A new thinking on the process of ocean-continent transition in Beishan orogenic belt of Inner Mongolia: Evidence from the Devonian arc granite in the south of Dahong Mountain
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摘要:
报道了红石山-百合山蛇绿构造混杂岩带南侧大红山地区发现的一套泥盆纪弧花岗岩,并论述其地质特征、岩石学、地球化学、年代学及其岩石成因和构造背景。该套弧花岗岩由英云闪长岩、花岗闪长岩及石英二长岩组成,整体经历了强烈的区域动热变质作用,普遍发育透入性的新生面理构造。据岩石地球化学特征,该套弧花岗岩可分为钠质的T1G1(英云闪长岩+花岗闪长岩)和钾质的QM(石英二长岩),T1G1具有高铝型TTG的特征(Al2O3平均15.22%,大于15%),QM则为一套高钾钙碱性系列岩石,属于低Sr高Yb的浙闽型花岗岩(Sr含量平均121.64×10-6,Yb含量平均2.95×10-6)。二者均具有轻稀土元素和大离子亲石元素明显富集、重稀土元素和高场强元素明显亏损,以及非常明显的"TNT"异常(Nb、Ta、Ti亏损)特征,指示该套弧花岗岩形成于成熟度较高的岛弧背景。锆石U-Pb测年结果显示,这套弧花岗岩的侵位时代为364~399 Ma。结合区域地质背景和时空演化配置,认为该套弧花岗岩为北山造山带雀儿山岛弧(D)的残留。该发现为北山造山带北带古生代弧-盆演化体制的研究提供了新的证据和线索。
Abstract:This paper reports a set of Devonian arc granites firstly found on the south side of Dahong Mountain, the southern side of ophiolite tectonic mélange zone in Hongshi Mountain-Baihe Mountain.This set of arc granites are composed of tonalite, granodiorite and quartz monzonite.The rocks on the whole experienced intense thermodynamic metamorphism and developed permeable mylonitic texture.According to the geochemical characteristics of rocks, the arc granite assemblage can be divided into sodic T1G1 (tonalite+granodiorite) and potassium to potash QM(quartzite).The combination of T1G1 shows the characteristics of the high aluminum(the average content of Al2O3:15.22%, > 15%), and the QM is a set of high potassium calc-alkaline rocks which belong to Zheming type granite with low Sr and high Yb(the average content of Sr is 121.64×10-6, and the average content of Yb is 2.95×10-6).Both of them have the characteristics of obvious enrichment of light rare earth elements(LREE)and large ion lithophile elements(LILEs), obvious depletion of heavy rare earth elements(HREE)and high field strength elements(HFSEs)and obvious "TNT" anomaly(Nb, Ta, Ti depletion).The overall results show that the arc granite assemblage was formed in the background of island arc with high maturity.Besides, zircon U-Pb dating shows that this set of arc granites was emplaced in the Devonian period between 364 Ma and 399 Ma.Combined with the overall spatial and temporal configuration of the region, it is held that this set of arc granites may be the remnant of the Que'ershan island arc(D)in the northern belt of Beishan Mountain.This discovery provides new evidence and clues for the Paleozoic arc-basin evolution system in the north belt of northern Beishan Mountain.
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Keywords:
- Beishan orogenic belt /
- arc granite /
- Devonian /
- Dahongshan /
- Queershan island arc
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冈底斯巨型构造-岩浆带夹持于印度河-雅鲁藏布缝合带(IYZSZ)与班公湖-怒江缝合带(BN⁃SZ)之间[图1-a],带内发育大量中—新生代中酸性火山岩[2]。美苏组出露于班戈-八宿地层分区及狮泉河-永珠-嘉黎构造-地层分区[3]。该组为江西地调院实施1: 25万邦多区幅和措麦区幅地质调查时创建,其定义为不整合于晚白垩世竟柱山组之上的一套以基性-中性-酸性-酸碱性火山熔岩为主,夹火山碎屑岩的岩石组合,代表裂隙-中心式喷发-沉积的火山岩系[4],时代归属古新世—始新世[4-5]。该套岩石组合在尼玛地区被先后归属于达多群②、达多组③及林子宗群[6]。1: 5万撞多勒幅区调工作,据地层岩性组合、火山喷发方式、喷发-沉积环境及岩浆演化特点,将出露于别若则错地区的一套以酸性火山熔岩、酸性火山碎屑岩夹少量砂岩的组合归属于美苏组④,该套岩石组合前人曾归属于江巴组①⑤、竟柱山组[6]。美苏组创建以来,除建组时有少量岩石学、岩石化学特征描述外,后期1: 5万调查也仅进行了岩性对比,未见相关报道。本文在野外调查的基础上,根据锆石U-Pb年龄,结合地球化学特征,探讨了美苏组流纹岩的成因和大地构造背景,为认识冈底斯北部新生代岩浆-构造演化提供基础资料。
