内蒙古基东地区公婆泉组火山岩锆石年代学及地球化学特征

2023.12.04

郝伟+王刚+阿其娜

摘要：本文对内蒙古基东地区广泛出露的公婆泉组火山岩以野外地质、岩石学、锆石年代学以及地球化学等方面，对其形成时代，构造环境及岩石成因进行了探讨，结果表明：内蒙古基东地区公婆泉组火山岩位于塔里木板块白山晚古生代岩浆弧与马鬃山旱古生代岩浆弧的结合部位，为一套中基性火4岩夹少量中酸性火山碎屑岩，岩石类型为玄武岩、玄武安山岩、玄武粗安岩以及流纹质、英安质的火山凝灰岩。形成于早古生代志留纪（S），岩石地层单位以Sg表示；LA-ICP-MSU-Ph谐和年龄为432±25Ma，后期受到华力西旱期岩浆热事件（320±27Ma）和燕山期岩脉影响（157±27Ma）。

关键词：公婆泉组火山岩；锆石U-Pb定年；岩石地球化学；基东；内蒙古

研究区隶属于北山成矿带，地处内蒙古额济纳旗基东地区。构造背景上位于西伯利亚、哈萨克斯坦和塔里木三大板块交汇部位。区域范围内断裂构造纵横交错，岩浆活动频繁，成矿条件十分优越，是我国北部地区最为重要的有色和贵重金属成矿带之一，本文拟从岩石学、年代学以及地球化学等方面，探讨公婆泉组火山岩的形成时代、构造背景及成因机制。

1、地质背景及岩相学特征

研究区位于天山一内蒙褶皱带北山褶皱系公婆泉槽向斜的东北部，处于白山晚古生代岩浆弧与马鬃山早古生代岩浆弧的结合部位。区内断裂构造主要分为三组，最早期的EW向或近EW向断裂构造，多为逆断层或逆冲断层，规模大，活动时间长，继承性明显；中期表现为NE向断裂构造，规模较大，明显切割早期断裂和华力西期侵入岩体，亦具有一定的继承性活动特点，性质有的为正断层，但大多性质不明；晚期呈NW向展布，切割之前形成的所有断裂以及研究区中生代以前的地层与华力西期侵入岩体。该期断裂在研究区表现最为明显，多为高角度的正断层。

2、锆石LA-ICP-MSU-Pb定年

2.1、分析方法

锆石分选整个流程使用的装置彻底清洗，避免了污染。锆石制靶在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。将待测锆石以环氧树脂固定，抛光至暴露出锆石中心面，分别在光学显微镜下用反光、透射光照相和在扫描电镜上进行阴极发光（CL）照相，检查锆石的内部结构，从而帮助选定最佳的锆石及锆石待测部位和数据解释。在激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪（LA-IC-PMS）上完成U-Pb测年。锆石的阴极发光（CL）研究在电子探针实验室完成。LA-ICP-MS法单颗粒锆石微区U-Pb年龄测定在中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室的电感耦合等离子体质谱仪（Agilent7500a）与准分子激光剥蚀系统（GeoLas2005）的联机上进行。数据采用ISOPLOT程序处理。

2.2、分析结果

镜下观察及阴极发光电子图像显示，锆石为白色一无色透明，多呈长柱状自形晶体，长宽比2-6，长度多在50-100μm之间，大部分锆石可见韵律环带结构。Th/U比介于0.35-0.82，平均为0.60。因此，测试的锆石应均属于岩浆锆石。

4、构造环境判别

上述研究表明，公婆泉组火山岩具有复杂多样的岩石类型，形成于早古生代志留纪（432±25Ma），原岩为一套以玄武岩为主的中基性火山岩，后期受海西期及燕山期热液影响，发生变质作用。众所周知，火成岩的主、微量元素成分与其形成的构造环境之间存在着密切的关系，即一定成分的火成岩对应于相应的构造环境。稀土元素配分模式呈现轻稀土略亏损-近平坦型-轻稀土富集的多种型式，微量元素呈现“三隆起”特点，表现为Nb、Ti、P负异常，而大离子亲石元素Rb、Sr、Ba的富集，这些特征与岛弧玄武岩的特征极为相似，同时显示出岛弧向成熟演化的特征。Zr/Y-Y构造环境判别图中，大部分样品投影点位于岛弧玄武岩区内，极少部分靠近洋中脊玄武岩区。Hf/3-Th-Nb/16判别图中，样品投影点全部落于岛弧区；在Ti/1000-V相关图和Hf/3-Th-Nb/16判别图中，所有样品投影点也是相应的落于岛弧拉斑及钙碱性玄武岩区域内。因此，公婆泉组火山岩形成于岛弧环境。

