Geochemical characteristics, source area properties and tectonic significance of clastic rocks of Xilinkobo Formation in the south of Baiyunshan ophiolite melange belt, Beishan, Inner Mongolia
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摘要:
为揭示北山洋俯冲极性问题，对内蒙古北山造山带白云山地区的锡林柯博组砂岩进行了地球化学分析。结果表明，砂岩主要为长石石英砂岩和长石岩屑砂岩，少量为岩屑石英砂岩，且均表现为弱变质；矿物成分主要为石英、斜长石、钾长石等；主量元素平均含量SiO2为80.70%，Al2O3为8.07%，MgO为1.08%，CaO为1.48%，TFe2O3为1.86%，K2O为1.12%，Na2O为1.75%；稀土元素配分模式曲线一致，LREE/HREE=11.32~16.54，平均为13.83，（La/Yb）N=7.38~12.39，平均10.43，负Eu异常，轻稀土元素相对重稀土元素明显富集，稀土元素分馏明显。锡林柯博组碎屑沉积岩CIA值反映研究区物源碎屑岩遭受了温暖、湿润条件下中等的化学风化作用，其母岩可能来源于酸性火山岩或花岗岩。结合锡林柯博组岩石组合特征、构造组合特征及地球化学特征，认为其源岩形成于被动陆缘构造环境，揭示了物源可能来自于塔里木地块，从侧面反映了北山洋向北俯冲的极性。
Abstract:To reveal the polarity of the subduction of the Beishan ocean, the authors made a geochemical analysis of the sandstone of Xilinkebo Formation in Baiyunshan area of Beishan orogenic belt, Inner Mongolia.The results show that the rocks are mainly composed of feldspar quartz sandstone and feldspar lithic sandstone, with a small amount of lithic quartz sandstone, and all of them show weak metamorphism.The main mineral components are mainly quartz, plagioclase and K-feldspar.Average percentage content of major element oxides are SiO2 80.70%, Al2O3 8.07%, MgO 1.08%, CaO 1.48%, TFe2O3 1.86%, K2O 1.12% and Na2O 1.75%.The REE patterns of curves are consistent, with LREE/HREE being 11.32~16.54, 13.83 on average, and (La/Yb)N being 7.38~12.39, 10.43 on average.Eu anomaly value is 0.57, LREE are obviously enriched relative to HREE, and REEs fractionate evidently.The CIA value of clastic sedimentary rocks in Xilinkebo Formation suggests that the clastic rocks of provenance in the study area were subjected to moderate chemical weathering under warm and wet conditions.Their parent rocks probably originated from acidic volcanic rocks or granites.Combined with the rock assemblage characteristics, tectonic combined characteristics and geochemical characteristics of Xilinkebo Formation, it is considered that the source rocks were formed in a tectonic environment of passive continental margin.It is revealed that the provenance might have come from the Tarim block, indirectly reflecting the polarity of northward subduction of Beishan Ocean.
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Keywords:
- Inner Mongolia /
- Baiyunshan /
- Xilinkebo Formation /
- clastic rock /
- provenance /
- passive continental margin
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中亚造山带是世界上最大的显生宙大陆地壳生长带[1-6]，是持续俯冲增生的产物[7-9]。北山造山带作为中亚造山带的重要组成部分，引起众多学者的关注[10-11]。
北山造山带位于中亚造山带南缘，西与东天山造山带、东与兴蒙造山带相邻，以星星峡和阿尔金两大走滑断裂为界[12-15]。塔里木板块与哈萨克斯坦板块之间的俯冲，使得北山地区古生代洋壳发生俯冲-碰撞造山，即早古生代双鹰山微陆块向马鬃山岛弧拼贴，形成红柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗肠井蛇绿岩带[16-18]。多年来，地质学者对红柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗肠井蛇绿岩带所在的洋盆在早古生代向北俯冲[17, 19-22]或向南俯冲[23]存在争议，还有学者认为其为板内拉张形成的陆间有限盆地[24]。
为解决该条蛇绿混杂岩带俯冲极性争议的问题，本文通过对白云山蛇绿混杂岩带南部锡林柯博组砂岩进行地球化学特征研究，结合最新1 5万区调资料，恢复锡林柯博组碎屑沉积岩物源区岩石类型和构造背景，讨论北山造山带早古生代红柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗肠井蛇绿混杂岩带的构造意义，更加直观地反映蛇绿混杂岩的俯冲极性。