1—第四系;2—早-晚白垩世美苏组;3—晚白垩世竟柱山组;4—早白垩世去申拉组;5—早白垩世多尼组;6—晚侏罗世日松组; 7—晚侏罗世多仁组;8—早-中侏罗世拉贡塘组;9—晚二叠世下拉组;10—晚石炭世拉嘎组;11—中始新世钾长花岗岩; 12—晚白垩世闪长岩;13—早白垩世石英闪长岩;14—地质界线;15—角度不整合界线;16—区域大断裂;17—一般断裂; 18—推测断裂;19—测年样品采集位置(本项目测试);20—研究区位置;NQFAB—那曲弧前盆地;NG—北冈底斯; MG—中冈底斯;GBAFUB—冈底斯弧背断隆带;SG—南冈底斯; SMLMF—沙莫勒-麦拉-洛巴堆-米拉山断裂; GLZCF—噶尔-隆格尔-扎日南木错-措麦断裂带;SLYNJOMZ—獅泉河-拉果错-永珠-纳木错- 嘉黎蛇绿混杂岩带;BNSZ—班公湖-怒江缝合带;IYZSZ—印度河-雅鲁藏布缝合带Figure 1. Geological sketch map of tectonic units of Gangdise (a) and geological sketch map of the Bierou-Zecuo area (b)1. 地质概况及岩石学特征
研究区美苏组出露于别若则错北东约10km,北西-南东向展布,宽0.8~3.0km,构造上处于北冈底斯南缘,以发育侏罗系—古近系火山沉积及大量白垩纪基性-中酸性侵入岩为特征(图 1-b)。地层不整合于早白垩世去申拉组之上,其上仅见第四系覆盖。美苏组岩性以浅灰色、紫红色流纹质火山角砾岩、凝灰岩、流纹岩、安山岩为主,夹灰绿色斑状、杏仁状玄武岩、玄武质火山集块岩、紫红色砂岩、黑色硅质岩等,流纹岩中可见大量的石泡构造。在走向上岩性、岩相较稳定,但厚度变化较大。本区美苏组与层型剖面[4]对比,同样表现为基性-中性-酸性的岩石组合,但厚度更大,可达1232.65m。
本文采集的样品为美苏组酸性熔岩及酸性火山碎屑岩两大类,岩石呈浅灰色、紫红色。流纹岩(图版Ⅰ-a)具斑状结构,基质为显微晶质结构(图版Ⅰ-b),斑晶为石英(约3%),0.1~2.3mm,多被熔蚀为次圆状,透长石(约7%)呈半自形板状、他形粒状,少量红褐色具暗化边片状黑云母;基质为显微晶质状的斜长石、钾长石,以钾长石为主,次为石英、磁铁矿,岩石有弱的粘土、绢云母蚀变。球粒流纹岩(图版Ⅰ-c)具球粒结构(图版Ⅰ-d)球粒(约75%)呈圆状、椭圆状,粒径0.1~16mm,由纤维状的长英质组成,部分脱玻化形成纤维状雏晶石英,少量球粒含透长石(约3%)、石英斑晶(约4%),胶结物为流纹质熔岩(约16%)及褐铁矿(约3%),流纹质熔岩呈隐晶质状,部分胶结物沿球粒边部形成细小的椭圆状球粒,排列呈孔雀羽毛状分布。流纹质(晶屑岩屑)凝灰岩(图版Ⅰ-e)为火山凝灰结构(图版Ⅰ-f),凝灰质含量43%~80%,由石英、长石等晶屑及流纹岩、粗面岩岩屑组成,胶结物主要为小于0.05mm的隐晶质火山灰,少量重结晶的长英质物质,岩石具褐铁矿、方解石等轻微蚀变。
2. 锆石U-Pb年龄
锆石单矿物分选由四川华阳岩矿测试中心完成。西北大学大力动力学国家重点实验室进行阴极发光(CL)图像采集及LA-ICP-MS锆石U-Pb测年。采用标准锆石91500校正Pb/U同位素分馏。激光器为ArF193nm紫外准分子激光器,单脉冲能量220mJ,最高重复频率20Hz,能量密度可达20J/cm2,剥蚀直径20μm左右。为了控制仪器的稳定性及测试精度,每测试5个未知样后测定1次标准样。数据处理采用Glitter(ver4.0,Macquarie University)和Isoplo(tver2.49)软件程序[7]。
锆石U-Pb年龄样品(P01(179))采集于美苏组上部流纹岩内,其位置为北纬32°28′03″、东经83°07′24″(图 1-b)。样品选取24颗锆石进行LA-ICP-MS法U-Pb测年,分析锆石为无色-浅黄色透明,颗粒形状规则,主要表现为柱状自形晶,粒径为80~120μm,个别可达190μm,长宽比为1~2(图版Ⅰ)。CL图像表现出典型的岩浆韵律环带和明暗相间的条带结构(图 2),属无核岩浆结晶锆石,可代表流纹岩的成岩年龄。测试数据结果见表 1,共测得24个数据,其U-Pb谐和图见图 3-a,最小的14个测点(1、3、4、6、8、10、12~17、20、21)的206Pb/238U年龄为38.5±1.0~44.5±3.2Ma,给出的加权平均值为39.62±0.77Ma(MSWD=0.99,置信度95%)(图 3-b),可代表流纹岩的结晶时代,为晚始新世。
表 1 美苏组流纹岩(P01(179))LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析数据Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analyses of Meisu Formation rhyolite (P01(179))测点 同位素比值 年龄/Ma 206Pb/38U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 208Pb/232Th 1σ 1 0.00649 0.00016 0.09509 0.0067 0.10627 0.00837 0.00249 0.00007 41.7 1.0 92.2 6.2 50.3 1.4 2 0.00705 0.00016 0.14056 0.00768 0.14458 0.00930 0.00368 0.00011 45.3 1.0 133.5 6.8 74.3 2.2 3 0.00693 0.00050 0.04572 0.01574 0.04783 0.01684 0.00286 0.00028 44.5 3.2 45.4 15.3 57.7 5.7 4 0.00616 0.00089 0.03751 0.03158 0.04416 0.03769 0.00161 0.00039 39.6 5.7 37.4 30.9 32.4 7.9 5 0.01257 0.00071 0.83390 0.06569 0.48128 0.04763 0.01336 0.00065 80.5 4.5 615.8 36.4 268.2 12.9 6 0.00687 0.00100 0.04494 0.03232 0.04747 0.03481 0.00322 0.00078 44.1 6.4 44.6 31.4 65.1 15.7 7 0.00914 0.00020 0.42774 0.01499 0.33927 0.01643 0.00857 0.00019 58.7 1.3 361.6 10.7 172.4 3.8 8 0.00602 0.00010 0.04187 0.00225 0.05043 0.00312 0.00186 0.00003 38.7 0.6 41.7 2.2 37.6 0.7 9 0.00720 0.00017 0.19359 0.00937 0.19487 0.01157 0.00470 0.00013 46.3 1.1 179.7 8.0 94.8 2.5 10 