岳林浩，王繼春

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質調查研究院，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖漿活動成礦與找礦重點實驗室，呼和浩特 010020)

0 引言

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，興蒙造山帶的關鍵部位(圖1a)，記錄了古亞洲洋消亡過程中南蒙古—中國東北地區(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。

前人曾對達茂旗—白乃廟一帶變質火山-沉積地層及周邊的侵入巖的年代格架、巖石成因及構造背景進行了研究，證實了島弧本身存在前寒武紀基底[3,7]。近年來，有學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]。筆者基于中國地質調查局項目“內(nèi)蒙古錫林郭勒盟朱日和等三幅1∶5萬地質礦產(chǎn)綜合調查”工作①，在平安地首次識別出一套蛇綠混雜巖(圖1c，圖1d)。本文將對該蛇綠混雜巖開展巖石學、巖石地球化學和年代學系統(tǒng)分析和研究，探討形成年齡及形成構造環(huán)境，希望對研究華北板塊演化具有參考意義。

圖1 平安地地區(qū)地質簡圖[9]Fig.1 Geological sketch of Pingandi areaa.中亞地區(qū)構造簡圖(據(jù)文獻[7]，修編)；b.興蒙造山帶南部構造簡圖(據(jù)文獻[1]，修編)；c.研究區(qū)地質簡圖；d.采樣位置剖面圖

1 混雜巖特征

1.1 蛇綠混雜巖地質特征

平安地蛇綠混雜巖屬“破碎的”和“肢解的”蛇綠巖經(jīng)構造混雜后形成。滾動巖塊處于軟基質中，堅硬巖塊發(fā)生旋轉變形，片理和碎裂巖化帶圍繞巖塊分布，顯示出運動學特征、強烈的破碎作用和混合作用，表現(xiàn)出擠壓、剪切、旋轉、碾滾等一系列復雜的變形過程。巖石內(nèi)部構造發(fā)育，經(jīng)歷了多次不同應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、花崗質糜棱巖及花崗質混染巖，后期被三疊紀淺肉紅色細粒正長花崗巖侵入。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組成。巖塊主要包括超鐵鎂質巖、玄武巖、輝石巖、輝長巖、輝綠巖、角閃輝長巖及大理巖等，基質主要為巖塊中的強變形物質及灰黃色泥質粉砂巖、灰色泥巖等。綜上認為，該套混雜巖為不同時期的地質體通過多期構造改造、疊加而成的蛇綠混雜堆積體(圖1d)。

1.2 巖石學特征

玄武巖(圖2a)。具有纖維狀微粒狀變晶結構(圖2b)，變余間粒間隱結構，塊狀構造，局部殘留間粒間隱結構，斜長石微晶板條35%，多數(shù)0.05～0.2 mm，少數(shù)0.2～0.3 mm細長微晶板條狀，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)生強烈不均勻蝕變，形成纖維狀細柱狀淡綠色次閃石和陽起石40%、顯微鱗片狀隱晶狀綠泥石5%、微粒狀綠簾石5%、微粒狀鈉長石15%，次生碳酸鹽少量。

圖2 構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.陽起石；Pl.斜長石；Spn.榍石；Bi.黑云母

輝石巖(圖2c)。具有變余粒狀結構(圖2d)，纖維狀柱狀結構，塊狀構造。陽起石呈0.1～0.3 mm纖維狀柱狀，集合體呈0.3～1.5 mm團狀或不規(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，負延性。陽起石80%，鈉長石10%，裂隙充填鈉長石10%，磷灰石少量。

輝綠巖(圖3a)。具有微細粒輝綠結構(圖3b)，塊狀構造。斜長石0.1～0.3 mm細長板狀，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，雜亂分布于斜長石空隙間。不透明礦物星散狀分布。斜長石60%，輝石30%，隱晶質10%，不透明礦物少量。

大理巖(圖3c)。具有粒狀變晶結構(圖3d)，塊狀構造。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)則團狀；方解石95%，蛇紋石5%，標本加稀冷鹽酸發(fā)泡劇烈。

圖3 構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)。具有巖石碎裂結構，細粒狀變晶結構(圖4b)，塊狀構造。巖石發(fā)生了碎裂，沿裂隙充填有次生長英質(20%)、陽起石(少)、方解石(少)、褐鐵礦(少)等，部分呈不規(guī)則團狀分布。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。

硅質巖(圖4c)。具有微粒變晶結構—隱晶狀結構(圖4d)，輕碎裂變余弱層狀—塊狀構造。隱晶狀硅質75%，<0.02 mm，綠簾石10%，0.02～0.05 mm粒狀；陽起石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2%。

圖4 構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.硅質巖；d.硅質巖顯微照片

2 樣品采集與分析方法

本次將重點對具有代表性的玄武巖和輝石巖進行測試分析和研究。共采集了符合有關要求的9套樣品，其中采集玄武巖樣品4套/件，輝石巖樣品5套/件。對這9套樣品進行主量元素、稀土元素及微量元素測試分析，其中的玄武巖、輝石巖各1件樣品進行鋯石U-Pb測年。

主量元素、稀土元素及微量元素測試分析在中國地質調查局天津地質調查中心完成。整個測試過程均在無污染設備中進行。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譜儀法(ICP-MS)，分析精度和準確度優(yōu)于5%～10%。

