Time constraint on the closing of the Paleo-Asian Ocean in northern Beishan of Inner Mongolia: Evidence from Heihongshan admellite
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摘要:
黑红山二长花岗岩分布于红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带北部，地球化学特征显示其属于准铝质-弱过铝质、中-高钾钙碱性系列，为高分异的I型花岗岩；轻稀土元素富集，轻、重稀土元素分馏明显，具弱负Eu异常，稀土元素曲线为右缓倾。微量元素相对富集Ba、K、Zr、Hf，亏损Ta、Nb、P、Ti，显示与俯冲有关的侵入岩特征，形成于碰撞前的火山弧环境。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得206Pb/238U年龄加权平均值为315.2±2.5Ma。综合研究表明，黑红山地区在晚石炭世属于活动大陆边缘的火山弧，红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带所代表的洋盆在此尚未消亡。
Abstract:The Late Carboniferous admellite in the Heihongshan area is located in the northern part of the Hongshishan-Baiheshan-Pengboshan ophiolite belt. The geochemical characteristics show that the admellite belongs to metaluminous to weakly peralic potassium aluminous calc alkaline series I type granite of high differentiation; its LREE enrichment and LREE and HREE fractionation are obvious, with weak Eu negative anomaly and right-inclined rare earth curve. Trace elements are relatively enriched in Ba, K, Zr and Hf but depleted in Nb, Ti, P and Sr, indicating the characteristics of intrusive rocks related to subduction and formed in the volcanic arc environment before collision. The U-Pb dating of LA-ICP-MS zircon yielded weighted average 206Pb/238U age of 315.2±2.5Ma. Comprehensive studies show that the Heihongshan area belonged to the volcanic arcs on the active continental margin in the Late Carboniferous epoch, and the Hongshishan-Baiheshan-Pengboshan ophiolite belt suggests that the oceanic basin in Heihongshan area was closed in the Late Carboniferous epoch.
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Keywords:
- geochemical characteristics /
- zircon U-Pb dating /
- Late Carboniferous /
- admellite /
- Heihongshan
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北山地区位于中国新疆、甘肃、内蒙古三省交界处。许多学者对该地区进行了大量研究，特别是在进入21世纪后，北山地区研究工作得到突飞猛进的发展[1-9]。该地区的大地构造位置跨越3个不同的大地构造单元，即西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块和塔里木板块。目前北山地区自北向南分布有红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带、芨芨台子-小黄山蛇绿岩带、红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带、辉铜山-帐房山绿岩带（图 1）[10-12]。蛇绿岩带通常被认为是已消失的大洋洋壳的残留，指示板块的碰撞-焊接带。经过漫长的时间，区内发生多期次构造运动和岩浆活动，构造-岩浆热事件复杂。北山地区花岗岩类岩石分布广泛，约占该区全部侵入岩的95%[13]。许多学者对北山地区红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带进行了大量研究，取得了一系列重要认识，归纳起来主要有3种：①红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩是古亚洲洋自早古生代持续演化至晚古生代残余洋壳的地质记录，将上述蛇绿岩带作为西伯利亚板块与哈萨克斯坦板块的缝合线[13-14]；②上述蛇绿岩带并不具有缝合带的性质，而是早古生代洋-陆格局演化结束后于石炭纪重新拉张裂解形成洋盆的地质记录，其形成于裂谷环境[12, 15]或陆间扩展带环境[16]；③红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带残块形成于大洋中脊环境，该蛇绿岩混杂岩带是塔里木板块与哈萨克斯坦板块的最终缝合带[17-21]。