地质通报  2019, Vol. 38 Issue (9): 1469-1483  
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向安平, 陈毓川, 佘宏全, 李光明, 李应栩. 内蒙古东乌旗葛根敖包石英闪长岩岩体年代学、地球化学及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(9): 1469-1483.
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Xiang A P, Chen Y C, She H Q, Li G M, Li Y X. Chronology and geochemical characteristics of quartz diorite in Gegen' aobao, Dong Ujimqin Banner, Inner Mongolia, and its geological significance[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(9): 1469-1483.
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基金项目

中国地质调查局项目《四川会理—盐源地区地球物理调查》(编号:DD20190033)

作者简介

向安平(1986-), 博士, 助理研究员, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:xap2011@sina.cn

文章历史

收稿日期: 2018-05-06
修订日期: 2018-11-12
内蒙古东乌旗葛根敖包石英闪长岩岩体年代学、地球化学及其地质意义
向安平1 , 陈毓川2 , 佘宏全2 , 李光明1 , 李应栩1     
1. 中国地质调查局成都地质调查中心, 四川 成都 610081;
2. 中国地质科学院矿产资源研究所, 北京 100037
摘要: 内蒙古东乌旗地区新近发现的葛根敖包铅锌矿,成矿与赋矿岩体石英闪长岩关系密切,对石英闪长岩进行系统的LAICP-MS锆石U-Pb定年及锆石Hf同位素分析,并对石英闪长岩进行主量、微量和稀土元素分析。锆石U-Pb定年结果显示,石英闪长岩2个样品的锆石U-Pb年龄分别为299±1Ma和301±1Ma,均为晚石炭世。岩石主量、微量及稀土元素分析显示,石英闪长岩具有典型的富硅、富碱特征,Na2O/K2O值为1.14~1.93,平均1.39,明显富钠高钾,属高钾钙碱性系列;铝饱和指数A/CNK值为0.79~0.95,为准铝质或铝不饱和花岗岩类;轻、重稀土元素分馏显著,球粒陨石标准化稀土元素配分模式表现为明显的右倾,显示岩浆源区可能有石榴子石残留;并有微弱负Eu异常,δEu=0.80~0.91,δCe=0.89~0.96,均靠近1,指示源区无斜长石残留;同时具低Sr、高Yb特征;并指示高场强元素U、La、Nd、Zr相对富集,而Th、Nb、Sr、P、Ti相对亏损,且大离子亲石元素Rb、Ba、K相对富集,Nb/Ta值低,指示岩浆源区可能为幔源为主。锆石Hf同位素分析显示,εHf(t)值全部为正值,+10.8~+13.6(全部大于10,较高),TDM2介于440~629Ma之间,相对集中,明显大于其锆石U-Pb年龄,其年轻的TDM2年龄和较高的εHf(t)值表明,岩浆中有相当大的幔源物质的贡献。结合区域构造演化,认为葛根敖包石英闪长岩岩浆源区可能为亏损地幔物质部分熔融并在上升过程中受到少量壳源物质的混染,为活动陆缘弧环境的产物。
关键词: 内蒙古东乌旗    葛根敖包    LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    地球化学    Hf同位素    
Chronology and geochemical characteristics of quartz diorite in Gegen' aobao, Dong Ujimqin Banner, Inner Mongolia, and its geological significance
XIANG Anping1, CHEN Yuchuan2, SHE Hongquan2, LI Guangming1, LI Yingxu1     
1. Chengdu Center of China Geological Survey, Chengdu 610081, Sichuan, China;
2. Institute of Mineral Resources, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China
Abstract: The newly found Gegen'aobao lead-zinc deposit is within the quartz diorite. Because the exploration is insufficient, the metal resources are unclear. As a newly found deposit, there is no previous research data, and hence systematic isotope dating must be done to determine the age of metallogenesis for the deposit. The U-Pb dating shows that the quartz diorite has the ages of 299±1~301±1Ma. Major element geochemistry shows that the quartz diorite is characterized by high SiO2 and K2O, whereas trace element geochemistry shows that the quartz diorite is a "right-inclined" shape in the chondrite-normalized REE patterns. The rocks are rich in large ion lithophile elements (K, Rb, Ba) and LREEs and depleted in high field strength elements (Th, Nb, Sr, P, Ti) and HREE, with the loss of high field strength elements (HFSEs) such as Th, Nb, P and Ti. The quartz diorite is of high-K calc-alkaline series and has a little negative Eu anomaly (Eu/Eu*=0.80~0.91), with low A/CNK (0.79~0.95). These characteristics shows that the Gegenaobao quartz diorite is mantle source granite. The in situ zircon Hf isotopic data are in agreement with U-Pb age data of zircon grains, and the 176Hf/177Hf isotopic ratio of the quartz diorite is 0.282906~0.282984, with εHf(t) values >0, indicating that the source region of the quartz diorite magma was depleted mantle or newly created lower continental crust beneath the study area. Based on geochemistry, isotopes and regional tectonic evolution history, the authors hold that the quartz diorite was derived from a depleted mantle, which was probably related to an active continental margin arc environment.
Key words: Gegen'aobao, Inner Mongolia    LA-ICP-MS zircon U-Pb age    geochemistry    Hf isotope    

