內(nèi)蒙古色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖巖石地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

楊文靜 ，程天赦 ，2，王登紅 ，肖 盈 ，張 全

（1.天津市地質(zhì)調(diào)查研究院，天津300191；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083；

3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100083；4.中原油田普光分公司采氣廠，四川達(dá)州636156）

內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層清理工作將寶石組、布拉跟哈達(dá)組、上庫(kù)力組統(tǒng)一歸屬為白音高老組，區(qū)域上巖石主體以酸性火山巖夾沉積巖為主（內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層），其形成時(shí)代為早白堊世（127±5Ma）［1-2］.白音高老組地層分布十分廣泛，在大興安嶺及其兩側(cè)地區(qū)均有出露，研究其火山巖層地球化學(xué)特征，對(duì)揭示該時(shí)期大興安嶺地區(qū)構(gòu)造-巖漿作用具有重要地質(zhì)意義.因此，本論文基于西烏旗地區(qū)區(qū)調(diào)工作，分析色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖巖石地球化學(xué)特征，探討其形成的大地構(gòu)造背景.

1 地質(zhì)概況

圖1 內(nèi)蒙古色日崩地區(qū)白音高老組地層分布及實(shí)測(cè)剖面位置圖Fig．1 Distribution of Baiyingaolao Formation and position ofgeologicalprofile in Seribengarea 1—第四系（Quaternary）；2—白音高老組地層（Baiyingaolao fm．）；3—紅旗組地層（Hongqi fm．）；4—哲斯組地層（Zhesi fm）．；5—大石寨組地層（Dashizhai fm．）；6—地層界線（geologic boundary）；7—逆斷層（reversed fault）；8—實(shí)測(cè)剖面（surveyed profile）

西烏旗地區(qū)中生代火山巖分布廣泛．上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組為流紋質(zhì)晶屑巖屑凝灰?guī)r、流紋巖，局部夾安山巖與沉積巖；上侏羅統(tǒng)瑪尼吐組以安山巖、英安巖為主，局部夾沉積巖；早白堊世白音高老組為流紋巖、球泡流紋巖；早白堊世梅勒?qǐng)D組為氣孔杏仁狀玄武巖、安山巖．白音高老組主要分布于色日崩海日罕－哈勒蓋圖一帶，呈北東向—近東西向展布，巖性主要為流紋巖，局部夾薄層流紋質(zhì)角礫熔巖及流紋質(zhì)含角礫凝灰?guī)r，總厚度為546～712m．

2 樣品采集及分析

根據(jù)野外露頭布置實(shí)測(cè)剖面（剖面位置如圖1），對(duì)地層巖性及產(chǎn)狀進(jìn)行詳細(xì)觀測(cè)，按巖性逐層采集各類(lèi)樣品．根據(jù)巖石顏色、成分、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造的野外觀測(cè)，該剖面共劃分為31個(gè)巖性層，采集樣品31組（包括薄片樣、硅酸鹽樣、微量元素樣及稀土元素樣）．樣品巖性均為流紋巖．

所有樣品均委托河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室分析，主量元素測(cè)試采用XRF熒光測(cè)試法完成，測(cè)試誤差小于2%；稀土和微量元素測(cè)試采用等離子體質(zhì)譜（ICP－MS）法，測(cè)定精度優(yōu)于5%．

3 巖石地球化學(xué)特征

根據(jù)薄片鑒定、元素分析結(jié)果，大部分巖石已遭受強(qiáng)蝕變作用，因此只選取其中符合要求的14件樣品進(jìn)行討論．樣品分析結(jié)果如表1．

