赤峰地區(qū)晚中生代火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征

郝 彬, 宋 江, 李朝柱, 楊欣德*

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 西北分院, 甘肅 蘭州 730020; 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083; 3.延長(zhǎng)石油集團(tuán)研究院, 陜西 西安 710075; 4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081)

赤峰地區(qū)晚中生代火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征

郝 彬1,2, 宋 江3, 李朝柱4, 楊欣德4*

(1.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院 西北分院, 甘肅 蘭州 730020; 2.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院, 北京 100083; 3.延長(zhǎng)石油集團(tuán)研究院, 陜西 西安 710075; 4.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所, 北京 100081)

內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)發(fā)育大面積的晚中生代火山巖, 是我國(guó)東部巨型火山巖帶的重要組成部分。鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示, 火山巖主要形成于晚侏羅世160～147 Ma和早白堊世132～129 Ma兩個(gè)時(shí)期, 早期以中酸性火山巖為主, 晚期主要為酸性火山巖, 局部夾少量的基性火山巖。晚侏羅世早期的安山巖SiO2含量較低, MgO含量較高, 可能是巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物, 流紋巖是安山質(zhì)熔漿底侵導(dǎo)致下地殼發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。晚侏羅世晚期的流紋巖具有與A型花崗巖相似的地球化學(xué)特征, 表明其形成于伸展構(gòu)造背景下。早白堊世晚期的流紋巖屬于鉀玄巖系列, 與同時(shí)代的玄武巖構(gòu)成雙峰式巖石組合, 流紋巖來(lái)源于地殼的部分熔融。結(jié)合前人研究成果, 認(rèn)為赤峰地區(qū)晚中生代的兩期火山活動(dòng)都與蒙古–鄂霍次克縫合帶的演化有關(guān), 它們分別形成于兩次陸殼加厚之后的陸內(nèi)伸展環(huán)境。

鋯石U-Pb年齡; 巖石成因; 晚中生代; 構(gòu)造背景; 赤峰地區(qū)

0 引 言

華北克拉通北緣大面積分布的晚中生代火山巖是我國(guó)東部巨型火山巖帶的重要組成部分, 并且是東部大陸巖石圈構(gòu)架在中生代發(fā)生重大轉(zhuǎn)折的產(chǎn)物(周新華等, 2001), 因此, 華北克拉通北緣晚中生代火山巖的形成時(shí)代、成因和地球動(dòng)力學(xué)背景一直受到眾多學(xué)者的關(guān)注。關(guān)于華北克拉通破壞的機(jī)制,華北克拉通減薄的時(shí)限及動(dòng)力學(xué)過(guò)程等問(wèn)題更是近十幾年來(lái)研究最熱門的課題之一, 但目前仍存在眾多爭(zhēng)議(鄧晉福等, 2006; 吳福元等, 2008; 徐義剛等, 2009; 高山等, 2009)。特別是對(duì)于中–晚侏羅世至白堊紀(jì), 華北克拉通北緣構(gòu)造體制發(fā)生轉(zhuǎn)換的時(shí)限以及構(gòu)造背景等問(wèn)題, 目前研究主要存在 3種觀點(diǎn): (1)我國(guó)東部從 165～85 Ma經(jīng)歷了三個(gè)演化階段: 強(qiáng)擠壓(165～136 Ma), 主伸展(135～100 Ma), 弱擠壓變形期(100～83 Ma)(董樹(shù)文等, 2007); (2)華北克拉通北緣地區(qū)的地殼加厚持續(xù)到中侏羅世末, 減薄活動(dòng)始于晚侏羅世(吳福元和孫德有, 1999; 劉紅濤等, 2002; 姜耀輝等, 2005); (3)華北克拉通在總體上由擠壓構(gòu)造體制向伸展體制轉(zhuǎn)化的過(guò)程中(150～100 Ma)存在著多次擠壓與伸展的轉(zhuǎn)變(翟明國(guó)等, 2004)。筆者認(rèn)為存在這種分歧可能是由于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換本身十分復(fù)雜以及缺少精確定年結(jié)果的制約而造成的。例如,大興安嶺南段滿克頭鄂博組雙峰式火山巖被認(rèn)為是巖石圈伸展背景的重要依據(jù), 但缺少了年代學(xué)限制(郭鋒等, 2001); 又如, Daviset al. (1998)報(bào)道的承德地區(qū)晚侏羅世逆沖推覆體以及翟明國(guó)等(2004)報(bào)道的張北黃土梁、下花園盆地和張家口盆地逆沖構(gòu)造是擠壓體制的重要證據(jù), 但同樣缺乏精確的年代學(xué)制約。

