大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖鋯石U
--Pb年齡及地球化學(xué)特征

李湜先，趙慶英，邱士龍，鄭澤宇

吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春130061

0 引言

大興安嶺位于中國東北，中亞造山帶的東段，發(fā)育大量的中生代花崗巖和同期的火山巖，是中國東部中生代火成巖帶的重要組成部分[1]，其內(nèi)含有豐富的礦產(chǎn)資源[2--7]，是中國最重要的成礦帶之一[8]。以往眾多學(xué)者的研究多集中于大興安嶺中段和南段，而位于北段地區(qū)的中生代火山巖研究比較匱乏，導(dǎo)致對大興安嶺地區(qū)白音高老組火山巖的時代成因和產(chǎn)生的構(gòu)造背景存在較大的爭議。前人運(yùn)用地層對比的方式，將吉源地區(qū)中生代火山巖歸屬為上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)[8]，缺少精確同位素測年證據(jù)。筆者通過對大興安嶺吉源地區(qū)白音高老組酸性火山巖進(jìn)行鋯石U--Pb年代學(xué)和地球化學(xué)的研究，結(jié)合前人研究成果，進(jìn)一步探討吉源地區(qū)白音高老組火山巖構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景及巖相學(xué)特征

吉源地區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂倫春自治旗西部，與根河市相鄰，古生代屬西伯利亞板塊東南大陸邊緣，處于東烏旗—扎蘭屯火山型被動陸緣與喜桂圖旗火山型被動陸緣結(jié)合部位，中--新生代不僅受古太平洋板塊對歐亞板塊俯沖的影響，還受到蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造帶影響，是古生代古亞洲構(gòu)造域與中--新生代環(huán)太平洋構(gòu)造域、蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造域的疊加、復(fù)合部位，構(gòu)造演化復(fù)雜(圖1)。研究區(qū)斷裂構(gòu)造以NE、NW向斷裂為主，這些斷裂構(gòu)造控制了中生代巖漿活動的基本格局，其中晚侏羅世—早白堊世火山巖分布廣泛。

研究區(qū)內(nèi)主要地層為下石炭統(tǒng)莫爾根河組、中侏羅世塔木蘭溝組、晚侏羅世滿克頭鄂博組、晚侏羅世瑪尼吐組、早白堊世白音高老組、早白堊世梅勒圖組。莫爾根河組巖性為變玄武巖、角斑巖。不整合于滿克頭鄂博組之下。塔木蘭溝組具體為一套中基性火山巖，由玄武巖、玄武粗安巖、粗安巖組成，與上覆滿克頭鄂博組呈不整合接觸。滿克頭鄂博組為流紋質(zhì)沉凝灰?guī)r、熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋巖?，斈嵬陆M為英安巖，英安質(zhì)火山碎屑巖，整合于滿克頭鄂博組之上。白音高老組由流紋巖和流紋質(zhì)凝灰?guī)r組成，與瑪尼吐組呈假整合接觸。梅勒圖組由粗安巖、玄武粗安巖組成。

本文的主要研究對象為吉源地區(qū)白音高老組流紋巖，用于測試年齡的樣品N2016--6采自白音高老組流紋巖，坐標(biāo)：50°37′41″N，122°33′44″E(圖1)。吉源地區(qū)白音高老組流紋巖出露面積小，巖石風(fēng)化面多呈土黃色或褐色，新鮮面呈灰白色，具斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶為石英和斜長石，石英呈自形--半自形，無色透明，表面光滑正低突起，最高干涉色一級灰白，粒徑0.1～0.25 mm；斜長石呈自形--半自形板狀，大小為0.25～0.35 mm，部分發(fā)生絹云母化。有少量黑云母?；|(zhì)由長英質(zhì)顯微晶體和放射狀長英質(zhì)球粒構(gòu)成(圖2)。

2 火山巖年齡測定

2.1 分析方法

鋯石的分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所完成。樣品粉碎后，進(jìn)行淘洗和電磁分離，將晶形較好、無裂痕和無明顯包裹體的鋯石進(jìn)行制靶。鋯石制靶，反、透射光及陰極發(fā)光的顯微照片拍攝和U--Pb年齡測定在北京燕都中實(shí)測試技術(shù)有限公司完成。通過透射光、反射光和陰極發(fā)光圖像，利用193 nm激光器選擇合適的鋯石測年區(qū)域進(jìn)行燒灼，束斑直徑為35 μm。采用Anderson方法[9]來扣除普通Pb的影響，U--Pb年齡、Pb同位素比值及微量元素含量通過Glitter程序處理。采用Isoplot程序進(jìn)行年齡計(jì)算和成圖，年齡誤差為1σ，由于鋯石年齡都較為年輕(﹤1Ga)，因此選用206Pb/238U年齡值。

