内蒙古东部建设屯火山岩锆石U-Pb测年、地球化学特征及成因

卞雄飞，李永飞，孙守亮，郜晓勇

（沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心，辽宁沈阳110034）

兴蒙造山带作为中亚造山带东部的重要组成部分，记录着显生宙以来不同时期的构造岩浆事件，这些岩浆事件为该造山带的形成与演化提供了物质基础，并为不同时期古板块之间缝合带的厘定与识别提供了重要的依据.内蒙古东部西拉木伦河北岸地区位于兴蒙造山带的东南段，处于中朝古板块与西伯利亚古板块的最终碰撞、拼合部位，是研究西拉木伦缝合带构造演化的关键地区.近年来，该地区识别出三叠纪不同时期侵入岩以及三叠纪早期基性火山岩，其岩浆作用的成因与构造背景的综合分析［1-6］，为该缝合带的碰撞造山过程以及区域构造特征研究提供了可靠的岩石学证据.本文通过对大兴安岭南部1∶5万幸福之路图幅❶内蒙古自治区地质矿产局第二区域地质调查大队三分队.1∶5万幸福之路幅区域地质调查报告.1998.中原划归为林西组上段的建设屯南山剖面中的火山岩进行锆石U-Pb同位素测年和地球化学特征分析，以期为西拉木伦碰撞带早三叠世时期的构造演化特征分析提供基础的地质资料与信息.

1 区域地质概况与岩石学特征

内蒙古建设屯火山岩位于巴林右旗北部幸福之路乡建设屯南（图1a），大地构造位置处于西拉木伦河缝合带以北（图1b）.研究区内出露的地层单元主要有晚古生代火山岩与碎屑岩以及中、新生代陆相火山岩和碎屑岩.侵入岩主要出露晚古生代到中生代的不同岩性类型.本文研究的晚古生代火山岩被北部的建设屯岩体侵入，在1∶5万幸福之路图幅东部白音查干地区被中生代的玛尼吐组火山岩覆盖.根据不同比例尺的区域地质调查资料，建设屯晚古生代火山岩时代存在着早二叠世（大石寨组）❷辽宁省第二区域地质测量队.1∶20万林西县幅区域地质矿产报告书.1971.与晚二叠世❶（林西组）的争议.本文对1∶5万图幅中该岩组剖面进行调查采样，对其中发育的火山熔岩进行了精细的定年，结果显示其为248.4±4.8 Ma.值得一提的是，该火山岩定年结果与其北部的建设屯岩体的定年结果（248.5±2.4 Ma）［5］近乎一致，反映二者为同一时期的岩浆产物.

本次工作采集的样品较新鲜，岩性主要为安山岩、粗安岩、英安岩.安山岩：灰色—灰黑色，斑状结构，斑晶为主要为斜长石，板状晶，粒径0.5～1.8 mm，含量15%，基质为交织结构，成分为斜长石（含量约35%，双晶发育）、碱性长石（含量约10%，无双晶）等.粗安岩：灰色，斑状结构，斑晶为正长石和斜长石，含量38%，正长石为自形晶，大小0.2～0.8 mm，发育卡式双晶，含量20%，斜长石半自形，大小0.05 mm×0.3 mm，双晶不发育，含量18%，基质为交织结构，主要成分为正长石、斜长石，粒度小于0.1 mm.英安岩：斑状结构，块状构造，镜下可见正长石成板状，发育卡式双晶，大小0.2 mm×0.5 mm～1.2 mm×0.4 mm，含量1%～3%，少量石英，基质为霏细结构.此外岩石中可见少量锆石、磁铁矿等副矿物.

图1 内蒙古东部建设屯地区地质简图Fig.1 Geologic sketch map of Jianshetun area in Eastern Inner Mongolia

