LA-ICP-MS zircon U-Pb ages of the granites from Mashan of Inner Mongolia and their geological significances
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摘要:
对内蒙古北山南带东段的马山花岗岩体进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年代学和岩石地球化学研究，结果表明，马山花岗岩以花岗闪长岩为主，偏铝质-过铝质，中钾钙碱性特征，具有较高的SiO2(64.85%~79.17%)、Na2O+K2O(5.13%~6.62%)，富钠(Na2O/K2O>1)；在球粒陨石标准化配分模式图上，配分曲线相对平缓，富集轻稀土元素，重稀土元素分馏不明显且相对亏损，δEu=0.65~0.91，具有弱Eu 负异常；在微量元素原始地幔标准化蛛网图上，亏损Ba、Nb、Ta、P、Ti，富集Rb、Th、U、K。通过LA-ICP-MS 锆石U-Pb 测年，马山花岗岩体的侵位年龄为281.8±3.2Ma。结合区域地质背景，认为马山花岗岩体是壳幔混合成因的，形成于早二叠世后碰撞伸展体制之下，北山南带于早二叠世晚期进入后碰撞裂谷伸展发育阶段。
Abstract:This paper reports LA-ICP-MS zircon U-Pb ages and geochemistry of the granite in Mashan, east of the southern Beishan, Inner Mongolia, with the purpose of constraining its formation age and petrogenesis. The results show that the granitic body mainly consists of granodiorite which belongs to middle-K calc-alkaline series with metaluminous-peraluminous characteristics and high content of SiO2(64.85%~79.17%), Na2O+K2O (5.13%~6.62%) and Na2O/K2O>1. In addition, the granite invariably exhibits relatively gentle light rare earth elements (LREE) enrichment with flat heavy rare earth element (HREE) and weak negative Eu anomalies (δEu=0.65~0.91) in the chondrite-normalized REE patterns, depletion of Ba, Nb, Ta, P, Ti and enrichment of Rb, Th, U, K in the spidergram. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age of the granite is 281.8±3.2Ma. Based on regional geology, the above characteristics indicate that the Mashan granite was the mixing product of crustal and mantle derived magmas and was formed under the tectonic setting of post-collisional extension in Early Permian. This implies that the east of southern Beishan Mountain turned to the stage of rift in post-collisional extensional period during Early Permian.
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致谢: 西安地质矿产研究所实验测试中心的李艳广和汪双双工程师在LA-ICP-MS 实验操作及数据处理和解释方面给予了热情的帮助，审稿专家为本文提出了十分有益的修改意见和建议，在此一并表示衷心的感谢.
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图 1 马山二长花岗岩体地质简图及大地构造位置图（b 据参考文献[30]修改）
1—第四系；2—下二叠统双堡塘组；3—下石炭统红柳园组；4—二叠纪花岗岩；5—二叠纪辉长岩；6—不整合界线；7—锆石U-Pb 采样位置；8—国界；9—板块缝合带；10—早古生代缝合带；11—主干断裂；12—省界；13—隐伏断裂；14—构造单元.Ⅰ—西伯利亚板块；Ⅰ-1—大南湖-雀儿山-狐狸山早古生代活动带陆缘带；Ⅱ—塔里木板块；Ⅱ-1-1 —黄山-红石山-路井晚古生代陆内裂谷带；Ⅱ-1-2— 星星峡-明水-旱山地块；Ⅱ-1-3 —白玉山南-公婆泉-东七一山早古生代晚期活动带陆缘带；Ⅱ-2 —红柳河-洗肠井构造混杂岩带；Ⅱ-3-1 —方山口-营毛沱-鹰咀红山早古生代中期活动陆缘带；Ⅱ-3-2 —花牛山早古生代陆缘裂谷带（裂陷槽）；Ⅱ-3-3— 磁海-红柳园-白山堂晚古生代陆内裂谷带；Ⅱ-3-4 —敦煌地块
Figure 1. Simplified geological map and tectonic location map of Mashan granite
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图 2 马山花岗岩的野外露头（a）及显微特征（b, 正交偏光）
Pl—斜长石；Bt—黑云母；Am—角闪石
