Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating and tectonic setting of volcanic rocks from Baishan Formation in Late Carboniferous in Yagan area, Inner Mongolia
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摘要:
弧火山岩对揭示俯冲过程中深部岩浆作用具有重要意义。内蒙古雅干地区白山组火山岩岩性主要为流纹岩、英安岩、流纹质晶屑凝灰岩、英安质晶屑凝灰岩。流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为309±1 Ma、308±1 Ma及300±2 Ma，时代为晚石炭世。地球化学分析显示，白山组火山岩具有较高的SiO2（70.98%~75.45%）、Na2O（2.90%~5.23%）含量，总体相对富钠，Na2O/K2O平均值为1.57。样品富集Rb、K、U等大离子亲石元素，亏损Nb、P、Ti等高场强元素，显示轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的右倾稀土元素配分模式，并且具有较明显的负Eu异常（δEu平均值为0.22），（La/Yb）N值为3.24~9.99，（La/Sm）N值为4.47~8.31。研究发现，白山组火山岩整体具有弧火山岩的地球化学特征，可能形成于大陆边缘弧构造环境，为晚石炭世古亚洲洋俯冲作用的产物。
Abstract:Arc igneous rocks play the key role in tracing the magmatic process in the subduction zone.The Baishan Formation in the Yagan region is mainly composed of rhyolite, dacite, rhyolitic crystal tuff and dacitic crystal tuff.LA-ICP-MS U-Pb dating were conducted on zircons from the rhyolites, and the weighted mean ages are 309±1 Ma, 308±1 Ma and 300±2 Ma, suggesting that the volcanic rocks was erupted during Late Carboniferous.The rhyolites have high SiO2(70.98%~75.45%) and Na2O(2.90%~5.23%) contents, and all samples are relatively rich in Na and have the average Na2O/K2O ratios of 1.57.The volcanic rocks are relatively enriched in large ion lithophile elements, such as Rb, K and U, and depleted in high field strength elements, such as Nb, P and Ti.They show right-leaning chondrite-normalized patterns, which means enrichment in LREE and depletion in HREE, with(La/Yb) N ratios of 3.24~9.99, (La/Sm) N ratios of 4.47~8.31 and significant Eu negative anomalies(average value of δEu is 0.22).The geochemical characteristics of Baishan Formation volcanic rocks are similar to arc-related magmatism.These rocks are likely formed in a continental margin arc setting, and products of the subduction of the paleo-Asian ocean during Late Carboniferous.
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图 1 阿拉善北部位置简图(a，据Xiao et al., 2010修改)、甘肃—内蒙古北山地区和阿拉善北部地区大地构造划分图(b，据王振义等，2022修改)和白山组地质简图(c)
Figure 1.
图 6 白山组火山岩TAS图解(底图据Winchester et al., 1976)
Figure 6.
图 7 白山组流纹岩球粒陨石标准化稀土元素配分图(a，标准化值据Boynton, 1984)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(b, 标准化值据McDonough et al., 1992)
Figure 7.
图 8 白山组流纹岩Ta/Yb-Th/Yb图解(a，底图据Pearce，1982)及Yb-Ta图解(b，底图据Pearce et al., 1984)
Figure 8.
