地质通报  2020, Vol. 39 Issue (9): 1474-1487  
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董培培, 李英杰, 王金芳, 李红阳. 内蒙古梅劳特乌拉蛇绿岩中早二叠世埃达克岩与古亚洲洋东段洋内俯冲[J]. 地质通报, 2020, 39(9): 1474-1487.
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Dong P P, Li Y J, Wang J F, Li H Y. The Early Permian adakite in the Meilaotewula ophiolite of Inner Mongolia and intra-oceanic subduction in eastern Palaeo-Asian Ocean[J]. Geological Bulletin of China, 2020, 39(9): 1474-1487.
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作者简介

董培培(1985-), 女, 硕士, 讲师, 从事岩石学和地球化学研究。E-mail:120650334@qq.com

通讯作者

李英杰(1976-), 女, 博士, 教授, 从事岩浆岩与大地构造研究。E-mail:liyingjie820@126.com

文章历史

收稿日期: 2019-05-29
修订日期: 2020-04-16
内蒙古梅劳特乌拉蛇绿岩中早二叠世埃达克岩与古亚洲洋东段洋内俯冲
董培培, 李英杰, 王金芳, 李红阳    
河北地质大学地球科学学院, 河北 石家庄 050031
摘要: 贺根山缝合带东部晚石炭世梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩中的埃达克岩,岩性为安山岩和英安岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果显示,埃达克岩的形成时间为294.1±2.2 Ma,时代为早二叠世。地球化学特征显示,该埃达克岩属于低钾拉斑系列和中钾钙碱性岩石,具有高硅(SiO2=64.12%~69.12%)、高铝(Al2O3=16.05%~18.59%)、富钠贫钾(Na2O=5.08%~6.80%,K2O=0.70%~1.22%,Na2O/K2O=4.50~7.26)、高Sr(291.22×10-6~762.20×10-6),低Yb(0.74×10-6~1.28×10-6)、低Y(7.33×10-6~12.74×10-6)等特征。相对富集大离子亲石元素(如K、Rb和Sr),亏损高场强元素(如Nb、Ta、Zr、Ti和P),稀土元素总量较低(40.97×10-6~108.69×10-6),贫重稀土元素,无明显的负Eu异常,为典型的埃达克岩。梅劳特乌拉埃达克岩形成于俯冲带岛弧环境,可能为俯冲洋壳部分熔融而形成的埃达克质熔体,经俯冲带上升过程中与地幔楔橄榄岩发生相互作用而形成。埃达克岩和梅劳特乌拉蛇绿岩(308 Ma)的蛇纹石化方辉橄榄岩、层状-块状辉长岩、枕状拉斑玄武岩、玻安岩、富Nb玄武岩和高镁安山岩等构成洋内初始俯冲作用形成的较丰富且完整的岩石组合序列。研究结果表明,晚石炭世—早二叠世古亚洲洋东段开启了洋内初始俯冲作用。
关键词: 埃达克岩    SSZ型蛇绿岩    早二叠世    古亚洲洋    内蒙古    
The Early Permian adakite in the Meilaotewula ophiolite of Inner Mongolia and intra-oceanic subduction in eastern Palaeo-Asian Ocean
DONG Peipei, LI Yingjie, WANG Jinfang, LI Hongyang    
College of the Earth Sciences, Heibei GEO University, Shijiazhuang 050031, Hebei, China
Abstract: This paper reports the Early Permian adakite in the Meilaotewula SSZ-type ophiolite, Inner Mongolia.The Meilaotewula adakitic rocks are mainly composed of andesite and dacite, which were emplaced into the Late Carboniferous Meilaotewula suprasubduction zone(SSZ)ophiolite and were developed along the Hegenshan suture zone.The zircon U-Pb LA-ICP-MS dating result reveals that the Meilaotewula adakite is dated at 294.1±2.2 Ma, suggesting that it was formed during Early Permian.The adakite belongs to the low-K tholeiitic and medium-K calc-alkaline series.The rocks show such geochemical characteristics as high SiO2(64.12%~69.12%)and Al2O3(16.05%~18.59%)content with rich sodium and poor potassium(Na2O=5.08%~6.80%, K2O=0.70%~1.22%, Na2O/K2O=4.50~7.26).For trace elements, they show high content of Sr(291.22×10-6~762.20×10-6)and low content of Yb(0.74×10-6~1.28×10-6)and Y(7.33×10-6~12.74×10-6).In addition, they are relatively enriched in large-ion lithophile elements such as K, Rb, and Sr and depleted in high-field-strength elements such as Nb, Ta, Zr, Ti and P. Furthermore, they have low total rare-earth element(REE)content(40.97×10-6~108.69×10-6), with low heavy rare-earth elements(HREE)without obviously negative Eu anomaly.These geochemical characteristics indicate that the Meilaotewula andesite and dacite belong to adakite.The adakite was formed in the island arc environment of subduction zone, which might have originated from partial melting of subducted oceanic crust and then interacted with mantle wedge peridotite during the rise of subduction zone.The adakite and the Meilaotewula ophiolite(308 Ma)made up one abundant and complete rock assemblage, which was formed by the initial intraoceanic subduction.Therefore, Meilaotewula ophiolite consists of serpentined augite peridotite, beded-massive gabbro, pillow basalt, boninite, Nb-enriched basalt and high-Mg andesite.The results show that the initial intraoceanic subduction occurred in Late Carboniferous to Early Permian in southeastern Palaeo-Asian Ocean.
Key words: adakite    SSZ-type ophiolite    Early Permian    Palaeo-Asian Ocean    Inner Mongolia    

