内蒙古扎兰屯地区白音高老组火山岩地球化学、年代学及其地质意义

秦涛，郑常青，崔天日，李林川，钱程，陈会军

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061；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，辽宁沈阳 110034）

内蒙古扎兰屯地区白音高老组火山岩地球化学、年代学及其地质意义

秦涛1，2，郑常青1，崔天日2，李林川2，钱程2，陈会军2

（1.吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061；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，辽宁沈阳 110034）

扎兰屯西南部白音高老组火山岩的岩相学鉴定为流纹岩组，少量英安岩.LA-ICPMS锆石U-Pb定年显示，流纹岩形成于125～129 Ma的早白垩世.岩石地球化学研究表明，火山岩高硅、富碱，为过铝质高钾钙碱性系列；稀土丰度较高（∑REE=128.35×10-6～ 169.26×10-6），轻重稀土分馏明显（（La/Yb）N=12.17～16.42），弱负Eu异常（δEu=0.43～0.70）；大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、K等相对富集，出现Ba的亏损，高场强元素（HFSE）Sr、P、Ti强烈亏损，Nb、Ta相对亏损，与A型花岗岩特征相似.Rb/Sr=0.58～2.06，Ti/Y=6.50～17.98，Ti/Zr=7.49～40.87，基性相容组分Cr、Co、Ni含量较低，Mg#较低，具有壳源岩浆特征.综合考虑扎兰屯白音高老组火山岩的上述特征并结合他人研究成果，认为扎兰屯地区的这套火山岩源于地壳的部分熔融，形成于非造山板内伸展环境.

白音高老组；地球化学；U-Pb年龄；岩石成因；伸展环境；扎兰屯；内蒙古

0 引言

大兴安岭位于兴蒙造山带东段，古生代受古亚洲洋域控制，经历了长期的多块体拼贴和造山作用，中新生代受蒙古-鄂霍次克洋闭合及环太平洋构造域的影响，火山活动强烈.大兴安岭地区中生代火山岩一直备受国内外地质学者的关注.近年区域地质调查工作及相关科研工作在中生代火山岩年代学方面取得了明显进展，研究表明大兴安岭地区晚中生代火山活动开始于晚侏罗世，早白垩世最为强烈，其U-Pb同位素年龄集中分布于145～120 Ma［1-3］.但是，目前对大兴安岭中生代火山岩形成的构造背景仍然存在较大争议，主要有地幔柱成因［4-5］、古太平洋板块俯冲［6-7］及蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展［8-10］3种观点.

研究区位于大兴安岭中段，中生代火山岩研究程度低，缺少可靠的同位素年代学及地球化学资料.本文在大石门林场及大旗一带采集相关样品（图1），对扎兰屯西南部白音高老组火山岩开展锆石U-Pb年代学及地球化学研究，探讨其成因及形成的构造背景.

图1 扎兰屯地区地理位置和晚中生代火山岩分布地质简图Fig.1Locality of Zhalantun with distribution of the Late Mesozoic volcanic rocks

1 地质概况

中国东北地区位于华北板块和西伯利亚板块之间，两板块之间由中蒙地块、南戈壁板块、额尔古纳地块、兴安-布列亚-佳木斯地块和系列增生带、缝合带组成［11］.各微板块各自经历复杂的增生演化、相互拼合等复杂过程，形成统一的夹于华北板块与西伯利亚板块之间的中间板块，中间板块与华北板块沿西拉木伦河-延吉一带从晚泥盆世开始拼合，到晚二叠世—早三叠世拼合完成，形成联合板块［11-12］.侏罗纪晚期蒙古-鄂霍次克洋完成闭合［13］，进入古亚洲洋构造域向太平洋构造域转换阶段，至早白垩世本区完全受太平洋构造域控制［14］.

扎兰屯西南部地处大兴安岭中北段（图1），构造演化复杂，断裂构造发育，以NE、NEE和NW向构造为主，其次是S-N向断裂.研究区古生代地层出露较少，中生代火山岩出露广泛，主要的中生代火山岩地层有晚侏罗世满克头鄂博组（J3m）、玛尼吐组（J3mn），早白垩世白音高老组（K1b）、梅勒图组（K1m）.满克头鄂博组以流纹岩、英安岩为主；玛尼吐组以安山岩为主，夹少量粗面岩、粗安岩等；白音高老组以流纹岩、英安岩为主；梅勒图组以基岩的玄武岩、玄武安山岩为主.

研究区侵入岩分布广泛.古生代侵入岩主要为早石炭世和早二叠世花岗岩.中生代岩体分布面积较大，包括早白垩世花岗闪长岩（γδK1）、二长花岗岩（γδK1）、碱长花岗岩（γδK1）、花岗斑岩（γπK1）、正长斑岩（ξπK1）.