表 1 白山组流纹岩锆石LA-ICP-MS U-Th-Pb分析数据
Table 1. Zircon LA-ICP-MS U-Th-Pb date of the rhyolite from Baishan Formation
测点 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma Pb 232Th 238U 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ PM11TW33 1 14 73 254 0.29 0.0526 0.0029 0.3539 0.0196 0.0485 0.0010 309 121 308 15 305 6 2 18 118 309 0.38 0.0508 0.0012 0.3474 0.0084 0.0494 0.0005 232 56 303 6 311 3 3 16 123 283 0.44 0.0514 0.0014 0.3469 0.0092 0.0486 0.0004 257 61 302 7 306 2 4 26 255 416 0.61 0.0520 0.0013 0.3564 0.0086 0.0494 0.0005 287 56 310 6 311 3 5 10 50 174 0.29 0.0495 0.0017 0.3367 0.0121 0.0490 0.0005 172 81 295 9 308 3 6 7 32 129 0.25 0.0529 0.0018 0.3569 0.0122 0.0490 0.0006 324 78 310 9 308 4 7 9 50 146 0.34 0.0540 0.0062 0.3998 0.0414 0.0540 0.0011 372 255 341 30 339 7 8 20 142 340 0.42 0.0722 0.0052 0.4787 0.0379 0.0477 0.0009 991 148 397 26 300 6 9 8 34 97 0.35 0.0916 0.0059 0.8512 0.0706 0.0644 0.0018 1458 122 625 39 402 11 10 21 201 354 0.57 0.0529 0.0016 0.3542 0.0105 0.0483 0.0005 324 69 308 8 304 3 11 13 114 210 0.54 0.0541 0.0016 0.3641 0.0105 0.0489 0.0005 372 67 315 8 308 3 12 18 115 262 0.44 0.0665 0.0027 0.4964 0.0223 0.0537 0.0007 820 87 409 15 337 4 13 27 129 286 0.45 0.1192 0.0034 1.1479 0.0321 0.0690 0.0009 1944 51 776 15 430 5 14 11 77 192 0.40 0.0503 0.0019 0.3415 0.0126 0.0489 0.0007 209 90 298 10 308 4 15 12 110 196 0.56 0.0498 0.0017 0.3444 0.0121 0.0497 0.0006 187 80 300 9 313 4 16 16 117 261 0.45 0.0495 0.0015 0.3407 0.0104 0.0496 0.0005 169 72 298 8 312 3 17 9 69 142 0.48 0.0522 0.0021 0.3515 0.0136 0.0488 0.0006 300 93 306 10 307 3 18 11 72 190 0.38 0.0524 0.0019 0.3564 0.0120 0.0493 0.0006 302 84 310 9 310 4 19 12 80 193 0.42 0.0494 0.0018 0.3409 0.0124 0.0496 0.0006 165 88 298 9 312 4 20 10 103 154 0.67 0.0525 0.0022 0.3542 0.0143 0.0490 0.0007 306 96 308 11 309 4 21 12 71 204 0.35 0.0501 0.0021 0.3403 0.0137 0.0490 0.0006 198 99 297 10 308 4 22 8 49 135 0.36 0.0596 0.0025 0.4151 0.0172 0.0504 0.0006 587 91 353 12 317 4 23 14 89 244 0.36 0.0532 0.0018 0.3622 0.0120 0.0491 0.0005 339 76 314 9 309 3 24 25 293 391 0.75 0.0497 0.0014 0.3405 0.0095 0.0494 0.0005 189 67 298 7 311 3 25 9 61 156 0.39 0.0525 0.0021 0.3558 0.0141 0.0488 0.0005 309 89 309 11 307 3 26 15 140 225 0.62 0.0532 0.0022 0.3850 0.0158 0.0522 0.0006 339 96 331 12 328 4 27 15 95 260 0.36 0.0521 0.0017 0.3554 0.0122 0.0491 0.0006 300 76 309 9 