2 锆石U-Pb年龄测定

2.1 实验方法

样品的锆石分选由河北省廊坊市地源岩石矿物测试分选技术服务有限公司完成，并用浮选和电磁法方法进行分选，在双目镜下挑选出晶形完好、无明显裂痕和包体的锆石颗粒，将其粘贴在环氧树脂表面，打磨抛光后露出锆石的表面，然后对其进行透射光、反射光和阴极发光（CL）图像采集.锆石的制靶和显微图像的采集在北京锆年领航科技有限公司完成.锆石LA-ICPMS U-Pb同位素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成.首先通过透射光、反射光和CL图像分析，选择锆石吸收程度均匀的位置进行定年分析，分析采用Agilent7500型ICP-MS和德国Lambda Physik公司的ComPex102 ArF准分子激光器以及MicroLas公司的GeoLas200M光学系统联机进行.激光束斑直径为 30 μm，激光剥蚀样品的深度为 20～40 μm，激光脉冲为10 Hz，能量为32～36 mJ.实验中采用He作为剥蚀物质的载气.用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器优化处理.采用标准锆石91500为外标校正测得的锆石同位素数据，元素含量采用NIST SRM610作为外标，29Si作为内标，测试结果通过GLITTER软件计算得出，实验获得的数据采用Andersen［8］的方法进行同位素比值校正用以扣除普通Pb的影响，谐和图的绘制采用ISOPLOT3.0完成［9］.详细的实验分析步骤和数据处理方法见文献［10］；U-Th-Pb含量分析见文献［11］；所给定的同位素比值和年龄的误差均在1σ水平（表1）.

2.2 锆石分析结果

对建设屯火山岩剖面上出露的英安岩（D724-2，坐标：43°49′50.7″N，118°46′06.7″E 进行了锆石 LAICP-MS U-Th-Pb同位素分析，分析数据见表1.阴极发光图像显示，锆石内部结构清晰，呈短柱状及粒状晶形，发育振荡环带，显示岩浆成因锆石的特点（图2）.用33 μm的激光剥蚀斑晶对样品锆石进行了LAICP-MS定年分析，共完成21颗锆石21个点的测试，通过同位素比值校正，14个点的分析结果可信.分析点的结果显示样品具有高的Th/U比值，介于0.53～1.26，暗示其为岩浆锆石［12］.在锆石U-Pb年龄谐和图中，锆石分析点基本位于U-Pb谐和线及其附近，206Pb/238U年龄集中在234～267 Ma之间，206Pb/238U年龄加权平均值为 248.4±4.8 Ma，MSWD=1.9（图 3），此年龄代表了火山岩岩浆结晶年龄，表明建设屯火山岩形成于早三叠世早期，并非区域地质调查工作中所厘定的早二叠世❶辽宁省第二区域地质测量队.1∶20万林西县幅区域地质矿产报告书.1971.与晚二叠世❷内蒙古自治区地质矿产局第二区域地质调查大队三分队.1∶5万幸福之路幅区域地质调查报告.1998..

图2 建设屯火山岩锆石阴极发光图像Fig.2 CL images of zircons from Jianshetun volcanic rocks

3 地球化学特征

3.1 主量元素

建设屯南山火山岩主量与微量元素化学分析数据见表2.火山岩样品数据运用SINCLAS程序对主量元素去归一化后［13］，在 TAS岩石分类图解（图 4a）上显示为中性、中酸性岩类，属于亚碱性系列.在SiO2-K2O图解（图4b）上，火山岩主要为钙碱性系列—高钾钙碱性系列.岩石SiO2含量介于57.19%～71.17%，Al2O3含量介于13.82%～16.53%，岩石富钠低钾，Na2O/K2O平均值为2.04，CaO含量平均值为4.06%.A/CNK值介于0.81～1.40之间，A/NK值介于1.48～2.50之间，为准铝质—过铝质中酸性岩石（图4c）.

3.2 稀土与微量元素

建设屯火山岩稀土元素标准化配分图总体呈轻稀土富集型特点（图5a）.稀土元素总量为90.24×10-6～165.58×10-6，平均为 128.07×10-6.岩石轻重稀土元素分馏明显，（La/Yb）N平均值为7.99.重稀土分馏不明显，（Gd/Yb）N平均值为1.29；δEu平均值为0.62.在微量元素标准化配分图（图5b）上，岩石明显富集大离子亲石元素 Rb、Ba、U、K，而亏损高场强元素 Nb、P、Ti.与同时期的建设屯花岗闪长岩相比较，除Sr、Eu异常存在明显的差异外，二者稀土与微量元素标准化配分曲线基本相似，与地壳元素稀土与微量元素标准化配分曲线近乎一致（图 5 a、b）.

