內(nèi)蒙古浩茫古古塔地區(qū)中生代火山巖巖石地球化學(xué)特征

顏雷雷，馬志通，蘇本聰，王逎宸

1.吉林省勘查地球物理研究院,吉林 長春130012；2.吉林大學(xué)，吉林 長春 130061

0 引言

大興安嶺地區(qū)是當(dāng)今國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家進行研究的熱點地區(qū)之一，浩茫古古塔位于大興安嶺主脊中段附近，行政區(qū)劃錄屬內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗境內(nèi)。中生代火山巖在該區(qū)呈NE向分布于本區(qū)， 因此，研究浩茫古古塔地區(qū)中生代火山巖的巖石地球化學(xué)特征，對于探討本區(qū)中生代火山巖的形成演化具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)特征

中生代以來亞洲東北部是環(huán)太平洋構(gòu)造巖漿帶一部分，形成一系列NNE–NE向火山噴發(fā)帶，晚侏羅世—早白堊世是地殼活動最活躍的時期，尤以大興安嶺地區(qū)最為活躍。形成興安嶺群的酸性-中性-酸性（滿克頭鄂博組—瑪尼吐組—白音高老組）火山巖噴發(fā)旋回，亦使本區(qū)在晚侏羅世產(chǎn)生了強烈的火山噴發(fā)，產(chǎn)生了大面積的火山巖，其中瑪尼吐組未見于本測區(qū)內(nèi)。噴發(fā)環(huán)境以陸相為主。

滿克頭鄂博組區(qū)域上呈北東—南西向展布。主要巖石類型為流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、火山角礫巖，偶夾安山巖。白音高老組主要巖石類型為流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，英安巖、英安質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r等。兩組地層均不整合覆蓋于青白口紀(jì)佳疙疸組及石炭紀(jì)花崗巖之上，被侏羅紀(jì)花崗巖侵入（圖1）。

2 巖石化學(xué)特征

從表1可知，本區(qū)中生代火山巖中流紋巖質(zhì)量分數(shù)變化范圍在65.15%～71.88 %之間，Al2O3變化于15.28%～16.8%之間，Na2O+K2O值變化于6.99%～9.21%間；而英安巖的SiO2質(zhì)量分數(shù)變化范圍在63.92%～65.15%之間，Al2O3變化于16.53%～17.71%之間，Na2O+K2O值變化于5.73%～8.56%間，且Na2O大于K2O；化學(xué)成分總體表現(xiàn)為SiO2、Na2O、K2O質(zhì)量分數(shù)相對較高，而Fe2O3、FeO、CaO、MgO質(zhì)量分數(shù)相對偏低，反映了火山巖高硅、富堿的化學(xué)成分特點。

巖石化學(xué)特征指數(shù)，固結(jié)指數(shù)SI為5.57～11.74，分異指數(shù)DI為73.2～90.33，符合流紋巖的數(shù)值特征；里特曼指數(shù)δ值為1.49～3.46，為太平洋型；堿度率AR值為1.75～3.47，其值略顯偏高。

在火山巖的TAS分類圖解中（圖2），本區(qū)滿克頭鄂博組流紋巖位于流紋巖區(qū)，英安巖位于粗面英安巖區(qū)；白音高老組英安巖位于英安巖與粗面英安區(qū)，與定名較吻合。

在（Na2O+K2O）-SiO2圖解中投點位于亞堿性區(qū)（圖3），在AFM圖解中投點位于鈣堿性區(qū)（圖4），本區(qū)中生代火山巖應(yīng)為鈣堿性巖系。

3 巖石地球化學(xué)特征

稀土質(zhì)量分數(shù)及參數(shù)特征詳見表2，稀土總量偏低，REE變化在（142.95～64.30）×10-6之間，由早期滿克頭期—白音高老期，具從高—低的特征。δEu值變化在0.7～0.91間，反映巖漿來源較深，相當(dāng)于上地幔至下地殼產(chǎn)物。輕重稀土（L/H）值為8.82～12.76，輕稀土富集程度較高，重稀土強烈虧損。（La/Sm）N值為3.22～5.28，輕稀土內(nèi)部分餾明顯 ；（Gd/Yb）N值為 1.33～2.65，重稀土內(nèi)部亦存在一定的分餾作用，但要較輕稀土分餾程度弱。其稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖式見圖5，曲線右傾，斜率較大，銪略顯負異常，反映巖漿分異程度不高。

