大興安嶺中段突泉盆地瑪尼吐組火山巖地球化學(xué)特征及成因

陶 楠，宋維民，楊佳林，杜繼宇，龐雪嬌

1．吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；

2．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034

大興安嶺中段突泉盆地瑪尼吐組火山巖地球化學(xué)特征及成因

陶 楠1，2，宋維民2，楊佳林2，杜繼宇2，龐雪嬌2

1．吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；

2．中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034

突泉盆地瑪尼吐組安山巖位于內(nèi)蒙古東部興安盟突泉縣，大地構(gòu)造位置屬華北板塊北緣晚古生代陸緣增生帶，大興安嶺構(gòu)造巖漿巖帶中段.安山巖樣品的SiO2、Al2O3、Na2O、K2O含量分別為60．64%～64．36%、15．84%～17．38%、3．76%～5．30%、2．44%～3．81%，為過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖石，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，無(wú)Eu異常和Ce異常，富集大離子親石元素（Rb、K、Ba、LREE）和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素（U、Th），相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu）.原始巖漿來(lái)源于地殼巖石部分熔融源區(qū)，是蒙古－鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環(huán)境下的產(chǎn)物.

巖石地球化學(xué)；巖石成因；瑪尼吐組安山巖；突泉盆地；大興安嶺；內(nèi)蒙古

大興安嶺中段突泉盆地尼瑪吐組火山巖體位于內(nèi)蒙古東部，大興安嶺構(gòu)造巖漿巖帶中段.研究區(qū)火山巖發(fā)育，出露面積約190 km2，呈帶狀NNE向分布，屬突泉火山盆地北側(cè).大興安嶺中段火山巖帶是中生代火山大噴發(fā)形成的構(gòu)造－火山巖帶，整個(gè)中生代時(shí)期火山活動(dòng)連續(xù)不斷，尤其在晚侏羅世火山活動(dòng)達(dá)到高峰，形成了幾套具有典型特點(diǎn)的火山巖組合.依據(jù)各時(shí)代火山活動(dòng)特點(diǎn)、接觸關(guān)系及巖石組合等資料，自晚三疊世—早白堊世共劃分4個(gè)火山噴發(fā)旋回，它們各自代表不同期次、不同規(guī)?；鹕交顒?dòng)及其破火山作用的完整過(guò)程，是一套典型的中酸性火山巖組合，是構(gòu)成東亞大陸邊緣巨型火山巖帶的重要組成部分.本文選擇出露于突泉火山盆地的瑪尼吐組火山旋回中的火山熔巖為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的地球化學(xué)特征研究，以期為突泉火山盆地中火山巖形成的構(gòu)造背景提供基礎(chǔ)資料與依據(jù)，期望對(duì)大興安嶺中段地區(qū)的地質(zhì)學(xué)研究和成礦預(yù)測(cè)起到積極作用.

1 區(qū)域地質(zhì)背景

突泉盆地位于內(nèi)蒙古東部興安盟突泉縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置屬華北板塊北緣晚古生代陸緣增生帶，松嫩地塊與興安地塊構(gòu)造結(jié)合部的嫩江造山帶處［1］，盆地基底主要為晚古生代古亞洲洋殘余海盆不同演化時(shí)段沉積體系中的一套海－陸相地層.盆地北部、東部分別與龍江盆地、松遼盆地相鄰，是一個(gè)近乎南北走向的中生代斷拗盆地.地理坐標(biāo)為北緯45°00′～46°00′，東經(jīng)121°15′～122°00′之間，面積約2300 km2.通過(guò)該盆地南部非震物探資料推測(cè)，盆地南部早中生代拗陷埋深范圍為800～2000 m［2］.

突泉盆地出露地層自下而上主要為紅旗組、萬(wàn)寶組、滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組、甘河組.從中生代的地層出露情況分析，紅旗組和萬(wàn)寶組為一套類(lèi)磨拉石含煤沉積，代表早中生代東北地區(qū)的非典型、弱造山的山前與山間沉積［3］，而后期充填于盆地內(nèi)晚侏羅世到早白堊世（滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組、甘河組）陸相火山－沉積巖系，是當(dāng)時(shí)中國(guó)東北地區(qū)乃至東北亞斷陷盆地系及盆嶺體系組成的基本特征［4］.

2 樣品采集與特征

本文瑪尼吐組火山巖樣品采集于1/5萬(wàn)保安屯幅突泉火山盆地西石砬子火山機(jī)構(gòu)周邊，發(fā)育于盆地西北部，樣品均為安山巖.巖石鏡下特征為斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為角閃石、斜長(zhǎng)石和黑云母.斜長(zhǎng)石呈半自形板柱狀、寬板狀，部分聚斑狀，部分邊緣熔蝕呈渾圓形、港灣狀，聚片雙晶帶較寬，表面模糊泥化、絹云母化，邊緣長(zhǎng)英質(zhì)呈扇形、半球粒環(huán)繞，延長(zhǎng)方向略定向，粒徑在0．6～2．2 mm之間，含量約為20%；黑云母呈片狀、長(zhǎng)條片狀，多全部暗化呈假象，少量邊緣暗化，沿解理縫析出鐵質(zhì)成分，略定向，含量約為5%；角閃石呈長(zhǎng)柱狀、較規(guī)則菱形粒狀，部分發(fā)育不完整，但能見(jiàn)較清晰輪廓，全部暗化呈假象，略顯方向性，粒徑0．3～1．0 mm，含量為1%～2%.基質(zhì)為微晶結(jié)構(gòu)，主要為斜長(zhǎng)石微晶，雜亂分布，呈半自形長(zhǎng)柱狀、板狀，聚片雙晶帶較寬，表面模糊弱泥化，粒徑多在0．04～0．1 mm之間，個(gè)別達(dá)0．2 mm.

