內(nèi)蒙古東七一山花崗巖地球化學(xué)、鋯石SHRIMP U-Pb年齡及巖體形成環(huán)境探討

楊岳清, 呂 博, 孟貴祥, 嚴(yán)加永, 趙金花,

王守光3), 賈玲瓏3), 韓建剛3)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083;

3)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

內(nèi)蒙古東七一山花崗巖地球化學(xué)、鋯石SHRIMP U-Pb年齡及巖體形成環(huán)境探討

楊岳清1), 呂 博2), 孟貴祥1), 嚴(yán)加永1), 趙金花1),

王守光3), 賈玲瓏3), 韓建剛3)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 北京 100037;

2)中國地質(zhì)大學(xué)(北京), 北京 100083;

3)內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院, 內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

古生代時期, 北山地區(qū)的地殼活動非常強烈, 主要表現(xiàn)為: 早古生代初期大陸的裂解, 一直到中奧陶世廣闊大洋盆的發(fā)育。志留紀(jì)末, 洋盆在自南向北的俯沖中封閉, 使北側(cè)的哈薩克斯坦板塊和南側(cè)的塔里木板塊拼貼, 并在碰撞造山過程中又構(gòu)成了一個相對統(tǒng)一的陸塊。在晚古生代, 北山地區(qū)地殼又在另外一種形式中異常強烈活動, 特別是自石炭紀(jì)到二疊紀(jì), 大規(guī)模的中酸性巖漿侵入活動構(gòu)成本區(qū)重要的地質(zhì)事件,其出露的花崗巖類占到了全區(qū)總面積的近 1/3, 但泥盆紀(jì)時期的地殼活動, 特別是花崗巖漿的侵入活動常被人們忽視, 筆者據(jù)泥盆紀(jì)時期的沉積-火山作用及擠壓構(gòu)造活動也較發(fā)育認(rèn)為, 海西早期也應(yīng)有較強的花崗巖漿侵入活動。本文有針對性地對北山地區(qū), 原定為海西中期的東七一山花崗巖巖基, 在巖石學(xué)和地球化學(xué)等方面研究基礎(chǔ)上, 對 3處巖石中鋯石首次進行了 SHRIMP U-Pb年齡測定, 其結(jié)果分別是(355±4) Ma、(359±4) Ma、(355±5) Ma, 這表明東七一山花崗巖形成于泥盆紀(jì)晚期, 從而確定了北山晚古生代早期也有花崗巖漿的強烈活動, 這對深化北山古生代地殼演化過程有積極意義。

花崗巖; 巖石地球化學(xué); 鋯石U-Pb年齡; 碰撞造山; 海西造山運動; 北山

處于內(nèi)蒙古西部和甘肅北部的北山地區(qū)是我國較重要的一個古生代地殼活動帶和成礦遠(yuǎn)景區(qū)(聶鳳軍等, 2001; 西安地質(zhì)礦產(chǎn)研究所, 2006; 楊合群等, 2009; 童英等, 2010)。在古生代陸塊分裂、大洋擴張、俯沖、碰撞造山和裂谷發(fā)育過程(龔全勝等,2002; 何世平等, 2002, 2005; 左國朝等, 1990, 1996,2003; 楊合群等, 2008)中, 巖漿活動一直非常強烈,除了各時期地層中發(fā)育的火山巖外(王立社等, 2009),花崗巖漿活動也非?；钴S的, 花崗巖類在內(nèi)蒙古北山地區(qū)的出露面積幾乎占到了基巖分布面積的三分之一。根據(jù)目前的工作(左國朝等, 1990; 穆治國等,1992; 王諧等, 1998; 梅華林等, 1999; 修群業(yè), 1999;王濤, 2000; 聶鳳軍等, 2002; 江思宏等, 2003), 花崗巖類的形成時代總體可分成前寒武紀(jì)、加里東期、海西期、印支期和燕山期。其中, 海西期花崗巖的分布面積占 70%以上, 其中, 又以海西中晚期巖體分布最廣。

