地质通报  2019, Vol. 38 Issue (10): 1691-1710  
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刘平华, 邹雷, 田忠华, 冀磊, 施建荣. 内蒙古西部狼山地区晚古生代变质事件的厘定及其地质意义——来自乌拉山岩群LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的新证据[J]. 地质通报, 2019, 38(10): 1691-1710.
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Liu P H, Zou L, Tian Z H, Ji L, Shi J R. Determination of Late Paleozoic metamorphic event in the Langshan area, western Inner Mongolia: New evidence from LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Wulashan Group[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(10): 1691-1710.
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基金项目

国家自然科学基金项目《内蒙古西部东阿拉善-狼山前寒武纪变质杂岩多期变质事件》(批准号:41672191)和中国地质调查局项目《华北陆块中部与东部前寒武纪基础地质调查》(编号:DD20190003)、《华北克拉通及周缘关键地质问题调查与变质岩试点填图》(编号:DD20160121)

作者简介

刘平华(1981-), 男, 副研究员, 从事变质地质学与早前寒武纪地质研究方向。E-mail:lph1213@126.com

文章历史

收稿日期: 2019-05-20
修订日期: 2019-07-05
内蒙古西部狼山地区晚古生代变质事件的厘定及其地质意义——来自乌拉山岩群LA-ICP-MS锆石U-Pb定年的新证据
刘平华1,2 , 邹雷1,2 , 田忠华1,2 , 冀磊1,2 , 施建荣3     
1. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037;
2. 自然资源部深地动力学重点实验室, 北京 100037;
3. 中国地质调查局天津地质调查中心, 天津 300170
摘要: 乌拉山岩群是狼山地区最重要的前寒武纪变质基底之一,准确测定其原岩成岩与变质时代,对于进一步探讨狼山地区前寒武纪地质演化具有重要的意义。对狼山地区乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩及其伴生的花岗质浅色脉体进行了岩石学和锆石U-Pb年代学研究。碎屑锆石U-Pb定年和野外地质调查表明,狼山地区乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩碎屑锆石年龄介于2591~1800Ma之间,其中最小一组碎屑锆石年龄为1873Ma,结合其约270Ma的变质年龄,初步限定乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩的原岩沉积年龄为1873~270Ma。综合新的研究资料,认为狼山地区乌拉山岩群除存在新太古代-古元古代变质岩外,可能还存在中元古代-晚古生代变沉积岩。锆石阴极发光图像与U-Pb定年结果综合表明,角闪黑云斜长片麻岩中发育大量变质锆石,获得的206Pb/238U年龄加权平均值为269±4Ma,代表狼山地区乌拉山岩群遭受晚古生代末期角闪岩相变质作用的时代,可能与华北板块与西伯利亚板块晚古生代末期碰撞造山作用有关。此外,采用预剥蚀方法,在乌拉山岩群高硅花岗质浅色脉体高U锆石中,获得的206Pb/238U年龄加权平均值为264±3Ma,被解释为乌拉山岩群花岗质浅色脉体的形成时代,代表本区晚古生代造山作用由同碰撞挤压向碰撞后伸展转换的时限。
关键词: 狼山    乌拉山岩群    晚古生代变质事件    锆石U-Pb定年    
Determination of Late Paleozoic metamorphic event in the Langshan area, western Inner Mongolia: New evidence from LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Wulashan Group
LIU Pinghua1,2, ZOU Lei1,2, TIAN Zhonghua1,2, JI Lei1,2, SHI Jianrong3     
1. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China;
2. Key Laboratory of Deep-Earth Dynamics of Ministry of Natural Resources, Beijing 100037, China;
3. Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjin 300170, China
Abstract: Wulashan Group is one of the important parts of the Precambrian basement in the Langshan area, and accurate determination of the diagenetic and metamorphic timing of the Wulashan Group is of great scientific significance for further discussing the Precambrian geological evolution of the Langshan area. In this paper, the authors carried out a detailed study of the petrological observation and zircon U-Pb dating of hornblende biotite plagioclase gneisses and related granitic leucosomes from Wulashan Group. The result of detrital zircon U-Pb dating and geological investigation of the hornblende biotite plagioclase gneisses indicates that the age of detrital zircons of the gneisses of the Wulashan Group in Langshan area ranges from 2591Ma to 1800Ma, and the youngest group age of detrital zircons is circa 1873Ma. Combined with its metamorphic age of circa 270Ma, it is preliminarily considered that the sedimentary age of the gneisses ranges from 1873Ma to 270Ma. The above and latest studies indicate that, besides Neoarchaean-Paleoproterozoic metamorphic rocks, there are also Mesoproterozoic-Late Paleozoic metasedimentary rocks within the Wulashan Group. The result of cathodoluminescence image analysis and U-Pb dating of zircons indicates that a large number of metamorphic zircons exist in the hornblende biotite plagioclase gneisses. They record a 206Pb/238U weighted average age of 269±4Ma, which represents the timing of the late Paleozoic amphibolite-facies metamorphism of the Wulashan Group in the Langshan area, probably in response to the Late Paleozoic collisional orogenesis between the North China Plate and Siberian Plate. In addition, a reliable 206Pb/238U weighted average age of 264±3Ma of the high-U zircons from the high-silica granitic leucosomes was obtained by pre-ablation dating method. The age (264±3Ma) is interpreted as the diagenetic timing of high-silica granitic leucosomes in the Wulashan Group, which represents the timing of the transformation for the collisional extrusion to post-collisional extension during late Paleozoic orogenesis.
Key words: Langshan    Wulashan Group    Late Paleozoic metamorphic event    zircon U-Pb dating    

内蒙古狼山地区位于阴山山脉中段,呈北东东—东西走向,大地构造位置属于华北克拉通北缘阴山陆块与中亚造山带的交界地带,南部为河套平原,北部为戈壁沙漠[1-3]。该区不仅记录了新太古代地壳生长与再造、古元古代碰撞造山与中元古代被动大陆边缘裂解等重大构造热事件[4-8];而且记录了新元古代—晚古生代西伯利亚板块与华北板块的俯冲-增生-拼合-碰撞造山的漫长演化历史[9-12],包括古亚洲洋扩张、消亡及华北板块北缘西段增生、汇聚和造山等重要信息,是研究华北乃至东亚新太古代—晚古生代多期构造-热事件及其形成动力学背景的重要视窗。前人对狼山地区开展了大量研究,并取得了许多重要进展[7, 10-13],包括狼山岩群(渣尔泰岩群)新元古代约800Ma海相细碧岩-石英角斑岩的发现、早古生代460~440Ma岛弧型岩浆岩与早古生代末期约400Ma巴罗型中压变质作用的厘定,以及晚古生代岩浆岩时空演化序列与岩石组合的建立等。如最近有的学者通过对狼山地区晚古生代—早中生代岩浆岩岩石学、地球化学、锆石U-Pb年龄及Hf同位素数据的综合分析后[14],提出狼山地区早石炭世—晚二叠世岩浆活动时限在338~251Ma之间,其典型的岩石组合为石英闪长岩-花岗闪长岩-英云闪长岩;中—晚三叠世岩浆活动时限为245~228Ma,其典型的岩石组合为辉长闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩及二长花岗岩。值得指出的是,狼山地区中—晚三叠世岩浆岩组合,与阿拉善及华北北缘中段的双峰式火成岩组合不同[15-16]

