月牙山蛇綠質構造混雜巖帶形成的構造背景與成因

北山帶位于西伯利亞板塊、哈薩克斯坦板塊和塔里木板塊的結合部位，大氣相學背景非常復雜。自北向南,北山境內依次形成了紅石山—百合山—蓬勃山、芨芨臺子—小黃山蛇綠巖帶、紅柳河—洗腸井蛇綠巖帶及輝銅山—帳房山蛇綠巖帶(圖1)。長期以來,眾多學者對北山境內板塊縫合位置、形成時間及大地構造意義進行了研究,提出了不同的觀點近年來,隨著1∶5萬區域地質調查項目的相繼部署和一系列最新成果資料的獲取,大多數學者對北山地區蛇綠巖帶的屬性及構造意義的認識逐漸趨于一致。最新資料表明,以紅石山—百合山—蓬勃山蛇綠巖帶為界,以北基本控制了石炭紀地層及晚古生代侵入巖的分布;以南控制了早古生代侵入巖及部分地層的出露,因此,該構造帶可能具有地層分區意義,但作為重要板塊縫合帶依據不足。區域上,芨芨臺子—小黃山蛇綠巖帶主要表現為一條規模較大的糜棱巖化帶,在芨芨臺子和小黃山一帶有少量基性、超基性巖出露,局部發生構造混雜。該構造帶是晚古生代(石炭紀—二疊紀)碰撞造山期后陸內伸展作用的產物紅柳河—洗腸井蛇綠質構造混雜巖帶出露于內蒙古阿拉善盟中部,自洗腸井向西經月牙山、白云山,至紅柳河一帶,總體呈近東西向帶狀展布,出露寬度幾千米至十幾千米,斷續延長約350km。由東向西,蛇綠巖主要出露于洗腸井、月牙山、白云山、牛圈子、玉石山、紅柳河6個區段(圖1)。目前,眾多學者認為,該帶為塔里木板塊與哈薩克斯坦板塊縫合帶,具有區域構造意義1月牙山蛇綠質構造混雜巖帶月牙山位于內蒙古阿拉善盟額濟納旗南約130km,月牙山蛇綠質構造混雜巖位于紅柳河—洗腸井蛇綠質構造混雜巖帶東部的月牙山—洗腸井一帶(圖1)。該帶以北廣泛出露中—晚志留世公婆泉組安山巖、玄武安山巖及早志留世—早泥盆世石英閃長巖—英云閃長巖—花崗閃長巖;古元古代北山巖群變質結晶基底被限定于該帶以北,主要呈殘留地塊產出;晚奧陶世錫林柯博組及白云山組出露于公婆泉組南北兩側。混雜巖帶以南廣泛出露元古宙海相沉積地層,包括長城紀古硐井群、薊縣紀平頭山組,以及青白口紀野馬街組、大豁落山組及震旦紀洗腸井群(圖2)。月牙山蛇綠質構造混雜巖帶呈北西西向帶狀展布,南北寬1.5~8.0km,東西長約27km。該構造混雜巖帶南部蛇綠巖套出露較完整:下部為超基性雜巖,出露巖性包括橄欖巖、方輝橄欖巖、尖晶石二輝橄欖巖、橄輝巖等,巖石普遍發生強蛇紋石化,在構造混雜地帶發生強糜棱巖化和片理化;其上主要為透閃石化、陽起石化輝長巖等,發育后期侵入的輝綠巖脈,呈近東西向平行展布,未見席狀巖墻群,在構造混雜地帶巖石發生糜棱巖化和片理化;層狀玄武巖和枕狀玄武巖覆于輝長巖之上,枕狀和氣孔(杏仁)構造發育,顯示出海底火山噴發的特征(圖版Ⅰ-a、b,圖3);最上部的放射蟲硅質巖呈紅色—紫紅色,因構造混雜已經支離破碎,主要呈大小不等的巖塊狀分布于蛇綠質構造混雜巖帶中。與蛇綠巖套相伴生的侵入巖包括斜長花崗巖、輝長閃長巖等。