Early Paleozoic Paleo-Asian Ocean subduction in the southern Beishan, Gansu: Evidence of zircon U−Pb age and geochemical records from Mingshujing adakitic pluton
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摘要:
甘肃北山南部具有重要的构造位置与复杂的构造演化历史，制约着北山造山带大地构造归属研究。北山明舒井埃达克质侵入体位于南部辉铜山以西地区，岩性主要为二长花岗岩、正长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩等。对明舒井侵入体中的二长花岗岩、正长花岗岩和花岗闪长岩进行 LA−ICP−MS锆石U−Pb测年，定年结果分别为423.4±3.4 Ma、425.4±2.3 Ma和437.8±3.5 Ma。岩石SiO2含量多数大于56%（55.53% ~ 64.42%）， Al2O3大于15%（15.1% ~ 17.79%），MgO多数小于3%，全部小于6%（2.07% ~ 3.5%），Y和Yb含量均较低，同时轻稀土元素富集，Eu异常不明显，Sr含量较高，具有与埃达克岩相似的特征。综合区域地质背景，认为北山南部志留纪埃达克质侵入岩形成于活动大陆边缘火山弧环境，可能是志留纪古亚洲洋向北消减俯冲背景下岩浆作用的产物，同时发生了大规模的地壳增生。明舒井埃达克质侵入岩体的识别为北山造山带早古生代构造演化提供了重要依据。
Abstract:The southern Beishan has an important tectonic position and a complex tectonic evolution history, which restricts the research on the tectonic attribution of the Beishan orogenic belt. The Mingshujing adakitic pluton is located in the south of Beishan, Gansu, to the west of Huitong Mountain, and the lithology is mainly adamellite, syenogranite, granodiorite, quartz diorite, etc. The LA−ICP−MS ages of the adamellite, syenogranite, granodiorite zircons of the Mingshujing adakitic pluton are 423.4±3.4 Ma, 425.4±2.3 Ma and 437.8±3.5 Ma, respectively, which represent the crystallization age of the pluton. The content of SiO2 is mostly higher than 56% (55.53% ~ 64.42%), Al2O3 is larger than 15% (15.1% ~ 17.79%), MgO is mostly less than 3%, and all are less than 6% (2.07% ~ 3.5%). The content of Y and Yb is relatively low. At the same time, no Eu anomaly or only weak negative Eu anomaly can be observed, REE distribution patterns show strong REE segregation and belong to the type of enriched LREE, and there exist very prominent negative Nb anomaly and positive Sr anomaly in the trace element spidergram. The petrogeochemistry has similar characteristics to that of adakite. Based on the regional geological background, it is believed that the Silurian adakitic pluton in the southern Beishan were formed in the volcanic arc environment of the active continent margin, and which may be the products of the northward subducting magmatism of the Silurian paleo-Asian oceanic crust in Beishan Mountains, at the same time, there was a massive continental accretion. The identification of adakitic pluton in the Mingshujing provides an important basis for the early Paleozoic tectonic evolution of the Beishan Orogenic Belt.
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图 1 中亚造山带大地构造简图（a，据Xiao et al., 2010修改）、北山造山带及邻区构造纲要图（b，据李向民等，2016修改）与研究区地质图（c，据赵海波等，2019修改）
Figure 1.
图 4 明舒井埃达克质侵入岩A/CNK-A/NK图解（Maniar et al., 1989）
Figure 4.
图 5 明舒井埃达克质侵入岩岩石SiO2-K2O图解（Peccerillo et al., 1976; Middlemost et al., 1985）
Figure 5.
图 6 样品球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（标准化值据Sun et al., 1989）
Figure 6.
图 7 样品原始地幔标准化微量元素蛛网图（标准化值据Marc et al., 1990）
Figure 7.
图 8 埃达克岩与玄武岩实验熔体SiO2−MgO图解（底图据Atherton et al., 1993）
Figure 8.
图 9 明舒井埃达克质侵入岩构造环境判别图（底图据Pearce et al., 1984）
Figure 9.
