Zircon U-Pb Dating and Geochemistry of Late Carboniferous Pyroxene Peridotite in Dong Ujimqi Inner Mongolia and Its Tectonic Significance
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摘要: 目前关于内蒙古东乌旗晚古生代花岗岩中辉石橄榄包体的精确年代学及其构造意义不清，直接制约了该区晚古生代地幔性质及构造演化的探讨.对东乌旗新发现的辉石橄榄岩进行了岩相学、全岩地球化学和锆石U-Pb定年研究.结果表明，辉石橄榄岩主要由橄榄石、角闪石、斜方辉石及少量斜长石、黑云母、单斜辉石组成；锆石U-Pb年龄为317.8±1.6 Ma，属晚石炭世.地球化学数据显示，岩石SiO2含量为40.28%~44.50%、MgO含量为23.42%~29.44%、Na2O+K2O含量为1.00%~2.12%（小于3.5%），具有低m/f比值（3.13~3.86）和高FeOT含量（11.18%~14.70%）、高Mg#值（75.60~79.26），属铁质超镁铁岩和拉斑玄武岩系列.岩石稀土总量较高（∑REE=31.98×10-6~72.60×10-6），轻稀土（LREE）相对于重稀土（HREE）富集，（La/Yb）N=3.56~7.72，Eu异常不明显（δEu=0.79~1.65），球粒陨石标准化稀土元素配分模式表现为右倾型.岩石富集大离子亲石元素Rb、Sr、K等，相对亏损高场强元素Nb、Ta，具明显的Nb、Ta、Ti负异常；其形成于受俯冲流体改造的岩石圈地幔的减薄作用，并且岩浆在演化过程中遭受了地壳物质的同化混染作用.Abstract: The precise chronology and tectonic significance of pyroxene peridotite in Late Paleozoic granites in Dong Ujimqi, Inner Mongolia are still unclear, which will directly restrict the discussion of the properties and tectonic evolution in the study area. In this paper, petrography analysis, geochemistry and zircon U-Pb dating for the newly discovered pyroxene peridotite were studied. The analysis results show that main rock forming minerals are olivine, hornblende, orthopyroxene, and small amounts of plagioclase, biotite and clinopyroxene. The weighted average age obtained is 317.8±1.6 Ma, indicating that the intrusion was formed in the Late Carboniferous. Geochemical data show that, samples have SiO2 content of 40.28%-44.50%, MgO content of 23.42%-29.44% and Na2O+K2O content of 1.00%-2.12%, have low m/f ratio (3.13-3.86), high FeOT content (11.18%-14.70%) and Mg# (75.60-79.26), and belong to the series of ferrous ultramafic rocks and tholeiites. These rocks have high REE (31.98×10-6-72.60×10-6), enrichment in LREE and relatively depletion in HREE, (La/Yb)N=3.56-7.72, slightly Eu anomalies (δEu=0.79-1.65).The standardized distribution pattern of REE chondrites is right-leaning. The rocks are enriched in LILE (Rb, Sr, K) and depleted in HFSE (Nb, Ta), and there are obvious negative anomalies of Nb, Ta and Ti. Thus, we consider that the pyroxene peridotite had been formed in extensional tectonics from partial melting of the Sp-peridotite, which was modified by the subducted slab-derived fluid.
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Key words:
- pyroxene peridotite /
- Late Carboniferous /
- U-Pb age /
- Dong Ujimqi /
- geochemistry /
- geochronology
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0. 引言
超镁铁质岩是一种来源于地幔且受深大断裂控制的岩石，因此在地球上的分布十分有限.研究超镁铁质岩不仅可以获得地幔信息，还能为寻找与其有关的矿产（如铜镍矿床、铬铁矿床）提供重要线索，因而倍受重视（付俊彧等，2017）.东乌旗地区晚古生代造山演化研究主要以中酸性岩浆岩为主，如大陆边缘弧形钙碱性花岗岩（张健等，2011；王新宇等，2013），年代主要集中在335~298 Ma；造山后高钾钙碱性、碱性花岗岩（洪大卫等，2000；施光海等，2004；李大鹏等，2010；童英等，2010；梁玉伟等，2013；张玉清等，2013；Cheng et al., 2014；李敏等，2018），年代集中在323~273 Ma；大陆弧后花岗岩（张磊等，2013），年代为325~260 Ma.东乌旗地区内超镁铁质岩非常少，研究多集中在二连-贺根山及其南侧的蛇绿混杂岩，为古亚洲洋向北俯冲的洋壳残留物，多为岛弧型和洋中脊型岩浆岩（Li et al., 2018）.目前仅有该地区超镁铁质岩岩石化学方面的报道（程银行等，2016），年代学研究尚属空白，制约了对其构造背景的讨论.本文通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年获得了年龄数据，并结合岩石岩相学及地球化学等方面的分析，对其岩浆成因及源区进行讨论，对进一步认识东乌旗地区超镁铁质岩石的构造背景及其晚古生代构造岩浆演化具有重要意义.
