內(nèi)蒙古中部溫都爾廟群形成時代及成因的鋯石u-pb年代學(xué)研究

內(nèi)蒙古中部溫都爾廟群形成時代及成因的鋯石u-pb年代學(xué)研究

1溫都爾廟群形成時代的探討蒙古地質(zhì)秘書處（1958（1））對100萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查進行了命名。這是指蘇尼特旗右旗帶下部為綠巖，頂部為含糊巖和扁豆巖的變質(zhì)層，分為南帶和北帶。南帶出露在溫都爾廟-圖林凱一線,北帶位于二道井-蘇尼特左旗南部-紅格爾一線(圖1b)。多數(shù)學(xué)者認為南帶的溫都爾廟群具有蛇綠巖套特征,并用溝-弧-盆體系概況其演化特征(唐克東等,1983;唐克東,1992;王東方,1985;胡曉等,1990;邵濟安,1991;Jianetal.,2008)。至于北帶的溫都爾廟群,一些學(xué)者認為是卷入俯沖混雜帶中的古老塊體(徐備和陳斌,1997;徐備;1998;張臣和吳泰然,2001);或是由不同時代地層拼貼而成,包括古元古代寶音圖群、中-新元古代溫都爾廟群和早古生代蛇綠混雜堆積,認為溫都爾廟群屬于被動陸緣沉積,不是大洋殼殘片(張臣和吳泰然,1999,2001)。另一些學(xué)者認為北帶存在一個古生代溝-弧-盆體系(邵濟安,1991;唐克東,1992;徐備和陳斌,1997;Jianetal.,2008),其中的溫都爾廟群屬于增生雜巖(Xiaoetal.,2003)。最近徐備等(2011(2))研究認為北帶溫都爾廟群屬于洋殼,為混雜巖帶的基質(zhì)?？梢妼囟紶枏R群構(gòu)造屬性的認識存在明顯分歧。而其形成時代,由于缺少生物信息及可靠的測年數(shù)據(jù)也一直沒有定論。最早1∶100萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查將其歸屬晚泥盆世-早石炭世。1∶20萬白乃廟幅、鑲黃旗幅(溫都爾廟群南帶)、紅格爾幅、蘇尼特左旗幅(溫都爾廟群北帶)等(內(nèi)蒙古地質(zhì)局區(qū)域地質(zhì)測量隊,1975(3))多數(shù)將其歸屬早古生代。唐克東(1992)依據(jù)綠片巖和絹云母石英片巖Rb-Sr年齡(435±61Ma和509±40Ma)以及K-Ar年齡(463~473Ma)認為形成于震旦紀-寒武紀。王東方(1985)通過接觸關(guān)系、變質(zhì)作用、蛇綠巖組合、古生物及其測年數(shù)據(jù)等綜合分析認為,溫都爾廟群可能形成于晚前寒武紀末-中志留世,其中綠片巖和硅質(zhì)巖形成于中晚寒武世-早志留世。胡曉等(1990)也認為其主要形成于寒武紀,但上部可能包括了早奧陶世地層。內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)志(內(nèi)蒙古地質(zhì)礦產(chǎn)局,1991)將溫都爾廟群歸屬早寒武世。聶風(fēng)軍等(1994)、張臣和吳泰然(1998)根據(jù)Sm-Nd(961±66Ma)、Rb-Sr同位素年齡將其劃分為新元古代。徐備等(2011)在溫都爾廟群北帶火山巖中獲得SHRIMP年齡為459.6±3.6Ma,絹云石英片巖鋯石ICP-MS最小年齡為488Ma,據(jù)此認為其形成于中奧陶世。