郑小明, 尹海权, 高磊, 王晟宇, 王艳凯, 周洪瑞, 张维杰. (2017)内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩地球化学特征及其构造意义[J]. 古地理学报, 19(3): 491-502
Zheng Xiaoming, Yin Haiquan, Gao Lei, Wang Shengyu, Wang Yankai, Zhou Hongrui, Zhang Weijie. (2017)Geochemical characteristics and its tectonic significance of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa,Inner Mongolia[J]. Journal Of Palaeogeography, 19(3): 491-502. DOI:10.7605/gdlxb.2017.03.038  
Permissions
Copyright©2017, 《古地理学报》编辑部
版权所有.《古地理学报》编辑部
内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩地球化学特征及其构造意义
郑小明1,2, 尹海权3, 高磊2, 王晟宇4, 王艳凯5, 周洪瑞2, 张维杰2
1 有色金属矿产地质调查中心,北京 100012
2 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083
3 中国地震局第一监测中心,天津 300180
4 北京市地质研究所,北京 100120
5 河北省区域地质矿产调查研究所,河北廊坊 065000

第一作者简介 郑小明,男,1981年生,硕士,有色金属矿产地质调查中心工程师,主要从事沉积学和大地构造等相关研究。E-mail: 84378912@qq.com。

通讯作者简介 尹海权,男,1990年生,博士,中国地震局第一监测中心助理工程师,主要从事地震地质、沉积学和大地构造研究。E-mail: 742946697@qq.com。

收稿日期:2017-02-04
摘要

内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区位于中亚造山带的中段南缘,处于西伯利亚板块、塔里木板块和华北板块之间,是研究中亚造山带和古亚洲洋演化的重要区域。文中以杭乌拉地区硅质岩地球化学特征为主要研究内容,结合前人研究结果,对阿拉善北部地区早古生代构造背景进行分析。杭乌拉地区下古生界西双鹰山组和班定陶勒盖组硅质岩镜下可见黏土、陆源粉砂和放射虫等,表现为明显的沉积成因特征。硅质岩地球化学特征一致性较差,其中 Fe、 Mn、 Al等主量元素、 Sc/Th值、( La/Ce) n值和δ Ce值反映出硅质岩为大陆边缘沉积,( La/Yb) n值反映硅质岩接近于远洋沉积背景,δ Eu 值表现为无热液作用影响, V、 V/Y、 Ti/V值多接近于洋中脊和大洋盆地硅质岩特征, U/Th、 Ba/Sr值也属于热水成因硅质岩特征。硅质岩稀土元素配分曲线呈平坦状,无明显的右倾(大陆边缘轻稀土元素富集配分模式)和左倾(开放洋盆重稀土元素富集配分模式)特征。研究区早古生代地质记录相对较少,但是鉴于该地区晚古生代复杂的构造演化特征及其对早古生代古地理格局的继承,并结合上述硅质岩地球化学特征,认为研究区在早古生代为一个多岛洋环境。

关键词: 阿拉善北部; 古生代; 硅质岩; 地球化学特征; 大地构造意义
中图分类号:P581 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2017)03-0491-12
Geochemical characteristics and its tectonic significance of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa,Inner Mongolia
Zheng Xiaoming1,2, Yin Haiquan3, Gao Lei2, Wang Shengyu4, Wang Yankai5, Zhou Hongrui2, Zhang Weijie2
1 China Non-ferrous Metals Resource Geological Survey,Beijing 100012
2 School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083
3 First Crust Monitoring and Application Center,CEA,Tianjin 300180
4 Beijing Institute of Geology,Beijing 100120
5 Hebei Institute of Regional Geological and Mineral Resource Survey,Langfang 065000,Hebei;

About the first author Zheng Xiaoming,born in 1981,master,is an engineer in China Non-ferrous Metal Resources Geological Survey. He is mainly engaged in researches of sedimentology and tectonics. E-mail: 84378912@qq.com.

About the corresponding author Yin Haiquan,born in 1990,doctor,is an assistant engineer in First Crust Monitoring and Application Center, CEA. He is mainly engaged in researches of seismic geology,sedimentology and tectonics. E-mail: 742946697@qq.com.

Abstract

Hangwula area of the northern Alxa in Inner Mongolia,located on the southern margin of the middle Central Asian Orogenic Belt(CAOB)and dominated by the Siberian Plate in its north,the Tarim Plate in its west and the North China Plate in its south,is one of the most typical areas for researching tectonic evolution of the CAOB and the Paleo-Asian Ocean. In this article,geochemical characteristics of the Early Paleozoic siliceous rocks were mainly studied to re-establish the tectonic evolution of the northern Alxa in Early Paleozoic combining with the previous results. The Early Paleozoic siliceous rocks of the Xishuangyingshan Formation and the Bandingtaolegai Formation in the Hangwula area were identified to contain clay,terrigenous silt and radiolarians under the microscopic analysis,which reveals that these siliceous rocks were of the distinct sedimentary origin. However,these Early Paleozoic siliceous rocks showed poor uniformity on their geochemical characteristics: The discrimination diagrams of major elements like Fe,Mn,Al and the ratio analyses of rare earth elements(REEs)like Sc/Th,(La/Ce)n,and δCe indicate that the siliceous rocks belong to the stable continental margin deposits;but(La/Yb)n value reflects a pelagic sedimentary background. δEu value shows that the origin process of the siliceous rocks was without hydrothermal participation. The ratio analyses of trace elements like V/Y,Ti/V conform to the ocean ridge or the ocean basin setting,but the U/Th and Ba/Sr radios accord with the hydrothermal feature. REE distribution patterns of the Early Paleozoic siliceous rocks are relatively flat with positive europium anomaly but without steep right-dipping LREE-rich trend or left-dipping HREE-rich trend,suggesting that their generation cannot be linked to classic continental margin or ocean basin. Although the Lower Paleozoic sedimentary records of the Hangwula area were relatively scarce,in view of the complex tectonic evolution characteristics of the Upper Paleozoic and its palaeogeographical inheritance,and combined with the above geochemical characteristics of the siliceous rocks,it can be considered that the Hangwula area of northern Alxa was in an archipelagic ocean environment during the Early Paleozoic.

