王樹(shù)慶 胡曉佳 楊澤黎

1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170 2.華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心, 天津 300170

興蒙造山帶屬于中亞造山帶東南段，主要指華北板塊北緣赤峰-白云鄂博斷裂以北至中蒙邊境的廣大地區(qū)，其中分布有微陸塊、蛇綠巖、島弧、增生楔等大洋中不同性質(zhì)的地質(zhì)體，經(jīng)歷了早古生代以來(lái)多期俯沖、弧-微陸塊碰撞及最終陸-陸拼貼等復(fù)雜地質(zhì)演化過(guò)程，是增生造山帶研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)地區(qū)，一直被國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)界所關(guān)注(Xiaoetal., 2003, 2015, 2018; Xuetal., 2013, 2015; Liuetal., 2017)。近年來(lái)蛇綠巖和島弧巖漿作用研究表明，早在寒武紀(jì)大洋就開(kāi)始俯沖(Chenetal., 2000; Jianetal., 2008; 王樹(shù)慶等，2016)，并經(jīng)歷了長(zhǎng)期的俯沖-增生過(guò)程(Xiaoetal., 2003, 2015, Li, 2006; Jianetal., 2008; Xuetal., 2013; Liuetal., 2017)。但對(duì)于本區(qū)晚古生代構(gòu)造格局和演化，目前仍存在一定爭(zhēng)議：一種觀點(diǎn)認(rèn)為大洋從早古生代一直持續(xù)演化到晚古生代，并于晚二疊-早三疊世最終閉合(Xiaoetal., 2003，2015，2018; Li, 2006; Jianetal., 2008, 2010; Songetal., 2015; Liuetal., 2017；李錦軼等，2019a, b；劉永江等，2019)；另外部分學(xué)者認(rèn)為大洋于晚志留世閉合，晚古生代為陸內(nèi)演化階段(Xuetal., 2013, 2015; 徐備等, 2014, 2018; 邵濟(jì)安等, 2015)。爭(zhēng)議的核心在于早古生代末期大洋是否最終閉合，部分學(xué)者(徐備和陳斌，1997；Xuetal., 2013, 2015; 徐備等, 2014, 2018; 邵濟(jì)安等, 2015)認(rèn)為志留紀(jì)末期大洋閉合最終造山的主要依據(jù)之一是蘇尼特左旗南部晚泥盆-早石炭世色日巴彥敖包組磨拉石建造角度不整合覆蓋在早古生代混雜巖之上，代表了大洋閉合及造山過(guò)程。而另外部分學(xué)者(李錦軼等，2019a)則認(rèn)為色日巴彥敖包組屬于淺海環(huán)境的海進(jìn)序列沉積，不屬于代表造山過(guò)程的磨拉石建造。因此如何認(rèn)識(shí)晚古生代末期這套沉積地層對(duì)于研究興蒙造山帶古生代構(gòu)造演化是關(guān)鍵點(diǎn)，本次工作在蘇尼特左旗南部敖木根呼都格剖面和阿拉塔特剖面對(duì)1:20萬(wàn)蘇尼特左旗幅劃分的上泥盆統(tǒng)即狹義色日巴彥敖包組(內(nèi)蒙古地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì),1965(1)內(nèi)蒙古地質(zhì)局測(cè)繪大隊(duì).1965.1:200000蘇尼特左旗幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)進(jìn)行了碎屑巖和火山巖共5件樣品進(jìn)行了鋯石年代學(xué)、Hf同位素分析，進(jìn)一步確定其時(shí)代，分析沉積環(huán)境，并示蹤物源區(qū)，對(duì)區(qū)域構(gòu)造演化過(guò)程進(jìn)行約束。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于蘇尼特左旗南部約50km處的敖木根呼都格地區(qū)，大地構(gòu)造位置屬于賀根山蛇綠巖帶和索倫-西拉沐倫蛇綠巖帶之間的蘇尼特左旗-錫林浩特-西烏旗復(fù)合增生帶，早古生代又被稱(chēng)為北部造山帶(Jianetal., 2008; Xuetal., 2013)，由島弧巖漿作用記錄的早期俯沖時(shí)代為晚寒武-早奧陶世(490～484Ma，Chenetal., 2000; 石玉若等, 2005a; Jianetal., 2008; 王樹(shù)慶等, 2016)，伴隨俯沖弧前堆積了俯沖增生雜巖(500～415Ma，徐備等, 2014, 2016)，晚奧陶世俯沖晚期由于洋脊俯沖導(dǎo)致了深熔作用和錫林郭勒雜巖中高級(jí)變質(zhì)作用(Jianetal., 2008; Lietal., 2011, 2017)，晚志留世俯沖結(jié)束/停滯，發(fā)生碰撞造山(Xuetal., 2013, 2015; 徐備等，2014，2018)或弧陸碰撞(石玉若等, 2005b; Jianetal., 2008)，結(jié)束了早古生代構(gòu)造演化，這一事件的沉積響應(yīng)是晚泥盆-早石炭世色日巴彥敖包組與下部溫都爾廟群俯沖-增生雜巖間的角度不整合(徐備和陳斌, 1997; Xuetal., 2013, 2015; 徐備等, 2014, 2018)。

本區(qū)出露的古生代地層包括奧陶紀(jì)溫都爾廟群、晚泥盆-早石炭世色日巴彥敖包組、下石炭統(tǒng)、晚石炭世阿木山組，早白堊世大磨拐河組，中新世通古爾組。巖漿巖包括奧陶紀(jì)白音寶力道島弧TTG侵入巖組合及晚志留世GG花崗巖組合、晚石炭世島弧TTG侵入巖以及三疊紀(jì)碰撞型花崗巖組合。