兴蒙造山带位于西伯利亚板块和华北板块之间的中亚造山带的东南缘,由众多微陆块、岛弧、增生楔、蛇绿岩(洋壳残片)等构成,经历了复杂的构造演化历史,是目前已知发展历史长、构造岩浆活动复杂的一条巨型增生型造山带[1-7],记录了古亚洲洋俯冲、西伯利亚和华北板块最终拼合等重要的信息[8-12]。内蒙古中部地区记录了兴蒙造山带的复合造山演化过程[13]。近年围绕内蒙古中部地区早古生代以来的构造演化,尤其是古亚洲洋的闭合时间和闭合位置,存在2种不同的认识。Chen等[14]和Miao等[15]认为,碰撞缝合发生在晚二叠世—早三叠世,且兴蒙造山带的演化类似于环太平洋增生型造山带,古亚洲洋在古生代存在多次俯冲和岛弧增生过程。邵济安等[16-17]、Tang[18]和Tong等[19]认为,碰撞缝合发生在晚志留世或早中泥盆世。而从石炭纪—二叠纪开始,内蒙古中部地区在伸展构造背景下进入新的地壳演化阶段。

中亚造山带东段已识别出多条代表古海洋岩石圈碎片的古生代蛇绿岩带,然而,对蛇绿岩的形成时代没有达成共识。以往的研究大多认为贺根山蛇绿岩形成于大洋中脊[20-22],也有学者认为贺根山蛇绿岩具有俯冲带特征,如岛弧边缘盆地体系、弧后拉张洋盆等[23-25],缺乏对洋内弧的系统识别[8]。近年来,越来越多的研究表明,贺根山蛇绿岩-弧-增生带中的一些蛇绿岩是在洋内前弧环境中形成的,如迪彦庙蛇绿岩[2-3]、梅劳特乌拉蛇绿岩[4]和崇根山蛇绿岩[26]。随着对西太平洋伊豆-小笠原-马里亚纳(IBM)洋内弧的深入研究,总结出俯冲带岛弧前弧地区发育前弧玄武岩、玻安岩、富铌玄武岩(NEB)、高镁安山岩(HMA)、埃达克岩等岩石组合,记录了大洋俯冲的初始阶段[27-31]。因此,系统识别SSZ型蛇绿岩中的洋内弧初始弧是了解洋内俯冲消减过程及造山作用的有效途径。