Key words: northern Alxa; Paleozoic; siliceous rock; geochemical characteristics; tectonic significance

阿拉善北部地区处于中亚造山带中段南缘, 是天山造山带与兴蒙造山带的交汇部位, 是研究中亚造山带最关键的地区之一, 也是研究古亚洲洋最终闭合的关键区域(Badarch et al., 2002; Helo et al., 2006; Glorie et al., 2011)。自中亚造山带被识别以来, 其一直是地质学研究的热点领域, 受到国内外学者的广泛关注。学者们从岩体特征、同位素年龄、岩石组合、蛇绿岩带、增生楔发育等不同角度对中亚造山带开展了详细研究, 并取得了丰富的成果(吴泰然和何国琦, 1993; 王廷印等, 1994; 徐备和陈斌, 1997; Windley et al., 2007; 邵积东等, 2011; Krö ner et al., 2014; Xiao and Santosh, 2014; 徐东卓等, 2014), 多数学者认为古亚洲洋在古生代处于具有多岛弧和多地块的复杂地理格局下, 并在西伯利亚板块、华北板块和塔里木板块之间存在多个独立的地体(微陆块、岛弧、大洋高原和洋岛)和多条俯冲带。

古生代是中亚造山带的重要演化时期, 在此期间中亚造山带形成了较为重要、多样的沉积组合。造山带沉积学是研究造山带的重要领域, 它对研究造山带大地构造演化具有重要的理论意义(杜远生等, 2006, 2007)。因此, 对造山带硅质岩沉积的地球化学分析, 有助于分析中亚造山带的演化及认识古亚洲洋的古海洋格局和构造背景。

1 地质背景

阿拉善地块北缘地区位于中亚造山带南缘的中部, 区内大型断裂构造带发育, 自北向南依次发育有雅干断裂带、恩格尔乌苏断裂带(蛇绿岩带)以及巴丹吉林断裂带(查干础鲁蛇绿岩带)(吴泰然和何国琦, 1993)。以此3条断裂带为界, 由北向南可划分出4个构造带, 分别为雅干构造带、珠斯楞— 杭乌拉构造带、沙拉扎山构造带和诺尔公— 狼山构造带, 杭乌拉地区处于珠斯楞— 杭乌拉构造带内(图 1)。整个阿拉善地区的早古生代地质研究程度相对较低, 这主要与后期剥蚀作用和晚古生代陆缘岩浆的破坏作用有关, 另一方面阿拉善及其北部地区大面积被中新生代地层覆盖, 某些地质记录还未被发现和认识。吴泰然和何国琦(1993)认为研究区在早古生代为一个长期接受沉积的被动大陆边缘; 王廷印等(1994)认为研究区在早古生代为一个边缘海靠近大陆一侧的陆缘区, 不同于现代大西洋型的被动大陆陆缘, 应为一个边缘海盆地, 可与甘肃北山的横峦山— 洗肠井边缘海相对比。

图1 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区地质简图(修改自Jahn et al., 2000; Zheng et al., 2014)Fig.1 Schematic geological map of Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia (modified from Jahn et al., 2000; Zheng et al., 2014)

图2 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩野外露头和镜下照片
A— 西双鹰山组下部硅质岩和泥晶灰岩互层, 灰岩呈薄层状, 硅质岩因泥质含量较高呈薄层状; B— 西双鹰山组下部放射虫硅质岩, 放射虫呈圆— 椭圆状, 被硅质交代呈假象产出, 正交光; C— 西双鹰山组上部薄层杂色硅质岩, 其中岩层突出者硅质含量较高, 岩层相对凹陷者泥质含量相对较高; D— 西双鹰山组上部放射虫硅质岩, 放射虫呈圆— 椭圆状, 可见明显的黏土矿物绢云母化, 正交光; E— 班定陶勒盖组灰色— 杂色硅质岩, 杂色岩层泥质含量高, 灰色岩层硅质含量较高, 岩石破碎强烈, 层理扭曲变形, 但均为层内变形, 层序整体可辨; F— 班定陶勒盖组放射虫硅质岩, 放射虫含量较高, 呈圆— 椭圆状, 不透明矿物为陆源泥质— 粉砂, 单偏光Fig.2 Photographs showing outcrop and microscope features of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia

杭乌拉地区下古生界包括中上寒武统— 下奥陶统西双鹰山组和下志留统班定陶勒盖组, 硅质岩总厚度约597.7, m。两组岩性均以薄层状硅质岩为主, 夹少量薄层结晶灰岩(图2-A, 2-C, 2-E)。隐晶质硅质为岩石主体部分, 并含有少量黏土质, 部分层位含有陆源粉砂:黏土质由粒径小于0.005, mm的黏土矿物构成, 部分已变为鳞片状绢云母等, 与硅质混杂; 陆源粉砂呈次圆状, 粒径一般为0.01~0.05, mm, 星散状分布(图2-B, 2-D, 2-F)。岩石中有重结晶的放射虫出现, 一般含量2%~5%, 极个别的层位放射虫含量可达25%~30%, 成为放射虫硅质岩。放射虫一般零散状分布, 呈圆球状, 直径0.05~0.15, mm, 边界模糊, 被硅质交代呈假象产出(图2-B, 2-D, 2-F)。早古生代硅质岩的发育, 代表了深海— 半深海相较稳定的还原沉积环境。硅质岩的组分(含陆源成分较多)及厚度表明, 岩石的形成受陆源影响和生物影响较大, 其沉积环境较为接近大陆边缘, 受陆源供给较多。

