達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾晚新生代玄武巖特征及成因分析*

孫金恒 李霓**

1. 吉林長(zhǎng)白山火山國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，中國(guó)地震局地質(zhì)研究所，北京 100029 2. 中國(guó)地震局地震與火山災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

興蒙造山帶及其毗鄰的蒙古國(guó)東南緣位于中亞造山帶的東部，主要由石炭紀(jì)-二疊紀(jì)古亞洲洋的俯沖形成，索倫縫合帶的形成標(biāo)志著古亞洲洋的閉合(Xiaoetal.，2009)。晚新生代，由于區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐龔?，東西向天山-陰山斷裂和北北東向大興安嶺-太行山斷裂的強(qiáng)烈活動(dòng)(白志達(dá)等，2012；陳生生等，2012)，導(dǎo)致該地區(qū)火山作用強(qiáng)烈，形成了大面積板內(nèi)玄武巖，其中包括從蒙古國(guó)達(dá)里干加向東南延伸到中國(guó)內(nèi)蒙古阿巴嘎和達(dá)里諾爾的三個(gè)火山區(qū)。區(qū)內(nèi)地質(zhì)特征突出、火山錐體數(shù)目眾多，火山巖幾乎連續(xù)成片分布(圖1)，是亞洲東部出露面積較大的火山巖區(qū)(樊祺誠(chéng)等，2015)，也是大興安嶺-太行山重力梯度帶中段以西重要的晚新生代火山區(qū)，自二十世紀(jì)七、八十年代以來(lái)就受到了廣泛的關(guān)注(Tapponnier and Molnar，1979；林儒耕，1979；Zonenshain and Savostin，1981；Zorin，1981；張臣等，2004；Chenetal.，2015；Guoetal.，2016；Zhang and Guo，2016；Pangetal.，2019；Zhaoetal.，2020)。

已有的研究表明，上述三個(gè)火山區(qū)在地質(zhì)特征、火山巖形成年代、地球化學(xué)特征及成因方面，均有相似之處：火山巖沿北西-南東向斷裂展布(圖1)，區(qū)內(nèi)火山錐大致沿北東向或北東東向斷裂定向排列；火山巖形成時(shí)代相近(中新世-更新世)(羅修泉和陳啟桐，1990；Chuvashovaetal.，2012；Zhang and Guo，2016)；巖性特征均以堿性玄武巖為主，拉斑玄武巖次之(Pangetal.，2019；Togtokhetal.，2019)；火山巖多為灰黑色塊狀玄武巖，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要是橄欖石和輝石；堿性玄武巖中含有捕虜體(Kononovaetal.，2002；Zhangetal.，2012；Zouetal.，2014)；具有相似的主微量元素特征和Sr-Nd同位素組成(Togtokhetal.，2019)。由于這些相似性，本文將三區(qū)火山巖視為整體，歸納和總結(jié)其地質(zhì)和地球化學(xué)特征，討論地殼混染作用、分離結(jié)晶作用對(duì)火山巖成分的影響，探究研究區(qū)火山巖來(lái)源、源區(qū)巖性以及是否有加入的再循環(huán)成分。

圖1 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖分布圖(據(jù)Togtokh et al.，2019)Fig.1 Distribution of the Dariganga-Abaga-Dalinuor volcanic rocks (after Togtokh et al.，2019)

1 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山地質(zhì)

1.1 達(dá)里干加區(qū)

達(dá)里干加火山區(qū)位于中蒙邊境地帶，出露面積可達(dá)1萬(wàn)km2，其主體部分位于蒙古國(guó)境內(nèi)，東南部火山巖與我國(guó)內(nèi)蒙古阿巴嘎西北部火山巖相連，形成了連續(xù)分布的火山巖區(qū)(Genshaft and Saltykovsky，1985；Wiechertetal.，1997；Kononovaetal.，2002；張臣等，2004)。火山區(qū)呈近似紡錘狀，其延長(zhǎng)方向?yàn)楸睎|向，與區(qū)內(nèi)北東向斷裂走向一致。受頻繁火山活動(dòng)的影響，研究區(qū)形成了多級(jí)熔巖臺(tái)地和200多座火山錐。其中熔巖臺(tái)地的海拔高度多分布于1300～1500m之間，相鄰臺(tái)地之間呈陡坎狀接觸?；鹕藉F分布于熔巖臺(tái)地之上，具有受斷裂控制的特點(diǎn)(火山錐多位于斷裂附近，排布方向與斷裂走向基本一致)。由于斷裂走向存在差異，本區(qū)火山錐的排列也不同：西北部火山錐主要沿北東向斷裂展布(走向45°)，而東南部火山錐主要沿北東東向斷裂排列(走向70°)(Chuvashovaetal.，2012)。

