The age and tectonic environment of Carboniferous volcanic-sedimentary strata in Changning-Menglian zone, Western Yunnan Province
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摘要:
昌宁-孟连结合带内大面积出露石炭纪火山-沉积地层，对其时代的精确厘定及古构造环境的识别，有助于认识和恢复昌宁-孟连结合带乃至东古特提斯洋演化。通过详细的野外地质调查与剖面测制，查明玄武岩与碳酸盐岩之间为整合接触关系。对碳酸盐岩开展了详细的微相分析，识别出4种微相类型，分别为颗粒生屑灰岩（MF1）、似球粒泥粒生屑灰岩（MF2）、鲕粒灰岩（MF3）和含珊瑚碎屑礁灰岩（MF4），主体形成于热带-亚热带较温暖的古气候背景，代表了浅水高能环境。对碳酸盐岩与玄武岩之间的凝灰岩夹层开展锆石U-Pb定年研究，获得206Pb/238U年龄加权平均值为351.7±2.5 Ma，表明玄武岩的喷发时代为早石炭世。该套火山-沉积地层岩石组合包括具有OIB型地球化学特征的玄武岩、礁灰岩、塌积砾岩、凝灰岩等，将其构造环境厘定为洋岛-海山。该洋岛-海山是三江造山带洋壳残片的重要组成部分，记录了古特提斯洋盆构造演化及造山带形成过程的重要信息。
Abstract:A large area of Carboniferous volcanic-sedimentary strata is exposed in the Changning-Menglian junction.The precise determination of its age and the identification of the paleo-tectonic environment are of great significance for understanding and restoration of Changning-Menglian zone and evolution of the Eastern Paleotethys Ocean.The detailed field geological survey and profile surveying indicate that the contact between basalt and carbonate rock is conformity.A detailed microfacies analysis was carried out on carbonate rocks, and four types of microfacies were identified, granular bioclastic limestone (MF1), spherulitic mud particles bioclastic limestone (MF2), oolitic limestone (MF3) and coral clastic reef limestone (MF4), indicating that the main carbonate rock was formed in a shallow-water high-energy environment under a warmer tropical-subtropical palaeoclimate background.Zircon U-Pb dating of the tuff interbeded between carbonate rock and basalt yields the average age of 351.7±2.5 Ma, indicating that the eruption of basalt was in the Early Carboniferous.This set of volcanic-sedimentary rocks include basalt, reef limestone, tuff, etc.with OIB-type geochemical characteristics, and its tectonic environment is defined as ocean island-seamount, which is an important part of oceanic crust fragments in the Sanjiang orogen and records important information about the tectonic evolution of the Paleo-Tethys oceanic basin and the formation process of the orogenic belt.
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埃达克岩(adakite)是近年来地学研究领域的重要课题之一，是具有独特地球化学组分的中酸性火成岩，其地球化学特征为：SiO2≥56%、Al2O3≥15%、MgO＜3%、Sr≥400×10-6、亏损重稀土元素(HREE)、Y≤18×10-6、Yb≤1.9×10-6、富集轻稀土元素(LREE)和Eu异常不明显[1-6]。最初定义指大洋板块俯冲过程中年轻洋壳部分熔融形成的岛弧型中酸性富钠火成岩，其形成被认为与大洋俯冲作用有关[7-10]。此外，还有学者提出，下地壳经增厚或拆沉作用部分熔融，在上升过程中与地幔橄榄岩反应也能形成埃达克质岩石[11-15]。然而，在造山带中识别出大洋板块俯冲作用中洋壳部分熔融形成的埃达克岩，对于判别俯冲带岛弧环境，揭示板块俯冲过程中洋壳物质变化与岩浆作用过程信息，以及洋壳俯冲消减过程中的壳幔作用都具有重要意义。