鑒于此, 筆者在野外工作的基礎(chǔ)上, 試圖通過(guò)對(duì)華北克拉通北緣赤峰地區(qū)晚中生帶火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)及其地球化學(xué)特征進(jìn)行研究, 揭示其形成時(shí)代, 源區(qū)特征及其構(gòu)造環(huán)境, 以期為華北克拉通北緣晚中生代的構(gòu)造演化提供一些新的資料。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況與樣品特征

研究區(qū)地理位置位于內(nèi)蒙古赤峰市北部地區(qū),地理坐標(biāo)范圍為(圖1): E118°00′～118°30′, N42°50′～43°10′; 大地構(gòu)造位置位于西拉木倫河斷裂以南, 是古生代古亞洲構(gòu)造域與中–新生代蒙古–鄂霍次克構(gòu)造域、環(huán)太平洋構(gòu)造域強(qiáng)烈疊加、轉(zhuǎn)換的部位, 構(gòu)造演化十分復(fù)雜。區(qū)內(nèi)晚中生代巖漿作用非常強(qiáng)烈,出露大量晚中生代火山巖, 整體呈NNE向展布。主要的火山巖地層包括: 滿克頭鄂博組(J3mk), 以流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r為主; 瑪尼吐組(J3mn), 以安山巖為主, 局部夾一些酸性的熔巖和火山碎屑巖; 白音高老組(J3b)則主要為流紋巖、英安巖、流紋質(zhì)火山碎屑巖, 局部夾少量的玄武巖。

本次研究的樣品采集于老婆子山、南敖海遲、新開(kāi)地鄉(xiāng)、上溝門和黑水村(圖1)。巖石類型主要為流紋巖與安山巖, 其中流紋巖主要分為兩種類型,一種以堿性長(zhǎng)石斑晶為主, 一種以斜長(zhǎng)石斑晶為主,具體巖相學(xué)特征如下:

以堿性長(zhǎng)石斑晶為主的流紋巖(圖 2a): 斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。斑晶中除堿性長(zhǎng)石外, 還有少量的石英, 星散狀分布, 粒徑一般為 0.4～1 mm; 堿性長(zhǎng)石呈它形粒狀, 具高嶺土化等, 石英呈它形粒狀, 粒徑一般小于0.05 mm。基質(zhì)主要為長(zhǎng)英質(zhì)(約95%),構(gòu)成霏細(xì)結(jié)構(gòu)。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of the study area

圖2 赤峰地區(qū)晚中生代主要火山巖的巖相學(xué)特征Fig.2 Microphotographs of the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

流紋巖以斜長(zhǎng)石斑晶為主(圖2b、2c): 斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶約20%, 粒徑一般為0.3～2.0 mm, 呈半自形板狀, 具不均勻絹云母化、綠泥石-黑云母化、硅質(zhì)等?；|(zhì)由長(zhǎng)英質(zhì)構(gòu)成, 粒徑一般小于0.1 mm;部分石英為基底, 內(nèi)嵌布?jí)m點(diǎn)狀、霏細(xì)狀長(zhǎng)英質(zhì), 被少量黏土、硅質(zhì)等不均勻交代。

安山巖(圖2d): 斑狀結(jié)構(gòu), 塊狀構(gòu)造。斑晶由輝石構(gòu)成, 含量約 5%, 星散狀分布, 粒徑一般為 0.4～1.0 mm, 呈柱、粒狀, 少碳酸鹽化等?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石、輝石構(gòu)成, 具似交織結(jié)構(gòu), 粒徑一般為0.05～0.2 mm;斜長(zhǎng)石呈半自形板條狀, 雜亂或半定向分布, 具絹云母化、局部碳酸鹽化, 輝石呈粒狀, 填隙狀分布。

