0 引言

中国东北地区位于古亚洲构造域、环太平洋构造域和蒙古—鄂霍茨克构造域叠加复合的部位^[1-2]，该区分布的大量岩浆岩对反演区域构造演化具有十分重要的意义。随着本区域年代学和地球化学的研究，区域古生代的构造演化已经比较清晰，中生代的构造演化也取得了很大进展^[3-4]。但关于大兴安岭中生代的构造演化仍存在争议，尤其是晚中生代的构造演化，主要可能是叠加了环太平洋构造域和蒙古—鄂霍茨克构造域的双重影响^[4]。

额尔古纳地块位于大兴安岭西部，紧邻蒙古—鄂霍茨克缝合带，是中国境内最可能受蒙古—鄂霍茨克构造域影响的地区。前人^[5-7]对该区早中生代火成岩进行了系统的研究，对蒙古—鄂霍茨克洋早中生代南向俯冲的历史进行了限定。但关于该大洋的闭合还存在争议：许文良等^[4]通过对东北地区中生代火山岩分布和地球化学特征的系统总结，限定大洋闭合于中侏罗世，晚侏罗世—早白垩世为后碰撞伸展阶段。Deng等^[8]对额尔古纳地块北部富克山斑岩型铜矿的研究表明，蒙古—鄂霍茨克洋于晚侏罗世仍存在俯冲，大洋最终闭合时间为早白垩世早期。满洲里南部是额尔古纳乃至大兴安岭晚侏罗世火山岩分布最广的地区，对该区晚侏罗世火山岩进行详细的地球化学研究能为进一步探讨大兴安岭晚中生代的构造背景及蒙古—鄂霍茨克洋的演化提供翔实资料。满洲里南部地区虽然有塔木兰沟组火山岩的报道^[9-10]，但其主要集中在北部灵泉盆地和南部中蒙边界附近，对新巴尔虎右旗中西部地区相对研究较少。该区分布有甲乌拉及查干布拉根银铅锌矿床，这些火山岩的年代学和地球化学研究对找矿勘探也具有一定的指导意义。笔者在相关项目的支持下，对新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩进行了锆石U-Pb定年和地球化学研究工作，以期进一步深化大兴安岭晚中生代成岩成矿构造背景的研究。

1 地质背景及岩石学特征

研究区位于内蒙古满洲里市南部新巴尔虎右旗一带，大地构造位置处于额尔古纳地块上(图 1)，西邻蒙古—鄂霍茨克缝合带。前中生代地层零星分布，主要为新元古界青白口系佳疙瘩组中浅变质岩系(Qnj)，岩性主要为云母石英片岩、绿泥石绢云石英片岩。中生代地层发育，为陆相火山岩系和陆相碎屑沉积岩，自下而上依次为侏罗系中统万宝组(J₂w)，侏罗系上统塔木兰沟组(J₃t)、木瑞组(J₃m)、满克头鄂博组(J₃mk)、玛尼吐组(J₃mn)，白垩系下统白音高老组(K₁b)。万宝组主要为一套陆相碎屑岩，其与上覆塔木兰沟组火山岩呈平行不整合接触；满克头鄂博组岩性以流纹岩及流纹质凝灰岩为主，与下伏塔木兰沟组不整合接触；玛尼吐组岩性主要为安山岩、粗安岩和粗面岩；白音高老组岩性主要为流纹岩、流纹质凝灰岩和熔结凝灰岩。研究区侵入岩较为发育，由一套浅成相中性和中偏酸性的侵入杂岩组成，为燕山运动晚期与火山岩同源、同期或稍晚的岩浆活动产物。得尔布干断裂在满洲里东南部通过，呈NE向展布，断层面倾向NW，倾角为60°~70°，断裂带地表通过处为负地形，形成河流和湖泊。得尔布干断裂带及其派生的次级断裂控制了研究区中生代火山喷发、岩浆侵入和多金属成矿作用。

塔木兰沟组主要分布于色很诺儿、呼吉仁诺儿和洪高仁诺儿等地，分布面积160 km²。岩性主要有玄武质粗面安山岩、粗面安山岩和粗面岩。特征如下：

玄武质粗面安山岩呈灰黑色，斑状结构，块状构造。斑晶为斜长石，占岩石总体积分数的5%~10%，半自形板条状，粒径1~2 mm。基质为交织结构，由斜长石、辉石和少量磁铁矿组成。斜长石占基质体积分数的70%，呈条柱状，0.1~0.3 mm，大的晶体搭成格架；辉石多为等轴状及不规则状，充填在长石格架中，表面多有铁质析出，占基质体积分数的25%；磁铁矿等铁质物占基质体积分数的5%。

粗面安山岩多呈灰黑色，斑状结构，块状构造。斑晶主要为斜长石，半自形板柱状，0.5~1.0 mm，占岩石总体积分数的10%~15%。基质为交织结构，由角闪石、斜长石微晶和少量磁铁矿组成。斜长石微晶小长柱状，0.05~0.20 mm，占基质体积分数的40%~65%；角闪石微晶呈长柱状，0.1~0.3 mm，多色性不明显，浅黄—黄绿色，占基质体积分数的30%~35%；磁铁矿等铁质物占基质体积分数的5%。