3．1 巖石學(xué)特征

巖石多數(shù)具斑狀結(jié)構(gòu)和流紋構(gòu)造，斑晶礦物以鉀長(zhǎng)石、石英為主，見(jiàn)少量斜長(zhǎng)石．鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石呈半自形板狀，石英呈渾圓粒狀，粒內(nèi)輕波狀消光．基質(zhì)主要由長(zhǎng)英質(zhì)組成，呈包含嵌晶結(jié)構(gòu)、微粒狀結(jié)構(gòu)．副礦物主要由不透明礦物、磷灰石、鋯石、電氣石組成．偶見(jiàn)球粒結(jié)構(gòu)和石泡結(jié)構(gòu)．

3．2 主量元素特征

由表 1 可知，巖石中 SiO2=78．32%～86．80%，平均80．49%；Al2O3=8．59%～13．70%，平均 12．29%；K2O=3．79%～7．59%，平均 6．01%；Na2O=0．09%～0．53%，平均 0．18%；TiO2=0．19%～0．33%，平均 0．25%；TFeO=0．25%～0．76%，平均0．49%；MnO=0．01%～0．03%，平均0．017%；MgO=0．09%～0．21%，平均 0．14%；CaO=0．08%～0．15%，平均 0．11%；P2O5=0．02%～0．03%，平均 0．02%；H2O+＜2%．

該套巖石中 SiO2含量偏高；K2O+Na2O=3．84%～7．63%，平均 6．19%，全堿含量較高，并且 K2O/Na2O=13．32～65．58，Na2O 超低異常，與后期蝕變作用使 Na2O部分帶出有關(guān)；A/NCK=1．47～2．13，屬過(guò)鋁質(zhì)巖石；MnO、MgO、CaO含量極低．

由于巖石普遍遭受蝕變作用，K、Na等活動(dòng)性較強(qiáng)的元素可能會(huì)有一定程度的變化，因此本文采用Winchester等（1977）的 Zr/TiO2－Nb/Y 分類(lèi)圖解（圖 2），樣品均位于流紋巖區(qū)域．在K2O－SiO2圖解中（圖3），絕大部分樣品位于高鉀鈣－堿性系列區(qū)域，只有1個(gè)樣品位于中鉀鈣－堿性系列區(qū)域．

從主量元素分析結(jié)果可以看出，西烏旗色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖屬高硅低鈦過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣－堿性流紋巖．

3．3 稀土元素特征

稀土元素分析結(jié)果（表1）及球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線（圖4）顯示，稀土元素總量偏高.∑REE=191.33×10-6～335.06×10-6，平均 284.55×10-6；LREE=137.68×10-6～199.41×10-6，HREE=29.51×10-6～54.24×10-6，LREE/HREE=1.08～1.71；（La/Yb）N=2.11～3.08.曲線呈右傾型，輕重稀土元素分餾中等，輕稀土略富集.（La/Sm）N=1.87～2.40，（Gd/Yb）N=0.82～1.00，輕稀土分餾

中等，重稀土分布相對(duì)平緩．δEu=0．27～0．33，顯示明顯的銪負(fù)異常，這與斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用有關(guān)［3］．這些特征與大多數(shù)A型花崗質(zhì)巖石的地球化學(xué)特征和典型的大陸裂谷流紋巖的稀土曲線一致［4-6］．

表1 西烏旗色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖主量元素、稀土元素和微量元素含量Table1 Contentsofmajor elements,REE and trace elementsof the rhyolitesof Baiyingaolao Formation in Seribeng area

表1（續(xù)） Table 1 （Continued）

圖2 色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖TAS圖解（據(jù) Winchester等，1977）Fig.2 TASdiagram of the rhyolitesof Baiyingaolao Formation inSeribeng area（afterWinchesteretal.,1977）

圖3 色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖K2O-SiO2圖解（據(jù) Rickwood，1977）Fig.3 K2O-SiO2 diagram of the rhyolitesof Baiyingaolao Formationin Seribengarea（after Rickwood,1977）

圖4 色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線（標(biāo)準(zhǔn)值據(jù) Boynton，1984）Fig．4 Chondrite-normalized REE distribution patternsof the rhyolitesof Baiyingaolao Formation in Seribengarea（after Boynton,1984）

