内蒙古平安地地区元古代蛇绿混杂岩岩石地球化学特征及构造意义

岳林浩，王继春

(1.内蒙古自治区地质调查研究院，呼和浩特 010020；2.内蒙古自治区岩浆活动成矿与找矿重点实验室，呼和浩特 010020)

0 引言

研究区位于内蒙古东部天山镇西平安地地区，其大地构造位置位于华北板块和西伯利亚板块之间，兴蒙造山带的关键部位(图1a)，记录了古亚洲洋消亡过程中南蒙古—中国东北地区一系列洋底高原、洋岛、海山、微地块、岩浆弧等地质单元与华北板块俯冲-增生-碰撞的历史[1-4](图1b)。温都尔庙-柯丹山-西拉木伦蛇绿混杂岩带是华北板块和西伯利亚板块的缝合带[5-6]，研究区位于该蛇绿混杂岩带以南白乃庙岛弧一侧。

前人曾对达茂旗—白乃庙一带变质火山-沉积地层及周边的侵入岩的年代格架、岩石成因及构造背景进行了研究，证实了岛弧本身存在前寒武纪基底[3,7]。近年来，有学者将白乃庙岛弧解体为早泥盆世和早二叠世火山岩、古元古代斜长角闪岩及新太古代、晚志留世—早石炭世和中三叠世花岗岩等[8]。笔者基于中国地质调查局项目“内蒙古锡林郭勒盟朱日和等三幅1∶5万地质矿产综合调查”工作①，在平安地首次识别出一套蛇绿混杂岩(图1c，图1d)。本文将对该蛇绿混杂岩开展岩石学、岩石地球化学和年代学系统分析和研究，探讨形成年龄及形成构造环境，希望对研究华北板块演化具有参考意义。

图1 平安地地区地质简图[9]Fig.1 Geological sketch of Pingandi areaa.中亚地区构造简图(据文献[7]，修编)；b.兴蒙造山带南部构造简图(据文献[1]，修编)；c.研究区地质简图；d.采样位置剖面图

1 混杂岩特征

1.1 蛇绿混杂岩地质特征

平安地蛇绿混杂岩属“破碎的”和“肢解的”蛇绿岩经构造混杂后形成。滚动岩块处于软基质中，坚硬岩块发生旋转变形，片理和碎裂岩化带围绕岩块分布，显示出运动学特征、强烈的破碎作用和混合作用，表现出挤压、剪切、旋转、碾滚等一系列复杂的变形过程。岩石内部构造发育，经历了多次不同应力方向的断裂作用叠加改造。局部发育韧性剪切作用，可见糜棱岩化花岗岩、花岗质糜棱岩及花岗质混染岩，后期被三叠纪浅肉红色细粒正长花岗岩侵入。主要由多种规模不等、大小悬殊、岩石类型各异的岩块及基质组成。岩块主要包括超铁镁质岩、玄武岩、辉石岩、辉长岩、辉绿岩、角闪辉长岩及大理岩等，基质主要为岩块中的强变形物质及灰黄色泥质粉砂岩、灰色泥岩等。综上认为，该套混杂岩为不同时期的地质体通过多期构造改造、叠加而成的蛇绿混杂堆积体(图1d)。

1.2 岩石学特征

玄武岩(图2a)。具有纤维状微粒状变晶结构(图2b)，变余间粒间隐结构，块状构造，局部残留间粒间隐结构，斜长石微晶板条35%，多数0.05～0.2 mm，少数0.2～0.3 mm细长微晶板条状，杂乱分布，发育聚片双晶；微粒状磁铁矿、钛磁铁矿、榍石、磷灰石少量；原岩普遍发生强烈不均匀蚀变，形成纤维状细柱状淡绿色次闪石和阳起石40%、显微鳞片状隐晶状绿泥石5%、微粒状绿帘石5%、微粒状钠长石15%，次生碳酸盐少量。

图2 构造混杂岩岩块露头照片及显微照片Fig.2 Photos of melange taken from field and under microscopea.玄武岩宏观特征；b.玄武岩显微照片；c.辉石岩；d.辉石岩显微照片Act.阳起石；Pl.斜长石；Spn.榍石；Bi.黑云母

辉石岩(图2c)。具有变余粒状结构(图2d)，纤维状柱状结构，块状构造。阳起石呈0.1～0.3 mm纤维状柱状，集合体呈0.3～1.5 mm团状或不规则状或柱粒状，可能为辉石蚀变而成，部分颗粒析出微粒状磁铁矿；钠长石<0.1 mm微粒状-隐晶状；磷灰石呈0.1～0.4 mm柱粒状，平行消光，负延性。阳起石80%，钠长石10%，裂隙充填钠长石10%，磷灰石少量。