粗面岩呈紫黑色，斑状结构，块状构造。斑晶主要为斜长石、碱性长石和角闪石。其中，斜长石斑晶长柱状、板状，0.6~1.0 mm，占岩石总体积分数的4%；碱性长石斑晶长柱状，约0.5 mm，具卡氏双晶，占岩石总体积分数的3%；角闪石斑晶长柱状，0.5~1.0 mm，浅黄绿色—深黄绿色的多色性，占岩石总体积分数的3%。基质为粗面结构，其中：长石微晶有较好的方向性排列，占基质体积分数的80%；角闪石微晶呈细小的等轴状和小柱状充填在长石颗粒之间，占基质体积分数的20%；还有少量磁铁矿。

2 塔木兰沟组火山岩的形成时代

为准确确定新巴尔虎右旗塔木兰沟组的形成年代，本文对1件灰紫色安山岩(RZ4)进行了TIMS锆石U-Pb同位素分析，测年在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，分析结果如表 1和图 2所示。安山岩中3个锆石试样点均落在U-Pb谐和曲线上，给出2组年龄，其中：1、3号点²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄加权平均值为(154.0±2.3)Ma，代表成岩年龄；2号点²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄值为(251.0±3.4)Ma，可能是岩浆上升途中捕获围岩锆石的年龄。由此可知，该区至少存在晚二叠世岩浆活动。

上述定年结果与前人在邻区所获玄武岩样品的⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄^[9]和锆石U-Pb年龄^[10]基本一致，因此，新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩应形成于晚侏罗世。

3 地球化学特征

全岩地球化学分析在核工业二四○研究所分析测试中心完成。主量元素采用X射线荧光光谱(XRF)玻璃熔片法分析，稀土和微量元素采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)分析方法。表 2列出了塔木兰沟组火山岩代表性样品的主量和微量元素分析结果。由表 2可知，新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩的SiO₂质量分数为51.66%~66.81%，Al₂O₃质量分数较高(w(Al₂O₃)为15.06%~19.37%)，较富碱(w(Na₂O+K₂O)为7.12%~10.19%)，镁质量分数较低(w(MgO)为0.55%~3.36%)，镁值较小(Mg^#=0.17~0.49)。CIPW标准矿物计算结果显示，除1件样品外其余样品都出现石英标准矿物分子，其质量分数介于3.05%~18.28%之间，均小于20%。在火山岩TAS分类图解(图 3)上，样品主体为碱性系列，部分落在碱性系列和亚碱性系列火山岩分界线附近，岩性有玄武质粗面安山岩、粗面安山岩和粗面岩(标准矿物石英 < 20%)。在Harker图解(图 4)上：TiO₂、TFe₂O₃、CaO质量分数和CaO/Al₂O₃值随着SiO₂质量分数升高而降低，说明新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩经历了镁铁质矿物(如橄榄石和单斜辉石)的分离结晶作用；相容元素Co和Ni质量分数随SiO₂质量分数升高而线性降低也表明, 其主要经历了橄榄石和单斜辉石的分离结晶。

稀土元素球粒陨石标准化配分图(图 5a)显示，所有样品都表现出相同的变化趋势，具有轻稀土元素富集的右倾特征。稀土元素总量为133.23×10^-6~ 298.77×10^-6，轻重稀土分馏明显，分馏系数(La/Yb)_N为9.51~17.21，Eu略具异常，δEu为0.78~1.04。微量元素原始地幔标准化图(图 5b)显示，塔木兰沟组火山岩具有富集大离子亲石元素(LILE)，如Rb、Ba、K和LREE，亏损高场强元素(HFSE)，如Nb、Ta、Ti的特点。大离子亲石元素和轻稀土元素的富集暗示岩浆可能来自富集地幔源区，高场强元素Nb、Ta和Ti的亏损揭示岩浆源区存在流体交代作用。相容元素质量分数较低，w(Cr)为1.61×10^-6~77.54×10^-6，w(Co)为12.56×10^-6~28.84×10^-6，w(Ni)为8.94×10^-6~74.19×10^-6。火山岩的Rb/Sr值主要变化于0.07~0.20之间，明显高于原始地幔(0.03)、E-MORB(洋脊玄武岩)(0.033)和OIB(洋岛玄武岩)(0.047)的Rb/Sr值。

