内蒙古北山地区蓬勃山南石英闪长岩LA-ICPMS锆石U-Pb测年及其意义

杨富林，邹运鑫，曹霞，杨亮，马刚，高鉴

（1.内蒙古地质矿产勘查院,内蒙古呼和浩特 010010；2.内蒙古矿业开发有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010010）

内蒙古北山地区蓬勃山南石英闪长岩LA-ICPMS锆石U-Pb测年及其意义

杨富林1，邹运鑫1，曹霞1，杨亮2，马刚1，高鉴1

（1.内蒙古地质矿产勘查院,内蒙古呼和浩特 010010；2.内蒙古矿业开发有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010010）

对内蒙古北山地区蓬勃山南石英闪长岩进行了岩石地球化学分析，结果表明：SiO2含量55.57%～64.80%，Al2O3含量为14.23%～16.38%，σ值1.02～1.99，K2O/Na2O＜1为主，A/CNK为0.82～1，全碱含量K2O+Na2O为3.71%～6.16%，稀土总量ΣREE为(53.77～162.47)×10-6，LREE/HREE为3.55～7.84，轻重稀土分异不明显，(La/Yb)N=2.51～7.99，δEu为0.52～1.06。该岩体的LA-ICPMS锆石U-Pb同位素测年结果表明，其形成时间在310.59±0.88～302±1 Ma之间，相当于晚石炭世晚期。综合分析认为，蓬勃山南石英闪长岩侵位反映了洋壳俯冲的消减熔融岩浆事件。

内蒙古北山石英闪长岩；同位素年龄；洋壳俯冲；晚华力西期

北山地区位于西伯利亚板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交汇带，总体上为古亚洲构造域组成部分。其独特的构造位置与成矿背景，一直是研究的热点[1]。尽管前人对北山地区的花岗岩类进行了较为深入的研究[2-7]，但针对北山地区六陀山一带的岩浆岩研究程度较低，缺少高精度的测年数据。因此，对该区域侵入岩的形成演化及其地球动力学背景难以做出准确判断。本文在充分利用前人已有资料的基础上，对北山地区蓬勃山南石英闪长岩进行了岩石地球化学分析，并首次进行了LA-ICPMS锆石U-Pb测年，获得了良好的锆石U-Pb谐和年龄，并对最新获得的测年数据及其年代学意义进行了讨论与总结。

图1 北山地区大地构造简图（据杨合群等，2008）Fig.1 Tectonic structure map of the Beishan area

1 地质背景

研究区大地构造位置位于塔里木板块北东陆缘增生带与哈萨克斯坦板块交界地带[3,8-9]（图1）。石炭系和二叠系地层广泛出露[10-11]（图2），石炭系白山组为一套中酸性火山岩夹碎屑岩沉积，石炭系绿条山组和二叠系双堡塘组主要为浅海相碎屑沉积岩夹火山碎屑岩，二叠系方山口组为中酸性火山碎屑岩。中新生代的陆相沉积岩主要出露于一些新生的陆相盆地内。岩体主要为石炭纪和二叠纪岩浆岩[12-14]。区域上晚石炭世岩浆岩发育有石英闪长岩、花岗闪长岩及英云闪长岩等，早二叠世岩浆岩有英云闪长岩、二长花岗岩等。晚石炭世石英闪长岩体主体位于研究区南部，呈岩基状产出，略呈带状，中间有些膨大，西端出露较窄。

石英闪长岩在红旗山幅、蓬勃山幅南部蓬勃山-红旗山一带大面积出露，呈北西西向带状展布，出露面积约154.08 km2，岩石类型为均一稳定的中粒石英闪长岩。石英闪长岩侵入石炭系绿条山组、白山组地层。总体呈浅灰绿色、灰绿色，中粒结构，块状构造。岩体野外宏观特征见图3a。

图2 研究区地质图Fig.2 Geological map of the study area

2 岩石地球化学特征

在石英闪长岩中采集19块样品进行主量元素、微量元素以及稀土分量分析。样品岩性均为石英闪长岩，选取未出现蚀变、矿化、风化等现象的新鲜岩石进行测试，测试单位为河北省区域地质矿产调查研究所实验室。

对石英闪长岩主量元素进行了化学分析（表1），可见SiO2含量55.57%～64.80%，主要集中在57%～63%；Al2O3含量为14.23%～16.38%；σ值1.02～1.99；K2O/Na2O＜1为主，个别样品K2O/Na2O＞1（4件）；A/ CNK为0.82～1.00；全碱含量K2O+Na2O为3.71%～6.16%。在Al2O3-K2O+Na2O图解（图4a）中,所有点均投影在钙碱性区；在A/CNK-A/NK图解（图4b）中，所有点均投影在准铝质区内及准铝质-过铝质界线附近。综上所述，石英闪长岩岩石类型属准铝质钙碱性系列。

