元古宙是地质历史上一个重要的时期, 从哥伦比亚(Columbia)超大陆、到Rodinia超大陆的聚散、以及元古宙雪球事件的发生, 在地质记录中均留下了重要的地质信息(McMenamin and McMenamin, 1990; Hoffman et al., 1998; Hoffman, 1999; Piper, 2000; Condie, 2001)。一般认为, 哥伦比亚(Columbia, 或称为Nuna)超大陆汇聚到裂解的时期是2.1~1.2Ga的古元古代中期到中元古代晚期(Ernst et al., 2000; Zhao, 2001; Zhao et al., 2002, 2003a, b, 2004, 2005;Ernst and Bell, 2010)。其中, 超大陆的汇聚可能因2.1~1.8Ga的全球性碰撞造山事件而终止; 其裂解可能始于1.7Ga而终止于1.3~1.2Ga。虽然全球不同大陆块体的裂解历史不同, 但其间均发生了大量的古元古代造山后-非造山阶段的岩浆活动及镁铁质岩墙群的侵入(Zhao et al., 2003a, 2004, 2006; Hou et al., 2008; Goldberg, 2010)。华北克拉通2.0~1.2Ga的岩浆作用和沉积作用记录了Columbia超大陆的汇聚和裂解的历程(郁建华, 1990; 郁建华等, 1996; Zhai et al., 2000; Lu et al., 2002, 2008; Rogers and Santosh, 2002; 邵济安等, 2002; Zhao et al., 2003a, b, 2004, 2005;Zhao and Peng, 2007; 李怀坤等, 2009; Santosh, 2010)。然而, 与华北克拉通相邻的中亚造山带内的微地块是否与Columbia超大陆块体一样经历了元古代的聚合与裂解过程尚不明确, 这些微地块缺少早-中元古代时期(1.7~1.0Ga)构造-岩浆活动的可靠同位素年龄是其中的主要原因之一。内蒙古狼山地区元古代宝音图群及其同期元古宙变质花岗岩分布广泛(图 1), 查明古元古代岩浆活动的同位素年龄, 探讨岩石形成的构造背景, 成为解决此问题的关键。本文选择宝音图地区古元古代片麻状花岗岩类为研究对象, 系统开展了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学、岩石学、地球化学和Sr-Nd-Hf同位素研究, 并结合兴蒙造山带及华北克拉通前寒武纪研究资料, 探讨其岩石成因以及大地构造意义。

图 1

Fig. 1

图 1 内蒙古宝音图地区地质简图 Fig. 1 Simplified geological map of the Baoyintu area, Inner Mongulia

内蒙古宝音图地区地处内蒙古中部与蒙古国相邻的北部边境地带(图 1), 被称为“宝音图地块(隆起)”(沈存利等, 2004), 又被称为巴彦淖尔地块(万天丰, 2011)。该地块被夹持于索伦山缝合带与华北克拉通北缘断裂带之间, 前人多认为是兴蒙造山带中的微陆块(邵济安, 1990; 内蒙古自治区地质矿产局, 1991; 李述靖等, 1998; 张玉清, 2004; 万天丰, 2011), 也有认为是华北克拉通的一部分(沈存利等, 2004)。已有的研究表明狼山宝音图地区虽然地处兴蒙造山带中, 但其具有亲华北克拉通的性质, 可能为华北克拉通的一部分(孙立新等, 2013a)。其变质岩系分布于狼山北部的巴音杭盖、图古日格、宝音图、达茂旗等地。宝音图地块由变质表壳岩和变质侵入体构成, 其最早的表壳岩系统称宝音图群, 以宝音图至巴音杭盖一带出露相对完整, 发育最全。岩石主要由石榴云母片岩, 石英片岩、十字石片岩、石英岩、斜长角闪岩、大理岩等组成。变质侵入体分布于地块中部巴音杭盖-查干楚鲁一带, 前人称为伊很查汗岩体(内蒙古自治区地质矿产局, 1991), 主要由条带-片麻状花岗岩、条带-片麻状二长花岗岩、花岗片麻岩等构成。片麻状花岗岩强烈变形, 普遍发育条带状、片麻状构造, 暗色矿物具有定向性。花岗片麻岩原岩为花岗质岩石, 岩性总体均一, 局部可见变余暗色包体, 它们与围岩呈侵入或构造接触关系, 岩体时代为古元古代。地块上除发育古元古代宝音图群之外, 还有早古生代志留系西尼乌苏组海相碎屑岩建造; 中新生界为大面积陆相山间盆地沉积。侵入岩除发育前寒武纪花岗质片麻岩外, 还发育早古生代志留纪、晚古生代-中生代花岗岩类。

变质侵入体分布于地块中部宝音图、查干楚鲁、巴音杭盖、伊狠查汗等地, 主要岩性为片麻状钠长花岗岩(图 2e)和条带状、片麻状二长花岗岩组成。灰白色片麻状二长花岗岩侵入于片麻状钠长花岗岩(图 2a)之中, 变质花岗岩侵入宝音图群、并捕掳宝音图群片麻岩捕掳体(图 2c)。

图 2

Fig. 2

图 2 宝音图古元古代变质花岗岩露头及显微照片 (a)片麻状二长花岗岩侵入于钠长花岗岩中; (c)变质花岗岩中的宝音图群片麻岩捕掳体; (b、d)片麻状二长花岗岩显微照片; (e)钠长花岗岩露头照片; (f)片麻状钠长花岗岩显微照片.Q-石英; Pl-斜长石; Ab-钠长石; Mi-微斜长石; Per-条纹长石; Hb-角闪石; Bi-黑云母 Fig. 2 Outcrop and Micrographs of the Paleoproterozoic granites in the Baoyintu area (a) gneissic monzonite intrusive albite granite; (c) gneissic xenoliths of Baoyintu Group from Metagranite; (b, d) micrographs of Gneissic monzonite; (e) outcrop of albite granite; (f) micrograph of gneissic albite granite.Q-quartz; Pl-plagioclase, ; Ab-albite; Mi-microcline; Per-perthite; Hb-amphibole; Bi-biotite

灰白色片麻状二长花岗岩, 岩石发育条带状-片麻状构造, 镜下具鳞片花岗变晶结构。主要矿物有斜长石(20%~40%)表面具土化、微斜长石(30%~35%)格子双晶发育(图 2b)、石英(20%~35%)、黑云母(5%~15%)和绢云母(5%), 副矿物有榍石、锆石、磁铁矿、磷灰石等。

片麻状钠长花岗岩呈灰白色, 具花岗粒状变晶结构, 弱片麻状构造。主要矿物组合为石英(25%~30%)他形粒状、斜长石(55%~65%)(An=2~5)卡纳双晶-细聚片双晶发育(图 2d, f)、微斜长石(< 5%)具格子双晶和黑云母(5%), 副矿物有锆石、磁铁矿、磷灰石等。

为了查明片麻状花岗岩的时代、岩石成因和构造意义, 在宝音图地区采集了12件片麻状花岗岩样品, 对其中的6件样品进行了锆石U-Pb年龄测定, 7件样品测定了Rb-Sr和Sm-Nd组成。

样品测试分析在天津地质矿产研究所测试完成, 主量元素采用X射线荧光光谱法(XRF)测试, Fe₂O₃、FeO应用氢氟酸硫酸溶样、重铬酸钾滴定容量法测定, 分析精度优于2%, 微量元素使用等离子体质谱仪(MC-ICP)测试, 分析精度优于5%。

样品矿物电子探针分析在天津地质调查中心实验室测试完成, 仪器型号为EPMA1600, 测试条件:加速电压15kV, 束流20nA, 束斑直径最低可至2μm; 测试矿物:正长石、斜长石; 测试元素:Si、Ca、Na、K、Al等。

在河北省区域地质矿产调查研究所采用常规方法, 自片麻状钠长花岗岩样品(BYTW8、BYTW9)和片麻状二长花岗岩样品(BYTW10、BYTW11、BYTW13、10TW75)选取锆石, 在中国地质科学院矿床研究所完成制靶, 并对靶中所测试的锆石进行透射、反射和阴极发光(CL)照相。锆石U-Pb年龄和Lu-Hf同位素分析在天津地质矿产研究所同位素实验室LA-MC-ICP-MS仪器上完成。年龄测定采用TEMORA作为外部锆石年龄标准。利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量。采用中国地质大学刘勇胜博士研发的ICP-MS DataCal程序(Liu et al., 2010)和K R.Ludwig的Isoplot程序进行数据处理(Ludwig, 2003)。

全岩Sr-Nd同位素分析在天津地质矿产研究所实验室完成。采用HF+HNO₃混合酸溶解, 用阳离子交换技术进行分离, 分离本底在同位素测量误差范围之内。同位素比值的测定是在多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)上进行, 分析精度优于0.002%。国际标样La Jolla和BCR-2¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd测定的平均值分别为0.511859±6(2σ, n=20)和0.512637±3(2σ, n = 2), NBS-987给出的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为0.710245±15(2σ, n=9)(李献华等, 2007)。

锆石Hf同位素测试在天津地质矿产研究所配有193nm激光取样系统的Neptune多接收电感藕合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)上进行, 仪器的运行条件和详细的分析流程见(耿建珍等, 2011)。测定时用锆石国际标样91500作外标, 分析时激光束直径为63μm, 所用的激光脉冲速率为6~8Hz, 激光束脉冲能量为100mJ。为使Hf同位素分析与锆石U-Pb年龄分析相对应, 我们的锆石Hf同位素的分析点与锆石U-Pb年龄分析点位于同一颗粒相同锆石晶域内。可以认为所分析点的Hf同位素和U-Pb年龄是完全对应的。所以在计算Hf同位素的相关参数时, 采用的是同一颗粒锆石所测得的U-Pb年龄。在计算¹⁷⁶Lu的衰变常数采用1.865×10^-11/y (Scherer et al., 2001; 吴福元等, 2007)。球粒陨石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf的比值分别为0.0332和0.282772(Blichert-Toft and Albarede, 1997), 亏损地幔的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf的比值分别为0.0384和0.28325(Griffin et al., 2000), 二阶段模式年龄分别采用平均地壳的Lu/Hf=-0.55, (¹⁷⁶ Lu/¹⁷⁷Hf)_平均地壳为0.015(Griffin et al., 2002)。

