内蒙古满洲里地区中生代中基性火山岩成因及构造地质背景

李长华，卫三元，陈贵海，翁义军，姜 山，杨志亮

（1.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024006；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

内蒙古满洲里地区中生代中基性火山岩成因及构造地质背景

李长华1，卫三元2，陈贵海1，翁义军1，姜 山1，杨志亮1

（1.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024006；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

内蒙古满洲里地区位于大兴安岭中生代火山岩带的中北段，晚侏罗世—早白垩世火山岩浆活动强烈，由于NE向切壳断裂长期活动，导致中基性火山岩沿断裂呈线状分布。就上侏罗统塔木兰沟组、上库力组中段及下白垩统伊列克得组中基性火山岩浆岩的组合、旋回和岩石地球化学等方面的特征，论证了该地区中生代中基性火山岩浆岩形成的构造地质背景和成因。因此，认为晚侏罗世中基性火山岩形成于板内拉张的构造环境，岩浆来源于上地幔，且有地壳物质混熔。

满洲里地区；中基性火山岩；构造环境；岩浆来源

1 区域地质特征

满洲里地区位于大兴安岭中北段中生代火山岩带——满州里—新巴尔虎右旗火山喷发带上，呈NE向带状展布。火山活动时期主要为晚侏罗世—早白垩世（图1），根据岩石组合、喷发间断、地层对比、不同时期火山构造叠置关系以及同位素年龄等证据，火山岩浆活动可划分为3个火山旋回，即晚侏罗世的塔木兰沟和上库力旋回，以及早白垩世伊列克得旋回。

图1 内蒙古满洲里地区中生代中基性火山岩分布略图Fig.1 Distribution sketch of Mesozoic intermediatebasic volcanics in Manzhouli region，Inner Mongolia

塔木兰沟旋回火山活动以沿NE—NNE向深断裂带发育的裂隙式中基性岩浆喷溢为主，为一套包括安山玄武岩、玄武安山岩和玄武岩等岩石的组合。上库力旋回火山岩浆活动以串珠状分布的中心式喷发为主，受NE—NNE向切壳断裂带与NW向基底断裂带相互交切，可进一步分为早、中、晚期3个亚旋回，其中早、晚期亚旋回，岩性主要为一套流纹岩、霏细岩、流纹质熔结凝灰岩、凝灰岩等酸性熔岩及火山碎屑岩岩石组合。而中期亚旋回为一套安山岩、粗面岩、粗安岩、粗安质熔结凝灰岩等中性熔岩（偏碱性）及碎屑岩岩石组合。

伊列克得旋回的火山岩浆活动也以沿NE—NNE向切壳断裂带呈裂隙式喷发的中基性岩浆为主，形成玄武岩、安山玄武岩和安山岩组合。通常与晚侏罗世火山构造盆地相伴生或叠生其上。研究表明，晚侏罗世为古亚洲构造域向太平洋构造域的转换时期，并开始了新的演化［1-2］，塔木兰沟组、上库力组是这一时期的产物，受NW向和NE向断裂联合控制，其中塔木兰沟、上库力中期和伊列克得等3期中基性岩浆喷溢，暗示着NE向切壳断裂长期活动，为铀、有色金属及贵金属成矿创造了有利条件。因此，对其中生代中基性火山岩源区及构造地质背景的研究具有重要意义。

