引用本文
熊光强, 刘敏, 张达, 等. 内蒙古西乌旗迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩地球化学及年代学[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(5): 1599-1614
Xiong Guangqiang, Liu Min, Zhang Da, et al. Geochemistry and Geochronology of Gabbro in Diyanmiao Ophiolite Belt, West Ujimqin Banner, Inner Mongolia[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2020, 50(5): 1599-1614.
内蒙古西乌旗迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩地球化学及年代学
1. 江西省地质矿产勘查开发局物化探大队, 南昌 330025;
2. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;
3. 西北大学地质学系, 西安 710069;
4. 内蒙古自治区地质调查院, 呼和浩特 010020
2. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;
3. 西北大学地质学系, 西安 710069;
4. 内蒙古自治区地质调查院, 呼和浩特 010020
摘要: 内蒙古西乌旗迪彦庙蛇绿岩位于二连浩特—贺根山蛇绿岩带与交其尔—锡林浩特蛇绿岩带一线之间，大地构造位于中亚造山带中段的锡林浩特晚古生代褶皱带。本文主要对其内的辉长岩进行了地球化学及年代学研究。研究结果表明：辉长岩w（SiO2）为45.49%~50.48%，w（Al2O3）为13.31%~17.05%，w（K2O）为0.01%~0.65%，w（Na2O）为0.30%~4.15%，w（CaO）为8.00%~19.54%，w（MgO）为5.22%~10.92%，w（P2O5）为0.03%~0.23%，显示西乌旗迪彦庙蛇绿岩中的辉长岩属于高铝、低钾、低钠的拉斑系列；辉长岩的稀土元素总量低，重稀土元素比轻稀土元素富集，微量元素Nb、Zr、Hf、Ti相对亏损，K、Ta、Sr相对富集；La-ICP-MS锆石U-Pb测年获得辉长岩的年龄为（345.3±2.3）Ma，为早石炭世。综合分析，辉长岩可能为受到俯冲作用产生的流体交代而成，而并非结晶分异作用所致；迪彦庙蛇绿岩形成环境为弧前环境。
关键词:
迪彦庙 地球化学 锆石U-Pb定年 蛇绿岩 辉长岩
Geochemistry and Geochronology of Gabbro in Diyanmiao Ophiolite Belt, West Ujimqin Banner, Inner Mongolia
1. Geophysical and Geochemical Exploration Party, Jiangxi Bureau of Geology and Mineral Resources, Nanchang 330025, China;
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069, China;
4. Institute of Geological Survey of Inner Mongolia, Hohhot 010020, China
2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Department of Geology, Northwest University, Xi'an 710069, China;
4. Institute of Geological Survey of Inner Mongolia, Hohhot 010020, China
Abstract: The Diyanmiao ophiolite in the west Ujimqin Banner, Inner Mongolia, which tectonically belongs to the Xilinhaote Late Paleozoic fold belt in the southeastern Central Asian orogenic belt, is located between the Erlianhot-Hegenshan ophiolite belt and the Jiaoqier-Xilinhaote ophiolite belt. This study focuses on the geochemical and geochronological characteristics of the gabbros from the Diyanmiao ophiolite. Whole-rock geochemical data show that the gabbros are high Al, lower K, lower Na, and tholeiitic in nature, with w(SiO2) of 45.49%~50.48%, w(Al2O3) of 13.31%~17.05%, w(K2O) of 0.01%~0.65%, w(Na2O) of 0.30%~4.15%, w(CaO) of 8.00%~19.54%, w(MgO) of 5.22%~10.92%, and w(P2O5) of 0.03%~0.23%. These rocks have low total REE contents and relatively enriched HREE. They also show enrichments in K, Ta, and Sr, and depletions in Nb, Zr, Hf, and Ti. La-ICP-MS zircon U-Pb dating results suggest that the gabbros were formed at Early Carboniferous ((345.3±2.3) Ma). In combination with previously works and regional geology, the authors propose that the gabbros in the Diyanmiao ophiolite were possibly formed by fluids metasomatism in an island arc setting during oceanic subduction, rather than crystallization and differentiation processes.