表 1 明舒井埃达克质侵入体岩体锆石U-Th-Pb分析数据
Table 1. U-Th-Pb isotopic data of zircons from the Mingshujing adakitic pluton
测点
编号含量/
10−6Th/U 同位素比值 年龄/Ma 谐和度 U Th 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 208Pb/232Th 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 二长花岗岩PM011-2TW 01 612 338 0.55 0.0551 0.0012 0.5163 0.0108 0.0681 0.0008 0.0218 0.0003 416 27 423 7 424 5 0.998 02 680 358 0.53 0.0608 0.0047 0.5079 0.0385 0.0607 0.0013 0.0202 0.0009 631 126 417 26 380 8 1.097 03 925 505 0.55 0.0551 0.0019 0.5200 0.0165 0.0685 0.0008 0.0214 0.0002 415 77 425 11 427 5 0.995 04 477 223 0.47 0.0548 0.0013 0.5418 0.0127 0.0717 0.0008 0.0219 0.0004 405 32 440 8 447 5 0.984 05 703 391 0.56 0.0559 0.0011 0.5615 0.0110 0.0729 0.0008 0.0247 0.0003 449 25 453 7 454 5 0.998 06 728 311 0.43 0.0548 0.0011 0.5221 0.0104 0.0692 0.0008 0.0209 0.0003 404 26 427 7 431 5 0.991 07 245 27 0.11 0.0558 0.0020 0.5181 0.0179 0.0675 0.0009 0.0227 0.0011 443 54 424 12 421 5 1.007 08 717 368 0.51 0.0597 0.0013 0.6707 0.0137 0.0816 0.0009 0.0271 0.0004 592 26 521 8 506 5 1.030 09 429 200 0.47 0.0562 0.0015 0.5456 0.0137 0.0705 0.0008 0.0233 0.0004 459 36 442 9 439 5 1.007 10 665 331 0.50 0.0577 0.0027 0.5369 0.0240 0.0676 0.0010 0.0247 0.0007 518 72 436 16 421 6 1.036 11 630 392 0.62 0.0564 0.0013 0.5223 0.0116 0.0673 0.0007 0.0216 0.0003 467 30 427 8 420 4 1.017 12 787 393 0.50 0.0556 0.0013 0.4973 0.0111 0.0650 0.0007 0.0201 0.0003 435 30 410 8 406 4 1.010 13 515 246 0.48 0.0584 0.0019 0.6114 0.0190 0.0760 0.0009 0.0248 0.0005 546 46 484 12 472 6 1.025 14 540 261 0.48 0.0576 0.0014 0.5729 0.0132 0.0722 0.0008 0.0231 0.0004 515 31 460 9 449 5 1.024 15 485 238 0.49 0.0561 0.0023 0.5465 0.0213 0.0707 0.0009 0.0220 0.0002 456 93 443 14 440 5 1.007 16 505 283 0.56 0.0679 0.0065 0.5349 0.0498 0.0572 0.0015 0.0193 0.0011 867 149 435 33 358 9 1.215 17 561 271 0.48 0.0550 0.0025 0.5080 0.0223 0.0671 0.0009 0.0209 0.0002 410 105 417 15 418 5 0.998 18 802 440 0.55 0.0579 0.0012 0.5612 0.0114 0.0703 0.0008 0.0217 0.0003 527 26 452 7 438 5 1.032 19 873 468 0.54 0.0548 0.0022 0.4841 0.0188 0.0640 0.0008 0.0200 0.0002 406 93 401 13 400 5 1.003 20 1050 724 0.69 0.0555 0.0027 0.4686 0.0219 0.0613 0.0008 0.0191 0.0002 431 110 390 15 383 5 1.018 21 1078 709 0.66 0.0639 0.0042 0.6203 0.0399 0.0705 0.0014 0.0206 0.0008 737 103 490 25 439 8 1.116 22 555 264 0.47 0.0601 0.0015 