乌拉山岩群作为狼山地区变质程度最高且分布较广泛的前寒武纪变质基底,主要分布于狼山东升庙—炭窑口一带。长期以来,乌拉山岩群被认为是狼山地区最古老的变质基底,并认为其原岩形成时代为新太古代,甚至中太古代[3, 17]。目前为止,有关本区乌拉山岩群的同位素年代学等方面的资料相对较少,其准确的原岩与变质时代的年代学框架并未建立,制约了对狼山地区前寒武纪变质基底形成、演化与构造归属等的深入研究。近年来,在国家自然科学基金项目和自然资源部中国地质调查局地质大调查项目的资助下,笔者在华北克拉通北缘西段阿拉善—狼山地区开展前寒武变质基底变质作用研究时,发现乌拉山岩群黑云角闪质片麻岩记录了晚古生代约270Ma的变质变形事件。因此,本文以狼山炭窑口西南侧出露的角闪黑云斜长片麻岩及其相关的花岗质浅色脉体为研究对象,通过详细的野外地质调查、岩石学与锆石U-Pb定年,限定其原岩和变质时代,为探究内蒙古西部狼山地区晚古生代究竟是形成于俯冲-碰撞造山过程还是陆内造山过程提供新的岩石学和同位素年代学证据。

1 区域地质背景

狼山地区位于华北克拉通西北缘,北部为中亚造山带,西以巴彦乌拉-狼山断裂带为界与阿拉善地块相连,东南段与华北克拉通孔兹岩带乌拉山变质地体相邻。狼山整体沿北东方向展布,研究区位于狼山地区的西南部(图 1),出露的岩石构造单元主要包括前寒武纪变质基底、古生代—中生代地层与古生代—早中生代岩浆岩。

图 1 内蒙古西部大地构造单元划分简图(a、b)[18]、狼山地区地质简图(c)[11]与地质剖面简图(d) Fig.1 Simplified tectonic map of western Inner Mongolia showing the tectonic framework of the study area (a, b), simplified geological (c) and sectional (d) maps of the Langshan area Q—第四纪坡积物;Pt2mn—中元古代玛尼图群;Zs—震旦纪渣尔泰群增隆昌组;Zz—震旦纪渣尔泰群书记沟组;Zag1—震旦纪渣尔泰群阿古鲁沟组;Ar2wl—中太古代乌拉山群;ρ—花岗伟晶岩脉;γδ 43(1)—海西晚期花岗岩/花岗闪长岩
1.1 前寒武纪变质基底

根据本区1:20万、1:5万区域地质调查和最新的研究进展,狼山地区出露的前寒武纪变质基底可根据其变质岩石组合、变质相、原岩形成时代与变质时代进一步划分为新太古代—古元古代变质基底与中—新元古代变质基底,主要包括前人划分的乌拉山岩群、宝音图岩群(马尼图岩群)和渣尔泰岩群(狼山岩群)[3]

(1)新太古代—古元古代变质基底

长期以来,前人将狼山地区乌拉山岩群作为本区太古宙变质基底,主要分布在狼山南坡一带,沿北东向可延伸至巴音杭盖(图 1-c),被认为是狼山地区变质程度最高的变质岩系,主要包括(含榴)黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩及混合岩化的各类片麻岩,局部夹大理岩与条带状石英岩薄层,其原岩为一套粘土质、长石石英砂质夹少量碳酸盐的沉积或基性火山岩,属浅海相碎屑岩及基性火山岩建造。目前,对于狼山地区乌拉山岩群的原岩形成时代不明确,仅少数学者报道了狼山东段(狼山口子—崩巴台庙—呼热敖包乌拉一带)原乌拉山岩群中黑云斜长片麻岩和条带状片麻岩中岩浆锆石2491~ 2686Ma的年龄结果,认为这些片麻岩的原岩形成时代为新太古代晚期,并依据全岩主量与微量元素组成,进一步推测其原岩为新太古代中-酸性侵入体(闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩)[7]。值得指出的是,狼山地区古生代花岗岩中新太古代捕获锆石的发现与古生代岩浆锆石Hf同位素组成表明,其深部存在新太古代变质基底[7, 14]

目前研究资料表明,狼山地区古元古代变质基底出露范围较少,主要分布于狼山中北段巴音前达门一带,如巴音前达门黑云斜长片麻岩岩浆锆石均记录了1969~1940Ma的年龄,被认为是黑云斜长片麻岩的原岩时代[7-8]。此外,1:5万区域地质调查表明,在狼山玻璃庙一带原乌拉山岩群中解体出1874~1877Ma(似斑状)花岗闪长质片麻岩,呈岩株状侵入乌拉山岩群黑云斜长片麻岩

(2)中—新元古代变质基底

相关研究表明,狼山地区中—新元古代变质基底主要包括宝音图岩群(马尼图岩群)、渣尔泰岩群及近年来识别出的中—新元古代变质侵入体,主体为绿片岩相变质,局部达到角闪岩相变质[3]

宝音图岩群主要分布在狼山西南部与北部一带,呈北东向可延展到图古日格地区(图 1-c)。该岩群主要包括(石榴)斜长角闪岩、(含蓝晶石、红柱石、十字石等)石榴云母(石英)片岩、石英(片)岩、大理岩等,其原岩为大陆边缘滨-浅海相沉积建造。在宝音图岩群形成时代问题上,目前存在不同的认识,20世纪60年代初,内蒙地质局地质研究所和207队将其划为上石炭统;1:20万区域地质调查将其置于新元古代并与渣尔泰山群并列;之后的内蒙古区域地质志和岩石地层将其置于古元古代[3, 19]。20世纪90年代初,有学者在乌拉特中旗图格日格地区宝音图岩群基性火山岩中获得Sm-Nd全岩等时线年龄为2485±128Ma,认为其形成于古元古代早期[20];在达茂旗附近的宝音图岩群变质基性火山岩中获得3个锆石U-Pb交点年龄为2496± 26Ma、2486±42Ma和2525±41Ma,将该岩群置于新太古代晚期—古元古代早期

