地质通报  2019, Vol. 38 Issue (2-3): 349-359  
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赵广明, 李钢柱. 内蒙古乌拉特中旗扎嘎乌苏岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(2-3): 349-359.
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Zhao G M, Li G Z. LA-ICP-MS zircon U-Pb age and geochemistry of the Zhagawusu intrusive body in Urad Middle Banner of Inner Mongolia and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(2-3): 349-359.
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基金项目

中国地质调查局项目《内蒙古乌拉特中旗索伦山地区六幅1:5万区域地质矿产调查》(编号:12120113071800)

作者简介

赵广明(1966-), 男, 本科, 高级工程师, 从事区域地质、矿产勘查工作。E-mail:zgm0471@163.com

通讯作者

李钢柱(1975-), 男, 博士, 高级工程师, 从事区域地质、矿产勘查工作。Email:ligzh08@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-04-16
修订日期: 2017-05-27
内蒙古乌拉特中旗扎嘎乌苏岩体LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义
赵广明 , 李钢柱     
武警黄金第二支队, 内蒙古 呼和浩特 010010
摘要: 内蒙古乌拉特中旗中蒙边境地区的扎嘎乌苏岩体主要由闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩组成,岩体及围岩普遍发育面理南倾的糜棱岩带。通过LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,获得扎嘎乌苏岩体中黑云母二长花岗岩的结晶年龄为450.3±3.7Ma(MSWD=2.8),表明扎嘎乌苏岩体的形成时代为晚奥陶世。扎嘎乌苏岩体中不同类型岩石全岩微量和稀土元素组成总体相似,均呈现轻稀土元素相对于重稀土元素强烈富集,大离子亲石元素Ba、Sr等富集,高场强元素Nb、Ta、Ti相对亏损,高Sr,低Y、Yb,高Sr/Y、La/Yb值等特征,具有埃达克岩和岛弧岩浆岩的地球化学特征。这些新的年代学和岩石地球化学数据,为索伦山地区晚奥陶世古亚洲洋俯冲消减提供了可靠的证据。
关键词: 弧岩浆岩    晚奥陶世    LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    埃达克岩    索伦山    
LA-ICP-MS zircon U-Pb age and geochemistry of the Zhagawusu intrusive body in Urad Middle Banner of Inner Mongolia and its geological significance
ZHAO Guangming, LI Gangzhu     
No.2 Gold Geological Party of CAPF, Hohhot 010010, Inner Mongolia, China
Abstract: The Zhagawusu intrusive body is located close to the border between China and Mongolia and lies in northern Urad Middle Banner, Inner Mongolia. It mainly consists of diorite, quartz diorite, granodiorite and biotite monzonitic granite. The U-Pb age of zircons from the biotite monzonitic granite determined by LA-ICP-MS is 450.3±3.7Ma(MSWD=2.8).The rock samples are all characterized by strong enrichment of light rare-earth elements relative to heavy rare-earth elements, depletion of some high field strength elements such as Nb, Ta and Ti, high Sr, low Y and Yb content, and high Sr/Y and La/Yb ratios. The features indicate that the Zhagawusu intrusive body has a transitional normal arc/adakite geochemical affinity. The new age and geochemical data from the Zhagawusu intrusive body provide convincing evidence for Late Ordovician subduction of the Paleo-Asian Ocean in this region.
Key words: arc pluton    Late Ordovician    LA-ICP-MS zircon U-Pb age    adakite    Solon Obo    

内蒙古乌拉特中旗北部中蒙边境扎嘎乌苏地区, 区域大地构造位置处于兴蒙造山带索伦山缝合带西段, 保存了大量蛇绿岩、岛弧岩浆岩、地壳残块等携带古亚洲洋重要演化信息的地质体, 因此对研究中亚造山带东段兴蒙造山带的构造演化具有重要意义并受到地学界的广泛关注[1-7]