3．4 微量元素特征

圖5 色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線（標(biāo)準(zhǔn)值據(jù) Sun and McDonough，1989）Fig．5 Primitivemantle-normalized trace elementdistribution patternsof the rhyolitesofBaiyingaolao Formation in Seribeng area（after Sun and McDonough,1989）

微量元素分析結(jié)果（表1）及原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線（圖 5）顯示：（1）親石元素 Cs、Ba、Rb、Th、U 相對(duì)富集（分別為原始地幔的 1081～118 倍），但 Sr（26．42×10－6）、Eu（0．97×10－6）明顯虧損，Rb/Sr比值平均為 7．65，明顯高于I型和S型花崗巖的Rb/Sr比值平均值（分別為 0．61 和 1．81），甚至是 A 型花崗巖（3．52）（Whalen etal．，1987） 的 2 倍；（2） 高場(chǎng)強(qiáng)元素較為富集，Zr為243．6×10－6～419．8×10－6（平均值為 373．95×10－6），Hf為7．17×10－6～12．07×10－6（平均值為10．05×10－6），但Ta較低，為0．71×10－6～1．41×10－6（平均值為1．02×10－6），Nb也較低，為7．17×10－6～15．72×10－6（平均值為13．75×10－6）．值得注意的是這些流紋巖沒(méi)有明顯的Nb（Ta）虧損，表明它們沒(méi)有受到明顯的地殼物質(zhì)混染［7］．

4 討論

4．1 巖石成因

本區(qū)流紋巖Ti含量較低，Ti/Y＜100，且變化大，為29．16～49．84，平均為 36．48；Ti/Zr＜10，為 5．90～8．66，平均為6．80．表明本區(qū)流紋巖為典型的殼源巖漿系列，是陸殼巖石局部熔融的產(chǎn)物［8］．

流紋巖強(qiáng)烈虧損Sr和Eu的微量元素地球化學(xué)特征表明：（1）該套火山巖應(yīng)起源于斜長(zhǎng)石穩(wěn)定的地殼源區(qū)，其起源深度應(yīng)小于 35 km［9］；（2）巖漿源區(qū)起源的原生巖漿在上升過(guò)程中，應(yīng)經(jīng)歷了較為顯著的結(jié)晶分異作用過(guò)程，斜長(zhǎng)石可能產(chǎn)生較強(qiáng)的分離結(jié)晶作用［10］．正是由于這種特定的成因機(jī)制和演化過(guò)程，造成巖石中微量元素Sr、Eu的強(qiáng)烈虧損．本區(qū)流紋巖低的Sr/Y 值（＜1．70，0．21～0．65，平均 0．39）和較高的Y 含量（>32．5×10－6，43．1×10－6～88．48×10－6，平均 70．53×10－6）的地球化學(xué)特征，同樣印證了上述事實(shí)．

鑒于各類(lèi)巖石中單個(gè)微量元素豐度變化較大，而元素取適當(dāng)?shù)摹霸貙?duì)”比值進(jìn)行比較，從而為判明成巖物質(zhì)來(lái)源提供一定的地球化學(xué)佐證．據(jù)Hildreth等（1991）研究，Rb/Nb比值從地幔巖石向上地殼巖石有增高的趨勢(shì)：平均洋脊玄武巖（N－MORB）為 0．36，平均下地殼為0．88，平均上地殼為4．5．色日崩地區(qū)白音高老組平均Rb/Nb比值為13．81．Y是各類(lèi)巖石中豐度值較高，而變化范圍較小的高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）．因而可以利用Rb/Y－Nb/Y比值特征來(lái)判明巖源物質(zhì)來(lái)源或受混染的程度．白音高老組流紋巖Rb/Y值高，介于1．87～3．77，變化范圍大，Nb/Y 值低（表 1），為 0．17～0．24，其投影點(diǎn)在Nb/Y－Rb/Y 圖（圖略）上落入上地殼演化區(qū)，這為白音高老組流紋巖的上地殼成因提供了一定的佐證．