2 樣品分析方法

對(duì)選自赤峰地區(qū)晚中生代火山巖的新鮮樣品進(jìn)行鋯石挑選, 然后制靶, 拍攝陰極發(fā)光照片, 以便做鋯石成因及定年分析。鋯石U-Pb同位素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所進(jìn)行, 采用激光剝蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICPMS) 進(jìn)行微區(qū)原位U-Pb同位素測(cè)定。儀器配置和實(shí)驗(yàn)流程見(jiàn)李懷坤等(2010)。采用GJ-1作為外部鋯石年齡標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行U-Pb同位素分餾校正(Jackson et al., 2004), 采用ICPMSDataCal程序(Liu et al., 2009)和 Isoplot (Ludwig, 2003)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理, 應(yīng)用208Pb校正法對(duì)普通鉛進(jìn)行校正(Anderson, 2002), 利用NIST612作為外標(biāo)計(jì)算鋯石樣品的Pb、U含量。主微元素和微量元素分析在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所進(jìn)行, 主量元素采用X射線熒光光譜(XRF)測(cè)試, FeO采用氫氟酸-硫酸溶樣、重鉻酸鉀滴定法, 分析精度優(yōu)于2%, 微量元素分析采用 X-SeriesII 等離子體質(zhì)譜儀完成,分析精度優(yōu)于5%。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

本文對(duì)采自赤峰北部克什克騰旗 4件流紋巖樣品進(jìn)行了 LA-MC-ICP-MS鋯石 U-Pb同位素分析,分析結(jié)果見(jiàn)表 1。所測(cè)樣品的鋯石均具有明顯的振蕩生長(zhǎng)環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖3)。

樣品CF31-Tw26 (流紋巖, 采于黑水村, 屬于滿克頭鄂博組, 坐標(biāo) N42°56′51", E118°29′03")中鋯石共測(cè)20個(gè)點(diǎn), 剔除2個(gè)年齡偏老的測(cè)點(diǎn)(256～258 Ma), 其余18點(diǎn)分布較集中(圖4a),206Pb/238U年齡介于159～164 Ma之間, 其加權(quán)平均年齡為161±1 Ma, MSWD=2.9。

表1 赤峰地區(qū)晚中生代火山巖鋯石U-Pb定年結(jié)果Table 1 Zircon U-Pb dating results of the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

續(xù)表1:

圖3 赤峰地區(qū)晚中生代火山巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.3 CL images of zircon grains from the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

樣品CF16-Tw18(流紋巖, 采于南敖海遲西南部,屬于滿克頭鄂博組, 坐標(biāo)N43°06′38", E118°02′01")中鋯石15個(gè)分析點(diǎn)均位于U-Pb年齡諧和線上或其附近(圖4b),206Pb/238U年齡介于148～152 Ma之間,其加權(quán)平均年齡為150±1 Ma, MSWD=1.7。

樣品CF26-Tw18(流紋巖, 采于新開(kāi)地鄉(xiāng)西南部,屬于白音高老組, 坐標(biāo) N42°51′43", E118°06′04")中鋯石15個(gè)分析點(diǎn)均位于U-Pb年齡諧和線上或其附近(圖4c),206Pb/238U年齡介于129～135 Ma之間, 其加權(quán)平均年齡為132±1 Ma, MSWD=2.7。

樣品 CF28-Tw11(流紋巖, 采于上溝門東部, 屬于白音高老組, 坐標(biāo)N42°57′08", E118°04′42")中24顆鋯石206Pb/238U年齡介于128～134 Ma之間, 其加權(quán)平均年齡為130±1 Ma, MSWD=0.7(圖4d)。

圖4 赤峰地區(qū)晚中生代火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖Fig.4 Zircon U-Pb concordia plots for the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