0.00629 0.00018 0.04126 0.00621 0.04754 0.00738 0.00214 0.00010 40.4 1.2 41.1 6.1 43.2 2.1 11 0.00885 0.00020 0.35398 0.01403 0.2902 0.01516 0.00866 0.00021 56.8 1.3 307.7 10.5 174.3 4.3 12 0.00599 0.00016 0.03905 0.00508 0.04727 0.00638 0.00210 0.00008 38.5 1.0 38.9 5.0 42.4 1.6 13 0.00685 0.00055 0.04638 0.01763 0.04907 0.01907 0.00271 0.00034 44.0 3.5 46 17.1 54.8 6.9 14 0.00669 0.00052 0.04518 0.01635 0.04896 0.01814 0.00185 0.00024 43.0 3.3 44.9 15.9 37.3 4.8 15 0.00633 0.00059 0.03968 0.01884 0.04543 0.02198 0.00245 0.00042 40.7 3.8 39.5 18.4 49.4 8.5 16 0.00676 0.00109 0.04464 0.04805 0.04787 0.05206 0.00224 0.00056 43.5 7.0 44.3 46.7 45.3 11.3 17 0.00611 0.00027 0.04128 0.00827 0.04898 0.01012 0.00197 0.00010 39.3 1.7 41.1 8.1 39.8 2.1 18 0.00787 0.00111 0.13800 0.05582 0.12715 0.05431 0.00265 0.00054 50.5 7.1 131.3 49.8 53.5 10.8 19 0.00707 0.00087 0.04625 0.03535 0.04744 0.03672 0.00286 0.00059 45.4 5.6 45.9 34.3 57.8 11.9 20 0.00632 0.00022 0.04044 0.00711 0.04640 0.00840 0.00210 0.00014 40.6 1.4 40.3 6.9 42.5 2.9 21 0.00639 0.00019 0.04269 0.00639 0.04842 0.00748 0.00223 0.00012 41.1 1.2 42.4 6.2 45 2.4 22 0.01918 0.00072 1.48434 0.07226 0.56111 0.0364 0.02164 0.00066 122.5 4.6 924 29.5 432.8 13.2 23 0.00719 0.00046 0.04674 0.01563 0.04711 0.01607 0.00305 0.00035 46.2 2.9 46.4 15.2 61.5 7.0 24 0.00735 0.00107 0.04872 0.04896 0.04808 0.04881 0.00356 0.00058 47.2 6.9 48.3 47.4 71.9 11.7 3. 岩石地球化学
主量、稀土及微量元素样品加工由华阳地矿检测中心实验室完成,测试由国土资源部武汉矿产资源监督检测中心武汉综合岩矿测试中心完成。主量、微量和稀土元素检测采用AXIOS X射线荧光光谱仪、X Series2等离子质谱仪、IRIS Intripid2XSP ICP全谱直读光谱仪、ZEEnit600石墨炉原子吸收光谱仪、AFS-230E原子荧光分光光度计分析。美苏组流纹岩主量、稀土及微量元素分析结果见表 2。
表 2 美苏组酸性火山岩主量、微量和稀土元素分析结果Table 2. Major, trace elements and REE analyses of acid volcanic rocks from Meisu Formation样品 流纹岩 流纹质凝灰岩 P01(174) D3241☆ P05(504) P01(135) GP70☆ P05(476) SiO2 72.85 74.04 78.54 74.82 75.60 77.48 Al2O3 12.39 14.25 10.76 12.03 12.83 11.34 Fe2O3 1.23 1.42 0.69 0.67 0.37 0.55 FeO 0.16 0.54 0.10 0.10 0.44 0.09 CaO 1.56 0.33 0.37 0.86 1.09 0.40 MgO 0.22 0.55 0.31 0.20 0.08 0.58 K2O 5.47 2.25 3.56 5.87 3.77 3.33 Na2O 1.52 4.59 3.28 2.60 2.59 3.19 TiO2 0.25 0.10 0.10 0.10 0.10 0.11 P2O5 0.03 0.03 0.02 0.03 0.04 0.02 MnO 0.09 0.02 0.02 0.11 0.03 0.09 灼失 4.15 1.20 2.22 2.53 2.31 2.79 H2O+ 2.46 0.92 1.78 1.85 1.72 2.16 H2O- 0.44 0.12 0.73 1.16 0.18 1.31 CO2 1.67 ― 0.19 0.71 - 0.68 总和 99.92 99.32 99.97 99.92 99.25 99.97 AR 3.01 2.77 3.87 2.35 2.19 3.38 NK/A 0.68 0.70 0.86 0.88 0.65 0.78 A/CNK 1.10 1.35 1.08 0.99 1.24 1.18 Cr 4.29 11.00 5.72 4.96 1.00 5.32 Ni 2.26 16.00 2.72 1.56 13.4 2.44 Co 3.67 4.80 8.34 3.78 1.00 6.36 Rb 228 185 94.2 176 174 98 Cs 5.05 5.00 21.60 7.76 8.50 15.90 W 44.5 1.8 82.1 35.8 2.2 55.5 Sr 51.6 170 28.8 203 84.4 38 Ba 94.8 38 35.1 90.1 48.2 28.1 V 8.18 4.4 5.01 4.21 1.36 8.41 Nb 80.7 88.7 51.0 48.1 40.0 38.1 Ta 6.35 4.97 3.36 3.96 3.54 3.54 Zr 247 298 97.2 156 122 85.4 Hf 8.96 9.40 4.38 5.84 4.71 4.66 U 1.69 4.18 2.91 2.20 1.34 3.39 Th 20.5 25.7 9.86 13.1 20.4 14.4 La 47.9 32.0 41.4 47.8 35.4 51.6 Ce 84.6 88.0 68.0 74.9 43.9 86.6 Pr 10.60 12.00 7.96 8.51 5.80 8.96 Nd 36.4 36.0 25.6 25.3 21.2 27.2 Sm 7.70 7.20 4.43 4.08 3.68 4.59 Eu 0.31 0.32 0.3 