此外，对百合山和蓬勃山蛇绿岩带形成时代的相关资料较缺乏[22-23]，且红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带以北花岗岩的研究程度相对薄弱，需要开展进一步的研究。因此，笔者通过野外调查及样品分析测试，补充对红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带北部所代表的古亚洲洋在黑红山地区的闭合时间的证据，研究黑红山二长花岗岩的地球化学特征及年代学特征，探讨其形成环境及构造意义。
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图 1 北山地区大地构造位置图（据参考文献[12]修改）1—基性－超基性岩或蛇绿岩带；2—研究区；3—推测断裂；4—断裂；Ⅰ—红石山―百合山―蓬勃山蛇绿岩带；Ⅱ—芨芨台子－石板井－小黄山蛇绿岩带；Ⅲ—红柳河－牛圈子－洗肠井蛇绿岩带；Ⅳ—辉铜山－帐房山蛇绿岩带Figure 1. Tectonic location map of the Beishan area1. 区域地质背景
黑红山地区出露晚石炭世红色二长花岗岩及早石炭世深灰色、灰黑色砂岩、安山岩，野外红、黑色格外醒目，故此得名。研究区晚古生代大地构造位置属于北山-天山造山系（Ⅰ级）、额济纳-北山弧盆系（Ⅱ级）[24]，南部为红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带（图 1）。区内出露地层主要为晚古生代和新生代地层，由老到新依次为中奥陶统咸水湖组、下石炭统绿条山组、下石炭统白山组、中二叠统金塔组、上新统苦泉组及全新统冲洪积物（图 2）。
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图 2 研究区地质简图1—第四系；2—上新统苦泉组；3—中二叠统金塔组；4—下石炭统白山组；5—下石炭统绿条山组；6—中奥陶统咸水湖组；7—晚石炭世二长花岗岩；8—晚石炭世斑状花岗闪长岩；9—晚石炭世石英闪长岩；10—同位素样品取样位置；11—角度不整合界线；12—断层；13—地质界线Figure 2. Simplified geological map of the study area本文研究对象为二长花岗岩侵入体，总体出露不连续，面积约29.67km2。该侵入体长轴方向为北西向。侵入晚石炭世花岗闪长岩、石英闪长岩及下石炭统火山-沉积地层，东南部被中二叠统金塔组、第四系松散堆积物不整合覆盖。
2. 岩石学特征
中粒二长花岗岩：风化面为浅红色，新鲜面为砖红色（图 3-a），中粒花岗结构，块状构造，岩石主要由石英、斜长石、钾长石及黑云母组成，矿物颗粒大小多为2~3mm，少数为0.2~2mm（图 3-b）。石英呈他形粒状，杂乱分布，粒度一般2~4.5mm，少数0.2~2mm，部分与钾长石呈文象状交生，含量约25%；斜长石呈半自形板状，杂乱分布，粒度一般2~3mm，少数0.2~2mm，含量为35%，高岭土化明显，轻绢云母化，部分粒内聚片双晶发育，用⊥(010)晶带最大消光角法测得Np'∧（010）=18，斜长石牌号An= 36，为中长石（其牌号仅供参考）；钾长石呈半自形-他形粒状，杂乱分布，粒度一般2~3.2mm，少数0.2~ 2mm，为正长石，含量为35%~40%，钾长石高岭土化明显，多与石英呈文象状交生；黑云母呈片状，含量为1%~5%，多色性明显：Ng'=棕色，Np'=淡黄色，零散分布，粒度0.05~0.2mm，多被绿泥石交代呈假像，少残留。副矿物为不透明矿物、磷灰石、锆石，次生矿物为高岭土、绿泥石、绿泥石。
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图 3 二长花岗岩结构特征（a）与显微照片（正交偏光）（b）Q—石英；Kf—钾长石；Pl—斜长石Figure 3. Structure (a) and microstructure (b) photographs of admellite3. 样品概况及测试方法
岩石化学样品分析在河北省区域地质调查院实验室完成。主量元素采用X荧光光谱仪进行测定，烧失量、H2O-、H2O+采用电子分析天平(P1245)测定，分析精度误差小于5%。稀土元素采用X-series2型等离子质谱仪进行测定，Zr、Ti、K等元素在X摄像荧光光谱仪AxisomaxX上完成测定，并依据ICP-MS分析方法通则GB/T14506.30—2010，分析精度误差小于5%。
同位素年龄测定是将锆石单矿物进行挑选，然后将外形完整且典型的锆石放置于Devcon环氧树脂中，固结后抛光打磨。锆石挑选在河北省区域地质调查院实验室完成，锆石制靶由北京锆年领航科技有限公司完成。制靶完成后在阴极发光（CL）上进行锆石显微照相。挑选测试点前，对锆石反射光和透射光照片进行初选，再与CL图像反复对比，力求避开内部裂隙和包裹体，获得较准确的年龄信息。
锆石U-Pb同位素年龄测定在天津地质矿产研究所实验室完成，采用激光烧蚀多接受器等离子质谱仪（LA-MC-ICPMS）进行微区原位U-Pb同位素测定[25]。采用GJ-1为外部锆石年龄标准进行UPb同位素分馏校正[26]，用中国地质大学研发的ICPMSDataCal程序[27]和Isoplot（Version3.0）程序进行数据处理并成图[28]。利用NIST612玻璃标样为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。
4. 地球化学特征
4.1 主量元素
