地质通报  2019, Vol. 38 Issue (5): 810-823  
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艾米尔丁·艾尔肯, 解国爱, 张进, 曲军峰, 田荣松, 赵衡, 李法浩, 李甜. 内蒙古阿拉善地块东北缘狼山枕状玄武岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及构造背景[J]. 地质通报, 2019, 38(5): 810-823.
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Arkin A, Xie G A, Zhang J, Qu J F, Tian R S, Zhao H, Li F H, Li T. Geochemistry, zircon U-Pb age and tectonic settings of pillow basalts in the Langshan area on the northern margin of the Alxa block, Inner Mongolia[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(5): 810-823.
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基金项目

国家重点研发计划项目《北方东部符合造山带岩石圈三维架构与成矿地质背景》(编号:2017YFC0601301)、《深部过程与成矿作用研究集成》(编号:2018YFC0603703)和南京大学“十三五”实验教学改革研究课题(编号:SY201913)

作者简介

艾米尔丁·艾尔肯(1991-), 男, 在读硕士生, 构造地质专业。E-mail:amirdin@smail.nju.edu.cn

通讯作者

解国爱(1965-), 男, 博士, 教授, 从事构造地质教学和矿田构造等研究。E-mail:njuxie@nju.edu.cn

文章历史

收稿日期: 2018-09-26
修订日期: 2019-01-02
内蒙古阿拉善地块东北缘狼山枕状玄武岩地球化学特征、锆石U-Pb年龄及构造背景
艾米尔丁·艾尔肯1 , 解国爱1 , 张进2 , 曲军峰2 , 田荣松1 , 赵衡2 , 李法浩1 , 李甜1     
1. 南京大学地球科学与工程学院, 江苏 南京 210046;
2. 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037
摘要: 狼山地区位于内蒙古阿拉善地块东北缘,其构造背景一直存在争议。报道狼山地区枕状玄武岩的锆石U-Pb年龄、地球化学研究成果。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明,玄武岩中的锆石大多为捕获基底的锆石。根据锆石特征及侵入玄武岩的花岗岩年龄,得出玄武岩年龄为254~252Ma,属于二叠纪晚期。枕状玄武岩具有贫碱低钾的特征,亏损Nb、Ta、Ti、P,富集Rb、Ba、U等元素,富集轻稀土元素、亏损重稀土元素,具弱负Eu异常,显示岛弧玄武岩特征。初步认为玄武岩形成于活动大陆边缘弧环境,为古亚洲洋向南俯冲的产物,指示阿拉善地块北缘在二叠纪晚期为大陆边缘弧,为研究阿拉善地块东北缘晚古生代构造背景提供了证据。
关键词: 枕状玄武岩    狼山    LA-ICP-MS锆石U-Pb定年    地球化学    构造背景    
Geochemistry, zircon U-Pb age and tectonic settings of pillow basalts in the Langshan area on the northern margin of the Alxa block, Inner Mongolia
ARKIN Amirdin1, XIE Guoai1, ZHANG Jin2, QU Junfeng2, TIAN Rongsong1, ZHAO Heng2, LI Fahao1, LI Tian1     
1. School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210046, Jiangsu, China;
2. Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: The tectonic setting of the Langshan area, which is located on the northeastern margin of the Alxa block in Inner Mongolia, has always been controversial. This paper presents the results of zircon U-Pb geochronology and geochemical data of pillow basalts in the Langshan area. The basalt LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results show that most zircons from basalts were captured from basement. Based on the features of zircon and the age of granite invading basalt, the age of basalt is estimated to be ca. 254~252Ma, which falls into the Late Permian. Pillow basalt shows the characteristics of island arc basalt with its low alkali and low potassium, depletion of Nb, Ta, Ti, P, enrichment of Rb, Ba, U, enrichment of LREE, and depletion of HREE with weak Eu negative anomaly. It is preliminarily believed that basalt was formed on the active continental margin and was produced by southward subduction of the ancient Asian Ocean. The results indicate that the northern margin of the Alxa block was a continental marginal arc in the Late Permian, thus providing evidence for the study of the Late Paleozoic tectonic setting on the northeastern margin of the Alxa block.
Key words: pillow basalt    Langshan    LA-ICP-MS zircon U-Pb dating    geochemistry    tectonic setting    

中亚造山带(CAOB)是全球最大的显生宙增生拼合造山带之一[1-4], 位于西伯利亚克拉通南部、华北-塔里木克拉通北部[5-11]。一般认为中亚造山带的演化与古亚洲洋的闭合有密切关系[7-8, 12-13]。阿拉善地块位于中亚造山带中段南部、华北克拉通西北部,西接天山-北山造山带(图 1-a),构造演化复杂、构造位置特殊[20-21]

图 1 阿拉善地块构造位置(a)及狼山地区地质图(b)[14] Fig.1 Tectonic location of the Alxa block (a) and geological map of Langshan area (b)

晚古生代是古亚洲洋演化的重要时期,而狼山地区位于阿拉善地块东北缘,是研究古亚洲洋演化的重要区域。前人对狼山地区晚古生代构造演化进行了一定的研究。根据对狼山地区石炭纪侵入岩的地质年代和地球化学研究,Liu等[22]认为,狼山地区石炭纪侵入岩(338~324Ma)形成于古亚洲洋板块向南俯冲晚期,在阿拉善-华北克拉通北部边缘形成大陆弧;Liu等[17]认为,狼山地区的中二叠世(263Ma)花岗岩形成于碰撞后或造山作用晚期,而Lin等[23]认为,狼山地区在二叠纪为活动大陆边缘弧环境。由此可以看出,不同学者对古亚洲洋中段晚古生代大地构造背景的认识,还存在明显的争议,这又与古亚洲洋的关闭位置和时限相关。笔者在参与狼山地区1:5万填图工作时在狼山地区发现枕状玄武岩,对枕状玄武岩开展LA-ICP-MS锆石UPb定年和地球化学分析,研究其形成时代、成因类型及构造环境,为研究狼山地区构造背景和古亚洲洋的构造演化提供依据。

