内蒙古狼山地区早石炭世石英闪长岩U-Pb年龄、地球化学特征及其对古亚洲洋俯冲的指示

田健; 滕学建; 刘洋; 滕飞; 郭硕; 何鹏; 王文龙

内蒙古狼山地区早石炭世石英闪长岩U-Pb年龄、地球化学特征及其对古亚洲洋俯冲的指示

中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170

基金项目:

中国地质调查局项目《阴山成矿带小狐狸山和雅布赖地区地质矿产调查》 DD20160039

详细信息

作者简介:
田健(1987-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查及岩浆岩岩石学研究。E-mail:243293305@qq.com

中图分类号: P534.45;P597⁺.3
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出版历程
- 收稿日期: 2019-09-26
- 修回日期: 2019-11-24
- 网络出版日期: 2023-08-15
- 刊出日期: 2020-06-30

U-Pb age and geochemical characteristics of quartz diorite in Early Carboniferous from Langshan area of Inner Mongolia, and its implication for subduction of Paleo-Asian Ocean

Tianjin Center of China Geological Survey, Tianjin 300170, China

摘要

摘要:
内蒙古狼山山脉西侧分布大面积的晚古生代岩浆岩，时代集中在早石炭世—晚二叠世，早石炭世石英闪长岩体出露于潮格温都尔镇西侧。该岩体岩性为石英闪长岩，LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄显示，石英闪长岩的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值为337.4±6.6 Ma。岩石暗色矿物以角闪石为主，黑云母次之，富铁，富钠，高钠钾比值，为钙碱性系列；富集大离子亲石元素Rb、K、Pb，不同程度的亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti的特点，稀土元素配分型式为轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，弱的负Eu异常，总体反映岩浆弧的地球化学特征。构造环境判别图显示样品点落在大陆边缘弧范围，岩石地球化学特征表明狼山地区早石炭世处于大陆边缘弧构造背景，古亚洲洋石炭纪存在向南俯冲。对比北部造山带西乌旗地区的早石炭世石英闪长岩，两者地球化学特征基本相同。因此，早石炭世古亚洲洋发生了双向俯冲，形成了以石英闪长岩为主的岩石类型。
- 内蒙古 /
- 狼山地区 /
- 早石炭世 /
- 石英闪长岩 /
- 大陆边缘弧
Abstract:
The Late Paleozoic magmatites are distributed in the west of Inner Mongolian Langshan Mountain, with the formation concentrated in Early Carboniferous and Late Permian.The quartz diorite body of Early Carboniferous strata are outcropped in the west of Chaogewenduer Town.LA-ICP-MS zircon U-Pb age shows that the ²⁰⁶Pb/²³⁸U weighted average age of quartz diorite is 337.4±6.6 Ma.The characteristics of quartz diorite exhibit that the amphibole is the main dark mineral, characterized by enrichment in TFeO(TFeO=4.18%~6.95%) and Na₂O (Na₂O=3.11%~4.07%), high Na₂O/K₂O (Na₂O/K₂O 1.27~2.50), being calc alkaline series, enrichment in LILE (K, Rb, Ba), depletion in Nb, Ta, P and Ti, enrichment in LREE, and depletion in HREE as well as negligible Eu anomalies, which reflects the geochemical characteristics of magmatic arc.Th/Yb-Ta/Yb discriminant diagram shows the samples plot in the area of the continental margin arc.The geochemical characteristics of quartz diorite shows that the tectonic setting of Langshan area belonged to the continental margin arc in Early Carboniferous, the existence of the southward subduction of the paleo-Asian Ocean, and that, compared with the Early Carboniferous quartz diorite in Xiwuqi area of the northern orogenic belt, their geochemical characteristics are basically the same.Therefore, the paleo-Asian Ocean underwent bidirectional subduction in Early Carboniferous and formed the rock type dominated by quartz diorite.
- Inner Mongolia /
- Langshan area /
- Early Carboniferous /
- quartz diorite /
- continental margin arc

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中亚造山带作为世界上最大的显生宙造山带，横贯东西和南北数千千米，其复杂的构造演化过程被认为与古亚洲洋的构造运动密切相关^[1-5]。古亚洲洋盆的形成、演化及增生造山与地体拼贴过程造就了现有的构造格架(图 1-a)^{[1, 6-18]}。

图 1 测区大地构造位置(a)和地质简图(b)(据参考文献[19][①]修改)

Figure 1. The tectonic location and simplified geological map of the survey area

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华北地块北缘位于中亚造山带与华北地块的结合部位，其特殊的构造位置为研究区域构造演化过程提供了有利条件。区内发育大面积的晚古生代岩浆岩，尤以古生代岩体最广泛^[19-28]。多数学者认为，在早石炭世，古亚洲洋发生了向北的俯冲消减作用，形成了北部造山带岛弧性质的岩浆岩，分布在苏尼特左旗—西乌旗一带^[29-31]；然而，近年来，在华北地块北缘也有零星的早石炭世弧岩浆岩的报道，分布在商都-隆化附近^[20]及狼山地区乌拉特后旗附近^[32]。狼山地区位于华北地块北缘西部，北侧为中亚造山带(图 1-a)^[32-34]，其发育的早石炭世侵入岩的属性对于探讨晚古生代古亚洲洋的向南俯冲具有重要的意义。