從地殼發(fā)展史看, 北山地區(qū)在志留紀(jì)末到泥盆紀(jì)初, 哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊發(fā)生拼貼后,地殼仍處于較活躍狀態(tài), 特別是兩板塊的接觸部位連同殘留洋殼一起發(fā)生強烈的擠壓抬升, 出現(xiàn)碰撞造山作用(周國慶等, 2000; 任秉琛等, 2001; 魏志軍等, 2004; 楊合群等, 2010b)。晚古生代早期的碰撞造山作用與早古生代晚期的俯沖造山作用先后銜接、相互關(guān)聯(lián), 共同組成俯沖-碰撞造山作用(何世平等,2005)。例如在北山北部的雙溝山—雀兒山—蘆草井泥盆紀(jì)陸緣凹陷帶中, 發(fā)育早泥盆世海底中基性火山噴發(fā)及細(xì)碎屑巖、碳酸鹽巖沉積, 經(jīng)短期間斷又出現(xiàn)中泥盆世中酸性火山大規(guī)模噴發(fā)并伴隨火山碎屑巖及碳酸鹽巖沉積(左國朝等, 1995; 何世平等,2004), 其后, 區(qū)內(nèi)也出現(xiàn)了泥盆系的強烈變形及其相應(yīng)的擠壓隆升構(gòu)造活動。按理說, 在海西早期, 北山地區(qū)也應(yīng)有花崗巖漿較強的侵入活動, 但從已有資料看, 海西早期花崗巖的分布是相當(dāng)少的, 其實際情況究竟如何呢？

帶著這一疑問, 作者對區(qū)域早古生代晚期至晚古生代早期構(gòu)造活動非常發(fā)育的旱山—東七一山一帶, 規(guī)模較大的、前人定為海西中—晚期的東七一山花崗巖, 在巖石地球化學(xué)、同位素等方面研究基礎(chǔ)上進行了鋯石SHRIMP U-Pb定年, 測年結(jié)果表明,該巖體形成于(355±4) Ma～(359±4) Ma, 也即海西早期。這一認(rèn)識對北山地區(qū)古生代地殼活動特征和規(guī)律研究具有重要意義。

1 測年花崗巖產(chǎn)出的地質(zhì)環(huán)境及其特征

東七一山花崗巖在大地構(gòu)造位置上處于北山東部哈薩克斯坦板塊東南緣早古生代活動陸緣帶(楊合群等, 2008), 區(qū)內(nèi)花崗巖體眾多, 分布廣泛, 構(gòu)成一條近東西向的花崗巖帶, 巖帶北部, 古元古界北山群變質(zhì)巖系零星出露, 中西部為一東寬西窄、以北西西—南東東向展布的不規(guī)則蛇綠混雜巖帶(宋泰忠等, 2008; 左國朝等, 1996; 楊合群等, 2010a),它們是區(qū)域石板井—小黃山蛇綠巖帶的一部分, 蛇綠混雜巖南側(cè)為一套奧陶—志留系的火山-碎屑巖系。蛇綠混雜巖與兩側(cè)巖系均以斷層接觸。

該區(qū)的花崗巖(圖1), 在1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告中(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1977), 按形成時間分海西、印支和燕山3個時期, 海西期又分為中、晚兩個旋回, 海西期巖體多以巖基產(chǎn)出, 分布最廣,印支和燕山期花崗巖則以小巖株零星分布在海西期巖體中及外圍。左國朝等(1992)曾在旱山劃分出澄江期花崗巖, 但從測試方法看, 這一年齡還值得商榷。

東七一山花崗巖是 1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1977)中定的海西中—晚期花崗巖中規(guī)模最大的一個巖體, 巖體的位置在圖 1中位于東七一山居民點北側(cè)。