辉绿岩(图3a)。具有微细粒辉绿结构(图3b)，块状构造。斜长石0.1～0.3 mm细长板状，比较干净，可见聚片双晶；辉石0.05～0.4 mm柱粒状，被次闪石交代，极少残留，杂乱分布于斜长石空隙间。不透明矿物星散状分布。斜长石60%，辉石30%，隐晶质10%，不透明矿物少量。

大理岩(图3c)。具有粒状变晶结构(图3d)，块状构造。岩石主要由方解石及少量蛇纹石组成，方解石呈0.05～0.3 mm不规则粒状，颗粒之间紧密咬合；蛇纹石呈纤维状，具异常干涉色，集合体呈0.05～0.3 mm不规则团状；方解石95%，蛇纹石5%，标本加稀冷盐酸发泡剧烈。

图3 构造混杂岩岩块露头照片及显微照片Fig.3 Photos of melange taken from field and under microscopea.辉绿岩；b.辉绿岩显微照片；c.洋岛玄武岩与大理岩；d.大理岩显微照片

石英岩(图4a)。具有岩石碎裂结构，细粒状变晶结构(图4b)，块状构造。岩石发生了碎裂，沿裂隙充填有次生长英质(20%)、阳起石(少)、方解石(少)、褐铁矿(少)等，部分呈不规则团状分布。原岩由石英组成，为0.1～0.5 mm之间的近等轴粒状，颗粒间呈直边镶嵌状接触。

硅质岩(图4c)。具有微粒变晶结构—隐晶状结构(图4d)，轻碎裂变余弱层状—块状构造。隐晶状硅质75%，<0.02 mm，绿帘石10%，0.02～0.05 mm粒状；阳起石10%，0.02～0.07 mm纤维状，不均匀分布，裂隙充填微粒状碳酸盐3%、硅质2%。

图4 构造混杂岩岩块露头照片及显微照片Fig.4 Photos of melange taken from field and under microscopea.石英岩；b.石英岩显微照片；c.硅质岩；d.硅质岩显微照片

2 样品采集与分析方法

本次将重点对具有代表性的玄武岩和辉石岩进行测试分析和研究。共采集了符合有关要求的9套样品，其中采集玄武岩样品4套/件，辉石岩样品5套/件。对这9套样品进行主量元素、稀土元素及微量元素测试分析，其中的玄武岩、辉石岩各1件样品进行锆石U-Pb测年。

主量元素、稀土元素及微量元素测试分析在中国地质调查局天津地质调查中心完成。整个测试过程均在无污染设备中进行。主量元素采用X射线荧光光谱法(XRF)，其中FeO分析采用的是重铬酸钾容量法，分析精度优于1%～5%；稀土元素和微量元素采用电感耦合等离子质谱仪法(ICP-MS)，分析精度和准确度优于5%～10%。

锆石U-Pb分析在内蒙古岩浆活动成矿与找矿重点实验室完成。样品粉碎至80目，经分选后在显微镜下挑选裂纹少、透明度较好、干净的锆石制靶，拍摄锆石透反射光照片、阴极发光(CL)图像，做锆石成因分析。采用激光烧蚀多接收器等离子体质谱仪进行微区原位U-Pb同位素测定，光束为32 μm。仪器配置和实验流程见有关文献[10]。采用GJ～1作为外部锆石年龄标准进行U-Pb同位素分馏校正[11]，采用中国地质大学刘勇胜研发的ICPMSDataCal程序[12]和Ludwig的Isoplot程序[13]进行数据处理，应用208Pb校正法对普通铅进行校正[14]，利用NIST610玻璃标样作为外标计算锆石样品的Pb、U、Th含量，采用Plesovice锆石标样。

3 岩石地球化学特征

表1为4件玄武岩的主量元素、稀土及微量元素分析测试结果。玄武岩的w(SiO2)=41.49%～48.57%，w(TiO2)=1.34%～1.98%，w(Al2O3)=12.54%～16.69%，w(Na2O)=0.51%～1.81%，w(TFe)=8.69%～12.63%，Mg#为51.78～69.44。根据火山岩的分类图解，该套岩石属于拉斑玄武岩系列(图5)。稀土元素含量变化范围较大，但根据稀土总量及相关比值显示其存在内在差异，稀土含量相对较低、轻重稀土分异不明显、w(ΣREE)=70.84×10-6～80.17×10-6，w(LR)/w(HR)=3.39～4.44，δEu=1.01～1.08，w(La)N/w(Yb)N=2.51～4.19；球粒陨石标准化的REE配分图解(图6a)中显示，轻稀土相对呈弱富集，重稀土相对亏损，略右倾平坦型，Eu无明显负异常，与岛弧岩浆岩相似。微量元素含量均大于原始地幔值，原始地幔标准化的微量元素配分图解(图6b)中显示，明显亏损(HFSE)Nb和Ta等元素，Th、Zr、Hf相对亏损，富集大离子亲石元素(LILE)K、Rb、Ba、Sr。介于洋内弧玄武岩(IAT)和洋中脊(MORB)特征之间。