研究区扎嘎乌苏-哈尔干廷努如一带发育一系列近东西向-北东东向的中酸性侵入岩, 是该地区出露面积最大的一套侵入岩, 对研究该构造带构造-岩浆演化具有十分重要的意义。但是由于地处中蒙边境人烟稀少、环境恶劣的地区, 该侵入岩一直缺乏高精度测年、岩石成因等系统性研究。现有的资料主要有以下认识:①1:20万索伦(K-49-Ⅻ)幅区域地质调查根据邻区花岗岩K-Ar年龄(270Ma)将其划归华力西晚期; ②之后的地质图修编等工作均根据1:20万区调资料将其归为二叠纪弧岩浆岩[8]; ③1:25万桑根达来(K49C002001)幅区调根据该地区北边蒙古国境内获得的闪长岩SHRIMP锆石U-Pb年龄251.8±1.1Ma[7]将其定为晚二叠世, 但是扎嘎乌苏岩体与蒙古国晚二叠世侵入岩从空间分布上看并不是一套侵入岩。

近年来, 随着新一轮区域地质工作的开展, 对兴蒙造山带及华北板块北缘岩浆岩带的研究取得一些新进展, 在满都拉地区识别出早古生代(奥陶纪)岛弧[9], 向东延伸到图林凯地区则发育一套奥陶纪(451~467Ma)埃达克岩, 地球化学呈现高Sr/Y、La/Yb值等特征, 被认为是消减的洋壳或MORB (洋中脊玄武岩)部分熔融的产物[10]。因此, 查明本区岩体地质特征、形成时代及成因机制, 对研究天山-兴蒙造山带及索伦山蛇绿岩带构造背景、形成演化历史具有重要意义。

本文是在1:5万区域地质调查工作中, 利用野外调查、同位素年代学、地球化学等手段, 在华力西期侵入岩(原1:20万区调工作)中识别出加里东期岛弧型岩浆岩, 确定了该区扎嘎乌苏岩体的形成时代, 并探讨其构造环境及演化历史。

1 地质概况 1.1 区域地质特征

该区出露地层主要有古元古界宝音图岩群、中元古界艾勒格庙组、奥陶系布龙山组、志留系徐尼乌苏组及中新生界盖层。其中布龙山组主要由杂砂岩和火山碎屑岩组成, 火山碎屑岩以安山岩和英安岩为主, 具有岛弧火山岩的特征(据武警黄金第二支队《内蒙古自治区索伦山地区扎嘎乌苏等6幅1:5万区域地质矿产调查报告》)。研究区中酸性侵入岩主要分布于扎嘎乌苏-哈尔干廷努如一带(图 1), 侵入布龙山组、艾勒格庙组及宝音图岩群中。在空间上为北东东向带状展布, 宽2~5km, 区内出露长约40km, 多呈不规则状、岩株状产出。岩体普遍发育糜棱岩化, 糜棱面理总体走向北东东, 倾向南东, 倾角40°~60°。

图 1 内蒙古乌拉特中旗扎嘎乌苏地区大地构造位置(a)[2]及岩体分布(b) Fig.1 Simplified geological map (a) of the Zhagawusu area in Urad Middle Banner, Inner Mongolia, showing distribution of the plutons(b)
1.2 扎嘎乌苏岩体岩石学特征

扎嘎乌苏岩体侵位于布龙山组浅变质火山-沉积岩中, 岩体主要由闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩组成(图 2)。其中黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩呈渐变过渡关系, 侵入石英闪长岩和闪长岩中。

图 2 扎嘎乌苏岩体分布及采样位置 Fig.2 Geological map of the Zhagawusu intrusive body, showing sampling sites

闪长岩呈灰绿色, 细粒半自形-他形粒状结构, 块状构造。主要由斜长石(55%~65%)、角闪石(30%~40%)、石英(3%)、磷灰石、不透明矿物等(1%~ 2%)组成。斜长石呈半自形板状-他形粒状, 受变质作用影响具碎粒化, 其类型主要为更-中长石, 均已不同程度钠黝帘石化、高岭土化、弱绢云母化, 粒度0.1~0.9mm。角闪石呈半自形-他形柱粒状分布, 受变质作用影响, 少部分具变晶形态且趋于定向排列, 粒度0.05~0.7mm。磷灰石呈半自形-他形粒状零星分布, 粒度小于0.1mm。不透明矿物呈半自形-他形粒状分布, 粒径0.05~0.25mm。