0.5663 0.0136 0.0684 0.0008 0.0216 0.0004 609 33 456 9 426 5 1.070 23 536 320 0.60 0.0582 0.0014 0.5740 0.0135 0.0716 0.0008 0.0229 0.0003 539 32 461 9 446 5 1.034 24 615 349 0.57 0.0675 0.0064 0.6580 0.0603 0.0707 0.0019 0.0234 0.0013 854 147 513 37 441 11 1.163 25 327 166 0.51 0.0578 0.0024 0.5967 0.0238 0.0750 0.0010 0.0239 0.0006 521 63 475 15 466 6 1.019 正长花岗岩D0600-19TW 1 290 147 0.51 0.0540 0.0016 0.5149 0.0162 0.0691 0.0009 0.4038 0.0229 369 67 422 11 430 5 1.021 2 413 238 0.58 0.0528 0.0013 0.5021 0.0119 0.0690 0.0009 0.5598 0.0225 320 56 413 8 430 6 1.041 3 275 135 0.49 0.0836 0.0041 0.8424 0.0527 0.0712 0.0011 0.2515 0.0341 1283 96 620 29 443 7 0.714 4 371 194 0.52 0.0551 0.0014 0.5168 0.0133 0.0680 0.0007 0.3999 0.0220 413 59 423 9 424 4 1.003 5 391 201 0.51 0.0534 0.0014 0.5029 0.0119 0.0685 0.0009 0.5466 0.0222 343 90 414 8 427 5 1.033 6 388 238 0.61 0.0553 0.0013 0.5268 0.0140 0.0688 0.0009 0.4911 0.0223 433 52 430 9 429 5 0.999 7 413 266 0.65 0.0566 0.0015 0.5348 0.0135 0.0685 0.0006 0.3594 0.0222 480 92 435 9 427 4 0.982 8 767 669 0.87 0.0552 0.0012 0.5194 0.0108 0.0684 0.0008 0.5865 0.0213 417 55 425 7 427 5 1.005 9 368 236 0.64 0.0555 0.0014 0.5240 0.0134 0.0684 0.0008 0.4588 0.0211 432 54 428 9 427 5 0.997 10 490 303 0.62 0.0518 0.0012 0.4877 0.0113 0.0686 0.0010 0.6221 0.0212 276 54 403 8 428 6 1.060 11 423 261 0.62 0.0592 0.0030 0.5613 0.0340 0.0679 0.0009 0.2177 0.0233 572 109 452 22 423 5 0.936 12 391 208 0.53 0.0526 0.0013 0.4942 0.0135 0.0680 0.0009 0.4611 0.0214 322 57 408 9 424 5 1.039 13 411 237 0.58 0.0537 0.0014 0.5057 0.0133 0.0684 0.0008 0.4456 0.0216 367 57 416 9 426 5 1.026 14 600 530 0.88 0.0559 0.0011 0.5222 0.0104 0.0678 0.0008 0.6073 0.0221 456 17 427 7 423 5 0.991 15 345 187 0.54 0.0535 0.0014 0.4995 0.0118 0.0680 0.0009 0.5518 0.0227 354 55 411 8 424 5 1.031 16 313 181 0.58 0.0575 0.0019 0.5385 0.0177 0.0679 0.0008 0.3383 0.0224 509 75 437 12 424 5 0.968 17 700 448 0.64 0.0683 0.0025 0.6680 0.0310 0.0695 0.0010 0.3054 0.0262 880 -123 520 19 433 6 0.834 18 571 334 0.58 0.0566 0.0011 0.5295 0.0113 0.0677 0.0008 0.5362 0.0220 476 44 431 8 422 5 0.979 19 362 209 0.58 0.0538 0.0014 0.5035 0.0117 0.0681 0.0008 0.5142 0.0226 361 57 414 8 425 5 1.026 20 342 193 0.57 0.0560 0.0015 0.5169 0.0130 0.0671 0.0008 0.4932 0.0230 450 57 423 9 419 5 0.989 花岗闪长岩D3782-1TW 1 290 226 0.78 0.0553 0.0019 