本文基于狼山地区查干呼舒庙等六幅1:5万区域地质调查的基础上，对新识别出的大面积早石炭世石英闪长岩进行岩石学、锆石年龄、地球化学及Hf同位素特征的深入研究，探讨该期侵入岩的构造背景，进而为华北地块北缘早石炭世的构造演化提供有力的证据。

1. 地质概况及岩相学特征

石炭纪岩体位于潮格温都尔镇西侧，中心地理坐标约为北纬41°25′、东经106°47′40″(图 1-b)。石英闪长岩岩体构成石炭纪岩体的主要单元，呈大的岩基产出，总体呈北东向展布，出露面积约70 km²，稍早的辉长岩呈团块状分布在石英闪长岩岩体中，稍晚的花岗闪长岩呈岩枝状侵入其中。该岩体东西两侧侵入到晚志留世二长花岗岩体或宝音图岩群中，西南侧被中二叠世花岗闪长岩侵入，北侧被中新生代地层角度不整合覆盖。

石英闪长岩整体露头较好，突出于地表，具球状风化特征，其内部多见花岗斑岩、石英脉等脉体。可见闪长质包体，包体呈椭圆状、浑圆状，部分具不规则的形态(图 2-a)，大小不一，包体大小在5~20 cm之间，岩性为微粒的闪长岩，闪长质包体中发育细粒的斜长石颗粒，明显与包体本身颗粒不匹配，反映了壳幔岩浆的混合作用。根据矿物成分、含量及颗粒大小，岩石种类主要为细粒石英闪长岩(图 2-b)。

图 2 石英闪长岩野外露头照片及岩相学特征

a—青灰色细粒石英闪长岩中的混成包体；b—青灰色细粒石英闪长岩组构；c—青灰色细粒石英闪长岩矿物特征(+)；d—青灰色细粒石英闪长岩中角闪石绿泥石化、斜长石绢云母化蚀变(+)。Am—角闪石；Chl—绿泥石；Ser—绢云母；Pl—斜长石；Kf—钾长石；Q—石英

Figure 2. Outcrop photos and photomicrographs of quartz diorite, showing the typical textures

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石英闪长岩：岩石新鲜面为青灰色，细粒结构，块状构造，主要由斜长石(50%~60%)、钾长石(1%~5%)、石英(5%~10%)、角闪石(15%~30%)、黑云母(1%~5%)组成(图 2-c)。斜长石呈半自形板状，杂乱分布，粒径一般为0.2~2 mm的细粒，2~3.9 mm的次之，具绢云母化、局部黝帘石化、碳酸盐化(图 2-d)，局部隐约可见环带结构。钾长石呈半自形-他形粒状，填隙状分布，粒径一般小于0.5 mm，具轻高岭土化、局部碳酸盐化。黑云母呈鳞片-叶片状，杂乱分布，粒径一般为0.1~2.4 mm，可见绿泥石化，局部绿帘石化，局部穿插交代角闪石、辉石，有时可见角闪石、辉石反应边。角闪石呈他形-半自形柱粒状，粒径一般为0.1~3 mm，杂乱分布，具绿泥石化、褐铁矿化、绿帘石化(图 2-d)，多色性较明显，Ng'=棕褐色，Np'=淡黄棕色。岩体内可见铁质、帘石、硅质、碳酸盐充填的裂隙。

2. 分析方法

采集新鲜的石英闪长岩同位素样品1件、全岩分析样品10件。先将样品手工粗碎后进行缩分, 在玛瑙研钵内磨至2(X)目后, 进行主量、微量和稀土元素分析。锆石按常规方法分选, 在双目镜下挑纯, 挑选晶形完好、有代表性的颗粒进行制靶，然后在北京锆年领航科技有限公司透、反射及阴极发光(CL)照相，并进行锆石U-Pb定年。

2.1 锆石U-Pb测年

样品无污染碎样和锆石的挑选工作在河北省廊坊区域地质矿产调查研究所实验室完成。在北京锆年领航科技有限公司制靶，锆石粘贴制成环氧树脂样品靶，经过打磨抛光使锆石露出中心后进行透射光、反射光和阴极发光(CL)显微照相。锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素分析在天津地质矿产研究所实验室的193 nm激光剥蚀系统(New Wave)和多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS，Neptune)上完成。U-Pb年龄测试方法见参考文献[35]。采用GJ-1为外部标准校正锆石的U、Th和Pb同位素；采用NIST610玻璃为标样计算锆石中的U、Th和Pb含量；利用ICPMSDataCal程序^[36]和Isoplot程序^[37]进行数据处理。分析结果见表 1。

