北山石板井地区英云闪长岩-石英闪长岩体锆石U-Pb年龄、成因及对古洋盆俯冲作用时限的制约
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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (6): 975-986  
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修迪, 陈超, 专少鹏, 申宗义, 王金贵, 程洲, 张立国, 王硕, 杨鑫朋, 侯德华, 石光耀, 张鹏程. 北山石板井地区英云闪长岩-石英闪长岩体锆石U-Pb年龄、成因及对古洋盆俯冲作用时限的制约[J]. 地质通报, 2018, 37(6): 975-986.
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Xiu D, Chen C, Zhuan S P, Shen Z Y, Wang J G, Cheng Z, Zhang L G, Wang S, Yang X P, Hou D H, Shi G Y, Zhang P C. Zircon U-Pb age and petrogenesis of tonalite-quartz diorite in the Shibanjing area, central Beishan orogenic belt, and its constraint on subduction of the ancient oceanic basin[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(6): 975-986.
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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》(编号:DD20160039)

作者简介

修迪(1985-), 女, 工程师, 从事岩石学与地球化学研究工作。E-mail:65957661@qq.com

通讯作者

陈超(1984-), 男, 工程师, 从事区域地质矿产调查与研究工作。E-mail:chchgood@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-02-20
修订日期: 2017-04-10
北山石板井地区英云闪长岩-石英闪长岩体锆石U-Pb年龄、成因及对古洋盆俯冲作用时限的制约
修迪 , 陈超 , 专少鹏 , 申宗义 , 王金贵 , 程洲 , 张立国 , 王硕 , 杨鑫朋 , 侯德华 , 石光耀 , 张鹏程     
河北省区域地质调查院, 河北 廊坊 065000
摘要: 北山造山带中部石板井地区出露早古生代英云闪长岩-石英闪长岩体。用LA-ICP-MS技术测得该岩体石英闪长岩中锆石的206Pb/238U年龄为464.4±2.1Ma。岩石地球化学分析结果显示,岩石属钙碱性至高钾钙碱性、准铝质I型花岗岩。通过岩石成因分析,英云闪长岩-石英闪长岩体为来自地壳的岩浆与来自深部的亏损地幔岩浆,在高压(> 1.5GPa)、低温(719~792℃)条件下,经不均匀混合作用形成,同时有俯冲流体的加入,残留相为石榴子石+金红石(无角闪石)。岩石富集Rb、Ba、Th、U、K等大离子亲石元素,亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素,显示出典型岛弧型花岗岩的地球化学特征。微量元素构造环境判别图进一步证明,岩体形成于岛弧环境。与南侧的红柳河-牛圈子-洗肠井古生代洋盆构成“沟-弧”体系,表明红柳河-牛圈子-洗肠井古洋盆在中奥陶世晚期已经向北俯冲,该洋盆闭合时限应晚于中奥陶世。
关键词: 北山造山带    石板井    英云闪长岩-石英闪长岩    锆石U-Pb定年    岩石成因    构造背景    
Zircon U-Pb age and petrogenesis of tonalite-quartz diorite in the Shibanjing area, central Beishan orogenic belt, and its constraint on subduction of the ancient oceanic basin
XIU Di, CHEN Chao, ZHUAN Shaopeng, SHEN Zongyi, WANG Jingui, CHENG Zhou, ZHANG Liguo, WANG Shuo, YANG Xinpeng, HOU Dehua, SHI Guangyao, ZHANG Pengcheng     
Hebei Regional Geological Survey Institute, Langfang 065000, Hebei, China
Abstract: The Early Paleozoic Yingyun diorite-quartz diorite is exposed in the Shibanjing area of central Beishan orogenic belt. In this paper, LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the rock mass was conducted, and the 206Pb/238U average age is 464.4±2.1Ma. According to geochemical data, the rocks belong to the calc-alkaline to high potassium calc-alkaline, quasi-aluminous I type granite. In view of its petrogenesis, the authors hold that the magma source of tonalite-quartz diorite was formed by mixed magma from the crust and magma from the depleted mantle under the conditions of high pressure(>1.5GPa) and low temperature(719~792℃), with the residual minerals of garnet+ruble (without amphibole). Moreover, trace element composition is characterized by enrichment of large ion lithophile ele-ments (LILEs), such as Rb, Ba, Th, U and K, and depletion of high field strength elements(HFSEs), Ta, Nb, P, and Ti, showing the geo-chemical features of the typical island arc granite. It is further proved that the rock mass was formed in an island arc environment on the discriminant map of trace elements tectonic environment. It constitutes "oceanic trench-arc" system with the south side of the Hongli-uhe-Niuquanzi-Xichangjing Paleozoic oceanic basin, indicating that the Hongliuhe-Niuquanzi-Hidangjing Paleozoic basin had sub-ducted northward in the late Middle Ordovician. The closure time of the ocean basin should be later than Middle Ordovician.
Key words: Beishan orogenic belt    Shibanjing    tonalite-quartz diorite    zircon U-Pb dating    petrogenesis    tectonic setting    

