Geochemical characteristics and LA-ICP-MS zircon U-Pb age of porphyritic granodiorite in Heihongshan area of Beishan region, Inner Mongolia, and their geological significance
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摘要:
北山地区黑红山一带出露的晚石炭世斑状花岗闪长岩大地构造位置位于北山-天山造山系、额济纳-北山弧盆系，至今未见可靠的同位素年龄报道。在运用阴极发光技术对岩石中的锆石进行内部结构分析的基础上，利用LA-ICP-MS锆石UPb同位素原位定年方法获得206Pb/238U年龄加权平均值为312.1±3.2Ma。岩石化学研究显示，斑状花岗闪长岩属中钾钙碱性、准铝质-弱过铝质系列，具I型花岗岩特征；轻稀土元素富集，轻、重稀土元素分馏明显，稀土元素配分曲线右倾；微量元素不同程度地富集Rb、Th、K、Hf，亏损Ta、Nb、Ti、P等元素，显示其形成于板块碰撞前的火山弧环境。结合区域地质背景分析，红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带代表的洋盆在晚石炭世尚未消亡。
Abstract:The tectonic location of Late Carboniferous porphyritic granodiorite of Heihongshan area in Beishan region belongs to Beishan-Tianshan orogenic system and Ejina-Beishan arc basin system, but without reliable zircon U-Pb dating report. On the basis of the detailed internal structure analysis of zircons from the porphyritic granodiorite using the technology of cathodoluminescence, the authors conducted isotope age analysis using LA-ICP-MS zircon U-Pb dating method. The result shows that porphyritic granodiorite formed at 312.1±3.2Ma. Geochemical study shows that porphyritic granodiorite belongs to medium potash-calc alkaline, quasi-aluminous granite system, being I type granite. It has characteristics of light REE enrichment and characteristics of enrichment of Rb, Th, K, Hf and depletion of Ta, Nb, Ti, P. It formed in a pre-collision tectonic environment. Combined with regional geological background, It is considered that ocean basin, represented by Hongshishan-Baiheshan-Pengboshanophiolite, should not have been closed in Late Carboniferous period.
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Keywords:
- Beishan area /
- porphyritic granodiorite /
- zircon U-Pb age /
- geochemistry
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内蒙古北山地区位于中国新疆、甘肃、内蒙古三省交界处，北山造山带处于中亚造山带南缘，北山地区由南向北分布有辉铜山-帐房山蛇绿岩带、红柳河-月牙山-洗肠井蛇绿岩带、芨芨台子-小黄山蛇绿岩带及红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带[1]（图 1-a）。北山造山带具有多旋回复合造山的特点，在漫长的地质发展史中，该造山带经历了多期次、多阶段的复杂地质演化过程[2-3]。近年来，北山地区的构造单元划分、地壳演化等问题受到地质界关注。许多地质学者对内蒙古北山地区进行了大量的研究工作[4-12]，取得了一系列重要认识。此外，北山地区的构造-岩浆活动更是近年来的研究热点，该区花岗岩类出露总面积约3×104km2，分布较广泛，约占全部侵入岩出露面积的95%[3]，花岗岩类出露面积约占整个北山地区总面积的30%[7, 13]。部分学者对北山地区花岗岩类进行了一些研究[14-17]，但是红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带以北的花岗岩类精确定年资料较少，侵入体时代多沿用1:200000资料①②，其成因类型与构造演化研究较薄弱。