1. 区域地质背景
白云山东距额济纳旗约250 km，地处马鬃山地块与双鹰山地块接触部位，东部为月牙山-洗肠井蛇绿带，西部为牛圈子蛇绿岩带，构成了近东西向分布的红柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗肠井蛇绿构造岩带(图 1)。研究区地处塔里木板块向哈萨克斯坦板块俯冲拼贴的结合部位，具有重要的地质意义。最新月牙山、儿驼山幅1 5万区调资料显示，白云山蛇绿混杂岩带为早古生代洋盆俯冲形成，年龄为519.8±2.3 Ma(数据未刊出)。混杂带呈北西西向带状展布，东西长约26 km，南北宽2~4.5 km(图 2-a)。混杂带底部主要出露橄榄岩、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；其上主要为辉长岩、斜长花岗岩等，后期辉绿岩脉侵入；最上部为红褐色-紫红色的放射虫硅质岩，由于其受构造作用强烈，多呈岩块分布于蛇绿混杂岩带中，表现出远洋沉积的特征。蛇绿岩带北部与白云山组呈断层接触，白云山组被认为是塔里木板块与哈萨克斯坦板块之间大洋俯冲的产物。白云山组北侧为大面积出露的晚泥盆世花岗闪长岩。混杂岩带以南广泛出露古生代地层，包括早奥陶世罗雅楚山组、晚奥陶世锡林柯博组、早泥盆世三个井组、晚泥盆世墩墩山组(图 3)，以及元古宙海相地层，包括蓟县纪平头山组、青白口纪大豁落山组及震旦纪洗肠井群。
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图 1 北山造山带蛇绿岩时空分布(a)和亚造山带构造简图(b)(据参考文献[25]修改)①—红石山：②—小黄山：③—红柳河-牛圈子白云山-月牙山-洗肠井：④—柳园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)![]()
图 2 月牙山幅地质简图(a)和锡林柯博组PM7实测剖面(b)a图:1—中、新元古代碳酸岩组合；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—PM07剖面位置；b图:1—玄武岩；2—花岗斑岩脉；3—变质长石石英砂岩；4—变质长石岩屑砂岩；5—变质岩屑石英砂岩；6—变质含砾砂岩；7—变质粉砂岩；8—白云岩；9—断层破碎带；10—产状；11—采样位置；12—锡林柯博组；13—三个井组二段；14—蛇绿岩Figure 2. Geological map of Yueyashan Sheet(a)and measured profile PM07 of Xilinkebo Formation(b)![]()
图 3 白云山蛇绿混杂岩带南部古生代地层柱状图1—变质硅质岩；2—白云质大理岩；3—变质长石岩屑砂岩；4—变质岩屑长石砂岩；5—变质含砾长石石英砂岩；6—细砂岩；7—灰岩；8—晶屑凝灰岩；9—砾岩；10—含砾砂岩；11—玄武岩；12—安山岩Figure 3. Paleozoic stratigraphic histogram of South Baiyunshan ophiolitic melange belt锡林柯博组北邻白云山蛇绿岩带，二者为断层接触。该组岩石组合主要为一套灰绿色长石石英砂岩、长石岩屑砂岩夹灰褐色灰岩透镜体，以及少量硅质岩，为浅海相沉积特征。
2. 岩石学特征
变质长石石英砂岩：呈深灰色-灰绿色，变余砂状结构，似板状构造。变余陆源砂由石英、长石、岩屑组成，其中石英含量80%、长石10%、岩屑5%，填隙物主要为粘土质杂基(5%)。变质长石石英砂岩为中等磨圆度，呈次棱角-次圆状外形，杂乱分布，部分呈透镜状外形，长轴显定向排列，粒径部分为0.5~1.4 mm的粗砂，部分为0.25~0.5 mm的中砂，少量为0.05~0.25 mm的细砂。石英主要由单晶石英、多晶石英、硅质岩屑组成，表面干净，部分粒内可见波状消光，少量可见次生加大边；长石由斜长石、钾长石组成，斜长石见聚片双晶，后期具轻粘土化、褐铁矿化，钾长石为正(条纹)长石，后期具高岭土化、轻褐铁矿化；岩屑多已变为微粒状长英质与少量绿泥石的集合体，部分边界模糊(图 4-a、b)。
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图 4 变质长石石英砂岩(a、b)和变质长石岩屑砂岩(c、d)宏观、微观特征Q—石英；Pl—长石；Ls—岩屑Figure 4. Macroscopic and microscopic characteristics of metamorphic feldspar quartz sandstone(a, b) and characteristics of metamorphic feldspar lithic sandstone(c, d)变质长石岩屑砂岩：呈灰色，变余砂状结构，块状结构、似板状构造。变余陆源砂由石英、长石、岩屑、云母组成，其中石英含量55%、长石10%、岩屑30%，少量云母，填隙物为少量粘土质杂基。其为中等磨圆度，呈次棱角-次圆状外形，部分呈透镜状外形，杂乱分布，粒径部分为0.25~0.5 mm的中砂，部分为0.05~0.25 mm的细砂，少量为0.5~0.6 mm的粗砂。石英主要见单晶石英，表面干净，部分粒内见波状消光，少量可见次生加大边；长石由斜长石、少量钾长石组成，斜长石可见聚片双晶，后期具轻粘土化、褐铁矿化，钾长石为正(条纹)长石，后期具高岭土化、轻褐铁矿化；另见少量粘土岩，后期具褐铁矿化；云母呈片状，零散分布，主要为白云母，后期具较强绿泥石化，少量残留，单偏光下无色，正交光下具鲜艳的二—三级干涉色(图 4-c、d)。
3. 分析测试和地球化学特征
3.1 分析测试
本次采集的样品为白云山蛇绿岩带南部锡林柯博组剖面PM07(图 2-b)中的灰绿色变质长石石英砂岩和灰色变质长石岩屑砂岩，样品采集过程中避开脉体发育地段。将样品磨碎至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，精度优于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，分析精度优于10%。化学分析测试流程参考文献介绍的方法[26-27]。
3.2 主量和稀土元素
锡林柯博组变质砂岩SiO2含量为75.59%~87.07%，平均80.70%；Al2O3含量为5.95%~10.78%，平均8.07%, Fe2O3含量为0.23%~3.49%，平均1.00%，MgO含量为0.20%~2.58%，平均1.08%；Fe2O3和MgO是沉积岩中镁铁矿物的度量[28]。CaO含量为0.27%~2.81%，平均1.48%，K2O含量为0.26%~1.90%，平均1.12%，Na2O含量为0.52%~5.04%，平均1.75%。