图3 石英闪长岩野外宏观特征（a）及镜下特征(b)Fig.3 Macroscopic features and microscopic characteristics of the quartz diorite

表1 蓬勃山南石英闪长岩岩石化学分析及相关参数特征表Tab.1 Petrochemical data and relevant parameter list of the Pengboshan south quartz diorite

图4 蓬勃山南石英闪长岩Al2O3-(K2O+Na2O)图解（a)和A/CNK-A/NK图解(b)Fig.4 Al2O3-(K2O+Na2O)map(a)and A/CNK-A/NK map(b)of the Pengboshan south quartz diorite

微量元素分析结果见表2，结合微量元素原始地幔标准化蛛网图（图5a）可以看出，岩石中明显富集Rb（43.14～139.08）×10-6、Ba（272.60～629.20）×10-6、Sr（230.49～447.20）×10-6、V（126.00～238.26）×10-6等大离子亲石元素和Th（3.55～22.91）×10-6、U（1.08～4.02）×10-6、Zr（90.88～239.34）×10-6等高场强元素；贫Li（10.08～32.74）×10-6和Y（10.08～32.74）×10-6等元素。Rb/Sr比值变化较大，为0.11～0.60。

稀土元素分析结果见表3，稀土元素含量相对较低，稀土总量ΣREE为（53.77～162.47）×10-6,平均值为103.63×10-6。稀土元素球粒陨石标准化配分型式图（图5b）中整体曲线右倾，轻稀土分布曲线陡倾而重稀土分布曲线呈平缓状。LREE/HREE为3.55～7.84，为轻稀土富集型。轻重稀土分异明显，（La/Yb）N= 2.51～7.99；轻稀土分馏较大，（La/Sm）N=1.67～4.29；重稀土分馏不明显，（Gd/Yb）N=0.91～1.36。δEu为0.52～1.06。

3 测年样品采样位置及分析测试

3.1 采样位置

本次工作在蓬勃山南石英闪长岩中采集了3件同位素测年样品。其中11号样品采自岩体西部（样品编号为：D0761-1，地理位置：E99°03′21″，N42°03′28″），16号样品采自蓬勃山南石英闪长岩的中心位置（样品编号为：PM022008，地理位置：E99°23′13″，N42°00′27″），15号样品采自岩体北部（样品编号为：PM022031，地理位置：E99°34′21″，N42°02′31″）。

表2 蓬勃山南石英闪长岩微量元素含量及相关参数特征表Tab.2 Microelement content and relevant parameter list of the Pengboshan south quartz diorite

图5 蓬勃山南石英闪长岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(a)，稀土元素球粒陨石标准化配分图解（b)Fig.5 The REE distribution pattern(a)and microelement distribution pattern(b) of the Pengboshan south quartz diorite

3.2 样品特征

3 件样品特征相近，其中PM022031样品矿物颗粒粒度较细。具体特征为：

PM022031样品为浅灰绿色，细中粒半自形粒状结构，块状构造。矿物成分主要由斜长石、角闪石及少量黑云母、石英等组成。斜长石多呈1～4 mm半自形板状-半自形粒状，不均匀绢云母化；角闪石0.5～2.5 mm柱状，绿泥石化、阳起石化；黑云母0.3～1 mm鳞片状，绿泥石化；石英0.3～0.5 mm他形粒状。斜长石65%±，石英3%±，角闪石25%，黑云母（绿泥石化）7%±。磁铁矿榍石少量，磷灰石微量，镜下特征见图3b。

PM022008样品与D0761-1样品特征相近，岩石类型为均一稳定的中粒石英闪长岩。呈浅灰绿色、灰绿色，中粒结构，块状构造。主要矿物成分为斜长石（65%±）、石英（10%～15%）、钾长石（5%±）、普通角闪石（5～10%）和黑云母（10%±），矿物粒径2～4 mm为主。副矿物主要为磁铁矿、锆石和磷灰石等。

石英闪长岩的锆石特征为：粉色，自形-半自形双锥柱状、断柱状；透明，金刚光泽，高硬度；晶内可见黑色固相包体，偶尔可见连晶、凹坑；表面受熔蚀，棱角钝化，个别晶棱、晶面模糊不清；伸长系数1.1～2.5之间为主、少数2.5～4.5之间；粒径0.02～0.3、少数0.3～0.5。晶形完整者可见晶形由（100）（110）（111）（131）（311）组成复四方双锥长柱体（图6），未见其他晶形。

表3 蓬勃山南石英闪长岩稀土元素含量及相关参数特征表Tab.3 Rare earth elements and relevant parameter list of the Pengboshan south quartz diorite

