地质通报  2019, Vol. 38 Issue (7): 1170-1182  
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吴煜, 田强国, 王振强, 冯建之, 康宏伟, 肖中军, 李新萍. 内蒙古苏尼特左旗北部恩格日音棚地区早石炭世火山岩的发现及其构造意义[J]. 地质通报, 2019, 38(7): 1170-1182.
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Wu Y, Tian Q G, Wang Z Q, Feng J Z, Kang H W, Xiao Z J, Li X P. The Early Carboniferous volcanic rocks in Engeriyinpeng area of Sonid Left Banner, Inner Mongolia: Discovery and its tectonic significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(7): 1170-1182.
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基金项目

中国地质调查局项目《内蒙古1:5万浩宾塔拉幅(L49E020022)、吉尔戈郎图幅(L49E020023)、阿登锡勒大队幅(L49E021022)、塔拉布拉格幅(L49E021023)、朝勒更爱力幅(L49E022022)、阿尔善布拉格幅(L49E022023)区域地质矿产调查》(编号:1212011220452)

作者简介

吴煜(1986-), 男, 硕士, 工程师, 从事区域地质调查研究工作。E-mail:wu_yucugb@163.com

文章历史

收稿日期: 2017-11-09
修订日期: 2018-01-07
内蒙古苏尼特左旗北部恩格日音棚地区早石炭世火山岩的发现及其构造意义
吴煜1,2 , 田强国1,2 , 王振强1,2 , 冯建之1,2 , 康宏伟1,2 , 肖中军1,2 , 李新萍1,2     
1. 河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院, 河南 洛阳 471000;
2. 河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室, 河南 洛阳 471000
摘要: 在内蒙古苏尼特左旗恩格日音棚地区新发现一套英安岩、流纹岩及对应的火山碎屑岩组合,测得英安岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为333.0±1.4Ma,为早石炭世中期,代表宝力高庙组火山岩的初始喷发年龄。其中多数样品具钙碱性系列特征,在TAS图解中,分别落入流纹岩区和粗面岩-英安岩区;所有样品具相似的微量、稀土元素特征,稀土元素总量中等(∑REE=110.6×10-6~273.3×10-6),轻、重稀土元素分馏明显((La/Yb)N=2.39~5.31),具较弱的负Eu异常(δEu=0.48~0.65)。微量元素以富集大离子亲石元素Rb、Th,亏损高场强元素P、Ti、Nb、Ta为特征,显示岩浆来源为地壳物质的部分熔融,形成于俯冲构造环境。通过区域对比,早石炭世火山岩与贺根山蛇绿岩带北侧二连—东乌旗一带的早石炭世二长花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩等共同构成了早石炭世与板块俯冲有关的岩浆弧。早石炭世贺根山洋盆开始向北俯冲进入消减阶段。
关键词: 内蒙古    苏尼特左旗    早石炭世    英安岩    LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    贺根山洋盆    
The Early Carboniferous volcanic rocks in Engeriyinpeng area of Sonid Left Banner, Inner Mongolia: Discovery and its tectonic significance
WU Yu1,2, TIAN Qiangguo1,2, WANG Zhenqiang1,2, FENG Jianzhi1,2, KANG Hongwei1,2, XIAO Zhongjun1,2, LI Xinping1,2     
1. No.1 Institute of Geological and Mineral Resources Survey, Development of Geology and Mineral Resources of He'nan Province, Luoyang 471000, He'nan, China;
2. Key Laboratory of Au-Ag-Polymetallic Deposit Series and Deep-seated Metallogenic Prognosis of He'nan Province, Luoyang 471000, He'nan, China
Abstract: This paper reports newly discovered Early Carboniferous volcanic rocks in Engeriyinpeng area of Sonid Left Banner, Inner Mongolia.LA-ICP-MS U-Pb zircon dating shows that the volcanic rocks has an age of 333.0 ±1.4Ma, which suggests that Baoligaomiao Formation was erupted in Early Carboniferous. Geochemical analysis shows that most of the samples are characterized by calc-alkaline rock series. All the acidic volcanic rocks fall into rhyolite area, two of the neutral volcanic rocks fall into trachyte area, other samples fall into dacite area, and all samples are characterized by alkaline rock series in the TAS diagram. All samples have similar characteristics of REE patterns which are characterized by medium total REE content (∑REE=110.6×10-6~273.3×10-6), significant fractionation of HREE and LREE (La/Yb)N=2.39~5.31) and relatively strong negative Eu anomalies (δEu=0.48~0.65). The trace element geochemistry is characterized evidently by enrichment of LILE (Rb and Th), and strong depletion of HFSE (P, Ti, Nb and Ta). The ratios of Rb/Sr (0.50~6.64), Ti/Y (6.82~85.21) and Ti/Zr (2.27~19.71) all fall into the field of the earth's crust source. These characteristics indicate that the volcanic rocks might have originated from partial melting of the earth's crust, and they were formed in a subduction-related settings. Combined with the regional researching results and the previous research results, the authors hold that the Carboniferous volcanic rocks, together with other Early Carboniferous arc-related felsic magmatic rocks in the Erlianhot-Dongwu Banner region, constitute the magmatic arc caused by the northward subduction of Hegenshan Ocean.
Key words: Inner Mongolia    Sonid Left Banner    Early Carboniferous    dacite    LA-ICP-MS zircon U-Pb age    Hegenshan back-arc basin    