Jianetal.(2008)最近獲得溫都爾廟蛇綠巖(變質(zhì)輝長巖和斜長花崗巖)鋯石SHRIMP年齡497~477Ma,埃達克質(zhì)英安巖458Ma(劉敦一等,2003),表明其形成時代可能在寒武紀-奧陶紀,但這個年齡主要是蛇綠巖部分,不能涵蓋上部的哈爾哈達組。基于上述問題,本次工作除對下部綠片巖組進行定年外,對上部沉積成因的變質(zhì)巖組開展了碎屑鋯石定年。本文報道這些新的成果,為限定溫都爾廟群時代提供更多的可靠數(shù)據(jù),對中亞造山帶早古生代俯沖增生演化過程的認識具有重要意義。2溫都爾廟群南-北帶溫都爾廟群分布在中亞造山帶東段內(nèi)蒙古中部地區(qū),按照Xiaoetal.(2003)觀點,大地構(gòu)造位置上屬于溫都爾廟俯沖-增生雜巖帶及二道井增生雜巖帶(圖1)。溫都爾廟群的南帶位于溫都爾廟早古生代增生帶中,南側(cè)依次為白奶廟島弧、華北克拉通。溫都爾廟群北帶歸屬二道井增生雜巖帶,南接溫都爾廟俯沖-增生雜巖帶,北臨寶力道弧增生雜巖帶,各構(gòu)造單元間均為斷裂接觸(Xiaoetal.,2003)。區(qū)域出露的地層主要有新元古代艾勒格廟組、古元古代寶音圖群,它們分布在本巴圖西北和紅格爾-蘇左旗南部,屬于錫林浩特古地塊的一部分。古生代地層有晚志留世-早泥盆世西別河組、泥盆紀色日巴彥敖包組、石炭紀本巴圖組和阿木山組、二疊紀哲斯組。中生代火山-沉積地層不整合覆蓋在古生代及以前地質(zhì)體之上。侵入巖有寶力道古生代島弧花崗巖類(Chenetal.,2000;石玉若等,2004)、三疊紀花崗巖(石玉若等,2007),德言其廟古生代斜長角閃巖和斜長花崗巖。南帶溫都爾廟群出露較好,在哈爾哈達被石炭紀阿木山組不整合覆蓋。在圖林凱南西發(fā)育東西向超基性巖透鏡體。變質(zhì)程度為綠片巖相,但德言其廟一帶可達到角閃巖相。發(fā)育南北兩條藍閃-硬柱石高壓變質(zhì)帶:南帶橫貫大敖包-小敖包-烏蘭敖包一線,長40多千米;北帶以哈爾哈達的烏蘭溝發(fā)育最好,西延到哈達北,東延可達白音諾爾。含藍閃石的巖石類型主要有鈉長藍閃片巖、鈉長綠泥藍閃片巖、綠簾綠泥藍閃石片巖、藍閃綠簾大理巖等(胡曉等,1990)。溫都爾廟群可詳分為兩個組:下部桑達來呼都格組、上部哈爾哈達組(唐克東,1992;圖2)。桑達來呼都格組是一套原巖以玄武巖為主的綠色片巖組合,局部夾碳酸鹽巖透鏡體,下部為輝長巖體,未見底,與上覆的哈爾哈達組整合接觸。哈爾哈達組為一套絹云(二云、綠簾)石英片巖、含鐵石英巖夾大理巖透鏡體、綠片巖,著名溫都爾廟鐵礦主要產(chǎn)于該組。上述巖性組合主要反映了溫都爾廟群孫德拉圖一帶地層剖面特征(唐克東等,1983)。野外調(diào)查表明,在布圖木吉孫德拉圖溫都爾廟剖面附近桑達來呼都格組上部(近頂部)夾有蝕變安山巖、玄武安山巖層,構(gòu)成玄武巖-安山玄武巖-安山巖組合。該安山巖層(巖石組合)在白音諾爾北也有出露。實際上,前人在溫都爾廟群中已經(jīng)把該層安山巖劃分出來,巖性組合為灰綠色青盤巖化安山巖、片理化安山玢巖和綠泥片巖夾鈉長石英片巖、大理巖(原汗白廟巖組第二巖段),區(qū)域延伸至少10km以上;該段之上(原汗白廟巖組第三巖段)即為現(xiàn)在的哈爾哈達組(1∶20萬鑲黃旗幅)。