2.2 分析結(jié)果

由CL圖像(圖3)可知，鋯石大小50～100 μm，半自形--自形，鋯石顏色發(fā)暗，部分具有振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)。鋯石的Th/U比值>0.1，表明鋯石為巖漿成因[10,11]。該樣品測試16個測點(diǎn)(表1)，由樣品鋯石諧和曲線圖(圖4)可看出，10個點(diǎn)的206Pb/238U年齡為111～114 Ma，加權(quán)平均年齡為112. 84±0.81 Ma，MSWD=1.3 , 表明吉源地區(qū)白音高老組火山巖形成于早白堊世。測點(diǎn)11、12、13和14的206Pb/238U年齡為185～439 Ma，為捕獲鋯石，表明研究區(qū)可能存在早侏羅世和早志留世的巖漿事件，測點(diǎn)15、16的206Pb/238U年齡為1 526 Ma和1 989 Ma，為巖漿上侵過程中捕獲的鋯石，反映研究區(qū)可能存在早、中元古代的基底。

Q.石英；Pl.斜長石；Bt.黑云母圖2 大興安嶺北段白音高老組流紋巖野外照片(a)和顯微鏡下照片(b、c)Fig.2 Field photos (a)and photomicrograph(b,c) of rhyolites from Baiyingaolao Formation in northern Da Hinggan Mountains

表1 大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖LA--ICP--MS鋯石U--Th--Pb同位素分析結(jié)果Table 1 LA--ICP--MS U--Th--Pb isotopic analyses of rhyolites in Baiyingaolao Formotion from Jiyuan area in northern Da Hinggan Mountains

圖3 白音高老組流紋巖部分鋯石的陰極發(fā)光圖像Fig.3 CL images of selected zircons of rhyolites in Baiyingaolao Formation

圖4 白音高老組流紋巖鋯石 U--Pb 年齡諧和曲線圖Fig.4 U--Pb concordia diagrams of rhyolites in Baiyingaolao Formation

3 火山巖地球化學(xué)特征

全巖地球化學(xué)分析在澳實(shí)分析檢測 (廣州) 有限公司完成。主量元素采用X--射線熒光光譜(XRF)進(jìn)行分析，檢測下限為0.01%；微量和稀土元素的測定是將0. 025 g樣品放入Teflon罐中，加入氫氟酸、硝酸對樣品進(jìn)行溶解，保溫24 h，冷卻蒸干，再溶解，放入塑料器皿，通過電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP--MS)分析，檢測下限為0.05×10-6。

3.1 主量元素

白音高老組地球化學(xué)分析結(jié)果可知(表2)，吉源地區(qū)白音高老組流紋巖的 SiO2含量為75.74%～82.87%，屬于酸性巖；Al2O3含量為7.87%～11.22%；全堿含量(K2O+Na2O)較高，為6.65%～8.71%；K2O/Na2O值為8.1～26.7，為鉀質(zhì)巖石；鋁飽和指數(shù)(Al2O3/(CaO+ K2O+Na2O)分子比)=1.18～1.30，為過鋁質(zhì)巖石；流紋巖的MgO、CaO含量都較低，分別為0.01%～0.05%和0.01%～0.02%。根據(jù)火山巖SiO2-AR圖解(圖5a)[12]，大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖屬于堿性系列巖石。在A/CNK-A/NK 圖解中(圖5b)[13]，樣品點(diǎn)都投在過鋁質(zhì)巖石系列。

3.2 稀土和微量元素

根據(jù)白音高老組流紋巖的球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(圖6a)[14]顯示，所有元素具有相同的變化趨勢，稀土元素配分模式為右傾型。稀土元素總量∑REE=146.7×10-6～853.15×10-6，輕重稀土元素比值LREE/HREE為1.98～5.47，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，(La/Yb)N比值較高，為1.13～5.46，(Gd/Lu)N比值較低，為0.42～1.92，反映出輕稀土元素分餾較強(qiáng)，重稀土元素分餾較弱的特征。δEu﹤1，表現(xiàn)出負(fù)銪異常。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖6b)[15]顯示，吉源地區(qū)白音高老組流紋巖富集Rb、Th、U和LREE，虧損Ba、Sr、Ti等，暗示在巖漿演化過程中有大陸地殼物質(zhì)的參與，而Mg#相對較低，這些都是暗示巖漿來源于地殼的特點(diǎn)。

表2大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖地球化學(xué)分析

Table2GeochemicalanalysesofrhyolitesinBaiyingaolaoFormationfromJiyuanareainnorthernDaHingganMountains