锡林柯博组碎屑岩稀土和微量元素数据如表 1所示。∑REE为76.45×10-6~244.85×10-6，平均为154.84×10-6，轻稀土元素(LREE)为68.75×10-6~206.19×10-6，重稀土元素(HREE)为7.70×10-6~20.07×10-6，LREE/HREE=11.32~16.54，平均值为13.83，(La/Yb)N=7.38~12.39，平均值为10.43，说明轻稀土元素相对重稀土元素明显富集，稀土元素分馏明显。样品δEu=0.45~0.75，平均0.57，具明显负Eu异常。
表 1 白云山锡林柯博组砂岩主量、微量和稀土元素分析数据Table 1. Major, trace and rare earth element content of sandstone from Xilinkebo Formation in Baiyunshan area送样号 P7YQ
1-1P7YQ1-2 P7YQ3-1 P7YQ4-1 P7YQ7-1 P7YQ
39-1P7YQ
41-1P7YQ
42-1P7YQ
13-1P7YQ
18-1P7YQ
19-1P7YQ
26-1P7YQ
22-1P7YQ
28-1P7YQ
31-1P7YQ
35-1P7YQ
40-1SiO2 77.53 76.89 80.86 81.90 76.61 83.04 82.82 84.25 83.30 81.43 79.28 75.59 81.25 78.49 84.42 87.07 77.19 Al2O3 9.05 9.47 8.69 8.15 10.08 7.06 7.33 6.84 7.38 7.02 9.52 10.78 6.87 7.73 6.19 5.95 9.18 Fe2O3 2.56 3.49 1.27 1.29 1.56 1.00 0.92 0.79 0.51 0.72 0.50 0.56 0.34 0.38 0.44 0.23 0.44 MgO 0.22 0.20 1.22 1.12 1.40 0.96 0.99 0.84 0.34 1.02 0.41 0.92 2.58 2.39 1.03 0.85 1.81 CaO 2.03 1.42 0.27 0.30 1.04 0.89 0.69 0.73 2.05 2.62 2.38 2.81 1.24 2.27 1.70 0.75 1.93 Na2O 5.00 5.04 1.22 1.27 2.72 1.44 1.45 1.68 1.10 1.08 1.08 2.18 0.84 1.36 0.52 0.57 1.27 K2O 0.26 0.40 1.90 1.69 1.64 1.32 1.39 1.18 0.97 1.12 1.28 1.48 0.65 1.17 0.83 0.41 1.30 MnO 0.04 0.05 0.03 0.04 0.05 0.04 0.03 0.03 0.10 0.14 0.11 0.12 0.08 0.09 0.08 0.05 0.12 TiO2 0.57 0.66 0.50 0.48 0.46 0.53 0.52 0.40 1.78 1.06 2.81 1.68 2.31 1.47 1.94 2.38 2.58 P2O5 0.08 0.21 0.11 0.10 0.13 0.10 0.10 0.09 0.03 0.03 0.04 0.04 0.09 0.08 0.03 0.02 0.06 烧失量 2.12 1.78 1.52 1.45 2.07 1.65 1.56 1.45 1.48 2.32 1.73 2.72 3.00 3.51 1.87 1.22 2.81 总量 99.95 99.97 99.76 99.78 99.76 99.81 99.77 99.83 99.93 99.93 99.93 99.90 99.92 99.91 99.95 99.95 99.91 CIA 55.39 57.99 71.94 71.43 65.12 65.92 67.50 65.58 64.18 59.24 66.70 62.48 71.59 61.70 66.96 77.39 67.10 La 35.00 47.50 26.20 22.40 29.40 44.40 43.60 32.80 35.08 47.52 32.10 33.28 27.47 21.42 37.76 15.84 26.19 Ce 70.40 89.70 52.50 46.80 53.60 84.80 84.10 62.80 72.27 101.21 67.26 68.95 56.30 44.25 75.87 33.22 53.37 Pr 8.05 10.70 6.38 5.17 6.70 9.76 9.73 7.38 8.27 11.30 7.66 7.89 6.38 5.07 8.57 3.68 5.89 Nd 30.20 39.70 24.30 19.20 24.90 36.00 35.20 27.10 29.63 39.22 27.92 28.62 23.23 18.72 31.18 13.21 21.61 Sm 5.47 7.30 4.68 3.49 4.63 6.52 6.41 4.96 5.33 5.84 5.30 5.31 4.29 3.54 5.46 2.35 4.02 Eu 0.86 1.14 0.92 0.70 0.84 1.01 0.95 0.80 0.91 1.09 0.98 1.11 0.93 0.82 0.85 0.46 0.81 Gd 5.58 6.85 4.72 3.86 4.75 6.85 6.57 5.24 4.64 5.57 4.72 4.80 3.91 3.13 4.91 2.15 3.58 Tb 0.77 0.88 0.67 0.52 0.65 0.91 0.88 0.72 0.75 0.90 0.79 0.78 0.62 0.54 0.76 0.35 0.55 Dy 4.55 4.53 3.82 2.84 3.59 5.08 4.66 3.89 3.99 4.93 4.46 4.35 3.40 3.14 4.08 2.04 2.82 Ho 0.94 0.87 0.74 0.55 0.70 0.97 0.88 0.74 0.76 0.89 0.82 0.82 0.62 0.58 0.73 0.39 0.50 Er 2.76 2.41 2.02 1.46 1.95 2.73 2.45 2.00 2.23 2.60 2.33 2.40 1.79 1.65 2.10 1.12 1.50 Tm 0.45 0.37 0.30 0.21 0.28 0.39 0.36 0.30 0.42 0.49 0.43 0.43 0.33 0.33 0.38 0.21 0.27 Yb 3.40 2.75 2.00 1.36 2.00 2.72 2.54 2.04 2.45 2.85 2.42 2.58 1.98 2.01 2.33 1.26 1.72 Lu 0.57 0.46 0.31 0.20 0.30 0.42 0.39 0.31 0.37 0.44 0.37 0.39 0.32 0.32 0.36 0.19 0.29 LREE/
