贺兰山中段古元古代黄旗口花岗质岩石的成因及其构造意义

华北克拉通西部陆块贺兰山地区分布有大规模的古元古代S型花岗岩,它们可以为进一步解析孔兹岩带的构造演化过程提供重要制约。本文选取出露于贺兰山中段的黄旗口花岗质岩体开展系统的全岩主微量元素、Sm-Nd同位素、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素研究,探讨其岩石成因和地质意义。黄旗口岩体主要岩石组合为英云闪长岩、二长花岗岩和花岗闪长岩。LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果表明黄旗口岩体为至少存在两次岩浆事件的复式岩体,早期岩体时代为2056±24Ma,晚期岩体时代为1965±14Ma。黄旗口早期岩体和晚期岩体呈现出相似的地球化学特征,都具有高的SiO_2(62. 77%～74. 79%)、Al_2O_3(13. 67%～18. 05%)和K_2O(2. 37%～7. 20%)值,低的NaT_2O(1. 36%～3. 47%)和FeO (0. 15%～8. 82%)值。岩体的A/CNK(1. 10～1. 42) 1. 1,含有S型花岗岩特征矿物(白云母、石榴子石和堇青石),表明岩体属于典型的强过铝质S型花岗岩。岩体轻稀土元素富集(∑LREE=70. 0×10-6～259×10-6),轻、重稀土元素分异明显(LREE/HREE=6. 25～21. 5,(La/Yb)N=6. 75～54. 5),具有明显的负Eu异常(Eu*=0. 33～0. 93),亏损高场强元素(Nb、Ta和Ti)。岩体εNd(t)值(+1. 26～+3. 78)和εHf(t)值(+0. 7～+8. 7)均为正值,二阶段同位素模式年龄分别为tDM2,Nd=2. 12～2. 34Ga和tDM2,Hf=2. 09～2. 82Ga。黄旗口两期岩体与孔兹岩系具有相似的主、微量元素特征和二阶段Hf模式年龄,表明贺兰山地区变质沉积岩为黄旗口S型花岗岩的主要源区物质。早期岩体和晚期岩体的εNd(t)和εHf(t)值均为正值,表明源区物质除古老地壳物质外,还有一定量新生地壳成分的加入,其中晚期岩体具有更高的εNd(t)和εHf(t)值,表明新生地壳物质的贡献更为明显。综合区域地质背景资料,本文认为黄旗口早期岩体形成于阴山陆块与鄂尔多斯陆块碰撞的早期阶段,暗示两个微陆块初始碰撞时间早于2. 05Ga,晚期岩体形成于陆-陆碰撞阶段的峰期,表明阴山陆块与鄂尔多斯陆块碰撞阶段的持续时间很可能大于80Myr。