1 地质背景

狼山地区位于阿拉善地块东北缘,整体呈北东向展布,是阿拉善地块与华北板块之间的重要过渡区。研究区主要出露古元古代阿拉善岩群、新元古代狼山群、显生宙花岗岩及中、新生代沉积岩(图 1-b[24-26]。古元古代阿拉善群由角闪岩相与麻粒岩相片麻岩组成,包括石榴子石-黑云母片麻岩、火山岩和少量大理岩。新元古代狼山群岩石主要为石英岩、石英砂岩、结晶灰岩及云母石英片岩,火山岩夹层的锆石U-Pb年龄为816Ma和804Ma[24, 26]。狼山群中发育东升庙、霍各乞、炭窑口等多金属流体矿床[27-29]。中生代沉积岩包括砾岩、砂岩和粉砂岩。

狼山地区构造发育,构造活动伴随多期岩浆事件,包括加里东期、海西期、印支期及燕山期早期的花岗岩,其中海西期花岗岩出露范围最大,受构造活动影响,岩浆岩在空间分布上多呈北东—南西向展布[30-31]。狼山地区发育沿山体走向的北东向韧性剪切带。Zhang等[32]认为,狼山地区晚古生代韧性剪切带可能代表其东侧的华北板块与北西侧的阿拉善地块的拼合位置。此外,狼山地区还发育可能与增厚地壳伸展垮塌有关的北西向正断层[33]

2 露头特征

本次研究的枕状玄武岩出露于大冲沟北侧,与其西侧华力西期花岗岩(γ43)为断层接触(图版Ⅰ-a)。玄武岩为墨绿色、暗绿色、黑色,多呈枕状出露(图版Ⅰ-b),局部枕状玄武岩被挤压成块状(图版I-c)。岩枕大小不一,直径一般为0.3~1.2m;枕状玄武岩之间夹薄层面理化钙质砂岩(石英岩)、薄层灰岩及千枚岩。枕状玄武岩中侵入一条浅肉红色钾长石花岗岩脉(图版Ⅰ-d),1:20万磴口幅将其定为印支期(γ51)。玄武岩枕边发育1~3cm不等的冷凝边,并发育气孔构造、杏仁构造,杏仁体以方解石为主,且部分已脱落(图版Ⅰ-ef)。本文样品均采自枕状玄武岩岩枕。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.玄武岩与西侧花岗岩断层接触;b.枕状玄武岩;c.变形的枕状玄武岩;d.玄武岩中侵入的花岗岩脉;e.杏仁构造;f.气孔构造;g、h.枕状玄武岩显微照片

显微镜下观察发现,玄武岩主要由斜长石(40%)与辉石(60%)组成。斜长石自形程度较差,呈长条状,边缘不整齐,内部中空被玻璃质等充填,具中空骸晶结构。辉石粒径普遍较小,多呈团块状、棉絮状,充填于斜长石格架中,单偏光镜下呈绿色、黄绿色,多被蚀变为绿帘石、绿泥石,部分退化为角闪石(图版Ⅰ-gh)。在显微结构观察的基础上,选择较新鲜的样品进行地球化学数据分析。

3 测试方法与数据处理

用于测年的锆石在河北廊坊科大岩石矿物分选技术服务公司完成分选。具体流程为:在避免污染的条件下,将样品粉碎至60目以下,先用磁选和重液方法粗选锆石,并在双目镜下将锆石颗粒逐一挑出。然后将锆石颗粒和标准锆石一起粘贴在环氧树脂表面,抛光后将待测锆石进行透射光、反射光显微照相,观察其抛光面有无裂隙、包裹体等,然后进行阴极发光(CL)照相,以进一步反映锆石的内部结构特征。锆石U-Pb定年在中国地质调查局天津地质调查中心实验室进行。实验采用激光剥蚀等离子质谱分析(LA-ICP-MS)技术。该系统多接收器电感耦合等离子体质谱仪为Thermo Fisher公司制造的Neptune,离子光学通路采用能量聚焦和质量聚焦的双聚焦合计,并采用动态变焦(ZOOM)使质量色散达到17%。激光器为美国ESI公司生产的UP193-FX准分子激光器,激光波长193nm,脉冲宽度5ns,束斑直径2~150μm可调,脉冲频率1~200Hz连续可调。激光剥蚀物质以氦气为载气送入Neptune,利用动态变焦扩大色散同时接收质量数相差很大的U-Pb同位素,从而进行锆石U-Pb同位素原位测定。采用TEMORA为外部锆石年龄标样,NIST6玻璃标样为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。采用中国地质大学研发的ICPMSDataCal程序[34-35]和程序Isoplot(Version4.0)[36]进行数据处理并成图,采用208Pb校正法对普通铅进行校正,详细的实验流程见参考文献[37]。实验中采用193nm激光器对锆石进行剥蚀,激光频率为8~10Hz,激光束斑直径为32μm。

