內蒙古中部蘇尼特左旗早三疊世枕狀玄武巖地球化學特征及地質意義

唐建洲, 張志誠*, 劉 博, 張懷惠

內蒙古中部蘇尼特左旗早三疊世枕狀玄武巖地球化學特征及地質意義

唐建洲1, 張志誠1*, 劉 博2, 張懷惠1

(1.北京大學 地球與空間科學學院, 北京 100871; 2.中國地質大學(北京) 地球科學與資源學院, 北京 100083)

內蒙古中部蘇尼特左旗地區最新發現的枕狀玄武巖, 對研究興蒙造山帶的構造演化將提供重要線索。本文首次報道了蘇尼特左旗枕狀玄武巖的地球化學組成以及鋯石U-Pb年代學數據。鋯石U-Pb測年結果顯示其形成于早三疊世。該枕狀玄武巖具有較低的SiO2(43.44%～52.84%)含量, 以及較高的Fe2O3(8.02%～13.65%)和MgO(3.68%～10.34%)含量, 屬于拉斑玄武巖系列。微量元素及同位素地球化學組成揭示蘇尼特左旗枕狀玄武巖并未受到明顯的地殼混染作用, 其巖漿演化主要受鐵鎂礦物的分離結晶作用控制。該枕狀玄武巖中的鋯石組成復雜, 不同于大洋中脊產出的玄武巖, 且其微量元素地球化學特征和全巖Sr-Nd同位素組成也明顯不同于正常洋脊玄武巖。同時, 該枕狀玄武巖顯示近平坦的稀土元素配分模式, 與典型的島弧玄武巖存在明顯差別。總體來看, 本文研究的蘇尼特左旗枕狀玄武巖地球化學特征及同位素組成與大陸裂谷玄武巖相近。因此, 該枕狀玄武巖可能起源于交代地幔物質的減壓部分熔融。結合前人研究成果, 我們認為蘇尼特左旗枕狀玄武巖可能產自古亞洲洋閉合后由于巖石圈拆沉導致的伸展環境, 與新疆北山地區早二疊世枕狀玄武巖產出環境類似。

枕狀玄武巖; 地球化學特征; 早三疊世; 拉張環境; 蘇尼特左旗

0 引 言

興蒙造山帶是夾持于南蒙地塊與華北克拉通之間的增生型造山帶, 屬于中亞造山帶的東段(圖1a), 顯生宙以來經歷了古亞洲洋洋殼俯沖、消減、各微陸塊增生及洋盆的最終閉合, 以大規模年輕地殼增生為顯著特征(晨辰等, 2012; Xu et al., 2013; Chen et al., 2016a; Tang et al., 2020)。前人將興蒙造山帶劃分為五個構造單元(圖1b), 從南到北分別為, 烏里雅斯太陸緣、二連浩特?賀根山蛇綠巖帶、北造山帶、索倫縫合帶和南造山帶(Xiao et al., 2003; Xu et al., 2013)。一般認為, 古亞洲洋在早古生代持續雙向俯沖造就了南造山帶和北造山帶(Xiao et al., 2003, 2015; Xu et al., 2013)。但興蒙造山帶晚古生代?早中生代的構造演化一直存在很大的爭議, 特別是早三疊世的構造環境(Xiao et al., 2003, 2015; Xu et al., 2013; 初航等, 2013)。部分學者認為古亞洲洋在中晚二疊世或其之前就已經閉合, 早三疊世興蒙造山帶處于洋盆閉合后的伸展環境(石玉若等, 2007; Zhang et al., 2009; 晨辰等, 2012; 初航等, 2013; Xu et al., 2013; Zhao et al., 2013, 2017; 張晉瑞等, 2014; Zhou et al., 2019; Zhang, 2019)。也有學者認為, 古亞洲洋在中晚三疊世閉合, 因此早三疊世仍存在洋殼板片的俯沖(Xiao et al., 2003, 2015; Li et al., 2014, 2016)。

前人研究大多基于對花崗巖或者縫合帶內部的枕狀玄武巖巖石地球化學特征, 相對而言, 對南造山帶和北造山帶內部的火山巖巖石地球化學特征報道較少(晨辰等, 2012; 初航等, 2013; Song et al., 2015)。蘇尼特左旗地區位于北造山帶中部, 對研究興蒙造山帶的構造演化至關重要(唐建洲等, 2018)。本文報道了蘇尼特左旗附近新發現的枕狀玄武巖的年代學和巖石地球化學組成, 為進一步認識興蒙造山帶構造演化提供了重要資料。

1 區域概況及樣品采集

蘇尼特左旗地區主要出露早古生代溫都爾廟群、晚古生代和新生代地層及花崗巖侵入體(圖2a; Xu et al., 2013; 唐建洲等, 2018)。溫都爾廟群主要由綠泥石片巖、陽起石片巖、絹云母石英片巖、石英巖、火山巖夾層以及灰巖組成, 與早古生代島弧花崗巖一起記錄了古亞洲洋的俯沖演化歷史(Xu et al., 2013; Chen et al., 2016a)。研究區北部出露大片未變形的花崗巖(圖2a), 過去將其時代劃為華力西晚期。石玉若等(2007)研究表明, 其形成于三疊紀的陸內伸展環境。在蘇尼特左旗東南方向5 km處, 有幾個新挖的采石坑揭露出厚層塊狀或枕狀構造的玄武巖(圖3a), 上下限接觸關系不清, 且無前人報道。在原1∶20萬蘇尼特左旗幅地質圖中被標識為哲斯組砂巖?粉砂巖地層。枕體呈上凸下平的不規則橢球狀(圖3b), 底面總體傾向南東方向, 構成了南東傾向單斜層, 其間有數層泥質巖夾層(圖2b)。玄武巖呈墨綠、暗綠、黑綠色, 南北兩側均被第四系覆蓋。枕狀玄武巖主要由輝石和基性斜長石組成(圖3c、d)。塊狀玄武巖的礦物組成與枕狀玄武巖基本相似。本次研究共采集了14件枕(塊)狀玄武巖樣品, 采樣點見圖2。對其中的13件玄武巖樣品進行了全巖主量和微量元素分析, 并挑選了6件樣品進行了全巖Rb-Sr和Sm-Nd同位素分析。對1件樣品(NM19-109)進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡測定。