近年来,笔者在梅劳特乌拉蛇绿岩中识别出埃达克岩,为系统研究古亚洲洋东部洋内俯冲提供了新证据。本文通过对梅劳特乌拉蛇绿岩中埃达克岩进行系统的野外特征、岩石学、地球化学和锆石U-Pb年龄研究,为古亚洲洋东段晚古生代洋内俯冲作用提供岩石学、地球化学证据和时间约束。

1 地质背景和岩石学特征

西伯利亚板块和华北板块之间的中亚造山带是目前已知发展历史长、构造岩浆活动复杂的一条巨型增生型造山带[7](图 1-a)。兴蒙造山带位于中亚造山带的东南缘,根据近年的研究成果,将兴蒙造山带从南向北分为5个ENE—WSW向的构造带:白乃庙岛弧杂岩、温都尔庙俯冲增生杂岩、索伦缝合带、宝力道弧增生杂岩、贺根山-弧-增生杂岩带和乌里雅斯太活动大陆边缘[7](图 1-b),这些构造带向西延入蒙古南部。二连浩特-贺根山蛇绿岩带位于查干敖包-阿荣旗断裂和二连浩特-贺根山断裂之间,是兴蒙造山带蛇绿岩和俯冲岛弧型岩浆岩典型发育区。该带内断续出露二连浩特蛇绿岩、贺根山蛇绿岩、朝克山蛇绿岩、迪彦庙蛇绿岩、梅劳特乌拉蛇绿岩等NE向展布的蛇绿岩岩块。该带保留了板块闭合前古亚洲洋的信息,是了解古亚洲洋俯冲消减作用的重要地区[37]

图 1 研究区大地构造位置示意图(a、b)和梅劳特乌拉蛇绿岩地质简图(c, 据参考文献[9]修改) Fig.1 Geological map showing the tectonic units of the study area (a,据参考文献[32]修改;b,据参考文献[7, 15, 33]修改,古生代蛇绿混杂岩的同位素年龄据参考文献[4, 7, 34-36])

梅劳特乌拉埃达克岩位于内蒙古西乌旗梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩带中(图 1-c)。梅劳特乌拉蛇绿岩是贺根山缝合带保存较完整的SSZ型蛇绿岩之一,位于下二叠统寿山沟组复理石中,主要岩性为片理化蛇纹石化方辉橄榄岩、层状-均质块状辉长岩、枕状-块状熔岩、高镁安山岩、富铌玄武岩,上覆岩系硅质岩、硅质泥岩,各岩性之间多为断层接触[4]。埃达克岩出露于梅劳特乌拉蛇绿岩的东部,北侧与玄武岩断层接触,南侧与寿山沟组断层接触,北部被早白垩世二长花岗岩侵入(图 1-c)。安山岩和英安岩中发育强变形带和弱变形域,强变形带中形成强糜棱岩化安山岩和强糜棱岩化英安岩。

安山岩:为灰绿色-灰黑色,块状和气孔杏仁状构造(图 2-a),斑状结构(图 2-b),斑晶含量38%~40%,主要为斜长石(约35%),次为暗色矿物假象(3%~5%),粒径0.3~6.0 mm。斜长石多呈半自形板状,轻黑云母-绿泥石化,局部绿帘石化、碳酸盐化,聚片双晶较发育;暗色矿物主要呈半自形柱状、粒状,具暗化现象,被黑云母-绿泥石、硅质交代,呈假象产出,以似角闪石假象为主,少数可能为黑云母假象。基质含量60%~62%,主要由斜长石(55%~60%)、暗色矿物假象(2%~5%)组成,斜长石呈半自形板条状,粒径一般小于0.1 mm,杂乱似交织状排列,轻黑云母-绿泥石化;暗色矿物呈半自形-他形柱粒状,粒径一般小于0.03 mm,少数0.03~0.1 mm,填隙状分布于斜长石间,被黑云母-绿泥石交代,呈假象产出,可能为辉石假象。