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图 1 北山地区构造格架简图[1]（a）和研究区地质简图（b）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—晚石炭世石英闪长岩；7—晚石炭世斑状花岗闪长岩；8—晚石炭世二长花岗岩；9—一般地质界线；10—角度不整合界线；11—断层；12—同位素样品取样位置；13—研究区；14—红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带；15—芨芨台子-小黄山蛇绿岩带；16—红柳河-月牙山-洗肠井蛇绿岩带；17—辉铜山-帐房山蛇绿岩带Figure 1. Tectonic framework sketch map of the Beishan area (a) and simplified geological map of the study area (b)本文对位于内蒙古北山地区红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带以北的黑红山一带斑状花岗闪长岩进行同位素年代学和岩石地球化学特征研究，探讨其对研究区晚古生代构造演化的约束意义。
1. 区域地质背景及样品特征
研究区隶属内蒙古自治区额济纳旗北部中蒙边境地区，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）[18]，研究区南部紧邻红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带。区内出露地层主要为晚古生代及新生代地层，地层由老到新分别为下石炭统绿条山组、下石炭统白山组、中二叠统金塔组、上新统苦泉组和第四系松散堆积物。下石炭统绿条山组主要由粉砂岩、细砂岩及少量凝灰质砂岩组成。下石炭统白山组下部主要岩性为玄武岩、安山岩，发育少量安山质火山碎屑岩；上部主要为流纹质熔结凝灰岩夹少量安山岩；白山组顶部发育少量沉火山碎屑岩。中二叠统金塔组岩性主要为黑色气孔-杏仁状玄武岩（含玛瑙），金塔组中部出露少量泥质粉砂岩、硅质岩、含砾砂岩。上新统苦泉组角度不整合于古生代地质体之上，主要岩性为砖红色-桔红色砂砾岩、泥质粉砂岩，局部含石膏。研究区内晚古生代侵入岩包括石炭纪细粒斑状花岗闪长岩、石英闪长岩、二长花岗岩等。
本文研究对象为晚石炭世细粒斑状花岗闪长岩，该侵入体总体呈北西西向展布，出露面积约28km2，呈岩株状侵入石炭系白山组、绿条山组及晚石炭世石英闪长岩中，南侧被中二叠统金塔组角度不整合覆盖。同位素测年样品（P2TW1）采集自内蒙古额济纳旗西北部黑红山东，地理坐标为北纬42°24′15″、东经98°56′55″（图 1）。
样品岩性为细粒斑状花岗闪长岩（图 2-a），样品在TAS图解中大多落入花岗闪长岩区（图 3）。岩石为块状构造，呈似斑状结构，基质为细粒花岗结构（图 2-b）。由斑晶、基质两部分组成。斑晶含量约40%，为斜长石，斜长石呈半自形板状，杂乱分布，粒度多为2.5~6mm，斜长石矿物环带发育，发育轻微高岭土化及绢云母化，部分斜长石粒内发育聚片双晶，⊥（010）晶带最大消光角法测得Np'∧（010）=25，斜长石牌号An=46为中长石。岩石基质由石英（约20%）、斜长石（约20%）、钾长石（约10%）、黑云母（约5%）、角闪石（约5%）等矿物组成。基质中石英多呈他形粒状，轻度波状消光，杂乱分布，粒度多为0.2~0.8mm。基质中斜长石呈半自形板状，分布杂乱，粒度多为0.2~2mm，部分斜长石粒内聚片双晶发育，轻绢云母化、高岭土化，环带发育，⊥（010）晶带最大消光角法测得Np'∧（010）=23，斜长石牌号An=43为中长石。基质中钾长石为正长石，分布杂乱，大部分呈他形粒状，粒度多为0.2~1.6mm，轻高岭土化，局部交代斜长石，内含少量斜长石、角闪石包体。基质中黑云母呈片状，粒度多为0.1~1.6mm，少量黑云母被绿泥石交代，多色性明显：Ng'=黄褐色，Np'=淡黄色，杂乱分布。基质中角闪石杂乱分布，粒度为0.2~1.6mm，呈半自形柱粒状，多色性明显：Ng'=褐绿色，Np'=淡黄色，局部被黑云母交代。副矿物包括磷灰石、锆石等。
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图 2 斑状花岗闪长岩野外及显微照片Figure 2. Field and microstructure photographs of porphyritic granodiorite2. 样品分析方法
用于锆石U-Pb年龄测定的锆石单矿物，在河北省区域地质矿产调查研究所实验室进行分选。锆石的制靶和透射光、反射光、阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司进行。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试于天津地质矿产研究所同位素实验室进行[20]，采用GJ-1锆石样品为外部锆石年龄标准，进行U-Pb分馏校正[21]。采用了ICP-MSData⁃ Cal程序[22]和Isoplot程序[23]进行数据处理。应用208Pb校正法对普通铅进行校正[24]，并利用NIST612玻璃标准样为外标样品计算锆石样品的Pb、U、Th元素含量。
细粒斑状花岗闪长岩样品的主量、微量、稀土元素测试分析工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室进行，样品的加工过程均在无污染设备中进行。岩石的主量元素分析采用碱溶法制备样品，并使用X射线荧光光谱仪（Axiosmax X）完成测试，烧失量、H2O-、H2O+采用电子分析天平（P1245）测试完成，分析误差优于5%。稀土和微量元素分析样品采用酸溶法制备，稀土元素和多数微量元素的分析测试使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）（X Serise2）完成，Zr、Ti、K等元素的测试在X射线荧光光谱仪（Axiosmax X）上完成，其分析误差优于5%~10%。
3. 年代学特征
本次工作中细粒斑状花岗闪长岩样品（P2TW1）共获得32个有效的LA-ICP-MS锆石UPb分析结果（表 1）。所测定的锆石颗粒多为无色透明，少量呈浅黄色，锆石形态多为自形-半自形柱状，其长宽比为1.2~2.5:1，粒径20~200μm，锆石阴极发光图像显示规则的振荡环带（图 4），表明所测试的锆石均属于岩浆结晶的产物。本样品中32个锆石测点的Th/U值均大于0.1，其中29个测点的Th/U值（0.56~0.92）位于0.1~1之间，显示其为典型的岩浆成因锆石[25]。在细粒斑状花岗闪长岩LAICP-MS锆石U-Pb谐和图（图 5）中，测试分析数据点均分布于谐和线上或其附近，206Pb/238U年龄加权平均值为312.1±3.2Ma，代表了该期细粒斑状花岗闪长岩主体岩浆结晶的时间，时代为晚石炭世。但是需要指出的是，测点31锆石的206Pb/238U年龄为393±66Ma，说明此锆石可能为该期岩浆侵位过程中捕获的围岩中的锆石。
