内蒙古赤峰地区二叠纪火山岩的发现及其地质意义

引用本文

彭斌, 王国祺, 刘乐, 杨勇, 刘峰. 2016. 内蒙古赤峰地区二叠纪火山岩的发现及其地质意义. 矿物岩石地球化学通报, 35(6): 1329-1340 复制到剪切板

PENG Bin, WANG Guo-qi, LIU Le, YANG Yong, LIU Feng. 2016. Recognition of the Early Permian Volcanic Rocks and Its Geological Significance in Chifeng Region of Inner Mongolia. Bulletin of Mineralogy, Petrology and Geochemistry, 35(6): 1329-1340 复制到剪切板

内蒙古赤峰地区二叠纪火山岩的发现及其地质意义

彭斌¹ , 王国祺¹ , 刘乐¹ , 杨勇¹ , 刘峰²

1. 核工业二〇八大队, 内蒙古包头 014010;
2. 成都理工大学, 成都 610059

收稿日期: 2016-05-30 收到; 2016-06-26 改回

基金项目: 内蒙古自治区地质勘查基金项目（NMKD2012-34，NMKD2012-35）

第一作者简介: 彭斌(1982-),男,工程硕士,工程师,从事区域矿产地质研究.E-mail:182407918@qq.com

摘要: 为探讨赤峰西部铭山隆起带上的大面积火山岩的地质意义，对该区开展1：5万区域矿产地质调查时，通过野外地质调查、岩石学、LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年及区域地层对比，发现该区火山岩不同于晚侏罗世-早白垩世火山岩，且发育明显的绿色蚀变现象；下部角闪安山岩的测年结果为273.6±2.2 Ma，为二叠系额里图组。该区火山岩属钙碱性-高钾钙碱性系列，岩浆经历了矿物的分离结晶过程，是同源岩浆连续演化的产物，具有由底至顶由中基性向中酸性岩浆演化、稀土元素总量逐渐增高的特点。研究认为，该期火山岩的形成与晚古生代古亚洲洋向华北地块的俯冲作用有关，应是太古界至元古代的结晶基底和晚泥盆世岩浆产物的重熔岩浆喷发形成，其形成的构造环境为安山弧。

关键词: 二叠世火山岩锆石U-Pb年龄岩石地球化学赤峰

Recognition of the Early Permian Volcanic Rocks and Its Geological Significance in Chifeng Region of Inner Mongolia

PENG Bin¹, WANG Guo-qi¹, LIU Le¹, YANG Yong¹, LIU Feng²

1. Nuclear Industry Brigade 208, Baotou 014010, China;
2. Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

Abstract: In order to investigate the geological significance of the large area of volcanics in the Uplift belt of Mingshan in western Chifeng, When carrying out the 1︰5 million regional mineral geological survey in the area, Through the research work of field geology investigation, petrology, LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic dating and regional stratigraphic correlation and so on, Found that the volcano rocks in the area is different from the Late Jurassic-Early Cretaceous volcanic rocks, And the obvious green alteration phenomenon was developed。The dating results of the Hornblende andesite in the lower parts is 273.6±2.2 Ma, it should belong to the Permian Elitu formation。The Volcanics in the area belong to Calc-alkaline-high-K calc-alkaline series volcanic rocks, And volcanic magma experienced the separation and crystallization of minerals, it was the product of the continuous evolution of cognate magma, having the Characteristics that from bottom to top Intermediate-Mafic to Acidic magmatic evolution and the REE content increased gradually。Studies suggest that the Formation of volcanic rocks in the area is related to the ancient Asian Ocean to the North China block subduction in the Late Paleozoic period, It should be formed in the Archean to Proterozoic crystalline basement and late devonian magma Remelting eruption, the tectonic environment formation of the volcanics in this area was andreessen arc.

Key words: Permian volcanic rocks zircon U-Pb ages Petrochemistry Chifeng

研究区所处的铭山隆起带处于华北克拉通北侧早古生代岛弧增生褶皱带内(图 1a)，是华北地块北缘重要的金矿化集中区之一，前人在研究赤峰-朝阳地区的金矿成矿地质特征时，常直接引用1 ︰ 20万地质资料(内蒙古自治区第二区域地质调查队，1967)，将铭山隆起带上的火山岩和中酸性主体侵入岩放置于晚侏罗世(朴寿成等，2006；娄德波等，2008；沈柳生等，2008；徐发等，2011；李长玖等，2012)(图 1b)，但一直缺少同位素年龄数据。近年来，随着对华北地块北缘及其北侧兴蒙造山带研究的深入(Wang and Liu，1986； Xiao et al.，2003，2009； Li，2006； Windley et al.，2007；张拴宏等，2007，2010； Chen et al.，2009；李锦轶等，2009，2013； Zhang et al.，2009a)，在华北地块北缘发现了大量的晚古生代-早中生代岩浆岩。在晚古生代-早中生代期间，华北地块北缘内蒙古隆起带又经历了强烈的剥蚀(张拴宏等，2007)，其上与早石炭世晚期-中二叠世侵入岩相对应的大量火山岩已剥蚀殆尽，仅在赤峰、镶黄旗及达茂旗-白云鄂博北部有少量二叠纪火山岩分布(张拴宏等，2010)。