锆石的阴极发光(CL)图像显示(图 3), 不同样品中锆石CL特征基本相同, 锆石呈半透明, 自形至半自形柱状, 总体上颗粒较小, 一般在50~150μm, 个别达250μm, 自形程度较高, 长宽比为2︰1, 大都呈短柱状或长柱状。锆石CL图像显示其内部存在着两种结构, 一种具有均一结构, 另一种锆石环带发育, 具振荡环结构。大部分锆石的晶体柱面平直, 锆石内部可见清晰的振荡环带, 属于典型的岩浆结晶锆石, 少部分锆石的晶体核部存在残留锆石, 环带不发育, 个别锆石破碎。

图 3

Fig. 3

图 3 狼山宝音图古元古代片麻状花岗岩锆石CL图像 图像中显示锆石的207Pb/206Pb年龄(Ma), 虚圆圈为Hf的测点, 实圆圈为锆石测年点 Fig. 3 Representative CL images of the zircons from the Baoyintu Paleoproterozoic gnessic granites of the Langshan area Zircon 207Pb/206Pb ages (Ma) are also shown in it.The circles (dotted line) represent locations for Hf istopic analyses, whereas the full circles indicate spots of LA-MC-ICP-MS U-Pb dating

LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年结果见表 1。由于所测锆石年龄大于1000Ma, 因此选取²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb年龄作为锆石的形成年龄。片麻状钠长花岗岩样品BYTW8测得锆石24个点的分析结果(表 1), 其中24颗锆石的24个测点微区记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶U表面年龄相似, 变化于1601~1711Ma之间, 多数分析点在谐和图上, 少数偏离谐和曲线, 铅丢较为失严重, 但基本可以构成一条不一致线, 该不一致与谐和曲线上交点年龄为1644±11Ma(图 4), 代表片麻状钠长花岗岩形成的年龄。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 狼山宝音图古元古代片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据 Table 1 LA-MC-ICP-MS Zircon U-Pb dating of the Paleoproterozoic gnessic granites of the Baoyintu area 测点号 同位素比值 年龄(Ma) (×10-6) Th/U 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/235U 1σ 207Pb/206Pb 1σ Th U BYTW8片麻状钠长花岗岩 1 0.2262 0.0027 3.1972 0.0463 0.1025 0.0013 1314 16 1456 21 1670 23 637 2392 0.27 2 0.272 0.0033 3.8313 0.0536 0.1022 0.0012 1551 19 1599 22 1664 22 884 1594 0.55 3 0.274 0.0034 3.8322 0.0533 0.1014 0.0013 1561 19 1600 22 1650 24 852 1648 0.52 4 0.2832 0.0036 4.001 0.0606 0.1025 0.0012 1607 20 1634 25 1669 22 1684 2601 0.65 5 0.2775 0.0034 3.7793 0.0576 0.0988 0.0012 1579 19 1588 24 1601 23 1011 1667 0.61 6 0.279 0.0033 3.8673 0.0545 0.1005 0.0012 1586 19 1607 23 1634 22 1457 2593 0.56 7 0.2463 0.0031 3.5598 0.0496 0.1048 0.0014 1419 18 1541 21 1711 24 604 1472 0.41 8 0.2769 0.0033 3.889 0.0549 0.1019 0.0012 1576 19 1611 23 1658 22 900 1589 0.57 9 0.2677 0.0032 3.7157 0.0545 0.1007 0.0012 1529 19 1575 23 1636 22 1213 2099 0.58 10 0.2604 0.0033 3.5874 0.0578 0.0999 0.0012 1492 19 1547 25 1623 23 694 1230 0.56 11 0.2822 0.0037 3.8708 0.0589 0.0995 0.0012 1602 21 1608 24 1614 22 906 1524 0.59 12 0.2789 0.0035 3.8181 0.0536 0.0993 0.0012 1586 20 1597 22 1611 23 1020 1659 0.61 13 0.2829 0.0036 3.912 0.0586 0.1003 0.0012 1606 21 1616 24 1630 22 783 1330 0.59 14 0.2772 0.0033 3.7841 0.054 0.099 0.0012 1577 19 1589 23 1606 23 1962 2979 0.66 15 0.2822 0.0037 3.9487 0.0602 0.1015 0.0012 1602 21 1624 25 1652 23 983 1922 0.51 16 0.2778 0.0037 3.7897 0.0664 0.099 0.0013 1580 21 1591 28 1605 24 850 1404 0.61 17 0.281 0.0037 3.8701 0.0581 0.0999 0.0012 1597 21 1607 24 1622 23 606 1191 0.51 18 0.2949 0.0035 4.1469 0.06 0.102 0.0013 1666 20 1664 24 1661 24 1245 1701 0.73 19 0.2823 0.0036 3.9763 0.0575 0.1022 0.0012 1603 20 1629 24 1664 22 703 1167 0.60 20 0.2836 0.0037 3.955 0.0587 0.1012 0.0012 1609 21 1625 24 1646 22 1132 1696 0.67 21 0.2701 0.0033 3.8224 0.0567 0.1026 0.0012 1541 19 1597 24 1672 22 1000 1912 0.52 22 0.268 0.0035 3.7746 0.0615 0.1021 0.0013 1531 20 1587 26 1663 23 1017 1896 0.54 23 0.2655 0.0033 3.6877 0.0539 0.1007 0.0012 1518 19 1569 23 1638 22 971 1939 0.50 24 0.2618 0.0033 3.7055 0.0551 0.1027 0.0012 1499 19 1573 23 1673 22 1514 2692 0.56 BYTW9片麻状钠长花岗岩 1 0.2517 0.0029 3.5819 0.0514 0.1032 0.0012 1447 17 1546 22 1682 22 451 1117 0.40 2 0.2448 0.0029 3.5335 0.0494 0.1047 0.0012 1412 17 1535 21 1709 22 345 882 0.39 3 0.2617 0.003 3.7373 0.0527 0.1036 0.0012 1498 17 1579 22 1689 22 459 1033 0.44 4 0.2512 0.0028 3.6214 0.0505 0.1046 0.0012 1444 16 1554 22 1707 22 110 317 0.35 5 0.2647 0.003 3.7591 0.0527 0.103 0.0012 1514 17 1584 22 1679 22 479 1174 0.41 6 0.2593 0.003 3.7022 0.0515 0.1035 0.0012 1486 17 1572 22 1689 22 341 883 0.39 7 0.1962 0.0021 9.6617 0.1392 0.3571 0.0046 1155 12 2403 35 3737 19 827 1438 0.57 8 0.2212 0.0024 14.279 0.2273 0.4681 0.0066 1288 14 2768 44 4144 21 1694 1880 0.9 9 0.2289 0.0026 5.5406 0.0778 0.1755 0.0021 1329 15 1907 27 2611 20 468 1133 0.41 10 0.2603 0.0029 3.7006 0.0516 0.1031 0.0012 1491 17 1571 22 1681 22 272 842 0.32 11 0.2246 0.0025 3.1795 0.0434 0.1027 0.0012 1306 14 1452 20 1673 22 222 636 0.35 12 0.2372 0.0026 3.3423 0.048 0.1022 0.0012 1372 15 1491 21 1664 22 292 740 0.4 13 0.2505 0.0028 3.5975 0.0502 0.1041 0.0012 1441 16 1549 22 1699 22 337 909 0.37 14 0.2451 0.003 3.5153 0.0526 0.104 0.0012 1413 17 1531 23 1697 22 221 766 0.29 15 0.2569 0.0029 3.6244 0.0507 0.1023 0.0012 1474 16 1555 22 1666 22 703 1458 0.48 16 0.2442 0.0027 3.4535 0.0478 0.1026 0.0012 1409 15 1517 21 1671 22 484 1077 0.45 17 0.0621 0.0008 1.0249 0.0177 0.1196 0.0015 389 5 716 12 1951 22 126 887 0.14 18 0.2471 0.0027 5.9934 0.0908 0.1759 0.0022 1423 16 1975 30 2615 21 834 1751 0.48 19 0.2345 0.0028 3.2562 0.0452 0.1007 0.0012 1358 16 1471 20 1637 22 657 1804 0.36 20 0.2347 0.0028 3.3553 0.0481 0.1037 0.0012 1359 16 1494 21 1691 22 320 988 0.32 21 0.2424 0.0026 3.4424 0.0554 0.103 0.0015 1399 15 1514 24 1679 27 178 471 0.38 22 0.1974 0.0024 2.917 0.0395 0.1072 0.0014 1162 14 1386 19 1752 24 120 672 0.18 23 0.1861 0.0029 2.5689 0.047 0.1001 0.0012 1100 17 1292 24 1626 22 147 715 0.21 24 0.2603 0.0029 3.6262 0.05 0.101 0.0012 1491 16 1555 21 1643 22 204 533 0.38 25 0.1775 0.003 2.5029 0.0405 0.1023 0.0013 1053 18 1273 21 1666 24 193 613 0.32 26 0.2644 0.003 3.7512 0.0526 0.1029 0.0012 1513 17 1582 22 1677 22 160 477 0.33 27 0.2523 0.0032 3.5861 0.0531 0.1031 0.0012 1450 18 1546 23 1680 22 481 1296 0.37 28 0.2148 0.0029 3.1061 0.0494 0.1049 0.0013 1254 17 1434 23 1712 22 213 822 0.26 29 0.2091 0.0023 2.8718 0.0393 0.0996 0.0012 1224 13 1375 19 1617 22 122 564 0.22 30 0.2391 0.0026 3.4282 0.0478 0.104 0.0013 1382 15 1511 21 1696 23 207 633 0.33 31 0.2346 0.0028 3.355 0.0478 0.1037 0.0013 1358 16 1494 21 1692 22 238 719 0.33 32 0.2544 0.0031 3.6231 0.0541 0.1033 0.0012 1461 18 1555 23 1684 22 221 771 0.29 BYTW10片麻状二长花岗岩 1 0.2011 0.0025 2.7899 0.0465 0.1006 0.0015 1181 15 1353 23 1635 27 230 876 0.26 2 0.2949 0.0037 4.1228 0.0674 0.1014 0.0015 1666 21 1659 27 1650 27 388 761 0.51 3 0.2975 0.0038 4.1893 0.0697 0.1021 0.0015 1679 22 1672 28 1663 27 692 1526 0.45 4 0.2638 0.0034 3.6253 0.0639 0.0997 0.0015 1509 19 1555 27 1618 27 602 992 0.61 5 0.2972 0.0041 4.137 0.071 0.101 0.0014 1677 23 1662 29 1642 26 435 970 0.45 6 0.2625 0.0035 3.782 0.0611 0.1045 0.0015 1503 20 1589 26 1705 27 328 677 0.48 7 0.2936 0.0038 4.1537 0.069 0.1026 0.0015 1659 21 1665 28 1672 26 393 996 0.39 8 0.2966 0.0038 4.1946 0.0687 0.1026 0.0015 1674 21 1673 27 1671 26 700 1180 0.59 9 0.2399 0.0033 3.4769 0.0589 0.1051 0.0015 1386 19 1522 26 1716 26 309 949 0.33 10 0.2969 0.0041 4.1668 0.0723 0.1018 0.0014 1676 23 