Key words:
Diyanmiao geochemistry zircon U-Pb dating ophiolite gabbro
0 前言
“蛇绿岩(ophiolite)”最开始是定义较混淆的地质术语，不同的学者从不同的角度来描述蛇绿岩[1]。蛇绿岩主要由橄榄岩及少量基性岩浆岩组成[2]。1972年，在美国召开的Pengrose会议重新确定蛇绿岩是形成于大洋中脊的具有分层性的一套古大洋地壳和上地幔残片的组合，之后一直以这一定义为标准确定蛇绿岩[3-4]。而后也有学者发现有相当一部分的蛇绿岩并不是形成于大洋中脊环境。如Miyashiro[5]利用地球化学手段对塞浦路斯Troodos蛇绿岩进行研究，认为其形成环境为薄大洋地壳的岛弧环境。而后许多地质学者对蛇绿岩进行进一步的研究，结果表明Pengrose式蛇绿岩的概念已经不能满足研究的需要[1]。因此，一些学者开始寻求更为完善的且涵盖所有确立的蛇绿岩类型定义的方案。在以往的蛇绿岩研究中，对蛇绿岩的分类方案都没有突出其形成的构造环境。如MORB型和SSZ型蛇绿岩[6]，斜方辉石型、单斜辉石型和斜长石型蛇绿岩[7]，科迪勒拉型和特提斯型蛇绿岩[8-9]以及方辉橄榄岩型和二辉橄榄岩型蛇绿岩[10]等等。在国内，也有许多学者对蛇绿岩进行了详细的研究，多依据蛇绿岩所表现出来的地球化学特征进行分类，主要有低铝型和高铝型蛇绿岩[11]，高熔型、中熔型和低熔型蛇绿岩[12]，科迪勒拉型、东地中海型和西地中海型蛇绿岩[12]，V型LREE富集型、烟斗型LREE亏损型和平坦型蛇绿岩[13]，快速扩张型、中速扩张型、中慢速扩张型以及极慢速扩张型蛇绿岩[14]等等。另外蛇绿岩还分为与俯冲作用有关和与俯冲作用无关两种类型[15]。
内蒙古自治区横跨华北板块北缘和兴蒙造山带两大构造单元，其内分布4条蛇绿岩带[16-17]，由北向南分别为：1)二连浩特—贺根山一线[18-21]；2)交其尔—锡林浩特一线[22-27]；3)索伦敖包—林西一线[28-29]；4)温都尔庙—西拉木伦河一线[30-36]。内蒙古西乌珠穆沁旗迪彦庙蛇绿岩位于二连浩特—贺根山蛇绿岩带与交其尔—锡林浩特蛇绿岩带一线之间，该蛇绿岩自李英杰等[37]报道以来已经受到越来越多的重视。本文通过该蛇绿岩带内辉长岩地球化学特征及锆石U-Pb年代学对迪彦庙蛇绿岩进行研究，为兴蒙造山带大地构造格架和地壳演化的研究提供依据。
1 区域地质概况迪彦庙位于内蒙古西乌珠穆沁旗(西乌旗)境内，其大地构造位于中亚造山带中段的锡林浩特晚古生代褶皱带[22, 38]，温都尔庙—西拉木伦河断裂以北，二连浩特—贺根山断裂以南(图 1a)。该地区构造演化经历了古生代开始的古亚洲洋多阶段俯冲、地壳增生、多地体聚合，中生代的蒙古—鄂霍茨克洋闭合和晚古生代开始的来自古太平洋板块对欧亚大陆板块俯冲作用的影响。迪彦庙地区发育较老的古生界蛇绿岩，呈北东向展布；中生代火山岩分布较广泛。区内地层具有北东向展布特征，主要为下白垩统白音高老组(K1b)、上侏罗统玛尼吐组(J3mn)、上侏罗统满克头鄂博组(J3mk)、中二叠统大石寨组(P2ds)及中二叠统寿山沟组(P2ss)(图 1b)。其中，上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组和下白垩统白音高老组之间呈整合接触关系，而满克头鄂博组角度不整合覆盖于中二叠统寿山沟组之上。区内岩浆岩主要为侏罗纪二长花岗岩、石英闪长岩，二叠纪花岗闪长岩、石英闪长岩。区内发育北东向韧性剪切带，分布情况与蛇绿岩带基本一致。
西乌旗迪彦庙蛇绿岩带分布于孬来可吐—迪彦庙，呈近北东东向分布，部分地带被第四系覆盖，蛇绿岩带长约28 km，宽1~3 km(图 1b)，出露的主要岩性为：蛇纹石化方辉橄榄岩、层状辉长岩、中粗粒-细粒均质块状辉长岩、细碧岩、玄武岩、角斑岩、石英角斑岩、硅质岩[37]。本文所研究的辉长岩为该带中的层状辉长岩，选取的地球化学及年代学样品为变质程度较低的辉长岩。
笔者在迪彦庙地区对蛇绿岩带进行了剖面实测，如图 2所示。其野外露头分布如图 3所示。带内主要出露的岩性有蛇纹石化辉石橄榄岩、辉长岩、硅质岩和玄武岩等，岩石受后期构造影响表现为强烈破碎。在蛇绿岩带周围发育有英安岩、流纹岩以及花岗岩脉。
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| 图 2 迪彦庙蛇绿岩剖面图 Fig. 2 Profile of Diyanmiao ophiolite |
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| 图 3 迪彦庙蛇绿岩野外露头分布情况 Fig. 3 Distribution of Diyanmiao ophiolite |
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蛇纹石化辉石橄榄岩：野外观察为细小的碎粒组成，碎粒颜色为黑-灰绿色，粒状变晶结构，块状构造。主要矿物由蛇纹石和辉石组成。见有滑石化、蛇纹石化等蚀变现象，从而使岩石整体表现绿色或蓝绿色。镜下为平行纤维状结构、变余斑状结构、网格状结构，块状构造。主要由蛇纹石和辉石组成(图 4a)，蛇纹石呈平行纤维状集合体，定向排列，体积分数为75%~80%，析出粉末状、粒状磁铁矿(图 4b)，体积分数为10%；辉石呈1~2 mm短柱状，被纤维状蛇纹石交代，呈绢石假像(图 4c)，部分辉石发生阳起石化现象(图 4d)，体积分数为10%~15%。