兴蒙造山带位于西伯利亚板块与华北板块之间,是全球显生宙增生最强烈的地区之一[1-2]。自早古生代以来该地区经历了多期次的大洋板片俯冲碰撞过程,一直延续到古亚洲洋闭合时结束[3-4]。古亚洲洋复杂的演化过程一直是地学界研究的热点问题[5-14]。目前对于最终碰撞缝合的位置,大多数地质学者已取得共识,即索伦缝合带[5-8, 15-17], 但当前对洋盆最终关闭的时限问题仍存在晚泥盆世[5-6, 18]、早石炭世[19]、早二叠世[20-23]、二叠纪—早三叠世[24-38]的争议。

二连-贺根山蛇绿岩带分布于内蒙古锡林郭勒盟北部,由火山沉积地层、花岗岩、蓝片岩及大量蛇绿岩片组成[34]。早先有学者在贺根山硅质岩中发现了腔肠动物门栉水母类的一种支柱构造(Melanosteus sp.)[39],认为该蛇绿岩形成于中晚泥盆世。近年来有学者利用SHRIMP锆石U-Pb技术对贺根山地区蛇绿岩进行了测年研究,结果显示该蛇绿岩形成于354.2~333.0Ma[14, 40],代表了一条NE向延伸的早石炭世蛇绿混杂岩带。

研究区位于贺根山蛇绿岩-弧-增生杂岩带北约50km处(图 1-a),晚古生代经历了贺根山洋盆的打开-俯冲-闭合的整个过程。对于大面积分布于二连—东乌旗一带的晚石炭世宝力高庙组中酸性火山岩及高钾钙碱性花岗岩的年代学及岩石地球化学的研究已较深入[35-36, 41],研究结果表明其形成于后造山构造环境。本文通过在苏尼特左旗以北开展1:5万阿登锡勒大队等6幅区域地质调查项目,在恩格日音棚一带新发现了一套早石炭世火山岩,通过对其测年及岩石地球化学研究,探讨该套火山岩的归属、岩浆源区性质及地球动力学背景,为进一步探讨早石炭世区域大地构造环境提供重要依据。

图 1 内蒙古苏尼特左旗恩格日音棚地区大地构造位置(a,据参考文献[8]修改)和区域地质简图(b) Fig.1 Tectonic location map (a) and geological sketch map (b) of the Engeriyinpeng area in Inner Mongolia 1—正断层;2—地层及岩体侵入界线;3—角度不整合界线;4—产状;5—采样位置及样品号;6—实测剖面位置;7—研究区位置;Q—第四系洪冲积物;C1bl—上石炭统宝力高庙组;D1-2n2—中下泥盆统泥鳅河组;ξγxC1—早石炭世细粒正长花岗岩;ηγx C1—早石炭世二长花岗岩
1 地质背景及样品描述

研究区位于苏尼特左旗北部,大地构造位置位于兴蒙造山带中部,二连-贺根山板块缝合带以北。区内古生代火山-沉积地层分布较广,深大断裂和侵入岩发育,具有特殊的地质构造背景。