华北板块与西伯利亚板块之间古亚洲洋最终闭合的时间与位置，一直是中亚造山带东段研究与争论的热点[16-25]。其中，古亚洲洋最终闭合时间存在多种不同的观点：泥盆纪[18, 26-27]、石炭纪早期[17]、晚二叠世—早三叠世[28-31]。古亚洲洋东段洋盆最终闭合位置主要有3种观点：二连-贺根山古生代洋盆闭合-缝合带[17, 23, 29, 32]、索伦-林西古生代洋盆闭合-缝合带[33]和索伦-西拉木伦河古生代洋盆闭合-缝合带[34-35]。其中，内蒙古中部二连-贺根山缝合带，广泛出露近东西向延伸的古生代蛇绿岩(带)和俯冲岛弧型岩浆岩[23, 29, 36-39]。特别是发育早石炭世—晚石炭世SSZ型蛇绿岩和早石炭世—早二叠世岛弧型岩浆岩(带)[40]。因此，系统研究SSZ型蛇绿岩与俯冲岛弧型岩浆岩等地质体之间的时空分布与内在成因关系，可对古亚洲洋东段晚古生代古大洋洋内俯冲与洋陆转换过程提供重要的岩石学、年代学和地球化学约束。近年来，笔者在迪彦庙SSZ型蛇绿岩北部，新发现和填绘出马尼塔晚石炭世埃达克岩体。通过对其进行系统的野外地质特征、岩石学、地球化学及锆石U-Pb年代学研究，进一步探讨了该埃达克岩的成因类型及构造意义，为古亚洲洋东段晚古生代古大洋俯冲消亡过程提供进一步的证据和约束。
1. 地质背景及岩石学特征
马尼塔埃达克岩位于内蒙古西乌旗东北部地区，大地构造位置处于西伯利亚板块与华北板块之间的中亚造山带东段，兴蒙造山带二连-贺根山缝合带内(图 1)，出露于早石炭世迪彦庙SSZ型蛇绿岩[36, 41-43]的北部，南部与哲斯组断层接触，北部被晚石炭世奥长花岗岩[39]侵入，多被第四系覆盖。南部迪彦庙蛇绿岩(带)岩石类型和组合层序较完整，主要包括蛇纹石化方辉橄榄岩、层状-块状辉长岩、枕状前弧玄武岩、过渡熔岩、玻安岩等，上覆硅质岩、硅质泥岩等。蛇绿岩(带)普遍强烈糜棱岩化和片理化[41-42]。
马尼塔埃达克岩岩性为中细粒花岗闪长岩和中细粒斜长花岗岩，岩体呈小岩株状产出，出露面积约16.5 km2(图 2)。其中，中细粒斜长花岗岩分布在岩体中心部位，中细粒花岗闪长岩分布于岩体外围，中细粒斜长花岗岩侵入中细粒花岗闪长岩中，在接触带上斜长花岗岩粒度变细，为细粒斜长花岗岩，见冷凝边。该埃达克岩局部发育糜棱岩化，形成糜棱岩化花岗闪长岩和糜棱岩化斜长花岗岩。
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图 2 马尼塔埃达克岩地质简图Qhpal—全新统冲洪积物；K1d—下白垩统大磨拐河组；J3mn—上侏罗统玛尼吐组；J3mk—上侏罗统满克头鄂博组；P2zs—中二叠统哲丝组；P1ss—下二叠统寿山沟组；ξγK1—早白垩世正长花岗岩；γδοC2—晚石炭世英云闪长岩；γC2—晚石炭世奥长花岗岩；γοC2—晚石炭世斜长花岗岩；γδC2—晚石炭世花岗闪长岩；οφmC—蛇绿构造混杂岩；λπ—流纹斑岩脉；1—断层；2—糜棱岩化带；3—采样位置Figure 2. Simplified geological map of the Manita adakite花岗闪长岩风化面呈灰白色，新鲜面呈暗灰色，中细粒半自形粒状结构，块状构造(图 3-a)，矿物成分主要为斜长石(约45%)、石英(约25%)、角闪石(约15%)、钾长石(约10%)及少量黑云母(小于5%)。斜长石呈自形-半自形板状，部分颗粒具环带构造，均已不同程度绢云母化；石英呈他形粒状，波状消光；角闪石呈半自形柱状，可发育解理，可见黝帘石化和绿泥石化；钾长石呈他形粒状，主要为正长石和微斜长石；黑云母呈自形片状，含量较少，多绿泥石化。局部斜长石、石英呈眼球状，角闪石和黑云母呈弯曲状。副矿物组合为锆石-磁铁矿-赤褐铁矿，含少量绿帘石、白钛石和磷灰石(图 3-b)。
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图 3 马尼塔埃达克岩中花岗闪长岩(a、b)和斜长花岗岩(c、d)野外与显微照片Pl—斜长石；Q—石英；Hb—角闪石；Kfs—钾长石Figure 3. Outcrop and photomicrograph of granodiorite (a, b) and plagiogranite (c, d) for the Manita adakite斜长花岗岩呈浅灰白色和褐灰色，中细粒花岗结构，块状构造(图 3-c)，矿物成分主要为斜长石(约65%)、石英(约25%)及少量暗色矿物(小于10%)。斜长石主要呈半自形板状，不同程度高岭土化和绢云母化；石英多呈半自形粒状，粒内波状消光，亚颗粒发育，多分布于长石晶体之间；暗色矿物以黑云母为主，呈片状分布，可见绿泥石化。部分斜长石、石英呈眼球状，黑云母呈弯曲状。含少量白钛石、磁铁矿、磷灰石等副矿物(图 3-d)。
2. 样品分析方法
在野外详细地质观察基础上，采集了5件新鲜的岩石样品，用于全岩地球化学分析测试，并对其中的1件样品(XT03)进行锆石U-Pb测年，采样位置见图 2。
主量、微量和稀土元素分析测试均在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成。主量元素分析采用Panalytical公司PW440型X荧光光谱仪(XRF)测定，分析误差优于2%，微量和稀土元素采用Thermo Fisher公司X-Series p型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定，分析精度和准确度一般优于5%。
锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，采用重液浮选和电磁分离方法进行挑选，在双目镜下对分选出的锆石进行人工挑选，尽量挑选无包裹体、无裂纹、透明度高、晶形完好的锆石颗粒为测定对象。锆石的阴极发光(CL)图像分析在北京锆年领航科技有限公司的高分辨热场发射能谱阴极发光室(SEM-EDS-CL)完成，仪器由热场发射扫描电镜(Nano SEM450)、阴极荧光光谱仪(Gatan MonoCL4)和牛津电制冷能谱仪(INCA XMax50 EDS)组成，可提取高精度全光、单光阴极发光图像。锆石原位LA-ICP-MS U-Pb同位素年龄分析在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成，锆石定年分析所用仪器为Thermo Fisher公司Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 193激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径为35 μm，激光剥蚀样品的深度为20~40 μm，锆石年龄计算采用国际上通用的标准锆石GJ-1为外标，元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610为外标，29Si为内标元素进行校正。数据处理采用ICPMSDataCal 8.4程序[44]，并对测试数据进行普通铅校正[45]，年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot(3.0版)[46]完成，U-Pb同位素测试方法及流程见李怀坤等[47]。
