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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (9): 1710-1721  
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杨文鹏, 张生旭, 姜海洋, 刘洪大, 隋成禹, 孙江军, 张俭峰, 吕石佳, 李新鹏. 内蒙古巴林右旗晚二叠世埃达克质火山岩特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2018, 37(9): 1710-1721.
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Yang W P, Zhang S X, Jiang H Y, Liu H D, Sui C Y, Sun J J, Zhang J F, Lü S J, Li X P. Characteristics and geological impli-cations of the Late Permian adakitic volcanic rocks from Bairin Right Banner area, Inner Mongolia[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(9): 1710-1721.
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基金项目

中国地质调查局项目《大兴安岭成矿带突泉—翁牛特地区地质矿产调查》(编号:DD20160048)和《内蒙古1:5万查干沐沦、大板镇、古力古台、召胡都格幅区域地质调查》(编号:DD20160048-13)

作者简介

杨文鹏(1984-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质矿产调查与研究工作。E-mail:214139670@qq.com

文章历史

收稿日期: 2018-03-20
修订日期: 2018-05-15
内蒙古巴林右旗晚二叠世埃达克质火山岩特征及其地质意义
杨文鹏 , 张生旭 , 姜海洋 , 刘洪大 , 隋成禹 , 孙江军 , 张俭峰 , 吕石佳 , 李新鹏     
黑龙江省地质调查研究总院, 黑龙江 哈尔滨 150036
摘要: 内蒙古东南部巴林右旗地区发育晚二叠世埃达克质火山岩,岩石组合为安山岩、粗安岩、英安岩及辉石安山岩,其LAICP-MS锆石U-Pb测年结果为256.7±2.7Ma,指示其形成于晚二叠世。地球化学特征显示,该套火山岩属准铝质-弱铝质中钾钙碱性岩石系列,具富Si(SiO2>56%)、高Al(Al2O3>15%)、富Na、贫K、高Sr、低Yb和Y等特征,Na2O/K2O值为2.33~3.90,Mg#值为35.3~60.8;稀土元素总量为96.69×10-6~192.4×10-6、轻重稀土元素分馏较明显((La/Yb)N值为6.27~13.82),具正的Eu(δEu=1~1.67)异常,在原始地幔标准化蛛网图中,富集大离子亲石元素Rb、Ba、U,亏损高场强元素Nb、Ta,为O型(大洋型)埃达克质火山岩地球化学特征。综合区域资料,巴林右旗埃达克质火山岩是残留在地幔中的古亚洲洋残余洋壳部分熔融并受到地幔橄榄岩混染形成的,暗示晚二叠世存在古亚洲洋向华北板块俯冲消亡事件。
关键词: 锆石U-Pb年龄    晚二叠世    埃达克岩    残余洋壳    古亚洲洋    
Characteristics and geological impli-cations of the Late Permian adakitic volcanic rocks from Bairin Right Banner area, Inner Mongolia
YANG Wenpeng, ZHANG Shengxu, JIANG Haiyang, LIU Hongda, SUI Chengyu, SUN Jiangjun, ZHANG Jianfeng, LÜ Shijia, LI Xinpeng     
Geological Survey Institute of Heilongjiang, Harbin 150036, Heilongjiang, China
Abstract: Permian adakitic volcanic rocks are distributed in Bairin Right Banner, southeast Inner Mongolia. This set of adakitic volcanic rocks is mainly outcropped in Dayushu, Shanhoutun and Handaba, with rock association being andesite, trachyandesite, dacite and augite andesite. The LA-ICP-MS zircon U-Pb age is 256.7±2.7Ma, indicating that the rocks were formed in the Late Permian. This set of volcanic rocks belongs to the quasi-aluminum-weak aluminium and medium-K-Calcalkaline rock series, with the following geochemical characteristics:rich Si (SiO2>56%), high Al (Al2O3>15%), rich Na, poor K (Na2O=4.32%~4.73%, K2O=4.32%~2.49%), higher Sr and lower Yb and Y (Sr > 400×10-6, Yb < 1.9×10-6, Y < 18×10-6), Na2O/K2O=2.33~3.90, Mg#=35.3~60.8, the to-tal amount of rare earth elements 96.69×10-6~192.4×10-6, light and heavy REE exhibiting obvious fractionation ((La/Yb)N=6.27~13.82) and positive anomalies δEu (1~1.67). Enrichment of LILE (Rb, Ba, U) and depletion of HFSE(Nb, Ta) are displayed in the primitive mantle normalized multielement variation diagram, indicating geochemical characteristics of O-type adakitic volcanic rocks. Based on regional information, adakitic volcanic rocks distributed in Bairin Right Banner were formed by contamination of the partly molten remnants of Paleo-Asian oceanic crust and the mantle peridotite, suggesting the existence of subduction extinction event of Paleo-Asian oceanic crust toward the North China Plate in Late Permian.
Key words: zircon U-Pb age    Late Permian    adakite    remnants of oceanic crust    Paleo-Asian Ocean    