表 1 斑状花岗闪长岩（P2TW1）LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测年数据Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotope analytical results of porphyritic granodiorite(P2TW1)测点 Pb/10-6 Th/10-6 U/10-6 206Pb/238U 207Pb/235U 207Pb/206Pb 206Pb/238U 207Pb/235U Th/U 比值 1σ 比值 1σ 比值 1σ 年龄/Ma 1σ 年龄/Ma 1σ 1 4 45 81 0.0503 0.0013 0.352 0.030 0.0507 0.0042 316 8 306 26 0.56 2 4 34 72 0.0495 0.0009 0.377 0.023 0.0552 0.0033 312 5 325 20 0.47 3 7 69 128 0.0499 0.0012 0.402 0.017 0.0585 0.0022 314 7 343 14 0.54 4 8 67 140 0.0504 0.0044 0.502 0.050 0.0722 0.0070 317 28 413 41 0.48 5 11 104 205 0.0491 0.0012 0.418 0.025 0.0617 0.0031 309 8 355 21 0.51 6 7 59 137 0.0494 0.0015 0.385 0.033 0.0566 0.0048 311 9 331 28 0.43 7 4 33 87 0.0471 0.0013 0.403 0.062 0.0619 0.0071 297 8 343 52 0.38 8 5 113 87 0.0504 0.0011 0.384 0.027 0.0553 0.0041 317 7 330 23 1.30 9 5 49 96 0.0492 0.0013 0.372 0.031 0.0549 0.0039 310 8 321 27 0.51 10 4 22 68 0.0517 0.0047 0.390 0.037 0.0548 0.0057 325 30 335 32 0.32 11 4 33 82 0.0486 0.0022 0.447 0.053 0.0667 0.0053 306 14 375 44 0.40 12 3 38 68 0.0479 0.0010 0.392 0.019 0.0593 0.0026 302 7 336 16 0.56 13 3 29 69 0.0493 0.0012 0.387 0.024 0.0570 0.0036 310 8 332 21 0.42 14 5 55 92 0.0519 0.0009 0.365 0.020 0.0510 0.0029 326 6 316 17 0.60 15 6 58 107 0.0505 0.0017 0.383 0.032 0.0550 0.0043 318 11 329 27 0.54 16 3 28 62 0.0493 0.0009 0.351 0.021 0.0516 0.0030 310 6 305 18 0.45 17 4 25 69 0.0519 0.0013 0.376 0.020 0.0526 0.0025 326 8 324 17 0.36 18 3 25 65 0.0511 0.0015 0.368 0.026 0.0523 0.0036 321 9 318 22 0.38 19 7 55 122 0.0531 0.0033 0.375 0.022 0.0512 0.0028 333 21 323 19 0.45 20 6 110 119 0.0486 0.0015 0.447 0.046 0.0667 0.0065 306 9 375 39 0.92 21 5 49 94 0.0522 0.0013 0.388 0.026 0.0539 0.0032 328 8 333 22 0.52 22 3 25 55 0.0537 0.0011 0.403 0.036 0.0544 0.0045 337 7 344 31 0.45 23 7 85 132 0.0489 0.0009 0.461 0.038 0.0683 0.0049 308 6 385 32 0.64 24 19 171 324 0.0496 0.0013 0.551 0.097 0.0806 0.0114 312 8 446 78 0.53 25 2 19 45 0.0508 0.0016 0.405 0.057 0.0577 0.0071 320 10 345 48 0.42 26 9 191 173 0.0491 0.0007 0.406 0.035 0.0599 0.0048 309 5 346 30 1.10 27 6 355 120 0.0479 0.0008 0.416 0.031 0.0629 0.0041 302 5 353 26 2.96 28 5 52 85 0.0498 0.0041 0.423 0.065 0.0617 0.0082 313 26 358 55 0.61 29 5 39 103 0.0520 0.0018 0.394 0.022 0.0550 0.0027 327 11 338 19 0.38 30 8 108 159 0.0490 0.0013 0.442 0.037 0.0654 0.0046 308 8 372 31 0.68 31 8 58 128 0.0629 0.0106 0.467 0.034 0.0539 0.0047 393 66 389 29 0.45 32 7 70 124 0.0511 0.0016 0.365 0.032 0.0518 0.0040 321 10 316 27 0.56 ![]()