309 4 28 18 180 295 0.61 0.0512 0.0022 0.3470 0.0150 0.0488 0.0006 250 100 302 11 307 4 29 16 105 260 0.40 0.0537 0.0027 0.3844 0.0194 0.0517 0.0009 367 119 330 14 325 5 30 10 56 157 0.35 0.0603 0.0033 0.4594 0.0272 0.0546 0.0009 613 116 384 19 343 6 PM13TW9 1 8 50 102 0.49 0.0550 0.0028 0.4729 0.0241 0.0624 0.0010 413 113 393 17 390 6 2 12 142 147 0.97 0.1158 0.0080 0.8164 0.0670 0.0487 0.0006 1892 124 606 37 306 4 3 12 130 183 0.71 0.0537 0.0024 0.3584 0.0163 0.0484 0.0006 361 102 311 12 305 4 4 13 162 186 0.87 0.0507 0.0051 0.3371 0.0309 0.0488 0.0013 228 228 295 23 307 8 5 7 91 99 0.92 0.0575 0.0027 0.3855 0.0184 0.0487 0.0008 522 102 331 14 307 5 6 25 264 371 0.71 0.0512 0.0014 0.3454 0.0103 0.0490 0.0007 250 69 301 8 308 5 7 13 131 198 0.66 0.0502 0.0024 0.3356 0.0166 0.0484 0.0008 206 111 294 13 305 5 8 16 223 216 1.03 0.0531 0.0037 0.3547 0.0242 0.0487 0.0008 332 157 308 18 306 5 9 11 115 166 0.69 0.0532 0.0019 0.3564 0.0132 0.0487 0.0007 339 81 310 10 306 4 10 10 105 156 0.67 0.0593 0.0031 0.3944 0.0205 0.0482 0.0007 589 113 338 15 303 4 11 23 73 148 0.49 0.0635 0.0015 1.0875 0.0267 0.1239 0.0015 728 50 747 13 753 8 12 17 221 257 0.86 0.0718 0.0027 0.4617 0.0188 0.0461 0.0005 981 78 385 13 290 3 13 21 235 333 0.71 0.0534 0.0014 0.3585 0.0094 0.0485 0.0005 343 92 311 7 305 3 14 20 275 292 0.94 0.0528 0.0016 0.3589 0.0113 0.0490 0.0006 320 67 311 8 308 4 15 13 151 181 0.83 0.0660 0.0024 0.4590 0.0155 0.0508 0.0006 806 77 384 11 319 4 16 13 175 185 0.94 0.0551 0.0018 0.3735 0.0123 0.0490 0.0006 417 79 322 9 309 4 17 13 157 190 0.83 0.0592 0.0021 0.4005 0.0133 0.0491 0.0006 576 76 342 10 309 4 18 11 124 162 0.77 0.0516 0.0017 0.3538 0.0126 0.0494 0.0007 333 76 308 9 311 4 19 19 309 279 1.10 0.0543 0.0021 0.3583 0.0134 0.0478 0.0005 383 89 311 10 301 3 20 37 378 592 0.64 0.0507 0.0011 0.3472 0.0074 0.0495 0.0004 228 50 303 6 311 3 21 12 151 176 0.86 0.0513 0.0015 0.3466 0.0099 0.0490 0.0004 254 67 302 7 308 3 22 38 620 543 1.14 0.0529 0.0011 0.3606 0.0077 0.0492 0.0005 324 48 313 6 310 3 23 12 143 187 0.76 0.0528 0.0017 0.3566 0.0108 0.0491 0.0005 317 66 310 8 309 3 24 11 129 176 0.73 0.0505 0.0016 0.3426 0.0108 0.0491 0.0005 217 72 299 8 309 3 25 12 137 192 0.71 0.0512 0.0015 0.3497 0.0106 0.0494 0.0006 256 67 304 8 311 4 26 6 69 83 0.84 0.0522 0.0041 0.3836 0.0305 0.0529 0.0009 295 180 330 22 332 6 27 8 85 118 0.72 0.0541 0.0019 0.3669 0.0121 