内蒙古巴林右旗地区地处大兴安岭南段,大地构造位置位于兴蒙造山带东端温都尔庙俯冲-增生杂岩带内,该带北与晚古生代索伦-林西缝合带相接,南与白乃庙岛弧带毗邻[1-2] (图 1-a),该地区先后经历了古生代古亚洲洋俯冲-闭合、多个微陆块体碰撞拼合,以及中生代蒙古-鄂霍茨克洋自西向东剪刀式收缩闭合[3-4],晚中生代伸展构造背景机制下发生大规模火山-岩浆活动[5-7],是研究显生宙地壳增生和区域构造演化的理想场所。然而,关于古亚洲洋的最终闭合时代及位置一直以来是业内广大地质学者们争论的焦点,主要有以下几种观点:闭合位置有索伦山-贺根山[8]、索伦山-本巴图-锡林浩特[9-10]、索伦山-二道井-林西[11-12]和西拉木伦断裂[13-14]等;闭合时间主要有志留纪—泥盆纪[8]、中泥盆世—晚石炭世[15]和晚二叠世—早三叠世[9-10, 12, 16]。对出露于温都尔庙俯冲-增生杂岩带内巴林右旗东部的火山岩,前人分别将其划归为下二叠统大石寨组及中二叠统哲斯组,但缺少测年数据。近年来有研究者在该组岩石中获得了一组Rb-Sr等时线年龄150±19Ma,并将其时代置于晚侏罗世满克头鄂博组,其岩石具有典型O型(大洋型)埃达克岩的地球化学特征[17]。鉴于此,本文通过详尽的野外地质调查及室内综合研究成果,在研究区大石寨组中识别出一套具有埃达克质岩石地球化学特征的火山岩,并以该埃达克质岩石为主要研究对象,通过岩石学、地球化学特征及锆石U-Pb (LA-ICPMS)同位素年代学研究并结合前人成果,深入探讨其形成时代、成因及形成的构造背景,以期为兴蒙造山带东端的岩浆活动及构造演化研究提供新的地质资料。

图 1 内蒙古东南部区域构造简图[1-2](a)和巴林右旗地区地质简图(b) Fig.1 Sketch regional tectonic map of southeast Inner Mongolia (a) and geological map of Bairin Right Banner area (b) ①—二连浩特-贺根山断裂带;②—林西断裂带;③—索伦-西拉木伦河缝合带;④—赤峰-白云鄂博断裂带1—第四系;2—白音高老组;3—玛尼吐组;4—满克头鄂博组;5—土城子组;6—本文研究的埃达克岩体;7—林西组;8—哲斯组;9—大石寨组;10—早白垩世二长花岗岩;11—断裂;12—样品点;13—年龄位置;14—剖面位置
1 地质背景及岩石学特征