图 4 斑状花岗闪长岩（P2TW1）锆石阴极发光（CL）图像Figure 4. CL images of selected zircons from porphyritic granodiorite(P2TW1)![]()
图 5 斑状花岗闪长岩（P2TW1）LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图Figure 5. LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of porphyritic granodiorite(P2TW1)4. 岩石地球化学特征
4.1 主量元素
研究区内细粒斑状花岗闪长岩主量元素、特征值及CIPW标准矿物计算结果（表 2）显示，斑状花岗闪长岩SiO2含量为65.94% ~71.88%，Al2O3为14.02%~15.90%，CaO为2.32%~4.24%；全碱（Na2O+ K2O）含量为5.85% ~7.13%，Na2O/K2O值为1.12~ 2.53，相对富钠贫钾；低Fe2O3（0.86%~2.59%）、FeO（1.09%~3.23%）、MnO（0.07%~0.10%）、MgO（0.78%~ 1.92%）、P2O5（0.07%~0.12%）含量。铝饱和指数A/ CNK为0.92~1.11，除1个样品为1.113外，其余A/ CNK值均小于1.1，A/NK值为1.47~1.80，说明其属于准铝质-弱过铝质岩石（图 6）；岩石里特曼指数σ=1.32~1.96，碱度率AR=1.86~2.36，属中钾钙碱性系列花岗岩（图 7）；其分异指数DI为69.87~82.44，固结指数SI为7.71~15.92，反映该期细粒斑状花岗闪长岩岩浆结晶分异程度较高。
表 2 斑状花岗闪长岩稀土和微量元素含量及特征参数Table 2. REE and trace element analyses of porphyritic granodiorite分析项 YQ21 YQ24 YQ25 YQ26 YQ27 YQ28 YQ32 YQ39 P2YQ2 P2YQ3 P2YQ4 P2YQ5 P3YQ1 La 15.44 17.34 16.59 17.35 19.57 14.58 20.28 9.77 17.33 17.43 19.04 13.02 16.04 Ce 31.45 39.94 39.10 41.62 46.48 36.34 44.94 21.42 35.41 37.89 41.43 27.23 34.75 Pr 3.25 4.80 4.63 4.80 5.46 4.29 4.99 2.58 3.76 4.19 4.25 3.19 4.04 Nd 12.16 20.23 19.99 20.52 22.62 18.53 19.05 10.88 13.98 16.28 16.42 12.85 16.08 Sm 2.46 4.71 4.59 4.85 5.21 4.37 3.89 2.50 2.84 3.46 3.33 2.82 3.56 Eu 0.79 1.13 1.22 1.10 1.12 1.05 1.22 0.82 0.82 0.88 0.82 0.82 0.81 Gd 2.41 4.19 4.11 4.37 4.75 3.89 3.40 2.29 2.72 3.15 3.06 2.66 3.32 Tb 0.42 0.88 0.83 0.86 0.94 0.81 0.62 0.47 0.48 0.59 0.54 0.50 0.63 Dy 2.52 5.49 5.27 5.39 5.92 5.19 3.58 3.06 3.00 3.65 3.26 3.08 3.96 Ho 0.50 1.09 1.04 1.04 1.18 1.04 0.70 0.63 0.59 0.72 0.65 0.61 0.77 Er 1.45 3.21 2.86 3.04 3.31 2.84 1.95 1.81 1.72 2.06 1.89 1.75 2.24 Tm 0.26 0.54 0.48 0.51 0.56 0.49 0.34 0.32 0.30 0.35 0.32 0.30 0.39 Yb 1.65 3.37 3.04 3.23 3.51 3.13 2.19 2.10 1.93 2.33 2.07 1.91 2.37 Lu 0.28 0.57 0.51 0.53 0.60 0.52 0.37 0.36 0.34 0.40 0.36 0.33 0.39 Y 14.33 31.33 31.76 31.86 33.04 29.16 20.91 16.86 17.52 21.59 19.24 18.19 22.39 ΣREE 75.03 107.46 104.26 109.22 121.23 97.07 107.52 59.02 85.22 93.39 97.43 71.07 89.34 LREE 65.55 88.13 86.12 90.24 100.46 79.16 94.38 47.97 74.14 80.13 85.29 59.93 75.28 HREE 9.48 19.33 18.13 18.97 20.77 17.92 13.15 11.04 11.07 13.26 12.14 11.15 14.07 L/HREE 6.91 4.56 4.75 4.76 4.84 4.42 7.18 4.34 6.70 6.04 7.03 5.38 5.35 δEu 0.98 0.76 0.84 0.72 0.68 0.76 1.00 1.03 0.88 0.80 0.77 0.90 0.71 δCe 1.03 1.06 1.08 1.10 1.08 1.11 1.06 1.02 1.03 1.05 1.08 1.01 1.03 (La/Yb)N 6.72 3.69 3.91 3.85 4.00 3.35 6.64 3.33 6.45 5.36 6.61 4.89 4.85 Rb 50.81 50.01 43.62 64.02 74.72 76.04 96.28 46.18 64.95 73.93 56.68 53.38 51.03 Sr 298.74 231.09 323.61 195.55 189.71 