阿拉善地块北缘雅布赖地区基性岩墙地球化学、年代学和Sr-Nd同位素特征

王凯垒，李会恺，张学萌，田增彪，张家兴，邢东雪，郑 乐，代 涛

(1.华北地质勘查局五一九大队，河北保定 071051；2.河北九华勘查测绘有限责任公司，河北保定 071051)

雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带位于阿拉善地块北缘，中亚造山带南缘的中部(图1a)，是研究古亚洲洋最终闭合过程的重要区域(Feng et al.,2013；郑荣国等，2013；王涛等，2019；赵闯等，2021)。长期以来，众多学者对该地区的构造归属问题进行了大量研究(Zhao et al.,2004；Zhai et al.,2005；李俊健，2006;Zhang et al.,2013；Dan et al.,2014;Song et al.,2018；张建新等，2018)。近年来，对于古亚洲洋在阿拉善地块北缘的最终闭合时间也进行了一些研究(李杰，2012；Feng et al.,2013；张文等，2013；郑荣国等，2013；Zheng et al.,2014；叶柯等，2016；宫江华等，2018)。

雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带位于查干楚鲁蛇绿岩带南侧(吴泰然和何国琦，1993；李俊健，2006；Zheng et al.,2014)。构造带内古生代-早中生代岩浆岩极为发育(图1b；李俊健，2006；仵康林，2011；李杰，2012；史兴俊等，2012；Feng et al.,2013；张磊等，2013；Dan et al.,2014,2015；Wang et al.,2015；Zhang et al.,2015；叶柯等，2016;张建军等，2019；王凯垒等，2020)，这些广泛出露的岩浆岩究竟形成于俯冲背景还是碰撞或碰撞后伸展背景，目前仍有争议。此外，前人研究多集中在花岗岩类及辉长岩类，对于花岗岩类岩石中发育的暗色微粒包体也进行了一些研究，而对于该构造带内存在的基性岩墙的研究较少。本文对雅布赖地区出露的基性岩墙进行岩石地球化学、年代学、全岩Sr-Nd同位素研究，探讨其成因及物质来源，为深入了解该地区晚古生代岩浆作用和构造演化提供新的资料。

1 地质背景

雅布赖地区位于雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带西端(图1b)，该地区侵入岩十分发育，整体呈北东向展布，出露岩性多样，自基性岩类至酸性岩类均有出露(图2)；其中主体岩性为花岗闪长岩与

图1 阿拉善地区构造位置(a，据范玉须等，2019)和雅布赖-诺尔公-红古尔玉林构造带地质简图(b，据张建军等，2019)Fig.1 Tectonic setting of the Alxa area ( a,after Fan et al.,2019) and simplified geological map of the Yabulai-Nuoergong-Honggueryulin tectonic zone (b,after Zhang et al.,2019)1-中-新生界；2-二叠系；3-石炭系；4-寒武系；5-前寒武系；6-中生代花岗质岩石；7-晚古生代花岗质岩石；8-早古生代花岗质岩石；9-古生代基性侵入岩1-Mesozoic-Cenozoic;2-Permian;3-Carboniferous;4-Cambrian;5-Precambrian;6-Mesozoic granitoids;7-Late-Paleozoic granitoids;8-Early-Paleozoic granitoids;9-Paleozoic basic intrusive rock 数据来源：①李俊健,2006;②仵康林,2011;③耿元生等,2012;④李杰,2012;⑤史兴俊等,2012;⑥Feng et al.,2013;⑦Dan et al.,2014;⑧Dan et al.,2015;⑨Zhang et al.,2015;⑩党智财等,2016;叶珂等,2016;Zhang et al.,2016;张建军等,2019;王凯垒等,2020。

图2 雅布赖地区地质简图Fig.2 Simplified geological map of the Yabulai area1-侏罗系；2-白垩系；3-元古界；4-正长花岗岩；5-二长花岗岩；6-花岗闪长岩；7-闪长岩；8-辉长岩；9-基性岩墙；10-断层；11-推测断层；12-取样位置1-Jurassic;2-Cretaceous;3-Proterozoic;4-syenogranite;5-monzogranite;6-granodiorite;7-diorite;8-gabbro;9-mafic dyke;10-fault;11-inferred fault;12-sampling site