区内主要出露地层为中—下泥盆统泥鳅河组、上石炭统宝力高庙组(图 1-b)。泥鳅河组主要为中细砾岩、长石石英砂岩、粉砂岩,构成下粗上细的退积型层序。宝力高庙组主要分布在贺根山断裂带以北的二连—东乌旗一带,向北东延伸至尕拉城等地,其层型剖面位于东乌旗宝力高庙白云敖包。根据其原始含义,分布于宝力高庙和小坝梁、达布苏诺尔一带的宝力高庙组主要由砂砾岩和酸性火山岩构成。宝力高庙组在本区分布非常广泛,为一套厚度巨大的中酸性火山岩,参考内蒙古巴音乌拉幅1:25万区调报告及《内蒙古自治区岩石地层》[48],将区内宝力高庙组划分为5个岩性段。一段为本次新发现的早石炭世中期火山岩,岩性以英安岩、流纹岩、安山质晶屑凝灰岩为主。二段—五段为晚石炭世宝力高庙组火山岩,二段下部主要为灰白色粗面岩、粗面质角砾岩屑凝灰岩,夹流纹质角砾岩屑凝灰岩及球粒流纹岩,上部为灰黄色流纹质晶屑凝灰岩夹沉凝灰岩、英安质火山角砾岩、安山质晶屑凝灰岩及安山岩。该岩性段夹较多的沉凝灰岩和凝灰质砂岩透镜体。三段主要为灰黄色-灰黑色安山质含砾晶屑岩屑凝岩、灰绿色英安质含砾晶屑凝灰岩,夹薄层安山岩、沉凝灰岩。四段主要为灰黄色流纹质晶屑凝灰岩、灰红色流纹质晶屑熔结凝灰岩,夹球粒流纹岩、英安质晶屑强熔结凝灰岩、安山质强熔结凝灰岩。五段以灰色英安质晶屑凝灰岩为主,少量灰色流纹质晶屑凝灰岩,该段岩石以深灰色且岩石中含有大量的斜长石和石英晶屑为主要特征。新生代地层主要为更新统阿巴嘎组玄武岩、冰碛砂砾石层、洪坡积物和全新统洪冲积物。

本次研究的早石炭世火山岩北部与中下泥盆统泥鳅河组呈角度不整合接触,南部与早石炭世正长花岗岩呈侵入接触,岩性组合为安山岩-英安岩-流纹岩及对应的晶屑凝灰岩。

本次锆石U-Pb测年样品为英安岩(TW-1,图 2-a),采自前人1:25万区调工作中划分的宝力高庙组火山岩夹层,采样点坐标为北纬44°40′51″、东经113°19′47″(图 1-b)。岩石具斑状、熔蚀结构,基质为霏细-交织结构,斑晶为斜长石(Pl)、石英(Qtz)、角闪石(Hbl)(图 2-b),约占岩石总量的20%~25%;基质为霏细-显微晶质的斜长石、石英、角闪石,主要为霏细质的长英质,定向排列的微晶斜长石分布其上,呈霏细-交织结构,占岩石总量的75%~80%。副矿物为磁铁矿,蚀变矿物为绢云母、绿泥石、方解石等。与年龄样品配套的12件样品(TW-1、TW-2~TW-12)用于主量、微量元素分析,其中TW-1和TW-4为英安岩,TW-5和TW- 10为英安质晶屑凝灰岩,其他为流纹岩(图 2-c、d)。流纹岩样品多具斑状结构,斑晶为石英和钾长石(图 2-d),占岩石总量的10%~15%,钾长石呈他形,棱角状或熔蚀为不规则状,主要为正长石,粒径0.2~2mm,占岩石总量的8%~10%。石英呈他形,棱角状或熔蚀为不规则状,粒径0.2~2mm,占岩石总量的4%~5%;基质成分为隐晶的长英质,由于结晶分异的差异性,分布粗细不等的结晶分异条带或条纹,占岩石总量的85%~90%。