微量元素質(zhì)量分數(shù)及參數(shù)特征詳見表2，測區(qū)中生代火山巖中的流紋巖及英安巖，Rb、Li、Ba、Hf、Ta、U、Th、W等親石元素較為富集，而鐵族元素Ni、Co等元素略顯虧損。在火山巖的微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖（圖5）中，表現(xiàn)為Rb、Ba、Th、U、K等元素強烈富集而Ti、P相對虧損的特征。

圖 1 浩茫古古塔地區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geological survey of Haomangguguta area1.第四系全新統(tǒng)；2.第四系大黑溝組；3.白音高老組二段；4.白音高老組一段；5.滿克頭鄂博組；6.泥鰍河組；7.佳疙疸組；8.侏羅紀(jì)花崗巖；9.石炭紀(jì)花崗巖

表 1 晚侏羅世火山巖氧化物質(zhì)量分數(shù)及參數(shù)特征表Table 1 the oxide contents and the parameters characteristics of Late Jurassic volcanic rocks

圖 2 火山巖TAS圖Fig.2 Volcanic rocks in the TAS fi gure（M.J.Le Bas等，1986；IUGS,1989）O. SiO2過飽和 ；S. SiO2飽和 ；U. SiO2不飽和

圖 3 火山巖（Na2O+K2O）-SiO2圖Fig.3 Volcanic rocks in the (Na2O+K2O)-SiO2 fi gure A.堿性系列；S.亞堿性系列

表 2 晚侏羅世火山巖稀土元素質(zhì)量分數(shù)及參數(shù)特征表Table 2 The contents and parameter characteristics of the rare earth elements in Late Jurassic volcanic rocks

圖 4 火山巖FAM圖Fig.4 Volcanic rocks in FAM fi gure(Irvine, 1971)T . 拉斑系列； C. 鈣堿性系列

圖 5 火山巖稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化圖式Fig.5 Standard pattern of rare earth elements in volcanic rocks

4 巖石成因及構(gòu)造背景探討

4.1 巖石成因

近年來，隨著大興安嶺地區(qū)中生代不同巖石類型火山巖的配套化學(xué)分析數(shù)據(jù)及高質(zhì)量微量元素分析結(jié)果的相繼報道，可靠地探討大興安嶺中生代火山巖的成巖方式已成為可能。測區(qū)中生代中基性火山巖的(87Sr/86Sr)i和εNd(t)表明他們形成于相同的地幔源區(qū)（據(jù)呂志成等，2004）。由本區(qū)中生代火山巖的La/Sm-La圖解（圖7）及Sr/Ca-Ba/Ca圖解（圖8）可知，火山巖的成巖方式主要為地幔物質(zhì)的部分熔融作用。這一結(jié)論與邵濟安等（2001）提出的大興安嶺中生代火山巖不是來自幔源玄武巖漿在基性斜長石分異之后形成的殘余熔體的觀點是一致的。

火山巖的這一成巖方式進一步說明，本區(qū)英安巖、流紋巖可能是地幔低程度部分熔融作用形成的。

4.2 源區(qū)特征探討

前述可知，區(qū)內(nèi)中生代火山巖主量元素表現(xiàn)為富堿、富鉀，稀土元素表現(xiàn)為負銪異常不明顯，微量元素表現(xiàn)為富集大陽離子親石元素（LILE）和高場強元素（HFSE）及相對虧損Nb、Ta，鐵族元素。這種富鉀火山巖的成分特點可能反映了其地幔源區(qū)的成分特征。即火山巖巖漿熔融區(qū)富集大陽離子親石元素（LILE）和高場強元素（HFSE），并具有Nb、Ta和TiO2虧損的特點，Nelson等（1992）認為，富鉀火山巖的地幔源區(qū)曾經(jīng)受到了隨俯沖作用進入地幔的大洋沉積物的污染。結(jié)合本區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化的綜合分析，認為本區(qū)在古亞洲洋消失后其洋殼板片（及沉積物）的不斷下沉及其所伴隨的脫水作用可能是造成地幔源區(qū)富集的主要因素。