表 1 石英闪长岩锆石U-Th-Pb定年数据

Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for quartz biorite

分析号	Pb	U	²³²Th/²³⁸U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄/Ma	1σ
分析号	含量/10^-6		²³²Th/²³⁸U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄/Ma	1σ
p17.22.2.1	143	2113	0.3843	0.0951	0.0018	0.8119	0.0192	0.0619	0.0007	387	4
p17.22.2.2	81	1307	0.7755	0.0570	0.0007	0.4532	0.0065	0.0577	0.0006	362	4
p17.22.2.3	61	863	0.4421	0.1082	0.0014	0.9201	0.0125	0.0617	0.0007	386	4
p17.22.2.4	97	1088	0.5966	0.2065	0.0046	1.8161	0.0498	0.0638	0.0007	399	5
p17.22.2.5	107	1494	0.4979	0.1304	0.0020	1.0525	0.0214	0.0585	0.0006	367	4
p17.22.2.6	43	730	0.2528	0.0542	0.0007	0.4512	0.0064	0.0604	0.0006	378	4
p17.22.2.7	111	1140	0.7122	0.1756	0.0026	1.6888	0.0259	0.0698	0.0007	435	4
p17.22.2.8	19	348	0.2359	0.0657	0.0013	0.4991	0.0098	0.0551	0.0006	346	4
p17.22.2.9	352	6519	0.1317	0.1152	0.0015	0.7746	0.0113	0.0488	0.0005	307	3
p17.22.2.10	23	436	0.1736	0.0664	0.0012	0.4958	0.0090	0.0541	0.0005	340	3
p17.22.2.11	60	994	0.5383	0.0654	0.0009	0.5067	0.0083	0.0562	0.0006	352	4
p17.22.2.12	40	765	0.1878	0.0558	0.0007	0.4111	0.0060	0.0535	0.0005	336	3
p17.22.2.13	483	3235	0.5315	0.3513	0.0042	3.7886	0.0527	0.0782	0.0008	486	5
p17.22.2.14	42	681	0.2982	0.0855	0.0015	0.6624	0.0111	0.0562	0.0006	353	4
p17.22.2.15	42	782	0.2557	0.0681	0.0009	0.4910	0.0071	0.0523	0.0005	329	3
p17.22.2.16	61	934	0.5025	0.1010	0.0017	0.7602	0.0162	0.0546	0.0006	343	4
p17.22.2.17	41	661	0.4798	0.0943	0.0026	0.6890	0.0181	0.0530	0.0005	333	3
p17.22.2.18	63	1056	0.3903	0.0649	0.0009	0.5160	0.0092	0.0576	0.0006	361	4
p17.22.2.19	190	944	0.5889	0.4358	0.0056	5.3796	0.0960	0.0895	0.0011	553	7
p17.22.2.20	60	740	0.7560	0.1314	0.0019	1.1110	0.0206	0.0613	0.0007	384	4
p17.22.2.21	168	2714	0.0784	0.0940	0.0012	0.7544	0.0113	0.0582	0.0006	365	4
p17.22.2.22	37	568	0.5283	0.0925	0.0014	0.7154	0.0132	0.0561	0.0006	352	4
p17.22.2.23	47	1141	0.8544	0.0731	0.0015	0.3502	0.0071	0.0348	0.0003	220	2
p17.22.2.24	77	1330	0.2758	0.0704	0.0009	0.5421	0.0076	0.0558	0.0005	350	3

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2.2 全岩化学成分

主量、微量和稀土元素分析在天津地质矿产研究所元素分析实验室完成。将样品熔制成玻璃饼，然后采用X射线荧光光谱仪XRF-1500进行主量元素测定，分析精度优于1%。称取40 mg样品于Tenon罐中，加入HNO₃和HF充分溶解后，用1%的HNO₃稀释，在Finigan MAT公司生产的双聚焦电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)ELEMENT上测定微量和稀土元素，分析精度优于5%。分析结果见表 2。

