华北克拉通乌拉山地区古元古...晶岩脉年代学特征及地质意义_钟炽涛.pdf

收稿日期:2022 10 18;修订日期:2023 02 13作者简介:钟炽涛(1998)，男，硕士研究生，专业方向:地质学。基金项目:大兴安岭成矿带南段地质矿产调查项目(1212011120718);环境重点实验室开放基金项目(NE1403)。第 41 卷第 1 期2023 年 2 月江西科学JIANGXISCIENCEVol 41 No 1Feb 2023doi:1013990/j issn1001 3679 202301024华北克拉通乌拉山地区古元古代含磁铁矿伟晶岩脉年代学特征及地质意义钟炽涛(东华理工大学地球科学学院，330013，南昌)摘要:华北克拉通北缘构造活动频繁，特别是从太古宙到印支期，伴随着山前大断裂的多次活动，形成了多期次的岩浆侵入体或岩脉。以内蒙古乌拉山地区含磁铁矿伟晶岩脉为研究对象，通过 LA ICP MS 锆石 U Pb 测年技术，精确测定了含磁铁矿伟晶岩形成时代为(1 817 18)Ma，为古元古代鄂尔多斯陆块与阴山陆块碰撞的背景下，孔兹岩系发生深熔作用形成的产物，其形成、演化与“吕梁运动”密切相关，代表了华北克拉通北缘 1 85 17 Ga 的裂解事件。关键词:含磁铁矿伟晶岩脉;锆石 U Pb 定年;古元古代;乌拉山地区中图分类号:P618 5105文献标识码:A文章编号:1001 3679(2023)01 140 05Chronological Characteristics and Geological Significanceof Paleoproterozoic Magnetite Bearing Pegmatite Dykesin the Wula Mountains of the North China CratonZHONG Chitao(School of Earth Sciences，East China University of Technology，330013，Nanchang，PC)Abstract:In the North China craton northern margin tectonic activities are frequent，especially fromthe Archean to the Indochinese period，accompanied by the multiple activities of the pre mountainfault，the formation of multiple stages of magmatic intrusion or dike Taking the magnetite bearingpegmatites in the Ula Mountains area of Inner Mongolia as the research object，this paper accuratelydetermined the formation age of magnetite bearing pegmatites as(1 817 18)Ma by LA ICP MS Zircon U Pb dating technology，which is the product of deep melting in the Kunzi rock systemunder the background of the collision between the Paleoproterozoic Ordos land mass and the YinMountain land massif，and its formation and evolution are closely related to the“Lliang movement”，representing the cracking event of 185 17 Ga in the northern margin of the North China cratonKey words:magnetite bearing pegmatite dikes;Zircon U Pb dating;paleoproterozoic;Ulamountain0引言乌拉山地区位于华北陆块地区北缘，地质构造复杂，褶皱、断裂等活动频繁，构造演变历史悠久，岩浆活动频繁且强烈，在长期的地壳演化过程中，伴随着构造运动的发生、发展及消亡，具多期次、多类型的特征，形成时代跨度大1。