内蒙古贺根山蛇绿岩的形成时代:来自辉长岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄的证据

内蒙古贺根山蛇绿岩是兴-蒙造山带最年轻的蛇绿岩带,被认为是华北板块和西伯利亚板块碰撞的缝合线向东延伸的部分,其代表的古洋盆的形成和关闭时限,一直受到地学界的密切关注。采用LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素方法,获得贺根山蛇绿岩中辉长岩的年龄为357.9±1.5Ma,这代表了贺根山蛇绿岩的结晶年龄。结合前人研究成果,推断贺根山蛇绿岩形成于洋内弧后盆地环境。

内蒙古贺根山蛇绿岩地幔属性:来自方辉橄榄岩元素地球化学和Re-Os同位素的制约

贺根山蛇绿岩带是中亚造山带东部出露面积最大的晚古生代蛇绿岩带,然而研究者对它是大洋岩石圈的残余还是陆内岩石圈地幔伸展的产物仍存在较大争议,主要归因于一直缺少橄榄岩Re-Os同位素的有效制约。基于此,本文对贺根山蛇绿岩中方辉橄榄岩进行了系统的岩石学、地球化学和Re-Os同位素研究。方辉橄榄岩主要由橄榄石、斜方辉石、粗粒的铬尖晶石和少量单斜辉石组成。贺根山方辉橄榄岩具有难熔地球化学特征,显示出高的MgO(45.1%~48.1%)含量,低的CaO(0.09%~0.26%)和Al 2O 3(0.58%~0.90%)含量及Tb/Yb比值,低于原始上地幔的^(187)Os/^(188)Os(0.1236~0.1263)同位素组成;橄榄石具有较高的Fo值(91.0~91.7)和NiO含量(0.26%~0.48%),而且单斜辉石具有低的重稀土含量,暗示了贺根山方辉橄榄岩是尖晶石相陆下岩石圈地幔高程度(20%~30%)部分熔融的难熔残余。另外,方辉橄榄岩相对富集LREE和大离子亲石元素,亏损高场强元素(例如Nb、Ta),且单斜辉石具有高Ti/Eu值和低的La/Yb,揭示了地幔源区受到硅酸盐熔体交代作用的改造。另一方面,方辉橄榄岩显示出相对年轻的Re亏损模式年龄,t RD为454~825Ma,表明贺根山地区岩石圈地幔形成的时代应该在0.8Ga之前,而后经历过多期熔体抽离和交代,与区域上大规模地壳增生时代吻合,可能是罗迪尼亚超大陆裂解的响应。结合蛇绿岩中大量深源矿物(金刚石等)和捕获锆石的存在、南北两侧一致的地质记录,本文认为贺根山方辉橄榄岩可能是陆内伸展环境下深部地幔物质上涌减压熔融的产物。

内蒙古贺根山蛇绿岩形成时代及构造启示

贺根山蛇绿岩位于兴蒙造山带北缘,发育完整的地幔橄榄岩、堆晶岩和基性熔岩组合,伴生有放射虫硅质岩,但贺根山蛇绿岩的形成时代一直存在争议,给兴蒙造山带北部构造演化阶段划分造成了很大障碍。锆石U-Pb年代学研究表明,贺根山蛇绿岩中辉长闪长岩(341±3Ma)和玄武岩(359±5Ma)结晶年龄为早石炭世早期,同时玄武岩继承锆石峰值年龄为晚泥盆世早期(375±2Ma),这些继承锆石呈短柱状、棱角状,生长环带宽缓,多为补丁状、平坦状,为典型的基性岩浆锆石,表明最迟在晚泥盆世早期洋壳物质已经开始形成。上石炭统格根敖包组火山岩与蛇绿岩局部呈喷发不整合接触,该组的晶屑凝灰岩夹层时代为晚石炭世(323±3Ma),提供了蛇绿岩构造侵位年龄的上限。因此,将贺根山蛇绿岩形成时代定为晚泥盆世-早石炭世,侵位时代为晚石炭世。侵入地幔橄榄岩中的部分基性岩脉时代为早白垩世(132±1Ma、139±3Ma和120±1Ma),它们含有大量继承锆石(144±1Ma^2698±25Ma),继承锆石峰值年龄密切响应了兴蒙造山带北部早白垩世之前复杂的岩浆及构造事件,这些基性岩脉是燕山期伸展环境下的岩浆产物,并非早白垩世蛇绿岩。结合前人的工作成果和区域岩浆岩、地层时空分布特征,建立了兴蒙造山带北部晚古生代构造演化历程:二连贺根山一线早泥盆世处于剥蚀阶段,中泥盆世陆壳拉张出现新生洋盆,晚泥盆世早期洋盆持续扩张形成新生洋壳,早石炭世晚期洋壳开始向北俯冲消减,并持续增生至西伯利亚活动陆缘,晚石炭世洋盆陆续闭合,部分已经构造侵位的蛇绿岩被晚石炭世火山岩不整合覆盖,贺根山蛇绿岩正是该洋盆的残余产物。

