大興安嶺北部新林地區(qū)早侏羅世火山巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

劉 濤，吉 峰，王文東，王久懿，趙喜東

1.中國地質(zhì)調(diào)查局哈爾濱自然資源綜合調(diào)查中心，黑龍江哈爾濱 150086；2.大慶油田第三采油廠地質(zhì)研究所，黑龍江 大慶 163000

0 引言

大興安嶺中生代火山巖呈北北東向疊加于近東西向的古亞洲洋構(gòu)造域陸相火山巖之上.大興安嶺中生代火山巖帶火山地層的劃分始于20世紀(jì)70年代，由于工作單位較多、工作年代不同，加之研究方法各異及工作地域所限，建立了較多的地層單位.以往工作對(duì)這套火山巖的研究程度較低，但多數(shù)研究者認(rèn)為其噴發(fā)活動(dòng)始于塔木蘭溝組（J2-3t），結(jié)束于早白堊世甘河組（K1g，黑龍江）、梅勒圖組（K1m，內(nèi)蒙古）.近些年對(duì)大興安嶺北部開展的1∶5萬礦產(chǎn)資源調(diào)查，特別是鋯石U-Pb微區(qū)測年方法的應(yīng)用，對(duì)這套中生代陸相火山巖的形成時(shí)代、巖石地球化學(xué)及成因等方面有了全新的認(rèn)識(shí).有關(guān)這套中生代火山巖形成的構(gòu)造背景主要有古太平洋板塊俯沖，蒙古-鄂霍次克洋演化和地幔柱成因3種觀點(diǎn).

2013—2015年在大興安嶺新林地區(qū)戰(zhàn)備村一帶開展的中國地質(zhì)調(diào)查局1∶50 000區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查①武警黃金第三支隊(duì).1∶50 000戰(zhàn)備村幅、二中隊(duì)幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告.2015.工作中，對(duì)出露于該區(qū)曼拉開河上游南岸的酸性火山巖采集了兩件鋯石U-Pb微區(qū)測年樣品.第一件樣品（PM004TC96）地理坐標(biāo)為124°02′50″E，51°52′44″N；第二件樣品（PM004TC60）地理坐標(biāo)為124°01′47″E，51°51′44″N.測年結(jié)果表明該區(qū)出露有一套早侏羅世酸性火山巖.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)古生界出露區(qū)屬于東亞造山帶東段，中生界出露于東亞大陸邊緣大興安嶺中生代火山巖帶的北段.研究區(qū)域位于額爾古納地塊與興安陸緣增生帶（造山帶）結(jié)合帶的額爾古納地塊一側(cè)，中生代大興安嶺火山巖帶北東東向上疊于額爾古納地塊-興安陸緣增生帶（造山帶）之上.

1.1 額爾古納地塊

額爾古納地塊主要由新元古代興華渡口巖群（Pt3Xh）和新元古代侵入巖構(gòu)成［1］.此外，額爾古納地塊上還大規(guī)模發(fā)育有510～450 Ma花崗巖類［2］.興華渡口巖群主要巖石類型有斜長角閃巖、變粒巖、淺粒巖、片巖、大理巖，經(jīng)歷了低角閃巖相變質(zhì)作用，普遍發(fā)育混合巖化［2-3］.巖石組合上，下部為鈣堿性的基性—中酸性火山巖建造，上部為陸屑-碳酸鹽巖復(fù)理石沉積建造，反映了活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境［4-5］.新元古代侵入巖組合為輝長巖（Pt3υ）、石英二長閃長巖（Pt3ηδ）、花崗閃長巖（Pt3γδ）、花崗巖（Pt3γ）.額爾古納地塊與興安陸緣增生帶（造山帶）以新林-喜桂圖旗深斷裂相隔［6］.

1.2 興安陸緣增生帶（造山帶）

興安陸緣增生帶（造山帶）曾被部分學(xué)者稱為興安地塊，近些年隨著研究程度的深入［7-14］，將傳統(tǒng)認(rèn)為的變質(zhì)基底確認(rèn)為中生代大興安嶺隆升相伴產(chǎn)出的變質(zhì)核雜巖.興安陸緣增生帶（造山帶）是額爾古納地塊向南增生的產(chǎn)物.