195.72 273.79 205.58 179.82 234.80 212.52 229.95 197.79 Ba 554.75 550.48 539.02 533.35 495.07 566.55 747.76 482.25 786.54 625.83 587.53 574.62 521.42 Nb 4.16 5.33 5.62 5.37 5.92 5.15 6.30 5.28 4.85 6.09 5.59 4.84 5.10 Ta 0.31 0.36 0.33 0.36 0.40 0.37 0.49 0.36 0.39 0.46 0.41 0.36 0.40 Zr 112.26 150.17 143.69 137.93 131.98 121.89 126.53 132.12 128.88 146.32 97.72 117.83 134.71 Hf 3.16 5.19 4.02 4.03 4.82 3.86 3.62 4.50 3.88 3.98 2.91 3.34 4.01 Th 5.21 6.20 5.25 5.78 6.87 6.89 8.57 4.30 7.68 7.03 7.10 4.06 7.10 U 1.50 1.97 1.78 1.39 1.85 1.02 1.18 0.90 1.49 2.15 1.31 1.11 1.24 K 19084 15189 14178 19568 19033 21323 23271 19282 25432 24217 22968 19616 19412 Ti 2276 3225 3237 2970 3183 2994 2699 2301 2094 2491 2349 2666 2416 Rb/Sr 0.17 0.22 0.13 0.33 0.39 0.39 0.35 0.22 0.36 0.31 0.27 0.23 0.26 Ba/La 35.93 31.75 32.50 30.74 25.30 38.86 36.87 49.38 45.38 35.90 30.86 44.15 32.50 Zr/hf 35.48 28.92 35.77 34.25 27.39 31.57 34.97 29.35 33.18 36.78 33.59 35.24 33.60 Nb/Ta 13.37 14.86 16.85 14.81 14.62 14.04 12.84 14.68 12.44 13.19 13.53 13.60 12.66 U/Th 0.29 0.32 0.34 0.24 0.27 0.15 0.14 0.21 0.19 0.31 0.18 0.27 0.17 Sm/Nd 0.20 0.23 0.23 0.24 0.23 0.24 0.20 0.23 0.20 0.21 0.20 0.22 0.22 4.2 稀土及微量元素
研究区细粒斑状花岗闪长岩稀土元素含量与特征参数（表 2）显示，岩石稀土元素总量（ΣREE）变化较大，为59.02×10-6~121.23×10-6，LREE/HREE= 4.34~7.18，（La/Yb）N=3.33~6.72，反映轻、重稀土元素分馏明显，轻稀土元素较富集；δEu=0.68~1.03，主要位于0.71~0.90之间，具弱负Eu异常；δCe=1.01~ 1.11，具正Ce异常。稀土元素配分模式右倾（图 8）。
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图 8 斑状花岗闪长岩稀土元素配分曲线（球粒陨石标准化值据参考文献[28]）Figure 8. Chondrite-normalized REE patterns of porphyritic granodiorite岩石微量元素原始地幔标准化蛛网图（图 9）显示，斑状花岗闪长岩样品的微量元素蛛网图整体相似，呈右倾型，并富集大离子亲石元素，富集Rb、Th、K、Hf等强不相容元素，亏损Ta、Nb、Ti、P等高场强元素。
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图 9 斑状花岗闪长岩原始地幔标准化蛛网图（原始地幔标准化值据参考文献[28]）Figure 9. Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of porphyritic granodiorite5. 讨论
5.1 成因类型
上述地球化学特征显示，细粒斑状花岗闪长岩为准铝质到弱过铝质、中钾钙碱性花岗岩系列岩石，铝饱和指数（A/CNK）大多小于1.1；岩石中暗色矿物与副矿物主要为黑云母、角闪石、锆石、磷灰石、黄铁矿、钛铁矿、磁铁矿，未出现白云母、堇青石等矿物，反映其具有I型花岗岩的特点。细粒斑状花岗闪长岩稀土元素总量偏低（ΣREE=59.02×10-6~ 121.23×10-6），轻、重稀土元素分馏明显，轻稀土元素富集（LREE/HREE=4.34~7.18，（La/Yb）N=3.33~ 6.72）；稀土元素配分模式为右缓倾，具有弱负Eu异常、正Ce异常。细粒斑状花岗闪长岩微量元素不同程度富集Rb、Th、K、Hf等元素，亏损Ta、Nb、Ti、P等元素，与I型花岗岩微量元素特征相似。细粒斑状花岗闪长岩样品在K2O-Na2O图解中，均落入I型花岗岩区（图 10）。由此可知，研究区细粒斑状花岗闪长岩应属于I型花岗岩系列。
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图 10 斑状花岗闪长岩K2O-Na2O成因类型判别图解[29]Figure 10. K2O-Na2O genetic type discrimination diagram of porphyritic granodiorite5.2 构造环境
内蒙古北山地区位于中亚造山带南缘，不同学者对该地区的大地构造演化存在不同认识，古亚洲洋的闭合时限是其中分歧较大的问题之一：一些专家学者认为，古亚洲洋闭合时间在中—晚泥盆世之前，北山地区于石炭纪—二叠纪进入陆内裂谷演化阶段[5-7]；也有一些学者认为，古亚洲洋于早石炭世末期闭合，北山地区在石炭纪—二叠纪期间存在造山事件[4]；还有一些学者认为，古亚洲洋在泥盆纪—中二叠世期间萎缩消亡，北山造山系形成于晚石炭世—中二叠世[18]。
