2013, Vol. 29
中亚造山带是全球显生宙大陆增生最显著的地区，也是全球最大的增生造山带(肖文交等, 2008)，夹持于华北板块北缘、西伯利亚板块间的兴蒙造山带属中亚造山带东段(李双林和欧阳自远, 1998)。内蒙古中部横跨兴蒙造山带和华北板块北缘两大构造单元，经历了复杂的构造演化，岩浆活动强烈，其中二叠纪-早三叠世岩浆活动最为显著(内蒙古自治区地质矿产局, 1991；柳长峰, 2010；张拴宏等, 2010)。研究区温都尔庙南-铁沙盖地区位于内蒙古中部中段，索伦缝合带南侧(图 1)，区内石英闪长岩-花岗闪长岩十分发育。镶黄旗幅1∶20万区域地质调查报告(内蒙古自治区地质局区域地质测量队, 1976①)中将研究区内敖包恩乌苏、哈达庙及前胡哨等地的灰白色黑云角闪石英闪长岩的时代定为三叠纪(δο51)，童英等(2010) 对哈达庙石英闪长岩进行了定年(277.2±2.9Ma)，郝百武和蒋杰(2010) 对哈达庙石英闪长岩的年代学(272.9±2.4Ma)、地球化学及其形成机制进行了详细的研究；1∶20万商都幅(内蒙古自治区地质局区域地质测量队, 1971②)、三道沟幅(内蒙古自治区地质局区域地质测量队, 1967③)、镶黄旗幅区域地质调查报告中将灰白色中细粒、细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩定为γδ43(二叠纪)、γδ51(三叠纪)，童英(2010) 对镶黄旗巴音察汗灰白色中细粒角闪黑云花岗闪长岩进行了定年(261.7±6.1Ma)。前人对研究区内广泛出露的石英闪长岩-花岗闪长岩的研究范围较为局限，仅为单个小岩株，尤其是花岗闪长岩，仅有巴音察汗岩体的年龄数据，而其地球化学特征、形成的构造环境等关键问题尚未进行研究。查明这些问题，为西伯利亚板块与华北板块北缘的碰撞时间及位置可提供重要信息。鉴于此，本文在1∶25万苏尼特右旗幅(吉林大学地质调查院, 2012a④)、集宁市幅(吉林大学地质调查院, 2012b⑤)区调修测的基础上，结合石英闪长岩-花岗闪长岩的野外产状、矿物特征、地球化学特征、年代学特征，进一步确定了其形成时代，探讨了成因及形成的构造环境。
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图 1 研究区大地构造位置(据Xiao et al., 2003修改) Fig. 1 Geological regional location of research area (modified after Xiao et al., 2003) |
①内蒙古自治区地质局区域地质测量队. 1976. 镶黄旗幅1∶20万区域地质调查报告
②内蒙古自治区地质局区域地质测量队. 1971. 商都幅1∶20万区域地质调查报告
③内蒙古自治区地质局区域地质测量队. 1967. 三道沟幅1∶20万区域地质调查报告
④吉林大学地质调查院. 2012a. 1∶25万苏尼特右旗幅地质图
⑤吉林大学地质调查院. 2012b. 1∶25万集宁幅地质图
2 地质背景及岩体地质研究区温都尔庙南-铁沙盖地区大地构造位置处于华北板块北缘中段，兴蒙造山带南缘(图 1)，区内地质概况十分复杂。研究区内发育三条近东西向断裂(陈琦等, 1993)(图 2)，将研究区分成四个构造单元，由南往北依次为：华北克拉通结晶基底，由新太古代兴和岩群麻粒岩、黑云角闪岩和与其密切共生的紫苏花岗质片麻岩，古元古代集宁岩群富铝片麻岩、大理岩和片麻状石榴花岗岩组成，后被早古生代岩浆作用叠加；中-新元古代大陆边缘裂谷带，发育了一套浅变质碎屑岩和碳酸盐岩建造的白云鄂博群，中元古代白云母伟晶状花岗岩、二长花岗岩与其共生；华北板块北缘早古生代造山带，是兴蒙造山带一部分，发育早古生代温都尔庙群、白乃庙群、徐尼乌苏组和西别河组以及岩石类型丰富的奥陶纪侵入岩(蛇纹石化橄榄岩、辉长岩、石英闪长岩、奥长花岗岩等)，相对单调的早志留世侵入岩(石英闪长岩、斜长花岗岩)；晚古生代造山带，以石炭系-二叠系、侵入岩(以二叠纪石英闪长岩、花岗闪长岩及花岗岩为主，石炭纪和泥盆纪次之)广泛产出为特征，晚古生代岩浆作用对整个研究区都有叠加改造。
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图 2 研究区地质简图 Fig. 2 Geological sketch map of research area |
