赤峰东部宝音图群斜长角闪岩锆石U-Pb年龄及地质意义

第38卷第2期地质调查与研究
Vol.38No.22015年06月
GEOLOGICAL SURVEY AND RESEARCH
Jun.2015
赤峰东部宝音图群斜长角闪岩锆石U-Pb 年龄及地质意义
陈井胜1,2，李斌1，邢德和1，刘淼1,2，杨佳林1，汪寅夫1，陈会军1
（1.中国地质调查局沈阳地质调查中心，沈阳110034；
2.吉林大学地球科学学院，长春130026）
摘
要：宝音图群是华北地台北缘最古老的结晶基底之一。

赤峰东部宝音图群的斜长角闪岩中锆石晶型、背散射图
像及低Th/U 比值、高Hf、低Nb、Ta、低Nb/Ta 比值等特征说明其为变质锆石。

采用LA-ICP-MS 锆石U-Pb 测年技术，对变质锆石进行了同位素年代学研究，获得了宝音图群的变质年龄为1860.1±7.9Ma，此年龄限定了宝音图群的形成时代应早于1860Ma，说明宝音图群应该形成于此年龄之前的古元古代。

这一变质年龄所代表的变质事件与华北地台古元古代变质事件相一致，说明宝音图群为华北地台的一部分。

以斜长角闪岩主量、微量及稀土元素为依据，进行原岩恢复及构造环境判别，结果显示斜长角闪岩原岩是形成于活动陆缘岛弧环境的钙碱性玄武岩。

关键字：宝音图群；斜长角闪岩；锆石成因；U-Pb 测年；原岩恢复中图分类号：P597+.3
文献标识码：A
文章编号：1672－4135（2015）02－0081-08
收稿日期：2015-01-12
资助项目:中国地质调查“内蒙古1∶5万元宝山煤矿、艮兑营子、平庄、马厂等四幅区域地质调查（1212011120662）”；“大兴安岭
地区北段地质矿产调查评价成果集成项目（1212011085210）”
作者简介：陈井胜（1983-），男，工程师，2009年毕业于吉林大学矿物学、岩石学、矿床学专业，从事火成岩方面研究，
E-mail:5202268@。

①
辽宁地质局第二区域地质测量队二分队.内蒙古1∶2万敖汉旗幅区域地质矿产调查报告，内蒙古自治区地质局，1967.
宝音图群地处华北地台与兴蒙造山带的接触带位置，是华北地台北缘最古老的结晶基底之一，呈规模不等的块体断续分布。

关于它的形成时代有两种观点：一种认为其形成于古元古代[1-9]，另一种则认为形成于中元古代[10]。

其原因或是研究数据的精度问题，或测试方法和样品选取问题。

为了获得宝音图群高精度的年代学数据，笔者在进行内蒙古1/5万元宝山等四幅区调过程中，从赤峰东部厘定出的宝音图群中采取斜长角闪岩进行锆石U-Pb 同位素测年，并通过地球化学分析数据对其进行原岩恢复和构造环境的判别，从而为华北地台北缘前寒武纪地质演化提供可靠的地质信息。

1地质背景
研究区位于赤峰东部，大地构造位置上属于华北地台北缘中段东端。

宝音图群是1/5万元宝山等四幅区调过程中从过去奥陶系-志留系上岩组、下岩组中厘定出来的中级变质岩系①，分布于研究区东部西大营子和西部热水一带（图1）。

其普遍遭受了绿片岩相和角闪岩相的区域变质作用，岩性主要由云
母片岩、斜长片麻岩、绿泥石片岩、石英片岩、二长片岩、糜棱片岩、含蛇纹石白云石大理岩、斜长角闪岩、变粒岩及浅粒岩组成。