早—中奧陶紀(jì)，于多寶山一帶形成島弧，銅山組、多寶山組為典型的島弧產(chǎn)物，研究區(qū)東部的興隆地區(qū)相當(dāng)于弧后盆地.中奧陶紀(jì)之后，古亞洲洋演化進(jìn)入了殘余（洋）盆地階段，各個(gè)殘余盆地的規(guī)模、大小不一，演化特征也不盡相同，盆地的消亡、陸-陸碰撞的時(shí)限不盡相同.早石炭世末，研究區(qū)內(nèi)古亞洲洋全域封閉，完成了其演化歷史.

1.3 大興安嶺中生代火山巖帶

大興安嶺中生代火山巖帶是大陸構(gòu)造的產(chǎn)物.對(duì)大興安嶺中生代火山巖地層的系統(tǒng)對(duì)比始于20世紀(jì)80年代各?。▍^(qū)）編制的地質(zhì)志，之后經(jīng)歷各省（區(qū)）的巖石地層清理.2013年武警黃金三支隊(duì)開展大興安嶺富西里地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作時(shí)②武警黃金第三支隊(duì).1∶50 000十里長嶺幅、富西里幅、陡岸山幅、瓦拉里幅地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查報(bào)告.2013.，提出新的對(duì)比方案［9］（表1）.

表1 大興安嶺中生代火山巖地層對(duì)比新方案Table 1 Correlation of the Mesozoic volcanic strata in Daxinganling Mountains

研究區(qū)位于北北東向大興安嶺中生代火山巖帶的東北端，大烏蘇地區(qū)被大興安嶺中生代火山巖覆蓋全區(qū)（圖1）.區(qū)內(nèi)自西南向東北主要出露有塔木蘭溝組中基性火山巖、滿克頭鄂博組（J3m）酸性火山巖、瑪尼圖組（J3mn）中性火山巖和零星分布的白音高老組（K1b）中酸性火山巖，在圖幅西南部的塔木蘭溝組下部出露一套酸性火山巖（現(xiàn)命名為戰(zhàn)備村組）.

圖1 大興安嶺新林地區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Xinlin area in Daxinganling Mountains

近年來，單顆粒鋯石原位微區(qū)U-Pb定年方法的應(yīng)用，為大興安嶺造山帶中生代火山巖的研究、對(duì)比創(chuàng)造了新的契機(jī).

2 早侏羅世火山巖特征

2.1 巖石學(xué)特征

早侏羅世戰(zhàn)備村組（J1z）主要由酸性火山巖組成，樣品采自新林區(qū)曼拉開河上游南岸PM004剖面（圖2）.巖石類型為一套淺灰、灰白色流紋質(zhì)火山碎屑巖及部分流紋巖、碎屑熔巖夾少量沉凝灰?guī)r（圖3），巖石多見石英晶屑和石英斑晶，不同程度發(fā)育絹云母化和碳酸鹽化，成層性較好.火山碎屑巖主要為含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r，角礫成分主要為花崗巖、流紋巖.

圖2 新林區(qū)曼拉開河上游南岸侏羅系戰(zhàn)備村組剖面圖（PM004）Fig.2 Profile of Jurassic Zhanbeicun Formation on the south bank of Manlakai River in Xinlin area

圖3 早侏羅世火山巖露頭及標(biāo)本Fig.3 Outcrop and specimen of the Early Jurassic volcanic rocks

