 447 30 409 6 402 4 4206.1.28 87 215 14 0.41 0.058 0.001 0.502 0.011 0.058 0.001 518 41 413 9 395 4 4206.1.29 152 424 27 0.36 0.056 0.001 0.496 0.007 0.056 0.001 468 28 409 6 399 4 4206.1.30 249 399 31 0.62 0.056 0.001 0.496 0.012 0.056 0.001 448 44 409 9 402 4 4206.1.31 17 280 95 0.06 0.116 0.001 5.523 0.073 0.116 0.001 1900 21 1904 25 1908 19 4206.1.32 661 1208 137 0.55 0.068 0.001 1.029 0.016 0.068 0.001 882 24 718 11 667 8 ![]()
图 8 三个井组玄武岩锆石阴极发光(CL)图像(a)和207Pb/235U-206Pb/238U谐和图(b)(虚线圈为Lu-Hf测试点位)Figure 8. Zircorn CL images(a)and 207Pb /235U-206Pb /238U concordia diagram(b)of Sangejing Formation basalt4206-1样品中9颗玄武岩锆石的测试结果显示，9颗锆石的数据点都位于谐和线上或附近(图 8-b)，其206Pb/238U年龄值明显分为2组，第一组7颗锆石的206Pb/238U年龄介于393~406 Ma之间，年龄加权平均值为396.6±3.3 Ma(MSWD=1.9)(图 8-b)；第二组为270 Ma、285 Ma两个较年轻的锆石年龄。通过分析认为，数据较多且较集中的第一组年龄是玄武岩的岩浆结晶年龄，即早泥盆世，而第二组2个年轻的年龄可能是后期混入的岩浆碎屑锆石。
4.4 锆石Lu-Hf同位素
本次对白云山一带三个井组玄武岩U-Pb年龄测定的样品进行了锆石Lu-Hf同位素测试，测点尽量与U-Pb年龄测定位置相同或靠近，结果见表 3。通过5个点的测定，εHf(t)=+4.67~+8.02，176Hf/177Hf=0.282662~0.282762;一阶段锆石Hf模式年龄tDM1=692~826 Ma。
表 3 三个井组玄武岩锆石Lu-Hf同位素数据Table 3. Lu-Hf isotope data of Sangejing Formation basalt测点号 t/Ma 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 176Hf/177Hfi 2σ εHf(0) εHf(t) tDM1/Ma tDM2/Ma fLu/Hf 4206.01.11 406 0.020250 0.000876 0.282678 0.282672 0.000029 -3.31 5.40 811 1052 -0.97363 4206.01.14 395 0.017497 0.000782 0.282692 0.282686 0.000029 -2.82 5.67 789 1026 -0.97646 4206.01.20 393 0.013875 0.000589 0.282664 0.282660 0.000027 -3.82 4.68 825 1087 -0.98225 4206.01.21 390 0.019975 0.000787 0.282762 0.282756 0.000069 -0.36 8.02 692 873 -0.97630 4206.01.28 395 0.012072 0.000507 0.282662 0.282658 0.000022 -3.90 4.67 826 1090 -0.98474 5. 讨论
5.1 火山岩地层形成时代及归属讨论
白云山地区“横峦山群或咸水湖组”的时代及地层归属一直备受争议②[52]。甘肃省第二区测队1972年开展石板井幅1:20万区测时，依据岩石组合特征，将该套火山岩划分为横峦山群；甘肃地质力学测量队1977年、1979年开展五道明幅、黑鹰山幅、六驼山幅1:20万区测时，又将该套火山岩划分为咸水湖群。李文国等[52]通过对比研究，认为北山地区该套火山岩地层仍属于咸水湖组，同样缺乏确凿证据。尽管本次研究的该套火山岩与前人划分的横峦山群或咸水湖组火山岩的岩性组合、颜色具有相似性，然而，本次获得玄武岩锆石206Pb/238U年龄加权平均值为396.6±3.3 Ma(MSWD=1.9)，属早泥盆世，并非前人划分的中奥陶世。前人在甘肃北山红柳园地区测得三个井组火山岩形成于420±15 Ma，所以将红柳园地区蛇绿岩带南侧的三个井组时代更新为晚志留世[31, 53]，红柳园地区三个井组岩石组合为杏仁玄武岩、凝灰质砂岩夹粉砂岩及灰岩透镜体砾岩；白云山地区三个井组一段为灰黑色玄武岩、灰黑色细砂岩夹薄层灰白色-浅灰色灰岩、硅质岩等，二段为灰绿色长石岩屑细砂岩、中细砂岩夹复成分砾岩、灰岩透镜体、灰绿色枕状玄武岩、晶屑凝灰岩等。从年代学及岩石组合看，二者极相似，笔者认为，白云山一带所谓的横峦山群或咸水湖组应划分为下泥盆统三个井组。