Figure 2. Field outcrop ( a) and microscopic features ( b) of Mashan granites ( crossed polarizers)
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图 3 马山花岗岩体的锆石阴极发光（CL）图像、测点位置及206Pb/238U 年龄值
Figure 3. CL image dating spots and 206Pb/238U age of zircons from Mashan granite
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图 4 马山花岗岩体锆石U-Pb 谐和图
Figure 4. U-Pb concordia diagram of the zirconin the Mashan granite
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图 10 马山花岗岩体大洋中脊标准化图解（标准化值据参考文献[42]）
Figure 10. Ocean ridge granite (ORG) normalized geochemicalpatterns for samples of Mashan granite
表 1 马山花岗岩体LA-ICP-MS 锆石(TW01) U-Th-Pb 同位素数据
Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating data of granite from Mashan（TW01）
分析点 含量/10-6 232Th/238U 207Pb/235U 206Pb/238U 207Pb/235U 206Pb/238U 232Th 238U 比值 1σ 比值 1σ 年龄/Ma 1σ 年龄/Ma 1σ TW01-1 280.96 449.94 0.62 9.3972 0.2158 0.4182 0.0092 2377.6 21.07 2252.3 41.73 TW01-2 523.95 1099.59 0.48 0.3621 0.0089 0.0437 0.0010 313.8 6.64 275.4 5.97 TW01-3 375.06 699.75 0.54 0.3941 0.0100 0.0456 0.0010 337.4 7.29 287.1 6.31 TW01-4 594.83 576.85 1.03 0.8243 0.0212 0.0526 0.0012 610.4 11.79 330.4 7.55 TW01-5 349.29 359.94 0.97 0.3703 0.0110 0.0431 0.0010 319.9 8.13 272 6.38 TW01-6 92.39 154.58 0.60 0.4218 0.0152 0.0456 0.0012 357.3 10.86 287.3 7.47 TW01-7 401.97 1310.93 0.31 0.3223 0.0078 0.0438 0.0010 283.7 6.01 276.4 5.96 TW01-8 191.06 372.5 0.51 0.3463 0.0101 0.0438 0.0010 301.9 7.58 276.3 6.38 TW01-9 292.29 294.14 0.99 0.3421 0.0102 0.0444 0.0011 298.8 7.73 280 6.53 TW01-10 99.79 354.71 0.28 0.3287 0.0093 0.0409 0.0010 288.5 7.14 258.4 5.96 TW01-11 408.08 804.03 0.51 0.3764 0.0095 0.0436 0.0010 324.4 7.02 275 6.06 TW01-12 49.69 106.02 0.47 0.4079 0.0170 0.0409 0.0012 347.4 12.27 258.2 7.6 TW01-13 133.16 156.37 0.85 0.4344 0.0141 0.0433 0.0011 366.3 10 273 6.93 TW01-14 81.57 213.17 0.38 0.5080 0.0149 0.0603 0.0015 417.1 10.03 377.7 8.81 TW01-15 291.58 308.2 0.95 0.3552 0.0104 0.0437 0.0010 308.6 7.79 275.7 6.45 TW01-16 252.32 605.27 0.42 0.3590 0.0094 0.0429 0.0010 311.5 7 270.7 6.04 TW01-17 660.33 1444.13 0.46 0.4373 0.0104 0.0461 0.0010 368.4 7.36 290.5 6.29 TW01-18 216.72 353.49 0.61 0.4315 0.0124 0.0451 0.0011 364.2 8.77 284.6 6.69 TW01-19 477.93 938.69 0.51 0.3581 0.0090 0.0457 0.0010 310.8 6.72 287.9 6.32 TW01-20 212.5 325.28 0.65 0.3001 0.0098 0.0413 0.0010 266.4 7.68 260.8 6.33 TW01-21 108.44 260.92 0.42 0.3980 0.0129 0.0456 0.0012 340.2 9.38 287.2 7.13 TW01-22 158.92 169.8 0.94 0.4177 0.0160 0.0467 0.0013 354.4 11.43 294 8.04 TW01-23 372.22 946.18 0.39 0.3493 0.0087 0.0449 0.0010 304.2 6.53 283.2 6.21 TW01-24 315.24 351.81 0.90 0.4617 0.0139 0.0457 0.0011 385.5 9.65 288.2 7.02 TW01-25 261.36 418.89 0.62 0.3418 0.0098 0.0458 0.0011 298.6 7.41 288.6 6.66 TW01-26 157.57 259.58 0.61 0.3533 0.0108 0.0458 0.0011 307.2 8.13 288.7 6.87 TW01-27 157.3 231.78 0.68 0.3569 0.0112 0.0456 0.0011 309.9 8.4 287.7 6.93 TW01-28 77.52 182.09 0.43 4.3637 0.1037 0.2902 0.0066 1705.5 19.64 1642.3 32.72 
