大興安嶺北段滿克頭鄂博組火山巖形成時(shí)代、地球化學(xué)特征與大地構(gòu)造環(huán)境

趙 強(qiáng), 湯靜如, 周 青, 舒廣龍, 馬 鵬, 姜迎久, 孫振江

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 廣西 桂林 541006; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心, 沈陽 110034;3.黑龍江省第九地質(zhì)勘查院, 黑龍江 齊齊哈爾 161000)

0 引 言

大興安嶺呈北北東向位于西伯利亞板塊與華北板塊之間縫合帶上[1-2], 該地區(qū)在中侏羅世至早白堊世發(fā)生了規(guī)模宏大的火山活動(dòng), 是國內(nèi)外眾多地質(zhì)研究者關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。噴發(fā)形成的各火山巖地層時(shí)代存有一定爭議, 成因背景同樣存在以下幾種主要觀點(diǎn): 板內(nèi)伸展造山成因[3-4]、地幔柱成因[5-7]、太平洋板塊俯沖作用[8-10]、蒙古-鄂霍茨克洋閉合后伸展作用[11-16]。對(duì)于大興安嶺中生代火山巖地層形成時(shí)代及成因背景的爭議, 主要原因有: 大興安嶺地區(qū)植被覆蓋較多, 缺失各有關(guān)地層間及地層與巖體接觸關(guān)系的露頭證據(jù), 缺乏古生物年代學(xué)資料; 火山巖具有大面積、多期次、多旋回噴發(fā)特點(diǎn), 導(dǎo)致火山巖分布廣、巖石類型多樣、巖石地球化學(xué)復(fù)雜的特點(diǎn), 這些因素導(dǎo)致有關(guān)專家對(duì)其構(gòu)造背景和地層形成時(shí)代認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一。大興安嶺所屬不同行政區(qū), 有關(guān)單位對(duì)區(qū)調(diào)過程中劃分填圖單元?dú)w屬的問題存在一定分歧。滿克頭鄂博組在該地區(qū)地層格架上具有承上啟下的作用, 但是其年齡和地球化學(xué)數(shù)據(jù)相對(duì)于其下伏的塔木蘭溝組及上覆瑪尼吐組和白音高老組少, 報(bào)道主要集中在大興安嶺中南段和西坡的滿洲里地區(qū), 而對(duì)其形成時(shí)代尚未形成統(tǒng)一意見[17-22]。大興安嶺北段主脊的滿克頭鄂博組研究程度相對(duì)較低, 形成時(shí)代和大地構(gòu)造背景有一定爭議[18, 20]?；谏鲜龃嬖诘膯栴}和研究區(qū)所處的特殊構(gòu)造位置, 對(duì)區(qū)內(nèi)滿克頭鄂博組火山巖進(jìn)行年代學(xué)及地球化學(xué)研究很有必要。為此，筆者等對(duì)大興安嶺北段呼源地區(qū)滿克頭鄂博組火山巖進(jìn)行了地質(zhì)調(diào)查, 開展巖相學(xué)、年代學(xué)及地球化學(xué)研究, 探討其形成時(shí)代及巖石成因背景。

1 地質(zhì)背景

前人依據(jù)喜桂圖-塔源縫合帶與賀根山-黑河縫合帶將大興安嶺劃分為3個(gè)地塊, 由東向西為松嫩地塊、興安地塊、額爾古納地塊[2, 23]。研究區(qū)位于額爾古納地塊北東側(cè)(圖1a), 該地塊是從岡瓦納古陸裂解下來的一個(gè)古微陸塊[24], 其前寒武系基底主要由角閃巖相的新華渡口群、綠片巖相的佳疙瘩群和出露較少的新元古代花崗巖組成, 古生代地層主要是一套陸相沉積夾火山巖并經(jīng)淺變質(zhì)形成的倭勒根群大網(wǎng)子組[25]。晚古生代受古亞洲洋構(gòu)造體制演化控制, 中生代以來在東北陸塊群與西伯利亞板塊之間的鄂霍茨克洋閉合影響下, 導(dǎo)致大興安嶺中生代巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈, 形成大面積分布的中生代侵入巖和火山巖[12, 26-27]。大興安嶺北段中生代火山巖地層及巖性主要有: 早侏羅世塔木蘭溝組中基性火山巖[28-29]; 晚侏羅世滿克頭鄂博組中酸-酸性熔巖類、酸性和中酸性碎屑巖類, 主要是流紋質(zhì)角礫凝灰?guī)r、英安質(zhì)凝灰?guī)r、英安巖、流紋巖夾流紋質(zhì)凝灰?guī)r; 晚侏羅-早白堊世瑪尼吐組為一套中性-中酸性火山碎屑巖、火山-沉積巖類及火山熔巖[30-31]; 早白堊世白音高老組為一套中酸性火山巖[32-33]。