1-晚古生代地层； 2-震旦系地层； 3-太古宙变质岩； 4-中生代花岗岩； 5-前中生代花岗岩； 6-断裂构造； 7-研究区所处位置；(a)修改自叶浩等(2014) ；(b)修改自朴寿成等(2006) 图 1 研究区所处构造位置(a)和隆起带(b)示意图 Figure 1 Structural locations(a)and Location sketch schematic(b)of the study area

为约束研究区的构造历史，为铭山隆起带上的成矿地质条件分析及找矿前景预测提供地质依据，笔者在铭山隆起带开展的1 ︰ 5万区域矿产地质调查(核工业二〇八大队，2015a，2015b)项目时，开展了野外地质调查、岩石学、LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年及区域地层对比等研究工作，对该地区火山岩的岩石成因、形成时代和构造背景进行了探讨，丰富了华北地块北缘早二叠世火山活动的资料。

1 区域地质特征

铭山隆起带上出露地层主要有太古界乌拉山岩群片麻岩组和大理岩组及早二叠系额里图组中酸性火山岩，侵入岩主要有早元古代变质二长花岗岩和变质石英闪长岩、早二叠纪正长花岗岩和钾长花岗斑岩、中二叠纪二长花岗岩及早白垩纪花岗斑岩等，它们共同构成了铭山隆起带的主体地质单元(核工业二〇八大队，2015a，2015b)。隆起带北侧被晚侏罗世白音高老组酸性火山岩和新近世汉诺坝组基性火山岩覆盖，南侧被中侏罗统万宝组含煤地层、上侏罗统土城子组紫红色火山碎屑沉积岩及晚侏罗世中酸性火山岩不整合覆盖(图 2)。其中，二叠世火山岩约占隆起带面积的1/5，是金多金属矿产的重要赋矿围岩。

图 2 盔甲山一带地质简图和样品位置 Figure 2 Simplified Geological map and Sampe locations of the study area

1.1 野外地质特征

二叠系额里图组中酸性火山岩大面积出露在盔甲山、香山庙、神仙沟和石人沟一带，其喷发不整合覆盖于太古界乌拉山岩群片麻岩组、早二叠纪正长花岗岩体和钾长花岗斑岩体之上(图 3)，并被中二叠纪二长花岗岩体侵入(图 4)，在神仙沟、石人沟一带二叠纪二长花岗岩体内多见其捕掳体。另外，在柳条沟一带可见其被中侏罗统万宝组酸性火山碎屑岩及含煤地层不整合覆盖(图 5)。该期火山岩在石人沟一带围绕中二叠世二长花岗岩体呈似环状分布，并与其共同构成了石人沟环形构造(图 2)。

图 3 额里图组火山岩喷发不整合覆盖于早二叠纪钾长花岗斑岩体之上 Figure 3 The Elitu formation volcanics eruption unconformity cover on the early Permian K-feldspar granite porphyry

图 4 额里图组安山玄武岩被中二叠纪二长花岗岩体侵入 Figure 4 Andesitic basalt of the Elitu formation was Invaded Middle Permian monzogranite

图 5 柳条沟南额里图组火山岩被万宝组凝灰质砂岩不整合覆盖 Figure 5 The Elitu formation volcanics unconformably overlain by the Wanbao formation tuffaceous sandstones in the Liutiaogou southern

该套火山岩岩层产状较晚侏罗世火山岩陡，总体较为稳定，倾角在17°～36°之间(图 6a)，主要为中基性夹酸性火山岩岩石组合(图 7)，下部以中性火山岩为主，夹基性火山岩，岩性主要有安山岩(图 6b、6c)、辉石安山岩、角闪安山岩、安山质角砾熔岩、拉斑玄武岩(图 6d)、玄武安山岩(图 6e)、安山质含火山蛋火山角砾岩、安山质含角砾熔岩凝灰岩、英安岩等，厚度大于3000m；上部则为中酸性火山岩，岩性主要有流纹质(含角砾)岩屑晶屑凝灰岩(图 6f)、英安质(含角砾)岩屑晶屑凝灰岩、流纹质熔岩角砾岩、凝灰角砾岩、流纹岩等，厚度大于900m。