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| a.主要由蛇纹石和辉石组成，蛇纹石呈平行纤维状集合体；b.蛇纹石化辉石橄榄岩析出的磁铁矿或者铁质；c.辉石呈绢石假象；d.辉石发生阳起石化蚀变现象。Sep.蛇纹石；Prx.辉石；Mt.磁铁矿；Bst.绢石；Act.阳起石。 图 4 研究区蛇纹石化辉石橄榄岩显微特征 Fig. 4 Microscopic characteristics of serpentinization pyroxene peridotite in the study area |
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辉长岩：该辉长岩为本次研究对象，采样位置见图 2(Db1)。岩石风化面为深灰色，新鲜面为暗灰绿色(图 5a)。岩石具细中粒辉长结构，似层状构造。主要矿物成分为斜长石和辉石。斑晶为长石，暗色矿物略高于浅色矿物含量。岩石蚀变强烈，部分发生片理化现象。镜下特征为呈现变余细粒辉长结构，块状构造。主要由辉石、斜长石及角闪石组成。斜长石粒径为1 mm左右，部分斜长石见有黝帘石化及绢云母化等蚀变现象(图 5b、c)，但保留斜长石板状外形，体积分数为50%~60%；辉石粒径1~2 mm，短柱状，发生次闪石所交代，但大部分保留短柱状外形，部分发生阳起石化蚀变现象(图 5d)，体积分数为35%~40%；角闪石粒径为1~2 mm长柱状，体积分数为5%~10%。
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| a.辉长岩野外露头，周围小颗粒为蛇纹石化辉石橄榄岩；b.斜长石发生黝帘石化现象，辉石被次闪石所交代；c.斜长石发生绢云母化蚀变；d.斜长石发生阳起石化蚀变现象，并有磁铁矿析出。Zo.黝帘石；Url.次闪石；Hb.角闪石；Ser.绢云母；Act.阳起石；Mt.磁铁矿。 图 5 研究区辉长岩岩石学特征 Fig. 5 Petrology characteristics of gabbro in the study area |
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硅质岩：岩石质地坚硬，为隐晶质或半晶质的矿物组成。镜下观察主要为隐晶质结构，块状构造。
玄武岩：岩石风化面为灰色，新鲜面为灰绿色、深灰色，斑状结构，岩石呈致密状，具块状构造，局部见气孔状构造。斑晶为橄榄石、辉石、斜长石等，大小不等，一般粒径为2~3 cm；基质为隐晶质或半晶质的，由微晶和玻璃质组成。部分岩石发生构造破碎。
英安岩：岩石风化面灰色，新鲜面深灰色，斑状结构，块状构造。部分岩石发生破碎，呈碎裂状。斑晶主要为长石及少量石英，石英多熔蚀状；基质主要为长石微晶，呈隐晶质结构。岩石较破碎，具有褐铁矿化。
流纹岩：岩石新鲜面为土黄色，具流纹状结构、基质隐晶-玻璃质结构，块状、流纹状构造。斑晶主要为长石、石英，基质较细；为致密的隐晶质。
糜棱岩化花岗岩：岩石风化面浅灰色，新鲜面浅肉红色，细粒花岗结构，发育糜棱岩化构造。主要矿物成分为石英和长石，矿物颗粒细小。石英并被压扁、拉长，具明显的细条带状和纹层状构造，线理发育。原岩为花岗岩，矿物成分主要为长石、石英及黑云母。长石呈灰白色，自形—半自形柱状、板状，粒径为3~5 mm，体积分数为60%~65%；石英呈半透明浅灰色，他形粒状，粒径为2~3 mm，体积分数为20%~25%；黑云母呈黑色，半自形—自形片状，粒径为1~3 mm，体积分数为3%~5%；花岗岩为脉状，侵入英安岩中，使英安岩破碎强烈，沿裂隙具有强的褐铁矿化、硅化。
3 测试方法地球化学分析样品的粗碎及磨样工作在河北省廊坊市地科勘探技术服务有限公司进行，整个过程无污染。样品在国家地质测试中心进行全岩主量元素测定，采用的方法为X射线荧光光谱法，校准曲线使用国家级标准物质进行制作完成。基体校正系数及谱线重叠校正系数使用回归法进行计算，其精密度小于10%。微量元素由地球物理地球化学勘查研究所进行测试分析。
年代分析的样品送至河北省廊坊市地科勘探技术服务有限公司，该公司使用常规的磁选技术将样品中的锆石进行分离。锆石样品靶的制作步骤为：首先将需要分析的锆石及标准的锆石TEMORA[39]颗粒放在一起进行粘贴，然后使用环氧树脂制成样品靶，待靶固结后进行打磨和抛光，使锆石颗粒中心部位暴露后停止。为了更好地选择锆石颗粒的测试点位，对锆石样品靶中的锆石颗粒进行显微照相(包括透射光和反射光)。该项工作由北京锆年领航科技有限公司完成。将制作好的锆石样品靶送至天津地质矿产研究所进行Pb、U、Th的同位素测试分析。该套方法所使用的设备为LA-MC-ICP-MS系统。利用动态变焦扩大色散等方法对样品靶中的锆石U-Pb同位素进行测定[40-41]。以标准锆石TEMORA颗粒作为标样，从而计算所采样品的Pb、U和Th含量[42-43]。数据处理采用的程序为ICPMS Data Cal程序[44]以及Isoplot程序[45]。在测试过程中，使用208Pb校正法进行校正[46]。