研究区内早二叠世黑云角闪石英闪长岩、早中二叠世角闪黑云花岗闪长岩，呈岩株、岩基状产出。由于黑云角闪石英闪长岩出露面积较小，其中包体较少，本文重点对角闪黑云花岗闪长岩中的黑云闪长岩包体进行了研究。
黑云角闪石英闪长岩岩体集中分布于研究区北部敖包恩乌苏、哈达庙、夏日哈达及前胡哨，出露面积共80.0km2。岩体侵入寒武系-奥陶系白乃庙群、二叠系、早二叠世闪长玢岩岩株，后被新生界覆盖，中二叠世花岗岩侵入其中，局部见深灰色闪长岩包体。
角闪黑云花岗闪长岩岩体分布广泛，从北往南均有出露，主要分布在苏吉南、哈达庙东、南敖包图-巴音察汗、铁沙盖南，出露面积534.3km2。区内角闪黑云花岗闪长岩发育两期，早期为青灰色-灰白色中细粒角闪黑云花岗闪长岩，晚期为青灰色-灰白色细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩。岩体侵入中、新元古界白云鄂博群、古生界志留系普里道利统西别河组及二叠系；后被大面积新生界覆盖，早中二叠世花岗岩侵入。岩体球状风化显著，见有白云鄂博群变质石英砂岩、石英岩捕掳体，捕掳体分布不均，大小不一，大则达3.12km2，小则0.06km2，多呈透镜状。岩体中黑云闪长岩包体在岩体边部、中心均发育，其分布不均，局部富集，呈包体群产出(图 3d)。包体大小不一，最大者长轴呈700m，最小者为1~2cm。包体形态复杂，但多数为浑圆状、透镜状和板状，集宁幅清水沟附近的包体定向，倾向北东。
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图 3 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)的宏观特征 (a)-黑云角闪石英闪长岩；(b)-中细粒角闪黑云花岗闪长岩；(c)-细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩及黑云闪长岩包体；(d)-角闪黑云花岗闪长岩中的包体群 Fig. 3 Macro-characteristics for quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (enclave) (a)-biotite-hornblende quartz diorite; (b)-medium-fine grained hornblende-biotite granodiorite; (c)-fine grained porphyraceous hornblende-biotite granodiorite and enclaves of biotite diorite; (d)-enclaves in hornblende-biotite granodiorite |
细粒似斑状黑云角闪石英闪长岩风化面土黄色，新鲜面灰白色、灰绿色，似斑状结构，块状构造(图 3a、图 4a)。斑晶为斜长石(5%)，见环带结构；基质为细粒花岗结构，主要由斜长石(55%)、钾长石(25%)、石英(5%)、普通角闪石(10%)和黑云母(5%)组成，其中钾长石与石英交生，构成文象结构；副矿物为锆石，磁铁矿。
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图 4 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩的显微特征 (a)-黑云角闪石英闪长岩，正交偏光；(b)-中细粒角闪黑云花岗闪长岩，正交偏光；(c)-细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩，正交偏光；(d)-细粒似斑状黑云闪长岩(包体)，正交偏光；(e)-包体中斜长石斑晶的环带结构及聚片双晶，黑云母镶边，正交偏光；(f)-包体中针状、柱状磷灰石，单偏光. Q-石英；Pl-斜长石；Kf-钾长石；Bi-黑云母；Hb-角闪石；Ap-磷灰石 Fig. 4 Microscopic characteristics of quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (a)-biotite-hornblende quartz diorite, CPL; (b)-medium-fine grained hornblende-biotite granodiorite, CPL; (c)-fine