大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩年代学、地球化学及岩石成因

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司秋亮, 崔天日, 唐振, 李伟, 吴新伟, 江斌, 李林川. 大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩年代学、地球化学及岩石成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(2): 389-403 复制到剪切板

Si Qiuliang, Cui Tianri, Tang Zhen, Li Wei, Wu Xinwei, Jiang Bin, Li Linchuan. Chronology,Geochemistry and Petrogenesis of the Volcanic Rocks in Manitu Formation in Chaihe Area, Central Great Xing'an Range[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2015, 45(2): 389-403. 复制到剪切板

大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩年代学、地球化学及岩石成因

司秋亮^1,2, 崔天日², 唐振^2,3, 李伟², 吴新伟^2,3, 江斌^2,3, 李林川^2,3

1. 东北大学资源与土木工程学院, 沈阳 110819;
2. 沈阳地质矿产研究所/中国地质调查局沈阳地质调查中心, 沈阳 110034;
3. 吉林大学地球科学学院, 长春 130061

收稿：2014-07-16

基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金项目(20110042110032);中国地质调查局区域地质大调查项目(12120113053800,1212011085210)

作者简介: 司秋亮(1982-),男,博士研究生,工程师,主要从事火山岩方面的研究,E-mail:siqiuliang@126.com

摘要：对大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和岩石地球化学研究,以了解其形成时代、岩石成因及其所揭示的区域构造背景。玛尼吐组火山岩岩相学鉴定结果为安山岩、英安岩,化学成分显示其为粗面英安岩、粗面岩和英安岩。玛尼吐组火山岩锆石多呈自形半自形晶,振荡环带发育,Th/U=0.33~2.08,指示其岩浆成因。定年结果显示,玛尼吐组火山岩形成于139~148 Ma的晚侏罗世。岩石地球化学研究表明,玛尼吐组火山岩的w(SiO₂)为64.87%~68.65%,w(Al₂O₃)为15.53%~16.72%,全碱w(Na₂O+K₂O)为6.75%~9.22%,K₂O/Na₂O=0.63~1.57,属于高钾钙碱性系列。所有样品的稀土配分曲线具有相似的特征,稀土丰度总量w(∑REE)为(124.95~208.57)×10^-6,轻重稀土分馏明显,(La/Yb)_N=11.50~14.88, Eu负异常(0.45~1.17),微量元素以富集Rb、Ba、K,亏损Nb、P、Ti为特征。玛尼吐组火山岩原始岩浆来源于地壳岩石的部分熔融,形成于蒙古-鄂霍茨克缝合带闭合后的岩石圈伸展构造环境。

关键词： LA-ICP-MS锆石U-Pb定年地球化学火山岩玛尼吐组柴河地区大兴安岭中段

Chronology,Geochemistry and Petrogenesis of the Volcanic Rocks in Manitu Formation in Chaihe Area, Central Great Xing'an Range

Si Qiuliang^1,2, Cui Tianri², Tang Zhen^2,3, Li Wei², Wu Xinwei^2,3, Jiang Bin^2,3, Li Linchuan^2,3

1. College of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China;
2. Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources/Shenyang Center of Geological Survey, China Geological Survey, Shenyang 110034, China;
3. College of Earth Sciences, Jilin University, Changchun 130061, China

Abstract:The zircon LA-ICP-MS U-Pb dating and geochemistry are reported for the volcanic rocks in Manitu Formation in Chaihe, central Great Xing'an Range in order to discover its formation time, petrogenesis and the regional tectonic setting Petrographically.The volcanic rocks in Manitu Formation are composed of andesite and dacite,but they are trachyte, trachydacite, and dacite based on its chemical composition. Zircon from these volcanic rocks are euhedral-subhedral in shape, with fine-scale oscillatory growing ring. The Th/U ratio of (0.33-2.08) indicates a magmatic origin. The dating results show that the volcanic rocks in Manitu Formation are formed in Late Jurassic from 139 to 148 Ma. The geochemical study shows that the SiO₂ of the andesite is between 64.87%-68.65%,Al₂O₃ is between 15.53%-16.72%,Na₂O+K₂O is between 6.75%-9.22%,K₂O/Na₂O is between 0.63-1.57, falling in the series of high-potassium calc-alkaline. All samples have a similar REE pattern with a significant fractionation of LREE from HREE((La/Yb)_N =11.50-14.88)and negative Eu anomalies(δEu=0.45-1.17). The total rare earth element is from 124.95×10^-6 to 208.57×10^-6. The trace element geochemistry is characterized evidently by enrichment of Rb, Ba, K, depletion of Nb, P, Ti. Its original magma is derived from the partial melting of the crust,during an extension after the closure of the Mongol-Okhotsk Ocean.

Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb dating geochemistry volcanic rocks Manitu Formation Chaihe area Central Great Xing'an Range

0 引言

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,该火山岩带呈北北东向横亘于西伯利亚板块和华北板块及其缝合带之上。该区晚中生代火山岩分布面积广、岩石类型多样、地球化学特征及形成构造背景复杂。研究区位于大兴安岭中段，晚侏罗世到早白垩世火山岩分布广泛。玛尼吐组火山岩是晚中生代火山岩的重要组成部分，代表了一次重要的岩浆活动事件。虽然前人对大兴安岭晚中生代火山岩做过一些研究，积累了大量的资料，主要为大兴安岭北段^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]}和少量大兴安岭中南段火山岩的资料^{[16, 17, 18, 19, 20, 21]}，而针对大兴安岭中段玛尼吐组火山岩的年代学和地球化学研究相对较少^{[2, 3, 21]}。因此，关于大兴安岭中段玛尼吐组火山岩时代归属问题，至今意见尚不一致。由此看来，对玛尼吐组火山岩开展更多的年代学和地球化学研究已十分必要。笔者通过对大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩开展锆石U-Pb年代学及地球化学研究，探讨其形成时代、岩石成因和构造背景。

1 地质背景及岩石学特征

研究区大地构造位置位于兴蒙造山带东段、大兴安岭主断裂中段，中生代隶属于滨西太平洋中——新生代巨型火山岩带大兴安岭火山岩带次一级柴河——济沁河火山喷发带。区内大面积分布中生代火山岩和侵入岩(图 1)，前中生代地层出露很少，仅有小面积上泥盆统大民山组和中奥陶统多宝山组，此外，在绰尔河沿岸有第四系大黑沟组玄武岩出露。区内侵入岩形成时代为白垩纪、侏罗纪和二叠纪，岩性主要为碱长花岗岩、二长花岗岩和石英二长闪长岩。研究区晚中生代火山活动强烈，分布面积广，但是地层划分并不统一，同一套地层在内蒙古自治区、冀北——辽西地区、黑龙江省有着不同的命名。1996年，在全国地层清理过程中，内蒙古自治区地质矿产局将大兴安岭全区晚中生代火山岩地层进行了统一厘定，由老到新划分为塔木兰沟组、满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组和梅勒图组。塔木兰沟组主要为玄武安山岩、安山岩，满克头鄂博组主要为流纹岩和流纹质凝灰岩，玛尼吐组主要为粗面英安岩、粗面岩、英安岩，白音高老组主要为流纹岩和流纹质凝灰岩。

图 1 研究区地质简图(a)及大地构造位置图(b)

Fig. 1 Geological sketch map(a) and tectonic map (b)of the studied area

图选项

玛尼吐组主要分布在研究区中部，北东向展布，多喷发不整合覆盖在上侏罗统满克头鄂博组之上，被白音高老组和大黑沟组不整合覆盖。玛尼吐组火山岩岩性主要为粗面英安岩、粗面岩、英安岩。

粗面英安岩(PM211b36) 斑状结构，基质微晶粗面结构，块状构造。斑晶：斜长石，无色，自形——半自形板柱状并具溶蚀结构，干涉色一级灰白至一级黄，常见聚片双晶，个别较大斑晶可见环带构造，应用⊥(010)切面最大消光角法测定斜长石号码An为25，为更长石；粒径0.3～3.0 mm，体积分数为15%；普遍绿帘石化及局部绿泥石化蚀变；部分斑晶可见石英穿插生长其间形成蠕虫结构。透长石，无色，自形——半自形板柱状并具溶蚀结构，横向裂纹发育，负低突起，干涉色一级灰至一级灰白，常见卡氏双晶，偶见十字双晶；粒径0.2～2.0 mm，体积分数为5%；具轻微绿帘石化及绿泥石化蚀变，强度不及斜长石；部分斑晶中可见与石英交生成显微文象结构。石英，无色，少见半自形粒状斑晶，多为蠕虫状或液滴状与长石、角闪石斑晶交生构成蠕虫结构或显微文象结构；正低突起，干涉色一级灰至一级黄白，波状消光；粒径0.2～0.5 mm，体积分数为5%。角闪石，自形柱状，暗化边结构及溶蚀结构，横截面具角闪石式节理，与石英构成显微文象结构；粒径0.5～1.5 mm，体积分数为2%～3%。副矿物：磷灰石，无色，自形针状，横截面六边形，平行消光，干涉色一级灰，粒径0.1 mm左右，体积分数不足1%。不透明矿物：褐铁矿，不透明，自形立方体或他形，边缘较薄可透光部位呈红色——红褐色。自形晶可能由黄铁矿氧化而成，呈黄铁矿假象；他形晶可能为角闪石暗化反应形成的铁镁矿物氧化而成；粒径0.1～0.5 mm，体积分数为3%。基质：由长英质微晶组成，长石微晶定向排列构成粗面结构(图 2)。