表1 玄武岩主量元素、稀土元素及微量元素分析测试结果Table 1 Analysis of major elements, trace elements and REE of basalt

图5 w(SiO2)—w(Nb)/w(Y)图解(a)和AFM图解(b)Fig.5 w(SiO2)-w(Nb)/w(Y)plot (a) and AFM plot (b)

表2 辉石岩主量元素、稀土元素及微量元素测试结果Table 2 Analysis of major elements and trace elements of pyroxenite

表2为5件辉石岩的主量元素、稀土元素及微量元素分析测试结果。辉石岩的w(SiO2)=42.29%～46.02%，w(TiO2)=0.89%～1.98%，w(Al2O3)=9.97%～15.73%，w(Na2O)=0.47%～2.37%，w(TFe)=11.43%～17.75%，Mg#为45.03～60.76。根据火山岩的分类图解，该套岩石属于拉斑玄武岩系列(图5)。稀土元素含量变化范围较大，但根据稀土总量及相关比值显示其存在内在差异，稀土含量相对较高,轻重稀土分异明显，w(ΣREE)=71.68×10-6～130.91×10-6，w(LREE)=57.59×10-6～114.96×10-6，w(HREE)=14.09×10-6～23.74×10-6，w(LR)/w(HR)=2.87～7.21，δEu=0.81～0.96，w(La)N/w(Yb)N=2.04～8.21，球粒陨石标准化的REE配分图解(图7a)中显示，轻稀土相对富集，重稀土相对亏损，呈右倾型，Eu略具负异常，与E-MORB特征相似。微量元素含量均大于原始地幔值，原始地幔标准化的微量元素配分图解(图7b)中显示，明显富集(HFSE)Nb和Ta等元素，P、Th、Ti相对亏损，微量元素配分曲线与E-MORB玄武岩类似。

图6 玄武岩的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)、微量元素原始地幔标准化曲线(b)Fig.6 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element pattern (b) of basalt

图7 辉石岩的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线(a)、微量元素原始地幔标准化曲线(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element pattern (b) of pyroxenite

4 年代学特征

本次分别对玄武岩(GPM03RZ27)、辉石岩(GPM02RZ10)进行了LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试。2件样品分别测试39点、33点，要求提供每个锆石颗粒的U、Pb同位素比值及年龄值，多个锆石的不一致曲线的谐和年龄。

表3为玄武岩的具体测试同位素数据。玄武岩(GPM03RZ27)锆石阴极发光图像(图8)显示，挑出来的锆石多呈无色透明，内部裂纹和包裹体较少，粒径50～250 μm，锆石晶形多呈半自形，锆石震荡环带较明显，锆石较完整，具有明显的变质边特征，继承核外围形成增生边，与原岩残留锆石之间界限清楚，边界截然不同。分别对不同锆石的核部和边部进行了年龄测试，结果表明核部的年龄值明显要高于变质边的年龄值，如14点、15点年龄值分别为1931 Ma(变质边)、2297 Ma(核部)，16点、17点年龄值分别为2027 Ma(核部)、1705 Ma(变质边)，19点、20点年龄值分别为1966 Ma(核部)、1723 Ma(变质边)，24点、25点年龄值分别为1903 Ma(核部)、1845 Ma(变质边)，29点、30点年龄值分别为1836 Ma(核部)、1625 Ma(变质边)，37、38点年龄值分别为2260 Ma(核部)、1695 Ma(变质边)等，经过统计核部年龄主要集中在1903 Ma—2297 Ma之间，而变质边年龄主要集中于1625 Ma—1931 Ma之间(表3)。根据锆石形态结合测年结果，认为锆石的核部年龄代表岩石形成年龄，变质边年龄相当于同时期的变质事件年龄，本次所获得锆石同位素协和年龄为1757 Ma±19 Ma(图9)。该套岩石形成于古元古代，并且在形成之后经历了明显的变质事件，变质事件持续近300 Ma。

表3 玄武岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试结果Table 3 U-Pb age of LA-MC-ICP-MS of zircon of basalt

图8 玄武岩锆石阴极发光图像及其分析位置与年龄Fig.8 Cathodoluminescence image, analysis points and related ages of zircon from basalt黄色圆圈为测年位置，其中实线为参与谐和点，虚线为未参与谐和点