0.0494 0.0005 372 78 317 9 311 3 28 10 147 159 0.93 0.0522 0.0017 0.3505 0.0109 0.0488 0.0005 295 74 305 8 307 3 29 7 86 115 0.75 0.0521 0.0019 0.3551 0.0131 0.0495 0.0006 287 81 309 10 312 3 30 19 191 255 0.75 0.0531 0.0017 0.4149 0.0135 0.0566 0.0007 345 74 352 10 355 4 PM41TW20 1 11 113 170 0.67 0.0673 0.0037 0.4629 0.0266 0.0497 0.0008 856 121 386 18 313 5 2 28 234 478 0.49 0.0568 0.0021 0.3716 0.0140 0.0474 0.0005 483 83 321 10 298 3 3 28 287 460 0.62 0.0605 0.0027 0.3890 0.0169 0.0465 0.0007 633 96 334 12 293 4 4 36 426 614 0.69 0.0750 0.0016 0.4460 0.0102 0.0430 0.0004 1133 39 375 7 271 2 5 35 216 627 0.34 0.0753 0.0043 0.4501 0.0288 0.0429 0.0006 1080 113 377 20 271 4 6 32 292 536 0.54 0.0569 0.0013 0.3702 0.0094 0.0470 0.0005 487 52 320 7 296 3 7 18 228 281 0.81 0.0622 0.0023 0.4039 0.0139 0.0473 0.0006 683 74 344 10 298 4 8 24 182 363 0.50 0.0867 0.0068 0.5501 0.0412 0.0474 0.0017 1354 151 445 27 299 11 9 17 160 303 0.53 0.0946 0.0056 0.5313 0.0286 0.0412 0.0007 1520 111 433 19 260 5 10 39 762 576 1.32 0.0540 0.0013 0.3524 0.0085 0.0474 0.0005 369 56 307 6 298 3 11 23 297 376 0.79 0.0577 0.0014 0.3774 0.0100 0.0473 0.0004 520 56 325 7 298 3 12 18 396 273 1.45 0.0588 0.0017 0.3809 0.0127 0.0468 0.0006 567 67 328 9 295 4 13 23 214 413 0.52 0.0697 0.0039 0.4517 0.0362 0.0451 0.0007 920 -84 378 25 284 5 14 14 225 213 1.06 0.0624 0.0034 0.3988 0.0192 0.0465 0.0008 687 117 341 14 293 5 15 14 186 228 0.81 0.0528 0.0014 0.3499 0.0102 0.0479 0.0006 320 63 305 8 302 3 16 46 269 859 0.31 0.0535 0.0009 0.3517 0.0061 0.0477 0.0005 346 37 306 5 301 3 17 19 147 318 0.46 0.0552 0.0019 0.3706 0.0121 0.0488 0.0005 420 78 320 9 307 3 18 10 111 169 0.66 0.0520 0.0015 0.3468 0.0102 0.0484 0.0006 283 63 302 8 304 4 19 18 347 259 1.34 0.0568 0.0022 0.3786 0.0176 0.0477 0.0006 483 83 326 13 300 4 20 21 235 380 0.62 0.0779 0.0050 0.4408 0.0264 0.0411 0.0009 1146 132 371 19 259 6 21 41 444 694 0.64 0.0560 0.0011 0.3651 0.0064 0.0477 0.0005 454 44 316 5 300 3 22 17 242 286 0.85 0.0577 0.0012 0.3826 0.0090 0.0481 0.0006 520 46 329 7 303 3 23 24 225 438 0.51 0.0520 0.0010 0.3464 0.0078 0.0484 0.0006 283 46 302 6 304 3 24 26 396 401 0.99 0.0698 0.0018 0.4593 0.0141 0.0470 0.0005 924 48 384 10 296 3 25 22 248 370 0.67 0.0515 0.0012 0.3443 0.0080 0.0486 0.0005 265 52 300 6 306 3 26 69 380 807 0.47 0.1786 0.0040 1.2726 0.0264 0.0517 0.0005 2640 37 834 12 325 3 27 30 493 467 1.05 0.0524 0.0010 0.3448 0.0070 0.0477 0.0005 302 41 301 5 301 3 28 20 182 344 0.53 0.0548 0.0014 0.3598 0.0084 0.0479 0.0005 406 56 312 6 301 3 29 16 212 252 0.84 0.0549 0.0033 0.3627 0.0212 0.0480 0.0007 409 133 314 16 302 5 30 36 287 583 0.49 0.0686 0.0020 0.4664 0.0141 0.0491 0.0004 887 59 389 10 309 3 注：测试单位为中国地质调查局天津地质调查中心，2020 