研究區(qū)內(nèi)出露大面積中生代火山巖(圖1b), 為了確定各個(gè)地層巖石類型與巖性組合及形成時(shí)代, 筆者同項(xiàng)目組成員對(duì)區(qū)內(nèi)火山巖進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，新發(fā)現(xiàn)了倭勒根群大網(wǎng)子組, 主要出露于研究區(qū)東側(cè), 巖性有變砂巖、變粉砂巖、變粗安巖[25]。晚三疊世-早侏羅世花崗巖, 主要出露在研究區(qū)的南西側(cè), 主要為二長花崗巖及花崗閃長巖。依據(jù)地質(zhì)填圖成果、火山口分布及剖面中巖石組合和地層層序、鋯石U-Pb年齡等特征, 將研究區(qū)內(nèi)中生代火山巖厘定為: 晚侏羅世滿克頭鄂博組、晚侏羅-早白堊世瑪尼吐組、早白堊世白音高老組。滿克頭鄂博組在區(qū)內(nèi)分布面積最大, 區(qū)域最廣, 露頭點(diǎn)可以看到滿克頭鄂博組直接覆蓋于早古生代火山基底大網(wǎng)子組和晚三疊世-早侏羅世花崗巖類之上。滿克頭鄂博組火山巖中含前兩者碎屑, 說明其形成不早于早侏羅世(圖2a)。在歐寧河北岸可見該地層與上覆晚侏羅-早白堊世瑪尼吐組呈整合接觸關(guān)系, 其形成時(shí)代不晚于晚侏羅世。滿克頭鄂博組火山巖主要以中心式噴發(fā)為主, 通過遙感圖像, 在雄關(guān)北1166高地識(shí)別出主、副兩個(gè)火山口。實(shí)測(cè)剖面中, 發(fā)現(xiàn)滿克頭鄂博組火山活動(dòng)強(qiáng)烈, 主要巖石類型有酸性和中酸性熔巖類、酸性和中酸性碎屑巖類，主要經(jīng)歷了4次噴發(fā)韻律, 依次為爆發(fā)式—噴溢式—爆發(fā)式—噴溢式。滿克頭鄂博組下部巖石組合為英安質(zhì)角礫凝灰?guī)r、英安質(zhì)凝灰?guī)r、英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r夾安山質(zhì)凝灰?guī)r; 上部為英安巖、流紋巖夾流紋質(zhì)凝灰?guī)r等?，斈嵬陆M整合于滿克頭鄂博組之上, 出露在研究區(qū)北側(cè), 主要巖性為火山碎屑巖、熔巖, 夾少量流紋巖、沉凝灰?guī)r、長石巖屑砂巖等。本區(qū)內(nèi)白音高老組與瑪尼吐組接觸關(guān)系不詳, 其出露于研究區(qū)南側(cè), 主要為英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r夾流紋巖等。

圖1 大地構(gòu)造位置圖(a,據(jù)文獻(xiàn)[23]修改)及研究區(qū)地質(zhì)簡圖(b)

2 樣品采集和分析方法

2.1 樣品描述

采集的樣品主要是在天然露頭及人工露頭點(diǎn)的新鮮無蝕變巖石。本次共采集2件LA-ICP-MS鋯石U-Pb樣品, 8件主量元素樣品, 5件稀土、微量元素分析樣品, 采樣位置見圖1b, 部分樣品特征見圖2。