grained porphyraceous hornblende-biotite granodiorite, CPL; (d)-fine grained porphyraceous biotite diorite (enclave), CPL; (e)-zonal structure and polysynthetic twin and margination of biotite for plagioclase in enclave, CPL; (f)-acicular and columnar apatite for enclave, PPL. Q-quartz；Pl-plagioclase；Kf-K-feldspar; Bi-biotite；Hb-hornblende；Ap-apatite |
中细粒角闪黑云花岗闪长岩，风化面深褐色，新鲜面青灰色-灰白色，中细粒花岗结构，块状构造(图 3b、图 4b)。主要造岩矿物为：斜长石(＞60%)，发育环带结构，石英(20%)，条纹长石(＜5%)，见交代蠕虫结构，黑云母(10%)，普通角闪石(5%)；副矿物为短柱状磷灰石，双锥状、粒状锆石及磁铁矿。
细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩，风化面浅褐色，新鲜面青灰色-灰白色，似斑状结构，块状构造(图 3c、图 4c)。斑晶为斜长石(5%)；基质为细粒花岗结构，由石英(20%)、斜长石(60%)、条纹长石(5%)、黑云母(10%)及普通角闪石(5%)组成，斜长石发育环带结构；副矿物为磁铁矿、短柱状磷灰石及粒状锆石。
细粒似斑状黑云闪长岩，风化面深灰色，新鲜面灰黑色，似斑状结构，块状构造(图 3c, d、图 4d-f)。斑晶为斜长石(5%)，发育环带结构及聚片双晶(图 4e)；基质为细粒花岗结构，由斜长石(50%~70%)、普通角闪石(10%~20%)、黑云母(15%~25%)及石英(＜5%)组成，局部包体的基质中含有较多辉石；副矿物为榍石，粒状锆石，长柱状、针状磷灰石(图 4f)。
4 样品采集及实验方法野外采集3块新鲜黑云角闪石英闪长岩样品，10块新鲜角闪黑云花岗闪长岩样品，3块新鲜黑云闪长岩(包体)进行全岩主量和微量元素分析，选取其中1块黑云角闪石英闪长岩、2块角闪黑云花岗闪长岩样品进行锆石LA-ICP-MS U-Pb定年研究。
在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室进行了锆石挑选，中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心进行了锆石制靶和阴极发光(CL)图像的采集，锆石U-Pb年龄在天津地质矿产研究所实验测试室激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪(LA-MC-ICP-MS)上测定，利用193nm FX激光器对锆石进行剥蚀，激光斑束直径为50μm，频率为10Hz，采用He作为激光剥蚀物质的载气，送入Neptune(MC-ICPMS)，利用动态变焦扩大色散使质量数相差很大的U-Pb同位素可以同时接收，进行U-Pb同位素测定。锆石标样采用GJ-1标准锆石，数据处理采用中国地质大学刘勇胜编写的ICPMSDataCal程序，加权平均年龄计算及谐和图的绘制采用Isplot(Ludwig, 1991)，采用208Pb对普通铅进行校正，利用NIST612玻璃标样计算锆石样品的Pb、U、Th含量。具体测试方法、详细分析步骤见文献(李怀坤等，2009)。
岩石化学分析在国家地质实验测试中心完成，主量元素采用ICP-AES(原子发射光谱)，LOI为1000℃烧失；稀土元素中La、Ce采用ICP-AES，其他元素采用ICP-MS；微量元素中Sc、Sr、Ba采用ICP-AES，Nb、Rb、Zr、Cr、V、Co、Th、Hf、Ta、U采用ICP-MS。
5 分析结果 5.1 年代学黑云角闪石英闪长岩，中细粒、细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩LA-ICP-MS U-Pb定年结果见表 1。
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表 1 石英闪长岩、花岗闪长岩中的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for quartz diorite and granodiorite |