本區(qū)玄武巖形成于14～1.6Ma(中新世-更新世)，其主體部分的年齡小于5Ma(Kononovaetal.，2002)?；鹕綆r分為上下兩個(gè)單元：下部以中新世熔巖流為主，具中度硅不飽和特點(diǎn)(CIPW標(biāo)準(zhǔn)礦物的計(jì)算中，霞石含量1.3%～5.8%)；上部主要為更新世熔巖流以及數(shù)量眾多的火山碎屑錐，火山巖具高度硅不飽和特點(diǎn)(霞石含量3.4%～10.9%)(Kononovaetal.，2002；Togtokhetal.，2019)。

本區(qū)火山巖以堿性玄武巖為主，拉斑玄武巖次之(圖2)，巖性包括碧玄巖、粗面玄武巖、霞石巖和石英拉斑玄武巖等。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為橄欖石(含量不超過(guò)6%)和單斜輝石(含量不超過(guò)3%)，基質(zhì)多為間隱結(jié)構(gòu)和填間結(jié)構(gòu)。堿性玄武巖中含有地幔包體，包括尖晶石二輝橄欖巖、方輝橄欖巖等(Wiechertetal.，1997；Kononovaetal.，2002)。

圖2 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖TAS分類圖(底圖據(jù)Le Bas et al.，1986)3個(gè)地區(qū)的堿性玄武巖和拉斑玄武巖數(shù)據(jù)引自Ho et al. (2008)，Chuvashova et al. (2012)，Chen et al. (2015)，Guo et al. (2016)，Zhang and Guo (2016)，Pang et al. (2019)，Togtokh et al. (2019)，Zhao et al. (2020)；后圖數(shù)據(jù)來(lái)源同此圖.中國(guó)東部陸殼值引自Gao et al. (1998)Fig.2 TAS classification of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basalts (base map after Le Bas et al.，1986)Data sources of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basalts from Ho et al. (2008), Chuvashova et al. (2012), Chen et al. (2015), Guo et al. (2016), Zhang and Guo (2016), Pang et al. (2019), Togtokh et al. (2019), Zhao et al. (2020); Data sources of following figures are same as this figure. Data sources of the eastern China crust from Gao et al. (1998)

1.2 阿巴嘎區(qū)

阿巴嘎火山區(qū)位于錫林浩特市以西約30km處，其西北部與達(dá)里干加火山區(qū)東南緣銜接。火山巖出露面積較大，可達(dá)6300km2(陳生生等，2012；Lietal.，2021)，為內(nèi)蒙古出露面積較大的玄武巖區(qū)(樊祺誠(chéng)等，2015)。由于火山活動(dòng)頻繁，本區(qū)形成了多級(jí)熔巖臺(tái)地和200多座火山錐。其中熔巖臺(tái)地海拔高度多位于1100～1400m之間，各級(jí)臺(tái)地之間呈陡坎狀接觸，臺(tái)地內(nèi)部產(chǎn)狀近水平，不同臺(tái)地厚度不一，同一臺(tái)地不同部位厚度也存在差異?；鹕藉F多位于熔巖臺(tái)地之上，其展布可能受到了斷裂控制。熔巖臺(tái)地的分布也可能受到了斷層的影響：西北部的巴彥圖嘎臺(tái)地呈北西向條帶狀，與北西向斷裂走向一致，而東南部的熔巖臺(tái)地主要呈不規(guī)則多邊形，其延長(zhǎng)方向與北東向斷裂一致。此外，本區(qū)還存在特殊的火山作用樣式(瑪爾式火山)，包括浩特烏拉、車?yán)諡趵皖~斯格烏拉(王錫嬌等，2012)。

本區(qū)火山巖形成于14.55～2.55Ma(中新世-更新世)(羅修泉和陳啟桐，1990；Hoetal.，2008)，大部分火山巖的年齡小于7.5Ma，并具有多階段噴發(fā)的特點(diǎn)(羅修泉和陳啟桐，1990；Hoetal.，2008；邵濟(jì)安等，2008；Zhang and Guo，2016)。羅修泉和陳啟桐(1990)將該區(qū)劃分為三級(jí)熔巖臺(tái)地，對(duì)應(yīng)三個(gè)噴發(fā)期。張臣等(2004)認(rèn)為該區(qū)存在四層火山巖，各層火山巖之間有厚度不等的沉積夾層，對(duì)應(yīng)四次火山活動(dòng)。