0.27 0.28 0.34 Gd 6.19 4.80 3.53 3.46 2.74 3.97 Tb 0.98 1.00 0.51 0.51 0.46 0.56 Dy 5.83 6.00 3.04 3.11 3.14 3.32 Ho 1.13 1.10 0.61 0.67 0.64 0.68 Er 2.99 2.6 1.74 2.02 2.16 1.89 Tm 0.45 0.50 0.30 0.35 0.30 0.31 Yb 2.90 2.90 2.07 2.56 2.49 2.11 Lu 0.37 0.37 0.30 0.37 0.33 0.29 Y 27.7 22.0 15.2 17.9 17.6 17.7 ∑REE 208.35 194.79 159.79 173.91 122.52 192.42 δEu 0.13 0.16 0.23 0.22 0.26 0.24 (La/Yb)N 10.88 7.27 13.17 12.3 9.37 16.11 注:☆样品据参考文献①;AR=(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)/(Al2O3+CaO-Na2O-K2O);NK/A=(Na2O+K2O)/Al2O3(摩尔比); A/CNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)(摩尔比);主量元素含量单位为%,微量和稀土元素为10-6 3.1 主量元素
美苏组酸性火山岩主量元素特征表现为高SiO2(72.85%~78.54%,平均75.56%)、富碱(Alk=6.36%~ 8.47%,平均7.00%)、贫CaO(0.33% ~1.56%,平均0.77%)和MgO(0.08%~0.58%,平均0.32%)。K2O/Na2O值(除D3241)大于1(1.04~3.60),平均值为1.66。很高的K含量及高K/Na值,普遍被理解为在部分熔融的过程中,受控于源区较高的K含量[8-9],或者是较低的分熔程度[10]。在TAS分类图解(图 4)中,样品点均落入流纹岩系列。在AR-SiO2图解(图 5-a)中,样品点主要落在碱性区域。NK/A=0.65~0.86(平均0.76),A/CNK=0.99~1.35(平均1.16).CIPW计算结果表明,所有样品都含有标准矿物刚玉分子,刚玉分子为0.91~3.76,在A/CNK-A/NK图(图 5-b)上,主要落入过铝质区(1个样品为准铝质),过铝质的花岗质岩石是壳源的[16],主要与大陆碰撞中沉积岩的重熔作用有关[17]。值得关注的是,该套火山岩具有很低的TiO2含量(0.10% ~0.25%,平均0.13%),低于岛弧区钙碱系列酸性火山岩类(0.50%)[18]及大陆板内常见酸性岩类[19],暗示该套火山岩经历过一定程度的分离结晶作用,由于钛铁氧化物的早期分离结晶,造成岩石中偏低的TiO2含量[20]。
图 4 美苏组酸性火山岩TAS分类图解[11]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Figure 4. TAS diagram of acid volcanic rocks of the Meisu Formation3.2 稀土和微量元素
美苏组酸性火山岩稀土元素总量为123×10-6~ 208×10-6,在球粒陨石标准化稀土元素分布模式图(图 6-a)上,轻稀土元素(LREE)略向右倾斜,重稀土元素(HREE)较平缓,轻稀土元素分馏程度略高于重稀土元素,(La/Yb)N值为7.27~16.11,δEu=0.13~0.26,显示右倾的V字形分布模式,近似于“海鸥型”,与典型碱流岩几乎完全一致[10]。强烈的负Eu异常,反映岩石在形成过程中有斜长石的结晶分离或源区部分熔融残留斜长石[21]。
在原始地幔标准化蛛网图(图 6-b)上,曲线显示右倾富集型分布型式。曲线前半部分元素总体呈富集状态,后半部分相容元素富集度较低,表现为板内火山岩的地球化学特征[20],表明其应来自大陆板内深部局部熔融[19]。岩石大离子亲石元素Rb、K及高场强元素Th、Ce、Zr、Hf相对富集,高场强元素Nb、Ta相对亏损,大离子亲石元素Ba、Sr及高场强元素P、Ti强烈亏损,类似于东昆仑高Nb-Ta流纹岩,并可以与典型的碱流岩对比[10]。需要说明的是,Nb、Ta虽然有微弱的负异常,但其高Nb(38×10-6~89×10-6,平均58× 10-6)、Ta(3×10-6~6×10-6,平均4×10-6)含量与冈底斯带同时期的酸性火山岩的Nb、Ta强烈亏损截然不同[10, 24-25]。
4. 讨论
4.1 岩石源区及岩石成因
地球化学特征显示,美苏组酸性火山岩具有高硅、富铝、富碱,贫CaO、MgO的特征,大离子亲石元素及高场强元素Rb、K、Th、Ce、Zr、Hf相对富集,Ba、Sr、P、Ti强烈亏损,暗示岩浆可能来源于大陆板内深部的局部熔融。酸性火山岩的Rb/Sr、Ti/Y和Ti/Zr值分别为0.9~4.4(平均2.4)、35.1~70.6(平均45.9)和3.9~7.9(平均5.8),位于壳源岩浆(Rb/Sr > 0.5,Ti/Y < 100,Ti/Zr < 20)范围[26-27]内,是陆壳熔融的产物。
Nb、Ta在侵蚀和变质作用过程中较稳定,有示踪原始岩浆源区的特征[28-29]。单纯的地壳熔融成因与美苏组酸性火山岩显示的高Nb、Ta及强烈亏损Sr、Eu、Ba的微量元素特征不符,这是由于地壳具有继承性的Nb、Ta负异常,如果没有其他富集Nb、Ta岩浆的加入,任何程度的地壳部分熔融和分离结晶都无法产生高Nb、Ta含量的熔体[10]。美苏组酸性火山岩Nb/Ta=10.8~17.9(平均13.3),1个样品在幔源岩浆值(17±1)[30]范围,其他则略小于幔源岩浆值,也可以说明岩浆源有幔源物质参与。别若则错地区美苏组酸性火山岩Nb*≈1、Ta*≈>1,与典型的碱流岩分布范围近于一致(图 7),典型碱流岩CBS和GHM(AI > 1)呈现出Nb-Ta正异常,其由碱性玄武岩分离结晶形成,很少或没有受到陆壳混染[10]。
由上述分析可知,区内美苏组酸性火山岩的地球化学特征具有“集壳幔特性于一身”的属性,因此,笔者认为,形成本区酸性火山岩的初始熔体为富碱和富Nb、Ta的幔源玄武质岩浆与壳源岩浆以某一特定比例混合/混染的产物,混染应该发生在上地壳,因此有轻微的Nb、Ta负异常。同时,由于酸性火山岩具有明显的负Eu异常(δEu=0.13~0.26),不能完全排除分离结晶形成部分酸性火山岩的可能性(图 8)。这种富Nb-Ta玄武岩浆一般具板内玄武岩的特征,可能反映裂谷伸展背景甚至地幔柱活动[10]。
4.2 构造环境