枕状玄武岩主量和微量元素分析在国家地质试验测试中心完成。主量元素分析采用X射线荧光光谱仪(PE300D),微量元素分析采用等离子质谱仪(PW4400)。

4 测试结果 4.1 锆石U-Pb年龄

锆石大多呈长柱状(长宽比大于2),部分呈次圆状,锆石粒度在50~100μm之间。本次共分析79个点,其中玄武岩样品锆石51个点,侵入到玄武岩中的花岗岩样品28个点。玄武岩样品中只有18个点的年龄谐和度较高,其中有8个点在锆石U-Pb谐和图中位于谐和线上,其余位于谐和线之下或其附近,可能为铅丢失所致,典型锆石CL图像如图 2所示。

图 2 狼山枕状玄武岩锆石阴极发光(CL)图像及年龄 Fig.2 CL images of zircons from the Langshan pillow basalts and their U-Pb ages

表 1表 2列出了所有测点的U-Pb同位素组成和表面年龄计算结果,其中同位素比值误差为1σ,单个点的年龄误差为1σ。对于年龄大于1Ga的锆石采用207Pb/206Pb年龄,年轻锆石(小于1Ga)采用206Pb/238U年龄[38]

表 1 狼山枕状玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results for Langshan pillow basalts
表 2 花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素测定结果 Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results for granite

图 3可以看出,枕状玄武岩的锆石年龄很复杂,分布也很广泛,元古宙—早中生代都有分布,但主要集中在晚古生代,峰值为252Ma(图 3-b)。基性岩所含锆石大多为捕获锆石,这与基性岩中硅含量较低,且相对于锆而言,硅不饱和,难以形成自生锆石有关。由于锆石定年有其不确定性,因此需要结合锆石特征具体分析,并结合前人研究综合讨论。从图 4可以看出,侵入到玄武岩中的花岗岩的锆石年龄较复杂,元古宙—早中生代都有分布,其中最年轻年龄在243Ma左右,可能为花岗岩的形成年龄,其锆石CL图像如图 5所示。

图 3 枕状玄武岩锆石U-Pb谐和图(a)及锆石年龄频谱图(b) Fig.3 U-Pb concordia diagrams of zircons from pillow basalt (a) and their age histogram (b)
图 4 花岗岩锆石U-Pb谐和图(a)及锆石年龄频谱图(b) Fig.4 U-Pb concordia diagrams of zircons from granite (a) and their age histogram (b)
图 5 侵入玄武岩的花岗岩锆石阴极发光(CL)图像及年龄 Fig.5 CL images of zircons from the granite and their U-Pb ages
4.2 主量元素

狼山地区枕状玄武岩的主量元素分析(表 3)表明,SiO2含量主要介于51.75%~54.74%之间,平均为53.46%,比正常玄武岩含量高。Al2O3含量主要为13.57%~15.86%,平均13.67%;CaO含量为4.45%~13.91%,平均为9.55%;Na2O+K2O含量为3.36%~5.70%,平均为4.39%,其中Na2O含量为2.28% ~4.61%,平均为3.67%,K2O的含量为0.39%~1.08%,平均为0.57%,Na2O > K2O,具有贫碱低钾的特征;Na2O/K2O值为2.11~11.82,平均7.27,明显高于岛弧区火山岩和典型大洋脊拉斑玄武岩[39];FeO含量为3.90%~6.81%,平均为5.74%;Fe2O3含量为3.21%~4.24%,平均3.70%,FeO含量明显高于Fe2O3含量;TiO2含量为1.11%~1.23%,平均为1.16%,具活动大陆边缘弧玄武岩(TiO2 < 1.25%)特征[40];P2O5含量为0.14%~0.16%,平均为0.15%;MgO含量为5.63%~7.08%,平均为6.40%,与岛弧火山岩相似(4.10%~7.10%);Mg#指数变化范围在54.40~60.55之间,低于原生玄武岩范围(Mg#=68~75)[41]。LOI(烧失量)较低,为0.65%~1.07%,表明样品遭受了轻微的海水或流体蚀变影响, 因此选用相对稳定的主量元素TiO2与抗蚀变能力较强的高场强元素Nb、Zr、Y等进行岩石类型划分。在TAS图解(图 6-a)中,大部分样品点落入亚碱性玄武岩安山岩区域;在Nb/Y-Zr/TiO2图解(图 6-b)中,大部分样品点落入亚碱性玄武岩和安山岩/玄武岩区域。由此说明,狼山地区枕状玄武岩属于亚碱性玄武岩和玄武安山岩之间的过渡类型。

表 3 狼山地区枕状玄武岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 3 Major elements, trace elements and REE compositions of pillow basalt in the Langshan area
图 6 狼山枕状玄武岩TAS分类图解(a)[42]和Nb/Y-Zr/TiO2岩石分类图解(b)[43] Fig.6 TAS (a) and Nb/Y-Zr/TiO2 diagrams (b) for pillow basalt from Langshan area Pc—苦橄玄武岩;B—玄武岩;O1—玄武安山岩;O2—安山岩;O3—英安岩;S1—粗面玄武岩;S2—玄武质粗面安山岩;S3—粗面安山岩;T—粗面岩、粗面安山岩;R—流纹岩;U1—碱玄岩、碧玄岩;U2—响岩质碱玄岩;U3—碱玄质响岩;Ph—响岩;F—副长石岩;Ir—分界线(上方为碱性,下方为亚碱性)
4.3 微量和稀土元素

在原始地幔标准化微量元素蛛网图(图 7-a)中,样品微量元素配分曲线基本相似。样品相对富集Rb、BA、U等元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等元素,Nb/Ta=15.06~17.59,平均16.85,低于洋岛玄武岩的Nb/Ta值(17.78)[44],具有岛弧玄武岩特征。

图 7 枕状玄武岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)和球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(b)(标准化数据据参考文献[44]) Fig.7 Primitive mantle-normalized trace elements pattern (a) and chondrite-normalized REE patterns (b) of pillow basalt in Langshan N-MORB—正常型大洋中脊玄武岩;E-MORB—富集型洋中脊玄武岩;OIB—洋岛玄武岩