色日巴彥敖包組分布于蘇尼特左旗南部敖木根呼都格至阿拉塔特地區(qū)(圖1)。1973年1:20萬(wàn)紅格爾馬場(chǎng)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(內(nèi)蒙古地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì),1973(2)內(nèi)蒙古地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測(cè)量隊(duì).1973.1:200000紅格爾馬場(chǎng)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告)將敖木根呼都格剖面下部上泥盆統(tǒng)命名為色日巴彥敖包組，上部下石炭統(tǒng)命名為敖木根呼都格組?！秲?nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志》將下石炭統(tǒng)劃分為溝呼都格、烏蘭呼都格和敖木根呼都格等三個(gè)組級(jí)地層單位(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)。李文國(guó)等(1996)認(rèn)為建組的敖木根呼都格剖面各層之間均為連續(xù)沉積，故將這套地層均歸于色日巴彥敖包組(D3C1s)。

圖1 蘇尼特左旗敖木根呼都格地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(大地構(gòu)造位置圖據(jù)Xiao et al., 2003)

從區(qū)域地質(zhì)背景來(lái)看，色日巴彥敖包組碎屑物物源可能為晚泥盆-早石炭世之前的地質(zhì)體，碎屑鋯石來(lái)自早石炭世及之前的巖漿巖，從時(shí)代上可分為前寒武紀(jì)、早古生代和晚古生代。前寒武紀(jì)地質(zhì)體主要為興蒙造山帶中的微陸塊，包括研究區(qū)周緣的艾力格廟、錫林浩特及蒙古境內(nèi)托托尚等微陸塊(1373～1399Ma，孫立新等，2013，2018，2020)，還有可能來(lái)自南側(cè)的華北陸塊。早古生代物源包括研究區(qū)北側(cè)白音寶力道島弧、賀根山蛇綠巖以北的早古生代島弧、華北北緣包爾汗圖-白乃廟早古生代島弧等巖漿巖，白音寶力道島弧分布于工作區(qū)北側(cè)的白音寶力道-錫林浩特-西烏旗地區(qū)，廣泛發(fā)育奧陶紀(jì)島弧TTG侵入巖(490～440Ma，石玉若等，2004；Jianetal., 2008; 王樹(shù)慶等, 2016)；賀根山北側(cè)早古生代島弧巖漿巖分布于阿巴嘎旗北部及東烏旗額仁高壁一帶，主體為一套島弧侵入巖組合和多寶山組火山巖(李紅英等, 2016; 楊澤黎等，2017, 2018)；此外早古生代巖漿鋯石還可能來(lái)自華北北緣的包爾汗圖-白乃廟島弧(Jianetal., 2008; Zhangetal., 2013; Zhangetal., 2014; 楊澤黎等，2019)；晚古生代(石炭紀(jì))物源主要來(lái)自研究區(qū)周邊廣泛發(fā)育的石炭紀(jì)巖漿巖(石玉若等，2014)，包括蘇尼特左旗-西烏旗地區(qū)、二連-東烏旗地區(qū)及華北北緣地區(qū)。

2 剖面及樣品特征

本次主要對(duì)蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組敖木根呼都格剖面和阿拉塔特剖面進(jìn)行調(diào)查并取樣。兩條剖面巖石組合類(lèi)似，主要由復(fù)成分礫巖、雜砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖、石英砂巖、薄層灰?guī)r及少量凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r組成，厚度約800m(圖2)。

圖2 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組地層柱狀圖及巖石野外照片

敖包根呼都格剖面 屬濱淺海相沉積環(huán)境，底部礫巖、含礫粗砂巖不整合覆蓋在早古生代溫都爾廟群之上，上部原劃早石炭世地層與下部泥盆紀(jì)地層之間為連續(xù)沉積。底部為一套灰白色礫巖，礫石磨圓好、成分復(fù)雜，多為外來(lái)脈石英，見(jiàn)少量石英片巖和綠泥片巖，向上為含礫粗砂巖、砂巖及灰?guī)r?；?guī)r之中含有豐富的珊瑚、腕足等動(dòng)物化石Cyrtospirifersulcifer,Camarotoechiaturanica,Kueichowporaolevonica,Nalivikinellaprafunda,N.profundavar.minor,Nicholsonellasp.,Stromatoporasp.。中上部地層為紫紅色砂巖-礫巖-砂巖、夾灰?guī)r透鏡體和火山巖的一套紫紅色砂礫巖沉積組合，向上共有2～3個(gè)類(lèi)似的沉積旋回。

阿拉塔特剖面 位于敖木根呼都格剖面以東，底部同樣為一套粗碎屑巖角度不整合覆蓋在溫都爾廟群綠泥片巖之上，上部與原劃早石炭世地層為連續(xù)沉積。從剖面巖石組合來(lái)看，總體為一套灰紫色-紫紅色砂礫巖組合，以長(zhǎng)石砂巖等雜砂巖為主局部夾安山質(zhì)火山角礫巖，總體與敖木根呼都格剖面的中上部地層類(lèi)似。

本次在敖木根呼都格剖面底部含礫粗砂巖、中下部凝灰質(zhì)砂巖、中部?jī)蓪幽規(guī)r中各取一件測(cè)年樣品；在阿拉塔特剖面火山碎屑巖中取一件測(cè)年樣品。

