田健,段霄龙,程先钰
(1.中国地质调查局天津地质调查中心,天津300170;2.华北地质科技创新中心,天津300170)
中亚造山带作为世界上最大的显生宙造山带,夹持在西伯利亚克拉通与塔里木-华北克拉通之间(图1a),其复杂的构造演化过程被认为与古亚洲洋的构造运动密切相关[1-3]。古亚洲洋盆的形成、演化以及增生造山与地体拼贴过程形成了大面积的岩浆岩(图1a)[2-11]。
北山造山带分布于中亚造山带南缘,在北山造山带中部发育大面积的晚志留世-早泥盆世花岗岩类,其中多数花岗岩类锆石εHf(t)为明显的正值,反映了显著的陆壳增生。对于晚古生代陆壳增生的源区属性也存在年轻地壳[12]或复杂弧增生物[7,13-15]等不同认识。
本次工作通过对北山地区白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩及花岗闪长岩的锆石Hf同位素分析,结合区域上前人报道的同时代S-A型花岗岩的锆石Hf同位素,为认识中亚造山带南缘陆壳增生方式提供可靠的证据。
图1 中亚造山带构造简图(a);北山造山带蛇绿岩分布图(b)(据Wang et al.,2018[16]修改)Fig.1 Structural sketch of the Central Asian orogenic belt(a);Temporal and spatial distribution of Ophiolites in the Beishan orogenic belt(b)(after Wang et al.,2018[16],slightly modified)
北山造山带,位于中亚造山带南缘,向东与兴蒙造山带相连,向西与天山造山带相连,由前寒武纪地体、蛇绿混杂岩、增生杂岩及沟弧盆沉积-岩浆岩组成[3]。经历了多阶段的俯冲拼贴过程,形成了从南向北依次出露的柳园-账房山、牛圈子-白云山-洗肠井、石板井-小黄山等多条蛇绿混杂岩带(图1b)。北山造山带中部的红柳河-洗肠井蛇绿混杂岩带呈北西西向带状展布(图1b)。
晚志留世-早泥盆世花岗岩类以A型及S型花岗岩为主,分布于红柳河-洗肠井蛇绿混杂岩带两侧(图1b)。本次工作的研究区位于北山造山带中部白云山南侧,石英闪长岩、花岗闪长岩与中上元古代地层为断层接触,被中-新生代地层覆盖(图2)。整体呈岩枝状产出,出露面积约1 km2,岩石类型为灰白色中细粒石英闪长岩(图3a)、细粒花岗闪长岩(图3c)。
图2 区域地质背景及采样点(据天津地质调查中心 ①天津地质调查中心,内蒙古1/5万儿驼山幅地质图,2018.)Fig.2 Regional geological background and sampling point(after Tianjin Geological Survey Center1)
图3 白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长岩岩石学、岩相学特征Fig.3 Petrological and petrographic characteristics of the quartz diorites and the granodiorites of Late Silurian-Early Devonian in the south of Baiyunshan
灰白色中细粒石英闪长岩:岩石由斜长石(60%~65%)、石英(10%±)、角闪石假像(20%~25%)、黑云母假像(3%~5%)组成(图3b)。斜长石a,b. 石英闪长岩的野外特征及镜下特征;c,d. 花岗闪长岩的野外特征及镜下特征;Hb.角闪石;Pl.斜长石;Q.石英;Kf.钾长石主要呈半自形板状,杂乱状分布,可隐约见环带构造,根据垂直{010}晶带最大消光角法测得An=40,为中长石。石英呈它形粒状,填隙状分布。角闪石呈半自形-近半自形柱状、粒状,杂乱状分布。黑云母呈叶片状,多填隙于斜长石粒间,零散可见。
灰白色细粒花岗闪长岩:岩石由斜长石(70%~75%)、石英(20%~25%)、角闪石(3%~5%±)、钾长石(2%~3%±)组成(图3d)。斜长石主要呈半自形板状,杂乱状分布,具绢云母化、黝帘石化。石英呈它形粒状,粒内显波状、带状消光。角闪石呈近半自形-它形柱状、粒状,少量填隙状分布,绿泥石化明显,钾长石呈填隙状分布,为正长石,具高岭土化。
Lu-Hf 同位素实验过程中,91500 的176Hf/177Hf和176Lu/177Hf 测定结果分别为0.282 303±37(2σ,n=35)和0.000 30,亏损地幔模式年龄(tDM)计算采用Griffin et al.[17]的推荐值,等离子体质谱实验室方法和同位素分馏校正参考文献Wu et al.[18],分析结果见表1。