圖1b中數據來源: ①Jian et al., 2010; ②晨辰等, 2012; ③初航等, 2013; ④ Miao et al., 2008; ⑤ Song et al., 2015; ⑥王炎陽等, 2014; ⑦ Zhang et al., 2015。

圖2 蘇尼特左旗地區地質簡圖(a, 據石玉若等, 2007; 唐建洲等, 2018)和枕狀玄武巖地層地質剖面(b)

圖3 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖野外(a, b)及顯微照片(c, 單偏光; d, 正交偏光)

2 測試技術

樣品主量、微量及稀土元素分析均在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室完成。主量元素采用堿熔法獲得均質玻璃體, 應用X熒光光譜儀(XRF)進行測定, 測量精度在1%之內。微量元素和稀土元素采用高壓釜酸溶法, 應用電感耦合等離子質譜儀(ICP-MS)進行測定, 測試精度可達到5%, Nb、Ta、Zr、Hf的測試精度為9%。

樣品(NM19-109)的鋯石分選工作在廊坊誠信地質技術服務公司完成的。將原巖樣品破碎至約100目, 用磁法和重液分選, 在雙目鏡下手工挑選, 然后將鋯石與數粒標準鋯石TEMORA 置于環氧樹脂中制靶, 研磨至 1/2暴露新鮮面后, 再進行拋光、超聲波處理以及鍍金等工作。測試前在北京大學造山帶與地殼演化重點實驗室完成反射光、透射光和陰極發光(CL)照相。鋯石U-Pb年齡測試在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室, 應用激光剝蝕電感耦合等離子體質譜儀(LA-ICP-MS)測定。利用 COMPExPro 102型ArF準分子激光剝蝕系統進行鋯石剝蝕, 以He作為載氣, 激光束斑直徑為32 μm, 激光能量密度為 10 J/cm2, 頻率為5 Hz。年齡計算時以標準鋯石Plesovice(337 Ma)為外標進行同位素比值校正, 用標準鋯石91500作為監控盲樣。同位素比值和元素含量的數據處理使用軟件Glitter 4.4.2, 普通Pb校正使用Andersen (2002), 加權平均年齡與諧和圖繪制使用Isoplot 3.0(Ludwig, 2003)。

全巖Rb-Sr和Sm-Nd同位素測試在北京核工業地質研究院完成, 應用IsoProbe-T thermal ionization mass spectrometer進行測定。詳細的實驗分析流程及計算過程同Zhang et al. (2017)。

3 測試結果

3.1 鋯石U-Pb年代學

從樣品NM19-109(大約30 kg)中挑選出了54顆鋯石, 對其中的40顆鋯石進行了測試, 結果見表1。32顆鋯石落在諧和線上及附近, 鋯石陰極發光圖像及相應U-Pb年齡見圖4、5。

測年結果大致可分為三組: 234～254 Ma(Th/U= 0.34～0.75,=9); 275～447 Ma(Th/U=0.06～0.83,=10)和843～2469 Ma(Th/U=0.19～1.40,=13)。275～447 Ma和843～2469 Ma這兩組鋯石的Th/U值變化大, 并具有復雜的陰極發光圖像, 可能來自于地幔源區或圍巖(朱永峰等, 2007)。234～254 Ma這組年齡的鋯石具有完好的晶形、較寬的振蕩環帶以及較集中的Th/U值(圖4, 表1), 與基性巖漿中的鋯石相似(吳元保和鄭永飛, 2004; 王炎陽等, 2014), 其加權平均年齡為248±3 Ma(MSWD=1.09,=9)(圖5)。

表1 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖(NM19-109)鋯石U-Pb測年結果

續表1:

圖4 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖鋯石陰極發光圖像

3.2 主量、微量元素

蘇尼特左旗地區枕(塊)狀玄武巖的主量和微量元素分析結果見表2。樣品的SiO2含量為43.44%～ 52.84%, 基本屬于玄武巖范疇, 具有變化范圍較寬的Fe2O3(8.02%～13.65%), MgO(3.68%～10.34%), TiO2(1.04%～2.42%), Na2O(2.11%～5.25%), 以及K2O (0.08%～1.17%)含量, Mg#值介于35～69之間, 低于原生玄武巖的Mg#值, 表明樣品經歷了一定的后期演化。樣品顯示具有較高的燒失量, 指示其經歷了微弱的后期熱事件的交代, 因此選用相對穩定的元素(Nb、Zr、Y等)進行巖石類型劃分。在Zr/TiO2× 0.0001-Nb/Y圖解(圖6a)中樣品落入玄武安山巖和亞堿性玄武巖范圍內, 在FeOT/MgO-SiO2圖解(圖6b)中落入拉斑系列區域。

圖5 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

表2 蘇尼特左旗地區枕狀(塊)狀玄武巖的主量(%)和微量元素(μg/g)組成

注: 樣品NM17-23為塊狀玄武巖, 其他樣品為枕狀玄武巖。

圖6 枕狀玄武巖分類圖解(據Winchester and Floyd, 1977)