3 地球化學(xué)特征

突泉盆地瑪尼吐組安山巖樣品的主量、微量、稀土元素分析結(jié)果見(jiàn)表1.安山巖樣品的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60．64%～64．36%，平均值為62．34%；Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15．84%～17．38%，平均值為16．57%；Na2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3．76%～5．30%，平均值為4．48%；K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2．44%～3．81%，平均值為2．79%；Na2O＋K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5．56%～8．91%，平均值為7．85%.K2O/Na2O值為0．81～2．15，平均值為1．46.里特曼指數(shù)σ為1．45～4．27（均值為3．4，σ＞3．3）.Al2O3/（Na2O＋K2O）（分子數(shù)）值為1．37～2．25，平均值為1．64；鋁飽和指數(shù)Al2O3/（CaO＋Na2O＋K2O）（分子數(shù)）值為1．07～1．77，平均值為1．31.在ACNK－ANK圖解中，樣品主要落入過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域，在SiO2-K2O圖解（圖1b）上，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區(qū)域，在硅－堿圖解（圖1a）中，樣品點(diǎn)絕大多數(shù)都落入了亞堿性安山巖或粗面巖范圍內(nèi)，由此確定瑪尼吐組安山巖屬于亞堿性過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖石系列.

突泉盆地瑪尼吐組安山巖樣品的稀土元素配分模式均為輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的右傾型（圖2a）.稀土元素總量（ΣREE）為96．72×10－6～145．92× 10－6，平均為115．26×10－6，輕、重稀土元素分餾程度中等，LREE/HREE值為6．61～8．85，平均值為7．89，（La/Yb）N值為5．75～8．97，平均值為7．64，無(wú)Eu異常和Ce異常（δEu＝0．88～1．18，均值1．00；δCe＝0．92～0．97，均值0．95）（表1）.原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖2b）中，相對(duì)富集大離子親石元素（如Rb、K、Ba）和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素（U、Th），相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（如Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu）.其中，Ti和P虧損可能受到鈦鐵礦和磷灰石分離結(jié)晶作用的影響.

表1 瑪尼吐組安山巖巖石地球化學(xué)分析結(jié)果Table 1 Geochemical data for andesite of Manitu Formation

圖1 瑪尼吐組安山巖硅－堿圖解圖解Fig．1 TAS and K2O-SiO2diagrams of andesites of Manitu Formation

4 巖石成因及構(gòu)造環(huán)境

瑪尼吐組安山巖明顯富集大離子親石元素（Rb、K、Ba、LREE）和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素（U、Th），相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu），具有陸殼物質(zhì)或俯沖流體交代的巖石圈地幔物質(zhì)特征［5］.瑪尼吐組安山巖的Mg＃值為2．1～5．2，均值為3．5，表明安山巖由基性下地殼鐵鎂質(zhì)巖石部分熔融的可能性很?。?］.安山巖巖石樣品的Cr含量為5．36×10－6~43．4×10－6（均值19．1×10－6），小于原始地幔Cr（2121×10－6）［7］和高鎂安山巖Cr（一般大于100×10－6，高者可達(dá)770×10－6）［8］.巖石樣品的Nb/Ta值（11．18～19．81，均值為16．15）介于地殼平均值（8．3）［9］和地幔平均值（17．5）［10］之間.Rb/Sr值（0．09～0．25，均值0．15）介于地幔值（0．034）和地殼值（0．350）［11］之間.結(jié)合巖石鈣堿性和低Mg＃值等特征，筆者認(rèn)為瑪尼吐組安山巖原始巖漿主要來(lái)源于地殼巖石部分熔融源區(qū).

圖2 瑪尼吐組安山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化與微量元素地幔標(biāo)準(zhǔn)化圖解Fig．2 Chondrite-normalized trace element patterns and primitive mantle-normalized spider diagram of andesites of Manitu Formation