阿巴嘎火山巖為灰黑色塊狀玄武巖，堿性玄武巖占主導(dǎo)地位，拉斑玄武巖較少(圖2)，主要包括碧玄巖、粗面玄武巖、堿性橄欖玄武巖、石英拉斑玄武巖和橄欖拉斑玄武巖等。巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以自形-半自形粒狀橄欖石為主(含量不超過(guò)5%)，輝石斑晶較少(含量不超過(guò)2%)。基質(zhì)多為間粒結(jié)構(gòu)和間隱結(jié)構(gòu)，主要由顆粒細(xì)小的橄欖石、斜長(zhǎng)石和輝石組成。此外，研究區(qū)堿性玄武巖中存在地幔捕虜體，包括尖晶石二輝橄欖巖、方輝橄欖巖和純橄巖等(張臣等，2006；Zhangetal.，2012；陳生生等，2012)。

1.3 達(dá)里諾爾區(qū)

達(dá)里諾爾火山區(qū)位于錫林浩特市以南約40km處，出露面積約為3100km2，與西北部阿巴嘎火山區(qū)相距約60km?；鹕綆r近“火炬狀”分布，其延長(zhǎng)方向?yàn)闁|西向，與斷裂展布有關(guān)(李霓等，2017)。在東西向斷裂和北東向斷裂的共同影響下，頻繁的火山活動(dòng)形成了多級(jí)熔巖臺(tái)地和近百座火山錐。熔巖臺(tái)地海拔主要位于1280～1500m之間，呈中間高、四周低的階梯狀分布。根據(jù)熔巖臺(tái)地的高程差異，李霓等(2017)將其劃分為4級(jí)階梯?；鹕藉F位于熔巖臺(tái)地之上，規(guī)模大小不一，多數(shù)已受剝蝕，但部分錐體形態(tài)保存較為完好(Gongetal.，2016；李霓等，2017)。火山錐多分布于斷裂附近，且呈北東向或北東東向排列，與本區(qū)斷裂走向一致，指示斷裂對(duì)火山分布具有重要的控制作用(Gongetal.，2016；趙勇偉等，2018)。

本區(qū)火山巖的K-Ar年齡主要分布于15.12～0.19Ma(中新世-更新世)，其主體部分的年齡小于3.5Ma(羅修泉和陳啟桐，1990；Hoetal.，2008；邵濟(jì)安等，2008；Zhang and Guo.，2016)。此外，楊若昕等(2012)對(duì)本區(qū)火山巖烘烤層物質(zhì)研究后發(fā)現(xiàn)本區(qū)存在全新世火山。趙勇偉等(2017)根據(jù)火山錐的形貌特點(diǎn)以及火山錐之間的關(guān)系，進(jìn)一步證實(shí)研究區(qū)全新世火山巖的存在。根據(jù)火山錐和熔巖流的特點(diǎn)，Zhaoetal.(2020)將達(dá)里諾爾火山活動(dòng)劃分為2個(gè)階段：早階段火山巖海拔高度在1300～1450m之間，主要沿北北東向斷裂分布，錐體風(fēng)化作用較強(qiáng)，其溢流出的熔巖流以拉斑玄武巖為主；晚階段火山巖海拔高度在1450m以上，風(fēng)化作用較弱，火山錐形貌保存較為完好，其溢流出的熔巖流以堿性玄武巖為主，并覆蓋于早階段火山巖之上。

達(dá)里諾爾火山巖為灰黑色塊狀玄武巖，巖石具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶為橄欖石(含量不超過(guò)6%)和單斜輝石(含量不超過(guò)3%)，基質(zhì)多為間隱結(jié)構(gòu)和填間結(jié)構(gòu)。此外，本區(qū)堿性玄武巖中含有巖石圈地幔物質(zhì)，包括尖晶石二輝橄欖巖、尖晶石方輝橄欖巖、橄欖二輝巖和輝石巨晶等(Zouetal.，2014；樊祺誠(chéng)等，2015)。

2 火山巖地球化學(xué)特征

地球化學(xué)數(shù)據(jù)質(zhì)量的高低直接影響結(jié)論的正確與否，因此，在探討火山巖地球化學(xué)特征前，篩選出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)就變得尤為重要。本文探討達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾所使用的原始數(shù)據(jù)分別來(lái)源于Hoetal. (2008)、Chuvashovaetal. (2012)、Chenetal. (2015)、Guoetal. (2016)、Zhang and Guo (2016)、Pangetal. (2019)、Togtokhetal. (2019)和Zhaoetal. (2020)。玄武巖形成后可能會(huì)受到后期蝕變的影響，而這些變化在一定程度上影響著玄武巖地化數(shù)據(jù)質(zhì)量。通常H2O含量在2%以上的火山巖往往由次生變化所引起，而燒失量往往是反映玄武巖水含量的重要指標(biāo)。因此，本文去除燒失量大于2%的數(shù)據(jù)，并以此為基礎(chǔ)探討達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖成因。

