內(nèi)蒙古林西縣房框子溝花崗質(zhì)片麻巖鋯石u-pb年代學(xué)研究

0變質(zhì)單元-雙井微地段雙井微地塊位于內(nèi)蒙古林西地區(qū)的西拉木倫斷裂帶。斷裂帶nn位于蒙古高原東南端，是華北板塊與西伯利亞板塊識(shí)別活動(dòng)帶的一部分。雙井微地塊呈橢圓形和東西走向，由片巖和變質(zhì)變形侵入體組成，巖屑后期暴露。片巖的組合稱為雙井片巖，屬于變質(zhì)形態(tài)的巖漿巖，是迄今為止尚未確定的非正式巖漿巖地層單位。巖片巖和變質(zhì)變形入侵者的進(jìn)入行為在兩個(gè)微塊中呈非正比分布。入侵者呈長(zhǎng)條紋狀，分布有限。它只存在于林西縣雙井水庫(kù)附近。在初始區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中，這些入侵物質(zhì)被劃分為早元古代，從舊到新，分為東溝片麻巖、方邊片麻巖片麻巖片和大海蘇溝片麻巖片。這三個(gè)原始巖石是鈣-堿性系列花崗巖（內(nèi)蒙古第十地質(zhì)調(diào)查開發(fā)學(xué)院，1998年黃崗梁地區(qū)1.5萬區(qū)人口分析）。關(guān)于這套變質(zhì)變形侵入體的形成時(shí)代和構(gòu)造屬性目前尚不明確,雙井微地塊作為華北板塊與西伯利亞板塊對(duì)接活動(dòng)帶的一部分,其建造時(shí)代和構(gòu)造屬性的確定對(duì)研究華北板塊與西伯利亞板塊的閉合過程具有重要意義,因此,對(duì)該微地塊上較老的地質(zhì)單元的定年工作就顯得十分迫切,筆者在進(jìn)行1∶25萬錫林浩特市和林西縣兩個(gè)圖幅的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中,對(duì)該套變質(zhì)變形侵入體進(jìn)行了詳細(xì)的野外考察,并采用LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素測(cè)年方法對(duì)采自房框子溝花崗質(zhì)片麻巖邊緣和中央的兩個(gè)樣品進(jìn)行了定年,期望為進(jìn)一步研究雙井微地塊的屬性和演化提供新的信息.1顯微構(gòu)造及巖石學(xué)特征研究區(qū)位于內(nèi)蒙古高原的東南緣,處在NNE向展布的大興安嶺南段與內(nèi)蒙古高原接壤地帶,行政區(qū)劃屬內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市和赤峰市管轄,地理坐標(biāo):E115°30′～118°30′,43°00′～44°00′N.區(qū)域大地構(gòu)造位置位于華北板塊與西伯利亞板塊的對(duì)接活動(dòng)帶上,屬古亞洲構(gòu)造域的范疇.北部和南部陸緣活動(dòng)帶以對(duì)接帶分開,該對(duì)接帶是在加里東期板塊匯聚作用中發(fā)展而來,是早二疊世晚期之后西拉木倫深斷裂的幼年期,具有雙向俯沖的拼合模式(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1996).西拉木倫斷裂帶為一條寬20km,長(zhǎng)達(dá)數(shù)千公里的復(fù)雜斷裂帶,其深度達(dá)莫霍面,屬超巖石圈深斷裂帶,雙井微地塊發(fā)育在該斷裂帶內(nèi),對(duì)斷裂帶的發(fā)生、發(fā)展起著重要作用.微地塊中的花崗質(zhì)片麻巖侵入到雙井片巖中(圖1),巖體內(nèi)部常見雙井片巖捕虜體,與圍巖的接觸關(guān)系較復(fù)雜,可見混合巖化的漸變過渡接觸關(guān)系和界線截然的侵入接觸關(guān)系.巖石變形強(qiáng)烈,片麻理發(fā)育,多為高角度南傾,局部直立,拉伸線理發(fā)育,傾向70°～90°,傾角±15°.強(qiáng)變形帶可見糜棱結(jié)構(gòu)和眼球狀-流狀構(gòu)造.房框子溝花崗質(zhì)片麻巖NEE向展布于林西縣雙井鎮(zhèn)的房框子溝村一帶,故而得名.巖體規(guī)模不大,與雙井片巖的接觸界面為條帶狀的混合巖帶(李益龍等,2007,2008),具漸變過渡特點(diǎn),巖體中有大量的偉晶巖脈和輝綠巖脈貫入,偉晶巖脈發(fā)育與巖體一致的片麻理.巖體邊緣呈淺灰色、云染狀、中粒等粒結(jié)構(gòu)、片麻狀構(gòu)造.礦物組成為:石英25%、斜長(zhǎng)石35%、鉀長(zhǎng)石20%、角閃石10%、黑云母8%、白云母2%,暗色礦物分布不均勻,局部具霧迷狀構(gòu)造.巖體中央呈灰白色,結(jié)構(gòu)均一,細(xì)粒等粒結(jié)構(gòu),片麻狀構(gòu)造,礦物組成為:石英30%、斜長(zhǎng)石35%、鉀長(zhǎng)石30%、黑云母5%.本次測(cè)定的兩個(gè)樣品分別選自巖體的邊緣(8875)和中央(8877).2測(cè)試儀器和分析方法樣品采用常規(guī)方法進(jìn)行破碎,經(jīng)浮選和磁選后,再在雙目鏡下挑選出晶形和透明度較好的鋯石顆粒制成樣品靶,鋯石樣品靶的制備與SHRIMP定年鋯石樣品制備方法基本相同(宋彪等,2002).