2 火山岩岩相学特征

扎兰屯西南部地区白音高老组分布广泛，火山岩出露面积较大.颜色以灰黑色、灰白色为主，斑状结构、球粒结构，基质主要为斑状结构、微晶结构、玻璃质结构，块状构造、流纹构造.白音高老组的岩性主要为流纹岩，少量英安岩.

流纹岩（113-16）：新鲜面灰黑色，斑状结构、球粒结构.斑晶有斜长石，由更长石组成，熔蚀状，粒径0.3～1 mm，含量8%；钾长石，粒径0.2～0.8 mm；石英，熔蚀状，粒径0.3～1.5 mm，含量2%.基质由脱玻化的隐晶物质和少量石英（d≤0.1 mm，含量5%）组成.

英安岩（112-51）：新鲜面灰黑色，斑状结构，基质脱玻化隐晶质结构.斑晶为斜长石，由更长石组成，熔蚀状，粒径0.2～1 mm，含量10%.基质由脱玻化的隐晶物质和少量石英组成.根据化学成分，这些岩石全部属于流纹岩，与室内岩相学存在一定的差异，这可能与岩相学鉴定以斑晶含量为依据定名，而基质还含有较多的细小的不易鉴别的碱性长石和石英有关.

3 地球化学特征

样品磨碎至200目后，在沈阳地质矿产研究所实验测试中心进行常量、微量元素分析测试.常量元素用XRF玻璃熔片法，分析精度优于2%～5%；稀土元素和微量元素采用ICP-MS分析方法，分析精度和准确度一般优于5%～10%.

火山岩主量元素分析结果（表1）表明，白音高老组高硅、富碱，SiO2含量介于70.07%～75.97%之间，Al2O3含量介于12.50%～15.56%.全碱（K2O+Na2O）含量为7.56%～

9.96%，为钾质岩石，K2O/Na2O介于1.08～2.08之间.铝指数Al2O3/（CaO+K2O+Na2O）分子比=1.10～1.32，为过铝质岩石，过碱指数（K2O+Na2O）/Al2O3分子比=0.74～0.88.贫Ca、Mg，低Ti，CaO含量为0.01%～0.53%，MgO含量为0.11%～0.52%，TiO2含量为0.18%～ 0.26%.在TAS火山岩分类命名图解（图2）中，所有样品均落入亚碱性系列的流纹岩范围内.在硅碱图（图3）中，白音高老组火山岩落入高钾钙碱性系列.

表1 扎兰屯西南部白音高老组地球化学分析结果Table 1 Geochemical data of Baiyingaolao Formation in the southwest of Zhalantun area

图2 扎兰屯西南部白音高老组流纹岩样品TAS分类图Fig.2 TAS diagram of rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

图3 扎兰屯西南部白音高老组流纹岩SiO2-K2O图解Fig.3 K2O-SiO2diagram of rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

白音高老组火山岩的稀土丰度较高（表1），稀土元素总量∑REE为128.35×10-6～169.26×10-6.轻稀土富集，LREE含量为113.17×10-6～140.59×10-6，重稀土亏损，HREE含量为15.18×10-6～29.80×10-6，轻重稀土分馏明显，（La/Yb）N=12.17～16.42，在稀土元素配分模式图中呈右倾型（图4）.弱负Eu异常，δEu值介于0.43～0.70之间，说明源区有斜长石残留或岩浆演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用.微量元素蛛网图（图4）显示，白音高老组火山岩中，大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、K等相对富集，出现Ba的亏损，高场强元素（HFSE）Sr、P、Ti强烈亏损，Nb、Ta相对较亏损，具有壳源岩浆的特征，说明白音高老组火山岩岩浆可能来源于地壳.

4年代学研究

锆石分选、锆石制靶、显微图像采集工作在河北省廊坊市完成，U-Pb年龄测定均在中国地质科学院国家地质测式中心完成.对待测样品的锆石进行透射光、反射光和阴极发光图像的观察和采集，以确定锆石的内部结构和成因.锆石数据分析采用193 nm的ComPex102型ArF准分子激光器和Agilent7500a型ICP-MS仪器，采用高纯氦气作为剥蚀物质的载气，激光频率为6 Hz，激光强度为50 mJ，激光斑束为30 μm，使用人工合成硅酸玻璃标准物质NIST610进行仪器状态调整参考，使用国际标准锆石91500作为同位素组成的外标，实验获得的数据采用Andersen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完成.单个分析点的同位素比值和同位素年龄误差为1σ.锆石的LA-ICP-MS U-Pb同位素分析结果见表2.

本文对采自扎兰屯西南部不同地区的2个流纹岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析.从样品TW26、TW30的锆石阴极发光照片（图5）可以看出，锆石颗粒晶型完好，呈长柱状或短柱状，长宽比3∶1～1∶1，具有明显的振荡生长环带结构，说明具有岩浆成因锆石特征.锆石Th/U比值大于0.1，分别为0.81～1.80和0.85～2.24，为典型岩浆成因的锆石.

