岳林浩,王繼春
(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查研究院,呼和浩特 010020;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動(dòng)成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,呼和浩特 010020)
研究區(qū)位于內(nèi)蒙古東部天山鎮(zhèn)西平安地地區(qū),其大地構(gòu)造位置位于華北板塊和西伯利亞板塊之間,興蒙造山帶的關(guān)鍵部位(圖1a),記錄了古亞洲洋消亡過(guò)程中南蒙古—中國(guó)東北地區(qū)一系列洋底高原、洋島、海山、微地塊、巖漿弧等地質(zhì)單元與華北板塊俯沖-增生-碰撞的歷史[1-4](圖1b)。溫都爾廟-柯丹山-西拉木倫蛇綠混雜巖帶是華北板塊和西伯利亞板塊的縫合帶[5-6],研究區(qū)位于該蛇綠混雜巖帶以南白乃廟島弧一側(cè)。
前人曾對(duì)達(dá)茂旗—白乃廟一帶變質(zhì)火山-沉積地層及周邊的侵入巖的年代格架、巖石成因及構(gòu)造背景進(jìn)行了研究,證實(shí)了島弧本身存在前寒武紀(jì)基底[3,7]。近年來(lái),有學(xué)者將白乃廟島弧解體為早泥盆世和早二疊世火山巖、古元古代斜長(zhǎng)角閃巖及新太古代、晚志留世—早石炭世和中三疊世花崗巖等[8]。筆者基于中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“內(nèi)蒙古錫林郭勒盟朱日和等三幅1∶5萬(wàn)地質(zhì)礦產(chǎn)綜合調(diào)查”工作①,在平安地首次識(shí)別出一套蛇綠混雜巖(圖1c,圖1d)。本文將對(duì)該蛇綠混雜巖開展巖石學(xué)、巖石地球化學(xué)和年代學(xué)系統(tǒng)分析和研究,探討形成年齡及形成構(gòu)造環(huán)境,希望對(duì)研究華北板塊演化具有參考意義。
圖1 平安地地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖[9]Fig.1 Geological sketch of Pingandi areaa.中亞地區(qū)構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[7],修編);b.興蒙造山帶南部構(gòu)造簡(jiǎn)圖(據(jù)文獻(xiàn)[1],修編);c.研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖;d.采樣位置剖面圖
平安地蛇綠混雜巖屬“破碎的”和“肢解的”蛇綠巖經(jīng)構(gòu)造混雜后形成。滾動(dòng)巖塊處于軟基質(zhì)中,堅(jiān)硬巖塊發(fā)生旋轉(zhuǎn)變形,片理和碎裂巖化帶圍繞巖塊分布,顯示出運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、強(qiáng)烈的破碎作用和混合作用,表現(xiàn)出擠壓、剪切、旋轉(zhuǎn)、碾滾等一系列復(fù)雜的變形過(guò)程。巖石內(nèi)部構(gòu)造發(fā)育,經(jīng)歷了多次不同應(yīng)力方向的斷裂作用疊加改造。局部發(fā)育韌性剪切作用,可見糜棱巖化花崗巖、花崗質(zhì)糜棱巖及花崗質(zhì)混染巖,后期被三疊紀(jì)淺肉紅色細(xì)粒正長(zhǎng)花崗巖侵入。主要由多種規(guī)模不等、大小懸殊、巖石類型各異的巖塊及基質(zhì)組成。巖塊主要包括超鐵鎂質(zhì)巖、玄武巖、輝石巖、輝長(zhǎng)巖、輝綠巖、角閃輝長(zhǎng)巖及大理巖等,基質(zhì)主要為巖塊中的強(qiáng)變形物質(zhì)及灰黃色泥質(zhì)粉砂巖、灰色泥巖等。綜上認(rèn)為,該套混雜巖為不同時(shí)期的地質(zhì)體通過(guò)多期構(gòu)造改造、疊加而成的蛇綠混雜堆積體(圖1d)。
玄武巖(圖2a)。具有纖維狀微粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖2b),變余間粒間隱結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,局部殘留間粒間隱結(jié)構(gòu),斜長(zhǎng)石微晶板條35%,多數(shù)0.05~0.2 mm,少數(shù)0.2~0.3 mm細(xì)長(zhǎng)微晶板條狀,雜亂分布,發(fā)育聚片雙晶;微粒狀磁鐵礦、鈦磁鐵礦、榍石、磷灰石少量;原巖普遍發(fā)生強(qiáng)烈不均勻蝕變,形成纖維狀細(xì)柱狀淡綠色次閃石和陽(yáng)起石40%、顯微鱗片狀隱晶狀綠泥石5%、微粒狀綠簾石5%、微粒狀鈉長(zhǎng)石15%,次生碳酸鹽少量。