北帶溫都爾廟群只在本巴圖西側(cè)地區(qū)進行了組的劃分,在二道井-紅格爾一線沒有詳細劃分,統(tǒng)稱溫都爾廟群(圖1b)。該群中含有較多基性-超基性巖、大理巖、石英巖及藍片巖巖塊,被認為是蛇綠混雜巖,被晚泥盆世色日巴彥敖包組不整合覆蓋(唐克東,1992;Xiaoetal.,2003;徐備和陳斌,1997;徐備等,2001)。北帶二道井-紅格爾一線溫都爾廟群的巖性組合主要為二云(絹云、綠簾)綠泥石英片巖、石英巖、含鐵石英巖(鐵礦層)夾薄層大理巖、少量基性火山巖。其中的含鐵建造與南帶完全可以對比,從而也說明溫都爾廟群南帶和北帶形成構(gòu)造環(huán)境相似。從巖性組合特征來看,二道井-紅格爾一帶的溫都爾廟群主要為哈爾哈達組。研究樣品取自溫都爾廟群南帶和北帶。1ONM140號樣品采自溫都爾廟群北帶二道井鐵礦采坑,巖性組合為絹云石英片巖、千枚巖、石英巖和鐵礦層,夾少量變質(zhì)玄武巖,屬于哈爾哈達組。1ONM140號樣品巖性為絹云長英質(zhì)千枚巖,主要由近70%的長英質(zhì)和30%的絹云母組成。長英質(zhì)他形粒狀(少量次棱角狀),顆粒一般小于0.05mm,定向分布。絹云母,鱗片狀,首尾相連構(gòu)成千枚狀構(gòu)造。此外有少量鐵質(zhì)、電氣石和后期碳酸鹽巖脈。1ONM142號樣品采于溫都爾廟南帶布圖木吉附近桑達來呼都格組上部(近頂部),夾于片理化方解綠泥片巖(原巖為基性火山巖)中的變質(zhì)安山巖。變質(zhì)安山巖主要由斜長石80%~85%、綠泥石10%、鐵質(zhì)5%~10%組成。斜長石小于0.2mm,多呈半自形板條狀,雜亂或者半定向分布,少量具綠泥石化。暗色礦物分布在斜長石中間,多被綠泥石交代。此外巖石中還見有沿裂隙充填的方解石、石英和綠泥石,多者可達到55%。1ONM143號樣品采自南帶布圖木吉西測哈爾哈達組的鐵礦采坑。根據(jù)鐵礦賦存部位(胡曉等,1990),采樣層位相當于哈爾哈達組的下部。鐵礦采坑巖性組合為絹云石英片巖、絹云石英巖夾鐵礦層。1ONM143號樣品為石英巖,主要由石英97%~99%,少量絹云母組成。石英定向分布,多齒狀,亞顆粒發(fā)育,少量為砂狀。絹云母1%~3%,細長鱗片狀,往往與石英相間分布表現(xiàn)出變余層理構(gòu)造特征,原巖為石英砂巖。3la-mc-icpms測年u-pb同位素樣品粉碎到80目,經(jīng)過分選之后用手工在顯微鏡下挑選出鋯石,然后挑選裂紋少、透明度較好、干凈的鋯石制靶,拍攝鋯石透反射光照片、陰極發(fā)光(CL)圖像,以便做鋯石成因分析。鋯石U-Pb分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所進行,采用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICPMS)進行微區(qū)原位U-Pb同位素測定。儀器配置和實驗流程見有關(guān)文獻(李懷坤等,2009,2010)。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(Jacksonetal.,2004),采用中國地質(zhì)大學(xué)劉勇勝研發(fā)的ICPMSDataCal程序(Liuetal.,2009)和Ludwid的Isoplot程序(Ludwig,2003)進行數(shù)據(jù)處理,應(yīng)用208Pb校正法對普通鉛進行校正(Anderson,2002),利用NIST612玻璃標樣作為外標計算鋯石樣品的Pb、U、Th含量。