宁夏地质局区域地质调查队于1982年在阿拉善北部地区进行了哈日敖日布格幅1︰20万区域地质调查, 在研究区早古生代硅质岩中发现了大量的古生物化石①。在西双鹰山组下部发现代表地层为中寒武统的Galahetes, Pagetia, Erbia三叶虫组合; 在西双鹰山组中部发现三叶虫Glyptagnostus reticulatus, 并将该地层置于上寒武统; 在西双鹰山组上部发现Tetragraptus(Etagraptus)approximates-Teragraptus fruticosus 笔石化石组合, 故该地层相当于下奥陶统。因此, 西双鹰山组的形成时代为中寒武世— 早奥陶世。

另外, 前人在杭乌拉地区班定陶勒盖组中发现了大量笔石化石①, 包括Monoclimacis griestoniensis(Nicholson)(格雷斯顿单栅笔石), Monograptus marri Pern.(马氏单笔石), M. prarpriodon Bouc.(拟锯形单笔石), M. pandus Lapworth(变形单笔石), M. priodon densus Pern(锯形单笔石紧凑亚种), M. bandingensis Zhao(班定单笔石), Okiavites curvus Manck, O. arcuaius Bouk.(镰刀奥氏笔石), Petalolithus palmeus(Barrande)(棕榈花瓣笔石), Climacograpius sp., Glypiograpitus sinuatus(Nicholson)(曲折雕笔石)等化石。上述笔石化石大体上隶属于Monograpius convolutus带至Okiavites spiralis带, 属于早志留世中晚期。因此, 班定陶勒盖组形成时代为早志留世。

2 样品采集与测试

硅质岩是一类特殊的富含SiO2(一般含量大于70%, 不包括SiO2含量较大的石英砂岩)的沉积岩, 一般由化学、生物和生物化学作用、某些火山作用、热液作用以及盆地内再沉积作用形成, 因具有重要的沉积环境、物源和成岩成矿等指示意义而受到学者的广泛关注(Baltuck, 1982; Sugisaki and Kinoshita, 1982; Michard et al., 1983; Adachi et al., 1986; Peter and Scott, 1988; Murray et al., 1990, 1991, 1992; Murray, 1994; Girty et al., 1996; Armstrong et al., 1999; Baldwin et al., 2011; Marin-Carbonne et al., 2011, 2012)。国内学者多从硅质岩的岩石结构构造、沉积组合、矿物组成、常量及微量元素、稀土元素、同位素及有机地球化学等方面进行研究(杜远生等, 2006, 2007; 朱杰和杜远生等, 2007; 李红中等, 2012; 胡丽沙等, 2014)。

研究区内早古生代硅质岩均分布于杭乌拉地区(图1), 本次野外工作在杭乌拉东侧西双鹰山组和班定陶勒盖组中逐层系统采样, 并在各组中分别采集了7件和5件岩石样品(图3)。研究区硅质岩变形程度较高, 破碎较为严重, 但层理清晰可辨, 保证了层位的正确性。另外在野外样品采集时尽量避免风化松散以及氧化严重的岩石, 所有样品均为新鲜岩石。文中样品均由河北省区域地质矿产调查研究所实验室处理、测试。样品处理中, 使用了玛瑙球磨机将其粉碎研磨至200目, 并保证样品无污染。

图3 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩柱状图及采样位置Fig.3 Stratigraphic column of the Early Paleozoic siliceous rocks and sample locations in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia

表1 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩主量元素(%)分析数据 Table1 Major element data (wt%)of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia

主量元素样品利用碱熔法制备, 并使用X射线荧光光谱仪(Axios max X)进行分析测试, 其中烧失量采用电子分析天平(P1245)测试完成。微量元素、稀土元素样品则采用酸溶法制备, 并使用等离子体质谱仪(ICP-MS)(X Serise 2)测试; 另外, 使用X射线荧光光谱仪测试Cr、Mn、P、S、Ti、V、Zr等元素, 原子吸收分光光度计(ICE3400)测试Au元素, 使用光栅摄谱仪(WP-1)测试Ag、Sn和B元素, 原子荧光分光度计(XGY1011A)测试As、Sb和Ge元素。通过国家标样(GSR3、GSR5、GSS5、GSS3)和密码样检验分析结果的可靠程度, 分析精度高于5%。

根据测试结果, 对部分元素数据进行初步分析和整理(表1, 表2, 表3)。可以看到, 样品主量元素SiO2含量较高(除样品2-6、4-6外, 其余均大于88%), 平均94.22%(此平均值为未加入样品4-6的SiO2含量的平均值); Al2O3含量较低(0.37%~4.68%), 平均值为1.93%; TiO2含量较低(0.03%~0.23%), 平均值为0.08%。

表2 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩微量元素(μ g/g)分析数据 Table2 Trace element data (μ g/g)of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia
表3 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩稀土元素(μ g/g)分析数据 Table3 Rare earth element data (μ g/g)of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia

整体来看, 杭乌拉地区硅质岩的Al2O3与SiO2含量表现出较好的负相关关系, Al2O3与TiO2含量具有较好的正相关关系。另外, MnO含量极低(除样品4-6外), 表现为贫锰富黏土成分的特征。微量元素Cr、Ba、V含量较高, 平均值分别为21.78 μ g/g、3770 μ g/g、78.03 μ g/g; Sc/Th值较高(1.69~16.38), 平均值为6.74; U/Th值较高(1.33~14.38), 平均值为5.24。样品稀土元素总量较低(3.79~59.78 μ g/g), 平均值为20.99 μ g/g。

3 讨论

地球化学方法是研究硅质岩形成环境和构造背景的重要手段(Murray et al., 1990, 1991, 1992; Murray, 1994; 杜远生等, 2006, 2007)。硅质岩主要有生物、热液(类似于海底黑烟囱)以及硅质岩再沉积(包括生物成因和热液成因)等形成方式。在分析判断沉积环境和构造背景时应剔除形成条件过于局限的热液成因硅质岩样品。

3.1 主量元素特征

硅质岩的Al/(Al+Fe+Mn)值从大洋中脊(0.00819)至大洋盆地及洋岛(0.319)、大陆边缘(0.619)逐渐升高, 反映了受陆源影响程度逐级递增的特点(Baltuck, 1982)。本次研究中硅质岩的 Al/(Al+Fe+Mn)值在0.43~0.82之间, 平均值为0.67(表1), 与大陆边缘环境相接近。硅质岩的Al/(Al+Fe)值介于0.44~0.82之间、平均值为0.67(表1), 接近大陆边缘层状硅质岩特征(Al/(Al+Fe)=0.6, Sugisaki and Kinoshita, 1982)。硅质岩的Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)值在0.56~0.97之间, 平均值为0.77, 与典型的大陆边缘硅质岩特征(Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)> 0.7, Murray, 1994)基本吻合。本次研究的硅质岩的MnO含量均较低, 甚至为0, 仅1个样品含量为0.147%, 剔除此样品后MnO/TiO2值为0~0.78, 平均值为0.09, 与大陆边缘硅质岩(MnO/TiO2< 0.5, Adachi et al., 1986)接近。

另外, 利用Fe2O3、SiO2和Al2O3等有关的图解也可更直观地判断硅质岩的沉积环境(Murray, 1994)。研究区硅质岩样品数据均落入Al-Fe-Mn图解中的生物成因岩硅质岩区或其周缘(图 4), 说明研究区内硅质岩均以生物成因为主。将研究区硅质岩岩石地球化学数据换算后投入主量元素图解(图 5)中, 发现大部分硅质岩数据落入大陆边缘盆地区, 反映该区的硅质岩主要形成于大陆边缘盆地这一构造背景下。

图4 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩Al-Fe-Mn图解(底图据Murray, 1994)Fig.4 Al-Fe-Mn discrimination diagram of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia(base map after Murray, 1994)

图5 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩主量元素图解(底图据Murray, 1994)Fig.5 Major element discrimination diagram of the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia (base map after Murray, 1994)

3.2 微量元素特征

Sc、Th 和U等微量元素可以指示陆源物质对硅质岩形成的影响程度。本次研究的硅质岩的Sc/Th值为1.69~16.38, 平均值为6.74, 与大陆边缘硅质岩(Sc/Th> 1, Girty et al., 1996)相吻合。Murray等(1990)等通过研究认为, 由洋中脊到大洋盆地至大陆边缘, V 值(42 μ g/g→ 38 μ g/g→ 20 μ g/g)和V/Y值(4.3→ 5.8→ 0.8)逐渐降低, 而 Ti/V值(7→ 25→ 40)逐渐增加。本次研究的硅质岩V、V/Y、Ti/V值分布不均匀, 数值多接近于洋中脊和大洋盆地硅质岩。在正常深海环境中, 因沉积物的沉积速率小, 其Th含量常高于U, 而在热液沉积环境中, 沉积物因沉淀速率大而不能充分吸收海水中的Th, 使得沉积物中U含量高于Th; 研究区硅质岩的U/Th值处于1.33~14.38之间、平均值为5.24, 表现为热液沉积特征(U/Th> 1, Girty et al., 1996)。另外, Ba/Sr值也可以用来判断硅质岩成因, 本次研究中Ba/Sr值为4.27~215.84, 平均为51.10, 具有热液成因硅质岩特征(Ba/Sr> 1, Peter and Scott, 1988)。上述微量元素特征表明, 研究区硅质岩总体属于热液沉积成因, 部分表现为陆源成因。