3.2 地球化學(xué)特征

本文按照演化順序展示了本區(qū)晚中生代三個(gè)時(shí)期中酸性火山巖的主微量元素含量(表2)。下文將按三個(gè)主要階段陳述中酸性火山巖特征。

3.2.1 晚侏羅世早期(～160 Ma)火山巖

以流紋巖和安山巖為主。其中流紋巖的SiO2含量介于74.86%～78.07%, Al2O3變化于11.47%～13.13%,全堿含量為 7.49%～7.98%, 但貧鎂(MgO=0.23%～0.32%)、貧鈣(CaO=0.09%～0.43%), 高FeOT/MgO比值(2.80～11.85), A/CNK變化于1.51～1.56, 為過(guò)鋁質(zhì)巖石。在TAS圖解中(圖5a), 樣品落入亞堿性系列的流紋巖范圍內(nèi), 在SiO2-K2O圖上(圖5b)屬于高鉀鈣堿性系列。稀土元素總量較高, 為 193.7×10–6～200.7×10–6。稀土元素配分模式為輕稀土富集右傾型(圖 6a), 輕、重稀土分餾較明顯, (La/Yb)N=5.53～10.51, Eu中等負(fù)異常(δEu=0.39～0.71)。在微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖 6b), 流紋巖具有大離子親石元素(如K、U、Th)相對(duì)富集, 高場(chǎng)強(qiáng)元素(如 Nb、Ta、Ti)和 P相對(duì)虧損的特征。安山巖 SiO2含量介于50.76%～58.82%之間, Al2O3變化于15.32%～17.31%,全堿含量為 5.11%～7.41%, 鈉質(zhì)(K2O/Na2O=0.30～0.77), 且MgO含量較高(平均為4.00%), Mg#=49.65～55.31。在TAS圖解中(圖5a), 樣品分別落入粗安巖、安山巖、粗面英安巖范圍內(nèi), 但均屬于亞堿性巖石系列。在SiO2-K2O圖上(圖5b), 樣品位于鈣堿性系列至高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)。其稀土總量為 173.2× 10–6～233.6×10–6, 輕、重稀土分餾明顯(圖 6a), (La/Yb)N=9.63～18.06, Eu異常不明顯(δEu=0.93～1.05)。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上, 安山巖總體富集K、Ba等大離子親石元素(圖6b), 而虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素。

3.2.2 晚侏羅世晚期(～150 Ma)火山巖

晚侏羅世晚期, 研究區(qū)火山巖以流紋巖為主。其SiO2含量介于74.68%～75.70%, Al2O3為11.50%～12.09%, 全堿含量為 7.35%～7.83%, 貧鎂(MgO=0.22%～0.23%), 同樣具有高 FeOT/MgO比值(5.53～11.09),

A/CNK為1.51, 為過(guò)鋁質(zhì)巖石。而與晚侏羅世早期流紋巖不同的是, 其屬于鉀玄巖系列(圖 5b), 以及具有更高的稀土總量(ΣREE=563.73×10–6～963.93× 10–6)和強(qiáng)烈的Eu負(fù)異常(δEu=0.08～0.09)(圖6c), 更虧損Ba、Sr、Nb、Ta、Ti等元素(圖6d)。這些特點(diǎn)均與A型花崗巖地球化學(xué)特征較為相似(張旗等, 2012)。

表2 赤峰地區(qū)火山巖主量元素(%)、微量和稀土元素(×10–6)分析結(jié)果Table 2 Major (%) and trace element (×10–6) concentrations of the volcanic rocks in the Chifeng area

圖5 赤峰地區(qū)晚中生代火山巖TAS圖解(a)和硅–鉀圖解(b)Fig.5 TAS (a) and SiO2vs. K2O diagrams (b) of the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

圖6 赤峰地區(qū)晚中生代火山巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a, c, e)和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b, d, f) (球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton, 1984; 原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a, c, e) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b, d, f) of the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

3.2.3 早白堊世晚期(～130 Ma)火山巖

早白堊世晚期, 研究區(qū)火山巖以流紋巖為主。樣品 SiO2含量介于 69.15%～74.77%, Al2O3變化于12.78%～15.13%, 全堿含量為8.40%～9.75%, 高于晚侏羅世流紋巖。其MgO為0.22%～0.52%, FeOT/MgO為 4.04～11.84, 屬于過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=1.23～1.68), 鉀質(zhì)(K2O/Na2O=1.2～2.7)巖石。在TAS圖上(圖5a), 樣品 CF28-11位于堿性系列, 其余樣品均落入亞堿性系列的流紋巖范圍內(nèi), 在SiO2-K2O圖上(圖5b)屬于鉀玄巖系列。稀土總量為 205.28×106～248.17×106,在稀土配分圖上(圖 6e), 輕重稀土分餾明顯, (La/Yb)N= 11.47～12.86, 除了Eu表現(xiàn)出不同的異常以外(δEu=0.49～1.19), 其他均表現(xiàn)出相似的特征。微量元素蛛網(wǎng)圖中(圖6f), 所有樣品均富集 K、Ba等大離子親石元素, 而虧損 Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素。

