大興安嶺鄂倫春地區(qū)滿克頭鄂博組火山巖形成年代及地球化學(xué)

王大可，劉軍帥，孫靖堯

中國(guó)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

0 引言

作為中國(guó)北方最大的中生代火山巖帶，大興安嶺中生代火山巖面積大、巖石類型多、地球化學(xué)特征及形成構(gòu)造背景復(fù)雜，一直備受國(guó)內(nèi)外地質(zhì)工作者關(guān)注［1］.隨著區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作的不斷開展，確定了大興安嶺北部火山巖的劃分主要為中—晚侏羅世塔木蘭溝組、晚侏羅世—早白堊世滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組和梅勒?qǐng)D組［2-6］.同時(shí)積累了大量關(guān)于大興安嶺地區(qū)火山巖的鋯石U-Pb同位素年齡：唐杰等［7］對(duì)張廣才嶺地區(qū)帽兒山組雙峰式火山巖進(jìn)行了研究，獲取鋯石U-Pb年齡為179～184 Ma；鄭吉林等［8］在大興安嶺新林區(qū)開展1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一套早侏羅世火山巖，鋯石U-Pb年齡為178～192 Ma；李中會(huì)等［9］在三根河林場(chǎng)幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中對(duì)新民組火山巖進(jìn)行研究，獲取鋯石U-Pb年齡為165.71±0.83 Ma.

關(guān)于大興安嶺中生代火山巖成因及形成構(gòu)造環(huán)境的觀點(diǎn)主要有：1）地幔柱成因［10-11］；2）古太平洋板塊俯沖環(huán)境［12］；3）與北部蒙古-鄂霍次克洋閉合后伸展環(huán)境有關(guān)［13-18］.筆者在大興安嶺鄂倫春自治旗地區(qū)對(duì)滿克頭鄂博組進(jìn)行了系統(tǒng)的巖石組合、地層接觸、鋯石測(cè)年、地球化學(xué)特征等研究，確定了滿克頭鄂博組火山巖形成時(shí)代及其構(gòu)造背景等.

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，地理上屬于大興安嶺中北段南麓，前中生代地層區(qū)劃屬天山-興安地層大區(qū)（Ⅰ級(jí)），大興安嶺地層區(qū)（Ⅱ級(jí)），達(dá)來(lái)-興隆地層分區(qū)（Ⅲ級(jí)）；中新生代地層屬濱太平洋地層區(qū)（Ⅱ級(jí)），大興安嶺-燕山地層分區(qū)（Ⅲ級(jí)），博克圖-二連浩特地層小區(qū)（Ⅳ級(jí)）.研究區(qū)內(nèi)地層主要有奧陶-志留系大烏蘇巖組（OS D）和中生界上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組（J3mk）.

滿克頭鄂博組火山巖在研究區(qū)西北角出露，巖石類型主要由流紋質(zhì)火山碎屑巖及火山熔巖組成，火山碎屑巖類主要為流紋質(zhì)含角礫晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)復(fù)成分礫巖、少量安山質(zhì)含角礫晶屑凝灰?guī)r，熔巖類主要為流紋巖、英安巖及流紋質(zhì)凝灰熔巖.

2 樣品描述

用于LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年法的樣品WJE029采自于研究區(qū)西北角，巖性為流紋質(zhì)巖屑晶屑弱熔結(jié)凝灰?guī)r（圖1），地理坐標(biāo)為124°02′50″E，51°52′44″N.樣品風(fēng)化面呈灰褐色，新鮮面呈淺灰色，弱熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，致密塊狀；巖屑成分為流紋質(zhì)晶屑玻屑凝灰?guī)r、流紋巖、板巖等，含量為0～15%；晶屑為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和少量石英，含量為10%～40%；火山灰均為粒度小于0.05 mm的火山碎屑物和火山塵，脫?；癁殡[晶質(zhì)，與塑性巖屑、塑性玻屑相互熔結(jié)，形成弱假流紋構(gòu)造，含量為45%～55%.

圖1 流紋質(zhì)巖屑晶屑弱熔結(jié)凝灰?guī)r野外照片及顯微圖像Fig.1 Field photo and micrograph of rhyolitic lithic crystal weakly welded tuff

3 分析方法

3.1 巖石地球化學(xué)

樣品的主量元素和微量元素的測(cè)定分析在河北省區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成.主、微量元素用X射線熒光光譜法，主要分析檢測(cè)儀器為AXiosmax X射線熒光光譜儀；Y-U稀土微量40元素用封閉酸溶-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測(cè)點(diǎn)方法，測(cè)定儀器為XSerise2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，最小分辨率為在5%峰高處1μ峰寬.