該巖體呈一近東西向分布的不規(guī)則巖基, 沿奧陶系—中下志留統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)背斜侵入, 面積達100多km2, 在巖體上部可見到奧陶系上統(tǒng)和志留系中上統(tǒng)的殘留頂蓋, 和圍巖的接觸界限極不規(guī)正,巖體邊部普遍存在寬度不一的同化混染帶, 同時也常見圍巖的撲捕虜體, 整個巖體的巖相分帶不明顯,推測剝蝕深度不大。從數(shù)條路線觀察表明, 巖體內(nèi)巖性變化很大, 目前確定的有石英閃長巖、花崗閃長巖、中粒二云母花崗巖, 黑云母二長花崗巖, 黑云母正長花崗巖等。這表明該巖體是一個復(fù)式雜巖體,其中分布面積最大的是黑云母二長花崗巖, 其它幾類巖體基本呈不規(guī)則小巖株、巖枝穿插其中, 但有時也呈不明顯的相變關(guān)系, 故推測黑云母二長花崗巖形成時間最早。在二云母花崗巖中晚期熱液蝕變較強, 其中的白云母基本是熱液蝕變作用的產(chǎn)物,故推測它形成最晚。另外, 在成巖后的構(gòu)造活動中,各類巖體均普遍受到擠壓等構(gòu)造影響。

圖1 東七一山花崗巖體產(chǎn)出區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1977修改)Fig. 1 Regional geological map of Dongqiyishan granites(modified after Gansu Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development, 1977)

本次工作的重點研究主體是黑云母二長花崗巖(DQ2、DQ4)和稍晚形成的二云母二長花崗巖(DQ1)3處巖體, 取樣位置見圖1。

2 巖石學(xué)特征

DQ1樣品: 中粒二云母花崗巖, 長石、石英粒度相差不大, 石英含量 27%, 長石中鉀長石含量35%, 奧長石含量在 31%, 黑云母含量 5%, 白云母含量 2%, 后二者分布不均, 有些部位僅出現(xiàn)黑云母。巖石在諸多地段受后期構(gòu)造影響, 長石的自形程度明顯變低, 石英顯示擠壓、相嵌和光學(xué)性質(zhì)不均一現(xiàn)象, 云母交代石英、長石現(xiàn)象明顯。

DQ2樣品: 中粒片麻狀黑云母二長花崗巖, 鉀長石均為他形, 含量 36%, 奧長石半自形-他形, 含量 32%, 兩種長石相嵌分布, 石英大多數(shù)具拉長和鋸齒狀特征, 有時顯示脈狀特征, 數(shù)量占26%。副礦物中榍石數(shù)量較多, 可達 2%, 磁鐵礦(鈦鐵礦)數(shù)量也多于DQ1, 黑云母數(shù)量為3%～4%, 基本沿擠壓帶呈長條狀分布。

DQ4樣品: 在 1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查圖(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1977)中, 該點周圍 0.49 km2范圍內(nèi)的巖體劃歸到燕山期, 宏觀上巖石普遍呈現(xiàn)肉紅色, 曾定為正長花崗巖, 我們抱著懷疑的態(tài)度也采了年齡樣(DQ4), 同時也開展了巖石地球化學(xué)的研究。根據(jù)顯微鏡下觀察, 主體仍為較典型的黑云母二長花崗巖, 斜長石和鉀長石數(shù)量相當(dāng), 斜長石普遍較自形, 有些斜長石顯示較清晰的環(huán)帶結(jié)構(gòu),同時由于后期的鈉質(zhì)交代作用, 普遍出現(xiàn)凈邊結(jié)構(gòu),鉀長石中也見晚期鈉長石的交代現(xiàn)象, 黑云母呈片狀, 含量在6%～7%。巖石的構(gòu)造擠壓特征不是很強。測年結(jié)果表明, 該“小巖株”也為海西早期巖體。