研究区处于兴蒙造山带东端,温都尔庙俯冲-增生杂岩带内(图 1-a),晚古生代期间经历了复杂的俯冲-消减-碰撞演化,发育一套海相火山-沉积地层,先后形成大石寨组(P1d)、哲斯组(P2z)及林西组(P3l)碎屑岩,其中前二者为海相沉积地层,后者为海陆交互相沉积地层,分布于研究区的东部及北西部,倾向介于130°~150°之间,倾角较陡,介于55°~65°之间。中生代,在地壳伸展构造作用背景机制下,火山-岩浆活动剧烈,形成土城子组(J2t)、满克头鄂博组(J3mk)、玛尼吐组(J3mn)和白音高老组(K1b)火山-沉积地层,后期在玛尼吐组及白音高老组火山岩中见有沿火山通道侵入的早白垩世二长花岗岩侵入体,火山-沉积地层的总体呈北东向展布,与大兴安岭的走向一致 (图 1-b)。笔者在研究该区火山岩时,发现早二叠世大石寨组存在类似于埃达克质岩地球化学特征的火山岩,分布较零散,呈椭圆状及不规则状分布于研究区中部罕大坝、北西部大榆树及山后屯等地。据野外地质填图及实测地质剖面测量(图 2),其岩石类型主要为灰黑色及灰绿色玄武安山岩、安山岩、粗安岩、英安岩、辉石安山岩及少量玄武岩、英安质岩晶屑凝灰熔岩、安山质岩晶屑凝灰熔岩组合,总面积约70.2km2,被中生界满克头鄂博组、玛尼吐组火山岩及第四系覆盖,并被早白垩世二长花岗岩体侵入,在靠近花岗岩体边缘的火山岩中见后期的石英细脉侵入。该套火山岩岩性以安山岩为主,其辉石安山岩风化面总体呈灰褐色,新鲜面呈浅灰黑色(图 3-a),斑状结构,块状构造,基质具交织结构;斑晶斜长石(10%~20%)为灰白色,自形板柱状,有时呈聚斑或与暗色矿物组成连斑产出,具聚片双晶和环带结构,粒径介于0.5~ 6.0mm之间,颗粒较新鲜,杂乱分布;斑晶辉石(2%~ 5%)为自形短柱状,横切面呈八边形,粒径介于0.2~ 1.0mm之间,基质由大量具连续定向排列的板条状斜长石微晶、微量辉石微晶及隐晶质组成(图 3-b)。

图 2 巴林右旗地区火山岩实测剖面 Fig.2 Measured section of the volcanic rocks in Bairin Right Banner area 1—第四系;2—玛尼吐组;3—本文火山岩;4—大石寨组;5—第四系沉积物;6—蚀变安山岩;7—安山岩;8—粗安岩;9—英安岩;10—辉石安山岩;11—玄武岩;12—玄武安山岩;13—安山质岩晶屑凝灰熔岩;14—英安质岩晶屑凝灰熔岩;15—采样点;16—产状;17—不整合界线;18—岩相界线
2 LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学 2.1 样品及分析方法

本文用于LA-ICP-MS锆石U-Pb测年的灰黑色安山岩(D0008)样品取自于距巴林右旗北东68km山顶天然露头处,样品新鲜无污染,样点位置坐标为北纬119°10′48″、东经43°38′30″(图 1-b)。将样品粉碎至80目粉末,采用电磁选方法和人工重砂淘洗进行预富集,在镜下挑选出锆石,与标准锆石TEM固定在环氧树脂上,并对锆石靶进行镀金和抛光,拍摄反射光、透射光及阴极发光照片。

LA-ICP-MS锆石U-Pb定年测试在南京聚谱检测科技有限公司完成,193nm ArF准分子激光剥蚀系统由Teledyne Cetac Technologies制造,型号为Analyte Excite,四极杆型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)由安捷伦科技(Agilent Technologies)制造,型号为Agilent 7700x,准分子激光发生器产生的深紫外光束经匀化光路聚焦于锆石表面,能量密度为6.0 J/cm2,束斑直径为35μm,频率为8Hz,共剥蚀40s,剥蚀气溶胶由氦气送入ICP-MS完成测试。测试过程中以标准锆石91500为外标,校正仪器质量歧视与元素分馏;以标准锆石GJ-1为盲样,检验U-Pb定年数据质量;以NIST SRM 610为外标,以Si为内标标定锆石中的Pb元素含量,以Zr为内标标定锆石中其余微量元素含量[18-19],原始测试数据经过ICPMSDataCal软件离线处理完成[19-20]。详细的仪器操作条件和数据处理方法见参考文献[21],锆石U-Pb谐和图绘制采用Ludwig Squid1.0程序和Isoplot ver3.0程序[22]