图 2 玛尼吐组火山岩野外露头照片及显微照片

Fig. 2 Outcrop photograph and microphotograph of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

粗面岩(PM211b40) 斑状结构，基质微晶粗面结构，块状构造。斑晶：斜长石，无色，自形——半自形板柱状并具溶蚀结构，干涉色一级灰白，可见聚片双晶，由于斑晶少无法找到合适切面测定斜长石；粒径0.3～1.5 mm，体积分数为1%；普遍绿帘石化及局部绿泥石化蚀变。透长石，无色，自形——半自形板柱状并具溶蚀结构，横向裂纹发育，负低突起，干涉色一级灰至一级灰白，可见卡氏双晶；粒径0.2～1.5 mm，体积分数为3%；具绿帘石化及绿泥石化蚀变。角闪石，自形长柱状，晶体边部或小晶体全部暗化并具溶蚀结构；粒径0.2～1.5 mm，体积分数为5%。基质：由长英质及角闪石微晶组成，针柱状微晶定向排列构成粗面结构，整体轻微绿泥石化。

英安岩(PM211b3) 斑状结构，块状构造。斑晶：斜长石，灰白色，呈自形、半自形板状，板柱状；粒径0.5～2.0 mm，体积分数为10%；不同程度绢云母化，晶体表面泥化；具聚片双晶、卡钠双晶，为中长石，个别具环带结构。暗色矿物：呈自形柱状，横切面呈菱形，粒径0.3～1.3 mm，体积分数为3%；大部分为绿帘石、绿泥石交代，呈假象出现，并析出较多的铁矿物，个别见有少量褐色柱状残晶；C∧Ng＝16°，正延性，为角闪石，少量可能由黑云母蚀变而成，含有磷灰石。基质：呈交织结构，主要由微条状斜长石(为主)和微粒状石英或长英质颗粒构成，含有微粒状铁矿物。

2 锆石年龄U-Pb测定 2.1 分析方法

对选自柴河地区玛尼吐组火山岩的新鲜样品进行锆石挑选和制靶，由中国地质科学院国家地质实验测试中心完成阴极发光图像采集、U-Pb年龄测定工作。锆石数据分析采用Thermo Element II及配套的New Wave UP213激光剥蚀系统，激光波长213 nm，激光斑束直径为30 μm，脉冲频率10 Hz，采用高纯度He气作为剥蚀物质的载体。测试过程中,每测定10个样品,重复测定1个锆石91 500对样品进行校正,并测量1个锆石Plesovice,观察仪器的状态以保证测试的精确度。测试结果通过GLITTER^[22]软件计算得出，实验获得的数据采用文献^[23]的方法进行同位素比值的校正以扣除普通Pb的影响，谐和图的绘制采用Isoplot^[24]完成。详细的实验原理和流程见文献^[25]。

2.2 年龄测定结果

本文对柴河地区不同地方的的两个火山岩样品(RZ19、RZ27)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析，分析结果如表 1和图 3所示。立体显微镜和CL图像显示，所测火山岩样品锆石多为无色透明，颗粒晶型较好，呈短柱状或长柱状，具明显岩浆成因的震荡生长环带结构(图 4)。2个样品锆石Th/U值均大于0.10(表 1)，分别为0.47~2.08和0.33~1.35，为典型的岩浆成因锆石。

表 1 玛尼吐组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Pb analyses of the volcanic rocks in Manitu Formation