3 地球化學(xué)特征

3處巖石樣品的主量、微量元素和Sr-Nd同位素分析結(jié)果見表1和表2。

3.1 分析方法

主量和微量元素分析由中國地質(zhì)科學(xué)院國家地質(zhì)實驗測試中心完成, 主量元素用 X熒光光譜儀(2100)分析; 微量元素用等離子質(zhì)譜儀(X-series)分析, 分析精度優(yōu)于5%。分析結(jié)果見表1。Rb、Sr、Nd、Sm同位素體系的含量和比值測試由中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所同位素室完成, Rb、Sr、Nd、Sm含量分析方法為同位素稀釋法, 所用儀器為MAT262固體同位素質(zhì)譜計。Sr同位素分析方法: 儀器為 MAT固體同位素質(zhì)譜計, 標(biāo)樣采用 SRM987 SrCO387Sr/86Sr=0.710247±12(2σ), Sr同位素質(zhì)量分餾采用88Sr/86Sr=8.37521校正, 全實驗室流程 Sr的空白本底為 1～2 ng。Nd同位素分析方法: 儀器為Nu Plasam HR MC-ICP-MS(Nu Instruments),DSN-100膜去溶; 標(biāo)樣采用 JMC Nd2O3143Nd/144Nd=0.511125±10(2σ); Nd同位素質(zhì)量分餾采用146Nd/144Nd=0.7219校正。全實驗室流程的Nd空白本底＜1 ng。詳細(xì)分析流程見何學(xué)賢等(2007)。

表1 東七一山花崗巖的主量元素/%、微量元素/10-6含量Table 1 Major/% and trace element/10-6 contents of Dongqiyishan granites

續(xù)表1

表2 內(nèi)蒙古東七一山花崗巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果Table 2 Sr-Nd isotope analytical results of Dongqiyishan granites, Inner Mongolia

3.2 常量元素地球化學(xué)

與中國花崗巖平均值(黎彤等, 1998)比較, 3處樣品中除Si2O含量較高外, 其它主元素基本都偏低,例如, SiO2含量介于 71.20%～75.09%之間, 平均73.62%, 而中國花崗巖的平均值僅為71.63%, 巖石中 Al2O3平均值為 13.92%, 中國花崗巖平均值為14.00%, 巖石中K2O和Na2O平均含量分別是3.65%和 3.91%, 而中國花崗巖平均值分別為 4.09%和3.83%, 巖石中 Fe2O3+FeO、MgO、TiO2分別是1.62%、0.53%和 0.20%, 而中國花崗巖平均值則分別是3.03%、0.88%和0.29%。

3處樣品的主成分相比, 盡管有較大共同性, 但仍存在一定差異, SiO2含量最高和最低之間相差4%,Al2O3相差0.92%, K2O相差2.24%, Na2O相差1.63%,Fe2O3+FeO相差1.41%, MgO相差0.41%, TiO2相差0.19%。其中酸度較高的是DQ1, 較低的是DQ4, 反之, 基性成分較高的是 DQ4, 較低的是 DQ1, 但在K2O+Na2O含量上, 較高的是 DQ2樣品, 較低的是DQ1, 在K2O/Na2O上, 最高的也是DQ2樣品, 其比值全部大于1(1.53～1.57), 最低的是DQ4, 比值變化于 0.58～0.69之間, 也即 DQ2富鉀, DQ4貧鉀。在SiO2-K2O 圖解(圖 2)中, 所采樣品屬于較富鉀的中-高鉀鈣堿性系列。

3.3 微量元素地球化學(xué)