图 2 梅劳特乌拉安山岩野外露头(a)及显微照片(b) Fig.2 Outcrop(a)and microphotograph(b)of the Meilaotewula andesite Pl—斜长石

英安岩:为浅灰色,块状构造,斑状结构,斑晶含量约20%,主要为斜长石(约15%),次为黑云母(约5%),粒径0.25~3.5 mm。斜长石呈半自形板状,具聚片双晶,较少量环带构造,轻微绢云母化、土化;黑云母呈鳞片-叶片状,局部褐铁矿化、绢云母化等,部分呈假象。基质含量约80%,由长英质构成,杂乱分布,粒度一般小于0.1 mm,呈隐晶状,少量微粒状,多被粘土、硅质不均匀交代。

2 分析方法

梅劳特乌拉埃达克岩的主量、微量元素分析均在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成。主量元素分析采用Panalytical公司PW440型X荧光光谱仪(XRF)测定,分析误差低于5%;微量和稀土元素采用Thermo Fisher公司X-Se-risep型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定,分析精度和准确度一般优于5%。

锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成,采用重液浮选和电磁分离方法进行挑选,在双目镜下对分选出的锆石进行人工挑选,尽量挑选无包裹体、无裂纹、透明度高、晶形完好的锆石颗粒作为测定对象。锆石阴极发光(CL)图像分析由北京锆年领航科技有限公司的高分辨热场发射能谱阴极发光室(SEM-EDS-CL)完成。锆石原位U-Pb同位素年龄分析在中国地质调查局天津地质调查中心实验测试室完成,锆石定年所用仪器为Thermo Fisher公司Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的New Wave UP 193激光剥蚀系统。激光剥蚀斑束直径为32 μm,激光剥蚀样品的深度为20~40 μm,锆石年龄计算采用国际上通用的标准锆石GJ-1为外标,元素含量采用美国国家标准物质局人工合成硅酸盐玻璃NIST SRM610为外标,29Si为内标元素进行校正。数据处理采用ICPMSDataCal 8.4程序[38],并采用Anderson[39]方法对测试数据进行普通铅校正,年龄计算及谐和图绘制采用Isoplot(3.0版)[40-42]完成。

3 分析测试结果 3.1 锆石U-Pb年龄

对内蒙古梅劳特乌拉埃达克岩样品(TW3104)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析。安山岩(TW3104)样品共选取17粒锆石进行测定,CL图像(图 3-a)显示,样品锆石多呈透明,半自形-自形长柱状,长宽比为1:1~3:1,锆石粒度较小,多在40~90 μm之间,内部无残留核,外部无变质边,具有火山岩岩浆锆石特征[43-45]。从表 1可以看出,17个测点的Th/U值变化较小(Th/U=0.28~0.42),均大于0.2,Th和U具有良好的正相关关系,属于岩浆锆石特征[46-47]。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果(表 1)显示,17个测点的谐和度均较高,206Pb/238U年龄值为284±2~302±2 Ma,且这些数据点均落在谐和线上或其附近(图 3-b)。其年龄加权平均值为294.1±2.2 Ma(MSWD =5.0)(图 3-c),可以代表该安山岩的结晶年龄。

图 3 梅劳特乌拉安山岩锆石阴极发光代表图像(a)、锆石U-Pb年龄谐和图(b)及直方图(c) Fig.3 Representative cathodoluminescence images(a), U-Pb concordia diagram(b)and histogram(c) of zircons from the Meilaotewula andesite
表 1 梅劳特乌拉埃达克岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analyses of Meilaotewula adakite
3.2 地球化学特征

本次选取5件梅劳特乌拉埃达克岩代表性样品进行主量、微量和稀土元素分析,分析结果见表 2

表 2 梅劳特乌拉埃达克岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major, trace elements and REE analytical results of Meilaotewula adakite