枕状玄武岩稀土元素总量∑ REE变化于74.28×10-6~91.29×10-6之间,平均84.47×10-6,明显高于正常型大洋中脊玄武岩(N-MORB,∑REE= 49.01×10-6)和富集型洋中脊玄武岩(E-MORB,∑REE=39.11 ×10-6),但低于OIB(洋岛玄武岩,∑REE=198.96×10-6)。在球粒陨石标准化曲线图(图 7-b)上,轻稀土元素(LREE)明显富集,重稀土元素(HREE)相对亏损,轻、重稀土元素分馏较明显(LaN/YbN=5.03~6.95)。Eu具负异常,δEu=0.75~1.04,平均0.88。各个样品稀土元素配分模式相互平行,具有同源岩浆演化特征。

5 讨论 5.1 枕状玄武岩的时代

测试所得数据分布较广泛、跨度大,为确定枕状玄武岩的形成年龄,结合CL图像,对所得锆石年龄展开讨论,由于不谐和年龄数据的不确定性,本文只讨论位于谐和线上的8个年龄数据点。从CL图像可以看出,中元古代—新元古代锆石具有密集的振荡环带或核-边构造,具有岩浆锆石和变质锆石特征。有研究发现,阿拉善地区存在新元古代岩浆事件[45-46];彭润民等[20]在狼山地区西南段也发现新元古代酸性火山岩;也有学者报道了阿拉善地区元古宙变质事件[26, 47-48]。虽然锆石Th/U值都大于0.1,但结合CL图像不排除有变质锆石,笔者认为中元古代—新元古代锆石可能为捕获锆石。华北北缘晚古生代—早中生代岩浆活动可分为泥盆纪(400~360Ma)、早石炭世—中二叠世(330~265Ma)、二叠纪末—三叠纪(250~200Ma)3期[49-50];狼山—巴彦乌拉山一带同构造岩浆岩时间为231~345Ma[51],巴彦乌拉山构造热事件年龄为407~477Ma[52];牙马图岩体年龄为273±1Ma[48];狼山地区东升庙及附近海西期岩体年龄为281±17Ma[15]、259.4±3.3Ma[16]、281±17Ma[17],印支期花岗岩年龄为235~246Ma[18]。而古生代锆石除3-1(252±3Ma)和3-5(254±4Ma)具典型基性岩板状锆石特征外,其余锆石不具有基性岩浆锆石特征,更多的是具有密集振荡环带的典型酸性岩浆锆石,笔者认为这部分典型的酸性岩浆锆石为捕获锆石。侏罗纪锆石表面较黑,表面形态较复杂,无清晰的内部结构,且U含量高,均高于1000×10-6,可能是后期经历了热液交代作用,影响了U-Th-Pb体系,导致锆石年龄较小。这些年龄可能代表一期热液活动的时代,并非玄武岩的形成时代。玄武岩中侵入的花岗岩年龄(约243Ma)也可限定玄武岩的形成时代早于侏罗纪,因此认为其年龄可能是后期改造的结果。虽然锆石年龄数据不多,但结合前人在研究区附近所得的数据(255±3Ma、257±3Ma、243±3Ma、259± 3Ma[19]),笔者认为上述2个样品(3-1、3-5)年龄(252±3Ma、254±4Ma)可能为玄武岩的形成年龄。如该认识准确,那么它应该属于晚古生代二叠纪晚期的玄武岩。

5.2 枕状玄武岩形成环境

本次研究的枕状玄武岩样品都具有相同的稀土元素配分模式及微量元素特征,说明样品来自同一岩浆源。样品FeO含量明显高于Fe2O3含量,说明玄武岩喷出环境为还原环境;Mg#值较低,说明玄武岩在形成过程中经历了结晶分异作用;Eu具负异常,表明成岩过程中经历了斜长石的分离结晶作用。枕状玄武岩的微量元素蛛网图(图 5-a)及稀土元素球粒陨石标准化图(图 5-b)显示,微量元素亏损Nb、Ta、Ti、P,富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,具有俯冲带的地球化学特征。地壳混染是岩浆上升过程中一个重要的演化过程,玄武岩显示富集轻稀土元素、亏损高场强元素(HFSE),表明狼山地区枕状玄武岩在形成过程中经历了大陆物质的混染。同样地,低的TiO2含量(1.11%~1.54%)及低的Ta/La值(0.02~0.03)也指示岩石经历了地壳混染作用[53-54]。幔源岩石的Na/Ta和Zr/Hf值分别约为17.5和36,壳源岩石的Na/Ta和Zr/Hf值分别约为11和33[55]。本次样品的Na/Ta和Zr/Hf值分别约为16.9和36.8,说明狼山地区枕状玄武岩属于壳幔混合不均匀的产物。而锆石年龄中出现的元古宙锆石也指示存在大陆物质的混染作用,说明研究区玄武岩的原始岩浆在上升过程中经历了地壳物质的混染。