石英闪长岩呈灰绿色, 变余中细粒半自形粒状结构, 块状构造。主要由斜长石(65%~75%)、角闪石(10%~20%)、石英(5%~15%)等组成。斜长石呈半自形板状, 绢云母化, 粒径1.5~3mm。角闪石呈半自形柱状, 弱次闪石化、绿泥石化, 粒径0.5~1.5mm。石英呈他形粒状, 粒径0.5~1.5mm(图 3-a)。

图 3 扎嘎乌苏岩体石英闪长岩(a)和黑云母二长花岗岩(b)显微照片(正交偏光) Fig.3 Microphotograph of quartz diorite (a) and biotite monzonitic granite (b) from the Zhagawusu intrusive body

花岗闪长岩呈灰白色、浅肉红色, 中细粒花岗结构, 块状构造。主要由斜长石(60%~65%)、石英(20%)、钾长石(10%~15%)、少量黑云母等组成。斜长石呈半自形板状, 具环带构造, 绢云母化、黝帘石化, 粒径1~4mm。石英呈他形粒状, 在斜长石颗粒间分布, 粒径小于0.5mm。钾长石呈半自形板状, 弱泥化, 粒径0.5~1mm。黑云母呈片状, 具绿泥石化, 粒径0.2~0.3mm。

黑云母二长花岗岩呈浅肉红色, 变余中细粒花岗结构、碎裂结构, 块状构造。主要由斜长石(35%~ 40%)、钾长石(25%~30%)、石英(20%~35%)、黑云母(5%~10%)等组成。斜长石呈半自形板状, 具绢云母化、黝帘石化, 粒径1~6mm。钾长石呈半自形板状, 粒径1~3mm。石英碎裂重结晶, 细粒集合体状, 集合体直径1~3mm。黑云母呈片状, 粒径小于0.3mm(图 3-b)。

2 样品及分析方法

样品采自扎嘎乌苏岩体地表露头, 其中锆石定年样品(SL1-1)采样点坐标为:北纬42°22′18″、东经108°07′26″, 样品为浅肉红色中粒黑云母二长花岗岩, 是扎嘎乌苏岩体中主要的岩石类型之一。样品采自岩体中较新鲜的部分, 重约6kg。锆石单矿物分离在河北省区域地质调查研究所实验室(廊坊)完成, 将样品破碎到60~80目, 经常规浮选和磁选方法分选后, 在双目显微镜下挑纯。阴极发光(CL)及背散射电子图像研究在中国科学院地质与地球物理研究所扫描电镜实验室完成。

锆石U-Pb同位素年龄分析在中国科学院地质与地球物理研究所MC-ICP-MS实验室利用LAICP-MS完成。激光剥蚀系统为GeoLas型紫外激光剥蚀系统, ICP-MS为Agilent7500a型四极杆电感耦合等离子体质谱仪(Q-ICPMS)。激光波长为193nm, 激光脉冲宽度15ns, 脉冲输出能量最高为200mJ。激光剥蚀过程中采用高纯氦作为剥蚀物质的载气。每个分析点气体背景采集时间约20s, 样品信号采集时间为60s。

207Pb/206Pb、206Pb/238U、208Pb/232Th值采用哈佛大学的标准锆石91500为外部标准对剥蚀、传输、离子化过程中的质量歧视效应和同位素分馏进行校正, 同时使用锆石中含量稳定的29Si为内标, 消除激光能量在单点分析过程中及分析点之间的漂移。207U/235U值利用207Pb/206Pb和206Pb/238U进行计算(235U=238U/137.88)。所测单点的同位素比值及元素含量采用Glitter 4.0程序(Macquarie University)进行计算[11]。样品校正后的同位素比值标准偏差计算中, 除考虑样品和外标锆石91500同位素比值在测定过程中产生的标准偏差外, 91500同位素比值的推荐值的标准偏差也应考虑在内, 其相对标准偏差设定为2%。依据Anderson [12]的方法对输出数据进行普通铅校正, 最后应用IDL(ver5.5)程序进行年龄加权平均值计算和谐和图绘制[13]。单个分析点的同位素比值和同位素年龄的误差(标准偏差)为1σ, 206Pb/238U年龄加权平均值按95%的置信度给出。