3. 分析结果
3.1 地球化学特征
马尼塔埃达克岩主量元素变化范围较小，硅、铝含量较高，SiO2含量为61.91%~75.16%，均大于56%；Al2O3含量为13.54%~17.42%，接近或大于15%；MgO含量为0.33%~2.49%，均小于3%，Mg#值为30~61；富钠贫钾，Na2O含量为4.58%~5.48%，K2O含量为0.40%~2.08%，Na2O/K2O值为2.35~12.96，均大于1%；贫TiO2(0.12%~0.60%)和P2O5(0.103%~0.158%)。铝饱和指数A/CNK=0.96~1.13，属于准铝质-过铝质。在SiO2-(Na2O+K2O)分类图解(图 4-a)中，4个样品点落在花岗闪长岩区域及其界线上，1个样品点落在花岗岩区域。在SiO2-K2O分类图解(图 4-b)中，1个样品点落在低钾拉斑系列，4个样品点落在钙碱性系列岩石区域。
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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；18—霓方钠岩/磷霞岩/粗白榴岩；Ir—Irvine分界线，上方为碱性，下方为亚碱性Figure 4. TAS classification diagram (a) and SiO2-K2O diagram (b) of the Manita adakite从表 1可以看出，马尼塔埃达克岩样品的稀土元素总量(∑REE)较低，为35.79×10-6~70.10×10-6；Yb含量为0.60×10-6~1.86×10-6，均小于1.9×10-6；Eu异常不明显(δEu=0.91~1.51)。结合稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(右倾型)(图 5-a)可以看出，轻、重稀土元素分馏明显，(La/Yb)N值介于1.59~10.11之间，与高Si埃达克岩267个样品平均值的稀土元素配分曲线基本相似[50]，表现出亏损地幔源区的特征。在微量元素方面，马尼塔埃达克岩样品相对富集Rb、Ba、K、Sr等大离子亲石元素(LILE)，亏损Nb、P、Ti等高场强元素(HFSE)，具高Sr、低Y特征，Sr含量为309.55×10-6~433.99×10-6，接近或大于400×10-6；Y含量为3.74×10-6~14.66×10-6，均小于18×10-6。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 5-b)上，马尼塔埃达克岩样品具有明显的Rb、Sr和K正异常“峰”，以及Nb、Ti和P负异常“槽”，与高Si埃达克岩267个样品平均值的微量元素蛛网图曲线基本相似，表现出大洋俯冲带组分的特征[53-54]。
表 1 马尼塔埃达克岩主量、微量和稀土元素分析结果Table 1. Major, trace elements and REE analyses of the Manita adakite元素 花岗闪长岩 花岗闪长岩 花岗闪长岩 斜长花岗岩 花岗闪长岩 高Si埃达克岩 元素 花岗闪长岩 花岗闪长岩 花岗闪长岩 斜长花岗岩 花岗闪长岩 高Si埃达克岩 XT02 XT03 XT06 XT08 XT10 XT02 XT03 XT06 XT08 XT10 SiO2 66.93 65.56 64.53 75.16 61.91 64.80 V 53.69 78.88 53.14 31.62 92.15 95.00 TiO2 0.39 0.60 0.47 0.12 0.56 0.56 Cr 31.46 9.14 14.12 4.69 11.83 41.00 Al2O3 16.87 16.24 17.42 13.54 16.63 16.64 Hf 2.79 8.50 3.06 5.27 1.50 Fe2O3 0.98 2.16 1.24 1.00 2.62 4.75 Sc 7.83 6.87 7.08 2.74 20.62 FeO 1.27 1.86 1.85 0.46 3.22 Ta 0.19 0.17 1.42 0.14 0.13 MnO 0.039 0.074 0.054 0.027 0.168 0.081 Co 8.33 9.55 10.96 2.13 11.17 MgO 1.86 1.70 2.49 0.33 2.14 2.18 U 0.37 0.79 0.43 0.41 0.25 CaO 4.83 3.62 2.75 1.32 3.97 4.63 La 6.44 13.13 6.81 8.45 4.14 19.20 Na2O 5.12 4.65 5.48 4.89 4.58 4.19 Ce 14.06 27.86 15.90 15.59 9.03 37.30 K2O 0.40 1.60 1.23 2.08 1.12 1.97 Pr 1.95 3.64 2.08 1.70 1.53 P2O5 0.106 0.158 0.103 0.112 0.128 0.200 Nd 8.44 14.36 8.86 6.37 7.59 18.20 烧失量 0.97 1.63 2.08 0.84 2.48 Sm 1.88 2.73 1.91 1.15 2.11 3.40 总计 99.90 99.85 99.91 99.88 99.88 Eu 0.57 0.93 0.53 0.42 1.06 0.90 Mg# 61 42 60 30 41 48 Gd 1.53 2.35 1.59 0.95 2.14 2.80 Na2O/K2O 12.96 2.91 4.48 2.35 4.11 Tb 0.272 