本次工作对白云山南侧石英闪长岩、花岗闪长岩进行了锆石Hf同位素分析。石英闪长岩(3422.1)及花岗闪长岩(3424.1)发育典型的岩浆环带,锆石U-Pb 年龄分别为420.0±1.8 Ma、404.6±2.6 Ma1(图4a)。锆石Hf 同位素结果显示(图4b),石英闪长岩εHf(t)值为+7.3~+14.0,tDM1为488~750 Ma;花岗闪长岩εHf(t)值为+10.8~+14.0,tDM2为502~710 Ma。
北山造山带中部发育大面积的晚志留世-早泥盆世花岗岩类,其中包括双峰山地区A型花岗岩及辉铜山地区高钾钙碱性花岗岩(415~397 Ma)[19-20],盘陀山地区二长花岗岩及鹰咀红山地区钾长花岗岩(424~417 Ma)[21],白头山地区白云母花岗岩、二云母花岗岩(409~395 Ma)[16],公婆泉地区二长花岗岩(402 Ma)[10-11]及柳园地区二长花岗岩(397 Ma)[22]。本次研究发现,在白云山南侧发育少量的晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长岩,由此可见,北山造山带中部分布的晚志留世-早泥盆世花岗岩,年龄集中在424~395 Ma,岩石类型以二长花岗岩、正长花岗岩为主,少量的石英闪长岩及花岗闪长岩。
表1 白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长Lu-Hf 同位素组成Tab.1 Lu-Hf isotopic compositions of the quartz diorites and the granodiorites of Late Silurian-Early Devonian in the south of Baiyunshan
值得注意的是,北山造山带中部晚志留世-早泥盆世花岗岩类中多数锆石εHf(t)为明显的正值(图4b),反映了显著的陆壳增生事件。对于北山造山带晚古生代陆壳增生方式,主要包括板内环境下新生地壳的重熔[12]或与大洋俯冲有关的复杂增生物的熔融[7,13-15]。不同的认识反映了不同的洋陆转化过程。本次工作将通过石英闪长岩及花岗闪长岩的锆石Hf同位素的分析,结合前期发表的同时代花岗岩类锆石Hf 同位素数据,探讨晚志留世-早泥盆世陆壳增生机制。
图4 白云山南侧晚志留世-早泥盆世石英闪长岩、花岗闪长岩锆石CL图像(a)和εHf(t)-t图解(b)(底图据Guo et al.,2017[15])Fig.4 Zircon CL images of the Late Silurian-Early Devonian quartz diorites and granodiorites in the south of Baiyunshan(a)and εHf(t)-t diagram(b)(after Guo et al.,2017[15])
εHf(t)-t图显示(图4b),北山造山带中部石英闪长岩εHf(t)值为+7.3~+14.0,tDM1为488~750 Ma;花岗闪长岩εHf(t)值为+10.8~+14.0,tDM2为502~710 Ma,反映了新元古代年轻地壳熔融的特点。S-A型花岗岩εHf(t)值为-3.5~+9.6[10-11,20],εHf(t)值变化范围较大,部分在原始地幔演化线附近,部分靠近亏损地幔演化线,反映了演化的εHf(t)值,但总体具有相对亏损的地幔源区,由此可见,北山造山带中部花岗岩类源区以年轻地壳为主。研究表明,S型花岗岩可形成于多种地球动力学机制中,如碰撞阶段[23-24]或碰撞后阶段[25-27];A型花岗岩主要形成于伸展期[28-31]。目前来看,北山造山带中部发育的早泥盆世A型花岗岩年龄为415±3 Ma[19],侵入红柳河地区蛇绿岩中未变形的花岗岩年龄为404.8±5.2 Ma[32],侵入牛圈子地区弧前增生杂岩的镁铁质岩墙年龄为404±4 Ma[33],均显示了早泥盆世北山造山带处于伸展的构造背景。综上所述,北山造山带中部晚志留世-早泥盆世花岗岩类主要为伸展背景下年轻地壳部分熔融形成。
本文所得北山造山带中部石英闪长岩εHf(t)值为+7.3~+14.0,tDM1为488~750 Ma;花岗闪长岩εHf(t)值为+10.8~+14.0,tDM2为502~710 Ma,反映了新元古代年轻地壳熔融的特点。北山造山带中部晚志留世-早泥盆世花岗岩类为伸展背景下年轻地壳熔融的产物。