图 2 早石炭世火山岩野外(a、c)及显微(b、d)照片 Fig.2 Petrographic characteristics of the Early Carboniferous volcanic rocks a —英安岩样品;b—英安岩样品(正交偏光);c—流纹岩样品;d —流纹岩样品(正交偏光)。Qtz—石英;Pl—斜长石;Hbl—角闪石;Kfs—钾长石
2 LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定 2.1 分析方法

锆石分选由河北省廊坊宇能岩石矿物分选公司完成,原岩样品按常规方法粉碎、淘洗,并经磁选和重液分离,在双目镜下挑选出锆石颗粒。锆石制靶和阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测定在天津地质调查中心完成,分析中以氦气作为剥蚀物质的载气,采用的激光束斑直径为35μm。平均加权平均计算及锆石U-Pb谐和图绘制用Isoplot3.0程序[42]完成。测试结果列于表 1

表 1 早石炭世英安岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data of dacite from early Carboniferous volcanic rocks
2.2 锆石特征及分析结果

阴极发光图像显示,样品锆石多呈自形-半自形,为长柱状或短柱状,具韵律环带结构(图 3),Th/U值介于0.38~0.76之间,且多数大于0.5,岩浆锆石特征明显[43]。26个测点中4号、20号及26号锆石自形程度较差,年龄偏差也较大,分别为277Ma、297Ma及259Ma,予以剔除,其余23个测点年龄较集中,位于谐和线上及其附近,206Pb/238U年龄加权平均值为333.0 ± 1.4 Ma(MSWD = 1.3)(图 4),代表火山岩的喷发年龄。

图 3 英安岩(TW-1)锆石阴极发光(CL)图像及LA-ICP-MS测点位置 Fig.3 CL images and dating spots for zircons from dacite (TW-1)
图 4 英安岩样品(TW-1)锆石U-Pb谐和图及分布直方图 Fig.4 U-Pb concordia diagram and 206Pb/238U age plot of zircon from the dacite (TW-1) measured by LA-ICP-MS
3 岩石地球化学特征

主量、微量元素和稀土分析测试在天津地质矿产研究所测试完成,分析结果列于表 2

表 2 早石炭世火山岩地球化学分析结果 Table 2 Geochemical composition of early Carboniferous volcanic rocks
3.1 主量元素

流纹岩样品SiO2含量较高,为71.57% ~ 77.22%,Al2O3含量介于11.85%~14.05%之间,K2O含量为1.77%~4.14%,Na2O含量介于3.96%~4.53%之间。粗面岩-英安岩样品SiO2含量为63.36%~ 66.79%,Al2O3含量介于14.34%~16.03%之间,K2O含量为1.88%~3.02%,Na2O含量介于4. 6%~5.26%之间,样品碱含量较高,CaO、MgO含量均较低。在TAS图解(图 5)中,流纹岩落入亚碱性流纹岩区,而粗面岩-英安岩类有2件样品落入粗面岩区,2件样品落入英安岩区,与野外及岩矿鉴定结果基本一致,且所有样品均落入亚碱性系列。在SiO2-K2O图解(图 6-a)中,多数样品具钙碱性系列特征,2件样品落入高钾钙碱性系列特征;岩石的铝饱和指数A/CNK介于0.98~1.21之间,在A/CNK-A/NK图解上主要位于过铝质区域,其中1件样品落入准铝质范围(图 6-b)。

图 5 早石炭世火山岩TAS图解(底图据参考文献[44]) Fig.5 TAS diagram of Early Carboniferous volcanic rocks
图 6 早石炭世火山岩SiO2-K2O图解(a)和A/CNK-A/NK图解(b,底图据参考文献[44-45]) Fig.6 SiO2-K2O (a) and A/CNK-A/NK (b) diagrams of Early Carboniferous volcanic rocks
3.2 稀土元素

球粒陨石标准化稀土元素(REE)配分图解(图 7-a)显示,该组岩石样品具有相似的稀土元素特征,流纹岩稀土元素总量∑REE介于110.6×10-6~ 273.3×10-6之间,稀土元素含量较高,(La/Yb)N值介于2.65~5.68之间;粗面岩-英安岩∑ REE介于126.6 ×10-6~173.4 ×10-6之间,(La/Yb)N值介于3.04~4.88之间。2类样品稀土元素配分模式均呈现轻稀土元素(LREE)富集,重稀土元素(HREE)相对亏损的右倾型,轻、重稀土元素分馏较明显,(La/ Sm)N值介于2.32~4.05之间,轻稀土元素分馏明显,(Tb/Yb)N值介于0.77~1.12之间,重稀土元素不分馏。δEu值介于0.48~0.65之间,显示较弱的负Eu异常,暗示岩浆演化过程中存在斜长石的结晶分离作用。