構造混雜巖帶南部主要出露早奧陶世羅雅楚山組碎屑沉積巖,以及少量寒武紀—奧陶紀西雙鷹山組碎屑沉積巖夾硅質巖。蛇綠巖套北側發生了強烈的構造混雜作用,混雜帶寬800~1300m,長約15km。通過槽探揭露、大比例尺精細剖面測制及室內綜合研究認為,月牙山構造混雜巖屬于蛇綠質構造混雜巖帶,由基質和巖塊兩部分組成。基質主要為強糜棱巖化、強蛇紋石化輝橄巖、碎粉狀強糜棱巖化玄武巖及少量強糜棱巖化輝石巖;巖塊為大小不一的輝石巖、堆晶輝長巖、斜長花崗巖、橄欖巖、橄輝巖、角閃石巖、白云巖、放射蟲硅質巖、蝕變玄武巖等。巖塊多呈透鏡體狀產出,局部巖塊呈疊瓦狀排列,與基質呈構造接觸(圖版Ⅰ-c、d),長軸產狀為190~210°∠55~65°;基質糜棱面理產狀為220~230°∠45~65°。根據巖塊與基質的交切關系,可基本確定該構造混雜巖帶具有右行走滑特征。2年代學及巖石學特征為了確定月牙山蛇綠巖套的形成時代及板塊俯沖時代,項目組分別對蛇綠質構造混雜巖帶中的蝕變輝石巖巖塊、蛇綠巖套中的輝長巖及與蛇綠巖套緊密伴生的斜長花崗巖、輝長閃長巖采集了鋯石U-Pb同位素測年樣品。鋯石顆粒挑選由河北區域地質礦產調查研究所實驗室完成。樣品破碎到40~60目,然后用常規方法分選鋯石,并在雙目鏡下人工挑純,將鋯石樣品與數粒Temora(標樣)置于環氧樹脂中,然后磨至約1/2,使鋯石內部暴露,用于陰極發光(CL)及SHRIMP鋯石U-Th-Pb同位素分析。中國地質調查局天津地質調查中心同位素實驗室利用激光燒蝕多接收器等離子質譜儀(LAICP-MS)進行微區原位U-Th-Pb同位素測定,激光剝蝕斑束直徑35μm(詳細的儀器配置和實驗流程見參考文獻[6]),采用GJ-1作為外部鋯石年齡標準,進行U-Pb同位素分餾校正通過測年研究,在蝕變輝石巖巖塊、輝長巖、斜長花崗巖及輝長閃長巖(野外特征見圖版Ⅱ-a~d,顯微鏡下特征見圖版Ⅲ-a~d)中分別獲得了542.0±1.3Ma(P2TW2)、527.4±1.3Ma(P2TW1)、530.2±1.2Ma(P1TW2)、530.2±4.8Ma(TW37)的年齡值。樣品分析數據見表1。鋯石陰極發光圖像(圖4)揭示,上述所有樣品中的鋯石均發育典型巖漿成因的韻律環帶結構,鋯石晶形較完整。所有樣品中不同鋯石分析點的2簡平等研究區內斜長花崗巖呈白色—灰白色,花崗結構、碎裂狀結構,塊狀構造。由斜長石(70%~80%)、石英(20%~30%)、黑云母(1%~5%)組成。斜長石呈近半自形板狀,大小為0.2~3.7mm,雜亂分布,環帶構造較發育,普遍發生粘土化、輕絹云母化和碳酸鹽化。石英呈他形粒狀,大小為0.2~3.65mm,雜亂分布,粒內發育波狀消光。黑云母呈片狀,黃褐色,0.1~2.05mm,呈零散或集合體狀分布,局部發生綠泥石化。