砖红色中粒二长花岗岩的主量元素及其他数据见表 1。样品中SiO2含量为69.74%~79.18%，Al2O3含量为10.95%~14.89%，CaO含量为0.47%~1.49%，含量较低，全碱Na2O+K2O含量为7.17%~8.32%，在SiO2-(Na2O+K2O)图解中，样品点落入亚碱性系列（图 4）。K2O/Na2O值为0.62~0.95，相对贫钾富钠，Fe2O3含量为0.67% ~1.50%，FeO含量为0.32% ~ 1.25%，MgO含量为0.35%~0.89%，在F-A-M图解中，样品点落入钙碱性系列（图 5）。MnO含量为0.035%~0.097%，P2O5含量为0.041%~0.13%。铝饱和指数A/CNK值为0.985~1.053，均小于1.1，属于准铝质-弱过铝质岩石（图 6-a）。在SiO2-K2O判别图解中，样品点落入钙碱性-高钾钙碱性系列界线附近（图 6-b），样品的A/NK值为1.102~1.275，进一步说明岩石属于中-高钾钙碱性花岗岩类。里特曼指数σ为1.42~2.38，碱度率A.R为2.92~4.38。分异指数DI为87.21~95.31，固结指数SI为3.91~7.65，显示岩浆的结晶分异程度较高。
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表 1 二长花岗岩主量元素、化学参数及CIPW标准矿物含量Table 1. Major elements, chemical parameters and CIPW norms of admellite% 分析项 YQ21 YQ24 YQ25 YQ26 YQ27 P3YQ1 SiO2 75.06 79.18 69.74 72.88 72.55 70.88 TiO2 0.25 0.18 0.45 0.29 0.32 0.36 Al2O3 12.89 10.95 14.89 13.40 13.88 14.44 Fe2O3 0.82 0.67 1.50 1.08 1.21 1.32 FeO 0.44 0.32 1.25 0.62 0.72 0.92 MnO 0.054 0.035 0.097 0.060 0.062 0.073 MgO 0.39 0.35 0.89 0.46 0.63 0.78 CaO 0.93 0.47 1.48 1.48 1.40 1.49 Na2O 4.27 3.85 4.95 4.27 4.54 4.93 K2O 4.04 3.32 3.06 3.46 3.15 3.03 P2O5 0.052 0.041 0.13 0.076 0.088 0.10 烧失量 0.64 0.52 1.42 1.82 1.32 1.53 总计 99.84 99.88 99.69 99.92 99.91 99.49 Q 32.43 42.76 24.94 31.42 30.45 26.57 An 4.09 2.09 6.6 6.98 6.48 6.86 Ab 36.46 32.81 42.6 36.88 39.03 42.42 Or 24.09 19.74 18.36 20.88 18.87 18.22 C 0 0.26 1.07 0.12 0.67 0.59 Hy 1.34 1.27 3.46 1.9 2.43 2.95 Il 0.47 0.35 0.87 0.55 0.62 0.69 Mt 0.84 0.62 1.8 1.09 1.24 1.45 Ap 0.12 0.1 0.3 0.18 0.21 0.24 σ 2.15 1.42 2.38 1.99 1.99 2.25 A.R 4.02 4.38 2.92 3.17 3.03 3 DI 92.98 95.31 85.9 89.18 88.35 87.21 SI 3.91 4.07 7.65 4.68 6.18 7.13 R1 2518 3120 2120 2525 2460 2233 R2 374 284 502 453 460 490 A/CNK 0.985 1.015 1.053 0.995 1.033 1.024 A/NK 1.13 1.102 1.3 1.243 1.275 1.268 A/MF 4.85 5.02 2.51 3.92 3.33 2.91 C/MF 0.63 0.39 0.45 0.79 0.61 0.55 4.2 稀土与微量元素
晚石炭世二长花岗岩岩体的稀土及微量元素质量分数及特征值见表 2。
表 2 二长花岗岩稀土和微量元素含量及特征参数Table 2. REE and trace element analyses of admellite10-6 元素 PM03XT2 PM03XT3 PM21XT1 PM21XT2 PM21XT3 PM21XT4 La 29.63 17.75 30.91 31.24 26.8 25.7 Ce 59.81 35.52 42.14 42.94 36.11 31.98 Pr 7.3 4.48 5.61 5.46 4.82 4.45 Nd 27.44 16.99 21.87 20.47 18.7 17 Sm 5.33 3.4 4.23 3.59 3.63 3.09 Eu 1.06 0.87 1.06 0.88 0.81 0.86 Gd 4.79 3.11 3.79 3.2 3.28 2.79 Tb 0.88 0.57 0.65 0.52 0.58 0.47 Dy 5.31 3.5 4 3.19 3.74 2.85 Ho 1.06 0.71 0.78 0.63 0.75 0.57 Er 3.13 2.02 2.41 2.03 2.3 1.77 Tm 0.56 0.37 0.46 0.39 0.45 0.33 Yb 3.77 2.35 2.79 2.46 2.71 2.01 Lu 0.6 0.42 0.46 0.42 0.45 0.35 Y 32.9 19.46 30.09 25.27 28.05 21.93 ∑REE 183.58 111.49 151.26 142.69 133.18 116.15 ∑LREE 130.57 79 105.83 104.56 90.87 83.08 ∑HREE 20.1 13.03 15.35 12.86 14.27 11.15 ∑LREE/∑HREE 6.49 6.06 6.9 8.13 6.37 7.45 δEu 0.63 0.8 0.79 0.78 0.7 0.88 δCe 0.95 0.94 0.72 0.73 0.71 0.66 La/Sm 5.56 5.22 7.3 8.71 7.39 8.31 La/Yb 7.86 7.54 11.06 12.72 9.9 12.77 Ce/Yb 15.86 15.09 15.08 17.49 13.34 15.89 Eu/Sm 0.2 0.25 0.25 0.24 0.22 0.28 Sm/Nd 0.19 0.2 0.19 0.18 0.19 0.18 (La/Yb)N 5.3 5.08 7.46 8.58 6.68 8.61 Li 7.21 6.07 21.1 9.39 7.55 11.9 Be 1.77 1.18 1.72 1.61 1.43 1.54 Sc 6.53 5.31 5.57 1.8 2.41 3.4 V 12.2 8.46 53.2 29.1 32.1 39 Cr 3.88 3.68 1.99 1.53 1.25 1.22 Co 0.94 0.88 3.94 1.93 2.34 3.19 Ni 1.42 0.8 1.22 0.96 0.86 0.88 Cu 4 4.6 5.36 2.95 4.36 7.29 Zn 23.5 10.2 35 27.5 31.8 28.8 Ga 14.7 10.2 16.1 14.5 13.8 14 Rb 80.9 63.2 71.4 55.1 62.4 61 Sr 125 111 237 172 150 234 Zr 167 119 170 131 130 133 Nb 10.5 7.48 9.48 9.06 9.91 7.84 Mo 0.5 3.31 2.01 2.3 0.39 0.54 Cs 1 0.65 1.64 1.64 0.99 1.8 Ba 960 717 776 738 681 839 Hf 5.11 3.91 4.92 3.9 4.13 3.96 Ta 0.67 0.52 0.49 0.62 0.67 0.44 W 0.54 0.71 1.14 0.68 0.4 0.37 Tl 0.61 0.54 0.29 0.39 0.27 0.25 Pb 13.4 8.84 5.69 5.07 5.98 4.99 Bi 0.17 0.18 0.086 0.07 0.056 0.055 Th 9.89 7.14 6.69 8.37 7.68 6.35 U 2.67 2.33 1.53 1.85 2.21 2.01 K 33561.13 27547.45 25381 28747 26121 25161 Cd 0.036 0.028 0.015 0.046 In 0.047 0.022 0.027 0.031 样品稀土元素总量（∑REE）变化较大，ΣREE为111.49×10-6~183.58×10-6，轻、重稀土元素比值LREE/HREE=6.09~8.13，（La/Yb）N=5.08~8.61，反映轻、重稀土元素分馏明显，轻稀土元素富集；δEu=0.63~0.88，主要位于0.78~0.80之间，反映Eu具弱负异常；δCe=0.66~0.95，反映Ce具弱负异常。稀土元素配分模式为右缓倾型（图 7）。
微量元素原始地幔标准化蛛网图（图 8）显示，样品微量元素曲线整体相似，呈右缓倾型，亏损高场强元素（HFSE）Ta、Nb、P、Ti，富集Ba、K、Zr、Hf等大离子亲石元素。
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图 8 微量元素原始地幔标准化蛛网图（原始地幔标准化值据参考文献[33]）Figure 8. Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams5. 年代学特征
二长花岗岩同位素测年样品(PM03TW1)采集点的坐标为X：98°56′00″，Y：42°20′40″（图 2）。测试共获得30个LA-ICP-MS锆石U-Pb有效数据（表 3）。锆石阴极发光图像显示，其振荡环带清晰（图 9），呈自形或半自形，粒径多为20~200μm，长宽比1:1~2.5:1，为典型的岩浆结晶的产物。根据资料显示[34]，岩浆成因锆石的Th/U值一般为0.1~1.0，而变质岩锆石的Th/U值一般小于0.1。样品锆石Th/U值均在0.1~1之间，且多为0.5~0.8，为典型的岩浆成因锆石。在LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图（图 10）中，数据点均分布于谐和线上或其附近。由于207Pb/235U年龄误差较大，采用206Pb/238U年龄。测试的30个数据点中的23个数据点的206Pb/238U年龄加权平均值为315.2±2.5Ma。根据该侵入体的野外特征，结合同位素定年数据，认为该侵入体的就位时间为晚石炭世。
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图 9 二长花岗岩（PM03TW1）锆石阴极发光（CL）照片Figure 9. CL images of selected zircons from admellite(PM03TW1)![]()