0.344 0.285 0.129 0.453 A/CNK 0.96 1.02 1.13 1.06 1.04 Dy 1.44 2.00 1.59 0.73 2.91 1.90 Ba 35.4 389.1 60.7 503.0 202.4 721.0 Ho 0.257 0.364 0.297 0.143 0.600 Rb 9.39 24.77 27.16 33.34 19.13 52.00 Er 0.78 1.02 0.84 0.42 1.80 0.96 Sr 433.99 431.60 309.55 324.50 433.65 565.00 Tm 0.111 0.169 0.131 0.069 0.279 Y 7.67 9.44 8.49 3.74 14.66 10.00 Yb 0.70 1.05 0.83 0.60 1.86 0.88 Zr 105.71 104.64 114.68 81.51 43.72 108.00 Lu 0.11 0.16 0.13 0.07 0.29 0.17 Nb 1.15 2.40 1.28 1.27 0.68 6.00 ∑REE 38.54 70.10 41.79 36.78 35.79 Th 1.04 2.86 1.50 2.78 0.68 LREE/HREE 6.41 8.40 6.33 10.82 2.47 Pb 2.85 6.94 2.57 7.70 3.25 (La/Yb)N 9.13 8.95 8.16 10.11 1.59 Ga 15.69 18.80 13.92 15.97 16.06 δEu 1.00 1.10 0.91 1.18 1.51 Ni 17.57 5.71 22.76 2.27 6.28 20.00 注：主量元素含量单位为%，稀土、微量元素含量单位为10-6；高Si埃达克岩为267个样品的平均值[50] ![]()
3.2 锆石U-Pb年龄
锆石呈淡黄色，透明，自形长柱状，长宽比为2：1~3：1，锆石粒度较小，粒径多在100 μm以下。锆石阴极发光图像显示，大部分锆石具有良好的晶形，呈现清晰的振荡环带和明暗相间的条带结构，岩浆结晶自形，生长环带细窄密集，内部无残留核，外部无变质边(图 6-a)，显示了酸性岩浆成因锆石的特征[55-56]。从表 2可以看出，25个锆石测点的Th、U含量和Th/U值变化范围分别为8×10-6~216×10-6、81×10-6~350×10-6和0.06~0.91，Th和U具有良好的正相关关系，属于典型的岩浆锆石特征[57-58]。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示，25个测点的谐和度均较高，测试结果集中于307~325 Ma之间，年龄加权平均值为315.76±0.94 Ma，MSWD=1.12(图 6-b、c)，可以代表该埃达克岩的结晶年龄，表明其侵位时代为晚石炭世。该成岩年龄稍早于侵入其中的晚石炭世奥长花岗岩[39]，晚于早石炭世迪彦庙前弧玄武岩[25]，表明古亚洲洋东段在晚石炭世发生了埃达克质岩浆侵入活动。
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图 6 马尼塔埃达克岩中典型锆石阴极发光(CL)图像(a)、U-Pb谐和图(b)及年龄加权平均值(c)Figure 6. Representative zircon CL images (a), concordia plot (b) and weighed mean age (c) of U-Pb data of the Manita adakite表 2 马尼塔埃达克岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果Table 2. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analyses of the Manita adakite点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb U Th 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 208Pb/232Th 1σ 232Th/238U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 1 9 166 84 0.51 0.0505 0.0004 0.3514 0.0253 0.0505 0.0037 0.0131 0.0004 0.5055 0.0019 318 3 306 22 217 168 2 11 214 122 0.57 0.0502 0.0003 0.3862 0.0121 0.0557 0.0017 0.0113 0.0003 0.5690 0.0101 316 2 332 10 442 68 3 14 258 216 0.84 0.0499 0.0004 0.3436 0.0112 0.0499 0.0015 0.0112 0.0003 0.8370 0.0022 314 2 300 10 192 71 4 10 207 118 0.57 0.0496 0.0004 0.3666 0.0124 0.0537 0.0018 0.0110 0.0003 0.5683 0.0011 312 2 317 11 356 74 5 18 350 165 0.47 0.0505 0.0004 0.3825 0.0100 0.0549 0.0013 0.0104 0.0003 0.4711 0.0010 318 3 329 9 408 55 6 4 81 53 0.66 0.0499 0.0004 0.3722 0.0296 0.0541 0.0043 0.0106 0.0003 0.6553 0.0033 314 3 321 26 376 179 7 9 167 137 0.82 0.0499 0.0004 0.3636 0.0154 0.0528 0.0022 0.0116 0.0003 0.8178 0.0015 314 2 315 13 322 94 8 7 147 96 0.66 0.0499 0.0004 0.3650 0.0177 