本文细粒斑状花岗闪长岩所在的研究区南部紧邻红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带，该期斑状花岗闪长岩的构造背景应与该蛇绿岩带代表的洋盆演化有关。研究区细粒斑状花岗闪长岩样品在（Y+ Nb）-Rb图解（图 11）中落入火山弧花岗岩区，在R1-R2图解（图 12）中落入板块碰撞前花岗岩区。花岗岩类用铝饱和指数（A/CNK）可以区别CCG（大陆碰撞花岗岩）和IAG+CAG（岛弧花岗岩或大陆弧花岗岩）。CCG花岗岩的铝饱和指数一般大于1.15，而研究区细粒斑状花岗闪长岩样品A/CNK值为0.92~1.11，说明研究区花岗闪长岩属于IAG+ CAG。而且研究区内晚石炭世细粒斑状花岗闪长岩岩石地球化学特征反映，轻稀土元素较富集，而重稀土元素高场强元素较亏损，显示与俯冲作用有关的火山弧花岗岩特点[32]。
综合分析认为，研究区晚石炭世花岗岩为俯冲汇聚大陆边缘的火山弧花岗岩，形成于板块碰撞前的岛弧环境。说明研究区晚石炭世存在与弧物质有关的岩浆活动，红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带所代表的洋盆于晚石炭世并未消亡。
6. 结论
（1）内蒙古北山地区黑红山一带细粒斑状花岗闪长岩的LA- ICP- MS锆石U- Pb测年结果为312.1±3.2Ma，形成于晚石炭世。
（2）北山地区黑红山一带晚石炭世细粒斑状花岗闪长岩为中钾钙碱性、准铝质-弱过铝质、I型花岗岩。
（3）北山地区黑红山一带晚石炭世斑状花岗闪长岩为碰撞前岛弧花岗岩，红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带所代表的洋盆在本研究区于晚石炭世尚未消亡。
致谢: 河北省区域地质矿产调查研究所胡醒民教授级高级工程师对本文提出了宝贵的修改意见，在此表示诚挚的谢意。 -
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图 1 北山地区构造格架简图[1]（a）和研究区地质简图（b）
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—晚石炭世石英闪长岩；7—晚石炭世斑状花岗闪长岩；8—晚石炭世二长花岗岩；9—一般地质界线；10—角度不整合界线；11—断层；12—同位素样品取样位置；13—研究区；14—红石山-百合山-蓬勃山蛇绿岩带；15—芨芨台子-小黄山蛇绿岩带；16—红柳河-月牙山-洗肠井蛇绿岩带；17—辉铜山-帐房山蛇绿岩带
Figure 1. Tectonic framework sketch map of the Beishan area (a) and simplified geological map of the study area (b)
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图 2 斑状花岗闪长岩野外及显微照片
Figure 2. Field and microstructure photographs of porphyritic granodiorite
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图 4 斑状花岗闪长岩（P2TW1）锆石阴极发光（CL）图像
Figure 4. CL images of selected zircons from porphyritic granodiorite(P2TW1)
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图 5 斑状花岗闪长岩（P2TW1）LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄谐和图
Figure 5. LA-ICP-MS zircon U-Pb concordia diagrams of porphyritic granodiorite(P2TW1)
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图 8 斑状花岗闪长岩稀土元素配分曲线（球粒陨石标准化值据参考文献[28]）
Figure 8. Chondrite-normalized REE patterns of porphyritic granodiorite
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图 9 斑状花岗闪长岩原始地幔标准化蛛网图（原始地幔标准化值据参考文献[28]）
Figure 9. Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of porphyritic granodiorite
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图 10 斑状花岗闪长岩K2O-Na2O成因类型判别图解[29]
Figure 10. K2O-Na2O genetic type discrimination diagram of porphyritic granodiorite
表 1 斑状花岗闪长岩（P2TW1）LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测年数据
Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotope analytical results of porphyritic granodiorite(P2TW1)