近年来,有研究者获得乌拉特后旗宝音图一带石英岩的最小一组碎屑锆石年龄为1426Ma,限定其形成时代为中元古代中期[21]。最近,还有学者对宝音图岩群不同岩组的石英岩进行了较系统的碎屑锆石年代学研究[22],在宝音图岩群第一岩组、第二岩组与第三岩组中分别获得较可靠的最小谐和年龄为1284Ma、1319Ma与1395Ma,并认为它们代表宝音图岩群的沉积上限,而侵入宝音图岩群中的斜长角闪岩原岩形成时代约为896Ma[22],限定了该岩群的沉积下限。综合以上分析可知,狼山地区宝音图岩群第一至三岩组的沉积时代可以限定在1284~ 896Ma之间[22]。根据2017年的国际年代地层表,该沉积时限为中元古代晚期—新元古代早期,跨越了延展系上部、狭带系、拉伸系下部,对比燕辽地区中上元古界,位于国内学者所划分的待建系上部与青白口系下部[23]。从宝音图岩群形成时代与原岩沉积建造来讲,宝音图岩群大致可与狭义的阿拉善岩群、白云鄂博岩群上亚群、化德岩群上亚群对比。另外,有学者还在格尔敖包沟宝音图岩群的石榴斜长角闪岩和石榴子石云母片岩中分别获得399± 6Ma和402±6Ma的变质年龄,并通过变质作用的研究,获得顺时针型p-T轨迹及典型中压变质相系的峰期变质作用[11],代表宝音图岩群作为华北克拉通的一部分,曾卷入了与古亚洲洋早古生代晚期(约400Ma)消减-闭合有关的碰撞造山作用过程。

狼山地区的渣尔泰岩群也有学者称狼山岩群[17],是区内分布最广的一套中—新元古代浅变质地层(图 1-c),主要由绿片岩相变质的碎屑岩、碳酸盐岩和基性-中酸性火山岩组成[3, 19]。根据岩石组合及其出露特点,前人将渣尔泰岩群划分为4个岩组[17]:第一岩组为二云石英片岩、含角闪大理岩、变质砂岩、黑云石英片岩夹(薄层)斜长角闪岩和石英岩;第二岩组主要是结晶灰岩、含炭绢云母石英千枚岩夹变质火山岩;第三岩组为炭质板岩、含炭绢云母结晶灰岩夹含方解石石英岩和含墨的变质石英砂岩,该岩组是一个重要的含矿层位;第四岩组主要由阳起片岩、角闪质板岩、石英透闪大理岩、变质砂岩、云母石英片岩、石英片岩夹结晶灰岩和绢云母板岩组成。

有关本区渣尔泰岩群碎屑锆石与变质火山岩年代学研究表明,渣尔泰岩群第一岩组的碎屑锆石年龄介于2739~1736Ma之间,以古元古代—新太古代碎屑锆石为主,其中最小一组碎屑锆石年龄为1818~1736Ma;而第二至四岩组的碎屑锆石主要介于2986~1106Ma之间,并以出现中元古代碎屑锆石高频区为特征,其最小一组碎屑锆石为1187~ 1106Ma,结合第二至第四岩组中有的层位发育817~ 804Ma的变质石英角斑岩[10],狼山地区渣尔泰岩群(狼山岩群)可能包括中元古代早期与中元古代晚期—新元古代早期2套火山-碎屑沉积建造。

近年来,在原狼山宝音图岩群与渣尔泰岩群中解体出了许多中—新元古代变质侵入体,主要包括花岗质片麻岩和斜长角闪岩。如狼山北段巴音杭盖地区1710~1644Ma片麻状钠长-二长花岗岩[21, 24],2类片麻状花岗岩均具有稀土元素总量较高、轻稀土元素富集而重稀土元素亏损的特征,具有明显的负Eu异常,构造判别图解均指示为陆内非造山型花岗岩,2类花岗岩锆石εHft)均为正值(+1.5~+8.0),两阶段Hf模式年龄tDM2为2310~1730Ma。此外,侵入宝音图岩群中的斜长角闪岩原岩形成时代为896±7 Ma,斜长角闪岩地球化学特征反映其形成于大陆边缘伸展构造环境,可能为Rodinia超大陆裂解在本区的响应[22]。类似地,还有学者在狼山东北侧的银-额古生代—中生代叠合盆地查干凹陷带变质基底发现了1080Ma斜长角闪岩[25]

1.2 古生代地层

图 1-c所示,除中—新生代陆相沉积岩系外[3, 26],在狼山北部中蒙边界附近还出露一定规模的古生代海相火山-沉积地层,包括奥陶纪乌宾敖包组、石炭纪阿木山组、石炭纪—二叠纪宝力高庙组及二叠纪大石寨组。有关狼山西北缘乌兰敖包阿木山组的碎屑锆石年代学与古生物化石鉴定结果表明[27],本区阿木山组第一、二段砂岩碎屑锆石年龄可分为约2500Ma、1800~1200Ma、约826Ma、461~ 440Ma和313~273Ma五个峰值年龄,其中最小年龄为273Ma,结合植物化石鉴定结果及上覆火山岩地层时代,确定乌兰敖包地区阿木山组沉积时代为273~265Ma。此外,对乌兰敖包地区大石寨组玄武岩、玄武安山岩和安山岩的地球化学与同位素年代学研究结果表明,这些中基性火山岩具有俯冲带弧岩浆岩的特征,火山岩中岩浆锆石U-Pb测年结果为285±2Ma和265±2Ma,表明其形成于早—中二叠世[27]