2.1 地殼混染作用的影響

新生代板內(nèi)玄武巖在經(jīng)過(guò)陸殼到達(dá)地表的過(guò)程中，可能會(huì)受到陸殼混染作用的影響，從而影響對(duì)玄武巖源區(qū)的判別。結(jié)合前人研究結(jié)果(Hoetal.，2008；Chenetal.，2015；Guoetal.，2016；Zhang and Guo，2016；Pangetal.，2019；Togtokhetal.，2019)，本文認(rèn)為地殼混染作用對(duì)達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖的影響不明顯，依據(jù)如下：(1)在TAS圖上，三區(qū)火山巖的SiO2與Na2O+K2O含量呈負(fù)的線性關(guān)系，而中國(guó)東部陸殼值在此線性關(guān)系之外，未顯示混合特征(圖2)；(2)研究區(qū)火山巖的Nb/U比值變化范圍依次為23.7～85.4、28.3～107.9和22.6～73.2，與中國(guó)東部陸殼值(8.4，Gaoetal.，1998)差異較大；(3)在稀土元素配分圖以及微量元素蛛網(wǎng)圖上，本研究區(qū)玄武巖與中國(guó)東部大陸地殼差異明顯(圖3a-f)，中國(guó)東部大陸地殼具有Nb、Ta、Sr虧損和Pb富集特點(diǎn)，但研究區(qū)火山巖不具有這些特點(diǎn)；(4) 3區(qū)玄武巖的Sr-Nd同位素主要落在虧損地幔附近(圖4)，不具有地殼Sr-Nd同位素特征(Sr同位素較高，而Nd同位素較低)；(5)本區(qū)堿性玄武巖中存在地幔捕虜體(陳生生等，2012；Panetal.，2013；Zouetal.，2014)，指示研究區(qū)巖漿的快速上升，降低了巖漿與地殼反應(yīng)的可能性。因此，達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖沒有經(jīng)歷明顯的地殼混染作用影響。

圖3 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖和原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖球粒隕石、原始地幔和OIB數(shù)據(jù)引自Sun and McDonough (1989)；中國(guó)東部陸殼數(shù)據(jù)引自Gao et al. (1998)Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basaltsData of the chondrite, the OIB and the primary mantle values from Sun and McDonough (1989); data of the eastern China crust from Gao et al. (1998)

圖4 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖Sr-Nd同位素特征圖大同和赤峰玄武巖數(shù)據(jù)分別引自Xu et al. (2005)和Guo et al. (2016)；洋島玄武巖(OIB)數(shù)據(jù)引自Zindler and Hart (1986)；印度洋型MORB數(shù)據(jù)引自Meyzen et al. (2007)；達(dá)里干加和阿巴嘎捕虜體數(shù)據(jù)分別引自Wiechert et al. (1997)和Zhang et al. (2012)Fig.4 Diagram of Sr-Nd isotopic feature of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basaltsData sources: The Datong and Chifeng isotopic data from Xu et al. (2005) and Guo et al. (2016), respectively；the Ocean Island Basalts from Zindler and Hart (1986)；the Indian MORB from Meyzen et al. (2007); the xenoliths of Dariganga and Abaga from Wiechert et al. (1997) and Zhang et al. (2012), respectively

2.2 分離結(jié)晶作用

板內(nèi)玄武巖在上升過(guò)程中，常會(huì)發(fā)生分離結(jié)晶作用，這是造成玄武巖成分與原始巖漿成分差異的重要原因之一。然而，不同礦物發(fā)生的分離結(jié)晶作用，常會(huì)造成巖漿中相應(yīng)元素含量變化，又為判別分離結(jié)晶作用提供依據(jù)。原始地幔的Mg#在0.75～0.78之間(Tamuraetal.，2014)，而達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖的Mg#為0.5～0.72(平均值為0.61)，指示本區(qū)火山巖發(fā)生了演化，可能存在分離結(jié)晶過(guò)程。由于堿性玄武巖和拉斑玄武巖的主量元素存在差異，本文將分別討論這兩種巖性的分離結(jié)晶特征。