(a)火山岩野外产状；(b)安山岩；(c)安山岩；(d)拉斑玄武岩；(e)橄榄辉石玄武安山岩；(f)流纹质岩屑晶屑凝灰岩图 6 额里图组火山岩野外照片及显微镜下照片 Figure 6 Field photographs and microscope photographs of the Elitu formation volcanic rocks

图 7 盔甲山一带二叠系额里图组火山岩地质剖面 Figure 7 Geological section of The Elitu formation volcanics in the Kuijiashan area

岩石普遍发育绿泥石化、绿帘石化，亦常见次闪石化、绿高岭石化、碳酸盐化、硅化等蚀变现象。这些蚀变现象在晚侏罗世火山岩中未见。

从岩石分布来看，额里图组下部中基性爆发相产物主要分布在香山庙往北一带，断续延伸到牛家营子以南地区，溢流相产物广泛发育，主要分布在石人沟西部及南部地区。上部中酸性火山碎屑岩主要出露在盔甲山一带和南台子东北地区，其他地段的额里图组出露区则未见上部中酸性火山碎屑岩分布。

1.2 区域地层对比

与区域上二叠系额里图组火山岩地层相比，铭山隆起带上的额里图组火山岩厚度较大，未见沉积夹层，底部被中二叠世花岗岩体侵入，这一特点与北部克什克腾旗于家北沟一带分布的额里图组火山岩具有一定的相似性(内蒙古自治区地质矿产局，1996)。同时，区域上大部分额里图组火山岩地层未见酸性火山岩层，仅在翁牛特旗武家沟南山一带分布的额里图组上部表现为中酸性火山岩(内蒙古自治区地质矿产局，1996)，这一特点又与本区上部酸性火山岩夹中性火山岩的岩石组合类似。

与西部正蓝旗食品牧场一带的额里图组相比，其主体为一套英安质火山碎屑岩，夹有泥岩和泥灰岩(中国地质大学(北京)，2000) ，大致与本区额里图组二段的中酸性火山碎屑岩相当，但有海相沉积夹层，本区则未见海相沉积夹层。

因此，研究区内额里图组火山岩岩石组合与克什克腾旗和翁牛特旗地区的额里图组火山岩具有一定的可比性。

2 样品及分析测试方法

本次用于锆石U-Pb测年的角闪安山岩(NTW02) 样品采集于牛家营子镇南东地区，处于中下部中基性火山岩层中，标为N∶42°11′52.4″、E∶118°29′13.0″，海拔高度884m(图 2)。用于岩石地球化学分析的样品采集地分布在石人沟环形构造以北的盔甲山(5件)、香山庙(3件)和牛家营子镇南东地区(1件)的二叠系额里图组分布区。

样品NTW02为角闪安山岩，呈斑状结构、微晶交织状结构，块状构造，由斑晶和基质组成。斑晶为斜长石、角闪石和少量辉石，斜长石呈0.5～1mm板状，约10%，角闪石为0.5mm柱状，约5%；基质主要为板条状斜长石微晶，约80%，呈流状定向排列，长细柱角闪石分布其间，约5%。

锆石的分选由河北省廊坊区域地质调查研究所完成，样品经常规的粉碎、磁选和重选后，在双目镜下调选晶形较为完好的锆石颗粒，用双面胶粘在玻璃板上，罩上PVC环，然后将环氧树脂和固化剂进行充分混合后从玻璃板上剥离，并对其进行打磨和抛光，然后对样品靶进行显微镜下的反射光、透射光及阴极发光照相。

锆石样品靶在天津地质矿产研究所同位素实验室测试，仪器型号为激光烧蚀多接收器电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)，其分析流程和分析原理见参考文献(Liu et al.，2008，2010；李怀坤等，2009；张耀玲等，2015)。分析结果见表 1，测试数据的误差为1。

表 1 盔甲山一带额里图组角闪安山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data of the Elitu formation volcanic rocks in the Kuijiashan area

