郜晓勇，李永飞，孙守亮

中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

内蒙古东部碧流台地区辉长岩锆石U-Pb测年、地球化学特征及其成因

郜晓勇，李永飞，孙守亮

中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110034

对内蒙古东部碧流台辉长岩进行了岩石学、地球化学与锆石LA-ICP-MS U-Pb测年分析研究.测年结果显示辉长岩形成时代为早三叠世早期（249±2.9 Ma）.岩石地球化学特征显示该辉长岩为一套钙碱性系列岩石：SiO2含量为46.43%～50.77%，Al2O311.27%～16.32%，TiO20.20%～0.37%；富钠（Na2O＞K2O，K2O/Na2O=0.18～0.56）；高Mg#，含量为75.08～78.93；轻重稀土分异较弱，（La/Yb）N=2.32～3.99，（Ce/Yb）N=2.45～3.45；岩石富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K，亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti、Zr，具有俯冲带构造背景特征.结合区域资料，碧流台辉长岩母岩浆应该是古亚洲洋闭合后，西伯利亚古板块和中朝古板块碰撞造山带受流体交代过的岩石圈地幔部分熔融作用的产物.

碧流台辉长岩；锆石U-Pb定年；地球化学；古亚洲洋；内蒙古

中朝古板块与西伯利亚古板块之间的古亚洲洋的最终闭合碰撞带从索伦山向东如何延伸、碰撞何时发生、闭合方式等问题既涉及该区大陆形成过程中的古洋陆格局及其演化过程的重建，也与中国东北大陆地壳聚合时限、构造单元的划分对比等构造地质问题密切相关.因此，长期以来一直是国内外地质界关注和研究的热点［1-25］.近年来，沿着索伦山-西拉木伦河北侧-长春-吉林-延吉一带分布的三叠纪侵入岩岩石属性与年代学研究，为中朝与西伯利亚古板块的碰撞造山时限与方式提供了可靠证据.但是，就分布于该带中的岩浆岩研究程度而言，苏尼特左旗地区、吉林中部、西拉木伦河以北地区己经比较深入［26-32］.随着该区研究工作的不断深入，在该缝合带上相继厘定出一些不同类型的三叠系岩体，特别是厘定出了该时期的镁铁质岩石［33］.众所周知，镁铁—超镁铁岩作为造山带中岩浆作用历史纪录的重要组成部分，在不同构造演化阶段，具有不同的地球化学特征［34］.同时，镁铁质岩浆岩（玄武岩及相关侵入岩）作为重要的典型幔源岩石，在造山带形成与演化过程中携带了大量的地幔信息，目前已成为示踪造山带形成过程深部岩浆作用的主要研究对象.

本文选择内蒙古东部巴林左旗碧流台岩体中的辉长岩为研究对象，对该类岩石的年代学与地球化学特征进行详细研究，以期为西拉木伦河缝合带的碰撞造山演化过程提供基础资料.

1 区域地质概况与岩石学特征

碧流台岩体位于西拉木伦河北岸巴林左旗五香营子乡碧流台村北约2 km处，出露面积约10 km2，大地构造位置上处于西拉木伦缝合带以北，区内的主要地层为二叠纪古亚洲洋残余海盆发育时期的沉积-火山岩系.研究区内岩浆岩活动频繁，广泛出露晚古生代到中生代以来花岗岩侵入体.碧流台岩体主要由辉长岩、辉长闪长岩、二长闪长岩、石英二长岩，二长岩等不同岩性单元组成，岩体侵入中二叠世哲斯组海相地层之中（图1）.徐永生［36］较早以“骆驼场杂岩体”对其进行了详细的岩相单元解剖研究，认为碧流台岩体不同岩性单元为同一母岩浆结晶分异的产物，并将该“杂岩”中心相辉长岩进行了Rb-Sr同位素测年，结果显示其为印支期岩石（229±2.5 Ma）.但是，Zhu［35］运用同样的方法对该岩体中的辉长岩进行了测年，结果显示其形成时代为203±6.1 Ma左右.本次工作运用LA-ICPMS U-Pb锆石定年方法，对于辉长岩进行了年代学测定，结果显示其形成于249±2.9 Ma.