3.3 稀土元素特征

(La/Yb)n、(La/Ce)n和δ Ce等值常用来判断硅质岩的形成环境(Peter and Scott, 1988)。本次研究中硅质岩的(La/Yb)n值较低, 在0.38~1.01之间, 平均为0.65, 反映硅质岩接近于远洋沉积背景(受陆源影响的环境为1.49~1.74, 远洋和深海盆地为0.70± , 洋中脊为0.3± ; Murray et al., 1990, 1991, 1992; Murray, 1994)。研究区硅质岩的(La/Ce)n介于0.90~1.43之间, 平均为1.21, 反映硅质岩接近于大陆边缘的沉积背景(大陆边缘型为0.5~1.5, 大洋盆地为1.0~2.5, 洋中脊为3.5; Murray et al., 1990, 1991, 1992; Murray, 1994)。硅质岩的δ Ce值从大洋中脊(0.29)至大洋盆地(0.55)、大陆边缘沉积环境(0.90~1.30)逐渐增大(Murray et al., 1990), 本次研究中硅质岩的δ Ce值处于0.52~1.08之间, 少数数据与大洋盆地硅质岩吻合, 多数数据更接近大陆边缘型硅质岩。此外, 与热液流体有关的沉积成岩作用多以Eu正异常为标志, 洋中脊附近的硅质岩δ Eu值约为1.35, 而距洋中脊75, km处的δ Eu值约为1.02(Murray et al., 1990), 表明δ Eu值越大反映硅质岩沉积与热液流体关系越密切。文中硅质岩的δ Eu值处于0.22~2.72之间, 仅1组数据表现为正异常, 平均为0.75, 说明研究区硅质岩的形成与热液流体关系不大。另外, 硅质岩稀土元素北美页岩标准化配分曲线呈平坦状(图 6), 无明显的右倾(大陆边缘轻稀土元素富集配分模式)和左倾(开放洋盆重稀土元素富集配分模式)特征, 反映研究区在早古生代不是典型的大洋盆地, 也不是典型的被动大陆边缘。

图6 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩稀土元素北美页岩标准化配分模式Fig.6 NASC-normalized REE distribution pattern for the Early Paleozoic siliceous rocks in Hangwula area of northern Alxa, Inner Mongolia

3.4 构造环境分析

杭乌拉地区下古生界研究程度相对较低, 但大多数学者认为研究区在早古生代属于南蒙古微板块范围(郑荣国等, 2013), 向西大致可以与北山地区明水— 小黄山蛇绿岩地区连接(左国朝等, 2003), 整条带内早古生代呈洋中微陆块或岛屿分布于古亚洲洋中, 其地体边缘常发育有俯冲带, 并伴有陆缘弧型火山岩系(吴泰然和何国琦, 1993; 左国朝和李绍雄, 2011)。李俊建等(2015)对中蒙边界地区的构造格架进行了厘定, 将研究区划分到巴音毛道— 雅干— Baruun Tsohio构造带内, 带内在早古生代分布着微陆块和裂陷盆地, 晚古生代则发育有岛弧和弧后盆地。上述构造背景构成了研究区的多岛弧盆系构造体系(潘桂棠等, 2009)。

研究区早古生代硅质岩野外宏观特征和显微镜下特征明确显示其为沉积(生物)成因硅质岩, 且陆缘物质较多。其岩石地球化学特征亦表明硅质岩以具有大陆边缘沉积特征为主, 但部分微量元素和稀土元素具有大洋盆地和洋中脊硅质岩特征, 且硅质岩稀土元素北美页岩标准化配分曲线呈平坦状, 表明研究区硅质岩可能形成于多岛洋环境中。根据圆包山组碎屑锆石年龄学的研究(尹海权, 2015), 认为研究区在古生代构造位置更接近塔里木板块, 因此, 研究区早古生代多岛洋发育于塔里木板块(TR)周缘(图 7-A, 7-B, 7-C), 尤其可能发育在图7-C中TR、AL和SB所围限的区域内, 但是对于研究区内多岛洋的具体样式还需要进一步研究。

图7 早古生代中国大陆及邻区板块构造复原图
A— 520 Ma中国大陆及邻区板块构造复原图; B— 460 Ma中国大陆及邻区板块构造复原图; C— 420 Ma中国大陆及邻区板块构造复原图; D— 阿拉善及其北部地区构造体系。陆块中的黑原点为古地磁参考点, 示磁北的北端, 黑短线为古地磁北方位。板块: AL— 阿拉善— 敦煌; AU— 澳大利亚; BS— 宝山-Sibumasu; CA— 华夏; GD— 冈底斯; HM— 喜马拉雅; ID— 印度; JG— 准噶尔; KD— 东昆仑; KZ— 哈萨克; LI— 临沧— 印度支那; QD— 柴达木; QT— 羌塘; SB— 西伯利亚; SK— 中朝; TR— 塔里木; YZ— 扬子。A、B、C图据万天丰(2006), D图据王行军(2012)Fig.7 Plate tectonic reconstruction sketch for Chinese continent and adjacent areas during the Early Paleozoic

从晚古生代开始, 整个古亚洲洋进入了构造活动极为强烈的时期, 岩浆活动频繁, 沉积种类丰富, 各沉积组合具有各自不同的构造背景和沉积环境, 多形成于不同的弧后盆地、活动大陆边缘和裂谷构造环境中(王廷印等, 1994; Blight et al., 2002, 2008)。王行军(2012)通过区域地质调查, 在阿拉善及其北部地区一共划分出5条蛇绿岩带和1个断裂带, 由北向南包括雅干断裂带、恩格尔乌苏蛇绿岩带、乌力吉蛇绿岩带、查干楚鲁— 霍尔森蛇绿岩带、毕吉尔台敖包蛇绿岩带和雅布赖山蛇绿岩带, 并划分出早古生代和晚古生代岛弧、弧后盆地等构造体系(图 7-D)。另外, 在沉积方面, 研究内可见到晚古生代的浊积岩、弧后盆地砂岩、灰岩以及双峰式火山岩(尹海权等, 2015)。研究区内晚古生代的沉积和大地构造特点是继承了早古生代地理格局而形成的, 因此, 结合杭乌拉地区区域构造特征及早古生代硅质岩地球化学特征, 认为研究区在早古生代为多岛洋环境。正是这样的古地理环境, 导致了研究区内早古生代硅质岩地球化学特征具有多解性、硅质岩沉积厚度大以及硅质岩中陆源碎屑物质较多等特点, 同时也为后续晚古生代中亚造山带的增生提供了复杂的构造格局和物质基础。