2 岩石学特征

满洲里地区中生代中基性火山岩主要岩石类型为：（1）玄武安山岩：大面积分布，主要产于塔木兰沟组和伊列克得组。岩石呈深灰色、灰色和灰黑色，斑状结构，块状构造、杏仁—气孔状构造。岩石由斑晶和基底两部分组成，斑晶成分主要为中基性斜长石，环带构造发育，其次为辉石和角闪石。基质为间隐—间粒结构，微晶交织结构，由长条状半定向排列的斜长石微晶及充填其间的辉石、磁铁矿和黑云母组成。岩石交代蚀变主要表现有斜长石轻微绢云母化和黏土、暗色矿物普遍绿泥石化。气孔多充填玛瑙、玉髓和绿泥石等。（2）安山岩：主要产于上库力组中段和塔木兰沟组。岩石一般呈灰绿色、深灰色、灰色、灰紫色和暗紫色，块状、气孔—杏仁状构造，斑状结构（产于塔木兰沟组的安山岩，片理化发育，为少斑或无斑结构；产于上库力组中段的安山岩，斑晶较多，多为大斑晶结构），基质主要为交织结构，其次为半自形微晶结构，主要矿物成分有中长石、拉长石、辉石、角闪石、黑云母和石英等，次生矿物有绿泥石、绿帘石和碳酸盐，副矿物有磁铁矿、磷灰石。（3）粗面岩：产于上库力组中段。岩石呈浅红褐色、灰紫色和暗紫色，斑状结构，粗大斑晶以钾长石为特征，粒度为0.4～0.8 cm，小斑晶为透长石、歪长石、正长石和黑云母，碱性长石为半自形板柱状晶体，有绢云母化、硅化。黑云母为自形晶体，具暗化边，基质为粗面结构，由大量碱性长石微晶平行排列而成，其间有少量金属矿物充填。 （4）黑云安山岩：产于上库力组中段。岩石呈黑灰、青灰色，具斑状结构，杏仁构造，斑晶矿物成分为中长石、黑云母及少量角闪石，长石聚片双晶及环带构造发育，显定向分布，暗色矿物内部绿泥石化，边缘为铁质集合体，主要为黑云母，含少量角闪石；基质为板条状斜长石微晶夹少量铁质、暗色矿物和隐晶玻璃质等，粒度为0.03 mm×0.01 mm～0.05 mm×0.01 mm。岩石见少量气孔，内部由绿泥石、硅酸盐和微晶石英充填。副矿物为磁铁矿、磷灰石。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

利用46个样品的火山岩化学分析结果，对本区塔木兰沟组、上库力组中段和伊列克得组火山岩石系列、岩石组合及化学成分进行计算分析（表1、2）。

塔木兰沟组岩石SiO2质量分数为52.34%～63.53%， 平均 w（K2O+Na2O）=6.51； 上库力组中段岩石的SiO2质量分数为62.03%～69.68%，平均w（K2O+Na2O）=9.07；伊列克得组岩石SiO2质量分数为52.17%～55.84%，平均w（K2O+Na2O）=6.82，碱含量均较高。

w（Na2O）/w（K2O）： 塔木兰沟组为 0.48～2.95（1.36），上库力组中段为 0.13～1.23（0.86）， 伊列克得组为0.72～1.38（1.05）， 表现出在每个火山旋回从基性到中基性的演化过程中，w（Na2O）/w（K2O）值呈现越来越低的趋势， 说明该区火山岩从早期到晚期由富钠向富钾演化。

表1 满洲里地区中生代中基性火山岩主量元素质量分数及主要参数［3］Table 1 Major element contents and main parameters of Mesozoic intermediate-basic volcanics in Manzhouli region［3］

表2 满洲里地区中生代中基性火山岩CIPW标准矿物计算结果统计表［3］Table 2 Statistical results on CIPW standard minerals in Mesozoic intermediate-basic volcanics in Manzhouli region［3］

固结指数（Is）：塔木兰沟组为4.09～32.50（16.4）， 伊 列 克 得 组 为 17.02～17.56（17.29），均小于40，说明火山岩由幔源原生岩浆经过分异或同化作用而形成；上库力组中段为1.81～21.87（6.18），表现出岩石越向酸性演化，固结指数越低。

分异指数（Id）： 塔木兰沟组为 45.70～75.82（57.61）， 上库力组 中 段 为 66.02～92.22（83.36）， 伊列克得组为 51.18～59.09（55.14），具有消减带火山岩特征。

里特曼指数（σ）：塔木兰沟组为1.32～7.75（3.14），多数为钙碱性，少数则表现碱性；上库力组中段为0.73～6.30（3.85），相对偏向碱性；伊列克得组为4.19～4.30（4.25），也偏向于碱性。

标准矿物（CIPW）：具有偏碱性的特征。塔木兰沟组和伊列克得组斜长石（An）质量分数较高（16.78%～23.85%），其次为上库力组中段。上库力组中段碱性长石（钾长石和钠长石）的大量出现，导致轻稀土元素较富。

图2 TAS图 （据Le Bas M J等，1986； IUGS，1989）Fig.2 TAS diagram （After Le Bas M J et al.， 1986；IUGS， 1989）