定年樣品GS16, 采自呼中區(qū)幅東北部, 橫流河上游南999高地西約500 m處, 巖石類型為珍珠巖(圖2d): 不含斑晶, 全部由玻璃質(zhì)基質(zhì)組成, 由熔巖噴出地表后, 驟然冷卻而形成發(fā)育的弧形珍珠狀裂理, 巖石已全部脫玻, 析出了大量隱晶狀或微晶狀長石和石英, 充填于珍珠狀裂理之中及其核部, 無定向排列。

定年樣品GS17, 采自蒼山主峰西北500 m處, 巖石類型為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r(圖2c、e): 熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu), 假流紋構(gòu)造, 巖石由10%左右的剛性碎屑和90%左右的塑性碎屑組成。剛性碎屑, 主要由斜長石晶屑組成, 棱角狀, 具聚片雙晶, 大小在2.0 mm以下不等, 雜亂分布。塑性碎屑, 由漿屑和塑性玻屑組成: 漿屑較為粗大, 多呈條帶狀, 有的兩端具分叉現(xiàn)象, 有的含斜長石晶屑包體, 已全部脫玻, 脫玻后具隱晶結(jié)構(gòu)或顯微嵌晶結(jié)構(gòu), 定向排列; 塑性玻屑呈條紋狀, 有時(shí)被剛性碎屑?jí)簭潨p薄, 具連續(xù)定向排列。

GS04、GS20、GS42為英安質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r(圖2f), 碎屑物由剛性巖屑、晶屑碎屑和塑性碎屑組成, 晶屑和巖屑大小不一, 雜亂分布, 基質(zhì)為隱晶質(zhì), 可以觀察到巖漿流動(dòng)構(gòu)造。GS21為流紋巖(圖2g), 巖石幾乎不含斑晶, 全部由基質(zhì)組成, 基質(zhì)由長英質(zhì)組成, 呈隱晶狀、顯微球粒狀, 集合體呈條紋狀, 平行排列, 構(gòu)成了流紋構(gòu)造。GS29為流紋質(zhì)晶屑角礫凝灰?guī)r, 巖石中晶屑和巖屑, 大小不一, 雜亂分布, 火山灰由極為細(xì)小的火山灰塵組成。巖石受到動(dòng)力作用, 發(fā)生破碎, 生成一定裂隙。GS35為粗安巖(圖2h), 斑狀結(jié)構(gòu), 氣孔構(gòu)造, 斑晶主要為斜長石和堿性長石, 基質(zhì)由長石和隱晶質(zhì)組成, 長石定向排列形成玻晶交織結(jié)構(gòu)。

圖2 滿克頭鄂博組巖石照片及鏡下特征

2.2 分析方法

鋯石挑選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。鋯石主要呈短柱狀、長柱狀, 絕大多數(shù)晶棱完好, 且振蕩環(huán)帶發(fā)育(圖3), 為典型巖漿巖鋯石特點(diǎn)。鋯石制靶、圖像采集和鋯石測(cè)試工作委托吉林大學(xué)測(cè)試科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成, 鋯石測(cè)定應(yīng)用ICP-MS儀器, 選擇鋯石顆粒表面無裂隙、內(nèi)部環(huán)帶清晰、無包裹體的位置作為U-Pb定年的測(cè)試點(diǎn)。采用Andersen的方法進(jìn)行同位素比值校正, 以扣除普通Pb元素影響。鋯石測(cè)年中Pb同位素比值、U-Pb表面年齡和微量元素含量運(yùn)用ICPMSDataCal程序進(jìn)行處理。年齡計(jì)算及成圖采用Isoplot程序, 測(cè)試數(shù)據(jù)、加權(quán)平均年齡的誤差均為1σ。主量、微量元素分析測(cè)試委托國土資源部哈爾濱礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成, 主量元素使用X熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行測(cè)定, 微量元素使用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定。