北山造山带位于东欧板块、西伯利亚板块、塔里木板块和华北板块之间的中亚造山带南缘、天山缝合带和索仑缝合带的交接部位,是研究中亚造山带增生造山的关键地区之一,近年来逐渐受到国内外学者的关注[1-5]。北山造山带在漫长的地质构造演化历程中,经历了多期次、多阶段的板块裂解-俯冲-碰撞-拼合的复杂地质演化过程,大地构造背景十分复杂,岩浆活动非常活跃,主要经历了早中古生代(460~370Ma)、晚古生代(330~260Ma)、早中生代(250~200Ma)3期构造岩浆事件[6],其中侵入岩在北山地区出露面积几乎占到基岩分布面积的三分之一[7]。因此对北山造山带侵入岩的研究,将有助于探讨该地区的大地构造背景,为认识中亚造山带的构造演化和古亚洲洋的最终闭合具有重要的研究意义。

前人对北山地区侵入岩进行了大量研究,积累了丰富的资料,且取得了一系列重要认识[8-15],然而已有的研究多集中在北山造山带南部的石板山、柳园地区和北部的红石山—黑鹰山—六驮山一带。在北山中部马鬃山—石板井—小黄山一带分布大量早古生代侵入岩,目前对这些早古生代侵入岩的形成时代、构造背景还缺乏精确的认识。本文在北山中部石板井地区进行1:5万区域地质矿产调查的基础上,通过对工作区内大面积出露的英云闪长岩-石英闪长岩体进行LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石学和岩石地球化学等的研究,揭示其形成时代、岩石成因和构造背景,为探讨北山地区的大地构造演化及地球动力学机制提供更多依据。

1 地质背景

研究区位于北山造山带中部石板井地区,是认识北山构造演化和造山时限的重要位置(图 1)。区域上著名的红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带位于研究区南部,沿白云山—黄山—蒜井子一线通过;石板井-小黄山构造带呈北西西向从区内中部穿过,表现为强烈的韧性变形特征。区内出露的主要岩石地层有古元古界北山岩群、中—新元古界、下古生界和中生界。北山岩群分布于红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带以北地区,为一套高绿片岩-角闪岩相的古老变质结晶基底岩系。中—新元古代地层出露于红柳河-牛圈子-洗肠井蛇绿岩带以南,为一套滨浅海相碎屑岩、碳酸盐岩沉积建造。古生代地层为一套火山-碎屑沉积建造,包括中奥陶统横峦山群、上奥陶统锡林柯博群及中下志留统白云山群和中上志留统公婆泉群。中生代地层为一套侏罗纪陆相碎屑岩沉积建造。