4 结论

1)内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩野外露头和显微镜下特征反映硅质岩的形成受陆源供给和生物影响较大。

2)根据阿拉善北部杭乌拉地区早古生代硅质岩的Al/(Al+Fe+Mn)、 Al2O3/(Al2O3+Fe2O3)、(La/Yb)n、(La/Ce)n、δ Ce 和Sc/Th等地球化学特征, 以及早古生代沉积特征与构造演化, 认为研究区早古生代的构造背景是多岛洋环境。

3)根据研究区内发育的多条蛇绿岩带和前人对古板块位置的研究, 认为杭乌拉地区早古生代处于塔里木板块周缘。

致谢 在论文撰写和修改过程中得到了王行军和审稿专家的耐心指导和帮助, 在此表示衷心的感谢!

作者声明没有竞争性利益冲突.

参考文献
[1] 杜远生, 朱杰, 顾松竹. 2006. 北祁连肃南一带奥陶纪硅质岩沉积地球化学特征及其多岛洋构造意义. 地球科学(中国地质大学学报), 31(1): 101-109.
[Du Y S, Zhu J, Gu S Z. 2006. Sedimentary geochemistry and tectonic significance of Ordovician cherts in Sunan, North Qilian Mountains. Earth Sciences-Journal of China University of Geosciences, 31(1): 101-109] [文内引用:3]
[2] 杜远生, 朱杰, 顾松竹, 徐亚军, 杨江海. 2007. 北祁连造山带寒武系—奥陶系硅质岩沉积地球化学特征及其对多岛洋的启示. 中国科学(D辑), 37(10): 1314-1329.
[Du Y S, Zhu J, Gu S Z, Xu Y J, Yang J H. 2007. Sedimentray geochemistry and tectonic significance of Cambrian to Ordovician cherts in North Qilian orogenic belt. Science in China(Series D), 37(10): 1314-1329] [文内引用:3]
[3] 胡丽沙, 徐亚军, 杜远生, 黄宏伟, 徐旺春, 邝国敦. 2014. 广西东南部钦防海槽晚古生代硅质岩地球化学特征及其地质意义. 古地理学报, 16(1): 77-87.
[Hu L S, Xu Y J, Du Y S, Huang H W, Xu W C, Kuang G D. 2014. Geochemical characteristics and its geological significance of the Late Paleozoic siliceous rocks in Qinfang Through, southeastern Guangxi. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 16(1): 77-87] [文内引用:1]
[4] 李红中, 周永章, 张连昌, 何俊国, 杨志军, 梁锦, 周留煜, 瓦西拉里. 2012. 华北克拉通南部元古代熊耳群硅质岩地球化学及形成机制研究. 岩石学报, 28(11): 3679-3691.
[Li H Z, Zhou Y Z, Zhang L C, He J G, Yang Z J, Liang J, Zhou L Y, Waxilali. 2012. Study on geochemistry and development mechanism of Proterozoic chert from Xiong'er Group in southern region of North China Craton. Acta Petrologica Sinica, 28(11): 3679-3691] [文内引用:1]
[5] 李俊建, 张峰, 任军平, 唐文龙, 付超, 陈正, 李承东, 赵丽君, 冯晓曦, 党智财, 赵泽霖, 刘晓雪, Tomurtogoo O, Delgersaikhan A, Enkhbat T, Altankhundaga B, Dorjsuren B, Batbayar J. 2015. 中蒙边界地区构造单元划分. 地质通报, 34(4): 636-662.
[Li J J, Zhang F, Ren J P, Tang W L, Fu C, Chen Z, Li C D, Zhao L J, Feng X X, Dang Z C, Zhao Z L, Liu X X, Tomurtogoo O, Delgersaikhan A, Enkhbat T, Altankhundaga B, Dorjsuren B, Batbayar J. 2015. Tectonic units in China-Mongolia border area and their fundamental characteristics. Geological Bulletin of China, 34(4): 636-662] [文内引用:1]
[6] 潘桂棠, 肖庆辉, 陆松年, 邓晋福, 冯益民, 张克信, 张智勇, 王方国, 邢光福, 郝国杰, 冯艳芳. 2009. 中国大地构造单元划分. 中国地质, 36(1): 1-28.
[Pan G T, Xiao Q H, Lu S N, Deng J F, Feng Y M, Zhang K X, Zhang Z Y, Wang F G, Xing G F, Hao G J, Feng Y F. 2009. Subdivision of tectonic units in China. Geology in China, 36(1): 1-28] [文内引用:1]
[7] 邵积东, 王惠, 张梅, 赵文涛. 2011. 内蒙古大地构造单元划分及其地质特征. 西部资源, (2): 51-56.
[Shao J D, Wang H, Zhang M, Zhao W T. 2011. The geotectonic division and characteristics of Inner Mongolia. Western Resources, (2): 51-56] [文内引用:1]
[8] 万天丰. 2006. 中国大陆早古生代构造演化. 地学前缘, 13(6): 30-42.
[Wan T F. 2006. Tectonic evolution in the Chinese continent from Middle Cambrian to Devonian. Earth Science Frontiers, 13(6): 30-42] [文内引用:1]
[9] 王廷印, 王士政, 王金荣. 1994. 阿拉善地区古生代陆壳的形成和演化. 甘肃兰州: 兰州大学出版社, 1-198.
[Wang T Y, Wang S Z, Wang J R. 1994. The Formation and Evolution of Paleozoic Continental Crust in Alxa Area. Gansu Lanzhou: Lanzhou University Press, 1-198] [文内引用:2]
[10] 王行军. 2012. 内蒙古阿拉善地区蛇绿岩的地球化学特征及其构造意义. 中国地质大学(北京)博士论文.
[Wang X J. 2012. The geochemical characters and its tectonic implications of ophiolites in Alxa area, Inner Mongolia. Doctoral Dissertation of China University of Geosciences(Beijing)] [文内引用:1]
[11] 吴泰然, 何国琦. 1993. 内蒙古阿拉善地块北缘的构造单元划分及各个单元的基本特征. 地质学报, 67(2): 97-108.
[Wu T R, He G Q. 1993. Tectonic units and their fundamental characteristics on the northern margin of the Alxa Block. Acta Geologica Sinica, 67(2): 97-108] [文内引用:3]
[12] 徐备, 陈斌. 1997. 内蒙古北部华北板块与西伯利亚板块之间中古生代造山带的结构及演化. 中国科学(D辑), 27(3): 227-232.
[Xu B, Chen B. 1997. The structure and evolution of the Paleozoic orogenic between North China plate and Siberian plate in the northern Inner Mongolia. Science in China(Series D), 27(3): 227-232] [文内引用:1]