3處樣品的稀土元素總量變化于65.44×10-6～118.95×10-6, 平均 82.90×10-6, 在所有樣品中, 輕稀土元素(La至 Eu)含量明顯高于重稀土(Sm至Lu), 輕重稀土比值平均達13.37, 因此3處樣品的稀土模式圖(圖 3)均呈右傾斜型。(La/Yb)N、(La/Sm)N和(Gd/Yb)N也具有類似特點。由于在巖漿分異成巖過程中, 其中輕、重稀土元素的分離, 不僅造成了輕稀土在目前巖石中的富集和重稀土元素向更晚期巖漿中的集中, 同時也造成處于輕重稀土之間的Eu虧損, 3處樣品的δEu平均為0.79, 其中虧損較大的是DQ4, δEu平均僅為0.68, 在稀土模式圖中(圖3), DQ4樣品的Eu部位呈明顯的峽谷型, 其次是 DQ1(0.80)和 DQ2(0.91)。Ce的虧損不顯著, δCe變化于0.81～0.98。稀土總量高低的變化與δEu、δCe的強度變化基本是一致的, 但輕重稀土比值的變化則恰相反, 即, 巖石中稀土含量愈高, Eu、Ce的虧損也愈大, 輕重稀土的分離也愈明顯。3處巖石中稀土元素分布較一致的規(guī)律性, 也進一步印證了它們源巖的共同性和成巖過程的相似性。在成巖的時間上處于東七一山邊部的DQ4可能相對較早, 其次是DQ1和DQ2。

圖2 東七一山花崗巖K2O-SiO2圖解Fig. 2 K2O versus K2O diagram of Dongqiyishan granite

圖3 東七一山花崗巖稀土元素配分模式圖Fig. 3 Chondrite-normalized REE patterns of Dongqishan granite

3處樣品中的大離子和不相容元素, 總體上有較大的相似性, 其蛛網(wǎng)圖與酸性巖漿巖基本一致(圖4), 最富集的元素均是 Tm、Rb、Ba、K、Th和 La, 最虧損的元素均是Y, 其次是Ta、Nb、P、Ti。但3處樣品中, 微量元素含量也存在一定差異, 在 DQ2樣品中, 大離子除K外, Ba、Sr的含量也明顯較高, 平均含量分別是2098×10-6和441.25×10-6, DQ1分別為760×10-6和220.25×10-6, 而DQ4僅為382×10-6和 208×10-6, 在 DQ4中相對較高的是不相容元素Th和 Ta, 其平均含量分別是 10.55×10-6和 0.61×10-6, DQ2分別是8×10-6和0.13×10-6, DQ1中Th和Ta分別是5.06×10-6和0.60×10-6, 在DQ1中相對較高的是Bi和Li, 分別是0.26×10-6和21×10-6, DQ2中則分別是 0.1×10-6和 5.57×10-6, DQ4中分別是0.11×10-6和 8.44×10-6。其差異表明, 同一源區(qū)產(chǎn)生的巖漿在上侵過程中, 不同部位的巖漿成分總是有一定差異。

從表2看出, 3處樣品在Rb、Sr、Sm、Nd的含量和同位素比值有一定差異, 但3者的(87Sr/86Sr)i還是很接近的, DQ1平均為 0.7051375; DQ2平均為0.7054025; DQ4平均為 0.704334, 總體反映了一個以殼源為主, 殼?；旌系奶攸c。同樣, 反映3處樣品原巖特征的(143Nd/144Nd)i總體是非常接近的, 如果取虧損地幔的143Nd/144Nd現(xiàn)代值為0.51315, 采用二元混合模式進行估算(江思宏等, 2006), 可能表明構(gòu)成東七一山巖體的原始巖漿中有少量來自大離子和不相容微量元素強烈虧損的地幔源區(qū)或者受到地幔源區(qū)物質(zhì)的污染。但3組樣品中, DQ1和DQ2的εNd(t)全部為負(fù)值, DQ4盡管為正值, 但幾乎全部均小于1, 其tDM變化于 1176～962, 和區(qū)域北部交叉溝一帶北山群中深變質(zhì)巖系形成時間基本相當(dāng)(聶鳳軍等,2002)。因此, 可推測東七一山花崗巖是北山群在擠壓隆升過程中熔融產(chǎn)生的。

圖4 東七一山花崗巖的微量元素蛛網(wǎng)圖Fig. 4 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram of Dongqishan granite