含礫粗砂巖(18ED25)：位于敖木根呼都格剖面底部礫巖之上，層厚15～20cm，含少量礫石(3%～5%)，粗粒砂狀結(jié)構(gòu)，砂粒粒徑約1～1.5mm，成分為石英及少量巖屑，填隙物為粘土質(zhì)雜基及硅質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)物(圖3a)。凝灰質(zhì)砂巖(18ED01)：位于剖面中部，層厚20～30cm，新鮮呈紫紅色，表面可見(jiàn)少量板條狀斜長(zhǎng)石晶屑(5%)。鏡下可見(jiàn)由巖屑、斜長(zhǎng)石、石英、凝灰物、填隙物(粘土雜基及鐵質(zhì)膠結(jié)物)(圖3b)。玻屑凝灰?guī)r(18ED02、18ED03)：位于剖面中部呈薄層狀?yuàn)A于砂巖之中，層厚約50cm，呈塊狀構(gòu)造，隱晶質(zhì)，鏡下可見(jiàn)巖石由晶屑(石英、斜長(zhǎng)石)、巖屑、玻屑、火山塵組成，大多為小于0.6mm的凝灰物，玻屑呈雞骨狀和似棒狀(圖3c)。安山質(zhì)火山角礫巖(18ED24)：位于阿拉塔特剖面上部，夾于長(zhǎng)石石英砂巖之中，層厚約30m，新鮮呈紫紅色，角礫含量約50%，大小不等(3～10mm)，成分以安山巖為主，膠結(jié)物為凝灰物。鏡下可見(jiàn)晶屑主要為半自形板狀斜長(zhǎng)石(圖3d)。

圖3 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組測(cè)年樣品野外露頭及鏡下照片

3 分析方法

將新鮮巖石樣品破碎至80目，然后經(jīng)水粗淘、強(qiáng)磁分選、電磁分選和酒精細(xì)淘之后，在雙目鏡下手工選出鋯石，將鋯石顆粒用樹(shù)脂制靶，然后打磨至粒徑一半并拋光、照相。U-Pb年齡測(cè)試及Hf同位素分析在天津地質(zhì)調(diào)查中心同位素實(shí)驗(yàn)室利用LA-MC-ICPMS完成，將NEW WAVE 193-FXArF準(zhǔn)分子激光器與Neptune多接收器等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)接，使用He氣作為載氣，激光剝蝕時(shí)間為30s，束斑直徑為35μm，標(biāo)樣采用GJ-1；Hf同位素分析使用與U-Pb測(cè)年相同的激光器與質(zhì)譜儀，區(qū)別是激光束斑直徑為50μm，采用GJ-1作為外標(biāo)計(jì)算Hf同位素比值，儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程參見(jiàn)李懷坤等(2010)和耿建珍等(2011)。U-Pb測(cè)年和Hf同位素?cái)?shù)據(jù)處理采用ICPMSDataCal程序(Liuetal., 2010)，U-Pb年齡諧和圖采用Isoplot程序繪制。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石年齡

本次工作對(duì)敖包根呼都格剖面底部粗砂巖(18ED25)、中下部凝灰質(zhì)砂巖(18ED01)、中部玻屑凝灰?guī)r(18ED02、18ED03)和阿拉塔特剖面安山質(zhì)火山角礫巖(18ED24)進(jìn)行了鋯石年齡分析，分析結(jié)果見(jiàn)電子版附表1。

附表1 內(nèi)蒙古蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑鋯石及巖漿鋯石U-Pb測(cè)年分析結(jié)果

粗砂巖樣品18ED25中大多數(shù)鋯石呈自形短柱狀，僅少量(20%)鋯石呈現(xiàn)磨圓特征，反映了近源快速堆積(圖4a)。雖然亮度不一，但均發(fā)育寬窄不一的振蕩環(huán)帶，并且所有分析點(diǎn)的Th/U比值均大于0.1(0.12～2.55)，反映了巖漿成因。在116個(gè)分析點(diǎn)中，110個(gè)點(diǎn)諧和度大于90%，可以用于年齡分析。對(duì)于206Pb/238U年齡小于1000Ma的鋯石采用206Pb/238U年齡、大于1000Ma的鋯石采用206Pb/207Pb年齡來(lái)代表鋯石結(jié)晶年齡。其中諧和-基本諧和年齡范圍為391～3222Ma(圖5a)，可分為三組：第一組391～616Ma為最大峰期(峰值為444Ma，n=78)，第二組691～1170Ma(未形成峰)，第三組1774～3222Ma(未形成峰值)，其中最小成群的碎屑鋯石(391～406Ma)加權(quán)平均年齡為400.0±5.8Ma(MSWD=2.7，n=3)，結(jié)合最小一顆諧和鋯石年齡391Ma，表明其形成于中泥盆世之后。

圖4 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組鋯石陰極發(fā)光圖像，示年齡

圖5 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑鋯石諧和圖及年齡分布直方圖

凝灰質(zhì)砂巖樣品18ED01中鋯石大多顯示自形短柱狀，僅小于10%的鋯石顯示磨圓結(jié)構(gòu)，指示碎屑物來(lái)自近源快速堆積(圖4b)。所有鋯石均發(fā)育指示巖漿成因的振蕩環(huán)帶，另外Th/U比值除一個(gè)測(cè)點(diǎn)(0.06)外，其余均大于0.1(0.38～1.26)，也指示了這一點(diǎn)。在56個(gè)測(cè)點(diǎn)中，55個(gè)點(diǎn)諧和度大于90%，年齡范圍為328～2368Ma，根據(jù)年齡可分為兩組：第一組為328～346Ma(峰值為336Ma，n=10；加權(quán)平均值為338.2±4.3Ma，MSWD=2.9)，第二組443～484Ma為最大峰值(峰值為458Ma，n=43，加權(quán)平均值為464±4Ma)，另外兩顆鋯石為659Ma和2368Ma(圖5b)。巖石學(xué)觀察可見(jiàn)大量晶屑表明同期有較強(qiáng)巖漿活動(dòng)，碎屑物未見(jiàn)明顯磨圓，最小鋯石加權(quán)年齡基本可以代表其形成時(shí)代為早石炭世。

玻屑凝灰?guī)r樣品18ED02中鋯石均呈短柱狀，長(zhǎng)寬比1～1.5，大小約40～80μm。鋯石陰極發(fā)光圖像較明亮，發(fā)育典型的振蕩環(huán)帶(圖4c)，結(jié)合較高的Th/U比值(0.47～1.83)，指示巖漿成因。共分析21個(gè)測(cè)點(diǎn)，均成群落在諧和線上，206Pb/238U年齡范圍為327～347Ma，加權(quán)平均年齡為336±2Ma(n=21，MSWD=1.2)，表明巖石形成于早石炭世(圖6)。