图 7 早石炭世火山岩球粒陨石标准化稀土元素图解(a)和微量元素蛛网图(b)(标准化值据参考文献[46]) Fig.7 Chondrite-normalized REE (a) and primary mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for Early Carboniferous volcanic rocks
3.3 微量元素

微量元素原始地幔标准化蛛网图显示,2类样品微量元素含量变化趋势一致(图 7-b),普遍富集大离子亲石元素(LILE)Rb、Th,亏损Sr,相对亏损Ba元素。高场强元素(HFSE)P、Ti强烈亏损,Nb、Ta中等亏损,相对富集Zr、Hf元素。

4 讨论 4.1 形成时代

长期以来,对宝力高庙组的时代划分存在较大争议[36, 41, 47-50],主要集中在中—晚石炭世、晚石炭世—早二叠世及早二叠世。1980年巴彦乌拉地区1:20万区域地质图、1991年内蒙古自治区区域地质志[47]及1996年内蒙古自治区岩石地层均将宝力高庙组划分到早二叠世[48];1963年谢同伦等[36]根据腕足类化石碎片,将其归为晚石炭世;1981年李文国等[49]根据岩相学和生物群面貌特征,将宝力高庙组划分为中石炭世;2011年辛后田[41]等在内蒙古东乌旗一带按照岩性组合的差异,将宝力高庙组划分出以安山岩、安山质火山碎屑岩夹砂砾岩为主及以酸性火山岩-火山碎屑岩、炭质板岩、河流相砂砾岩为主的上、下段,确定宝力高庙组下段初始的火山喷发年龄为320.0Ma(SHRIMP),上段酸性火山岩的年龄为303.0~305.0Ma(SHRIMP),并结合古生物化石资料,认为该区宝力高庙组火山岩形成时代为晚石炭世;2011年Zhang等[50]对宝力高庙组流纹岩及玄武安山岩样品进行年代学及地球化学研究,得出年龄为287.0Ma和289.0Ma,为早二叠世,而其地球化学特征具有双峰式火山岩特征;2014年李可等[36]对内蒙古中北部巴彦乌拉地区宝力高庙组火山岩中的流纹岩样品进行了锆石U-Pb定年,结果为307.1±6.3Ma、308.9±1.8Ma,并结合巴彦乌拉苏木附近侵入于宝力高庙组中的碱性花岗岩锆石年龄(289±1.8Ma),判定宝力高庙组的地层时代为晚石炭世—早二叠世。

本次在内蒙古苏左旗北部恩格日音棚一带的早石炭世英安岩中获得的锆石U-Pb同位素年龄为333.0 ± 1.4Ma(MSWD = 1.3),年龄在误差范围内一致,为早石炭世中期,这是在二连—东乌旗一带首次发现早石炭世的钙碱性火山岩组合,岩性主要为安山岩-英安岩-流纹岩及对应的火山碎屑岩,表明苏尼特左旗北部恩格日音棚一带存在早石炭世的岩浆事件。对其宏观岩貌、岩石学特征及地球化学特征的综合研究发现,其与区域上宝力高庙组火山岩的岩石学及岩石地球化学特征非常相似[36, 41],而区域上宝力高庙组火山岩年龄集中分布在303.0~ 320.0Ma[36, 41],表明宝力高庙组火山岩形成时代为晚石炭世。本次1:5万区域地质调查中获得年龄为333.0 ± 1.4Ma的早石炭世火山岩暂划分为宝力高庙组一段,代表了该区宝力高庙组火山岩的初始喷发年龄,本次划分的宝力高庙组二段—五段年龄数据集中分布在303.3±1.4~317.9±1.5Ma之间(另文发表),代表宝力高庙组火山岩主体形成时代为晚石炭世,与区域研究成果一致。