本文所采的辉长岩风化面新鲜，块状构造.岩石主要由斜长石、辉石及角闪石组成（图2）.岩石呈辉长结构，半自形斜长石与半自形辉石呈紧密镶嵌构成.斜长石呈半自形板状，具钠长石双晶，少量见卡钠复合双晶，双晶纹大多清晰，但晶体多有碎裂纹，测定斜长石牌号为An 54-57.晶体大小在0.4～2.2 mm，含量在45%～50%.辉石半自形柱状，解理不甚发育，碎裂纹清晰，消光角48°左右，应为普通辉石.晶体大小在0.4～2.3 mm，与斜长石相仿，含量约3.5%～4.0%.角闪石半自形柱状，他形粒状，有淡绿色多色性，有的可见解理，简单双晶，有的交代辉石，大小在0.3～2.3 mm，含量约10%～15%.

2 锆石U-Pb年龄测定

2.1 实验方法

图1 内蒙古东部碧流台地区地质简图（据文献［20］和［35］修改）Fig.1 Geological sketch map of Biliutai area in eastern Inner Mongolia（Modified from References［20］and［35］）

本文样品的锆石分选由河北省廊坊地源岩石矿物测试分选技术服务有限公司完成，并用浮选和电磁法方法进行分选，在双目镜下挑选出晶形完好，无明显裂痕和包体的锆石颗粒，然后将其粘贴在环氧树脂表面，打磨抛光后露出锆石的表面，然后对其进行透射光、反射光和阴极发光（CL）图像采集.锆石的制靶和显微图像的采集以及锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成.首先通过透射光、反射光和CL图像分析，选择锆石吸收程度均匀的位置进行定年分析，分析采用Agilent7500型ICP-MS和德国LandbdaPhysik公司的Compex102ArF准分子激光器以及MicroLas公司的Geolas200M光学系统联机进行.激光束斑直径为30 μm，激光剥蚀样品的深度为20～40 μm，激光脉冲为10 Hz，能量为32～36 mJ.实验中采用He作为剥蚀物质的载气.用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST SRM610进行仪器优化处理.锆石年龄采用国标标准锆石91500作为外标，元素含量采用NISTSRM610作为外标，29Si作为内标，测试结果通过GLITTER软件计算得出，实验获得的数据采用Andersen［37］的方法进行同位素比值校正用以扣除普通Pb的影响，谐和图的绘制采用ISOPLOT3.0完成［38］.详细的实验分析步骤和数据处理方法见Yuan,et al［39］描述.U-Th-Pb含量分析见Gao et al.［40］.所给定的同位素比值和年龄的误差均在1σ水平（表1）.

图2 碧流台辉长岩镜下相片Fig.2 Microphotographs of gabbros from Biliutai area

2.2 年龄测定结果

图3 碧流台地区辉长岩锆石阴极发光图像Fig.3 CL images of gabbro from Biliutai area

对辉长岩样品（D710-6，坐标119°05′03.15″N，44° 14′27.68″E）进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析，分析数据见表1.阴极发光CL图像显示，内部结构复杂，既有发育振荡环带的粒状锆石，也具有条痕状吸收特点的灰色板状或短柱状锆石（图3）.本研究用33μm的激光剥蚀斑径对样品锆石进行了LA-ICP-MS定年分析，共完成29颗锆石30个点的测试.通过同位素比值校正，扣除普通铅的影响，其中26个点的数据完全可信，分析结果见表1.分析点的结果显示样品具有高的Th/U比值，变化于0.43～1.36之间，暗示其为岩浆锆石［41］.26个锆石分析数据均位于U-Pb谐和线上，206Pb/238U表面年龄介于240±6 Ma～266±6 Ma之间（表1），年龄加权平均值为249.0±2.9 Ma，MSWD=2.7，代表岩体的结晶年龄（图4）.同时，存在570±13 Ma（1个分析点），479±11 Ma（1个分析点），278±9 Ma（1个分析点）3个不同时期的年龄区段，反映辉长岩形成岩浆中捕获早期锆石的结晶年龄.