HREE11.57 16.54 12.14 14.23 13.18 14.32 15.34 14.11 14.23 16.18 12.56 12.76 13.53 11.32 15.32 12.78 15.07 ∑REE 169.00 215.16 129.56 108.76 134.29 202.56 198.72 151.08 167.10 224.85 157.56 161.72 131.56 105.51 175.33 76.45 123.14 (La/Yb)N 7.38 12.39 9.40 11.81 10.54 11.71 12.31 11.53 10.28 11.96 9.52 9.25 9.96 7.63 11.62 9.05 10.91 δEu 0.48 0.49 0.60 0.58 0.55 0.46 0.45 0.48 0.56 0.58 0.60 0.67 0.69 0.75 0.50 0.63 0.65 Li 0.17 0.07 9.43 8.06 12.00 9.23 8.08 7.87 10.76 14.57 13.14 13.92 7.42 12.98 7.61 3.37 11.88 Be 0.91 1.35 1.67 1.87 1.50 1.11 1.14 1.03 1.15 1.13 1.29 2.11 0.93 1.43 0.70 0.60 1.36 Sc 7.21 3.99 8.18 3.43 6.44 6.96 5.41 5.60 7.22 7.96 8.39 9.70 5.70 7.27 5.54 3.69 7.74 Nb 10.50 12.20 8.94 8.11 8.45 9.53 9.33 7.33 12.11 12.99 12.43 14.28 8.17 9.58 10.97 5.86 10.96 Ta 1.01 1.15 0.86 0.79 0.77 0.95 0.92 0.74 0.90 1.16 0.93 1.07 0.62 0.69 0.88 0.49 0.74 Zr 322.00 394.00 175.00 176.00 187.00 312.00 328.00 224.00 246.59 368.87 229.70 237.06 158.35 140.33 256.26 113.67 183.44 V 28.70 34.40 53.00 47.30 47.40 40.30 42.20 31.50 43.22 63.30 45.54 60.81 27.37 43.05 30.63 16.02 41.51 Cr 51.40 56.00 52.80 48.10 48.50 42.30 44.00 34.00 44.56 65.31 45.94 57.89 28.87 40.66 36.32 16.14 47.78 Co 5.73 6.36 8.09 8.69 8.40 7.39 7.74 6.26 5.68 6.10 6.53 9.98 4.12 12.60 5.20 2.75 8.13 Ni 15.30 15.80 21.30 21.20 19.20 12.80 13.80 11.30 14.29 19.65 17.68 21.63 9.11 22.24 10.70 6.63 17.15 Cu 12.60 13.00 58.30 45.60 14.30 9.01 8.44 6.96 9.03 6.85 11.03 13.42 7.35 14.86 7.40 12.55 8.98 Zn 24.80 27.50 44.80 41.20 44.10 34.30 32.70 29.40 37.29 48.66 44.68 51.68 23.12 47.82 27.30 13.59 41.61 Ga 12.20 11.30 11.60 9.93 11.90 8.79 9.18 8.06 9.84 9.70 11.40 15.10 7.44 10.42 7.18 5.23 10.74 Rb 7.65 14.10 81.00 72.20 60.10 56.90 57.20 51.60 59.56 57.26 59.21 124.31 42.87 76.09 27.72 29.72 64.59 Sr 92.30 110.00 16.60 15.50 26.20 26.10 26.00 25.30 27.74 18.03 36.10 51.76 109.57 74.10 52.87 48.08 87.36 Y 24.90 21.90 18.40 13.60 18.00 25.50 23.10 19.60 21.96 24.14 23.08 23.92 17.29 17.32 18.90 10.24 14.61 Cs 0.33 0.45 2.82 2.66 2.66 2.10 2.24 1.87 1.82 1.81 1.96 3.60 1.50 2.35 0.89 1.12 2.25 Ba 69.60 83.50 302.00 240.00 302.00 341.00 382.00 298.00 284.65 187.69 246.38 497.68 241.92 366.71 117.72 201.56 372.97 Pb 7.15 6.32 6.85 7.43 8.51 5.59 4.90 6.41 5.97 4.43 7.02 6.17 16.56 12.24 6.15 4.28 4.94 Th 13.90 16.50 11.20 8.07 12.30 22.50 22.50 16.40 16.39 22.03 14.00 14.19 12.11 10.09 15.68 10.41 12.61 U 3.14 4.08 2.11 2.08 2.59 1.79 1.98 1.40 2.31 2.77 2.52 2.51 1.46 1.77 1.81 1.18 1.52 Th/U 4.43 4.04 5.31 3.88 4.75 12.57 11.36 11.71 7.10 7.94 5.56 5.66 8.28 5.70 8.65 8.81 8.31 Th/Sc 1.93 4.14 1.37 2.35 1.91 3.23 4.16 2.93 2.27 2.77 1.67 1.46 2.13 1.39 2.83 2.82 1.63 La/Sc 4.85 11.90 3.20 6.53 4.57 6.38 8.06 5.86 4.86 5.97 3.83 3.43 4.82 2.95 6.82 4.29 3.39 注：CIA=100×Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O), 其中CaO*为硅酸盐矿物中的CaO矫正后的摩尔量[29]；主量元素含量单位为%, 微量和稀土元素含量单位为10-6 4. 讨论
4.1 碎屑岩成分及物源区风化作用
SiO2主要来自于石英碎屑或富含SiO2的矿物，SiO2含量高说明矿物成分成熟度高，Al2O3主要来自粘土矿物和长石；二者表明变质砂岩以变质长石石英砂岩为主，Al2O3-SiO2图解(图 5)反映，砂岩样品的矿物成分主要为石英、斜长石、钾长石等。K2O/N2O值是沉积岩中钾长石和钾质矿物与斜长石含量的度量，K2O/Na2O=0.05%~1.58%, 比值较小，指示钾长石或富钾矿物较少，以斜长石为主。