5.2 构造环境
北山造山带是天山-兴蒙造山带的关键枢纽地带[20]，该地区经历了南华纪前大陆地壳基底演化、超大陆裂解和洋壳演化、碰撞期后板内伸展-陆内叠覆造山4个演化阶段[54]。研究区蛇绿岩岩块仅出露于晚奥陶世锡林柯博组中，在三个井组未发现蛇绿岩岩块，因此蛇绿岩就位于早泥盆世之前，三个井组可能为洋盆闭合后伸展背景下形成。而且，本文厘定的三个井组拉斑玄武岩与区域大面积出露的泥盆纪S型、A型花岗岩[29]在空间上紧密伴生，在区域上并未发现同时代的安山岩等中性岩浆活动，即SiO2含量存在明显的Daly间断。由此可见，北山造山带中部早泥盆世为伸展构造背景。
地球化学特征是判别火山岩形成环境的重要标志之一。对于发生蚀变或弱变质作用的火山岩，使用在蚀变和变质作用过程中受影响最小、稳定性较好的Zr、Th、Nb、Ta、Y等高场强元素进行构造环境判别比较有效。玄武岩构造环境Nb/Zr-Th/Zr判别图解(图 9)显示，玄武岩具有裂谷背景的地球化学特征，TiO2/Al2O3-Zr/Al2O3及Zr/TiO2-Ce/P2O5构造环境判别图解(图 10)显示，玄武岩投点位于后碰撞弧范围，判别图解显示的弧岩浆岩地球化学特征与稀土元素配分曲线显示的岛弧玄武岩配分曲线特征吻合。综上所述，三个井组玄武岩形成于伸展的构造背景，源区具有岛弧玄武岩的部分特征。
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图 9 玄武岩大地构造环境Nb/Zr-Th/Zr双对数判别图[55]Ⅰ—大洋板块发散边缘N-MORB区; Ⅱ—板块汇聚边缘(Ⅱ1—大洋岛弧玄武岩区; Ⅱ2—陆缘岛弧及陆缘火山弧玄武岩区); Ⅲ—大洋板内(洋岛、海山玄武岩区、T-MORB、E-MORB区); Ⅳ—大陆板内(Ⅳ1—陆内裂谷及陆缘裂谷拉斑玄武岩区; Ⅳ2—大陆拉张带(或初始裂谷)玄武岩区; Ⅳ3—陆-陆碰撞带玄武岩区); Ⅴ—地幔热柱玄武岩区Figure 9. Th /Zr and Nb /Zr double logarithmic plot for identification of tectonic settings for basalts![]()
图 10 三个井组玄武岩TiO2/Al2O3-Zr/Al2O3图解(a)和Zr/TiO2-Ce/P2O5图解(b)[56]WIP—板内；CAP—陆弧；PAP—后碰撞弧；IOP—初始洋弧；LOP—晚期洋弧Figure 10. TiO2/Al2O3-Zr/Al2O3 (a)and Zr/TiO2-Ce/P2O5 (b)diagrams of Sangejing Formation basalts5.3 岩石成因
锆石的Lu-Hf同位素体系有很高的封闭温度，且相对于U-Pb同位素体系更不易被后期流体、热事件改造[57]，使得锆石可以记录岩浆源区的信息。因此，采用Hf同位素研究岩浆的来源。
三个井组玄武岩εHf(t)为较高的正值(+4.67~+8.02)，为地幔物质部分熔融的产物。在t-176Hf/177Hf图解(图 11-a)上，数据点落入球粒陨石Hf同位素演化线和亏损地幔之间区域，相对集中，且tDM1=692~826 Ma，表明三个井组玄武岩源区主要为新元古代亏损地幔。其微量元素Ni(154.00×10-6~522.00×10-6)和Cr(57.00×10-6~453.00×10-6)含量主体低于原始岩浆的参考数值[58](Ni≈250.00×10-6、Cr≈300.00×10-6)，仅有1个样品Ni、Cr含量高于该参考值，表明该玄武岩浆早期演化过程中可能发生过橄榄石、辉石的结晶分离作用，这与该区玄武岩较低的Mg#值吻合。研究表明，Dy/Yb值代表来源于不同矿物相源区、不同部分熔融程度的玄武岩浆[59]。一般认为，当Dy/Yb＞2.50时，部分熔融发生在含石榴子石地幔源区，当Dy/Yb＜1.50时，则为尖晶石地幔源区[60]。三个井组玄武岩的Dy/Yb值为1.77~2.13，在La/Yb-Dy/Yb图解(图 11-b)中，处于石榴子石二辉橄榄岩熔融趋势线以下，尖晶石二辉橄榄岩熔融趋势线以上，部分熔融程度接近20%。
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6. 结论
(1) LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明，北山地区白云山蛇绿岩带南部玄武岩锆石的206Pb/238U年龄加权平均值为396.6±3.3 Ma，应为早泥盆世三个井组火山岩。