样品测点	Th/U	同位素比值						年龄/Ma
样品测点	Th/U	²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb	±1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	±1σ	²⁰⁷Pb/²³⁵U	±1σ	²⁰⁶Pb/²³⁸U	±1σ
RZ19-1	0.92	0.050 01	0.001 80	0.019 77	0.000 31	0.143 58	0.005 55	126	2
RZ19-2	1.09	0.049 93	0.000 96	0.021 91	0.000 27	0.148 89	0.003 16	140	2
RZ19-3	0.66	0.098 76	0.002 49	0.024 81	0.000 36	0.350 45	0.010 24	158	2
RZ19-4	0.73	0.051 13	0.000 94	0.024 42	0.000 28	0.174 59	0.003 51	156	2
RZ19-5	0.74	0.051 45	0.002 71	0.023 97	0.000 46	0.180 42	0.010 45	153	3
RZ19-6	1.46	0.048 98	0.001 27	0.023 43	0.000 29	0.157 08	0.004 41	149	2
RZ19-7	1.33	0.057 63	0.001 75	0.023 36	0.000 33	0.185 78	0.006 17	149	2
RZ19-8	1.31	0.049 87	0.002 25	0.023 07	0.000 39	0.160 21	0.007 87	147	2
RZ19-9	0.91	0.053 21	0.001 68	0.023 22	0.000 33	0.169 19	0.005 81	148	2
RZ19-10	1.73	0.049 15	0.001 32	0.023 48	0.000 31	0.158 74	0.004 65	150	2
RZ19-11	0.59	0.113 06	0.023 53	0.024 90	0.002 23	0.307 54	0.073 54	159	14
RZ19-12	0.92	0.100 53	0.023 91	0.033 12	0.003 28	0.439 88	0.125 56	210	20
RZ19-13	1.56	0.076 47	0.021 55	0.028 92	0.003 03	0.290 37	0.092 75	184	19
RZ19-14	0.61	0.052 95	0.009 47	0.027 55	0.001 55	0.187 76	0.037 16	175	10
RZ19-15	0.72	0.049 86	0.008 03	0.026 79	0.001 34	0.187 20	0.033 19	170	8
RZ19-16	2.02	0.066 16	0.003 83	0.029 43	0.000 65	0.267 03	0.017 85	187	4
RZ19-17	0.90	0.052 25	0.001 01	0.021 96	0.000 26	0.163 30	0.003 41	140	2
RZ19-18	1.03	0.052 89	0.000 81	0.020 87	0.000 23	0.151 28	0.002 48	133	1
RZ19-19	0.69	0.049 96	0.001 02	0.020 90	0.000 26	0.141 84	0.003 12	133	2
RZ19-20	0.47	0.050 49	0.001 61	0.020 49	0.000 29	0.137 83	0.004 69	131	2
RZ19-21	0.77	0.054 77	0.002 23	0.020 90	0.000 36	0.148 33	0.006 45	133	2
RZ19-22	1.56	0.053 58	0.001 07	0.024 41	0.000 30	0.179 89	0.003 96	155	2
RZ19-23	1.64	0.048 50	0.000 88	0.023 26	0.000 28	0.153 15	0.003 03	148	2
RZ19-24	2.08	0.098 50	0.002 53	0.025 93	0.000 38	0.339 61	0.010 03	165	2
RZ19-25	0.85	0.049 45	0.001 47	0.025 84	0.000 36	0.175 15	0.005 71	165	2
RZ19-26	0.77	0.049 98	0.001 55	0.024 99	0.000 35	0.159 40	0.005 36	159	2
RZ19-27	1.25	0.050 93	0.002 06	0.024 81	0.000 40	0.167 76	0.007 40	158	3
RZ19-28	1.24	0.048 02	0.003 15	0.026 08	0.000 58	0.162 15	0.011 53	166	4
RZ19-29	1.16	0.056 56	0.005 10	0.026 22	0.000 81	0.178 57	0.017 53	167	5
RZ19-30	1.01	0.051 13	0.002 57	0.023 39	0.000 45	0.158 97	0.008 62	149	3
RZ27-1	0.56	0.049 80	0.001 18	0.022 07	0.000 43	0.152 55	0.003 64	141	2