4 测试结果 4.1 地球化学分析
表 1 迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩主量元素分析结果
Table 1 Composition of major elements for gabbro from Diyanmiao ophiolite belt
| % | |||||||||||||||||||||||||||||
| 序号 | SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | K2O | Na2O | TiO2 | P2O5 | MnO | 烧失量 | |||||||||||||||||
| 1 | 45.53 | 16.35 | 0.80 | 4.31 | 19.54 | 8.58 | 0.01 | 0.30 | 0.19 | 0.03 | 0.13 | 3.81 | |||||||||||||||||
| 2 | 46.84 | 15.25 | 0.40 | 4.58 | 19.47 | 8.71 | 0.02 | 0.30 | 0.14 | 0.04 | 0.14 | 3.65 | |||||||||||||||||
| 3 | 50.48 | 14.26 | 1.01 | 5.58 | 12.23 | 10.92 | 0.65 | 1.86 | 0.30 | 0.03 | 0.15 | 2.34 | |||||||||||||||||
| 4 | 50.28 | 13.31 | 1.87 | 10.13 | 7.68 | 7.19 | 0.10 | 3.92 | 1.82 | 0.19 | 0.19 | 2.29 | |||||||||||||||||
| 5 | 50.35 | 14.63 | 6.13 | 5.05 | 8.00 | 6.64 | 0.21 | 4.15 | 1.32 | 0.10 | 0.18 | 2.70 | |||||||||||||||||
| 6 | 51.47 | 15.52 | 1.51 | 5.44 | 13.26 | 6.13 | 0.10 | 2.80 | 0.78 | 0.07 | 0.14 | 2.21 | |||||||||||||||||
| 7 | 49.14 | 15.31 | 2.67 | 7.70 | 13.04 | 5.22 | 0.12 | 2.76 | 1.41 | 0.11 | 0.20 | 1.93 | |||||||||||||||||
| 8 | 46.53 | 14.41 | 4.44 | 10.07 | 8.66 | 6.78 | 0.13 | 2.49 | 2.22 | 0.23 | 0.22 | 2.71 | |||||||||||||||||
| 9 | 50.02 | 15.72 | 1.37 | 5.01 | 11.77 | 9.79 | 0.51 | 2.37 | 0.31 | 0.04 | 0.15 | 2.47 | |||||||||||||||||
| 10 | 45.94 | 15.19 | 0.84 | 6.42 | 16.94 | 9.86 | 0.02 | 0.42 | 0.31 | 0.08 | 0.15 | 3.23 | |||||||||||||||||
| 11 | 46.84 | 15.25 | 0.40 | 4.58 | 19.47 | 8.71 | 0.02 | 0.30 | 0.14 | 0.04 | 0.14 | 4.12 | |||||||||||||||||
| 12 | 45.49 | 17.05 | 0.85 | 3.97 | 17.32 | 10.64 | 0.03 | 0.51 | 0.14 | 0.03 | 0.14 | 3.54 | |||||||||||||||||
| 13 | 45.53 | 16.35 | 0.80 | 4.31 | 19.54 | 8.58 | 0.01 | 0.30 | 0.19 | 0.03 | 0.13 | 4.42 | |||||||||||||||||
| 注：序号1、2数据引自李英杰等[37]；序号3数据来自本文；序号4—13数据引自白卉等[47]。 | |||||||||||||||||||||||||||||
表 2 迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩微量元素及稀土元素分析结果
Table 2 Composition of trace elements for gabbro from Diyanmiao ophiolite belt
| 序号 | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ∑REE | LREE | HREE | LREE/HREE | δEu | (La/Yb)N | (La/Sm)N | (Gd/Yb)N | Y | Ni | Cr | V | Zr | Ta | Sr | Nb | U | Th | Ti | Hf |