样品的主量、微量元素分析在中国地震局地壳动力学重点实验室完成。主量元素分析前处理采用碱熔法, 在Panalytical Axios X荧光光谱仪上测定, 工作条件为50kV, 60mA。微量与稀土元素化学分析采用ICP-MS, 将200目以下的粉末样品放入高压密闭Teflon溶样罐中, 经高纯硝酸和氢氟酸酸化后, 加盖装入溶样钢套, 放入烘箱于170℃恒温72h进行溶样, 采用Thermo X-seriesⅡ型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定。测试时内标为Rh和Re, 测试数据误差RSD≤5%。

3 分析结果 3.1 锆石U-Pb定年结果

锆石的LA-ICP-MS U-Th-Pb同位素和年龄分析结果见表 1。本次对扎嘎乌苏岩体中黑云母二长花岗岩样品SL1-1中的24个锆石颗粒进行了UPb同位素分析。

表 1 扎嘎乌苏黑云母二长花岗岩(SL1-1)LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb定年分析结果 Table 1 LA-ICP-MS U-Th-Pb age data of zircons separated from the biotite monzonitic granite of the Zhagawusu intrusive body

黑云母二长花岗岩样品SL1-1锆石的阴极发光图像(图 4)显示, 锆石多为无色或略带黄粉色、透明, 自形-半自形双锥柱状或断柱状, 内部结构清晰, 具有密集的振荡生长环带。锆石的Th/U值介于0.31~1.19之间(平均值为0.65), 具有典型的岩浆成因特点[14-15]

图 4 扎嘎乌苏黑云母二长花岗岩样品(SL1-1)锆石阴极发光(CL)图像 Fig.4 CL images of the zircons from the biotite monzonitic granite (SL1-1) of the Zhagawusu intrusive body

所测24颗锆石中, 有2个分析点位于锆石中心部位, 其余22个分析点均位于锆石边部生长环带清晰的部位。所有分析点的206Pb/238U年龄范围值在431~468Ma之间, 均在谐和线上或其附近(图 5), 206Pb/238U年龄加权平均值为450.3±3.7Ma(MSWD= 2.8)(图 5)。

图 5 扎嘎乌苏黑云母二长花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig.5 The U-Pb concordia diagram of the zircons from the biotite monzonitic granite of the Zhagawusu intrusive body
3.2 元素地球化学特征

扎嘎乌苏岩体黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩及闪长岩的主量、微量元素分析结果见表 2。黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩SiO2含量在69.74%~ 73.94%之间, 平均值为70.98%;Al2O3含量为12.67%~ 14.44%, 平均值为13.27%;岩石全碱(Na2O+K2O)含量介于5.83%~9.09%之间, 平均值为7.69%;样品均呈现Na2O>K2O, Na2O / K2O值介于4.55~6.94之间, 平均值为5.54;MgO和TiO2含量分别为0.13%~ 0.82%和0.08%~0.17%。在SiO2-(Na2O+K2O)图解上多数样品落入亚碱性系列区域(图 6-a), 样品A/CNK(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)mol值)为0.59~ 1.04, 均小于1.1;A/NK(Al2O3/(Na2O+K2O)mol值)除1件样品为0.89外, 其他均介于1.00~1.60之间(图 6-b), 属于贫钾富钠准铝质Ⅰ型花岗岩。

表 2 扎嘎乌苏侵入岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Whole rock major element, trace and rare earth element compositions of the Zhagawusu intrusive body
图 6 扎嘎乌苏侵入岩SiO2-(Na2O+K2O) (a)和A/CNK-A/NK(b)图解 Fig.6 SiO2-(K2O+Na2O) (a) and A/CNK-A/NK (b) diagrams of the Zhagawusu intrusive body