内蒙古东乌旗葛根敖包位于内蒙古中东部东乌珠穆沁旗旗政府北西西方向10km处,大地构造位置为中亚造山带中部主造山区南沿(图 1),东乌旗-鄂伦春褶皱带中部。区域南部主构造线嫩江断裂呈近东西向或北东东向,控制了区域主构造。所属成矿带为大兴安岭Ⅰ级成矿带,东乌旗-嫩江Ⅲ级成矿亚带。由于研究区地形地貌为草原区,地质研究程度总体偏低,矿产勘查相对滞后,基础地质研究有待加强。2015年开始,在葛根敖包及其周边展开1:5万区调填图,并取得了初步成果。

图 1 区域构造位置(a)和研究区与成矿带位置关系图(b) Fig.1 The tectonic location (a) and relationship of the study area with the metallogenic belt in China (b)

根据前人研究成果[1-10],研究区乃至整个大兴安岭成矿带成矿事件主要有4个阶段:古生代早期(约480Ma)(多宝山斑岩铜-钼矿)、晚古生代(约380Ma)(达乃庙铜矿)、早中生代(约230Ma)(八大关斑岩铜-钼矿),以及中生代及其之后的成矿大爆发时期。由成矿时间轴可以看出,300Ma左右的成矿事件是缺失的,这也得到众多矿床学者的认可,可能是区域构造事件在该阶段的特殊性所致。根据最新的研究资料[1-2, 12-16],兴安地块与松辽地块的碰撞拼合在晚奥陶世已经开始,至360Ma区域构造背景已转为造山后伸展滑塌背景,说明至360Ma区域上已经没有洋的存在,碰撞造山全面结束,古亚洲洋也已经完全闭合;而由于区域主构造事件——蒙古鄂霍茨克洋的演化,大量学者认为蒙古-鄂霍茨克洋从晚二叠世—早白垩世从东向西逐渐闭合[17-19],相应地与蒙古-鄂霍茨克洋演化有关的钙碱性火山岩或深成岩从西向东逐渐变新,导致360~260Ma区域构造岩浆事件的缺失。那么在这个漫长的地质时间段是否有岩浆事件的发生?是否有相应成矿事件的出现?