第一件鋯石U－Pb微區(qū)測年樣品（PM004TC60）巖性為絹英巖化流紋巖，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為霏細(xì)—顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部具粒狀變晶結(jié)構(gòu)（后期蝕變特征），致密塊狀構(gòu)造.礦物成分，斑晶為石英、少量鉀長石等.其中，石英呈他形粒狀，邊緣熔蝕呈渾圓狀、港灣狀，無色透明，顆粒大小為0.3～1.6 mm，含量為3%；鉀長石為正長石，自形—半自形板狀、板粒狀，邊緣具熔蝕現(xiàn)象，顆粒晶面泥化、弱絹云母化而較為混濁，多數(shù)不顯雙晶，少數(shù)可見卡氏雙晶較模糊顯示，顆粒大小為0.2～1.8 mm，含量為2%.基質(zhì)由霏細(xì)狀—顯微晶質(zhì)的長石、石英，鑲嵌粒狀石英集合體和少量金屬礦物磁鐵礦等組成.其中鑲嵌粒狀石英集合體呈不規(guī)則狀雜亂分布，系弱硅化的產(chǎn)物，含量約為95%.手標(biāo)本發(fā)育少量孔洞，呈不規(guī)則狀，孔壁生長石英晶簇，構(gòu)成晶洞、晶簇構(gòu)造.

第二件鋯石U-Pb微區(qū)測年樣品（PM004TC96）巖性為弱硅化流紋巖，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為霏細(xì)—顯微結(jié)構(gòu)，由于遭受后期絹云母化蝕變，局部表現(xiàn)為晶質(zhì)鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造.礦物成分，斑晶為鉀長石、斜長石，少量石英等.其中，鉀長石為正長石，呈半自形—他形板粒狀，顆粒晶面泥化而較為混濁，顆粒大小為0.2～1.0 mm，含量為2%；斜長石為更-中長石，自形—半自形板狀、板粒狀，顆粒晶面泥化而較為混濁，細(xì)而密的聚片雙晶較模糊顯示，顆粒大小為0.2～1.0 mm，含量為1%；石英多熔蝕成次圓狀、不規(guī)則狀，無色透明，顆粒大小為0.2～0.3 mm，少量.基質(zhì)由次圓狀、不規(guī)則狀石英或石英集合體、鱗片狀絹云母、部分隱晶質(zhì)及少量磁鐵礦等組成，以混晶集合體的形式分布，含量為97%.

2.2 鋯石LA-ICP-MS年代學(xué)

2.2.1 分析方法

測試樣品在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究所進(jìn)行粉碎、分選，挑選出晶形和透明度較好、無明顯裂痕和包裹體的鋯石顆粒，進(jìn)行透射光和后射光圖象的采集；在國土資源部華北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行鋯石陰極發(fā)光（CL）圖像的采集.鋯石LA-ICP-MS U-Pb同位素分析在國土資源部華北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行，使用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500進(jìn)行分餾校正，標(biāo)準(zhǔn)鋯石TEMORA1作為未知樣品測定，獲得的年齡為415±4 Ma.激光束束斑為30μm.實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)采用Andersen［15］的方法進(jìn)行同位素比值校正，以扣除普通Pb的影響，然后用ISOPLOT宏程序進(jìn)行年齡諧和圖的生成和處理，所給定的同位素比值和年齡的誤差（標(biāo)準(zhǔn)誤差）在1σ水平.

2.2.2 鋯石特征

絹英巖化流紋巖（PM004TC60）中鋯石在陰極發(fā)光圖像（圖4a）上多呈短柱狀，少數(shù)呈長柱狀，長50～100μm，長寬比為2∶1～1∶1.多數(shù)鋯石發(fā)育震蕩環(huán)帶，顯示出巖漿鋯石的特點(diǎn).該樣品共測試31個(gè)測點(diǎn)，主要選擇在震蕩環(huán)帶區(qū)域，測試結(jié)果如表2（掃描首頁OSID二維碼可見）.31個(gè)鋯石的Th/U比值20號(hào)測點(diǎn)為0.063，其他在0.315～0.854之間，表明為巖漿鋯石.31個(gè)鋯石的206Pb/238U、207Pb/235U、207Pb/206Pb三組年齡值差別很大，表現(xiàn)為206Pb/238U＜207Pb/235U＜207Pb/206Pb，表明鋯石U-Pb體系自形成以來未能保持封閉狀態(tài)，可能遭受后期熱液改造，導(dǎo)致放射性Pb大量丟失，為典型的不諧和年齡.諧和圖上測點(diǎn)偏離諧和線右側(cè)，與諧和線相交年齡為192.0±1 Ma，MSWD=1.2（圖5a），為流紋巖噴出后的冷卻結(jié)晶年齡.