扎嘎乌苏岩体黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩及闪长岩球粒陨石标准化稀土元素(REE)配分模式和原始地幔标准化微量元素配分模式如图 7所示。黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩样品稀土元素配分模式基本一致, 均呈现轻稀土元素(LREEs)相对于重稀土元素(HREEs)强烈富集的特征((La/Yb)N=8.65~21.23), 具有弱的正Eu异常(δEu= 1.20~1.67)(图 7-a), 可能与斜长石的分离结晶作用有关。在原始地幔标准化微量元素珠网图(图 7-b)上, 呈现Ba、Sr等大离子亲石元素富集, Nb、Ta、Ti等高场强元素亏损的特征, 具有岛弧岩浆岩的微量元素分布特征。样品Sr含量介于628×10-6~1107× 10-6之间, 均大于400×10-6; Y含量介于1.89×10-6~ 5.17×10-6之间, 均小于18×10-6; Sr/Y值介于121.47~ 581.48之间; 具有高Sr、低Y、高Sr/Y值、低K(K2O/ Na2O < 0.5)的特征。这套侵入岩的地球化学特征总体上与埃达克岩和岛弧岩浆岩的特征类似。

图 7 扎嘎乌苏侵入岩球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b) Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) of the Zhagawusu intrusive body (标准化值据参考文献[16])

闪长岩也呈现轻稀土元素(LREEs)相对于重稀土元素(HREEs)强烈富集, Ba、Sr等大离子亲石元素富集, Nb、Ta、Ti等高场强元素亏损, 高Sr/Y值、低K, 也具有岛弧岩浆岩和埃达克岩双重地球化学特征。但其稀土与微量元素的配分模式与黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩的并不完全一致, 反映了闪长岩与黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩可能并非同源岩浆演化的产物。

4 讨论

1977-1980年开展的索伦等六幅1:20万区调, 根据阿尔苏斯地区花岗岩获得的270Ma的K-Ar年龄, 将扎嘎乌苏岩体划归晚华力西期侵入岩, 之后的地质图修编等工作均沿用这一认识将其归为二叠纪, 直到2015年完成的《中国侵入岩大地构造图(1:250万)》仍然将这套岩体划归二叠纪岛弧岩浆岩[8]。此外, 2013年完成的1:25万桑根达来幅修测, 根据扎嘎乌苏岩体北部蒙古国一侧索伦山缝合带中闪长岩获得的251.8±1.1Ma SHRIMP锆石U-Pb年龄[7], 将其归为晚二叠世侵入岩。事实上, 扎嘎乌苏岩体与蒙古国分布的闪长岩虽相隔不远, 且同处索伦山缝合带, 但并不是一套侵入岩, 因此该闪长岩年龄并不能代表扎嘎乌苏岩体的年龄。

本次工作对扎嘎乌苏岩体中的主要岩石类型黑云母二长花岗岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb精确定年, 获得206Pb/238U年龄加权平均值为450.3± 3.7Ma(MSWD=2.8)(图 5), 该年龄代表岩体中黑云母二长花岗岩的结晶年龄, 表明这套侵入岩的形成时代为晚奥陶世。此外, 在扎嘎乌苏岩体东部的浩仁呼都格中酸性侵入岩获得石英闪长岩LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为446.5±7.6Ma(项目未发表数据), 进一步证实了该套中酸性侵入岩的成岩年龄为晚奥陶世。

扎嘎乌苏岩体黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩和闪长岩地球化学特征显示为贫钾富钠的准铝质Ⅰ型花岗岩类。黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩稀土和微量元素配分模式基本一致, 均呈现轻稀土元素相对于重稀土元素强烈富集的特征((La/Yb)N=8.65~21.23), 以及Ba、Sr等大离子亲石元素富集, Nb、Ta、Ti等高场强元素亏损的特征, 高Sr、低Y、高Sr/Y值, 显示岛弧岩浆岩和埃达克岩的双重地球化学特征。