本文通过对葛根敖包地区出露的小岩株——石英闪长岩的年代学及地球化学研究,为上述问题提供参考。

1 区域地质概况

葛根敖包地区地处内蒙古草原区,岩石露头非常有限,几乎全部为草原或第四系覆盖,因此出露地层极为有限,地层区划在古生代属北疆-兴安地层大区、兴安地层区、东乌-呼玛地层分区;在中、新生代属滨西太平洋地层区、大兴安岭-燕山地层分区、博克图-二连浩特地层小区。根据1:5万和1:2.5万地质调查资料及填图结果可知,研究区主要出露古生代和新生代地层(图 2)。古生代地层包括下中泥盆统泥鳅河组(D1-2n):主要出露于区域中部呼布钦高毕—东乌旗一带,为一套浅海相碎屑岩夹碳酸盐岩沉积序列,岩性为灰绿色、黄绿色及灰黑色长英质砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、凝灰质粉砂岩,上部夹生物碎屑岩,见腕足、珊瑚类化石,与下界接触关系不清。石炭系格根敖包组(C2g):分布在区域中南部及中西部,为一套海相火山岩及碎屑岩组合,主要为安山质熔岩、凝灰质碎屑岩和英安质火山碎屑岩,局部夹生物灰岩透镜体,含腕足类动物化石和少量植物化石,与下界接触关系不清。第四系全新统(Q4):分布在区域的沟谷、漫滩和平缓地带,由风积、冲积、洪积砂土、砂砾石及湖积淤泥组成,大面积分布。

图 2 葛根敖包区域地质图 Fig.2 The regional geological map of Gegen'aobao (据参考文献[5]修改)

研究区位于东乌珠穆沁旗晚古生代褶皱带,区域主体构造线为北东东向。断裂构造以北东东向逆断层为主,其次为北东向逆断层、北西向正断层和平移断层。褶皱构造是区域广泛发育的构造,主要为北东东向背斜和向斜构造。经填图验证(图 2),区域发育典型的大型褶皱构造,核部为泥盆系泥鳅河组,两翼为二叠系葛根敖包组,可能为晚古生代东乌珠穆沁旗褶皱带的主体部分(图 2)。区域构造控制了研究区地层、岩浆岩的空间展布,而次级构造控制了矿化带的空间分布,次级断裂、破碎带和构造裂隙成为铅锌银等多金属矿的导矿、容矿构造。

研究区出露岩体主要有石炭纪—二叠纪石英闪长岩、侏罗纪正长斑岩。由于研究区乃至整个大兴安岭地区侏罗纪—白垩纪岩浆活动极其频繁,类似正长斑岩遍布全区,本文不再介绍正长斑岩。石英闪长岩出露在研究区中偏南部葛根敖包一带,主要呈小岩株产出,近东西向或北东东向展布,侵位于葛根敖包组。岩石呈青灰色,镜下观察表明,岩石为全晶质中粗粒结构,块状构造,主要矿物为斜长石(65%)、角闪石(15%~20%,半自形-自形)、石英(10%~15%),副矿物为榍石、凝灰石、锆石、黄铁矿和闪锌矿。斜长石主要为自形板状,粒径2~4mm,多发生绢云母化,但仍可见聚片双晶;角闪石粒度变化大,分布不均匀,自形程度较好,镜下可见具有异常干涉色的绿泥石,推测为黑云母或角闪石等暗色矿物蚀变而来。

2 岩体与成矿的关系

葛根敖包石英闪长岩,与研究区的葛根敖包铅锌银矿关系密切;空间上,葛根敖包铅锌银矿呈脉状、细脉状产出在石英闪长岩内(图版Ⅰ-ab),脉状铅锌银矿多呈细脉状与石英脉共生,多为纯闪锌矿充填微裂隙,或在石英脉两侧与闪锌矿共生,以闪锌矿为主,偶见方铅矿(图版Ⅰ-e),黄铁矿呈细脉状、团块状或浸染状伴随硅化闪锌矿化两侧产出(图版Ⅰ-cdf)。矿脉产状较陡,近于直立(70°),据目前勘查工程揭露,闪锌矿脉产出在岩体顶部或岩株与地层的内外接触带(图 3),且主要在内接触带,矿脉向下在岩体内尖灭,矿脉垂向深度达400m。详查区无显著构造控制,成矿与构造关系不密切。据此,笔者认为,铅锌矿化与岩体关系密切,成矿岩体为石英闪长岩。石英闪长岩及矿化围岩为前述葛根敖包组火山碎屑岩。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a.钻孔内细脉状闪锌矿化;b.网脉状闪锌矿化;c.黄铁矿团块状与闪锌矿共生;d.黄铁矿浸染状与石英脉共生;e.以方铅矿为主的矿化;f.黄铁矿团块状细脉状与闪锌矿共生
图 3 矿区3号勘探线剖面图 Fig.3 Cross section along No. 3 exploration line
3 样品采集和分析测试 3.1 锆石U-Pb测试