图 1 北山石板井地区地质简图(a据参考文献简化,b据参考文献[16]) Fig.1 Schematic geological map of the Shibanjing area, Beishan 1—第四系;2—侏罗系;3—志留系;4—奥陶系;5—中新元古界;6—古元古界北山岩群;7—中生代花岗岩体;8—晚古生代花岗岩体;9—早古生代花岗岩体;10—蛇绿岩;11—寒武纪辉长岩体;12—中奥陶世英云闪长岩-石英闪长岩体;13—不整合界线;14—断层;15—石板井-小黄山构造带;16—牛圈子-洗肠井蛇绿混杂岩带;17—采样位置

区内侵入岩极发育,岩石种类繁多,基性-酸性岩石均有分布。基性、超基性岩类主要分布于石板井东南部的白云山一带,是构成红柳河-牛圈子-洗肠井构造混杂岩带的重要岩石单元之一,岩石类型包括辉石岩、橄榄岩、辉橄岩等,此外在北部出露小面积寒武纪辉长岩。中酸性岩类在本区分布最广泛,总体呈近东西向展布于红柳河-牛圈子-洗肠井构造混杂岩带以北,岩石类型有二长花岗岩、花岗闪长岩、英云闪长岩、石英闪长岩、闪长岩等,侵位时代可从古生代一直延续到中生代,其中以加里东中晚期和华力西早期分布面积最大。石板井西部出露的加里东中晚期英云闪长岩-石英闪长岩体为本文的研究对象,岩体呈条带状岩株产出,长轴近东西向,被后期北西向右行走滑断层错断,总出露面积为67km2。岩体成分不均匀,南部主要为石英闪长岩,向北石英含量略有增高,渐变为英云闪长岩。通过野外追索,2种岩性结构构造相似,无明显界线,呈渐变过渡,为一次岩浆活动的产物。区内断裂构造较发育,以北西向、北西西向右行走滑断裂为主,规模较大,形成于华力西中晚期,后期被燕山期北东向断裂切割,此外在尖山南部还发育一条近南北向断裂,其南端向南西方向发生偏移。以上这些断裂系统破坏和控制区内地层、岩浆岩的产出分布。

2 样品采集及岩石学特征

石板井西部的英云闪长岩-石英闪长岩体主要由石英闪长岩和英云闪长岩组成,地表出露岩石呈灰色,普遍具有透入性变形,发育弱片麻状构造(图 2-a)。岩体局部分布有颜色较深且粒度较细的闪长质包体(图 2-b),呈条状、椭圆状,大小一般5~30cm,包体与寄主岩石边界过渡明显,包体边缘未见冷凝边。本次工作采集1件同位素测定样品(石英闪长岩,PM01TW1)和8件岩石地球化学分析样品,采样位置见图 1,样品均为新鲜无蚀变,不含包体,且无脉体穿插的岩石。

图 2 石板井地区英云闪长岩(a、c)、石英闪长岩(b、d)野外及薄片显微特征 Fig.2 Field and microscopic photos of tonalite, quartz diorite in the Shibanjing area Pl—斜长石;Q—石英;Hb—角闪石;Bt—黑云母

英云闪长岩:岩石呈中细粒花岗结构,弱片麻状构造,主要由斜长石(60% ~65%)、石英(20% ~25%)、角闪石(1%~5%)、黑云母(10%~15%)等组成(图 2-c)。斜长石呈半自形板状,粒度一般0.2~2mm,少部分2~3mm,多杂乱分布,略显方向性排列,少部分重结晶粒间弯曲镶嵌状;有的可见环带构造,测得斜长石牌号An=31,属于中长石。石英呈他形粒状,粒度一般0.2~1.8mm,粒间弯曲或不规则镶嵌状分布,略显方向性排列。角闪石呈半自形柱状、粒状,粒度一般0.2~2mm。黑云母呈鳞片状、叶片状,粒度一般0.1~1.2mm,集合体相对富集似断续线痕状定向分布。此外含极少量钾长石,属微斜长石,他形粒状,粒度一般0.2~1mm。