1668 29 1657 26 466 852 0.55 11 0.2964 0.004 4.1386 0.0711 0.1013 0.0014 1673 23 1662 29 1648 26 395 859 0.46 12 0.2299 0.0028 3.2348 0.0514 0.1021 0.0014 1334 16 1466 23 1662 26 1586 1894 0.84 13 0.2898 0.0041 4.1052 0.0706 0.1027 0.0015 1641 23 1655 28 1674 26 450 916 0.49 14 0.2925 0.0038 4.1043 0.0683 0.1018 0.0014 1654 22 1655 28 1656 26 326 881 0.37 15 0.1679 0.002 2.3813 0.038 0.1029 0.0015 1001 12 1237 20 1676 26 1480 2055 0.72 16 0.2594 0.0034 3.6512 0.0605 0.1021 0.0015 1487 19 1561 26 1663 26 356 865 0.41 17 0.3024 0.0041 4.231 0.0724 0.1015 0.0014 1703 23 1680 29 1651 26 539 823 0.65 18 0.2795 0.0036 3.9647 0.0663 0.1029 0.0015 1589 20 1627 27 1677 26 308 947 0.32 19 0.2818 0.0037 3.938 0.0655 0.1014 0.0014 1600 21 1622 27 1649 26 433 1037 0.42 20 0.2952 0.0038 4.1226 0.0687 0.1013 0.0014 1668 22 1659 28 1648 26 184 434 0.42 21 0.2951 0.0038 4.1467 0.0691 0.1019 0.0014 1667 22 1664 28 1659 26 555 821 0.68 22 0.2931 0.0038 4.1522 0.0692 0.1027 0.0015 1657 21 1665 28 1674 26 645 1002 0.64 23 0.2494 0.0033 3.5723 0.0593 0.1039 0.0015 1435 19 1543 26 1695 26 511 966 0.53 24 0.2774 0.0036 3.8718 0.0645 0.1012 0.0015 1578 20 1608 27 1647 27 588 1070 0.55 BYTW11片麻状二长花岗岩 1 0.2936 0.0036 4.1295 0.0597 0.102 0.0012 1660 20 1660 24 1661 23 276 477 0.58 2 0.1972 0.0024 2.7537 0.0395 0.1013 0.0012 1161 14 1343 19 1647 22 610 1341 0.45 3 0.2885 0.0041 3.9647 0.0671 0.0997 0.0012 1634 23 1627 28 1618 23 832 2321 0.36 4 0.2968 0.0037 4.1856 0.0605 0.1023 0.0012 1675 21 1671 24 1666 22 308 682 0.45 5 0.2585 0.0044 3.5382 0.0725 0.0993 0.0012 1482 25 1536 31 1610 23 449 794 0.56 6 0.2954 0.004 4.1783 0.065 0.1026 0.0012 1668 23 1670 26 1671 22 506 1001 0.51 7 0.2844 0.0039 4.0406 0.0632 0.1031 0.0012 1613 22 1642 26 1680 22 185 498 0.37 8 0.2741 0.0035 3.9343 0.0602 0.1041 0.0013 1562 20 1621 25 1698 23 205 415 0.5 9 0.2885 0.0038 4.0905 0.0622 0.1028 0.0012 1634 21 1652 25 1676 22 297 614 0.48 10 0.2941 0.0041 4.104 0.067 0.1012 0.0012 1662 23 1655 27 1646 22 248 687 0.36 11 0.2698 0.0037 3.8254 0.06 0.1028 0.0012 1540 21 1598 25 1676 22 403 994 0.41 12 0.2795 0.0038 3.8764 0.0616 0.1006 0.0012 1589 22 1609 26 1635 22 229 564 0.41 13 0.2674 0.0037 3.7571 0.0598 0.1019 0.0012 1527 21 1584 25 1659 22 216 568 0.38 14 0.2646 0.0033 3.6494 0.0532 0.1 0.0012 1513 19 1560 23 1624 23 411 558 0.74 15 0.2697 0.0032 3.7558 0.053 0.101 0.0012 1539 18 1583 22 1642 22 371 731 0.51 16 0.1947 0.0023 2.7054 0.0383 0.1008 0.0012 1147 14 1330 19 1639 23 213 862 0.25 17 0.274 0.0039 3.8079 0.0619 0.1008 0.0012 1561 22 1594 26 1639 23 134 337 0.4 18 0.2714 0.0034 3.7589 0.0547 0.1005 0.0012 1548 19 1584 23 1633 22 277 708 0.39 19 0.2793 0.0035 3.9298 0.057 0.102 0.0012 1588 20 1620 23 1661 22 247 580 0.42 20 0.2829 0.0035 3.9595 0.0576 0.1015 0.0012 1606 20 1626 24 1652 22 163 400 0.41 21 0.2738 0.0035 3.8259 0.0572 0.1013 0.0012 1560 20 1598 24 1649 22 145 397 0.36 22 0.2811 0.0035 3.916 0.0566 0.101 0.0012 1597 20 1617 23 1643 22 683 1313 0.52 23 0.2899 0.0035 4.1034 0.0598 0.1026 0.0012 1641 20 1655 24 1673 22 165 383 0.43 24 0.2823 0.0035 3.9461 0.0573 0.1014 0.0012 1603 20 1623 24 1649 23 236 734 0.32 BYTW13片麻状二长花岗岩 1 0.2923 0.0042 4.065 0.0624 0.1009 0.0013 1653 24 1647 25 1640 23 559 1327 0.42 2 0.2965 0.004 4.1815 0.0611 0.1023 0.0013 1674 23 1670 24 1666 23 241 537 0.45 3 0.245 0.0032 3.2737 0.0464 0.0969 0.0012 1413 19 1475 21 1565 23 120 321 0.37 4 0.2916 0.004 4.0623 0.0601 0.1011 0.0012 1649 23 1647 24 1644 23 290 594 0.49 5 0.2942 0.004 4.125 0.0605 0.1017 0.0013 1662 23 1659 24 1655 23 389 689 0.57 6 0.2899 0.004 4.0353 0.0607 0.1009 0.0013 1641 23 1641 25 1641 23 274 466 0.59 7 0.2592 0.0034 3.7437 0.0537 0.1047 0.0013 1486 19 1581 23 1710 23 690 1225 0.56 8 0.2468 0.0036 3.1931 0.0512 0.0939 0.0012 1422 21 1455 23 1505 24 279 854 0.33 9 0.239 0.0031 3.3876 0.0492 0.1028 0.0013 1381 18 1502 22 1676 23 611 1474 0.41 10 0.2515 0.0033 3.5609 0.0501 0.1027 0.0013 1446 19 1541 22 1673 23 646 1246 0.52 11 0.2917 0.0039 4.1097 0.0591 0.1022 0.0013 1650 22 1656 24 1664 23 345 670 0.52 12 0.2089 0.0027 3.0216 0.0421 0.1049 0.0013 1223 16 1413 20 1712 23 1320 1628 0.81 13 0.2943 0.0038 4.1324 0.0583 0.1018 0.0013 1663 22 1661 23 1658 23 344 723 0.48 14 0.2942 0.0037 4.1252 0.0569 0.1017 0.0013 1662 21 1659 23 1655 23 189 673 0.28 15 0.2725 0.0037 3.8621 0.0564 0.1028 0.0013 1554 21 1606 23 1675 23 727 1207 0.6 16 0.2044 0.0026 2.8974 0.0403 0.1028 0.0013 1199 15 1381 19 1675 23 1205 1413 0.85 17 0.2236 0.0029 3.2246 0.0459 0.1046 0.0013 1301 17 1463 21 1707 23 601 1356 0.44 18 0.2986 0.0039 4.1231 0.0581 0.1001 0.0012 1684 22 1659 23 1627 23 679 1139 0.6 19 0.2456 0.0034 3.3849 0.0499 0.1 0.0012 1416 19 1501 22 1623 23 857 1712 0.5 20 0.2996 0.0041 4.1482 0.0609 0.1004 0.0012 1689 23 1664 24 1632 23 479 824 0.58 21 0.2967 0.004 4.1052 0.0603 0.1003 0.0012 1675 23 1655 24 1630 23 650 1032 0.63 22 0.2621 0.0037 3.6782 0.0554 0.1018 0.0013 1500 21 1567 24 1657 23 540 969 0.56 23 0.2598 0.0036 3.7178 0.0577 0.1038 0.0013 1489 20 1575 24 1693 23 351 661 0.53 24 0.2981 0.0042 4.1424 0.0622 0.1008 0.0013 1682 24 1663 25 1638 23 507 946 0.54 25 0.2978 0.0042 4.1344 0.0626 0.1007 0.0013 1680 24 1661 25 1637 23 715 1085 0.66 10TW75片麻状二长花岗岩 1 0.2854 0.002 4.0897 0.0674 0.104 0.0017 1618 11 1652 27 1697 29 538 936 0.58 2 0.2749 0.0018 3.9470 0.0648 0.1042 0.0017 1566 10 1623 27 1700 29 674 1078 0.63 3 0.31 0.0021 4.6118 0.0767 0.1079 0.0017 1741 12 1751 29 1765 29 1036 1310 0.79 4 0.2866 0.0027 4.0971 0.069 0.1037 0.0016 1625 15 1654 28 1692 29 1163 1634 0.71 5 0.2793 0.002 4.0315 0.0671 0.1047 0.0017 1588 11 1641 27 1709 29 692 1107 0.62 6 0.2807 0.0014 4.0838 0.0678 0.1055 0.0017 1595 8 1651 27 1724 30 912 844 1.08 7 0.2895 0.0014 4.1664 0.068 0.1043 0.0017 1639 8 1667 27 1703 29 1359 1681 0.81 8 0.2792 0.0016 4.0696 0.0667 0.1057 0.0017 1587 9 1648 27 1727 29 1115 1499 0.74 9 0.2927 0.0015 4.2680 0.0698 0.1058 0.0017 1655 8 1687 28 1728 29 850 1096 0.78 10 0.2779 0.0018 4.0114 0.0660 0.1047 0.0017 1581 10 1637 27 1709 29 888 1119 0.79 11 0.3037 0.0027 4.4885 0.0759 0.1072 0.0017 1710 15 1729 29 1753 29 580 627 0.92 12 0.2768 0.0041 4.0652 0.0784 0.1065 0.0017 1575 23 1647 32 1740 30 1059 1393 0.76 13 0.302 0.0029 4.344 0.0733 0.1044 0.0017 1701 16 1702 29 1703 29 876 1265 0.69 14 0.3187 0.0018 4.8342 0.0791 0.11 0.0017 1783 10 1791 29 1800 29 956 1243 0.77 15 0.3033 0.0025 4.391 0.0731 0.105 0.0017 1708 14 1711 28 1715 29 718 1070 0.67 16 0.3039 0.0018 4.3615 0.0718 0.1041 0.0017 1711 10 1705 28 1699 29 545 907 0.6 17 0.288 0.0017 4.1602 0.0683 0.1049 0.0017 1632 10 1666 27 1712 29 713 1331 0.54 18 0.2909 0.0022 4.1606 0.0694 0.1038 0.0016 1646 13 1666 28 1694 29 510 1024 0.5 19 0.2945 0.0022 4.2731 0.0716 0.1053 0.0017 1664 12 1688 28 1720 29 666 1201 0.55