本次选取2件代表性的石英闪长岩样品进行锆石U-Pb测年(ZK13、ZK400)。矿区内,石英闪长岩与成矿在空间上关系极密切,矿化主要分布在该岩体的顶部及其岩体与上覆地层的内外接触带裂隙中。样品采自矿区中部矿化最好的部位,ZK13、ZK400均采自勘查钻孔ZK301,采样深度分别为13m和400m。

锆石分选工作由廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成。样品粉碎后,通过浮选和磁选获得锆石颗粒(大于800粒)。样品靶的制备按照SHRIMP定年锆石样品的制备方法进行[20],在北京锆年领航科技有限公司完成制靶:在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石颗粒,粘贴在环氧树脂表面,抛光后进行透射光、反射光和阴极发光(CL)显微照相。锆石阴极发光显微照相在北京锆年领航科技有限公司的电子探针与电镜实验室完成,仪器为德国LEO1450VP扫描电子显微镜完成(电压15kV;电流1.1nA)。LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICPMS实验室完成,所用仪器为FinniganNeptune型MC-ICP-MS及配套的NewwaveUP213激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径为25μm,频率为10Hz,能量密度约为2.5J/cm2,以氦为载气。信号较小的207Pb,206Pb,204Pb(+204Hg),202Hg用离子计数器(multi-ion-counters)接收,208Pb,232Th,238U信号用法拉第杯接收,实现了所有目标同位素信号的同时接收,且不同质量数的峰基本上都是平坦的,可以获得高精度的数据,均匀锆石颗粒207Pb/206Pb,207Pb/235U的测试精度(2σ)为2%,锆石标准的定年精度和准确度约为1%(2σ)。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式,数据分析前用锆石GJ-1调试仪器,使之达到最优状态。锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标,U、Th含量以锆石M127(U= 923×10-6,Th=439×10-6,Th/U=0.475.)为外标进行校正。测试过程中,每测定5~7个样品前后重复测定2个锆石GJ-1对样品进行校正,并测定1个锆石Plesovice,观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal程序[21-23],测量过程中绝大多数分析点206Pb/204Pb>1000,未进行普通铅校正,204Pb由离子计数器检测,含量异常高的分析点可能受包体等普通铅的影响,对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除,锆石年龄谐和图用Isoplot3.0程序获得。详细实验测试过程参见侯可军等[24]。样品分析过程中,Plesovice标样作为未知样品的分析结果为338.3±4.5Ma(n=4,2σ),对应的年龄推荐值为337.13±0.37Ma(2σ)[25],两者在误差范围内完全一致。

3.2 锆石Hf同位素分析

锆石Hf同位素测试在中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室Neptune多接收等离子质谱和Newwave UP213紫外激光剥蚀系统(LA-MC-ICP-MS)上进行,实验过程中采用氦作为剥蚀物质载气,根据锆石大小,剥蚀直径采用55μm或40μm,测定时使用锆石国际标样GJ1和Plesovice作为参考物质,分析点与U-Pb定年分析点为同一位置。相关仪器运行条件及详细分析流程见侯可军等[26]。分析过程中锆石标准GJ1的176Hf/177Hf测试加权平均值分别为0.282007±0.000007(2σ, n=36),与文献报道值[26-27]在误差范围内完全一致。