在MgO含量與其他元素的協(xié)變圖上，研究區(qū)堿性玄武巖的MgO與Ni和Cr含量顯示正相關(guān)關(guān)系(圖5a, b)，而與Al2O3和SiO2含量呈負(fù)相關(guān)性關(guān)系(圖5c, d)，且沿著橄欖石或單斜輝石分離結(jié)晶的趨勢(shì)線變化，說(shuō)明巖漿發(fā)生了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用。相較于橄欖石和斜方輝石，單斜輝石的CaO含量較高。因此，玄武巖CaO含量的變化常作為單斜輝石分離結(jié)晶的重要指標(biāo)。對(duì)于研究區(qū)堿性玄武巖和拉斑玄武巖是否發(fā)生了單斜輝石的分離結(jié)晶作用，存在爭(zhēng)議。Zhang and Guo(2016)和Togtokhetal.(2019)認(rèn)為單斜輝石分離結(jié)晶作用不明顯，依據(jù)為火山巖的MgO-CaO含量的線性關(guān)系不明顯，而Chenetal.(2015)、Guoetal.(2016)和Pangetal.(2019)卻認(rèn)為存在單斜輝石分離結(jié)晶，依據(jù)是Mg#(或MgO)與CaO/Al2O3和CaO具有相關(guān)性。以此為基礎(chǔ)，Pangetal.(2019)進(jìn)一步提出MgO含量9%是劃分以橄欖石(MgO>9%)或單斜輝石(MgO<9%)為主的分離結(jié)晶作用的重要界限。本文對(duì)研究區(qū)火山巖鏡下觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)，斑晶中存在單斜輝石(不超過(guò)3%)。三個(gè)火山區(qū)內(nèi)堿性玄武巖具有不同的MgO-CaO變化關(guān)系，指示堿性玄武巖的分離結(jié)晶過(guò)程可能存在差異(圖5e)。當(dāng)MgO含量大于10%時(shí)，MgO與CaO呈正相關(guān)關(guān)系，具有橄欖石分離結(jié)晶趨勢(shì)特征，指示以橄欖石的分離結(jié)晶作用為主。當(dāng)MgO<10%時(shí)，MgO-CaO含量主要呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，具有單斜輝石結(jié)晶趨勢(shì)變化特點(diǎn)，指示巖漿以單斜輝石的分離結(jié)晶作用為主。相較于前人提出的MgO等于9%是區(qū)分以橄欖石為主分離結(jié)晶作用和以單斜輝石為主分離結(jié)晶作用的重要依據(jù)(Pangetal., 2019)，本文認(rèn)為MgO=10%可能更符合研究區(qū)堿性玄武巖的元素變化特點(diǎn)，因?yàn)樵贛gO=10%的兩側(cè)，Al2O3、CaO和Cr含量變化差異更明顯。

圖5 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖Haker圖礦物分離結(jié)晶趨勢(shì)引自Wang et al. (2012)和Pang et al. (2019)Fig.5 Haker diagrams of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basaltsFractionation crystallization trends sourced from Wang et al. (2012) and Pang et al. (2019)

相較于堿性玄武巖(MgO變化范圍為6.99%～15.81%)，拉斑玄武巖的MgO含量一般小于10%。拉斑玄武巖的MgO含量與Cr和Ni呈正相關(guān)，而與Al2O3和SiO2呈負(fù)相關(guān)，指示其發(fā)生了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用。在MgO-CaO圖解上(圖5e)，拉斑玄武巖既有橄欖石分離結(jié)晶趨勢(shì)演化特點(diǎn)，也有單斜輝石分離結(jié)晶趨勢(shì)演化特征，指示拉斑玄武巖同時(shí)發(fā)生了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用，這與前人的認(rèn)識(shí)(Pangetal., 2019)不同。

三區(qū)玄武巖的MgO-TiO2具有較弱的正相關(guān)性(圖5f)，表明研究區(qū)基本未發(fā)生鐵鈦氧化物的分離結(jié)晶。稀土元素配分圖上Eu負(fù)異常不明顯(圖3a, c, f)，說(shuō)明斜長(zhǎng)石也未發(fā)生明顯的分離結(jié)晶。