在微量元素蛛網圖(圖7a)上, 蘇尼特左旗枕狀玄武巖分布整體較平緩, 并表現出Nb、Ta相對虧損, Ba、U相對富集的特征。樣品的稀土元素總量為63.63～126.80 μg/g, 高于N-MORB。樣品的稀土元素配分曲線彼此之間近似平行(圖7b), 指示稀土元素分異程度相當。(La/Sm)N值在0.91～1.53之間, 無明顯的輕稀土富集的特征, 不同于俯沖背景下輕稀土元素明顯富集的特征(Wang et al., 2016; Pang et al., 2016)。

3.3 全巖Sr-Nd同位素

本文對6件玄武巖樣品進行了Sr-Nd 同位素測試, 結果見表3。該玄武巖顯示正的Nd()值(1.3～3.4)和較低的初始Sr同位素值(sr()=0.70429～0.70637), 與大陸溢流玄武巖Sr-Nd同位素組成相似, 暗示其起源于與大陸溢流玄武巖類似的地幔源區(White et al., 1987)。

4 討 論

4.1 枕狀玄武巖形成時限

研究區大部分地區被草場覆蓋, 露頭連續性差。本次研究的枕狀玄武巖采自于原1∶20萬蘇尼特左旗幅地質圖中的哲斯組。前人基于野外地層序列和化石資料, 將該地區哲斯組劃分到早中二疊世(蔣干清等, 1995)。Chen et al. (2016a)報道了采自于蘇尼特左旗地區哲斯組砂巖的碎屑鋯石年代學資料, 其中存在247 Ma碎屑鋯石。徐備等(2019)將該地區哲斯組的沉積時限定為中晚二疊世?早三疊世, 并對侵入到該地層的石英閃長玢巖進行了鋯石U-Pb年齡測定, 結果為248±3 Ma。韓國卿等(2011)在西拉木倫河縫合帶北側開展了系統的碎屑巖鋯石年代學研究, 將哲斯組定為晚二疊世?早三疊世。此外, 從雙井地區哲斯組砂巖地層中獲得的碎屑鋯石年齡顯示, 最年輕鋯石的諧和年齡為258 Ma, 也指示哲斯組形成于晚二疊世?早三疊世(徐嚴等, 2018)。栗進等(2018)報道了克什克騰旗哲斯組中發現的安山巖, 其形成時間為258 Ma。本次研究獲得玄武巖年齡(248 Ma)與前人在哲斯組報道的火山巖年齡或侵入體的年齡以及碎屑鋯石最小年齡組具有可比性。

玄武巖全巖地球化學成分也常常被用來約束玄武巖的形成時限(Hooper et al., 2010; Schoene et al., 2019; Eddy et al., 2020)。蘇尼特左旗枕(塊)狀玄武巖稀土元素配分模式以及多元素原始地幔標準化圖解均與晚石炭世、二疊紀以及早三疊世拉斑玄武巖相似(湯文豪等, 2011; 潘世語等, 2012; Pang et al., 2016; Wang et al., 2016; Luo et al., 2016; Zhu et al., 2017; Xu et al., 2019)。晚三疊世(. 224 Ma)基性火山巖為堿性玄武巖, 具有明顯富集輕稀土的特征(張維等, 2010)。侏羅紀?白堊紀時期, 內蒙古中部地區處于裂陷盆地階段(漆家福等, 2015), 以中酸性火山巖為主, 基性火山巖并不發育(楊明慧和蘭朝利, 2012)。且內蒙古中部地區以及蒙古地區侏羅紀?白堊紀堿性玄武巖具有明顯富集輕稀土元素和大離子親石元素、虧損高場強元素的特征(Zhang et al., 2008; 陳志廣等, 2009; Bars et al., 2018; Tang et al., 2019)。而新生代的玄武巖, 其微量元素地球化學特征與OIB型玄武巖相似(Wang et al., 2015; Sun et al., 2020)。因此, 從玄武巖全巖地球化學演化特征來看, 本次研究的枕狀玄武巖與晚石炭世?早三疊世玄武巖相似。

圖7 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖原始地幔標準化微量元素蛛網圖(a)和球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖(b)(標準化值引自Sun and Mcdonough, 1989)

表3 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖的全巖Sr-Nd同位素測試結果

樣品NM19-109鋯石U-Pb測試結果顯示最小年齡組為248±3 Ma, 與前人在南造山帶枕狀玄武巖中獲得的年齡結果(246±3 Ma; 初航等, 2013)基本一致。興蒙造山帶地區石炭紀?三疊紀枕狀玄武巖時空分布特征(圖1b)如下: 二連?賀根山一帶的枕狀玄武巖, 為蛇綠巖套的一部分, 主要形成于石炭紀(Song et al., 2015; Zhang et al., 2015); 索倫縫合帶上出現的枕狀玄武巖形成于早二疊世, 多與堆晶輝長巖以及席狀巖墻等蛇綠巖套殘片伴生(Jian et al., 2010; 晨辰等, 2012; Song et al., 2015); 南、北造山帶上的枕狀玄武巖沒有與其他蛇綠巖殘片伴生, 且這些巖石形成于早三疊世(初航等, 2013)。

如果僅從測年結果考慮, 本文研究的枕狀玄武巖的形成時間可能為248 Ma, 或者在248 Ma之后。但結合前人對哲斯組歸屬的限定以及玄武巖全巖地球化學特征等的對比, 可以將本文研究的枕狀玄武巖歸結于早三疊世或早中三疊世。

4.2 元素活動性評價

由于部分樣品具有較高的燒失量(LOI>3%), 使用地球化學數據討論巖石成因、構造環境時, 有必要討論其化學成分是否經歷了后期地質作用的改造。本文樣品的δCe值(δCe=CeN/(LaN×PrN)1/2)為0.87～1.07, 基本介于未遷移范圍(0.9～1.1; Polat and Hofmann, 2003)。Al2O3、TiO2以及Zr在后期熱事件中相對穩定, 因此通常以其為橫坐標作圖來評價其他元素的活動性(Pearce et al., 1992)。Zr與稀土元素(以La和Yb為代表), 高場強元素(如Nb等)呈現較好的相關性, 但與部分大離子親石元素(如Ba)的相關性較差(圖8)。此外, SiO2、CaO、Fe2O3和MgO與Al2O3/TiO2值也顯示較好的相關性(圖9)。因此, 我們可以用稀土元素、高場強元素和這些相對穩定的主量元素來討論巖石成因及其構造環境。