1. 区域地质背景及岩相学特征
研究区为二连-贺根山构造结合带北侧东乌旗地区，位于西伯利亚板块的东南缘（图 1a、1b）.该区属草原覆盖区，第四系较多，地层连续出露较差，但古生代和中生代地层均有不同程度分布（图 1c）.该区地层主要有2个演化阶段，基底由奥陶系、志留系和泥盆系的碎屑岩和中基性火山岩、火山碎屑岩组成，其上为石炭系和侏罗系的陆相碎屑岩和中性火山岩不整合覆盖.志留系卧都河组，岩性为灰绿色粉砂质板岩、粉砂岩等；泥盆系泥鳅河组，岩性为黄绿色和深褐色为主的凝灰质粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂岩及砂岩等，为浅海相沉积地层；石炭系宝力高庙组，主要是一套陆相的中酸性火山岩-碎屑岩组合，岩性以安山岩、流纹岩及砂板岩为主；侏罗系满克头鄂博组，岩性以砂砾岩、含砾粗砂岩为主，角度不整合覆盖于基底地层之上.侵入岩以花岗闪长玢岩、浅肉红色中细粒二长花岗岩和肉红色细粒正长花岗岩为主，侵入到宝力高庙组中，伴有镁铁-超镁铁深部源区岩浆活动的记录.本文辉石橄榄岩样品采于镁铁-超镁铁杂岩体中，呈1~2 m或几十厘米的囊状包体就位于早二叠世花岗岩中（图 2a~2c），包体形状和大小不一，呈条带状、椭圆状，构造方位与围岩一致.寄主围岩呈块状构造，中粒结构，岩性以肉红色中粗粒碱长花岗岩为主，时代为272.3±0.7 Ma（Cheng et al., 2014）；岩体呈北东向分布，长40~50 km，宽8~10 km.
图 1 中亚造山带（a）、兴蒙造山带（b）构造简图和内蒙古东乌旗西部地质简图（c）据Cheng et al.（2014）修改. TC.塔里木板块；NCC.华北板块.除317.8±1.6 Ma外，其他年龄数据均来源于Cheng et al.（2014）Fig. 1. Geological sketch maps of Central-Asian Orogenic Belt (a) and Xing'an-Mongolian Orogenic Belt (b) and western Dong Ujimqi, Inner Mongolia (c)
图 2 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩野外宏观（a~d）和偏光显微照片（e、f）Ol.橄榄石；Opx.斜方辉石；Pl.斜长石；Hb.角闪石Fig. 2. Macro photos (a-d) and photomicrographs (e, f) of pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia研究区两处出现辉石橄榄岩，矿物组成基本一致，含量差异较大.东部地区岩石呈灰黑色，块状构造（图 2d），半自形粒状结构（图 2e、2f），岩浆成因结构特征明显，主要矿物成分包括：角闪石（15%~20%）呈他形粒、柱状，大小为1.5~8.5 mm，杂乱分布，具不同程度次闪石化，晶内嵌布大量橄榄石和辉石构成包橄结构，局部被黑云母交代；角闪石多色性明显，Ng’ =红褐色，Np’ =浅黄褐色.橄榄石（40%~45%）呈半自形-近半自形粒状，为贵橄榄石，无色，大小一般为0.2~2 mm，少量2~3 mm，杂乱分布，部分嵌布于辉石、角闪石、黑云母、斜长石粒内；橄榄石被少量蛇纹石沿裂理及边缘轻微交代，并常见有粉尘状的铁质析出，少量皂石化呈假像，部分橄榄石的边部被次闪石化的角闪石交代.单斜辉石（5%）呈他形柱、粒状，大小为0.2~1 mm，星散分布，无色，具角闪石和黑云母反应边.斜方辉石（20%）以近半自形柱状为主，大小为0.2~3.5 mm，近无色，具角闪石和黑云母反应边.斜长石呈他形粒状，填隙状分布，大小为0.5~3 mm，具少量绢云母化、次闪石化，部分斜长石粒内嵌布橄榄石构成包橄结构.黑云母（5%~10%）呈叶片状，片径一般为0.5~4 mm，杂乱分布，局部交代角闪石；黑云母多色性明显，Ng’=褐色，Np’=浅黄褐色.西部地区岩石主要矿物组成为：橄榄石含量约25%，单斜辉石和斜方辉石含量约45%，角闪石含量约20%，斜长石含量约5%，黑云母含量约5%.
2. 样品分析方法
样品采自东乌旗育种场和东方红公社西南侧（图 1b），样品新鲜，弱蚀变.锆石分选工作由河北省廊坊地质调查研究所完成.样品按照常规粉碎淘洗后，经磁选和重液分离，然后在双目镜下人工挑选纯度在99%以上的锆石.锆石的制靶和透射光、反射光、阴极发光照相在北京锆年领航科技有限公司完成.样品测年工作在天津地质矿产研究所完成，采用LA-MC-ICP-MS进行锆石U-Pb同位素定年，ICP-MS为Agilent 7500a，分析中采用的激光束斑直径为35 μm，以氦气作为剥蚀物质的载气，测试数据的计算处理采用Isoplot 3.0软件.
对出露的两处辉石橄榄岩选择7件样品用于主量、微量元素分析和岩相学分析.首先对新鲜样品去除风化壳，然后用破碎机粉碎，用球磨仪研磨至粉末状（> 200目）.实验测试由天津地质矿产研究所完成，主量元素采用X射线荧光光谱法（XRF），FeO采用氢氟酸-硫酸溶样、重铬酸钾滴定容量法，分析精度优于2%；微量元素使用ICP-MS测试，分析精度优于5%.
3. 分析结果
3.1 锆石U-Pb年代学
辉石橄榄岩样品（7217）LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果列于表 1，从中挑选具有明显特征与代表性的锆石制作CL图像，选择谐和度较高的U-Pb年龄进行投图（图 3，图 4）.
