内蒙狼山新元古代酸性火山岩的发现及其地质意义

2010年 第55卷 第26期：2611 ~ 2620

英文引用格式: Peng R M, Zhai Y S, Wang J P, et al. Discovery of Neoproterozoic acid volcanic rock in the western section of Langshan, Inner Mongolia, and its geo-logical significance(in Chinese). Chinese Sci Bull(Chinese Ver), 2010, 55: 2611—2620, doi: 10.1360/972010-266

论 文

《中国科学》杂志社

SCIENCE CHINA PRESS

内蒙狼山新元古代酸性火山岩的发现及其地质意义

彭润民①②, 翟裕生①②, 王建平①②, 陈喜峰③, 刘强①, 吕军阳①, 石永兴①, 王刚①, 李慎斌①, 王立功①, 马玉涛①, 张鹏①

① 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院, 北京 100083;

② 中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室, 地下信息探测技术与仪器教育部重点实验室, 北京 100083; ③ 中国冶金地质总局矿产资源研究院, 北京 100025 E-mail: cprm@ 2010-05-28收稿, 2010-07-05接受

国家重点基础研究发展计划(2006CB403503)、国家科技支撑计划重大项目(2006BAB01A09)、国家自然科学基金(40572064, 40234051)、内蒙古招标项目(KD65)和高等学校学科创新引智计划(B07011)资助

摘要 在内蒙狼山西南段原定为中元古代沉积建造(渣尔泰山群)中, 新发现呈层产出、具有变余聚斑状和斑状结构、斑晶主要由石英和钠长石组成、岩石化学成分富钠低钾的酸性火山岩, 其顶、底板均为细晶方解石大理岩(或结晶灰岩). 两件代表性样品的锆石呈短柱状-长柱状, 内部环状结构发育, 具有较高的Th/U 比值, 表明是岩浆成因. A8-0样品20粒锆石的206Pb/238U 加权平均年龄为(816.9±4.5) Ma. A14-5样品也测定20粒锆石, 15粒锆石的206Pb/238U 加权平均年龄为(805±5.0) Ma, 其余5粒锆石(3.1, 6.1, 7.1, 20.1, 21.1)依次为(867.0±10), (829.1±8.0), (849.7±9.8), (839.2±9.7), (830.7±9.3) Ma. 这证实酸性火山岩属于新元古代产物, 其年龄区间正好在 Rodinia(罗迪尼亚)超大陆裂解的时限范围内. 且酸性火山岩轻稀土富集, 重稀土亏损, 铕负异常明显, 高场强元素(HFSE)富集, 大离子亲石元素等相对亏损, 稀土和微量元素组成与华南扬子块体西缘和浙江次坞地区裂谷环境的新元古代酸性火山岩总体相似(但华南酸性火山岩的高场强元素Th, Nb, Ta, Hf, Zr 均明显相对亏损), 具有形成于张性裂谷盆地的特征. 这表明内蒙狼山西南段存在与新元古代Rodinia 超大陆裂解作用相呼应的海相火山-沉积变质建造, 内蒙狼山地区可能有与Rodinia 超大陆裂解作用相呼应的构造-岩浆-热事件发生. 这一发现, 结合在西部阿拉善邻区发现的晋宁期花岗岩年龄(814~872 Ma)和金川超基性岩体的年龄(827 Ma)及华北地台邻区新元古代岩浆(火山)活动的最新研究成果, 对进一步研究Rodinia 超大陆的构造演化历史有重要意义.

关键词

酸性火山岩 SHRIMP 定年 新元古代海底 火山喷发 Rodinia 构造-热 事件

内蒙狼山西南段

新元古代Rodinia(罗迪尼亚)超大陆的形成与演化[1~19]、华南与华北陆块在Rodinia 超大陆中的位置[20~23]、Rodinia 裂解事件及其岩浆活动在华南陆块[24~31]与华北地台及周边邻域的记录[32~41]是近10多年来备受关注的重要科学问题. 但至今还未见有Rodinia 裂解作用产物(酸性火山岩)在内蒙狼山西南

段产出的报道. 作者近年在内蒙狼山炭窑口矿床西南(1:20万的三道桥幅1)与磴口幅2), 106°00′~ 107°00′E, 40°00′~41°20′N, 图1方框所示范围)进行重点研究. 该区属戈壁滩与山区景观, 山势陡峻, 只有少数牧民居住, 工作环境差, 交通条件极不便利, 总体地质工作程度低, 只开展过1:20万的区调地质