高场强元素化学性质稳定,一般不受变质和蚀变作用的影响,所以为了进一步判定狼山地区枕状玄武岩的形成环境,可采用活动性较弱的高场强元素进行判别图解[56]。因为地壳岩石和其部分熔融体同样具有很低的TiO2含量和Nb、Ta含量,使经历地壳混染的大陆玄武岩的原始Ti、Nb、Ta含量下降,为了避免将板内玄武岩误认为岛弧或大陆边缘弧玄武岩,需要首先判别是否存在板内玄武岩,如果不存在板内玄武岩,则进一步判别其他构造环境[57-58]。在Ti/Y-Nb/Y图解中,玄武岩落入岛弧玄武岩、洋中脊玄武岩区域,无板内玄武岩特征(图 8-a)。在Hf-Th-Ta及Hf-Th-Nb判别图(图 8-bc)中,枕状玄武岩均落在钙碱性玄武岩区域,钙碱性玄武岩主要出露在活动大陆边缘弧地区。Pearce[61]指出,大部分来自活动大陆边缘弧的玄武岩的Ta/Yb值大于0.1,而来自大洋弧玄武岩的Ta/Yb值小于0.1。狼山地区枕状玄武岩的Ta/Yb值为0.18~0.20,指示其形成于活动大陆边缘弧环境。所以,综合主量、微量元素特征及各类判别图解结果,狼山地区枕状玄武岩呈现活动大陆边缘弧玄武岩特征。

图 8 枕状玄武岩Nb/Y-Ti/Y(a)[59]、Hf-Th-Ta(b)及Hf-Th-Nb图解(c)[60] Fig.8 Nb/Y-Ti/Y (a), Hf-Th-Ta (b) and Hf-Th-Nb (c) diagrams for pillow basalt WPB—板内玄武岩;MORB—洋中脊玄武岩;IAB—火山弧玄武岩;N-MORB—正常洋中脊玄武岩;E-MORB—富集型洋中脊玄武岩;WPT—板内拉斑玄武岩;WPAB—板内碱性玄武岩;IAT—岛弧拉斑玄武岩;CAB—钙碱性玄武岩
5.3 构造背景

阿拉善地块北缘晚古生代构造演化一直存在争议。有的学者认为阿拉善地块北缘在晚古生代为活动大陆边缘弧环境[62-65],也有学者认为是碰撞后伸展环境[21-22, 50]。尽管阿拉善地块与华北板块的拼合时间存在争议,但是大部分学者认为,阿拉善地块与华北板块在晚古生代之前已经拼合在一起[66-68]。李锦轶等[66]认为,华北北缘与阿拉善北缘发育相同的晚石炭世—三叠纪中酸性侵入岩,因而晚古生代以来阿拉善地块与华北板块具有相同的构造演化过程。

张拴宏等[46, 69]认为,华北板块北缘早石炭世—中二叠世为俯冲相关的安第斯型活动大陆边缘弧环境,随着古亚洲洋在晚二叠世最终闭合和碰撞,华北板块北缘进入后碰撞/造山后期伸展环境;史兴俊等[63]对阿拉善地块北缘哈里努登花岗岩岩体(284.0±1.8Ma)研究认为,阿拉善地区早二叠世存在与弧物质有关的岩浆活动;任康绪[70]和张文等[71]认为,阿拉善地块在二叠纪末期进入伸展环境;Lin等[19]依据对狼山地区东升庙侵入岩(281±17Ma)的研究,认为该地区有二叠纪安第斯型弧。

杨奇荻等[65]认为,古亚洲洋大洋壳向南俯冲作用至少始于早泥盆世之间,并于二叠纪末期或稍晚结束。狼山地区枕状玄武岩形成于二叠纪晚期,其成因分析与构造判别图解表明,狼山地区枕状玄武岩属于俯冲背景下形成的活动大陆边缘弧玄武岩,指示在此时期阿拉善北缘古亚洲洋的俯冲作用还未完全结束。众所周知,枕状玄武岩是水底喷发的产物,因此推测二叠纪末期狼山地区可能还存在残留洋(图 9)。综上所述,笔者认为,狼山地区枕状玄武岩为古亚洲洋向南俯冲的产物,狼山地区在二叠纪晚期为活动大陆边缘。

图 9 狼山地区枕状玄武岩成因模式图(据参考文献[23]修改) Fig.9 Pillow basalt genetic model diagram
6 结论

(1)狼山地区枕状玄武岩LA-ICP-MS锆石UPb年龄分别为252±3Ma、254±4Ma,枕状玄武岩的时代属于二叠世晚期。

(2)枕状玄武岩具高SiO2(51.75%~54.74%)、贫碱低钾的特征,明显亏损Nb、Ta,富集Rb、Ba、U,富集轻稀土元素,亏损重稀土元素,具有岛弧玄武岩特征。根据地球化学特征和构造背景分析,认为狼山地区枕状玄武岩的形成与古亚洲洋向南俯冲有关,指示古亚洲洋的俯冲作用在晚二叠世还未结束,而狼山地区在此时期为活动大陆边缘弧。

致谢: 审稿专家对文章提出了宝贵的修改意见,野外工作期间得到南京大学张庆龙教授的耐心指导,南京大学博士研究生高爽、中国地质科学院博士研究生张北航和中国科学院硕士研究生惠洁在文章写作中提出了宝贵的意见,使文章能够顺利完成,在此一并表示衷心感谢。