点号	U	Pb	²⁰⁶Pb/²³⁸U		²⁰⁷Pb/²³⁵U		²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb		²⁰⁸Pb/²³²Th		²³²Th/²³⁸U		²⁰⁶Pb/²³⁸U		²⁰⁷Pb/²³⁵U		²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb
点号	含量/×10^-6		比值	(±1σ)	比值	(±1σ)	比值	(±1σ)	比值	(±1σ)	比值	(±1σ)	年龄/Ma(±1σ)		年龄/Ma(±1σ)		年龄/Ma(±1σ)
1	79	4	0.0431	0.0006	0.3106	0.0520	0.0523	0.0086	0.0158	0.0006	0.7118	0.0009	272	4	275	46	297	376
2	74	39	0.4558	0.0048	9.8791	0.1295	0.1572	0.0018	0.1412	0.0005	0.5186	0.0009	2421	26	2424	32	2426	19
3	185	84	0.4430	0.0051	9.2228	0.1343	0.1510	0.0017	0.1331	0.0005	0.1178	0.0006	2364	27	2360	34	2357	19
4	54	33	0.5240	0.0064	13.5091	0.1938	0.1870	0.0022	0.1610	0.0010	0.4925	0.0006	2716	33	2716	39	2716	19
5	141	7	0.0435	0.0005	0.3111	0.0111	0.0519	0.0018	0.0150	0.0001	0.7909	0.0046	274	3	275	10	280	81
6	76	33	0.3521	0.0045	5.8078	0.0861	0.1196	0.0016	0.1115	0.0007	0.8819	0.0007	1945	25	1948	29	1951	24
7	343	17	0.0432	0.0007	0.3084	0.0062	0.0518	0.0015	0.0189	0.0001	0.5971	0.0011	273	4	273	5	276	65
8	171	9	0.0435	0.0005	0.3090	0.0148	0.0515	0.0024	0.0172	0.0002	0.8253	0.0042	274	3	273	13	265	107
9	246	142	0.4898	0.0063	11.4996	0.1706	0.1703	0.0019	0.1361	0.0010	0.6730	0.0047	2570	33	2565	38	2560	19
10	197	113	0.4909	0.0052	11.5134	0.1528	0.1701	0.0019	0.1245	0.0004	0.7020	0.0026	2574	27	2566	34	2559	19
11	46	2	0.0429	0.0006	0.3079	0.0446	0.0521	0.0077	0.0165	0.0004	0.7600	0.0009	271	4	273	40	289	338
12	112	62	0.4759	0.0074	10.9449	0.1919	0.1668	0.0019	0.1099	0.0015	0.7361	0.0039	2509	39	2518	44	2526	19
13	249	12	0.0433	0.0005	0.3097	0.0080	0.0519	0.0012	0.0123	0.0001	0.8206	0.0024	273	3	274	7	280	54
14	104	5	0.0433	0.0005	0.3084	0.0320	0.0516	0.0053	0.0150	0.0005	0.5267	0.0009	273	3	273	28	269	235
15	437	212	0.4720	0.0051	10.7558	0.1437	0.1653	0.0018	0.1157	0.0007	0.0896	0.0012	2492	27	2502	33	2510	19
16	49	29	0.5129	0.0059	12.6568	0.1805	0.1790	0.0020	0.1276	0.0006	0.6192	0.0089	2669	31	2654	38	2643	19
17	129	65	0.4413	0.0048	9.2237	0.1276	0.1516	0.0017	0.1203	0.0006	0.6079	0.0009	2357	26	2360	33	2364	19
18	127	6	0.0435	0.0005	0.3119	0.0189	0.0520	0.0031	0.0157	0.0002	0.7805	0.0019	275	3	276	17	285	138
19	51	25	0.4834	0.0052	11.2142	0.1546	0.1683	0.0020	0.1623	0.0036	0.0870	0.0005	2542	28	2541	35	2540	20
20	206	105	0.4686	0.0048	10.5663	0.1368	0.1636	0.0018	0.1488	0.0004	0.3039	0.0011	2477	25	2486	32	2493	19
21	71	5	0.0590	0.0006	0.5329	0.0274	0.0655	0.0034	0.0210	0.0002	0.8849	0.0006	369	4	434	22	792	108
22	66	3	0.0436	0.0006	0.3094	0.0256	0.0514	0.0042	0.0181	0.0004	0.4199	0.0014	275	4	274	23	261	189
23	214	127	0.5113	0.0051	12.7311	0.1641	0.1806	0.0020	0.1813	0.0009	0.4341	0.0013	2662	26	2660	34	2658	19
24	91	56	0.4978	0.0051	11.9788	0.1622	0.1745	0.0022	0.1867	0.0011	0.6776	0.0010	2604	27	2603	35	2602	21
25	603	236	0.3792	0.0050	6.6860	0.0987	0.1279	0.0014	0.1835	0.0020	0.1299	0.0008	2073	27	2071	31	2069	20

表 1 盔甲山一带额里图组角闪安山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic data of the Elitu formation volcanic rocks in the Kuijiashan area

岩石主量和微量元素含量的分析测试工作在承德华勘五一四地矿测试研究有限公司完成，主量元素测试采用XRF分析，分析精度优于5%，微量和稀土元素采用ICP-MS方法，分析精度优于10%。9件岩石样品的主、微量元素分析结果见表 2。

表 2 盔甲山一带额里图组火山岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major，trace，and race earth elements analyses of Elitu formation volcanics in the Kuijiashan area