2.3 堿性玄武巖源區(qū)特征

前人研究表明，中國(guó)東部新生代玄武巖部分來(lái)源于巖石圈地幔(Zhangetal.，2009；Zhaoetal.，2020)，部分來(lái)源于軟流圈地幔(Hoetal.，2008；Chenetal.，2015；Guoetal.，2016；Zhang and Guo，2016；Xuetal.，2018；Pangetal.，2019)，成因較為復(fù)雜，而判定巖漿來(lái)源對(duì)認(rèn)識(shí)本區(qū)火山巖源區(qū)性質(zhì)和探討其成因至關(guān)重要。本文采用常用的判定依據(jù)，發(fā)現(xiàn)本區(qū)堿性玄武巖主要源自軟流圈地幔，依據(jù)如下：(1)本區(qū)堿性玄武巖的Sr-Nd同位素值主要落在洋島玄武巖區(qū)(OIB)，其特征與來(lái)自軟流圈地幔的新生代火山巖(如大同和赤峰)和印度洋型MORB相似，而與達(dá)里干加-阿巴嘎二輝橄欖巖捕虜體中單斜輝石的Sr-Nd同位素組成差異較大(圖4)；(2) La/Yb和Sm/Yb值主要受源區(qū)石榴石控制，能間接反映來(lái)源深度，研究區(qū)火山巖的La/Yb和Sm/Yb值主要落在石榴石橄欖巖熔融趨勢(shì)線附近，且和軟流圈地幔來(lái)源的大同新生代玄武巖一致(圖6)，也指示其源區(qū)深度較大。因此，本文認(rèn)為達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾堿性玄武巖主要來(lái)自軟流圈地幔。

圖6 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖La/Yb-Sm/Yb圖 (底圖據(jù)Xu et al.，2005)Fig.6 La/Yb vs. Sm/Yb diagram of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basalts (modified after Xu et al., 2005)

2.4 再循環(huán)成分加入

前人根據(jù)巖石地球化學(xué)特征判定中國(guó)東部新生代火山巖的源區(qū)往往有再循環(huán)物質(zhì)的加入，包括含水流體(Xuetal.，2018)、沉積物(Zengetal.，2010；Lietal.，2015，2017)和蝕變洋殼(Liuetal.，2008；Lietal.，2015)。這些再循環(huán)成分的加入改變了玄武巖的成分，也影響著火山巖的成因。因此，本文將探討達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖的源區(qū)是否存在上述再循環(huán)物質(zhì)的加入。根據(jù)微量元素和Sr-Nd-Pb同位素特征，本文認(rèn)為研究區(qū)火山巖源區(qū)存在蝕變洋殼和沉積物的共同加入。

板片俯沖過(guò)程中會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的脫水作用(Xuetal.，2018)，造成易溶于水的元素(Th、U、Ba和Pb)進(jìn)入地幔楔，而難溶于水的元素(Nb和Ta)保留在殘余板片中，進(jìn)而造成Ta-U和Nb-Th的分餾，并使得殘余板片中Nb和Ta的含量升高。如果這些殘余板片發(fā)生熔融作用，會(huì)將其富集Nb、Ta的特征帶入巖漿源區(qū)(Guoetal.，2016)。因此，玄武巖的(Ta/U)N和(Nb/Th)N比值能用來(lái)指示巖漿源區(qū)是否有俯沖洋殼的加入(Niu and Batiza，1997；Xiaoetal.，2006；Liangetal.，2009；Guoetal.，2016)。原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化的微量元素蛛網(wǎng)圖顯示(圖3)，達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖存在Nb-Ta正異常，且(Ta/U)N和(Nb/Th)N值較高(圖7a)，指示該地區(qū)的巖漿源區(qū)存在俯沖板片熔體加入。

除板片物質(zhì)加入達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖的地幔源區(qū)外，本文認(rèn)為沉積物也加入了其地幔源區(qū)，依據(jù)如下：(1)研究區(qū)火山巖具有富集重Zn同位素的特點(diǎn)(阿巴嘎0.47‰～ 0.50‰，達(dá)里諾爾0.47‰～0.49‰)，指示其源區(qū)有碳酸鹽成分加入(Liuetal.，2022)。(2)沉積物往往具有較高的Sr同位素和較低的Nd同位素特征，如果巖漿源區(qū)混有沉積物，火山巖會(huì)繼承其高Sr和低Nd同位素特點(diǎn)，達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖具有向高Sr和低Nd同位素演化的趨勢(shì)(圖4)。在206Pb/204Pb-208Pb/204Pb圖上(圖7b)，本區(qū)玄武巖落在DMM與EMII之間，具有二者混合特點(diǎn)，也表明玄武巖源區(qū)經(jīng)歷了混合。以DM和沉積物為端元的模擬結(jié)果顯示，沉積物混合比例在1% ～ 5%之間(圖7c)。