(2) 三个井组玄武岩岩浆来自新元古代亏损地幔的局部熔融，可能是亏损尖晶石相地幔橄榄岩向石榴子石相地幔橄榄岩过渡相较高程度部分熔融的产物，且在上升过程中可能受到一定程度的地壳物质混染。
(3) 三个井组玄武岩主要为拉斑玄武岩系列，与区域上同期的S型、A型花岗岩构成双峰式岩浆岩，结合地球化学研究认为其处于造山后伸展构造环境。
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图 2 连山关地区浪子山组斜长角闪岩及里尔峪组酸性火山岩样品野外及显微照片
a—D021朱家沟铁道下浪子山组斜长角闪岩；b—D020斜长角闪岩镜下特征；c—D15016里尔峪组流纹岩与流纹质火山角砾凝灰岩互层野外产状
Figure 2. Occurrence and microphotographs of amphibolite from Langzishan Formation and acidic volcanic rocks from Lieryu Formation in Lianshanguan area
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图 3 连山关地区辽河群火山岩部分锆石阴极发光(CL)图像
第一排为D020；第二排为D021；第三排为TWD15013；第四排为TWD15056
Figure 3. CL images of the selected zircons of volcanic rocks from the Liaohe Group in Lianshanguan area
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图 4 连山关地区辽河群火山岩锆石U-Pb谐和图
Figure 4. Zircon U-Pb concordant diagrams of volcanic rocks from the Liaohe Group in Lianshanguan area
表 1 研究区辽河群浪子山组斜长角闪岩和里尔峪组流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果
Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotope composition of amphibolite from Langzishan Formation and rhyolite from Lieryu Formatiom in the Liaohe Group
测点编号 Pb Th U Th/U 同位素比值 年龄/Ma 10-6 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ 207Pb/206Pb ±1σ 207Pb/235U ±1σ 206Pb/238U ±1σ D020斜长角闪岩 1 15 2 53 0.05 0.1152 0.0028 4.9730 0.0680 0.3132 0.0063 1882 45 1815 12 1756 31 2 18 6 59 0.10 0.1201 0.0029 5.1730 0.0690 0.3124 0.0061 1958 43 1848 11 1752 30 3 19 4 63 0.06 0.1157 0.0026 5.0197 0.0590 0.3148 0.0061 1890 41 1823 10 1764 30 4 14 4 45 0.08 0.1244 0.0032 5.3590 0.0832 0.3125 0.0064 2020 47 1878 13 1753 32 5 19 4 62 0.07 0.1230 0.0030 5.3132 0.0715 0.3133 0.0062 2000 44 1871 11 1757 30 6 21 7 72 0.10 0.1188 0.0028 4.8244 0.0628 0.2946 0.0058 1938 43 1789 11 1664 29 7 85 117 204 0.57 0.1569 0.0015 8.5205 0.0832 0.3938 0.0076 2423 20 2288 9 2141 35 8 32 39 66 0.59 0.1633 0.0040 9.9357 0.1425 0.4412 0.0088 2490 42 2429 13 2356 39 9 54 17 212 0.08 0.1130 0.0011 4.3697 0.0430 0.2805 0.0054 1848 21 1707 8 1594 27 10 14 21 40 