4鋯石進行長期資本特性分析三個樣品鋯石LA-MC-ICPMSU-Pb同位素分析結(jié)果及年齡列在表1。圖3是三個樣品代表性鋯石陰極發(fā)光特征。圖4展示了三個樣品鋯石分析的U-Pb諧和曲線圖、206Pb/238U年齡頻率分布圖。4.1樣品10聶馬1404.2巖漿鋯石成因關(guān)系變質(zhì)安山巖。鋯石CL圖像顯示,鋯石為長柱狀或者短柱狀,晶棱較清楚。一些具有較清楚的生長環(huán)帶,有的不明顯,但總體顯示巖漿鋯石成因特征(圖3)。該樣品共測試14個鋯石,其中11個分析點(1、3~4、6~12、14)206Pb/238U表明年齡加權(quán)平均值為470±2Ma(圖4)。根據(jù)鋯石具有巖漿成因、也沒有變質(zhì)增生邊的特點,該年齡被解釋成巖石的形成年齡。另外分析點2、5為不可靠或離群點,13點獲得較年輕年齡,可能為混入的巖漿鋯石,它們沒有參加年齡計算。4.3巖石學(xué)和年代學(xué)特征石英巖。其鋯石CL圖像顯示鋯石形態(tài)自形,晶棱清楚,發(fā)育很好的生長環(huán)帶結(jié)構(gòu),未見變質(zhì)增生邊,為巖漿成因鋯石(圖3)。樣品共分析61個點,206Pb/238U的年齡范圍在384~493Ma之間。最年輕的幾個分析點(3,7,28,59)年齡在384~400Ma之間,不在諧和線上,為鉛丟失后的年齡。分析點(1,4,8,9,14,26,53)等年齡多在424~438之間,加權(quán)平均年齡為431±4.3Ma(其中最年輕的年齡為418Ma,因只有一個年齡,不具代表性),代表了該巖石中最年輕一組碎屑鋯石的年齡(早中志留世)。但多數(shù)鋯石年齡在450~480Ma范圍(主峰),加權(quán)平均年齡464±2.3Ma(n=43)(圖4),主要為奧陶紀碎屑鋯石。綜合考慮兩個碎屑巖鋯石測年樣品(10NM140、10NM143)數(shù)據(jù),碎屑鋯石主體峰值年齡在460Ma左右,其中最年輕的一組鋯石在424~430Ma之間。此外含有1227Ma、1564Ma的古老巖石信息。5討論5.1哈爾哈達組南帶設(shè)置時代上述測年結(jié)果表明,溫都爾廟群下部桑達來呼都格組(近頂部)變質(zhì)安山巖形成年齡為470±2Ma,為中奧陶世?？紤]前人采自桑達來呼都格組綠片巖的藍閃石40Ar-39Ar年齡為445.6±15Ma(唐克東,1992),說明桑達來呼都格組頂界的時代可能為晚奧陶世,而劉敦一等(2003)在圖林凱附近發(fā)現(xiàn)了該套地層中確實存在晚奧陶世的埃達克質(zhì)英安巖(458Ma)。溫都爾廟群上部哈爾哈達組,北帶10NM140樣品最年輕的鋯石年齡在445~447Ma之間,代表該巖石形成下限可能為晚奧陶世,其碎屑鋯石來源于北側(cè)白音寶力道奧陶紀巖漿弧和錫林浩特地塊(1227Ma和1564Ma鋯石),暗示其處于弧前增生楔的位置;而哈爾哈達組南帶10NM143樣品較年輕的一組鋯石年齡多在424~438Ma,加權(quán)平均年齡為431±4.3Ma,其形成下限可能在中志留世。