圖6 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組火山巖巖漿鋯石諧和圖

玻屑凝灰?guī)r樣品18ED03中鋯石呈短柱狀，長(zhǎng)寬比1～1.5，長(zhǎng)約40～80μm。鋯石顆粒大多較明亮，發(fā)育振蕩環(huán)帶(圖4c)，且Th/U比值均大于0.1(0.47～1.83)，表明為巖漿成因。32個(gè)測(cè)點(diǎn)中除去明顯偏離諧和線發(fā)生Pb丟失的23號(hào)點(diǎn)，其余31個(gè)點(diǎn)均落在諧和線上或在其附近，其中20、25、29號(hào)點(diǎn)年齡范圍為482～491Ma(加權(quán)平均值為487.2±7.5Ma)明顯偏離其它數(shù)據(jù)點(diǎn)，與區(qū)域上早古生代島弧巖漿作用時(shí)代一致(Chenetal., 2000; 石玉若等，2004；Jianetal., 2008; 王樹(shù)慶等，2016)，可能為繼承鋯石。其余28個(gè)點(diǎn)中，剔除離群的7號(hào)(310Ma)、10號(hào)(303Ma)點(diǎn)，其它26個(gè)點(diǎn)均成群落在諧和線上/附近，206Pb/238U年齡范圍為320～353Ma，加權(quán)平均值為333±3.5Ma(n=26，MSWD=3.5)，表明凝灰?guī)r形成于早石炭世中晚期(圖6)。

樣品18ED24中鋯石大多數(shù)呈自形短柱狀，長(zhǎng)寬比大多為1.5～2(少數(shù)可達(dá)3～4)，長(zhǎng)約50～150μm。大部分鋯石呈巖漿成因的自形結(jié)構(gòu)，僅少數(shù)顯示磨圓結(jié)構(gòu)(圖6)，表明碎屑物未經(jīng)歷遠(yuǎn)距離搬運(yùn)，與鏡下特征一致。鋯石均具有典型振蕩環(huán)帶，所有分析點(diǎn)Th/U比值均大于0.1(0.23～0.74)，均指示巖漿成因。48個(gè)分析點(diǎn)中，除去偏離諧和線的5個(gè)點(diǎn)(諧和度小于90%)，其余43個(gè)點(diǎn)均落在諧和線上或附近，年齡范圍為316～2507Ma，根據(jù)年齡分布可分為四組：第一組兩顆鋯石年齡為316Ma、325Ma(加權(quán)平均年齡為320.4±6.2Ma，n=2，MSWD=2.1)，第二組范圍為352～354Ma(加權(quán)平均年齡為353±6Ma，n=3，MSWD=0.06)，第三組為最大峰值年齡范圍為411～466Ma(峰值年齡為459Ma，n=32)，第四組為前寒武紀(jì)鋯石共三顆，年齡分別為913Ma、1146Ma、2507Ma(圖5c)。

4.2 鋯石Hf同位素

本次對(duì)測(cè)年的5件樣品均進(jìn)行了鋯石Hf同位素分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)電子版附表2。

附表2 內(nèi)蒙古蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑鋯石及巖漿鋯石Hf同位素分析結(jié)果

底部含礫粗砂巖樣品18ED25共分析47個(gè)點(diǎn)，所有分析點(diǎn)176Lu/177Hf比值均小于0.002，說(shuō)明鋯石在形成后具有很少的放射性成因Hf的積累，鋯石Hf初始比值(176Hf/177Hf)i范圍為0.280805～0.282837，εHf(t)范圍在-21～+13.5，其中約60%分析點(diǎn)大于0，二階段模式年齡(tDMC)范圍為662～3844Ma，未出現(xiàn)集中值范圍。

下部凝灰質(zhì)砂巖樣品18ED01共分析34個(gè)點(diǎn)，鋯石Hf初始比值(176Hf/177Hf)i范圍為0.282030～0.282840，εHf(t)范圍在-16.1～+9.7，二階段模式年齡(tDMC)范圍為884～3279Ma。

中部?jī)杉規(guī)r樣品18ED02、18ED03共分析43個(gè)點(diǎn)，鋯石Hf初始比值(176Hf/177Hf)i范圍為0.281972～0.282949。與兩件碎屑巖不同，凝灰?guī)r樣品具有虧損的Hf同位素組成和較小的二階段模式年齡，εHf(t)除一個(gè)點(diǎn)為負(fù)值(-17.7)之外，其余均為正值(范圍1.9～+13.7)，二階段模式年齡(tDMC)除一個(gè)點(diǎn)較大外(3436Ma)，其余均小于1600Ma，范圍為522～1584Ma，與區(qū)域上興蒙造山帶大多數(shù)古生代巖漿巖類(lèi)似(洪大衛(wèi)等，2000；Wuetal., 2000)，表明其來(lái)源于新生地殼的熔融。

阿拉塔特剖面安山質(zhì)火山巖碎屑巖樣品18ED24共分析27個(gè)點(diǎn)，鋯石Hf初始比值(176Hf/177Hf)i范圍為0.281027～0.282950，εHf(t)范圍在-14.2～+13.2，二階段模式年齡(tDMC)范圍較大，為552～3691Ma。

在鋯石εHf(t)-t圖解上(圖7)，樣品點(diǎn)大多具有虧損的同位素組成，與興蒙造山帶中大多數(shù)巖漿鋯石落在同一區(qū)域，表明其來(lái)自近源的巖漿巖；另外部分鋯石具有富集的Hf同位素組成和老的模式年齡，表明來(lái)自再循環(huán)的古老地殼物質(zhì)。

圖7 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑鋯石及巖漿鋯石εHf(t)-t圖解(底圖據(jù)Yang et al., 2006)