表 2 石英闪长岩主量、微量和稀土元素分析结果

Table 2. Result of whole-rock major, trace elements and REE of quartz biorite

样品号	P17-25-1	P17-104-1	P17-116-1	P17-135-1	PM001-36-1	PM001-18-1	P17-22-1	P17-114-1	P17-129-1	P17-143-1
SiO₂	54.13	55.76	55.54	55.49	56.49	61.58	61.97	57.98	58.69	61.11
TiO₂	1.00	1.57	0.94	0.90	0.90	0.56	0.79	0.78	0.58	1.09
Al₂O₃	17.37	17.06	18.29	16.84	17.41	15.92	16.92	17.01	17.47	17.72
Fe₂O₃	1.02	0.88	0.77	0.87	0.04	0.21	0.32	0.61	1.18	0.54
FeO	4.93	6.16	4.54	5.45	5.81	3.99	4.00	4.58	3.41	3.88
MnO	0.11	0.12	0.096	0.11	0.11	0.08	0.069	0.094	0.084	0.079
MgO	6.18	4.41	5.15	6.36	5.13	3.29	3.10	3.77	4.10	2.25
CaO	8.44	6.48	7.50	6.53	7.61	4.67	4.50	6.29	6.32	4.98
Na₂O	3.12	3.43	3.30	3.11	3.13	3.50	3.61	3.38	3.44	4.07
K₂O	1.52	1.75	1.32	1.36	1.54	2.75	1.98	1.94	1.86	2.01
P₂O₅	0.13	0.28	0.16	0.18	0.13	0.16	0.15	0.12	0.10	0.26
H₂O⁺	1.31	1.25	1.46	1.88	0.95	1.28	1.69	1.90	1.70	1.36
CO₂	0.09	0.02	0.32	0.14	0.04	1.57	0.31	0.92	0.52	0.10
烧失量	1.51	1.42	1.90	2.18	1.07	2.86	2.13	2.94	2.38	1.59
总和	99.46	99.32	99.51	99.38	99.37	99.57	99.54	99.49	99.61	99.58
TFeO	5.85	6.95	5.23	6.23	5.85	4.18	4.29	5.13	4.47	4.37
Fe₂O₃	5.46	6.42	4.86	5.77	5.27	3.80	3.92	4.73	4.25	4.03
Cs	3.34	2.24	2.95	2.82	3.77	3.38	2.98	2.82	3.71	2.33
Rb	59.30	70.90	47.40	54.50	43.00	94.00	84.90	70.70	77.30	76.60
Sr	332.00	558.00	629.00	540.00	560.00	479.00	406.00	523.00	475.00	484.00
Ba	291.00	457.00	533.00	510.00	254.00	550.00	392.00	561.00	519.00	547.00
Ga	17.00	17.20	16.70	18.20	18.70	19.90	17.80	17.50	17.20	19.70
Nb	5.51	9.71	6.39	5.44	3.89	5.95	5.86	6.26	5.64	9.18
Ta	0.50	0.76	0.45	0.43	0.36	0.70	0.25	0.59	0.50	0.73
Zr	102.00	80.60	98.30	128.00	51.00	49.10	161.00	92.20	95.40	80.60
Hf	3.18	2.52	3.06	3.70	1.68	1.96	4.33	2.90	2.92	2.55
Th	5.10	3.84	3.34	5.25	3.69	4.21	8.04	6.22	6.03	5.15
V	150.00	126.00	166.00	194.00	168.00	72.70	89.50	107.00	96.80	60.40
Cr	203.00	66.00	105.00	126.00	80.20	87.60	89.60	43.70	57.50	20.90
Co	24.70	23.90	18.40	23.60	23.30	13.30	14.40	16.00	14.90	11.40
Ni	23.00	34.70	11.60	29.80	20.80	31.70	19.70	20.10	15.20	9.99
Li	14.40	20.30	24.30	31.80	24.90	25.20	20.70	28.20	28.00	26.60
Sc	26.20	21.70	23.90	26.80	21.80	13.20	15.10	19.90	18.60	13.10
U	1.52	1.10	1.11	1.39	0.73	1.80	1.61	1.16	1.00	1.28
Pb	9.59	9.24	8.05	8.70	10.70	17.20	11.9	14.2	10.8	12.3
Zn	58.20	54.80	44.00	65.80	62.30	56.70	56.70	43.60	52.30	53.40
Cu	18.80	25.10	16.50	46.40	21.90	19.70	15.70	16.30	12.80	12.60
La	18.00	18.60	16.20	19.30	15.60	14.20	19.00	18.70	19.00	21.70
Ce	49.40	56.80	44.30	49.00	30.80	25.30	40.30	45.40	42.70	50.20
Pr	4.59	6.63	4.37	5.12	3.87	3.22	3.75	4.18	3.98	5.12
Nd	17.70	31.10	18.00	21.50	14.90	12.30	13.00	15.80	15.00	20.90
Sm	4.00	7.26	3.93	4.78	2.97	2.70	2.64	3.22	3.00	4.37
Eu	1.20	1.91	1.39	1.44	1.29	1.06	0.99	1.10	1.19	1.34
Gd	3.92	7.98	3.78	4.52	2.91	2.68	2.63	3.03	2.79	4.01
Tb	0.66	1.20	0.61	0.74	0.49	0.45	0.42	0.49	0.44	0.62
Dy	4.04	6.92	3.67	4.44	2.80	2.72	2.30	2.91	2.60	3.65
Ho	0.82	1.38	0.72	0.90	0.58	0.52	0.46	0.59	0.52	0.71
Er	2.22	3.62	1.96	2.38	1.51	1.42	1.29	1.57	1.43	1.86
Tm	0.32	0.49	0.27	0.34	0.23	0.23	0.19	0.24	0.21	0.25
Yb	2.10	2.87	1.81	2.24	1.52	1.48	1.25	1.58	1.36	1.53
Lu	0.32	0.42	0.27	0.32	0.24	0.24	0.21	0.24	0.20	0.23
Y	19.90	32.60	17.40	21.20	14.00	13.20	11.60	14.50	12.70	17.10
ΣREE	129.19	179.78	118.68	138.22	93.71	81.72	100.03	113.55	107.12	133.59
LREE	94.89	122.30	88.19	101.14	69.43	58.78	79.68	88.40	84.87	103.63
HREE	34.30	57.48	30.49	37.08	24.28	22.94	20.35	25.15	22.25	29.96
LREE/HREE	2.77	2.13	2.89	2.73	2.86	2.56	3.92	3.51	3.81	3.46
注：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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3. 分析结果

3.1 形成时代

本次对青灰色细粒石英闪长岩(Tw P17-22-1)进行了锆石U-Pb年龄测试。测年锆石多呈自形长柱状，表面光滑、干净，CL图像显示其具清晰的韵律环带(图 3-a)，长100~250 μm，长宽比为1.5:1~3:1，具岩浆锆石特征，锆石点较分散，有较多的捕获锆石的年龄信息。8、10、12及15~17锆石点显示出了一致的²⁰⁶Pb/²³⁸U加权平均年龄，且这些点均在谐和线及其附近，给出的²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄加权平均值为337.4±6.6 Ma(图 3-b)。

图 3 青灰色细粒石英闪长岩锆石阴极发光(CL)图像及年龄值(Ma)(a)和锆石U-Pb谐和图(b)