测点 Pb/10-6 Th/10-6 U/10-6 206Pb/238U 207Pb/235U 207Pb/206Pb 206Pb/238U 207Pb/235U Th/U 比值 1σ 比值 1σ 比值 1σ 年龄/Ma 1σ 年龄/Ma 1σ 1 4 45 81 0.0503 0.0013 0.352 0.030 0.0507 0.0042 316 8 306 26 0.56 2 4 34 72 0.0495 0.0009 0.377 0.023 0.0552 0.0033 312 5 325 20 0.47 3 7 69 128 0.0499 0.0012 0.402 0.017 0.0585 0.0022 314 7 343 14 0.54 4 8 67 140 0.0504 0.0044 0.502 0.050 0.0722 0.0070 317 28 413 41 0.48 5 11 104 205 0.0491 0.0012 0.418 0.025 0.0617 0.0031 309 8 355 21 0.51 6 7 59 137 0.0494 0.0015 0.385 0.033 0.0566 0.0048 311 9 331 28 0.43 7 4 33 87 0.0471 0.0013 0.403 0.062 0.0619 0.0071 297 8 343 52 0.38 8 5 113 87 0.0504 0.0011 0.384 0.027 0.0553 0.0041 317 7 330 23 1.30 9 5 49 96 0.0492 0.0013 0.372 0.031 0.0549 0.0039 310 8 321 27 0.51 10 4 22 68 0.0517 0.0047 0.390 0.037 0.0548 0.0057 325 30 335 32 0.32 11 4 33 82 0.0486 0.0022 0.447 0.053 0.0667 0.0053 306 14 375 44 0.40 12 3 38 68 0.0479 0.0010 0.392 0.019 0.0593 0.0026 302 7 336 16 0.56 13 3 29 69 0.0493 0.0012 0.387 0.024 0.0570 0.0036 310 8 332 21 0.42 14 5 55 92 0.0519 0.0009 0.365 0.020 0.0510 0.0029 326 6 316 17 0.60 15 6 58 107 0.0505 0.0017 0.383 0.032 0.0550 0.0043 318 11 329 27 0.54 16 3 28 62 0.0493 0.0009 0.351 0.021 0.0516 0.0030 310 6 305 18 0.45 17 4 25 69 0.0519 0.0013 0.376 0.020 0.0526 0.0025 326 8 324 17 0.36 18 3 25 65 0.0511 0.0015 0.368 0.026 0.0523 0.0036 321 9 318 22 0.38 19 7 55 122 0.0531 0.0033 0.375 0.022 0.0512 0.0028 333 21 323 19 0.45 20 6 110 119 0.0486 0.0015 0.447 0.046 0.0667 0.0065 306 9 375 39 0.92 21 5 49 94 0.0522 0.0013 0.388 0.026 0.0539 0.0032 328 8 333 22 0.52 22 3 25 55 0.0537 0.0011 0.403 0.036 0.0544 0.0045 337 7 344 31 0.45 23 7 85 132 0.0489 0.0009 0.461 0.038 0.0683 0.0049 308 6 385 32 0.64 24 19 171 324 0.0496 0.0013 0.551 0.097 0.0806 0.0114 312 8 446 78 0.53 25 2 19 45 0.0508 0.0016 0.405 0.057 0.0577 0.0071 320 10 345 48 0.42 26 9 191 173 0.0491 0.0007 0.406 0.035 0.0599 0.0048 309 5 346 30 1.10 27 6 355 120 0.0479 0.0008 0.416 0.031 0.0629 0.0041 302 5 353 26 2.96 28 5 52 85 0.0498 0.0041 0.423 0.065 0.0617 0.0082 313 26 358 55 0.61 29 5 39 103 0.0520 0.0018 0.394 0.022 0.0550 0.0027 327 11 338 19 0.38 30 8 108 159 0.0490 0.0013 0.442 0.037 0.0654 0.0046 308 8 372 31 0.68 31 8 58 128 0.0629 0.0106 0.467 0.034 0.0539 0.0047 393 66 389 29 0.45 32 7 70 124 0.0511 0.0016 0.365 0.032 0.0518 0.0040 321 10 316 27 0.56 
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表 2 斑状花岗闪长岩稀土和微量元素含量及特征参数
Table 2 REE and trace element analyses of porphyritic granodiorite