图9 玄武岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.9 Concordia plot of zircon U-Pb age of basalt

表4为辉石岩的具体测试同位素数据。辉石岩(GPM02RZ10)锆石阴极发光图像(图10)显示，挑出来的锆石多呈无色透明，内部裂纹和包裹体较少，粒径50～250 μm，锆石晶形多呈半自形，锆石震荡环带较明显，锆石较完整，具有明显的变质边特征，继承核外围形成变质增生边，与原岩残留锆石之间界限清楚。本次的测试部位均为核部，经过统计，年龄主要集中在1655 Ma—1930 Ma之间(表4)，综上认为，锆石核部的最老年龄值能代表岩石的形成年龄，本次所获得的锆石同位素协和年龄为1779 Ma±20 Ma和1765 Ma±12 Ma(图11)。综上，认为该套岩石形成于古元古代。

表4 辉石岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试结果Table 4 Zircon U-Pb age of LA-MC-ICP-MS of pyroxenite

图10 辉石岩锆石阴极发光图像及其分析位置与年龄Fig.10 Cathodoluminescence image, analysis points and related age of zircon from pyroxenite黄色圆圈为测年位置，其中实线为参与谐和点，虚线为不参与谐和点

图11 辉石岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig.11 Concordia plot of zircon U-Pb age of pyroxenite

5 讨论

(1)关于成岩年龄

本次测试获得的玄武岩锆石核部年龄主要集中在1903 Ma—2297 Ma，而变质边年龄主要集中于1625 Ma—1931 Ma；研究认为，锆石的核部年龄代表岩石形成年龄，变质边年龄相当于同时期的变质事件年龄，本次所获得锆石同位素协和年龄为1757 Ma±19 Ma。该套岩石形成于古元古代，并且在形成之后经历了明显的变质事件，变质事件持续近300 Ma。辉石岩年龄主要集中在1655 Ma—1930 Ma，锆石核部的最老年龄值能代表岩石的形成年龄，本次所获得的辉石岩锆石同位素协和年龄为1779 Ma±20 Ma和1765 Ma±12 Ma。之前有学者在研究区西侧热水地区和翁牛特旗解放营子地区发现有2550 Ma—2500 Ma和1860 Ma的岩石记录[7,15]，基于本次所获得的LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄数据及锆石特征，推测平安地蛇绿混杂岩主体岩性形成于古元古代，并且随之发生了明显的变质作用，持续至中元古代。

(2)构造意义

平安地蛇绿混杂岩主体岩性的岩石地球化学构造判别图解(图12)显示，玄武岩及辉石岩总体具有E-MORB特征(图12a)，结合前人研究成果，认为该套混杂岩主要由一套具洋中脊蛇绿岩、洋内弧、陆缘弧岩浆岩等特征的岩石组成[16]。该套岩石记录了古元古代中期(2000 Ma—1800Ma)的岩浆、变质事件，与白云鄂博北部地区早古生代辉长岩锆石Hf同位素反演的地幔岩浆抽提事件年龄一致[17]，在白乃庙组绿片岩[18]和白乃庙地区石英二长闪长玢岩[19]中也有相应的捕获锆石U-Pb年龄记录。

图12 构造判别图解Fig.12 The geotectonic discrimination diagrama.w(TFeO)/w(MgO)—w(TiO2)图；b.w(Th)/w(Yb)—w(Ta)/w(Yb)图；c.w(Th)—w(Ta)—w(Hf)/3图

众所周知，古元古代中期(2.0 Ga—1.8 Ga)是哥伦比亚超大陆汇聚时期，该时期劳伦西亚、华北、西伯利亚和印度等一系列克拉通地块发生碰撞拼接[20]，而本套岩石年代学信息与该时限较为一致，暗示其可能参与了哥伦比亚超大陆汇聚事件，即平安地蛇绿混杂岩可作为元古代哥伦比亚超大陆聚合过程中的洋陆转化事件的证据。

6 结语

元古代混杂岩记录了元古代哥伦比亚超大陆聚合过程中的洋陆转化事件，本次研究的内蒙古平安地元古代蛇绿混杂岩恰好位于华北克拉通北侧的内蒙—冀北古元古代造山带和中部新太古代末造山带叠加区的北部，并且其构造属性相似于蛇绿混杂岩及洋岛-海山岩，与内蒙—冀北造山带的背景和时限相吻合。因此，推测平安地蛇绿混杂岩属于华北克拉通的古元古代变质基底。

注释：

① 内蒙古自治区地质调查院.内蒙古1∶5万白音敖包(L50E024024)、兴隆地(K50E001024)、北岗台(K50E002024)幅区域地质调查成果报告[R]. 呼和浩特：内蒙古自治区地质调查院，2021.