黑云角闪石英闪长岩(JN35)中锆石主要呈自形-半自形(图 5)，阴极发光图像(CL)显示，多数锆石震荡环带清晰，个别震荡环带较弱，Th/U值介于0.06~1.16之间(多数为0.44~1.16)，表明锆石属岩浆成因(Koschek, 1993)。样品中大多数锆石投影在谐和曲线上，个别锆石因Pb丢失偏离谐和曲线(图 6)，21颗锆石206Pb/238U年龄为279~265Ma(1σ)，3颗锆石206Pb/238U年龄为263~253Ma(1σ)，所有数据的206Pb/238U加权平均年龄为271.8±2.4Ma(MSWD=20)(图 6)，代表了黑云角闪石英闪长岩形成时代为早二叠世。
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图 5 石英闪长岩和花岗闪长岩部分锆石CL图像 Fig. 5 CL images of selected zircons for quartz diorite and granodiorite |
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图 6 石英闪长岩和花岗闪长岩锆石U-Pb谐和图 Fig. 6 U-Pb concordia diagrams of zircon for quartz diorite and granodiorite |
中细粒角闪黑云花岗闪长岩(P38b2-1)中锆石自形-半自形(图 5)，韵律环带结构发育，Th/U值介于0.38~0.84之间，表明锆石属岩浆成因(Koschek, 1993)。样品中大部分锆石均投影在谐和线上，24颗锆石206Pb/238U年龄为276~262Ma(1σ)，所有数据加权平均年龄为271.4±1.3Ma(MSWD=1.4)(图 6)，代表了中细粒角闪黑云花岗闪长岩形成时代为早二叠世。
细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩(JN56)中锆石自形-半自形(图 5)，大多数震荡环带清晰，Th/U值介于0.06~2.03之间(大部分介于0.41~2.03之间)，表明锆石属岩浆成因(Koschek, 1993)。24颗锆石206Pb/238U年龄为275~259Ma(1σ)，其加权平均年龄为268.7±1.3Ma(MSWD=1.9)(图 6)，代表了细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩形成时代为中二叠世早期。
5.2 地球化学样品主要元素和稀土、微量元素分析结果见表 2 。
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表 2 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)的主量元素(wt%)、稀土微量元素(×10-6) Table 2 Major (wt%), rare earth and trace element (×10-6) for quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (enclave) |
黑云角闪石英闪长岩SiO2=61.42%~66.34%，TiO2=0.55%~0.77%，Al2O3=14.79%~15.37%，K2O=3.10%~4.08%，Na2O=2.83%~3.01%，CaO =3.23%~4.82%，Mg#=43.40~45.21，(Na2O+K2O)=6.11% ~6.96%，K2O/Na2O=1.03~1.44，铝指数(A/CNK)为0.90~1.00(表 2)，属偏铝质花岗岩类，其铁镁矿物主要为角闪石、黑云母，副矿物为锆石、磁铁矿，表明黑云角闪石英闪长岩属于Ⅰ型花岗岩类。在TAS侵入岩分类图中落在闪长岩、花岗闪长岩范围内(图 7a)，属亚碱性系列，在SiO2-K2O图解中落入高钾钙碱性系列(图 7b)。