3.3 样品处理

对所采样品进行清洗后，在实验室粉碎至80目和100目，用常规重选和磁选法进行分选，并在双目实体镜下对锆石进行人工挑选，挑选适合进行U-Pb同位素测试的锆石。将锆石样品置于DEVCON环氧树脂中，待固结后，抛磨至大小约为锆石粒径的1/ 2，之后进行锆石显微（透射和反射）照相、CL显微照相；选取无色透明、无包裹体、无裂纹、震荡环带较好的锆石进行LA-ICPMS测试分析。

3.4 测年方法

图6 石英闪长岩锆石标型特征Fig.6 Zircon typomorphic characteristics of the quartz diorite

LA-ICPMS锆石微区U-Pb年龄测定在天津地质矿产研究所同位素测试中心完成，实验采用Agilent 7500型ICP-MS、德国Lambda Physik公司的ComPex 102ArF准分子激光器（工作物质ArF，波长193 nm）和Micro Las公司的GeoLas 200 M光学系统联机进行。测试结果应用GLITTER（ver 4.0，Macquaie University）软件计算得出，并按照Andersen的方法，用LAM-ICPMS Common Lead Correction（ver 3.15）对其进行普通Pb校正，年龄计算和谐和图采用Isoplot（ver 3.0）完成。对于大多数剥蚀点分析的相对标准偏差为5%～15%。

4 测年结果

根据锆石阴极发光图像和镜下特征，在11、15和16号样品中分别选择了27颗、33颗和26颗自形程度高、晶形完整、颗粒较大和具有明显环带的岩浆锆石进行激光烧蚀U-Pb分析（表4、图7）。

从年龄谐和图（图8、9、10）可以看出。D0761-1样品中27个测点都集中在谐和线附近，206Pb/238U表面年龄为308.63±2.22～312.33±2.11 Ma，加权平均年龄为310.59±0.88 Ma。PM022008样品中仅32号测点偏离谐和线，其它32个测点都集中在谐和线附近，206Pb/238U表面年龄为300.76±2.76～309.33±2.69 Ma，加权平均年龄为303.43±0.91 Ma。PM022031样品中26个测点都集中在谐和线附近，206Pb/238U表面年龄为299.86±2.24～303.88±2.34 Ma，加权平均年龄为302.26±0.92 Ma。三个样品取得的测年数据极为相近，为岩浆的结晶年龄。综上所述，蓬勃山南石英闪长岩的形成时代为晚石炭世。

表4 LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Tab.4 LA-ICP-MS zircon U-Pb data

续表4

图7 内蒙古北山地区蓬勃山南石英闪长岩中部分锆石的阴极发光图像Fig.7 CL images and dating spots of some zircons of the Pengboshan south quartz diorite from Beishan area in Inner Mongolia

图8 D0761-1样品LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄谐和图和加权平均图Fig.8 LA-ICP-MS zircon U-Pb weight average and Concordia diagrams of the zircons from D0761-1 sample

图9 PM022008样品LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄谐和图和加权平均图Fig.9 LA-ICP-MS zircon U-Pb weight average and Concordia diagrams of the zircons from PM022008 sample

图10 PM022031样品LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年龄谐和图和加权平均图Fig.10 LA-ICP-MS zircon U-Pb weight average and Concordia diagrams of the zircons from PM022031 sample

5 讨论与结论

北山地区位于中亚造山带的中东部。Dobretsov等[15]认为，古亚洲洋最终闭合发生在石炭-二叠纪。从北山地区的区域研究成果来看，胡霭琴等[16]认为，在石炭纪末期（300±10）Ma，北山地区的三大板块聚合成了一起，发生了强烈的岩浆喷发和侵入活动。张文[17]对北山地区明水-小黄山一带的明水二长花岗岩进行了年代学和地球化学岩浆，所得锆石U-Pb年龄为（328±2）Ma，形成时代为早石炭世。明水二长花岗岩稀土元素含量较低，轻重稀土分异不明显，轻稀土元素富集，微量元素富集Rb、K、U，亏损Nb、Ti、P，显示出火山弧的花岗岩特征，其形成可能为亏损的地幔或新生地壳同化混染上地壳。高鉴[18]通过对北山地区的干劲山二长花岗岩年代学和地球化学研究表明，该二长花岗岩的锆石U-Pb年龄为（276.63± 0.84）Ma，形成时代为早二叠世。干劲山二长花岗岩稀土元素含量相对较低，轻重稀土分异不明显，轻稀土富集，具有较明显的铕负异常。岩体为同造山“I”型花岗岩，其构造背景具有火山弧与同碰撞花岗岩的特征。

