阿拉善地块北缘雅布赖地区辉长岩的锆石U-Pb定年及地球化学特征

张家兴， 王凯垒

(华北地质勘查局五一九大队，河北 保定 071000)

0 引 言

阿拉善北部地区存在2条重要的蛇绿岩带，即恩格尔乌苏蛇绿岩带和查干楚鲁蛇绿岩带，将阿拉善北部地区自北向南划分为珠斯楞—杭乌拉、宗乃山—沙拉扎山、雅布赖—诺日公—红谷尔玉林3个构造带(吴泰然等，1993；王廷印等，1994；李俊建，2006；史兴俊等，2014；Shi et al.,2014)。研究区位于雅布赖—诺日公—红谷尔玉林构造带最西端，该构造带出露大量晚古生代岩浆岩，有学者提出阿拉善地块的早二叠世(280～270 Ma)岩浆活动形成于造山后的伸展背景，可能构成地幔柱成因的大火成岩省(Dan et al．，2014)，但多数观点认为其形成于古亚洲洋向阿拉善地块俯冲增生、碰撞至后碰撞的不同阶段(李俊建，2006；Zheng et al., 2014；张建军，2015；叶珂等，2016；宫江华等，2018；王凯垒等，2020)。

前人对该构造带西段雅布赖地区侵入岩的研究主要为中酸性侵入岩(李俊建，2006；仵康林，2011；耿元生等，2012；李杰，2012；史兴俊等，2012；Dan et al．，2014，2015；张建军，2015；Zhang et al．，2015；叶珂等，2016;张建军等，2019)。

通过对研究区出露的辉长岩进行岩相学、地球化学及年代学研究，并与区域上的辉长岩进行对比，为深入了解阿拉善地区北部晚古生代岩浆作用提供新的依据。

1 地质背景及岩相学特征

图1 阿拉善地块北缘雅布赖地区地质简图及同位素测年样品采样位置

研究区位于阿拉善地块北缘，即雅布赖—诺日公—红谷尔玉林构造带西端雅布赖地区，出露地层为古元古界阿拉善岩群祖宗毛道组，主要呈残留体形式，被晚古生代岩浆岩侵入，局部与晚古生代岩浆岩呈断层接触，研究区南部小面积出露侏罗系芨芨沟组和白垩系庙沟组(图1)。区内岩浆岩十分发育，呈北东向展布，大面积出露早二叠世花岗闪长岩与二长花岗岩，构成研究区岩浆岩主体，同时小面积出露辉长岩、闪长岩、石英闪长岩与正长花岗岩等。

(1)辉长岩：在区内呈岩株状零星出露，整体呈北北东向展布，被早二叠世花岗闪长岩、二长花岗岩侵入。

(2)中细粒辉长岩：总体呈灰黑色，中细粒辉长结构，块状构造。主要由斜长石(55%)、角闪石(35%)、石英(5%)、黑云母(5%)组成：① 斜长石呈半自形-近半自形板状，粒度以0.2～2.0 mm的细粒为主，部分隐约可见环带结构，聚片双晶发育；② 角闪石呈半自形柱状，粒度一般为0.2～2.0 mm，晶体内多见嵌布斜长石，具嵌晶含长结构；③ 石英呈他形粒状，粒度一般为0.2～2.0 mm，主要填隙于斜长石颗粒间，粒内具轻微波状消光；④ 黑云母呈片状，片径为0.3～1.5 mm，具轻微绿泥石化，局部交代角闪石。岩内见阳起石、绿帘石等填充的微裂隙。

2 地球化学分析及特征

2.1 分析方法

2.1.1 主量元素分析 主量元素亚铁(Fe2+)和全铁(TFe)分析用连续比色法，二氧化钛(TiO2)分析用二安替吡啉甲烷比色法，五氧化二磷(P2O5)分析用锑磷钼兰比色法，其余元素用ICP-AES分析。

2.1.2 微量元素、稀土元素分析 Zr、Hf分析用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP)，其余元素分析用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)。