表1 内蒙古东部碧流台地区辉长岩锆石LA-ICP-M S U-Th-Pb同位素分析结果Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb isotopic analysis result of gabbro from Biliutai area in eastern Inner M ongolia

3 地球化学特征

3.1 主量元素

碧流台辉长岩主量与微量元素分析结果见表2.运用SINCLAS程序［42］对主量元素去归一化后，样品在TAS岩石分类图解（图5a）上显示为基性玄武岩成分（表2），属于亚碱性系列［44］.在SiO2-K2O图解（图5b）上，岩石主要为钙碱性系列.碧流台辉长岩的SiO2含量为46.43%～50.77%，Al2O311.27%～16.32%，TiO20.20%～0.37%.MgO较高，变化于11.14%～18.10%之间.CaO（8.96%～11.40%）含量变化较大，岩石全碱含量较低，K2O+Na2O介于1.32～3.10%之间，且Na2O＞K2O，K2O/Na2O为0.18～0.56.Mg#含量很高，变化于75.08～78.93.

3.2 稀土与微量元素

碧流台辉长岩稀土总量较低（30.74×10-6～53.382× 10-6），轻重稀土分异较弱，（La/Yb）N介于2.32～3.99之间，平均为3.83；（Ce/Yb）N介于2.45～3.45之间，变化很小且十分稳定，平均为2.91.岩石具有微弱正Eu异常（Eu/Eu*平均为1.41）.球粒陨石标准化配分图（图6）上，辉长岩显示为近乎平坦型的配分曲线，表明其可能来自于亏损或部分亏损的地幔源区［46］.在微量元素原始地幔标准化图解（图6）中，岩石总体显示为微弱右倾负斜率轻微富集型，明显富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K，亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti、Zr.岩石Sr、Eu正异常说明了岩浆形成过程中存在斜长石的堆晶作用.

图4 碧流台地区辉长岩锆石U-Pb年龄分布图Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagram for gabbro from Biliutai area

4 岩浆成因

图5 火山岩TAS分类命名图解（a）与SiO2-K2O图解（b）Fig.5 Volcanic rock TAS classification diagram（a）and SiO2-K2O diagram（b）for the samples from Biliutai area

图6 稀土元素球粒陨石标准化配分图（a）和不相容元素原始地幔标准化配分图（b）（球粒陨石与原始地幔标准化值引自［46］）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns（a）and primitive mantle-normalized trace element spider diagram（b）for the samples from Biliutai area（Normalized values from Reference［46］）

表2 碧流台地区辉长岩主量元素和微量元素分析结果Table 2 Analysis result of major and trace elements for gabbro from Biliutai area

对于造山带中存在的镁铁质岩石，其地球化学特征和同位素地球化学资料能对地幔岩浆源区性质作出有效约束，但是为了讨论地幔源区的性质，首先必须排除岩浆侵位过程中的同化混染.一般情况下，镁铁质岩浆遭受陆壳物质的同化混染，Mg#会明显降低.碧流台辉长岩的Mg#变化于75.08～78.93，接近于原始幔源岩浆［47］，说明其并未受到明显的地壳物质混染.同时，辉长岩稀土配分曲线呈平坦型，与洋中脊玄武岩（MORB）岩石配分曲线一致.另外，前人对碧流台辉长岩进行了Sr-Nd同位素体系研究，结果表明εNd（t）= 4.20.以上分析表明碧流台辉长岩其母岩浆可能来自于亏损地幔的部分熔融.在微量元素标准化配分图上，辉长岩明显存在高场强元素Nb、Ta、Zr的亏损.在微量元素构造背景判别图上（图7）［48-49］，样品均指示形成于俯冲带构造环境.