表 1 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Table Supplementary Table Zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb dating result of pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia测点号 元素含量及比值 同位素比值 年龄（Ma） U(10-6) Th(10-6) Th/U 206Pb/ 238U ±1σ 207Pb/ 235U ±1σ 207Pb/ 206Pb ±1σ 206Pb/ 238U ±1σ 207Pb/ 235U ±1σ 7217.1 521 683 1.31 0.050 2 0.000 6 0.362 0 0.006 0 0.052 3 0.000 7 316 4 314 5 7217.2 92 67 0.72 0.050 9 0.000 6 0.369 7 0.023 7 0.052 6 0.003 3 320 4 319 21 7217.3 400 609 1.52 0.051 0 0.000 6 0.370 5 0.008 9 0.052 7 0.000 9 320 4 320 8 7217.4 342 184 0.54 0.050 6 0.000 9 0.367 6 0.010 8 0.052 7 0.001 4 318 6 318 9 7217.5 188 222 1.18 0.050 4 0.000 6 0.365 1 0.009 2 0.052 5 0.001 2 317 4 316 8 7217.6 166 124 0.75 0.050 4 0.000 6 0.365 8 0.010 6 0.052 6 0.001 4 317 4 317 9 7217.7 227 165 0.73 0.050 5 0.000 6 0.366 2 0.008 1 0.052 6 0.001 1 317 4 317 7 7217.8 175 213 1.22 0.051 1 0.000 6 0.371 9 0.008 0 0.052 8 0.001 1 321 4 321 7 7217.9 811 610 0.75 0.050 2 0.000 6 0.365 1 0.005 6 0.052 7 0.000 6 316 4 316 5 7217.10 521 625 1.20 0.050 2 0.000 6 0.368 4 0.006 1 0.053 2 0.000 7 316 4 318 5 7217.11 367 314 0.85 0.050 8 0.000 6 0.369 6 0.007 0 0.052 8 0.001 0 319 3 319 6 7217.12 534 612 1.15 0.050 6 0.000 6 0.369 0 0.006 0 0.052 9 0.000 7 318 4 319 5 7217.13 2 052 2730 1.33 0.050 5 0.000 6 0.367 0 0.005 2 0.052 7 0.000 6 318 4 317 4 7217.14 749 633 0.84 0.050 5 0.000 6 0.367 7 0.006 1 0.052 8 0.000 8 318 4 318 5 7217.15 764 803 1.05 0.050 9 0.000 6 0.369 9 0.007 3 0.052 7 0.000 8 320 4 320 6 7217.16 247 246 0.99 0.050 3 0.000 6 0.366 2 0.012 0 0.052 8 0.001 7 317 4 317 10 7217.17 428 597 1.39 0.050 6 0.000 6 0.369 8 0.006 3 0.053 0 0.000 9 318 4 319 5 7217.18 645 1 175 1.82 0.050 6 0.000 6 0.369 2 0.007 0 0.052 9 0.000 8 318 4 319 6 7217.19 491 7 0.02 0.050 6 0.000 8 0.367 7 0.008 4 0.052 7 0.001 0 318 5 318 7 7217.20 92 63 0.68 0.049 8 0.000 6 0.363 6 0.023 3 0.053 0 0.003 3 313 4 315 20 7217.21 497 12 0.03 0.050 5 0.000 6 0.369 1 0.009 2 0.053 0 0.001 4 318 4 319 8 7217.24 710 6 0.01 0.050 9 0.001 2 0.370 4 0.010 4 0.052 8 0.000 8 320 8 320 9 
图 3 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩样品（7217）的部分锆石阴极发光图像Fig. 3. CL images of selected zircons of the pyroxene peridotite sample (7217) in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 4 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩锆石U-Pb年龄谐和图Fig. 4. Zircon U-Pb concordia diagram of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia从样品中分选出来的锆石多呈短柱状，自形-半自形，颗粒直径大多为80~150 μm，长宽比为1~3.阴极发光图像显示锆石生长环带不明显，多为板片状、长条状结构；大部分锆石为灰色，半自形或他形（图 3）.从24颗锆石中选择合适的位置进行U-Pb同位素测试，共计24个测点.结果显示Th含量变化范围为6×10-6~2 730×10-6，U含量变化范围为92×10-6~2 052×10-6，Th/U值较大，为0.02~1.82，其中19个测点的Th/U值为0.5~1.2（表 1），属于典型的岩浆成因锆石.测得的22个有效锆石年龄数据较为集中，均落于谐和线上或其附近.22个测点的206Pb /238U年龄加权平均值为317.8±1.6 Ma（MSWD=0.25，n=22）（图 4），由此推断东乌旗辉石橄榄岩形成时间为晚石炭世.
3.2 地球化学特征
东乌旗7件辉石橄榄岩样品全岩地球化学数据见表 2，样品的SiO2含量为40.28%~44.50%，平均值为43.08%，Al2O3含量为5.67%~7.96%，平均值为7.48%.CaO含量为3.27%~6.70%，FeOT含量为11.18%~14.70%；MgO含量为23.42%~29.44%，平均值为25.04%，Mg#值为75.60~79.26.样品的m/f比值介于3.13~3.86，属于铁质超基性岩类.TiO2含量介于0.26%~0.86%，平均值为0.58%；P2O5含量为0.07%~0.25%，平均值为0.26%.全碱（K2O+Na2O）含量为1%~2.12%，且K2O含量小于Na2O含量，K2O/Na2O值为0.38~0.98，为亚碱性系列.低m/f值、高FeOT含量表明辉石橄榄岩属于拉斑玄武岩系列.