4 討 論

4.1 赤峰北部晚中生代火山巖的形成時(shí)代

前已述及, 目前對(duì)于華北克拉通北緣晚中生代火山巖的形成構(gòu)造背景仍然存在爭(zhēng)議的主要原因之一就是對(duì)于大面積分布的火山巖形成時(shí)代仍不明確。例如, 趙國(guó)龍等(1989)利用Rr-Sr測(cè)年法獲得滿克頭鄂博組火山巖的年齡為 154 Ma, 瑪尼吐組為149 Ma, 白音高老組為146 Ma, 認(rèn)為大興安嶺南區(qū)中生代火山巖全部形成于晚侏羅世。夏軍等(1993)則認(rèn)為大興安嶺南區(qū)中生代火山巖均形成于早白堊世。而近年來(lái), 隨著測(cè)年技術(shù)的不斷進(jìn)步以及工作更加細(xì)致, 將瑪尼吐組歸屬于晚侏羅世–早白堊世,白音高老組形成于早白堊世(張吉衡, 2009; 茍軍等, 2010; 李世超, 2013)。然而, 對(duì)于滿克頭鄂博組的形成時(shí)代存在兩種觀點(diǎn): 茍軍等(2010)認(rèn)為滿克頭鄂博組屬于晚侏羅世; 張吉衡(2009)認(rèn)為滿克頭鄂博組的形成時(shí)代包括晚侏羅世和早白堊世兩期。另外,在以往的區(qū)調(diào)工作中, 一般認(rèn)為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組是由老變新的(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991), 這樣有時(shí)會(huì)造成在地層劃分時(shí)太過(guò)于依賴測(cè)年的結(jié)果, 而忽略了巖性組合, 從而使得地層歸屬的出現(xiàn)問(wèn)題。實(shí)際上, 近年來(lái)研究成果表明, 瑪尼吐組與滿克頭鄂博組實(shí)際上為同期的產(chǎn)物, 或者是瑪尼吐組稍晚于滿克頭鄂博組(張吉衡, 2009; 孫德有等, 2011)。

研究區(qū)鋯石 U-Pb定年結(jié)果顯示(表 3), 滿克頭鄂博組流紋巖的年齡分別為161 Ma、150 Ma, 形成時(shí)代為晚侏羅世; 白音高老組流紋巖的年齡為132～130 Ma, 形成時(shí)代為早白堊世, 與前人的研究結(jié)果較為一致(楊揚(yáng)等, 2012)。楊揚(yáng)等(2012)工作中的樣品Z1001采于老婆子山頂部, 坐標(biāo)N43°08′10", E118°01′51", 鋯石 U-Pb結(jié)果顯示為 156 Ma, 認(rèn)為相應(yīng)地層應(yīng)歸屬于滿克頭鄂博組。但是, 本次工作經(jīng)過(guò)野外考察發(fā)現(xiàn), 老婆子山主體及周邊為安山巖,僅僅在老婆子山頂部出現(xiàn)少量流紋巖及凝灰?guī)r, 因此認(rèn)為老婆子山及周邊安山巖應(yīng)屬于瑪尼吐組, 其形成時(shí)代上限為156 Ma。綜合來(lái)看, 赤峰北部地區(qū)火山活動(dòng)可以劃分為兩期, 即晚侏羅世以中酸性為主的火山活動(dòng)和早白堊世晚期以酸性為主的火山活動(dòng), 其間間斷了約10 Ma。

表3 赤峰北部晚中生代火山巖定年結(jié)果Table 3 Isotopic ages of the Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area

4.2 巖石成因

4.2.1 晚侏羅世早期中酸性火山巖的成因

關(guān)于安山巖的成因一直是一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論的問(wèn)題,其成因可概括為三種: (1)巖漿混合作用(Kawabata and Shuto, 2005); (2)玄武質(zhì)巖漿分離結(jié)晶作用(侯增謙和羅再文, 1992); (3)部分熔融模式(吳華英等, 2008)。巖漿混合作用一般以巖石中出現(xiàn)不平衡的礦物共生組合、某些礦物成分呈現(xiàn)“雙峰”分布及反環(huán)帶構(gòu)造為特征, 然而研究區(qū)安山巖內(nèi)并沒(méi)有這些巖漿混合的證據(jù), 因此, 初步認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)安山巖不屬于巖漿混合的產(chǎn)物。在La/Sm-La圖解上(圖7), 安山巖樣品呈斜線分布, 說(shuō)明它們基本上是源巖部分熔融的產(chǎn)物, 未經(jīng)歷過(guò)明顯的分離結(jié)晶作用。研究區(qū)安山巖 SiO2含量不高, Mg#值在 49.7～55.2之間,表明其主要來(lái)源于地幔物質(zhì)的部分熔融。另外, 研究區(qū)安山巖還具有富集 K、Pb等大離子親石元素,虧損Nb、Ta、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征, 這可能是由于受到早期俯沖消減事件帶來(lái)流體的影響, 地幔發(fā)生了交代作用從而相對(duì)富集LILE、虧損HFSE元素。