表 2可以看出,梅劳特乌拉埃达克岩样品富硅(SiO2含量为64.12%~69.12%,平均值为67.24%,均大于56%),高铝(Al2O3含量为16.05%~18.59%,大于15%),富钠、贫钾,Na2O含量为5.08%~6.80%, K2O含量为0.70%~1.22%,Na2O/K2O值为4.50~7.26,均大于1%;MgO含量为0.54%~2.40%,均小于3%,Mg#值平均47.40,较高;贫TiO2(0.34%~1.08%)和P2O5(0.10%~1.24%)。在不活动性元素Nb/Y-Zr/TiO2分类图解(图 4-a)上,样品点落入安山岩和英安岩区域,其A/CNK值在1.03~1.20之间,A/NK值为1.50~1.76,属于过铝质岩石。

图 4 梅劳特乌拉埃达克岩Nb/Y-Zr/TiO2岩石分类图[48](a)和SiO2-K2O分类图解[49](b) Fig.4 Nb/Y-Zr/TiO2 diagram(a)and SiO2-K2O diagram(b)of the Meilaotewula adakite

在SiO2-K2O分类图解(图 4-b)中,有3个样品点落在低钾拉斑系列,其余2个样品点分布在低钾(拉斑)系列和中钾钙碱性系列的边界上。梅劳特乌拉埃达克岩样品显示出从低钾(拉斑)系列到中钾钙碱性系列演化的趋势,类似于典型埃达克岩的地球化学特征[50-51]

梅劳特乌拉埃达克岩的稀土元素总量(∑REE)明显较低,为40.97×10-6~108.69×10-6。稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(图 5-a)显示,富集轻稀土元素(LREE),贫重稀土元素(HREE),轻、重稀土元素分异明显((La/Yb)N=6.07~9.73),配分曲线为右倾型;无明显Eu异常(δEu=0.88~0.91);Yb含量为0.74×10-6~1.28×10-6,均小于1.9×10-6;Y含量为7.33×10-6~12.74×10-6,均小于18×10-6;Sr含量为291.22×10-6~762.20×10-6,接近或大于400×10-6,其地球化学特征符合典型埃达克岩的地球化学特征[54-56]。样品相对富集大离子亲石元素(LILE)Rb、K、Sr和U,而相对亏损高场强元素(HFSE)Nb、Ta和Ti(图 5-a),具典型的俯冲相关岩浆岩的特征[57]

图 5 梅劳特乌拉埃达克岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)(球粒陨石标准化数值和原始地幔标准化数值分别据参考文献[52][53]) Fig.5 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams(b) of the Meilaotewula adakite

图 5-b中,梅劳特乌拉埃达克岩的微量元素蛛网图与梅劳特乌拉蛇绿岩中玄武岩的微量元素一致,具有LILE(K、Rb和Sr)富集和HFSE(Nb、Ta和Ti)亏损的特征,与大洋俯冲带有关的岛弧构造环境一致[56-57]

4 讨论 4.1 岩石特征、成因和构造环境

埃达克岩(adakite)是一套中酸性的火成岩,以SiO2≥56%,Al2O3≥15%,MgO<3%, Sr含量高(Sr>400×10-6)、贫Y和Yb(Y≤18×10-6,Yb≤1.9×10-6),轻稀土元素富集,无Eu异常(或轻微负Eu异常)为特征[54, 56]。梅劳特乌拉蛇绿岩中埃达克岩样品SiO2含量为64.12%~69.12%,MgO为0.54%~2.40%, Al2O3为16.05%~18.59%,Na2O为5.08%~6.80%,Na2O/K2O值为4.50~7.26,Sr为291.22×10-6~762.20×10-6,Y为7.33×10-6~12.74×10-6,Yb为0.74×10-6~1.28×10-6,稀土元素总量较低,轻稀土元素富集、重稀土元素亏损,负Eu异常不明显(表 2图 5),符合典型埃达克岩的地球化学特征。在Y-Sr/Y(图 6-a)和YbN-(La/Yb)N(图 6-b)图解中,样品点均落入埃达克岩区域。