2.2 分析结果

LA-ICP-MS锆石U-Pb测试结果见表 1,阴极发光图像中锆石多为短柱状-长柱状,长宽比为2:1~3:1,自形-半自形,晶形完好,晶棱与晶面清晰,具较明显的岩浆振荡环带构造(图 4-a),Th/U值介于0.6~1.2之间,显示岩浆锆石特征[23-25],对该样品进行了20个锆石颗粒的测定,除5个不谐和点外,在锆石U- Pb年龄谐和图中,15粒锆石除D0008-4号投影点偏离谐和线外,其余14粒锆石均分布在谐和线上及其附近,206Pb/238U年龄加权平均值为256.7±2.7Ma(MSWD=0.15),代表辉石安山岩的喷发年龄(图 4-b)。

表 1 巴林右旗地区安山岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据 Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb composition of zircon samples from the andesite in Bairin Right Banner area
图 4 巴林右旗地区安山岩(D0008)锆石阴极发光(CL)图像(a)和U-Pb谐和图(b) Fig.4 CL images (a) and U-Pb concordant diagram(b)of zircons from the andesite (D0008) in Bairin Right Banner area
3 岩石地球化学

笔者对巴林右旗地区6件火山岩样品进行了主量、微量及稀土元素分析(样品位置见图 1-b,分析数据结果见表 2),其中编号1~5和7的样品为本文数据,编号为6的样品数据据参考文献[17],建设屯侵入岩(北纬43°53′36.3″、东经118°48′19.6″) [4]和东梁侵入岩(北纬43°52′13.7″、东经118°42′49.5″) [26]均为埃达克质岩,二者与本文巴林右旗火山岩产出于同一构造单元,为便于对比研究其是否具有相似的主量、微量元素地球化学特征及是否为同一地质背景下形成的地质体,本文将侵入岩的化学成分一起列入表 2进行说明。

表 2 巴林右旗地区火山岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major element, trace element and REE compositions of volcanic rock in Bairin Right Banner area
3.1 主量元素

巴林右旗火山岩SiO2含量介于54.76%~66.08%之间,含量较低,属中性岩范畴,建设屯及东梁侵入岩介于68.8%~71.8%之间,含量较巴林右旗火山岩高,属酸性岩范畴,Na2O、Al2O3含量与建设屯及东梁侵入岩相当,K2O含量较建设屯及东梁侵入岩略低,其余主量元素均较建设屯及东梁侵入岩稍高,3处岩石的Na2O/K2O值介于1.45~3.90之间,相对富钠、贫钾,Mg#值较高,介于35.3~60.8之间。在火山岩类TAS图解[27] (图 5)中,巴林右旗火山岩显示为安山岩-粗安岩-英安岩组合;在SiO2-K2O[28]及A/CNK-A/NK[29]图解(图 6)中,除巴林右旗火山岩的Pm003GS6落入低钾(拉斑)系列、SS091804及东梁侵入岩的WQ35YQ-1落入高钾钙碱性系列外,其余投影点均位于亚碱性系列钙碱性系列区,巴林右旗火山岩为准铝质岩石,建设屯及东梁侵入岩为弱过铝质岩石。

图 5 巴林右旗地区火山岩TAS图解 Fig.5 TAS diagram of volcanic rocks in Bairin Right Banner area
图 6 巴林右旗地区火山岩SiO2-K2O[28]和A/CNK-A/NK[29]图解 Fig.6 SiO2-K2O and A/CNK-A/NK diagrams of volcanic rock in Bairin Right Banner area
3.2 稀土及微量元素