北山地区在震旦纪-寒武纪时期塔里木古陆的裂解，至少形成两个小洋盆和其间的大陆碎块，之后在中寒武世初、中奥陶世末、志留纪末-泥盆纪发生俯冲或碰撞作用。古地磁证据显示，在奥陶-志留纪期间，北山地体和塔里木地块向北漂移运动，由于北山地体上所发生的顺时针旋转运动可能导致了北山地体与哈萨克斯坦地块之间的石板井-小黄山小洋盆的打开。综上所述，公婆泉组火山岩形成于岛弧环境，是红柳河-牛圈子-洗肠井大洋及小黄山洋洋壳分别向北、南双向俯冲的产物。

5、岩石成因讨论

公婆泉组火山岩Ba/La比值为33.42，说明俯冲带流体对岩浆源区的影响显著。前已叙述，岩浆发生了高度部分熔融，具有多个喷发旋回且以溢流为主。因此，红柳河-牛圈子-洗肠井大洋及小黄山洋洋壳分别向北、南双向俯冲于北山地体而发生熔融，所形成的俯冲带流体作用于地幔楔使其发生高度部分熔融形成岛弧岩浆，之后受到强烈的地壳混染，经历了多期溢流喷发而形成公婆泉组火山熔岩组合。

因此，研究区公婆泉组火山岩具有复杂多样的岩性组合，特征的拉斑玄武岩-钙碱性系列中性岩组合代表了岛弧逐渐发展成熟的过程，是红柳河-牛圈子-洗肠井大洋及小黄山洋洋壳分别向北、南双向俯冲的产物。岩石是由幔源岩浆交代了地幔锲物质的岛弧岩浆形成的，其在上侵过程中该岩浆经历了一定程度分异结晶作用和多期溢流作用，并受到了强烈的地壳混染。

6、结论

通过对公婆泉组火山岩的岩石学、锆石年代学以及地球化学的分析讨论，本文得出以下几点认识：

（1）公婆泉组火山岩为一套中基性火山岩夹少量中酸性火山碎屑岩，岩石类型为玄武岩、玄武安山岩、玄武粗安岩以及流纹质、英安质的中酸性火山凝灰岩。

（2）公婆泉组火山岩形成于早古生代志留纪（S）时期，LA-ICP-MSU-Pb谐和年龄为432±25Ma，后期受到华力西早期岩浆热事件（320±27Ma）和燕山期岩脉影响（157±27Ma）。因此，公婆泉组岩石地层单位以sg表示。

（3）公婆泉组火山岩岩石地球化学特征表现为SiO2含量为45.42%-55.72%，高钠（1.53%-6.38%）、低钾（0.07%-0.48%），高铝（14.21-21.25%）、低钛（0.52-1.09%），岩石系列以亚碱性为主，少量碱性；稀土总量∑REE为19.76-55.93×10-6，Eu/Eu*=1.24-1.26，Ce/Ce*=1.20-2.33，（La/Yb）N=0.56-3.57；稀土元素配分模式呈现由轻稀土弱亏损到近平坦型到轻稀土富集的多种型式；亏损Nb、Cr及高场强元素，富集Rb、Sr和Ba等大离子亲石元素，微量元素蛛网图显示出岛弧“三隆起”形式。

（4）公婆泉组火山岩岩石组合，化学成分特征均显示出岛弧环境的特点，是志留纪时期红柳河-牛圈子-洗肠井大洋及小黄山洋洋壳分别向北山地体北、南双向俯冲的产物，与马鬃山早古生代岩浆弧的形成和发展密切相关。

（5）相近的Zr/Nb（16.07-27.33）、Nb/Th（1.59-2.04）、Nb/Y（0.10-0.14）和Zr/Y（2.30-2.71）比值以及相似的稀土微量元素地球化学特征均显示公婆泉组三类火山岩具有同源性，来源于红柳河一牛圈子一洗肠井大洋及小黄山洋洋壳俯冲熔融，交代地幔锲物质形成的岛弧岩浆，上侵过程中受到强烈的地壳混染（K*>1，Nd*<1）和多期溢流喷发作用（发育多个韵律），并经历了一定程度的分异结晶作用（Mg#低于地幔原生岩浆；固结指数SI<40）。