3.3 化学分析样品采集及分析测试

岩体主量、微量元素分析样品采自岩体平面的不同位置及垂向不同深度,共8件样品,涵盖了整个小岩株。

岩体主量、微量和稀土元素分析在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成,仪器型号为FinniganMAT制造的HR-ICP-MS(ElementⅠ),测试方法和依据参照DZ/T0223-2001电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法通则,实验过程中温度为20℃,相对湿度30%。

4 分析测试结果 4.1 U-Pb同位素分析结果

锆石形态学研究显示,锆石均为浅褐色柱粒状-长柱状,长宽比多为1:1~2:1。阴极发光图像显示,锆石发育紧密不等的韵律环带,显示其为典型的岩浆锆石(图 4)。2个样品的LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据列于表 1,谐和图见图 5。ZK13样品共测试20个点,其中14个为有效数据,无效数据在数据表中用删除线标出,可能由于测试或锆石选点(打到核部)的原因,或是普通铅含量太高的缘故,206Pb/238U年龄谐和度远低于90%,误差也很大,故计算年龄时不采用。14个锆石年龄数据较集中,均落在谐和线上或其附近(图 5),其206Pb/238U谐和年龄为301±1Ma(MSWD=1.5)。ZK400样品测试数据20个,其中有效数据15个,其余数据可能与锆石存在早期核有关,或测试的原因,测试数据偏大或谐和度远低于90%,不采用。15个有效数据比较集中,均落在谐和线上或其附近(图 5),其206Pb/238U谐和年龄为299±1Ma(MSWD=0.5)。2组数据在误差范围内一致,限定了岩体侵位时代,其侵位时间为晚石炭世—早二叠世过渡期。

图 4 Cross section along No. 3 exploration line Fig.4 Cathodoluminescence images of representative zircons from the quartz diorite at Gegen'aobao
表 1 内蒙古达亚纳石英闪长岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测试数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic data for the quartz diorite at Dayana, Inner Mongolia
图 5 葛根敖包石英闪长岩锆石U-Pb谐和图 Fig.5 Zircon U–Pb concordia diagrams for the quartz diorite at Gegen'aobao
4.2 岩石地球化学分析结果 4.2.1 主量元素

表 2列出了葛根敖包地区与铅锌矿关系密切的岩体——石英闪长岩的主量、微量和稀土元素分析结果。从表 2数据可以看出,石英闪长岩具有典型的富硅、富碱特征,SiO2含量为60.13%~65.01%(平均64.06%),属中性岩系列;Na2O+K2O含量为6.90%~ 8.71%,平均7.99%,Na2O/K2O值为1.14~1.93,平均1.39,明显富钠高钾,在主量元素硅钾图解上,属高钾钙碱性系列(图 6);CaO含量较高,为2.67%~ 5.37%,平均3.52%;同时Al2O3含量较高,为15.24%~ 16.14%,平均15.77%,铝饱和指数A/CNK介于0.79~0.95之间,均小于1,并根据CPIW标准矿物计算,无刚玉出现,显然为准铝质或铝不饱和花岗岩类(图 6);同时其Ti、P含量也较高。

表 2 葛根敖包石英闪长岩主量、微量和稀土元素分析数据 Table 2 Major, trace elements and REE composition of the quartz diorite at the Gegen'aobao
图 6 葛根敖包矿区石英闪长岩SiO2-K2O(a)和A/CNK-A/NK关系图(b) Fig.6 SiO2-K2O(a) and A/CNK-A/NK (b) plots for the quartz diorite at the Gegen'aobao deposit
4.2.2 稀土和微量元素