闪长岩样品地球化学特征与黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩总体类似, 也具有轻稀土元素相对于重稀土元素强烈富集, 富集Ba、Sr等大离子亲石元素, 亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素, 低K、高Sr/Y值等特征。但其稀土元素与微量元素的总体配分模式与黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩的配分模式并不完全一致, 可能反映了闪长岩与黑云母二长花岗岩、花岗闪长岩形成构造环境虽同为岛弧环境, 但并不是同源岩浆演化的产物, 有待进一步的研究来确定。

埃达克岩是根据高Sr, 低Y、Yb, 高Sr/Y值等地球化学特征定义的一套中酸性岩浆岩[17], 被认为是由年轻的(小于25Ma)、热的岩石圈或板片(主要指洋壳及MORB)俯冲至75~90km深度, 角闪岩相或榴辉岩相的变质玄武岩发生脱水部分熔融形成的[17-22]。因此, 埃达克岩被认为是鉴别板块消减带的一项重要的岩石学标志[23]。随着研究的不断深入, 一些学者对世界各地陆续识别出的埃达克岩进行分类, 对其成因、产出构造环境等进行了深入探讨, 并提出将其作为鉴别板块消减带的制约条件[24-25]

扎嘎乌苏中酸性岩类虽然不完全符合埃达克岩的定义, 但其地球化学特征总体上与张旗等[25]分类的O型埃达克岩类似, 与Defant等[17]、Martin等[20]定义的俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克质岩石的化学成分基本一致, 在Y-Sr/Y图解(图 8-a)中多落入埃达克质岩区, 在Yb-(La/Yb)图解(图 8-b)中也多落入埃达克质岩区及正常岛弧火山岩区, 在Y-Nb和(Yb+Ta)-Rb构造环境判别图解中样品也均落入火山弧花岗岩区(图 9), 表明该套侵入岩应源于岛弧环境下板块消减带贫钾的玄武质原岩的部分熔融。扎嘎乌苏岩体普遍发育糜棱岩化, 糜棱面理走向近东西-北东东向、南倾, 反映这套侵入岩应为古亚洲洋洋壳向其南边的华北板块北缘一侧俯冲形成的。

图 8 扎嘎乌苏侵入岩Y-Sr/Y(a)和Yb-La/Yb(b)图解 Fig.8 Diagrams of Y-Sr/Y (a) and Yb-La/Yb (b) for the Zhagawusu intrusive body (底图据参考文献[17])
图 9 扎嘎乌苏侵入岩Y-Nb(a)和(Yb+Ta)-Rb(b)构造环境判别图 Fig.9 Y-Nb (a) and (Yb+Ta)-Rb (b) discrimination diagrams tectonic setting for the Zhagawusu intrusive body VAG-火山弧花岗岩; WPG-板内花岗岩; ORG-洋中脊花岗岩; syn-COLG-同碰撞花岗岩

这些新获得的年龄和地球化学数据, 提供了扎嘎乌苏地区晚奥陶世古亚洲洋向华北板块一侧俯冲的可靠证据。

区域上, 位于索伦山缝合带和华北板块之间的温都尔庙俯冲增生杂岩带[1-2]或Jian等[26-27]划分的南部造山带发育大量早古生代弧岩浆岩, 以奥陶纪-志留纪岛弧侵入岩最发育; 晚古生代弧岩浆岩, 时代主要集中在晚石炭世-中二叠世, 被认为是古生代古亚洲洋向华北板块北缘下俯冲形成的[6, 28]