图 10 二长花岗岩（PM03TW1）LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图Figure 10. LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of admellite(PM03TW1)表 3 二长花岗岩（PM03TW1）LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测年数据Table 3. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotope analytical results of admellite(PM03TW1)测点 Pb/10-6 Th/10-6 U/10-6 206Pb/238U 207Pb/235U 年龄/Ma Th/U 比值 1σ 比值 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 1 4 55 77 0.0504 0.0007 0.412 0.017 317 4 350 15 0.71 2 4 67 83 0.0493 0.0006 0.409 0.016 310 4 348 14 0.80 3 7 106 141 0.0495 0.0009 0.372 0.012 312 5 322 10 0.75 4 5 40 95 0.0502 0.0019 0.401 0.019 316 12 343 17 0.42 5 4 47 71 0.0522 0.0027 0.371 0.032 328 17 321 28 0.65 6 6 32 101 0.0540 0.0069 0.349 0.056 339 44 304 50 0.31 7 4 48 84 0.0509 0.0010 0.454 0.624 320 6 380 523 0.56 8 4 52 69 0.0510 0.0008 0.376 0.016 321 5 324 14 0.75 9 3 32 56 0.0506 0.0022 0.399 0.031 318 14 341 27 0.58 10 4 44 85 0.0499 0.0012 0.399 0.02 314 8 341 18 0.52 11 3 51 68 0.0492 0.0007 0.409 0.020 310 5 349 17 0.75 12 6 65 130 0.0484 0.0008 0.389 0.014 304 5 334 12 0.50 13 5 54 87 0.0509 0.0009 0.404 0.019 320 6 345 16 0.62 14 5 43 98 0.0495 0.0011 0.419 0.017 311 7 356 15 0.43 15 7 86 133 0.0496 0.0009 0.393 0.020 312 6 337 17 0.65 16 4 36 77 0.0525 0.0042 0.417 0.025 330 27 354 21 0.47 17 4 46 65 0.0491 0.0008 1.260 0.866 309 5 828 569 0.71 18 4 41 69 0.0498 0.0012 0.380 0.019 314 7 327 16 0.59 19 5 65 104 0.0498 0.0011 0.374 0.014 313 7 323 12 0.62 20 4 48 81 0.0511 0.0015 0.428 0.028 321 9 362 24 0.59 21 4 40 63 0.0599 0.0015 0.941 0.063 375 9 673 45 0.63 22 4 36 78 0.0492 0.0009 0.365 0.015 310 6 316 13 0.46 23 6 53 93 0.0620 0.0013 0.575 0.024 388 8 461 19 0.57 24 4 34 74 0.0509 0.0010 0.409 0.016 320 6 348 14 0.46 25 3 21 37 0.0637 0.0013 1.415 0.083 398 8 895 53 0.56 26 6 91 113 0.0510 0.0011 0.396 0.019 321 7 339 16 0.80 27 4 27 60 0.0558 0.0015 0.471 0.026 350 9 392 21 0.45 28 8 104 142 0.0508 0.0010 0.393 0.017 320 7 337 14 0.73 29 9 119 152 0.0519 0.0011 0.404 0.016 326 7 344 14 0.78 30 6 73 100 0.0512 0.0008 0.387 0.016 322 5 332 14 0.73 6. 讨论
6.1 花岗岩类型
从岩石化学成分看，二长花岗岩为钙碱性-高钾钙碱性系列岩石，CIPW标准矿物中出现刚玉，而不出现透辉石，但刚玉含量总体偏低，大多小于1%，A/CNK值均小于1.1；K2O/Na2O值为0.615~0.946，均小于1，为典型的I型花岗岩特征。岩石实际矿物中的暗色矿物及副矿物为黑云母、磷灰石、锆石，未出现白云母、堇青石等矿物。在K2O-Na2O成因类型判别图解上，样品点落入Ⅰ型花岗岩区域（图 11）。此外，Eu、Ce具弱负异常，富集Ba、K、Zr、Hf等大离子亲石元素，稀土元素配分模式为右缓倾，说明该岩体为Ⅰ型花岗岩。
高场强元素在岩浆源区部分熔融时能够大量进入熔体，使熔体中该元素的浓度与源区岩石中的浓度接近，因而其在岩浆岩中的质量分数比值能较准确地反映岩浆源区的特征。二长花岗岩的Rb/Sr值为0.26~0.65，平均值为0.42，均高于原始地幔平均值0.037[36]，且绝大多数大于或接近全球地壳平均值0.32[37]。Zr/Hf=30.48~34.58，平均值为32.73, 与陆壳平均值33.33相近。此外，Sm/Nd=0.175~0.200，均小于3.3。而Ba/La=25.09~40.42，远高于陆壳平均值Ba/La=15.63。以上特征进一步指示其岩浆成分以壳源物质为主，混有少量幔源物质[38]。
Sylvester[39]提出对SiO2含量在67%~77%的高等分异程度花岗岩而言，CaO/Na2O值反映其源区成分特征：由泥岩部分熔融形成的花岗质熔体的CaO/Na2O值一般小于0.3，由砂屑岩生成的花岗质熔体的CaO/Na2O一般大于0.3。本区二长花岗岩的CaO/Na2O值为0.12~0.35，在C/MF-A/MF源区判别图解（图 12）中，所有样品点落入变杂砂岩部分熔融区，其中2个样品点落入变质泥岩与变杂砂岩部分熔融区的交汇处。