| 1 | 0.16 | 0.48 | 0.11 | 0.72 | 0.38 | 0.19 | 0.50 | 0.14 | 1.07 | 0.23 | 0.69 | 0.12 | 0.77 | 0.12 | 5.68 | 2.04 | 3.64 | 0.56 | 1.33 | 0.15 | 0.27 | 0.54 | 6.01 | 822 | 144 | 4.51 | 0.44 | 70.1 | 1.11 | 0.01 | 0.09 | 1 138.75 | 0.20 | |
| 2 | 0.34 | 0.65 | 0.12 | 0.65 | 0.30 | 0.17 | 0.40 | 0.11 | 0.79 | 0.18 | 0.53 | 0.09 | 0.59 | 0.09 | 5.01 | 2.23 | 2.78 | 0.80 | 1.50 | 0.41 | 0.73 | 0.56 | 4.74 | 748 | 136 | 2.23 | 0.50 | 59.9 | 1.45 | 0.03 | 0.17 | 839.08 | 0.12 | |
| 3 | 0.58 | 1.39 | 0.27 | 1.61 | 0.73 | 0.42 | 1.06 | 0.27 | 1.92 | 0.45 | 1.48 | 0.25 | 1.80 | 0.22 | 12.45 | 5.00 | 7.45 | 0.67 | 1.46 | 0.23 | 0.51 | 0.49 | 11.29 | 178.38 | 853.07 | 184.03 | 28.75 | 0.08 | 228.5 | 0.18 | 0.04 | 0.09 | 1 778.74 | 1.55 |
| 注：序号1、2数据引自李英杰等[37]；序号3数据来自本文。微量元素和稀土元素质量分数单位为10-6。 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
辉长岩SiO2质量分数为45.49%~51.47%，表明所有岩石类型均为基性岩；Al2O3质量分数较高，为13.31%~17.05%，平均为15.28%，高于中国辉长岩的平均质量分数14.52%[48]，反映岩石中主要为富Al的斜长石和单斜辉石[49]；K2O质量分数为0.01%~0.65%，低于中国辉长岩的平均质量分数1.18%[48]；Na2O质量分数为0.30%~4.15%，平均为1.73%，低于中国辉长岩的平均质量分数2.97%[48]；CaO质量分数较高，为7.68%~19.54%，揭示辉长岩少碱性长石和富钠斜长石，富含基性斜长石；MgO变化幅度较小，为5.22%~ 10.92%，不存在高镁橄榄石；P2O5质量分数为0.03%~ 0.23%。在FeO-(Na2O+K2O)-MgO图(图 6a)中，辉长岩具有钙碱性-拉斑玄武系列的过渡趋势，以拉斑玄武系列为主；在Al2O3-CaO-MgO图(图 6b)中，辉长岩全部落入镁铁质堆积区及附近。从辉长岩的主量元素特征来看，西乌旗迪彦庙蛇绿岩中的辉长岩属于高铝、低钾、低钠的拉斑玄武系列。
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| 图 6 迪彦庙蛇绿岩带中辉长岩FeO-(Na2O+K2O)-MgO(a)和Al2O3-CaO-MgO(b)分析图解 Fig. 6 Diagram of FeO-(Na2O+K2O)-MgO (a) and Al2O3-CaO-MgO (b) for gabbro from Diyanmiao ophiolite belt |
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微量元素方面，Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf的质量分数分别为0.09×10-6~0.17×10-6、0.01×10-6~0.04×10-6、0.18×10-6~1.45×10-6、0.08×10-6~0.50×10-6，2.23×10-6~28.75×10-6，0.12×10-6~1.55×10-6。从微量元素蛛网图(图 7a)中可以看出，Nb、Zr、Hf、Ti元素相对亏损，K、Ta、Sr元素相对富集。
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| 图 7 迪彦庙蛇绿岩带中辉长岩微量元素蛛网图(a)及稀土元素配分曲线图(b) Fig. 7 Primative mantle-normalized trace element patterns (a) and chondrite-normalized REE distribution patterns (b) for gabbro from Diyanmiao ophiolite belt |
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辉长岩的稀土元素总量(w(∑REE))较小，为5.01×10-6~12.45×10-6、平均为7.71×10-6；w(∑LREE)为2.04×10-6~5.00×10-6，平均为3.09×10-6；w(∑HREE)为2.78×10-6~7.45×10-6，平均为4.62×10-6；LREE/HREE为0.56~0.80。重稀土元素比轻稀土元素较为富集，表现为(La/Yb)N＜1，为0.15~0.41，平均为0.26，(La/Sm)N为0.27~0.73，(Gd/Yb)N为0.49~0.56。在稀土元素配分曲线(图 7b)中，辉长岩显示明显的Eu正异常(δEu为1.33~1.50，平均为1.43)。与绝大多数蛇绿岩中的辉长岩具有相类似的稀土元素配分曲线[50]。