蛇绿混杂岩内基性岩锆石年龄的复杂性:以内蒙古贺根山蛇绿岩为例

蛇绿混杂岩是大洋板块俯冲增生的产物,往往发育不同时代、来源和成因的蛇绿岩岩块或岩片,物质组成和结构构造十分复杂。蛇绿混杂岩内发育的基性岩(辉长岩、辉绿岩和玄武岩)是揭示古洋盆时限、性质和造山带演化过程的关键。然而,造山带往往伴随多期次构造、岩浆和变质等事件的叠加改造,如何准确识别蛇绿岩内基性岩组份,并限定其形成时代,一直是蛇绿混杂岩解析的重点和难点。锆石U⁃Pb年代学是最常用的蛇绿岩定年方法之一,但在许多复合造山带内,与蛇绿岩伴生的基性岩锆石年龄往往十分复杂。多期次岩浆、构造、变质或流体作用的叠加可能会改造蛇绿岩的锆石年龄,也可能会以侵入体形式增加识别蛇绿岩组份的难度。本研究以中亚造山带东南缘的贺根山蛇绿岩带为例,通过分析野外接触关系、锆石形貌、U⁃Pb年代学已有的数据等证据,表明贺根山地区的基性岩可能至少存在早石炭世和早白垩世两期,白垩纪基性岩可能是后期岩浆事件的产物,与贺根山地区超基性岩为主的蛇绿岩之间是否同源和时代关系尚不明确。同时,讨论了其它造山带内晚期基性岩侵入蛇绿岩、蛇绿岩组份受年轻的变质—构造—岩浆—流体事件叠加改造等典型研究实例,强调通过详细野外大比例尺填图、接触关系解析、岩石学、地球化学、锆石形貌、U⁃Pb年代学和Hf⁃O同位素等综合研究,才能更为准确地识别蛇绿岩基性岩组份,限定其形成、改造和变质时代。

内蒙古崇根山蛇绿岩前弧玄武岩的发现及其地质意义

内蒙古崇根山SSZ型蛇绿岩位于兴蒙造山带北部的二连浩特-贺根山蛇绿岩带,为贺根山蛇绿岩中出露面积最大、岩性出露最为齐全的蛇绿岩块,主要组成端元为橄榄岩,少量堆晶辉长岩和拉斑玄武岩片。研究表明,该玄武岩为一套前弧玄武岩,岩性为低钾拉斑玄武岩。岩石w(SiO_2)为48.58%～51.23%,含较低的TiO_2(1.63%～2.08%),富Na_2O (3.13%～4.73%)而贫K_2O(0.05%～0.20%),Na_2O/K_2O为23.7～79.0;岩石具有亏损型稀土元素配分模式,类似N-MORB,微量元素富集Rb、Ba、U、Ta、Hf,亏损Th、Nb、Sr,元素质量分数普遍略高于N-MORB,与弧拉斑玄武岩相似。地球化学特征上兼具洋中脊与岛弧双重特点,且更偏向洋中脊,与马里亚纳前弧玄武岩(FAB)相一致。综合分析前人对于崇根山蛇绿岩块及区域蛇绿岩同位素年代学研究成果表明,二连浩特-贺根山蛇绿岩带在早石炭世存在前弧玄武岩,说明二连浩特-贺根山洋盆在早石炭世发生了洋内初始俯冲和洋陆转化岩浆作用。