石英闪长岩:岩石呈灰色,中细粒半自形粒状结构,弱片麻状构造,组成矿物主要有斜长石(60%~65%)、钾长石(少量)、石英(10%~15%)、角闪石(10%~15%)、黑云母(10%~15%)等,弱定向分布(图 2-d)。斜长石以半自形板状为主,粒度一般为0.2~2mm的细粒,少量可见环带构造,具不均匀绢云母化、白云母化、黝帘石化,局部碳酸盐化,部分可见聚片双晶,测得斜长石牌号An=34,属于中长石。钾长石为微斜长石,呈他形粒状,粒度一般0.2~0.8mm,填隙状分布于斜长石粒间。石英呈他形粒状,粒度一般0.2~2mm,呈单晶或集合体填隙状分布于长石粒间。角闪石呈褐绿色,半自形柱状、粒状,粒度一般0.2~2mm,少量具绿帘石化、绿泥石化。黑云母呈红棕色,鳞片状、叶片状,少量穿插于角闪石粒内,交代角闪石。副矿物主要为榍石、磷灰石、磁铁矿。

3 岩石地球化学特征

8件英云闪长岩和石英闪长岩地球化学样品的主量、微量元素分析在河北地矿局廊坊实验室完成。主量元素采用XRF法,使用荷兰帕纳科公司研制的AxiosX射线荧光光谱仪测定,分析精度优于2%;稀土和微量元素采用美国赛默飞世尔科技公司(ThermoFisherScientific)研制的XSeriesII型等离子体光质谱仪(ICP-MS)测定,分析精度优于5%,主量、微量和稀土元素分析结果见表 1

表 1 石板井地区英云闪长岩、石英闪长岩主量、微量和稀土元素含量及标准矿物、锆石饱和温度计算结果 Table 1 Analytical results of major, trace elements and REE concentrations and normative mineral, zircon saturation temperatures of the tonalite, quartz diorite in Shibanjing area
3.1 主量元素

石板井地区英云闪长岩-石英闪长岩体SiO2含量范围为57.90% ~67.38%;具较高的Al2O3(15.50% ~17.12%)、TiO2(0.37% ~0.91%)、TFeO(2.16% ~6.77%)、MgO(1.06% ~3.48%)和CaO(3.57% ~7.40%)含量。ALK含量中等,4.52% ~ 6.66%,相对富钠(K2O/Na2O=0.28~0.95);Mg#值偏高(39.38~49.45),A/CNK=0.87~1.05,<1.1。在TAS图解(图 3-a)中,除个别样品投入花岗闪长岩区外,大部分样品分布于闪长岩至英云闪长岩区;SiO2-K2O图解(图 3-b)中,样品全部落入钙碱性至高钾钙碱性系列区域;A/CNK-A/NK图解中,样品分布于准铝质-弱过铝质区(图 4)。CIPW标准矿物法计算,除样品SBJ2刚玉分子(C)含量为1.21%,大于1%,其余样品均不含刚玉分子或含量小于1%。

图 3 石板井地区英云闪长岩、石英闪长岩TAS(a)[17]和SiO2-K2O图解(b)[18] Fig.3 TAS(a) and SiO2-K2O(b) diagrams of tonalite, quartz diorite in Shibanjing area
图 4 石板井地区英云闪长岩、石英闪长岩A/CNK-A/NK图解(底图据参考文献[19])
3.2 稀土和微量元素

英云闪长岩-石英闪长岩的稀土元素总量较低(∑REE=68.05×10-6~216.52×10-6),轻、重稀土元素分馏明显((La/Yb)N=5.92~19.60),轻稀土元素相对富集(HREE/LREE=6.41~12.82),且分馏程度较高((La/Sm)N=2.66~4.46),重稀土元素近于平坦((Gd/Yb)N=1.24~3.04),Eu异常不明显(δEu=0.72~1.12)。在稀土元素球粒陨石标准化模式图(图 5-a)中,稀土元素配分曲线基本一致,均呈右倾,轻稀土元素相对富集,重稀土元素分馏较弱,标准化曲线平坦。在英云闪长岩和石英闪长岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 5-b)中,表现为富集Rb、Ba、Th、U、K等大离子亲石元素(LILE),亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素,显示出与板块俯冲作用有关的造山带岩浆岩的特征[19]

