根河地區(qū)瑪尼吐組火山巖的年代學(xué)與地球化學(xué)特征

計向臣, 陸 勝

(黑龍江省第五地質(zhì)勘查院， 哈爾濱 150090)

研究區(qū)位于大興安嶺北段西坡，關(guān)于該地區(qū)瑪尼吐組火山巖學(xué)者們進行了大量的研究，探討了其巖石成因和構(gòu)造背景等問題[1-7]。大興安嶺地區(qū)瑪尼吐組火山巖原始巖漿為地殼巖石的部分熔融，形成于造山后的巖石圈伸展構(gòu)造環(huán)境，與蒙古-鄂霍茨克洋閉合有關(guān)[1,3,4]。大興安嶺地區(qū)瑪尼吐組火山巖是加厚造山帶下地殼部分熔融的產(chǎn)物，形成于蒙古-鄂霍茨克洋閉合碰撞階段[2,5]。大興安嶺玻烏勒山地區(qū)瑪尼吐組火山巖主要來源于受俯沖流體交代的地幔源區(qū)，火山活動與古亞洲洋或蒙古-鄂霍茨克洋俯沖有關(guān)[6]。大興安嶺溫庫吐地區(qū)該組火山巖形成與古太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖有關(guān)，巖漿來自于地殼[7]。

關(guān)于瑪尼吐組火山巖的成因和構(gòu)造背景仍存在不同的觀點。筆者通過對研究區(qū)瑪尼吐組火山巖的巖石地球化學(xué)和年代學(xué)的研究，探討其形成時間、巖石成因及構(gòu)造環(huán)境。

1 概 況

大興安嶺位于中亞造山帶東段，其北面是西伯利亞板塊，南面是華北板塊[8]，大興安嶺從西向東依次為額爾古納地塊、興安地塊、松遼-錫林浩特地塊(圖 1)。

研究區(qū)位于大興安嶺北段西坡，古生代屬西伯利亞板塊(一級)，西伯利亞東南大陸邊緣(二級)；中生代-新生代受東部太平洋板塊向西俯沖的影響，屬于濱太平洋陸緣構(gòu)造帶。區(qū)內(nèi)地層主要為古生代、中生代地層和新生代松散堆積物，火山巖發(fā)育，斷裂構(gòu)造發(fā)育。

瑪尼吐組主要分布在研究區(qū)西北部，分布相對集中，出露面積較大。巖性為雜色粗面質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、粗面質(zhì)凝灰?guī)r、粗安質(zhì)凝灰熔巖、安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、安山質(zhì)凝灰熔巖、英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r及凝灰熔巖等。

2 年齡測定結(jié)果

對研究對區(qū)內(nèi)粗面質(zhì)含角礫巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r(TWS-9)進行了鋯石U-Pb同位素測年，10個鋯石分析點的加權(quán)平均年齡為138.0±4.3 Ma，見圖2。將該地層定為下白堊統(tǒng)瑪尼吐組，時代為早白堊世。

圖2 U-Pb同位素測年諧和圖和同位素測年加權(quán)平均Fig. 2 U-Pb Isotopic dating and Isotopic datingharmonic figure and weighted average figure

3 地球化學(xué)特征

3.1 稀土元素地球化學(xué)特征

稀土元素球粒隕石標準化分配曲線和微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)如圖3所示。研究區(qū)瑪尼吐組火山巖的稀土豐度總量介于155.62×10-6～236.91×10-6，平均值為184.91×10-6，比陸殼平均值154.7×10-6略高。LREE/HREE值介于8.06～16.08，平均值10.40。(La/Yb)N值介于7.76～26.04之間，其平均值為11.43，見表1。由此可知輕重稀土元素分餾明顯；δEu值為0.75～1.02，平均值為0.88，弱負銪異常；δCe值為0.90～0.99，平均值0.95，無Ce異常。在稀土元素配分圖3a中，曲線表現(xiàn)右傾配分模式，輕稀土元素明顯富集。

圖3 標準化配分曲線和標準化蛛網(wǎng)Fig. 3 REE patterns and primary mantle trace element patterns

3.2 常量元素特征

研究區(qū)瑪尼吐組火山巖的w(SiO2)介于60.35%～69.81%，平均值65.86%，屬中酸性巖。w(K2O)為3.22%～7.46%，w(Na2O)為1.24%～4.34%，w(Na2O+K2O)為5.65%～9.28%，K2O與Na2O質(zhì)量分數(shù)比值為0.80～4.34，顯示出富鉀的特征。w(CaO)為0.85%～3.22%，w(MgO)為0.16%～1.97%，w(TFeO)為1.84%～6.18%，w(Fe2O3)大于w(FeO)；w(TiO2)介于0.35%～1.14%；w(Al2O3)介于13.73%～17.35%；δ值(里特曼指數(shù))為1.66～3.54，見表2。

表2 常量元素化學(xué)分析結(jié)果Table 2 Major element data

在TAS分類圖上(圖4a)，巖石樣品絕大多數(shù)落入亞堿性粗面英安巖區(qū)域，個別樣品落入粗安巖、安山巖、英安巖、流紋巖中。在TFeO-MgO-(Na2O+K2O)圖解中(圖4b)，絕大部分樣品落在亞堿性系列中，個別樣品落入拉班玄武巖系列。在SiO2-K2O圖解中(圖4c)，大部分投到鉀玄巖系列區(qū)域，少數(shù)投到高鉀鈣堿性系列區(qū)域。在A/CNK-A/NK圖解中(圖4d)，樣品均落入過鋁質(zhì)區(qū)域。其中，α=w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O),β=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O)

