2020, Vol. 29
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2. 黑龙江省齐齐哈尔地质勘查总院, 黑龙江 齐齐哈尔 161006
2. Qiqihar Institute of Geological Exploration, Qiqihar 161006, Heilongjiang Province, China
大兴安岭火山岩带是我国东部中生代巨型火山岩带的重要组成部分，大地构造属兴蒙造山带[1].在大兴安岭火山岩带中北段，有关火山岩的划分主要为中晚侏罗世塔木兰沟组基性火山岩及晚侏罗世-早白垩世满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组、龙江组、光华组酸性-中酸性火山岩和梅勒图组基性火山岩[2-6].近年随着高精度锆石U-Pb同位素测年技术的发展，大兴安岭火山岩带中北段陆续发现中侏罗统新民组中酸性-酸性火山岩[7-8]❶❷❸，从内蒙古科右中旗扎木钦地区向北东至大兴安岭北段牙克石市三根河林场、满归林业局地区，目前仅有中南段新民组火山岩有过专门介绍与研究[9-10]，人们对中北段新民组火山岩岩石学、岩石地球化学特征尚缺乏认识，有关这一时期火山活动区域构造背景研究不够深入.为此本文以1:5万区域地质调查资料为基础，通过对大兴安岭北段内蒙古三根河林场新民组流纹岩开展岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学研究，分析岩石成因、构造环境，结合区域近同一时期岩浆时空分布，期望能为大兴安岭火山岩的研究提供新的参考资料.
❶黑龙江省地质调查研究总院. 1: 25万漠河、漠河县幅区域地质调查报告. 2014.
❷内蒙古自治区地质调查院. 1: 5万哈达岭、1254.9高地、三根河林场二段、三根河林场幅区域地质调查报告. 2015.
❸黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院. 1: 5万内蒙古布日都大队、马尼特、迪彦苏木、昌图希勒斯台幅区域地质矿产调查报告. 2016.
1 地质概况研究区地处大兴安岭火山岩带北段，大地构造位置处于额尔古纳地块，行政区划属内蒙古自治区牙克石市免渡河林业局三根河林场.地理坐标49°10′~49°20′N，121°45′~122°00′E.研究区内出露的地层主要有上泥盆统大民山组变砂岩、大理岩，中侏罗统新民组流纹岩、流纹质熔结凝灰岩，中-上侏罗统塔木兰沟组玄武岩、玄武安山岩，上侏罗统满克头鄂博组流纹质熔结凝灰岩、流纹岩、流纹质凝灰角砾岩和流纹质角砾凝灰岩，玛尼吐组英安质熔结凝灰岩、英安岩和英安质凝灰岩.侵入岩以早石炭世中粒英云闪长岩、早侏罗世细粒碱长花岗岩、晚侏罗世中细粒正长花岗岩和早白垩世花岗斑岩为主，分布于研究区中南部.地质构造主要发育NE向和NW向脆性断裂，显示早白垩世晚期构造特征（图 1）.
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图 1 研究区地质图 Fig.1 Geological sketch map of the study area 1-上侏罗统玛尼吐组（Upper Jurassic Manitu fm.）；2-上侏罗统满克头鄂博组（Upper Jurassic Manketou’ebo fm.）；3-中-上侏罗统塔木兰沟组（Middle-Upper Jurassic Tamulangou fm.）；4-中侏罗统新民组（Middle Jurassic Xinmin fm.）；5-上泥盆统大民山组（Upper Devonian Daminshan fm.）；6-早白垩世花岗斑岩（Early Cretaceous granite porphyry）；7-晚侏罗世正长花岗岩（Late Jurassic syenogranite）；8-早侏罗世碱长花岗岩（Early Jurassic alkali-feldspar granite）；9-早石炭世英云闪长岩（Early Carboniferous tonalite）；10-同位素样品采样位置（isotope sampling location）；11-地质界线（geological boundary）；12-不整合界线（unconformity）；13-断层（fault） |
流纹岩新鲜面呈灰色-紫红色，局部“红顶绿底”岩流特征明显（图 2a）.斑状结构，基质球粒结构，流纹构造.显微镜下（图 2b）岩石由斑晶透长石（10%）、斜长石（5%~10%）、石英（5%~20%）、少量黑云母和基质（60%~70%）组成.斑晶：透长石、斜长石，大小0.5~1 mm，宽板状；石英，细粒镶嵌集合体，呈浑圆状；黑云母，大小0.5 mm，片状.基质：钾长石，呈显微球粒状带状分布，少量细粒状石英分布于球粒之间.