岩石韧性变形强烈，形成糜棱岩化岩石及糜棱岩，内部残斑、拖尾等构造发育，显示为左旋剪切特征。

受赤峰-开原断裂影响，地层内部层间褶皱发育，早三叠世闪长岩脉体发育，构造线方向呈东西向及北东向展布。

宝音图群变质岩系被后期晚侏罗世二长花岗岩侵入，并被早白垩世义县组火山岩地层角度不整合覆盖。

2样品采集及岩石学特征
样品采自研究区热水一带的斜长角闪岩中，取样位置见图1，样品坐标为E119°15′41″,N42°12′48″，样品编号为D5259-1。

岩石风化面灰黑色，新鲜面青灰色，鳞片粒状变晶结构，片麻状构造，由黑云母25%、角闪石40%和斜长石35%组成。

角闪石：他形粒状、短柱状，颜色为深蓝-绿色，多色性显著：Ng-蓝绿，Np-黄绿，一组柱面完全解理发育，斜消光，干涉色被颜色所掩盖，粒径0.1～0.45mm 。

延长方向定向。

黑云母：片状，充填于斜长石和角闪石之间，多色
性显著：Ng-棕褐、黄褐，Np-浅黄，大致有方向性，部分垂直片麻理生长。

斜长石：多数颗粒呈他形粒状，少数呈半自形板状，聚片双晶带较宽，偶见弱环带，部分晶面中心绢云母化，粒径0.05～0.2mm 。

3分析测试方法
样品用常规方法进行粉碎、筛选、清洗和烘干，然后采用磁选和重液分选出锆石晶体，随后在双目镜下挑选透明度和晶形较好、无明显裂痕的锆石颗粒置于双面胶上，灌上环氧树脂制靶，固化后打磨抛光使锆石内部结构暴露，用于透射光、反射光、阴极发光（CL ）锆石图像采集和锆石原位单点U-Pb 定年。

样品的破碎和锆石挑选由河北省廊坊市宇能矿物分选有限公司完成，背散射图像在吉林大学完成。

样品锆石U-Pb 同位素定年是由中国地质大学（北京）科学研究院地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。

分析仪器为由激光（波长193nm ）剥蚀进样系统（UPI93SS ）和Agilent 7500a 型四级杆等离子质谱仪联合构成的激光等离子质谱仪（LA-ICP-MS ）。

采用He 作为剥蚀物质的载气，激光器工作频
率为10Hz 。

测试点的激光束斑直径为36μm ，剥蚀时间为45s 。

锆石U-Pb 及年龄标准选用标准锆石91500，使用锆石中含量稳定29Si 作为内标，以标准锆石TEMORA （416±5Ma ）和QH （160±1Ma ）作为辅助标样。

锆石U-Pb 同位素比值由ICP-MS 测定，比值采用GLITTER 4.4程序，年龄计算采用国际标准程序Isoplot/Ex(3.0)。

普通铅校正方法同Ander-son(2002)[11]。

实验测试结果列于表1，锆石微量元素结果列于表2。

对斜长角闪岩锆石U-Pb 测年的同时进行了主量元素、微量元素和稀土元素测定，测试在国土资源部沈阳地质调查中心检测分析中心完成。

对于矿石微量元素的分析我们采用高压密封消解ICP-MS 法，在美国热电公司XSeries Ⅱ等离子体质谱仪进行测试，准确称取0.1g 样品于消解罐中，加入1mL 浓硝酸、1mL 氢氟酸。

将消解罐置于烘箱中加热，升温至180度保持10～12h ，取出消解罐敞开置于电热板上120°加热，当消解液剩下约2～3mL 时升温至240℃，复溶后用0.5%的稀硝酸定容至刻度待测。

对样品处理全流程空白进行12次测定，利用3倍标准偏差计算各元素的方法检出限，精密度均小于10%，实验结果数据表列于表3。

图1研究区地质简图
Fig.1Simplified map of research area
82地质调查与研究第38卷
测试单位：国土资源部沈阳地质调查中心检测分析中心；*样品为调谐度太大剔除样品
表1宝音图群斜长角闪岩锆石L A -I C P -M S U -P b 分析结果
T a b l e 1L A -I C P -M S z i r c o n U -P b d a t a o f t h e p l a g i o c l a s e a m p h i b o l i t e i n B a o y i n t u G r o u p
第2期
陈井胜等：赤峰东部宝音图群斜长角闪岩锆石U-Pb 年龄及地质意义
83
测试单位：沈阳地质调查中心检测分析中心；*样品为调谐度太大剔除样品
表2锆石微量元素（×10-6）分析结果
Table 2Rare element composition of the zicons
4锆石成因及分析结果
4.1锆石成因
锆石一般分为岩浆锆石与变质锆石，目前尚没有一种可以完全明确区分岩浆锆石与变质锆石的定量方法[12]。