图 6 梅劳特乌拉埃达克岩Y-Sr/Y [56](a)和YbN-(La/Yb)N构造判别图解[51](b) Fig.6 Y-Sr/Y (a)and YbN-(La/Yb)N(b) diagrams of the Meilaotewula adakite

近年来,埃达克岩的研究受到国内外学者的广泛关注,关于埃达克岩的成因目前主要有以下4种认识:①俯冲洋壳的部分熔融[56, 58];②加厚地壳的下地壳部分熔融[59-63];③拆沉下地壳部分熔融[64-65];④地幔岩浆的同化混染和分离结晶(AFC)作用[66-68]

加厚地壳的下地壳部分熔融或拆沉下地壳部分熔融形成的埃达克岩通常有相对高的K2O含量、低的MgO含量和Mg#值(<45)[69-70]。然而,梅劳特乌拉埃达克岩的主量元素显示,其为低钾(拉斑)系列岩石(图 4-b),明显富Na2O(5.08%~6.80%)、贫K2O(0.70%~1.22%),Mg#值较高(47.40)。因此,梅劳特乌拉埃达克岩不是由加厚地壳或拆沉的下地壳部分熔融形成的。

基性岩浆一般具有高的MgO含量和低的Sr/Y(2.8~53.5,平均22.8)值,若基性岩浆通过分离结晶演化成富硅的埃达克质岩浆,则Sr/Y值一般随着Mg#值的降低而升高。角闪石和单斜辉石在低压条件下分异稀土元素、Y等微量元素[71],而且通常优先富集中稀土元素,其次是重稀土元素,亏损轻稀土元素[72]。角闪石和单斜辉石矿物分离结晶会使残余熔体(Dy/Yb) N和(La/Yb) N之间具负相关关系,斜长石的分离结晶会导致Sr和Eu具有明显的负异常。而石榴子石和角闪石的高压分馏结晶作用会使Sr/Y和Dy/Yb值随SiO2含量增加而增加[68, 73]。梅劳特乌拉埃达克岩具有轻微负Eu异常(δEu=0.88~0.93),(Dy/Yb) N和(La/Yb) N之间存在较好的正相关关系(图 7),Sr/Y和Dy/Yb值也不具有随SiO2含量增加而增加的特征(图 8-a、b)。因此,不具备玄武质岩浆的同化混染和分离结晶成因特征。此外,梅劳特乌拉埃达克岩显示出与部分熔融一致的趋势(图 8-c),故梅劳特乌拉埃达克岩显示俯冲洋壳部分熔融成因特征。

图 7 梅劳特乌拉埃达克岩(La/Yb)N-(Dy/Yb)N协变图解 Fig.7 (La/Yb)N-(Dy/Yb)N diagram of the Meilaotewula adakite
图 8 梅劳特乌拉埃达克岩SiO2-Dy/Yb图解[68](a)、SiO2-Sr/Y图解[67](b,包括橄榄石+单斜辉石+斜长石+角闪石+钛磁铁矿)和La-La/Yb图解[74](c) Fig.8 SiO2-Dy/Yb(a), SiO2-Sr/Y (b) and La-La/Yb(c) diagrams of the Meilaotewula adakite (梅劳特乌拉玄武岩数据据参考文献[16])