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图 2 流纹岩（P9LT171）野外露头和显微照片 Fig.2 Outcrop and microphotograph of rhyolite sample P9LT171 Qz-石英（quartz）；Pl-斜长石（plagioklase）；Bi-黑云母（biotite）；San-透长石（sanidine）；Or-钾长石（potash feldspar） |
锆石分选、制靶在河北省区域地质调查研究院地质实验室完成.锆石阴极发光照相和LA-ICP-MS同位素测定在中国地质调查局天津地质调查中心实验室完成，利用193 mm激光器对锆石进行剥蚀，激光剥蚀束斑直径为35 μm，采用标准锆石TEMORA作为外标校正U-Pb同位素分馏，利用NIST612玻璃标样作为外标计算锆石样品的U、Th、Pb含量，详细的实验原理和流程见文献[11].采用ICP-MS DataCal程序[12]和Isoplot（ver3.0）程序[13]进行数据处理.
3.2 全岩化学分析方法主量元素、稀土元素和微量元素测试分析在自然资源部呼和浩特矿产资源监督检测中心（内蒙古自治区矿产实验研究所）完成，整个过程均在无污染设备中进行.主量元素采用全谱直读等离子体发射光谱仪（IRIS Intrepid Ⅱ）测定，稀土元素和微量元素采用Xseries2型等离子质谱仪测定，全岩主量元素、稀土元素和微量元素的分析精度分别优于5%和10%.
4 锆石U-Pb年龄测年样品中锆石颗粒在透射光和反射光下大部分为浅黄色-无色，半透明-透明.锆石粒径为30~165 μm，晶形呈次浑圆柱状、半自形双锥柱状及短柱状，长宽比为1.2:1~4:1.阴极发光图像显示锆石内部结构清晰，均发育典型的振荡环带结构（图 3），表明为岩浆成因锆石.选择了25颗自形程度和透明度均较好的锆石进行LA-ICP-MS U-Pb分析，锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素测定结果见表 1. 25个测试点的U-Pb年龄均落于谐和曲线之上（图 4），其测年结果为165.71±0.83 Ma，表明岩石形成于中侏罗世.
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图 3 流纹岩样品（P9LT171）锆石CL图像 Fig.3 CL images of the zircons in rhyolite sample P9LT171 |
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表 1 流纹岩样品（P9LT171）LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb isotopic test results of rhyolite sample P9LT171 |
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图 4 锆石谐和年龄图 Fig.4 The concordia diagram of zircons |
样品地球化学分析结果列于表 2.流纹岩以高硅、碱、过铝质为特征，SiO2在71.05%~76.77%之间，平均值74.14%，（Na2O+K2O）在6.66%~8.49%之间，平均值7.72%.铝饱和指数（A/CNK）在1.02~1.17之间.在TAS分类图（图 5）中，样品点全部落入亚碱性系列区，具全部投入流纹岩分类区；在K2O-SiO2图解（图 6）中，样品点全部落入高钾钙碱性系列区.因此该套火山岩属于亚碱性系列高钾钙碱性过铝质流纹岩.