RZ27-2	0.51	0.050 62	0.001 26	0.021 97	0.000 43	0.153 80	0.003 88	140	3
RZ27-3	0.46	0.047 23	0.001 97	0.020 41	0.000 44	0.142 18	0.006 29	130	2
RZ27-4	0.56	0.049 33	0.001 92	0.023 65	0.000 51	0.160 26	0.006 67	151	3
RZ27-5	1.35	0.050 68	0.001 52	0.023 34	0.000 47	0.156 23	0.004 90	149	1
RZ27-6	0.48	0.049 54	0.001 55	0.021 25	0.000 43	0.146 17	0.004 75	136	1
RZ27-7	0.66	0.050 11	0.001 52	0.023 07	0.000 46	0.152 87	0.004 82	147	3
RZ27-8	0.60	0.062 54	0.001 78	0.022 05	0.000 44	0.193 45	0.005 74	141	1
RZ27-9	0.54	0.053 90	0.001 48	0.021 53	0.000 43	0.153 94	0.004 33	137	1
RZ27-10	0.81	0.047 81	0.001 26	0.021 83	0.000 43	0.146 16	0.003 92	139	3
RZ27-11	0.65	0.051 78	0.001 50	0.022 98	0.000 46	0.164 40	0.004 95	146	3
RZ27-12	0.59	0.049 09	0.001 55	0.021 22	0.000 43	0.142 97	0.004 70	135	1
RZ27-13	0.54	0.050 43	0.001 63	0.020 91	0.000 43	0.142 69	0.004 82	133	2
RZ27-14	0.50	0.050 30	0.001 61	0.023 78	0.000 49	0.158 36	0.005 34	152	3
RZ27-15	0.42	0.050 67	0.001 64	0.022 27	0.000 46	0.147 95	0.005 02	142	2
RZ27-16	0.48	0.048 70	0.001 55	0.022 70	0.000 46	0.146 31	0.004 85	145	3
RZ27-17	0.33	0.050 84	0.002 22	0.023 03	0.000 52	0.153 29	0.007 15	147	3
RZ27-18	0.64	0.046 92	0.001 18	0.022 68	0.000 44	0.146 28	0.003 73	145	3
RZ27-19	0.65	0.049 92	0.001 43	0.021 51	0.000 43	0.148 01	0.004 37	137	2
RZ27-20	0.53	0.050 88	0.001 45	0.022 35	0.000 45	0.161 37	0.004 79	143	3
RZ27-21	0.54	0.054 47	0.001 94	0.022 65	0.000 48	0.177 02	0.006 73	144	3
RZ27-22	0.51	0.049 49	0.001 08	0.021 87	0.000 42	0.151 10	0.003 28	139	1
RZ27-23	0.58	0.048 78	0.001 19	0.022 39	0.000 44	0.147 40	0.003 66	143	3
RZ27-24	0.45	0.048 68	0.001 27	0.022 65	0.000 44	0.150 44	0.004 00	144	3
RZ27-25	0.61	0.050 57	0.001 57	0.022 44	0.000 46	0.160 34	0.005 23	143	2
RZ27-26	0.52	0.050 63	0.001 36	0.021 47	0.000 42	0.146 97	0.004 05	137	1
RZ27-27	0.42	0.051 85	0.001 85	0.019 87	0.000 42	0.143 71	0.005 37	127	3
RZ27-28	0.54	0.049 30	0.001 69	0.020 94	0.000 43	0.146 76	0.005 28	134	3
RZ27-29	0.52	0.052 32	0.001 29	0.021 49	0.000 42	0.156 74	0.003 93	137	1
RZ27-30	0.57	0.050 81	0.001 36	0.021 73	0.000 43	0.149 95	0.004 13	139	1
RZ27-31	0.49	0.050 22	0.001 26	0.021 69	0.000 42	0.149 18	0.003 81	138	3
RZ27-32	0.52	0.049 80	0.001 16	0.022 98	0.000 45	0.156 06	0.003 68	147	3
RZ27-33	0.48	0.050 03	0.001 19	0.022 91	0.000 45	0.156 27	0.003 77	146	1
RZ27-34	0.53	0.048 73	0.001 14	0.023 58	0.000 46	0.157 04	0.003 73	150	1
RZ27-35	0.51	0.049 12	0.001 05	0.021 54	0.000 41	0.155 71	0.003 30	137	2
注：测试单位为中国地质科学院国家地质实验测试中心，2010年。