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表 2 白山组流纹岩主量、微量和稀土元素分析结果
Table 2. Analytical results of major, trace element and REE of rhyolite from Baishan Formation
元素 PM11GS33 PM13GS9 PM41GS4 PM41GS8 PM41GS16 PM41GS46 元素 PM11GS33 PM13GS9 PM41GS4 PM41GS8 PM41GS16 PM41GS46 SiO2 72.33 75.45 73.10 71.03 75.11 70.98 Th 9.18 23.40 9.93 13.90 19.80 8.36 TiO2 0.27 0.20 0.12 0.31 0.16 0.34 Co 3.55 1.33 2.51 3.73 0.58 2.51 Al2O3 12.72 12.24 15.02 14.66 13.73 14.64 Ni 2.30 2.45 4.87 2.36 1.01 2.09 Fe2O3 0.82 0.97 0.90 2.04 0.49 1.52 U 3.12 4.06 2.80 3.40 4.43 2.55 MnO 0.32 0.05 0.04 0.05 0.04 0.07 La 16.20 20.80 16.20 21.70 25.20 8.93 MgO 0.31 0.36 0.81 0.36 0.19 0.70 Ce 30.40 41.90 28.00 52.70 50.40 15.00 CaO 3.02 1.32 1.53 1.24 0.55 1.71 Pr 3.42 5.48 4.17 5.19 4.99 2.10 Na2O 3.76 2.90 4.33 5.23 4.77 4.75 Nd 11.70 21.60 16.50 20.70 17.60 8.24 K2O 2.58 4.11 1.76 2.87 4.04 2.66 Sm 1.95 4.65 3.44 4.62 3.18 1.88 P2O5 0.046 0.026 0.052 0.038 0.013 0.076 Eu 0.29 1.26 0.60 0.95 0.53 0.62 H2O+ 0.06 0.82 1.30 0.62 0.34 1.16 Gd 2.15 4.84 3.15 4.45 2.86 1.93 烧失量 2.56 1.82 1.37 0.66 0.37 1.24 Tb 0.30 0.74 0.55 0.82 0.47 0.36 Na2O+ K2O 6.34 7.01 6.09 8.10 8.81 7.41 Ho 0.35 0.94 0.63 0.99 0.54 0.48 Na2O/ K2O 1.46 0.71 2.46 1.82 1.18 1.79 Er 1.02 2.72 1.93 2.95 1.63 1.56 σ 1.37 1.51 1.23 2.34 2.42 1.96 Tm 0.16 0.44 0.31 0.45 0.26 0.26 Cs 2.894 2.408 2.966 2.522 2.698 3.298 Yb 1.19 2.92 2.16 2.93 1.70 1.86 Rb 71.61 193.92 61.09 79.92 98.05 77.25 Lu 0.18 0.44 0.34 0.45 0.26 0.31 Sr 150.86 88.68 169.59 223.24 100.62 150.34 ΣREE 71.00 113.40 81.23 123.90 112.34 45.84 Ba 794.58 243.10 468.55 969.97 696.64 622.28 LREE 63.96 95.69 68.91 105.86 101.90 36.77 Nb 5.66 12.77 6.09 6.58 8.02 6.29 HREE 7.04 17.71 12.32 18.04 10.44 9.07 Ta 0.49 1.07 0.71 0.71 0.97 0.67 LREE/HREE 9.09 5.40 5.59 5.87 9.76 4.05 Zr 157.46 129.43 102.05 184.29 119.54 168.34 δEu 0.14 0.27 0.18 0.21 0.18 0.33 注：测试单位为中国地质调查局天津地质调查中心，2020。σ＝(Na2O+K2O)2/(SiO2－43)，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(8)
表(2)
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