不同学者对于印度大陆与亚洲大陆的碰撞过程有不同的认识,有学者认为, 印度与亚洲大陆碰撞自65Ma或70Ma左右开始,到45Ma或40Ma左右完成,以后转入后碰撞期[31-34],主碰撞期为55~50Ma[35];也有学者认为,印度-亚洲大陆碰撞经历主碰撞(65~41Ma)、晚碰撞(40~26Ma)和后碰撞过程(25~0Ma)[36],并将早期碰撞过程划分为4个阶段:①70~60Ma,新特斯洋板片回转,印度大陆与亚洲大陆发生碰撞(≥65Ma),导致加厚地壳深熔;②60~54Ma,印度大陆板片向北陡深俯冲,下地壳缩短加厚,地壳深熔作用持续;③53~41Ma,新特提斯洋板片发生断离,并向下拆沉。软流圈物质透过板片断离窗上涌,诱发地幔楔、上覆加厚的镁铁质下地壳熔融;④陡深俯冲的印度大陆板片因特提斯洋板片断离而发生折返,开始低角度俯冲(<40Ma),导致高原内部的陆内俯冲、走滑剪切与地壳缩短,造成冈底斯岩浆间断(40~26Ma)和拉萨地体初始抬升[24]。别若则错美苏组酸性火山岩位于北冈底斯南缘,流纹岩LA-ICP-MS锆石206Pb/238U年龄为39.62±0.77Ma(n=14,MSWD=0.99),时代为晚始新世。该时期印度大陆与亚洲大陆板块主碰撞已完成,是印度大陆与亚洲大陆板块后碰撞期[31-34]或晚碰撞期[36]的起始时间。美苏组火山岩在命名地尼玛地区具“双峰式”特点,被认为属于造山带向板内过渡环境[4-5],在研究区被认为是局限的“伸展盆地”构造环境①。本次采集的美苏组酸性火山岩样品在Rb/30-Hf-3Ta图解(图 9-a)中,落入碰撞后和板内交汇区,在(Y+Nb)-Rb图解(图 9-b)中主要落入板内花岗岩区。结合地球化学特征,综合认为,晚始新世冈底斯带别若则错地区处于后碰撞阶段陆内伸展(裂谷)环境,南侧新特提斯洋壳向北俯冲,导致高原内部的陆内俯冲、走滑剪切,引发大范围地壳伸展减薄,软流圈物质上涌,上涌的软流圈物质为具有富碱和富Nb、Ta特征的幔源玄武质岩浆,幔源玄武质岩浆与上地壳壳源岩浆以某一特定比例混合/混染,形成研究区高Nb-Ta的酸性火山岩。
5. 结论
(1) 美苏组酸性火山岩显示的特征为高硅、富铝、富碱,贫CaO、MgO,高Nb、Ta,大离子亲石元素及高场强元素Rb、K、Th、Ce、Zr、Hf相对富集,Ba、Sr、P、Ti强烈亏损的特征,岩石地球化学特征表明,美苏组火山岩“集壳幔特性于一身”,是初始熔体为富碱、富Nb、Ta的幔源玄武质岩浆与壳源岩浆以某一特定比例混合/混染的产物。
(2) 通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得岩石结晶年龄为39.62±0.77Ma(n=14,MSWD=0.99),形成时代为晚始新世。
(3) 美苏组酸性火山岩产于大陆板内伸展(裂谷)环境,其地球动力学背景与南侧新特提斯洋壳向北俯冲,导致高原内部的陆内俯冲、走滑剪切与地壳缩短有关。
致谢: 野外调查工作中得到中国地质调查局天津地质调查中心苗培森、赵凤清、王惠初、谷永昌,以及山西省地质调查院张京俊、孙占亮、王权等相关学者和专家的大力支持与帮助,论文撰写和审稿过程中张旗和李锦轶研究员提出了很多宝贵的意见和建议,使笔者受益匪浅,在此一并表示衷心感谢。 -
图 1 甘蒙北山北带大红山地区地质图(a)及研究区位置图(b,据参考文献[15]修改)
图a:1—(硅质)长英质糜棱岩;2—强面理化泥质岩;3—强面理化砂质岩;4—变质辉长岩、辉长闪长岩;5—变质玄武岩;6—砂岩;7—灰岩;8—蛇绿构造混杂岩带边界;9—晚二叠世花岗岩;10—中二叠世花岗岩;11—中二叠世辉长岩;12—早二叠世石英闪长岩;13—晚石炭世石英闪长岩;14—晚石炭世花岗岩;15—早石炭世石英闪长岩;16—中泥盆世花岗闪长岩;17—中泥盆世英云闪长岩;18—早泥盆世闪长岩;19—脉岩;20—推覆构造断裂;21—实测断层;22—早华力西期强变形面理;23—早华力西期糜棱面理;24—晚华力西期糜棱面理;25—英云闪长岩类采样位置;26—花岗闪长岩类采样位置;27—石英二长岩类采样位置;CZ—新生界;K1c—赤金堡组;P2j—金塔组;P1-2s—双堡塘组;C2bS—白山组南区;C1-2bN—白山组北区;C1-2l—绿条山组;D3y—雀儿山群圆锥山组;D1-2q—雀儿山群清河沟组;D1-2h—雀儿山群红尖山组;S2x.—志留系小红山岩组;图b:1—国境线;2—省界;3—构造分区界线;4—蛇绿混杂岩带;5—研究区;Ⅰ-1—雀儿山-狐狸山古生代岩浆弧;A—红石山-百合山-额勒根乌兰乌拉晚古生代SSZ型蛇绿构造混杂岩带;Ⅰ-2—黑鹰山-路井古生代岩浆弧;Ⅰ-3—马鬃山地块;Ⅰ-4—公婆泉早古生代岩浆弧;B—牛圈子-洗肠井早古生代MOR型蛇绿构造混杂岩带;Ⅱ-1—营毛沱-鹰嘴红山早古生带被动陆缘;Ⅱ-2—花牛山早古生带陆缘裂谷;Ⅱ-3—红柳园-白山堂晚古生带陆内裂谷;Ⅱ-4—敦煌地块
Figure 1. Geological map in Dahong Mountain, the north belt of Beishan area, Gansu-Inner Mongolia(a)and the location of the study area(b)
图 6 大红山南弧花岗岩An-Ab-Or图解[37]
T1—英云闪长岩;T2—奥长花岗岩;G1—花岗闪长岩;G2—花岗岩(狭义);QM—石英二长岩
Figure 6. The An-Ab-Or diagram of arc granite in the south of Dahong Mountain
图 14 大红山南弧花岗岩MA的SiO2-MgO(a)和TFeO/MgO-SiO2(b)判别图[57]
a:PQ线为HMA/MA边界,RS为MA/非MA边界;b:直线为Miyashiro的CA与TH分界线(上为CA,下为TH),双点划线为Arculus低Fe(LF-CA)与中Fe界线;HMA—高镁安山岩/闪长岩类;MA—镁安山岩/闪长岩类;LF-CA—低铁钙碱趋势
Figure 14. The SiO2-MgO (a) and TFeO/MgO-SiO2 (b) discrimination diagrams of MA of arc granite in the south of Dahong Mountai
表 1 大红山南弧花岗岩主量、微量和稀土分析结果
Table 1 The analytical results of the major, trace and rare earth elements of the arc granite in the south of Dahong Mountain
样品号 5034Gs-1 5418Gs-1 6045Gs-1 7903 Gs-1 6021Gs-1 5024Gs-1 6080Gs-1 6017Gs-1 5021Gs-1 原岩类型 英云闪长岩 花岗闪长岩 石英二长岩 SiO2 65.34 69.64 69.80 67.62 67.42 66.19 68.65 63.52 62.74 Al2O3 16.61 15.09 15.95 15.09 13.37 15.46 14.20 14.92 17.89 Fe2O3 1.64 1.23 1.26 1.70 1.59 1.04 1.54 1.76 1.87 FeO 2.11 1.12 1.16 2.48 1.79 4.28 2.42 4.34 4.43 TiO2 0.42 0.36 0.24 0.51 0.52 0.68 0.54 0.78 0.77 CaO 4.21 3.28 3.74 4.03 4.21 2.03 2.65 2.11 0.75 MgO 1.57 1.01 0.90 1.95 1.57 2.45 1.35 2.58 2.80 K2O 2.08 1.96 1.88 1.89 2.91 2.74 3.38 3.75 4.10 Na2O 3.61 4.39 3.38 3.10 3.30 1.85 2.74 1.10 0.91 MnO 