4.3 巖石成因

本次研究的玄武巖樣品具有相對虧損的全巖Sr-Nd同位素組成, 但其虧損程度不及MORB(圖10a)。此外, 樣品的Mg#值變化范圍較寬, Ni和Cr含量較低, 表明鐵鎂礦物的分離結晶作用或者地殼混染起了重要作用。在Nd()-SiO2及Th/La-SiO2圖解(圖10b、c)中, 樣品呈現近水平分布的特征, 指示蘇尼特左旗枕狀玄武巖未經歷明顯的地殼混染作用。La/Sm-La圖解(圖10d)顯示, 分離結晶作用主要控制了巖漿演化過程。其MgO和Fe2O3等的含量隨SiO2含量呈現負相關變化關系, 暗示經歷了鐵鎂礦物的分離結晶作用。Al2O3/CaO-MgO 和Ni-Cr圖解(圖10e、f)也表明, 巖石主要經歷了單斜輝石和斜長石的分離結晶作用。

在Zr/Yb-Nb/Yb圖解(圖11; Pearce and Peate, 1995)中, 大部分樣品落在地幔序列。并顯示從正常洋脊玄武巖向富集性洋脊玄武巖變化的趨勢。在Ti/100-Zr-Y×3圖解(圖11b; Pearce and Cann, 1973)中, 部分樣品也落在洋脊玄武巖區域, 個別樣品落在洋脊玄武巖與陸緣弧玄武巖邊界區域。Zr/Y-Zr圖解被認為是區別陸內玄武巖和俯沖相關的玄武巖的有效判別圖解之一(Xia, 2014; Wang et al., 2016; Xia and Li, 2020)。在Zr/Y-Zr圖解(圖11c)中, 大部分樣品落在板內玄武巖區。板內玄武巖的地球化學特征主要受地幔源區控制(王金榮等, 2016)。本次研究玄武巖的Sr-Nd同位素組成與大陸溢流玄武巖相似(圖10a), 說明火山巖巖漿很可能來自與大陸溢流玄武巖類似的地幔源區(Zindler and Hart, 1986)。樣品顯示不同程度的富集大離子親石元素(如Ba), 虧損高場強元素(如Nb、Ta)的特征, 與島弧巖石相似, 但大陸溢流玄武巖和陸緣型蛇綠巖中的枕狀玄武巖也常常會顯示Nb、Ta負異常的特征(趙磊等, 2011; Wang et al., 2016; Luo et al., 2016; Yuan et al., 2019)。樣品的部分大離子親石元素(如Rb、Sr等)顯示負異常, 且無Zr-Hf負異常, 也不同于俯沖環境下形成的玄武巖(Wang et al., 2016; Pang et al., 2016)。該玄武巖的稀土元素配分模式近水平, 不同于島弧玄武巖明顯富集輕稀土的特征(Wang et al., 2016)。在Ce/Nb-Th/Nb圖解(圖11d)中, 蘇尼特左旗枕狀玄武巖也不同于島弧玄武巖。綜上所述, 本次研究的枕狀玄武巖與陸內溢流玄武巖相似而不同于俯沖環境成因的玄武巖。

圖8 微量元素活動性判別圖解

圖9 主量元素活動性判別圖解

圖10 蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖巖石成因判別圖解

4.4 枕狀玄武巖的地質意義

鋯石年代學顯示, 枕狀玄武巖中存在古老鋯石, 可能為巖漿源區殘留鋯石, 也可能是玄武巖噴發過程當中捕獲的地殼鋯石(朱永峰等, 2007)。而大洋中脊玄武巖和洋島玄武巖一般不具有結構和年齡復雜的鋯石, 因此可以排除本區的玄武巖產自大洋環境的可能(張進等, 2013), 與巖石的地球化學特征一致。索倫縫合帶和賀根山縫合帶中的蛇綠巖年齡均為晚古生代, 表明晚古生代期間古亞洲洋在南蒙古陸塊與華北克拉通的之間存在兩個洋盆, 即索倫?林西洋和賀根山洋(Jian et al., 2010; Song et al., 2015;Zhang et al., 2015; Xiao et al., 2015)。二連浩特?賀根山蛇綠巖被未變形的313 Ma閃長巖巖墻侵入且被未變形的早二疊世沉積地層覆蓋, 北造山帶和烏里雅斯太陸緣在早二疊世發育大量后碰撞伸展相關的巖漿作用, 表明賀根山洋在早二疊世之前就已閉合(Zhang et al., 2015; Zhou et al., 2015; Pei et al., 2016), 因此, 蘇尼特左旗三疊紀的巖漿作用與賀根山洋的閉合及其隨后的伸展關系不大(石玉若等, 2007)。雖然前人將索倫山地區早三疊世的埃達克巖和高鎂閃長巖歸結為索倫?林西洋向北俯沖的增生雜巖(Xiao et al., 2015), 但詳細的地球化學研究認為這些巖體的形成與后碰撞伸展有關(Jian et al., 2010)。烏蘭溝枕狀玄武巖被認為是索倫?林西洋在早三疊世向南俯沖的證據(Xiao et al., 2015), 然而巖石地球化學研究揭示該玄武巖形成于陸內小洋盆環境(初航等, 2013)。此外, Zhou et al. (2019)對達茂旗地區中晚二疊世(254～267 Ma)花崗巖和玄武巖開展了詳細的巖石地球化學研究, 認為其形成于后碰撞伸展環境。Chen et al. (2015)和Ji et al. (2018) 對分布在達茂旗和鑲黃旗一帶中晚二疊世火山巖的研究也表明該地區此時處于后碰撞伸展環境。詳細的鋯石Hf-O同位素研究表明, 林西地區245～246 Ma花崗巖與后碰撞伸展有關(Zhao et al., 2019)。Liu et al. (2019)對蘇尼特右旗南西中晚二疊世花崗巖的研究也取得了同樣的認識。古生物地理學研究顯示華北板塊與蒙古陸塊之間在中二疊世之后并沒有明顯的古地理條件差別(Shen et al., 2013)。最新的古地磁研究也表明, 華北克拉通與蒙古陸塊在早中二疊世或之前就已拼貼在一起(Zhao et al., 2020)。張萬益等(2012)對查干敖包地區的堿性花崗巖(237 Ma)研究認為, 興蒙造山帶在該時期處于陸內伸展環境。石玉若等(2007)通過對蘇尼特左旗地區A型花崗巖(222 Ma)的研究認為其成因可能與中亞造山帶碰撞造山后的巖石圈伸展作用有關。基于這些認識, 我們傾向于認為本次研究的蘇尼特左旗枕狀玄武巖形成于的陸內裂谷盆地, 與新疆北山地區早二疊世枕狀玄武巖類似(Chen et al., 2016b)。枕狀玄武巖無疑是水下火山噴發的產物, 但由于該套枕狀玄武巖上下限不清, 其是否屬于蛇綠巖套的組成部分以及其產出的構造背景需要進一步研究。