巴林右旗火山岩稀土元素总量(∑ REE)为96.69×10-6~192.4×10-6,较低,平均为126.85×10-6,较建设屯及东梁侵入岩稍高(54.82×10-6~81.07× 10-6),略低于陆壳平均值(165.35×10-6) [30];轻、重稀土元素比值(LREE/HREE)为6.39~10.46,(La/Yb)N值为6.27~13.82,较建设屯及东梁侵入岩LREE/ HREE(12.64~15.41)和(La/Yb)N(16.8~21.07)值低,轻、重稀土元素分馏程度不及建设屯及东梁侵入岩明显,在经球粒陨石标准化后的(稀土元素)配分图解[31] (图 7-a)中,巴林右旗火山岩位于建设屯及东梁侵入岩配分曲线上方,均显示明显的LREE(轻稀土元素)富集、HREE (重稀土元素)亏损的左高右低的右倾型态,HREE含量变化范围较宽,LREE含量变化范围较窄,为δEu (介于0.88~1.67)极弱的负Eu异常或正Eu异常,尤其是巴林右旗火山岩具有较明显的正Eu异常。

图 7 巴林右旗地区火山岩稀土元素配分曲线[31]和微量元素蛛网图[32] Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spidergrams of volcanic rock in Bairin Right Banner area

微量元素中Sr含量为424×10-6~1147×10-6,Yb含量为0.48×10-6~1.67×10-6,Y含量为4.80×10-6~ 15.40×10-6,Sr/Y值为27.53~105.83,比值较高。在原始地幔标准化微量元素蛛网图[32] (图 7-b)上,呈基本相同的配分型式,均富集大离子亲石元素(LI⁃ LE)Rb、Ba、U等和亏损Th,亏损高场强元素(HFSE) Nb、Ta等,高场强元素相对大离子亲石元素亏损,Sr元素均具明显正异常,均亏损不相容元素Nd,富集高场强元素Hf,不同的是,东梁侵入岩较巴林右旗火山岩及建设屯侵入岩更富集Rb、Th、U,同时表现为Ba的弱亏损,巴林右旗火山岩较建设屯及东梁侵入岩更富集Nb、Ta、Zr、Hf等元素。

4 讨论 4.1 岩石形成时代

前人根据岩石组合及岩石类型,结合区域对比研究,先后将研究区的火山岩划归为早二叠世大石寨组及中二叠世哲斯组,但无可靠的同位素年龄支持。张永北等[17]图 1-b所示的6号采样点附近采用Rb-Sr等时线法获得了150Ma的年龄并将其划归为晚侏罗世满克头鄂博组,然而,其等时线年龄精度偏低,可能并不能反映其成岩年龄。本文用于定年的辉石安山岩,其锆石阴极发光图像具明显的岩浆振荡环带构造(图 3-a)及较高的Th/U值(0.6~1.2),显示岩浆锆石特征,是岩浆结晶作用的产物,其LA-ICP-MS锆石206Pb/238U年龄加权平均值为256.7±2.7Ma,时代为晚二叠世,该年龄应代表火山岩的喷发年龄。可见该岩体并非前人认为的大石寨组和哲斯组,亦不是满克头鄂博组。该火山岩体同周边区域上,如巴林右旗地区幸福之路组火山-沉积地层下部发育的岩屑晶屑凝灰岩(254~253Ma) [33-34]、林东—林西地区基性火山岩(252Ma)[35],以及白音诺尔一带基性火山岩(255Ma) [36]的形成时代在误差范围内一致,表明研究区存在晚二叠世火山岩浆事件。

图 3 巴林右旗地区火山岩岩相学特征 Fig.3 Petrographic characteristics of the volcanic rocks in Bairin Right Banner area a—辉石安山岩野外照片;b—辉石安山岩基质中板柱状斜长石斑晶(+);Pl—斜长石
4.2 岩石成因及地质意义