图 5 石板井地区英云闪长岩、石英闪长岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b()标准化值据参考文献[20]) Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive-mantle normalized spider diagram (b) of tonalite, quartz diorite in Shibanjing area
4 LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素定年 4.1 测试方法

锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成,在双目镜下挑选干净和自形程度较高的锆石颗粒制作样品靶。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完成。通过反射光、透射光和阴极发光显微照相观察,选取具有明显振荡环带结构且无裂隙和包裹体的岩浆锆石进行测试。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定在中国地质科学院地质研究所大陆构造与动力学实验室完成。激光剥蚀束斑直径为32μm,激光能量密度为10J/cm2,频率为8Hz。数据分析前用国际上通用的锆石标样91500作为参考物质进行仪器的最佳化,选用GJ-1为辅助标样对数据的准确性进行验证。数据处理采用ICP- MS⁃DataCal程序[21],年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot软件[22]

4.2 测试结果

石英闪长岩样品(PM01TW1)中锆石组成较均匀,呈等轴状或短柱状,半自形-自形,大小一般50~200μm,具有十分明显的岩浆成因振荡生长环带(图 6)。对晶形较好的24颗锆石共分析了24个测点,测试数据及计算结果见表 2。锆石U、Th和Pb含量分别为192×10-6~617×10-6、72×10-6~334×10-6和15×10-6~48×10-6,具有较高的Th/U值(0.29~0.54,平均0.42),显示岩浆锆石的特点。206Pb/238U年龄范围在460.6 ± 4.9~468.4 ± 6.2Ma之间,其年龄加权平均值为464.4±2.1Ma(图 7),代表英云闪长岩-石英闪长岩体的形成时代,为中奥陶世晚期。

图 6 石板井地区石英闪长岩(PM01TW1)锆石阴极发光(CL)图像及206Pb/238U年龄值 Fig.6 Representative zircon CL images and 206Pb/238U ages of quartz diorite(PM01TW1)in Shibanjing area
表 2 石板井地区石英闪长岩(PM01TW1)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for the quartz diorite(PM01TW1)in Shibanjing area
图 7 石板井地区石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig.7 LA-ICP-MS U-Pb concordia diagram of zircon in the quartz diorite in the Shibanjing area
5 讨论 5.1 岩石成因

目前自然界中花岗岩的成因类型主要为I型、S型、A型及M型,不同成因类型的花岗岩具有不同的矿物和岩石化学特征。吴福元等[23]曾提出岩石中角闪石、堇青石和碱性铁镁矿物通常作为判断I型、S型和A型花岗岩的重要且有效的矿物学标志。石板井英云闪长岩-石英闪长岩主要由斜长石、石英、角闪石、黑云母和极少量钾长石组成,副矿物普遍平均出现榍石,未见富铝矿物,岩石具较高的TiO2、TFeO、MgO和CaO含量,相对富钠,A/CNK<1.1,属准铝质-弱过铝质、钙碱性至高钾钙碱性系列岩石,CIPW标准矿物中不含或含有极少的刚玉分子(除样品SBJ2外)。以上这些矿物组合和岩石化学特征与I型花岗岩一致[24-25]。在K2O-Na2O图解(图 8)中,样品点均分布于I型花岗岩区,进一步表明石板井英云闪长岩-石英闪长岩体应属I型花岗岩类。

图 8 石板井地区石英闪长岩、英云闪长岩K2O-Na2O图解 Fig.8 K2O-Na2O diagram of tonalite, quartz diorite in Shibanjing area