圖3 滿克頭鄂博組部分鋯石圖像

3 樣品測(cè)試結(jié)果分析

3.1 鋯石年齡測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果見表1。珍珠巖(GS16), 鋯石Th/U值為0.71～1.66, 具有巖漿成因特征, 測(cè)得20顆鋯石206Pb/238U年齡范圍為144.8～281.4 Ma, 剔除3個(gè)統(tǒng)計(jì)離群點(diǎn), 獲得U-Pb諧和年齡為150.9±2.1 Ma(n=17,MSWD=1.3)(圖4a)，認(rèn)為該樣品鋯石U-Pb諧和年齡加權(quán)平均值代表了巖石形成年齡。流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r(GS17), 鋯石Th/U值為0.42～2.40, 具有巖漿成因特征, 測(cè)得20顆鋯石206Pb/238U年齡范圍為148.6～196.2 Ma, 剔除4個(gè)統(tǒng)計(jì)離群點(diǎn), 其中175.3～196.2 Ma鋯石年齡組應(yīng)為捕獲鋯石年齡(在研究區(qū)西南部出露有晚三疊世-早侏羅世花崗巖), 獲得U-Pb諧和年齡加權(quán)平均值為158.9±0.92 Ma(n=16,MSWD=2.7)(圖4b)。

表1 滿克頭鄂博組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析結(jié)果

圖4 滿克頭鄂博組火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

3.2 巖石地球化學(xué)特征

滿克頭鄂博組主量、稀土、微量元素測(cè)試結(jié)果及特征參數(shù)見表2、3。該期火山巖SiO2含量為69.59%～80.54%, 屬酸性火山巖類, Al2O3含量為10.32%～14.93%, TiO2為0.11%～0.40%, CaO含量為0.02%～0.76%, MgO含量為0.02%～0.70%, Na2O+K2O含量為7.29%～9.89%, K2O/Na2O為0.67～2.72, 巖石富鉀鈉, 而貧鈣鎂。A/CNK為1.02～1.53, A/NK為1.05～1.56, 屬過鋁質(zhì)巖石。里特曼指數(shù)δ=1.63～3.34, 平均2.37, 屬鈣堿性系列。在TAS圖解中多數(shù)樣品落入流紋巖區(qū)域(圖5), 在K2O-SiO2圖解中絕大多數(shù)樣品落入高鉀鈣堿性系列(圖6), 樣品GS16(珍珠巖)中, 主要礦物為隱晶質(zhì)石英及細(xì)粒石英, 其他礦物組分較少, 故該樣品落入鈣堿性系列區(qū)域。

圖6 K2O-SiO2圖解

表2 滿克頭鄂博組火山巖化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果

圖5 火山巖TAS圖解

巖石稀土總量∑REE為127.22×10-6～191.27×10-6,平均160.80×10-6;LREE/HREE為11.48～14.14,(La/Yb)N為11.57～16.53, LREE相對(duì)富集(圖7);(La/Sm)N值較高, 為3.24～5.18, 輕稀土分餾明顯;(Gd/Yb)N值較低,為1.36～2.17,重稀土分餾不顯著;δEu為0.27～0.50,Eu虧損較顯著,說明巖漿源區(qū)有斜長石富集殘留,或陸殼在發(fā)生大規(guī)模熔融作用過程中,斜長石作為難容相而殘留。在微量元素蛛網(wǎng)圖(圖8)上, 巖石相對(duì)虧損Ba、Nb、Ta等高場強(qiáng)元素，強(qiáng)烈虧損Sr元素；富集Rb、U、Th大離子親石元素及La、Ce、Zr、Hf。滿克頭鄂博組巖石中Al2O3、SiO2、K2O含量較高,其中P2O5含量相對(duì)較低(0.02%～0.14%, 平均0.04%), 反映巖漿源區(qū)有副礦物磷灰石的殘留。根據(jù)上述信息,推斷大興安嶺北段呼源地區(qū)滿克頭鄂博組原始巖漿可能由地殼部分熔融形成。