表 2 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩主量元素（%）和微量元素（10-6）分析结果Table Supplementary Table Major element (%) and trace element (10-6) contents of pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia编号 7216-4 7216-5 7216-6 7217 P19-13-4 P19-13-5 P19-13-6 SiO2 43.57 44.50 43.88 40.28 43.00 43.33 43.02 Al2O3 7.93 7.94 7.96 5.67 7.73 7.56 7.59 Fe2O3 3.81 3.67 3.34 4.90 2.83 3.99 3.08 FeO 8.16 8.08 8.18 10.29 11.29 10.42 11.16 CaO 6.70 6.58 6.54 3.27 3.70 3.75 3.62 MgO 23.99 23.42 23.96 29.44 24.92 24.33 25.22 K2O 0.42 0.40 0.40 0.44 0.88 1.05 0.90 Na2O 1.06 1.04 1.04 0.56 1.12 1.07 1.08 TiO2 0.42 0.44 0.43 0.26 0.84 0.86 0.82 P2O5 0.08 0.08 0.07 0.08 0.24 0.25 0.25 MnO 0.19 0.18 0.18 0.23 0.21 0.21 0.21 LOI 2.77 2.77 3.10 3.44 1.99 2.02 1.79 总量 99.09 99.09 99.08 98.86 98.75 98.84 98.74 Mg# 78.70 78.60 79.26 78.14 76.27 75.60 76.36 FeOT 11.59 11.38 11.18 14.70 13.84 14.01 13.93 m/f 3.73 3.70 3.86 3.61 3.24 3.13 3.26 K2O+Na2O 1.48 1.44 1.44 1.00 2.00 2.12 1.98 K2O/Na2O 0.39 0.38 0.38 0.78 0.78 0.98 0.83 K2O/TiO2 1.00 0.90 0.93 1.69 1.04 1.22 1.09 P2O5 /Al2O3 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.03 0.03 Cu 13.8 20.0 16.8 8.9 70.1 62.8 62.6 Pb 8.83 6.98 7.98 58.80 4.12 4.25 4.08 Zn 93.8 93.9 91.6 136 119 121 119 Cr 1 290 1 230 1 260 728 1 510 1 460 1 530 Ni 413 399 398 586 842 831 880 Co 97.8 94.8 95.6 132 107 106 111 Li 9.5 10.2 10.3 13.8 28.9 33.2 31.8 Rb 11.9 11.8 11.0 18.5 36.5 48.1 40.6 Cs 2.62 2.54 2.24 7.11 21.10 26.40 24.00 Sr 370 362 362 177 347 255 359 Ba 79.9 92.4 93.2 79.2 159 143 170 V 96.2 96.3 96.2 77.8 124 123 125 Sc 20.4 17.5 20.0 9.0 10.9 12.4 12.4 Nb 1.49 1.57 1.48 1.43 3.31 3.28 3.34 Ta 0.12 0.12 0.10 0.14 0.21 0.22 0.22 Zr 38.3 41.0 37.4 42.0 99.3 101 105 Hf 1.22 1.27 1.22 1.16 2.64 2.70 2.82 Ga 8.6 8.33 8.72 6.33 9.96 9.83 10.6 U 0.41 0.39 0.42 0.78 0.29 0.32 0.32 Th 1.25 1.21 1.33 1.72 0.76 0.83 1.66 La 5.26 5.24 6.44 5.84 9.20 9.25 10.80 Ce 12.0 12.0 14.2 12.6 22.6 22.7 26.1 Pr 1.67 1.67 1.92 1.64 3.34 3.35 3.79 Nd 7.34 7.43 8.36 6.7 15.2 15.3 17.2 Sm 1.67 1.70 1.88 1.40 3.50 3.51 3.87 Eu 0.52 0.53 0.56 0.36 1.03 1.03 1.08 Gd \ \ \ 1.32 \ \ \ Tb 0.25 0.26 0.28 0.20 0.54 0.56 0.63 Dy 1.40 1.53 1.58 1.00 3.00 3.15 3.65 Ho 0.27 0.28 0.30 0.20 0.60 0.61 0.74 Er 0.74 0.76 0.84 0.55 1.64 1.65 2.06 Tm 0.10 0.11 0.12 0.081 0.23 0.24 0.32 Yb 0.66 0.70 0.77 0.51 1.47 1.56 2.04 Lu 0.10 0.11 0.12 0.08 0.23 0.24 0.32 Y 6.74 6.79 7.42 5.08 14.50 14.60 17.90 ΣREE 31.98 32.32 37.37 32.48 62.58 63.15 72.60 (La/Sm)N 1.98 1.93 2.15 2.62 1.65 1.65 1.75 (La/Yb)N 5.37 5.04 5.63 7.72 4.21 3.99 3.56 δEu 1.65 1.65 1.58 0.79 1.56 1.55 1.48 Rb/Sr 0.03 0.03 0.03 0.10 0.11 0.19 0.11 注：Mg#=100×Mg2+/(Mg2++Fe2+)；FeOT=FeO+0.899 8Fe2O3；下标N表示球粒陨石标准化值（Sun and McDonough, 1989）；m/f= (FeOT/72)/(MgO/40)；Gd是两批测试的结果，“\”代表没有测试数据. 样品稀土元素总量较高（表 2），为31.98×10-6~72.60×10-6，平均为50.82×10-6.轻稀土（LREE）相对于重稀土（HREE）明显富集，轻重稀土比值（LREE/HREE）为5.91~8.31，平均为7.20；(La/Yb)N =3.56~7.72，平均为4.88；(La/Sm)N为1.65~2.62，平均为1.98；说明轻重稀土元素之间和重稀土元素内部的分馏程度中等.δEu为0.79~1.65，平均为1.46，显示出弱的Eu负异常，表明斜长石发生了一定程度的分离结晶.在球粒陨石标准化稀土元素配分图中（图 5a），样品整体呈现出轻稀土相对富集、重稀土相对亏损的右倾模式，与洋岛玄武岩（OIB）相似；两处样品的配分曲线近于平行，东部样品稀土总量是西部样品的2倍，与样品的辉石、橄榄石含量不同有关.原始地幔标准化微量元素蛛网图（图 5b）显示，岩石明显富集大离子亲石元素（Rb、Sr、K），相对亏损高场强元素（Nb、Ta、Ti），具明显的Nb、Ti负异常；表明在成岩过程中可能有地壳物质的加入.