一般岩浆锆石为自形，晶棱锋锐清晰[13]
；变质锆石外形多为圆卵形、不规则状[12]，但在角闪岩相变质增生锆石通常具有规则外形
[14-15]。

背散射照片（图2）
显示锆石具有半自形柱状结构，但边部均出现略微圆滑，晶棱变得不那么锋锐、清晰。

样品岩性为斜长角闪岩，如果其中锆石为原岩（基性火山岩）锆石，那么一般火山岩中的锆石具有较大的长宽比值（比值可以高达12）,多为长柱状或针状的外形特征[16]。

样品D5259-1的锆石长宽比多在1:1到2:1，比较小，所以从锆石晶型上来看可能为变质锆石。

通常认为典型岩浆锆石具有明显的岩浆振荡环带和亮色的CL 图像，Th/U 比值较高＞0.4
[12,17-18]，而变
质锆石不具有明显的振荡环带，其Th/U 比值较低，一
般＜0.1[12,19-21]或＜0.1～0.2[22]，本次研究除去一个样品＞0.4外，其余样品中9个Th/U 比值均＜0.1，16个样品＜0.2，5个样品Th/U 比值处于0.3～0.2之间，显示变质锆石的特征[19-22]。

此外锆石的高Hf 含量以及较低的Nb 、Ta 及Nb/Ta 比值（表2）也说明样品中的锆石为变质锆石[12]。

综上认为D5259-1样品锆石为变质锆石。

4.2分析结果
本次工作所测斜长角闪岩25个锆石颗粒，除去四个调谐度比较高的样品外，其余21个锆石点位于
谐和线上及其附近，成群分布（图3），207
Pb /206Pb 加权
平均年龄为1860.1±7.9Ma ，代表了斜长角闪岩的形成年龄，所以宝音图群形成应该早于1860Ma ，时代应为古远古代。

5讨论
5.1对宝音图群形成时代及构造归属的制约
对于宝音图群的形成时代，前人已经做过大量的工作。

部分学者认为其形成于早元古代：李文国
84地质调查与研究
第38卷
等[1]在内蒙古自治区岩石地层中测得角闪变粒岩的Rb-Sr 全岩等时线年龄为2915.9Ma ，绿泥绿帘阳起石片岩Sm-Nd 同位素全岩等时线年龄为1910Ma ，认为属于新太古代；徐备等在苏尼特左旗绿帘绿泥阳起片岩中获得Sm-Nd 同位素等时线年龄1910Ma [3]；肖荣阁等在昌特敖包黑云斜长片麻岩中获得Rb-Sr 等时线年龄为1708Ma [2]；徐备等在乌拉特中旗图格
送样号SiO 2TiO 2Al 2O 3TFe 2O 3FeO MnO MgO CaO Na 2O K 2O P 2O 5LOS La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Y Ba Co Cr Nb Ni Rb Sr V Zr Hf Ta Li Be Sc Th U
D5259-149.900.4312.518.796.610.169.588.941.912.630.244.6524.5254.895.2917.022.360.382.190.241.230.250.770.161.120.196.85776.2128.62690.786.72112.6494.00349.30126.87128.794.200.7428.971.9916.7023.031.22
D5259-250.120.4212.298.516.590.169.429.291.802.560.234.9761.15116.8013.1947.768.021.475.720.733.460.641.620.241.520.2318.33850.1236.97810.487.01139.1782.22340.08167.64130.124.171.2127.181.8728.6013.261.36
PM306-23-1
52.490.5316.989.117.060.127.075.142.471.520.084.3222.6441.874.8818.193.240.792.510.372.070.421.130.191.170.1712.30467.9133.28242.836.1199.0865.95458.0494.2475.092.770.7163.091.4218.2310.471.92
表3斜长角闪岩主量元素（wt％）、微量元素（×10-6）及稀土元素（×10-6
）分析结果
Table 3Major element （wt％）,rare element （×10-6）and trace element （×10-6）composition of plagioclase
amphibolite 测试单位：
国土资源部沈阳地质调查中心检测分析中心
图2斜长角闪岩锆石背散射图像
Fig.2BES images of zircons from the plagioclase
amphibolite
图3斜长角闪岩锆石U-Pb 年龄谐和图
Fig.3U-Pb Concordia diagram of zircons from the
plagioclase amphibolite
第2期陈井胜等：赤峰东部宝音图群斜长角闪岩锆石U-Pb 年龄及地质意义85
日格地区斜长角闪片岩中获得Sm-Nd全岩等时线年龄2485±128Ma[4]；内蒙古自治区地质矿产调查院在达茂旗附近变质基性火山岩中获得2个锆石U-Pb同位素不一致线上交点年龄2496±26Ma和2486±42 Ma[5]；张玉清在达茂旗(百灵庙镇)西侧和北侧的宝音图群中阳起钠长片岩、二云片岩的单颗粒锆石U-Pb 法年龄测定,获得了两条不一致线上交点年龄2486±42Ma和2496±26Ma[6]；张玉清在白云鄂博北23km乌德透辉角闪斜长变粒岩中测得锆石U-Pb年龄为2525±41Ma[7]。