表3 滿克頭鄂博組火山巖稀土、微量元素測(cè)試結(jié)果

圖7 滿克頭鄂博組火山巖稀土元素配分曲線

圖8 滿克頭鄂博組火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖

4 討 論

4.1 形成時(shí)代

大興安嶺中生代火山巖中各個(gè)地層單元的形成時(shí)代, 一直是有關(guān)研究者和生產(chǎn)單位關(guān)注的熱點(diǎn)之一。對(duì)于大興安嶺滿克頭鄂博組火山巖形成年齡, 主要爭議時(shí)間有兩個(gè)時(shí)間段，即晚侏羅世和早白堊世(表4)。大興安嶺北段克一河與中南段的索倫、扎魯特旗地區(qū)獲得的年齡數(shù)據(jù)近一致, 為早白堊, 其他地區(qū)獲得年齡為晚侏羅。對(duì)于滿克頭鄂博組形成時(shí)代存在的差異, 可能是大部分同位素研究僅在局部位置或點(diǎn)上研究, 缺乏接觸關(guān)系、巖石組合等基礎(chǔ)地質(zhì)資料的系統(tǒng)收集和歸納; 滿克頭鄂博組與白音高老組巖石組合極為相似, 限于過去有限的測(cè)試手段, 基礎(chǔ)地質(zhì)圖過程中部分酸性火山巖地質(zhì)體的歸屬并不準(zhǔn)確, 而獲得的早白堊世鋯石年齡實(shí)際上指示所測(cè)試的地質(zhì)體應(yīng)歸屬于白音高老組, 不能代表滿克頭鄂博組的形成時(shí)代[22]。本次2件年齡樣品中鋯石具有典型的巖漿成因(Th/U>0.1), 鋯石年齡代表著巖石的成巖時(shí)代150.9±2.1 Ma和158.9±0.92 Ma, 為晚侏羅世。北段圖里河地區(qū)晚侏羅世滿克頭鄂博組巖性以流紋巖為主, 也也分布有流紋質(zhì)晶屑凝灰熔巖、流紋質(zhì)含角礫巖屑晶屑凝灰?guī)r等酸性火山熔巖、火山碎屑巖[34], 與本次研究區(qū)內(nèi)的滿克頭鄂博組巖石組合相近。圖里河地區(qū)[34]與本區(qū)內(nèi)滿克頭鄂博組均未見克一河地區(qū)[18,20]所描述的代表相對(duì)穩(wěn)定環(huán)境的沉凝灰?guī)r及沉凝灰砂巖類巖石。白玉嶺等[22]在滿洲里地區(qū)滿克頭鄂博組中發(fā)現(xiàn)晚侏羅Nestoria(尼斯托葉肢介)化石, 同時(shí)測(cè)定該地區(qū)滿克頭鄂博組中上部的流紋巖鋯石年齡為156.6±0.96 Ma, 該年齡與本次獲得的鋯石U-Pb年齡相近。同時(shí)研究區(qū)內(nèi)的滿克頭鄂博組與下伏晚三疊世-早侏羅世巖體為沉積接觸, 其同上覆瑪尼吐組為整合接觸。綜上, 本次工作最終將本區(qū)內(nèi)的滿克頭鄂博組形成年代定為晚侏羅世。

表4 滿克頭鄂博組火山巖鋯石U-Pb年齡統(tǒng)計(jì)

4.2 巖漿源區(qū)

對(duì)于大興安嶺中生代酸性火山巖來源觀點(diǎn)有: ① 堿性系列地幔巖漿分離結(jié)晶作用形成[6-7]; ② 地殼混染及下地殼重熔作用下形成[13]; ③ 巖石地殼的部分熔融[43]; ④ 玄武質(zhì)巖漿結(jié)晶分異[44]。地幔有關(guān)巖漿巖具有高M(jìn)gO, 富相容元素的特點(diǎn), 而本區(qū)滿克頭鄂博組巖石中，MgO含量較低(在0.02%～0.52%), 有別于地幔巖漿特點(diǎn), 相容元素Cr、Co含量也低于地幔巖漿特征值；Zr、Hf元素作為極不相容元素, 基本不進(jìn)入地幔相礦物；該組火山巖總體相對(duì)富集Zr、Hf元素, 暗示滿克頭鄂博組非幔源巖漿演化而來；稀土元素配分曲線是輕稀土富集重稀土虧損, 巖石富硅、富堿、貧鈣鎂, 屬于鈣堿性系列巖石, 均說明其巖漿來源非幔源。

