大興安嶺瑪尼吐組年代學(xué)、地球化學(xué)特征及巖石成因

商宇航， 陸 勝

(1.黑龍江科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，哈爾濱150022;2.黑龍江省第五地質(zhì)勘察院，哈爾濱150090)

大興安嶺瑪尼吐組年代學(xué)、地球化學(xué)特征及巖石成因

商宇航1， 陸 勝2

(1.黑龍江科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，哈爾濱150022;2.黑龍江省第五地質(zhì)勘察院，哈爾濱150090)

為了確定大興安嶺北段中部溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組的形成時(shí)代、巖石成因及其地球動(dòng)力學(xué)背景，對(duì)瑪尼吐組火山巖進(jìn)行巖相學(xué)、鋯石SHRIMP U－Pb年代學(xué)與巖石地球化學(xué)研究。結(jié)果表明:瑪尼吐組火山巖組成包括英安巖、粗安巖、玄武粗安巖與粗面玄武巖。鋯石呈自形－半自形晶，韻律環(huán)帶發(fā)育，Th/U為0.74～1.68，這一指標(biāo)指示其巖漿成因。定年結(jié)果顯示，瑪尼吐組火山巖形成于141.3±1.7的早白堊世。巖石地球化學(xué)研究表明，瑪尼吐組火山巖屬高鉀鈣堿性系列。樣品球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土配分曲線均有相似特征，微量元素顯示富集大離子親石元素Rb、Ba、K，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、P、Ti為特征。其巖漿源區(qū)來(lái)源于地殼，形成于古太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖的背景下。

鋯石;地球化學(xué);瑪尼吐組;溫庫(kù)吐地區(qū);大興安嶺

研究區(qū)處在興安與額爾古納兩個(gè)地塊縫合線上，區(qū)內(nèi)有新林－頭道橋斷裂穿過(guò)。大興安嶺火山巖帶主體呈北北東向分布，近年來(lái)，已經(jīng)有學(xué)者對(duì)其年代學(xué)、巖石成因形成的構(gòu)造背景進(jìn)行探討［1－2］。不同學(xué)者對(duì)于大興安嶺地區(qū)火山巖的形成時(shí)代具有不同的認(rèn)識(shí)。張吉衡［3］認(rèn)為其主體形成時(shí)代為早白堊世;孫德有等［4］認(rèn)為其形成于晚侏羅世到晚白堊世主體集中在162～111 Ma;司秋亮等［5］研究認(rèn)為其形成時(shí)代主要集中在122～173 Ma。在地球化學(xué)及巖石成因方面，林強(qiáng)等［6］認(rèn)為大興安嶺北部火山巖以堿性系列為主，巖漿均起源于富集型地幔;張吉衡［3］則認(rèn)為其源區(qū)為受到俯沖洋殼脫水流體交代作用的巖石圈地幔。

目前，對(duì)于大興安嶺火山巖的研究主要集中在中南地段，少量在北段?，斈嵬陆M火山巖是大興安嶺火山巖的重要組成部分，前人對(duì)其研究程度較低［7－8］，因此，筆者選取溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組火山巖，對(duì)其進(jìn)行鋯石SHRIMP U－Pb年代學(xué)、巖石地球化學(xué)的研究，討論其形成時(shí)代、巖石成因以及地球動(dòng)力學(xué)背景。

1 地質(zhì)背景與樣品描述

研究區(qū)位于興蒙造山帶的東段額爾古納地塊東南部邊緣地帶。中生代火山構(gòu)造屬大興安嶺中生代火山噴發(fā)巖帶北段(根河巖區(qū))中部，是研究大興安嶺火山－巖漿構(gòu)造帶演化的關(guān)鍵性地區(qū)之一［9］，見圖1。區(qū)內(nèi)地層出露范圍廣泛，主體由中生界火山巖及第四系組成［10］。

瑪尼吐組分布在1406高地、小古里奇納山(1 354.5高地)一帶，西日克特林場(chǎng)北部小面積出露，另有溫庫(kù)吐河兩岸零星分布，面積218 km2，占研究區(qū)總面積15.9%，最大厚度大于624.5 m?，斈嵬陆M主要為安山巖、英安巖及英安質(zhì)凝灰?guī)r。

圖1 研究區(qū)所在大地構(gòu)造位置示意Fig.1 Tectonic map of study area

2 鋯石年齡U－Pb的測(cè)定

對(duì)選自溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組火山巖的新鮮樣品進(jìn)行鋯石挑選和制靶。測(cè)試的具體流程及方法見文獻(xiàn)［11－12］。

瑪尼吐組中取得一個(gè)鋯石測(cè)年樣品，巖性為安山巖，樣品編號(hào)D2588，取樣位置位于E122°02'31″，N49°28'40″。采用鋯石SHRIMP U－Pb測(cè)年方法。