矿区赋矿蚀变石英闪长岩稀土和微量元素组成数据见表 2。蚀变石英闪长岩稀土元素总量(ΣREE)变化于124.06×10-6~157.68×10-6之间,其中轻稀土元素(LREE)变化于105.28×10-6~130.59× 10-6之间,重稀土元素(HREE)变化于20.83×10-6~ 26.38×10-6之间,轻、重稀土元素含量差异显著,稀土元素分馏显著。球粒陨石标准化稀土元素配分模式图表现为明显的右倾(图 7),显示岩浆源区可能有石榴子石残留,而其(La/Yb)N值相对稳定,为3.49~6.51,同样显示这一特征。具微弱的负Eu异常(图 7),δEu=0.80~0.91,δCe=0.89~0.96(图 7),均接近1,指示源区无斜长石残留。同时,Sr变化于289× 10-6~491×10-6之间,且具高Yb特征(全部数据点大于3×10-6),显示其源区无斜长石而有石榴子石残留(榴辉岩相),且形成压力较高[32]。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7)上,具有相对一致的微量元素分布特征,总体表现为高场强元素U、La、Nd、Zr相对富集,Th、Nb、Sr、P、Ti相对亏损,且大离子亲石元素Rb、Ba、K相对富集;而Nb/Ta值变化于12.62~14.72之间,变化范围较小、较集中,Ta含量总体较低(0.74×10-6~1.11×10-6),Nb/Ta值低于幔源岩浆(17±1)的比值[28],但接近该值。综上所述,岩浆源区可能以幔源为主,有少量下地壳物质的混染,具俯冲带岩浆的特征[29]

图 7 葛根敖包矿区石英闪长岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spider diagram (b) for the quartz diorite at the Gegen'aobao deposit
4.3 锆石Hf同位素特征

石英闪长岩岩浆锆石Hf同位素分析数据列于表 3。2个U-Pb年龄样品的锆石Hf同位素分析结果显示,ZK13样品14个分析点的176Hf/177Hf值为0.282906~0.282960,εHf(t)值为+10.8~+12.6,二阶段模式年龄为493~629Ma;ZK400样品14个分析点的176Hf/177Hf值为0.282907~0.282984,εHf(t)值为+11.1~+13.1,二阶段模式年龄值为440~605Ma。由此可知,2个样品具有一致的Hf同位素组成,其176Hf/177Hf、εHf(t)、TDM2三个数据都很集中,变化范围有限(图 8)。

表 3 葛根敖包石英闪长岩锆石Hf同位素分析数据 Table 3 Zircon Lu-Hf isotopic results for the quartz diorite at the Gegen'aobao deposit
图 8 葛根敖包矿区U-Pb年龄t-εHf(t)(a)和U-Pb年龄t-176Hf/177Hf(b)对应关系 Fig.8 U-Pb age (t) versus t-εHf(t) diagram (a) and U-Pb age (t) versus 176Hf/177Hf (b) at the Gegen'aobao deposit
5 讨论 5.1 石英闪长岩的形成时代

根据本文测试结果可知,石英闪长岩样品ZK13锆石U-Pb测年有效数据共14个,有效数据点均落在谐和线上或其附近(图 5),其206Pb/238U年龄加权平均值为301±1Ma(MSWD=1.5);样品ZK400锆石U-Pb测年有效数据共15个,其206Pb/238U年龄加权平均值为299±1Ma(MSWD= 0.5)。2组数据在误差范围内完全一致,限定岩体侵位时间为晚石炭世—早二叠世过渡期。

根据已有的区域地质资料,特别是2013年以来徐备主持的国家基础科研项目(2013CB429800),对大兴安岭及其邻区展开系统的区域构造演化梳理,笔者也参与此项研究工作,对于中亚造山带构造格架有了全新的认识。徐备等[2]认为,中亚造山带的东段主体部分由4个地块和4条缝合带联合制约,4个地块分别为额尔古纳地块、兴安地块、松辽地块、佳木斯地块,4条缝合带分别为新林-喜桂图缝合带、锡林浩特-黑河缝合带、牡丹江缝合带、温都尔庙或西拉木伦缝合带。