圖7 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖(Ta/U)N和(Nb/Th)N值 (a, 底圖據(jù)Niu and Batiza, 1997)、 206Pb/204Pb-208Pb/204Pb (b, 底圖據(jù)Shen et al., 2012)和87Sr/86Sr-εNd(t) (c, 底圖據(jù)Lai et al., 2017)DM-虧損地幔；OIB-洋島玄武巖；MORB-洋脊玄武巖；EM-富集地幔；NHRL-北半球參考線Fig.7 The discrimination diagrams of the Dariganga-Abaga-Dalinuor basalts(a) (Ta/U)N vs. (Nb/Th)N (after Niu and Batiza, 1997)；(b) 206Pb/204Pb vs. 208Pb/204Pb (after Shen et al., 2012)；(c)87Sr/86Sr vs. εNd(t) (after Lai et al., 2017). DM-Depleted Mantle; OIB-Oceanic Island Basalt; MORB-Mid-Ocean Ridge Basalt; EM-Enriched Mantle; NHRL-Northern Hemisphere Reference Line

2.5 輝石巖源區(qū)的判定

除達(dá)里干加火山巖外，前人對(duì)阿巴嘎和達(dá)里諾爾玄武巖的源區(qū)巖性進(jìn)行了研究，存在3種不同的認(rèn)識(shí)：(1) Chenetal.(2015)根據(jù)阿巴嘎玄武巖Fe/Zn值高(586～768)以及捕虜體的成分主要為橄欖巖，初步判斷阿巴嘎火山巖的源區(qū)巖性主要為橄欖巖；(2) Pangetal.(2019)認(rèn)為阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖的源區(qū)巖性為輝石巖，主要依據(jù)為計(jì)算的原始巖漿的CaO和MgO含量主要落在輝石巖范圍內(nèi)，且其Fe/Mn值和MnO含量與輝石巖接近，而與橄欖巖源巖差別較大; (3) Zhang and Guo(2016)根據(jù)阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖及其所含的橄欖石斑晶成分，判定該區(qū)火山巖的源區(qū)巖性為橄欖巖和輝石巖的混合。其中，源區(qū)存在輝石巖的依據(jù)為：相較于橄欖巖源區(qū)的原始熔體，阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖的原始熔體中CaO含量低(7.94%～9.45%)，而TiO2(大于2%)、MgO(10.05%～13.44%)含量高，僅僅發(fā)生橄欖巖源區(qū)的部分熔融并不能有效解釋這些現(xiàn)象，上述元素特征可能是輝石巖源區(qū)低程度部分熔融所致。此外，除玄武巖成分外，阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖的橄欖石斑晶具有低MnO含量(小于0.38%)和高Fe/Mn值(63.27～114.41)的特點(diǎn)，這也進(jìn)一步證明源區(qū)存在輝石巖。

前人通過(guò)玄武巖的CaO和MgO含量以及橄欖石的Ni含量特征推斷本區(qū)火山巖來(lái)源于輝石巖。但是，近來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，上述元素判別值受多種因素的影響(Yangetal.，2016)，進(jìn)而影響了研究區(qū)玄武巖來(lái)源于輝石巖源區(qū)的推斷。除源區(qū)巖性外，火山巖的Fe/Mn值還受地幔溫度壓力、輝石的分離結(jié)晶以及高Fe/Mn值的橄欖巖源區(qū)影響。碳酸鹽巖化的橄欖巖和富鐵的橄欖巖源區(qū)熔融也會(huì)使得熔體鐵含量升高，造成源區(qū)Fe/Mn值升高，干擾對(duì)巖漿是否來(lái)源于輝石巖源區(qū)的判斷。此外，橄欖石的高Ni含量和Fe/Mn值，受溫度效應(yīng)、巖漿混合、捕擄晶的溶解再平衡和橄欖石結(jié)晶于低鈣橄欖巖等多種因素的影響(Yangetal.，2016)。因此，應(yīng)用上述元素含量和比值特征判定研究區(qū)的巖漿來(lái)源于輝石巖地幔的依據(jù)還不夠充分。