0.0531 0.0025 0.0090 0.0003 0.6561 0.0042 314 2 316 15 333 108 9 10 180 121 0.67 0.0505 0.0004 0.4299 0.0160 0.0617 0.0022 0.0117 0.0003 0.6745 0.0029 318 2 363 14 665 78 10 6 122 60 0.49 0.0497 0.0004 0.2958 0.0238 0.0432 0.0034 0.0112 0.0004 0.4905 0.0019 312 2 263 21 157 198 11 5 104 69 0.67 0.0497 0.0004 0.3836 0.0228 0.0560 0.0033 0.0114 0.0003 0.6666 0.0016 312 2 330 20 453 132 12 12 216 197 0.91 0.0501 0.0003 0.3443 0.0128 0.0498 0.0018 0.0111 0.0002 0.9131 0.0025 315 2 300 11 187 84 13 11 213 156 0.73 0.0504 0.0004 0.3662 0.0126 0.0527 0.0018 0.0112 0.0003 0.7304 0.0041 317 2 317 11 314 76 14 9 180 88 0.49 0.0503 0.0003 0.3681 0.0137 0.0531 0.0019 0.0120 0.0003 0.4904 0.0012 317 2 318 12 331 83 15 9 170 91 0.53 0.0503 0.0004 0.3817 0.0170 0.0551 0.0024 0.0115 0.0003 0.5332 0.0031 316 2 328 15 416 99 16 8 159 92 0.58 0.0502 0.0004 0.3963 0.0148 0.0573 0.0021 0.0137 0.0004 0.5802 0.0031 316 2 339 13 502 82 17 7 143 64 0.45 0.0503 0.0004 0.4229 0.0223 0.0610 0.0032 0.0142 0.0005 0.4460 0.0016 316 3 358 19 638 114 18 12 223 132 0.59 0.0508 0.0004 0.3774 0.0144 0.0539 0.0020 0.0134 0.0003 0.5905 0.0017 320 2 325 12 365 84 19 6 127 8 0.06 0.0509 0.0004 0.3739 0.0252 0.0533 0.0036 0.0148 0.0004 0.0628 0.0002 320 2 323 22 342 153 20 14 277 110 0.40 0.0506 0.0004 0.3885 0.0140 0.0556 0.0020 0.0148 0.0003 0.3975 0.0015 319 2 333 12 438 79 21 8 149 66 0.44 0.0494 0.0004 0.3616 0.0344 0.0531 0.0050 0.0143 0.0005 0.4426 0.0021 311 2 313 30 334 214 22 7 128 53 0.41 0.0502 0.0004 0.3258 0.0270 0.0470 0.0039 0.0147 0.0004 0.4148 0.0021 316 2 286 24 51 197 23 6 118 37 0.31 0.0532 0.0005 0.4302 0.0302 0.0587 0.0041 0.0125 0.0006 0.3099 0.0018 334 3 363 25 554 152 24 11 221 93 0.42 0.0507 0.0003 0.3850 0.0134 0.0550 0.0019 0.0143 0.0004 0.4216 0.0008 319 2 331 11 413 78 25 7 136 55 0.40 0.0502 0.0004 0.3702 0.0185 0.0535 0.0027 0.0139 0.0004 0.4044 0.0031 316 2 320 16 349 113 注：测试单位为中国地质调查局天津地质调查中心；σ为测年误差绝对值 4. 讨论
4.1 岩石属性
如前所述，马尼塔埃达克岩富SiO2、Al2O3、Sr和LREE，贫MgO、Yb、Y和HREE，Eu异常不明显，具有典型埃达克岩的地球化学特征[1-2, 10, 50, 53]。在YbN-(La/Yb)N判别图解(图 7-a)和Y-Sr/Y判别图解(图 7-b)中，样品点主要落入埃达克岩区域，与高Si埃达克岩267个样品的平均值投点基本吻合[50]。在SiO2-MgO图解(图 8-a)和(CaO+Na2O)-Sr图解(图 8-b)中，5个样品点均落入高Si埃达克岩区域，且基本投在玄武岩熔融实验熔体范围内，表明该岩石为高Si埃达克岩[50]。
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4.2 岩石成因和构造环境
关于埃达克岩的成因目前主要有2种观点：①俯冲洋壳部分熔融，并与上覆地幔楔橄榄岩反应[7-10]；②增厚的下地壳或拆沉下地壳部分熔融，并在上升过程中与地幔橄榄岩反应[11-15]。由增厚的下地壳或拆沉下地壳部分熔融，并在上升过程中与地幔橄榄岩反应形成的埃达克岩，其主量元素一般富K，岩石中锆石通常含有壳源继承性锆石，且主要形成于造山带碰撞造山后“去根”阶段和大陆板内古老克拉通的“减薄”时期[7, 59-60]。马尼塔埃达克岩主量元素显示，其K含量较低，具有富钠(Na2O=4.58%~5.48%)、贫钾(K2O=0.40%~2.08%)特征，Na2O/K2O值为2.35~12.96。同时，该埃达克岩的锆石结构均一，显示无继承性锆石。马尼塔埃达克岩体侵位于早石炭世迪彦庙蛇绿岩带北侧，形成时代为晚石炭世(315.76±0.94 Ma)，为古亚洲洋东部古生代洋盆演化时期[25, 36, 41-42]，与晚石炭世大洋俯冲带TTG岩浆作用事件[39]，以及前人研究古亚洲洋最终闭合时间在二叠纪末，最晚至早三叠世一致[28-31]。因此，马尼塔埃达克岩不具有造山带碰撞造山后去根和古老克拉通减薄环境下增厚的或拆沉的下地壳部分熔融的成因特征。