圖4 瑪尼吐組火山巖分類圖解Fig. 4 Classification diagram of volcanic rocks of Manitou Formation

主量元素特征反映了瑪尼吐組火山巖屬于過鋁質(zhì)高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列的中性-中酸性火山巖。

3.3 微量元素特征

瑪尼吐組火山巖微量元素數(shù)據(jù)見表3，圖3b為微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)，由表3，圖3b可以看出，大離子親石元素(Rb、Ba、Th、U、K)相對富集，高場強元素(Nb、Ta、Sr、P、Ti)相對虧損。相對富集Rb、Th、U、K,而相對虧損Nb、Ta，表明巖漿來自于地殼；P的相對虧損可能與磷灰石的分離結(jié)晶或源區(qū)殘留有關(guān)；相對虧損Ti與鈦鐵礦、金紅石的分離結(jié)晶或源區(qū)殘留有關(guān)。

表3 微量元素化學(xué)分析結(jié)果Table 3 Trace element data

4 討 論

4.1 形成時代

1981年，黑龍江省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查第二隊完成了《1∶20萬根河幅、三河鎮(zhèn)幅、庫都爾幅等三幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查》項目，將該地層劃為上庫力組第二巖段(J3S2)。內(nèi)蒙古巖石地層清理將部分上庫力組劃為瑪尼吐組。依據(jù)本次工作成果，認為本組主要由粗面質(zhì)熔巖、粗面質(zhì)碎屑熔巖、安山質(zhì)熔巖及其碎屑巖、英安質(zhì)熔巖及其碎屑巖組成，本組上限不清，下限整合覆蓋在滿克頭鄂博組之上，參照《內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層》劃分意見，本組地層巖石組合及上下接觸關(guān)系等可與《內(nèi)蒙古自治區(qū)巖石地層》定義的瑪尼吐組對比。研究采集了瑪尼吐組具有代表性的粗面質(zhì)含角礫巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r進行測年工作。粗面質(zhì)含角礫巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r的鋯石為典型巖漿成因鋯石，本次測年結(jié)果(138.0±4.3 Ma)為火山巖的形成年代，和瑪尼吐組建組剖面的年齡(137 Ma)一致；由地層接觸關(guān)系可知，早白堊世白音高老組不整合覆蓋于該組地層之上，晚侏羅世滿克頭鄂博組位于其下部，與地質(zhì)事實相吻合。綜上所述，最終確定瑪尼吐組火山巖形成于早白堊世。

4.2 巖漿來源

圖5為巖石源區(qū)判別圖解，其中，令γ=w(Na2O+K2O)/w(TFeO+MgO+TiO2),λ=w(Al2O3)/w(TFeO+MgO+TiO2)樣品主要投到角閃巖部分熔融區(qū)域。

圖5 瑪尼吐組火山巖源區(qū)判別圖解Fig. 5 Discriminant diagram of volcanic source area of Manituformation

研究區(qū)瑪尼吐組火山巖w(SiO2)較高，介于60.35%～69.81%，平均值65.86%，較低的Mg#值，介于11～39，平均值26，w(Ni)平均值為6.33×10-6、w(Cr)平均值10.16×10-6、w(Co)平均值6.57×10-6，表明巖漿來自于地殼?；鹕綆r樣品微量元素比值Rb/Sr為0.21～1.46，平均值0.61，Rb/Nb為7.06～14.44，平均值10.31，均高于上地殼的平均值(0.32和4.5)(TaylorandMcLennan,1985)，進一步表明其巖漿源區(qū)主要為殼源巖漿?，斈嵬陆M火山巖的大離子親石元素(Rb、Ba、Th、U、K)相對富集，高場強元素(Nb、Ta、Sr、P、Ti)相對虧損以及相對虧損Nb、Ta、Rb、相對富集Th、U、K，表明巖漿來自于地殼。綜合分析認為，本區(qū)瑪尼吐組中酸性火山巖來自于下地殼角閃巖部分熔融。

4.3 構(gòu)造背景

瑪尼吐組火山巖在Pearce(1996)的構(gòu)造判別圖解中(圖6a)，全部落入后碰撞花崗巖區(qū)域；在R1-R2構(gòu)造環(huán)境判別圖解中(圖6b)，絕大多數(shù)落入晚造山期花崗巖區(qū)域。

圖6 瑪尼吐組火山巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig. 6 Discriminant diagram of tectonic environment of volcanic rocks in Manitu Formation

研究區(qū)瑪尼吐組粗面質(zhì)含角礫巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r的鋯石U-Pb年齡為138.0±4.3 Ma，結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化認為，研究區(qū)瑪尼吐組火山巖形成于碰撞后伸展的構(gòu)造環(huán)境，與蒙古-鄂霍次克洋的閉合后加厚陸殼的拆沉作用有關(guān)。

5 結(jié) 論

通過對研究區(qū)內(nèi)瑪尼吐組火山巖進行的巖石地球化學(xué)和年代學(xué)的研究，同時，結(jié)合前人在本區(qū)和相鄰區(qū)的研究成果，得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)瑪尼吐組火山巖的鋯石具有典型的巖漿成因特征，其形成時間為138.0±4.3 Ma，該組火山巖形成時間于早白堊世。

(2)研究區(qū)瑪尼吐組火山巖為過鋁質(zhì)高鉀(鈣)堿性-鉀玄巖系列，大離子親石元素和輕稀土相對富集以及高場強元素相對虧損，表明瑪尼吐組火山巖巖漿來源于地殼。

(3)研究區(qū)瑪尼吐組火山巖形成于蒙古-鄂霍次克洋的閉合后加厚陸殼的拆沉導(dǎo)致的巖石圈碰撞后伸展的構(gòu)造環(huán)境。