0.10 0.05 0.16 0.08 0.08 0.08 0.08 0.09 0.32 P2O5 0.27 0.13 0.16 0.22 0.16 0.24 0.14 0.16 0.11 H2O+ 0.84 0.50 0.62 0.64 1.28 1.97 0.71 2.01 2.60 CO2 0.53 0.58 0.53 0.23 1.60 0.23 0.15 0.91 0.08 总计 99.33 99.34 99.78 99.54 99.80 99.24 98.55 98.03 99.37 Na2O/K2O 1.74 2.24 1.80 1.64 1.13 0.68 0.81 0.29 0.22 TFeO 3.58 2.23 2.29 4.01 3.22 5.21 3.80 5.92 6.11 Mg# 0.44 0.45 0.41 0.47 0.47 0.46 0.39 0.44 0.45 石英(Q) 26.46 29.80 34.93 31.07 30.13 36.49 32.49 36.33 34.93 钙长石(An) 16.02 11.90 14.28 17.30 9.88 7.25 11.53 3.82 2.61 钠长石(Ab) 31.02 37.59 28.85 26.53 28.35 16.09 23.70 9.69 7.96 正长石(Or) 12.48 11.72 11.21 11.30 17.46 16.65 20.42 23.08 25.04 Sc 9.46 4.84 3.82 9.75 10.51 15.13 10.30 16.88 19.43 Co 9.20 5.11 2.71 10.25 9.95 16.28 9.31 16.69 15.41 Ga 17.66 19.43 16.46 17.51 14.68 21.58 16.60 20.94 22.49 Rb 79.31 62.38 65.66 89.41 68.88 89.63 115.40 153.60 144.00 Zr 60.43 160.20 95.45 162.60 115.90 153.60 194.70 200.10 179.50 Nb 8.86 3.85 7.41 8.45 6.24 14.78 10.03 15.50 13.88 Cs 7.12 4.71 3.05 6.25 1.61 6.61 6.09 15.19 10.86 Hf 1.70 4.20 2.40 4.00 3.10 3.80 4.80 4.90 4.30 Ta 0.96 0.67 0.93 0.92 0.72 2.21 0.96 1.38 1.31 Th 2.66 6.28 6.34 1.74 25.34 12.18 16.10 15.40 14.68 U 0.64 2.43 1.02 0.81 2.82 2.06 1.25 2.88 3.14 Ba 451.00 200.20 395.30 310.10 613.10 489.70 755.40 907.80 599.00 Cr 11.19 10.79 7.21 30.89 34.38 63.37 31.11 78.29 87.56 Ni 9.94 5.89 1.58 19.52 16.73 39.43 22.73 40.74 43.05 Sr 321.30 241.00 347.40 210.10 238.90 141.50 175.70 103.10 66.27 V 66.23 37.27 11.83 69.82 80.50 104.00 72.73 127.80 124.40 La 11.31 16.33 20.48 12.06 19.69 33.72 31.01 42.18 37.56 Ce 20.71 31.16 38.10 21.04 37.68 65.04 58.42 82.41 75.16 Pr 2.69 4.08 4.87 2.69 4.95 8.15 7.39 10.42 9.15 Nd 10.50 15.85 18.06 10.66 19.19 30.69 27.65 39.39 34.28 Sm 2.50 3.20 3.66 2.68 4.03 6.21 5.55 7.74 6.80 Eu 1.12 0.86 1.02 1.00 0.95 1.20 1.15 1.48 1.22 Gd 2.54 2.79 3.13 2.92 3.55 5.36 4.85 6.65 6.19 Tb 0.44 0.42 0.48 0.53 0.55 0.87 0.75 1.06 0.97 Dy 2.79 2.37 2.77 3.38 3.27 5.29 4.30 6.24 5.90 Ho 0.54 0.44 0.55 0.72 0.64 1.03 0.79 1.23 1.21 Er 1.40 1.14 1.53 2.03 1.76 2.81 2.11 3.34 3.38 Tm 0.21 0.17 0.25 0.31 0.30 0.44 0.31 0.55 0.54 Yb 1.32 1.07 1.72 1.84 1.79 2.83 2.01 3.54 3.43 Lu 0.19 0.16 0.27 0.26 0.26 0.42 0.29 0.52 0.51 Y 13.53 11.85 15.44 18.79 17.28 27.07 21.44 32.31 33.22 ∑REE 58.26 80.03 96.89 62.13 98.59 164.06 146.57 206.75 186.30 LREE/HREE 5.18 8.35 8.05 4.18 7.14 7.62 8.51 7.94 7.42 (La/Yb)N 5.77 10.29 8.04 4.41 7.41 8.04 10.40 8.03 7.38 (La/Sm)N 2.85 3.21 3.52 2.83 3.08 3.41 3.52 3.43 3.47 (Gd/Yb)N 1.55 2.11 1.47 1.28 1.60 1.53 1.95 1.52 1.46 δEu 1.34 0.86 0.90 1.09 0.75 0.62 0.66 0.62 0.56 注:主量元素含量单位为%,微量和稀土元素含量单位为10-6;全铁TFeO= FeO+0.899×Fe2O3(wt%);Mg#=Mg/(Mg+Fe2+)(原子数比) 表 2 样品LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测年分析结果
Table 2 The results of LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating analysis of samples