大洋俯冲带环境形成的埃达克岩，分为高Si埃达克岩(HSA)和低Si埃达克岩(LSA)2种类型[49]。高Si埃达克岩为俯冲洋壳熔融的硅质熔体上升与上覆地幔楔橄榄岩反应形成，玄武岩熔融实验熔体主要与高Si埃达克岩吻合；低Si埃达克岩为俯冲洋壳熔融的硅质熔体与上覆地幔楔橄榄岩反应，促使地幔楔橄榄岩熔融成因[50]。一般认为，基性玄武岩部分熔融形成的熔体Mg#≤45，而大洋俯冲板片熔融作用形成的富Si熔体，由俯冲带上升与地幔橄榄岩相互作用，可促使富Si熔体的Mg#值明显提高，Mg#值提高的程度指示富Si熔体与上覆地幔橄榄岩相互作用的强度[61-62]。马尼塔埃达克岩的Mg#值平均为46.8，明显大于基性玄武岩部分熔融形成的熔体的Mg#值(≤45)；其SiO2含量的平均值为66.82%，明显高于高Si埃达克岩267个样品的SiO2含量平均值(64.8%，表 1)；具有明显高于MORB(洋中脊玄武岩)和迪彦庙前弧玄武岩的较高Th含量(平均值1.77×10-6)[42]，以及较高的Th/La(0.16~0.33)、Th/Sm(0.32~2.43)、Th/Yb(0.36~4.63)和Th/Ce(0.07~0.18)值(表 1)。Th元素通常富集于沉积物中，Th含量较高和Th/La、Th/Sm、Th/Yb、Th/Ce值较高，反映岩浆源区有大洋俯冲沉积物组分的加入。这些特征表明，马尼塔埃达克岩的岩浆源区可能并非仅仅是俯冲洋壳部分熔融的熔体，亦有俯冲沉积物部分熔融形成的富Si熔体参与。这些熔体由俯冲带上升进入上覆地幔楔，与地幔楔橄榄岩相互作用，导致埃达克质熔体的Mg#值明显增高。
在(Y+Nb)-Rb构造环境判别图解(图 9)上，马尼塔埃达克岩样品点均投到火山岛弧区，表明该埃达克岩在岛弧环境下形成。在不相容元素对Nb/Yb-Th/Yb构造判别图解(图 10)上，迪彦庙蛇绿岩的前弧玄武岩(FAB) 样品点落入弱俯冲区域和大洋岛弧区域[42]，而马尼塔埃达克岩及白音呼舒奥长花岗岩样品主要投到大洋岛弧与大陆岛弧过渡区域及附近[39]，显示出从早期较少大洋俯冲沉积物组分参与的前弧玄武岩到晚期俯冲作用加强的埃达克岩的洋内弧地球化学渐进演化特征，反映马尼塔埃达克岩可能为迪彦庙SSZ型蛇绿岩前弧玄武岩岩浆递进演变稍晚侵位的深成侵入岩[42]。
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图 10 马尼塔埃达克岩Nb/Yb-Th/Yb构造判别图解[64]N-MORB—正常型洋中脊玄武岩；E-MORB—富集型洋中脊玄武岩；OIB—洋岛玄武岩Figure 10. Nb/Yb-Th/Yb tectonic discriminant diagram of the Manita adakite因此，大洋俯冲带岛弧环境和大洋内俯冲洋壳+俯冲沉积物部分熔融产生的埃达克质熔体，由俯冲带上升与上覆地幔楔橄榄岩作用，可能为马尼塔埃达克岩的形成环境和成因机制。
4.3 地质意义
二连-贺根山缝合带作为中亚造山带东段构造演化的关键区域之一，有大量的研究成果。关于二连-贺根山蛇绿岩带及邻区晚古生代构造-岩浆作用，主要存在2种不同认识：一是认为中—晚泥盆世古亚洲洋闭合，晚古生代火成岩形成于大陆裂谷环境[16, 18, 26-27, 65-70]；二是认为石炭纪—二叠纪为洋陆转换阶段[28-31, 71-72]。近十几年来，二连-贺根山缝合带区域内发现大量早石炭世—中二叠世SSZ型蛇绿岩和岛弧型岩浆岩[23, 29, 36-40]，揭示古亚洲洋东段在早石炭世—中二叠世早期仍然存在。本次报道的马尼塔大洋俯冲带岛弧型埃达克岩，在时空分布上与南部早石炭世迪彦庙SSZ型蛇绿岩、前弧玄武岩、玻安岩和晚石炭世白音呼舒奥长花岗岩等构成较完整的洋内初始弧火成岩组合[24-25, 39]，且与南侧的梅劳特乌拉晚石炭世—早二叠世SSZ型蛇绿岩和洋内弧岩石组合可对比[25, 36, 41]，但梅劳特乌拉蛇绿岩和洋内弧形成时代较晚[24]，表明古亚洲洋东段在晚古生代发生多期次俯冲消减作用。马尼塔大洋俯冲带岛弧型埃达克岩与内蒙古中部下二叠统寿山沟组的半深海-深海复理石建造吻合[36-37, 73]，也与内蒙古中东部中二叠统哲斯组泥岩中发现的放射虫化石反映的古洋盆环境对应[74]，进一步表明古亚洲洋东段在早—中二叠世并未消失[75-78]，而是处于洋壳俯冲消减与新生陆壳生长过程[29, 71, 79-81]，为中亚造山带东段古生代洋盆在晚二叠世(最晚至早三叠世)最终闭合提供了进一步的岩石学证据与时间约束。
5. 结论
(1) 内蒙古马尼塔埃达克岩具高Si、Al和Sr，低Yb和Y，富钠贫钾特征，Sr含量接近或大于400×10-6，MgO含量小于3%，Yb含量小于1.9×10-6，Y含量小于18×10-6，相对富集大离子亲石元素K、Rb、Sr等，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti、P等；稀土元素总量较低，轻、重稀土元素分馏明显，无明显Eu异常，稀土元素配分曲线为右倾型，地球化学特征符合典型的高Si埃达克岩，显示为俯冲洋壳部分熔融成因。
(2) 马尼塔埃达克岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为315.76±0.94 Ma，表明古亚洲洋东段在晚石炭世可能发生了洋内俯冲作用。
(3) 马尼塔埃达克岩与迪彦庙SSZ型蛇绿岩、前弧玄武岩、玻安岩和白音呼舒奥长花岗岩，构成早—晚石炭世古亚洲洋东段洋内俯冲作用岩石组合，为识别和研究古亚洲洋东段洋内弧和洋陆转换过程提供了岩石学、地球化学和年代学证据。
致谢: 笔者在中国地质调查局成都地质调查中心学习期间多次受到潘桂棠先生悉心指导，有幸见识到老一辈地质工作者艰苦奋斗、不屈不挠、求真务实的科学精神。潘老师80岁高龄仍继续为祖国的地质事业发光发热，给年轻一辈树立了崇高榜样，祝愿潘老师健康长寿。参与野外工作的还有中国地质调查局成都地质调查中心李建忠研究员、彭智敏高级工程师、成都理工大学在读硕士研究生尤廷海和裴洋；锆石U-Pb定年在中国地质调查局成都地质调查中心胡志中高级工程师帮助下完成，在此一并表示衷心的感谢。 -