2.2 地球化学特征

取5件辉长岩的岩石地球化学样品进行分析。研究区辉长岩含较低的SiO2(45.08%～51.68%)、TiO2(0.88%～1.54%)、Na2O(2.20%～2.96%)、K2O(0.58%～1.46%)，较高的Al2O3(15.56%～18.02%)、MgO(5.35%～7.12%)、CaO(9.15%～12.74%)，镁指数(Mg#)为50～66，Na2O/K2O比值为1.55～5.10，固结指数(SI)为24.78～37.39，铝饱和指数(A/CNK)为0.61～0.79，属偏铝质岩石(表1)。在TAS图解(图2)中，辉长岩多落入亚碱性系列；在AFM图解(图3)中，辉长岩表现出富铁趋势，属拉斑玄武系列岩石。

辉长岩稀土总量为81.0～142 g/t，轻重稀土分馏较明显，轻稀土富集[LREE/HREE为5.57～8.10，(La/Yb)N为 4.88～8.85]，Eu异常不明显(δEu为0.93～1.15)。在稀土元素球粒陨石标准化图解(图4)中，辉长岩配分曲线右倾。

辉长岩含有较高的Cr、Co、Ni、V等过渡元素和Rb、Ba、Sr、K等大离子亲石元素，较低的Nb、Ta、Zr、Hf、Th、U等稀土元素和高场强元素。在微量元素原始地幔标准化图解(图5)中，雅布赖地区辉长岩表现出相对富集大离子亲石元素、亏损高场强元素的特征。

3 锆石U-Pb年代学测定及特征

3.1 测试方法

选取1件辉长岩样品进行锆石U-Pb同位素测年分析，同时采用LA-Q-ICP-MS分析。激光剥蚀系统为ESI NWR 193 nm，ICP-MS为Analytik Jena PlasmaQuant MS Elite ICP-MS。数据处理使用软件ICPMS DataCal。

锆石微量元素的含量使用SRM610作外标、Si 作内标进行定量计算。U-Pb 同位素定年使用锆石标准GJ-1 作外标进行同位素分馏校正。对与分析时间有关的U-Th-Pb 同位素比值漂移，运用GJ-1的变化以线性内插的方式进行校正。锆石样品的U-Pb 年龄谐和图绘制和年龄权重平均计算均使用Isoplot软件。

表1 雅布赖地区辉长岩主量元素、稀土元素和微量元素分析结果

图2 雅布赖地区辉长岩TAS图解

图3 雅布赖地区辉长岩AFM图解

图4 雅布赖地区辉长岩稀土元素球粒陨石标准化配分图(标准化数据引自Boynton，1984)

图5 雅布赖地区辉长岩微量元素原始地幔标准化蛛网图(标准化数据引自 Sun et al.，1989)

3.2 锆石U-Pb定年结果

样品TWPM014-14-1岩性为辉长岩，锆石CL图(图6)显示，锆石晶型较好，形状较为规则，表面洁净，环带发育，粒径介于70～210 μm之间，长宽比在1∶1.1至1∶1.6之间。样品测定获得30个点年龄数据，其中3、9、16、17、28号点远离谐和线，予以剔除，其余25个点参与年龄计算。样品中Th含量为358～16 073 g/t，U含量为438～3 819 g/t，Pb含量为109～3 665 g/t，Th/U比值在0.47～4.40之间，为典型的岩浆型锆石。25个点n(206Pb)/n(238U)加权平均年龄为(273.2±1.0)Ma(MSWD=0.50, probability=0.98)(图7、表2)。

4 结果与讨论

4.1 形成时代

此次测定的雅布赖地区辉长岩锆石U-Pb定年结果为(273.2±1.0)Ma，时代属于早二叠世晚期。

近年来，对雅布赖—诺日公—红谷尔玉林构造带内广泛出露的辉长岩的研究取得了诸多进展，获得了较多的同位素年龄数据(王行军，2012；Feng et al．，2013；张磊等，2013；肖进等，2016；Zhang et al．，2016；宫江华等，2018)，结果集中于264～279 Ma，与此次获得的年龄一致，表明该构造带内出露的辉长岩形成于同一时期。