扎嘎乌苏岩体西南约20km处图古日格地区出露的花岗岩类, 据Xu等[29]研究, 其LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为453~425Ma, 为一套早古生代岛弧深成侵入体, 是南部造山带中温都尔庙岛弧岩浆岩带的西延部分。向东延伸到达茂旗北部巴特敖包地区发育一套早古生代花岗岩类, 张维等[30]获得SHRIMP锆石U-Pb年龄为452~440Ma, 具有正常岛弧和埃达克岩的双重地球化学性质, 与本文研究的扎嘎乌苏奥陶纪中酸性岛弧侵入岩地球化学特征非常类似; 许立权等[31]在巴特敖包地区识别出一套埃达克岩, 获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为472~427Ma, 认为是加里东期洋壳俯冲形成的; 陶继雄等[9]报道了巴特敖包岛弧花岗岩锆石U-Pb年龄为430Ma, 地球化学特征类似于埃达克岩, 认为是早古生代洋壳消减的产物; 冯丽霞等[32]获得巴特敖包岛弧带花岗岩468~452Ma的LA-ICP-MS锆石UPb年龄, 认为是早古生代古亚洲洋向华北克拉通下俯冲形成的。再向东延伸, 内蒙古温都尔庙图林凯地区发育一套埃达克岩, 时代为467~451Ma和429Ma两期, 被认为是早古生代古亚洲洋向华北板块下俯冲的重要证据[10]。Jian等[26]获得图林凯蛇绿岩中石英闪长岩岩块SHRIMP锆石U-Pb年龄453.7±3.1Ma, 为卷入蛇绿岩中的早古生代岛弧岩浆岩。这些岛弧岩浆岩均发育在邻近华北板块北缘的兴蒙造山带南部构造单元中, 揭示在早古生代古亚洲洋已经开始向华北板块北缘俯冲。

南部造山带及华北板块北缘晚石炭世-早二叠世的弧岩浆岩也多有报道, 如位于索伦山构造带西南部的乌拉特中旗德尔斯地区的早、中二叠世(279~266Ma)黑云母二长花岗岩, 其构造背景为活动陆缘弧[33]; 范宏瑞等[34]从白云鄂博到达茂旗北部分布的中酸性侵入岩中识别出早、中二叠世闪长质-花岗质侵入岩, 年龄为281~263Ma; 冯丽霞等[32]报道了达茂旗北部巴特敖包岛弧带花岗岩264± 2Ma和268±2Ma的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄; 发育于达茂旗到固阳一带的一套闪长岩-石英闪长岩-英云闪长岩的形成时代为293~266Ma, 被认为是早、中二叠世与索伦山消减带对应的华北板块北缘的陆缘弧[35]。而古亚洲洋闭合时间普遍被认为是晚二叠世-早中三叠世[1, 2, 4, 7, 36-39]

本次1:5万填图工作在扎嘎乌苏东部索伦山构造带中获得英云闪长岩266.7±3.7Ma的LA-ICPMS锆石U-Pb年龄[40], 为中二叠世岛弧岩浆岩; 在索伦山蛇绿岩中发现早二叠世放射虫化石[41], 是早二叠世古亚洲洋仍然存在的重要证据。

上述证据表明, 在索伦山地区, 古亚洲洋向华北板块下俯冲不晚于晚奥陶世, 古亚洲洋在早-中二叠世并未消亡, 仍持续向华北板块北缘下俯冲。

5 结论

(1) 乌拉特中旗北部扎嘎乌苏岩体黑云母二长花岗岩LA- ICP- MS锆石U- Pb年龄为450.3 ± 3.7Ma, 表明扎嘎乌苏岩体的形成时代为晚奥陶世。

(2) 扎嘎乌苏岩体不同类型岩石均呈现轻稀土元素相对于重稀土元素强烈富集, Ba、Sr等大离子亲石元素富集, Nb、Ta、Ti等高场强元素相对亏损, 高Sr、低Y、高Sr/Y值、低K等特征, 具有正常岛弧岩浆岩和埃达克岩的双重地球化学特征。

(3) 扎嘎乌苏中酸性侵入岩的形成与古亚洲洋的俯冲作用有关, 为岛弧环境大洋岩石圈板片部分熔融的产物, 表明古亚洲洋向华北板块北缘下俯冲不晚于晚奥陶世。

致谢: 内蒙古地勘院段秀和高级工程师参与了野外调查工作并提出宝贵建议, 中国地质科学院地质研究所李锦轶、张进研究员亲赴野外指导, 中国科学院地质与地球物理研究所杨赛红博士指导了锆石测年及数据处理, 在此表示衷心的感谢。

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