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图 2 平掌组顶部凝灰岩代表性锆石阴极发光(CL)图像和分析点位
Figure 2. The representative CL images of zircons with analyzed spots of crystal tuff from the top of the Pingzhang Formation
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图 3 平掌组顶部凝灰岩锆石U-Pb年龄谐和图(a)及频率分布直方图(b)
Figure 3. Zircon U-Pb concordia diagram (a) and histogram (b) of tuff from the top of the Pingzhang Formation
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图 4 滇西沧源县鱼塘寨地区石炭纪火山-沉积地层柱状图及野外、镜下照片
a—整合接触界线；b—鲕粒灰岩；c—灰岩角砾；d—礁灰岩；e—韵律互层沉积；f—礁灰岩；g—似球粒泥粒灰岩；h—生物碎屑灰岩；i—颗粒生屑灰岩；j—塌积砾岩
Figure 4. Column of Carboniferous volcanic-sedimentary strata, field and microphotographs in the Yutangzhai area, Cangyuan County, western Yunnan
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图 6 平掌组玄武岩构造环境判别图解
a—Zr-Zr/Y图解[52]; b—Nb×2-Zr/4-Y图解[53]；c—Hf/3-Th-Ta图解[54]；d—Nb/Yb-Th/Yb图解[55]；WPB—板内玄武岩；IAB—岛弧玄武岩；MORB—洋中脊玄武岩；A1+A2—板内碱性玄武岩；A2+C—板内拉斑玄武岩；B—P型MORB；D—N-MORB；C+D—火山弧玄武岩；CAB—钙碱性玄武岩；WPAB—板内碱性玄武岩；N-MORB—亏损型洋中脊玄武岩；E-MORB—富集型洋中脊玄武岩；Th—拉斑质；CA—钙碱质；
SHO—钾玄质；PM—原始地幔；LC—平均下地壳；UC—上地壳；MC—中地壳Figure 6. Tectonic setting discrimination of the basalts from Pingzhang Formation
表 1 平掌组玄武岩主量、微量和稀土元素组成
Table 1 Major, trace element and REE compositions of the basalts from Pingzhang Formation
样品名 D0004- H1 D0004- H2 D0005- H1 D0005- H2 D0005- H3 D0005- H4 D0005- H5 D0005- H6 PM101- 1H1 PM101- 3H1 PM101- 4H1 PM101- 4H2 PM102- 1H1 PM102- 2H2 SiO2 42.92 45.7 45.61 45.67 43.54 41.42 43.67 42.55 42.88 43.25 43.28 43.59 45.57 45.8 Al2O3 15.45 15.33 13.13 13.17 10.8 11.66 12.88 12.42 13.39 11.46 12.89 13.06 16.23 16.36 CaO 8.24 9.29 6.29 6.45 10.29 9.2 7.58 8.71 7.72 8.92 10.05 8.5 7.19 7.54 MgO 3.65 5.58 6.46 5.4 10.85 13.04 8.56 9.89 7.24 9.01 9.66 7.86 4.04 3.64 K2O 1.36 0.6 0.32 0.36 0.18 0.28 1.73 0.67 2.42 1.19 1.67 1.72 1.77 1.36 Na2O 4.08 4.51 4.44 4.13 3.2 1.7 3.49 3.96 2.32 1.85 2.12 1.68 3.95 4.54 TiO2 3.8 3.74 3.5 3.62 2.73 3.12 3.39 3.11 4.08 4.06 3.51 3.26 3.02 3 P2O5 1.77 1.66 0.56 0.61 0.51 0.56 0.59 0.55 0.86 0.59 0.46 0.45 1.74 1.73 MnO 0.2 0.23 0.1 0.099 0.19 0.21 0.15 0.18 0.12 0.11 0.15 0.13 0.22 0.23 烧失量 3.72 3.94 5.5 6.76 5.02 5.14 4.37 5.25 5.36 7 3.85 7.69 4.3 3.88 TFe2O3 14.65 9.27 14.01 13.63 12.57 13.52 13.48 12.62 13.42 12.45 12.12 11.94 11.85 11.81 Li 11.9 19.1 5.24 5.65 7.60 8.65 10.9 12.8 9.04 10.6 8.75 11.9 7.69 6.99 Be 2.63 2.73 1.49 1.94 1.55 1.10 1.47 1.75 1.81 1.32 1.32 1.36 3.35 4.02 Sc 16.7 16.0 28.0 28.7 26.7 27.8 27.8 26.0 26.8 32.1 33.1 33.5 11.2 11.3 V 225 177 281 311 176 295 150 150 234 311 328 325 123 132 Cr 8.12 6.58 427 437 637 535 445 413 251 630 466 470 5.43 3.63 Co 26.0 28.8 47.2 