5 討論

5.1 色日巴彥敖包組時(shí)代

李文國(guó)等(1996)根據(jù)下部灰?guī)r中四射珊瑚Nalivkinellaprafunda和腕足Cyrtospirifersulcifer等泥盆紀(jì)法門(mén)期化石和中上部灰?guī)r中早石炭世杜內(nèi)-維憲期珊瑚Sugigamaella,Siphonophyllia及腕足Sipirifer,Syringothyris化石，認(rèn)為色日巴彥敖包組沉積時(shí)限為晚泥盆世-早石炭世。Xuetal.(2013)在色日巴彥敖包組下部紅色砂巖進(jìn)行了碎屑鋯石年齡分析，獲得的最小碎屑鋯石年齡為442±6Ma，認(rèn)為其形成于志留紀(jì)之后。

本次工作在底部角度不整合在溫都爾廟群綠泥片巖之上含礫粗砂巖(18ED25)中獲得了最小諧和碎屑鋯石年齡為391±5Ma，為晚泥盆世，與化石時(shí)代一致(法門(mén)階，372～359Ma)；在中下部凝灰質(zhì)砂巖(18ED01)中獲得的最小諧和碎屑鋯石加權(quán)平均年齡為338.2±4.3Ma、在凝灰?guī)r樣品18ED02、18ED03中獲得成巖年齡為336±2Ma、333±3.5Ma，為早石炭世中晚期；在東部阿拉塔特安山質(zhì)火山碎屑巖中獲得的最小碎屑鋯石加權(quán)平均年齡為320.4±6.2Ma，表明沉積時(shí)限已經(jīng)到了晚石炭世，可能為色日巴彥敖包組之上或者原劃敖木根呼都根組之上的層位；以上樣品除阿拉塔特火山碎屑巖之外，均屬于狹義的色日巴彥敖包組(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)，不包括上部原劃早石炭世溝呼都格、烏蘭呼都格、敖木根呼都格三個(gè)組級(jí)巖石地層單位，相當(dāng)于李文國(guó)等(1996)所劃分的色日巴彥敖包組下部1～10層，即部分學(xué)者認(rèn)為是磨拉石建造的一套巖石組合。本次測(cè)年表明色日巴彥敖包組中上部形成于早石炭世中晚期及以后，而對(duì)于下部第3層灰?guī)r中四射珊瑚Nalivikinellaprafunda和腕足Cyrtospirifersulcifer屬于晚泥盆世法門(mén)期典型分子(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)王訓(xùn)練教授確認(rèn))，綜上色日巴彥敖包組底部形成于晚泥盆世法門(mén)期，中上部主體沉積于早石炭世晚期。

5.2 色日巴彥敖包組物源區(qū)分析

從敖木根呼都格和阿拉塔特地區(qū)色日巴彥敖包組3件樣品碎屑鋯石U-Pb年齡分析來(lái)看，總體顯示三組年齡：石炭紀(jì)(319～354Ma，峰值337Ma)、寒武紀(jì)-早泥盆世(391～551Ma)以及大于600Ma的年齡。如前所述，這些碎屑鋯石可能的源區(qū)包括研究區(qū)所處的蘇尼特左旗-西烏旗島弧、艾力格廟-錫林浩特微陸塊、賀根山蛇綠巖帶以北的二連-東烏旗地區(qū)以及南部的華北陸塊北緣增生帶等。從古流向來(lái)看，前人據(jù)色日巴彥敖包組中發(fā)育的波痕和斜層理等沉積構(gòu)造判斷向南的古流向(徐備，1994(3)徐備.1994.白音寶力道地區(qū)1:50000地質(zhì)圖及地質(zhì)報(bào)告.北京：北京大學(xué)；Xuetal., 2013)，也從側(cè)面說(shuō)明物源區(qū)主要為北部鄰近地區(qū)。第一組碎屑鋯石年齡相應(yīng)的石炭紀(jì)巖漿作用在研究區(qū)周邊蘇尼特左旗-西烏旗及賀根山北部二連-東烏旗地區(qū)廣泛發(fā)育，但這些地區(qū)巖漿作用以晚石炭世為主(石玉若等，2014)，早石炭世巖漿作用較少，但在蘇尼特左旗北部昌特敖包(346.5±4.2Ma，賀躍等，2018)、賽汗高壁(339±2Ma，孫立新未發(fā)表資料)和錫林浩特至西烏旗地區(qū)發(fā)育(康健麗等，2016，錫林浩特，334.5±3.5Ma；劉敏等，2017，西烏旗南，330±2Ma；王樹(shù)慶等，2018，錫林浩特，330±1Ma)，在西烏旗地區(qū)還發(fā)育晚泥盆早石炭世代表初始俯沖的迪彥廟SSZ型蛇綠巖(Lietal., 2018, 2020，340～361Ma)，此外近來(lái)研究在北側(cè)賀根山蛇綠巖帶中獲得早石炭世年齡(341～359Ma，Zhangetal., 2015；黃波等，2016)，賀根山北部也發(fā)育早石炭世巖漿作用(335～345Ma，作者未發(fā)表資料)。由于華北北緣很少發(fā)育早石炭世巖漿巖(僅限于在華北克拉通內(nèi)部的承德地區(qū)報(bào)道了早石炭世侵入體)，可能不作為主要物源，表明本區(qū)未接受來(lái)自南部華北北緣的物源，間接說(shuō)明此時(shí)中間仍有開(kāi)闊大洋分隔。因此第一組碎屑鋯石物源區(qū)來(lái)自蘇尼特左旗-西烏旗及賀根山蛇綠巖以北的二連賀根山地區(qū)巖漿巖，碎屑鋯石較少的原因可能由于本期巖漿巖與地層近同期形成，未抬升成為蝕源區(qū)；第二組年齡為最強(qiáng)峰值(～458Ma)，來(lái)自鄰近的早古生代島弧巖漿巖，包括北部白音寶力道(Chenetal., 2000; 石玉若，2004, 2014；Jianetal., 2008)、東部錫林浩特(葛夢(mèng)春等，2011；王樹(shù)慶等，2016)以及東北部二連-東烏旗地區(qū)(李紅英等，2016；楊澤黎等，2017，2018)均有發(fā)育，雖然相對(duì)晚古生代巖漿巖來(lái)說(shuō)出露較少，但從碎屑鋯石年齡譜來(lái)看，早古生代仍發(fā)育較強(qiáng)巖漿作用，另外巖石碎屑成分以長(zhǎng)石為主，也反映了源自早古生代島弧巖漿巖，是對(duì)早古生代古亞洲洋向北俯沖的響應(yīng)(Xiaoetal., 2003, 2015; Jianetal., 2008; Xuetal., 2013, 2015)，而大部分鋯石具有虧損的Hf同位素組成表明源于新生地殼類(lèi)似興蒙造山帶古生代島弧巖漿巖(圖7)；第三組大于600Ma的鋯石發(fā)育幾個(gè)小的峰值，與東烏旗地區(qū)泥盆紀(jì)地層的碎屑鋯石年齡譜類(lèi)似，主要集中在650～1000Ma、～1838Ma、～2500Ma、～3200Ma，表明源自古老基底物質(zhì)(Eizenh?feretal., 2014, 2015)，顯示與蒙古弧類(lèi)似的年齡譜(圖8)，而區(qū)別于華北、西伯利亞等典型克拉通具有～1800 Ma和～2500Ma兩個(gè)最強(qiáng)的年齡峰值，表明未接受南側(cè)華北陸塊物源輸入，這也側(cè)面反映了本區(qū)與北側(cè)南蒙古弧、南側(cè)華北陸塊之間在晚泥盆世是存在聯(lián)通的開(kāi)闊大洋，此時(shí)大洋并未封閉?？傮w來(lái)看色日巴彥敖包組碎屑鋯石所反映的沉積物物源主體來(lái)自北部近源的早古生代白音寶力道島弧物質(zhì)，少量來(lái)自北部南蒙古地區(qū)蒙古弧的古老物質(zhì)和近源的早石炭世巖漿巖，這與由北向南的古流向也是一致的(Xuetal., 2013)。