圖2 構(gòu)造混雜巖巖塊露頭照片及顯微照片F(xiàn)ig.2 Photos of melange taken from field and under microscopea.玄武巖宏觀特征;b.玄武巖顯微照片;c.輝石巖;d.輝石巖顯微照片Act.陽(yáng)起石;Pl.斜長(zhǎng)石;Spn.榍石;Bi.黑云母
輝石巖(圖2c)。具有變余粒狀結(jié)構(gòu)(圖2d),纖維狀柱狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。陽(yáng)起石呈0.1~0.3 mm纖維狀柱狀,集合體呈0.3~1.5 mm團(tuán)狀或不規(guī)則狀或柱粒狀,可能為輝石蝕變而成,部分顆粒析出微粒狀磁鐵礦;鈉長(zhǎng)石<0.1 mm微粒狀-隱晶狀;磷灰石呈0.1~0.4 mm柱粒狀,平行消光,負(fù)延性。陽(yáng)起石80%,鈉長(zhǎng)石10%,裂隙充填鈉長(zhǎng)石10%,磷灰石少量。
輝綠巖(圖3a)。具有微細(xì)粒輝綠結(jié)構(gòu)(圖3b),塊狀構(gòu)造。斜長(zhǎng)石0.1~0.3 mm細(xì)長(zhǎng)板狀,比較干凈,可見聚片雙晶;輝石0.05~0.4 mm柱粒狀,被次閃石交代,極少殘留,雜亂分布于斜長(zhǎng)石空隙間。不透明礦物星散狀分布。斜長(zhǎng)石60%,輝石30%,隱晶質(zhì)10%,不透明礦物少量。
大理巖(圖3c)。具有粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖3d),塊狀構(gòu)造。巖石主要由方解石及少量蛇紋石組成,方解石呈0.05~0.3 mm不規(guī)則粒狀,顆粒之間緊密咬合;蛇紋石呈纖維狀,具異常干涉色,集合體呈0.05~0.3 mm不規(guī)則團(tuán)狀;方解石95%,蛇紋石5%,標(biāo)本加稀冷鹽酸發(fā)泡劇烈。
圖3 構(gòu)造混雜巖巖塊露頭照片及顯微照片F(xiàn)ig.3 Photos of melange taken from field and under microscopea.輝綠巖;b.輝綠巖顯微照片;c.洋島玄武巖與大理巖;d.大理巖顯微照片
石英巖(圖4a)。具有巖石碎裂結(jié)構(gòu),細(xì)粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖4b),塊狀構(gòu)造。巖石發(fā)生了碎裂,沿裂隙充填有次生長(zhǎng)英質(zhì)(20%)、陽(yáng)起石(少)、方解石(少)、褐鐵礦(少)等,部分呈不規(guī)則團(tuán)狀分布。原巖由石英組成,為0.1~0.5 mm之間的近等軸粒狀,顆粒間呈直邊鑲嵌狀接觸。
硅質(zhì)巖(圖4c)。具有微粒變晶結(jié)構(gòu)—隱晶狀結(jié)構(gòu)(圖4d),輕碎裂變余弱層狀—塊狀構(gòu)造。隱晶狀硅質(zhì)75%,<0.02 mm,綠簾石10%,0.02~0.05 mm粒狀;陽(yáng)起石10%,0.02~0.07 mm纖維狀,不均勻分布,裂隙充填微粒狀碳酸鹽3%、硅質(zhì)2%。
圖4 構(gòu)造混雜巖巖塊露頭照片及顯微照片F(xiàn)ig.4 Photos of melange taken from field and under microscopea.石英巖;b.石英巖顯微照片;c.硅質(zhì)巖;d.硅質(zhì)巖顯微照片
本次將重點(diǎn)對(duì)具有代表性的玄武巖和輝石巖進(jìn)行測(cè)試分析和研究。共采集了符合有關(guān)要求的9套樣品,其中采集玄武巖樣品4套/件,輝石巖樣品5套/件。對(duì)這9套樣品進(jìn)行主量元素、稀土元素及微量元素測(cè)試分析,其中的玄武巖、輝石巖各1件樣品進(jìn)行鋯石U-Pb測(cè)年。
主量元素、稀土元素及微量元素測(cè)試分析在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成。整個(gè)測(cè)試過(guò)程均在無(wú)污染設(shè)備中進(jìn)行。主量元素采用X射線熒光光譜法(XRF),其中FeO分析采用的是重鉻酸鉀容量法,分析精度優(yōu)于1%~5%;稀土元素和微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜儀法(ICP-MS),分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%~10%。