表选项

图 3 玛尼吐组火山岩U-Pb年龄谐和图

Fig. 3 U-Pb concordian diagrams of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

图 4 玛尼吐组火山岩部分锆石阴极发光图

Fig. 4 CL images of selected zirons of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

RZ19样品(采自固里河林场，121°30′14″N，47°40′35″E)共30个分析点，校正后具体分析数据中除去远离²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和线或远离加权平均值的1、3、11、12、13、14、15、16、24共9个点外，其余21个分析点位于U-Pb谐和线上或其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄为130~166 Ma，其加权平均值为(145±3) Ma，MSWD=2.5。

RZ27样品(采自四道沟盆地，121°37′12″N，47°37′35″E)共35个分析点，校正后具体分析数据中除去远离²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和线或远离加权平均值的8、21、27计3个点，其余32个分析点均位于U-Pb谐和线上或其附近，²⁰⁶Pb/²³⁸U表面年龄为130~151 Ma，其加权平均值为(141±2)Ma，MSWD=3.7。

U-Pb测年结果表明，大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩的形成年代为139~148 Ma。

3 地球化学特征

元素地球化学数据在国土资源部沈阳地质实验测试中心完成，主量元素采用XRF玻璃熔片法分析，分析精度和准确度优于5%；稀土和微量元素采用ICP-MS分析方法，分析精度和准确度一般优于10%。本次地球化学共采集6套样品，PM211YQ3(121°33′46″N，47°39′43″E)、PM211YQ25(121°32′30″N，47°40′03″E)、PM211YQ36(121°30′14″N，47°40′35″E)、PM211YQ40(121°28′53″N，47°41′08″E)、PM211Y42(121°28′56″N，47°41′08″E)、PM211YQ61(121°27′53″N，47°41′47″E)。表 2列出了玛尼吐组火山岩主量元素和微量元素分析结果。由表 2可知，玛尼吐组火山岩w(SiO₂)为64.87%~68.65%，w(Al₂O₃)为15.53%~16.72%，富碱w(Na₂O+K₂O)=6.75%~9.22%,K₂O/Na₂O=0.63~1.57(属于钾质岩石)，w(MgO)为0.40%~1.48%，w(CaO)为1.00%~2.52%。TAS火山岩分类命名图解(图 5)中，大部分样品落入亚碱性系列之中，岩性为粗面岩、粗面英安岩和英安岩；在w(SiO₂)-w(K₂O)图解(图 6)中，样品全部落入高钾钙碱性系列。

玛尼吐组火山岩稀土元素总量w(∑REE)=(124.95~208.57) × 10^-6，在稀土元素配分模式图(图 7a)上，所有样品都具有轻稀土元素富集的右倾特征，重稀土分配较为平坦，轻重稀土分馏明显((La/Yb)_N=11.50~14.88)，铕负异常(δEu=0.45~1.17)，这些特点反映出岩浆经历了斜长石的分离结晶作用或者岩浆源区有斜长石残留。通过微量元素原始地幔蛛网图(图 7b)可以看出，样品富集大离子亲石元素( Rb、Ba、K和LREE)，亏损高场强元素( Nb、P和Ti)，这些特点暗示岩浆可能来源于地壳。Sr元素差别较大，可能与个别样品中斜长石轻微绿帘石化有关。相容元素 Cr、Co、Ni质量分数较低，分别为(5.91~ 19.20)×10^-6、(2.51~6.96)×10^-6和(7.81~12.90)×10^-6，Mg^#值低(18~42，平均31)，反映出岩浆地壳来源而非地幔源的特征。

表 2 玛尼吐组火山岩地球化学分析结果 Table 2 Geochemical data of the volcanic rocks in Manitu Formation

	PM211YQ3	PM211YQ25	PM211YQ36	PM211YQ40	PM211YQ42	PM211YQ61
SiO₂	67.74	67.70	66.40	64.87	65.64	68.65
TiO₂	0.58	0.49	0.51	0.63	0.55	0.34
Al₂O₃	16.72	15.60	15.53	16.36	16.50	15.67
TFe₂O₃	3.86	3.50	4.10	4.47	4.13	3.73
MnO	0.07	0.08	0.09	0.10	0.09	0.09
MgO	0.63	1.01	1.48	1.02	1.05	0.40
CaO	1.75	1.64	2.37	2.52	2.13	1.00
Na₂O	2.62	4.00	4.47	4.05	4.34	5.66
K₂O	4.12	3.92	3.25	4.07	3.28	3.56
P₂O₅	0.10	0.16	0.19	0.24	0.20	0.12
烧失量	1.54	1.68	1.35	1.43	1.92	0.58
合计	99.67	99.78	99.71	99.83	99.79	99.8
Mg^#	25	37	42	31	34	18
δ	1.8	2.5	2.5	3.0	2.6	3.3
τ	24.4	23.7	21.7	19.5	22.3	29.9
La	45.7	32.8	26.9	30.6	56.1	34.9
Ce	87.3	66.1	53.8	62.2	55.7	76.5
Pr	10.2	7.17	6.05	6.8	11.9	8.59
Nd	37.6	26.0	22.2	25.5	41.6	32.1
Sm	7.07	4.70	3.97	4.50	7.41	5.59
Eu	1.55	1.65	0.72	0.88	1.09	1.02
Gd	5.52	3.63	3.08	3.43	7.11	4.74
Tb	1.03	0.64	0.57	0.61	1.15	0.80
Dy	5.10	3.09	2.83	2.89	5.65	3.82
Ho	1.03	0.63	0.59	0.59	1.14	0.80
Er	2.95	2.01	2.01	1.86	3.30	2.42
Tm	0.43	0.27	0.27	0.25	0.50	0.36
Yb	2.49	1.61	1.59	1.48	3.05	2.17
Lu	0.41	0.28	0.28	0.26	0.51	0.38
∑REE	208.57	150.66	124.95	142.06	196.30	174.37
δEu	0.73	1.17	0.60	0.66	0.45	0.59
(La/Yb)_N	13.18	14.58	12.19	14.88	13.22	11.50
Cr	12.50	19.20	9.14	5.91	5.99	13.50
Co	3.55	3.60	4.85	4.42	6.96	2.51
Ni	9.88	12.90	8.12	8.12	7.81	12.10
Sr	802.0	627.0	77.4	157.0	615.0	524.0
Rb	107	103	73.7	91.5	74.0	66.3
Ba	713	782	912	924	704	1312
Th	7.21	3.94	5.11	4.47	4.21	3.11
Nb	15.80	9.62	8.60	8.37	8.64	10.00
Zr	242	186	180	221	179	301
Y	30.3	17.9	18.2	17.6	32.8	23.5
Rb/Sr	0.13	0.16	0.95	0.58	0.12	0.13
Ti/Zr	13.81	15.20	16.40	16.50	17.57	6.44
注：Mg^#=100{(w(MgO)/40)/[(w(MgO)/40+0.899 8w(TFe₂O₃)/72)]}；δ=2[w(Na₂O)+w(K₂O)]/[w(SiO₂)-43]；τ=[w(Al₂O₃)-w(Na₂O)]/w(TiO₂)，τ为戈蒂尼指数。主量元素质量分数单位为%；微量元素质量分数单位为10^-6。