部分学者认为其形成于中元古代：孙立新等在乌拉特中旗巴音前大门乡宝音图获得宝音图群下部石英岩锆石U-Pb下限年龄为1462 Ma，认为宝音图群形成于此年龄之后，时代为中元古代[10]。

笔者本次工作所获得的宝音图群斜长角闪岩变质锆石的LA-ICP-MSU-Pb年龄为1860Ma，代表了其变质事件发生时间，说明宝音图群应该形成于此年龄之前。

在研究区内中二叠统额里图组安山质自碎角砾岩中获得捕获变质锆石年龄为1887±11Ma（数据另发），也暗示本区在早元古代1890～1860Ma之间存在一次变质事件。

该事件与华北地台北缘古元古代1.8～1.95Ga发生的变质事件及花岗岩浆作用相一致[8-9,23-26]；并且宝音图群碎屑锆石年龄谱与化德群碎屑锆石年龄谱[27]、中新元古代长龙山组碎屑锆石年龄谱[28]具有相似的年龄谱特征，都存在1800 Ma左右的强峰值，说明宝音图群属于华北地台的一部分[10,29]，是陆缘拉张解体阶段源自结晶基底的裂解古陆块[30-31]。

5.2原岩恢复及其构造环境判别
斜长角闪岩样品的SiO2含量为49.90%～52.49%，Al2O3含量介于12.29%～16.98%之间；TiO2含量低，平均值为0.46%。

Na2O+K2O=3.99%～4.54%，Na2O/K2O=0.70～1.62，MgO含量较高（7.07%～9.58%），TFe2O3含量中等（8.51%～9.11%）；样品PM306-23-1的CaO含量低（5.14%），明显低于其他两个样品（平均9.12%），可能由源岩绢云母化或碳酸盐蚀变程度差异引起的。

在Mg0-CaO-FeO*图解上，样品均落入正斜长角闪岩区域内（图4），表明其变质原岩应为玄武岩。

在AFM图解上，显示了样品属于钙碱性系列（图5）。

所以宝音图群斜长角闪岩的原岩为钙碱性玄武岩。

斜长角闪岩的稀土总量（ΣREE）介于（99.63～262.55）×10-6之间，LREE介于（91.6～248.39）×10-6，HREE介于（6.16～14.16）×10-6，LREE/HREE= 11.41～17.59。

（La/Yb）N=13.07～27.14，（La/Sm）N= 4.4～6.55。

具有弱的负铕异常（δEu=0.51～0.82），无Ce异常（δCe=0.92～1.11）。

在球粒陨石标准化稀土元素配分图解上，呈LREE富集、HREE亏损的右倾型稀土配分型式（图6a）。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图上（图6b），斜长角闪岩与大陆性钙碱性玄武岩分布模式相近，表现出强烈富集Ba、Rb、Th、K（Sr）等大离子亲石元素，并伴有Ce、Sm的富集，亏损高场强元素Nb、Ta、P和Ti，也表现出钙碱性玄武岩的特征。

图4Mg0-CaO-FeO*图解（据Walker，1960）
Fig.4Diagram of Mg0-CaO-FeO*
Ⅰ-正斜长角闪岩；Ⅱ-副斜长角闪岩
a
图5AFM图解
Fig.5Diagram of AFM
TH-拉斑系列；CA-钙碱性系列
b
86地质调查与研究第38卷
部分熔融、分离结晶及角闪岩相变质作用对Hf、Th、Ta、Yb的影响较小，因此选择Hf、Th、Ta、Yb元素示踪斜长角闪岩形成的构造环境。