圖8 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑鋯石與周邊碎屑鋯石年齡頻譜對(duì)比圖

5.3 碎屑鋯石年齡分布特征對(duì)盆地類(lèi)型的約束

沉積巖碎屑鋯石年齡分布模式可以反映沉積盆地的類(lèi)型(匯聚板塊邊緣、碰撞、板內(nèi))和構(gòu)造環(huán)境，其中匯聚板塊邊緣盆地同沉積的巖漿作用發(fā)育，最小碎屑鋯石年齡接近沉積年齡，碎屑鋯石年齡譜多呈單峰形式(Cawoodetal., 2012)。從色日巴彥敖包組碎屑鋯石年齡譜分布圖(圖5)來(lái)看，總體呈現(xiàn)單峰形式，雖然有少量古老鋯石，但占比較少，指示了與匯聚相關(guān)盆地的特征。此外，在沉積盆地判別圖解上，底部含礫砂巖18ED25的碎屑鋯石年齡分布曲線穿過(guò)了匯聚、碰撞和板內(nèi)三種類(lèi)型盆地區(qū)域，但從圖上來(lái)看，約70%的鋯石顆粒落在匯聚板塊區(qū)域，另外30%落在碰撞和板內(nèi)重疊區(qū)域，總體反映了匯聚相關(guān)的盆地特征，同時(shí)有部分落在碰撞盆地區(qū)域(圖9)，與色日巴彥敖包組與下伏溫都爾廟增生楔之間的角度不整合一致，共同反映了早古生代末期弧陸碰撞事件，但這種碰撞與典型碰撞造山帶有所區(qū)別，還兼具匯聚盆地的特征，暗示色日巴彥敖包組下部并未代表早古生代末期大洋整體閉合和碰撞造山事件；中下部凝灰質(zhì)砂巖18ED01和東部阿拉塔特火山碎屑巖均全部落在匯聚盆地區(qū)域，表明從早石炭開(kāi)始本區(qū)就開(kāi)始轉(zhuǎn)為匯聚盆地，而匯聚型盆地主要包括弧前盆地、弧內(nèi)盆地和弧背盆地，本區(qū)色日巴彥敖包組分布于石炭紀(jì)島弧南側(cè)，可能為弧前盆地，指示了早石炭世就開(kāi)始的大洋由南向北的俯沖，這與區(qū)域上早石炭世迪彥廟蛇綠巖(Lietal., 2018, 2020)和早石炭島弧巖漿作用所反映的俯沖背景也是一致的。

圖9 蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑鋯石沉積盆地判別圖解(據(jù)Cawood et al., 2012)

5.3.1 色日巴彥敖包組沉積環(huán)境及盆地構(gòu)造屬性

(1)沉積環(huán)境

對(duì)于色日巴彥敖包組的沉積環(huán)境和構(gòu)造意義，現(xiàn)有研究仍具有較大分歧，部分學(xué)者研究認(rèn)為這是一套陸相磨拉石建造，形成于早古生代古亞洲洋閉合后周緣前陸盆地(Xuetal., 2013; 徐備等，2014，2018；Zhaoetal., 2016; 賀躍等，2018)，而李錦軼等(2019a)認(rèn)為色日巴彥敖包組與其上部早石炭世海相地層代表了海進(jìn)序列，與同造山的磨拉石沉積有明顯區(qū)別。