巖石化學成分:SiO對斜長花崗巖而言,鋯石U-Pb同位素體系有著較高的封閉溫度,不易受后期構造—熱事件擾動,其測試年齡可代表巖石的結晶年齡為了確定月牙山蛇綠巖套構造混雜作用(即紅柳河—洗腸井洋盆發生大規模自南向北的俯沖作用)的時代,項目組對月牙山蛇綠質構造混雜巖帶北部白云山—東七一山一帶廣泛出露的志留紀公婆泉組安山巖和志留紀花崗閃長巖分別采集了鋯石U-Pb同位素測年樣品(野外特征見圖版Ⅱ-e、f,顯微鏡下特征見圖版Ⅲ-e、f),采用激光燒蝕等離子體質譜法(LA-ICP-MS)進行測年研究,樣品測試由中國地質調查局天津地質調查中心實驗室完成,樣品加工及分析測試流程同前述。分別獲得了421.0±15Ma(TW7)、442.4±1.5Ma(P7TW2)的年齡值。樣品分析數據見表1,LA-ICP-MS鋯石U-Pb諧和圖見圖8。鋯石陰極發光圖像(圖7)表明,花崗閃長巖中的鋯石呈寬板狀,發育有典型巖漿成因的韻律環帶結構。樣品鋯石分析點的根據前人的研究資料,紅柳河—洗腸井蛇綠巖帶是代表古大洋閉合的板塊縫合帶綜上所述,月牙山蛇綠巖套形成時代約為530Ma,相當于早寒武世;紅柳河—洗腸井洋盆發生大規模自南向北俯沖作用的時代為421.0±15~442.4±1.5Ma,相當于志留紀。在強烈的俯沖過程中,月牙山蛇綠巖套發生了構造混雜作用。梁國慶等項目組工作人員于2012—2014年度在公婆泉一帶新填繪出的非造山正長花崗巖中采集了鋯石UPb同位素測年樣品,采用激光燒蝕等離子體質譜法(LA-ICP-MS)進行測年研究,獲得了402Ma的年齡值,相當于早泥盆世。由此推測,志留紀末期洋盆俯沖作用結束后,經過刮削、堆積、混雜作用形成紅柳河—洗腸井蛇綠質構造混雜巖帶。3紅柳河—構造意義長期以來,不同學者對本區大地構造分區持有多種觀點,但塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊東延至北山地區的觀點已經被眾多學者接受(1)紅柳河—洗腸井蛇綠巖帶規模大,蛇綠巖出露較完整。由東向西,蛇綠巖主要出露于洗腸井、月牙山、白云山、牛圈子、玉石山、紅柳河6個區段,且該帶中的蛇綠巖特征最接近于現代洋殼蛇綠巖(2)在月牙山—洗腸井一帶,震旦紀洗腸井群斷續分布于月牙山蛇綠質構造混雜巖帶南側邊界斷裂以南;長城紀古硐井群、薊縣紀平頭山組、青白口紀野馬街組、大豁落山組海相碳酸鹽巖—碎屑巖沉積地層在該帶南部廣泛分布,為塔里木板塊標志性的穩定蓋層沉積。(3)出露于月牙山蛇綠質構造混雜巖帶北部的志留紀公婆泉組中性、中基性火山巖及與其緊密伴生的志留紀閃長巖—英云閃長巖—花崗閃長巖,是哈薩克斯坦板塊與塔里木板塊之間大洋俯沖的產物,代表著當時的火山弧,稱之為斜山—東七一山火山弧。(4)根據區域資料及工作區與相鄰地區最新1∶5萬區域地質調查資料,紅柳河—洗腸井蛇綠巖帶限制了古元古代(?)敦煌巖群和古元古代北山巖群的分布。前者僅出露于該帶以南地區,后者僅出露于該帶以北地區。4紅柳河—結論(1)月牙山一帶蛇綠巖套出露相對完整,其北部發生了強烈的構造混雜作用,構成蛇綠質構造混雜巖帶。該蛇綠巖套形成于530Ma左右,相當于早寒武世;紅柳河—洗腸井洋盆發生