Figure 3. CL imags of zircons from quartz biorite (a) and concordia plots of zircons from quartz biorite (b)

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结合侵入其中的岩枝状花岗闪长岩的锆石年龄(331.1±0.85~330.0±4.2 Ma^[①])，笔者认为，石英闪长岩体的结晶年龄为337.4±6.6 Ma，侵位时代为早石炭世。

3.2 岩石地球化学

3.2.1 主量元素

石英闪长岩SiO₂含量在54.13%~61.97%之间，TFeO在4.18%~6.95%之间，全碱含量Na₂O+K₂O在4.47%~6.25%之间，Na₂O在3.11%~4.07%之间，Na₂O/K₂O值在1.27~2.50之间(平均值为1.95)，显示富铁、富钠、高钠钾比值的特点。SiO₂-(Na₂O+K₂O)图解(图 4-a)显示，岩石类型为石英闪长岩。AFM图解(图 4-b)中，岩石位于钙碱性系列范围，且具有一定的演化趋势，反映了同源岩浆演化的特点。

图 4 侵入岩TAS图解^[38] (a)和AFM图解^[39] (b)

1—橄榄辉长岩；2a—碱性辉长岩；2b—亚碱性辉长岩；3—辉长闪长岩；4—闪长岩；5—花岗闪长岩；6—花岗岩；7—硅英岩；8—二长辉长岩；9—二长闪长岩；10—二长岩；11—石英二长岩；12—正长岩；13—副长石辉长岩；14—副长石二长闪长岩；15—副长石二长正长岩；16—副长正长岩；17—副长深成岩

Figure 4. TAS(a) and AFM(b) diagrams of intrusive rocks

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3.2.2 微量和稀土元素

在微量元素蛛网图(图 5-a)中，所有样品具相似的分布型式，富集大离子亲石元素Rb、K、Pb、Sr，不同程度亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti，显示与弧岩浆岩类似的特点。西乌旗达其浑迪、金星岩体的石英闪长岩显示了与测区岩石相似的蛛网图特征，相比较而言，金星岩体P、Ti的亏损较弱，达其浑迪岩体P、Ti的亏损更显著。

图 5 石英闪长岩微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分曲线(b)(标准化数据据参考文献[40])

Figure 5. Primitive mantle-normalized trace element spidergrams (a)and chondrite-normalized REE patterns (b) of quartz biorite

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稀土元素配分图(图 5-b)中，所有样品显示出一致的曲线，轻稀土元素略富集，重稀土元素弱亏损，具弱Eu异常(δEu=0.75~1.62)，显示了与后造山岩浆岩不同的特征。石英闪长岩的稀土元素总量(ΣREE)为81.72×10^-6~179.78×10^-6，(La/Sm)_N=1.65~4.65，轻稀土元素分馏不明显。(La/Yb)_N =4.65~10.90，轻、重稀土元素分馏弱-中等。西乌旗达其浑迪、金星岩体的石英闪长岩显示了与测区岩石相似的稀土元素配分型式，金星岩体的重稀土元素分馏较弱。

4. 讨论

4.1 岩石成因及构造背景

Zhang等^[20-22]指出，华北地块北缘早华力西期的岩浆岩岩石组合主要为闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩及花岗岩，其形成与俯冲作用有关。

研究区石英闪长岩暗色矿物以角闪石为主，黑云母次之，富铁(TFeO含量在4.18%~6.95%之间)，富钠(Na₂O含量在3.11%~4.07%之间)，高钠钾比值(Na₂O/K₂O在1.27~2.50之间)，钙碱性系列，La/Nb-La/Ba图解(图 6)显示岩石来源于俯冲交代的岩石圈地幔，反映了源区复杂的特点。

图 6 石英闪长岩La/Nb-La/Ba图解^[41]

HIMU—高U/Pb值地幔；MORB—大洋中脊玄武岩；OIB—洋岛玄武岩

Figure 6. La/Nb-La/Ba diagram of quartz biorite

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微量元素蛛网图显示富集大离子亲石元素Rb、K、Pb，不同程度亏损高场强元素Nb、Ta、P、T的特点，稀土元素配分型式为轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，具弱的Eu异常，总体反映了岩浆弧的地球化学特征，重稀土元素平坦，与典型的岛弧岩浆岩特点不同^[42]。Y-Sr/Y判别图解(图 7-a)中，该岩体投点落在典型的岛弧岩石区域。Ta/Yb- Th/Yb判别图解(图 7-b)中，该岩体投点落在ACM区域(大陆边缘弧区域)。结合岩体呈带状展布，早石炭世侵入岩组合为石英闪长岩+花岗闪长岩+辉长岩，围岩地层为具有古老陆块属性的宝音图岩群，所以，早石炭世测区处于大陆边缘弧的构造背景。测区缺少早石炭世地层，上石炭统出露地层为阿木山组，阿木山组二段砂岩中可见珊瑚化石Arachnolasma sp.，三段灰岩中可见植物化石Cordaites sp.，Cordaites principalis Gein，反映了活动陆缘的构造背景。

图 7 石英闪长岩Y-Sr/Y判别图(a)^[43]和Ta/Yb- Th/Yb图解(b)^[44]

WPVZ—板内火山岩带；ACM—活动大陆边缘；OCEANIC ARCS—大洋岛弧；WPB—板内玄武岩^[44]