综上分析，研究区晚石炭世二长花岗岩属于高分异Ⅰ型过渡花岗岩，其岩浆源区仍以壳源物质为主，为陆壳变杂砂岩部分熔融。
6.2 花岗岩构造环境
研究区早石炭世二长花岗岩南部紧邻红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带，其构造背景与该蛇绿岩带所代表的古亚洲洋洋盆演化有关。在构造环境判别图解中，二长花岗岩样品点落入火山弧花岗岩区（VGA）（图 13），在Rb-Hf-Ta图解（图 14）中，样品均落入弧系统内，说明二长花岗岩在早石炭世就位于板块碰撞前火山弧环境。
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用铝饱和指数A/CNK可以区别CCG和IAG+ CAG[44]。CCG（大陆同碰撞花岗岩）的花岗岩铝饱和指数A/CNK一般大于1.15，而本区样品A/CNK值为0.985~1.053，属于IAG+CAG（岛弧花岗岩类或大陆弧花岗岩类）。根据岩石的稀土、微量元素的特征，LREE富集，HREE和HFSE（Nb、Sr、P、Ti）相对亏损，显示与俯冲作用有关的火山弧花岗岩特点。此外，微量元素原始地幔标准化蛛网图与岛弧花岗岩更接近。
综上分析，并结合区内晚石炭世斑状花岗闪长岩资料①[45]，本区的晚石炭世二长花岗岩为活动大陆边缘的岛弧花岗岩，形成于碰撞前的火山弧环境。说明黑红山地区在晚石炭世仍存在与火山弧物质有关的岩浆活动，限定了晚石炭世的古亚洲洋在黑红山地区仍未消失。
7. 结论
（1）内蒙古额济纳旗黑红山一带石炭纪二长花岗岩总体呈中-高钾钙碱性系列，属于准铝质-弱过铝质岩石；轻、重稀土元素分馏明显，轻稀土元素富集，Eu、Ce具有弱负异常。稀土元素配分曲线为右缓倾，亏损高场强元素Ta、Nb、P、Ti，富集Ba、K、Zr、Hf等大离子亲石元素。
（2）黑红山一带晚石炭世二长花岗岩为高分异的I型花岗岩，岩浆源区以壳源物质为主，为陆壳变杂砂岩部分熔融。
（3）测得该二长花岗岩LA-MC-ICPMS锆石U-Pb年龄为315.2±2.5Ma，为晚石炭世。
（4）该二长花岗岩为岛弧花岗岩，形成于碰撞前火山弧环境，红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带所代表的古亚洲洋洋盆在黑红山地区闭合时间晚于晚石炭世。
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图 1 北山地区大地构造位置图（据参考文献[12]修改）
1—基性－超基性岩或蛇绿岩带；2—研究区；3—推测断裂；4—断裂；Ⅰ—红石山―百合山―蓬勃山蛇绿岩带；Ⅱ—芨芨台子－石板井－小黄山蛇绿岩带；Ⅲ—红柳河－牛圈子－洗肠井蛇绿岩带；Ⅳ—辉铜山－帐房山蛇绿岩带
Figure 1. Tectonic location map of the Beishan area
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图 2 研究区地质简图
1—第四系；2—上新统苦泉组；3—中二叠统金塔组；4—下石炭统白山组；5—下石炭统绿条山组；6—中奥陶统咸水湖组；7—晚石炭世二长花岗岩；8—晚石炭世斑状花岗闪长岩；9—晚石炭世石英闪长岩；10—同位素样品取样位置；11—角度不整合界线；12—断层；13—地质界线
Figure 2. Simplified geological map of the study area
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图 3 二长花岗岩结构特征（a）与显微照片（正交偏光）（b）
Q—石英；Kf—钾长石；Pl—斜长石
Figure 3. Structure (a) and microstructure (b) photographs of admellite
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图 8 微量元素原始地幔标准化蛛网图
（原始地幔标准化值据参考文献[33]）
Figure 8. Primitive mantle-normalized trace element spider diagrams
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图 9 二长花岗岩（PM03TW1）锆石阴极发光（CL）照片
Figure 9. CL images of selected zircons from admellite(PM03TW1)
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图 10 二长花岗岩（PM03TW1）LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图
Figure 10. LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of admellite(PM03TW1)
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表 1 二长花岗岩主量元素、化学参数及CIPW标准矿物含量
Table 1 Major elements, chemical parameters and CIPW norms of admellite