岩性	辉石安山岩	安山岩	英安岩	绿帘石化英安岩	角闪安山岩	英安岩	流纹岩	流纹岩	安山岩
样号	CWL08	CWL09	CWL10	NWL27	NWL28	NWL43	NWL54	NWL55	CWL46
SiO₂	53.74	53.94	64.38	64.98	59.46	65.02	76.90	76.00	60.18
TiO₂	1.24	1.44	0.74	0.66	0.80	0.54	0.21	0.24	0.70
Al₂O₃	16.91	17.93	16.38	15.60	18.43	16.14	12.24	13.51	15.13
Fe₂O₃	5.87	6.04	3.13	3.75	3.71	2.53	1.72	1.57	6.02
FeO	1.94	2.85	1.63	0.88	1.05	1.27	0.01	0.014	0.03
MnO	0.09	0.13	0.04	0.04	0.05	0.037	0.07	0.15	0.10
MgO	4.03	4.06	2.01	1.71	2.50	1.82	0.20	0.22	4.77
CaO	6.20	4.41	2.68	2.15	2.29	3.15	0.17	0.16	5.89
Na₂O	2.40	3.15	4.50	4.12	6.24	4.76	2.28	0.95	4.03
K₂O	2.59	1.71	2.39	2.46	1.24	2.79	4.26	4.82	1.39
P₂O₅	0.27	0.30	0.17	0.11	0.18	0.11	0.01	0.03	0.15
CO₂	0.42	0.52	0.73	0.13	0.31	0.21	0.19	0.14	0.52
烧失量	4.15	4.58	2.66	3.54	4.80	2.06	1.20	1.85	1.00
总量	99.85	101.06	101.44	100.13	101.06	100.44	99.46	99.65	99.91
Li	34.60	30.00	28.20	15.40	20.60	16.80	64.70	28.60	29.60
Be	2.48	2.65	2.77	2.53	2.72	2.62	2.62	4.83	2.01
Sc	17.60	14.90	6.56	7.30	7.40	8.10	4.30	4.73	15.10
V	118.00	129.00	49.40	59.60	69.10	47.80	9.70	9.70	99.80
Cr	85.50	142.00	64.70	50.90	15.30	21.80	3.40	9.90	220.00
Co	25.60	36.30	15.30	11.70	13.60	10.80	1.40	1.25	18.00
Ni	29.30	129.00	53.60	29.00	13.40	14.80	7.40	4.10	140.00
Ga	20.40	18.80	18.10	17.90	21.70	16.00	18.60	19.50	19.70
Rb	47.00	35.60	55.50	71.30	34.70	58.60	181.00	186.00	33.60
Sr	680.00	515.00	507.00	270.00	238.00	517.00	15.20	51.40	1083.00
Nb	6.34	9.56	8.86	5.39	6.67	5.40	36.40	37.10	45.40
Cd	0.12	0.08	0.12	0.08	0.11	0.11	0.15	0.18	7.11
In	0.05	0.05	0.03	0.09	0.03	0.03	0.06	0.07	0.18
Cs	1.13	1.04	1.42	2.13	1.29	1.24	9.62	14.40	1.64
Hf	6.80	5.00	4.70	4.30	4.60	4.00	23.50	24.40	7.68
Ta	0.47	0.67	0.60	0.40	0.51	0.40	2.89	2.73	0.61
W	0.77	0.59	0.51	0.70	1.12	0.80	0.89	0.93	0.91
Re	0.07	0.08	0.05	0.03	0.03	0.04	0.01	0.21	0.08
Tl	0.49	0.48	0.48	0.54	0.43	0.49	1.94	1.13	0.38
Th	5.78	4.10	4.83	4.45	4.25	4.80	14.30	13.40	6.47
U	1.00	0.65	0.97	0.95	0.63	1.20	1.44	3.30	3.76
Se	0.07	0.07	0.07	0.07	0.07	0.07	0.09	0.11	0.07
Zr	206.00	188.00	154.00	143.00	163.00	119.00	190.00	169.00	156.00
Ba	622.00	415.00	472.00	537.00	250.00	571.00	592.00	597.00	737.00
La	26.90	23.60	19.80	17.60	14.63	19.00	51.20	90.14	50.20
Ce	54.30	48.60	37.90	40.21	39.26	45.07	119.60	135.60	116.30
Pr	6.98	6.30	4.58	4.03	3.59	4.45	10.89	20.16	11.80
Nd	23.80	21.40	15.20	12.83	11.98	14.36	37.61	71.08	45.40
Sm	4.34	4.02	2.79	2.73	2.60	3.00	5.91	11.19	7.95
Eu	1.35	1.24	0.96	0.81	0.74	0.90	0.82	1.24	2.06
Gd	4.81	4.58	3.19	2.47	2.40	2.75	5.36	10.63	7.11
Tb	0.70	0.67	0.47	0.39	0.37	0.44	0.71	1.56	1.03
Dy	3.90	3.70	2.63	1.95	1.83	2.29	3.95	8.68	5.57
Ho	0.83	0.77	0.53	0.39	0.35	0.46	0.73	1.73	1.07
Er	2.03	1.78	1.21	0.91	0.82	1.12	2.17	5.13	3.22
Tm	0.38	0.32	0.22	0.14	0.12	0.17	0.33	0.74	0.45
Yb	2.05	1.72	1.16	0.95	0.80	1.24	2.16	5.05	3.07
Lu	0.35	0.28	0.18	0.12	0.10	0.16	0.31	0.73	0.43
Y	20.90	18.50	13.80	8.46	7.73	10.78	20.91	51.97	32.60
LREE	117.67	105.15	81.23	78.19	72.81	86.79	226.03	329.41	233.69
HREE	15.05	13.80	9.58	7.31	6.79	8.63	15.72	34.24	21.94
La_N/Yb_N	9.41	9.85	12.29	13.27	13.20	11.04	17.02	12.82	11.76
δEu	0.90	0.88	0.98	0.93	0.88	0.94	0.44	0.34	0.82
注：主量元素单位为%，微量元素为×10^-6。