表 1 狼山宝音图古元古代片麻状花岗岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年数据 Table 1 LA-MC-ICP-MS Zircon U-Pb dating of the Paleoproterozoic gnessic granites of the Baoyintu area

图 4

Fig. 4

图 4 狼山宝音图古元古代片麻状花岗岩锆石U-Pb年龄谐和图 Fig. 4 Zircon U-Pb concordia diagrams from the Paleoproterozoic gnessic granites of the Langshan Baoyintu area

片麻状钠长花岗岩(BYTW9)样品测得锆石32个点的分析结果(表 1), 其中有5颗锆石为继承锆石, 27颗岩浆锆石的27个测点微区记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶U表面年龄相似, 变化于1617~1752Ma之间, 分析点皆偏离谐和曲线, 铅丢较为失严重, 但基本可以构成一条不一致线, 该不一致与谐和曲线上交点年龄为1687±25Ma(图 4), 代表片麻状钠长花岗岩的形成年龄。

片麻状二长花岗岩样品(BYTW10、BYTW11)各测得锆石24个点的分析结果(表 1), 24颗岩浆锆石的24个测点微区记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶U表面年龄相似, 分别变化于1618~1716Ma、1610~1698Ma之间, 多数分析点在谐和图上, 少数偏离谐和曲线, 铅丢较为失严重, 但基本可以构成一条不一致线, 该不一致与谐和曲线上交点年龄分别为1661±11Ma和1656±12Ma(图 4), 两者年龄相近, 可代表片麻状二长花岗岩的形成年龄。

片麻状二长花岗岩样品(BYTW13)测得锆石25个点的分析结果(表 1), 除2个锆石点年龄1505Ma和1565Ma偏低外, 其余23颗锆石的23个测点微区记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶U表面年龄相似, 变化于1623~1712Ma之间, 13个分析点在谐和图上, 10个点偏离谐和曲线, 铅丢较为失严重, 其不一致线与谐和曲线上交点年龄为1650±10Ma(图 4), 可代表片麻状二长花岗岩的形成年龄。

片麻状二长花岗岩样品(10TW75)测得锆石21个点的分析结果(表 1), 21个测点微区记录的²⁰⁷Pb/²⁰⁶U表面年龄相似, 变化于1692~1819Ma之间, 分析点大部分偏离谐和曲线, 铅丢较为失严重, 但基本可以构成一条不一致线, 该不一致与谐和曲线上交点年龄为1711±20Ma(图 4), 可代表片麻状钠长花岗岩的形成年龄。

狼山宝音图古元古代片麻状二长花岗岩和钠长花岗岩主要矿物是石英、长石和黑云母。两种类型片麻状花岗岩中的长石普遍亏损CaO, 岩石中碱性长石占主导。片麻状二长花岗岩中的长石即富钾(Or_92-100)又富钠(An_1-17)(表 2), 在长石矿物分类中以正长石和钠长石到更长石为主。然而, 片麻状钠长花岗岩中的长石仅富钠(An_1-3)(表 2), 片麻状钠长花岗岩中长石主要为钠长石。尤为显著的片麻状钠长花岗岩中钠长石比片麻状二长花岗岩中的钠长石显示较低的CaO含量(图 5a)。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 宝音图古元古代片麻状二长花岗岩和钠长花岗岩长石电子探针分析结果(wt%) Table 2 Representative electron microprobe analyses for the Paleoproterozoic gnessic monzonitic graniteand and albite granite from the Baoyintu area (wt%) 样品号 BYTW6-2 BYTW8 BYTW9 BYTW10 BYTW11 BYTW13-1 BYTW13-2 岩性 片麻状钠长花岗岩 片麻状二长花岗岩 片麻状二长花岗岩 SiO2 68.09 68.33 68.18 68.09 68.67 68.27 67.12 67.67 68.31 67.60 69.13 67.42 68.48 68.68 65.49 64.76 64.43 67.36 66.27 65.25 63.47 64.28 64.10 63.95 64.70 64.60 64.70 67.19 65.21 65.01 67.48 66.86 66.68 67.94 Al2O3 20.69 20.83 21.06 20.61 20.65 20.78 21.16 20.96 20.99 21.29 19.78 21.76 20.44 20.58 18.42 18.19 18.08 20.50 20.44 21.50 18.26 17.82 18.86 18.79 18.77 18.07 18.37 21.63 22.50 22.11 21.40 20.95 21.56 20.38 CaO 0.17 0.08 0.09 0.17 0.24 0.24 0.21 0.42 0.46 0.38 0.61 1.70 0.75 0.81 0.00 0.00 0.00 1.95 1.63 1.73 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.10 3.33 3.13 2.00 2.16 1.95 0.72 Na2O 11.11 10.97 11.15 11.15 10.95 11.19 11.28 10.26 10.76 10.79 10.62 9.21 10.25 8.65 0.37 0.61 0.72 9.85 9.82 9.73 0.84 0.43 0.68 0.40 0.50 0.59 0.67 8.84 8.31 8.41 10.08 10.18 10.24 10.76 K2O 0.11 0.17 0.07 0.18 0.12 0.13 0.16 0.25 0.16 0.20 0.13 0.05 0.08 0.10 16.29 16.11 15.91 0.10 0.08 0.21 14.94 15.44 15.49 15.81 14.32 15.92 15.70 0.08 0.12 0.13 0.08 0.07 0.09 0.06 Total 100.17 100.38 100.55 100.20 100.63 100.61 99.93 99.56 100.68 100.26 100.27 100.14 100.00 98.82 100.57 99.67 99.14 99.76 98.24 98.42 97.51 97.97 99.13 98.95 98.29 99.18 99.44 99.84 99.47 98.79 101.04 100.22 100.52 99.86 Ab 0.98 0.99 0.99 0.98 0.98 0.98 0.98 0.96 0.97 0.97 0.89 0.90 0.95 0.94 0.03 0.00 0.00 0.89 0.91 0.89 0.07 0.04 0.06 0.03 0.05 0.00 0.06 0.87 0.80 0.81 0.89 0.98 0.89 0.99 An 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 0.09 0.04 0.04 0.00 0.00 0.00 0.10 0.08 0.09 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.11 0.17 0.16 0.10 0.01 0.10 0.00 Or 0.01 0.00 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.00 0.00 0.01 0.97 1.00 1.00 0.01 0.00 0.01 0.92 0.96 0.94 0.96 0.95 1.00 0.94 0.00 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 矿物 钠长石 钠长石 钠长石 钠长石 钠长石 钠长石 正长石 正长石 正长石 钠长石 钠长石 钠长石 正长石 正长石 正长石 正长石 正长石 正长石 正长石 更长石 更长石 更长石 钠长石

表 2 宝音图古元古代片麻状二长花岗岩和钠长花岗岩长石电子探针分析结果(wt%) Table 2 Representative electron microprobe analyses for the Paleoproterozoic gnessic monzonitic graniteand and albite granite from the Baoyintu area (wt%)

图 5

Fig. 5

图 5 狼山宝音图古元古代片麻状花岗岩长石矿物Or-Ab-An分类图(a)、岩石An-Ab-Or分类图(b, 据Barker, 1979)、SiO2-Na2O+K2O图(c, 据La Maitre, 1989)及A/NK-A/CNK图(d) Fig. 5 Plots of Or-Ab-An (a) of minerals, An-Ab-Or (b, after Barker, 1979), SiO2 vs.Na2O+K2O (c, after La Maitre, 1989) and A/NK vs.A/CNK (d) for the Paleoproterozoic gnessic granites