% 分析项 YQ21 YQ24 YQ25 YQ26 YQ27 P3YQ1 SiO2 75.06 79.18 69.74 72.88 72.55 70.88 TiO2 0.25 0.18 0.45 0.29 0.32 0.36 Al2O3 12.89 10.95 14.89 13.40 13.88 14.44 Fe2O3 0.82 0.67 1.50 1.08 1.21 1.32 FeO 0.44 0.32 1.25 0.62 0.72 0.92 MnO 0.054 0.035 0.097 0.060 0.062 0.073 MgO 0.39 0.35 0.89 0.46 0.63 0.78 CaO 0.93 0.47 1.48 1.48 1.40 1.49 Na2O 4.27 3.85 4.95 4.27 4.54 4.93 K2O 4.04 3.32 3.06 3.46 3.15 3.03 P2O5 0.052 0.041 0.13 0.076 0.088 0.10 烧失量 0.64 0.52 1.42 1.82 1.32 1.53 总计 99.84 99.88 99.69 99.92 99.91 99.49 Q 32.43 42.76 24.94 31.42 30.45 26.57 An 4.09 2.09 6.6 6.98 6.48 6.86 Ab 36.46 32.81 42.6 36.88 39.03 42.42 Or 24.09 19.74 18.36 20.88 18.87 18.22 C 0 0.26 1.07 0.12 0.67 0.59 Hy 1.34 1.27 3.46 1.9 2.43 2.95 Il 0.47 0.35 0.87 0.55 0.62 0.69 Mt 0.84 0.62 1.8 1.09 1.24 1.45 Ap 0.12 0.1 0.3 0.18 0.21 0.24 σ 2.15 1.42 2.38 1.99 1.99 2.25 A.R 4.02 4.38 2.92 3.17 3.03 3 DI 92.98 95.31 85.9 89.18 88.35 87.21 SI 3.91 4.07 7.65 4.68 6.18 7.13 R1 2518 3120 2120 2525 2460 2233 R2 374 284 502 453 460 490 A/CNK 0.985 1.015 1.053 0.995 1.033 1.024 A/NK 1.13 1.102 1.3 1.243 1.275 1.268 A/MF 4.85 5.02 2.51 3.92 3.33 2.91 C/MF 0.63 0.39 0.45 0.79 0.61 0.55 
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表 2 二长花岗岩稀土和微量元素含量及特征参数
Table 2 REE and trace element analyses of admellite
10-6 元素 PM03XT2 PM03XT3 PM21XT1 PM21XT2 PM21XT3 PM21XT4 La 29.63 17.75 30.91 31.24 26.8 25.7 Ce 59.81 35.52 42.14 42.94 36.11 31.98 Pr 7.3 4.48 5.61 5.46 4.82 4.45 Nd 27.44 16.99 21.87 20.47 18.7 17 Sm 5.33 3.4 4.23 3.59 3.63 3.09 Eu 1.06 0.87 1.06 0.88 0.81 0.86 Gd 4.79 3.11 3.79 3.2 3.28 2.79 Tb 0.88 0.57 0.65 0.52 0.58 0.47 Dy 5.31 3.5 4 3.19 3.74 2.85 Ho 1.06 0.71 0.78 0.63 0.75 0.57 Er 3.13 2.02 2.41 2.03 2.3 1.77 Tm 0.56 0.37 0.46 0.39 0.45 0.33 Yb 3.77 2.35 2.79 2.46 2.71 2.01 Lu 0.6 0.42 0.46 0.42 0.45 0.35 Y 32.9 19.46 30.09 25.27 28.05 21.93 ∑REE 183.58 111.49 151.26 142.69 133.18 116.15 ∑LREE 130.57 79 105.83 104.56 90.87 83.08 ∑HREE 20.1 13.03 15.35 12.86 14.27 11.15 ∑LREE/∑HREE 6.49 6.06 6.9 8.13 6.37 7.45 δEu 0.63 0.8 0.79 0.78 0.7 0.88 δCe 0.95 0.94 0.72 0.73 0.71 0.66 La/Sm 5.56 5.22 7.3 8.71 7.39 8.31 La/Yb 7.86 7.54 11.06 12.72 9.9 12.77 Ce/Yb 15.86 15.09 15.08 17.49 13.34 15.89 Eu/Sm 0.2 0.25 0.25 0.24 0.22 0.28 Sm/Nd 0.19 0.2 0.19 0.18 0.19 0.18 (La/Yb)N 5.3 5.08 7.46 8.58 6.68 8.61 Li 7.21 6.07 21.1 9.39 7.55 11.9 Be 1.77 1.18 1.72 1.61 1.43 1.54 Sc 6.53 5.31 5.57 1.8 2.41 3.4 V 12.2 8.46 53.2 29.1 32.1 39 Cr 3.88 3.68 1.99 1.53 1.25 1.22 Co 0.94 0.88 3.94 1.93 2.34 3.19 Ni 1.42 0.8 1.22 0.96 0.86 0.88 Cu 4 4.6 5.36 2.95 4.36 7.29 Zn 23.5 10.2 35 27.5 31.8 28.8 Ga 14.7 10.2 16.1 14.5 13.8 14 Rb 80.9 63.2 71.4 55.1 62.4 61 Sr 125 111 237 172 150 234 Zr 167 119 