1.3 古生代—中生代岩浆岩

大量研究表明,与华北北缘中-东段类似,在古生代—早中生代狼山地区岩浆活动强烈,岩浆活动可从早志留世延续到三叠纪,岩体空间分布占基岩总面积的40%以上(图 1-c),主要以花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等中-酸性侵入体为主,可进一步划分为5个阶段。①志留纪:集中分布于狼山北部乌布拉格、图古日格、善达庙、巴音杭盖等地区,主要包括石英闪长岩、闪长岩和S型花岗岩,岩形成时代为453~418Ma[12, 18, 28-29]。多数研究者认为,该区岩浆活动形成于早古生代温都尔庙洋沿温都尔庙—乌德—索伦山一线向南俯冲背景下,为经历了俯冲洋板片析出流体交代作用的新生下地壳部分熔融的产物[12, 28]。②早石炭世:分布于潮格温都尔、滴水沟等地区,主要由闪长岩与花岗闪长岩所组成,原岩形成时代为331~304Ma[12, 30-31],锆石Hf同位素及元素地球化学特征指示其来源于受地壳混染的亏损地幔,形成于大陆边缘弧环境[30-31]。③晚石炭世—早二叠纪世:区内分布广泛,原岩时代集中在294~ 272Ma之间[32-35],该期岩浆作用主要由辉长闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩与二长花岗岩组成,岩石地球化学与锆石Hf同位素组成显示它们来源于富集型岩石圈地幔和古陆壳[12, 32-34],形成于火山弧环境[32-35]。④晚二叠世:主要分布于霍各乞、潮格温都尔与东升庙地区,岩性主要为二长花岗岩与花岗闪长岩,成岩时代为260~254Ma,其ε Nd(t)值表明它们主要来源于古老大陆地壳的部分熔融,但有少量年轻地幔物质的加入[12, 36],可能形成于后碰撞的构造背景[36]。⑤三叠纪:主要分布于狼山中段乌和尔图、浩日格山、棍呼都格、巴嘎纳达巴等地区[7, 37],主体为二长花岗岩(前人所称“狼山花岗岩”),原岩时代为245~230Ma,形成于三叠纪早—中期,具有高钾钙碱性和过铝质特征,锆石Hf同位素分析结果显示其εHft)值总体为负值(-6.9~-22.5),与华北北缘三叠纪花岗岩εHft)值基本一致,表明源区主要为华北古老地壳,形成于后碰撞构造环境,可能与古亚洲洋的最终闭合关系密切。

1.4 构造变形特征

详细的构造解析与年代学研究表明,除晚中生代—新生代板内变形外[38],早古生代—早中生代狼山地区经历了4期构造变形作用。第一期构造变形主要发生在早古生代晚期,主要为与宝音图岩群和狼山岩群绿片岩相-角闪岩相近峰期变质同期的构造变形,形成了本区一系列中、小规模的平卧褶皱与透入性面理,同构造的特征变质矿物主要包括石榴子石、十字石、蓝晶石、白云母等,平卧褶皱主要发育在呼勒斯台乌拉地区的大理岩和石英岩中,褶皱枢纽向北东向倾伏,轴面缓倾;该期构造变形时代主要由宝音图岩群同变形的约400Ma变质年龄[11]及其狼山群中云母片岩中357±3Ma和379±5Ma白云母40Ar/39Ar坪年龄共同约束[39]。第二期为近南北向挤压,发育有一系列枢纽北西—北东东向的同斜倒转褶皱和逆冲叠瓦构造,根据已褶皱变形的顺层侵入中-基性岩脉的年龄,限定该期变形发生在早石炭世之后[7],以及本文所测的同构造的花岗质浅色脉体约264Ma,这期构造变形的时代为330~ 264Ma。第三期变形为近东西向的走滑剪切作用,形成宽度近500m的花岗质糜棱岩带,变形时代为晚古生代末—三叠纪,是中亚造山带碰撞闭合进入陆内调整的结果[40]。第四期变形主要为北东向的韧性走滑剪切及由此伴生的一系列南北走向的脆性左行走滑,形成一系列北东向的糜棱岩带及岩体的片理化,该期变形影响最广泛,可从狼山地区向西南延伸至阿拉善地块的巴彦乌拉山地区,最终形成狼山地区北东向的构造格局[40]

2 分析方法

锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成,锆石分析过程详见参考文献[41]。锆石靶制备完成后,先对锆石颗粒进行透射光和反射光显微照片的拍摄,以便了解锆石颗粒矿物包体和表面裂纹发育的情况。而后将锆石靶镀金,进行阴极发光(CL)图像照相,观察锆石内部结构。锆石CL图像拍摄在南京宏创地质勘查技术服务有限公司利用TESCAN场发射扫描电镜(型号:MIRA 3LMH)完成,实验过程中加速电压为7kV,吸收电流为1.2nA,每80s扫描一次。

锆石U-Pb同位素定年在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS分析完成,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6.0J/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NISTSRM 610为外标、Si为内标,标定锆石中的Pb含量,以Zr为内标,标定锆石中其余微量元素含量[42]。原始的测试数据经过ICPMSDataCal软件离线处理完成[42]。锆石样品的U-Pb年龄谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3完成。此外,本文所有矿物缩写根据国际通用的代号[43]

3 野外关系与岩石学特征

本文研究的样品来自狼山西南磴口县巴音乌拉村西北约7km处(图 1),该露头出露约100 m,主要由角闪黑云斜长片麻岩与花岗质浅色脉体组成。剖面出露主体为片麻理近直立的角闪黑云斜长片麻岩,花岗质浅色脉体侵入其中(图版Ⅰ-ac)。依据花岗质浅色脉体产状不同,可进一步划分出原地型与半原地型,原地型花岗质浅色脉体通常沿角闪黑云斜长片麻岩片麻理方向顺层分布,与角闪黑云斜长片麻岩之间为渐变过渡关系,其宽度为0.1~0.5m;半原地型花岗质浅色脉体通常斜切角闪黑云斜长片麻岩的片麻理,与角闪黑云斜长片麻岩之间为截然侵入接触,宽度为1.0~3.0m,脉体本身发生了强烈的褶皱变形,局部可见半原地型花岗质浅色脉体呈透镜状分布于角闪黑云斜长片麻岩中,透镜体的长轴方向与片麻理一致(图版Ⅰ-d、f)。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a~c.角闪黑云斜长片麻岩中花岗质浅色脉体经历了强烈的褶皱变形;d.角闪黑云斜长片麻岩发育陡立面理;e~g.花岗质浅色脉体侵入角闪黑云斜长片麻岩中;h.角闪黑云斜长片麻岩中沿片麻理分布的花岗质浅色细脉

样品15AZ20-1岩性为角闪黑云斜长片麻岩,岩石新鲜面为灰黑色,片麻状构造,中-细粒粒状变晶结构,其主要组成矿物为斜长石、石英、角闪石和黑云母,副矿物为磷灰石、锆石、磁铁矿与榍石。角闪石常呈中粒不规则柱状,沿片麻理方向断续分布于岩石中,有的角闪石晶体内部发育许多细粒浑圆状石英,构成筛状变晶结构(图 2-a、b);黑云母呈细粒鳞片状变晶结构,其粒度为0.2~1.0mm,在单偏光下可见深棕色-棕色多色性,长轴呈定向排列(图 2);斜长石呈板状或短柱状晶形,其粒度为0.3~ 1.5mm,部分颗粒在正交偏光下可见较好的聚片双晶(图 2-c、d),多数斜长石发生绢云母化。