4.2 年代学分析选取测年所用的锆石为淡黄色-无色透明短柱状、中长柱状晶体，大小为30 μm× 20 μm~80 μm×100 μm。从锆石的阴极发光图像(图 8)中来看，锆石颜色主要为灰白色，振荡环带模糊，个别较清晰。从锆石的内部特征来看，锆石具有明暗相间的条带结构、较宽的振荡环带、扇形分带结构以及内部结构相对均匀且无明显分带或环带结构等4种特征。吴元保等[51]研究表明，上述4种锆石的内部特征表明其成因为岩浆锆石。对样品Db1分析测试了20个点，但存在3个异常点数据，在数据分析时已经剔除，其结果见表 3。
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| 图 8 迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩代表性锆石CL图像特征 Fig. 8 CL images of representative zircons for gabbro from Diyanmiao ophiolite belt |
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表 3 迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩(Db1)的锆石LA- ICP-MS U- Pb定年数据
Table 3 Zircon LA - ICP - MS U - Pb isotope data porphyry of the gabbro (Db1) from Diyanmiao ophiolite belt
| 点号- | wB/10 —6 | 同位素比值 | 年龄/Ma | ||||||||||||||
| Pb | U | 206 Pb/238 U | σ | 207 Pb/235 U | σ | 207 pb/206 pb | σ | 208 pb/232 Th | σ | 232 Th/238 U | σ | 206 Pb/238 U | σ | 207 Pb/235 U | σ | ||
| 1 | 1.203 | 18.309 | 0.054 9 | 0.001 6 | 0.861 1 | 0.173 1 | 0.113 7 | 0.036 1 | 0.016 5 | 0.001 2 | 0.881 6 | 0.015 5 | 345 | 10 | 631 | 127 | |
| 2 | 0.598 | 8.522 | 0.055 1 | 0.004 7 | 1.619 7 | 0.511 6 | 0.213 2 | 0.083 7 | 0.057 4 | 0.010 3 | 0.245 1 | 0.006 5 | 346 | 30 | 978 | 309 | |
| 3 | 1.124 | 18.365 | 0.055 1 | 0.001 0 | 1.695 1 | 0.111 1 | 0.223 3 | 0.015 2 | 0.013 8 | 0.002 3 | 0.235 7 | 0.001 9 | 346 | 7 | 1 007 | 66 | |
| 4 | 5.396 | 98.990 | 0.054 9 | 0.000 4 | 0.405 2 | 0.019 4 | 0.053 5 | 0.002 5 | 0.010 8 | 0.000 3 | 0.471 3 | 0.004 3 | 345 | 3 | 345 | 17 | |
| 5 | 1.430 | 23.093 | 0.055 0 | 0.001 5 | 0.851 8 | 0.177 5 | 0.112 2 | 0.025 6 | 0.028 5 | 0.003 2 | 0.357 4 | 0.002 4 | 345 | 9 | 626 | 130 | |
| 6 | 4.817 | 86.397 | 0.055 2 | 0.000 4 | 0.406 0 | 0.020 8 | 0.053 3 | 0.002 7 | 0.010 9 | 0.000 2 | 0.567 9 | 0.002 7 | 347 | 3 | 346 | 18 | |
| 7 | 12.439 | 214.027 | 0.054 9 | 0.000 4 | 0.404 6 | 0.012 0 | 0.053 4 | 0.001 6 | 0.010 8 | 0.000 1 | 0.853 4 | 0.002 3 | 345 | 2 | 345 | 10 | |
| 8 | 0.457 | 8.443 | 0.055 1 | 0.002 4 | 0.599 3 | 0.311 3 | 0.078 9 | 0.041 7 | 0.010 9 | 0.004 9 | 0.280 0 | 0.004 1 | 346 | 15 | 477 | 248 | |