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图 5 白云山地区锡林柯博组砂岩Al2O3-SiO2图解[30]Figure 5. Al2O3-SiO2 diagram of sandstones from Xinlinkebo Formation in Baiyunshan area风化作用过程中U相对Th元素更加活泼，因此Th/U值随着风化程度增大而增加[30]。样品的Th/U值为3.88~12.57，平均值为7.30，比值较大，说明原岩经历了中等程度风化。风化蚀变指数(CIA)可以定量表示物源区风化程度[29]，CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]×100, 其中CaO*为校正后的摩尔量(CaO≤Na2O时，采用CaO的值；CaO＞Na2O时，CaO=Na2O)。普遍认为，CIA=55~60，反映寒冷、干燥的气候条件下较弱的化学风化作用；CIA=60~80，反映温暖、湿润条件下中等的化学风化作用；当CIA值大于80时，反映炎热、潮湿的热带、亚热带条件下的强化学风化作[31]。锡林柯博组碎屑岩CIA值变化范围为55.39~77.39，平均值为65.78，反映研究区物源碎屑岩遭受了温暖、湿润条件下中等的化学风化作用，与Th/U值判定结果一致。在Al2O3-(CaO*+Na2O)-K2O图解(图 6)中，风化趋势与斜长石和钾长石连线的交点反映了源岩的斜长石比钾长石含量高，这与主量元素含较少的K2O吻合。
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图 6 白云山地区锡林柯博组砂岩A-CN-K判别图解[32]Figure 6. A-CN-K diagram of the Xilinkebo Formation sandstones in Baiyunshan area4.2 物源区成分特征
沉积岩的地球化学性质能够反映源区岩石的成分特征，对构建沉积构造环境具有重要意义。微量元素La、Co、Zr、Sc、Th等属于相对稳定元素，受后期风化、搬运、成岩作用影响较弱，其组合特征可以作为物源类型和沉积构造环境良好的指示剂[33-34]。研究区岩石样品(表 1)的Th/U值变化范围为3.88~12.57，平均值为7.30(上地壳平均值为3.8)；La/Sc值变化范围为2.95~11.90，平均值为5.39(上地壳平均值为2.73)；Th/Sc值变化范围为1.37~4.16，平均值为2.41 (上地壳平均值0.97)[35]；研究区样品均高于上地壳值。Cr/Zr值可以反映镁铁质与长英质岩石对沉积物的相对贡献，锡林柯博组碎屑岩的Cr/Zr值均小于1(变化范围为0.13~0.30，平均值为0.20)，反映其来源于长英质岩石[36]。在Ni-TiO2图解(图 7)上，样品点主要位于长英质附近，明显有别于镁铁质区域。Rb/Cs值变化范围为22.59~34.53，平均值为28.80，明显低于下地壳平均值(60)和洋中脊、岛弧玄武岩值(80)，而与上地壳平均值(19)较接近；Th/Sc、La/Sc值等均与上地壳平均值接近，反映其来源于上地壳长英质岩石[37]。
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图 7 白云山地区锡林柯博组砂岩Ni-TiO2图解Figure 7. Ni-TiO2 diagram of the Xilinkebo Formation sandstones in Baiyunshan area稀土元素(REE)在沉积和成岩过程中变化较小[38]，源岩稀土元素特征能够很好地保存到沉积物中[39]。由稀土元素模式配分曲线(图 8)可知，样品稀土元素配分模式曲线一致，表现为明显的右倾模式，轻稀土元素右倾、重稀土元素相对平坦，说明物源相同且稳定。锡林柯博组碎屑岩稀土元素特征总体上表现出轻稀土元素富集(LREE/HREE平均值为13.83)，重稀土元素较平坦，负Eu异常明显(δEu平均值为0.57)，与上地壳稀土元素配分模式相似，表明其来源于上地壳。研究表明，沉积岩中母岩为斜长石，多表现为正Eu异常(1.01＜δEu＜2.33)；若母岩为酸性火山岩和花岗岩，则多表现为负Eu异常(δEu＜0.90)；若母岩为基性火山岩，则Eu无异常(0.90＜δEu＜1.0)[41]，锡林柯博组碎屑沉积岩均表现为明显的负异常，表明其母岩可能来源于酸性火山岩或花岗岩。
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图 8 白云山地区锡林柯博组砂岩稀土元素模式配分曲线(球粒陨石数据据参考文献[40])Figure 8. Chondrite-normalized REE patterns of the Xilinkebo Formation sandstones in Baiyunshan area4.3 构造环境
碎屑岩的地球化学特征不仅能反映物源区岩石成分，而且能反映沉积构造环境[22-23]。构造环境影响元素在一系列沉积过程中的聚集丰度和分馏程度，且控制碎屑沉积岩的物质来源。不同构造环境对应不同的碎屑沉积岩地球化学特征[42]，分析碎屑沉积岩地球化学特征可以有效恢复盆地构造属性[43]。沉积盆地构造环境主要有大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘4种类型。La、Y、Zr、Th、Co、Ti等微量元素具不活泼性，由物源区到沉积成岩区基本不变，因此，细碎屑岩中这些微量元素被广泛应用于沉积盆地构造背景的判别。前人研究表明，元素La/Sc、Ti/Zr、La/Y、Sc/Cr、La/Th等值可以很好地反映物源区的构造背景。大洋岛弧的物源区砂岩La/Sc＜1，Ti/Zr＞40，La/Y＜0.5，Sc/Cr小于0.6，La/Th=4.2±1.2；大陆岛弧的源区砂岩，La/Sc=1~3，Ti/Zr=10~35，La/Y=0.5~1.0，Sc/Cr=0.2~0.4；活动大陆边缘的源区砂岩，La/Sc=3~6，La/Y=1~1.5，Sc/Cr＜0.6；被动大陆边缘的源区砂岩La/Sc=3~9，Ti/Zr＜10，Sc/Cr＜0.2[34]。研究区砂岩La/Sc=2.95~11.9，平均值为5.39，Sc/Cr=0.07~0.23，平均值为0.15，符合被动大陆边缘源区的特征。
样品点在La-Th-Sc图解(图 9-a)中均落入活动大陆边缘与被动大陆边缘的混合区域；在Th-Co-Zr/10图解(图 9-b)中，主要落入被动大陆边缘区，部分落入大陆岛弧区；在Th-Sc-Zr/10图解(图 9-c)中，主要落入被动大陆边缘区，少部分落入大陆岛弧区，1个样品点落入活动大陆边缘区；在Sc/Cr-La/Y图解(图 9-d)中，主要落入被动大陆边缘区域。综上结果表明，锡林柯博组砂岩的地球化学特征均指向被动大陆边缘的构造环境。