对于该构造带内广泛出露的花岗岩类，大量的同位素测年数据显示其年龄集中于300～250 Ma之间(李俊建，2006；仵康林，2011；Dan et al．，2012，2014，2015，2016；耿元生等，2012；李杰，2012；史兴俊等，2012； Feng et al．，2013；张磊等，2013；Wang et al．，2015；张建军，2015；Zhang et al．，2015；叶珂等，2016)。该构造带内花岗岩类岩体中普遍发育暗色微粒包体，该类包体为岩浆混合成因(李杰，2012；张建军等，2012；张磊等，2013；陈虹，2015；张建军，2015；王凯垒等，2020)，因此，该构造带内早二叠世岩浆活动中基性岩浆曾与酸性岩浆塑性共存，且发生了物质交换。

图6 雅布赖地区辉长岩(TWPM014-14-1)锆石阴极发光图

图7 雅布赖地区辉长岩(TWPM014-14-1)U-Pb同位素谐和图

表2 雅布赖地区辉长岩(TWPM014-14-1)锆石U-Pb年龄测试结果

4.2 构造环境

斜长石结晶时熔体会出现Sr、Ba亏损(宫江华等，2018)，雅布赖地区早二叠世辉长岩具有较明显的Sr、Ba正异常(图5)，且该区辉长岩的固结指数相对较高(SI为24.78～37.39)，表明其结晶分离程度较低；Eu异常不明显(δEu为0.93～1.15)表明未发生明显的斜长石堆晶作用，是早期矿物结晶组成的堆晶岩(宫江华等，2018)。

雅布赖辉长岩具有较低的TiO2含量，微量元素原始地幔标准化图解(图5)显示，相对富集Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素，亏损Nb、Ta等高场强元素，表现出岛弧火山岩的特征，表明地幔源区可能受到了俯冲板片的混染和交代作用。在La/Yb-Nb/Yb图解中(图8)，雅布赖地区辉长岩样品位于地幔演化区中E-MORB向OIB过渡区域；在Ta/Yb-Th/Yb图解中(图9)，该区辉长岩样品落入陆缘弧区域。

图8 雅布赖地区辉长岩La/Yb-Nb/Yb图解(据Green，2006)

图9 雅布赖地区辉长岩Ta/Yb-Th/Yb图解(据Pearce，2008)

李永军等(2015)研究表明，Ta、Hf、Th、La、Zr、Nb在分离结晶过程中两两元素含量之间的比值显示规律性变化，利用这些元素建立了玄武岩类构造环境判别表，雅布赖地区辉长岩Th/Ta比值>1.1,为6.50～19.97，Th/Nb比值>0.11,为0.36～1.55，结合Ta/Hf、Th/Hf、Nb/Zr、La/Nb比值特征，说明这些辉长岩形成于陆缘岛弧环境。

La/Nb比值常用来判断地幔物质是否受到陆壳的混染(Dungan et al.，1986)，雅布赖地区早二叠世辉长岩La/Nb比值为2.53～4.09，明显高于原始地幔(0.98～1.00)，表明其受到了地壳物质的混染。

上述特征表明该地区辉长岩可能为幔源岩浆和陆壳物质部分熔融形成，且与深俯冲作用关系密切。

近年来，对研究区东侧雅布赖—诺日公—红谷尔玉林构造带同一时期辉长岩的研究表明，这些辉长岩的形成与古亚洲洋向南俯冲有关(Feng et al．，2013；张磊等，2013；肖进等，2016；Zhang et al．，2016)。宫江华等(2018)认为阿拉善地块北缘存在一条西起龙首山、东到狼山的晚石炭—中二叠世超基性-基性岩浆岩带，其形成与古亚洲洋的俯冲-闭合过程相关，这与此次研究所得结论一致。

5 结 论

(1)雅布赖地区辉长岩锆石U-Pb同位素测年结果为(273.2±1.0)Ma，显示其形成于早二叠世晚期。

(2)雅布赖地区辉长岩地球化学特征显示其在成岩过程中受到了明显的陆壳物质的混染，结合区域研究成果，认为该地区辉长岩是俯冲背景下的产物。