分析项 YQ21 YQ24 YQ25 YQ26 YQ27 YQ28 YQ32 YQ39 P2YQ2 P2YQ3 P2YQ4 P2YQ5 P3YQ1 La 15.44 17.34 16.59 17.35 19.57 14.58 20.28 9.77 17.33 17.43 19.04 13.02 16.04 Ce 31.45 39.94 39.10 41.62 46.48 36.34 44.94 21.42 35.41 37.89 41.43 27.23 34.75 Pr 3.25 4.80 4.63 4.80 5.46 4.29 4.99 2.58 3.76 4.19 4.25 3.19 4.04 Nd 12.16 20.23 19.99 20.52 22.62 18.53 19.05 10.88 13.98 16.28 16.42 12.85 16.08 Sm 2.46 4.71 4.59 4.85 5.21 4.37 3.89 2.50 2.84 3.46 3.33 2.82 3.56 Eu 0.79 1.13 1.22 1.10 1.12 1.05 1.22 0.82 0.82 0.88 0.82 0.82 0.81 Gd 2.41 4.19 4.11 4.37 4.75 3.89 3.40 2.29 2.72 3.15 3.06 2.66 3.32 Tb 0.42 0.88 0.83 0.86 0.94 0.81 0.62 0.47 0.48 0.59 0.54 0.50 0.63 Dy 2.52 5.49 5.27 5.39 5.92 5.19 3.58 3.06 3.00 3.65 3.26 3.08 3.96 Ho 0.50 1.09 1.04 1.04 1.18 1.04 0.70 0.63 0.59 0.72 0.65 0.61 0.77 Er 1.45 3.21 2.86 3.04 3.31 2.84 1.95 1.81 1.72 2.06 1.89 1.75 2.24 Tm 0.26 0.54 0.48 0.51 0.56 0.49 0.34 0.32 0.30 0.35 0.32 0.30 0.39 Yb 1.65 3.37 3.04 3.23 3.51 3.13 2.19 2.10 1.93 2.33 2.07 1.91 2.37 Lu 0.28 0.57 0.51 0.53 0.60 0.52 0.37 0.36 0.34 0.40 0.36 0.33 0.39 Y 14.33 31.33 31.76 31.86 33.04 29.16 20.91 16.86 17.52 21.59 19.24 18.19 22.39 ΣREE 75.03 107.46 104.26 109.22 121.23 97.07 107.52 59.02 85.22 93.39 97.43 71.07 89.34 LREE 65.55 88.13 86.12 90.24 100.46 79.16 94.38 47.97 74.14 80.13 85.29 59.93 75.28 HREE 9.48 19.33 18.13 18.97 20.77 17.92 13.15 11.04 11.07 13.26 12.14 11.15 14.07 L/HREE 6.91 4.56 4.75 4.76 4.84 4.42 7.18 4.34 6.70 6.04 7.03 5.38 5.35 δEu 0.98 0.76 0.84 0.72 0.68 0.76 1.00 1.03 0.88 0.80 0.77 0.90 0.71 δCe 1.03 1.06 1.08 1.10 1.08 1.11 1.06 1.02 1.03 1.05 1.08 1.01 1.03 (La/Yb)N 6.72 3.69 3.91 3.85 4.00 3.35 6.64 3.33 6.45 5.36 6.61 4.89 4.85 Rb 50.81 50.01 43.62 64.02 74.72 76.04 96.28 46.18 64.95 73.93 56.68 53.38 51.03 Sr 298.74 231.09 323.61 195.55 189.71 195.72 273.79 205.58 179.82 234.80 212.52 229.95 197.79 Ba 554.75 550.48 539.02 533.35 495.07 566.55 747.76 482.25 786.54 625.83 587.53 574.62 521.42 Nb 4.16 5.33 5.62 5.37 5.92 5.15 6.30 5.28 4.85 6.09 5.59 4.84 5.10 Ta 0.31 0.36 0.33 0.36 0.40 0.37 0.49 0.36 0.39 0.46 0.41 0.36 0.40 Zr 112.26 150.17 143.69 137.93 131.98 121.89 126.53 132.12 128.88 146.32 97.72 117.83 134.71 Hf 3.16 5.19 4.02 4.03 4.82 3.86 3.62 4.50 3.88 3.98 2.91 3.34 4.01 Th 5.21 6.20 5.25 5.78 6.87 6.89 8.57 4.30 7.68 7.03 7.10 4.06 7.10 U 1.50 1.97 1.78 1.39 1.85 1.02 1.18 0.90 1.49 2.15 1.31 1.11 1.24 K 19084 15189 14178 19568 19033 21323 23271 19282 25432 24217 22968 19616 19412 Ti 2276 3225 3237 2970 3183 2994 2699 2301 2094 2491 2349 2666 2416 Rb/Sr 0.17 0.22 0.13 0.33 0.39 0.39 0.35 0.22 0.36 0.31 0.27 0.23 0.26 Ba/La 35.93 31.75 32.50 30.74 25.30 38.86 36.87 49.38 45.38 35.90 30.86 44.15 32.50 Zr/hf 35.48 28.92 35.77 34.25 27.39 31.57 34.97 29.35 33.18 36.78 33.59 35.24 33.60 Nb/Ta 13.37 14.86 16.85 14.81 14.62 14.04 12.84 14.68 12.44 13.19 13.53 13.60 12.66 U/Th 0.29 0.32 0.34 0.24 0.27 0.15 0.14 0.21 0.19 0.31 0.18 0.27 0.17 Sm/Nd 0.20 0.23 0.23 0.24 0.23 0.24 0.20 0.23 0.20 0.21 0.20 0.22 0.22
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