埃达克岩(adakite)是Defant等[37]研究阿留申群岛新生代俯冲洋壳熔融产生的火山岩时提出来的术语,用于概括具有特定地球化学性质的一套中酸性火山岩和侵入岩组合(安山岩、英安岩、安粗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、石英二长岩、英云闪长岩、斜长花岗岩等),其地球化学标志是:SiO2≥ 56%,A12O3≥15%,MgO < 3%(很少>6 %),亏损重稀土元素与Y(如Yb≤1.9×10-6,Y≤18×10-6),高Sr(大多数大于400×10-6)、La/Yb值(≥20)与Sr/Y值(>40),一般具有正Eu异常(少数具有极弱的负Eu异常)。建设屯(248.5Ma)及东梁侵入岩(251.9Ma)与巴林右旗火山岩(256.7Ma)的形成时代在误差范围内一致,虽然前二者为酸性侵入岩,后者为中性火山岩,却表现出相似的地球化学特征,如SiO2含量为54.76%~71.80%(除1个为54.76%外),均大于56%;MgO含量除Pm002GS18(4.01)和SS091804 (4.04)样品外,介于0.62%~3.03 %之间,小于3%;Y和Yb含量分别为4.80×10-6~15.40×10-6(小于18×10-6)和0.48×10-6~1.58×10-6(小于1.9×10-6),Sr含量为424×10-6~1147×10-6,大于400×10-6,具有正的或极弱的负Eu异常(图 7-a),类似于上述埃达克岩的地球化学特征。在YbN-(La/Yb)N及Y-Sr/Y图解(图 8)中,建设屯及东梁侵入岩均落入埃达克岩区,巴林右旗火山岩则落入埃达克岩及与经典岛弧岩石过渡区。

图 8 巴林右旗地区火山岩YbN-(La/Yb)N[38]及(a) Y - Sr/Y[37](b)图解 Fig.8 YbN-(La/Yb)N (a)and Y - Sr/Y (b)diagrams of the volcanic rocks in Bairin Right Banner area

目前关于埃达克岩成因的主流观点有增厚下地壳基性岩石的熔融[39]、拆沉下地壳的熔融[40]及年轻的、热的大洋板片俯冲熔融[37]。在SiO2-MgO图解(图 9-a)中,巴林右旗火山岩大部分样品点落入增厚下地壳熔融形成的埃达克质岩石区域之上,俯冲洋壳熔融与拆沉下地壳熔融形成的埃达克岩区域内,建设屯及东梁侵入岩则落入增厚下地壳熔融形成的埃达克质岩区域内;巴林右旗火山岩与建设屯及东梁侵入岩的Mg#(35.3~60.8)值均较高,在SiO2-Mg#图解(图 9-b)中,除Pm003GS12样品外,全部落于增厚下地壳熔融形成的埃达克质岩石区域之上,俯冲洋壳熔融形成的埃达克岩与下地壳的中国东部埃达克质岩边缘区域内,巴林右旗火山岩较建设屯及东梁侵入岩更贴近被橄榄岩混染的下地壳熔融形成的埃达克岩区域;在Rb/Sr-La/Ce和Rb/Sr-Nb/U图解(图 9-c、d)中,巴林右旗火山岩受到更多洋壳板片源(MORB)板片流体的加入影响,建设屯及东梁侵入岩投影点基本位于冈底斯带高Mg#值埃达克质岩区域内,较低的Rb/Sr值表明岩石基本无地壳的混染,巴林右旗火山岩与建设屯岩体和东梁侵入岩均富钠(Na2O/K2O值介于1.45~3.90之间),高于中国东部的埃达克质岩石(Na2O/K2O值介于0.37~1.27之间) [42],前者为准铝质,后者为弱过铝质(图 6-b),前者的Th整体较后者偏低,在SiO2-Th图解[43] (图 10)中,巴林右旗火山岩基本位于俯冲洋壳来源的埃达克岩区,建设屯及东梁侵入岩则位于拆沉下地壳来源的埃达克岩区。另外,巴林右旗火山岩、建设屯及东梁侵入岩除SS091804、W33YQ-1、W35YQ-1样品Na2O/K2O值(分别为1.85、1.62、1.45)稍低外,均大于2,属于典型的O型埃达克质岩[36],而O型埃达克质岩除产于板块俯冲带环境外,亦可由贫钾的拉斑玄武岩原岩在足够大的压力条件下产生[44-45]