表选项

图 5 玛尼吐组火山岩TAS图解

Fig. 5 TAS diagram of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

图 6 玛尼吐组火山岩w(K₂O)-w(SiO₂)图解

Fig. 6 w(K₂O)-w(SiO₂) diagram of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

图 7 玛尼吐组火山岩稀土元素配分模式图(a)和微量元素蛛网图(b)

Fig. 7 Chondrite-normalized REE distribution pattern (a) and primitive mantle-normalized spidergram (b) of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

由表 2可知，玛尼吐组火山岩τ平均值为23.6，τ>10者一般为消减带火山岩。在戈蒂尼-里特曼指数(lgτ-lgδ)关系图(图 8)中，所有火山岩样品都投影于消减带范围(岛弧及活动大陆边缘)内。

图 8 玛尼吐组火山岩lgτ-lgδ关系图 (底图据文献^[30])

Fig. 8 logτ-logδ diagram of the volcanic rocks in Manitu Formation (base map after^[30])

图选项

4 讨论 4.1 形成时代

最新的锆石U-Pb定年结果显示，大兴安岭中生代火山岩的形成时代主要集中在122～173 Ma ，可分为3个峰期：晚侏罗世(160 Ma)、早白垩世早期(140 Ma)和早白垩世晚期(125 Ma)^{[1, 9, 11, 12, 15, 18, 20, 31, 32, 33]}，前者与本区的塔木兰沟组、满克头鄂博组、玛尼吐组、冀北——辽西地区的髫髻山组火山岩相对应，早白垩世早期火山事件与辽西张家口组火山岩及本区白音高老组相对应，早白垩世晚期火山事件与区域上的梅勒图组火山岩相对应^[14]。

笔者研究的火山岩锆石具有典型岩浆成因特征(Th/U＞0.1)，意味着其定年结果((145±2)Ma，(141±2)Ma)代表了火山岩的形成时代，这与建组剖面上获得的年龄137 Ma接近,也与该组地层在本区整合覆盖于下部晚侏罗世满克头鄂博、被白音高老组不整合覆盖的地质事实相吻合。结合本区玛尼吐组火山岩岩石组合和相邻区域古生物及化石资料，最终把玛尼吐组火山岩形成年代定为晚侏罗世。

4.2 岩浆源区

玛尼吐组火山岩富集强不相容亲石元素(Rb、Ba、K)，亏损高场强元素(Nb、P、Ti)，这一特点的火山岩岩浆源区可能为陆壳物质或是俯冲流体交代的岩石圈地幔^[13]。玛尼吐组火山岩的相容元素Cr、Co、Ni和Mg^#值较低，不具地幔成因的特征。研究区和相邻地区出露的基性火山岩有塔木兰沟组玄武岩(161±3)Ma(未发表数据)、梅勒图组玄武岩((122±1)Ma、(126±2)Ma)(未发表数据)和第四系大黑沟玄武岩，时代都与玛尼吐组不一致，所以玛尼吐组火山岩不可能由基性岩浆分离结晶作用形成。玛尼吐组火山岩的微量元素Ti/Zr=6.44~17.57(<20)，位于壳源岩浆范围内^[34]；Rb/Sr=0.12~0.95，明显高于E-MORB(0.033)、原始地幔(0.03)和OIB(0.047)的Rb/Sr值^[32]。上述显示，玛尼吐组火山岩的微量元素特征显示原始岩浆来源于地壳，并非地幔。