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图 7 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)的TAS图解(a)和SiO2-K2O图解(b) 图 8、图 9、图 10中样品符号同此图 Fig. 7 TAS (a) and SiO2-K2O (b) diagrams for quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (enclave) Symbols of samples in Fig. 8, Fig. 9 and Fig. 10 are same to this figure |
角闪黑云花岗闪长岩SiO2=64.81%~71.73%，TiO2=0.43%~0.83%，Al2O3=13.07%~16.49%，K2O=3.38%~5.11%，Na2O=2.61%~4.36%，CaO =1.77%~3.99%，Mg#=42.54~49.93，(Na2O+K2O)=6.41% ~8.40%，K2O/Na2O=0.93~1.96(表 2)，大部分K2O含量大于或略大于Na2O含量。铝指数(A/CNK)为0.93~1.03，属偏铝质-弱过铝质花岗岩类，其铁镁矿物主要为角闪石及黑云母，副矿物为锆石、磷灰石及磁铁矿，反映了其为Ⅰ型花岗岩类。在TAS图解中主要落在花岗闪长岩范围内(图 7a)，属亚碱性系列，在SiO2-K2O图解中落入高钾钙碱性系列(图 7b)。
黑云闪长岩(包体)SiO2=54.81%~58.64%，TiO2=0.86%~1.53%，Al2O3=15.14%~16.80%，K2O=1.65%~3.34%，Na2O=3.39%~3.85%，CaO=4.97%~5.87%，Mg#=45.53~46.87，(Na2O+K2O)=5.50% ~6.80%，K2O/Na2O=0.43~0.99(表 2)。铝指数(A/CNK)为0.81~0.92，属偏铝质，铁镁矿物为角闪石及黑云母，副矿物为绿帘石及磷灰石，反映了其成因属Ⅰ型花岗岩类。在TAS图解中基本落在闪长岩范围内(图 7a)，属亚碱性系列，在SiO2-K2O图解中落入钙碱性、钾玄岩系列(图 7b)。
5.2.2 痕量元素黑云角闪石英闪长岩、角闪黑云花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)均具相对富集轻稀土(LREEs)、亏损重稀土元素(HREEs)的右倾型稀土元素配分曲线(图 8a)。黑云角闪石英闪长岩的稀土元素总量(∑REE)为175.9×10-6~188.0×10-6，LREEs/HREEs为8.37~8.92，Eu弱负异常(δEu=0.66~0.74)，轻重稀土分馏程度强((La/Yb)N=9.29~9.38)；角闪黑云花岗闪长岩的稀土元素总量(∑REE)为106.1×10-6~224.5×10-6，LREEs/HREEs为7.40~12.02，弱Eu负异常(δEu=0.55~0.95)，轻重稀土分馏程度强((La/Yb)N=7.19~14.15)；黑云闪长岩包体的稀土元素总量(∑REE)为150.7×10-6~176.5×10-6，LREEs/HREEs为6.52~9.16，具弱的Eu负异常(δEu=0.51~0.63)，相比之下，黑云闪长岩轻重稀土分馏程度相对较弱((La/Yb)N=6.01~9.50)。
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图 8 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)的稀土元素球粒陨石标准化配分图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig. 8 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element patterns (b) for quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (enclave) |
微量元素原始地幔标准化蛛网图中(图 8b)，黑云角闪石英闪长岩、角闪黑云花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)具有相类似的特征。富集大离子亲石元素(LILEs，Cs、Rb、Ba、K、Th和U)，亏损高场强元素(HFSEs，Nb、Ta和Ti)。