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图 9 白云山地区锡林柯博组构造环境判别图解a—La-Th-Sc图解；b—Th-Co-Zr/10图解; c—Th-Sc-Zr/10图解; d—Sc/Cr-La/Y图解；A—大洋岛弧；B—大陆岛弧；C—活动大陆边缘；D—被动大陆边缘Figure 9. Tectonic setting discrimination of the Xilinkebo Formation in Baiyunshan area锡林柯博组岩石组合主要为一套灰绿色长石石英砂岩、长石岩屑砂岩夹灰褐色白云岩透镜体，以及少量硅质岩，属于典型的浅海相沉积。野外调查发现，锡林柯博组长石石英砂岩较多，长石岩屑砂岩较少，从样品SiO2含量同样可知，砂岩中石英含量较高，表现出被动陆缘的特征。
4.4 构造意义
近年来，众多学者对北山地区红柳河-牛圈子-白云山-月牙山-洗肠井蛇绿岩带的形成看法不一。有学者认为是由塔里木板块由南向北俯冲形成的有限洋盆[17, 19-21, 44-46]；也有学者认为是向南俯冲的产物[23]；还有学者认为其为板内拉张形成的陆间有限盆地[24]。通过锡林柯博组碎屑沉积岩的岩石组合特征和地球化学特征研究，认为锡林柯博组应处于被动大陆边缘的构造环境。1 5万月牙山、儿驼山幅区调报告中记载了测区南部早奥陶世罗雅楚山组的地球化学特征及碎屑锆石年龄。田健等①认为，罗雅楚山组形成于被动大陆边缘区；碎屑锆石年龄图谱上最新年龄为571 Ma(最新1颗)，总体有1200 Ma、1650 Ma、2500 Ma三个峰值，其785 Ma的峰值显示出与塔里木板块的亲缘性①。综上认为，早奥陶世罗雅楚山组和晚奥陶世锡林柯博组均与塔里木板块具有亲缘性。表明早古生代塔里木板块持续向北部哈萨克斯坦板块俯冲，研究区锡林柯博组作为塔里木板块北缘受到强烈的挤压作用，其北侧形成白云山蛇绿岩带，推断北山造山带早古生代蛇绿混杂岩带是北山洋向北俯冲的产物。
5. 结论
(1) 锡林柯博组砂岩主要为变质长石石英砂岩，少量变质长石岩屑砂岩。矿物成分主要为石英、长石、钾长石等。稀土元素配分模式曲线一致，为明显的右倾模式，轻稀土元素相对重稀土元素明显富集，稀土元素分馏明显。砂岩为被动构造环境下的产物，源岩经历了温暖、湿润条件的中等化学风化作用。源岩来源于上地壳长英质岩石，其母岩可能来源于酸性火山岩或花岗岩。
(2) 晚奥陶世锡林柯博组具有被动陆缘构造环境特征，认为其源区为塔里木板块。
(3) 通过锡林柯博组岩石组合特征及碎屑沉积岩地球化学特征研究，并结合1 5万区调资料，认为北山造山带早古生代蛇绿混杂岩带是洋盆向北俯冲的产物。
致谢: 审稿专家和中国地质调查局天津地质调查中心李承东教授级高工对本文提出了建设性修改意见；内蒙古1 5万月牙山、儿驼山幅区域地质调查项目组为本文提供了丰富的第一手资料，在此一并表示感谢。 -
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图 1 北山造山带蛇绿岩时空分布(a)和亚造山带构造简图(b)(据参考文献[25]修改)
①—红石山：②—小黄山：③—红柳河-牛圈子白云山-月牙山-洗肠井：④—柳园
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)
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图 2 月牙山幅地质简图(a)和锡林柯博组PM7实测剖面(b)
a图:1—中、新元古代碳酸岩组合；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—PM07剖面位置；b图:1—玄武岩；2—花岗斑岩脉；3—变质长石石英砂岩；4—变质长石岩屑砂岩；5—变质岩屑石英砂岩；6—变质含砾砂岩；7—变质粉砂岩；8—白云岩；9—断层破碎带；10—产状；11—采样位置；12—锡林柯博组；13—三个井组二段；14—蛇绿岩
Figure 2. Geological map of Yueyashan Sheet(a)and measured profile PM07 of Xilinkebo Formation(b)
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图 3 白云山蛇绿混杂岩带南部古生代地层柱状图
1—变质硅质岩；2—白云质大理岩；3—变质长石岩屑砂岩；4—变质岩屑长石砂岩；5—变质含砾长石石英砂岩；6—细砂岩；7—灰岩；8—晶屑凝灰岩；9—砾岩；10—含砾砂岩；11—玄武岩；12—安山岩
Figure 3. Paleozoic stratigraphic histogram of South Baiyunshan ophiolitic melange belt
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图 4 变质长石石英砂岩(a、b)和变质长石岩屑砂岩(c、d)宏观、微观特征
Q—石英；Pl—长石；Ls—岩屑
Figure 4. Macroscopic and microscopic characteristics of metamorphic feldspar quartz sandstone(a, b) and characteristics of metamorphic feldspar lithic sandstone(c, d)
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图 5 白云山地区锡林柯博组砂岩Al2O3-SiO2图解[30]
Figure 5. Al2O3-SiO2 diagram of sandstones from Xinlinkebo Formation in Baiyunshan area
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图 6 白云山地区锡林柯博组砂岩A-CN-K判别图解[32]
Figure 6. A-CN-K diagram of the Xilinkebo Formation sandstones in Baiyunshan area
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图 7 白云山地区锡林柯博组砂岩Ni-TiO2图解
Figure 7. Ni-TiO2 diagram of the Xilinkebo Formation sandstones in Baiyunshan area
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图 8 白云山地区锡林柯博组砂岩稀土元素模式配分曲线(球粒陨石数据据参考文献[40])
Figure 8. Chondrite-normalized REE patterns of the Xilinkebo Formation sandstones in Baiyunshan area
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图 9 白云山地区锡林柯博组构造环境判别图解