圖4 戰(zhàn)備村組流紋巖鋯石陰極發(fā)光圖像及年齡Fig.4 CL images and ages of zircons from the rhyolites of Zhanbeicun Formation

弱硅化流紋巖（PM004TC96）中鋯石在陰極發(fā)光圖像（圖4b）上多呈短柱狀，少數(shù)呈長柱狀，長50～100μm，長寬比為2∶1～1∶1.鋯石發(fā)育震蕩環(huán)帶，顯示出典型巖漿鋯石的特點(diǎn).該樣品共測試32個(gè)測點(diǎn)，主要選擇在震蕩環(huán)帶區(qū)域，測試結(jié)果如表3（掃描首頁OSID二維碼可見）.32個(gè)鋯石的測試結(jié)果Th/U比值介于0.3023～1.4158之間，均大于0.3，表明這些鋯石為巖漿鋯石.32個(gè)鋯石的206Pb/238U、207Pb/235U、207Pb/206Pb三組年齡值中，206Pb/238U與207Pb/235U值基本一致，而207Pb/206Pb則較前二組年齡略偏差±（10～15）Ma，表明鋯石遭受了后期熱液改造.其協(xié)和年齡為178.0±1 Ma（圖5b），系微量放射性Pb丟失的結(jié)果.其結(jié)晶冷卻年齡應(yīng)與絹英巖化流紋巖時(shí)代相近.測點(diǎn)12、15、21的206Pb/238U年齡分別為363.0±4、231±2、259.0±3 Ma，可能為捕獲的老鋯石.

圖5 戰(zhàn)備村組流紋巖鋯石LA－ICP－MSU－Pb諧和年齡圖Fig.5 The zircon LA-ICP-MSU-Pb concordia diagram of rhyolites from Zhanbeicun Formation

2.3 巖石化學(xué)特征

2.3.1 主量元素

主量元素分析結(jié)果見表4.測試樣品的主量元素含量與中國流紋巖平均值相比，SiO2、MgO、CaO、Na2O含量偏高，TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO含量偏低，K2O和P2O5則接近.

表4 戰(zhàn)備村組流紋巖主量元素特征表Table 4 Contents of major elements in rhyolites from Zhanbeicun Formation

火山巖的SiO2含量為77.49%～77.73%（高硅）；Al2O3為12.08%～12.77%，較正常流紋巖的含量低；全堿含量（Na2O+K2O）為6.89%～8.43%，富鉀（K2O 4.88%～6.03%），低鈉（Na2O 1.92%～2.12%），K2O/Na2O為2.54～2.84；A/CNK為1.223～1.460，A/NK為1.245～1.513；MgO含量為0.10%～0.38%，而Mg＃值為0.43～0.73.

在TAS圖（圖6a）上投于流紋巖區(qū)，位于Irvine分界線以下（亞堿性區(qū)），在A/NK-A/CNK圖（圖6b）上投于過鋁質(zhì)區(qū)，在K2O-SiO2圖（圖6c）上投于鉀玄巖系列及高鉀鈣堿性巖系列，在K2O-Na2O圖（圖6d）上投于高鉀質(zhì)區(qū).

圖6 戰(zhàn)備村組流紋巖分類判別圖解Fig.6 The discrimination diagrams of rhyolites from Zhanbeicun Formation

值得注意是，火山巖MgO含量（0.10%～0.38%）和Mg＃值（0.43～0.73）可能暗示著該巖石具有原生基性巖漿的屬性（玄武質(zhì)原生巖漿Mg＃=0.65～0.75），后經(jīng)后期巖漿分異作用演化為酸性巖漿.