而關(guān)于大興安嶺流紋巖的成因, 目前存在兩種觀點(diǎn): (1)玄武巖漿分離結(jié)晶作用(葛文春等, 2000;林強(qiáng)等, 2003); (2)地殼巖石部分熔融形成(茍軍等, 2010)。研究區(qū)內(nèi)缺少同時(shí)代的基性巖, 因此, 晚侏羅世早期的流紋巖可以排除玄武巖漿結(jié)晶成因。樣品CF31-13、CF31-37的Ti/Y=20～49(＜100), Ti/Zr= 1.46～2.53, A/CNK=1.51～1.56, 均位于殼源巖漿范圍內(nèi)(Pearce, 1983; Wilson, 1989), 表明其應(yīng)該是陸殼巖石部分熔融的產(chǎn)物。兩樣品 Eu中等負(fù)異常和 Sr強(qiáng)烈虧損(＜60×10–6), 表明源區(qū)應(yīng)為斜長(zhǎng)石的穩(wěn)定區(qū), 斜長(zhǎng)石是部分熔融的殘留物。其中樣品CF31-13的MREE相對(duì)于HREE略為虧損(圖6a), 暗示部分熔融后的殘留物主要為角閃石, 不含石榴石。因此, 源區(qū)殘留相為角閃巖相(斜長(zhǎng)石+角閃石),對(duì)應(yīng)于下地殼范圍。

圖7 赤峰地區(qū)晚侏羅世早期安山巖的La-La/Sm圖(據(jù)Allegre and Minster, 1978)Fig.7 La vs. La/Sm diagram of the early stage of the Late Jurassic andesite in the Chifeng area

4.2.2 晚侏羅世晚期流紋巖的成因

晚侏羅世晚期研究區(qū)內(nèi)火山巖主要以流紋巖為主, 并未發(fā)現(xiàn)同時(shí)代的玄武巖。因此, 同樣可以排除玄武巖漿結(jié)晶成因。兩樣品 Ti/Y=16～20(＜100), Ti/Zr= 0.75～1.51, 均位于殼源巖漿范圍內(nèi)(Pearce, 1983; Wilson, 1989), 表明其也應(yīng)該是陸殼巖石部分熔融的產(chǎn)物。而且其具有與 A型花崗巖相似的特征, 即明顯的Eu負(fù)異常(圖6c)以及Sr、Ba、Ti的強(qiáng)烈虧損, 表明源區(qū)應(yīng)為斜長(zhǎng)石的穩(wěn)定區(qū), 或原生巖漿在上升過(guò)程中, 經(jīng)歷了較為顯著的斜長(zhǎng)石結(jié)晶分異作用。流紋巖一般形成的最小含水壓力大于0.5 GPa(徐學(xué)義等, 2007), 以及(La/Yb)N比值(平均 13.72)高于上地殼的(La/Yb)N值(11.35)(Rudnick and Gao, 2003),表明巖漿仍位于下地殼范圍內(nèi), 但其與160 Ma的流紋巖相比, Sr更低, Yb更高(表2), 表明其形成的壓力可能更低(張旗等, 2011)。而造成如此低的壓力以及高的地溫梯度可能與晚侏羅世早期以來(lái)巖石圈的快速伸展、減薄有關(guān)。因而可以推斷, 晚侏羅世晚期的流紋巖是在壓力降低以及熱異常擾動(dòng)下地殼部分熔融的產(chǎn)物。

4.2.3 早白堊世晚期流紋巖的成因

早白堊世晚期, 研究區(qū)內(nèi)火山巖以流紋巖為主,存在少量的玄武巖及英安巖, 缺少中性火山巖。而在大興安嶺地區(qū), 同時(shí)代的巖漿作用也是以基性巖漿和酸性巖漿共生為特征(郭鋒等, 2001; 孟恩等, 2011)。因此, 研究區(qū)的流紋巖與玄武巖應(yīng)構(gòu)成雙峰式組合。