0.52 0.1325 0.0032 6.0473 0.0839 0.3309 0.0065 2132 43 1983 12 1843 32 11 25 31 48 0.64 0.1649 0.0018 10.6261 0.1155 0.4672 0.0092 2507 19 2491 10 2471 41 12 25 6 76 0.09 0.1233 0.0028 5.8314 0.0686 0.3430 0.0066 2004 41 1951 10 1901 32 13 22 4 73 0.06 0.1190 0.0031 5.1261 0.0786 0.3123 0.0064 1942 47 1840 13 1752 32 14 20 4 66 0.06 0.1248 0.0031 5.3790 0.0765 0.3126 0.0063 2026 45 1882 12 1754 31 15 19 6 60 0.10 0.1231 0.0029 5.3256 0.0682 0.3138 0.0061 2002 42 1873 11 1759 30 16 17 4 59 0.06 0.1230 0.0031 4.9502 0.0750 0.2920 0.0060 2000 46 1811 13 1651 30 D021斜长角闪岩 01* 325 18711 3311 5.65 0.0972 0.0010 1.0745 0.0109 0.0802 0.0015 1571 21 741 5 497 9 2 187 347 440 0.79 0.1154 0.0012 5.3581 0.0556 0.3368 0.0065 1886 20 1878 9 1871 31 3 307 2023 886 2.28 0.1101 0.0011 3.6561 0.0362 0.2409 0.0046 1800 21 1562 8 1392 24 4 305 1116 822 1.36 0.1149 0.0012 4.1754 0.0412 0.2636 0.0050 1878 20 1669 8 1508 26 5 340 1284 996 1.29 0.1127 0.0011 3.8977 0.0383 0.2508 0.0048 1843 21 1613 8 1443 25 6 352 4133 1592 2.60 0.1026 0.0010 2.2173 0.0216 0.1567 0.0030 1672 21 1187 7 938 17 7 490 5514 2148 2.57 0.0960 0.0009 2.2072 0.0210 0.1668 0.0032 1547 21 1183 7 995 17 8 249 944 672 1.41 0.1153 0.0012 4.2157 0.0421 0.2651 0.0051 1885 20 1677 8 1516 26 9 392 1529 930 1.64 0.1153 0.0011 4.8836 0.0465 0.3073 0.0058 1884 21 1799 8 1728 29 10 309 1291 1036 1.25 0.1069 0.0011 3.3303 0.0323 0.2260 0.0043 1746 21 1488 8 1314 23 11 331 3939 1501 2.62 0.1005 0.0010 2.5008 0.0240 0.1805 0.0034 1633 21 1272 7 1070 19 12 285 3948 897 4.40 0.1071 0.0011 3.2848 0.0318 0.2224 0.0042 1751 21 1477 8 1295 22 13* 775 6803 2946 2.31 0.1169 0.0011 2.6369 0.0245 0.1636 0.0031 1909 21 1311 7 977 17 14 278 640 966 0.66 0.1072 0.0011 3.5166 0.0354 0.2379 0.0045 1752 20 1531 8 1376 24 15 422 3471 1394 2.49 0.1063 0.0010 3.1435 0.0301 0.2145 0.0041 1737 21 1443 7 1253 21 16 288 1071 831 1.29 0.1146 0.0011 4.2476 0.0409 0.2689 0.0051 1873 20 1683 8 1535 26 17 329 3517 1895 1.86 0.0964 0.0010 1.7250 0.0166 0.1298 0.0025 1555 21 1018 6 787 14 18* 339 10485 2439 4.30 0.1029 0.0010 