CIWP標(biāo)準(zhǔn)礦物計(jì)算結(jié)果為：石英42.27%～47.69%，為石英過飽和巖石，可能系蝕變結(jié)果；鈣長石0.27%～0.76%，鈉長石16.49%～18.13%，正長石29.26%～36.02%；剛玉2.38%～4.12%；紫蘇輝石0.25%～0.96%；金紅石0.02%～0.03%；鈦鐵礦0.15%～0.20%，赤鐵礦0.47%～0.48%；磷灰石0.03%～0.04%.剛玉的出現(xiàn)表示巖石為鋁過飽和系列，而紫蘇輝石的出現(xiàn)則暗示其系基性巖漿演化為酸性巖漿的產(chǎn)物，副礦物金紅石及磷灰石的出現(xiàn)可能反映源區(qū)特征.

另外，固結(jié)指數(shù)（SI）為1.14～4.93，液相線溫度為684～694℃，堿度率（AR）為3.21～4.71，組合指數(shù)（σ43）為1.33～1.92，分異指數(shù)（DI）為93.44～96.42.

2.3.2 稀土、微量元素

稀土、微量元素分析結(jié)果見表5.一般來說微量元素多為非活動(dòng)性元素，這類元素不易遷移，即使在風(fēng)化、蝕變的條件下尚能完整地保留在原來的巖石中，所以較能反映原來巖石的微量元素特征.樣品稀土總量較低，ΣREE為81.84×10-6～110.32×10-6，與玄武巖的平均值（99×10-6）相近，暗示著巖石系基性巖漿經(jīng)分異演化成酸性巖漿；輕重稀土分餾明顯，（La/Yb）N為36.87～40.19之間，表明巖漿經(jīng)歷過分異-演化作用；輕稀土分餾系數(shù)（La/Sm）N為9.92～11.76，重稀土分餾系數(shù)（Gd/Yb）N為2.34～2.45；中等銪負(fù)異常，δEu值為0.54～0.57之間，表明源區(qū)有斜長石殘留或參與分異結(jié)晶作用；δCe值為0.87～0.88.

表5 戰(zhàn)備村組火山巖稀土、微量元素特征表Table 5 Contents of REEs and trace elements in rhyolites from Zhanbeicun Formation

稀土元素配分模式圖（圖7a）表現(xiàn)為輕稀土元素富集的右傾特征，輕重稀土分異程度較高，重稀土分布相對(duì)較為平坦，暗示著巖漿經(jīng)歷了一定的演化過程.微量元素蛛網(wǎng)圖（圖7b）表現(xiàn)為低Sr、Ba、P、Ti（谷）和相對(duì)高K、Rb、Th（峰）的特征.

圖7 戰(zhàn)備村組流紋巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（據(jù)文獻(xiàn)［21-22］）Fig.7 Chondrite-normalized REEpatterns and primitive mantle-normalized trace element spidergramof rhyolitesfrom Zhanbeicun Formation（From References［21-22］）

3 火山巖巖漿源區(qū)及形成環(huán)境討論

大興安嶺中生代流紋巖類劃分為高Ti流紋巖和低Ti流紋巖.高Ti流紋巖類與亞堿性系列玄武巖類緊密伴生，兩者在地球化學(xué)上構(gòu)成連續(xù)變異系列；而低Ti流紋巖類則與堿性系列玄武巖類構(gòu)成地球化學(xué)雙峰態(tài).這兩類流紋巖的巖相學(xué)和地球化學(xué)特征為：起源于地幔柱虧損成分的亞堿性系列玄武巖漿經(jīng)過單斜輝石、斜長石、磷灰石、鋯石的分離結(jié)晶，形成亞堿性系列低鉀玄武巖→高鉀玄武巖→高Ti流紋巖演化系列；起源于地幔柱富集成分的堿性系列玄武巖漿侵入下地殼，使下地殼巖石發(fā)生部分熔融，形成堿性系列玄武巖-低Ti流紋巖雙峰態(tài)組合［23］.