图 5 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）Fig. 5. Chondrite-normalized REE pattern(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia4. 讨论
4.1 岩石成因及源区特征
岩相学特征显示，研究区两处辉石橄榄岩的橄榄石（25%~45%）、辉石（25%~45%）含量变化范围较大，角闪石（15%~20%）、斜长石（5%~10%）、黑云母（5%~10%）含量变化范围较小，矿物含量差异是导致稀土、微量元素有明显差异的原因.样品的TiO2含量相对较低（0.33%~0.87%），相对于原始地幔富集大离子亲石元素（LILE）（如Rb、Th、U）、亏损高场强元素（HFSE）（如Nb、Ta、Ti），具较为明显的Nb、Ta负异常.暗示岩石起源于汇聚板块边缘的岩石圈地幔，在地幔部分熔融过程中，伴随着熔体喷发或侵入至地壳，使得大离子亲石元素富集；与320~310 Ma该地区贺根山洋壳俯冲事件相吻合，形成了大规模中酸性火山岩（辛后田等，2011），表明洋壳俯冲作用在该时期非常强烈.样品还具有较低的SiO2含量（40.28%~44.50%）和较高的Mg#值（75.60~79.26），相容元素Cr（728×10-6~1 530×10-6）、Ni（398×10-6~880×10-6）含量较高，也显示出幔源岩浆的成分特征(Langmuir et al., 1977).东乌旗辉石橄榄岩样品的Nb/Ta值介于10.21~15.76（平均为13.77），Zr/Hf值介于30.65~37.61（平均为34.68），与大陆地壳值（Nb/Ta=11，Zr/Hf=33）接近，但是相对于洋中脊玄武岩值（Nb/Ta=17.7，Zr/Hf=36.1）较低（Sun and McDonough, 1989），表明辉石橄榄岩在上升过程中明显受到地壳不同程度的混染作用的影响（Brandon et al., 1993）.根据(Th/Nb)PM > 1和(Nb/La)PM < 1可以有效区分原始岩浆演化过程受地壳混染的程度（Saunders et al., 1992）.东乌旗辉石橄榄岩样品的(Th/Nb)PM为1.92~10.09，(Nb/La)PM为0.22~0.34，表明原始岩浆演化过程中明显受到了地壳物质的混染.另外阴极发光图像显示少数浑圆状、不规则的捕获锆石可能来源于地壳物质，也说明了地壳物质的参与.稀土和微量元素特征显示出两种类型，一种是相对较高的稀土和微量元素含量，但是具有明显的Th负异常，另一种是相对较低的稀土和微量元素含量，但是具有明显的Sr正异常（图 5），Ti、P、K等元素含量也明显不同（表 2），可能是地壳物质参与和俯冲流体交代程度不同造成的.
东乌旗辉石橄榄岩样品的P2O5/Al2O3值为0.01~0.03，较稳定，具有地幔低程度部分熔融的特征（张贵山等，2009）.Rb/Zr-Rb/Nb、Ba/Ca-Sr/Ca（图 6）图解上表现为正斜率的近直线型平衡部分熔融的演化趋势.在熔融演化过程中，如果源区含有石榴石，在Zr/Y-Y图上则会表现出较好的相关性（Münker, 2000）.样品的Zr/Y-Y图解（图 7a）显示二者相关性较差，指示岩浆源区可能为非石榴石地幔源区（程银行等，2016）.在Ce/Y-Zr/Nb图解（图 7b）上，样品点大多落在原始尖晶石相橄榄岩地幔源区，表明辉石橄榄岩可能是原始尖晶石相橄榄岩小比例熔融的产物.
图 6 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩的部分熔融判别图解图a据程银行等（2016）；图b据Onuma et al.（1981）.实心和空心分别代表稀土总量高和稀土总量低的辉石橄榄岩Fig. 6. Discrimination diagrams of partial melting of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 7 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩的地幔岩相判别图图a据Münker（2000）；图b据Deniel（1998）.实心和空心分别代表稀土总量高和稀土总量低的辉石橄榄岩Fig. 7. Discrimination diagrams of pyrolite phase of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia辉石橄榄岩的Nb、Ta、Ti含量不仅可以指示是否受到地壳混染及混染程度，也可以指示原始岩浆演化过程中是否经历了俯冲流体的交代作用（Wilson, 1989）.分配系数相近的微量元素比值（Nb/U和La/Nb）受结晶分异的影响较小（Aldanmaz et al., 2000），因此能很好地反映源区特征.东乌旗辉石橄榄岩的La/Nb值（2.77~4.35）和Ba/Nb值（43.59~62.97）明显高于OIB（0.77和7.29）、MORB（1.07和2.70），略高于平均地壳值（1.5和32.5）.Nb/U值为1.83~11.41，平均为6.45，明显低于OIB（47.1）、MORB（49.6），与平均地壳值（8.45）（Pettigrew et al., 2006）相近，暗示了岩浆的地幔源区特征.Th/U值（2.21~5.18，平均为3.13）也略低于平均地壳值和OIB、接近MORB，也可以指示岩浆的地幔源区特征（Li et al., 2018）；与新疆北天山造山后伸展背景下形成的镁铁-超镁铁岩特征相同（邓宇峰等，2011）.寄主岩石碱长花岗岩为下地壳橄榄岩部分熔融的产物（程银行等，2015），随着碱长花岗质岩浆侵位、辉石橄榄岩残留体随之就位于浅部地壳.综上所述，东乌旗辉石橄榄岩岩浆源区可能为受俯冲流体改造的岩石圈地幔，且岩浆在演化过程中遭受了地壳物质的同化混染作用.