本次工作對(duì)敖木根呼都格剖面進(jìn)一步調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，色日巴彥敖包組與形成于前陸盆地、同造山的陸相磨拉石具有較大差異：①底部礫巖中礫石成分相對(duì)較單一，主要以脈石英為主，且向上出現(xiàn)一套含化石的灰?guī)r，并且上部層位夾有多層灰?guī)r，這與王成善和李祥輝(2003)定義的典型前陸盆地中缺少碳酸鹽的特征是不一致的；②從巖石組合來(lái)看，雖然從下至上發(fā)育2～3層礫巖，但中部第5層礫巖成分和結(jié)構(gòu)成熟度都較高，為顆粒支撐(Xuetal., 2013)，磨圓較好以次圓-渾圓狀為主，成分單一主要為下伏第4層紫紅色砂巖為主，顯然經(jīng)過(guò)一定距離的搬運(yùn)和分選過(guò)程，與磨拉石快速堆積不一致。此外，雖然前人在東側(cè)其其格音敖包地區(qū)識(shí)別出Leptophloeumrhombicum等植物化石并據(jù)此認(rèn)為其形成于陸相，但在本區(qū)并未發(fā)現(xiàn)相似的植物化石，而是發(fā)育豐富的珊瑚、腕足等海相動(dòng)物化石(李文國(guó)等，1996)。黃本宏(2000)認(rèn)為其其格音敖包地區(qū)晚泥盆世地層與色日巴彥敖包組關(guān)系仍待進(jìn)一步研究。從沉積序列來(lái)看，從下部礫巖、灰?guī)r、紫紅色砂巖到中部凝灰質(zhì)砂巖、灰?guī)r，再到上部灰色石英砂巖夾灰?guī)r的巖石組合反映了水體逐漸加深的海進(jìn)序列，與典型磨拉石下細(xì)上粗的序列不一致。此外，該套地層從底部到上部發(fā)育2～3層礫巖，其中在底部含礫粗砂巖之上發(fā)育一層生物碎屑灰?guī)r(圖2c)，其中發(fā)育珊瑚化石，指示溫暖而清澈的海相水體環(huán)境，也指示其沉積環(huán)境為濱淺海。周鼎武等(1996)認(rèn)為前陸磨拉石建造是同造山期的沉積建造，可能伴隨造山作用的結(jié)束而隆升遭受剝蝕，除與下伏地層之間具有巖石組成和構(gòu)造變形、變質(zhì)方面的差異之外，與上覆地層具有長(zhǎng)期的風(fēng)化剝蝕間隔，而從剖面上來(lái)看色日巴彥敖包組與原劃早石炭地層之間為連續(xù)沉積(李文國(guó)等，1996)。綜上分析，色日巴彥敖包組不屬于磨拉石建造，而是一套下粗上細(xì)、夾有灰?guī)r層的濱淺海相陸源碎屑巖沉積。

(2)盆地構(gòu)造屬性

近年來(lái)陸續(xù)有學(xué)者報(bào)道早古生代末期南北造山帶均發(fā)育代表碰撞造山形成的磨拉石，并將其作為主要依據(jù)認(rèn)為大洋在早古生代末期已經(jīng)閉合，晚古生代進(jìn)入陸內(nèi)演化階段(邵濟(jì)安，1991；徐備和陳斌，1997；張?jiān)势降龋?010；Xuetal., 2013, 2015; Zhaoetal., 2016；賀躍等，2018)，其中就包括研究區(qū)的色日巴彥敖包組，并認(rèn)為其代表了大洋閉合后周緣前陸盆地沉積，而在蘇尼特左旗北部昌特敖包地區(qū)發(fā)育的色日巴彥敖包組代表弧背前陸盆地沉積。前人研究認(rèn)為前陸盆地形成于造山晚期與造山帶毗鄰的穩(wěn)定地區(qū)，由于造山帶褶皺沖斷帶向其逆沖導(dǎo)致?lián)锨冃味纬梢活?lèi)拗陷盆地(Dickinson，1974；Decelles and Giles，1996；王成善和李祥輝，2003；胡修棉等，2017)，主要特征包括：①發(fā)育在大陸巖石圈之上；②沉積序列下部一般為巨厚的海相復(fù)理石，上部為陸相磨拉石建造，為下細(xì)上粗的沉積序列(Sinclair, 1997)，且彼此之間多顯示不整合；總體顯示下細(xì)上粗的序列，并且以陸源碎屑巖為主，缺乏碳酸鹽巖沉積；③一般為冷盆，缺乏區(qū)域性火山活動(dòng)(王成善和李祥輝，2003)。如前所述，本地區(qū)色日巴彥敖包組為一套下粗上細(xì)、由濱海向淺海環(huán)境過(guò)渡的陸源碎屑夾碳酸鹽巖和火山巖沉積，中間為連續(xù)沉積并未間斷，雖然角度不整合覆蓋在奧陶紀(jì)溫都爾廟群增生楔之上，但與前陸盆地中磨拉石有明顯差異，且根據(jù)碎屑鋯石年齡分布來(lái)看并不屬于前陸盆地。從整個(gè)興蒙造山帶中段來(lái)看，總體缺少典型碰撞造山有關(guān)的前陸盆地沉積(如喜馬拉雅造山帶南側(cè)西瓦里克前陸盆地)、磨拉石建造、代表碰撞作用的區(qū)域性角度不整合以及碰撞相關(guān)的S型花崗巖(如喜馬拉雅淡色花崗巖)，這也反映了增生造山帶的特征，可能是處于“聯(lián)而不合”的狀態(tài)，即軟碰撞形成的多旋回復(fù)合造山帶(任紀(jì)舜等，1999)。從造山帶物質(zhì)組成來(lái)看，興蒙造山帶中大多為島弧、增生楔及陸緣沉積地層及小的微陸塊等不同性質(zhì)的地質(zhì)體拼貼所構(gòu)成的復(fù)合增生造山帶(肖文交等，2019；李錦軼等，2019b)，與南北相對(duì)兩個(gè)大的陸塊(華北和西伯利亞)事實(shí)上并未接觸，即未進(jìn)入實(shí)質(zhì)的碰撞造山過(guò)程。因此在興蒙造山帶中不發(fā)育碰撞造山帶相關(guān)的磨拉石等也是合理的。