3.2 鋯石LA-ICP-MS定年

鋯石分選、制靶、CL圖像采集工作在河北省廊坊區(qū)域礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)完成.鋯石U-Pb定年分析測(cè)試工作在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心完成.測(cè)試儀器為激光燒蝕多接收器等離子質(zhì)譜（LA-MCICP-MS），儀器整體由美國(guó)ESI公司New Wave 193 nm FX激光器和美國(guó)賽默飛世爾公司Neptune多接收等離子質(zhì)譜組成，質(zhì)量數(shù)范圍：4～310 amu，分辨率：＞450（平頂峰，10%峰谷定義），豐度靈敏度：＜5×10-6（無(wú)RPQ）；＜0.5×10-6（有RPQ），儀器穩(wěn)定性：所有穩(wěn)定性以測(cè)定峰穩(wěn)定性包括磁場(chǎng)和電場(chǎng)漂移：＜50×10-6/h.

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石LA-ICP-MS定年

對(duì)大興安嶺鄂倫春自治旗地區(qū)滿克頭鄂博組火山巖樣品（WJE029）進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析.從樣品的陰極發(fā)光照片（圖2）可以看出，鋯石多呈短柱狀，少數(shù)呈長(zhǎng)柱狀，長(zhǎng)100～120μm，長(zhǎng)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(cè)試了32個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)主要選擇在震蕩環(huán)帶區(qū)域，測(cè)試結(jié)果（表1，掃描首頁(yè)OSID二維碼可見）表明，鋯石Th/U比值大于0.3，諧和線上21個(gè)測(cè)點(diǎn)集中分布，加權(quán)平均年齡為152.9±1.7 Ma，MSWD＝5.6（圖3），代表巖漿結(jié)晶年齡，時(shí)代為晚侏羅世.

圖2 流紋質(zhì)巖屑晶屑弱熔結(jié)凝灰?guī)r部分鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.2 CL images of zircons in rhyolitic lithic crystal weakly welded tuff

圖3 流紋質(zhì)巖屑晶屑弱熔結(jié)凝灰?guī)rU-Pb年齡諧和圖Fig.3 U-Pb concordia diagram of rhyolitic lithic crystal weakly welded tuff

4.2 地球化學(xué)特征

滿克頭鄂博期火山巖主量元素、稀土元素及微量元素分析結(jié)果如表2（掃描首頁(yè)OSID二維碼可見）.本文選取該組具有代表性的火山巖中、酸性樣品共7件.樣品特征如下.

主量元素：1）滿克頭鄂博期酸性火山巖主要表現(xiàn)為高硅富堿、貧鈣鐵鎂.SiO2含量為70.19%～80.10%，Al2O3含量為10.80%～15.22%，富堿（K2O＋Na2O為6.12%～9.21%），K2O為1.47%～5.22%，CaO為0.08%～1.35%，F(xiàn)eOT為0.93%～2.26%，MgO為0.22%～1.12%，TiO2為0.17%～0.47%，Mg＃值介于32.8～51.0.在Na2OK2O圖中落入鈉質(zhì)-鉀質(zhì)區(qū)（圖4）；在TAS分類命名圖解（圖5）中為流紋巖區(qū)域；在K2O-SiO2圖解（圖6）中樣品主要落于高鉀鈣堿性系列.2）滿克頭鄂博期中性火山巖主要表現(xiàn)為富堿高鉀，鎂指數(shù)較大.SiO2含量為59.64%～59.84%，Al2O3含量為17.63%～17.75%，富堿（K2O＋Na2O為6.77%～7.02%），K2O為2.07%～2.25%，CaO為3.12%～3.24%，F(xiàn)eOT為5.51%～5.75%，MgO為2.44%～2.51%，TiO2為0.93%～0.94%，Mg＃值介于47.8～48.2.在Na2O-K2O圖中落入鈉質(zhì)區(qū)（圖4）；在TAS分類命名圖解（圖5）中，樣品主要落于玄武質(zhì)粗面安山巖區(qū)域；在K2O-SiO2圖解（圖6）中落于高鉀鈣堿性系列.

圖4 滿克頭鄂博期火山巖Na2O-K2O圖解Fig.4 The Na2O-K2Odiagram of Manketouebo volcanic rocks

圖5 滿克頭鄂博期火山巖TAS分類圖解Fig.5 The TASclassification diagram of Manketouebo volcanic rocks

圖6 滿克頭鄂博期火山巖K2O-SiO2圖解Fig.6 The K2O-SiO2 diagram of Manketouebo volcanic rocks

稀土元素：樣品稀土總量較高，ΣREE為135.13×10-6-207.65×10-6，輕重稀土分餾明顯，（La/Yb）N為7.52～14.88，平均值為11.19，輕稀土分餾系數(shù)（La/Sm）N為3.20～4.79，平均值為4.15，重稀土分餾系數(shù)（Gd/Yb）N為1.26～1.97，平均值為1.61.稀土元素配分模式圖（圖7）均具有輕稀土元素富集、重稀土較平緩的右傾特征.銪為弱—中等負(fù)異常，δEu值為0.35～1.07，表明源區(qū)有斜長(zhǎng)石殘留或分異結(jié)晶作用.