4．2 構(gòu)造環(huán)境

火山活動(dòng)總是受區(qū)域地質(zhì)環(huán)境控制的，因此可用火成巖類(lèi)的地球化學(xué)特征來(lái)判別其形成時(shí)的構(gòu)造環(huán)境.西烏旗白音高老組流紋巖在Whalen等（1987）的分類(lèi)圖解上，該區(qū)流紋巖與高度分異的I、S型花崗巖明顯不同，全部落入A型花崗巖范圍（圖略）.雖然A型花崗巖可以在各個(gè)地質(zhì)時(shí)期、不同構(gòu)造背景產(chǎn)出，不一定指示非造山或裂谷環(huán)境，但A型花崗巖的形成總是與張性環(huán)境相聯(lián)系這一點(diǎn)已是人們的共識(shí)（Eby，1990；王德滋和趙廣濤，1995；吳才來(lái)等，1998）.在花崗巖類(lèi)的微量元素構(gòu)造判別圖解上，西烏旗白音高老組流紋巖基本落在板內(nèi)伸展非造山環(huán)境（圖6），說(shuō)明本區(qū)火山巖形成于板內(nèi)拉張的大地構(gòu)造環(huán)境，反映了西烏旗地區(qū)在早白堊世處于巖石圈伸展減薄的作用階段.

圖6 色日崩地區(qū)白音高老組流紋巖構(gòu)造判別圖解（據(jù) Pearceetal.,1984;Eby,1992）Fig.6 Tectonic discrimination of the rhyolitesofBaiyingaolao Formation in Seribeng area（after Pearceetal.,1984;Eby,1992）WPG—板內(nèi)花崗巖；ORG—洋脊花崗巖；VAG—火山弧花崗巖；Sny—COLG-同碰撞花崗巖；A1—非造山環(huán)境（anorogenic）；A2—造山環(huán)境（orogenic）

［1］內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志［M］.北京：地質(zhì)出版社,1991.

［2］內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層［M］.武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社,1996.

［3］葛文春，林強(qiáng)，孫德有，等.大興安嶺中生代兩類(lèi)流紋巖成因的地球化學(xué)研究［J］.地球科學(xué)—中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,25（2）:172—178.

［4］Creaser R A,Price R C,Wormald R J.A-type granites revisited:Assessmentofa residual-sourcemodel［J］.Geology,1991,19:163—166.

［5］Eby G N.The A-type granitoids:A reviews of their occurrence and chemicalcharacteristicsand speculationson their petrogenesis［J］.Lithos,1990,26:115—134.

［6］Eby GN.Chemicalsubdivision of the A-type granitoids:Petrogenetic and tectonic implications［J］.Geology,1992,20:641—644.

［7］葛文春，李獻(xiàn)華，林強(qiáng)，等.呼倫湖早白堊世堿性流紋巖的地球化學(xué)特征及其意義［J］.地質(zhì)科學(xué),2001,36（2）:l76—183.

［8］林強(qiáng)，葛文春，孫德有，等.大興安嶺中生代兩類(lèi)流紋巖與玄武巖的成因聯(lián)系［J］.長(zhǎng)春科技大學(xué)學(xué)報(bào),2000,30（4）:322—328.

［9］林強(qiáng)，葛文春，曹林，等.大興安嶺中生代雙峰式火山巖的地球化學(xué)特征［J］.地球化學(xué),2003,32（3）:208—222.

［10］劉俊杰，鞠文信，趙九峰，等.大興安嶺根河巖區(qū)晚侏羅世火山巖特征及構(gòu)造環(huán)境探討［J］.華南地質(zhì)與礦產(chǎn),2006,22（1）:38—46.