玄武質(zhì)巖漿經(jīng)過高分異或者地殼混染作用(AFC)會(huì)形成一套近乎同期的基性—中性—酸性巖漿巖系列, 但是大興安嶺地區(qū)出露的中生代基性火山巖為早侏羅世塔木蘭溝組玄武巖、早白堊世梅勒?qǐng)D組玄武巖, 它們的形成時(shí)代明顯不同于滿克頭鄂博組, 因此滿克頭鄂博組不太可能是基性巖漿分異或者地殼混染而來。滿克頭鄂博組樣品中A/CNK為1.02～1.53, 屬過鋁質(zhì)巖石；里特曼指數(shù)δ=1.63～3.34, 屬鈣堿性系列；P2O5含量相對(duì)較低(0.02%～0.14%), 反映巖漿源區(qū)有磷灰石礦物的殘留, 應(yīng)是地殼部分熔融導(dǎo)致[44]。

滿克頭鄂博組巖石LREE/HREE為11.48～14.14,(La/Yb)N為11.57～16.53, LREE相對(duì)富集, 重稀土平緩(圖7), δEu為0.27～0.50；(La/Sm)N值(3.24～5.18)較高, 輕稀土分餾明顯；(Gd/Yb)N值(1.36～2.17)較低, 重稀土分餾不顯著, 稀土元素特征表明巖漿經(jīng)歷一定程度上的分異演化, 且?guī)r漿源區(qū)殘留斜長石和角閃石。(La/Yb)N值大于下地殼, 接近上地殼的值(15.4)[45]。微量元素上，富集Rb、Th、U等大離子親石元素, 虧損Nb、Ta元素(圖8), 具有殼源巖漿的特點(diǎn)[46-48]；Sr元素在斜長石中容易類質(zhì)同象替換Ca元素, Ba在鉀長石中容易類質(zhì)同象替換K元素。莫宣學(xué)等[49]認(rèn)為巖石中虧損Eu、Sr、Ba可能是陸內(nèi)在大規(guī)模巖漿活動(dòng)過程中, 斜長石作為難容殘余而留下來的導(dǎo)致。Rb/Sr作為判別巖漿源區(qū)的重要指標(biāo), 本次樣品Rb/Sr=1.05～2.93, 明顯不同于原始地幔(0.003)[50], 而具有殼源的特點(diǎn)(>0.5)。綜上, 認(rèn)為大興安嶺北段主脊上滿克頭鄂博組火山巖原始巖漿來源于地殼巖石的部分熔融。

4.3 構(gòu)造背景

大興安嶺中生代火山巖形成構(gòu)造背景一直存在爭論, 主要觀點(diǎn)有: ① 板內(nèi)造山成因[34], 該理論是通過對(duì)比北美盆嶺構(gòu)造與大興安嶺及兩側(cè)的沉積盆地, 認(rèn)為二者具有相似之處是由于中地殼大規(guī)模的側(cè)向流動(dòng)造成一系列的滑脫、拆離, 并形成兩側(cè)伸展成盆地, 伸展導(dǎo)致地幔上涌形成大規(guī)模巖漿巖活動(dòng); ② 地幔柱成因[5-7], 強(qiáng)調(diào)地幔主動(dòng)上涌, 誘發(fā)的大規(guī)模巖漿活動(dòng)；③ 太平洋板塊俯沖作用[8-10], 吳福元等[8]在總結(jié)中國燕山運(yùn)動(dòng)時(shí), 認(rèn)為中國東部燕山期存在廣泛的巖石圈減薄, 大興安嶺中生代火山巖形成于此背景, 其動(dòng)力來源與太平洋板塊俯沖有關(guān)。

大興安嶺中生代火山巖呈現(xiàn)北北東向展布, 與已被公認(rèn)具有地幔成因大火成巖省的展布特點(diǎn)與巖石組合類型有一定的不同, 大興安嶺中生代火山巖成因難用地幔柱成因來解釋[51-52]。中國吉黑東部是太平洋板塊向歐亞板塊俯沖重要研究區(qū), 吉黑東部的佳木斯-興凱地塊受到太平洋板塊俯沖形成的火山巖, 以早白堊世的松木河組、綏芬河組和延吉地區(qū)的明月溝組安山巖為代表[53-55], 在中國吉黑東部并不存在與大興安嶺相匹配大規(guī)模的中生代火山巖, 且吉黑東部中生代火山巖形成時(shí)代明顯晚于松嫩平原西側(cè)的大興安嶺地區(qū)火山巖[9], 同時(shí)更加遠(yuǎn)離太平洋板塊的蒙古國境內(nèi)也有大量的中生代巖漿巖出露[56]。因此, 大興安嶺在晚侏羅世階段噴發(fā)形成的大規(guī)?；鹕綆r活動(dòng)與同時(shí)期的太平洋板塊向西俯沖無關(guān)[57-58]。