a—La-Th-Sc图解；b—Th-Co-Zr/10图解; c—Th-Sc-Zr/10图解; d—Sc/Cr-La/Y图解；A—大洋岛弧；B—大陆岛弧；C—活动大陆边缘；D—被动大陆边缘
Figure 9. Tectonic setting discrimination of the Xilinkebo Formation in Baiyunshan area
表 1 白云山锡林柯博组砂岩主量、微量和稀土元素分析数据
Table 1 Major, trace and rare earth element content of sandstone from Xilinkebo Formation in Baiyunshan area
送样号 P7YQ
1-1P7YQ1-2 P7YQ3-1 P7YQ4-1 P7YQ7-1 P7YQ
39-1P7YQ
41-1P7YQ
42-1P7YQ
13-1P7YQ
18-1P7YQ
19-1P7YQ
26-1P7YQ
22-1P7YQ
28-1P7YQ
31-1P7YQ
35-1P7YQ
40-1SiO2 77.53 76.89 80.86 81.90 76.61 83.04 82.82 84.25 83.30 81.43 79.28 75.59 81.25 78.49 84.42 87.07 77.19 Al2O3 9.05 9.47 8.69 8.15 10.08 7.06 7.33 6.84 7.38 7.02 9.52 10.78 6.87 7.73 6.19 5.95 9.18 Fe2O3 2.56 3.49 1.27 1.29 1.56 1.00 0.92 0.79 0.51 0.72 0.50 0.56 0.34 0.38 0.44 0.23 0.44 MgO 0.22 0.20 1.22 1.12 1.40 0.96 0.99 0.84 0.34 1.02 0.41 0.92 2.58 2.39 1.03 0.85 1.81 CaO 2.03 1.42 0.27 0.30 1.04 0.89 0.69 0.73 2.05 2.62 2.38 2.81 1.24 2.27 1.70 0.75 1.93 Na2O 5.00 5.04 1.22 1.27 2.72 1.44 1.45 1.68 1.10 1.08 1.08 2.18 0.84 1.36 0.52 0.57 1.27 K2O 0.26 0.40 1.90 1.69 1.64 1.32 1.39 1.18 0.97 1.12 1.28 1.48 0.65 1.17 0.83 0.41 1.30 MnO 0.04 0.05 0.03 0.04 0.05 0.04 0.03 0.03 0.10 0.14 0.11 0.12 0.08 0.09 0.08 0.05 0.12 TiO2 0.57 0.66 0.50 0.48 0.46 0.53 0.52 0.40 1.78 1.06 2.81 1.68 2.31 1.47 1.94 2.38 2.58 P2O5 0.08 0.21 0.11 0.10 0.13 0.10 0.10 0.09 0.03 0.03 0.04 0.04 0.09 0.08 0.03 0.02 0.06 烧失量 2.12 1.78 1.52 1.45 2.07 1.65 1.56 1.45 1.48 2.32 1.73 2.72 3.00 3.51 1.87 1.22 2.81 总量 99.95 99.97 99.76 99.78 99.76 99.81 99.77 99.83 99.93 99.93 99.93 99.90 99.92 99.91 99.95 99.95 99.91 CIA 55.39 57.99 71.94 71.43 65.12 65.92 67.50 65.58 64.18 59.24 66.70 62.48 71.59 61.70 66.96 77.39 67.10 La 35.00 47.50 26.20 22.40 29.40 44.40 43.60 32.80 35.08 47.52 32.10 33.28 27.47 21.42 37.76 15.84 26.19 Ce 70.40 89.70 52.50 46.80 53.60 84.80 84.10 62.80 72.27 101.21 67.26 68.95 56.30 44.25 75.87 33.22 53.37 Pr 8.05 10.70 6.38 5.17 6.70 9.76 9.73 7.38 8.27 11.30 7.66 7.89 6.38 5.07 8.57 3.68 5.89 Nd 30.20 39.70 24.30 19.20 24.90 36.00 35.20 27.10 29.63 39.22 27.92 28.62 23.23 18.72 31.18 13.21 21.61 Sm 5.47 7.30 4.68 3.49 4.63 6.52 6.41 4.96 5.33 5.84 5.30 5.31 4.29 3.54 5.46 2.35 4.02 Eu 0.86 1.14 0.92 0.70 0.84 1.01 0.95 0.80 0.91 1.09 0.98 1.11 0.93 0.82 0.85 0.46 0.81 Gd 5.58 6.85 4.72 3.86 4.75 6.85 6.57 5.24 4.64 5.57 4.72 4.80 3.91 3.13 4.91 2.15 3.58 Tb 0.77 0.88 0.67 0.52 0.65 0.91 0.88 0.72 0.75 0.90 0.79 0.78 0.62 0.54 0.76 0.35 0.55 Dy 4.55 4.53 3.82 2.84 3.59 5.08 4.66 3.89 3.99 4.93 4.46 4.35 3.40 3.14 4.08 2.04 2.82 Ho 0.94 0.87 0.74 0.55 0.70 0.97 0.88 0.74 0.76 0.89 0.82 0.82 0.62 0.58 0.73 0.39 0.50 Er 2.76 2.41 2.02 1.46 1.95 2.73 2.45 2.00 2.23 2.60 2.33 2.40 1.79 1.65 2.10 1.12 1.50 Tm 0.45 0.37 0.30 0.21 0.28 0.39 0.36 0.30 0.42 0.49 0.43 0.43 0.33 0.33 0.38 0.21 0.27 Yb 3.40 2.75 2.00 1.36 2.00 2.72 2.54 2.04 2.45 2.85 2.42 2.58 1.98 2.01 2.33 1.26 1.72 Lu 0.57 0.46 0.31 0.20 0.30 0.42 0.39 0.31 0.37 0.44 0.37 0.39 0.32 0.32 0.36 0.19 0.29 LREE/
