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内蒙古苏尼特右旗晚石炭世本巴图组火山岩地球化学特征及构造意义

潘世语  
【摘要】:内蒙古地区晚石炭世本巴图组火山岩出露较差,查明区内本巴图组火山岩的岩石组合、地球化学特征等,对研究区域晚古生代古亚洲洋的构造演化提供重要证据。 论文选择苏尼特右旗地区晚石炭世本巴图组火山岩作为研究对象,主要解决其岩石组合特征、地球化学属性的问题,通过对火山岩的岩石学、地球化学数据的分析,解决本巴图组火山岩的岩浆源区特征及成因过程,阐明火山岩形成的大地构造背景。结合区域早-晚石炭世岩浆弧、贺根山蛇绿岩以及地层学等方面资料,探讨晚古生代古亚洲洋构造演化过程。 1.本巴图组火山岩的时空分布规律 本巴图组火山岩主要出露于内蒙古苏尼特右旗东北部地区,其岩性以玄武安山岩为主,含少量英安岩和安山岩。通过对本巴图组火山岩的安山岩样品(ZQ50-112)进行锆石U-Pb同位素LA-ICP-MS技术测年,测年结果显示为300.9±1.6Ma,形成于晚石炭世。 2.苏尼特右旗地区本巴图组火山岩的岩石组合与地球化学特征 本巴图组火山岩以玄武安山岩为主,含少量英安岩和安山岩,属于低钾拉斑玄武岩系列。 火山岩的SiO_2含量介于46.58%~64.84%,去LOI之后,重新计算SiO_2含量变化于52.30%~68.35%之间,具有相对较高的Al_2O_3(12.44%~15.09%)、TiO_2(0.61%~2.52%)和Na_2O(2.82%~5.48%),且相对贫镁Mg#=16~53,贫钾(0.08%~0.47%)的特征;随着SiO_2含量的不断增加主量元素FeOT、MgO、TiO_2、CaO、P_2O_5、Al_2O_3、K_2O含量明显呈降低的趋势;而Na_2O的含量则表现出增高的趋势。 本巴图组火山岩中从玄武安山岩、安山岩到英安岩具有相似的稀土元素特征:稀土元素总量(∑REE=46.48μg/g~203.04μg/g),具有中等富集的特征,δEu值变化于0.68~0.90。在稀土元素球迷粒陨石标准化配分曲线上,本巴图组火山岩呈平坦型,具有轻、重稀土元素分馏不明显及轻微到弱的铕异常的特征。在微量元素原始地幔(Primitive mantle)标准化蛛网图中,本巴图组火山岩普遍具有富集Th、U、La、Ce、Zr、Hf等不相容元素,相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等的特征。在稀土元素球粒陨石标准化配分曲线和原始地幔标准化微量元素蛛网图上,本巴图组火山岩均显示了与圣基茨岛弧火山岩相似的特征。结合本巴图组火山岩的球粒陨石标准化配分曲线从玄武安山岩、安山岩到英安岩呈近平行上移的特征和Harker图解中主量元素随SiO2含量变化的特征,认为本巴图组火山岩的成分变化是同源岩浆分离结晶作用的结果。 3.本巴图组火山岩的源区性质及其岩浆演化特征 本巴图组火山岩中未发现有幔源包裹体的存在,其Mg#、Sc、Co、Ni值均小于地幔原始岩浆的成分范围,说明形成本巴图组火山岩的岩浆并非是幔源的原始岩浆。 本巴图组火山岩的岩石学、地球化学特征,与俯冲带发育的正常的岛弧火山岩和埃达克岩的对比表明,本巴图组火山岩的初始岩浆起源于受俯冲洋壳脱水流体交代的上覆地幔楔的部分熔融;在岩浆演化的过程中,经历了以斜长石等矿物为主的分离结晶作用。 4.本巴图组火山岩的构造背景 苏尼特右旗本巴图组火山岩的岩石组合、岩石系列特征类似于岛弧火山岩。火山岩的稀土元素球粒陨石标准化配分曲线与圣基茨典型的岛弧火山岩相似;微量元素原始地幔标准化蛛网图显示了相对富集Th、U、La、Ce、Zr、Hf等不相容元素,相对亏损高场强元素Nb、Ta、Ti等的特征,亦与圣基茨岛弧火山岩相近。在玄武岩的La-Y-Nb构造环境判别图解中,火山岩样品均落入到岛弧火山岩区内。在La/Nb-La/Ti图解中,通过对典型的构造环境下产出的火山岩进行对比,显示了同圣基茨岛弧火山岩相似的成分特征,进一步说明本巴图组火山岩形成于岛弧环境。 5.区域石炭纪-早二叠世主要岩浆活动 区域内,早石炭世末-晚石炭世初在苏左旗-西乌旗一带发育活动大陆边缘岩浆弧;晚石炭世末-早二叠世初形成南侧本巴图组火山岩;早二叠世早期形成北侧贺根山蛇绿岩。 根据上述区域石炭纪-早二叠世火山岩和花岗质侵入岩以及贺根山蛇绿岩的地球化学成因特征、时空演化规律,结合区域地层学分析,取得以下基本认识: (1)研究区本巴图组火山岩岩石组合为玄武安山岩、安山岩和少量英安岩,地球化学性质属于低钾拉斑玄武岩系列,形成于晚石炭世(300.9±1.6Ma)。 (2)火山岩富集大离子亲石元素,相对亏损Nb、Ta、Ti等高场强元素,具有与圣基茨岛弧火山岩相似的地球化学性质。 (3)提出古亚洲洋在石炭纪期间,沿佳蒙地块南缘存在向北俯冲作用,俯冲板片在晚石炭世发生后撤作用,形成石炭纪岩浆弧自北向南迁移,并伴随北部贺根山弧后蛇绿岩的形成,认为古亚洲洋最终沿西拉木伦河一线闭合,陆-陆碰撞时间可能为晚二叠世-早三叠世。


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