前人［35］对于碧流台辉长岩的年代学（200 Ma左右）与同位素地球化学特征（正εNd（t），Nd模式年龄= 0.61～0.83 Ga）表明，辉长岩为晚三叠世的后碰撞伸展构造背景下幔源碱性岩浆产物.本文通过详细的年代学研究与地球化学资料分析，碧流台辉长岩形成于早三叠世，与该岩体的其他岩性单元年龄相近［33］，并且地球化学特征显示其形成于俯冲带构造背景.但是，近年来在西拉木沦河北岸建设屯、林西地区相继厘定出了早三叠世具有埃达克质特征的火山岩与侵入岩［50-52］，而该类岩石的成因均来自于碰撞造山带加厚下地壳的部分熔融产物，说明了古亚洲洋残余洋盆于早三叠世己经完全闭合.碧流台岩体位于上述埃达克质岩浆岩北部，说明该地区早三叠世处于地壳加厚碰撞造山阶段.考虑到古亚洲洋闭合过程中存在不断的向两侧古板块的俯冲作用，因此，碧流台辉长岩母岩浆应该是古亚洲洋闭合后，西伯利亚古板块和中朝古板块碰撞造山带受流体交代过的岩石圈地幔部分熔融作用的产物.

5 结论

1）内蒙古东部碧流台辉长岩锆石U-Pb年龄为早三叠世（249.0±2.9 Ma），而非晚三叠世.

图7 基性岩石构造环境判别图（据文献［48-49］）Fig.7 Tectonic setting discrimination diagrams for the basic rocks（After References［48-49］）

2）碧流台辉长岩地球化学特征显示为钙碱性系列岩石，富钠（Na2O＞K2O，K2O/Na2O=0.18～0.56），高Mg#（75.08～78.93），轻重稀土分异较弱，（La/Yb）N=2.32～3.99，（Ce/Yb）N=2.45～3.45，岩石富集大离子亲石元素Rb、Ba、Th、U、K，亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti、Zr，具有俯冲带构造背景特征.

3）结合区域资料，碧流台辉长岩母岩浆应该是古亚洲洋闭合后，西伯利亚古板块和中朝古板块碰撞造山带受流体交代过的岩石圈地幔部分熔融作用的产物.

致谢：锆石分选工作由河北廊坊地源岩石矿物测试分选技术服务有限公司张江满高级工程师完成，锆石制靶、阴极发光图像采集由北京锆年领航科技有限公司刘力高级工程师完成，西北大学大陆动力学国家重点实验室赵少伟博士在LA-ICP-MSU-Pb分析测试过程中给予了帮助与指导，在此对以上人员表示最诚挚的谢意.

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ZIRCON U-Pb DATING,GEOCHEMISTRY AND GENESIS OF GABBRO IN BILIUTAI AREA OF EASTERN INNER MONGOLIA

GAO Xiao-yong,LI Yong-fei,SUN Shou-liang

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China

Study on the petrology,geochemistry and LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of the gabbro from Biliutai area in Eastern Inner Mongolia shows that the gabbro was formed during Early Triassic of（249±2.9）Ma,belonging to calk-alkaline series,with SiO2of 46.43%-50.77%,Al2O3of 11.27%-16.32%and TiO2of 0.20%-0.37%,high-Na（Na2O＞K2O,K2O/ Na2O=0.18-0.56）and high Mg#（75.08-78.93）.The chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spiderdiagrams show a slight differentiation between LREEs and HREEs featured by（La/Yb）N（2.32-3.99）and（Ce/Yb）N（2.45-3.45）.The rocks are enriched in large ion lithophile elements（LILEs,such as Rb,Ba,Th,U and K）, whereas depleted in high field strength elements（HFSEs,such as Nb,Ta,P,Ti and Zr）,with the characteristics of subduction zone setting.Together with the regional geological information,the parental magma of gabbro might be the product of partial melting of lithospheric mantle,which were metasomatized by the fluid from the collisional orogenic belt between Siberian and Sino-Korean palaeoplates.

Biliutai gabbro;zircon U-Pb dating;geochemistry;Paleo-Asian Ocean;Inner Mongolia

1671-1947（2015）03-0184-09

P597；P595

A

2014-05-12；

2014-06-04.编辑：李兰英.

中国地质调查局项目“东北地区晚古生代以来构造演化特征综合研究”（1212011121085）；“古亚洲洋构造体制与滨太平洋构造体制叠加转变综合调查和研究”（1212011085473）；“松辽外围中新生代盆地群油气基础地质调查”（1212010813070）.

郜晓勇（1983—），男，硕士，工程师，主要从事区域地质调查工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-Mail//38284073@qq.com

李永飞（1980—），男，高级工程师，主要从事岩石大地构造与岩石地球化学工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//geology198086@163.com