郜曉勇，李永飛，孫守亮

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

內(nèi)蒙古東部碧流臺地區(qū)輝長巖鋯石U-Pb測年、地球化學(xué)特征及其成因

郜曉勇，李永飛，孫守亮

中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034

對內(nèi)蒙古東部碧流臺輝長巖進(jìn)行了巖石學(xué)、地球化學(xué)與鋯石LA-ICP-MS U-Pb測年分析研究.測年結(jié)果顯示輝長巖形成時(shí)代為早三疊世早期（249±2.9 Ma）.巖石地球化學(xué)特征顯示該輝長巖為一套鈣堿性系列巖石：SiO2含量為46.43%～50.77%，Al2O311.27%～16.32%，TiO20.20%～0.37%；富鈉（Na2O＞K2O，K2O/Na2O=0.18～0.56）；高M(jìn)g#，含量為75.08～78.93；輕重稀土分異較弱，（La/Yb）N=2.32～3.99，（Ce/Yb）N=2.45～3.45；巖石富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti、Zr，具有俯沖帶構(gòu)造背景特征.結(jié)合區(qū)域資料，碧流臺輝長巖母巖漿應(yīng)該是古亞洲洋閉合后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山帶受流體交代過的巖石圈地幔部分熔融作用的產(chǎn)物.

碧流臺輝長巖；鋯石U-Pb定年；地球化學(xué)；古亞洲洋；內(nèi)蒙古

中朝古板塊與西伯利亞古板塊之間的古亞洲洋的最終閉合碰撞帶從索倫山向東如何延伸、碰撞何時(shí)發(fā)生、閉合方式等問題既涉及該區(qū)大陸形成過程中的古洋陸格局及其演化過程的重建，也與中國東北大陸地殼聚合時(shí)限、構(gòu)造單元的劃分對比等構(gòu)造地質(zhì)問題密切相關(guān).因此，長期以來一直是國內(nèi)外地質(zhì)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)［1-25］.近年來，沿著索倫山-西拉木倫河北側(cè)-長春-吉林-延吉一帶分布的三疊紀(jì)侵入巖巖石屬性與年代學(xué)研究，為中朝與西伯利亞古板塊的碰撞造山時(shí)限與方式提供了可靠證據(jù).但是，就分布于該帶中的巖漿巖研究程度而言，蘇尼特左旗地區(qū)、吉林中部、西拉木倫河以北地區(qū)己經(jīng)比較深入［26-32］.隨著該區(qū)研究工作的不斷深入，在該縫合帶上相繼厘定出一些不同類型的三疊系巖體，特別是厘定出了該時(shí)期的鎂鐵質(zhì)巖石［33］.眾所周知，鎂鐵—超鎂鐵巖作為造山帶中巖漿作用歷史紀(jì)錄的重要組成部分，在不同構(gòu)造演化階段，具有不同的地球化學(xué)特征［34］.同時(shí)，鎂鐵質(zhì)巖漿巖（玄武巖及相關(guān)侵入巖）作為重要的典型幔源巖石，在造山帶形成與演化過程中攜帶了大量的地幔信息，目前已成為示蹤造山帶形成過程深部巖漿作用的主要研究對象.

本文選擇內(nèi)蒙古東部巴林左旗碧流臺巖體中的輝長巖為研究對象，對該類巖石的年代學(xué)與地球化學(xué)特征進(jìn)行詳細(xì)研究，以期為西拉木倫河縫合帶的碰撞造山演化過程提供基礎(chǔ)資料.

1 區(qū)域地質(zhì)概況與巖石學(xué)特征

碧流臺巖體位于西拉木倫河北岸巴林左旗五香營子鄉(xiāng)碧流臺村北約2 km處，出露面積約10 km2，大地構(gòu)造位置上處于西拉木倫縫合帶以北，區(qū)內(nèi)的主要地層為二疊紀(jì)古亞洲洋殘余海盆發(fā)育時(shí)期的沉積-火山巖系.研究區(qū)內(nèi)巖漿巖活動頻繁，廣泛出露晚古生代到中生代以來花崗巖侵入體.碧流臺巖體主要由輝長巖、輝長閃長巖、二長閃長巖、石英二長巖，二長巖等不同巖性單元組成，巖體侵入中二疊世哲斯組海相地層之中（圖1）.徐永生［36］較早以“駱駝場雜巖體”對其進(jìn)行了詳細(xì)的巖相單元解剖研究，認(rèn)為碧流臺巖體不同巖性單元為同一母巖漿結(jié)晶分異的產(chǎn)物，并將該“雜巖”中心相輝長巖進(jìn)行了Rb-Sr同位素測年，結(jié)果顯示其為印支期巖石（229±2.5 Ma）.但是，Zhu［35］運(yùn)用同樣的方法對該巖體中的輝長巖進(jìn)行了測年，結(jié)果顯示其形成時(shí)代為203±6.1 Ma左右.本次工作運(yùn)用LA-ICPMS U-Pb鋯石定年方法，對于輝長巖進(jìn)行了年代學(xué)測定，結(jié)果顯示其形成于249±2.9 Ma.