1.5276 0.0146 0.1077 0.0020 1676 21 942 6 659 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7.6280 0.1054 0.3880 0.0050 2259 11 2188 12 2114 23 3 165 220 310 0.71 0.1331 0.0021 7.3585 0.1265 0.4008 0.0057 2140 14 2156 15 2173 26 4 71 83 146 0.57 0.1380 0.0020 6.9774 0.1107 0.3668 0.0050 2202 12 2109 14 2014 24 5 181 161 348 0.46 0.1375 0.0025 7.6053 0.1440 0.4012 0.0060 2196 15 2185 17 2174 28 6 93 190 240 0.79 0.1378 0.0020 5.3337 0.0854 0.2808 0.0039 2199 12 1874 14 1595 19 7 67 70 133 0.52 0.1387 0.0036 7.2736 0.1568 0.3805 0.0055 2211 46 2146 19 2078 26 8 238 277 470 0.59 0.1468 0.0027 7.7588 0.1490 0.3833 0.0059 2309 15 2203 17 2092 27 9 186 274 387 0.71 0.1359 0.0034 6.7953 0.1702 0.3626 0.0065 2175 21 2085 22 1994 31 10 207 234 392 0.60 0.1338 0.0023 7.4216 0.1362 0.4022 0.0060 2149 15 2164 16 2179 27 11 97 86 197 0.44 0.1355 0.0018 7.1841 0.1064 0.3844 0.0051 2171 12 2135 13 2097 24 12 96 127 208 0.61 0.1438 0.0018 6.8239 0.0978 0.3441 0.0046 2274 11 2089 13 1906 22 13 176 266 338 0.79 0.1236 0.0027 6.4754 0.1426 0.3800 0.0062 2008 19 2043 19 2076 29 14 130 208 241 0.86 0.1353 0.0027 7.3738 0.1484 0.3952 0.0062 2168 16 2158 18 2147 29 15 155 181 305 0.59 0.1372 0.0021 7.2192 0.1196 0.3816 0.0054 2192 13 2139 15 2084 25 16 220 275 442 0.62 0.1285 0.0019 6.7267 0.1086 0.3798 0.0053 2077 13 2076 14 2075 25 17 354 492 678 0.73 0.1341 0.0014 7.0192 0.0901 0.3795 0.0048 2153 10 2114 11 2074 23 18 127 141 194 0.73 0.1612 0.0018 10.6022 0.1398 0.4769 0.0062 2469 10 2489 12 2514 27 19 104 104 218 0.48 0.1325 0.0015 6.7773 0.0906 0.3708 0.0048 2132 11 2083 12 2033 23 20 128 222 274 0.81 0.1311 0.0020 6.2361 0.1021 0.3450 0.0049 2113 13 2010 14 1911 23 21 48 83 83 1.00 0.1358 0.0017 7.4144 0.1065 0.3959 0.0053 2174 11 2163 13 2150 24 22 191 252 361 0.70 0.1330 0.0014 7.1599 0.0919 0.3903 0.0050 2138 10 2132 11 2124 23 23 50 93 101 0.92 0.1336 0.0020 6.3989 0.1050 0.3474 0.0049 2146 13 2032 14 1922 24 24 123 148 220 0.67 0.1324 0.0015 7.6283 0.1015 0.4178 0.0054 2130 11 2188 12 2251 25 25 129 174 256 0.68 0.1380 0.0016 7.1214 0.0947 