测点号 元素含量/10-6 Th/U 同位素比值及误差 表面年龄及误差/Ma Pb* Th U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ D6021Rz-1号样品 1 351 610 1291 0.47 0.1127 0.0010 3.788 0.054 0.2438 0.0026 1843 15 1590 22 1406 15 2 171 575 1706 0.34 0.0830 0.0013 1.046 0.022 0.0915 0.0015 1269 30 727 15 564 10 3 111 309 413 0.75 0.0973 0.0012 3.026 0.052 0.2256 0.0026 1573 23 1414 24 1311 15 4 86 484 1178 0.41 0.0723 0.0010 0.6664 0.0136 0.0669 0.0011 994 28 519 11 417 7 5 48 204 313 0.65 0.3097 0.0049 4.018 0.079 0.0941 0.0014 3519 25 1638 32 580 9 6 72 338 835 0.40 0.1031 0.0015 1.033 0.019 0.0726 0.0008 1681 27 720 13 452 5 7 80 321 837 0.38 0.0703 0.0013 0.8911 0.0178 0.0919 0.0014 937 38 647 13 567 9 8 261 167 1887 0.09 0.1229 0.0017 2.049 0.058 0.1209 0.0030 1999 24 1132 32 736 18 9 206 1109 1193 0.93 0.1553 0.0037 1.761 0.053 0.0822 0.0022 2406 40 1031 31 509 14 10 101 213 856 0.25 0.0797 0.0011 1.225 0.020 0.1115 0.0019 1190 26 812 13 681 11 11 194 425 760 0.56 0.1030 0.0010 3.215 0.056 0.2264 0.0034 1679 18 1461 26 1316 20 12 37 142 432 0.33 0.1067 0.0033 1.082 0.034 0.0735 0.0013 1744 56 744 23 457 8 13 173 1180 1931 0.61 0.1102 0.0028 1.120 0.029 0.0737 0.0008 1803 46 763 20 458 5 14 61 309 742 0.42 0.1011 0.0025 1.006 0.029 0.0722 0.0009 1645 46 707 20 449 6 15 399 1290 1925 0.67 0.0824 0.0007 2.081 0.030 0.1832 0.0022 1255 18 1143 17 1084 13 16 115 178 603 0.30 0.0936 0.0009 2.340 0.039 0.1812 0.0025 1501 19 1224 21 1074 15 17 154 340 587 0.58 0.1028 0.0011 3.236 0.049 0.2283 0.0024 1675 19 1466 22 1325 14 18 352 844 2436 0.35 0.1085 0.0013 1.923 0.034 0.1286 0.0019 1774 21 1089 19 780 12 19 39 210 548 0.38 0.0729 0.0023 0.6772 0.0245 0.0674 0.0017 1011 65 525 19 420 10 20 81 108 363 0.30 0.1272 0.0019 3.510 0.064 0.2001 0.0027 2060 26 1530 28 1176 16 21 157 241 830 0.29 0.0866 0.0007 2.196 0.033 0.1838 0.0021 1353 16 1180 18 1088 13 22 64 136 321 0.42 0.0945 0.0017 2.367 0.061 0.1817 0.0022 1518 34 1233 32 1076 13 23 29 97 468 0.21 0.0569 0.0013 0.4965 0.0125 0.0633 0.0010 488 51 409 10 396 6 24 47 492 605 0.81 0.0726 0.0019 0.6693 0.0218 0.0669 0.0015 1001 53 520 17 418 9 25 117 417 1667 0.25 0.0711 0.0009 0.6531 0.0106 0.0666 0.0007 960 27 510 8 416 4 26 181 413 620 0.67 0.1030 0.0013 3.670 0.072 0.2583 0.0041 1680 23 1565 31 1481 24 27 162 207 665 0.31 0.1294 0.0012 3.970 0.058 0.2226 0.0025 2089 16 1628 24 1295 15 28 69 528 856 0.62 0.0768 0.0015 0.7166 0.0168 0.0677 0.0009 1115 39 549 13 422 6 29 62 307 811 0.38 0.0927 0.0035 0.9002 0.0357 0.0704 0.0008 1481 72 652 26 439 5 30 219 1699 2721 0.62 0.0853 0.0014 0.8119 0.0158 0.0691 0.0006 1322 32 604 12 430 4 D5021Rz-1号样品 1 25 151 416 0.36 0.0688 0.0022 0.5449 0.0172 0.0574 0.0008 894 65 442 14 360 5 2 29 162 349 0.46 0.1664 0.0043 1.531 0.042 0.0667 0.0012 2522 43 943 26 416 8 3 24 234 355 0.66 0.1139 0.0038 0.9037 0.0236 0.0575 0.0017 1863 60 654 17 361 10 4 57 505 915 0.55 0.0601 0.0025 0.4808 0.0208 0.0581 0.0010 606 89 399 17 364 6 5 24 132 392 0.34 0.0797 0.0022 0.6351 0.0188 0.0578 0.0008 1191 56 499 15 362 5 6 27 230 419 0.55 0.0645 0.0033 0.5148 0.0250 0.0579 0.0016 757 108 422 20 363 10 7 78 337 1301 0.26 0.1499 0.0021 0.9623 0.0161 0.0466 0.0006 2345 24 684 11 293 4 8 65 153 445 0.34 0.1094 0.0017 1.893 0.035 0.1255 0.0016 1790 29 1079 20 762 10 9 46 173 748 0.23 0.0834 0.0018 0.6655 0.0151 0.0579 0.0009 1279 41 518 12 363 5 10 30 296 453 0.65 0.0751 0.0012 0.6001 0.0124 0.0580 0.0009 1070 32 477 