近年隨著國內(nèi)外有關(guān)專家對(duì)東北地塊群與西伯利亞板塊之間蒙古-鄂霍茨克洋研究的深入, 已經(jīng)確定該大洋板塊閉合階段向南側(cè)的東北地塊群發(fā)生俯沖作用。古地磁資料顯示, 該大洋在石炭紀(jì)開始自西向東“剪刀式”閉合, 并在中-晚侏羅世時(shí)期閉合完成[59-61]。有關(guān)專家在研究大興安嶺地區(qū)的構(gòu)造、地球化學(xué)、礦床時(shí)，對(duì)蒙古-鄂霍茨克洋的閉合時(shí)間及其演化過程也進(jìn)行了探討，并取得了一定成果：趙海濱等[62]、張履橋等[63]通過構(gòu)造解析, 認(rèn)為大興安嶺發(fā)育有變質(zhì)核雜巖；孫曉猛等[64]在海拉爾盆地的侏羅-白堊紀(jì)沉積地層中識(shí)別出一套同沉積斷層，變質(zhì)核雜巖與同沉積斷層說明, 晚侏羅世大興安嶺地區(qū)處在一個(gè)伸展構(gòu)造背景；Zorin[59]對(duì)蒙古-鄂霍茨克洋造山帶的構(gòu)造、巖漿、礦床解析認(rèn)為, 蒙古-鄂霍茨克洋在侏羅紀(jì)中、早期開始閉合, 持續(xù)到侏羅紀(jì)晚期；黃始琪等[65]在研究蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造帶中的韌性剪切帶及侵入其中未變形變質(zhì)偉晶巖脈的年齡, 限定了大洋閉合時(shí)間在163～174 Ma；Wang等[11]對(duì)大興安嶺中南部火山巖研究后認(rèn)為, 160 Ma后蒙古-鄂霍茨克洋閉合后快速進(jìn)入伸展環(huán)境; 張連昌等[26]對(duì)大興安嶺北部火山巖進(jìn)行年代學(xué)及地球化學(xué)研究, 認(rèn)為大興安嶺中生代處于蒙古-鄂霍茨克洋伸展的構(gòu)造環(huán)境; 陳志廣等[12]在滿洲里地區(qū)獲得中生代火山巖鋯石年齡為150～160 Ma, 形成于蒙古-鄂霍茨克洋閉合后伸展環(huán)境; 大興安嶺地區(qū)的中生代堿性花崗巖、堿性流紋巖均代表著一種伸展環(huán)境[66]；張連昌等[67]研究西拉木倫河成礦帶時(shí), 得出晚侏羅紀(jì)大興安嶺處于伸展構(gòu)造的成礦環(huán)境; 大興安嶺北段發(fā)現(xiàn)探明我國儲(chǔ)量最大的斑巖型鉬礦床——岔路口鉬礦, 輝鉬礦錸-鋨年齡為148±1 Ma[68], 形成于蒙古-鄂霍茨克洋閉合后伸展環(huán)境; 鄧昌州[69]對(duì)新發(fā)現(xiàn)的小柯勒河和富克山大型斑巖礦床研究后認(rèn)為，蒙古-鄂霍茨克洋閉合后在晚侏羅紀(jì)存在板塊回撤?？傮w來看，大興安嶺北段所處鄂霍茨克洋以雙向俯沖的方式在中-晚侏羅世“剪刀式”閉合, 然后進(jìn)入后造山伸展階段[11, 27, 59, 65]。研究區(qū)靠近蒙古-鄂霍茨克洋俯沖帶, 區(qū)內(nèi)滿克頭鄂博組的形成時(shí)間為159～150 Ma, 處在蒙古-鄂霍茨克洋閉合后伸展的階段。