图 2 狼山地区乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩代表性显微结构照片 Fig.2 Representative photomicrographs of hornblende biotite plagioclase gneisses of the Wulashan Group in the Langshan area. a、b—角闪黑云斜长片麻岩镁铁质矿物主要由黑云母与角闪石组成;c、d—角闪黑云斜长片麻岩长英质矿物主要由斜长石与石英组成。Amph—角闪石;Bt—黑云母;Pl—斜长石;Qz—石英

样品15AZ20-2为钾长花岗岩脉,其新鲜面为灰白色,块状-弱片麻状构造,主要矿物为钾长石与石英,少量绿泥石,副矿物为锆石、磷灰石等(图 3-c、d)。钾长石主要为微斜长石,可见格子双晶(图 3-a、b),其粒度为1.0~2.0mm;石英呈他形粒状,有的颗粒边界呈港湾状,具有缝合线结构或锯齿状结构,表现出动态重结晶特征,有的石英颗粒被拉长定向(图 3-a、b)。

图 3 狼山地区乌拉山岩群花岗质浅色脉体代表性显微结构照片 Fig.3 Representative photomicrographs of hornblende biotite plagioclase gneisses of the Wulashan Group in the Langshan area a、b—花岗质浅色脉体主要由粗粒钾长石与细粒强变形的石英组成;c、d—花岗质浅色脉体强变形域主要由细粒石英、钾长石与绿泥石组成。Kfs—钾长石;Qz—石英;Chl—绿泥石
4 锆石U-Pb定年结果 4.1 锆石CL图像特征

(1)样品15AZ20-1

角闪黑云斜长片麻岩的锆石呈浅黄色,大部分颗粒具有半自形柱状与不规则浑圆状的晶体形态,其长轴多为100~150µm,长宽比值介于1:1~3:1之间(图 4)。在CL图像中,绝大部分锆石具有明显的核-边结构,核部大多发育岩浆振荡环带(图 4-a- 1、a-4),但不同程度地遭受了变质重结晶作用的改造,在CL图像上表现为继承性碎屑锆石核部振荡环带模糊化;而边部常为灰色-灰白色的变质增生边,部分锆石不发育核-边结构,具有均匀的阴极发光效应,在CL图像上为深黑色-灰色(图 4-b-1、b- 2),具有变质-深熔锆石的特征;少数呈灰色-灰白色,显示不均匀的流体交代的特征(图 4-b-3)。

图 4 狼山地区乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩锆石阴极发光图像与U-Pb年龄 Fig.4 Cathodoluminescence images and 206Pb/238U ages of zircons from hornblende biotite plagioclase gneisses of the Wulashan Group in the Langshan area

a-1为样品第46粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰黑色的变质边部,以及207Pb/206Pb年龄;a-2为样品第57粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰色的变质边部,以及207Pb/206Pb年龄;a-3为样品第67粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰色的变质边部,以及207Pb/206Pb年龄;a-4为样品第71粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰白色的继承性碎屑核部与灰色的变质边部,以及U-Pb年龄;b-1为样品第43粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰色的变质边部,以及206Pb/238U年龄;b-2为样品第44粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰色的变质边部,以及206Pb/238U年龄;b-3为样品第21粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰色-灰白色的变质边部,以及206Pb/238U年龄;b-4为样品第50粒锆石晶体的阴极发光图像,具有灰黑色的继承性碎屑核部与灰色的变质边部,以及206Pb/238U年龄。

(2)样品15AZ20-2

钾长花岗岩锆石多数为浅黄色,长柱状晶形,边界平直,其长轴长度集中变化于100~200µm之间,长宽比值为1:1~2:1(图 5-a)。在CL图像上,绝大多数锆石具有弱的发光效应(灰黑色-黑色),其内部结构比较模糊,少数灰黑色者可见模糊的岩浆振荡环带,具有典型高U锆石的特征(图 6-a[44]

图 5 乌拉山岩群中花岗质浅色脉体锆石阴极发光(CL)图像(a)与锆石206Pb/238U-207Pb/235U图解(b) Fig.5 CL images (a) and 206Pb/238U-207Pb/235U diagrams (b) for zircons from granitic leucosomes in the Wulashan Group
图 6 乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩碎屑锆石206Pb/238U-207Pb/235U图(a、b)、年龄直方图(c)及变质锆石206Pb/238U-207Pb/235U图(d) Fig.6 206Pb/238U-207Pb/235U diagrams (a, b) and histogram (c) for detrital zircons and 206Pb/238U-207Pb/235U diagram (d) for metamorphic zircons from granitic leucosomes in the Wulashan Group
4.2 锆石U-Pb定年结果

锆石CL图像特征表明,样品15AZ20-1中不同成因类型的锆石记录了2组重要的年龄信息,样品15AZ20-2中的锆石记录了一组年龄信息。本次共对2个样品53个锆石微区进行了U-Pb测年,具体分析结果见表 1表 2

表 1 狼山地区乌拉山岩群黑云角闪斜长片麻岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb定年结果 Table 1 LA-ICP-MS zircons U-Th-Pb analyses from biotite amphibole plagioclase gneiss of the Wulashan Group in the Langshan area
表 2 狼山地区乌拉山岩群花岗质浅色脉体LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb定年结果 Table 2 LA-ICP-MS zircons U-Th-Pb analyses from granitic leucosome of the Wulashan Group in the Langshan area

(1)样品15AZ20-1

角闪黑云斜长片麻岩样品15AZ20-1中38个点的LA-ICP-MS U-Pb分析结果如图 6表 1所示。结果显示,27个碎屑锆石尽管受到晚古生代末约270Ma变质热事件的改造,部分碎屑锆石发生强烈的铅丢失,位于谐和线下方,但仍可进一步划分为2组。第一组为新太古代晚期2600~2500Ma的碎屑锆石,如第71测点,其207Pb/206Pb年龄为2591± 28Ma;第二组碎屑锆石为古元古代晚期,变化于1944±24~1800±19Ma之间,其年龄加权平均值为1873±14Ma(MSWD=9.2,n=8),与1908±68Ma不一致线上交点年龄在误差范围内一致(图 6)。

11个变质锆石微区的Th与U含量变化较大,Th、U含量分别为1.39×10-6~264.05×10-6与75.94× 10- 6~3801.18 × 10-6,相应的Th/U值为0.01~ 0.12,206Pb/238U年龄为276 ± 2~263 ± 1Ma,相应的206Pb/238U年龄加权平均值为269±4Ma(MSWD= 9.5,n=11),所有分析点均位于谐和线上或其附近(图 6-d)。因此,269±4Ma被解释为角闪黑云斜长片麻岩的变质时代。此外,如图 6所示,269±4Ma的变质年龄,与1950~1800Ma碎屑锆石下交点年龄271Ma在误差范围内一致,进一步说明狼山地区乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩变质时代约为270Ma。