本文所采的輝長巖風(fēng)化面新鮮，塊狀構(gòu)造.巖石主要由斜長石、輝石及角閃石組成（圖2）.巖石呈輝長結(jié)構(gòu)，半自形斜長石與半自形輝石呈緊密鑲嵌構(gòu)成.斜長石呈半自形板狀，具鈉長石雙晶，少量見卡鈉復(fù)合雙晶，雙晶紋大多清晰，但晶體多有碎裂紋，測定斜長石牌號為An 54-57.晶體大小在0.4～2.2 mm，含量在45%～50%.輝石半自形柱狀，解理不甚發(fā)育，碎裂紋清晰，消光角48°左右，應(yīng)為普通輝石.晶體大小在0.4～2.3 mm，與斜長石相仿，含量約3.5%～4.0%.角閃石半自形柱狀，他形粒狀，有淡綠色多色性，有的可見解理，簡單雙晶，有的交代輝石，大小在0.3～2.3 mm，含量約10%～15%.

2 鋯石U-Pb年齡測定

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

圖1 內(nèi)蒙古東部碧流臺地區(qū)地質(zhì)簡圖（據(jù)文獻(xiàn)［20］和［35］修改）Fig.1 Geological sketch map of Biliutai area in eastern Inner Mongolia（Modified from References［20］and［35］）

本文樣品的鋯石分選由河北省廊坊地源巖石礦物測試分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成，并用浮選和電磁法方法進(jìn)行分選，在雙目鏡下挑選出晶形完好，無明顯裂痕和包體的鋯石顆粒，然后將其粘貼在環(huán)氧樹脂表面，打磨拋光后露出鋯石的表面，然后對其進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光（CL）圖像采集.鋯石的制靶和顯微圖像的采集以及鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析均在西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.首先通過透射光、反射光和CL圖像分析，選擇鋯石吸收程度均勻的位置進(jìn)行定年分析，分析采用Agilent7500型ICP-MS和德國LandbdaPhysik公司的Compex102ArF準(zhǔn)分子激光器以及MicroLas公司的Geolas200M光學(xué)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)進(jìn)行.激光束斑直徑為30 μm，激光剝蝕樣品的深度為20～40 μm，激光脈沖為10 Hz，能量為32～36 mJ.實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣.用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST SRM610進(jìn)行儀器優(yōu)化處理.鋯石年齡采用國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)，元素含量采用NISTSRM610作為外標(biāo)，29Si作為內(nèi)標(biāo)，測試結(jié)果通過GLITTER軟件計(jì)算得出，實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen［37］的方法進(jìn)行同位素比值校正用以扣除普通Pb的影響，諧和圖的繪制采用ISOPLOT3.0完成［38］.詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見Yuan,et al［39］描述.U-Th-Pb含量分析見Gao et al.［40］.所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平（表1）.

圖2 碧流臺輝長巖鏡下相片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of gabbros from Biliutai area

2.2 年齡測定結(jié)果

圖3 碧流臺地區(qū)輝長巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 CL images of gabbro from Biliutai area

對輝長巖樣品（D710-6，坐標(biāo)119°05′03.15″N，44° 14′27.68″E）進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析，分析數(shù)據(jù)見表1.陰極發(fā)光CL圖像顯示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既有發(fā)育振蕩環(huán)帶的粒狀鋯石，也具有條痕狀吸收特點(diǎn)的灰色板狀或短柱狀鋯石（圖3）.本研究用33μm的激光剝蝕斑徑對樣品鋯石進(jìn)行了LA-ICP-MS定年分析，共完成29顆鋯石30個(gè)點(diǎn)的測試.通過同位素比值校正，扣除普通鉛的影響，其中26個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)完全可信，分析結(jié)果見表1.分析點(diǎn)的結(jié)果顯示樣品具有高的Th/U比值，變化于0.43～1.36之間，暗示其為巖漿鋯石［41］.26個(gè)鋯石分析數(shù)據(jù)均位于U-Pb諧和線上，206Pb/238U表面年齡介于240±6 Ma～266±6 Ma之間（表1），年齡加權(quán)平均值為249.0±2.9 Ma，MSWD=2.7，代表巖體的結(jié)晶年齡（圖4）.同時(shí)，存在570±13 Ma（1個(gè)分析點(diǎn)），479±11 Ma（1個(gè)分析點(diǎn)），278±9 Ma（1個(gè)分析點(diǎn)）3個(gè)不同時(shí)期的年齡區(qū)段，反映輝長巖形成巖漿中捕獲早期鋯石的結(jié)晶年齡.