樣號H20166--1H20166--2H20166--3H20166--4H20166--5SiO277.6182.8778.5376.5175.74Al2O39.827.879.7910.4011.22Fe2O32.720.982.132.832.46CaO0.020.020.010.010.02MgO0.020.010.020.020.03K2O8.006.417.127.977.75Na2O0.300.240.380.700.96TiO20.090.070.110.120.12MnO0.020.010.050.050.03P2O50.090.030.030.100.06燒失量0.970.801.261.091.17總計(jì)98.6998.5198.1798.7198.39Mg#1.441.981.831.382.36σ1.991.111.582.242.32La146.5049.7044.0023.3019.40Ce322.00112.0094.3056.9049.90Pr40.7012.9510.206.485.77Nd153.5042.4032.4021.9020.60Sm43.008.837.214.876.14Eu0.350.090.100.120.12Ga30.9020.6033.3032.9035.30Gd39.008.626.654.607.52Tb5.951.771.480.991.76Dy34.9013.2011.457.8313.70Ho6.742.912.651.853.16Er19.059.398.836.7010.35Tm2.841.471.421.161.71Yb18.109.579.918.6411.60Lu2.521.441.461.351.79Y214.0078.6070.7049.5090.90Hf35.0031.7035.6036.2035.30Ta10.609.9013.8013.8014.00Rb566.00399.00586.00674.00638.00Sr27.9015.6010.409.009.00Ba22.2019.5020.3018.8026.70U14.8513.0010.9514.659.55Th64.9038.0044.0049.4053.00Nb149.00145.50181.50169.00187.00Zr1 090.00932.001 150.001 150.001 110.00Cr10.0010.0010.0020.0010.00V5.00<5.0012.0010.007.00(La/Yb)N5.463.503.001.821.13∑REE835.15274.34232.06146.69153.52δCe3.443.583.483.823.97δEu0.010.010.010.030.02

注：σ=[w(Na2O+ K2O)2]/w[(SiO2)-43%].

4 討論

4.1 形成時代

本文對大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組火山巖進(jìn)行了鋯石測年，獲得的白音高老組的火山巖U--Pb年齡為112.84±0.81 Ma，屬早白堊世。許文良等認(rèn)為東北地區(qū)，早白堊世火山巖分布廣泛以及火山巖組合空間變異，鋯石U--Pb定年顯示兩個時期，分別為130 Ma和110 Ma[16]，表明本研究區(qū)的白音高老組火山巖是在早白堊世巖漿活動高峰期形成的。但這些年齡數(shù)據(jù)與前人對白音高老組火山巖形成時代認(rèn)識不同，如內(nèi)蒙古地質(zhì)志[8]將上庫力組三段(白音高老組)劃分在晚侏羅世；李文國等運(yùn)用地層學(xué)的理論與方法將白音高老組劃入晚侏羅世地層中[17]。白音高老組火山巖形成時代認(rèn)識上存在差別，主要是根據(jù)區(qū)域地層對比、巖石組合等進(jìn)行劃分，缺少精確的年代學(xué)證據(jù)。Zhang et al.測得大興安嶺北部上庫力組三段高精度鋯石U--Pb年齡為111～126 Ma[18]；葛文春等利用全巖Rb--Sr法獲得該巖組三段流紋巖的年齡為127±5 Ma[19]，因此將內(nèi)蒙古白音高老組火山巖形成時代定為早白堊世。筆者運(yùn)用鋯石測年方法分析吉源地區(qū)白音高老組流紋巖的形成時代，測得白音高老組流紋巖形成于112.84±0.81 Ma，與前人所測得的白音高老組流紋巖年齡在早白堊世之間相一致[6--7,20--23]，進(jìn)一步證明白音高老組流紋巖形成于早白堊世。

4.2 巖漿來源

目前對于白音高老組酸性火山巖的成因存在分歧，大致有3種觀點(diǎn)：①由中基性巖漿結(jié)晶分異形成[1,7,24--26]；②與玄武巖構(gòu)成雙峰式火山巖組合[1,24--28]；③由地殼物質(zhì)部分熔融產(chǎn)生[7,20,29]。玄武質(zhì)/安山質(zhì)巖漿經(jīng)結(jié)晶作用形成的火山巖常具高Sr特征[25]，而本文的流紋巖屬于低Sr(9×10-6～27.9×10-6)流紋巖，說明本區(qū)白音高老組流紋巖不是由玄武質(zhì)巖漿或安山質(zhì)巖漿分離結(jié)晶形成的。雙峰式火山巖要求玄武巖與流紋巖大致處于同一時期，本區(qū)只有梅勒圖組的玄武巖與流紋巖時期相近，根據(jù)近年的年齡研究，梅勒圖組火山巖形成時代為98～95 Ma[17]，而本區(qū)白音高老組流紋巖年齡為112.84±0.81 Ma，缺乏同期的基性火山巖，不能構(gòu)成雙峰式火山巖組合。