岩石的塑性流动和变形伴随着变质作用、深熔作用和岩浆作用，形成了其独特的构造样式和多变的岩石组合特征。后期叠加的变质变形作用，特别是中生代板内造山作用的强烈改造，使得区内早前寒武纪变质杂岩进一步失去了连续性和构造格局的完整性。由南向北逆冲的大青山推覆构造体系和由北向南逆冲的色尔腾山逆冲推覆构造体系造成区内早前寒武纪变质杂岩体多以构造岩片形式产出，因而使得乌拉山岩群各岩性层之间及其与变质深成侵入体之间的构造接触界面性质更为复杂化，目前对其形成年限仍存在争议2 4。乌拉山地区的伟晶岩被划分为五台晚期、加里东期、吕梁期和燕山期，但是对于该地的花岗伟晶岩脉的同位素年龄确定仍需要进一步通过数据补充来实现。研究区的同位素年代学研究始于 20 世纪 60年代，前人利用 K Ar 同位素测试分析得出的年龄数据解释还有许多难点，如砖红色伟晶岩的年龄数据跨度很大，这其中可能存在燕山期岩浆活动的改造作用，这也可能牵涉到燕山期岩浆活动的作用以及其他复杂的地质和人为影响结果的因素5。20 世纪 80、90 年代主要采用 U Pb 法和b Sr 法，所获得的同位素年龄数据大致可分为2 组:第 1 组年龄值多数集中在 2 3002 400 Ma之间，第2 组年龄值为1 7001 900 Ma 之间。因此，对岩脉的准确定年及分期，是一项十分必要的工作。本文选取华北克拉通乌拉山地区地表出露较为广泛的含磁铁矿伟晶岩脉进行了锆石(LA ICPMS)U Pb 定年分析，从而确定其形成期限。1地质背景研究区属阴山山脉乌拉山西段，位于华北地台北缘，是华北克拉通西部孔兹岩带的典型代表，该区广泛出露高级变质岩，呈东西向狭窄山带。该区主要出露前寒武纪变质地层 新太古代乌拉山岩群，中太古代乌拉山岩群、新太古代色尔腾山岩群和元古宙梅代召岩群6 7。研究区岩浆岩主要分布于测区中西部苏布尔盖、达拉盖、诺尔音、脑木混霍校等地，在区域上呈北西 南东向展布，与本区构造方向一致，该岩浆岩带中分布有大量黑云斜长片麻岩和斜长角闪岩包体，片麻理化、伟晶岩化特征明显，侵入乌拉山岩群中。岩性为酸性岩类的二长花岗岩、正长花岗岩及碱长花岗岩，为 S 型花岗岩，是华北克拉通北缘吕梁期岩浆活动产物。新太古代乌拉山岩群是一套变质程度为高角闪岩相麻粒岩相的高级变质岩系，作为华北古老结晶基底的一部分，该地层经历了多期变质变形的叠加改造区内出露有乌拉特前旗呼和浩特断裂以及临河集宁断裂，自东向西分别分布在乌拉山 大青山地区的南北两侧，断裂控制着乌拉山 大青山山体的隆升和山前断陷盆地的形成8，地球物理资料显示，其均为深切地幔的深断裂。本区高级变质岩系可分为桑干群麻粒岩系、乌拉山群下亚群黑云角片麻岩系和乌拉山群上亚群孔兹岩系，以及侵位其中的变质深成岩体(图 1)9 11。研究区脉岩发育，种类较多，特征明显，可划分为伟晶岩脉、闪长岩脉、辉绿岩脉、花岗斑岩脉、花岗岩脉、花岗细晶岩脉等类型(表1)。伟晶岩脉类型多样，如浅白色斜长角闪岩脉、花岗伟晶岩脉、肉红色花岗伟晶岩脉和含磁铁矿伟晶岩脉等5。含磁铁矿伟晶岩脉呈北东 南西向分布在乌拉山南缘，大多呈带状或不规则状12，脉体宽度通常为几十厘米到数米不等，长度为几米到数百米，形成时代跨度大。根据以往研究，其形成于新太古代晚期至古元古代晚期13 14。