在 TAS 图［4］上（图 2），塔木兰沟组、 伊列克得组落入碱性系列玄武安山岩、玄武粗安岩和粗安岩区；上库力组中段大多数落入亚碱性系列粗面岩区，只有个别样品落入英安岩和流纹岩区内（有壳内物质混染）。对亚碱性系列岩石样品在AFM图上进一步投影（图3），结果均为钙碱性系列。而上库力组中段、塔木兰沟组碱性火山岩系列岩石在Ab’-An-Or图上（图4），均落入钾质区。总体上看，该区中生代中基性火山岩具有富碱、富钾和富铝的特征。

图3 AFM三端元图 （据Irvine T N等，1971）Fig.3 AFM diagram （After Irvine T N et al.， 1971）

图 4 Ab’-An-Or图（据 Irvine T N等， 1971）Fig.4 Ab’-An-Or diagram（After Irvine T N et al.， 1971）

3.2 微量元素

图5 满洲里地区中生代中基性火山岩微量元素原始地幔标准化图解［3］Fig.5 Primitive mantle trace element normalized diagram of Mesozoic intermediate-basic volcanics in Manzhouli region［3］

从火山岩的微量元素原始地幔标准化图解（图5）得出，塔木兰沟组、伊列克得组岩石微量元素为右倾型，强烈亏损Nb、Ta、Ti和Y，富集 Rb、Ba、Zr和Hf等元素，岩石w（Zr）/w（Hf）值为 43.19～46.72。 上库力组中段岩石的微量元素蛛网图中样品强烈亏损Nb、Ta、Sr和Ti， 富集Rb、Th、Zr和Hf等元素。

3.3 稀土元素

据稀土元素样品分析结果（表3和图6），塔木兰沟组、上库力组中段和伊列克得组没有明显负Eu异常，δEu分别为0.95、0.79和1.30，均接近于1，故认为本区中生代中基性火山岩岩浆来源主要为上地幔，且有地壳物质混熔。

4 讨论与结论

4.1 岩浆来源及演化

图6 满洲里地区中生代中基性火山岩稀土元素标准化图解［3］Fig.6 Chondronite-normalized REE pattern of Mesozoic intermediate-basic volcanics in Manzhouli region［3］

一般认为碱性岩是深部岩浆的产物［5］。本区塔木兰沟旋回、上库力组中期亚旋回和伊列克得旋回中基性火山岩具有随SiO2增加，全碱含量连续增加的特征，反映出岩浆连续演化的特点。在本区安山玄武岩和玄武粗安岩中均见有代表幔源岩浆成因的橄榄石。据w（Na2O+K2O）-δEu 图解（图 7）， 大多数样品落在幔源区和壳幔混合区。

图 7 w（Na2O+K2O）-δEu 图解［5］Fig.7 Total alkaline-δEu diagram［5］

表3 满洲里地区中生代中基性火山岩稀土元素分析结果及主要参数［3］Table 3 REE analytical results and main parameters of Mesozoic intermediate-basic volcanics in Manzhouli region［3］

另外，从锶的初始比值 Ni（87Sr）/Ni（86Sr）来看，塔木兰沟组比值为0.702 77～0.708 33、上库力组中段为0.705 58、伊列克得组为0.717 07。这均暗示着该区中基性火山岩来源于上地幔，且有地壳物质混熔［3］。

4.2 构造地质背景探讨

火山作用与大地构造环境密切相关。目前，对中国东北部（包括满洲里地区）中生代火山岩带成因环境有多种认识：（1）太平洋板块向大陆俯冲的产物［6］；（2）大陆裂谷带的产物［7］；（3）东部大洋板块向中国大陆俯冲作用和东部濒太平洋造山岩石圈根带拆沉作用相结合的产物［8］； （4）地幔热柱活动的结果［9］； （5）中生代大陆岩石圈内部伸展背景下幔源岩浆积极参与地壳演化的一次造山运动［10］。

本区中基性火山岩为亚碱性和碱性过渡系列的玄武粗安岩、粗安岩和粗面玄武岩组合，与板内及板缘的岩石组合接近；大离子亲石元素Ba、Th和Sr明显富集，具有板内钾质熔岩的特征。本区晚侏罗世塔木兰沟组和早白垩世伊列克得组中基性火山岩w（La）N/w（Yb）N为 6.84～18.56、 w（Ce）N/w（Yb）N为8.31～16.08，明显高于洋壳和过渡地壳型火山岩w（La）N/w（Yb）N和 w（Ce）N/w（Yb）N比值， 与大陆裂谷碱性玄武岩和强拉张应力场地质构造环境形成的碱性玄武岩相类似［11］。暗示着本区火山岩形成于板内拉张的构造环境。