0.5233 0.0175 0.0687 0.0010 0.0224 0.0004 422 48 427 12 428 6 1.00 2 198 124 0.62 0.0554 0.0022 0.5373 0.0214 0.0703 0.0011 0.0221 0.0005 429 60 437 14 438 7 1.00 3 218 144 0.66 0.0557 0.0023 0.5367 0.0215 0.0699 0.0011 0.0239 0.0005 440 61 436 14 435 7 1.00 4 154 97 0.63 0.0555 0.0029 0.5379 0.0275 0.0703 0.0012 0.0241 0.0006 430 83 437 18 438 7 1.00 5 310 161 0.52 0.0553 0.0019 0.5253 0.0181 0.0689 0.0010 0.0233 0.0005 424 50 429 12 429 6 1.00 6 284 173 0.61 0.0543 0.0025 0.5316 0.0238 0.0710 0.0012 0.0235 0.0006 382 71 433 16 442 7 0.98 7 284 183 0.64 0.0562 0.0031 0.5327 0.0285 0.0686 0.0013 0.0239 0.0007 461 86 434 19 428 8 1.01 8 307 183 0.60 0.0550 0.0024 0.5327 0.0227 0.0702 0.0011 0.0242 0.0006 411 66 434 15 437 7 0.99 9 303 191 0.63 0.0551 0.0021 0.5276 0.0196 0.0693 0.0011 0.0216 0.0005 418 55 430 13 432 6 1.00 10 271 170 0.63 0.0549 0.0023 0.5298 0.0217 0.0699 0.0011 0.0225 0.0005 407 63 432 14 436 7 0.99 11 281 162 0.58 0.0537 0.0023 0.5324 0.0226 0.0718 0.0012 0.0257 0.0006 357 67 433 15 447 7 0.97 12 264 153 0.58 0.0536 0.0026 0.5312 0.0257 0.0718 0.0012 0.0212 0.0006 353 78 433 17 447 7 0.97 13 305 247 0.81 0.0547 0.0023 0.5296 0.0219 0.0700 0.0011 0.0222 0.0005 400 64 432 15 436 7 0.99 14 348 213 0.61 0.0551 0.0022 0.5445 0.0219 0.0715 0.0011 0.0231 0.0005 415 61 441 14 445 7 0.99 15 303 246 0.81 0.0550 0.0025 0.5452 0.0240 0.0717 0.0012 0.0229 0.0005 412 69 442 16 446 7 0.99 16 416 222 0.53 0.0556 0.0028 0.5262 0.0262 0.0685 0.0012 0.0233 0.0007 435 80 429 17 427 7 1.00 17 288 172 0.60 0.0555 0.0031 0.5208 0.0288 0.0678 0.0013 0.0233 0.0007 433 90 426 19 423 8 1.01 18 227 112 0.49 0.0564 0.0042 0.5825 0.0423 0.0747 0.0016 0.0242 0.0011 467 123 466 27 464 10 1.00 19 468 273 0.58 0.0555 0.0022 0.5643 0.0222 0.0735 0.0011 0.0223 0.0005 433 60 454 14 457 7 0.99 20 507 311 0.61 0.0553 0.0022 0.5403 0.0212 0.0706 0.0011 0.0242 0.0005 424 60 439 14 440 7 1.00 21 480 317 0.66 0.0549 0.0025 0.5225 0.0239 0.0688 0.0011 0.0202 0.0005 406 73 427 16 429 7 1.00 22 427 279 0.65 0.0548 0.0025 0.5319 0.0243 0.0701 0.0011 0.0248 0.0006 405 73 433 16 437 7 0.99 23 535 403 0.75 0.0561 0.0022 0.5458 0.0216 0.0703 0.0011 0.0208 0.0005 456 60 442 14 438 7 1.01 24 558 391 0.70 0.0546 0.0022 0.5374 0.0216 0.0710 0.0011 0.0196 0.0005 397 62 437 14 442 7 0.99 25 599 398 0.66 0.0545 0.0022 0.5290 0.0216 0.0701 0.0011 0.0210 0.0005 393 64 431 14 437 7 0.99 