表1 建设屯火山岩锆石U-Pb同位素LA-ICP-MS测试结果Table 1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results of Jianshetun volcanic rocks

图4 火山岩分类命名图解Fig.4 Classification diagrams of the volcanic rocks

图5 稀土元素标准化配分型式图Fig.5 Rare earth element distribution patterns

表2 建设屯火山岩主量元素、微量元素和稀土元素分析结果Table 2 Analysis results of major and trace elements for Jianshetun volcanic rocks

续表（Continued）

4 岩浆源区与成因

建设屯南中酸性火山岩的主量元素地球化学特征：SiO2大于 56%；Al2O3=13.82%～16.53%；Na2O/K2O平均值为2.04；MgO＜3%，总体为一套钙碱性—高钾钙碱性系列岩石.稀土与微量元素标准化配分曲线与地壳配分曲线近乎一致，表明该套火山岩来自地壳物质局部熔融的壳源岩浆.

对于壳源的中酸性岩石而言，Sr、Yb丰度被认为是识别与判别岩浆源区成因与性质的有效指标［16］.建设屯中酸性岩石除一个样品Sr=289×10-6外，其余Sr＞300×10-6，Yb=1.37×10-6～2.91×10-6；Y 平均为 22.45×10-6，δEu 平均为 0.61，符合埃达克岩型岩石标准［17］（图 6）.值得一提的，与其同期的建设屯侵入岩（248.5±2.3 Ma），也具有埃达克型地球化学特征［5］，从而说明二者为起源于同一母岩浆源区的同时异相产物，原始岩浆应是加厚下地壳榴辉岩相物质部分熔融的产物，其残留相以石榴石为主，对应的压力与深度应大于1.0 GPa、40 km.另外，建设屯地区无论是侵入岩还是火山岩，均表现出了O型埃达克岩地球化学特征，富钠而贫钾（Na2O/K2O＞2），而明显不同于C型埃达克岩的富钾特征（Na2O/K2O≈1 或＞1）［18-19］.目前，对于 O 型埃达克岩形成环境仍存在着不同的认识与看法［20-21］，特别是产出于造山带中的该类岩石，对于其成因与构造环境，还需要根据其他地质证据，而不能仅仅根据埃达克岩本身地球化学特征而确定［21-22］.

图6 建设屯火山岩Sr-Yb图Fig.6 The Sr-Yb diagram of Jianshetun volcanic rocks

建设屯早三叠世早期的火山岩与侵入岩位于西拉木伦河缝合带北侧，二者的成因与两大古板块之间的古亚洲洋闭合有关.近年来，对于古亚洲洋最终闭合时限与位置的研究己经取得了明显的进展，大多数学者认为古亚洲洋在二叠纪末最终俯冲，从而导致两个相对的活动大陆边缘［23-24］最终闭合于晚二叠世—早三叠世.因此，早三叠世早期的建设屯火山岩与侵入岩一样，应是古亚洲洋闭合之后，西伯利亚古板块和中朝古板块碰撞造山初期阶段的产物.一般来说，O型埃达克岩形成于俯冲洋壳部分熔融或者形成于贫K的加厚下地壳部分熔融［19-21］.结合本区的构造地质背景，具有O型埃达克岩地球化学特征的建设屯火山岩与建设屯岩体成因一样，应是古亚洲洋闭合后西拉木伦缝合带碰撞造山初期加厚的新生下地壳部分熔融作用的产物.

5 结论

1）内蒙古东部建设屯火山岩锆石U-Pb年龄为248.4±4.8 Ma，与建设屯岩体年龄（248.5±2.4 Ma）基本一致，反映二者为同一时期的岩浆产物.

2）建设屯火山岩地球化学显示其具有O型埃达克岩地球化学特征.

3）建设屯火山岩形成于西伯利亚古板块和中朝古板块沿西拉木伦河缝合带闭合后加厚的新生下地壳部分熔融作用，而并非形成于俯冲洋壳的部分熔融作用.

致谢：锆石分选工作由河北廊坊地源岩石矿物测试分选技术服务有限公司张江满高级工程师完成，锆石制靶、阴极发光图像采集由北京锆年领航科技有限公司刘力高级工程师完成，西北大学大陆动力学国家重点实验室赵少伟博士在LA-ICP-MS U-Pb分析测试过程中给予了帮助与指导，在此表示最诚挚的谢意.

［1］L iu W,Siebel W,Li X J,et al.Petrogenesis of the Linxi granitoids,northern Inter Mongolia of China:Constraints on basaltic underplating［J］.Chemical Geology,2005,219（1-4）:5—35.

［2］李锦轶，高立明，孙桂华，等.内蒙古东部双井子中三叠世同碰撞壳源花岗岩的确定及其对西伯利亚与中朝古板块碰撞时限的约束［J］.岩石学报,2007,23（3）:565—582.