45.8 54.7 59.8 56.1 58.0 44.8 54.7 52.1 51.9 16.7 16.8 Ni 15.4 15.1 280 256 321 320 287 274 148 322 227 247 6.72 5.90 Cu 12.0 12.9 76.7 89.5 20.0 144 16.2 21.4 48.6 61.3 42.1 38.0 4.70 5.46 Zn 138 156 115 114 101 109 110 114 127 111 95.0 98.5 148 141 Ga 29.0 26.0 20.8 21.8 17.0 19.9 20.8 21.0 22.2 20.2 19.3 20.1 28.1 27.4 Rb 19.0 7.82 12.7 15.6 6.29 10.9 45.9 18.1 73.1 46.3 49.2 52.1 39.5 28.5 Sr 429 504 177 163 362 937 156 249 501 117 850 196 296 327 Y 55.9 54.6 36.1 39.2 27.1 31.0 32.3 31.4 43.2 32.8 28.7 28.7 61.9 61.9 Zr 488 485 324 335 233 289 317 293 451 286 229 227 591 588 Nb 93.4 92.0 63.2 64.0 49.0 58.5 59.4 55.4 78.0 49.5 49.2 45.1 111 111 Sn 3.40 3.26 1.93 2.62 1.79 2.22 2.08 1.69 2.41 2.07 1.85 1.66 3.94 3.93 Cs 0.66 0.37 0.67 0.42 0.33 0.36 1.88 1.30 1.53 1.06 0.86 2.17 0.53 0.43 Ba 163 176 47.2 55.3 127 96.3 227 129 969 208 994 852 212 315 La 74.2 71.9 50.4 51.0 40.6 43.7 47.6 44.2 63.0 40.0 36.2 35.8 95.3 91.5 Ce 168 163 101 99.5 84.1 95.0 96.6 91.7 128 82.0 74.8 71.0 212 209 Pr 22.3 21.5 12.7 13.1 10.2 11.4 11.8 11.2 16.5 10.7 9.16 8.99 27.8 28.2 Nd 97.0 92.9 52.3 53.8 41.3 47.1 48.8 47.5 66.9 47.1 39.7 39.0 119 117 Sm 19.7 19.3 11.1 11.3 8.58 9.69 10.1 9.86 13.4 10.3 8.29 8.14 24.3 23.9 Eu 6.01 5.92 3.39 3.62 2.70 3.05 3.27 3.01 4.02 3.22 2.66 2.63 7.23 6.93 Gd 17.3 16.6 9.46 9.56 7.25 8.65 8.42 8.45 11.7 8.85 7.43 7.12 20.0 19.4 Tb 2.27 2.31 1.34 1.39 1.04 1.22 1.26 1.19 1.61 1.25 1.04 1.05 2.66 2.55 Dy 12.6 11.6 7.47 7.70 5.69 6.53 6.95 6.47 8.74 6.92 5.80 5.86 13.4 13.5 Ho 2.18 2.17 1.34 1.44 1.05 1.20 1.23 1.18 1.59 1.30 1.08 1.14 2.50 2.49 Er 5.27 5.06 3.47 3.56 2.57 3.03 3.08 3.00 3.86 3.03 2.67 2.67 5.90 5.96 Tm 0.65 0.62 0.43 0.44 0.33 0.37 0.39 0.40 0.51 0.39 0.37 0.35 0.77 0.77 Yb 3.73 3.56 2.54 2.65 1.94 2.23 2.42 2.28 2.92 2.23 2.00 2.03 4.48 4.44 Lu 0.49 0.49 0.35 0.36 0.26 0.31 0.32 0.30 0.38 0.29 0.27 0.27 0.58 0.58 Hf 11.7 11.6 7.62 7.93 5.63 6.88 7.45 6.97 10.2 6.96 5.62 5.62 14.0 13.9 Ta 5.53 5.46 3.81 3.84 3.04 3.45 3.65 3.31 4.83 3.07 2.94 2.79 6.60 6.79 Tl 0.036 0.013 0.021 0.016 0.016 0.020 0.067 0.037 0.045 0.036 0.039 0.051 0.049 0.027 Pb 3.82 3.97 3.06 2.70 3.38 3.67 2.60 1.80 4.78 2.05 2.82 2.26 4.07 4.34 Th 7.27 7.13 5.63 5.74 4.89 5.45 5.41 5.12 7.16 4.04 4.18 4.06 8.82 8.79 U 1.92 1.64 1.21 1.30 0.61 1.08 1.34 0.93 1.45 0.93 1.02 0.90 2.28 2.34 ∑REE 431.29 416.54 257.44 259.51 207.63 233.49 242.21 230.76 322.64 217.45 191.48 186.04 535.04 526.19 (La/Yb)N 13.52 13.71 13.49 13.06 14.26 13.30 13.37 13.16 14.66 12.19 12.29 11.99 14.44 14.00 δEu 1.03 1.02 1.01 0.97 0.99 1.01 0.95 1.02 1.05 1.00 0.99 0.97 1.03 1.05 注：主量元素含量单位为%，微量、稀土元素含量单位为10-6 
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