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表 2 流纹岩主量元素和微量元素组成 Table 2 Contents of major and trace elementsin rhyolite samples |
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图 5 流纹岩TAS分类图解 Fig.5 The TAS diagrams of rhyolites A-碱性系列区（alkaline series）；B-亚碱性系列区（subalkaline series） |
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图 6 流纹岩K2O-SiO2判别图解 Fig.6 The K2O-SiO2 discrimination diagram of rhyolites |
流纹岩稀土元素总量（ΣREE）中等，为135.76×10-6~299.62×10-6，平均值为190.51×10-6，球粒陨石标准化稀土元素配分型式为右倾“海鸥式”（图 7）.（La/Yb）N值为13.47~21.98，显示流纹岩轻重稀土元素分馏明显，轻稀土元素相对富集，重稀土元素相对亏损.轻稀土元素具明显的Eu亏损，重稀土元素具明显的Dy亏损，反映源区具有与Eu关系密切的斜长石及与Dy关系密切的独居石矿物相的残留或岩浆演化过程中经历了斜长石和独居石的分离结晶作用.微量元素原始地幔标准化模式图（图 7）中，所有样品的分布形式相似，大离子亲石元素Ba、Sr相对亏损，高场强元素Th、U相对富集，Nb、Ti、Dy相对亏损.曲线具有Ba、Sr、Nb、Ti、Dy明显负异常.
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图 7 流纹岩稀土元素和微量元素标准化模式图 Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns and primitive mantle-normalized trace element spidergrams of rhyolites |
流纹岩高硅、富碱、过铝质，与A型花岗岩常量元素组成特征相似[14]. Rb/Sr均值3.50，与A型花岗岩Rb/Sr平均值3.52相当[15]. Zr值211.72×10-6~648×10-6，平均值331.26×10-6（＞250×10-6），Zr+Nb+Ce+Y值293.16×10-6~739.2×10-6，平均值430.41×10-6（＞350×10-6），均高于典型非造山A型花岗岩含量[15]，反映流纹岩具A型花岗岩的特征，属A型流纹岩.在流纹岩岩石成因类型判别图（图 8）中，样品点均投入A型花岗岩区.主量元素与微量元素均反映本区新民组流纹岩为A型流纹岩.
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图 8 流纹岩岩石成因类型判别图 Fig.8 The discrimination diagram for petrogenesis of rhyolites |
关于A型流纹岩成因，主要观点有[16]：1）幔源玄武岩浆的结晶分异作用；2）深部岩石的部分熔融；3）壳幔岩浆混合.研究表明，本区流纹岩为一套亚碱性系列酸性火山岩，微量元素Rb/Sr值1.72~6.66（＞0.5），Ti/Y值49.06~100.84（＜100），Ti/Zr值3.30~5.38（＜20），显示其壳源的特点[17].
葛文春等[18]在对大兴安岭中生代流纹岩成因的地球化学研究中划分出两类流纹岩：Ⅰ型流纹岩与Ⅱ型流纹岩.其中Ⅱ型流纹岩具有与大陆裂谷流纹岩一致的稀土和不相容元素分布模式，以Ba、Sr的强烈亏损与Ⅰ型流纹岩相区别，与碱性系列玄武岩类构成双峰式火山岩组合，成因与地壳岩石的非理想熔融作用相联系.显然本研究流纹岩稀土与微量元素特征与上述Ⅱ型流纹岩近一致，暗示为地壳部分熔融作用的产物，其形成可能与地幔岩浆上涌引起的地壳物质的部分熔融有关.流纹岩明显的Eu、Dy负异常和Ba、Sr的强烈亏损表明源区为斜长石和独居石的稳定区.
在流纹岩微量元素Th/Yb-Ba/La比值图（图 9）中，样品投点反映，岩浆形成与流体交代无关，暗示其不是由俯冲作用引起，排除了岩浆起源与蒙古-鄂霍次克缝合带俯冲-碰撞有关系的猜想.
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图 9 流纹岩微量元素Th/Yb-Ba/La比值图 Fig.9 The Th/Yb-Ba/La diagram for trace elements of rhyolites |
综上，本文研究的流纹岩是由地壳物质部分熔融形成，源区部分熔融残留物为斜长石和独居石.