(2)样品15AZ20-2

本次共对钾长花岗岩脉样品15AZ20-2分析了15个锆石微区测点,分析结果如图 5表 2所示。钾长花岗岩脉中锆石Th含量为64.67 × 10-6 ~ 374.56 × 10-6,U含量普遍偏高,为4403.67 × 10-6~ 12917.98 × 10-6,Th/U值变化于0.01~0.04之间,206Pb/238U表面年龄集中变化于273±2~257±2Ma之间,在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图(图 5-b)上,所有分析点均位于谐和线上或其附近,且呈团簇成群分布,相应地206Pb/238U年龄加权平均值为264±3Ma(MSWD=6.7,n=15),该年龄被解释为钾长花岗岩脉(样品15AZ20-2)的侵位时代。

5 讨论 5.1 乌拉山岩群原岩形成时代与变质时代

乌拉山岩群沿狼山断裂带呈北东向断续带状分布,其原岩形成与变质时代的准确限定,对重建本区新太古代—古生代地质演化具有重要的意义。前人对狼山地区乌拉山岩群年代学做了开拓性的工作。1958年原地质部五原-狼山地质队将其定为太古宇五台群[3];1977年内蒙古冶金511队朱盛泉等认为,狼山地区变质基底一部分为太古宙,一部分属于元古宙狼山群下部[3];20世纪80年代,内蒙古区调队在三道桥幅、临河幅1:20万地质图中,将狼山主峰变质杂岩解体为三部分,其中,炭窑口以西至各尔敖包沟一带定为新太古代乌拉山群,将东升庙—乌盖—带的变质杂岩归为渣尔泰群或新元古代侵入体[3];1981年侯明等将东升庙—乌盖一带的变质杂岩定为乌盖群,时代属于太古宙[3];20世纪90年代初,有学者对狼山地区乌拉山岩群开展了Sm-Nd同位素年代学研究,获得狼山地区东升庙沟、达拉盖沟及格尔敖包沟的黑云斜长片麻岩SmNd等时线年龄为2735Ma,据此认为狼山地区乌拉山岩群原岩形成于新太古代早期[45]

2000年以来,随着区域地质调查与研究的广泛开展,狼山地区乌拉山岩群被进一步解体。在原乌拉山岩群中识别出大量新太古代—古元古代变质深成侵入体,如Wang等[7]在狼山东段原乌拉山岩群中报道大量2686~2491Ma黑云角闪质片麻岩,并认为其原岩为闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩。解体后的乌拉山岩群主要为层状特征明显的含石墨石榴子石黑云斜长片麻岩、变粒岩,局部夹斜长角闪岩、大理岩和磁铁(石榴)石英岩。内蒙古1:5万那仁宝力格幅、瑙云乌苏幅、希宁乌苏庙幅、玻璃庙幅区域地质调查依据乌拉山岩群中含石墨石榴黑云斜长片麻岩中6个碎屑锆石的上交点年龄为2497Ma,并结合1877~1874Ma花岗闪长质片麻岩侵入乌拉山岩群变沉积岩,以及乌拉山岩群变质程度明显高于色尔腾山岩群等特征,将狼山地区乌拉山岩群置于新太古代

本文研究表明,样品15AZ20-1的岩浆结晶核部或有未变质边的岩浆成因的碎屑锆石均给出2组碎屑锆石年龄,分别为约2591Ma与1944~1800Ma。其中,1944~1800Ma可以大致代表乌拉山岩群在古元古代形成时的最大沉积时代。结合前人研究及本次从乌拉山岩群中获得的约270Ma的变质年龄,笔者初步认为,狼山地区不同地段的乌拉山岩群,其组成与原岩形成时代可能不同,狼山地区乌拉山岩群可能既包括新太古代—古元古代变质表壳岩,也包括古元古代—晚古生代变质地层,其准确的原岩形成时代还有待进一步研究。

到目前为止,前人对于狼山地区乌拉山岩群变质时代开展的研究不多。早期依据本区变质岩的变质作用及区内的构造变形、岩浆活动等,提出狼山地区经历了新太古代晚期与新元古代2期变质作用。其中,乌拉山岩群变质时代为新太古代,岩石类型以片麻岩及混合岩为主,出现了角闪岩相矿物组合[3],但这种推论缺乏高精度的年代学证据支持。

本次对乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩的锆石CL图像分析发现:一些颗粒具有无环带的边,有的颗粒无核-边结构,这些锆石具有较低的Th/U值(0.01~0.14),显示了变质锆石特征,对上述11个变质锆石微区进行的定年给出了约269Ma的206Pb/238U年龄,该年龄应代表本区乌拉山岩群晚古生代末期的变质时代。在区域上,晚古生代330~250Ma的变质变形事件在阿拉善地块东部波罗斯坦庙杂岩、华北北缘中东段尚义杂岩与红旗营子杂岩也有明确的变质年龄纪录[41, 46-48]

5.2 花岗质浅色脉体中高U锆石成因与年龄解释

大量研究表明,绝大部分锆石U含量范围在100×10-6~1000×10-6之间,高U含量的锆石并不常见,但涉及到某些特定的岩石类型时就较常见,如青藏高原的淡色花岗岩、华南含钨锡矿高硅花岗岩及造山带中-高级变质岩区深熔花岗质浅色脉体[49]。目前这种特征的锆石很难用来开展U-Pb定年工作,因为这种锆石在形成时,高含量的U、Th元素发生放射性衰变,当这种放射性损伤超过临界点时,将破坏锆石颗粒的内部结构,且随着时间积累,破坏会加剧[50],形成裂隙,裂隙的存在使放射性成因铅的活动(Pb丢失或得到)增强,导致U-Pb表面年龄随着U含量的升高而变低[49]

已有研究提出了2种方法解决这类富U或高U锆石的定年问题,一是长期使用的“空蚀法”,即通过物理磨蚀去掉锆石颗粒的外层,再测定剩余的中间部分以获得更谐和的年龄[51];二是采用其他不会造成严重放射性损伤而发生显著Pb丢失的矿物(如斜锆石、独居石、磷钇矿、榍石等)[49]。受第一种方法启示,为有效避免无法利用反射光、透射光图像和CL图像识别锆石颗粒中隐伏裂隙和放射性损伤部位的缺陷,本文在实验过程中,首先,ICP-MS开机点火后,勤做检测器P-A校正,再用大的激光束(100μm)对样品15AZ20-2中选定的锆石颗粒剥蚀2~3个脉冲(即预剥蚀),结果获得了可靠的LAICP-MS锆石U-Pb谐和年龄(264±3Ma)(图 6)。这一年龄不仅与野外地质观察吻合,即高硅花岗质浅色脉体斜切乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩主期片麻理(图 2),在区域上也与东阿拉善地块广泛分布的花岗伟晶岩的年龄在误差范围内一致[41]。上述年龄数据与野外观察表明,狼山地区乌拉山岩群中花岗质浅色脉体形成于约264Ma,可能代表本区晚古生代造山作用由同碰撞挤压向碰撞后伸展转换的时限。