表1 內(nèi)蒙古東部碧流臺地區(qū)輝長巖鋯石LA-ICP-M S U-Th-Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis result of gabbro from Biliutai area in eastern Inner M ongolia

3 地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

碧流臺輝長巖主量與微量元素分析結(jié)果見表2.運(yùn)用SINCLAS程序［42］對主量元素去歸一化后，樣品在TAS巖石分類圖解（圖5a）上顯示為基性玄武巖成分（表2），屬于亞堿性系列［44］.在SiO2-K2O圖解（圖5b）上，巖石主要為鈣堿性系列.碧流臺輝長巖的SiO2含量為46.43%～50.77%，Al2O311.27%～16.32%，TiO20.20%～0.37%.MgO較高，變化于11.14%～18.10%之間.CaO（8.96%～11.40%）含量變化較大，巖石全堿含量較低，K2O+Na2O介于1.32～3.10%之間，且Na2O＞K2O，K2O/Na2O為0.18～0.56.Mg#含量很高，變化于75.08～78.93.

3.2 稀土與微量元素

碧流臺輝長巖稀土總量較低（30.74×10-6～53.382× 10-6），輕重稀土分異較弱，（La/Yb）N介于2.32～3.99之間，平均為3.83；（Ce/Yb）N介于2.45～3.45之間，變化很小且十分穩(wěn)定，平均為2.91.巖石具有微弱正Eu異常（Eu/Eu*平均為1.41）.球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖6）上，輝長巖顯示為近乎平坦型的配分曲線，表明其可能來自于虧損或部分虧損的地幔源區(qū)［46］.在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解（圖6）中，巖石總體顯示為微弱右傾負(fù)斜率輕微富集型，明顯富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti、Zr.巖石Sr、Eu正異常說明了巖漿形成過程中存在斜長石的堆晶作用.

圖4 碧流臺地區(qū)輝長巖鋯石U-Pb年齡分布圖Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram for gabbro from Biliutai area

4 巖漿成因

圖5 火山巖TAS分類命名圖解（a）與SiO2-K2O圖解（b）Fig.5 Volcanic rock TAS classification diagram（a）and SiO2-K2O diagram（b）for the samples from Biliutai area

圖6 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（a）和不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（b）（球粒隕石與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自［46］）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spider diagram（b）for the samples from Biliutai area（Normalized values from Reference［46］）

表2 碧流臺地區(qū)輝長巖主量元素和微量元素分析結(jié)果Table 2 Analysis result of major and trace elements for gabbro from Biliutai area

對于造山帶中存在的鎂鐵質(zhì)巖石，其地球化學(xué)特征和同位素地球化學(xué)資料能對地幔巖漿源區(qū)性質(zhì)作出有效約束，但是為了討論地幔源區(qū)的性質(zhì)，首先必須排除巖漿侵位過程中的同化混染.一般情況下，鎂鐵質(zhì)巖漿遭受陸殼物質(zhì)的同化混染，Mg#會明顯降低.碧流臺輝長巖的Mg#變化于75.08～78.93，接近于原始幔源巖漿［47］，說明其并未受到明顯的地殼物質(zhì)混染.同時(shí)，輝長巖稀土配分曲線呈平坦型，與洋中脊玄武巖（MORB）巖石配分曲線一致.另外，前人對碧流臺輝長巖進(jìn)行了Sr-Nd同位素體系研究，結(jié)果表明εNd（t）= 4.20.以上分析表明碧流臺輝長巖其母巖漿可能來自于虧損地幔的部分熔融.在微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上，輝長巖明顯存在高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr的虧損.在微量元素構(gòu)造背景判別圖上（圖7）［48-49］，樣品均指示形成于俯沖帶構(gòu)造環(huán)境.