表 1研究区脉岩类型及特征简表时代代号脉岩类型产状中生代q石英脉沿北西向断层发育石英斑岩脉近东西向和北西向中元古代花岗斑岩脉见于乌拉山岩群中闪长玢岩脉见于乌拉山岩群榴云片麻岩组中，近东西向闪长岩脉见于乌拉山岩群榴云片麻岩组中，近东西向辉绿(玢)岩脉近北东向展布古元古代碱长花岗岩脉近东西向展布肉红色细粒正长花岗岩脉近东西向和北东向展布 含磁铁矿伟晶岩脉 近北东 南西向展布肉红色花岗伟晶岩脉北东向和北西向斜长花岗伟晶岩近南北向展布新太古代斜长角闪岩脉北东或北西向展布变质辉绿辉长岩脉见于测区南部，呈东西向展布141第 1 期 钟炽涛:华北克拉通乌拉山地区古元古代含磁铁矿伟晶岩脉年代学特征及地质意义图 1乌拉山地区区域地质简图和样品采集点15 2样品采集及测试方法本次研究所采集的样品为含磁铁矿花岗伟晶岩脉。首先通过机械破碎的方式把样品处理后，再将其过 100 目筛，通过重力和磁选的方法将锆石从含磁铁矿花岗伟晶岩石中筛选出来，最后在双目镜下对所筛选的锆石进行挑选。锆石 U Pb年龄测试分析是在天津地质矿产研究所的 Nep-tune 等离子质谱仪上(LA ICP MS)完成的，分析方法见陈佩嘉等的文献16。分析测试数据用ICPMS DataCal 程序与 Isoplot 程序处理17，采用208Pb 校正法对普通铅进行校正。3分析结果3 1含磁铁矿伟晶岩脉岩相学特征含磁铁矿伟晶岩脉呈肉红色，花岗伟晶结构，块状构造。其主要矿物有钾长石、斜长石、磁铁矿以及石英。磁铁矿在野外呈团块状(图 2(a)，直径大小1 5 cm 不等，最大可达10 cm。岩脉走向为80 125，宽度处于1 2 m 间，地表出露长度大于 100 m，局部较破碎，围岩为角闪黑云二长片麻岩。片状磁铁石英岩(图 2(b)在镜下呈现灰白夹黑色，粒状变晶结构，带状和片麻状构造，主要矿物成分为石英，其次为磁铁矿。石英呈他形粒状，具有灰色干涉色和波状消光的特征。顺片理颗粒拉长，集合体呈条带状，含量约 70%。磁铁矿不透明，单晶呈不规则粒状或具长方形断面，集合体呈条带状，含量约 30%;含磁铁矿安山岩(图2(c)肉眼下呈灰色，矿物颗粒细小，镜下呈现少斑结构，基质交错，矿物成分斑晶占 3%，基质占97%，斑晶为绢云母化和方解石化中长石，基质为板条状中长石和绿泥石化角闪石微粒和微粒状磁铁矿交织而成。其中板条状中长石显示半平行排列。(a)野外露头;(b)条带状和片麻状构造，柱粒变晶结构;(c)少斑结构，基质为交织结构图 2含磁铁矿伟晶岩岩石特征4锆石 U Pb 同位素年代学特征4 1锆石成因分析锆石样品呈现同一颜色，代表在同一期次相同成因形成的。锆石粒度为 50 250 m，最大可达 500 m，外观呈现为透明且完整的次圆状晶体，多个晶面发育，呈结晶环带，大多呈半自形柱状，部分呈长柱状和断柱状，少量呈他形不规则状，晶形棱角不发育。表面见明显凹坑等溶蚀痕迹。在测试锆石样品的 CL 图像中，有明显的振荡带，没有明显的变质增生边缘，推断为岩浆结晶锆石。锆石未经历明显的后期变质作用，表面完整，溶解蚀变特征不明显(图 3)，表明该样品锆石形成后处于良好的 U Pb 同位素封闭体系中。图 3乌拉山地区含磁铁矿花岗伟晶岩脉中锆石CL 图像和 U Pb 年龄4 2锆石 U Pb 测年结果通过对 TWB22 样品 28 个测点的分析，含磁铁矿伟晶岩锆石的 U Pb 同位素加权平均年龄为 1 811 84 Ga，206Pb/207Pb 的加权平均年龄为(1 817 18)Ma，锆石样品的分析测试数据可信度较好，在误差核部与边部年龄一致(图 4)。其241江西科学2023 年第 41 卷中 TWB22 样品所测范围内能保持较好的一致性，代表了含磁铁矿花岗伟晶岩的结晶年龄。图 4乌拉山地区含磁铁矿花岗伟晶岩脉中锆石年龄谐和图5含磁铁矿伟晶岩脉的地质意义含磁铁矿伟晶岩脉锆石样品的207Pb/235U 年龄的加权平均值为(1 817 18)Ma，形成时代为古元古代末期，与前人分析测试得出的伟晶岩脉的锆石 U Pb 年龄(1 836 5)Ma18 基本一致。古元古代末期(1 8221 814 Ma)的花岗伟晶岩脉是华北克