鋯石U-Pb分析在內(nèi)蒙古巖漿活動(dòng)成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。樣品粉碎至80目,經(jīng)分選后在顯微鏡下挑選裂紋少、透明度較好、干凈的鋯石制靶,拍攝鋯石透反射光照片、陰極發(fā)光(CL)圖像,做鋯石成因分析。采用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行微區(qū)原位U-Pb同位素測(cè)定,光束為32 μm。儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程見有關(guān)文獻(xiàn)[10]。采用GJ~1作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行U-Pb同位素分餾校正[11],采用中國(guó)地質(zhì)大學(xué)劉勇勝研發(fā)的ICPMSDataCal程序[12]和Ludwig的Isoplot程序[13]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,應(yīng)用208Pb校正法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正[14],利用NIST610玻璃標(biāo)樣作為外標(biāo)計(jì)算鋯石樣品的Pb、U、Th含量,采用Plesovice鋯石標(biāo)樣。
表1為4件玄武巖的主量元素、稀土及微量元素分析測(cè)試結(jié)果。玄武巖的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#為51.78~69.44。根據(jù)火山巖的分類圖解,該套巖石屬于拉斑玄武巖系列(圖5)。稀土元素含量變化范圍較大,但根據(jù)稀土總量及相關(guān)比值顯示其存在內(nèi)在差異,稀土含量相對(duì)較低、輕重稀土分異不明顯、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;球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的REE配分圖解(圖6a)中顯示,輕稀土相對(duì)呈弱富集,重稀土相對(duì)虧損,略右傾平坦型,Eu無(wú)明顯負(fù)異常,與島弧巖漿巖相似。微量元素含量均大于原始地幔值,原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素配分圖解(圖6b)中顯示,明顯虧損(HFSE)Nb和Ta等元素,Th、Zr、Hf相對(duì)虧損,富集大離子親石元素(LILE)K、Rb、Ba、Sr。介于洋內(nèi)弧玄武巖(IAT)和洋中脊(MORB)特征之間。
表1 玄武巖主量元素、稀土元素及微量元素分析測(cè)試結(jié)果Table 1 Analysis of major elements, trace elements and REE of basalt
圖5 w(SiO2)—w(Nb)/w(Y)圖解(a)和AFM圖解(b)Fig.5 w(SiO2)-w(Nb)/w(Y)plot (a) and AFM plot (b)
表2 輝石巖主量元素、稀土元素及微量元素測(cè)試結(jié)果Table 2 Analysis of major elements and trace elements of pyroxenite
表2為5件輝石巖的主量元素、稀土元素及微量元素分析測(cè)試結(jié)果。輝石巖的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#為45.03~60.76。根據(jù)火山巖的分類圖解,該套巖石屬于拉斑玄武巖系列(圖5)。稀土元素含量變化范圍較大,但根據(jù)稀土總量及相關(guān)比值顯示其存在內(nèi)在差異,稀土含量相對(duì)較高,輕重稀土分異明顯,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,球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化的REE配分圖解(圖7a)中顯示,輕稀土相對(duì)富集,重稀土相對(duì)虧損,呈右傾型,Eu略具負(fù)異常,與E-MORB特征相似。微量元素含量均大于原始地幔值,原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素配分圖解(圖7b)中顯示,明顯富集(HFSE)Nb和Ta等元素,P、Th、Ti相對(duì)虧損,微量元素配分曲線與E-MORB玄武巖類似。
圖6 玄武巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(a)、微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線(b)Fig.6 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element pattern (b) of basalt