综上所述，大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩原始岩浆来源于地壳岩石部分熔融。

4.3 构造背景

关于大兴安岭中生代火山岩构造背景,一直存在争论。主要有以下几种认识：与地壳拱起陷落作用有关^[35]，与裂谷作用有关^[36]，与边缘陆块型火山岩有关^[37]，与太平洋板块斜向俯冲导致的走滑剪切作用有关^[38]，与大陆根柱构造有关^{[39, 40]}，与板内伸展作用^[41]有关,与太平洋板块俯冲作用^{[4, 42, 43, 44, 45, 46]}有关，与地幔柱上涌作用^{[16, 47, 48]}有关,与蒙古——鄂霍茨克洋闭合作用有关^{[11, 12, 15, 20, 49, 50]}。

从现在的火山岩定年结果来看，目前在吉黑东部还未发现138~145 Ma的火山岩^{[8, 31, 51]}，这一阶段的火山岩主要分布在松辽盆地以西的地区^{[4, 6, 18]}，表明这个阶段的岩浆事件与古太平洋板块的俯冲作用没有关系^[15]。整个大兴安岭范围内的中生代火山岩分布很广，形成时代具有较大的变化范围，这种分布特征难以用地幔柱作用模式解释^{[10, 52]}。与此同时，早期的研究认为蒙古——鄂霍茨克洋在中——晚侏罗世闭合^[53]，而Metelkin等^[54]却认为大洋是自西向东逐渐闭合的，西部最终的闭合时间为晚侏罗世，东部最终闭合的时间为早白垩世，这一演化过程与本区玛尼吐组火山岩的形成时间(139~148 Ma)基本吻合。与此同时，大兴安岭地区玛尼吐组火山岩从北向南，存在由老到新的穿时性，同样证明它们的形成应与蒙古——鄂霍茨克缝合带演化有关。

苟军等^[9]、孟恩等^[11]、孙德有等^[13]，王建国等^[20]对大兴安岭满洲里和大兴安岭南部中生代火山岩进行了年代学和地球化学研究，结果表明大兴安岭地区在晚侏罗世属于一种伸展环境。结合辽西地区在晚侏罗世——早白垩世土城子组之前存在的由北向南的推覆事件^[55]，表明该期火山岩应为这次推覆事件之后的产物，该期火山岩的形成应与这次陆壳加厚时间的坍塌或拆沉阶段相对应，即伸展的构造背景。本区玛尼吐组火山岩的锆石U-Pb年龄为139~148 Ma，在时间上正处于大规模伸展的环境中。

根据图 8可知，玛尼吐组火山岩样品都投影于消减带范围(岛弧及活动大陆边缘)内。而玛尼吐组火山岩w(K₂O)为3.25%~4.12%，平均为3.70%，属于大陆活动边缘(活动陆缘)^[56]。玛尼吐火山岩为钾质岩石，综合运用TiO₂/Al₂O₃-Zr/Al₂O₃图解(图 9a)和50Nb-3Zr-Ce/P₂O₅图解(图 9b)，可知玛尼吐组火山岩主要产生于大陆弧环境。

图 9 玛尼吐组火山岩的构造环境判别图解

Fig. 9 Discrimination diagrams of of the volcanic rocks in Manitu Formation

图选项

结合前人研究成果及对本区与邻区中生代的构造演化分析，笔者认为大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩是蒙古——鄂霍茨克洋闭合后岩石圈伸展环境下的产物。

5 结论

根据大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩年代学和地球化学研究，同时结合该区和邻区的研究成果，得出以下结论：

1)大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩形成年龄为139~148 Ma，时期为晚侏罗世。

2)大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩属于高钾钙碱性系列，以富集大离子亲石元素和轻稀土、亏损高场强元素特征，原始岩浆来源于地壳岩石的部分熔融。

3)大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩是蒙古-鄂霍茨克洋闭合后岩石圈伸展环境下的产物。

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http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.201502105
吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊

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司秋亮, 崔天日, 唐振, 李伟, 吴新伟, 江斌, 李林川

Si Qiuliang, Cui Tianri, Tang Zhen, Li Wei, Wu Xinwei, Jiang Bin, Li Linchuan

大兴安岭中段柴河地区玛尼吐组火山岩年代学、地球化学及岩石成因

Chronology,Geochemistry and Petrogenesis of the Volcanic Rocks in Manitu Formation in Chaihe Area, Central Great Xing'an Range

吉林大学学报(地球科学版), 2015, 45(2): 389-403

Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2015, 45(2): 389-403.

http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.201502105

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收稿: 2014-07-16

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