Deetal.(2006)在烏蘭溝北側(cè)歸屬于哈爾哈達組的糜棱巖中獲得多硅白云母39Ar-39Ar坪年齡為453.2±1.8Ma,449.4±1.8Ma,被解釋為俯沖增生時的高壓變質(zhì)時代,也就是說哈爾哈達組下部有一部分地層形成于晚奧陶世。綜合考慮,哈爾哈達組形成時代可能在晚奧陶世-中志留世之間。但這與唐克東(1992)在該組上部硅質(zhì)巖中采到寒武紀開腔骨化石Chancelloriids相矛盾?？紤]到溫都爾廟群不是一般地層概念的群,而是由俯沖作用形成的一個混雜巖(徐備等,2011),或者為俯沖增生雜巖(Xiaoetal.,2003),那么這些賦含寒武紀微體化石的地層很可能是混進去的巖塊,亦或就是其中一部分地層。區(qū)域上該套地層被晚志留世-早泥盆世西別河組(原稱那清組)不整合覆蓋(唐克東等,1983;胡曉等,1990),限定了該群(哈爾哈達組)形成時代上限,即不會晚于晚志留世。最近Jianetal.(2008)在圖林凱南側(cè)獲得斜長花崗巖、變質(zhì)輝長巖鋯石SHRIMP年齡分別為490.1±7.1Ma、479.6±2.4Ma,并認為它們屬于SSZ型蛇綠巖,形成時代497~477Ma。一般認為蛇綠巖形成于海底擴張時期,通常代表下部洋殼(簡平等,2003及其參考文獻)。綜合考慮,推斷溫都爾廟群形成的下限可能為寒武紀。如此,桑達來呼都格組形成時代可能在寒武紀-晚奧陶世,哈爾哈達組形成時代在晚奧陶世-中志留世。溫都爾廟群主體形成時代可能為寒武紀-中志留世。這與早期王東方(1985)綜合分析得出的結(jié)論相同。5.2溫都爾廟群形成多島弧盆系構(gòu)造格局的可能多數(shù)學(xué)者認為溫都爾廟群為大洋蛇綠巖套(唐克東等,1983;唐克東,1992;王東方,1985;胡曉等,1990),但本研究發(fā)現(xiàn)的玄武巖-玄武安山巖-安山巖組合顯然不是大洋蛇綠巖的組合,而是一種島弧巖石組合。根據(jù)溫都爾廟群形成構(gòu)造背景,這種組合很可能是洋內(nèi)弧的產(chǎn)物。也就是說,在奧陶紀時期溫都爾廟洋盆中可能存在洋-洋俯沖,發(fā)育洋內(nèi)島弧,比白乃廟-包爾漢圖島弧形成時代(Jianetal.,2008;唐克東,1992;胡曉等,1990)略早?？臻g上,他們很可能同時存在過,形成多條俯沖帶,構(gòu)成多島弧盆系的構(gòu)造格局。實際上,在溫都爾廟地區(qū)(南帶溫都爾廟群)發(fā)育了南北兩條高壓變質(zhì)帶,南帶可能代表形成白乃廟島弧的俯沖帶,北帶可能代表了形成洋內(nèi)弧的俯沖帶。而北帶二道井-紅格爾一帶的溫都爾廟群,不是中-新元古代古老地塊(張臣和吳泰然,1999),為寒武紀-中志留世不同時代地層和巖石混雜在一起的混雜巖,與其北側(cè)的白音寶力道奧陶紀島弧、二連-東烏旗北部奧陶紀弧后盆地構(gòu)成早古生代溝-弧-盆體系。晚期發(fā)育的泥盆紀藍片巖383Ma(徐備等,2001)、交其爾的蛇綠巖(斜長花崗巖343±7Ma,Miaoetal.,2007)是疊加其上,或晚古生代繼續(xù)俯沖造山的產(chǎn)物。可見,將溫都爾廟群僅僅看成大洋蛇綠巖套的認識過于簡單。它的形成時間幾乎跨越了整個早古生代。在這個漫長過程中,可能包括了不同時期的洋內(nèi)弧、弧間盆地、弧前增生楔、大洋