通過(guò)對(duì)該時(shí)期流紋巖地球化學(xué)特征的分析發(fā)現(xiàn),總體上流紋巖 Eu異常不明顯(表 2), 且玄武巖僅有少量出露, 因此, 流紋巖不可能是玄武巖熔漿高度分異的產(chǎn)物, 更可能是殼源巖石部分熔融的產(chǎn)物。它們 Nb/Ta比值為 11.30～13.18, 排除了來(lái)自于沉積地層(Nb/Ta＞17, Ben et al., 1989)。Ti/Y比值小于100, Ti/Zr為 6.90～8.93(＜20), 也表明其為典型的陸殼巖石部分熔融的產(chǎn)物(Pearce, 1983; Wilson, 1989)。

4.3 構(gòu)造背景

大量的研究表明, 東北地區(qū)在中生代處于構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵時(shí)期。首先, 二疊紀(jì)末期, 東北地區(qū)經(jīng)歷了古亞洲洋的閉合(李朋武等, 2009)。于晚三疊世(228～200 Ma), 整個(gè)東北地區(qū)開(kāi)始處于碰撞后伸展環(huán)境, 形成了大量火山巖, 例如, 在吉黑東部發(fā)現(xiàn)的一套晚三疊世A型流紋巖組合(Xu et al., 2009)。隨后, 該區(qū)進(jìn)入到環(huán)太平洋構(gòu)造體系和蒙古–鄂霍茨克構(gòu)造體系的協(xié)同演化階段, 兩大體系的疊加與改造使得構(gòu)造演化十分復(fù)雜。許文良等(2013)研究認(rèn)為研究區(qū)主要是處于蒙古–鄂霍茨克構(gòu)造體系的影響范圍內(nèi), 松遼盆地及其東部地區(qū)才更易受到太平洋俯沖作用的影響。因此, 查明蒙古–鄂霍茨克構(gòu)造體系對(duì)我國(guó)境內(nèi)的影響, 是研究華北克拉通北緣晚中生代構(gòu)造演化的關(guān)鍵。蒙古–鄂霍茨克大洋板塊向南俯沖起始于中生代早期(許文良等, 2013), 于中侏羅世末閉合(Wang et al., 2006)。冀北–遼西地區(qū)廣泛存在的區(qū)域性不整合——即海房溝組之下存在的自北向南的逆沖構(gòu)造, 代表了此時(shí)期是一個(gè)地殼加厚的過(guò)程。緊接著, 整個(gè)松遼盆地以西又處于伸展環(huán)境中,滿洲里–額爾古納地區(qū)的塔木蘭溝組板內(nèi)玄武巖以及冀北–遼西地區(qū)蘭旗組和髫髻山組火山巖正是形成于這種環(huán)境下(Zhang et al., 2008; 孟恩等, 2011; Xu et al., 2013)。前已述及, 赤峰地區(qū)晚侏羅世早期(160～156 Ma)的安山巖為巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物, 應(yīng)該是巖石圈伸展環(huán)境下, 減壓形成的。流紋巖則可能為安山質(zhì)熔漿底侵導(dǎo)致下地殼發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。赤峰地區(qū)晚侏羅世晚期(～150 Ma)火山巖以具有 A型花崗巖特征的酸性火山巖為主, 表明區(qū)域仍處于伸展減薄的環(huán)境中。因此, 研究區(qū)巖石圈的伸展減薄可能從晚侏羅世早期開(kāi)始一直延續(xù)至 150 Ma。晚侏羅世末期–早白堊世, 華北克拉通北緣構(gòu)造體制可能轉(zhuǎn)換為擠壓環(huán)境, 因而在華北克拉通邊緣形成了長(zhǎng)達(dá)150 km的大青山逆沖斷層(Zheng et al., 1996)以及造成張家口盆地帶、下花園盆地帶、懷來(lái)盆地帶等邊緣形成逆沖構(gòu)造(翟明國(guó)等, 2004)。鄧晉福等(2007)認(rèn)為陸–陸碰撞造山時(shí)期, 常常缺乏火成巖。研究區(qū)內(nèi)侏羅世末期–早白堊世早期火山活動(dòng)的中斷可能對(duì)應(yīng)于這次碰撞活動(dòng)。自早白堊世晚期起,整個(gè)華北克拉通東部、大興安嶺地區(qū)出現(xiàn)大面積的巖漿活動(dòng), 呈彌散狀展布, 酸性和基性巖漿同時(shí)出現(xiàn), 地幔物質(zhì)參與巖漿作用的程度較侏羅紀(jì)明顯增強(qiáng)(Yang et al., 2005; Zhang et al., 2008, 2010; 孟恩等, 2011), 反映了華北地區(qū)進(jìn)入了巖石圈拉張的主要時(shí)期, 研究區(qū)132～129 Ma的雙峰式火山巖組合就是這個(gè)階段的產(chǎn)物。華北克拉通北緣早白堊世晚期的巖漿活動(dòng), 也可能與鄂霍茨克海構(gòu)造體系對(duì)于華北克拉通北緣造成遠(yuǎn)程效應(yīng)后的伸展環(huán)境有關(guān)(許文良等, 2013)。