圖7 輝石巖的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線(a)、微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化曲線(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element pattern (b) of pyroxenite
本次分別對(duì)玄武巖(GPM03RZ27)、輝石巖(GPM02RZ10)進(jìn)行了LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試。2件樣品分別測(cè)試39點(diǎn)、33點(diǎn),要求提供每個(gè)鋯石顆粒的U、Pb同位素比值及年齡值,多個(gè)鋯石的不一致曲線的諧和年齡。
表3為玄武巖的具體測(cè)試同位素?cái)?shù)據(jù)。玄武巖(GPM03RZ27)鋯石陰極發(fā)光圖像(圖8)顯示,挑出來(lái)的鋯石多呈無(wú)色透明,內(nèi)部裂紋和包裹體較少,粒徑50~250 μm,鋯石晶形多呈半自形,鋯石震蕩環(huán)帶較明顯,鋯石較完整,具有明顯的變質(zhì)邊特征,繼承核外圍形成增生邊,與原巖殘留鋯石之間界限清楚,邊界截然不同。分別對(duì)不同鋯石的核部和邊部進(jìn)行了年齡測(cè)試,結(jié)果表明核部的年齡值明顯要高于變質(zhì)邊的年齡值,如14點(diǎn)、15點(diǎn)年齡值分別為1931 Ma(變質(zhì)邊)、2297 Ma(核部),16點(diǎn)、17點(diǎn)年齡值分別為2027 Ma(核部)、1705 Ma(變質(zhì)邊),19點(diǎn)、20點(diǎn)年齡值分別為1966 Ma(核部)、1723 Ma(變質(zhì)邊),24點(diǎn)、25點(diǎn)年齡值分別為1903 Ma(核部)、1845 Ma(變質(zhì)邊),29點(diǎn)、30點(diǎn)年齡值分別為1836 Ma(核部)、1625 Ma(變質(zhì)邊),37、38點(diǎn)年齡值分別為2260 Ma(核部)、1695 Ma(變質(zhì)邊)等,經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)核部年齡主要集中在1903 Ma—2297 Ma之間,而變質(zhì)邊年齡主要集中于1625 Ma—1931 Ma之間(表3)。根據(jù)鋯石形態(tài)結(jié)合測(cè)年結(jié)果,認(rèn)為鋯石的核部年齡代表巖石形成年齡,變質(zhì)邊年齡相當(dāng)于同時(shí)期的變質(zhì)事件年齡,本次所獲得鋯石同位素協(xié)和年齡為1757 Ma±19 Ma(圖9)。該套巖石形成于古元古代,并且在形成之后經(jīng)歷了明顯的變質(zhì)事件,變質(zhì)事件持續(xù)近300 Ma。
表3 玄武巖LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果Table 3 U-Pb age of LA-MC-ICP-MS of zircon of basalt
圖8 玄武巖鋯石陰極發(fā)光圖像及其分析位置與年齡Fig.8 Cathodoluminescence image, analysis points and related ages of zircon from basalt黃色圓圈為測(cè)年位置,其中實(shí)線為參與諧和點(diǎn),虛線為未參與諧和點(diǎn)
圖9 玄武巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.9 Concordia plot of zircon U-Pb age of basalt
表4為輝石巖的具體測(cè)試同位素?cái)?shù)據(jù)。輝石巖(GPM02RZ10)鋯石陰極發(fā)光圖像(圖10)顯示,挑出來(lái)的鋯石多呈無(wú)色透明,內(nèi)部裂紋和包裹體較少,粒徑50~250 μm,鋯石晶形多呈半自形,鋯石震蕩環(huán)帶較明顯,鋯石較完整,具有明顯的變質(zhì)邊特征,繼承核外圍形成變質(zhì)增生邊,與原巖殘留鋯石之間界限清楚。本次的測(cè)試部位均為核部,經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì),年齡主要集中在1655 Ma—1930 Ma之間(表4),綜上認(rèn)為,鋯石核部的最老年齡值能代表巖石的形成年齡,本次所獲得的鋯石同位素協(xié)和年齡為1779 Ma±20 Ma和1765 Ma±12 Ma(圖11)。綜上,認(rèn)為該套巖石形成于古元古代。