鋯石U-Pb分析在內(nèi)蒙古巖漿活動成礦與找礦重點實驗室完成。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譜儀進行微區(qū)原位U-Pb同位素測定，光束為32 μm。儀器配置和實驗流程見有關文獻[10]。采用GJ～1作為外部鋯石年齡標準進行U-Pb同位素分餾校正[11]，采用中國地質大學劉勇勝研發(fā)的ICPMSDataCal程序[12]和Ludwig的Isoplot程序[13]進行數(shù)據(jù)處理，應用208Pb校正法對普通鉛進行校正[14]，利用NIST610玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量，采用Plesovice鋯石標樣。

3 巖石地球化學特征

表1為4件玄武巖的主量元素、稀土及微量元素分析測試結果。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)稀土總量及相關比值顯示其存在內(nèi)在差異，稀土含量相對較低、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；球粒隕石標準化的REE配分圖解(圖6a)中顯示，輕稀土相對呈弱富集，重稀土相對虧損，略右傾平坦型，Eu無明顯負異常，與島弧巖漿巖相似。微量元素含量均大于原始地幔值，原始地幔標準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試結果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試結果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試結果。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)稀土總量及相關比值顯示其存在內(nèi)在差異，稀土含量相對較高,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，球粒隕石標準化的REE配分圖解(圖7a)中顯示，輕稀土相對富集，重稀土相對虧損，呈右傾型，Eu略具負異常，與E-MORB特征相似。微量元素含量均大于原始地幔值，原始地幔標準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準化配分曲線(a)、微量元素原始地幔標準化曲線(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準化配分曲線(a)、微量元素原始地幔標準化曲線(b)Fig.7 Chondrite-normalized REE pattern (a) and primitive mantle-normalized trace element pattern (b) of pyroxenite

4 年代學特征

本次分別對玄武巖(GPM03RZ27)、輝石巖(GPM02RZ10)進行了LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試。2件樣品分別測試39點、33點，要求提供每個鋯石顆粒的U、Pb同位素比值及年齡值，多個鋯石的不一致曲線的諧和年齡。

表3為玄武巖的具體測試同位素數(shù)據(jù)。玄武巖(GPM03RZ27)鋯石陰極發(fā)光圖像(圖8)顯示，挑出來的鋯石多呈無色透明，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。分別對不同鋯石的核部和邊部進行了年齡測試，結果表明核部的年齡值明顯要高于變質邊的年齡值，如14點、15點年齡值分別為1931 Ma(變質邊)、2297 Ma(核部)，16點、17點年齡值分別為2027 Ma(核部)、1705 Ma(變質邊)，19點、20點年齡值分別為1966 Ma(核部)、1723 Ma(變質邊)，24點、25點年齡值分別為1903 Ma(核部)、1845 Ma(變質邊)，29點、30點年齡值分別為1836 Ma(核部)、1625 Ma(變質邊)，37、38點年齡值分別為2260 Ma(核部)、1695 Ma(變質邊)等，經(jīng)過統(tǒng)計核部年齡主要集中在1903 Ma—2297 Ma之間，而變質邊年齡主要集中于1625 Ma—1931 Ma之間(表3)。根據(jù)鋯石形態(tài)結合測年結果，認為鋯石的核部年齡代表巖石形成年齡，變質邊年齡相當于同時期的變質事件年齡，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)歷了明顯的變質事件，變質事件持續(xù)近300 Ma。

表3 玄武巖LA-MC-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測試結果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黃色圓圈為測年位置，其中實線為參與諧和點，虛線為未參與諧和點

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為輝石巖的具體測試同位素數(shù)據(jù)。輝石巖(GPM02RZ10)鋯石陰極發(fā)光圖像(圖10)顯示，挑出來的鋯石多呈無色透明，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，具有明顯的變質邊特征，繼承核外圍形成變質增生邊，與原巖殘留鋯石之間界限清楚。本次的測試部位均為核部，經(jīng)過統(tǒng)計，年齡主要集中在1655 Ma—1930 Ma之間(表4)，綜上認為，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年齡測試結果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黃色圓圈為測年位置，其中實線為參與諧和點，虛線為不參與諧和點

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

5 討論

(1)關于成巖年齡

本次測試獲得的玄武巖鋯石核部年齡主要集中在1903 Ma—2297 Ma，而變質邊年齡主要集中于1625 Ma—1931 Ma；研究認為，鋯石的核部年齡代表巖石形成年齡，變質邊年齡相當于同時期的變質事件年齡，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)歷了明顯的變質事件，變質事件持續(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。之前有學者在研究區(qū)西側熱水地區(qū)和翁牛特旗解放營子地區(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)生了明顯的變質作用，持續(xù)至中元古代。

(2)構造意義

平安地蛇綠混雜巖主體巖性的巖石地球化學構造判別圖解(圖12)顯示，玄武巖及輝石巖總體具有E-MORB特征(圖12a)，結合前人研究成果，認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、變質事件，與白云鄂博北部地區(qū)早古生代輝長巖鋯石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)石英二長閃長玢巖[19]中也有相應的捕獲鋯石U-Pb年齡記錄。

圖12 構造判別圖解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期，該時期勞倫西亞、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]，而本套巖石年代學信息與該時限較為一致，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程中的洋陸轉化事件的證據(jù)。

6 結語

元古代混雜巖記錄了元古代哥倫比亞超大陸聚合過程中的洋陸轉化事件，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限相吻合。因此，推測平安地蛇綠混雜巖屬于華北克拉通的古元古代變質基底。

注釋：

① 內(nèi)蒙古自治區(qū)地質調查院.內(nèi)蒙古1∶5萬白音敖包(L50E024024)、興隆地(K50E001024)、北崗臺(K50E002024)幅區(qū)域地質調查成果報告[R]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古自治區(qū)地質調查院，2021.