4 鋯石采集及定年

本次測年鋯石首先是在野外對東七一山巖體進行了詳細(xì)的觀察研究后, 在有代表性的 3處不同巖性部位各采20 kg新鮮樣品基礎(chǔ)上進行的。樣品的分選由河北省廊坊市科大巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成。在雙目鏡下觀察, 3處樣品鋯石有較大相似性, 顏色普遍較淺, 以淺黃色、淺玫瑰色和淺褐黃色為主, 透明度較好, 晶體雖主要為柱狀體, 但其組成較為復(fù)雜, 多為(110)、(100)與(111)、(131)、(311)的聚形, 晶體延長系數(shù)較大, 平均在 3.0, 晶面比較平整。晶體表面基本上沒有熔蝕特征, 棱角普遍較清楚, 個別顆粒含有不透明礦物包裹體, 但沒有觀察到由于放射性作用導(dǎo)致蛻晶化而呈現(xiàn)的半透明及云霧化現(xiàn)象。

4.1 分析方法

將挑選的鋯石樣品和標(biāo)準(zhǔn)鋯石參考樣(TEM)一起固定在樣品靶上, 對鋯石顆粒表面進行研磨拋光(Williams et al., 1987; 宋彪等, 2002), 并用陰極發(fā)光掃描電鏡進行了圖像分析, 從每顆測年鋯石幾乎都有清晰的環(huán)帶表明, 它們均具有較典型的巖漿成因特征。

SHRIMP U-Pb年齡測定是在中國地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心的SHRIMP Ⅱ儀器上完成, 詳細(xì)分析流程和原理參考了 Compston等(1992)、Williams等(1987)和宋彪等(2002)的文獻。測試時應(yīng)用了RSES(澳大利亞國立大學(xué)地學(xué)院)的標(biāo)準(zhǔn)鋯石SL13(年齡572 Ma, U含量238×10-6), 用來標(biāo)定所測鋯石的U、Th和Pb含量, 測年時每測3次樣品, 加測一次標(biāo)樣(TEM), 以控制儀器的穩(wěn)定性和離子計數(shù)統(tǒng)計的精確性。普通鉛由實測204Pb及Cumming-Richard模式鉛成分校正。所有測點的誤差均為1σ, 所采用的206Pb/238U加權(quán)平均年齡具95%的置信度。數(shù)據(jù)處理采用 Ludwig編寫的 Squid 1.0(Ludwig, 2001)和 Isoplot程序(Ludwig, 1999)。激光在鋯石上轟擊后均留下了清晰的束斑環(huán)(圖5)。

4.2 測試結(jié)果

3處樣品的測試結(jié)果見表3。

對 DQ1樣品的測試, 選擇了 14粒鋯石進行了15個點的分析, 圖6是這些點的206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖, 其中12、15、17點偏離群體處于斜線的右上側(cè), 同時也比較分散, 它們的年齡值具有加里東晚期特征, 可能為繼承性巖漿鋯石, 3號點的年齡值與群體相比又明顯偏新, 為此, 我們在統(tǒng)計年齡時排除了它們, 對其它11個群體點進行了年齡的統(tǒng)計, 其加權(quán)平均年齡為(355±4) Ma, MSWD=1.07?？梢哉f,它們是有代表性的。11個點有效測年數(shù)據(jù)中, 普通鉛含量最高 2.31×10-6, 最低 0.1×10-6, 平均0.74×10-6, 放射成因鉛含量最高 45.4×10-6, 最低4.01×10-6, 平均 21.7×10-6, U含量最高 960×10-6,最低 79×10-6, 平均 438×10-6, Th 含量最高1368×10-6, 最低50×10-6, 平均377×10-6, Th/U平均0.86, 進一步說明了鋯石的巖漿成因。

對DQ2樣品選擇了15粒鋯石進行了16個點的分析, 圖7是這些點的206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖,其中 4、14點偏離群體處于斜線的右上側(cè), 同時也比較分散, 其年齡值具有加里東晚期特征, 也可能為繼承性巖漿鋯石, 1、8、15點的年齡值與群體相比又明顯偏新, 為此, 我們在統(tǒng)計年齡時排除了這些點, 對其它11個群體點進行了年齡的統(tǒng)計, 其加權(quán)平均年齡為(359±4) Ma, MSWD=1.8。在11個分析結(jié)果中, 普通鉛含量最高 4.86×10-6, 最低0.16×10-6, 平均 1.10×10-6, 放射成因鉛含量最高224×10-6, 最低2.86×10-6, 平均39.2×10-6, U含量最高 6739×10-6, 最低 54×10-6, 平均 965×10-6,Th含量最高 692×10-6, 最低 36×10-6, 平均236×10-6, Th/U平均0.24, 反映了鋯石的巖漿成因。