圖7 滿克頭鄂博期火山巖稀土元素配分模式圖Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of Manketouebo volcanic rocks

微量元素：微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖8）上顯示，巖石相對(duì)富集大離子親石元素（LILE）Rb、K、Th、U和LREE，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）Nb、Ta，強(qiáng)烈虧損Sr、P和Ti.

圖8 滿克頭鄂博期火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element spidergram of Manketouebo volcanic rocks

5 討論

5.1 滿克頭鄂博組時(shí)代

近年來(lái)隨著對(duì)滿克頭鄂博組研究的深入，獲取了大量的同位素測(cè)年數(shù)據(jù)，測(cè)試方法主要有鋯石U-Pb和40Ar/39Ar.陳志廣等［15］在新巴爾虎右旗測(cè)得的年齡為162～150 Ma，吳濤濤等［19］在得耳布爾測(cè)得的年齡為159 Ma，劉凱等［4］在圖里河測(cè)得的年齡為157 Ma，總體來(lái)看測(cè)年結(jié)果集中在150～160 Ma.結(jié)合本研究測(cè)年結(jié)果，表明滿克頭鄂博組火山巖形成于晚侏羅世.

5.2 巖漿源區(qū)

研究區(qū)滿克頭鄂博期火山巖多為流紋質(zhì)的酸性火山碎屑巖.主量元素具有富硅、堿，貧鈣、鎂特征，且具較低Mg＃值及極低的Cr、Co、Ni值（均小于6×10-6）的特點(diǎn).微量元素以相對(duì)富集大離子親石元素（LILE）K、Rb、Ba和LREE，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、Ta、Ti為特征.指向了本組火山巖來(lái)自地殼源區(qū)的特征，表明該類巖石的原始巖漿起源于地殼巖石的部分熔融.火山巖的Rb/Sr值平均為0.66，遠(yuǎn)高于原始地幔（0.03）、OIB（0.047）和E-MORB（0.033）（Sun and McDonough，1989），Ti/Zr值平均為13.94，與殼源巖漿的范圍（＜20）一致，同樣說(shuō)明了火山巖漿源區(qū)應(yīng)為地殼物質(zhì).

5.3 構(gòu)造背景

研究顯示，早白堊世晚期為蒙古-鄂霍次克洋構(gòu)造域和古太平洋構(gòu)造域的轉(zhuǎn)換時(shí)間.蒙古-鄂霍次克洋從西向東呈剪刀式閉合，東部最終碰撞時(shí)間為晚侏羅世—早白堊世.在微量元素Rb-（Y＋Nb）構(gòu)造判別圖解上（圖9），樣品落入后造山期花崗巖環(huán)境區(qū)；在R1-R2成因分類圖解（圖10）中，樣品點(diǎn)全部落在晚造山和同碰撞區(qū)域內(nèi).結(jié)合構(gòu)造判別圖解、同時(shí)代大興安嶺地區(qū)火山巖特征及區(qū)域構(gòu)造背景，研究區(qū)滿克頭鄂博組火山巖的形成應(yīng)與蒙古-鄂霍次克洋向南東方向俯沖作用有關(guān).

圖9 滿克頭鄂博期火山巖Pb-（Y＋Nb）判別圖Fig.9 The Pb-（Y＋Nb）discrimination diagram of Manketouebo volcanic rocks

圖10 滿克頭鄂博期火山巖R1-R2成因分類圖解Fig.10 The R1-R2 genetic classification diagram of Manketouebo volcanic rocks

6 結(jié)論

（1）滿克頭鄂博組火山巖具有高硅、富堿，貧鈣、鐵、鎂的特點(diǎn)，屬高鉀鈣堿性系列火山巖，鋯石U-Pb年齡為152.9±1.7 Ma，形成時(shí)代為晚侏羅世.

（2）滿克頭鄂博組火山巖相對(duì)富集大離子親石元素（LILE）Rb、K、Th、U和LREE，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）Nb、Ta，強(qiáng)烈虧損Sr、P和Ti，巖漿起源于地殼巖石的部分熔融.

（3）滿克頭鄂博組火山巖的形成應(yīng)與蒙古-鄂霍次克洋向南東方向俯沖作用有關(guān).