狼山宝音图古元古代片麻状花岗岩13件岩石样品的主量、微量和稀土元素分析结果(表 3)。宝音图古元古代岩体的片麻状钠长花岗岩(8件)显示出与片麻状二长花岗岩(5件)不同的地球化学特征。其中, 片麻状钠长花岗岩主量元素含量特征为:具有高SiO₂ (77.08%~79.96%), 低TiO₂ (0.088%~0.17%)、MgO (0.036%~0.37%)和Al₂O₃ (12.12%~14.10%), 贫CaO (0.17%~1.19%); 高碱(K₂O+Na₂O)(4.46%~7.26%), Na₂O>>K₂O, 低钾K₂O/Na₂O为0.022~0.053;A/NCK为0.88~1.09 < 1.1, 属弱铝质; 里特曼指数б=0.54~1.55 < 1.8为钙性系列; 10000Ga/Al=3.43~12.46(均值为5.18＞2.6), 较高的含铁指数[FeO/(FeO+MgO) =0.57~0.94], 总体显示了低钾钙性弱铝质A型花岗岩的特点。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 宝音图古元古代片麻状花岗岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析表 Table 3 Major oxides(wt%) and trace elements (×10-6) data for the Palesoproterozoic gnessic granites for Baoyintu area 样品号 N0745 BYT6 BYT6-2 BYT6-3 BYT6-4 BYT6-5 BYT8 BYT9 BYT10 BYT11 BYT13-1 BYT13-2 10Gs75 岩性 钠长花岗岩 二长花岗岩 SiO2 78.71 79.96 77.83 78.07 78.48 77.29 77.08 79.1 73.65 77.63 75.16 75.73 76.20 TiO2 0.14 0.14 0.14 0.17 0.088 0.16 0.16 0.13 0.27 0.15 0.26 0.25 0.11 Al2O3 14.100 14.06 12.53 12.49 12.24 12.78 12.99 12.12 12.72 11.68 12.56 12.6 12.11 Fe2O3 0.76 0.60 0.77 0.74 0.68 1.29 0.50 0.97 0.96 0.50 0.86 0.68 0.45 FeO 0.50 0.10 0.31 0.042 0.26 0.29 0.87 0.63 1.18 1.10 0.75 0.62 0.53 MnO 0.01 0.005 0.019 0.075 0.011 0.016 0.023 0.008 0.025 0.015 0.016 0.011 0.01 MgO 0.37 0.036 0.11 0.071 0.10 0.22 0.14 0.037 0.25 0.80 0.28 0.36 0.35 CaO 0.43 0.17 1.19 1.03 0.55 1.02 0.74 0.46 0.93 0.52 0.99 0.64 0.24 Na2O 4.73 4.33 6.45 6.59 6.81 6.07 6.99 5.89 3.21 4.16 2.96 3.96 5.76 K2O 0.11 0.13 0.14 0.25 0.23 0.27 0.27 0.31 6.06 2.68 5.35 4.26 3.55 P2O5 0.01 0.019 0.02 0.017 0.039 0.017 0.014 0.011 0.03 0.011 0.024 0.022 0.03 LOI 0.08 0.43 0.46 0.46 0.48 0.54 0.13 0.27 0.58 0.65 0.72 0.81 0.44 Total 99.94 99.98 99.97 100.01 99.97 99.96 99.91 99.94 99.87 99.90 99.93 99.94 99.76 ACNK 1.63 1.86 0.97 0.96 0.98 1.05 0.99 1.12 0.94 1.09 1.01 1.02 0.88 K2O/Na2O 0.02 0.03 0.02 0.04 0.03 0.04 0.04 0.05 1.89 0.64 1.81 1.08 0.62 Ba 19.5 33.5 20 67 20.3 214 68.6 13.1 286 117 375 293 181 Rb 2.59 8.9 5.6 8.4 7.9 14 7.4 12.8 282 152 162 97.1 102 Sr 19.9 39.7 56.8 63.6 33.8 72.5 40.1 36 54 48.9 84.7 68.2 13.3 Rb/Sr 0.13 0.22 0.10 0.13 0.23 0.19 0.18 0.36 5.22 3.11 1.91 1.42 7.70 Y 32.5 20.2 38.7 27.5 31.8 41.4 37.6 110 49.7 38.8 43.2 51.5 52.4 Zr 106 195 218 205 258 200 203 540 297 225 308 315 314 Nb 45.28 62 60.6 63.7 72.5 64.2 61.7 47.1 41.3 47.4 43.5 42.5 62.14 Th 50.20 40.8 31.4 33 15.3 37.4 35.3 17.3 41.6 36.6 32.2 31.1 54.51 Pb 13.58 16.2 65.8 16 13 22.3 38 10.7 27.9 10.5 31.1 26.4 23.95 Ga 9.49 15.5 17.6 15.8 27.4 22.5 20.2 29.6 22 21.4 18.1 17.6 22.90 Ni 3.07 0.69 0.46 1.69 0.8 2.91 0.38 0.27 0.87 0.82 2.77 0.82 1.65 V - 8.95 5.55 4.87 1.87 9.34 4.86 2.11 9.74 2.97 10.1 9.2 14.00 Cr 16.57 2.59 1.91 2.98 2.11 3.42 2.79 3.8 3.48 3.16 4.23 3.8 6.60 Hf 5.83 10.2 10.8 10.6 12.4 10.4 10.3 20.5 10.8 9.64 12.1 11.5 4.16 Sc 0.54 8.13 7.98 5.77 7.26 6.4 8.78 6.38 4.19 3.9 2.92 2.69 1.64 Ta 5.05 5.23 5.19 4.95 3.65 5.12 4.85 2.72 2.93 3.97 3.23 3.44 5.34 Co 2.54 1.71 2.01 3.65 0.47 2.11 0.76 1.09 2.05 1.04 2.7 1.39 0.90 U 1.68 4.45 7.49 3.15 2.19 2.62 2.31 3.87 3.7 1.38 2.69 2.29 1.39 La 30.96 59.8 32.4 48.3 47.6 63.9 56.8 50.7 124 80.6 77 82.4 81.60 Ce 73.16 119 74.5 118 62.2 78 93.8 76.9 169 137 123 134 146.40 Pr 6.00 10.2 6.57 8.2 10 10.6 9.92 14.7 23.4 16.3 14.9 16.1 14.94 Nd 17.97 31.4 21.3 25.4 34 33.8 30.8 59.1 74.7 54.6 49.6 53.4 43.87 Sm 3.43 5.08 4.22 4.34 7.08 5.76 5.33 14.2 11 9.2 8.04 8.59 8.39 Eu 0.16 0.2 0.21 0.17 0.058 0.33 0.21 0.14 0.46 0.2 0.35 0.4 0.43 Gd 4.46 4.81 4.33 4.53 6.21 5.46 5.26 13.6 9.97 8.3 7.29 8.02 9.07 Tb 0.79 0.76 0.92 0.79 1.22 1.01 1.02 2.62 1.55 1.48 1.28 1.44 1.53 Dy 5.68 4.25 6.22 5.05 7.05 6.65 6.62 19.5 8.72 8.34 7.88 8.95 9.42 Ho 1.20 0.75 1.3 1.1 1.36 1.48 1.42 4.1 1.78 1.6 1.69 1.87 2.04 Er 3.82 2.39 4.41 3.51 3.76 4.84 4.56 12.1 5.48 4.44 5.37 5.82 6.17 Tm 0.70 0.35 0.77 0.59 0.55 0.83 0.75 1.81 0.85 0.63 0.89 0.9 1.11 Yb 4.91 2.19 5.32 3.98 3.77 5.91 5.13 11.4 5.88 4 6.27 6.15 7.28 Lu 0.73 0.32 0.8 0.58 0.56 0.86 0.74 1.63 0.88 0.56 0.9 0.89 1.18 ∑REE 154.0 241.5 163.3 224.5 185.5 219.4 222.4 282.5 437.7 327.3 304.5 328.9 333.4 ∑LREE 131.679 225.68 139.2 204.4 161.0 192.4 196.86 215.74 402.56 297.9 272.9 294.9 295.6 ∑HREE 22.29 15.82 24.07 20.13 24.48 27.04 25.5 66.76 35.11 29.35 31.57 34.04 37.80 L/R 5.91 14.3 5.78 10.2 6.57 7.12 7.72 3.23 11.5 10.2 8.64 8.66 7.82 δEu 0.13 0.12 0.15 0.12 0.03 0.18 0.12 0.03 0.13 0.07 0.14 0.15 0.15 (La/Yb)N 4.26 18.4 4.11 8.18 8.51 7.29 7.46 3.00 14.2 13.6 8.28 9.03 7.55 (La/Sm)N 5.68 7.40 4.83 7.00 4.23 6.98 6.70 2.25 7.09 5.51 6.02 6.03 6.12 TZr(℃) 792 858 811 805 829 812 805 921 832 828 847 851 831

表 3 宝音图古元古代片麻状花岗岩主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)分析表 Table 3 Major oxides(wt%) and trace elements (×10-6) data for the Palesoproterozoic gnessic granites for Baoyintu area

片麻状二长花岗岩主量元素含量特征为:具有高SiO₂ (73.65%~77.63 %), TiO₂为0.11%~0.27%, MgO为0.25%~0.80%, Al₂O₃为11.68%~12.72%, CaO为0.24%~0.99%, 基本与片麻状钠长花岗岩相近; 高碱(K₂O+Na₂O)(6.84%~9.31%)和Na₂O < K₂O, 高钾K₂O/Na₂O (0.616~1.888), 明显高于与片麻状钠长花岗岩; A/NCK为0.96~1.86, 多数属弱铝质-过铝质, A/NCK值变化较大, 可能与K₂O值变化较大有关, K₂O含量变化大可能与风化蚀变作用引起; 除BYTW11外, б=2.06~2.80 < 1.8~3.3为钙碱性系列, 显示了高钾钙碱性弱铝质A型花岗岩的特点。总体上宝音图古元古代花岗岩具有高硅、低钙、贫镁、铁的特点。在Ab-An-Or图解中(图 5b), 古元古代岩体的花岗岩投点于片麻状钠长花岗岩区, 宝音图岩体片麻状二长花岗岩投点于花岗岩区。在SiO₂-K₂O+Na₂O图中两者均属于亚碱性系列(图 5c)。在A/CNK-A/NK图中两者均属于弱铝质(图 5d)。

微量元素中(表 3), 片麻状钠长花岗岩的大离子亲石元素Rb、Ba含量较低, Rb为2.59×10^-6~14×10^-6、Ba为13.1×10^-6~214×10^-6、Sr为19.92×10^-6~72.5×10^-6、Rb/Sr=0.10~0.36, 反映岩浆来源较深。变质二长花岗岩与片麻状钠长花岗岩相比具较高的Rb含量为97.1×10^-6~282×10^-6、Ba含量为117×10^-6~375×10^-6、Sr含量为13.27×10^-6~84.7×10^-6、Rb/Sr=1.42~7.70变化较大。

在原始地幔标准化微量元素蛛网图中(图 6a), 片麻状二长花岗岩具有以明显富集Rb和Th、相对亏损Ba和K, 片麻状钠长花岗岩也具有相对富集Rb和Th、更为亏损的Ba和K的特征。总体上, 富集Ta、Zr和Hf等高场强元素, 强烈亏损K、Sr和Ba等大离子亲石元素。片麻状钠长花岗岩较片麻状二长花岗岩更加亏损Rb和Ba。

图 6

Fig. 6

图 6 宝音图古元古代片麻状花岗岩原始地幔标准化微量元素蛛网图(a)与球粒陨石标准化稀土元素配分图(b)(标准化值据Sun and McDonough, 1989) Fig. 6 Primitive mantle-normalized trace elements patterns (a) and chondrite-normalized REE distribution patterns (b) for Paleoproterozoic gnessic granites of the Baoyintu area (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

狼山古元古代两类片麻状花岗岩稀土总量∑REE(154.0×10^-6~437.7×10^-6); LREE/HREE(3.23~14.3), 为分异作用明显轻稀土富集型, δEu变化于0.03~0.18之间, 呈强烈的负铕异常。(La/Sm)_N介于2.25~7.4, (La/Yb)_N介于3.0~18.4, 反映轻稀土的分馏程度明显高于重稀土的分馏程度。岩石稀土元素球粒陨石标准化配分图中13件样品完全相似右倾的海鸥型稀土配分曲线(图 6b)。