前人［35］對于碧流臺輝長巖的年代學(xué)（200 Ma左右）與同位素地球化學(xué)特征（正εNd（t），Nd模式年齡= 0.61～0.83 Ga）表明，輝長巖為晚三疊世的后碰撞伸展構(gòu)造背景下幔源堿性巖漿產(chǎn)物.本文通過詳細(xì)的年代學(xué)研究與地球化學(xué)資料分析，碧流臺輝長巖形成于早三疊世，與該巖體的其他巖性單元年齡相近［33］，并且地球化學(xué)特征顯示其形成于俯沖帶構(gòu)造背景.但是，近年來在西拉木淪河北岸建設(shè)屯、林西地區(qū)相繼厘定出了早三疊世具有埃達(dá)克質(zhì)特征的火山巖與侵入巖［50-52］，而該類巖石的成因均來自于碰撞造山帶加厚下地殼的部分熔融產(chǎn)物，說明了古亞洲洋殘余洋盆于早三疊世己經(jīng)完全閉合.碧流臺巖體位于上述埃達(dá)克質(zhì)巖漿巖北部，說明該地區(qū)早三疊世處于地殼加厚碰撞造山階段.考慮到古亞洲洋閉合過程中存在不斷的向兩側(cè)古板塊的俯沖作用，因此，碧流臺輝長巖母巖漿應(yīng)該是古亞洲洋閉合后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山帶受流體交代過的巖石圈地幔部分熔融作用的產(chǎn)物.

5 結(jié)論

1）內(nèi)蒙古東部碧流臺輝長巖鋯石U-Pb年齡為早三疊世（249.0±2.9 Ma），而非晚三疊世.

圖7 基性巖石構(gòu)造環(huán)境判別圖（據(jù)文獻(xiàn)［48-49］）Fig.7 Tectonic setting discrimination diagrams for the basic rocks（After References［48-49］）

2）碧流臺輝長巖地球化學(xué)特征顯示為鈣堿性系列巖石，富鈉（Na2O＞K2O，K2O/Na2O=0.18～0.56），高M(jìn)g#（75.08～78.93），輕重稀土分異較弱，（La/Yb）N=2.32～3.99，（Ce/Yb）N=2.45～3.45，巖石富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ta、P、Ti、Zr，具有俯沖帶構(gòu)造背景特征.

3）結(jié)合區(qū)域資料，碧流臺輝長巖母巖漿應(yīng)該是古亞洲洋閉合后，西伯利亞古板塊和中朝古板塊碰撞造山帶受流體交代過的巖石圈地幔部分熔融作用的產(chǎn)物.

致謝：鋯石分選工作由河北廊坊地源巖石礦物測試分選技術(shù)服務(wù)有限公司張江滿高級工程師完成，鋯石制靶、陰極發(fā)光圖像采集由北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司劉力高級工程師完成，西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙少偉博士在LA-ICP-MSU-Pb分析測試過程中給予了幫助與指導(dǎo)，在此對以上人員表示最誠摯的謝意.

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ZIRCON U-Pb DATING,GEOCHEMISTRY AND GENESIS OF GABBRO IN BILIUTAI AREA OF EASTERN INNER MONGOLIA

GAO Xiao-yong,LI Yong-fei,SUN Shou-liang

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

Study on the petrology,geochemistry and LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the gabbro from Biliutai area in Eastern Inner Mongolia shows that the gabbro was formed during Early Triassic of（249±2.9）Ma,belonging to calk-alkaline series,with SiO2of 46.43%-50.77%,Al2O3of 11.27%-16.32%and TiO2of 0.20%-0.37%,high-Na（Na2O＞K2O,K2O/ Na2O=0.18-0.56）and high Mg#（75.08-78.93）.The chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spiderdiagrams show a slight differentiation between LREEs and HREEs featured by（La/Yb）N（2.32-3.99）and（Ce/Yb）N（2.45-3.45）.The rocks are enriched in large ion lithophile elements（LILEs,such as Rb,Ba,Th,U and K）, whereas depleted in high field strength elements（HFSEs,such as Nb,Ta,P,Ti and Zr）,with the characteristics of subduction zone setting.Together with the regional geological information,the parental magma of gabbro might be the product of partial melting of lithospheric mantle,which were metasomatized by the fluid from the collisional orogenic belt between Siberian and Sino-Korean palaeoplates.

Biliutai gabbro;zircon U-Pb dating;geochemistry;Paleo-Asian Ocean;Inner Mongolia

1671-1947（2015）03-0184-09

P597；P595

A

2014-05-12；

2014-06-04.編輯：李蘭英.

中國地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“東北地區(qū)晚古生代以來構(gòu)造演化特征綜合研究”（1212011121085）；“古亞洲洋構(gòu)造體制與濱太平洋構(gòu)造體制疊加轉(zhuǎn)變綜合調(diào)查和研究”（1212011085473）；“松遼外圍中新生代盆地群油氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查”（1212010813070）.

郜曉勇（1983—），男，碩士，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-Mail//38284073@qq.com

李永飛（1980—），男，高級工程師，主要從事巖石大地構(gòu)造與巖石地球化學(xué)工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail//geology198086@163.com