N-MORB. 正常洋脊玄武巖; E-MORB. 富集洋脊玄武巖; OIB. 洋島玄武巖。

5 結 論

LA-ICP-MS鋯石U-Pb測年分析及其全巖地球化學特征區域對比表明蘇尼特左旗地區枕狀玄武巖形成于早三疊世。巖石地球化學分析表明, 蘇尼特左旗枕狀玄武巖經歷了鐵鎂礦物的分離結晶作用, 基本沒有受到地殼混染或地殼混染程度很弱, 其起源于伸展背景下的交代地幔的部分熔融。

致謝:感謝中國地質大學(北京)劉翠老師和中國地質科學院地質所趙磊老師提出的建設性意見, 在此一并表示感謝。

陳志廣, 張連昌, 吳華英, 周新華, 劉慶. 2009. 二連盆地北緣晚中生代火山巖Ar-Ar年代、地球化學及構造背景. 巖石學報, 25(2): 297–310.

晨辰, 張志誠, 郭召杰, 李劍鋒, 馮志碩, 湯文豪. 2012. 內蒙古達茂旗滿都拉地區早二疊世基性巖的年代學、地球化學及其地質意義. 中國科學: 地球科學, 42(3): 343–358.

初航, 張晉瑞, 魏春景, 王恵初, 任云偉. 2013. 內蒙古溫都爾廟群變質基性火山巖構造環境及年代新解. 科學通報, (28–29): 2958–2965.

韓國卿, 劉永江, 溫泉波, 李偉, 吳琳娜, 趙英利, 丁凌, 趙立敏, 梁琛岳. 2011. 西拉木倫河縫合帶北側二疊紀砂巖碎屑鋯石LA-ICP-MS U–Pb年代學及其構造意義. 地球科學, 36(4): 687–701.

蔣干清, 高德臻, 張維杰, 李述靖, 徐元愷, 羅飛. 1995. 內蒙古蘇尼特左旗下二疊統哲斯組深積組合類型及沉積序列演化. 現代地質, 9(2): 162–169.

栗進, 徐備, 田英杰, 姚仲偉. 2018. 內蒙古克什克騰旗哲斯組沉積學和年代學研究及其古地理意義. 巖石學報, 34(10): 3034–3050.

潘世語, 遲效國, 孫巍, 權京玉, 胡兆初, 達佳偉. 2012. 內蒙古蘇尼特右旗晚石炭世本巴圖組火山巖地球化學特征及構造意義. 世界地質, 31(1): 40–50.

漆家福, 趙賢正, 李先平, 楊明慧, 肖揚, 于福生, 董越崎. 2015. 二連盆地早白堊世斷陷分布及其與基底構造的關系. 地學前緣, 22(3): 118–128.

石玉若, 劉敦一, 張旗, 簡平, 張福勤, 苗來成, 張履橋. 2007. 內蒙古中部蘇尼特左旗地區三疊紀A型花崗巖鋯石SHRIMP U–Pb年齡及其區域構造意義. 地質通報, 26(2): 183–189.

湯文豪, 張志誠, 李建鋒, 馮志碩, 晨辰. 2011. 內蒙古蘇尼特右旗查干諾爾石炭系本巴圖組火山巖地球化學特征及其地質意義. 北京大學學報: 自然科學版, 47(2): 321–330.

唐建洲, 張志誠, 陳彥, 姬澤佳, 楊金福. 2018. 內蒙古中部蘇尼特左旗地區早古生代火成巖年代學、地球化學、鋯石Hf同位素特征及其構造意義. 巖石學報, 34(10): 2973–2994.

王金榮, 潘振杰, 張旗, 陳萬峰, 楊婧, 焦守濤, 王淑華. 2016. 大陸板內玄武巖數據挖掘: 成分多樣性及在判別圖中的表現. 巖石學報, 32(7): 1919–1933.

王炎陽, 徐備, 程勝東, 廖聞, 邵軍, 汪巖. 2014. 內蒙古克什克騰旗五道石門基性火山巖鋯石U-Pb年齡及其地質意義. 巖石學報, 30(7): 2055–2062.

吳元保, 鄭永飛. 2004. 鋯石成因礦物學研究及其對U-Pb年齡解釋的制約. 科學通報, 49(16): 17–32.