Figure 7. Y-Sr/Y(a)and Ta/Yb-Th/Yb(b) tectonic setting determinant diagrams of quartz biorite

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综上所述，狼山地区石炭纪处于活动的大陆边缘弧构造背景。刘晔^[32]报道了东升庙地区早石炭世晚期的花岗闪长岩的锆石年龄为320.5±2.9 Ma；周志广等^[24]报道了四子王旗地区早石炭世闪长岩的锆石年龄为331± 5 Ma；Zhang等^[20]在华北地块北缘的商都-隆化附近(图 8)也发现了零星的早石炭世石英闪长岩，锆石年龄为324± 6 Ma。因此，华北地块北缘从东到西断续出露早石炭世俯冲岩浆岩，岩石组合为闪长岩+石英闪长岩+花岗闪长岩，古亚洲洋在早石炭世存在向南的俯冲作用。

图 8 华北地块北缘地质简图(据参考文献[45]修改)

Figure 8. Geological map of northern margin of North China block

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4.2 早石炭世古亚洲洋俯冲作用

石玉若等^[46]指出，若古亚洲洋在石炭纪存在洋壳俯冲，该双向俯冲消减应很剧烈，与其对应的岩浆活动也应很活跃。越来越多的研究表明，在北部造山带苏左旗—西乌旗地区(图 8)发育晚古生代岩浆弧^[29-31]，早石炭世中—晚期，古亚洲洋板块存在向北俯冲，形成的花岗岩叠加在北部造山带的锡林郭勒杂岩及早古生代岛弧之上^{[29-31, 45, 47-48]}。

西乌旗南部地区出露最老的地层单元是锡林郭勒变质杂岩，又称宝音图岩群；在锡林郭勒杂岩之上发育的地层为晚石炭世—二叠纪本巴图组、阿木山组、大石寨组，岩浆岩包括奥陶纪—早志留世的岛弧花岗岩、晚志留世的同碰撞花岗岩及早石炭世的陆缘弧花岗岩^{[29, 45]}。测区发育的地层单位及岩浆岩类型与西乌旗地区基本一致，因此，笔者认为，2个区域早石炭世的石英闪长岩可以对比。通过岩石学及地球化学特征的对比可以发现，岩石类型一致，微量元素蛛网图、稀土元素配分图显示了高度的一致性，构造判别图也显示所有样品均具有大陆边缘弧的特点，因此，两者可能反映了相同的构造背景。刘建峰等^[29]指出，西乌旗南部地区早石炭世侵入岩岩石组合为闪长岩+石英闪长岩+花岗闪长岩，这一岩石组合与华北地块北缘基本一致。

综上所述，早石炭世古亚洲洋发生了双向俯冲，在华北地块北缘及北部造山带都形成了闪长岩+石英闪长岩+花岗闪长岩的岩石组合。

5. 结论

(1) 狼山地区早石炭世石英闪长岩具有富铁，富钠，高钠钾比值，富集大离子亲石元素Rb、K、Pb，不同程度亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti的特点，稀土元素配分型式为轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，弱的Eu异常，反映了大陆边缘弧的构造背景。

(2) 早石炭世古亚洲洋发生了双向俯冲，在华北地块北缘及北部造山带形成了闪长岩+石英闪长岩+花岗闪长岩的岩石组合。

致谢: 写作过程中得到中国地质调查局天津地质调查中心赵凤清研究员、辛后田教授级高级工程师的建议，审稿专家对本文进行了审阅，在此一并表示衷心的感谢。

图 1 测区大地构造位置(a)和地质简图(b)(据参考文献[19][①]修改)

Figure 1. The tectonic location and simplified geological map of the survey area

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图 2 石英闪长岩野外露头照片及岩相学特征

Figure 2. Outcrop photos and photomicrographs of quartz diorite, showing the typical textures

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图 3 青灰色细粒石英闪长岩锆石阴极发光(CL)图像及年龄值(Ma)(a)和锆石U-Pb谐和图(b)

Figure 3. CL imags of zircons from quartz biorite (a) and concordia plots of zircons from quartz biorite (b)

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图 4 侵入岩TAS图解^[38] (a)和AFM图解^[39] (b)

Figure 4. TAS(a) and AFM(b) diagrams of intrusive rocks

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图 5 石英闪长岩微量元素蛛网图(a)和稀土元素配分曲线(b)(标准化数据据参考文献[40])

Figure 5. Primitive mantle-normalized trace element spidergrams (a)and chondrite-normalized REE patterns (b) of quartz biorite

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图 6 石英闪长岩La/Nb-La/Ba图解^[41]

HIMU—高U/Pb值地幔；MORB—大洋中脊玄武岩；OIB—洋岛玄武岩

Figure 6. La/Nb-La/Ba diagram of quartz biorite

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图 7 石英闪长岩Y-Sr/Y判别图(a)^[43]和Ta/Yb- Th/Yb图解(b)^[44]

WPVZ—板内火山岩带；ACM—活动大陆边缘；OCEANIC ARCS—大洋岛弧；WPB—板内玄武岩^[44]

Figure 7. Y-Sr/Y(a)and Ta/Yb-Th/Yb(b) tectonic setting determinant diagrams of quartz biorite

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图 8 华北地块北缘地质简图(据参考文献[45]修改)