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表 2 明舒井埃达克质侵入体花岗岩体全岩主量、微量和稀土元素分析结果
Table 2. Major, trace elements and REE data of the Mingshujing adakitic pluton
元素 二长花岗岩 石英闪长岩 花岗闪长岩 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 SiO2 64.42 59.62 62.10 62.08 61.06 56.07 59.99 55.53 58.91 55.75 58.83 63.44 58.98 63.52 TiO2 0.62 0.70 0.72 0.68 0.63 0.96 0.85 1.14 0.88 1.16 0.87 0.69 0.98 0.76 Al2O3 15.10 17.76 15.64 15.88 16.37 17.35 16.75 17.44 17.16 17.68 17.79 15.51 16.51 15.86 Fe2O3 5.23 5.81 5.62 5.68 6.00 7.68 6.63 8.70 6.81 8.22 6.52 5.70 7.33 5.50 FeO 2.88 3.57 3.25 3.44 3.81 4.57 3.86 4.70 3.86 4.47 3.52 3.22 4.44 3.25 MnO 0.09 0.10 0.09 0.09 0.08 0.12 0.10 0.11 0.10 0.13 0.10 0.08 0.13 0.10 MgO 2.30 2.46 2.86 2.68 2.37 3.50 2.92 3.08 2.90 3.20 2.40 2.07 3.45 2.28 CaO 4.55 5.18 5.16 4.94 5.21 6.14 5.61 5.99 5.83 6.60 4.95 3.84 4.83 3.54 Na2O 3.26 4.29 3.42 3.41 3.73 4.26 3.82 4.11 3.61 3.96 3.37 3.23 3.58 3.57 K2O 2.36 1.57 2.45 2.63 2.50 1.95 2.11 2.19 2.17 1.62 3.11 3.47 2.61 3.60 P2O5 0.14 0.17 0.16 0.16 0.15 0.25 0.21 0.32 0.23 0.32 0.22 0.15 0.23 0.17 σ 1.47 2.07 1.80 1.91 2.15 2.95 2.07 3.17 2.10 2.44 2.65 2.20 2.40 2.51 A/NK 1.91 2.03 1.89 1.88 1.85 1.90 1.95 1.91 2.07 2.14 2.00 1.71 1.89 1.62 A/CNK 0.93 0.98 0.89 0.91 0.89 0.86 0.89 0.87 0.91 0.87 0.99 0.97 0.94 0.98 Mg# 0.35 0.33 0.38 0.36 0.31 0.35 0.35 0.31 0.34 0.32 0.31 0.31 0.36 0.33 Rb 116.17 95.07 126.60 122.24 104.14 107.12 106.35 117.06 80.44 72.00 146.80 133.93 112.62 140.02 Sr 568.33 670.85 574.97 595.41 695.45 617.02 696.92 759.68 661.56 648.08 534.31 426.16 527.80 451.20 Ba 683.30 315.26 662.42 767.25 997.48 357.37 839.12 581.67 771.51 525.98 733.03 678.99 521.87 690.63 Th 14.05 12.79 8.17 6.40 14.54 10.69 9.80 15.51 10.41 6.45 14.22 28.14 11.67 19.63 U 2.92 2.97 3.54 3.00 3.18 3.19 2.66 6.99 3.55 1.59 6.50 3.94 2.12 4.54 Nb 9.16 11.32 11.78 11.36 9.68 11.89 9.10 16.28 8.42 8.45 11.11 11.39 9.53 10.24 Ta 0.98 1.12 1.32 1.27 1.02 1.00 0.71 1.41 0.71 0.65 0.89 0.98 0.80 1.18 Zr 142.02 162.63 110.66 116.62 125.02 114.00 112.46 169.30 219.12 89.04 156.18 191.69 130.67 151.85 Hf 4.17 4.04 3.70 3.53 3.28 3.29 3.39 4.42 5.01 2.36 4.09 4.83 3.12 4.21 Co 12.84 12.31 17.76 16.80 14.29 25.66 23.07 24.36 19.05 21.19 14.83 13.69 17.81 12.96 Ni 19.90 19.22 26.50 27.37 20.55 34.46 30.66 20.97 15.12 13.86 12.50 20.32 20.65 15.97 V 