关于额尔古纳地块与兴安地块的碰撞拼合,研究资料显示[2, 31-33],前寒武纪,兴安地块与额尔古纳地块沿得尔布干断裂一线靠拢,两者发生碰撞,形成蓝片岩带(克鲁伦缝合带、额尔古纳蓝片岩),并有后碰撞期变形作用发生和花岗岩侵位,这一时期为以往所称的兴凯期造山。最新的研究资料[2, 30-31]显示,额尔古纳地块与兴安地块于516Ma沿新林-喜桂图缝合带俯冲-碰撞-拼接,证据是头道桥地区高压变质的蓝片岩,其锆石U-Pb年龄为511±5Ma和516±17Ma。而韩国卿等[31]对兴安地块志留系、石炭系砂岩碎屑锆石的年龄统计研究表明,U-Pb年龄有3个显著峰值,分别为540Ma、500Ma、450Ma,且分别对应额尔古纳地块与兴安地块开始拼合的时间、造山拼合高峰时间及造山后伸展阶段。综合分析,它们将额尔古纳地块与兴安地块的碰撞拼合时间限定在500~540Ma。

关于兴安地块与松辽地块的碰撞拼合,兴安地块东部扎兰屯—东乌旗一带沿多宝山牙克石伊尔施一线总体为活动陆缘带,形成多宝山组(+裸河组)中基性火山岩-碎屑岩沉积,是一套细碧岩-石英角斑岩-岛弧拉斑玄武岩系列组合的岛弧火山岩建造和复理石建造,并具有同时代的花岗质岩石侵入,形成与之有关的斑岩型铜矿(多宝山斑岩铜矿,478Ma)[10]。根据多宝山组的沉积分布特征,推测洋壳沿多宝山—伊尔施—东乌旗一线俯冲消减,多宝山组可能是洋壳向兴安地块下部俯冲开始的证据。但根据区域地层清理结果,下石炭统红水泉组(C1h)为一套海相复理石建造,并含有丰富的腕足、珊瑚等化石。由此笔者认为,泥盆纪—早石炭世兴安地块与松辽地块仍为分隔状态,其间为内蒙古中部海槽;兴安地块与松辽地块的碰撞拼合、海槽消失应该在该时期之后。但是根据最新研究资料[1-2, 12-16],兴安地块与松辽地块的碰撞拼合在晚奥陶世已经开始,至360Ma区域构造背景已转为造山后伸展滑塌背景,说明至360Ma,区域上已经没有洋的存在,碰撞造山全面结束,古亚洲洋也已经完全闭合。

控制区域构造岩浆事件的主要构造事件——蒙古鄂霍茨克洋的剪刀式关闭开始时间已经基本得到学术界的一致认可[1-2, 9, 12-16],即剪刀式关闭时间开始于240Ma左右。因此,学者们普遍认为,区域上360~240Ma构造岩浆事件相对缺乏。已有的研究资料显示,区域上该时间段的岩浆成矿事件较少,而葛根敖包石英闪长岩的发现和测年结果,以及其与铅锌矿成矿的密切关系,可能弥补了区域上该时间段构造岩浆成矿事件的缺失。同时,根据其与葛根敖包组的侵入接触关系,岩体侵位在葛根敖包组中,并引起地层与岩体接触带处地层不同程度的蚀变。因此笔者认为,葛根敖包石英闪长岩是确认葛根敖包组沉积下限的重要证据,并认为葛根敖包组地层沉积时间下限至少应为300Ma。这也解决了前人研究关于葛根敖包组为石炭系—二叠系,还是石炭系的问题,最终确认其为石炭系。

5.2 石英闪长岩地球化学特征及其意义

石英闪长岩的地球化学特征显示,其Rb/Sr值为0.14~0.30,极低,远低于壳源岩体的Rb/Sr值;有微弱的负Eu异常,δEu=0.80~0.91(图 7),δCe=0.89~ 0.96,均靠近1;具低Sr、高Yb特征,显示源区无斜长石而有石榴子石残留(榴辉岩相),且形成压力较高[32]。在微量元素原始地幔标准化蛛网图(图 7-b)上,具有相对一致的分布特征,总体表现为高场强元素U、La、Nd、Zr相对富集,Th、Nb、Sr、P、Ti相对亏损。其Nb/Ta值变化于12.62~14.72之间,变化范围较小,Ta含量总体较低,Nb/Ta值低于幔源岩浆的比值(17±1)[28],但也接近幔源岩浆特征。这些都指示岩浆岩具有幔源岩浆的特征。