［3］刘伟，潘小菲，谢烈文，等.大兴安岭南段林西地区花岗岩类的源岩:地壳生长的时代和方式［J］.岩石学报,2007,23（2）:441—460.

［4］张连昌，英基丰，陈志广，等.大兴安岭南段三叠纪基性火山岩时代与构造环境［J］.岩石学报,2008,24（4）:911—920.

［5］刘建峰，迟效国，赵芝，等.内蒙古巴林右旗建设屯埃达克岩锆石U-Pb 年龄及成因讨论［J］.岩石学报,2013,29（3）:827—839.

［6］李永飞，孙守亮，卞雄飞，等.内蒙古东部碧流台岩体锆石LA-ICP-MS U-Pb测年［J］.地质论评,2013,59（增刊）:168—169.

［7］Jian P,Liu D Y,Kröner A,et al.Time scale of an early to mid-Paleozoic orogenic cycle of the long-lived Central Asian Orogenic Belt,Inner Mongolia of China:Implications for continental growth［J］.Lithos,2008,101:233—259.

［8］Andersen T.Correction of common lead in U-Pb analyses that do not report204Pb［J］.Chemical Geology,2002,192:59—79.

［9］Ludwig K R.ISOPLOT 3.0:A geochronological toolkit for Microsoft Excel［M］.Berkeley Geochronology Center,Special publication No.4,2003.

［10］YUAN Honglin,WU Fuyuan,GAO Shan,et al.Determination of zircons from Cenozoic intrusions in Northeastern China by laser ablation ICPMS［J］.Chinese Science Bulletin,2003,48（4）:1511—1520.

［11］GAO Shan,LIU Xiaoming,YUAN Honglin.Determination of forty-two major and trace elements in USGS and NIST SRM glasses by laser ablation inductilely coupled plasma-mass spectrometry［J］.Geostandards Newsletter,2002,26（2）:181—195.

［12］Belousova E A,Griffin W L,O'Reilly S Y,et al.Igneous zircon:Trace element composition as an indicator of source rock type［J］.Contributions to Mineralogy and Petrology,2002,143:602—622.

［13］Verma S P,Torres-Alvarado I S,Sotelo-Rodríguez Z T.SINCLAS:Standard igneous norm and volcanic rock classification system［J］.Computers&Geosciences,2002,28:711—715.

［14］Sun S S,McDonough W F.Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts:Implications for mantle composition and processes［A］//Saunders A D,Norry M J,eds.Magmatism in ocean basins.London:Geol Soc Spec Publ,1989:313—345.

［15］Rudnick R L,Gao S.Composition of the continental crust［A］//Rudnick R L,ed.The Crust.Oxford:Elsevier-Pergamon,2003:1—64.

［16］张旗，王焰，李承东，等.花岗岩的Sr-Yb分类及其地质意义［J］.岩石学报,2006,22（9）:2249—2269.

［17］张旗，金惟俊，李承东，等.再论花岗岩按照Sr-Yb分类：标志［J］.岩石学报,2010,26（4）:985—1015.

［18］张旗，钱青，王二七，等.燕山中晚期的中国东部高原：埃达克岩的启示［J］.地质科学,2001,36（2）:248—255.

［19］王强，许继锋，赵振华.一种新的火成岩——埃达克岩的研究综述［J］.地球科学进展,2001,16（2）:201—208.

［20］张旗，许继峰，王焰，等.埃达克岩的多样性［J］.地质通报,2004,23（9）:959—965.

［21］张旗，王焰，熊小林，等.埃达克岩和花岗岩：挑战与机遇［M］.北京：中国大地出版社,2008:1—343.

［22］张旗，李承东.花岗岩：地球动力学意义［M］.北京：海洋出版社,2012:1—175.

［23］Zhang S H,Zhao Y,Song B,et al.Contrasting Late Carboniferous and Late Permian-Middle Triassic intrusive suites from the northern margin of the North China craton:Geochronology,petrogenesis,and tectonic implications［J］.Bulletin of the Geological Society of America,2009,121（1/2）:181—200.

［24］Xiao W J,Windley B F,Hao J,et al.Accretion leading to collision and the Permian Solonker suture,Inner Mongolia,China:Ttermination of the central Asian orogenic belt［J］.Tectonics,2003,22（6）:1069.