Bromiley等[26]指出,Zr/Nb值可以反映岩石起源深度,低Zr/Nb值被视为深部地幔熔融的证据。英云闪长岩和石英闪长岩的Zr/Nb值(0.46~1.04)均较低,暗示起源于深部地幔熔融。岩体具有较低的Rb/Sr(0.03~0.20)和Rb/Ba(0.04~0.11)值和较高的Mg#值(39.38~49.45),显示岩浆源区具有岩石圈地幔的属性。样品的Nb/Ta平均值为14.73,介于大陆地壳(Nb/Ta=11~12)[27]和亏损地幔(平均值为Y(平均值为15.5)[28]之间,但更接近于亏损地幔。此外,Zr/Hf平均值为26.37,低于大陆地壳值(35.68)[29]和原始地幔值(37.50)[30],表明很可能受到具有更低Zr/Hf值的亏损地幔楔部分熔融岩浆的影响。因此,笔者认为,石板井英云闪长岩-石英闪长岩体是起源较深的亏损地幔楔部分熔融形成的岩浆与来自地壳的岩浆混合作用的结果,而岩体中普遍发育的暗色细粒闪长质包体,则是岩浆混合的直接岩石学证据[31]

石板井英云闪长岩-石英闪长岩具有较高的Sr(平均601.99×10-6)和较低的Yb(平均1.45×10-6)、Y(平均15.29×10-6)含量,暗示源区有石榴子石残留[32]。稀土元素配分曲线为LREE富集型,重稀土元素含量较低(YbN=5.28~12.75),无明显负Eu异常及较高的(La/Yb)N(5.92~19.60)、Sr/Y值(19.16~ 67.41)、Sr/Yb值(191.33~760.34),表明斜长石在源区已经基本消失,石榴子石为重要的残留相[33],而微量元素蛛网图中存在Ti的亏损,暗示源区可能还存在金红石残留。样品(La/Yb)N与(Dy/Yb)N、(Dy/Yb)N与Nb/Ta均呈正相关关系(图 9),进一步表明岩石的稀土元素分异程度主要受残留石榴子石比率控制,且源区残留石榴子石的同时还应存在金红石[34]。此外,角闪石强烈富集中稀土元素,而英云闪长岩、石英闪长岩HoN>YbN,说明角闪石可能已发生分解无残留[35]。因此,石板井英云闪长岩-石英闪长岩源岩部分熔融的残留相应为石榴子石+金红石(无角闪石),指示部分熔融时压力较大(>1.5GPa),岩浆形成的地壳深度可达50~80km[36]

图 9 石板井地区石英闪长岩、英云闪长岩(La/Yb)N-(Dy/Yb)N和(Dy/Yb)N-Nb/Ta图解(底图据参考文献[34]) Fig.9 (La/Yb)N-(Dy/Yb)N(a) and (Dy/Yb)N-Nb/Ta(b) diagram of tonalite, quartz diorite in Shibanjing area

Watson等通过高温试验(700~1300℃)提出锆石溶解度的模拟公式:

TZr(℃)=12900/[lnDZr(496000/熔体)+0.85M+2.95]

式中DZr为Zr的分配系数;M为全岩的(2Ca+K+Na)/(Al+Si)摩尔数(令Si+Al+Fe+Mg+Ca+Na+K+P=1)[37]。计算表明,英云闪长岩-石英闪长岩的锆石饱和温度范围为719~792℃,平均761℃。从锆石阴极发光照片可以看出,个别锆石发育残留核(4、19、20号点)(图 6),说明源区Zr是饱和的,计算出的锆石饱和温度可以代表岩浆源区的初始温度[38]。Miller等根据锆石饱和温度,提出热花岗岩和冷花岗岩的概念,前者的温度在840℃左右,含源区残留物较少,其形成可能与外来热的加入有关;后者的温度不超过800℃(平均为766℃),含源区残留物较多,其形成主要与流体加入有关[39]。显然石板井英云闪长岩-石英闪长岩属冷花岗岩类,结合微量元素蛛网图,显示出明显的俯冲带花岗岩特征,其形成可能有俯冲板片流体的参与。