徐備, 王志偉, 田英杰, 張焱杰. 2019. 內蒙古蘇尼特左旗卓侖音諾爾地區中二疊統哲斯組沉積環境、形成時代及意義. 地質通報, 38(10): 1647–1659.

徐嚴, 顏林杰, 張佳明, 栗進, 姚仲偉. 2018. 中亞造山帶東段晚古生代伸展構造環境的證據: 內蒙古雙井地區哲斯組沉積學及年代學研究. 巖石學報, 34(10): 237–256.

楊明慧, 蘭朝利. 2012. 中國古亞洲域沉積盆地火山巖油氣藏儲層特征比較及其差異分析. 地質學報, 86(8): 26–37.

張進, 李錦軼, 劉建峰, 巖峰, 曲軍峰, 張義平. 2013. 內蒙古狼山西南地區枕狀玄武巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及意義. 地質通報, 32(2–3): 287–296.

張晉瑞, 初航, 魏春景, 王康. 2014. 造混雜帶晚古生代?早中生代變質基性巖的地球化學特征及其大地構造意義. 巖石學報, 30(7): 1935–1947.

張萬益, 聶鳳軍, 高延光, 劉妍. 2012. 內蒙古查干敖包三疊紀堿性石英閃長巖的地球化學特征及成因. 巖石學報, 28(2): 525–534.

張維, 簡平, 劉敦一, 侯可軍. 2010. 內蒙古中部達茂旗地區三疊紀花崗巖和鉀玄巖的地球化學、年代學和Hf同位素特征. 地質通報, 29(6): 821–832.

趙磊, 吳泰然, 羅紅玲. 2011. 內蒙古烏拉特中旗北七哥陶輝長巖SHRIMP鋯石U-Pb年齡、地球化學特征及其地質意義. 巖石學報, 27(10): 3071–3082.

朱永峰, 徐新, 魏少妮, 宋彪, 郭璇. 2007. 西準噶爾克拉瑪依OIB型枕狀玄武巖地球化學及其地質意義研究. 巖石學報, 23(7): 181–190.

Bars A, Miao L, Fochin Z, Baatar M, Anaad C and Togtokh K. 2018. Petrogenesis and tectonic implication of the Late Mesozoic volcanic rocks in East Mongolia., 53(6): 2449–2470.

Chen C, Zhang Z C, Li K, Chen Y, Tang W H and Li J F. 2015. Geochronology, geochemistry, and its geological significance of the Damaoqi Permian volcanic sequences on the northern margin of the North China Block.s, 97: 307–319

Chen S, Guo Z J, Qi J F, Zhang Y Y, Pe-Piper G and Piper D J W. 2016b. Early Permian volcano-sedimentary successions, Beishan, NW China: Peperites demonstrate an evolving rift basin., 309: 31–44.

Chen Y, Zhang Z C, Li K, Yu H F and Wu T R. 2016a. Geochemistry and zircon U-Pb-Hf isotopes of Early Paleozoic arc-related volcanic rocks in Sonid Zuoqi, Inner Mongolia: Implications for the tectonic evolution of the southeastern Central Asian Orogenic Belt., 264: 392–404.

Eddy M P, Schoene B, Samperton K M, Keller G and Khadri S F R. 2020. U-Pb zircon age constraints on the earliest eruptions of the Deccan large igneous province, Malwa Plateau, India., 540, 116249.

Hooper P, Widdowson M and Kelley S. 2010. Tectonic setting and timing of the final Deccan flood basalt eruptions., 38(9): 839–842.

Ji Z J, Zhang Z C, Chen Y, Li K, Yang J F and Qian X Y. 2018. Geochemistry, geochronology, and Sr-Nd isotopic compositions of Permian volcanic rocks in the northern margin of the North China Block: Implications for the tectonic setting of the southeastern Central Asian Orogenic Belt., 107: 2143–2161.

Jian P, Liu D, Kr?ner A, Windley B F, Shi Y, Zhang W, Zhang F Q, Miao L C, Zhang L Q and Tomurhuuf D D. 2010. Evolution of a Permian intraoceanic arc-trench system in the Solonker Suture Zone, Central Asian Orogenic Belt, China and Mongolia., 118(1): 169–190.

Li S, Chung S L, Wilde S A, Wang T, Xiao W J and Guo Q Q. 2016. Linking magmatism with collision in an accre-tionary orogen., 6(1), 25751.

Li S, Wilde S A, He Z J, Jiang X J, Liu R Y and Zhao L. 2014. Triassic sedimentation and postaccretionary crustal evolution along the Solonker suture zone in Inner Mon-golia, China., 33(6): 960–981.

Liu M, Lai S C, Zhang D, Zhu R Z, Qin J F and Xiong G Q. 2019. Middle Permian high Sr/Y monzogranites in central Inner Mongolia: reworking of the juvenile lower crust of Bainaimiao arc belt during slab break-off of the Palaeo-Asian oceanic lithosphere., 61(17): 1–17.

Ludwig K R. 2003. User’s manual for a geochronological toolkit for Microsoft excel.,, 4: 1–71.

Luo Z W, Xu B, Shi G Z, Zhao P, Faure M and Chen Y. 2016. Solonker ophiolite in Inner Mongolia, China: A late Permian continental margin-type ophiolite., 261: 72–91.

Miao L C, Fan W M, Liu D Y, Zhang F Q, Shi Y R and Guo F. 2008. Geochronology and geochemistry of the Hegenshan ophiolitic complex: Implications for late stage tectonic evolution of the Inner Mongolia-Daxin-ganling Orogenic Belt, China., 32(5): 348–370.

Pang C J, Wang X C, Xu B, Zhao J X, Feng Y X, Wang Y Y, Luo Z W and Liao W. 2016. Geochemical and Sr-Nd-Hf isotopic analysis of Late Carboniferous N-MORB type basalts in central Inner Mongolia, China: Evidence for an intraplate origin., 261: 55–71.