75.74 89.77 124.11 117.78 99.97 189.51 156.70 186.19 148.89 169.22 123.62 105.11 141.09 104.70 Sc 14.35 11.77 15.01 15.79 11.88 19.85 14.95 17.70 16.08 17.28 13.02 11.22 15.47 11.05 Ga 24.06 25.52 25.55 25.34 25.62 28.46 25.35 30.03 22.24 22.53 24.11 22.71 23.05 22.51 La 38.90 33.93 22.24 20.15 38.20 25.98 26.67 31.47 25.19 27.57 31.33 36.87 27.75 28.68 Ce 68.44 80.99 61.67 46.80 85.79 66.09 96.89 76.01 57.41 60.12 62.35 73.80 60.98 62.26 Pr 8.14 7.94 7.67 6.81 8.13 7.98 6.80 9.38 6.43 7.07 7.78 9.09 7.35 7.76 Nd 24.94 26.98 28.96 26.41 27.60 29.59 24.32 35.09 23.24 26.72 27.34 31.79 26.73 28.09 Sm 4.23 4.57 5.77 5.55 5.02 6.14 4.72 6.95 4.51 5.16 5.35 5.60 5.34 5.23 Eu 1.41 1.44 1.73 1.71 1.85 1.65 1.95 2.17 1.67 1.73 1.95 1.59 1.85 1.63 Gd 4.33 4.60 5.64 5.22 4.98 5.89 4.75 6.67 4.47 5.11 5.12 5.51 5.25 5.25 Tb 0.60 0.66 0.93 0.85 0.73 0.92 0.69 1.03 0.66 0.75 0.80 0.87 0.83 0.84 Dy 2.89 3.05 4.58 4.12 3.55 4.70 3.36 5.01 3.33 3.62 3.85 4.20 4.28 4.24 Ho 0.62 0.64 0.97 0.87 0.73 1.00 0.70 1.06 0.69 0.76 0.84 0.90 0.93 0.92 Er 1.70 1.79 2.65 2.41 2.12 2.90 2.10 2.95 1.88 2.03 2.35 2.52 2.57 2.53 Tm 0.26 0.26 0.41 0.35 0.29 0.42 0.28 0.44 0.27 0.30 0.34 0.38 0.38 0.39 Yb 1.52 1.47 2.47 2.21 1.91 2.63 1.75 2.83 1.67 1.69 2.24 2.53 2.39 2.45 Lu 0.29 0.28 0.41 0.36 0.36 0.45 0.33 0.51 0.32 0.30 0.42 0.45 0.44 0.45 Y 15.77 15.48 24.29 21.20 18.49 24.96 17.26 24.98 16.35 18.16 18.41 20.76 20.55 20.65 ΣREE 158.27 168.60 146.09 123.82 181.28 156.34 175.31 181.57 131.74 142.95 152.05 176.08 147.05 150.73 ΣLREE 146.06 155.86 128.04 107.43 166.60 137.43 161.36 161.07 118.46 128.39 136.09 158.74 129.99 133.65 ΣHREE 12.21 12.74 18.05 16.39 14.69 18.91 13.96 20.50 13.29 14.56 15.96 17.34 17.06 17.07 LREE/HREE 11.97 12.24 7.09 6.55 11.34 7.27 11.56 7.86 8.92 8.82 8.53 9.15 7.62 7.83 δEu 1.00 0.95 0.92 0.95 1.12 0.83 1.25 0.96 1.13 1.02 1.12 0.86 1.05 0.94 (La/Sm)N 5.78 4.67 2.43 2.28 4.78 2.66 3.56 2.85 3.52 3.36 3.69 4.14 3.27 3.45 (La/Yb)N 17.24 15.58 6.07 6.15 13.46 6.66 10.30 7.49 10.16 10.98 9.43 9.84 7.84 7.91 (Sm/Nd)N 0.52 0.52 0.61 0.65 0.56 0.64 0.60 0.61 0.60 0.59 0.60 0.54 0.61 0.57 (Gd/Yb)N 2.30 2.53 1.84 1.91 2.10 1.81 2.20 1.90 2.16 2.43 1.84 1.76 1.77 1.73 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10−6
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图(10)
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