参考文献
[1]
Sengör A, Natal'In B A, Burtman V S. Evolution of the Altaid tectonic collage and Paleozoic crustal growth in Eurasia[J]. Nature, 1993, 364(6435): 299-307. DOI:10.1038/364299a0
[2]
Sengör A, Natal'In B A. Paleotectonics of Asia: Fragments of a synthesis[C]//Yin A, Harrison M. The tectonic evolution of Asia. Cambirdge: Cambirdge University Press, 1996: 486-640 https://www.tib.eu/en/search/id/BLCP%3ACN015296678/Paleotectonics-of-Asia-fragments-of-a-synthesis/
[3]
Yakubchuk A. The Baikalide-Altaid, Transbaikal-Mongolian and North Pacific orogenic collages: similarity and diversity of structural patterns and metallogenic zoning[C]//Blundell D J, Neubauer F, VonQuadt A. Geological Society Special Publication, 2002: 273-297. https://www.researchgate.net/publication/238424472_The_Baikalide_-_Altaid_Transbaikal-Mongolian_and_North_Pacific_orogenic_collages_Similarity_and_diversity_of_structural_patterns_and_metallogenic_zoning
[4]
Yakubchuk A. Architecture and mineral deposit settings of the Altaid orogenic collage:A revised model[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2004, 23(5): 761-779. DOI:10.1016/j.jseaes.2004.01.006
[5]
Badarch G, Dickson Cunningham W, Windley B F. A new terrane subdivision for Mongolia:implications for the Phanerozoic crustal growth of Central Asia[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2002, 21(1): 87-110.
[6]
Li J Y. Permian geodynamic setting of Northeast China and adjacent regions:closure of the Paleo-Asian Ocean and subduction of the Paleo-Pacific Plate[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2006, 26(3/4): 207-224.
[7]
Windley B F, Alexeiev D, Xiao W J, et al. Tectonic models for accretion of the Central Asian Orogenic Belt[J]. Journal of the geological society, 2007, 164(1): 31-47. DOI:10.1144/0016-76492006-022
[8]
Jahn B, Wu F Y, Chen B. Granitoids of the Central Asian Orogenic Belt and continental growth in the Phanerozoic[J]. Transactions of the Royal Society of Edinburgh:Earth Sciences, 2000, 91(1/2): 181-193.
[9]
Jahn B M. The central Asian orogenic belt and growth of the continental crust in the Phanerozoic[C]//Malpas J, Fletcher C, Ali J R, et al. Geological Society Special Publication, 2004: 73-100. https://pubs.geoscienceworld.org/books/book/1600/chapter/107377119/the-central-asian-orogenic-belt-and-growth-of-the
[10]
Xiao W J, Windley B F, Hao J, et al. Accretion leading to collision and the Permian Solonker suture, Inner Mongolia, China:Termination of the central Asian orogenic belt[J]. Tectonics, 2003, 22(1069): 1-8.
[11]
Xiao W J, Kroener A, Windley B. Geodynamic evolution of Central Asia in the Paleozoic and Mesozoic[J]. International Journal of Earth Sciences, 2009, 98(6): 1185-1188. DOI:10.1007/s00531-009-0418-4
[12]
Miao L C, Fan W M, Liu D Y, et al. Geochronology and geochemistry of the Hegenshan ophiolitic complex:Implications for late-stage tectonic evolution of the Inner Mongolia-Daxinganling Orogenic Belt, China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2008, 32(5/6): 348-370.
[13]
Xu B, Charvet J, Chen Y, et al. Middle Paleozoic convergent orogenic belts in western Inner Mongolia (China):framework, kinematics, geochronology and implications for tectonic evolution of the Central Asian Orogenic Belt[J]. Gondwana Research, 2013, 23(4): 1342-1364. DOI:10.1016/j.gr.2012.05.015
[14]
田荣松, 解国爱, 张进, 等. 内蒙古狼山地区新元古代狼山群变形特征及区域构造意义[J]. 地质论评, 2017(5): 1180-1192.
[15]
Wang Z Z, Han B, Feng L, et al. Geochronology, geochemistry and origins of the Paleozoic-Triassic plutons in the Langshan area, western Inner Mongolia, China[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2015, 97: 337-351. DOI:10.1016/j.jseaes.2014.08.005
[16]
吴亚飞, 曾键年, 曹建劲, 等. 内蒙古东升庙海西期岩体锆石UPb年龄及Hf同位素特征[J]. 地质科技情报, 2013(6): 22-30.
[17]
Liu Q, Zhao G C, Sun M, et al. Early Paleozoic subduction processes of the Paleo-Asian Ocean:Insights from geochronology and geochemistry of Paleozoic plutons in the Alxa Terrane[J]. Lithos, 2016, 262: 546-560. DOI:10.1016/j.lithos.2016.07.041
[18]
鲁有朋, 俞胜, 张永全, 等. 内蒙狼山地区中生代构造演化及年代学特征[J]. 甘肃地质, 2015(2): 24-29.
[19]
张进, 李锦轶, 刘建峰, 等. 内蒙古狼山西南地区枕状玄武岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄及意义[J]. 地质通报, 2013, 32(2/3): 287-296.
[20]
Xiao W J, Huang B C, Han C M, et al. A review of the western part of the Altaids:A key to understanding the architecture of accretionary orogens[J]. Gondwana Research, 2010, 18: 253-273. DOI:10.1016/j.gr.2010.01.007
[21]
Ao S J, Xiao W J, Han C M, et al. Geochronology and geochemistry of Early Permian mafic-ultramafic complexes in the Beishan area, Xinjiang, NW China:Implications for late Paleozoic tectonic evolution of the southern Altaids[J]. Gondwana Research, 2010, 18(2/3): 466-478.