5.3 对兴蒙造山带晚古生代构造演化的启示

兴蒙造山带记录了古亚洲洋东部古生代—早中生代俯冲-增生-碰撞造山演化历史,但古亚洲洋在本区闭合的时代与位置目前仍存在激烈的争论,主要存在2种不同的观点。其中,一些学者认为在内蒙古中部地区古亚洲洋闭合于晚泥盆世—早石炭世,主要依据包括地质-地球化学证据:①晚志留世—早泥盆世西别河组,为一套发育于内蒙古中部的滨浅海相磨拉石沉积,代表早古生代造山带的前陆盆地沉积,与下伏杂岩(早古生代蛇绿俯冲杂岩-岛弧火山岩系-弧后盆地沉积岩-岩浆弧侵入杂岩)之间广泛的角度不整合关系[3, 52],揭示了下伏俯冲增生杂岩之间的区域构造关联性,标志着兴蒙造山带加里东期陆壳增生造山过程结束于晚志留世晚期。②内蒙古中西部地区在早古生代晚期先后经历了俯冲-碰撞造山有关的变质作用,第一期为志留纪的高压低温型(430~410Ma),其峰期温压条件指示较低的表观地温梯度,为10~15℃/km,以温都而庙群蛇绿混杂带为代表,发育典型的低温高压型蓝片岩相变质岩,记录了洋壳双向俯冲过程[53];第二期为早—中泥盆世中压型变质作用(约400Ma),以宝音图岩群为代表,发育典型的巴罗型变质带,经历了以升温升压为特征的前进变质、峰期变质、峰后近等温降压,以及随后降温降压的顺时针型p-T演化,指示与地壳加厚有关的碰撞造山过程[11]。③沿兴蒙造山带南、北2条缝合带(艾力格庙-锡林浩特-黑河缝合带与图古日格-温都尔庙-吉中-延吉缝合带)及其以南的华北板块北缘发育早古生代岛弧火山岩和深成岩带,从西向东包括图古日格地区包尔汉图群及侵入岩(453~425Ma)[18, 28-29, 54]、达茂旗北部(452~446Ma)[55]、温都尔庙地区白乃庙群及侵入岩(474~437Ma)[56-57]、正镶白旗二长花岗岩(457± 11Ma)[58]、张家屯英云闪长岩(443±5Ma)[59]。上述深成岩具有辉长岩-辉长闪长岩-闪长岩-石英闪长岩-英云闪长岩-二长花岗岩的岩石组合,而火山岩具有玄武岩-安山岩-英安岩-流纹岩的岩石组合。该岩浆岩带主要形成于498~383Ma之间,其中498~461Ma为洋-陆俯冲阶段,440~434Ma为洋-陆俯冲开始向弧-陆碰撞转变,430~382Ma为陆块增生碰撞阶段,高钾花岗岩的侵位与早泥盆世磨拉石的形成标志着兴蒙早古生代俯冲-碰撞造山作用的结束。

然而,现在很多研究结果并不完全支持上述观点。很多学者在认同兴蒙造山带与华北北缘存在早古生代陆壳增生造山作用的同时,强调其可能是局部弧-陆碰撞的结果,并从兴蒙造山带及整个中亚造山带的角度考虑,提出古亚洲洋在兴蒙造山带-华北板块北缘最终闭合于晚古生代二叠纪末期的认识[60-61],主要证据包括以下几点。

(1)一些学者根据内蒙古中东部林西地区二叠纪火山岩及相关的侵入体的研究,提出它们具有双峰式岩浆岩的特点,即同时出现了以酸性和基性端元为主的深成岩,花岗岩以二长花岗岩和正长花岗岩为主,基性岩以辉长岩为主,显然与以英云闪长岩和花岗岩闪长岩为主的安第斯型造山带深成岩不同,该学者据此提出兴蒙造山带在二叠纪进入陆内裂谷伸展阶段[16]。但最近有学者通过对华北陆块北缘晚古生代—早中生代岩浆岩锆石U-Pb结果的分析[62],提出本区晚古生代早石炭世晚期—中二叠世岩浆活动时限在330~265Ma之间,岩石组合主要为闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-花岗岩,其次为辉长岩及英云闪长岩。二叠纪末—三叠纪岩浆活动(250~200Ma)的岩石组合主要为钾长花岗岩-二长花岗岩-碱性杂岩,其次为基性-超基性岩及少量中-酸性火山岩。原作者还指出,早石炭世晚期—中二叠世岩浆活动的形成与古亚洲洋向华北地块的俯冲作用有关;而二叠纪末—三叠纪岩浆活动的形成与华北地块与西伯利亚南缘蒙古增生造山带拼合后的伸展及岩石圈拆沉作用有关。最近,还有研究者通过内蒙古西部狼山地区晚古生代岩浆岩岩石学、地球化学、锆石U-Pb年龄及Hf同位素数据的综合分析,发现狼山地区晚古生代发育辉长岩-辉长闪长岩-闪长岩-石英闪长岩-花岗闪长岩-英云闪长岩的岩石组合[14],与前人提出的内蒙古中部地区晚古生代发育双峰式火成岩的认识不同[15-16],它们更可能形成于活动大陆边缘弧的构造背景。此外,内蒙古中部出露的部分晚古生代火山岩和岩体显示钙碱性I型系列,也被认为是晚古生代古亚洲洋持续俯冲的岛弧岩浆产物[63-66],如西拉木伦河以南地区二叠纪火山岩具有典型的钙碱性弧火山岩的亲缘性[67-68]。最近的研究还表明,在华北板块北缘陆续发现大量晚古生代260~250Ma含石榴子石的S型花岗岩,如乌拉特中旗乌兰256Ma含榴花岗岩[69]与辽北清源放牛沟261Ma含榴白云母花岗岩[70]。从全球含石榴子石的S型花岗岩产出的构造背景看,多数含石榴子石的S型花岗岩被认为是在同碰撞或后碰撞环境下地壳加厚达到最高值后地壳物质重熔作用形成的,标志着造山带后碰撞伸展阶段的开始,进一步证明了西伯利亚板块与华北板块最终拼合应发生在290~260Ma左右[69]