4 讨论 4.1 岩浆源区

新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩具有明显富集大离子亲石元素(LILE)和轻稀土元素(LREE)，亏损重稀土元素和高场强元素如Nb、Ta、Ti的特征，表明岩浆上升过程中受到了地壳物质的混染或者岩浆起源于富集地幔的熔融。Nb/La-Ba/Rb图解(图 6a)可以区分地壳混染作用和地幔源区特征^[11]；幔源岩浆演化过程中遭受地壳混染作用会导致Nb/La值变化较大，而Ba/Rb值变化小；富集地幔来源的岩浆Ba/Rb值变化大，Nb/La值几乎不变。新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩在Nb/La-Ba/Rb图解上具有近水平的趋势，表明岩浆基本未受到或仅轻微受到地壳物质的混染，其地球化学特征主要反映了岩浆源区的性质。此外，地壳物质的混染将产生随SiO₂质量分数增加(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i值增高和ε_Nd(t)值降低的趋势，满洲里地区已发表资料塔木兰沟组火山岩随着SiO₂质量分数增加(⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_i和ε_Nd(t)值基本相等，呈近水平分布^[12]，也说明地壳物质的混染作用是微弱的。因此，本区塔木兰沟组火山岩岩浆在上升过程中没有受到地壳物质的明显混染，地球化学特征主要反映其地幔源区的特征。研究表明，软流圈地幔来源的岩浆具有相对较低的轻稀土元素/高场强元素比值(LREE/HFSE)，如La/Nb < 1.5、La/Ta < 22，而起源于富集岩石圈地幔熔岩的La/Nb>1.5、La/Ta>30^[13-14]。新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩的La/Nb为2.46~5.81(>1.5)，La/Ta为42.15~135.06(>30)，暗示岩浆可能起源于富集的岩石圈地幔。

俯冲交代作用是岩石圈地幔富集的主要机制，主要有洋壳脱水形成的流体或洋壳沉积物熔体交代两种方式。俯冲流体和沉积物熔体交代可以通过微量元素比值加以判断，流体活动元素如Ba、Rb、Sr在含水流体中易于迁移，而熔体活动元素如Th、La易进入沉积物熔体。因此，流体或沉积熔体活动元素与活动性弱的高场强元素或重稀土元素的比值，可以很好地判断俯冲流体和沉积物熔体对地幔源区的贡献。如，Ba/La、Sr/La线性趋势显示俯冲板块释放的流体发挥了重要作用，La/Yb和Ce/Yb线性趋势是俯冲沉积物参与岩浆作用过程所致^[15]。在Sr/La-La/Yb和Ba/La-Ce/Yb图解(图 6b，c)中，新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩显示了良好的俯冲流体交代趋势，反映了板片来源的流体加入到玄武岩地幔源区中，而俯冲沉积物部分熔融产生的熔体作用较小。此外，样品具有较高的Th/Zr值和较低的Nb/Zr值(图 6d)，也显示地幔交代作用以俯冲流体的交代作用为主^[16]。因此，塔木兰沟组火山岩浆起源于俯冲流体交代过的岩石圈地幔。

4.2 火山岩形成的构造背景

东北地区晚侏罗世火山岩主要分布于蒙古—鄂霍茨克缝合带南侧大兴安岭，松辽盆地和吉黑东部基本上不存在该期火山作用^[4]，且该时期古太平洋板块向欧亚大陆俯冲的方向是向北的^[17]，火山岩的时空分布特征表明大兴安岭晚侏罗世火山岩的形成主要与蒙古—鄂霍茨克洋的演化有关。近年来，前人^[18-21]对满洲里—额尔古纳地区早中生代花岗岩和斑岩型铜钼矿床进行了详细研究，确认了蒙古—鄂霍茨克洋向南俯冲的存在。晚三叠世太平川、八大关斑岩型铜钼矿和早侏罗世乌奴格吐山斑岩型铜钼矿的形成反映该时期处于活动陆缘的构造背景，同期花岗岩主要为花岗闪长岩-二长花岗岩组合，与活动大陆边缘花岗岩组合一致，同样表明蒙古—鄂霍茨克洋存在南向俯冲。许文良等^[4-5]对额尔古纳地块中生代火成岩也进行了系统总结，该区早侏罗世主要为钙碱性火成岩组合，晚侏罗世发育碱性系列火山岩^[22-23]，早白垩世发育双峰式火山岩，岩浆作用特点的变化记录了蒙古—鄂霍茨克洋从早侏罗世大洋俯冲至晚侏罗世造山后伸展的转换。Gou等^[24]对额尔古纳地块晚中生代火成岩的研究显示该期花岗岩多属于A型，且为A2型，形成于蒙古—鄂霍茨克洋后碰撞伸展阶段。同时，该时期火成岩具有由埃达克岩向正常火成岩的转变趋势，指示蒙古—鄂霍茨克造山带伸展垮塌、地壳减薄过程中部分熔融形成花岗岩的源岩深度逐渐变浅。新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩多属于碱性系列，同样反映其形成于伸展构造背景下。结合区域构造演化，本文认为新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩主要是在伸展构造环境下形成的，其形成主要与蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的伸展作用有关。

5 结论

根据新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩的年代学与地球化学研究，同时结合该区已有的研究成果，得出如下主要结论：

1) 新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩主要由玄武质粗面安山岩、粗面安山岩和粗面岩组成，形成于约154 Ma的晚侏罗世。

2) 新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素，岩浆源区为俯冲流体交代过的富集型岩石圈地幔。

3) 新巴尔虎右旗塔木兰沟组火山岩是蒙古—鄂霍茨克洋闭合后岩石圈伸展环境下的产物。