1) 中华人民共和国区域地质调查报告, 磴口幅(1:20万) 2) 中华人民共和国区域地质调查报告, 三道桥幅(1:20万)

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调查(没做过1:5万的区调). 经过野外与室内工作发现, 在三道桥幅(K-48-(29))1)被定为中元古界渣尔泰山群阿古鲁沟组(Jxa)低绿片岩相的变质海相火山沉积建造, 其连续出露达数千米, 厚度可达数百米. 它主要由细晶方解石大理岩(或结晶灰岩)、变质海相火山岩与凝灰岩、炭质千枚岩等岩类组成, 未见矿化现象. 且在已踏勘过的地域尚未发现该套地层与其他相邻地质体(地层或岩体)是以断层为界, 表明该套地层是一套完整的沉积变质建造. 它与相邻东部炭窑口和东升庙矿区及其周边邻域已确认的中元古界渣尔泰山群[42,43](或称狼山群)的区别是: 后者的碳酸盐岩全都是细晶白云石大理岩类、所夹少量火山岩层都是在含矿岩组中, 且变质程度相对高(局部达角闪岩相、岩石片劈理发育)[44~46].

此次工作发现的变质酸性火山岩层(其顶、上部已变质为无变余斑晶的绢云石英钠长片岩——图2(a), 中下部为含变余斑晶的石英钠长浅粒岩——图2(b)~ (e), 本文为叙述方便而统一简称为变质酸性火山岩)的主要特征是: 总体呈浅灰色-灰色, 肉眼分不出矿物颗粒, 但在地表氧化后可以辨认出斑晶(长石高岭土化). 它呈层产出, 其连续出露达数千米, 目前见到最大厚度近20 m. 其上、下相邻地层均为结晶灰岩或细晶大理岩(CaO=46.51%~48.01%, MgO= 1.67%~ 3.78% (质量分数, 下同), 5件样品结果由核工业地质分析测试研究中心测试). 显微镜下见其具有清晰的

变余聚斑状、斑状结构(图2(b)~(e)), 斑晶由石英和钠长石组成. 据石英与钠长石斑晶(发育聚片双晶——图2(c), (e))周边具有港湾状和不规则状溶蚀及裂缝现象(图2(b)~(e))可以推测, 它们是变余斑晶而非变成斑晶. 结合其呈层产出和主要岩石化学成分富钠低钾(表1, 与祁连山一带酸性火山岩成分相近[47])的特征, 可将其原岩归属于石英角斑岩类.

锆石的测年过程是: 从上述酸性火山岩(石英角

斑岩)远离后期侵入岩浆岩部位(以尽量保证样品的原始特征)采集两个约13 kg 的新鲜样品, 严格按流程分选出锆石. 锆石制靶在北京离子探针中心按标准程序完成. 锆石定年在该中心SHRIMP Ⅱ上测试[48]. 流程及样品靶制作参见Williams [49]的研究. 一次离子流O 2−强度为9 nA, 束斑大小为25~30 μm(图3中样品A8-0的锆石21.1B 正中晕圈内的斑点). 所有锆石测年均为5组扫描, 标准样锆石(TEMORA, 417 Ma)和所测样品锆石的测点数之比为1:3, 标准样用于校正206Pb/238U 的年龄, SL13 校正U-Th-Pb 的含量. 标准样锆石测年也都为5组扫描. 用

204

Pb 进

行普通铅年龄校正[50]. 数据处理采用ISOPLOT 软件[51]. 单个数据误差为1σ, 加权平均年龄误差为2σ. 采用的 206Pb/238U 加权平均年龄具95%的置信度.

锆石为透明、无色至浅棕色, 都呈短柱状-长柱状, 粒度多在100~200 μm 之间

, 长宽比约为

1.5:1~ 3

:1, 个别可达到

4:1.

小粒锆石(

如样品A8-0的

9.1,

图1 华北地台北缘西段区域构造地质与矿床分布略图

1, 中新生界; 2, 古生界; 3, 中元古界渣尔泰山群及白云鄂博群; 4, 下元古界色尔腾山群; 5, 上太古界乌拉山群; 6, 印支期侵入岩; 7, 海西期侵

入岩; 8, 加里东期侵入岩; 9, 元古宙及太古宙侵入岩; 10, 台缘断裂; 11, 吉兰泰断裂; 12, 断裂; 13, 矿床