6 讨论 6.1 形成时代本文研究的温都尔庙南-铁沙盖地区黑云角闪石英闪长岩和角闪黑云花岗闪长岩中的锆石呈自形-半自形，内部结构清晰，震荡环带发育，Th/U值较高，表明锆石为岩浆成因，因此所测得的年龄代表岩浆结晶的年龄。黑云角闪石英闪长岩的形成时代为271.8±2.4Ma(MSWD=20)，为早二叠世晚期，与内蒙古武川县西北元恒永黑云角闪石英闪长岩(282.3±4.6Ma，袁桂邦和王惠初，2006)，镶黄旗哈达庙黑云角闪石英闪长岩(277.2±2.9Ma，童英等，2010； 272.9±2.4Ma，郝百武等，2010)形成时代基本一致。中细粒、细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩的形成时代分别为271.4±1.3Ma(MSWD=1.4)、268.1±1.3Ma(MSWD=1.9)，为早中二叠世，与四子王旗大庙黑云花岗闪长岩岩体(265±7Ma，章永梅等，2009)、镶黄旗巴音察汗灰白色中细粒角闪黑云花岗闪长岩岩体(261.7±6.1Ma，童英等，2010)、镶黄旗东侧倒浪呼都格Ⅰ型花岗闪长岩岩体(269.5±2.2Ma，265±2Ma，刑济麟，2010)、四子王旗阿玛乌苏黑云花岗闪长岩(267±9Ma，柳长峰，2010)形成时代基本相吻合。
6.2 包体类型花岗岩中的包体有三种基本类型：捕掳体、残留体和暗色微粒包体(Didier et al., 1991)。捕掳体通常成角砾状，常具重结晶结构(肖庆辉等，2002)，富云母包体、富铝质矿物(夕线石、堇青石、石榴子石、刚玉、尖晶石、红柱石等)，为地壳难熔残留体(梁明宏等，2002)。残留体是地壳深熔之后产生花岗岩浆而残留的难熔残余，具变晶结构，常含富铝矿物(白云母、夕线石、红柱石、堇青石、刚玉、石榴子石、尖晶石)和黑云母集合体外壳(肖庆辉等，2002)。暗色微粒包体具岩浆结构，粒度小于寄主岩石，形状多为浑圆状、椭球状，也见不规则状或长条状，颜色暗于寄主岩石(梁明宏等，2002；王德滋和谢磊，2008)。
研究区内黑云角闪石英闪长岩和角闪黑云花岗闪长岩的围岩中未见闪长岩，察哈尔右翼中旗南约5km处才见有闪长岩出露。项目组测得该闪长岩岩体年龄为297.2Ma左右(待发表)，而黑云角闪石英闪长岩及角闪黑云花岗闪长岩中的锆石，未见297.2Ma左右的捕获锆石，包体形态多数为浑圆状、透镜状和板状，显示塑性流变特征，未见接触热变质、接触交代现象，表明黑云闪长岩包体并非围岩捕掳体。黑云闪长岩包体发育典型的岩浆岩矿物及岩浆结构构造，不发育典型富铝矿物，未见明显的变质岩特征，因此黑云闪长岩包体并非难熔残留体。同源岩浆早期形成的包体，其同种矿物粒度与寄主岩石基本相同(洪大卫，1994)，而黑云闪长岩包体的粒度明显小于寄主岩石，故排除包体是同源岩浆演化的析离体。包体中的斑晶可能是捕获寄主岩石中的斜长石(肖庆辉等，2002)，且有斜长石穿切寄主岩石与包体的界线(图 3c)，包体相对富铁镁矿物，斜长石斑晶结构复杂，有的形状为钉帽状(图 4d)，也见同颗斜长石既发育环带结构又发育聚片双晶，具有黑云母镶边，斜长石边缘及中心包裹较多小颗粒黑云母(图 4e)，表明斜长石在酸性岩浆结晶之后，与基性岩浆混合后斜长石再次生长，包裹了小颗粒的黑云母。磷灰石呈长柱状、针状(图 4f)，通常被认为是岩浆混合过程中，小体积较热的基性岩浆(玄武质岩浆)注入较冷的酸性岩浆而快速冷却的产物(Hibbard, 1991; Guo et al., 2007)。地球化学特征方面，包体成分分散，寄主岩石成分比较集中(图 7)，包体和寄主岩石的稀土、微量元素具有相似的配分模式；共分母和不共分母协变图解可有效判断岩浆混合作用(Barth et al., 2000；张建军等，2012)，共分母图解中(图 9a, b)包体与寄主岩石呈直线相关性，不共分母图解中(图 9c, d)呈双曲线相关性，反映了岩浆混合作用的特征(张建军等，2012)。上述特征表明黑云闪长岩为暗色微粒包体，是岩浆混合作用的产物。华北板块北缘二叠纪岩浆混合作用较为显著，如研究区西侧相邻图幅(1∶25万补力太、四子王旗幅)同时代的角闪黑云花岗闪长岩中发育大量暗色微粒包体(章永梅等，2009)；华北板块北缘西段巴音诺尔公-狼山地区的牙马图岩体侵位于273±1Ma，岩体中发育大量的暗色微粒包体(张建军等，2012)；华北板块北缘东段吉林-珲春地区的晚二叠世-早三叠世花岗闪长岩中广泛发育暗色微粒包体(齐成栋等，2005)。