0.3744 0.0049 2202 10 2127 12 2050 23 TWD15056灰粉色流纹岩 1 378 659 722 0.91 0.1401 0.0015 7.0743 0.0921 0.3663 0.0046 2228 10 2121 12 2012 22 2 50 65 101 0.65 0.1369 0.0018 7.0600 0.1045 0.3739 0.0050 2189 11 2119 13 2048 23 3 83 140 188 0.74 0.1413 0.0021 6.4705 0.1030 0.3320 0.0045 2244 12 2042 14 1848 22 4 242 359 490 0.73 0.1360 0.0014 6.8743 0.0885 0.3666 0.0046 2177 10 2095 11 2013 22 5 151 229 294 0.78 0.1399 0.0016 7.1909 0.0983 0.3727 0.0048 2226 11 2135 12 2042 22 6 75 71 153 0.46 0.1355 0.0019 7.0519 0.1076 0.3774 0.0051 2171 12 2118 14 2064 24 7 131 195 248 0.79 0.1389 0.0017 7.2668 0.1030 0.3795 0.0049 2213 11 2145 13 2074 23 8 128 165 253 0.65 0.1373 0.0015 7.1542 0.0945 0.3779 0.0048 2194 10 2131 12 2066 22 9 82 104 166 0.63 0.1385 0.0016 7.1124 0.0962 0.3725 0.0048 2208 11 2126 12 2041 22 10 338 426 690 0.62 0.1373 0.0015 7.1622 0.0922 0.3784 0.0047 2193 10 2132 11 2069 22 11 84 86 166 0.52 0.1385 0.0019 7.3170 0.1101 0.3831 0.0051 2209 12 2151 13 2091 24 12 187 274 351 0.78 0.1405 0.0016 7.4330 0.0987 0.3838 0.0049 2233 10 2165 12 2094 23 13 79 126 161 0.78 0.1374 0.0018 7.0008 0.1028 0.3696 0.0049 2194 11 2112 13 2028 23 14 84 397 490 0.81 0.1365 0.0017 2.4964 0.0356 0.1327 0.0017 2183 11 1271 10 803 10 15* 209 106 216 0.49 0.3018 0.0032 27.9573 0.3570 0.6719 0.0085 3479 9 3418 13 3313 33 16 79 95 153 0.62 0.1416 0.0017 7.4723 0.1022 0.3828 0.0049 2246 11 2170 12 2089 23 17* 18 141 259 0.55 0.0657 0.0025 0.4836 0.0168 0.0534 0.0008 798 80 401 11 335 5 18 245 363 456 0.80 0.1377 0.0015 7.2989 0.0957 0.3843 0.0048 2199 10 2149 12 2096 23 19 103 114 202 0.57 0.1402 0.0016 7.4262 0.1010 0.3841 0.0049 2230 11 2164 12 2095 23 20 99 141 191 0.74 0.1392 0.0017 7.2228 0.1005 0.3762 0.0049 2218 11 2139 12 2059 23 21 76 142 170 0.84 0.1406 0.0017 6.4167 0.0885 0.3310 0.0043 2234 11 2035 12 1843 21 22 122 150 241 0.62 0.1373 0.0016 7.1836 0.0985 0.3795 0.0049 2193 11 2134 12 2074 23 23 92 111 179 0.62 0.1418 0.0017 7.4581 0.1048 0.3813 0.0050 2250 11 2168 13 2082 23 24 88 73 183 0.40 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