二长花岗岩。花岗闪长岩与二长花岗岩内部均发育大量岩浆混合成因的暗色微粒包体(王凯垒等，2020)和侵入其中的基性岩墙。岩墙宽几十厘米至几十米，长几十至数百米，个别可达3～4 km，产状较稳定，均较陡，部分近直立产出，多沿北东向展布，少数呈北西向走向，侵入花岗闪长岩与二长花岗岩(图3a、b、c、d)。岩性主要为辉长闪长岩(图3e)，少数为斑状闪长岩(图3f)等。

图3 雅布赖地区基性岩墙野外及镜下特征Fig.3 Field and microscopic photos of the mafic dykes in the Yabulai areaa、b、c、d-基性岩墙野外露头；e、f-基性岩墙显微照片(正交偏光，50×)(a) to (d)-field outcrops；(e) and (f)-microphotographs (orthogonal polarization,50×)

2 锆石U-Pb年龄

锆石测年样品TWD3002-1-1岩性为辉长闪长岩，采取位置为E102°55′48″，N39°31′59″，在野外采取新鲜岩石，锆石挑选工作在廊坊市区域地质调查研究所完成；制靶、照相及测试工作在北京科荟测试技术有限公司完成。

本次共测试30个点，锆石CL图像显示(图4)，样品锆石晶型较好，形状较为规则，表面洁净，具有扇形结构或发育环带，粒径介于80～140 μm之间，长宽比为1∶1.1～1∶1.5之间，其中7、21、26号点和谐度较低，剩余27个点Th含量为42×10-6～272×10-6，U含量72×10-6～240×10-6，Pb含量为5×10-6～15×10-6，Th/U比值在0.59～1.13之间，为典型的岩浆型锆石，27个点206Pb/238U年龄集中分布于261～277 Ma(表1)，其加权平均年龄为268±1.6 Ma(MSWD=1.07,probability =0.37) (图5、表1)。

图4 雅布赖地区基性岩墙(TWD3002-1-1)锆石阴极发光图Fig.4 CL images of representative zircons of mafic dykes (TWD3002-1-1) in the Yabulai area

图5 雅布赖地区基性岩墙(TWD3002-1-1) U-Pb同位素协和图Fig.5 U-Pb isotopic concordia diagram for zircons of the mafic dykes (TWD3002-1-1) in the Yabulai area

3 地球化学特征

本文对雅布赖地区基性岩墙选取6件样品进行主量元素、微量元素分析，测试在华北地质勘查局燕郊中心实验室完成；主量元素用ICP-AES测定。微量元素及稀土元素的测定，Zr、Hf用电感耦合等离子体发射光谱法测定，其余用电感耦合等离子质谱法测定，分析结果见表2。

基性岩墙SiO2含量介于48.48%～56.47%之间，Al2O3含量介于16.20%～18.92%之间，FeOT(7.39%～10.46%，平均8.95)，CaO(6.40%～8.16%，平均7.31)，Na2O含量介于3.07%～4.03%之间，K2O含量介于1.43%～2.35%之间,K2O+Na2O(5.09%～6.27%，Na2O>K2O)，TiO2含量介于0.96%～1.93%之间(平均1.50%)，Mg#含量介于41～53之间。

表2 雅布赖地区基性岩墙主量元素(%)、稀土元素和微量元素(×10-6)分析结果

雅布赖地区基性岩墙稀土总量介于143.01×10-6～278.8×10-6之间，平均213.58×10-6，稀土总量较高；样品轻、重稀土分馏明显，轻稀土富集(LREE/HREE=7.43～10.16，平均9.08，(La/Yb)N=7.27～12.31，平均9.96)；具不明显的负铕异常(δEu=0.84～1.05，平均0.94)；雅布赖地区基性岩墙与区域上出露的同时期基性岩类及铁镁质微粒包体具有相似的微量元素特征，均具有右倾的稀土配分曲线(图6a)，且均不同程度地富集大离子亲石元素(LREE、Rb、Ba、K、Sr等)和亏损高场强元素(Nb、Ta、P、Ti等)(图6b)，反应其为同源岩浆作用的产物。

图6 雅布赖地区基性岩墙稀土元素球粒陨石标准化配分图(a，标准化数据引自Boynton，1984)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b，标准化数据引自Sun and McDonough，1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a,normalized values from Boynton,1984) and primitive-mantle normalized trace element patterns (b,normalized values from Sun and McDonough,1989) of the mafic dykes in the Yabulai area