鋯石的陰極發(fā)光(CL)顯微照相在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,測(cè)試儀器為裝在熱場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡(Quanta400FEG)上的Gatan陰極發(fā)光儀(MonoCL3+),分析電壓為10kV,電流為240μA.巖體邊緣(8875)和中央(8877)的樣品中的鋯石特征相似,均為自形柱狀,長(zhǎng)寬比1.5∶1～2∶1,具有明顯的核-邊結(jié)構(gòu).核部結(jié)構(gòu)均勻,部分可見巖漿振蕩環(huán)帶;邊部呈斑雜狀,切割原巖鋯石環(huán)帶,顯示經(jīng)歷過變質(zhì)重結(jié)晶作用(WuandZheng,2004).巖體邊緣和中央樣品中的鋯石粒度相差較大,鋯石長(zhǎng)軸分別為100～160μm和60～110μm(圖2).3樣品處理和分析方法鋯石LA-ICP-MS原位U-Pb同位素年齡分析(表1,表2)在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成.測(cè)試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7500a)和準(zhǔn)分子激光剝蝕系統(tǒng)(GeoLas2005)聯(lián)機(jī),激光器為193nmArF準(zhǔn)分子激光器.激光剝蝕斑束直徑為32μm,激光剝蝕樣品的深度為20～40μm.實(shí)驗(yàn)中采用He作為剝蝕物質(zhì)的載氣.鋯石年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)(Wiedenbecketal.,1995),元素含量采用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)局研制的人工合成硅酸鹽玻璃NISTSRM610作為外標(biāo)(Pearceetal.,1997),29Si作為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正.采樣方式為單點(diǎn)剝蝕,數(shù)據(jù)采集選用一個(gè)質(zhì)量峰一點(diǎn)的跳峰方式(peakjump-ing),每完成4～5個(gè)測(cè)點(diǎn)的樣品測(cè)定,加測(cè)標(biāo)樣一次.在15～20個(gè)鋯石樣品分析點(diǎn)前后各測(cè)2次NISTSRM610.樣品的同位素比值和元素含量數(shù)據(jù)處理采用GLITTER(ver4.0,Macquarieuniversity)程序計(jì)算,普通Pb采用Andersen的3D坐標(biāo)法進(jìn)行校正(Andersen,2002),加權(quán)平均年齡及諧和圖的繪制采用ISOPLOT(ver3.00)(Ludwig,1991)完成.3.1采自巖體邊緣樣品中鋯石th、u和th/u研究不同成因的鋯石有不同的Th、U含量和Th/U比值:巖漿鋯石的Th、U含量較高,Th/U比值較大(一般大于0.4);變質(zhì)鋯石的Th、U含量低,Th/U比值小(一般小于0.1)(WuandZheng,2004).但對(duì)明顯發(fā)生變質(zhì)重結(jié)晶的鋯石,其Th、U含量降低,Th/U值可能不變或變化不大,有的甚至變大(Vavraetal.,1996,1999).對(duì)邊緣云染狀的花崗質(zhì)片麻巖樣品(8875)中的鋯石分析了23個(gè)點(diǎn)(表1),其中13個(gè)在柱狀鋯石的核部(表1中8875-1～13),10個(gè)在邊部(表1中8875-14～23).鋯石核部13個(gè)分析點(diǎn)的Th/U值變化范圍為0.48～0.88,均大于0.4,表明鋯石核部保存了巖漿成因的特征.Th含量變化于46.38×10-6～1405.25×10-6,U含量變化于88.97×10-6～1597.36×10-6.鋯石邊部的10個(gè)分析點(diǎn)的Th/U值變化范圍為0.37～0.74,Th含量變化于26.95×10-6～1901.86×10-6,U含量變化于72.98×10-6～2562.13×10-6.對(duì)中央均質(zhì)的花崗質(zhì)片麻巖樣品(8877)中的鋯石分析了17個(gè)點(diǎn)(表2),其中11個(gè)在柱狀鋯石的核部(表2中8877-1～11),6個(gè)在邊部(表2中8877-12～17).鋯石核部11個(gè)分析點(diǎn)的Th/U值變化范圍為0.42～0.79,保存了巖漿成因的特征.Th含量變化于44.66×10-6～192.47×10-6,U含量變化于81.16×10-6～317.78×10-6.