10 363 6 11 57 526 813 0.65 0.1025 0.0017 0.8205 0.0180 0.0581 0.0008 1670 31 608 13 364 5 12 140 447 1672 0.27 0.1913 0.0026 1.517 0.030 0.0575 0.0013 2753 22 937 19 361 8 13 344 984 1998 0.49 0.1278 0.0016 2.474 0.038 0.1404 0.0023 2068 22 1264 20 847 14 14 24 199 355 0.56 0.0664 0.0017 0.5315 0.0145 0.0581 0.0008 819 53 433 12 364 5 15 34 236 528 0.45 0.0620 0.0019 0.4951 0.0160 0.0579 0.0008 675 65 408 13 363 5 16 153 220 1000 0.22 0.1184 0.0046 2.308 0.058 0.1414 0.0039 1932 69 1215 31 853 23 17 59 298 818 0.36 0.0690 0.0024 0.6514 0.0245 0.0685 0.0024 898 72 509 19 427 15 18 82 205 645 0.32 0.1549 0.0049 2.141 0.068 0.1002 0.0020 2401 54 1162 37 616 13 19 16 133 238 0.56 0.0986 0.0029 0.7842 0.0277 0.0577 0.0020 1597 54 588 21 362 12 20 25 124 316 0.39 0.1360 0.0032 1.184 0.034 0.0631 0.0010 2177 41 793 23 395 6 21 40 551 591 0.93 0.0596 0.0010 0.4812 0.0089 0.0586 0.0006 589 36 399 7 367 4 22 64 710 994 0.71 0.0582 0.0007 0.4656 0.0077 0.0580 0.0006 537 26 388 6 364 4 23 91 86 441 0.19 0.0820 0.0011 2.366 0.046 0.2092 0.0031 1245 26 1232 24 1225 18 24 32 342 333 1.03 0.0831 0.0037 0.6073 0.0345 0.0530 0.0016 1270 87 482 27 333 10 D6045Rz-1号样品 1 22 94 361 0.26 0.0564 0.0010 0.4716 0.0094 0.0606 0.0006 470 41 392 8 379 4 2 65 223 1093 0.20 0.0555 0.0007 0.4708 0.0078 0.0615 0.0007 432 28 392 7 385 4 3 41 184 686 0.27 0.0555 0.0016 0.4698 0.0140 0.0614 0.0007 433 63 391 12 384 5 4 83 122 1441 0.08 0.0579 0.0007 0.4851 0.0077 0.0608 0.0006 525 27 402 6 380 4 5 31 183 501 0.36 0.0552 0.0011 0.4635 0.0100 0.0609 0.0007 420 43 387 8 381 5 6 34 166 580 0.29 0.0559 0.0009 0.4701 0.0092 0.0610 0.0006 450 36 391 8 381 4 7 30 158 500 0.32 0.0554 0.0010 0.4662 0.0098 0.0610 0.0007 429 41 389 8 382 4 8 42 73 724 0.10 0.0556 0.0008 0.4676 0.0089 0.0610 0.0008 437 34 390 7 382 5 9 128 103 2222 0.05 0.0549 0.0006 0.4694 0.0074 0.0620 0.0008 409 24 391 6 388 5 10 25 187 393 0.48 0.0549 0.0013 0.4668 0.0123 0.0616 0.0009 409 53 389 10 386 6 11 46 93 793 0.12 0.0558 0.0009 0.4680 0.0103 0.0609 0.0010 443 38 390 9 381 6 12 43 128 745 0.17 0.0555 0.0010 0.4656 0.0109 0.0608 0.0010 434 39 388 9 381 6 13 43 200 705 0.28 0.0561 0.0010 0.4731 0.0103 0.0611 0.0010 458 41 393 9 382 6 14 30 207 482 0.43 0.0557 0.0011 0.4697 0.0101 0.0612 0.0007 440 45 391 8 383 4 15 27 31 479 0.06 0.0557 0.0010 0.4697 0.0102 0.0611 0.0008 442 40 391 9 382 5 16 51 242 803 0.30 0.0676 0.0021 0.5890 0.0189 0.0632 0.0008 855 65 470 15 395 5 17 56 71 500 0.14 0.0828 0.0016 1.278 0.027 0.1119 0.0018 1264 38 836 17 684 11 18 41 78 771 0.10 0.0539 0.0010 0.4167 0.0086 0.0561 0.0005 366 41 354 7 352 3 19 28 138 450 0.31 0.0547 0.0010 0.4679 0.0092 0.0620 0.0007 401 41 390 8 388 4 20 45 91 777 0.12 0.0548 0.0010 0.4641 0.0090 0.0614 0.0006 404 40 387 7 384 4 21 42 58 721 0.08 0.0549 0.0009 0.4677 0.0084 0.0617 0.0006 409 35 390 7 386 3 22 40 110 675 0.16 0.0563 0.0009 0.4814 0.0088 0.0620 0.0006 465 35 399 7 388 3 23 107 202 1691 0.12 0.0641 0.0010 0.5800 0.0101 0.0656 0.0007 746 32 464 8 410 4 24 41 84 782 0.11 0.0550 0.0012 0.4226 0.0093 0.0557 0.0006 412 50 358 8 350 4 -
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