图11 石英闪长岩Nb-Y和Rb-（Y+Nb）构造环境判别图解（据Pearce等，1984）Fig.11 Nb-Y and Rb-（Y+Nb）diagram from the quartz diorite

本次对北山地区蓬勃山石英闪长岩的构造环境判别图解是根据Pearce等[19]的成果来进行的。在花岗岩Nb-Y判别图解（图11）中，所有点均投影在同碰撞火山弧花岗岩区，在Rb-（Y+Nb）判别图解中，所有点均投影在火山弧花岗岩区。表明蓬勃山南石英闪长岩属火山弧花岗岩。结合岩石的稀土元素及微量元素配分特征，蓬勃山石英闪长岩稀土元素总量偏低，轻重稀土分异不明显，轻稀土富集，具有负铕异常的特征，微量元素富集大离子亲石元素Rb、Ba、Sr，亏损高场强元素Th、U、Nb、Y，表明岩体在侵位上升的过程中有地壳物质的混染参与。结合区域分析，蓬勃山石英闪长岩位于明水-小黄山一带，与明水二长花岗岩、干劲山二长花岗岩具有相似的地球化学特征和构造环境。再结合该区地质特征，蓬勃山石英闪长岩侵入到下石炭统绿条山组，绿条山组在蓬勃山地区以碎屑岩为主，偶夹火山岩层，为一套滨-浅海相陆源碎屑岩、碳酸盐、火山岩建造，代表了活动大陆边缘斜坡环境①内蒙古地质矿产勘查院.内蒙古1/5万红梁子（K47E011013）、沙多山（K47E011014）、红旗山（K47E012013）、蓬勃山（K47E012014）区域地质矿产调查报告.2015.，明水-小黄山蛇绿岩代表的洋壳的闭合位置，暗示蓬勃山石英闪长岩可能代表的是洋壳俯冲形成的火山弧花岗岩。

综上所述，本文获得如下结论：

（1）蓬勃山南石英闪长岩属准铝质-过铝质钙碱性系列岩浆岩，富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，稀土元素总量偏低，轻重稀土分异不明显，轻稀土富集，发生了较明显的分馏作用，铕负异常较明显。

（2）蓬勃山南石英闪长岩沿近东西向区域构造线方向展布，西侧先侵入就位，形成时代为310.59± 0.88 Ma，蓬勃山南为岩体主体，主体就位时间为302.26±0.92 Ma。表明蓬勃山南石英闪长岩的侵位时间为晚石炭世。

（3）蓬勃山南石英闪长岩形成于活动大陆边缘火山弧花岗岩构造环境，结合区域上的地质特征，表明石英闪长岩为洋壳俯冲的消减熔融岩浆事件。

致谢：本文在编写过程中得到1/5万区调红梁子项目组全体成员的支持和帮助，在此表示由衷的感谢！

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Zircon LA-ICPMS U-Pb dating for the quartz diorite in the south Pengboshan of Beishan area,Inner Mongolia

YANG Fu-lin1,ZOU Yun-xin1,CAO Xia1,YANG Liang2,MAGang1,GAO Jian1

(1.Exploration Institiute of Geology and Mineral resources of Inner Mongolia,Hohhot Inner Mongolia 010010,China; 2.Inner Mongolia mining development limited liability company,Hohhot Inner Mongolia 010010,China)

This paper gives the petrological and geochemical data of the quartz diorite in the Pengboshan south of Beishan area,Inner Mongolia.Contents of SiO2and Al2O3are 55.57～64.80 wt%and 13.76～16.38 wt% respectively.The σ value is between 1.02 and 1.99.K2O/Na2O of most samples are less than 1.A/CNK value is between 0.82 and 1.The K2O+Na2O content is 3.71～6.16 wt%.The bulk content of the rare earth elements (ΣREE)is（53.77～162.47）×10-6.There is not a distinct differentiation of the light LREE and HREE,with the LREE/HREE ratio between 3.55 and 7.84 and（La/Yb）Nis between 2.51 and 7.99.There is an apparent negative anomaly of europium with the δEu between 0.52 and 1.06.The dating results of this pluton indicate that it formed in later period of Late Carboniferous between 310.59±0.88 Ma and 302±1 Ma.According to above mention, quartz diorite in south Pengboshan intrusion was a result of the melting of subducted oceanic crust with significant crustal assimilation.

quartz diorite;Beishan area;Inner Mongolia;isotopic age;oceanic crust;Late Variscan

P597+.3

A

1672－4135（2016）04－0109-10

2016-12-21

中国地质调查项目“内蒙古1/5万红梁子、沙多山、红旗山、蓬勃山幅区域地质矿产调查（1212011220461）”

杨富林（1966-），男，本科，高级工程师，长期从事找矿、勘查、开发及研究工作，Email：2576345163@qq.com。