梅劳特乌拉埃达克岩高铝、高钠(Na2O为5.08%~6.80%,Na2O/K2O值为4.50~7.26)、高Sr,贫Y、Yb,相对富集大离子亲石元素K、Rb、和Sr,亏损高场强元素Nb、Ta、Zr、Ti、P等(表 2图 5),稀土元素总量较低,贫重稀土元素,轻、重稀土元素分馏明显,δEu=0.88~0.93,具轻微负Eu异常,与中亚造山带东段内蒙古地区俯冲带岛弧型埃达克岩的地球化学特征较一致[75-78],属于O型埃达克岩。富钠、贫钾和较高的Na2O/K2O值是俯冲洋壳玄武岩的特征。与玄武岩相比,贫重稀土元素和Y、高Sr,表明梅劳特乌拉埃达克岩是俯冲洋壳在中高压条件下部分熔融形成的。此外,与典型的埃达克岩相比,梅劳特乌拉埃达克岩中硅和镁的含量更高(表 2)。一般认为,玄武岩部分熔融形成的熔体Mg#≤45,而大洋俯冲板片熔融作用形成的初始埃达克质熔体在上升至地表过程中需穿越地幔楔,其必然与地幔橄榄岩发生物质交换和相互作用,这种相互作用使残余熔体的MgO含量和Mg#值增高,Mg#值增大的程度指示熔体与地幔楔相互作用的强度[79-80]

与MORB和前弧玄武岩相比,梅劳特乌拉埃达克岩具有较高的Th含量(1.84×10-6~2.32×10-6)和较高的Th/La(0.13~0.29)、Th/Sm(0.44~1.12)、Th/Yb(1.81~2.49)、Th/Ce(0.06~0.13)值(表 2)。Th元素通常富集于沉积物中,反映了岩浆源区沉积物组分的加入(图 9)。因此,梅劳特乌拉埃达克岩可能是俯冲洋壳加沉积物部分熔融形成的埃达克质熔体,经俯冲带上升至地表过程中与地幔楔橄榄岩发生相互作用而形成。

图 9 梅劳特乌拉埃达克岩Th/Sm-Th/Yb图解[81] Fig.9 Th/Sm-Th/Yb diagram of the Meilaotewula adakite

关于大洋俯冲带岛弧型埃达克岩形成的构造环境,近年来国际深海钻探在伊豆-小笠原-马里亚纳(IBM)的研究揭示,该类岩石是洋内弧前弧岩石组合的重要组成部分,与前弧玄武岩(FAB)、玻安岩、高镁安山岩等构成洋内弧前弧玄武岩家族[82-83]。梅劳特乌拉埃达克岩与梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩中的前弧玄武岩、玻安岩、高镁安山岩等共同组成古亚洲洋东段洋内弧前弧岩石组合,与IBM一致。

在(Yb+Ta)-Rb构造判别图解(图 10-a)中,梅劳特乌拉埃达克岩样品点落入火山岛弧区。在不相容元素对Nb/Yb-Th/Yb的相关图解(图 10-b)上,前弧拉斑玄武岩落在大洋岛弧区域和弱俯冲区域,而埃达克岩落入大洋岛弧边界及其附近区域。在Hf/3-Th-Nb/16图解(图 10-c)中,前弧拉斑玄武岩样品点落在岛弧拉斑玄武岩(IAT)范围或岛弧拉斑玄武岩和大洋中脊玄武岩之间的边界,类似于IBM的前弧玄武岩[28],而大多数埃达克岩落在钙碱性弧玄武岩区(CAB),Th的增加显示出从早期的枕状前弧拉斑玄武岩到晚期埃达克岩的演化趋势,表明俯冲带Th富集程度增加,类似于IBM前弧的演化[83]。Th-La/Yb判别图解可用于区分原始大洋弧、演化的大洋弧、大陆边缘弧和安第斯岛弧[87-88],在Th-La/Yb判别图解(图 10-d)中,梅劳特乌拉蛇绿岩中前弧拉斑玄武岩样品点落入原始大洋弧区,埃达克岩5个样品点均落入演化的大洋弧区域内部或边缘,表现出明显的洋内弧前弧初始弧的地球化学演化特征,可能进一步反映梅劳特乌拉埃达克岩形成于前弧拉斑玄武岩岩浆递进演变并稍晚喷出的喷出岩[87]