170 131 130 133 Nb 10.5 7.48 9.48 9.06 9.91 7.84 Mo 0.5 3.31 2.01 2.3 0.39 0.54 Cs 1 0.65 1.64 1.64 0.99 1.8 Ba 960 717 776 738 681 839 Hf 5.11 3.91 4.92 3.9 4.13 3.96 Ta 0.67 0.52 0.49 0.62 0.67 0.44 W 0.54 0.71 1.14 0.68 0.4 0.37 Tl 0.61 0.54 0.29 0.39 0.27 0.25 Pb 13.4 8.84 5.69 5.07 5.98 4.99 Bi 0.17 0.18 0.086 0.07 0.056 0.055 Th 9.89 7.14 6.69 8.37 7.68 6.35 U 2.67 2.33 1.53 1.85 2.21 2.01 K 33561.13 27547.45 25381 28747 26121 25161 Cd 0.036 0.028 0.015 0.046 In 0.047 0.022 0.027 0.031
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表 3 二长花岗岩（PM03TW1）LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测年数据
Table 3 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotope analytical results of admellite(PM03TW1)
测点 Pb/10-6 Th/10-6 U/10-6 206Pb/238U 207Pb/235U 年龄/Ma Th/U 比值 1σ 比值 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 1 4 55 77 0.0504 0.0007 0.412 0.017 317 4 350 15 0.71 2 4 67 83 0.0493 0.0006 0.409 0.016 310 4 348 14 0.80 3 7 106 141 0.0495 0.0009 0.372 0.012 312 5 322 10 0.75 4 5 40 95 0.0502 0.0019 0.401 0.019 316 12 343 17 0.42 5 4 47 71 0.0522 0.0027 0.371 0.032 328 17 321 28 0.65 6 6 32 101 0.0540 0.0069 0.349 0.056 339 44 304 50 0.31 7 4 48 84 0.0509 0.0010 0.454 0.624 320 6 380 523 0.56 8 4 52 69 0.0510 0.0008 0.376 0.016 321 5 324 14 0.75 9 3 32 56 0.0506 0.0022 0.399 0.031 318 14 341 27 0.58 10 4 44 85 0.0499 0.0012 0.399 0.02 314 8 341 18 0.52 11 3 51 68 0.0492 0.0007 0.409 0.020 310 5 349 17 0.75 12 6 65 130 0.0484 0.0008 0.389 0.014 304 5 334 12 0.50 13 5 54 87 0.0509 0.0009 0.404 0.019 320 6 345 16 0.62 14 5 43 98 0.0495 0.0011 0.419 0.017 311 7 356 15 0.43 15 7 86 133 0.0496 0.0009 0.393 0.020 312 6 337 17 0.65 16 4 36 77 0.0525 0.0042 0.417 0.025 330 27 354 21 0.47 17 4 46 65 0.0491 0.0008 1.260 0.866 309 5 828 569 0.71 18 4 41 69 0.0498 0.0012 0.380 0.019 314 7 327 16 0.59 19 5 65 104 0.0498 0.0011 0.374 0.014 313 7 323 12 0.62 20 4 48 81 0.0511 0.0015 0.428 0.028 321 9 362 24 0.59 21 4 40 63 0.0599 0.0015 0.941 0.063 375 9 673 45 0.63 22 4 36 78 0.0492 0.0009 0.365 0.015 310 6 316 13 0.46 23 6 53 93 0.0620 0.0013 0.575 0.024 388 8 461 19 0.57 24 4 34 74 0.0509 0.0010 0.409 0.016 320 6 348 14 0.46 25 3 21 37 0.0637 0.0013 1.415 0.083 398 8 895 53 0.56 26 6 91 113 0.0510 0.0011 0.396 0.019 321 7 339 16 0.80 27 4 27 60 0.0558 0.0015 0.471 0.026 350 9 392 21 0.45 28 8 104 142 0.0508 0.0010 0.393 0.017 320 7 337 14 0.73 29 9 119 152 0.0519 0.0011 0.404 0.016 326 7 344 14 0.78 30 6 73 100 0.0512 0.0008 0.387 0.016 322 5 332 14 0.73
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