5.3.2 對(duì)晚古生代構(gòu)造格局的啟示

近年來(lái)對(duì)于興蒙造山帶在蛇綠巖、古生代巖漿作用及構(gòu)造演化等方面取得了許多重要的成果和進(jìn)展(Chenetal., 2000; Xiaoetal., 2003, 2015, 2018; Li, 2006; Jianetal., 2008; Xuetal., 2013, 2015; 徐備等，2014，2018；Liuetal., 2017; Lietal., 2018, 2020;李錦軼等，2019a, b)，但對(duì)于有些關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題仍具有一定爭(zhēng)議，如對(duì)于晚古生代興蒙造山帶中段的構(gòu)造體制，分歧的焦點(diǎn)之一就是對(duì)早古生代末期之后的構(gòu)造環(huán)境，而在這之中關(guān)鍵點(diǎn)又在于南北造山帶兩個(gè)角度不整合及之上地層的認(rèn)識(shí)——南部西別河組與下伏奧陶紀(jì)包爾汗圖群、北部色日巴彥敖包組與下伏奧陶紀(jì)溫都爾廟群等。

本次工作對(duì)色日巴彥組底部和中部碎屑巖和中部火山巖夾層進(jìn)行年代學(xué)分析，并分析了沉積環(huán)境。碎屑鋯石年齡譜顯示碎屑物來(lái)自近源的早古生代島弧和南蒙古弧，而與南北兩側(cè)西伯利亞和華北兩個(gè)穩(wěn)定克拉通碎屑鋯石有明顯區(qū)別(圖8)，反映了本區(qū)與華北和西伯利亞之間有明顯的地理分隔，并且與北部南蒙古弧之間具有開(kāi)闊大洋。而根據(jù)Cawoodetal.(2012)碎屑鋯石判定盆地類(lèi)型圖解，色日巴彥敖包組底部碎屑鋯石兼具匯聚和碰撞型盆地特征，反映了早期的弧陸碰撞、俯沖停滯之后的伸展背景，而中上部碎屑鋯石年齡指示為匯聚盆地，這與中部出現(xiàn)火山巖及區(qū)域上早石炭開(kāi)始的島弧巖漿作用和蛇綠巖時(shí)代也是一致的，共同反映了由泥盆紀(jì)伸展型背景向石炭世匯聚背景的轉(zhuǎn)換，進(jìn)入了晚古生代大洋俯沖階段(圖10)。

圖10 興蒙造山帶晚古生代構(gòu)造模式圖

從碎屑鋯石年齡分布來(lái)看，研究區(qū)石炭紀(jì)仍存在大洋分隔，南北仍未封閉。從區(qū)域上石炭-二疊紀(jì)巖漿作用及蛇綠巖記錄來(lái)看，晚古生代存在代表洋殼殘片的石炭紀(jì)迪彥廟-達(dá)青牧場(chǎng)蛇綠巖(Liuetal., 2013; Lietal., 2018, 2020)、二疊紀(jì)索倫-西拉沐倫蛇綠巖(Miaoetal., 2007; Jianetal., 2010)，另外在錫林浩特-西烏旗地區(qū)還發(fā)育早二疊世半深海沉積(公繁浩等，2013)，不支持晚古生代陸表海/陸內(nèi)造山帶的觀點(diǎn)。但下部溫都爾廟群與上部色日巴彥敖包組之間確實(shí)存在時(shí)代間斷，變質(zhì)變形程度也存在一定差異。前人研究明確蘇尼特左旗南部溫都爾廟群為早古生代俯沖的增生楔(徐備和陳斌，1997；Xuetal., 2013; 徐備等，2016)，本次工作獲得的年齡表明色日巴彥敖包組主體形成于早石炭世，與溫都爾廟群之間的時(shí)代間隔可能代表了南側(cè)早古生代島弧與北側(cè)蘇尼特左旗地區(qū)～1.4Ga的古陸塊(孫立新等，2013)的碰撞事件。

6 結(jié)論

本次工作通過(guò)對(duì)蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組碎屑巖及火山巖夾層進(jìn)行鋯石年代學(xué)和Hf同位素分析，取得了以下主要認(rèn)識(shí)：

(1)蘇尼特左旗南部色日巴彥敖包組底部含礫粗砂巖最小碎屑鋯石年齡為391±5Ma，中下部凝灰質(zhì)砂巖最小碎屑鋯石加權(quán)年齡為338.2±4.3Ma，凝灰?guī)r夾層年齡為336±2Ma、333±3.5Ma，表明底部形成于晚泥盆世，中下部主體形成于早石炭世；上部凝灰質(zhì)砂巖最小碎屑鋯石加權(quán)年齡為320.4±6.2Ma，表明上部可能進(jìn)入晚石炭世。

(2)色日巴彥敖包組是由下向上為變細(xì)的海進(jìn)沉積序列，不屬于陸相磨拉石建造；碎屑鋯石物源分析表明興蒙造山帶中部晚古生代大洋并未封閉；碎屑鋯石盆地類(lèi)型分析指示早古生代末期為弧陸碰撞之后的伸展背景，早石炭世轉(zhuǎn)為俯沖形成的弧前盆地，暗示晚古生代大洋俯沖啟動(dòng)。

致謝辛后田教授級(jí)高工在野外調(diào)查及成文過(guò)程中給予了許多指導(dǎo)；在撰寫(xiě)本文過(guò)程中作者與李錦軼研究員進(jìn)行了深入的討論獲益頗豐；孫立新研究員、李承東教授級(jí)高工審閱了全稿并提出了許多建設(shè)性修改意見(jiàn)；本刊編委及兩位匿名審稿人審閱了全文，提出了寶貴的修改意見(jiàn)；在此一并致以誠(chéng)摯的感謝。