Pearce J A and Cann J R. 1973. Tectonic setting of basic volcanic rocks determined using trace element analyses., 19: 290–300.

Pearce J A and Peate D W. 1995. Tectonic Implications of the Composition of Volcanic ARC Magmas., 23(1): 251–285.

Pearce J A, Thirlwall M F, Ingram G, Murton B J, Arculus R J and Van derLaan S R. 1992. Isotopic evidence for the origin of Boninites and related rocks drilled in the Izu-Bonin (Ogasawara) fore-arc, Leg 125: Proceedings of the Ocean Drilling Program., 125: 237–261.

Pei S H, Zhou J B and Li L. 2016. U-Pb ages of detrital zircon of the Paleozoic sedimentary rocks: New constraints on the emplacement time of the Hegenshan ophiolite, NE China., 130: 75–87.

Polat A and Hofmann A W. 2003. Alteration and geochemical patterns in the 3.7–3.8 Ga Isua greenstone belt, west Greenland., 126(3–4): 197–218.

Saunders A D, Storey M, Kent R W and Norry M J. 1992. Consequences of Plume Lithosphere Interactions, Mag-matism and the Cause of Continental Breakup.,, 68: 41–60

Schoene B, Eddy M P, Samperton K M, Keller C B, Keller G, Adatte T and Khadri S F R. 2019. U-Pb constraints on pulsed eruption of the Deccan Traps across the end- Cretaceous mass extinction.363: 862–866.

Shen S Z, Zhang H, Shi G R, Li W Z, Xie J F, Mu L and Fan J X. 2013. Early Permian (Cisuralian) global brachio-pod palaeobiogeography., 24(1): 104– 124.

Song S G, Wang M M, Xu X, Wang C, Niu Y L, Mark B A and Su L. 2015. Ophiolites in the Xingan–Inner Mongolia accretionary belt of the CAOB: Implications for two cycles of seafloor spreading and accretionary orogenic events., 34(10): 2221–2248.

Sun P, Niu Y L, Guo P Y, Duan M, Wang X H, Gong H M and Xiao Y Y. 2020. The lithospheric thickness control on the compositional variation of continental intraplate basalts: A demonstration using the Cenozoic basalts and clinopyroxene megacrysts from eastern China.:, 125: e2019JB019 315. https: //doi.org/10.1029/2019JB019315.

Sun S S and Mcdonough W F. 1989. Chemical and isotopic systematics of oceanic basalts: Implications for mantle composition and processe.,,, 42(1): 313–345.

Tang J Z, Zhang Z C, Ji Z J, Chen Y, Yang J F, Li K and Liu P P. 2019. Early cretaceous volcanic and sub-volcanic rocks in the Erlian basin and adjacent areas, Northeast China: New geochemistry, geochronology and zircon Hf isotope constraints on petrogenesis and tectonic setting., 61(12): 1479– 1503.

Tang J Z, Zhang Z C, Liu B, Wang Q and Ding C. 2020. Geochronology, geochemistry and zircon Hf isotope constraints on petrogenesis and tectonic setting of Early Permian volcanic rocks from Sonid Youqi area, Solonker Zone., doi: 10.1080/ 00206814.2020.1852448.

Wang X C, Wilde S A, Li Q L and Yang Y N. 2015. Continental flood basalts derived from the hydrous mantle transition zone., 6: 7700.

Wang X C, Wilde S A, Xu B and Pang C J. 2016. Origin of arc-like continental basalts: Implications for deep-Earth fluid cycling and tectonic discrimination., 261: 5–45.

White W M, Hofmann A W and Puchelt H. 1987. Isotope geochemistry of Pacific Mid-Ocean Ridge Basalt., 92(B6): 4881–4893.

Winchester J A and Floyd P A. 1977. Geochemical discrimi-nation of different magma series and their differen-tiation products using immobile elements., 20: 325–343.

Xia L Q and Li X M. 2020. Revisiting the tectonic setting of the Carboniferious volcanic rocks in the Chinese Tianshan and its neighboring areas., 84: 1–19.

Xia L Q. 2014. The geochemical criteria to distinguish continental basalts from arc related ones., 139: 195–212.

Xiao W J, Windley B, Hao J and Zhai M G. 2003. Accretion leading to collision and the Permian Solonker suture, Inner Mongolia, China: Termination of the Central Asian Orogenic Belt., 22: 1069–1089.

Xiao W J, Windley B, Sun M, Li J L, Huang B C, Han C M, Yuan C, Sun M and Chen H L. 2015. A tale of amalga-mation of three Permo-Triassic collage systems in Central Asia: Oroclines, sutures, and terminal accretion., 43(1): 477– 507.

Xu B, Charvet J, Chen Y, Zhao P and Shi G Z. 2013. Middle Paleozoic convergent orogenic belts in western Inner Mongolia (China): Framework, kinematics, geochro-nology and implications for tectonic evolution of the Central Asian Orogenic Belt., 23: 1342–1364.

Xu G, Liu H C, Li Y L, Xu Z and Xie Y. 2019. Early Permian Sunidyouqi suprasubduction-zone ophiolites in the centralSolonker suture zone (Inner Mongolia, China)., 10: 1101–1111.

Yuan L L, Zhang X H and Yang Z L. 2019. Early Cretaceous gabbro-granite complex from central Inner Mongolia: Insights into initial rifting and crust-mantle interaction in the northern China-Mongolia basin-range tract., 324–325: 859–876.

Zhang L C, Zhou X H, Ying J F, Wang F, Guo F, Wan B and Chen Z G. 2008. Geochemistry and Sr-Nd-Pb-Hf isotopes of Early Cretaceous basalts from the Great Xinggan Range, NE China: Implications for their origin and mantlesource characteristics., 256(1): 12–23.