TW26样品采自大石门林场，将铅丢失严重的数据（2、14、17、18、25、28）剔除后，剩余的24个分析点均位于U-Pb谐和线上或其附近.206Pb/238U表面年龄介于120.8～129.9 Ma，其加权平均年龄为125.80±0.94 Ma（MSWD=0.9）（图6a）.

TW30样品采自大旗村，将铅丢失严重的数据（2、16、25）剔除后，剩余的27个分析点均位于U-Pb谐和

线上或其附近，206Pb/238U表面年龄介于118.8～138 Ma，其加权平均年龄为129.7±2.0 Ma（MSWD=4.5）（图6b）.

表2 扎兰屯西南部白音高老组流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析结果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb analysis of rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

图4 扎兰屯西南部白音高老组流纹岩稀土元素配分模式图（a）和微量元素蛛网图（b）Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution pattern(a)and primitive mantle-normalized spidergram(b)for the rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

图5 扎兰屯西南部白音高老组流纹岩部分锆石阴极发光图像Fig.5 CL images of selected zircons from rhyolite in Baiyingaolao Formation from the sorthwest of Zhalantun

5 讨论

5.1 锆石U-Pb年龄

高精度锆石U-Pb定年结果显示，扎兰屯西南部地区白音高老组流纹岩（TW26、TW30）分别形成于125.80±0.94 Ma和129.7±2.0 Ma，其形成时代为早白垩世中期.1∶5万大旗等4幅区域地质调查项目根据地层对比将大石门火山盆地大石门林场以西的流纹岩划归满克头鄂博组，但U-Pb测年结果显示该火山盆地内部流纹岩形成年龄为125.80±0.94 Ma，时代为早白垩世，应归属白音高老组.

根据最新区调成果、已有研究资料［1-3，15］和本文测年结果，认为扎兰屯西南部地区白音高老期酸性火山岩从早白垩世早期（139 Ma）开始活动，一致持续到早白垩世晚期（125 Ma），柴河地区流纹质碎斑熔岩的形成［15］，标志该地区白音高老期火山活动的结束.本文酸性流纹岩（129.7 Ma、125.8 Ma）应为白音高老期早白垩世晚期火山活动的产物.

图6 扎兰屯西南部白音高老组流纹岩锆石U-Pb谐和图Fig.6 U-Pb concordian diagrams of rhyolite in Baiyinggaolao Formation from the southwest of Zhalantun

5.2 岩石成因

酸性岩浆可由玄武质岩浆结晶分异形成或深部地壳部分熔融形成，而玄武质岩浆结晶分异形成的酸性岩浆规模较小，大体积的酸性岩浆主要由地壳部分熔融形成.白音高老组火山岩中大离子亲石元素（LILE）Rb、Th、K等相对富集，高场强元素Nb、Ta相对较亏损，说明白音高老组火山岩岩浆源区可能为俯冲流体交代的岩石圈或陆壳物质.关于大兴安岭白音高老组流纹岩的成因，目前主要有3种成因观点：（1）结晶作用形成［6］；（2）与玄武岩构成双峰式火山岩组合［4-5］；（3）由地壳岩石部分熔融所形成［6，15］.研究区内玛尼吐组火山岩分布广泛，但是南木等四幅区域地质调查项目在白音高老组底部发现一套砾岩，说明在玛尼吐组与白音高老组之间存在较大的沉积间断，两个组应属于不同岩浆旋回的产物，并非同源岩浆演化之结果.研究区内及周边无基性玄武岩出露，因此不构成双峰式火山岩组合特征.

由表2可知，白音高老组火山岩Rb/Sr比值为0.58～2.06，与壳源岩浆的范围（Rb/Sr大于0.5）一致；流纹岩Ti含量较低，Ti/Y比值小于100，为6.50～17.98，平均为13.06，Ti/Zr变化范围较大，为7.49～40.87，平均值为16.27，具有壳源特征.基性相容组分Cr、Co、Ni含量较低，分别为2.98×10-6～13.20×10-6、0.06×10-6～2.56×10-6和1.10×10-6～8.96×10-6，Mg#也相对较低，其值为2.27～3.45，这显示出该组酸性岩浆为地壳来源而非地幔成因.

A型花岗岩最重要的地球化学特征是富SiO2、K2O，贫Al2O3、Sr、Ba、Eu、Ti和P，负铕异常［16］.本文白音高老组火山岩高硅，SiO2含量73.48%～75.97%（A型花岗岩为74%～75%）；富钾，K2O含量4.66%～5.79%（A型花岗岩4%～6%）；贫铝，Al2O3含量12.50%～15.56%（A型花岗岩12%～13%）；稀土元素配分模式图为右倾型，负Eu异常，微量元素分布图上，强烈亏损Sr、Ba、Ti、P.上述地球化学特征显示白音高老期火山岩具有A型花岗岩的特征.