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表 2 马山花岗岩体主量、微量和稀土元素分析结果
Table 2 Analytical data of major, trace, and rare earth elements of granite from Mashan
样品号
岩石名称P1/GS1
花岗质碎裂岩P1/GS3
花岗质碎岩P13/GS3
中粗粒花岗闪长岩P13/GS5
中粗粒花岗闪长岩P16/GS1、XT1
黑云母花岗闪长岩P16/GS2、XT2
黑云母花岗闪长岩SiO2 65.48 68.06 69.75 69.21 64.85 66.77 Al2O3 15.00 13.55 14.09 14.33 15.30 15.49 Fe2O3 1.40 1.13 1.95 2.08 3.41 3.01 FeO 3.44 3.02 1.68 1.75 2.22 1.88 TiO2 0.76 0.62 0.41 0.43 0.56 0.53 MgO 2.55 2.05 1.36 1.20 1.78 1.62 CaO 3.92 2.93 3.15 3.57 3.48 3.25 P2O5 0.16 0.16 0.07 0.09 0.12 0.12 K2O 1.90 2.71 2.40 2.29 2.21 1.90 MnO 0.09 0.07 0.07 0.08 0.08 0.07 Na2O 3.23 2.66 3.74 3.67 4.05 4.72 烧失量 1.55 3.72 0.82 0.54 1.60 1.29 总量 99.46 100.69 99.49 99.23 99.66 100.65 A/CNK 1.04 1.07 0.97 0.96 0.99 0.99 NK/A 0.49 0.54 0.62 0.59 0.59 0.63 σ 1.17 1.15 1.41 1.35 1.79 1.84 Rb 88.84 114.35 75.02 170.00 47.34 48.32 Ba 430.78 435.03 370.10 481.29 109.25 283.55 Th 12.55 13.66 8.49 17.14 6.92 4.94 U 2.10 1.30 1.44 3.79 1.68 1.40 Nb 13.36 11.54 5.78 12.36 5.75 4.42 Ta 1.18 1.20 0.62 1.28 0.64 0.49 Sr 255.42 139.70 209.88 195.36 291.65 226.93 Zr 143.82 72.81 127.41 374.10 196.08 185.01 V 101.52 64.53 71.65 23.01 78.67 64.00 Cr 54.31 43.16 22.04 21.90 18.38 22.06 Co 13.38 6.74 6.29 1.34 10.11 7.72 Cu 15.99 16.80 7.21 3.16 22.49 17.54 Zn 76.13 53.91 33.03 41.80 47.13 39.88 Ga 18.83 16.43 15.27 16.56 14.36 13.37 La 18.00 18.59 15.70 12.85 14.47 13.48 Ce 24.17 31.86 31.06 19.91 37.94 34.31 Pr 5.07 4.90 3.65 3.23 4.69 3.94 Nd 19.47 18.51 14.39 12.23 18.34 15.69 Sm 4.14 4.16 3.01 2.83 3.94 3.60 Eu 1.08 0.85 0.86 0.74 0.91 0.90 Gd 3.76 3.84 2.77 2.56 3.31 3.16 Tb 0.74 0.81 0.55 0.48 0.60 0.59 Dy 4.40 4.95 3.57 3.00 3.52 3.57 Ho 0.88 1.00 0.81 0.66 0.75 0.76 Er 2.80 3.34 2.57 2.21 2.08 2.10 Tm 0.40 0.55 0.37 0.34 0.34 0.33 Yb 2.49 3.19 2.70 2.06 2.29 2.28 Lu 0.40 0.45 0.38 0.33 0.36 0.36 Y 23.71 28.29 20.30 17.14 19.75 20.25 REE 111.51 125.29 102.69 80.57 113.29 105.31 LREE 71.93 78.87 68.67 51.79 80.29 71.91 HREE 39.58 46.42 34.02 28.78 33.00 33.39 LREE/HREE 1.82 1.70 2.02 1.80 2.43 2.15 (La/Yb)N 5.19 4.18 4.17 4.47 4.54 4.25 (La/Sm)N 2.81 2.88 3.37 2.93 2.37 2.42 (Gd/Yb)N 1.25 1.00 0.85 1.03 1.20 1.15 δEu 0.84 0.65 0.91 0.84 0.77 0.82 注：元素由中国冶金地质总局西北地质勘查院测试中心测定；δEu=EuN/SQRT（SmN∗GdN）；主量元素含量单位为%，微量和稀土元素为10-6
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