6.3 构造背景本区流纹岩属A型流纹岩，在流纹岩的Y-Nb-3Ga和Y-Nb-Ce三角图解（图 10）中，投影点基本落入非造山花岗岩区，其形成与张性构造环境有关.
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图 10 流纹岩Y-Nb-3Ga和Y-Nb-Ce三角图解 Fig.10 The Y-Nb-3Ga and Y-Nb-Ce triangular diagrams of rhyolite A1-非造山花岗岩（anorogenic granite）；A2-造山后花岗岩（post-orogenic granite） |
近年在大兴安岭火山岩带中北段-中南段陆续发现了多处中侏罗世新民期酸性火山岩，主要有：1）大兴安岭呼中区飞虎山流纹质岩屑晶屑角砾凝灰岩（167 Ma，LA-ICP-MS）[8]；2）大兴安岭满归镇北岸林场英安岩（166 Ma，LA-ICP-MS）❶；3）本文三根河林场流纹岩（165.71±0.83 Ma，LA-ICP-MS）❷；4）内蒙古东乌珠沁旗布日都公社流纹质凝灰岩（165.0 Ma，LA-ICP-MS）❸；5）大兴安岭中南部中侏罗统新民组（161.6 Ma，LA-ICP-MS）[9]；6）内蒙古科右中旗扎木钦地区新民组（162.1±1.3 Ma，LA-ICP-MS）[10].空间上与大兴安岭南段新民组火山岩形成NE向带状展布，表明整个大兴安岭火山岩带在中侏罗世处于张性构造环境.
❶黑龙江省地质调查研究总院. 1: 25万漠河、漠河县幅区域地质调查报告. 2014.
❷内蒙古自治区地质调查院. 1: 5万哈达岭、1254.9高地、三根河林场二段、三根河林场幅区域地质调查报告. 2015.
❸黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院. 1: 5万内蒙古布日都大队、马尼特、迪彦苏木、昌图希勒斯台幅区域地质矿产调查报告. 2016.
包括研究区在内大兴安岭中北段，分布有与新民组同一时期塔木兰沟组碱性-亚碱性基性火山岩[19]❹.通过前述成因讨论可以看出，本区新民组酸性火山岩具有与碱性系列玄武岩类构成双峰式火山岩组合的可能，因此，本区新民组酸性火山岩很可能与塔木兰沟组基性火山岩构成双峰式火山岩组合.塔木兰沟组形成于张性裂谷构造环境[19]❹，但多年来其构造背景与大兴安岭火山岩带的关系一直不明晰，与南段新民组更无任何关联，甚至有观点认为大兴安岭南段新民组仅分布在华北地层大区内、塔木兰沟组仅分布于北疆-兴安地层大区内，二者向北和向南均不过西乌珠沁旗-霍林郭勒市-乌兰浩特市一线[2].现在看来这种认识有待商榷.
❹黑龙江省地质调查研究总院齐齐哈尔分院. 1: 25万呼中镇幅区域地质调查报告. 2000.
新民组火山岩以其鲜明的NE走向横跨在古亚洲域不同构造单元之上，新民组在大兴安岭南段发育于陆相含煤盆地中，在大兴安岭中北段常见于高大山体中，而同时期在大兴安岭中北段有南平组小型断陷盆地或山间凹陷盆地发育.强烈的火山喷发和一系列小型断陷盆地的发育，形成了这一时期盆岭构造格局，显示了这一时期大兴安岭火山岩带的火山构造活动特点.
7 结论1）锆石U-Pb同位素定年结果表明，流纹岩形成于165.71±0.83 Ma，属中侏罗世.
2）地球化学分析显示，流纹岩为地壳物质经部分熔融作用而成，属非造山A型流纹岩.
3）流纹岩构造环境研究表明，大兴安岭火山岩带于中侏罗世处于张性构造环境.
4）区域上新民组在大兴安岭火山喷发带呈NE向发育，强烈的火山喷发和一系列小型断陷盆地的发育，形成了这一时期盆岭构造格局.
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