表 2 盔甲山一带额里图组火山岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major，trace，and race earth elements analyses of Elitu formation volcanics in the Kuijiashan area

3 锆石U-Pb测年

用于锆石U-Pb测年的样品(NTW02) 采集自额里图组下部中基性火山岩层的中下部层位。阴极发光(CL)图像显示，锆石多发育岩浆震荡环带结构，部分锆石含无环带结构的黑色继承锆石核(图 8)。对选择的25颗锆石进行了分析，其中，23个测点位于具环带结构的岩浆锆石上，其Th/U值大于0.1。

图 8 额里图组角闪安山岩样品锆石阴极发光图像 Figure 8 Representative CL images of the zircons from the Hornblende andesites of the Elitu formation

在25个测点中，第6和25号2个测点的 ²⁰⁶ Pb/²³⁸U年龄为1945±25Ma和2073±27Ma，第2、3、4、9、10、12、15、16、17、19、20、23和24等13个测点的 ²⁰⁶ Pb/²³⁸U年龄介2357±27～2716±33Ma之间。另有第21号测点的 ²⁰⁶ Pb/²³⁸U年龄为369±4Ma。测得的这些较高年龄值是继承锆石残留核的年龄。

第1、5、7、8、11、13、14、18、22等9个测点的 ²⁰⁶ Pb/²³⁸U年龄为271±4～275±4Ma，且在U-Pb谐和图上的投影点位于协和线上(图 9a)，其年龄加权平均值为273.6±2.2Ma(MSWD=0.16) ，代表了火山岩的喷发年龄为早二叠世晚期。

图 9 角闪安山岩锆石U-Pb谐和图和²⁰⁶ Pb/²³⁸ U年龄图 Figure 9 Zircon U-Pb concordia diagram and ²⁰⁶ Pb/²³⁸U age plot of the Hornblende andesites

这一年龄结果，还反映了隆起带的基底为新太古代-古元古代的岩浆岩和变质岩，也反映了区域上在晚泥盆世时期经历过岩浆活动。这一认识，与铭山隆起带上残留的太古界乌拉山岩群地层和元古代变质花岗岩的存在相印证，也与区域上沿华北地块北缘存在的晚泥盆世岩浆活动时间相统一。

4 岩石地球化学特征 4.1 主量元素

对9件样品的主量元素数据重新计算到100%后，利用Geokit程序(路远发，2004)在TAS和SiO₂-Zr/TiO₂图(图 10a，10b)上进行投点，结果显示，额里图组火山岩由玄武安山岩、安山岩、英安岩和流纹岩组成。在岩石系列K₂O-SiO₂图解(Peccerillo and Taylor，1976)(图 11)上，大部分点落在高钾钙碱性系列中，部分落入钙碱性系列，这与华北地块北缘早石炭世晚期-中二叠世岩浆岩主要以钙碱性-高钾钙碱性的特征相同(张拴宏等，2010)。

图 10 TAS岩石分类图和火山岩SiO₂-Zr/TiO₂岩石分类图 Figure 10 TAS classification and SiO₂ vs. Zr/TiO₂ classification of the volcanics

图 11 额里图组火山岩K₂O-SiO₂图解 Figure 11 SiO₂-K₂O diagram of the Elitu Formation volcanics