Figure 8. Geological map of northern margin of North China block

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表 1 石英闪长岩锆石U-Th-Pb定年数据

Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for quartz biorite

分析号	Pb	U	²³²Th/²³⁸U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄/Ma	1σ
分析号	含量/10^-6		²³²Th/²³⁸U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值	1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U比值	1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U年龄/Ma	1σ
p17.22.2.1	143	2113	0.3843	0.0951	0.0018	0.8119	0.0192	0.0619	0.0007	387	4
p17.22.2.2	81	1307	0.7755	0.0570	0.0007	0.4532	0.0065	0.0577	0.0006	362	4
p17.22.2.3	61	863	0.4421	0.1082	0.0014	0.9201	0.0125	0.0617	0.0007	386	4
p17.22.2.4	97	1088	0.5966	0.2065	0.0046	1.8161	0.0498	0.0638	0.0007	399	5
p17.22.2.5	107	1494	0.4979	0.1304	0.0020	1.0525	0.0214	0.0585	0.0006	367	4
p17.22.2.6	43	730	0.2528	0.0542	0.0007	0.4512	0.0064	0.0604	0.0006	378	4
p17.22.2.7	111	1140	0.7122	0.1756	0.0026	1.6888	0.0259	0.0698	0.0007	435	4
p17.22.2.8	19	348	0.2359	0.0657	0.0013	0.4991	0.0098	0.0551	0.0006	346	4
p17.22.2.9	352	6519	0.1317	0.1152	0.0015	0.7746	0.0113	0.0488	0.0005	307	3
p17.22.2.10	23	436	0.1736	0.0664	0.0012	0.4958	0.0090	0.0541	0.0005	340	3
p17.22.2.11	60	994	0.5383	0.0654	0.0009	0.5067	0.0083	0.0562	0.0006	352	4
p17.22.2.12	40	765	0.1878	0.0558	0.0007	0.4111	0.0060	0.0535	0.0005	336	3
p17.22.2.13	483	3235	0.5315	0.3513	0.0042	3.7886	0.0527	0.0782	0.0008	486	5
p17.22.2.14	42	681	0.2982	0.0855	0.0015	0.6624	0.0111	0.0562	0.0006	353	4
p17.22.2.15	42	782	0.2557	0.0681	0.0009	0.4910	0.0071	0.0523	0.0005	329	3
p17.22.2.16	61	934	0.5025	0.1010	0.0017	0.7602	0.0162	0.0546	0.0006	343	4
p17.22.2.17	41	661	0.4798	0.0943	0.0026	0.6890	0.0181	0.0530	0.0005	333	3
p17.22.2.18	63	1056	0.3903	0.0649	0.0009	0.5160	0.0092	0.0576	0.0006	361	4
p17.22.2.19	190	944	0.5889	0.4358	0.0056	5.3796	0.0960	0.0895	0.0011	553	7
p17.22.2.20	60	740	0.7560	0.1314	0.0019	1.1110	0.0206	0.0613	0.0007	384	4
p17.22.2.21	168	2714	0.0784	0.0940	0.0012	0.7544	0.0113	0.0582	0.0006	365	4
p17.22.2.22	37	568	0.5283	0.0925	0.0014	0.7154	0.0132	0.0561	0.0006	352	4
p17.22.2.23	47	1141	0.8544	0.0731	0.0015	0.3502	0.0071	0.0348	0.0003	220	2
p17.22.2.24	77	1330	0.2758	0.0704	0.0009	0.5421	0.0076	0.0558	0.0005	350	3