[13] 徐东卓, 张维杰, 周海涛, 孙启凯. 2014. 内蒙古阿拉善地块中北部地区辉长岩岩体特征、锆石定年及其构造意义. 地质通报, 33(5): 661-671.
[Xu D Z, Zhang W J, Zhou H T, Sun Q K. 2014. Characteristics, zircon dating and tectonic significance of the gabbros along the north-central segments of the Alxa Block, Inner Mongolia. Geological Bulletin of China, 33(5): 661-671] [文内引用:1]
[14] 尹海权, 周洪瑞, 程瑞, 张维杰, 郑小明, 杨立业, 李杰, 王晟宇. 2015. 内蒙古阿拉善北部杭乌拉地区圆包山组时代、沉积特征及大地构造意义. 沉积学报, 33(4): 665-678.
[Yin H Q, Zhou H R, Cheng R, Zhang W J, Zheng X M, Yang L Y, Li J, Wang S Y. 2015. The age, sedimentary characteristics and tectonic significance on the Yuanbaoshan Formation in the southern margin of the Siberian Plate, North of Alxa, Inner Mongolia. Acta Sedimentologica Sinica, 33(4): 665-678] [文内引用:2]
[15] 郑荣国, 吴泰然, 张文, 冯继承, 徐操, 孟庆鹏, 张昭昱. 2013. 阿拉善地块北缘雅干花岗岩体地球化学、地质年代学及其对区域构造演化制约. 岩石学报, 29(8): 2665-2675.
[Zheng R G, Wu T R, Zhang W, Feng J C, Xu C, Meng Q P, Zhang Z Y. 2013. Geochronology and geochemistry of the Yagan granite in the northern margin of the Alxa block: Constraints on the tectonic evolution of the southern Altaids. Acta Petrologica Sinica, 29(8): 2665-2675] [文内引用:1]
[16] 朱杰, 杜远生. 2007. 北祁连造山带老虎山奥陶系硅质岩地球化学特征及古地理意义. 古地理学报, 9(1): 69-76.
[Zhu J, Du Y S. 2007. Geochemistry characteristics and palaeogeographic significance of the Ordovician siliceous rocks from Laohushan area, North Qilian orogenic belt. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 9(1): 69-76] [文内引用:1]
[17] 左国朝, 李绍雄. 2011. 塔里木盆地东北缘早古生代构造格局及演化. 中国地质, 38(4): 945-960.
[Zuo G C, Li S X. 2011. Early Paleozoic tectonic framework and evolution in the northeast margin of Tarim Basin. Geology in China, 38(4): 945-960] [文内引用:1]
[18] 左国朝, 刘义科, 刘春燕. 2003. 甘新蒙北山地区构造格局及演化. 甘肃地质学报, 12(1): 1-15.
[Zuo G C, Liu Y K, Liu C Y. 2003. Framework and evolution of the tectonic structure in Beishan area across Gansu Province, Xinjiang Autonomous Region and Inner Mongolia Autonomous Region. Acta Geologica Gansu, 12(1): 1-15] [文内引用:1]
[19] Adachi M, Yamamoto K, Sugisaki R. 1986. Hydrothermal chert and associated siliceous rocks from the northern Pacific: Their geological significance as indication of ocean ridge activity. Sedimentary Geology, 47(1-2): 125-148. [文内引用:2]
[20] Armstrong H A, Owen A W, Floyd J D. 1999. Rare earth geochemistry of Arenig cherts from the Ballantrae ophiolite and Leadhills Imbricate Zone, southern Scotland : Implications for origin and significance to the Caledonian Orogeny. Journal of the Geological Society, 156(3): 549-560. [文内引用:1]
[21] Baldwin G J, Thurston P C, Kamber B S. 2011. High-precision rare earth element, nickel, and chromium chemistry of chert microband s prescreened with insitu analysis. Chemical Geology, 285(1-4): 133-143. [文内引用:1]
[22] Baltuck M. 1982. Provenance and distribution of tethyan pelagic and hemipelagic siliceous sediments, Pindos Mountains, Greece. Sedimentary Geology, 31(1): 63-88. [文内引用:2]
[23] Badarch G, Cunningham W D, Windley B F. 2002. A new terrane subdivision for Mongolia: Implications for the Phanerozoic crustal growth of central Asia. Journal of Asian Earth Sciences, 21: 87-110. [文内引用:1]
[24] Blight J H S, Crowley Q G, Petterson M G, Cunningham D. 2002. Granites of the Southern Mongolia Carboniferous Arc: New geochronological and geochemical constraints. Lithos, 116: 35-42. [文内引用:1]
[25] Blight J H S, Cunningham W D, Petterson M G. 2008. Crustal evolution of the Saykhand ulaan Inlier, Mongolia: Implications for Paleozoic arc magmatism, polyphase deformation and terrane accretion in the Sourtheast Gobi Mineral Belt. Journal of Asian Earth Sciences, 32: 142-164. [文内引用:1]
[26] Girty G H, Ridge D L, Knaack C, Johnson D, AI-Riyami R K. 1996. Provenance and depositional setting of Paleozoic chert and argillite, Sierra Nevada, California. Journal of Sedimentary Research, 66(1): 107-118. [文内引用:3]