4.2 构造背景
东乌旗内发育了大规模的石炭-二叠纪岩浆岩，记录了贺根山洋盆关闭、板块碰撞造山、碰撞后伸展造山等板块运动过程.关于研究区晚古生代岩浆岩的构造属性有不同的认识（洪大卫等，2000；施光海等，2004；李大鹏等，2010；张玉清等，2013；王树庆等, 2018, 2019），时代介于335~273 Ma，不同阶段的岩石记录了晚古生代造山过程.Xu et al.（2015）将兴蒙造山带中泥盆世之前的构造格局划分为“五块四带”，根据沉积相特征提出了泥盆纪闭合、伸展的认识；Xiao et al.（2018）提出了石炭纪闭合、二叠纪伸展.童英等（2010）认为北部贺根山蛇绿岩与南部索伦山-西拉木伦蛇绿岩代表两个洋盆体系，其间由锡林浩特古陆分隔，南部的西拉木伦洋盆到中二叠世晚期-三叠世在西拉木伦河一带才最终闭合（王玉净等，1997；李锦轶等，2007）；而北部贺根山洋盆闭合较早.主要依据为：洪大卫等（2000）认为苏左旗-东乌旗发育的中二叠世碱性花岗岩带286~276 Ma年龄，指示中二叠世该区已进入碰撞后伸展阶段；张玉清等（2013）在京格斯台一带碱性花岗岩中获得的锆石U-Pb年龄为284±1 Ma，据此认为该阶段已进入后碰撞阶段.本文的研究表明主要分为3个阶段：第一阶段是洋壳俯冲和板块碰撞阶段（335~310 Ma），主要表现为大规模的陆缘弧中酸性火山岩和少量的侵入岩、片麻状闪长岩，平行于贺根山蛇绿混杂岩带的构造片理化带、韧性变形带.第二阶段是造山后伸展阶段（310~300 Ma），主要表现为大规模的侵入岩侵入到第一阶段形成的火山岩中，以二长花岗岩、正长花岗岩为主.第三阶段是非造山阶段（290~270 Ma），主要表现为大规模碱质花岗岩、辉绿岩墙开始发育，标志着造山阶段结束；该期侵入岩侵入到早期的构造片理化带、韧性变形带以及早期的地质体中（Cheng et al., 2020），破坏了前两个阶段的构造线（图 1）.具明显造山变形特征的宝力高庙组中流纹岩的U-Pb年龄为320±7 Ma（辛后田等，2011），片麻状闪长岩的U-Pb年龄为319±1 Ma，表明东乌旗地区的陆陆碰撞作用应发生在320~310 Ma，贺根山洋盆的关闭时间应早于晚石炭世（320±7 Ma），与本文辉石橄榄岩（317.8±1.6 Ma）的构造阶段相当.
岩石地球化学数据表明东乌旗辉石橄榄岩属拉斑玄武岩系列铁质超镁铁岩，与消减作用有关的玄武质岩石亏损Nb、Ta而富集Th，岛弧环境玄武岩的Th/Ta值通常大于3（Pearce et al., 1973）.本文辉石橄榄岩样品的Th/Ta值介于3.61~12.28之间，虽然显示出较强的消减作用特征，但是由于其原始岩浆可能来源于受古亚洲洋向北俯冲流体交代地幔的部分熔融，上升过程中受到地壳物质混染的影响.虽然东乌旗辉石橄榄岩相对亏损高场强元素（HFSE）Nb和Ta（图 5），但是其与在岛弧环境形成的具强烈Nb、Ta亏损的岛弧岩浆岩明显不同（Ewart et al., 1998）.样品的Nb含量为1.49×10-6~3.34×10-6（平均为2.27×10-6），要大于南部蛇绿岩中岛弧拉斑玄武岩的Nb值（0.37×10-6~0.72×10-6；平均为0.45×10-6）（李英杰等，2018）以及迪彦庙地区岛弧拉斑玄武岩的Nb值（1.12×10-6）（Cheng et al., 2020）.Ta值（0.16×10-6）也大于南部蛇绿岩中岛弧拉斑玄武岩的Ta值（0.03×10-6）和迪彦庙地区岛弧拉斑玄武岩的Ta值（0.10×10-6）（Li et al., 2018），表明辉石橄榄岩的形成虽受到消减带的影响，但并非直接形成于岛弧环境.在Zr/4-2Nb-Y图解（图 8）中样品点均落在了C区（板内拉斑玄武岩和火山弧玄武岩），而且有向A2区（板内玄武岩和板内拉斑玄武岩）靠近的趋势.综上所述，东乌旗辉石橄榄岩可能为岩石圈地幔减薄后的残留体，被早二叠世花岗岩捕获剥露出地表.
图 8 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩的Zr/4-2Nb-Y图解据Meschede（1986）. A1.板内碱性玄武岩；A2.板内玄武岩和板内拉斑玄武岩；B.E-MORB；C.板内拉斑玄武岩和火山弧玄武岩；D. N-MORB和火山弧玄武岩.实心和空心分别代表稀土总量高和稀土总量低的辉石橄榄岩Fig. 8. Zr/4-2Nb-Y diagram of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia5. 结论
（1）东乌旗辉石橄榄岩属铁质超镁铁岩，获得的锆石U-Pb年龄为317.8±1.6 Ma，形成于晚石炭世.
（2）晚石炭世辉石橄榄岩属亚碱性拉斑系列，具有低m/f比值（3.50）、高FeOT含量（12.95%）、高Mg#值（77.56），相对于原始地幔富集大离子亲石元素(Rb、Th、U)、亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti)，岩石稀土总量较高（∑REE=31.98×10-6~72.60×10-6），轻稀土（LREE）相对于重稀土（HREE）富集，低Th/U、Nb/U比值和高La/Nb、Ba/Nb、Zr/Y比值，Eu异常不明显.东乌旗辉石橄榄岩岩浆源区可能为受俯冲流体改造的岩石圈地幔，且岩浆在演化过程中遭受了地壳物质的同化混染作用，形成于晚石炭世岩石圈地幔减薄背景.