4.2 岩浆源区特征

研究区英安岩-流纹岩类岩石微量元素Rb/Sr值介于0.50~6.64之间(>0.5),Ti/Y值介于14.01~83.48之间(<100),Ti/Zr值绝大多数介于2.27~19.71之间(<20),均位于壳源岩浆范围[51-52],说明其岩浆来源为地壳;根据La-La/Sm图解(图 8-a),样品趋向于部分熔融作用的演变趋势分布,说明岩浆来源为壳源物质部分熔融。而2类样品均具相似的主量、微量元素地球化学特征,即轻稀土元素富集,重稀土元素相对亏损;富集大离子亲石元素Rb、Th,亏损高场强元素(Ti、Nb、Ta)及P元素。这些特征亦表明,其原始岩浆应为地壳物质的部分熔融。

图 8 早石炭世中酸性火山岩部分熔融作用与分离结晶作用轨迹图解(底图据参考文献[53-54]) Fig.8 The trajectory of partial melting and fractional crystallization for Early Carboniferous volcanic rocks (a) and SiO2-P2O5 diagrams of acid volcanic rocks (b)

研究区流纹岩样品化学成分与典型的A型花岗岩特征:富Si、Na和K,贫Ca、Mg和Al,富Rb、Th、Nb、Ta、Zr、Hf等高场强元素,贫Sr、Ba、Cr等明显不同[55],因此不是A型花岗岩;而所有样品的矿物组成中也没有堇青石、白云母、石榴子石等S型花岗岩中常见的过铝矿物,P2O5含量也远低于Whalen等统计的S型花岗岩的含量值(0.15%)[53],虽然有4件样品的ASI指数大于1.1,1件样品的ASI指数小于1.0,其余7件样品的ASI指数介于1.01~1.09之间,同时样品还具有I型花岗岩演变趋势而非S型(图 8-b),因此不是S型花岗岩。8件样品的10000Ga/Al值介于1.89~2.99之间,在花岗岩分类图解(图 9)上,多数样品点落入I & S型花岗岩区域。综合以上分析推测,本次研究样品可能为高分异的I型花岗岩。

图 9 花岗岩类判别图(底图据参考文献[53]) Fig.9 Classification diagrams of granitoid A—A型花岗岩;I—I型花岗岩;S—S型花岗岩;M—M型花岗岩
4.3 早石炭世火山岩的构造意义

近年来,兴蒙造山带北缘火山岩浆活动是研究的热点。大量研究显示,对于该区晚古生代岩浆形成的构造环境仍存在较大争议[9, 33, 36, 56-60],古亚洲洋在该区闭合的时间也存在分歧[5-6, 18-38]。二连—东乌旗一带广泛分布中—下泥盆统泥鳅河组和上石炭统宝力高庙组,该区域缺失晚泥盆世—早石炭世地层记录。泥鳅河组以含有大量腕足、腹足、珊瑚等海相生物化石为特征,其沉积环境为海相浊流沉积;宝力高庙组主要为一套陆相火山-沉积建造,含有大量的安哥拉植物群化石。二者在沉积环境上的巨大差异,指示该区在晚泥盆世—早石炭世存在一次重大的构造事件。李可等通过对该区宝力高庙组火山岩及同时期侵入的花岗岩年代学和地球化学研究[36, 61],认为其形成于后造山的构造环境,在晚石炭世,兴蒙造山带北造山带地块和乌梁雅斯太地块已经沿二连浩特-贺根山蛇绿混杂带完成拼贴碰撞,贺根山洋闭合。薛怀民等[62]测得贺根山缝合带造山作用峰期为337.0Ma。近期有学者在贺根山蛇绿混杂岩中的微晶辉长岩和斜长花岗岩获得年龄数据分别为354.0Ma和333.0Ma[40],在二连浩特地区获得的蛇绿岩年龄介于354.2~344.8Ma[14]之间,二者形成时代基本一致。从更大区域看,张拴宏等[63]认为,华北陆块北缘在晚古生代—早中生代,至少经历了3期明显的岩浆作用,其中早石炭世晚期—中二叠世岩浆活动时限为330.0~265.0Ma,并认为此次岩浆活动的形成与古亚洲洋向华北地块的俯冲作用有关。王挽琼[64]在温都尔庙集宁地区发现以二长花岗岩为代表的早石炭世岩浆岩,其年龄与本文早石炭世火山岩相似,反映温都尔庙集宁地区在早石炭世处于大陆边缘弧环境。张金凤等[65]在内蒙古苏尼特右旗温都尔庙地区发现一套以片理化安山岩和蚀变流纹岩为主的早石炭世火山岩,安山岩锆石SHRIMP年龄为333.0±4Ma,时代与本文结果近似,岩石地球化学特征显示其形成于岛弧向大陆边缘弧环境过渡的构造环境,并认为早石炭世古亚洲洋仍在向华北板块北缘俯冲。