[27] Glorie S, Grave J D, Buslov M M, Zhimulev F I, Izmer A, Vand oorne W, Ryabinin A, Haute P V D, Vanhaecke F, Elburg M. 2011. Formation and Paleozoic evolution of the Gorny-Altai—Altai-Mongolia suture zone(South Siberia): Zircon U/Pb constraints on the igneous record. Gondwana Research, 20: 465-484. [文内引用:1]
[28] Helo C, Hegner E, Kröner A, Badarch G, Tomurtogoo O, Windley B F, Dulski P. 2006. Geochemical signature of Paleozoic accretionary complexes of the Central Asian Orogenic Belt in South Mongolia: Constraints on arc environments and crustal growth. Chemical Geology, 277: 236-257. [文内引用:1]
[29] Jahn B M, Wu F Y, Chen B. 2000. Granitoids of the Central Asian Orogenic Belt and continental growth in the Phanerozoic. Trans Royal Society Edinburgh: Earte Science, 91: 181-193. [文内引用:1]
[30] Kröner A, Kovach V, Belousova E, Hegner E, Armstrong R, Dolgopolova A, Seltmann R, Alexeiev D V, Hoffmann J E, Wong J, Sun M, Cai K, Wang T, Tong Y, Wilde S A, Degtyarev K E, Rytsk E. 2014. Reassessment of continental growth during the accretionary history of the Central Asian Orogenic Belt. Gondwana Research, 25: 103-125. [文内引用:1]
[31] Marin-Carbonne J, Chaussidon M, Boiron M C, Robert F. 2011. Acombined in situ oxygen, silicon isotopic and fluid inclusion study of a chert sample from Onverwacht Group(3. 35, Ga, South Africa): New constraints on fluid circulation. Chemical Geology, 286(3-4): 59-71. [文内引用:1]
[32] Marin-Carbonne J, Chaussidon M, Robert F. 2012. Micrometer-scale chemical and isotopic criteria(O and Si)on the origin and history of Precambrian cherts: Implications for paleo-temperature reconstructions. Geochimica et Cosmochimica Acta, 92: 129-147. [文内引用:1]
[33] Michard A, de Albarede G, Michard G, Minster J F, Charlou J L. 1983. Rare earth elements and uranium in high-temperature solutions from East Pacific Rise hydrothermall vent field(138°W). Nature, 303(5920): 795-797. [文内引用:1]
[34] Murray R W. 1994. Chemical criteria to identify the depositional environment of chert: General principles and applications. Sedimentary Geology, 90(3-4): 213-232. [文内引用:5]
[35] Murray R W, Buchholtz T, Brink M R. 1990. Rare earth elements as indicators of different marine depositional environments of chert and shale. Geology, 18: 268-271. [文内引用:6]
[36] Murray R W, Buchholtz T, Brink M R. 1991. Rare earth, major and trace element in chert from Franciscan complex and Monterey Group: Assessing REE source to fine-grained marine sediments. Geochim. Cosmochim. Acta, 55: 1875-1895. [文内引用:3]
[37] Murray R W, Buchholtz T, Brink M R. 1992. Rare earth and trace element composition of Monterey and DSDP chert and associated host sediment: Assessing the influence of chemical fractionation during diagenesis. Geochim. Cosmochim. Acta, 56: 2657-2671. [文内引用:1]
[38] Peter J M, Scott S D. 1988. Mineralogy, composition, and fluid-inclusion microthermometry of seafloor hydrothermal deposits in the Southern Trough of Guaymas Basin, Gulf of California. Canadian Mineralogist, 26: 567-587. [文内引用:3]
[39] Sugisaki R, Kinoshita T. 1982. Major element chemistry of the sediments on the central Pacific Transect, Wake to Tahiti, GH80-1cruise. In: Mizuno A(ed). Geology Survey Japan Cruise Report, 18: 293-312. [文内引用:1]
[40] Windley B F, Alexeiev D, Xiao W J, Kröner A, Badarch G. 2007. Tectonic models for accretion of the Central Asian Orogenic Belt. Journal of the Geological Society, London, 164: 31-47. [文内引用:1]
[41] Xiao W J, Santosh M. 2014. The western Central Asian Orogenic Belt: A window to accretionary orogenesis and continental growth. Gondwana Research, 25: 1429-1444. [文内引用:1]
[42] Zheng R G, Wu T R, Zhang W, Xu C, Meng Q P, Zhang Z Y. 2014. Late Paleozoic subduction system in the northern margin of the Alxa block, Altaids: Geochronological and geochemical evidences from ophiolites. Gondwana Research, 25: 842-858. [文内引用:1]