4.2 微量元素

分析结果显示，额里图组一段中基性火山岩样品的稀土元素总量为85.5～132.73，轻重稀土元素比值(LREE/HREE)为7.62～10.72，(La/Yb)_N为9.41～13.27；二段中酸性火山岩样品的稀土元素总量241.76～363.65，轻重稀土元素比值(LREE/HREE)为9.62～14.38，(La/Yb)_N为11.76～17.02。这一结果表明，额里图组火山岩属轻稀土元素富集型，且从下部的中基性火山岩到上部的中酸性火山岩，稀土元素总量呈现出逐渐增高的特点。下部中基性火山岩的δEu为0.82～0.98，具弱负异常，上部中酸性火山岩的δEu为0.34～0.44，具明显的负Eu异常。

9件样品的稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图解如图 11所示。轻重稀土元素分异明显，呈右倾模式，属轻稀土元素富集型；岩石明显富集Rb、Th、U等大离子亲石元素，亏损Ta、Nb、P、Ti等高场强元素。

5 讨论 5.1 形成时代

1 ︰ 20万区调工作(内蒙古自治区第二区域地质调查队，1967)在与区域上火山岩进行对比后，将该地区火山岩与铭山隆起带南北两侧的中生代火山岩沉积盆地中的火山岩一起放置于了中晚侏罗世。本次1 ︰ 5万矿调(核工业二〇八大队，2015a)在牛家营子镇南东角闪安山岩中测得的锆石年龄为273.6±2.2Ma。同时，该区火山岩喷发不整合覆盖于早二叠纪钾长花岗班岩体之上，并被中二叠纪二长花岗岩体侵入，被中侏罗统万宝组火山碎屑岩不整合覆盖，且中基性火山岩广泛发育绿泥石化、绿帘石化等绿色蚀变，这些特征与中晚侏罗世火山岩明显不同。这些信息表明，铭山隆起带上盔甲山一带的中基性火山岩的喷发时间为早二叠世晚期，应放置于二叠系额里图组。

标准化数据据Sun和McDonough(1989) 图 12 额里图组火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图和稀土元素球粒陨石标准化图解 Figure 12 Primitive mantle normalized trace element spider diagrams and chondrite-normalized REE patterns of the Elitu Formation volcanic rocks in the Kuijiashan area

5.2 岩石成因

从7件中基性火山岩样品的分析结果看，其Cr、Ni的含量较低，Cr含量为15.3×10^-6～220×10^-6，Ni含量为13.4×10^-6～140×10^-6，Ta/Yb值均大于0.20，说明玄武岩浆不是来自于亏损地幔，在Nb/Yb-Zr/Yb图解(图 13)上，该区火山岩均落到富集地幔源区。随着岩石从中基性-酸性的演化，Sr、P、Ti、Eu等负异常逐步增大，Zr、Hf、Th、U等正异常也有所增大，结合主量元素地球化学特征及岩石中有斜长石、角闪石、辉石矿物斑晶的特点，可以确定岩浆经历了矿物的分离结晶过程(不排除地壳混染作用)，说明本区额里图组从中基性至酸性的岩石是同源岩浆连续演化的产物。

图 13 火山岩源区判别图(底图据Kerr et al.，1997) Figure 13 Nb/Yb-Zr/Yb diagrams of the Elitu formation volcanics

5.3 构造背景

在花岗岩构造环境Rb-Yb+Ta判别图(Pearce et al.，1984)(图 14a)上，额里图组一段及二段的中基性火山岩都显示出了火山弧岩浆特点，二段的酸性火山岩则位于火山弧与板内2种环境的交界处。使用安山岩构造环境La/Yb-Sc/Ni判别图(图 14b)来看，样品则全部落于安山弧区域。反映了本区额里图组火山岩具有安山弧岩浆的特点。

图 14 额里图组火山岩岩石构造环境判别图 Figure 14 Tectonic discrimination diagrams of the Elitu formation volcanics

区域上，在早石炭世晚期-中二叠世期间，古亚洲洋向华北地块俯冲，沿华北地块北缘形成了一系列的岩浆活动(张拴宏等，2010)。其中，在早中二叠世形成的侵入岩亦较多，其锆石年龄在265～299Ma之间(表 3)。主要有商都鸽二山花岗岩(268±4) (核工业二〇八大队，2013)、赤城海流图花岗岩(299±3Ma)(袁桂邦和王慧初，2006)、内蒙古大库伦西花岗闪长岩(268±2Ma)(王芳等，2009)、内蒙古大红山南闪长岩(282±3Ma)(Zhang et al.，2007)、四子王旗大庙花岗闪长岩(265±7Ma)(Zhang et al.，2009b)、赤峰柴胡栏子辉长闪长岩(271±2Ma)(王慧初等，2007)、吉林延边英云闪长岩(285±9Ma)(马芳等，2004)等。同时，在华北地块北缘内蒙古隆起带上，还形成了与俯冲作用有关的弧火山岩(张拴宏等，2010)，如商都独贡营子凝灰熔岩(278±3.5) (核工业二〇八大队，2013)。赤峰西部铭山隆起带上的额里图组火山岩的喷发也应与这一俯冲作用有关。