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图 9 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)的共分母和不共分母协变图 Fig. 9 Covariant diagrams for compositions of quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (enclave) |
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图 10 石英闪长岩、花岗闪长岩及黑云闪长岩(包体)的Y+Nb-Rb、Y-Nb和R1-R2图解 Fig. 10 Y+Nb-Rb, Y-Nb and R1-R2 diagrams for quartz diorite and granodiorite and biotite diorite (enclave) |
若包体和寄主岩石是由同源岩浆分异形成，显然富铁镁质的包体先结晶，寄主岩石后结晶，那么寄主岩石与包体相比，寄主岩石应具更高的稀土总量和明显的负Eu异常(杨学明等，2000)。从稀土元素配分曲线(图 8a)及表 2可见，包体的稀土总量略高于寄主岩石、负Eu异常明显于寄主岩石。显然，包体与寄主岩石是由不同性质的母岩浆演化而成。而寄主岩石黑云角闪石英闪长岩、角闪黑云花岗闪长岩产出位置、侵位时代、地球化学特征基本相同，表明为同源岩浆演化而成。
包体富FeOT、MgO，Sc(20.70×10-6~31.20×10-6)、V含量(114×10-6~175×10-6)远高于上地壳值(Sc=14×10-6、V=97×10-6, Rudnick and Gao, 2003)，暗示包体具有幔源原始岩浆的性质(Frey and Prinz, 1978)，可能为岩石圈地幔部分熔融的产物。包体较高的SiO2(54.81%~58.64%)、K2O(1.65%~3.34%)、Th(12.00×10-6~15.90×10-6)和U(1.96×10-6~3.78×10-6)含量及Nb负异常，表明包体在演化过程中有大量地壳物质的加入。
如果岩浆源区残留金红石，会致使岩浆亏损Nb、Ta、Ti、Zr、Hf等高场强元素(Ionov et al., 1999)，但寄主岩石只亏损Nb、Ta和Ti并不亏损Zr、Hf，因此寄主岩石亏损高场强元素Nb、Ta、Ti与岩浆源区是否残留金红石无关。寄主岩石的负Eu异常不明显，暗示未经历明显的结晶分异作用，其主量元素、稀土元素配分曲线和微量元素蛛网图配分特征与上地壳相同(Rudnick and Gao, 2003)，暗示其岩浆可能由上地壳火成岩部分熔融形成。据寄主岩石为石英闪长岩和花岗闪长岩，高钾钙碱性Ⅰ型花岗岩类，暗色矿物为普通角闪石和黑云母，那么上地壳熔融的热源最有可能的就是来自俯冲熔体的热量(卢良兆和许文良，2011)。洋壳俯冲到一定深度会脱水形成俯冲带富含大离子亲石元素(K、Rb、Cs、Sr、Ba、Th、U等)的流体(王梁等，2012)，大离子亲石元素随着流体进入俯冲洋壳之上的地幔及下地壳，发生交代作用，使地幔部分熔融形成玄武质岩浆，黏性低、温度高的玄武质岩浆(熔融温度约1000℃)混入了上地壳熔融形成的花岗质岩浆(700~800℃)，迅速吸收并消化花岗质岩浆的组分，使其演化成闪长质岩浆并侵位(张旗等，2007)，同时，花岗质岩浆吸收并消化少量玄武质岩浆的组分并侵位形成了黑云角闪石英闪长岩、角闪黑云花岗闪长岩。
6.4 地质意义内蒙古中部发育着华北板块与西伯利亚板块的碰撞缝合带，出露有巨型近东西向晚古生代-早中生代岩浆岩带(内蒙古自治区地质矿产局，1991)，作为研究二者碰撞时间、位置及演化过程的关键部位，一直以来吸引了大量学者对其进行了研究。但对其碰撞缝合时间的厘定，目前存在不同认识：部分学者认为中晚泥盆世-早石炭世闭合(郭胜哲，1986；唐克东和张允平，1991；邵济安，1991；洪大卫等，1994；徐备和陈斌，1997)，石炭纪-二叠纪为裂谷环境(唐克东，1989)；也有部分学者认为二叠纪-三叠纪初闭合(王荃，1986；孙德有等，2004；许立权，2005；李锦轶，2007；柳长峰等，2010b；童英等，2010；赵越等，2010；陈斌，2011)。蛇绿岩一般被认为是大洋岩石圈的残留，出露在缝合带中的镁铁-超镁铁质岩石组合可与现大洋岩石圈各个层圈相对应，因此是确定古板块边界的重要证据(史仁灯，2005)。内蒙古中东部蛇绿岩广泛发育，分布在索伦山、温都尔庙、苏尼特右旗北东、柯单山、翁牛特旗、林西及贺根山等一带(图 1)，使得最终缝合位置的确定较为多样。众所周知，西伯利亚板块与华北板块北缘的界线在索伦山一带是公认的，而向东如何延伸，主要存在索伦山-贺根山带(郭胜哲, 1986；田昌烈等, 1986, Miao et al., 2008)，索伦山-西拉木伦河-长春-延吉带(孙德有等，2004；Li, 2006)这两种观点。索伦缝合带在苏尼特右旗-二道井一带的位置已为公认(图 1)，且古亚洲洋在消亡前为双向俯冲(Xiao et al., 2003；Jian et al., 2010)。