致谢: 中国地质调查局天津地质调查中心的辛后田教授级高级工程师在野外工作中给予了指导，赵凤清研究员对本文提出了许多修改意见；河北地质大学李英杰教授在成文过程中给予了帮助和指导；审稿专家提出了宝贵的意见和建议; 在此一并致以诚挚的谢意! -
图 1 中亚造山带（a）、兴蒙造山带（b）构造简图和内蒙古东乌旗西部地质简图（c）
据Cheng et al.（2014）修改. TC.塔里木板块；NCC.华北板块.除317.8±1.6 Ma外，其他年龄数据均来源于Cheng et al.（2014）
Fig. 1. Geological sketch maps of Central-Asian Orogenic Belt (a) and Xing'an-Mongolian Orogenic Belt (b) and western Dong Ujimqi, Inner Mongolia (c)
图 2 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩野外宏观（a~d）和偏光显微照片（e、f）
Ol.橄榄石；Opx.斜方辉石；Pl.斜长石；Hb.角闪石
Fig. 2. Macro photos (a-d) and photomicrographs (e, f) of pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 3 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩样品（7217）的部分锆石阴极发光图像
Fig. 3. CL images of selected zircons of the pyroxene peridotite sample (7217) in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 4 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩锆石U-Pb年龄谐和图
Fig. 4. Zircon U-Pb concordia diagram of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 5 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）
Fig. 5. Chondrite-normalized REE pattern(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagram(b)of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 6 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩的部分熔融判别图解
图a据程银行等（2016）；图b据Onuma et al.（1981）.实心和空心分别代表稀土总量高和稀土总量低的辉石橄榄岩
Fig. 6. Discrimination diagrams of partial melting of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 7 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩的地幔岩相判别图
图a据Münker（2000）；图b据Deniel（1998）.实心和空心分别代表稀土总量高和稀土总量低的辉石橄榄岩
Fig. 7. Discrimination diagrams of pyrolite phase of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
图 8 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩的Zr/4-2Nb-Y图解
据Meschede（1986）. A1.板内碱性玄武岩；A2.板内玄武岩和板内拉斑玄武岩；B.E-MORB；C.板内拉斑玄武岩和火山弧玄武岩；D. N-MORB和火山弧玄武岩.实心和空心分别代表稀土总量高和稀土总量低的辉石橄榄岩
Fig. 8. Zr/4-2Nb-Y diagram of the pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
表 1 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果
Table 1. Zircon LA-MC-ICP-MS U-Pb dating result of pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
测点号 元素含量及比值 同位素比值 年龄（Ma） U(10-6) Th(10-6) Th/U 206Pb/ 238U ±1σ 207Pb/ 235U ±1σ 207Pb/ 206Pb ±1σ 206Pb/ 238U ±1σ 207Pb/ 235U ±1σ 7217.1 521 683 1.31 0.050 2 0.000 6 0.362 0 0.006 0 0.052 3 0.000 7 316 4 314 5 7217.2 92 67 0.72 0.050 9 0.000 6 0.369 7 0.023 7 0.052 6 0.003 3 320 4 319 21 7217.3 400 609 1.52 0.051 0 0.000 6 0.370 5 0.008 9 0.052 7 0.000 9 320 4 320 8 7217.4 342 184 0.54 0.050 6 0.000 9 0.367 6 0.010 8 0.052 7 0.001 4 318 6 318 9 7217.5 188 222 1.18 0.050 4 0.000 6 0.365 1 0.009 2 0.052 5 0.001 2 317 4 316 8 7217.6 166 124 0.75 0.050 4 0.000 6 0.365 8 0.010 6 0.052 6 0.001 4 317 4 317 9 7217.7 227 165 0.73 0.050 5 0.000 6 0.366 2 0.008 1 0.052 6 0.001 1 317 4 317 7 7217.8 175 213 1.22 0.051 1 0.000 6 0.371 9 0.008 0 0.052 8 0.001 1 321 4 321 7 7217.9 811 610 0.75 0.050 2 0.000 6 0.365 1 0.005 6 0.052 7 0.000 6 316 4 316 5 7217.10 521 625 1.20 0.050 2 0.000 6 0.368 4 0.006 1 0.053 2 0.000 7 316 4 318 5 7217.11 367 314 0.85 0.050 8 0.000 6 0.369 6 0.007 0 0.052 8 0.001 0 319 3 319 6 7217.12 534 612 1.15 0.050 6 0.000 6 0.369 0 0.006 0 0.052 9 0.000 7 318 4 319 5 7217.13 2 052 2730 1.33 0.050 5 0.000 6 0.367 0 0.005 2 0.052 7 0.000 6 318 4 317 4 7217.14 749 633 0.84 0.050 5 0.000 6 0.367 7 0.006 1 0.052 8 0.000 8 318 4 318 5 7217.15 764 803 1.05 0.050 9 0.000 6 