近几年,随着大兴安岭成矿带南段地质矿产调查项目的开展,在二连—东乌旗一带新发现了一批早石炭世岩浆岩。杨俊泉等[66]在东乌旗莫合尔图一带测得早石炭世闪长岩锆石U-Pb年龄为337.1± 1.1Ma,与本次发现的火山岩时代相同,岩石地球化学特征表现为典型的钙碱性岩石,显示与俯冲作用有关的构造背景。河北省区域地质矿产调查研究所在实施1:5万达如嘎呼都格等六幅区调项目时,在洪格尔苏木北部也发现了早石炭世二长花岗岩,其锆石U-Pb年龄为336.5~332.7Ma,与本次发现的中酸性火山岩时代相同,其岩石地球化学特征与本次新发现的早石炭世二长花岗岩[67](年龄及采样位置见图 1-b)非常相似。另外,在东乌旗西北部靠近边境乌及乌拉南部额格恩格列一带发现早石炭世中期侵入的二长花岗岩广泛分布,同样呈北东向带状分布,锆石U- Pb同位素年龄为333.9 ± 1.4Ma,岩石地球化学特征显示其形成于陆缘弧构造环境。而本次发现的早石炭世火山岩微量元素组成富集大离子亲石元素Ba、Th、U,亏损高场强元素Ti、Nb、Ta,具俯冲带岛弧火山岩的“TNT”异常,总体表现出与俯冲带相关的大陆或岛弧岩浆相似的地球化学特征。在构造环境判别图解中,绝大多数样品点位于火山弧花岗岩区(图 10)。综上所述,研究区在早石炭世贺根山洋盆开始向北俯冲进入消减阶段,这些在贺根山蛇绿岩带北侧新发现的早石炭世二长花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩与英安岩、流纹岩等火山岩共同构成早石炭世与板块俯冲有关的岩浆弧(图 11),为研究区晚泥盆世—早石炭世大地构造环境及贺根山洋盆的演化规律提供了新的资料。

图 10 早石炭世火山岩构造环境判别图[68] Fig.10 Tectonic discrimination diagrams of the volcanic rocks Syn-COLG—同碰撞花岗岩;WPG—板内花岗岩;VAG—火山弧花岗岩;ORG—洋脊花岗岩
图 11 早石炭世中期区域构造模式[67] Fig.11 The regional tectonic pattern of Early Middle Carboniferous
5 结论

(1)内蒙古苏尼特左旗北部恩格日音棚一带的早石炭世火山岩主要为一套中酸性火山岩及对应的火山碎屑岩组合,英安岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为333.0 ± 1.4Ma,时代为早石炭世中期。与区域上晚石炭世宝力高庙组火山岩具有相似的岩石学及地球化学特征,暂将该组早石炭世火山岩组合归于宝力高庙组一段,该年龄代表宝力高庙组火山岩的初始喷发年龄。

(2)研究区早石炭世流纹岩及粗面岩-英安岩的岩浆来源为地壳物质的部分熔融。

(3)研究区早石炭世英安岩与贺根山蛇绿岩带北侧新发现的早石炭世二长花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩等共同构成早石炭世与板块俯冲有关的岩浆弧。早石炭世贺根山洋盆开始向北俯冲进入消减阶段。

致谢: 感谢审稿专家及中国地质调查局发展研究中心张明超博士对本文提出的宝贵修改意见和建议,感谢天津地质调查中心实验测试室及耿建珍老师等工作人员对锆石U-Pb同位素年龄测试提供的支持。

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