表4 輝石巖LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測(cè)試結(jié)果Table 4 Zircon U-Pb age of LA-MC-ICP-MS of pyroxenite
圖10 輝石巖鋯石陰極發(fā)光圖像及其分析位置與年齡Fig.10 Cathodoluminescence image, analysis points and related age of zircon from pyroxenite黃色圓圈為測(cè)年位置,其中實(shí)線為參與諧和點(diǎn),虛線為不參與諧和點(diǎn)
圖11 輝石巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.11 Concordia plot of zircon U-Pb age of pyroxenite
(1)關(guān)于成巖年齡
本次測(cè)試獲得的玄武巖鋯石核部年齡主要集中在1903 Ma—2297 Ma,而變質(zhì)邊年齡主要集中于1625 Ma—1931 Ma;研究認(rèn)為,鋯石的核部年齡代表巖石形成年齡,變質(zhì)邊年齡相當(dāng)于同時(shí)期的變質(zhì)事件年齡,本次所獲得鋯石同位素協(xié)和年齡為1757 Ma±19 Ma。該套巖石形成于古元古代,并且在形成之后經(jīng)歷了明顯的變質(zhì)事件,變質(zhì)事件持續(xù)近300 Ma。輝石巖年齡主要集中在1655 Ma—1930 Ma,鋯石核部的最老年齡值能代表巖石的形成年齡,本次所獲得的輝石巖鋯石同位素協(xié)和年齡為1779 Ma±20 Ma和1765 Ma±12 Ma。之前有學(xué)者在研究區(qū)西側(cè)熱水地區(qū)和翁牛特旗解放營(yíng)子地區(qū)發(fā)現(xiàn)有2550 Ma—2500 Ma和1860 Ma的巖石記錄[7,15],基于本次所獲得的LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡數(shù)據(jù)及鋯石特征,推測(cè)平安地蛇綠混雜巖主體巖性形成于古元古代,并且隨之發(fā)生了明顯的變質(zhì)作用,持續(xù)至中元古代。
(2)構(gòu)造意義
平安地蛇綠混雜巖主體巖性的巖石地球化學(xué)構(gòu)造判別圖解(圖12)顯示,玄武巖及輝石巖總體具有E-MORB特征(圖12a),結(jié)合前人研究成果,認(rèn)為該套混雜巖主要由一套具洋中脊蛇綠巖、洋內(nèi)弧、陸緣弧巖漿巖等特征的巖石組成[16]。該套巖石記錄了古元古代中期(2000 Ma—1800Ma)的巖漿、變質(zhì)事件,與白云鄂博北部地區(qū)早古生代輝長(zhǎng)巖鋯石Hf同位素反演的地幔巖漿抽提事件年齡一致[17],在白乃廟組綠片巖[18]和白乃廟地區(qū)石英二長(zhǎng)閃長(zhǎng)玢巖[19]中也有相應(yīng)的捕獲鋯石U-Pb年齡記錄。
圖12 構(gòu)造判別圖解Fig.12 The geotectonic discrimination diagrama.w(TFeO)/w(MgO)—w(TiO2)圖;b.w(Th)/w(Yb)—w(Ta)/w(Yb)圖;c.w(Th)—w(Ta)—w(Hf)/3圖
眾所周知,古元古代中期(2.0 Ga—1.8 Ga)是哥倫比亞超大陸匯聚時(shí)期,該時(shí)期勞倫西亞、華北、西伯利亞和印度等一系列克拉通地塊發(fā)生碰撞拼接[20],而本套巖石年代學(xué)信息與該時(shí)限較為一致,暗示其可能參與了哥倫比亞超大陸匯聚事件,即平安地蛇綠混雜巖可作為元古代哥倫比亞超大陸聚合過(guò)程中的洋陸轉(zhuǎn)化事件的證據(jù)。
元古代混雜巖記錄了元古代哥倫比亞超大陸聚合過(guò)程中的洋陸轉(zhuǎn)化事件,本次研究的內(nèi)蒙古平安地元古代蛇綠混雜巖恰好位于華北克拉通北側(cè)的內(nèi)蒙—冀北古元古代造山帶和中部新太古代末造山帶疊加區(qū)的北部,并且其構(gòu)造屬性相似于蛇綠混雜巖及洋島-海山巖,與內(nèi)蒙—冀北造山帶的背景和時(shí)限相吻合。因此,推測(cè)平安地蛇綠混雜巖屬于華北克拉通的古元古代變質(zhì)基底。
注釋:
① 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院.內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)白音敖包(L50E024024)、興隆地(K50E001024)、北崗臺(tái)(K50E002024)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查成果報(bào)告[R]. 呼和浩特:內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院,2021.