4.3 構(gòu)造背景

通過上述巖石化學(xué)、巖石地球化學(xué)研究證明，本區(qū)晚侏羅世（滿克頭鄂博組—白音高老組）火山巖，屬高鉀鈣堿性巖石系列（圖9），是大陸碰撞造山帶典型的巖石組合（鄧晉福等1994、1996b；Turner et al. 1996；Flower et al. 1998；Liegeois et al.，1998）。其巖石組合為安山巖-英安巖-流紋巖，Jakes&White 1972 和Miyashiro（1974）指出，空間上從大洋到內(nèi)陸，巖石系列由島弧拉斑系列—鈣堿性系列-高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列，巖石組合從以玄武巖-玄武安山巖占優(yōu)勢-安山巖占優(yōu)勢-安山巖-英安巖-流紋巖組合，地殼厚度逐漸增厚。

鄧晉福等（1996）認為中國東部燕山期安山巖具有弧火山巖特征，總體可歸入于大洋俯沖有關(guān)的組合，但缺少TTG組合，相當(dāng)于科迪勒拉弧內(nèi)陸一側(cè)的火成巖，主要發(fā)育高鉀鈣堿性系列，地殼厚度較大。

圖 6 火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 The spider diagram of trace elements of volcano rock

圖 7 火山巖La-La/Sm圖解Fig.7 Volcanic rocks in La-La/Sm fi gure（據(jù)Hirano，1982）

圖 8 火山巖Sr/Ca-Ba/Ca圖解Fig.8 Volcanic rocks in Sr/Ca-Ba/Ca fi gure（據(jù)Hirano，1982）

圖 9 K2O-SiO2圖解Fig.9 K2O-SiO2 fi gure

本區(qū)晚侏羅世火山巖具有高Sr低Yb的巖石地球化學(xué)特征，即屬于俯沖作用有關(guān)的埃達克巖類。（La/Yb）N-YbN圖解（圖10）表明，樣品主要落入埃達克巖和典型島弧巖石的重疊區(qū)域，地球化學(xué)特征類似埃達克巖，或為C型埃達克巖。這一點與趙書躍等2004年研究大興安嶺北段晚侏羅世吉祥峰組中酸性火山巖的結(jié)論相一致。晚侏羅世火山巖形成于遠離俯沖帶的陸殼巨厚的大興安嶺地區(qū)，具富鉀和陸相噴發(fā)的特點。

張旗認為C型埃達克巖是來自軟流圈地幔的玄武巖巖漿侵到加厚的陸殼(＞50 km)底部導(dǎo)致下地殼麻粒巖部分熔融形成的。Robers(1993)等指出，高鉀型巖漿通常是由玄武質(zhì)-安山質(zhì)的富K變質(zhì)火成巖的部分熔融形成的，即加厚地殼下部的鎂鐵質(zhì)原巖熔融可直接產(chǎn)生類似埃達克質(zhì)巖的熔漿。

圖 10 （La/Yb）N-YbN圖解Fig.10 (La/Yb) N—YbN fi gure

從Rb-Yb+Nb圖解可以看出，樣品均落入火山弧區(qū)，里特曼-戈蒂里圖解樣品均落入造山帶火山巖區(qū)。故筆者認為本區(qū)晚侏羅世火山巖的形成可能與北部蒙古—鄂霍次克海槽封閉，陸殼碰撞加厚，形成興蒙造山帶有關(guān)，同時與濱西太平洋構(gòu)造域背景下古太平洋板塊向歐亞板塊下俯沖的遠程構(gòu)造巖漿響應(yīng)有關(guān)。另外，從稀土和微量元素圖表中可以看出，兩組晚侏羅世火山巖有明顯的相似性和繼承性。

[1] 趙書躍，韓彥東，朱春燕,等.大興安嶺火山噴發(fā)帶北段中性、中酸性火山巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報,2004.

[2] 張 旗，王 焰，李承東,等.花崗巖的Sr-Yb分類及其地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報,2006,(09).

[3] 陳漢林，曾華生，楊樹鋒,等.閩北早古生代島弧火山巖的巖石地球化學(xué)特征[J].礦物學(xué)報,1994,(02).