斜长角闪岩的Hf/Th≤0.31，在Hf/3-Th-Ta图解上，样品落入岛弧钙碱性玄武岩区（图7）。

在Th/Yb-Ta/Yb图解上（图8），样品主要落入陆缘岛弧玄武岩区。

本次获得的宝音图群斜长角闪岩呈现了一定的岛弧岩浆特征，如LREE含量高，富集Ba、Rb、Th、K，亏损Nb、Ta等，在微量元素蛛网图上呈“三隆起”模式，与典型洋中脊玄武岩及板内玄武岩明显不同。

斜长角闪岩样品均具有较高的Th/Ta（10.95～31.16）比值，与产于岛弧环境的玄武岩一致（Th/Ta＞3
，
图6稀土元素球粒陨石标准化配分图（a）及微量元素原始地幔标准化蛛网图（b）
Fig.6Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized
trace elements spidergrams(b)of the plagioclase amphibolite
图7Hf/3-Th-Ta图解
Fig.7Diagram of Hf/3-Th-Ta
MORB.洋中脊玄武岩；WPT（B）.板内玄武岩；CAB.岛
弧钙碱性玄武岩；
IAT.岛弧拉斑玄武岩
图8Th/Yb-Ta/Yb图解
Fig.8Diagram of Th/Yb-Ta/Yb
IAB.岛弧玄武岩；IAT.岛弧拉斑系列；ICA.岛弧钙碱性系列；SHO.
岛弧橄榄玄粗岩系列；WPB.板内玄武岩；MORB.洋中脊玄武岩；
TH.拉斑玄武岩；TR.过渡玄武岩；ALK.碱性玄武岩
Pearce，1982）。

综上所述，认为斜长角闪岩形成于活
动陆缘的岛弧环境，说明华北克拉通北缘存在一古
元古代岩浆弧[31]。

6结论
（1）通过晶型、背散射图像及地球化学数值确定
赤峰东部宝音图群斜长角闪岩中锆石为变质锆石，
其U-Pb同位素测年结果为1860.1±7.9Ma，说明宝音
图群形成于此次变质事件以前，即宝音图群形成于
古元古代。

通过对比变质事件、花岗岩浆作用事件
说明宝音图群为华北地台的一部分。

（2）宝音图群斜长角闪岩主量元素显示，该斜长第2期陈井胜等：赤峰东部宝音图群斜长角闪岩锆石U-Pb年龄及地质意义87
角闪岩的原岩为正变质的钙碱性玄武岩，可以将宝音图群按照常规的地层研究方法进行构造研究；通过稀土元素和微量元素分析，结合构造环境判别图解，确定斜长角闪岩形成于岛弧环境，同时还呈现出活动性陆缘特征，暗示古元古代华北地台北缘可能为一岩浆弧。

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88地质调查与研究第38卷
Zircon U-Pb Ages and Geological Significance of the Plagioclase Amphibolite in the Baoyintu Group Eastern of Chifeng
CHEN Jing-sheng1,2,LI Bin1,XING De-he1,LIU Miao1,2,YANG Jia-lin1，
WANG Yin-fu1，CHEN Hui-jun1
（1.Shenyang Centre，China Geological Servey，Shenyang110034，China；
2.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun130026，China）
Abstract:The Baoyintu Group is the oldest crystal basement at the north eage of north China platform.The char-acteristics of crystal type,BSE images and low Th/U ratio,high Hf,low Nb,Ta,low Nb/Ta ratio in the zircons of plagioclase amphibolite in Baoyintu Group east of Chifeng show that are the metamorphic zircons.Analysis of LA-ICP-MS zircon U-Pb ages was conducted for the metamorphic zircons.The results show a metamorphic zir-con age of1860.5±8.4Ma for the plagioclase amphibolite which constrain the age of Baoyintu Group is earlier than1860Ma.Consistent with the metamorphic event of North China Block in the early Proterozoic,that Baoyin-tu Group is a part of the North China Block.According to the characteristics of the major elements and the trace elements,studies of protolith reconstruction map and differentiation of structure environment are proceeded.The result suggests that the protolith of plagioclase amphibolite in Baoyintu Group is calc-alkali basalt which formed in the island-arc environment at active continental margin.
Key words:Baoyintu Group;plagioclase amphibolite;genesis of zircon;U-Pb isotopic dating;protolith recon-struction。