圖5 白音高老組流紋巖SiO2-AR圖解(a)[12]和A/CNK-A/NK圖解(b)[13]Fig.5 Diagrams of SiO2-AR (a) and A/CNK-A/NK (b) of rhyolites in Baiyingaolao Formation

圖6 白音高老組流紋巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖(a) [14] 和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(b)[15]Fig.6 Chondrite normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle normalized trace element spider diagrams (b) of rhyolites in Baiyingaolao Formation

A型花崗巖常具有高的Ga/Al值，富集Rb、Th、Y、Ta、Ga等元素，虧損Ba、Sr、Cr、Co等，有明顯的負(fù)銪異常[30、31]。本研究區(qū)分析的白音高老組火山巖在10 000*Ga/Al-FeOt/MgO和10 000*Ga/Al-Na2O+K2O圖解上(圖7)[31]，都落在A型花崗巖范圍內(nèi)。樣品負(fù)銪異常顯著，在微量元素蛛網(wǎng)圖上Ba、Sr虧損(圖6b)，成分類似于A型花崗巖。同時富集大離子親石元素Rb、Th、U，虧損高場強(qiáng)元素Nb、Ti，具殼源特征[32--34]。巖石的Rb/Sr值為20.29～74.89，Ti/Y值為2.52～14.53，Nb/Ta值為12.25～14.7，均分布在殼源巖漿范圍內(nèi)[15]。以上特征表明本區(qū)流紋巖的巖漿來源于地殼物質(zhì)的部分熔融。Ba、Sr的強(qiáng)烈虧損和明顯的Eu負(fù)異常，表明源區(qū)為斜長石的穩(wěn)定區(qū)，斜長石為部分熔融的殘留物。A型花崗巖可以在貧水條件下由玄武質(zhì)或長英質(zhì)地殼物質(zhì)部分熔融形成[35,36]。樣品的Al2O3/TiO2平均值為98.14(<100)，表明其部分熔融時的溫度高于875℃[37]。在貧水條件下，位于地殼淺部的長英質(zhì)巖石部分熔融需要很高的溫度難以實(shí)現(xiàn)，而地殼深部的玄武質(zhì)巖石發(fā)生部分熔融相對容易。綜上，判斷本區(qū)的流紋巖巖漿為來源于下地殼基性巖石部分熔融的產(chǎn)物。

圖7 白音高老組流紋巖10 000*Ga/Al-FeOt/MgO圖解(a)和10 000*Ga/Al-(Na2O+K2O)圖解(b)[31]Fig.7 10 000*Ga/Al vs. FeOt/MgO(a)and 10 000*Ga/Al vs.(Na2O+K2O)(b)diagrams of rhyolites in Baiyingaolao Formation

4.3 形成的構(gòu)造環(huán)境

關(guān)于大興安嶺地區(qū)中生代火山巖產(chǎn)出的構(gòu)造背景存在爭議，大致有3種觀點(diǎn)：①與地慢柱構(gòu)造有關(guān)[1,19,25]；②與古太平洋板塊的俯沖作用有關(guān)[38]；③與蒙古—鄂霍茨克洋閉合有關(guān)[32,39]。隨著對大興安嶺地區(qū)中生代火山巖研究，發(fā)現(xiàn)其不存在環(huán)狀火山巖帶，產(chǎn)出時間范圍廣 (186～106 Ma)[40]，很難用地慢柱模式解釋[41,42]，另外，在蒙古國的中東部地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了中生代的火山巖，進(jìn)一步表明其不受太平洋板塊俯沖影響[41]。前已述及，本研究區(qū)分析的白音高老組流紋巖成分類似于A型花崗巖，說明其形成環(huán)境為板內(nèi)非造山的伸展環(huán)境下，大興安嶺地區(qū)廣泛發(fā)育的早白堊世A 型花崗巖[20,43]、雙峰式巖漿作用[25]以及變質(zhì)核雜巖構(gòu)造[44]都可證明本研究區(qū)在早白堊世已處于伸展環(huán)境。最新研究顯示蒙古—鄂霍茨克洋的閉合自早侏羅世開始由西向東剪刀式關(guān)閉，擠壓碰撞造山，閉合時限為晚侏羅世—早白堊世[45]。通過本文和前人資料總結(jié)推測吉源地區(qū)白音高老組流紋巖形成于蒙古—鄂霍茨克洋閉合后的伸展環(huán)境。

5 結(jié)論

(1)大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖的鋯石U--Pb年齡為112.84±0.81 Ma，表明其形成于早白堊世。

(2)大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖巖成份類似于A型花崗巖，起源于下地殼基性巖石的部分熔融。

(3)大興安嶺北段吉源地區(qū)白音高老組流紋巖可能形成于蒙古—鄂霍茨克洋閉合造山后的伸展環(huán)境。