大興安嶺中生代火山巖具有大面積、大體量、多旋回噴發(fā)的特點(diǎn), 應(yīng)為某種因素誘發(fā)的伸展背景下而形成的火山巖。在前文敘述的大興安嶺中生代火山巖形成背景有關(guān)爭論中, 可看出有關(guān)研究者由于理論依據(jù)和地球動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)不同, 導(dǎo)致所持認(rèn)識(shí)不同, 但是均在一定程度上強(qiáng)調(diào)了地殼的減薄與伸展作用, 以及不同機(jī)制背景下地殼熔融形成的各類火山巖[3, 6, 89, 11-12, 26, 70]。

本次所采滿克頭鄂博組樣品，在δEu-(Na2O+K2O)圖中(圖9a)，落入殼源區(qū)域；Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3圖解(圖9b)表明，其主要形成于大陸弧環(huán)境；在lgτ-lgδ關(guān)系圖中，落于消減帶火山巖區(qū)內(nèi)(島弧及活動(dòng)大陸邊緣)(圖9c)。因此，大研究區(qū)內(nèi)滿克頭鄂博組形成于大陸弧和后碰撞環(huán)境。滿克頭鄂博組火山巖主量元素表現(xiàn)出殼源特點(diǎn), 源區(qū)殘留磷灰石, 輕稀土富集重稀土虧損, Rb/Sr和(La/Yb)N值為殼源特點(diǎn)[45], 虧損Eu元素；微量元素中弱富集Zr、Hf元素, 虧損Ba、Sr元素。以上元素特征說明，巖漿來源地殼巖石的部分熔融, 而且?guī)r石中具有低Sr和Yb元素, 暗示巖漿巖源區(qū)形成深度較大[71]。

圖9 δEu-w(Na2O+K2O)(a)、TiO2/Al2O3-Zr/Al2O3(b)及l(fā)g τ-lg δ(c)關(guān)系圖

綜上, 研究區(qū)內(nèi)滿克頭鄂博組是形成于蒙古-鄂霍茨克洋閉合導(dǎo)致的地殼變形、隆升、加厚并使得地殼升溫, 之后又由碰撞階段快速向伸展轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致大規(guī)模的地殼熔融, 引起巖石圈地幔上涌進(jìn)一步加熱地殼, 加速地殼熔融, 進(jìn)而形成的一套酸性火山巖[11-12, 72]。但不應(yīng)忽視的是, 大興安嶺中生代火山巖部分地區(qū)發(fā)現(xiàn)具有幔源物質(zhì)混入的特點(diǎn)[12，56], 這可能是由于巖石圈伸展導(dǎo)致的地幔物質(zhì)上涌, 亦可能源于蒙古-鄂霍茨克洋俯沖而導(dǎo)致的洋(陸)殼析出流體交代殘留地幔楔或虧損地幔在陸殼伸展作用下減壓形成部分熔融作用[12-13], 這種地幔物質(zhì)的參與也許為礦床的形成提供一定的物源基礎(chǔ), 其中滿洲里礦集區(qū)晚侏羅世火山巖中含有地幔物質(zhì)[12], 同時(shí)期礦床甲烏拉-查干布拉根礦區(qū)Pb同位素表示, 成礦元素有地幔物質(zhì)的混入特點(diǎn)[73]。

綜上所述, 大興安嶺北段呼源地區(qū)出露的滿克頭鄂博組火山巖，其形成可能與蒙古-鄂霍茨克洋閉合后的巖石圈伸展塌陷構(gòu)造環(huán)境有關(guān)。

5 結(jié) 論

(1)大興安嶺北段呼源地區(qū)滿克頭鄂博組火山巖, 屬于酸性巖類, 主要由英安巖及流紋巖組成, 鋯石年齡為150～159 Ma, 結(jié)合露頭中的接觸關(guān)系, 將其形成時(shí)代定為晚侏羅世。

(2)該區(qū)滿克頭鄂博組火山巖屬于高鉀鈣堿性系列, 以富集大離子親石元素和輕稀土, 虧損高場強(qiáng)元素為特點(diǎn), 形成于大陸弧環(huán)境, 原始巖漿來源于地殼巖石的部分熔融。

(3)本區(qū)滿克頭鄂博組可能是蒙古-鄂霍茨克洋閉合后巖石圈伸展引起的地殼物質(zhì)部分熔融而形成的一套酸性火山巖。