内蒙古北山造山带百合山SSZ型蛇绿岩地球化学特征、锆石U-Pb 年龄及其对古亚洲洋演化的指示

红石山-百合山蛇绿混杂岩带是北山造山带最北部的一条蛇绿混杂岩带,前人对百合山蛇绿岩的研究很少涉及。百合山蛇绿岩主要由变质橄榄岩、辉石橄榄岩、堆晶辉石岩、辉长岩、玄武岩等组成,对其中的辉长岩进行地球化学和锆石U-Pb年龄测试,以了解洋盆性质和形成时间。研究结果显示:辉长岩具有Al 2O 3、MgO含量高,P 2O 5含量低,富集大离子亲石元素、亏损高场强元素的特征,岩石初始87 Sr/86 Sr值为0.70418~0.70711,(143 Nd/144 Nd)i为0.512392~0.512568,εNd(t)值为+4.61^+7.28,反映岩浆物质来源于亏损地幔源区,形成过程受到俯冲消减流体的影响。辉长岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年结果为344.6±1.8 Ma,岩石地球化学分析显示其属SSZ型(俯冲带型)蛇绿岩,形成于俯冲板片之上的不成熟弧后盆地环境,应为北侧雀儿山-圆包山岛弧基础上发育的早石炭世有限洋盆,代表了古亚洲洋在北山北部的分支洋盆。结合区域上广泛分布于百合山蛇绿混杂岩带南侧的晚石炭世—早二叠世白山岩浆弧特征,指示古亚洲洋在北山北部的演化至少持续到晚古生代晚期。

内蒙古北山造山带百合山地区350Ma石英闪长岩的成因及对红石山-百合山洋俯冲时限的制约

对内蒙古白山岩浆弧内百合山石英闪长岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb测年、Hf同位素及岩石地球化学分析。结果显示,该岩体的形成年龄为350.8±1.5 Ma,岩浆锆石的εHf(t)值在5.28~9.88之间,模式年龄为724~1018 Ma。地球化学数据显示,百合山石英闪长岩为一套I型钙碱性系列岩石,富碱(Na 2 O+K 2 O=6.03%~6.96%),富钠(Na 2 O/K 2 O>2),较低的Mg#(35.48~39.78)、Ni(2.06×10-6~5.54×10-6)和Cr(2.11×10-6~7.93×10-6)含量。相对富集轻稀土元素,重稀土分馏不明显,较低的(La/Yb)N值(4.28~5.60),无明显Eu异常,相对富集Rb、K、U等大离子亲石元素,亏损Nb、Ta、P、Ti等高场强元素等,地球化学成分表明,石英闪长岩具有俯冲带成因的特征。石英闪长岩的锆石U-Pb年龄和岩石成因证明了350 Ma石英闪长岩是晚古生代白山岩浆弧内首次发现的可以明确与红石山-百合山洋俯冲消减作用有关的最早的弧岩浆记录。表明红石山-百合山洋于约350 Ma之前就已经开始发生俯冲消减,比前人一般认为的俯冲开始的时间提前了22 Ma。

内蒙古北山造山带发现额勒根蛇绿岩——红石山-百合山蛇绿岩带东延的证据

通过15万黑红山幅区调工作,在内蒙古北山造山带的额勒根地区新发现并详细填绘出一套由玄武岩、斜长花岗岩、硅质岩和砂板岩构成的蛇绿构造混杂岩组合,该蛇绿混杂岩带呈NWW向带状展布,宽2.5~8 km,延伸约25 km。其中,玄武岩具富Na 2 O(3.02%~6.04%)、MgO(4.29%~5.46%)而贫K 2 O(0.03%~0.23%)、TiO 2(0.44%~0.59%),轻稀土元素球粒陨石标准化配分模式为平坦型;微量元素富集大离子亲石元素Ba、U,明显亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti,兼具洋中脊玄武岩和岛弧玄武岩特征。斜长花岗岩与蛇绿岩中的玄武岩具相似的岩石地球化学特征,形成于玄武质岩浆部分熔融,稀土元素配分模式显示弱负Eu异常的似平坦型曲线。在斜长花岗岩中获得LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为342±4.7 Ma,推测古洋壳形成于早石炭世。结合蛇绿岩两侧不同时代火山岩构造环境的分析,认为额勒根蛇绿混杂岩为古亚洲洋向南俯冲过程中弧后扩张形成的SSZ型蛇绿岩。晚中生代一系列北东向左行走滑断裂,使红石山-百合山蛇绿岩带向北错移至额勒根一带通过。该蛇绿岩带的发现,解决了区域上红石山-百合山蛇绿岩带的东延问题,为北山乃至中亚造山带古生代构造演化提供了重要信息。

内蒙古北山造山带北带晚古生代地层时空格架的建立

内蒙古北山造山带是研究中亚造山带时空演化的重要地区,也是天山造山带与兴蒙造山带对接的关键地区。长期以来,由于工作条件的制约,该地区研究程度相对薄弱,晚古生代地层格架混乱且矛盾。根据近年来在该地区完成的1∶5万区调成果,通过晚古生代地层的区域分布、物质组成、时代归属等方面的系统梳理,并结合构造-岩浆配置和造山带结构的认识,重新建立了内蒙古北山地区黑鹰山地层分区晚古生代地层格架。重新划分和厘定出志留纪-泥盆纪雀儿山群红尖山组、碎石山组、清河沟组和圆锥山组,石炭纪绿条山组、白山组及二叠纪双堡塘组、金塔组,明确了雀儿山群为雀儿山陆缘弧环境形成的火山-沉积组合,包括晚志留世-中泥盆世红尖山组岛弧火山岩和碎石山组-清河沟组弧内盆地碎屑岩组合,以及晚泥盆世圆锥山组岛弧火山岩组合;石炭纪绿条山组、白山组形成于沟-弧-盆体系中,以红石山-百合山结合带为界南北具有明显的差异性:绿条山组北区为低成熟度的弧间盆地北缘滨浅海碎屑岩沉积,南区为成熟度较高的弧间盆地南缘滨浅海-半深海碎屑岩沉积;白山组北区为晚石炭世继承岛弧火山组合,南区为石炭纪陆缘弧火山组合。双堡塘组和金塔组为后碰撞-碰撞后的裂谷盆地沉积,具有下部碎屑岩、上部火山岩的二元结构,化石组合指示其时代为早-中二叠世。