[22]
Liu M, Zhang D, Xiong G Q, et al. Zircon U-Pb age, Hf isotope and geochemistry of Carboniferous intrusions from the Langshan area, Inner Mongolia:Petrogenesis and tectonic implications[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2016, 120: 139-158. DOI:10.1016/j.jseaes.2016.01.005
[23]
Lin L N, Xiao W J, Wan B, et al. Geochronologic and geochemical evidence for persistence of south-dipping subduction to late Permian time, Langshan area, Inner Mongolia (China):Significance for termination of accretionary orogenesis in the southern Altaids[J]. American Journal of Science, 2014, 314(2): 679-703. DOI:10.2475/02.2014.08
[24]
彭润民, 翟裕生, 王建平, 等. 内蒙狼山新元古代酸性火山岩的发现及其地质意义[J]. 科学通报, 2010(26): 2611-2620.
[25]
Dan W, Li X H, Guo J H, et al. Paleoproterozoic evolution of the eastern Alxa Block, westernmost North China:Evidence from in situ zircon U-Pb dating and Hf-O isotopes[J]. Gondwana Research, 2012, 21(4): 838-864.
[26]
Hu J M, Gong W B, Wu S J, et al. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the Langshan Group in the northeast margin of the Alxa block, with tectonic implications[J]. Precambrian Research, 2014, 255: 756-770. DOI:10.1016/j.precamres.2014.08.013
[27]
彭润民, 翟裕生, 韩雪峰, 等. 内蒙古狼山造山带构造演化与成矿响应[J]. 岩石学报, 2007(3): 679-688.
[28]
彭润民. 内蒙东升庙矿区狼山群中石英角斑岩的发现及意义[J]. 矿床地质, 1993(3): 273-283.
[29]
彭润民, 翟裕生, 王志刚, 等. 内蒙古狼山炭窑口热水喷流沉积矿床钾质"双峰式"火山岩层的发现及其示踪意义[J]. 中国科学(D辑), 2004(12): 1135-1144.
[30]
张永全.内蒙古狼山西段花岗岩-闪长岩类地球化学特征及其构造意义[D].兰州大学硕士学位论文, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10730-1016025591.htm
[31]
Dan W H, Li X, Wang Q, et al. An Early Permian (ca. 280Ma) silicic igneous province in the Alxa Block, NW China:A magmatic flare-up triggered by a mantle-plume?[J]. Lithos, 2014, 204: 144-158. DOI:10.1016/j.lithos.2014.01.018
[32]
Zhang J, Li J Y, Xiao W X, et al. Kinematics and geochronology of multistage ductile deformation along the eastern Alxa block, NW China:New constraints on the relationship between the North China Plate and the Alxa block[J]. Journal of Structural Geology, 2013, 57: 38-57. DOI:10.1016/j.jsg.2013.10.002
[33]
Darby B J, Gehrels G. Detrital zircon reference for the North China block[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2006, 26(6): 637-648.
[34]
Liu Y S, Gao S, Hu Z, et al. Continental and Oceanic Crust Recycling-induced Melt-Peridotite Interactions in the TransNorth China Orogen:U-Pb Dating, Hf Isotopes and Trace Elements in Zircons from Mantle Xenoliths[J]. Journal of Petrology, 2010, 51(1/2): 537-571.
[35]
Liu Y S, Hu Z, Zong K, et al. Reappraisement and refinement of zircon U-Pb isotope and trace element analyses by LA-ICP-MS[J]. Chinese Science Bulletin, 2010, 15: 1535-1546.
[36]
Ludwig K R. User's Manual for Isoplot 3.00. A Geochronological Toolkit for Microsoft Excel[J]. Berkeley:Berkeley Geochronology Center Special Publication, 2003, 1-77.
[37]
李怀坤, 耿建珍, 郝爽, 等. 用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)测定锆石U-Pb同位素年龄的研究[J]. 矿物学报, 2009(S1): 600-601.
[38]
Black L P, Kamo S L, Williams I S, et al. The application of SHRIMP to Phanerozoic geochronology; a critical appraisal of four zircon standards[J]. Chemical Geology, 2003, 200(1/2): 171-188.
[39]
Pearce J A, Cann J R. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1993, 19(2): 290-300.
[40]
Condie K C. Geochemical changes in basalts and andesites across the Archean-Proterzoic boundary-inentification and significance[J]. Lithos, 1989, 23(1/2): 1-18.
[41]
Wilson B M. Igneous petrogenesis:A global tectonic approach[M]. London: Unwin Hyman, 1989.
[42]
Le Maitre R W, P B, A D. A classification of igneous rocks and glossary of terms[M]. Oxford: Blackwell Scientific, 1989: 1-193.
[43]
Winchester J A, Floyd P A. Geochemical discrimination of different magma series and their differentiation products using immobile elements[J]. Chemical Geology, 1977, 20: 325-343. DOI:10.1016/0009-2541(77)90057-2
[44]
Sun S S, Mcdonough W F. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts:implications for mantle composition and processes[J]. Geological Society, London, Special Publications, 1989, 42(1): 313-345.
[45]
耿元生, 周喜文. 阿拉善地区新元古代岩浆事件及其地质意义[J]. 岩石矿物学杂志, 2010, 29(6): 779-795. DOI:10.3969/j.issn.1000-6524.2010.06.014
[46]
耿元生, 王新社, 吴春明, 等. 阿拉善变质基底古元古代晚期的构造热事件[J]. 岩石学报, 2010(4): 1159-1170.
[47]
李俊建, 沈保丰, 李惠民, 等. 内蒙古西部巴彦乌拉山地区花岗闪长岩质片麻岩的单颗粒锆石U-Pb法年龄[J]. 地质通报, 2004, 23(12): 1243-1245. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2004.12.013
[48]