對DQ4樣品選擇了12粒鋯石進行了12個點的分析, 圖8是這些點的206Pb/238U-207Pb/235U諧和圖,其中 1、2、5、10號點的分析結(jié)果相對其它群體點離散, 故在統(tǒng)計年齡時排除了它們, 其他 8個點的加權(quán)平均年齡為(355±5) Ma, MSWD=1.13。在這8個點的分析結(jié)果中, 普通鉛含量最高1.04×10-6, 最低 0.14×10-6, 平均 0.54×10-6, 放射成因鉛含量最高 33.1×10-6, 最低 3.50×10-6, 平均 11.53×10-6,U 含量最高 657×10-6, 最低 73×10-6, 平均223×10-6, Th含量最高 212×10-6, 最低 53×10-6,平均97×10-6, Th/U平均0.43, 也反映了鋯石的巖漿成因。

圖5 東七一山花崗巖測年鋯石的陰極發(fā)光圖像、分析點位置、編號及206Pb/238U年齡/MaFig. 5 CL images, testing spots and their serial number as well as 206Pb/238U ages/Ma of zircons from Dongqiyishan granite

3處樣品的加權(quán)平均年齡是非常接近的, 處于容許誤差范圍, 因此它們可以代表東七一山花崗巖的成巖年齡, 即形成于海西早期。

5 巖體年齡地質(zhì)背景討論

從樣品的采集、鋯石的分選及在SHRIMP Ⅱ儀器上的分析過程, 本次工作是非常認(rèn)真、嚴(yán)格地按測年要求進行的, 其巖石化學(xué)和 Sr-Nd同位素分析也是完全按規(guī)范進行的, 因此, 以上的分析成果是可靠的。在中國地層時代表上, 所測的 3組年齡介于泥盆紀(jì)晚期或和石炭紀(jì)交接時期, 在我國地殼運動史上應(yīng)處于海西構(gòu)造運動早期, 因而, 對 1:20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中(甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局, 1977),將東七一山花崗巖推定為海西中—晚期的認(rèn)識顯然是需要修正的, 當(dāng)然, 也包括了對東七一山花崗巖及區(qū)域上同類巖體形成環(huán)境及地殼演化史的重新認(rèn)識。

表3 內(nèi)蒙古東七一山花崗巖鋯石SHRIMP U-Pb年齡分析結(jié)果Table 3 SHRIMP U-Pb isotopic analytical data of zircon grains from Dongqiyishan granites, Inner Mongolia

圖6 DQ1樣品鋯石分析數(shù)據(jù)的U-Pb諧和圖解Fig. 6 U-Pb concordia diagram of zircon grains from sample DQ1

圖7 DQ2樣品鋯石分析數(shù)據(jù)的U-Pb諧和圖解Fig. 7 U-Pb concordia diagram of zircon grains from sample DQ2

圖8 DQ4樣品鋯石分析數(shù)據(jù)的U-Pb諧和圖解Fig. 8 U-Pb concordia diagram of zircon grains from sample DQ4