| 9 | 0.828 | 14.480 | 0.055 2 | 0.002 1 | 0.705 5 | 0.226 9 | 0.092 8 | 0.050 1 | 0.016 2 | 0.003 0 | 0.350 7 | 0.003 1 | 346 | 13 | 542 | 174 | |
| 10 | 2.213 | 20.499 | 0.077 0 | 0, it)l 1 | 2.347 6 | 0.105 6 | 0.221 3 | 0.009 5 | 0.076 8 | 0.002 5 | 0.395 1 | 0.008 2 | 478 | 7 | 1 227 | 55 | |
| 11 | 1.389 | 24.809 | 0.054 9 | 0.001 0 | 0.582 9 | 0.120 0 | 0.077 0 | 0.018 4 | 0.009 3 | 0.001 0 | 0.584 6 | 0.012 0 | 345 | 6 | 466 | 96 | |
| 12 | 2), 603 | 47.021 | 0.055 1 | 0.000 5 | 0.407 1 | 0.044 7 | 0.053 6 | 0.006 1 | 0.013 6 | 0.000 5 | 0.428 7 | 0.001 9 | 346 | 3 | 347 | 38 | |
| 13 | 6.913 | 114.021 | 0.055 0 | 0.000 4 | 0.406 6 | 0.019 2 | 0.053 6 | 0.002 5 | 0.010 3 | 0.000 1 | 1.164 7 | 0.001 6 | 345 | 3 | 346 | 16 | |
| 14 | 2.130 | 32.832 | 0.054 9 | o, it)i i | 1.088 4 | 0.110 8 | 0.143 7 | 0, t)U 4 | 0.019 6 | 0.001 4 | 0.609 5 | 0.012 5 | 345 | 7 | 748 | 76 | |
| 15 | 1.816 | 31.853 | 0.055 1 | 0.000 7 | 0.405 3 | 0.064 6 | 0.053 4 | 0.009 5 | 0.011 7 | 0.000 4 | 0.664 5 | 0.002 1 | 346 | 5 | 345 | 55 | |
| 16 | 0.798 | 14.073 | 0.055 0 | 0.001 5 | 1.148 9 | 0.172 8 | 0.151 6 | 0.025 5 | 0.006 4 | 0.002 5 | 0.330 % | 0.003 1 | 345 | 9 | 777 | 117 | |
| 17 | 5.423 | 195.420 | 0.026 4 | 0.000 2 | 0.184 4 | 0.012 3 | 0.050 7 | 0.003 4 | 0.006 1 | 0.000 1 | 0.703 5 | 0.003 5 | 168 | 1 | 172 | 11 | |
从表 3中可以看出，测点w(U)为8.443× 10-6~214.027×10-6，w(Pb)为0.457×10-6~12.439×10-6。206Pb/238U值为0.026 4~ 0.077 0，大多数锆石的206Pb/238U值集中于0.054 9~ 0.055 2之间。从所分析的数据来看，除了10和17测点的锆石脱离主锆石群，其余的锆石年龄都比较集中，锆石206Pb/238U年龄集中分布于345~347 Ma之间，其中，10号测点的锆石年龄明显偏高，为(478±7) Ma，而17测点的206Pb/238U年龄明显偏低，为(168±1) Ma，这两个锆石颗粒明显与主锆石群不谐和。从图 9中可以看出，辉长岩的加权平均年龄为(345.3±2.3) Ma(MSWD=0.079)。因此，本文将迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩的结晶年龄确定为(345.3±2.3) Ma，为早石炭世。
|
| 图 9 迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩锆石U-Pb年龄谐和图(a)和加权平均年龄图(b) Fig. 9 Concordia diagrams of U-Pb ages of zircons for gabbro from Diyanmiao ophiolite belt (a) and weighted average age (b) |
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|
从微量元素来看，迪彦庙蛇绿岩带中辉长岩富集K、Ta、Sr等大离子亲石元素以及相对亏损Nb和Ti等高场强元素，显示出具有俯冲带幔源特点[52]，也表明岩浆或源区受地壳物质混染的影响[53]。其中Nb、Hf等的相对亏损也反映出辉长岩曾经受地壳物质混染的影响[54]；Ti和Nb的负异常也表明辉长岩具有俯冲带的岩浆岩特征[55]。Nb/U值与源区物质有关，迪彦庙蛇绿岩中辉长岩的Nb/U值变化范围较大，为4.50~111.00，平均为54.62，高于中国东部地壳(中国东部地壳Nb/U值为9.6)[56]，对此合理的解释应该是地幔源区受俯冲流体的交代作用而产生的。辉长岩的Nb/La值为0.31~6.93，平均值为3.84，高于大陆地壳平均值(Nb/La的大陆地壳平均值0.7)，而结晶分异作用不会导致Nb/La降低[56]，表明辉长岩的成因可能为受到俯冲作用产生的流体交代，而并非结晶分异作用所致。