耿元生, 王新社, 沈其韩, 等. 内蒙古阿拉善地区前寒武纪变质岩系形成时代的初步研究[J]. 中国地质, 2007(2): 251-261. DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2007.02.006
[49]
张建军.华北地块北缘西段巴彦诺尔公-狼山地区二叠纪牙马图岩体岩浆混合成因及其意义探讨[D].中国地质大学(北京)硕士学位论文, 2012. http://xueshu.baidu.com/usercenter/paper/show?paperid=ec075b749af45226a911ada8d25b0c66&site=xueshu_se&hitarticle=1
[50]
张拴宏, 赵越, 刘建民, 等. 华北地块北缘晚古生代——早中生代岩浆活动期次、特征及构造背景[J]. 岩石矿物学杂志, 2010(6): 824-842. DOI:10.3969/j.issn.1000-6524.2010.06.017
[51]
吴素娟.阿拉善地块东北缘变质变形研究及其大地构造意义[D].中国地质科学院博士学位论文, 2014. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-82501-1014269100.htm
[52]
李俊建.内蒙古阿拉善地块区域成矿系统[D].中国地质大学(北京)博士学位论文, 2006. http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-11415-2006065347.htm
[53]
Zhao J H, Zhou M F. Geochemistry of Neoproterozoic mafic intrusions in the Panzhihua district (Sichuan Province, SW China):Implications for subduction-related metasomatism in the upper mantle[J]. Precambrian Research, 2007, 152(1): 27-47.
[54]
Dong Y P, Zhang G W, Hauzenberger C, et al. Palaeozoic tectonics and evolutionary history of the Qinling orogen:Evidence from geochemistry and geochronology of ophiolite and related volcanic rocks[J]. Lithos, 2011, 122(1): 39-56.
[55]
Taylor S R, Mclennan S M. The continental crust:Its composition and evolution[J]. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 1986, 42, 3: 196-197.
[56]
邓晋福, 刘翠, 冯艳芳, 等. 关于火成岩常用图解的正确使用:讨论与建议[J]. 地质论评, 2015, 61(4): 717-734.
[57]
张旗. 如何正确使用玄武岩判别图[J]. 岩石学报, 1990, 2: 87-94.
[58]
夏林圻, 夏祖春, 徐学义, 等. 利用地球化学方法判别大陆玄武岩和岛弧玄武岩[J]. 岩石矿物学杂志, 2007(1): 77-89. DOI:10.3969/j.issn.1000-6524.2007.01.011
[59]
Pearce J A. Trace element characteristics of lavas from destructive plate boundaries[C]//Thorpe R S. Orogenic Andesites and Related Rocks. Chichester, England: John Wiley and Sons, 1982: 528-548. https://www.researchgate.net/publication/304749002_Trace_Element_Characteristics_of_Lavas_from_Destructive_Plate_Boundaries
[60]
Wood D A. The application of a Th-Hf-Ta diagram to problems of tectonomagmatic classification and to establishing the nature of crustal contamination of basaltic lavas of the British tertiary volcanic province[J]. Earth and Planetary Science Letters, 1980, 50(1): 11-30. DOI:10.1016/0012-821X(80)90116-8
[61]
Pearce J A. Role of the sub-continental lithosphere in magma genesis at active continental margin[C]//Hawkesworth C J, Norry M J. Continental Basalts and Mantle Xenoliths. Nantwich, Cheshire: Shiva Publications, 1983: 230-249. http://orca.cf.ac.uk/8626/
[62]
Zheng R G, Wu T R, Zhang W, et al. Late Paleozoic subduction system in the northern margin of the Alxa block, Altaids:Geochronological and geochemical evidences from ophiolites[J]. Gondwana Research, 2014, 25(2): 842-858. DOI:10.1016/j.gr.2013.05.011
[63]
史兴俊, 童英, 王涛, 等. 内蒙古西部阿拉善地区哈里努登花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄和地球化学特征[J]. 地质通报, 2012, 31(5): 662-670. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2012.05.003
[64]
Feng J Y, Xiao W J, Windley B, et al. Field geology, geochronology and geochemistry of mafic-ultramafic rocks from Alxa, China:Implications for Late Permian accretionary tectonics in the southern Altaids[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2013, 78(SI): 114-142.
[65]
杨奇荻, 张磊, 王涛, 等. 内蒙古阿拉善地块北缘沙拉扎山晚石炭世岩体地球化学特征与LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄[J]. 地质通报, 2014, 33(6): 776-787. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2014.06.002
[66]
李锦轶, 张进, 曲军峰. 华北与阿拉善两个古陆在早古生代晚期拼合——来自宁夏牛首山沉积岩系的证据[J]. 地质论评, 2012(2): 208-214. DOI:10.3969/j.issn.0371-5736.2012.02.002
[67]
Zhang J, Li J Y, Xiao W X, et al. Kinematics and geochronology of multistage ductile deformation along the eastern Alxa block, NW China:New constraints on the relationship between the North China Plate and the Alxa block[J]. Journal of Structural Geology, 2013, 57: 38-57. DOI:10.1016/j.jsg.2013.10.002
[68]
Yuan W, Yang Z Y. The Alashan Terrane did not amalgamate with North China block by the Late Permian:Evidence from Carboniferous and Permian paleomagnetic results[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2015, 104: 145-159.
[69]
Zhang S H, Zhao Y, Song B, et al. Contrasting Late Carboniferous and Late Permian-Middle Triassic intrusive suites from the northern margin of the North China craton:Geochronology, petrogenesis, and tectonic implications[J]. Geological Society of American Bulletin, 2009, 121(1/2): 181-200.
[70]
任康绪, 阎国翰, 牟保磊, 等. 阿拉善断块富碱侵入岩岩石地球化学和Nd、Sr、Pb同位素特征及其意义[J]. 地学前缘, 2005(2): 292-302. DOI:10.3321/j.issn:1005-2321.2005.02.030
[71]
张文, 吴泰然, 冯继承, 等. 阿拉善地块北缘古大洋闭合的时间制约:来自乌力吉花岗岩体的证据[J]. 中国科学:地球科学, 2013(8): 1299-1311.
宁夏回族自治区地质局区域调查队.中华人民共和国区域地质调查报告(磴口幅,1∶20万).1979