HREE11.57 16.54 12.14 14.23 13.18 14.32 15.34 14.11 14.23 16.18 12.56 12.76 13.53 11.32 15.32 12.78 15.07 ∑REE 169.00 215.16 129.56 108.76 134.29 202.56 198.72 151.08 167.10 224.85 157.56 161.72 131.56 105.51 175.33 76.45 123.14 (La/Yb)N 7.38 12.39 9.40 11.81 10.54 11.71 12.31 11.53 10.28 11.96 9.52 9.25 9.96 7.63 11.62 9.05 10.91 δEu 0.48 0.49 0.60 0.58 0.55 0.46 0.45 0.48 0.56 0.58 0.60 0.67 0.69 0.75 0.50 0.63 0.65 Li 0.17 0.07 9.43 8.06 12.00 9.23 8.08 7.87 10.76 14.57 13.14 13.92 7.42 12.98 7.61 3.37 11.88 Be 0.91 1.35 1.67 1.87 1.50 1.11 1.14 1.03 1.15 1.13 1.29 2.11 0.93 1.43 0.70 0.60 1.36 Sc 7.21 3.99 8.18 3.43 6.44 6.96 5.41 5.60 7.22 7.96 8.39 9.70 5.70 7.27 5.54 3.69 7.74 Nb 10.50 12.20 8.94 8.11 8.45 9.53 9.33 7.33 12.11 12.99 12.43 14.28 8.17 9.58 10.97 5.86 10.96 Ta 1.01 1.15 0.86 0.79 0.77 0.95 0.92 0.74 0.90 1.16 0.93 1.07 0.62 0.69 0.88 0.49 0.74 Zr 322.00 394.00 175.00 176.00 187.00 312.00 328.00 224.00 246.59 368.87 229.70 237.06 158.35 140.33 256.26 113.67 183.44 V 28.70 34.40 53.00 47.30 47.40 40.30 42.20 31.50 43.22 63.30 45.54 60.81 27.37 43.05 30.63 16.02 41.51 Cr 51.40 56.00 52.80 48.10 48.50 42.30 44.00 34.00 44.56 65.31 45.94 57.89 28.87 40.66 36.32 16.14 47.78 Co 5.73 6.36 8.09 8.69 8.40 7.39 7.74 6.26 5.68 6.10 6.53 9.98 4.12 12.60 5.20 2.75 8.13 Ni 15.30 15.80 21.30 21.20 19.20 12.80 13.80 11.30 14.29 19.65 17.68 21.63 9.11 22.24 10.70 6.63 17.15 Cu 12.60 13.00 58.30 45.60 14.30 9.01 8.44 6.96 9.03 6.85 11.03 13.42 7.35 14.86 7.40 12.55 8.98 Zn 24.80 27.50 44.80 41.20 44.10 34.30 32.70 29.40 37.29 48.66 44.68 51.68 23.12 47.82 27.30 13.59 41.61 Ga 12.20 11.30 11.60 9.93 11.90 8.79 9.18 8.06 9.84 9.70 11.40 15.10 7.44 10.42 7.18 5.23 10.74 Rb 7.65 14.10 81.00 72.20 60.10 56.90 57.20 51.60 59.56 57.26 59.21 124.31 42.87 76.09 27.72 29.72 64.59 Sr 92.30 110.00 16.60 15.50 26.20 26.10 26.00 25.30 27.74 18.03 36.10 51.76 109.57 74.10 52.87 48.08 87.36 Y 24.90 21.90 18.40 13.60 18.00 25.50 23.10 19.60 21.96 24.14 23.08 23.92 17.29 17.32 18.90 10.24 14.61 Cs 0.33 0.45 2.82 2.66 2.66 2.10 2.24 1.87 1.82 1.81 1.96 3.60 1.50 2.35 0.89 1.12 2.25 Ba 69.60 83.50 302.00 240.00 302.00 341.00 382.00 298.00 284.65 187.69 246.38 497.68 241.92 366.71 117.72 201.56 372.97 Pb 7.15 6.32 6.85 7.43 8.51 5.59 4.90 6.41 5.97 4.43 7.02 6.17 16.56 12.24 6.15 4.28 4.94 Th 13.90 16.50 11.20 8.07 12.30 22.50 22.50 16.40 16.39 22.03 14.00 14.19 12.11 10.09 15.68 10.41 12.61 U 3.14 4.08 2.11 2.08 2.59 1.79 1.98 1.40 2.31 2.77 2.52 2.51 1.46 1.77 1.81 1.18 1.52 Th/U 4.43 4.04 5.31 3.88 4.75 12.57 11.36 11.71 7.10 7.94 5.56 5.66 8.28 5.70 8.65 8.81 8.31 Th/Sc 1.93 4.14 1.37 2.35 1.91 3.23 4.16 2.93 2.27 2.77 1.67 1.46 2.13 1.39 2.83 2.82 1.63 La/Sc 4.85 11.90 3.20 6.53 4.57 6.38 8.06 5.86 4.86 5.97 3.83 3.43 4.82 2.95 6.82 4.29 3.39 注：CIA=100×Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O), 其中CaO*为硅酸盐矿物中的CaO矫正后的摩尔量[29]；主量元素含量单位为%, 微量和稀土元素含量单位为10-6 
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1. 张高鑫，刘建朝，张海东，王得权，纪冬平，李振，张燕娜. 陕西勉略宁地块车渡磁铁石英岩型金矿床多期成矿作用. 地球科学与环境学报. 2020(03): 355-365 . 
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