5.2 构造意义

本区英云闪长岩-石英闪长岩皆含有不等量的角闪石和榍石,与Barbarin[40]划分的岛弧富含角闪石钙碱性花岗岩的矿物组合一致。主量元素研究表明,该岩体属于钙碱性-高钾钙碱性准铝质I型花岗岩,暗示其形成与大洋板块俯冲作用密切相关[41]。微量元素表现为富集Rb、Ba、Th、U、K等大离子亲石元素和轻稀土元素,贫重稀土元素和亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素,显示出典型的岛弧型花岗岩的地球化学特征[42]。在Pearce等[43]的微量元素构造环境判别图(图 10)上,所有样品点均落入岛弧花岗岩区,进一步证明该岩体形成于岛弧环境。此外,岩石成因分析表明,石板井英云闪长岩-石英闪长岩是在深度达50~80km的高压(>1.5GPa)、低温(719~792℃)条件下,亏损地幔楔部分熔融形成的岩浆与来自地壳的岩浆,经俯冲流体加入发生混合作用形成,具备这种形成条件的环境应为俯冲带。

图 10 石板井地区石英闪长岩、英云闪长岩微量元素构造环境判别图(底图据参考文献[44]) Fig.10 Trace element discriminating diagram of tonalite, quartz diorite in Shibanjing area

北山造山带经历了多期次、多阶段的板块裂解-俯冲-碰撞-拼合的复杂地质演化过程。寒武纪初期,北山地区古大陆沿红柳河—牛圈子—洗肠井一带发生裂解,之后演化成为北山早古生代洋盆[5];志留纪,出现大规模自南向北的俯冲作用,并沿窑洞努如—公婆泉及白云山—斜山—东七一山一带形成岛弧带[44]。研究区英云闪长岩-石英闪长岩体产于红柳河-牛圈子-洗肠井早古生代洋盆北侧的白云山-斜山-东七一山早古生代岛弧带西段,岩石学和岩石地球化学特征均指示为岛弧环境,与其产出的构造背景吻合,并且与南侧的红柳河-牛圈子-洗肠井古生代洋盆构成“沟-弧”体系。故笔者认为,石板井地区在中奥陶世晚期,红柳河-牛圈子-洗肠井洋盆已经向北俯冲,该洋盆的闭合时限应晚于中奥陶世。

6 结论

(1) 用LA-ICP-MS方法测得锆石206Pb/238U年龄为464.4 ± 2.1Ma(MSWD=0.25,n=24),该年龄可以代表石板井英云闪长岩-石英闪长岩体的形成年龄。

(2) 石板井英云闪长岩-石英闪长岩体属于钙碱性-高钾钙碱性准铝质I型花岗岩,为来自地壳的岩浆与来自深部的亏损地幔岩浆,在深度达50~80km的高压(>1.5GPa)、低温(719~792℃)条件下,经不均匀混合作用形成的,同时具有俯冲流体的加入。

(3) 岩石学、岩石地球化学和地质学特征指示,石板井英云闪长岩-石英闪长岩体形成于岛弧环境,表明红柳河-牛圈子-洗肠井古洋盆至少在中奥陶世晚期已经向北俯冲,该洋盆闭合时限应晚于中奥陶世。

致谢: 中国地质调查局天津地质调查中心王惠初、辛后田、滕学建高级工程师等对本项目给予了大力支持;野外工作得到河北省区域地质调查院张计东、魏文通、胡醒民等高级工程师的指导;LA- ICP-MS锆石U-Pb同位素分析得到中国地质科学院大陆构造与动力学实验室吴才来研究员的帮助;评审专家对文章提出了诸多宝贵意见,在此一并表示衷心感谢。

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