表 3 华北地块北缘早中二叠世岩石锆石U-Pb年龄 Table 3 Zircon U-Pb ages of the Permianm agmatic rocks northern margin of the North China block

样品号	纬度	经度	产地	岩性	年龄/Ma	测试方法	数据来源
X3-3	41°10.0′	110°38.5′	元恒永	石英闪长岩	282±5	TIMS	袁桂邦和王慧初(2006)
99YG25	40°38′	110°22′	杨克楞	火山灰	290±6	SHRIMP	Cope等(2005)
P062002TW01	714799	4627531	商都独贡营子	霏细质凝灰熔岩	278±3.5	LA-ICP-MS	未发表数据
P071003TW01	717627	4623165	商都鸽二山	花岗岩	268±4	LA-ICP-MS	未发表数据
Hq33	41°09′58″	115°05′20″	赤城海流图	二长花岗岩	299±3	LA-ICP-MS	王芳等(2009)
ZL21C	40°59′	115°39′	赤城镇宁堡	二长花岗岩	287±1	LA-ICP-MS	王芳等(2009)
T3S-1	39°56′57″	115°55′30″	北京西山	凝灰岩	296±4	SHRIMP	Zhang等(2007)
Ch9808146	40°58′34″	115°38′38″	镇宁堡	片麻状花岗岩	273±1	Pb-Pb蒸发	Zhang等(2009b)
05A06	40°53.355′	116°37.14′	喇嘛沟门	闪长岩	288±5	SHRIMP	王慧初等(2007)
05J05	40°59.595′	116°58.65′	天桥	石英闪长岩	280±6	SHRIMP	王慧初等(2007)
Ch9808160	41°02′03″	116°58′23″	厢黄旗	闪长岩	274±1	Pb-Pb蒸发	Zhang等(2009b)
Ch9808160	41°02′03″	116°58′23″	厢黄旗	闪长岩	274±9	SHRIMP	Zhang等(2009b)
RP-16	41°00′	117°16′	滦平	球状闪长岩	284±8	SHRIMP	马芳等(2004)
04ZH80	40°27.9′	118°34.1′	东湾子	辉长岩	298±3	SHRIMP	Zhao等(2007)
ZQ05-06	41°20′33″	108°11′13″	乌梁斯太	花岗岩	277±3	SHRIMP	罗红玲等(2009)
NTW02	42°11′52.4″	118°29′13.0″	赤峰盔甲山	角闪安山岩	273.6±2.2	LA-ICP-MS	本文
NM010-1	42°19′57″	118°29′38″	柴胡栏子	辉长闪长岩	271±2	LA-ICP-MS	张拴宏等(2010)
—	—	—	四子王旗大庙	花岗闪长岩	265±7	SHRIMP	章永梅等(2009)
YZ02-12-3	42°28′46″	128°46′12″	延边	英云闪长岩	285±9	LA-ICP-MS	Zhang等(2004)

表 3 华北地块北缘早中二叠世岩石锆石U-Pb年龄 Table 3 Zircon U-Pb ages of the Permianm agmatic rocks northern margin of the North China block

6 结论

(1) 根据LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄及其与围岩的接触关系，赤峰西部铭山隆起带上盔甲山一带额里图组火山岩年龄为273.6±2.2Ma，其时代为早二叠世晚期，铭山隆起带主体地质体的形成时间应为二叠世，而非以往所认为的晚侏罗世。

(2) 额里图组火山岩是一套由玄武岩、玄武安山岩、安山岩、英安岩、流纹岩及中酸性火山碎屑岩岩石组成的钙碱性-高钾钙碱性系列岩石组合，岩浆经历了矿物的分离结晶过程，是同源岩浆连续演化的产物，具有由底至顶由中基性向中酸性岩浆演化的特点。该期火山岩产出于安山弧环境，它的形成与晚古生代古亚洲洋向华北地块的俯冲作用有关。

致谢: 研究过程中得到了内蒙古自治区地质调查院孟二根高级工程师、苏宏伟高级工程师的启发和帮助，在锆石U-Pb同位素分析过程中得到了天津地质矿产研究所周红英研究员的帮助，在此一并致谢。

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矿物岩石地球化学通报 2016, Vol. 35 Issue (6): 1329-1340	PDF