早中二叠世岩浆岩、二叠系下统分布特征表明早中二叠世温都尔庙南-铁沙盖已为一体(图 1、图 2)。黑云角闪石英闪长岩、角闪黑云花岗闪长岩和黑云闪长岩包体在Y+Nb-Rb、Y-Nb图解中全部落在火山弧花岗岩区内(图 10a, b)，R1-R2图解中落在板块碰撞前向同碰撞过渡区(包体被地壳同化强烈，故其点分散，不能有效反映其形成环境)(图 10c)，包体及寄主岩石中K2O含量高(多在3.10%~5.11%之间)，表明岩体形成于活动大陆边缘弧环境(图 11)。因此，华北板块与西伯利亚板块的碰撞缝合不可能发生在中晚泥盆世-早石炭世，若已拼合，在华北板块北缘则不可能发育大量的活动大陆边缘弧花岗岩类，且潘世语等(2012) 报道了研究区北部苏尼特右旗晚石炭世本巴图组为一套中酸性火山岩，其形成与古亚洲洋的俯冲作用有关。黑云角闪石英闪长岩、角闪黑云花岗闪长岩的侵位反映了271.8~268.7Ma时，紧邻索伦缝合带南缘的华北板块北缘温都尔庙南-铁沙盖一带由板块碰撞前向同碰撞转化，因此西伯利亚板块与华北板块北缘的碰撞发生在268.7Ma之后。索伦缝合带西段南侧满都拉地区于271~260Ma碰撞，板内破坏作用发生在255~248Ma (Jian et al., 2010)，紧邻研究区西侧的四子王旗北极各同碰撞花岗岩侵位于264±3.4Ma(柳长峰等，2010a)、乌尔塔高勒碰撞后正长花岗岩侵位于261±2Ma(柳长峰等，2011)、格尔图白云母正长岩侵位于238±6Ma，代表造山作用的结束(柳长峰等，2010b)，林西县南东的双井子同碰撞壳源花岗岩于237.5±2.7Ma ~229.2±4.1Ma侵位(李锦轶等，2007)，林西县南西的克什克腾旗广兴源岩体因古亚洲洋向华北板块俯冲作用而于263.8±2.1Ma、263.3±2.5Ma侵位(江小均等，2011)；紧邻索伦缝合带北侧的苏尼特左旗南碰撞花岗岩于250~230Ma侵位(陈斌等，2001)。上述岩浆事件表明西伯利亚板块与华北板块北缘(研究区附近)可能于中二叠世晚期碰撞，也体现了西伯利亚板块与华北板块北缘的剪刀式拼合过程。
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图 11 早中二叠世温都尔庙南-铁沙盖地区构造环境示意图(据Xiao et al., 2003；Jian et al., 2010修改) Fig. 11 Schematic diagram of tectonic setting for the area between the south of Ondor Sum and Tieshagai area during Early-Middle Permian (modified after Xiao et al., 2003；Jian et al., 2010) |
(1) 经LA-ICP-MS U-Pb定年研究，黑云角闪石英闪长岩及中细粒、细粒似斑状角闪黑云花岗闪长岩形成时代分别为271.8±2.4Ma(MSWD=20)，271.4±1.3Ma(MSWD=1.4)、268.7±1.3Ma(MSWD=1.9)。
(2) 黑云角闪石英闪长岩及角闪黑云花岗闪长岩富Si、Al、K及碱质，为高钾钙碱性的Ⅰ型、偏铝质-弱过铝质花岗岩类，富集轻稀土及大离子亲石元素，亏损重稀土及高场强元素，未经历明显的结晶分离作用，是上地壳部分熔融的产物。
(3) 黑云闪长岩属暗色微粒包体，包体与寄主岩石的矿物学及地球化学特征均体现了岩浆混合作用。
(4) Ⅰ型花岗岩的形成过程中也可有壳-幔岩浆混合作用的贡献。
(5) 早中二叠世，华北板块北缘中段温都尔庙南-铁沙盖地区属活动大陆边缘弧环境，花岗岩类广泛发育，岩浆混合作用显著，表明古亚洲洋未消亡，仍在向华北板块北缘俯冲。
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