在前人對(duì)阿巴嘎和達(dá)里諾爾火山巖研究的基礎(chǔ)上，本文對(duì)達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖的源區(qū)巖性進(jìn)行了研究，并得出輝石巖為其源區(qū)重要巖相的結(jié)論，依據(jù)如下：(1)與橄欖巖相比，輝石巖產(chǎn)生的熔體往往具有Fe/Mn值較高的特點(diǎn)(Herzberg，2006；Herzberg and Asimow，2008)。因此，玄武巖的Fe/Mn值能有效指示源區(qū)巖性。達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖的Fe/Mn值主要落在輝石巖區(qū)(圖8a)。(2)通過(guò)玄武巖主量元素成分計(jì)算的(FeOT/CaO)-(3×MgO/SiO2)值，能降低溫度、壓力對(duì)火山巖成分的影響，有效判斷源區(qū)巖性(Yangetal.，2016)。本區(qū)火山巖的(FeOT/CaO)-(3×MgO/SiO2)值主要落在輝石巖區(qū)(圖8b)。(3)橄欖石斑晶是玄武巖早階段分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物，其成分可能代表了較早階段的玄武巖熔體(Foleyetal., 2013)。相較于橄欖巖熔體形成的橄欖石，輝石巖熔體形成的橄欖石具有較低的Mn/Fe值和較高的Ni/[1000×(Mg/Fe)]值(Shietal., 2022)。此外，在橄欖石中，Ni和Mg均為相容元素，且橄欖石的Ni/[1000×(Mg/Fe)]值受巖漿分異作用影響較小(Shietal., 2022)。達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖的橄欖石斑晶具有較高的Ni/[1000×(Mg/Fe)]值(0.65～1.31)和較低的Mn/Fe值(0.99～1.41)，并且落在Koolau火山巖(源區(qū)為輝石巖)和次生輝石巖熔體結(jié)晶的橄欖石附近(圖8c)，指示本區(qū)火山巖的源區(qū)可能為輝石巖。因此，本文認(rèn)為輝石巖可能是研究區(qū)火山巖的重要源巖。

圖8 達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾玄武巖源區(qū)巖性判別圖(底圖分別據(jù)Liu et al., 2008; Yang et al., 2016; Shi et al., 2022)橄欖石成分?jǐn)?shù)據(jù)引自Zhang and Guo (2016)Fig.8 The discrimination diagrams of the Dariganga-Abaga-Dalinuor source melts (base maps after Liu et al., 2008; Yang et al., 2016; Shi et al., 2022)Data of olivines from Zhang and Guo (2016)

3 結(jié)論

晚新生代時(shí)期，大興安嶺-太行山重力梯度帶中段以西火山活動(dòng)強(qiáng)烈，在蒙古國(guó)達(dá)里干加和中國(guó)內(nèi)蒙古阿巴嘎-達(dá)里諾爾形成了亞洲東部面積較大的新生代火山區(qū)(樊祺誠(chéng)等，2015)。這三個(gè)面積廣大的火山區(qū)呈北西-南東向依次排列，具有相似的地質(zhì)和地球化學(xué)特征，且噴發(fā)年代相近，可能具有相似的成因。現(xiàn)將其共同特征總結(jié)如下：

(1)達(dá)里干加-阿巴嘎-達(dá)里諾爾火山巖主要形成于中新世-更新世，火山區(qū)內(nèi)發(fā)育火山錐和熔巖臺(tái)地，火山錐多沿?cái)嗔颜共?，指示斷裂的控制作用，熔巖臺(tái)地呈階梯狀，具有多階段噴發(fā)的特點(diǎn)。研究區(qū)火山巖以堿性玄武巖為主，拉斑玄武巖次之，且堿性玄武巖中常含有橄欖巖捕虜體?；鹕綆r常具斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶以橄欖石為主，輝石含量較少。

(2)研究區(qū)火山巖的SiO2和Na2O+K2O含量、Nb/U值以及微量元素分配模式與中國(guó)東部地殼值差異較大，其Sr-Nd同位素主要落在虧損地幔范圍內(nèi)，且堿性玄武巖中存在的地幔包體表明，本區(qū)火山巖受地殼混染作用較弱。MgO與Ni和Cr的負(fù)相關(guān)關(guān)系、與SiO2和Al2O3的正相關(guān)關(guān)系以及與CaO的線性變化說(shuō)明，研究區(qū)玄武巖發(fā)生了橄欖石和單斜輝石的分離結(jié)晶作用。

(3)根據(jù)三區(qū)火山巖Sr-Nd同位素值與來(lái)自軟流圈的火山巖相近，而與其上覆巖石圈地幔捕虜體差異較大，且La/Yb和Sm/Yb值落在石榴石橄欖巖熔融趨勢(shì)線附近，推斷本區(qū)火山巖源區(qū)主要為軟流圈地幔；玄武巖的(Ta/U)N和(Nb/Th)N值大于1和Nb-Ta正異常，指示其源區(qū)有俯沖板片成分的加入；此外，本區(qū)玄武巖的Sr-Nd同位素具有沉積物混合特征，且相對(duì)富集重Zn同位素特點(diǎn)，表明源區(qū)加入了沉積物。

(4)玄武巖的MnO、MgO、CaO含量以及Fe/Mn值落在輝石巖區(qū)，玄武巖成分計(jì)算的(FeOT/CaO)-(3×MgO/SiO2)值也落在輝石巖區(qū)，推斷輝石巖可能是三個(gè)火山區(qū)巖石的重要源巖。

致謝非常感謝審稿專家提出的寶貴意見，對(duì)我們最終成文幫助極大。