4 Sr-Nd同位素特征

Sr-Nd同位素化学分离和测试在北京科荟测试技术有限公司实验室完成。仪器为ThermoFisher公司Neptune plus型MC-ICP-MS。Sr、Nd同位素仪器分馏校正采用指数方程，以88Sr/86Sr=8.375209、146Nd/144Nd = 0.7219进行校正。

雅布赖地区基性岩墙Sr-Nd同位素测试结果见表3，以雅布赖地区基性岩墙结晶年龄t=268 Ma计算，获得全岩(87Sr/86Sr)i值变化于0.707403～0.707986之间，εNd(t)值变化于-2.9～-4.7之间。

表3 雅布赖地区基性岩墙全岩Sr-Nd同位素成分表

5 讨论

5.1 形成时代

针对雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带内出露的基性岩墙，目前并没有准确的年龄数据。本次对雅布赖地区出露的基性岩墙所测定的锆石U-Pb定年结果表明，雅布赖地区基性岩墙形成于268±1.6 Ma，时代归属于中二叠世早期。

近年来，雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带内获得了众多基性侵入岩的年龄数据；这些年龄多集中在262～300 Ma之间(王行军，2012；Feng et al.,2013；张磊等，2013；Zhang et al.,2016；Liu et al.,2017)。

该构造带中酸性侵入岩内还广泛发育铁镁质微粒包体，亦获得了许多年龄数据，牙马图地区铁镁质微粒包体的锆石U-Pb年龄为272 Ma和270 Ma(Dan et al.,2015；Zhang et al.,2016)；曼德林乌拉地区铁镁质微粒包体年龄为271 Ma(张建军等，2019)；王凯垒等(2020)获得雅布赖地区铁镁质微粒包体年龄为285 Ma。以上数据表明雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带内在晚石炭世-中二叠世存在大规模的基性岩浆活动，形成一条基性岩浆岩带，这些基性岩类与区域上广泛分布的同时期(320～250 Ma)花岗岩类侵入岩共生。

5.2 岩浆源区特征

基性岩墙群岩浆源区通常为陆下软流圈或岩石圈地幔(林瑶等，2014)。雅布赖地区基性岩墙以t=268 Ma计算，岩石(87Sr/86Sr)i介于0.707403～0.707986之间，相对较高，εNd(t)值(-2.9～-4.7)较低；与软流圈地幔的Sr-Nd同位素特征(Nd同位素亏损和低的87Sr/86Sr初始比值)截然不同(Hofmann，1988；孙凯等，2019)，而与大陆岩石圈地幔特征相似(Menzies，1989)，表明其并非来自软流圈地幔，而可能来自岩石圈地幔；在La/Nb-La/Ba判别图解(图7a)中，雅布赖地区基性岩墙的样品点多数落在俯冲交代的岩石圈地幔区域。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)图解中(图7b)，雅布赖地区基性岩墙偏离地幔演化区，靠近EMⅡ，显示其受到10%～30%下地壳混染，远离上地壳混染线，表明富集岩石圈地幔源区属性受到了来自下地壳的壳源物质的改造。

此外，雅布赖地区基性岩墙富集LREE和LILE(如Rb、Ba、K、Sr等)，相对亏损HSFE(如Nb、Ta、P、Ti等)，同样表明其起源于岩石圈地幔(孔会磊等，2017)，且源区有陆壳物质的参与(罗伟等，2016)，暗示该地区基性岩墙应起源于受板片俯冲作用改造的岩石圈地幔的部分熔融(王治华等，2012；邹金汐等，2013；陈娟等，2015)。

同时期花岗岩类岩石中广泛发育的铁镁质微粒包体也证明了该地区晚古生代岩浆活动经历了大规模的壳幔相互作用(Dan et al.,2015；Zhang et al.,2016；张建军等，2019；王凯垒等，2020)。

综上所述，雅布赖地区基性岩墙的岩浆来源为受板片俯冲作用改造的岩石圈地幔。

图7 雅布赖地区基性岩墙La/Nb-La/Ba图解(a,底图据王亚磊等，2015)和(87Sr/86Sr)i-εNd(t)图解(b，底图据林瑶等，2014)Fig.7 Diagrams of La/Nb-La/Ba (a,after Wang et al.,2015) and (87Sr/86Sr)i-εNd(t) (b,after Lin et al.,2014) of the mafic dykes in the Yabulai area