(2)沿内蒙古中西部二连浩特-贺根山-索伦-恩格尔乌苏缝合带发育晚古生代蛇绿混杂岩,尽管有学者认为上述基性-超基性杂岩可能形成于新生的有限海盆[71],或不属于构造混杂岩而是同裂谷滑塌沉积的产物[72]。但也有学者认为,兴蒙造山带仍存在与俯冲有关的晚古生代蛇绿混杂岩,代表了晚古生代的俯冲-增生过程[61, 73-78]。如索伦蛇绿混杂岩带发育完整的晚古生代沟-弧-盆体系,具有与俯冲有关的蛇绿混杂岩的基本特征[73],其主要由超镁铁质岩、辉长岩、辉绿岩、枕状玄武岩和放射虫硅质岩组成,蛇绿混杂岩带中堆积辉长岩锆石U-Pb年龄为279~273Ma。甚至有学者提出索伦蛇绿混杂岩先后经历了299~290Ma俯冲前的伸展阶段、294~ 280Ma俯冲阶段281~273Ma碰撞造山阶段及255~ 248Ma造山后伸展阶段[73]。其中,基性岩类具有I型富集地幔的Sr-Nd同位素特征和壳源物质混染的微量元素特征,表明该蛇绿混杂岩的形成可能与弧后伸展构造背景下岩石圈地幔的部分熔融有关[73-74]。最近,还有研究者在该蛇绿混杂岩带的硅质岩中鉴定出早二叠世放射虫,进一步证实了古亚洲洋在早二叠世仍存在,古亚洲洋通过俯冲消减最终闭合应在早二叠世之后[79]。此外,在古生物地理区系演化方面,尽管有学者根据植物群交叉分布,提出它们的分界是由于内蒙古陆及其延伸隆起阻隔而非受到大洋阻隔,但大部分学者认为,华北板块与西伯利亚板块之间缝合带位置为安加拉植物群和华夏植物群的古植物地理区系的分界线,直到二叠纪晚期才消失,继之出现混生现象[60]

(3)前人对兴蒙造山带与华北北缘古生代变质岩石学进行了开拓性研究[80-83]。如前人曾对温都尔庙群的蛇绿混杂岩、蓝片岩的岩石学、矿物学,以及大地构造演化等方面进行了研究,在本区发现了多种高压低温矿物,如迪尔石、蓝闪石、硬柱石、红帘石与黑硬绿泥石[83]。近年来,在上述研究的基础上,有研究者不仅在本区识别出早古生代俯冲型和碰撞型的变质作用;而且在内蒙古中部地区确定了晚古生代—早中生代低压高温型与低压低温型2期变质作用。其中,第一期(345~309Ma)为石炭纪晚期低压高温型,以锡林郭勒杂岩为代表,发育广泛的混合岩化和基性岩脉的侵入,经历早期升温伴随微弱减压,直至温度峰期后近等压冷却的顺时针p-T演化,指示造山后的陆内伸展过程;第二期为早三叠世(约240Ma)的中-低压低温型,以早三叠世区域低级变质岩系为代表,经历中-低压相系的顺时针p-T演化,指示与有限海盆闭合有关的陆内造山过程[84]

然而本文及最近的研究表明[41],在晚古生代,位于兴蒙造山带南侧的阿拉善北部-华北北缘存在典型的中压型变质作用,其峰期变质时代为约270Ma,以阿拉善东部地区阿拉善岩群波罗斯坦庙岩组与狼山地区乌拉山岩群为代表。其中,含榴黑云角闪质片麻岩典型的矿物组合为石榴子石+黑云母+角闪石+斜长石+钛铁矿+石英+熔体;而石榴斜长角闪岩的典型矿物组合为石榴子石+角闪石+斜长石+钛铁矿+榍石+石英+熔体。尤其值得指出的是,石榴斜长角闪岩发育典型的减压反应结构——“白眼圈”结构,而含榴角闪黑云斜长片麻岩中石榴子石发育典型的进变质生长环带。阿拉善—狼山地区约270Ma碰撞型变质作用的发现与华北北缘晚古生代末期约260Ma花岗岩的确定[69-70, 85-87],共同揭示出华北与西伯利亚2个古板块沿查干础鲁—索伦山—西拉木伦—河北—长春—延吉一带的碰撞,可能形成了晚古生代末期横亘在华北板块北缘,从内蒙古西部阿拉善向东通过内蒙古中-南部、河北省北部、辽宁省西部到吉林省中部,延长近2500km、宽度约500km的宽广而高耸的山脉,而华北陆块北部当时可能由二叠纪弧后盆地转化为该山脉的前陆盆地[60, 88]。因此,综合以上分析可知,阿拉善至华北北缘的确存在晚古生代末期中压碰撞型变质作用,指示华北与西伯利亚2个古板块在晚古生代曾发生了碰撞造山与碰撞后伸展的构造演化过程,有关该期中压碰撞型变质作用及其相关岩浆作用深入研究目前正在进行中。

6 结论

(1)碎屑锆石U-Pb定年和野外地质调查表明,狼山地区乌拉山岩群碎屑锆石年龄介于2591~ 1800Ma之间,其中最小一组碎屑锆石年龄为1873Ma,结合它们记录了约270Ma变质年龄,初步限定狼山地区乌拉山岩群角闪黑云斜长片麻岩的原岩沉积时代为1873~270Ma,表明狼山地区乌拉山岩群除存在新太古代—古元古代变质表壳岩外,可能还存在中元古代—晚古生代变质地层。

(2)锆石U-Pb定年表明,研究区角闪黑云斜长片麻岩发育大量变质锆石,具有典型变质锆石的阴极发光图像特征,年龄加权平均值为269 ± 4Ma(MSWD=9.5,n=11),代表狼山地区乌拉山岩群角闪岩相变质作用的时代,可能与华北板块与西伯利亚板块晚古生代末期碰撞造山作用有关。

(3)采用预剥蚀方法,在乌拉山岩群高硅花岗质浅色脉体的高U锆石中,获得了264 ± 3Ma(MSWD=6.7,n=15)的年龄加权平均值,为乌拉山岩群花岗质浅色脉体的形成时代,代表了本区晚古生代末期造山作用由同碰撞挤压向碰撞后伸展转换的时限。

致谢: 感谢中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室宗克清副教授在实验测试过程和数据处理过程中提供的帮助;感谢中国地质科学院地质研究所杜利林与张进在论文写作过程中的指导与帮助;感谢审稿专家提出的宝贵的修改意见。

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