图 9 巴林右旗地区火山岩SiO2-MgO (a)、SiO2-Mg#(b)、Rb/Sr-La/Ce (c)及Rb/Sr-Nb/U (d)图解[41] Fig.9 SiO2-MgO(a), SiO2-Mg#(b), Rb/Sr-La/Ce(c) and Rb/Sr-Nb/U(d) diagrams of the volcanic rocks in Bairin Right Banner area
图 10 巴林右旗地区火山岩SiO2- Th图解[42] Fig.10 SiO2- Th diagram of the volcanic rocks in Bairin Right Banner area

区域上,沿索伦山—西拉木伦河一线,早—中二叠世仍存在残留洋盆,沉积了大石寨组[46]和哲斯组[47]海相火山-沉积地层,晚二叠世晚期西拉木伦河南北两侧已出现了北部安加拉植物群和南部华夏植物群的混生[48]。最近,李红英等[49]在克什克腾旗北东林西组湖相、泻湖相沉积地层的碎屑锆石定年中,获得了最新的沉积下限年龄258Ma,同时获得了有代表性的华北板块基底的年龄信息,表明在林西组形成时,古亚洲洋南支已闭合。

巴林右旗埃达克质岩类似于洋壳部分熔融并与橄榄岩相互作用形成的熔体,256.7±2.7Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄,表明其在喷发时,古亚洲洋已经闭合,此时的研究区已不是大洋俯冲构造环境。因此,对巴林右旗晚二叠世及早三叠世建设屯(248.5Ma)和东梁(252Ma)埃达克质岩而言,尽管它们均具有O型埃达克岩的地球化学特征,但它们不可能是由年轻的、热的俯冲洋壳部分熔融形成的。据以上地球化学研究结果,虽然巴林右旗、建设屯和东梁埃达克质具有相似的稀土及微量元素配分型态,但它们具有不同的形成构造背景,建设屯及东梁侵入岩应是加厚下地壳拆沉、部分熔融作用形成的,代表了西伯利亚板块和华北板块碰撞造山初期阶段的产物,这与其他研究者获得的结论一致[4, 26],推测本次研究的巴林右旗埃达克质岩的原岩应是残存的古亚洲洋残留洋壳,沿先存的俯冲消减带继续俯冲并保留于地幔中,在同等压力条件下,低熔点的榴辉岩[50]相残余洋壳发生榴辉岩化变质,并部分熔融,形成具有埃达克岩地球化学特征的初始熔体,而后上升过程中受到地幔橄榄岩的混染,在熔体与地幔作用过程中,橄榄岩中的橄榄石被分解,从而提高了初始熔体中的Mg#[51]。据此,有理由认为,巴林右旗埃达克质火山岩是由地幔中古亚洲洋残余洋壳部分熔融并受到地幔橄榄岩混染而形成的,巴林右旗埃达克质火山岩的出现,暗示在256.7±2.7Ma时,研究区地幔中存在古亚洲洋残余洋壳,存在古亚洲洋向华北板块俯冲消亡事件。

5 结论

(1) 内蒙古巴林右旗地区火山岩锆石U-Pb年龄(LA-ICP-MS)为256.7Ma,表明其为晚二叠世火山喷发岩浆活动的产物,而非前人厘定的大石寨组、哲斯组和满克头鄂博组。

(2) 内蒙古巴林右旗地区火山岩具高Al2O3 (>15.25)、Na2O(>4.32,除一个为1.33)、低K2O (< 2.49)、低Y (< 15.40×10-6)和Yb (< 1.67×10-6)含量的O型埃达克岩地球化学特征。

(3) 内蒙古巴林右旗晚二叠世埃达克质火山岩是残留在地幔中的古亚洲洋残余洋壳部分熔融并受到地幔橄榄岩混染形成的,暗示晚二叠世存在古亚洲洋向华北板块俯冲消亡事件。

致谢: 审稿专家提出建设性修改意见,使笔者受益匪浅,论文成文过程中得到沈阳地质调查中心汪岩教授级高级工程师、钱程高级工程师的有益指导,同时参与本项目的项目组成员对图件的制作给予了大力帮助,在此一并表示衷心感谢。

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