鋯石經(jīng)顯微鏡透射鑒定，自形度較高，晶體裂紋發(fā)育，可見溶蝕痕跡，韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，顯示其巖漿成因，見圖2。所測(cè)25個(gè)測(cè)點(diǎn)中鋯石Th/U比值為0.74～1.68，值均高于0.4，顯示為巖漿成因鋯石的特點(diǎn)。鋯石年齡U－Pb測(cè)定結(jié)果見表1。

瑪尼吐組英安質(zhì)含角礫強(qiáng)熔結(jié)玻屑晶屑凝灰?guī)r獲得 25個(gè)測(cè)點(diǎn)，同位素諧和年齡為 141.3± 1.7 Ma，時(shí)代為早白堊世?，斈嵬?D2588)同位素測(cè)年諧和年齡見圖3。

圖2 瑪尼吐組安山巖(D2588)鋯石陰極發(fā)光圖片F(xiàn)ig.2 Cathode luminescence images of Zircon from Manitu Formation

圖3 瑪尼吐組(D2588)U-Pb年齡諧和圖Fig.3 Zircon U-Pb concordian plot from Manitu Formation(D2588)

3 地球化學(xué)特征

瑪尼吐組7件火山巖分析結(jié)果見表2～4?，斈嵬陆M巖石的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為54.47%～69.39%，Al2O3為 14.89% ～16.46%，TFeO為2.87% ～8.71%，CaO為0.34%～4.43%，MgO為0.08%～3.07%，其w(Mg#)值介于23.30%～40.56%，平均值為30.12，TiO2為0.48% ～2.01%。巖石具有低硅高鎂特征，全堿ALK(Na2O+K2O)為6.98% ～9.58%，平均為 8.61%，K2O與 Na2O比值為0.58%～1.78%，Na2O與K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近，如圖4顯示，樣品屬高鉀鈣堿性系列，落在粗面玄武巖、玄武粗安巖與粗安巖區(qū)域。如圖5顯示，均落入高鉀巖系列;Α與CNK比值為1.13～1.57，Α與NK比值為2.37～3.25，所有樣品均為過(guò)鋁質(zhì)。戈蒂尼指數(shù)為5.85～19.31，表明該組火山巖由造山向非造山環(huán)境過(guò)渡。

表1 瑪尼吐組安山巖(D2588)SHRIMP鋯石U－Pb分析結(jié)果Table 1 Zircon SHRIMP U－Pb Dating Results of Manitu Formation(D2588)

瑪尼吐組巖石的稀土元素總量(∑REE)在156.99～249.40×10－6。Eu為0.72～0.95，顯弱的負(fù)銪異常。w(La/Yb)N為9.56～40.66，輕重稀土分餾不明顯。圖6a稀土元素配分模式，圖6a顯示，輕稀土呈略富集，配分曲線右傾，曲線平緩。圖6b是原始地幔的微量元素標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)示意，由圖6b可知，大離子(Rb、Ba、K)親石元素富集，高場(chǎng)強(qiáng)元素(Nb、TP、Ti等)虧損(見表2)。以上特征表明瑪尼吐火山巖巖漿源區(qū)主要來(lái)源于地殼。

表2 瑪尼吐組火山巖主量元素分析結(jié)果Table 2 Major element compositions of volcanic rocks in Manitu Formation

表3 瑪尼吐組火山巖微量元素分析結(jié)果Table 3 Rare elementand compositions of volcanic rocks in Manitu Formation

表4 瑪尼吐組火山巖稀土元素分析結(jié)果Table 4 Trace elementand compositions of volcanic rocks in Manitu Formation

圖4 瑪尼吐組巖石TAS圖解Fig.4 TAS diagram of Manitu formation

表2～4顯示，瑪尼吐組火山巖主量元素、瑪尼吐組火山巖微量元素和瑪尼吐組火山巖稀土元素分析結(jié)果?，斈嵬陆M火山巖平均值是16.7，一般劃歸消減帶火山巖。戈蒂尼－里特曼指數(shù)(lg τ－lg δ)關(guān)系如圖7所示，火山巖樣品全部投影于消減帶區(qū)域，屬造山帶火山巖。

圖5 瑪尼吐組K2O－SiO2圖解Fig.5 Plot of w(K2O)and w(SiO2)of Manitu formation

圖6 稀土元素配分曲線與微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 Rare earth element distribution curve and trace elements spider diagram