5.2 辉长岩形成时代本次工作在迪彦庙蛇绿岩带中的辉长岩获得的LA-ICP-MS锆石年龄为(345.3±2.3) Ma，其形成时代与二连浩特—贺根山蛇绿岩吻合(表 4)，且在苏尼特左旗至西乌旗一带发育一套石炭纪闪长岩、石英闪长岩、英云闪长岩及花岗岩组合[26, 66-70]。综上所述，二连浩特—贺根山蛇绿岩带为一条石炭纪的蛇绿岩带。这些年代学资料也佐证了迪彦庙蛇绿岩中的辉长岩形成时代为早石炭世。
表 4 区域上蛇绿岩中岩石年代学对比表
Table 4 Chronological comparison table of ophiolites in the region
| 序号 | 位置 | 岩性 | 测试方法 | 年龄/Ma | 文献 |
| 1 | 朝克山蛇绿岩 | 辉长岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 295±15 | [21] |
| 2 | 小坝梁蛇绿岩 | 辉长岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 354±7 | [57] |
| 3 | 斜长花岗岩 | 333±4 | |||
| 4 | 二连浩特东部蛇绿岩 | 辉长岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 354.2±4.5 | [58] |
| 5 | 353.3±3.7 | ||||
| 6 | 梅劳特乌拉蛇绿岩 | 辉长岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 308.5±2.2 | [59] |
| 7 | 迪彦林场蛇绿岩 | 辉绿岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 331±2 | [60] |
| 8 | 辉长岩 | 356±5 | |||
| 9 | 贺根山蛇绿岩 | 辉长闪长岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 341±3 | [61] |
| 10 | 二连浩特东部蛇绿岩 | 斜长花岗岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 356~348 | [62] |
| 11 | 迪彦林场蛇绿岩 | 辉长岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 361~340 | [63] |
| 12 | 迪彦庙蛇绿岩 | 玄武岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 333.4±8.5 | [64] |
| 13 | 白音呼舒 | 花岗岩 | SHRIMP锆石U-Pb法 | 309.2±1.6 | [65] |
蛇绿岩在板块构造的研究中应用较为广泛[71]，其主要类型有MORB型及SSZ型[72]，可发育于大洋中脊及消减带等环境中[73-78]。李英杰等[37]将该处的橄榄岩定为方辉橄榄岩，从他们所研究的方辉橄榄岩以及玄武岩的岩石地球化学特征来看，可能与SSZ构造环境中复杂的源区有关。
根据地球化学特征，辉长岩具有高铝、低钛和磷的特点，类似于活动大陆边缘或岛弧环境下形成的岩石；从辉长岩主量元素来看，与洋脊拉斑玄武岩(N-MORB)类似；辉长岩的稀土配分模式图和微量元素蛛网图与N-MORB类似；但大离子亲石元素比洋中脊稍高，高场强元素比洋中脊稍低，显示弱亏损，呈现出俯冲带岛弧拉斑玄武岩的特征，暗示少量俯冲流体的参与，该辉长岩兼具有洋中脊和岛弧的双重性质。与N-MORB相比，迪彦庙辉长岩的轻稀土及重稀土元素的数值低，表明地幔楔可能以熔融为主。结合区域上对兴蒙造山带内的蛇绿岩的研究[21, 50, 79-82]，笔者认为迪彦庙辉长岩的形成环境为弧前环境，为SSZ型。
6 结论1) 西乌旗迪彦庙蛇绿岩中的辉长岩属于高铝、低钾、低钠的拉斑玄武系列；稀土元素表现为重稀土元素比轻稀土元素较为富集，与绝大多数蛇绿岩中的辉长岩具有相类似的稀土元素配分曲线。
2) 迪彦庙蛇绿岩带内辉长岩的年龄为(345.3±2.3) Ma，为早石炭世。
3) 综合分析，辉长岩可能为受到俯冲作用所产生的流体交代而成，而并非结晶分异作用所致；形成环境为弧前环境。
致谢: 狄永军副教授、周志广副教授在论文完成过程中给予了指导与帮助，李瑞杰硕士、陈诚硕士、董金元硕士、李洪斌高级工程师在野外地质调查工作中给予了帮助，卢俊浩硕士、邱骏挺硕士、袁远博士、李鹏举博士等在论文撰写过程中给予了帮助，其他同门师兄弟在室内工作给予了帮助，在此一并表示感谢。
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