5 結(jié) 論

(1) 赤峰地區(qū)晚中生代存在兩期火山活動(dòng), 早期(160～147 Ma)以中酸性火山巖為主, 晚期(132～130 Ma)主要為酸性火山巖, 局部夾少量的基性火山巖。

(2) 赤峰地區(qū)晚侏羅世早期(160～156 Ma)的安山巖可能為巖石圈地幔部分熔融的產(chǎn)物, 流紋巖為安山質(zhì)熔漿底侵下地殼發(fā)生部分熔融的產(chǎn)物。晚侏羅世晚期(～150 Ma)的流紋巖具有與 A型花崗巖相似的地球化學(xué)特征, 為地殼部分熔融的產(chǎn)物。早白堊世晚期(～130 Ma)的流紋巖與同時(shí)代玄武巖構(gòu)成雙峰式組合, 流紋巖來(lái)自于地殼的部分熔融。

(3) 赤峰地區(qū)兩期的火山活動(dòng)都與蒙古–鄂霍次克縫合帶的演化有關(guān), 它們分別形成于兩次陸殼加厚之后的巖石圈伸展環(huán)境。

致謝: 衷心感謝評(píng)審老師對(duì)文章的細(xì)心評(píng)閱以及提出的許多寶貴建議。

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系偏輕快簡(jiǎn)潔，暗色系則側(cè)重歐美復(fù)古的風(fēng)格，拍攝時(shí)的服裝和表達(dá)形式都非常的簡(jiǎn)潔明了，這樣也可以讓大家更直觀的欣賞照片，并且產(chǎn)生自己的想法。

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Zircon U-Pb Age and Geochemical Characteristics of the Late Mesozoic Volcanic Rocks in Chifeng area

HAO Bin1,2, SONG Jiang3, LI Chaozhu4and YANG Xinde4＊
(1. Research Institute of Exploration and Development-Northwest, PetroChina, Lanzhou 730020, Gansu, China; 2. PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Beijing 100083, China; 3. Research Institute of Yanchang Petroleum (Group) Co.Ltd, Xi’an 710075, Shaanxi, China; 4. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China)

The Late Mesozoic volcanic rocks in the Chifeng area, Inner Mongolia, is a very important part of the huge volcanic rock belt in Eastern China. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results showed that most of the volcanic rocks were formed in two periods (160 - 147 Ma and 132 - 129 Ma). The early period of volcanic rocks consist of intermediate-acid volcanic rocks, while those of the late period consist of mainly acidic volcanic rocks and minor locally distributed basic rocks. The early stage of the Late Jurassic andesites are characterized by low SiO2and high MgO, suggesting that the andesitic magma could be derived from partial melting of an enriched lithospheric mantle. The contemporary rhyolites could be possibly attributed to the partial melting of the lower crust under the heating of the emplacement of the andesite. The late stage of the Late Jurassic rhyolites are geochemically similar to A-type granite and formed under lithospheric extension. The late stage of the Early Cretaceous rhyolites belongs to shoshonite series and could be derived from partial melting of the crust, constituting bimodal volcanic rock association with the contemporary basalt. Combined with the previous studies, we suggest that the two periods of volcanic rocks should be related to the evolution of the Mongol-Okhotsk Orogeny, they respectively formed in the intracontinental extensional environment after the crust thickening in Middle Jurassic and the early stage of Early Cretaceous.

zircon U-Pb dating; petrogenesis; Late Mesozoic; tectonic setting; Chifeng area

P595; P597

A

1001-1552(2016)06-1261-014

2014-01-10; 改回日期: 2014-08-18

項(xiàng)目資助: 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“內(nèi)蒙古炒米房幅、土城子幅、新開(kāi)地幅、大黑水幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目(1212011120661)資助。

郝彬(1986–), 男, 博士, 主要從事石油地質(zhì)綜合研究。Email: 330341000@qq.com

楊欣德(1961–), 男, 博士, 主要從事沉積學(xué)與地層學(xué)研究工作。Email: yangxdcags@126.com