狼山中元古代花岗岩的6件样品的Sr-Nd同位素分析结果(表 4)可以看出, 变质花岗岩7件样品的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr为0.714665~1.122577、¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd为0.511352~0.511933, 与元古代下部地壳麻粒岩组成相似。全岩的Nd的模式年龄根据DePaolo (1981)的计算方法计算获得, 该期变质花岗岩形成平均年龄1650Ma计算, 其I_Sr为0.700594~0.782403和ε_Nd(t)介于-4.91~+2.41之间, Nd同位素二阶段模式年龄t_DM为1937~2701Ma, 变质花岗岩的ε_Nd(t)值变化较大, 可能显示新生地壳与古老地壳物质的混合。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 宝音图中元古代花岗岩Sr-Nd同位素组成 Table 4 Sr-Nd isotopic compositions of Mesoproterozoic granites in Baoyintu area 样品号 Sm(×10-6) Nd(×10-6) 147Sm/144Nd 143Nd/144Nd tDM(Ga) (143Nd/144Nd)i εNd Rb(×10-6) Sr(×10-6) Rb/Sr 87Rb/86Sr (87Sr/86Sr)S (87Sr/86Sr)I εSr BYTW6 5.08 3.14 0.0978 0.5117 1.94 0.5106 2.41 8.9 39.7 0.2242 0.5864 0.7147 0.7006 -27.7 BYTW7 0.77 3.33 0.1398 0.5119 2.58 0.5104 -2.35 17.7 70.5 0.2511 0.6587 0.7434 0.7276 357 BYTW8 5.33 30.8 0.1046 0.5117 2.09 0.5105 0.1 7.4 40.1 0.1845 0.4849 0.7571 0.7457 614.1 BYTW9 14.2 59.1 0.1452 0.5119 2.70 0.5103 -2.63 12.8 36 0.3556 0.9332 0.7465 0.7239 304.6 BYTW11 11 74.7 0.0890 0.5115 1.97 0.5106 1.37 152 48.9 3.1084 8.3403 0.9536 0.7556 755.2 BYTW10 9.2 54.6 0.1019 0.5114 2.44 0.5102 -4.91 282 54 5.2222 14.2619 1.1226 0.7824 1136.6 10TW75 5.13 24.9 0.1245 0.5117 2.54 0.51027 -3.37 116.8 57.70 2.0241 5.3767 0.8588 0.7274 354.5

表 4 宝音图中元古代花岗岩Sr-Nd同位素组成 Table 4 Sr-Nd isotopic compositions of Mesoproterozoic granites in Baoyintu area

在LA-ICP-MS锆石定年基础上, 选择10TW75、BYTW8、BYTW9、BYTW11、BYTW13样品中较大的颗粒进行了锆石微区Lu-Hf同位素分析, 结果列于表 5。表 5中大部分锆石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值均小于0.002, 表明锆石在形成以后基本没有明显的放射性成因Hf的积累, 所测样品的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值基本可以代表其形成时体系的Hf同位素组成(吴福元等, 2007)。

表 5

Table 5

表 5(Table 5)

表 5 宝音图古元古代片麻状花岗岩锆石Lu-Hf同位素分析数据及特征参数 Table 5 Zircon Lu-Hf isotopic data and characteristic parameter of Paleoproterozoic gnessic granites in Baoyintu area 测点号 年龄(Ma) 176Yb/177Hf 176Lu/177Hf 176Hf/177Hf 2s 176Hf/177Hfi εHf(t) 2s tDM1(Ga) tDM2(Ga) fLu/Hf BYTW8 2 1664 0.0670 0.0016 0.281852 0.000024 0.281801 2.7 0.9 2.00 2.21 -0.95 3 1650 0.0687 0.0017 0.281848 0.000019 0.281796 2.2 0.7 2.01 2.23 -0.95 4 1669 0.1023 0.0026 0.281813 0.000023 0.281732 0.3 0.8 2.11 2.36 -0.92 5 1601 0.0894 0.0022 0.281838 0.000028 0.281771 0.1 1 2.05 2.32 -0.93 6 1634 0.0808 0.0020 0.281864 0.000023 0.281801 2 0.8 2.01 2.23 -0.94 9 1636 0.0788 0.0020 0.281837 0.00002 0.281776 1.1 0.7 2.04 2.29 -0.94 10 1623 0.0491 0.0013 0.281761 0.000025 0.281722 -1.1 0.9 2.11 2.42 -0.96 12 1611 0.0922 0.0021 0.281863 0.00002 0.281798 1.3 0.7 2.01 2.25 -0.94 11 1614 0.0828 0.0021 0.28184 0.000025 0.281776 0.6 0.9 2.04 2.3 -0.94 13 1630 0.0700 0.0017 0.2817 0.000023 0.281648 -3.6 0.8 2.22 2.58 -0.95 14 1606 0.1078 0.0027 0.281809 0.000029 0.281728 -1.3 1 2.12 2.41 -0.92 15 1652 0.0699 0.0017 0.281818 0.000021 0.281766 1.1 0.7 2.05 2.3 -0.95 16 1605 0.0752 0.0018 0.281845 0.000021 0.28179 0.9 0.7 2.02 2.28 -0.94 17 1622 0.0780 0.0020 0.281769 0.000025 0.281707 -1.6 0.9 2.14 2.45 -0.94 18 1661 0.0714 0.0017 0.281805 0.000024 0.28175 0.8 0.8 2.07 2.33 -0.95 19 1664 0.0550 0.0014 0.281772 0.000022 0.281726 0 0.8 2.1 2.38 -0.96 20 1646 0.0401 0.0010 0.281817 0.000023 0.281787 1.7 0.8 2.01 2.26 -0.97 22 1663 0.0764 0.0019 0.28181 0.000023 0.28175 0.9 0.8 2.07 2.33 -0.94 23 1638 0.0775 0.0018 0.281803 0.000018 0.281746 0.7 0.6 2.08 2.34 -0.95 24 1673 0.1014 0.0025 0.281814 0.000028 0.281736 -0.2 1 2.1 2.37 -0.92 BYTW9 1 1682 0.1537 0.0032 0.281943 0.00003 0.28184 5.1 1.1 1.95 2.09 -0.9 2 1709 0.1246 0.0026 0.281813 0.000034 0.281731 0.4 1.2 2.11 2.36 -0.92 4 1707 0.1109 0.0026 0.281923 0.000027 0.281839 4.5 0.9 1.95 2.11 -0.92 6 1689 0.1290 0.0029 0.281891 0.000027 0.281798 3.1 0.9 2.02 2.2 -0.91 10 1681 0.0577 0.0014 0.282027 0.000024 0.281984 9.5 0.8 1.74 1.78 -0.96 11 1673 0.0862 0.0018 0.282005 0.000027 0.281947 8 0.9 1.8 1.87 -0.94 12 1664 0.0726 0.0017 0.281701 0.000024 0.281647 -2.8 0.8 2.22 2.56 -0.95 13 1699 0.1506 0.0032 0.281875 0.000028 0.281771 2.4 1 2.06 2.25 -0.9 15 1666 0.1035 0.0024 0.281813 0.000029 0.281737 0.4 1 2.1 2.35 -0.93 16 1671 0.1624 0.0036 0.281858 0.000032 0.281745 0.8 1.1 2.1 2.33 -0.89 19 1637 0.0975 0.0022 0.281798 0.000027 0.28173 -0.5 0.9 2.11 2.39 -0.93 20 1691 0.1156 0.0025 0.28193 0.000024 0.281849 5 0.9 1.94 2.08 -0.92 21 1679 0.0786 0.0018 0.281844 0.00002 0.281787 2.5 0.7 2.02 2.23 -0.95 22 1752 0.0480 0.0011 0.281732 0.000027 0.281696 0.9 0.9 2.14 2.39 -0.97 26 1677 0.0589 0.0014 0.281743 0.000025 0.2817 -0.6 0.9 2.14 2.43 -0.96 27 1680 0.1128 0.0026 0.281918 0.000026 0.281834 4.2 0.9 1.96 2.12 -0.92 29 1617 0.0865 0.0019 0.28205 0.000033 0.281991 8.3 1.2 1.74 1.81 -0.94 30 1696 0.1068 0.0023 0.281913 0.000028 0.281839 4.8 1 1.95 2.1 -0.93 32 1684 0.0725 0.0017 0.281909 0.000023 0.281855 5.1 0.8 1.92 2.07 -0.95 10TW75 1 1697 0.0826 0.0023 0.281944 0.000028 0.28187 5.9 1 1.91 2.03 -0.93 2 1700 0.0539 0.0015 0.281927 0.000024 0.281877 6.2 0.8 1.89 2.01 -0.95 3 1765 0.0753 0.0025 0.281948 0.000024 0.281864 7.2 0.8 1.91 2 -0.92 5 1692 0.0563 0.0014 0.281937 0.000020 0.281891 6.5 0.7 1.87 1.99 -0.96 6 1709 0.0536 0.0012 0.281948 0.000039 0.281909 7.6 1.4 1.84 1.93 -0.96 8 1744 0.0531 0.0011 0.281838 0.000049 0.281801 4.5 1.7 1.99 2.16 -0.97 24 1699 0.0434 0.0015 0.281978 0.000040 0.281929 8 1.4 1.82 1.9 -0.95 25 1712 0.0862 0.0022 0.281958 0.000020 0.281886 6.8 0.7 1.88 1.98 -0.93 26 1694 0.1110 0.0028 0.281897 0.000020 0.281807 3.6 0.7 2 2.18 -0.92 BYTW11 1 1661 0.1346 0.0027 0.282045 0.000030 0.281961 8.3 1.0 1.78 1.85 -0.92 3 1618 0.0885 0.0021 0.281971 0.000025 0.281908 5.4 0.9 1.85 2.00 -0.94 4 1666 0.0708 0.0016 0.281736 0.000021 0.281686 -1.4 0.7 2.16 2.47 -0.95 6 1671 0.1210 0.0025 0.282021 0.000025 0.281942 7.8 0.9 1.80 1.88 -0.92 7 1680 0.0358 0.0009 0.281825 0.000021 0.281797 2.9 0.7 2.00 2.21 -0.97 9 1676 0.0424 0.0010 0.281765 0.000025 0.281732 0.5 0.9 2.09 2.36 -0.97 10 1646 0.0391 0.0009 0.281769 0.000025 0.281739 0.1 0.9 2.08 2.36 -0.97 11 1676 0.0542 0.0012 0.281795 0.000022 0.281757 1.4 0.8 2.06 2.30 -0.96 14 1624 0.0666 0.0017 0.281841 0.000022 0.281790 1.4 0.8 2.02 2.26 -0.95 15 1642 0.0682 0.0015 0.281851 0.000023 0.281805 2.3 0.8 1.99 2.22 -0.96 16 1639 0.0511 0.0012 0.281996 0.000025 0.281958 7.6 0.9 1.78 1.87 -0.96 17 1639 0.0762 0.0018 0.281779 0.000023 0.281723 -0.7 0.8 2.11 2.40 -0.95 18 1633 0.0301 0.0007 0.281782 0.000025 0.281760 0.5 0.9 2.05 2.32 -0.98 19 1661 0.0352 0.0008 0.281761 0.000021 0.281734 0.2 0.7 2.08 2.36 -0.97 20 1652 0.0300 0.0007 0.281662 0.000024 0.281639 -3.4 0.8 2.21 2.58 -0.98 21 1649 0.0264 0.0007 0.281772 0.000024 0.281751 0.6 0.8 2.06 2.33 -0.98 22 1643 0.0541 0.0013 0.282002 0.000023 0.281960 7.8 0.8 1.78 1.86 -0.96 23 1673 0.0258 0.0007 0.281765 0.000024 0.281745 0.9 0.8 2.07 2.33 -0.98 24 1649 0.0387 0.0009 0.281735 0.000023 0.281706 -1.1 0.8 2.13 2.44 -0.97 BYTW13 1 1640 0.0624 0.0015 0.281777 0.000025 0.281730 -0.4 0.9 2.10 2.39 -0.95 2 1666 0.0323 0.0008 0.281872 0.000020 0.281846 4.3 0.7 1.93 2.11 -0.98 4 1644 0.0304 0.0007 0.281729 0.000021 0.281705 -1.2 0.7 2.12 2.44 -0.98 5 1655 0.0595 0.0013 0.281868 0.000024 0.281826 3.4 0.8 1.96 2.16 -0.96 6 1641 0.0332 0.0008 0.281709 0.000019 0.281683 -2.0 0.7 2.16 2.49 -0.97 9 1676 0.0363 0.0009 0.281707 0.000019 0.281680 -1.4 0.7 2.16 2.48 -0.97 10 1673 0.0678 0.0016 0.281870 0.000027 0.281819 3.5 1.0 1.97 2.16 -0.95 11 1664 0.0511 0.0012 0.281812 0.000020 0.281774 1.7 0.7 2.03 2.27 -0.96 13 1658 0.0522 0.0013 0.281763 0.000023 0.281722 -0.3 0.8 2.11 2.39 -0.96 14 1655 0.0313 0.0008 0.281926 0.000025 0.281900 6.0 0.9 1.86 1.99 -0.98 15 1675 0.0763 0.0018 0.281843 0.000027 0.281787 2.4 1.0 2.02 2.24 -0.95 16 1675 0.1228 0.0029 0.281855 0.000021 0.281763 1.6 0.7 2.07 2.29 -0.91 17 1707 0.1909 0.0041 0.281732 0.000027 0.281601 -3.4 1.0 2.32 2.63 -0.88 18 1627 0.0613 0.0015 0.281925 0.000025 0.281879 4.6 0.9 1.89 2.06 -0.95 19 1623 0.0404 0.0010 0.281755 0.000016 0.281723 -1.0 0.6 2.10 2.41 -0.97 20 1632 0.0795 0.0018 0.281773 0.000026 0.281716 -1.1 0.9 2.12 2.43 -0.94 21 1630 0.0413 0.0010 0.281782 0.000023 0.281750 0.1 0.8 2.07 2.35 -0.97 22 1657 0.1001 0.0022 0.281895 0.000030 0.281826 3.4 1.1 1.97 2.16 -0.93 23 1693 0.0307 0.0007 0.281765 0.000018 0.281741 1.2 0.6 2.07 2.33 -0.98 24 1638 0.0460 0.0011 0.281794 0.000022 0.281761 0.6 0.8 2.05 2.32 -0.97