關(guān)于大興安嶺中生代火山巖構(gòu)造背景，存在多種不同觀點(diǎn)，主要有：大興安嶺晚中生代的花崗巖火山巖活動(dòng)只是伸展背景下的巖漿演化的一個(gè)階段［12］；與蒙古－鄂霍次克洋的閉合有關(guān)［13-18］；與古太平洋板塊的俯沖作用有關(guān)［19-20］；與地幔柱構(gòu)造有關(guān)［21-22］.到目前為止，在吉黑東部尚未發(fā)現(xiàn)138～145 Ma的火山巖［23-24］，表明大興安嶺中生代巖漿事件與古太平洋板塊的俯沖作用沒(méi)有關(guān)系［25］.大興安嶺中生代火山巖分布面積廣，形成時(shí)代變化范圍大，與地幔柱構(gòu)造有關(guān)的巖漿事件不一致，排除地幔柱構(gòu)造背景.Metelkin［26］研究認(rèn)為，中—晚侏羅世蒙古－鄂霍次克洋自西向東逐漸閉合，西部最終的閉合時(shí)間為晚侏羅世，東部最終閉合的時(shí)間為早白堊世，其演化過(guò)程與突泉盆地瑪尼吐組火山巖的形成時(shí)間（139～148 Ma）基本吻合.瑪尼吐組火山巖從北向南，存在由老到新的穿時(shí)性，進(jìn)一步證明瑪尼吐組火山巖的形成與蒙古－鄂霍次克縫合帶演化有關(guān)［27］.

瑪尼吐組安山巖樣品在Hf/3－Th－Ta圖解（圖3a）中落入了火山弧花崗巖區(qū)域，在Sr/Y－Y圖解（圖3b）中落入了經(jīng)典島弧巖石區(qū)域，在Th/Yb－Ta/Yb圖解（圖4）中落入了活動(dòng)大陸邊緣（陸緣?。﹨^(qū)域.島弧和活動(dòng)大陸邊緣均屬于消減帶范圍，表明瑪尼吐組安山巖形成于大陸弧環(huán)境.結(jié)合大興安嶺中生代火山巖構(gòu)造演化背景，筆者認(rèn)為內(nèi)蒙古突泉盆地瑪尼吐組安山巖是蒙古－鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環(huán)境下的產(chǎn)物.

圖3 瑪尼吐組安山巖構(gòu)造判別圖解Fig．3 Hf/3-Th-Ta and Sr/Y-Y diagrams of andesite of Manitu Formation

圖4 瑪尼吐組安山巖Th/Yb-Ta/Yb圖解Fig．4 The Th/Yb-Ta/Yb diagram of andesites of Manitu Formation

5 結(jié)論

1）突泉盆地瑪尼吐組安山巖為亞堿性、過(guò)鋁質(zhì)、高鉀鈣堿性巖石，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，無(wú)Eu異常和Ce異常，明顯富集大離子親石元素（Rb、K、Ba、LREE）和化學(xué)性質(zhì)活潑的不相容元素（U、Th），相對(duì)虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu）.

2）突泉盆地瑪尼吐組安山巖原始巖漿來(lái)源于地殼巖石部分熔融源區(qū)，是蒙古－鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環(huán)境下的產(chǎn)物.

致謝：野外工作中得到張立東研究員傾心指導(dǎo)，李之彤研究員對(duì)本文進(jìn)行了細(xì)心審閱并提出了寶貴意見(jiàn)，在此致以衷心感謝！

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PETROGEOCHEMISTRY AND GENESIS OF THE VOLCANIC ROCKS OF MANITU FORMATION IN TUQUAN BASIN，MIDDLE DAXINGANLING MOUNTAINS

TAO Nan1，2，SONG Wei-min2，YANG Jia-lin2，DU Ji-yu2，PANG Xue-jiao2

1．College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China；
2．Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，CGS，Shenyang 110034，China

The andesite of Manitu Formation in the Tuquan Basin，Eastern Inner Mongolia，is tectonically located in the middle section of Daxinganling tectonomagmatic belt，in the Late Mesozoic continental marginal accretion zone on the northern margin of North China Plate．Study of petrogeochemistry indicates that the andesite is characterized by high silica（with SiO2of 60．64%－64．36%）and alumina（Al2O315．84%－17．38%），and medium alkali（Na2O 3．76%－5．30%，K2O 2．44%－3．81%），belonging to peraluminous high potassium calc-alkali rock．The chondrite standard curve of rare earth elements reveals an enrichment of LREE and deficit of HREE，without Eu and Ce anomaly．The andesite is enriched in LILE（such as Rb，K，Ba and LREE），mobile incompatible elements（such as U and Th），relatively depleted in HFSE（such as Nb，Ta，P and Ti）and HREE．The primitive magma of the andesite is derived from the partial melting of the crust，as the result of the closure of Mongolia-Okhotsk Ocean in the extensional environment of the lithosphere．

petrogeochemistry；petrogenesis；Manitu Formation；andesite；Tuquan basin；Daxinganling Mountains；Inner Mongolia

2016－10－10；

2016－11－29．編輯：張哲．

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)前他克吐等五幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查”（1212011220425）；“內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)必魯臺(tái)等四幅地質(zhì)礦產(chǎn)綜合調(diào)查”（12120115031101）；“太平洋構(gòu)造域北段構(gòu)造格局、演化歷史和1∶250萬(wàn)構(gòu)造圖編制”（DD20160343－09）．

陶楠（1982—），男，工程碩士研究生，工程師，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，E-mail//52538310＠qq．com

宋維民（1983—），男，博士研究生，高級(jí)工程師，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，E-mail//swmws＠126．com

1671-1947（2016）06-0525-08

P595

A