圖7 瑪尼吐組火山巖lgτ-lgδ關(guān)系Fig.7 Relation of lgτ and lgδ for volcanic rocks

4 討論

4.1 形成時(shí)代

孫德有［1］對(duì)大興安嶺中生代火山巖研究顯示，其形成時(shí)代主要集中在3個(gè)時(shí)期:晚侏羅世、早白堊世早期以及早白堊世晚期。研究區(qū)內(nèi)的滿克頭鄂博組和塔木蘭溝組應(yīng)為晚侏羅世的產(chǎn)物，白音高老組和瑪尼吐組應(yīng)形成于早白堊世早期，而梅勒?qǐng)D組火山巖應(yīng)為早白堊世晚期的產(chǎn)物。文中對(duì)瑪尼吐組火山巖進(jìn)行年代學(xué)研究，其中鋯石具有明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U＞0.1，顯示其巖漿成因，加權(quán)平均年齡141.3±1.7 Ma，可以代表其形成時(shí)間為早白堊世。

4.2 巖漿源區(qū)

瑪尼吐組火山巖富集大離子親石元素而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，表明巖漿源區(qū)為殼源?，斈嵬陆M火山巖的相容元素及w(Mg#)值較低，不具地幔成因的特征。微量元素比值Rb/S為0.08～0.90，均值為0.45，接近上地殼平均成分(0.32)，Rb/Nb為3.44～15.95，均值為10.52，略大于上地殼平均值4.5，同樣顯示其來(lái)源于地殼。

4.3 構(gòu)造背景

對(duì)于大興安嶺中生代火山巖的形成一直有著不同的認(rèn)識(shí)，但目前主要有以下兩種觀點(diǎn):一是形成于蒙古－鄂霍茨克洋的閉合時(shí)期;二是形成于古太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖的背景下。文中通過(guò)對(duì)溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組火山巖研究并結(jié)合前人研究成果認(rèn)為其為古太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖的背景下的產(chǎn)物。主要證據(jù)包括以下兩個(gè)方面:第一，年代學(xué)研究表明瑪尼吐組火山巖形成于早白堊世，此時(shí)蒙古－鄂霍茨克洋已經(jīng)發(fā)生了閉合。第二，研究區(qū)內(nèi)晚中生代火成巖呈NE向展布，與古太平洋的俯沖方向互相垂直。因此，瑪尼吐組火山巖形成于古太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖的背景下。

5 結(jié)論

(1)大興安嶺北段中部溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組火山巖形成年齡為141.3±1.7 Ma，時(shí)期為早白堊世。

(2)通過(guò)巖石地球化學(xué)數(shù)據(jù)可知，溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組火山巖屬高鉀鈣堿性系列，富集輕稀土和大離子親石元素、虧損重稀土和高場(chǎng)強(qiáng)元素，巖漿源區(qū)為地殼。

(3)大興安嶺北段中部溫庫(kù)吐地區(qū)瑪尼吐組火山巖形成于古太平洋板塊向亞洲大陸板塊俯沖的背景下。

［1］ 鄭吉林，張文強(qiáng)，徐立明，等.大興安嶺玻烏勒山地區(qū)瑪尼吐組火山巖地球化學(xué)特征及成礦預(yù)測(cè)［J］.黃金科學(xué)技術(shù)，2015，21(1):46－52.

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(編輯 晁曉筠 校對(duì) 李德根)

Chronology geochemistry characteristics and petrogenesis studies of Manitu Formation volcanic rocks in Greater Khingan Mountains

Shang Yuhang1， Lu Sheng2
(1.School of Mining Engineering，Heilongjiang University of Science＆Technology，Harbin 150022，China; 2.The Fifth Geological Prospecting Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150090，China)

This paper is intended to identify the age，petrogenesis and geodynamic setting of Manitu Formation volcanic rocks，located in the Wenkutu area of in the middle of northern part of the Greater Khingan Mountains.The study works towards petrography observation，zircon SHRIMP U－Pb dating and analysis of geochemistry.The results show that the Manitu Formation consists of a set of volcanicrocks，including dacite，trachyandensite，basaltic trachyandensite and trachybasalt.the zircon grains from Manitu Formation are mostly euhedral－subhedral，with oscillatory zones;Higher Th/U ratio(0.74～1.68)of zircon grains indicates magmatic origin.The dating results show that the age of Manitou Formation volcanic rocks is 141.3±1.7 Ma formed in the Early Cretaceous.The trace elements pattern are characterized by enrichment of Rb，Ba，K，depletion of Nb，P，Ti.The provenances of Manitu Formation volcanic rocks derive from the crust，formed on the background of ancient Pacific plate subduction to the Asian continent.Manitu Formation volcanic rocks are the product of the collision of Ergun block and Xing’an block.

SHRIMP;geochemistry;Manitu Formation;Wenkutu area;Greater Khingan Mountains

10.3969/j.issn.2095－7262.2017.04.018

P581

2095－7262(2017)04－0411－06

:A

2017－05－01

黑龍江省地質(zhì)勘查科研基金項(xiàng)目(201706);內(nèi)蒙古區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查基金項(xiàng)目(1212011220428)

商宇航(1983－)，男，黑龍江省林甸人，講師，碩士，研究方向:礦產(chǎn)資源勘查，E-mail:4290409@qq.com。