表 5 宝音图古元古代片麻状花岗岩锆石Lu-Hf同位素分析数据及特征参数 Table 5 Zircon Lu-Hf isotopic data and characteristic parameter of Paleoproterozoic gnessic granites in Baoyintu area

样品10TW75共分析了12个点, 去除3个不符合要求点, 9个所测锆石的¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值范围分别为0.043367~0.110956、0.0014296~0.0028011(表 5)。锆石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值除2个点外, 绝大多数小于0.002, 表明锆石在形成以后基本没有明显的放射性成因Hf的积累, 且很少受后期岩浆热事件的影响, 所测样品的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值基本可以代表其形成时的Hf同位素比值。样品10TW75所测9颗锆石的Hf同位素相对比较均一, 其中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化于0.281762~0.281978, 加权平均值为0.219343±0.000012;Hf同位素初始比值¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i分布在0.281697~0.281929之间, 平均为0.281839;ε_Hf(t)值变化于1.5~8.0, 平均为5.2, 均为正值, 位于球粒陨石均一岩浆库之上。单阶段模式年龄变化范围为1.82~2.15Ga, 属古元古代。t_DM大于岩石形成年龄1.711Ga, 揭示出岩浆来源于幔源物质的添加, 反映该时期存在地壳增生事件。

样品BYTW8共分析了20个点, 所测锆石的¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值范围分别为0.0401~0.1078、0.0010~0.0026(表 5)。除6颗锆石¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值大于0.002外, 其余锆石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值均小于0.002。图 7显示锆石点大多数集中于球粒陨石演化线上方, 5个点位于球粒陨石线下方附近, 样品BYTW8所测20颗锆石的Hf同位素相对比较均一, 其中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化于0.281700~0.281864, 加权平均值为0.281814±0.000023;Hf同位素初始比值¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i分布在0.281707~0.281801之间, 平均值为0.281755;ε_Hf(t)变化于-3.6~+2.7, 平均为0.43, ε_Hf(t)既有正值又有负值, 表明岩浆来源新生地壳或新生地壳与古老地壳物质的混合。单阶段模式年龄变化范围为2.00~2.14Ga, 平均为2.07Ga, 二阶段模式年龄变化范围为2.21~2.45Ga, 平均为2.33Ga。

图 7

Fig. 7

图 7 宝音图片麻状花岗岩的锆石U-Pb年龄与εHf(t)相关图 Fig. 7 Diagram of zircon U-Pb ages vs.εHf(t) values of the Baoyintu gneissic granites

样品BYTW9共分析了19个点, 所测锆石的¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值范围分别为0.0480~0.1624、0.0011~0.0036(表 5)。除11颗锆石¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值大于0.002外, 其余锆石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值均小于0.002。图 7显示锆石点多数集中于球粒陨石演化线上方, 3个点位于球粒陨石线附近下方, 样品BYTW9所测19颗锆石的Hf同位素相对比较均一, 其中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化于0.281701~0.282050, 加权平均值为0.281878±0.000003;Hf同位素初始比值¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i分布在0.281647~0.281991之间, 平均值为0.281806;ε_Hf(t)变化于-2.8~+9.5, 平均为3.23, ε_Hf(t)除3个点负值外, 多数为正值, 表明岩浆来源新生地壳或新生地壳与古老地壳物质的混合。单阶段模式年龄变化范围为1.74~2.11Ga, 平均为1.99Ga, 二阶段模式年龄变化范围为1.78~2.56Ga, 平均为2.18Ga。当ε_Hf(t)为最大+9.5时, 单阶段模式年龄t_DM1和t_DM2年龄近于一致, 与岩石形成年龄相近, 表明在~1.71Ga时存在一次地幔物质的加入, 揭示古元古代存在地壳增生事件。

样品BYTW11共分析了19个点, 所测锆石的¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值范围分别为0.0258~0.1346、0.0007~0.0027(表 5)。除3颗锆石¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值大于0.002外, 其余锆石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值均小于0.002。图 7显示锆石点多数集中于球粒陨石演化线上方, 4个点位于球粒陨石线附近下方, 样品BYTW11所测19颗锆石的Hf同位素相对比较均一, 其中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化于0.281662~0.282045, 加权平均值为0.281835±0.000002;Hf同位素初始比值¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i分布在0.281686~0.281961之间, 平均值为0.281794;ε_Hf(t)变化于-3.4~+8.3, 平均为2.16, ε_Hf(t)除4个点负值外, 多数为正值, 表明岩浆来源新生地壳或新生地壳与古老地壳物质的混合。单阶段模式年龄变化范围为1.78~2.16Ga, 平均为2.01Ga, 二阶段模式年龄变化范围为1.85~2.47Ga, 平均为2.23Ga。

样品BYTW13共分析了20个点, 所测锆石的¹⁷⁶Yb/¹⁷⁷Hf和¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值范围分别为0.0304~0.1909、0.0007~0.0041(表 5)。除3颗锆石¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值大于0.002外, 其余锆石的¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf比值均小于0.002。图 7显示锆石点多数集中于球粒陨石演化线上方, 8个点位于球粒陨石线附近下方, 样品BYTW13所测20颗锆石的Hf同位素相对比较均一, 其中¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值变化于0.281707~0.281926, 加权平均值为0.281808±0.000023;Hf同位素初始比值¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf_i分布在0.281601~0.281900之间, 平均值为0.281762;ε_Hf(t)变化于-3.4~+6.0, 平均为1.1, ε_Hf(t)除8个点负值外, 多数为正值, 表明岩浆来源新生地壳或新生地壳与古老地壳物质的混合。单阶段模式年龄变化范围为1.86~2.32Ga, 平均为2.05Ga, 二阶段模式年龄变化范围为1.99~2.63Ga, 平均为2.31Ga。