北山地區(qū)古大陸自寒武紀(jì)初期發(fā)生裂解, 一直到中奧陶世形成廣闊的紅柳河—牛圈子—洗腸井洋盆(何世平等, 2005), 志留紀(jì)末, 紅柳河—牛圈子—洗腸井洋盆在自南向北的俯沖中基本封閉, 哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊發(fā)生拼貼, 使北山地區(qū)在碰撞造山過程中又構(gòu)成了一個相對統(tǒng)一的板塊, 然而,北山地區(qū)的地殼活動并沒有因早古生代晚期的碰撞造山作用而相對趨于平穩(wěn)。在泥盆紀(jì), 區(qū)內(nèi)的地殼活動仍處于較活躍狀態(tài), 表現(xiàn)為在泥盆系淺海相碎屑巖中, 中基性-中酸性火山巖建造仍非常發(fā)育, 其厚度達2000 m, 這一活動一直延續(xù)到石炭紀(jì)早期。種種跡象表明, 該時期的地殼活動與早生代晚期的俯沖造山作用先后銜接、相互關(guān)聯(lián)(何世平等, 2005)。在泥盆紀(jì)的這種特定造山作用過程中, 地殼深部因強烈擠壓發(fā)生部分熔融, 從而沿早山帶形成一些海西早期的的花崗巖類侵入體, 它在巖石化學(xué)等特征上往往和典型俯沖-碰撞造山帶的花崗巖有一定區(qū)別, 在其形成環(huán)境中的地層、構(gòu)造及變質(zhì)作用等方面的變形程度不是很強烈, 因而人們往往忽視了對北山晚古生代早期地殼活動的深入探索, 特別是花崗巖漿活動特征的研究, 常常把一些侵入到早古生代地層中的巖體也籠統(tǒng)歸到晚古生代中—晚期, 本文所討論的東七一山花崗巖就是如此。因此, 該巖體確定為海西早期產(chǎn)物, 對北山地區(qū)東部地殼活動規(guī)律認(rèn)識的深化具有重要意義。

總之, 東七一山花崗巖的測年結(jié)果和元素及同位素分析, 對北山地區(qū)古生代早—晚銜接時期地殼活動的重新認(rèn)識, 對深化北山地區(qū)地殼演化應(yīng)當(dāng)說有著積極意義, 使該區(qū)地殼演化史有了一個較完整的新概念。

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2)China University of Geosciences(Beijing), Beijing100083;
3)Geological Survey Institute of Inner Mongolia, Hohhot, Inner Mongolia010020

During Paleozoic, the crustal movement was intense in Beishan area, which mainly found expression in the splitting of Early Palaeozoic unified continent and the formation of ocean basin in Middle Ordovician. At the end of Silurian, the oceanic basin was underthrusting in SN direction and was finally closed, that caused the collage between the northern side of the Kazakhstan plate and the southern Tarim plate as well as the formation of a relatively uniform plate. In Late Paleozoic, another movement occurred. From Carboniferous to Permian, the acid-intermediate magmatic intrusions in these areas made up important geological events. The outcropped area of granite occupies 1/3 of the total area. Nevertheless, researchers tend to ignore the crustal movement, especially the intrusion of granitic magma in Devonian period. The authors hold that the volcano-sedimentary and tectonic activities did occur in Devonian, so there existed strong magmatic intrusive activities in these areas in Hercynian period. Petrological and geochemical researches were conducted, and zircon SHRIMP U-Pb dating was performed for three granites, which yielded ages of (355±4) Ma, (359±4) Ma, (355±5) Ma respectively, suggesting that Dongqiyishan granitic batholith was formed in Late Devonian instead of in Middle Hercynian. It is thus thought that the collisional orogenesis in the Beishan Mountain during Early Late Paleozoic was accompanied by strong granitic magma activity, which played an important role in deepening the crustal evolution process of Palaeozoic in Beishan area.

granite; rock geochemistry; zircon U-Pb dating; collision orogenesis; Hercynian orogeny; Beishan

P588.121; P597.1

A

10.3975/cagsb.2013.02.04

本文由國家自然科學(xué)基金項目(編號: 41040019)和國家科技支撐計劃(編號: 2006BAB01A09)聯(lián)合資助。

2012-04-29; 改回日期: 2012-06-27。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

楊岳清, 男, 1941生。研究員。長期從事礦床學(xué)、巖石學(xué)和地球化學(xué)工作。E-mail: yangyueqing0@sina.com。