鋯石邊部的6個(gè)分析點(diǎn)的Th/U值變化范圍為0.41～0.76,Th含量變化于50.43×10-6～151.19×10-6,U含量變化于87.90×10-6～199.25×10-6.可以看出,采自巖體邊緣樣品中的鋯石Th、U含量和Th/U比值的變化范圍均大于采自巖體中央樣品中的鋯石,說明巖體邊緣較內(nèi)部經(jīng)歷了更強(qiáng)烈的后期變質(zhì)事件,導(dǎo)致鋯石發(fā)生了更強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用.3.2鋯石邊部及中央均質(zhì)的花崗質(zhì)片麻巖圖16邊緣云染狀花崗質(zhì)片麻巖樣品(8875)的23個(gè)分析點(diǎn)都靠近在諧和線上,鋯石核部的13個(gè)分析點(diǎn)集中于諧和線上一點(diǎn),206Pb/238U加權(quán)平均年齡為271.9±1.6Ma(MSWD=0.73)(圖3a);鋯石邊部的10個(gè)分析點(diǎn)給出的年齡值的分布范圍較大,206Pb/238U年齡介于231±2Ma～262±3Ma之間(圖3b).中央均質(zhì)的花崗質(zhì)片麻巖樣品(8877)的17個(gè)分析點(diǎn)也都靠近在諧和線上,鋯石核部的11個(gè)分析點(diǎn)集中于諧和線上一點(diǎn),206Pb/238U加權(quán)平均年齡為264.8±1.8Ma(MSWD=1.04)(圖3c);鋯石邊部的6個(gè)分析點(diǎn)給出的年齡值的分布范圍較大,206Pb/238U年齡介于233±2Ma～257±3Ma之間(圖3d).4巖石學(xué)和成巖時(shí)代華北板塊與西伯利亞板塊最終縫合帶的位置和碰撞縫合的時(shí)間是研究區(qū)存在的一個(gè)重要問題,目前多數(shù)學(xué)者認(rèn)為內(nèi)蒙古北部錫林浩特(賀根山)-蘇尼特左旗-索倫敖包一帶是華北板塊北緣和西伯利亞板塊南緣最終縫合帶(邵濟(jì)安,1986;內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991;唐克東和張?jiān)势?1991;Xuetal.,1996;郝旭和徐備,1997),而最終碰撞對(duì)接時(shí)代一直沒有定論.陳斌等(2001)對(duì)蘇尼特左旗南的弧巖漿巖和碰撞花崗巖分別進(jìn)行了定年,在弧巖漿巖中得出鋯石SHRIMPU-Pb年齡490±8Ma和309±8Ma,在碰撞花崗巖中得出Rb-Sr全巖等時(shí)線年齡228±21Ma和鋯石SHRIMPU-Pb年齡254±4Ma,提出蘇尼特左旗一帶的碰撞縫合應(yīng)該發(fā)生在310～230Ma之間.李錦軼等(2007)對(duì)雙井西邊的中生代侵入體進(jìn)行了研究,指出該侵入體是殼源的,可能主要來源于古生代增生-碰撞雜巖和相對(duì)古老的大陸邊緣的重熔,鋯石SHRIMPU-Pb年齡為229.2±4.1Ma和237.5±2.7Ma,為三疊紀(jì)中期侵位,提出西伯利亞與華北板塊之間沿西拉木倫縫合帶的碰撞始于二疊紀(jì)中期約270Ma,于三疊紀(jì)中期結(jié)束.碰撞的起始時(shí)間與本文報(bào)道的房框子溝花崗質(zhì)片麻巖給出的鋯石LA-ICPMSU-Pb年齡范圍一致,該片麻巖記錄了華北板塊與西伯利亞板塊在林西地區(qū)碰撞縫合的時(shí)間.房框子溝花崗質(zhì)片麻巖原巖屬鈣堿性系列S型花崗巖(內(nèi)蒙古自治區(qū)第十地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院,1998),其形成與碰撞造山有關(guān).巖體邊緣樣品中鋯石核部給出的年齡(271.9±1.6Ma)是巖體開始侵位的時(shí)間,代表了華北板塊與西伯利亞板塊沿西拉木倫縫合帶碰撞縫合機(jī)制下巖漿開始活動(dòng)的時(shí)間;巖體中央樣品中鋯石核部給出的年齡(264.8±1.8Ma)代表了巖體主體侵位的時(shí)間;兩個(gè)樣品中鋯石邊部給出的年齡范圍基本一致,介于231～262Ma之間,表明巖體侵位后兩板塊的碰撞仍在繼續(xù),巖體在持續(xù)的擠壓與剪切應(yīng)力下發(fā)生變形變質(zhì)而發(fā)育NEE向的片麻理.房框子溝花崗質(zhì)片麻巖南部的侵入體與李錦軼等(2007)報(bào)道的雙井子巖體為同一個(gè)巖體(圖1),該巖體局部具有片麻狀構(gòu)造和蠕英構(gòu)造,面理呈NEE向,變形強(qiáng)烈處發(fā)育NEE向的拉伸線理,與房框子溝片麻巖中的線理方向基本一致,證實(shí)華北板塊與西伯利亞板塊的碰撞縫合持續(xù)到了230Ma.綜上所述,房框子溝花崗質(zhì)片麻巖原巖是華北板塊與西伯利亞板塊碰撞縫合造成陸殼加厚而發(fā)生重熔的產(chǎn)物,巖漿在271.9±1.6Ma開始侵