5.3 构造背景

阿拉善地块北缘地区分布有大面积的花岗岩类和基性岩类，已有成果显示这些岩浆岩年龄集中分布在晚石炭-中二叠世(320～250 Ma)；雅布赖地区基性岩墙形成于中二叠世早期(268 Ma)，暗示他们具有共同的形成环境。张磊等(2013)认为雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带内早二叠世辉长岩具有岩浆弧的特征，可能为俯冲背景下的产物；而有学者认为该地区侵入岩显示的岛弧岩浆岩的地化特征是因为继承了源岩的特征，其应形成于后碰撞的构造环境(仵康林，2011)。

幔源岩浆通常形成于伸展环境(王亚磊等，2017)。根据李永军等(2015)利用不相容元素建立的玄武岩类构造环境判别表，雅布赖地区基性岩墙Th/Ta值为6.38～10.52，均大于1.6，Th/Nb值为0.37～0.85，均大于0.11，表现为弧构造及陆内有关的玄武岩类的特征；Ta/Hf值为0.07～0.17，多数介于0.1～0.3之间，Nb/Zr值为0.04～0.07，介于0.04～0.15之间，表现为板内玄武岩的特征；结合Th/Hf、La/Nb值特征，显示该地区基性岩墙形成于大陆板内环境。

在Zr-Zr/Y(图8a)和Zr-Ti/100-3Y(图8b)判别图解上，雅布赖地区基性岩墙样品落在板内玄武岩区域及附近。表明雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带在该时期处于陆内伸展的构造环境。

根据叶珂等(2016)对雅布赖地区花岗岩类岩石的研究，认为该地区在早二叠世(272～286 Ma)处于碰撞或后碰撞环境；李杰(2012)对该构造带内雅布赖-诺尔公出露的花岗岩类研究同样得出该地区在早二叠世进入后碰撞环境的结论。

结合前人研究与本文分析认为，雅布赖地区基性岩墙为碰撞后拉伸环境下的产物，雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带在早二叠-中二叠世处于碰撞后伸展的构造环境。

早二叠世时期，阿拉善地块北缘雅布赖-诺尔公-红谷尔玉林构造带在碰撞后伸展环境下，地壳拉张减薄伴随地幔上涌和和幔源岩浆的底侵作用(吴福元等，2007)，形成了该构造带内巨量的花岗岩类和辉长岩类(李俊健，2006；仵康林，2011；李杰，2012；史兴俊等，2012；Feng et al.,2013；张磊等，2013；Dan et al.,2014,2015；Wang et al.,2015；Zhang et al.,2015；叶柯等，2016;张建军等，2019；王凯垒等，2020)，两者发生了大规模的岩浆混合作用(Dan et al.,2015；Zhang et al.,2016；张建军等，2019；王凯垒等，2020)。早二叠世晚期-中二叠世，受下地壳物质改造的岩石圈地幔部分熔融形成了基性岩墙。

图8 雅布赖地区基性岩墙Zr-Zr/Y图解( a,据Pearce and Norry,1979)和Zr-Ti/100-3Y 图解(b,据Pearce and Cann,1973)Fig.8 Diagrams of Zr-Zr/Y (a,after Pearce and Norry,1979) and Zr-Ti/100-3Y (b,after Pearce and Cann,1973) of the mafic dykes in the Yabulai area

6 结论

(1)雅布赖地区基性岩墙LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为268±1.6 Ma，显示其形成于中二叠世早期。

(2)雅布赖地区基性岩墙的(87Sr/86Sr)i相对较高(0.707403～0.707986)、εNd(t)值(-2.9～-4.7) 较低，富集LREE和LILE，亏损Nb、Ta、Ti等元素，暗示其起源于受板片俯冲作用改造的富集地幔源区。

(3)在构造环境判别图解上，雅布赖地区基性岩墙样品落在板内玄武岩区域内。结合Ta、Hf、Th、La、Zr、Nb等不相容元素特征及前人研究成果，认为雅布赖地区基性岩墙形成于碰撞后伸展的构造背景。

[附中文参考文献]

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