根据(Y+Nb)-Rb和(Yb+Ta)-Rb图解(图 9),样品点落入火山弧花岗岩区,反映葛根敖包石英闪长岩形成于俯冲带火山弧环境。而根据前文葛根敖包石英闪长岩的成岩时代及其对应构造环境的论述,300Ma左右,内蒙古东乌旗葛根敖包地区处于蒙古鄂霍次克洋活动陆缘弧边缘,为大陆边缘弧环境。近年来,在苏左旗、西乌旗、东乌旗等毗邻地区相继发现了300~325Ma的花岗岩[33-36],且岩石组合主要为石英闪长岩和英云闪长岩,与本文类似,并认为它们均属于岛弧花岗岩。对比认为,东乌旗葛根敖包石英闪长岩可能为晚石炭世末期东乌旗大陆边缘弧的重要组成部分。

图 9 葛根敖包矿区石英闪长岩微量元素构造环境判别图 Fig.9 Tectonic discrimination diagrams of the quartz diorite from the Gegen'aobao deposit VAG—火山弧花岗岩;ORG—洋脊花岗岩;WPG—板内花岗岩;syn-COLG—同碰撞花岗岩
5.3 锆石Hf同位素对于岩浆源区的反演

本文Hf同位素数据分析结果显示,葛根敖包石英闪长岩2个样品锆石具有稳定的εHf(t)值,且全部为正值,为+10.8~+13.6,全部大于10,较高。二阶段模式年龄TDM2,即亏损地幔模式年龄,反映了原始岩浆自亏损地幔分异出来的时间,即源区物质在地壳的存留年龄,因此二阶段模式年龄通常用来估算源岩的形成年龄。由数据表可知,其fLu/Hf值多小于-0.92,远小于硅铝质地壳的fLu/Hf(-0.72),因此TDM2更能反映源区物质在地壳的存留年龄。2个样品具有一致的TDM2,都在440~629Ma之间,较集中,明显大于其锆石U-Pb年龄,并在锆石U-Pb年龄t-εHf(t) (图 8-a)和U-Pb年龄t-176Hf/177Hf(图 8-b)中靠近亏损地幔线。根据郑永飞[37-38]的研究,具有年轻的TDM2年龄和较高的εHf(t)值表明岩浆中有相当大的幔源物质的贡献。本文Hf同位素数据反映其具有年轻的TDM2年龄和较高的εHf(t)值,显示幔源岩浆为主的特征。

6 结论

(1) LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据表明,东乌旗葛根敖包地区石英闪长岩形成时代为晚石炭世,形成时间为299~301Ma。

(2) 岩石地球化学特征表明,轻、重稀土元素分馏显著,球粒陨石标准化稀土元素配分模式呈明显的右倾,显示石英闪长岩源区无斜长石而有石榴子石残留,形成压力较高。地球化学特征指示岩浆岩具有幔源岩浆的特征。

(3) 石英闪长岩锆石Hf同位素研究表明,石英闪长岩具有年轻的TDM2年龄和较高的εHf(t)值,反映石英闪长岩源区为亏损地幔源为主,可能有少量壳源物质的混染。

(4) 根据锆石U-Pb年龄,以及石英闪长岩侵位于葛根敖包组的野外地质特征,确认葛根敖包组的沉积下限为300Ma,即葛根敖包组为石炭系。同时石英闪长岩的含矿性,可能指示该时段的花岗岩体具有一定的成矿专属性。

致谢: 野外工作得到内蒙古盛旺矿业股份有限公司全体员工的大力支持,样品测试分析环节先后得到中国冶金地质总局第一地质勘查院测试中心、中国地质科学院矿产资源研究所国家重点实验室等相关单位和个人的大力支持与帮助,在此一并表示诚挚的感谢。

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