图 8 log σ与 log τ关系图 （据 Rittmann A， 1970）Fig.8 Relationship diagram of log σ and log τ（After Rittmann A， 1970）

根据logσ与logτ关系图（图8）， 该区中基性火山岩多数样品落在了B区，属于消减带火山岩。塔木兰沟组火山岩样品落在A、B和C 3个区域的分界线附近，表明在塔木兰沟期大陆已经开始活化，上库力期火山活动最强，伊列克得期大陆向稳定期过渡；另外，上库力组中段部分样品落在C区，表明该段火山岩部分已经演化为碱性岩，与TAS图一致。

4.3 结 论

综上分析，初步认为大兴安岭中北段满洲里地区中生代中基性火山岩具有富碱、富钾和富铝特征；形成于板内拉张构造环境；岩浆来源于上地幔，且有地壳物质混熔。

［1］葛文春，林 强，孙德有，等.大兴安岭中生代玄武岩的地球化学特征:壳幔相互作用的证据［J］.岩石学报， 1999， 15（3）:397-407.

［2］赵 越，杨振宇，马醒华，等.东亚大陆构造发展的重要转折［J］.地质科学， 1994， 29（2）:105-119.

［3］景建安.灵泉火山盆地铀成矿条件分析［J］.东华理工学院学报， 2005， 28（3）:223-229.

［4］邱家骧，林景仟，王人镜，等.岩石化学［M］.北京:地质出版社，1989:86-139.

［5］尹志刚，张跃龙，杨晓平，等.大兴安岭北部中生代火山岩特征及岩浆演化［J］.世界地质，2006，25（2）:120-127.

［6］赵国龙，杨桂林，傅嘉友，等.大兴安岭中南部中生代火山岩［M］.北京:北京科学技术出版社，1989:1-260.

［7］葛文春，林 强，李献华，等.大兴安岭北部伊列克得组玄武岩的地球化学特征［J］.矿物岩石，2000，20（3）:14-18.

［8］邓晋福，赵海玲，莫宣学，等.大陆根-柱构造:大陆动力学的钥匙［M］.北京:地质出版社，1996:18-24.

［9］林 强，葛文春，孙德有，等.东北地区中生代火山岩的大地构造意义［J］.地质科学， 1998， 33（2）:129-139.

［10］邵济安，张履桥，牟保磊，等.大兴安岭中生代伸展造山过程中的岩浆作用［J］.地学前缘，1999，6（4）:339-346.

［11］王东方，周世光，孙成林，等.辽宁中西部中新生代火山岩的稀土元素测定、分布模式及其构造意义［J］. 地球化学， 1985， 24（2）:134-141.

Genesis and tectonic geological setting of Mesozoic intermediate-basic volcanics in Manzhouli region，Inner Mongolia

LI Chang-hua1， WEI San-yuan2， CHEN Gui-hai1， WENG Yi-jun1，JIANG Shan1，YANG Zhi-liang1
（1.Geologic Party No.243， CNNC， Chifeng， Inner Mongolia 024006， China；2.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Manzhouli region in Inner Mongolia is located at the mid-northern segment of Mesozoic volcanic belt in Da Xing’anling area.Due to the long-term activities of a NE-trending crustal fault，Late Jurassic-Early Cretaceous volcanic magma activity of intermediate-basic volcanics is strong and distributes along the fault as linear.Through analyzing the feature of the rock assemblage，cycles and petrogeochemistry of volcanic magmatism in Upper Jurassic Tamulangou Formation，middle segment of Upper Kuli Formation and Lower Cretaceous Yiliekede Formation，the tectonic geological setting and magama genesis are elaborated，Late Jurassic volcanics is considered to form in the tectonic setting of intraplate tension and the magma comes from the upper mantle with some melted crustal materials.

Manzhouli region； intermediate-basic volcanics； tectonic environment； magma sources

P619.14；P58

A

1672-0636（2010）01-0019-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.01.004

2009-10-20；

2009-12-14

李长华（1967—），男，内蒙古赤峰人，工程师，主要从事铀矿地质勘查工作。E-mail：chifeng243@163.com