0.369 9 0.007 3 0.052 7 0.000 8 320 4 320 6 7217.16 247 246 0.99 0.050 3 0.000 6 0.366 2 0.012 0 0.052 8 0.001 7 317 4 317 10 7217.17 428 597 1.39 0.050 6 0.000 6 0.369 8 0.006 3 0.053 0 0.000 9 318 4 319 5 7217.18 645 1 175 1.82 0.050 6 0.000 6 0.369 2 0.007 0 0.052 9 0.000 8 318 4 319 6 7217.19 491 7 0.02 0.050 6 0.000 8 0.367 7 0.008 4 0.052 7 0.001 0 318 5 318 7 7217.20 92 63 0.68 0.049 8 0.000 6 0.363 6 0.023 3 0.053 0 0.003 3 313 4 315 20 7217.21 497 12 0.03 0.050 5 0.000 6 0.369 1 0.009 2 0.053 0 0.001 4 318 4 319 8 7217.24 710 6 0.01 0.050 9 0.001 2 0.370 4 0.010 4 0.052 8 0.000 8 320 8 320 9 
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表 2 内蒙古东乌旗辉石橄榄岩主量元素（%）和微量元素（10-6）分析结果
Table 2. Major element (%) and trace element (10-6) contents of pyroxene peridotite in Dong Ujimqi, Inner Mongolia
编号 7216-4 7216-5 7216-6 7217 P19-13-4 P19-13-5 P19-13-6 SiO2 43.57 44.50 43.88 40.28 43.00 43.33 43.02 Al2O3 7.93 7.94 7.96 5.67 7.73 7.56 7.59 Fe2O3 3.81 3.67 3.34 4.90 2.83 3.99 3.08 FeO 8.16 8.08 8.18 10.29 11.29 10.42 11.16 CaO 6.70 6.58 6.54 3.27 3.70 3.75 3.62 MgO 23.99 23.42 23.96 29.44 24.92 24.33 25.22 K2O 0.42 0.40 0.40 0.44 0.88 1.05 0.90 Na2O 1.06 1.04 1.04 0.56 1.12 1.07 1.08 TiO2 0.42 0.44 0.43 0.26 0.84 0.86 0.82 P2O5 0.08 0.08 0.07 0.08 0.24 0.25 0.25 MnO 0.19 0.18 0.18 0.23 0.21 0.21 0.21 LOI 2.77 2.77 3.10 3.44 1.99 2.02 1.79 总量 99.09 99.09 99.08 98.86 98.75 98.84 98.74 Mg# 78.70 78.60 79.26 78.14 76.27 75.60 76.36 FeOT 11.59 11.38 11.18 14.70 13.84 14.01 13.93 m/f 3.73 3.70 3.86 3.61 3.24 3.13 3.26 K2O+Na2O 1.48 1.44 1.44 1.00 2.00 2.12 1.98 K2O/Na2O 0.39 0.38 0.38 0.78 0.78 0.98 0.83 K2O/TiO2 1.00 0.90 0.93 1.69 1.04 1.22 1.09 P2O5 /Al2O3 0.01 0.01 0.01 0.01 0.03 0.03 0.03 Cu 13.8 20.0 16.8 8.9 70.1 62.8 62.6 Pb 8.83 6.98 7.98 58.80 4.12 4.25 4.08 Zn 93.8 93.9 91.6 136 119 121 119 Cr 1 290 1 230 1 260 728 1 510 1 460 1 530 Ni 413 399 398 586 842 831 880 Co 97.8 94.8 95.6 132 107 106 111 Li 9.5 10.2 10.3 13.8 28.9 33.2 31.8 Rb 11.9 11.8 11.0 18.5 36.5 48.1 40.6 Cs 2.62 2.54 2.24 7.11 21.10 26.40 24.00 Sr 370 362 362 177 347 255 359 Ba 79.9 92.4 93.2 79.2 159 143 170 V 96.2 96.3 96.2 77.8 124 123 125 Sc 20.4 17.5 20.0 9.0 10.9 12.4 12.4 Nb 1.49 1.57 1.48 1.43 3.31 3.28 3.34 Ta 0.12 0.12 0.10 0.14 0.21 0.22 0.22 Zr 38.3 41.0 37.4 42.0 99.3 101 105 Hf 1.22 1.27 1.22 1.16 2.64 2.70 2.82 Ga 8.6 8.33 8.72 6.33 9.96 9.83 10.6 U 0.41 0.39 0.42 0.78 0.29 0.32 0.32 Th 1.25 1.21 1.33 1.72 0.76 0.83 1.66 La 5.26 5.24 6.44 5.84 9.20 9.25 10.80 Ce 12.0 12.0 14.2 12.6 22.6 22.7 26.1 Pr 1.67 1.67 1.92 1.64 3.34 3.35 3.79 Nd 7.34 7.43 8.36 6.7 15.2 15.3 17.2 Sm 1.67 1.70 1.88 1.40 3.50 3.51 3.87 Eu 0.52 0.53 0.56 0.36 1.03 1.03 1.08 Gd \ \ \ 1.32 \ \ \ Tb 0.25 0.26 0.28 0.20 0.54 0.56 0.63 Dy 1.40 1.53 1.58 1.00 3.00 3.15 3.65 Ho 0.27 0.28 0.30 0.20 0.60 0.61 0.74 Er 0.74 0.76 0.84 0.55 1.64 1.65 2.06 Tm 0.10 0.11 0.12 0.081 0.23 0.24 0.32 Yb 0.66 0.70 0.77 0.51 1.47 1.56 2.04 Lu 0.10 0.11 0.12 0.08 0.23 0.24 0.32 Y 6.74 6.79 7.42 5.08 14.50 14.60 17.90 ΣREE 31.98 32.32 37.37 32.48 62.58 63.15 72.60 (La/Sm)N 1.98 1.93 2.15 2.62 1.65 1.65 1.75 (La/Yb)N 5.37 5.04 5.63 7.72 4.21 3.99 3.56 δEu 1.65 1.65 1.58 0.79 1.56 1.55 1.48 Rb/Sr 0.03 0.03 0.03 0.10 0.11 0.19 0.11 注：Mg#=100×Mg2+/(Mg2++Fe2+)；FeOT=FeO+0.899 8Fe2O3；下标N表示球粒陨石标准化值（Sun and McDonough, 1989）；m/f= (FeOT/72)/(MgO/40)；Gd是两批测试的结果，“\”代表没有测试数据.
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