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表 2 石英闪长岩主量、微量和稀土元素分析结果

Table 2 Result of whole-rock major, trace elements and REE of quartz biorite

样品号	P17-25-1	P17-104-1	P17-116-1	P17-135-1	PM001-36-1	PM001-18-1	P17-22-1	P17-114-1	P17-129-1	P17-143-1
SiO₂	54.13	55.76	55.54	55.49	56.49	61.58	61.97	57.98	58.69	61.11
TiO₂	1.00	1.57	0.94	0.90	0.90	0.56	0.79	0.78	0.58	1.09
Al₂O₃	17.37	17.06	18.29	16.84	17.41	15.92	16.92	17.01	17.47	17.72
Fe₂O₃	1.02	0.88	0.77	0.87	0.04	0.21	0.32	0.61	1.18	0.54
FeO	4.93	6.16	4.54	5.45	5.81	3.99	4.00	4.58	3.41	3.88
MnO	0.11	0.12	0.096	0.11	0.11	0.08	0.069	0.094	0.084	0.079
MgO	6.18	4.41	5.15	6.36	5.13	3.29	3.10	3.77	4.10	2.25
CaO	8.44	6.48	7.50	6.53	7.61	4.67	4.50	6.29	6.32	4.98
Na₂O	3.12	3.43	3.30	3.11	3.13	3.50	3.61	3.38	3.44	4.07
K₂O	1.52	1.75	1.32	1.36	1.54	2.75	1.98	1.94	1.86	2.01
P₂O₅	0.13	0.28	0.16	0.18	0.13	0.16	0.15	0.12	0.10	0.26
H₂O⁺	1.31	1.25	1.46	1.88	0.95	1.28	1.69	1.90	1.70	1.36
CO₂	0.09	0.02	0.32	0.14	0.04	1.57	0.31	0.92	0.52	0.10
烧失量	1.51	1.42	1.90	2.18	1.07	2.86	2.13	2.94	2.38	1.59
总和	99.46	99.32	99.51	99.38	99.37	99.57	99.54	99.49	99.61	99.58
TFeO	5.85	6.95	5.23	6.23	5.85	4.18	4.29	5.13	4.47	4.37
Fe₂O₃	5.46	6.42	4.86	5.77	5.27	3.80	3.92	4.73	4.25	4.03
Cs	3.34	2.24	2.95	2.82	3.77	3.38	2.98	2.82	3.71	2.33
Rb	59.30	70.90	47.40	54.50	43.00	94.00	84.90	70.70	77.30	76.60
Sr	332.00	558.00	629.00	540.00	560.00	479.00	406.00	523.00	475.00	484.00
Ba	291.00	457.00	533.00	510.00	254.00	550.00	392.00	561.00	519.00	547.00
Ga	17.00	17.20	16.70	18.20	18.70	19.90	17.80	17.50	17.20	19.70
Nb	5.51	9.71	6.39	5.44	3.89	5.95	5.86	6.26	5.64	9.18
Ta	0.50	0.76	0.45	0.43	0.36	0.70	0.25	0.59	0.50	0.73
Zr	102.00	80.60	98.30	128.00	51.00	49.10	161.00	92.20	95.40	80.60
Hf	3.18	2.52	3.06	3.70	1.68	1.96	4.33	2.90	2.92	2.55
Th	5.10	3.84	3.34	5.25	3.69	4.21	8.04	6.22	6.03	5.15
V	150.00	126.00	166.00	194.00	168.00	72.70	89.50	107.00	96.80	60.40
Cr	203.00	66.00	105.00	126.00	80.20	87.60	89.60	43.70	57.50	20.90
Co	24.70	23.90	18.40	23.60	23.30	13.30	14.40	16.00	14.90	11.40
Ni	23.00	34.70	11.60	29.80	20.80	31.70	19.70	20.10	15.20	9.99
Li	14.40	20.30	24.30	31.80	24.90	25.20	20.70	28.20	28.00	26.60
Sc	26.20	21.70	23.90	26.80	21.80	13.20	15.10	19.90	18.60	13.10
U	1.52	1.10	1.11	1.39	0.73	1.80	1.61	1.16	1.00	1.28
Pb	9.59	9.24	8.05	8.70	10.70	17.20	11.9	14.2	10.8	12.3
Zn	58.20	54.80	44.00	65.80	62.30	56.70	56.70	43.60	52.30	53.40
Cu	18.80	25.10	16.50	46.40	21.90	19.70	15.70	16.30	12.80	12.60
La	18.00	18.60	16.20	19.30	15.60	14.20	19.00	18.70	19.00	21.70
Ce	49.40	56.80	44.30	49.00	30.80	25.30	40.30	45.40	42.70	50.20
Pr	4.59	6.63	4.37	5.12	3.87	3.22	3.75	4.18	3.98	5.12
Nd	17.70	31.10	18.00	21.50	14.90	12.30	13.00	15.80	15.00	20.90
Sm	4.00	7.26	3.93	4.78	2.97	2.70	2.64	3.22	3.00	4.37
Eu	1.20	1.91	1.39	1.44	1.29	1.06	0.99	1.10	1.19	1.34
Gd	3.92	7.98	3.78	4.52	2.91	2.68	2.63	3.03	2.79	4.01
Tb	0.66	1.20	0.61	0.74	0.49	0.45	0.42	0.49	0.44	0.62
Dy	4.04	6.92	3.67	4.44	2.80	2.72	2.30	2.91	2.60	3.65
Ho	0.82	1.38	0.72	0.90	0.58	0.52	0.46	0.59	0.52	0.71
Er	2.22	3.62	1.96	2.38	1.51	1.42	1.29	1.57	1.43	1.86
Tm	0.32	0.49	0.27	0.34	0.23	0.23	0.19	0.24	0.21	0.25
Yb	2.10	2.87	1.81	2.24	1.52	1.48	1.25	1.58	1.36	1.53
Lu	0.32	0.42	0.27	0.32	0.24	0.24	0.21	0.24	0.20	0.23
Y	19.90	32.60	17.40	21.20	14.00	13.20	11.60	14.50	12.70	17.10
ΣREE	129.19	179.78	118.68	138.22	93.71	81.72	100.03	113.55	107.12	133.59
LREE	94.89	122.30	88.19	101.14	69.43	58.78	79.68	88.40	84.87	103.63
HREE	34.30	57.48	30.49	37.08	24.28	22.94	20.35	25.15	22.25	29.96
LREE/HREE	2.77	2.13	2.89	2.73	2.86	2.56	3.92	3.51	3.81	3.46
注：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. 地质概况及岩相学特征
2. 分析方法
2.1 锆石U-Pb测年
2.2 全岩化学成分
3. 分析结果
3.1 形成时代
3.2 岩石地球化学
3.2.1 主量元素
3.2.2 微量和稀土元素
4. 讨论
4.1 岩石成因及构造背景
4.2 早石炭世古亚洲洋俯冲作用
5. 结论

内蒙古狼山地区早石炭世石英闪长岩U-Pb年龄、地球化学特征及其对古亚洲洋俯冲的指示

作者简介: 田健(1987-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查及岩浆岩岩石学研究。E-mail:243293305@qq.com

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