本文研究的古元古代片麻状钠长花岗岩和片麻状二长花岗岩为亚碱性过铝质岩石, 矿物组合以石英、钠长石和黑云母为主, 其较高的SiO₂和K₂O+ Na₂O、低CaO、MgO、P₂O₅、TiO₂和MnO, 高场强元素如Th、U、Zr、Hf相对于大离子亲石元素明显富集, 富集Rb和REE等, 明显亏损Ba、Sr、Ti、P、Eu等元素, 显示A型花岗岩特征。在以Zr+Nb+Ce+Y和10000×Ga/Al(图 8)为横坐标的图解中, 古元古代片麻状钠长花岗岩和片麻状二长花岗岩投点均落入A型花岗岩区域(Whalen et al., 1987; Frost and Frost, 2011)。同样在SiO₂与FeO^T/(FeO^T+MgO)和Na₂O+K₂O-CaO图解(Frost and Frost, 2011)、CaO/(FeO^T+MgO+TiO₂)与(Al₂O₃+CaO)和CaO/(FeO^T+MgO+TiO₂)与Al₂O₃图解中(Dall’Agnol and de Oliveira, 2007), 也得到了证实, 古元古代片麻状花岗岩投点大部分均落入A型花岗岩区域(图 9)。A型花岗岩相对于I型和S型具有更高的成岩温度, 通过锆石饱和温度计得出的结晶温度一般达到800℃以上(刘昌实等, 2003), 而岩石学实验表明其形成温度可能超过900℃。为了进一步确认A型花岗岩的高温属性, 采用Watson and Harrison(1983)的方法估算了中元古代片麻状花岗岩的形成温度。由表 2中的岩石化学分析结果可得出古元古代A型花岗岩的形成温度在792~921℃之间, 平均为832℃(表 2)。

图 8

Fig. 8

图 8 宝音图地区片麻状花岗岩的A型花岗岩判别图解(据Whalen et al., 1987) OGT代表未分异的M、I和S型花岗岩; FG代表高分异的I型花岗岩; A代表A花岗岩 Fig. 8 Discrimination diagrams of A-type granite of gneissic granites in the Baoyintu area (after Whalen et al., 1987) OGT-unfractionated M-, I-, and S-type granites; FG-Fractionated I-type granite; A-type granite

图 9

Fig. 9

图 9 宝音图地区片麻状花岗岩全岩SiO2与FeOT/(FeOT+MgO)和Na2O+K2O-CaO图解(据Frost and Frost, 2011)及CaO/(FeOT+MgO+TiO2)-(Al2O3+CaO)和CaO/(FeOT+MgO+TiO2)-Al2O3图解(据Dall’Agnol and de Oliveira, 2007) Fig. 9 Whole rock SiO2 vs.FeOT/(FeOT+MgO) and Na2O+K2O-CaO (after Frost and Frost, 2011), and CaO/(FeOT+MgO+TiO2) vs.(Al2O3+CaO) and CaO/(FeOT+MgO+TiO2) vs.Al2O3 (after Dall'Agnol and de Oliveira, 2007) diagrams showing the A-type affinities of the gneissic granites in the Baoyintu area

岩石全岩Nd同位素分析可较好揭示其岩石源区特征, 进而反映地壳形成和演化(DePaolo, 1981)。本文片麻状花岗岩的ε_Nd(t)值为(-4.91~+2.41), 反映壳-幔混和的特性, 二阶段模式年龄相对集中于(1.94~2.70Ga)。与花岗岩全岩Sm-Nd同位素相比, 花岗岩锆石原位Hf同位素组成, 由于锆石极高的稳定性和封闭温度高, 使得其Lu-Hf同位素体系较少受后期构造热事件的影响, 即便在麻粒岩相等高级变质条件下, 所测锆石的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值仍能很好反映其形成时体系的Hf同位素组成, 甚至可记录岩浆源区不同源岩类型的特征(Scherer et al., 2001; Griffin et al., 2002; 吴福元等, 2007)。因此, 正的ε_Hf(t)值代表来自亏损幔源物质或新生地壳的部分熔融, 负的ε_Hf(t)值指示来自于古老陆壳岩石源区外, 如果存在较大变化范围的ε_Hf(t)可揭示其源区不同性质源岩物质存在的信息(Kröner et al., 2012, 2014)。本文片麻状花岗岩锆石具有较高的¹⁷⁶ Hf/¹⁷⁷Hf比值(0.281647~0.282045), 依形成年龄计算获得的ε_Hf(t)值均为(-3.4~+9.5), 在t-ε_Hf(t)图解上大多数测点均落在球粒陨石演化线与亏损地幔演化线之间区域, 少量测点位于球粒陨石线之下(图 7), 其二阶段模式年龄t_DM2 =1.85~2.63Ga与Nd同位素结果基本一致也指示它们主要来自古元古代末期新生地壳与古老地壳物质的混合。然而, 部分锆石还出现了接近于亏损地幔演化线高的正值暗示与幔源岩浆活动相关。

已有的研究表明A型花岗岩不仅形成于非造山环境, 也可以形成于造山作用后的伸展环境, 包括地幔柱和板内裂谷等, 造山后环境则包括弧后伸展和造山后伸展等(Whalen et al., 1987; Eby, 1990, 1992)。Eby (1992)将A型花岗岩划分为非造山与裂谷环境有关的A₁型花岗岩和造山后构造环境形成的A₂型花岗岩。在A₁-A₂分类判别图中(图 10), 古元古代片麻状花岗岩均落入A₁区域, 指示古元古代片麻状花岗岩类的形成构造背景与非造山与裂谷环境密切相关。

图 10

Fig. 10

图 10 宝音图古元古代片麻状花岗岩的A1-A2分类判别图(据Eby, 1992) A1型代表来源于幔源熔体的分离结晶; A2型代表来源于地壳部分熔源区 Fig. 10 Diagrams of A1-A2 classification discriminant (after Eby, 1992) for the Paleoproterozoic gneissic granites in the baoyintu area A1-type represents the isolated crystallization from the mantle source melt; A2-type represents the part of the source region derived from the crust

区域研究表明, 古-中元古代时期(1.7~1.30Ga)华北陆块内部及其周缘的裂谷(拗拉槽或裂陷带)沉积以及华北陆块上大量的伸展岩浆记录揭示了其与超大陆裂解事件相关(天津地质矿产研究所, 1980; 王楫等, 1992; 郁建华等, 1996; Zhai et al., 2000; Lu et al., 2002; 陆松年等, 2002; Zhao et al., 2003a, b)。这些岩浆记录不仅发育在华北陆块上, 而且在兴蒙造山带中部的宝音图和锡林浩特微地块中也存在同期的岩浆记录(孙立新等, 2013a, b)。以基性岩墙群、非造山A型花岗岩(奥长环斑花岗岩)、双峰式火山岩为代表的岩石组合是大陆伸展作用的产物。华北陆块发育的燕辽裂陷槽(天津地质矿产研究所, 1980)和狼山-白云鄂博中元古代裂陷作用(王楫等, 1992)、兴隆-平谷发育的1.7~1.62Ga富钾火山岩系(陆松年和李惠民, 1991)、1.78~1.68Ga的镁铁质基性岩墙群、大庙斜长岩-兰营正长岩和密云奥长环斑花岗岩等非造山岩浆岩组合分布广泛, 从内蒙古固阳地区石英正长岩到河北省大庙斜长岩体的苏长岩和纹长二长岩、怀柔北部兰营石英正长岩、密云沙厂环斑花岗岩以及赤城温泉二长花岗岩(环斑花岗岩)均有分布, 展现出南北宽200km、东西长1000km的近东西向带状延展的趋势(郁建华, 1990; 郁建华等, 1996; Halls et al., 2000; 王惠初等, 2002; 赵太平等, 2004; 杨进辉等, 2005; 任康绪等, 2006; Zhang et al., 2007; Zhao et al., 2009), 以及双峰式岩浆作用(Zhang et al., 2007)。以大庙斜长岩-兰营正长岩-密云环斑花岗岩-兴隆~平谷高钾火山岩为代表的非造山型岩浆组合不仅存在于华北, 而且可以与北美、格陵兰、波罗的、南美等地该时期岩浆组合对比, 被认为与陆内裂陷或初始裂谷有关(Windley, 1989; Corrigan and Hanmer, 1997), 代表一期导致古元古代晚期Columbia超大陆裂解事件(Zhai et al., 2000; Lu et al., 2002; Rogers and Santosh, 2002; Zhao et al., 2002)。华北陆块北缘的辉绿岩岩床(1.35Ga) (Zhang et al., 2009, 2012)和钾质斑脱岩(1.37Ga) (Gao et al., 2008; Su et al., 2008)及~1.31Ga的A型花岗岩(Shi et al., 2012)等的产出, 可能代表着Columbia超大陆中元古代最终裂解的时间。

宝音图地区获得变质花岗岩体形成的锆石U-Pb年龄为1644~1711Ma, 表明宝音图地区存在古元古代晚期岩浆活动, 这一岩浆事件与华北陆块北部以渣尔泰群、白云鄂博群为代表的裂谷沉积(王楫等, 1987, 1992)、燕辽坳拉槽和克拉通边缘裂谷盆地、五台山-恒山一带1760±2.5Ma的基性岩墙群和1.7~1.6Ga的AGRS组合(大庙斜长岩-辉长岩—密云沙厂奥长环斑花岗岩-正长岩组合)及团山子组-大红峪组超钾质火山岩(陆松年和李惠民, 1991; 李怀坤等, 1995)等古元古代晚期岩浆事件所指示华北克拉通内部的古元古代时期大陆裂解的非造山事件群(郁建华等, 1996; Zhai et al., 2000; Lu et al., 2002; 邵济安等, 2002; 翟明国和彭澎, 2007)基本同时。兴蒙造山带西部及其相邻的华北陆块存在古元古代晚期(1.6~1.7Ga)的岩浆记录与Columbia超大陆裂解事件在时代上基本一致, 岩石组合是古元古代晚期大陆裂解过程中的产物, 与华北克拉通一起处于1.7~1.6Ga的大陆伸展阶段, 其裂解过程可能持续至中元古代末(~1.3Ga)。

(1) 狼山北部宝音图地区片麻状花岗质岩石的锆石U-Pb定年结果显示岩体形成于1644~1711Ma, 为古元古代晚期。

(2) 狼山北部片麻状花岗质岩石具有高SiO₂、低CaO、FeO、Fe₂O₃、MgO, 且Na₂O>K₂O特点, 具有明显的负铕异常, 显示板内非造山花岗岩特征。ε_Nd(t)=-4.91~+2.41, ε_Hf(t)=1.5~8.0 >0, 揭示了中元古代存在地壳生长现象。

(3) 兴蒙造山带中部及其相邻的华北陆块存在古元古代晚期(1.7~1.6Ga)哥伦比亚超大陆裂解的岩浆记录。

致谢      感谢中国地质科学院地质研究所耿元生研究员、李锦轶研究员, 北京大学地质系徐备教授, 天津地质调查中心陆松年研究员、苗培森研究员、赵凤清研究员在前寒武纪研究中的关心与指导。同位素分析测试得到了天津地质调查中心实验室周红英主任, 耿建珍、崔玉荣高级工程师, 肖志斌、张健、刘文刚工程师的大力帮助, 在此致以诚挚的谢意。感谢评审专家对本文提出的宝贵意见！