Zhang S H, Zhao Y, Song B, Hu J M, Liu S W, Yang Y H, Chen F K, Liu X M and Liu J. 2009. Contrasting Late Carboniferous and Late Permian-Middle Triassic intrusive suites from the northern margin of the North China craton: Geochronology, petrogenesis, and tectonic implications., 121: 181–200.

Zhang X X. 2019. Zircon U-Pb Ages of the Chagangnuer mafic intrusion in Central Inner Mongolia and their tectonic implications.(), 93(3): 771–773.

Zhang Z C, Chen Y, Li K, Li J F, Yang J F and Qian X Y. 2017. Geochronology and geochemistry of Permian bimodal volcanic rocks from central Inner Mongolia, China: Implications for the late Paleozoic tectonic evolution of the southeastern Central Asian Orogenic Belt., 135: 370–389.

Zhang Z C, Li K, Li J F, Yang J F and Qian X Y. 2015. Geochronology and geochemistry of the Eastern Erenhot ophiolitic complex: Implications for the tectonic evolution of the Inner Mongolia-Daxinganling Orogenic Belt., 97: 279–293.

Zhao L, Li Z A, Li J Y and Guo F. 2019. Generation of Triassic post-collisional granitoids in the Linxi region (Inner Mongolia, NE China) and crustal growth in the eastern Central Asian Orogenic Belt through melting of relict oceanic crust., 171: 348–362.

Zhao P, Appel E, Xu B and Sukhbaatar T. 2020. First paleomagnetic result from the Early Permian volcanic rocks in northeastern Mongolia: Evolutional implicationfor the Paleo-Asian Ocean and the Mongol-Okhotsk Ocean.:, 125, e2019JB017338. https: //doi.org/10.1029/2019JB017338.

Zhao P, Chen Y, Xu B, Faure M, Shi G and Choulet F. 2013. Did the Paleo-Asian Ocean between North China block and Mongolia block exist during the Late Paleozoic? First paleomagnetic evidence from central-eastern Inner Mongolia, China.:, 118(5): 1873–1894.

Zhao P, Xu B and Zhang C H. 2017. A rift system in southeastern Central Asian Orogenic Belt: Constraint from sedimentological, geochronological and geochemical investigations of the Late Carboniferous-Early Permian strata in northern Inner Mongolia (China)., 2016: S1342937X16301393.

Zhou H, Zhao G C, Li J H, Han Y G, Yao J L and Wang B. 2019. Magmatic evidence for Middle-Late Permian tectonic evolution on the Northern margin of the North China Craton., 336–337: 125–142.

Zhou J B, Jie H, Zhao G C, Zhang X Z, Cao J L, Wang B and Pei S H. 2015. The emplacement time of the Hegenshan ophiolite: Constraints from the unconfor-mably overlying Paleozoic strata., 662: 398–415.

Zhu W, Tian W, Wei C, Shao J A, Fu B and Fanning C M. 2017. Late Paleozoic rift-related basalts from central Inner Mongolia, China., S1367912017301712.

Zindler A and Hart S R. 1986. Chemical geodynamics., 14: 493–571.

Geochemistry of Early Triassic Pillow Basalts from Sonid Zuoqi, Central Inner Mongolia and Their Geological Significance

TANG Jianzhou1, ZHANG Zhicheng1*, LIU Bo2and ZHANG Huaihui1

(1. Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, SESS, Peking University, Beijing 100871; 2. School of Earth Sciences and Resources, China University of Geoscience (Beijing), Beijing 100083, China)

The Early Triassic pillow basalts discovered at Sonid Zuoqi are vital to understand the tectonic evolution of the Xingmeng Orogenic Belt. In this contribution, we present geochemical and geochronological results of those pillow basalts and provide constraints on the tectonic setting and mantle source of the Xingmeng Orogenic Belt. Zircon U-Pb dating result and whole-rock geochemical compositions reveal that the pillow basalts formed in Early Triassic or Early to Middle Triassic, which is consistent with the Early to Middle Triassic pillow basalts in the Baiyinnuoer area. The basalts show relatively low SiO2(43.44% to 52.84%), and high Fe2O3(8.02% to 13.65%) and MgO (3.68% to 10.34%) contents, and belong to sub-alkaline tholeiite. Trace element modelling suggests that the magma evolution of the Sonid Zuoqi pillow basalts was dominated by fractional crystallization of ferromagnesian, whereas crust contamination is negligible. Their geochronological and geochemical data reveal that the Sonid Zuoqi pillow basalts are different from the Normal Middle Ocean Ridge Basalts, and the flattened rare earth element patterns also differ from typical arc-related basalts. Overall, the Sonid Zuoqi pillow basalts show bulk-rock Sr-Nd isotopic compositions and trace element geochemical features similar to those of continental flood basalts. The trace element signatures suggest the Sonid Zuoqi pillow basalts are derived from decompression melting of the metasomatized mantle materials. These data, in incorporation with previous results, suggest the Sonid Zuoqi pillow basalts formed in an intraplate extension setting after the final closure of the ocean basin, which is similar to the scenario of the Early Permian pillow basalts in the Beishan area of Xinjiang.

pillow basalt; geochemistry; Early Triassic; extension setting; Sonid Zuoqi

2020-04-08;

2020-11-20

國家重點研發計劃(2017YFC0601302)和國家重點基礎研究發展計劃項目(2013CB429801)聯合資助。

唐建洲(1993–), 男, 博士研究生, 構造地質學專業。Email: jztang@pku.edu.cn

張志誠(1963–), 男, 教授, 主要從事構造地質學方面的教學與科研工作。Email: zczhang@pku.edu.cn

P597; P595

A

1001-1552(2021)04-0805-017

10.16539/j.ddgzyckx.2021.04.008