5.3 火山岩形成的构造背景

前人大量的研究资料显示，关于大兴安岭北段晚中生代火山岩形成的构造环境有多种不同的观点，主要有地幔柱成因［4-5］、古太平洋板块俯冲［6-7］及蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展3种观点［8-10］.尽管存在着上述争议，但大兴安岭地区在早白垩世处于伸展体制下的观点却得到了多数学者的认同.Fan通过研究大兴安岭北段的晚中生代火山岩，认为大兴安岭北段晚中生代火山岩形成于造山后的弥散性伸展环境，来自古亚洲洋或蒙古-鄂霍次克洋闭合有关的受流体交代的地幔［18］.苟军通过研究满州里南部火山岩，认为白音高老组火山岩是在板内拉张环境下由玄武质下地壳部分熔融形成的［17］. Zhang J H认为扎兰屯地区长英质火山岩来源于底侵玄武质下地壳熔融，而底侵玄武质岩石则来自与古亚洲洋或蒙古-鄂霍次克洋闭合有关的被流体交代的地幔［19］.研究区白音高老组流纹岩具有A型花岗岩特征，而A型花岗岩通常被认为形成于伸展构造背景.在Y/Nb-Ce/Nb图解（图7）中，扎兰屯地区白音高老组流纹岩全部落入A1型区域内部，代表了大陆裂谷或板内环境，这与碱子山地区碱长花山岗岩［8，19-20］和蘑菇气、根多河地区发现的白垩纪花岗岩反映的构造环境相一致.综合前人的研究结果及本文的研究资料，笔者认为扎兰屯南部地区白音高老组火山岩形成于板内拉张环境，其形成可能与古太平洋板块俯冲或蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展环境有关.

图7 内蒙古扎兰屯地区白音高老组A型流纹岩Y/Nb－Ce/Nb判别图解（据Eby，1992）Fig.7 Y/Nb-Ce/Nb plots for various A-type granites from Zhalantun area（After Eby,1992）

7 结论

（1）扎兰屯西南部白音高老组火山岩由流纹岩、英安岩组成，化学成分以流纹岩为主.岩石形成于125～129 Ma之间的早白垩世.

（2）白音高老组火山岩高硅、富碱，为过铝质岩石，属于高钾钙碱性系列.稀土元素丰度较高，轻重稀土分馏明显，弱的负Eu异常.富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，低Rb/Sr比值，具有壳源岩浆特征.

（3）白音高老组火山岩形成于非造山板内伸展环境.

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VOLCANIC ROCKS OF THE BAIYINGAOLAO FORMATION IN THE SOUTHWEST OF ZHALANTUN,INNER MONGOLIA: Geochemistry,Geochronology and Tectonic Implications

QIN Tao1,2,ZHENG Chang-qing1,CUI Tian-ri2,LI Lin-chuan2,QIAN Cheng2,CHEN Hui-jun2
（1.College of Geosciences,Jilin University,Changchun 130061,China; 2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China）

The volcanic rocks of Baiyingaolao formation in the southwest of Zhalantun are petrographically composed of rhyolite,with minor dacite.The zircon U-Pb dating results show that they were formed in Early Cretaceous from 125 to 129 Ma.The geochemical study suggests that the rhyolite is rich in silicon and alkali,belonging to peraluminous high-K calcalkaline series.The rocks are also characterized by obviously right-declined REE patterns and slightly negative Eu anomalies with high total REE contents.On the primitive mantle normalized multi-elements diagram,the volcanic rocks of Baiyingaolao Formation exhibit enrichments of Rb,Th and K and depletions of Ba and HFSEs such as Nb,Ta,Ti,Sr and P, similar to the characteristics of A-type granite.They have low Cr,Ni,Co and Mg#concentrations,with Rb/Sr ratios of 0.58-2.06,Ti/Y ratios of 6.50-17.98 and Ti/Zr ratios of 7.49-40.87,indicating a crust magma source,instead of mantle source. From the above characteristics,it is proposes that the volcanic rocks of Baiyingaolao Formation were derived from the partial meltingofthecrustandformedinthenon-orogenicintraplateextensionalenvironment.

Baiyingaolao Formation; geochemistry; U-Pb dating; petrogenesis; extensional environment; Zhalantun; Inner Mongolia

1671-1947（2014）02-0146-08

P588. 14；P597

A

2014－03－ 14；

2014－03－27.编辑：张哲．

中国地质调查局项目“内蒙古1∶5万大旗、河口大队、林家堡子、雅尔根楚佃沟四幅区域地质调查”（1212011120666）资助.

秦涛（1985—），男，硕士，从事区域地质调查研究工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//qintao2008@hotmail.com.