图 10 梅劳特乌拉埃达克岩(Yb+Ta)-Rb[84](a)、Nb/Yb-Th/Yb[85](b)、Hf/3-Th-Nb/16[86](c)和Th-La/Yb(d)构造判别图解[87](梅劳特乌拉玄武岩数据据参考文献[16],岩性符号同图 8) Fig.10 (Yb+Ta)-Rb(a), Nb/Yb-Th/Yb(b), Hf-Th-Nb(c)and Th-La/Yb(d) diagrams of the Meilaotewula adakite syn-COLG—同碰撞花岗岩;VAG—火山弧花岗岩;WPG—板内花岗岩;ORG—洋脊花岗岩IAT—岛弧拉斑玄武岩;CAB—岛弧钙碱性玄武岩;WPT—板内拉斑玄武岩;WPAB—板内碱性玄武岩

综上所述,梅劳特乌拉蛇绿岩中的埃达克岩具有洋内弧的地球化学特征,可能形成于洋内弧环境,应属于大洋俯冲带岩浆作用和洋内弧型岩浆岩,可与典型洋内弧型岩浆岩对比[27, 86-87]。因此,梅劳特乌拉埃达克岩可能形成于古亚洲洋东段洋内弧的前弧环境或洋内俯冲的初始阶段。

4.2 形成时代和地质意义

梅劳特乌拉埃达克岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为294.1±2.2 Ma,与内蒙古中部二叠纪岛弧型岩浆岩的形成年龄一致[89-91]。与该地区下二叠统寿山沟组的半深海-深海复理石对应,表明古亚洲洋梅劳特乌拉小洋盆在早二叠世尚未闭合,而是处于洋内俯冲阶段[89-91]。梅劳特乌拉埃达克岩的结晶年龄为294.1±2.2Ma,与梅劳特乌拉蛇绿岩中辉长岩的年龄(308.5 Ma)[16]、埃达克质花岗闪长岩(292.3 Ma)一致[19],进一步揭示古亚洲洋东段晚石炭世洋内初始俯冲作用形成了梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩,而早期的晚石炭世辉长岩、前弧玄武岩到晚期的高镁安山岩、埃达克岩(294.1±2.2 Ma)和花岗闪长岩之间具有一定的岩浆演化关系[92-97]。梅劳特乌拉埃达克岩的结晶年龄也与内蒙古中东部地区中二叠统哲斯组泥岩中放射虫的时代一致[98],进一步表明,在早二叠世之前,古亚洲洋东段并未闭合,而是正在经历洋内俯冲。因此,早二叠世记录了古亚洲洋东部梅劳特乌拉洋内弧的初始俯冲阶段。

测年结果显示,早二叠世由俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克质岩浆,同时发生了侵入作用(形成花岗闪长岩)和喷出作用(形成安山岩和英安岩)。因此,梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩、玻安岩、高镁安山岩和与其共存的埃达克岩,为研究古亚洲洋东段的洋内初始俯冲详细过程提供了较丰富的岩石学证据和时间约束。

5 结论

(1) 内蒙古梅劳特乌拉SSZ型蛇绿岩中安山岩形成于早二叠世,年龄为294.1±2.2 Ma,其地球化学特征符合埃达克岩的地球化学特征,应属于埃达克岩。

(2) 梅劳特乌拉埃达克岩可能是俯冲洋壳部分熔融形成的埃达克质熔体,经俯冲带上升过程中与地幔楔橄榄岩发生相互作用而形成。

(3) 梅劳特乌拉埃达克岩和共存的SSZ型蛇绿岩、高镁安山岩、埃达克质花岗闪长岩等,组成古亚洲洋东段的晚石炭世—早二叠世初始洋内俯冲岩石组合,记录了古亚洲洋晚古生代洋内俯冲、洋陆转换过程的岩石学、地球化学和年代学信息。

致谢: 在野外调查和写作过程中得到中国地质大学(北京)张招崇、袁国礼、王根厚教授等的指导和帮助,河北地质大学郭雷亮、王帅、汪轩辰等也做了大量工作,审稿专家提出了宝贵的修改意见,在此一并表示衷心的感谢。

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