根據(jù)巖石學(xué)和微量元素地球化學(xué)特征，可將大興安嶺地區(qū)晚侏羅世—早白堊世流紋巖類劃分為Ⅰ型流紋巖和Ⅱ型流紋巖.稀土和微量元素特征為：Ⅰ型流紋巖呈右傾的稀土分布曲線，不相容元素以強(qiáng)烈富集Rb、Ba、Th、K和虧損Sr、Ti、P、Nb為特征，其形成與鈣堿性系列玄武巖漿的結(jié)晶分異作用有關(guān)；Ⅱ型流紋巖具有與大陸裂谷流紋巖一致的稀土和不相容元素分布模式，以Ba、Sr的強(qiáng)烈虧損與Ⅰ型流紋巖相區(qū)別，與堿性系列玄武巖類構(gòu)成雙峰式火山巖組合，其成因與地殼巖石的非理想熔融作用相聯(lián)系.兩類流紋巖的形成與地幔柱上涌導(dǎo)致上覆巖石圈伸展作用有關(guān).高Ti流紋巖和低Ti流紋巖分別相當(dāng)于Ⅰ型流紋巖和Ⅱ型流紋巖［24］，也就是說，大興安嶺地區(qū)流紋巖的成因?yàn)閮煞N，即鈣堿性系列玄武巖漿的結(jié)晶分異作用和大陸裂谷成因（雙峰式）流紋巖.

本次研究的新林地區(qū)早侏羅世流紋巖的微量元素特征與高Ti和低Ti兩類流紋巖及大陸流紋巖對(duì)比見表6.對(duì)比結(jié)果顯示，研究區(qū)早侏羅世流紋巖，大多數(shù)特征與高Ti流紋巖相近，可能為鈣堿性系列玄武巖漿結(jié)晶分異作用的產(chǎn)物.

表6 流紋巖微量元素特征對(duì)比表Table 6 Comparison of trace element characteristics between rhyolites of different regions

結(jié)合前述，MgO含量（0.10%～0.38%）、Mg＃值（0.43～0.73），以及CIWP標(biāo)準(zhǔn)礦物中出現(xiàn)紫蘇輝石（0.25%～0.96%），也佐證新林地區(qū)早侏羅世流紋巖系基性巖漿的分異演化而來.

該區(qū)原劃為中—晚侏羅世塔木蘭溝組的中基性火山巖進(jìn)行的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)研究，其中2件粗安巖年齡分別為185.8±8.1、196.8±2.1 Ma，玄武安山巖年齡為196.3±2.7 Ma，表明在在盤古林場一帶也發(fā)育一套早侏羅世堿性、中基性火山巖［25］.其巖石地球化學(xué)特征與新林地區(qū)出露的流紋巖非常類似，即顯示富集Ba、K、La、Ce、Sr、Zr等大離子親石元素和輕稀土元素，虧損Th、Nb、P、Zr、Ti等高場強(qiáng)元素和重稀土元素特征，佐證了新林地區(qū)出露的流紋巖為雙峰式火山巖的酸性端元.

4 結(jié)論

（1）大興安嶺北部新林地區(qū)戰(zhàn)備村一帶新發(fā)現(xiàn)早侏羅世酸性火山巖，其成巖時(shí)代為早侏羅世（192.0±1 Ma）.

（2）近年來，大興安嶺地區(qū)已有早侏羅世火山巖的報(bào)道.李中會(huì)等［19］在滿歸鎮(zhèn)（大興安嶺西坡）建立的滿歸變中酸性火山巖（J1m），鋯石U-Pb LA-ICP-MS同位素年齡為199±1 Ma.也就是說，新林地區(qū)（大興安嶺東坡近嶺脊）早侏羅世酸性火山巖的出露并非是孤立的單一事件.

（3）上黑龍江漠河盆地盤古林場出露的早侏羅世堿性、中基性火山巖的發(fā)現(xiàn)，表明根據(jù)地球化學(xué)特征推斷其巖漿成因是有可行的.

（4）本次發(fā)現(xiàn)的早侏羅世酸性火山巖系基性巖漿的分異演化產(chǎn)物，暗示著大興安嶺中生代火山巖始于上地幔底侵作用（可能系地幔柱上涌的結(jié)果）.