大兴安岭玛尼吐组年代学、地球化学特征及岩石成因

商宇航， 陆 胜

(1.黑龙江科技大学矿业工程学院，哈尔滨150022;2.黑龙江省第五地质勘察院，哈尔滨150090)

大兴安岭玛尼吐组年代学、地球化学特征及岩石成因

商宇航1， 陆 胜2

(1.黑龙江科技大学矿业工程学院，哈尔滨150022;2.黑龙江省第五地质勘察院，哈尔滨150090)

为了确定大兴安岭北段中部温库吐地区玛尼吐组的形成时代、岩石成因及其地球动力学背景，对玛尼吐组火山岩进行岩相学、锆石SHRIMP U－Pb年代学与岩石地球化学研究。结果表明:玛尼吐组火山岩组成包括英安岩、粗安岩、玄武粗安岩与粗面玄武岩。锆石呈自形－半自形晶，韵律环带发育，Th/U为0.74～1.68，这一指标指示其岩浆成因。定年结果显示，玛尼吐组火山岩形成于141.3±1.7的早白垩世。岩石地球化学研究表明，玛尼吐组火山岩属高钾钙碱性系列。样品球粒陨石标准化稀土配分曲线均有相似特征，微量元素显示富集大离子亲石元素Rb、Ba、K，亏损高场强元素Nb、P、Ti为特征。其岩浆源区来源于地壳，形成于古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲的背景下。

锆石;地球化学;玛尼吐组;温库吐地区;大兴安岭

研究区处在兴安与额尔古纳两个地块缝合线上，区内有新林－头道桥断裂穿过。大兴安岭火山岩带主体呈北北东向分布，近年来，已经有学者对其年代学、岩石成因形成的构造背景进行探讨［1－2］。不同学者对于大兴安岭地区火山岩的形成时代具有不同的认识。张吉衡［3］认为其主体形成时代为早白垩世;孙德有等［4］认为其形成于晚侏罗世到晚白垩世主体集中在162～111 Ma;司秋亮等［5］研究认为其形成时代主要集中在122～173 Ma。在地球化学及岩石成因方面，林强等［6］认为大兴安岭北部火山岩以碱性系列为主，岩浆均起源于富集型地幔;张吉衡［3］则认为其源区为受到俯冲洋壳脱水流体交代作用的岩石圈地幔。

目前，对于大兴安岭火山岩的研究主要集中在中南地段，少量在北段。玛尼吐组火山岩是大兴安岭火山岩的重要组成部分，前人对其研究程度较低［7－8］，因此，笔者选取温库吐地区玛尼吐组火山岩，对其进行锆石SHRIMP U－Pb年代学、岩石地球化学的研究，讨论其形成时代、岩石成因以及地球动力学背景。

1 地质背景与样品描述

研究区位于兴蒙造山带的东段额尔古纳地块东南部边缘地带。中生代火山构造属大兴安岭中生代火山喷发岩带北段(根河岩区)中部，是研究大兴安岭火山－岩浆构造带演化的关键性地区之一［9］，见图1。区内地层出露范围广泛，主体由中生界火山岩及第四系组成［10］。

玛尼吐组分布在1406高地、小古里奇纳山(1 354.5高地)一带，西日克特林场北部小面积出露，另有温库吐河两岸零星分布，面积218 km2，占研究区总面积15.9%，最大厚度大于624.5 m。玛尼吐组主要为安山岩、英安岩及英安质凝灰岩。

图1 研究区所在大地构造位置示意Fig.1 Tectonic map of study area

2 锆石年龄U－Pb的测定

对选自温库吐地区玛尼吐组火山岩的新鲜样品进行锆石挑选和制靶。测试的具体流程及方法见文献［11－12］。

玛尼吐组中取得一个锆石测年样品，岩性为安山岩，样品编号D2588，取样位置位于E122°02'31″，N49°28'40″。采用锆石SHRIMP U－Pb测年方法。

锆石经显微镜透射鉴定，自形度较高，晶体裂纹发育，可见溶蚀痕迹，韵律环带结构发育，显示其岩浆成因，见图2。所测25个测点中锆石Th/U比值为0.74～1.68，值均高于0.4，显示为岩浆成因锆石的特点。锆石年龄U－Pb测定结果见表1。

玛尼吐组英安质含角砾强熔结玻屑晶屑凝灰岩获得 25个测点，同位素谐和年龄为 141.3± 1.7 Ma，时代为早白垩世。玛尼吐(D2588)同位素测年谐和年龄见图3。

图2 玛尼吐组安山岩(D2588)锆石阴极发光图片Fig.2 Cathode luminescence images of Zircon from Manitu Formation

图3 玛尼吐组(D2588)U-Pb年龄谐和图Fig.3 Zircon U-Pb concordian plot from Manitu Formation(D2588)

3 地球化学特征

玛尼吐组7件火山岩分析结果见表2～4。玛尼吐组岩石的SiO2质量分数为54.47%～69.39%，Al2O3为 14.89% ～16.46%，TFeO为2.87% ～8.71%，CaO为0.34%～4.43%，MgO为0.08%～3.07%，其w(Mg#)值介于23.30%～40.56%，平均值为30.12，TiO2为0.48% ～2.01%。岩石具有低硅高镁特征，全碱ALK(Na2O+K2O)为6.98% ～9.58%，平均为 8.61%，K2O与 Na2O比值为0.58%～1.78%，Na2O与K2O质量分数接近，如图4显示，样品属高钾钙碱性系列，落在粗面玄武岩、玄武粗安岩与粗安岩区域。如图5显示，均落入高钾岩系列;Α与CNK比值为1.13～1.57，Α与NK比值为2.37～3.25，所有样品均为过铝质。戈蒂尼指数为5.85～19.31，表明该组火山岩由造山向非造山环境过渡。

表1 玛尼吐组安山岩(D2588)SHRIMP锆石U－Pb分析结果Table 1 Zircon SHRIMP U－Pb Dating Results of Manitu Formation(D2588)

玛尼吐组岩石的稀土元素总量(∑REE)在156.99～249.40×10－6。Eu为0.72～0.95，显弱的负铕异常。w(La/Yb)N为9.56～40.66，轻重稀土分馏不明显。图6a稀土元素配分模式，图6a显示，轻稀土呈略富集，配分曲线右倾，曲线平缓。图6b是原始地幔的微量元素标准化蛛网示意，由图6b可知，大离子(Rb、Ba、K)亲石元素富集，高场强元素(Nb、TP、Ti等)亏损(见表2)。以上特征表明玛尼吐火山岩岩浆源区主要来源于地壳。

表2 玛尼吐组火山岩主量元素分析结果Table 2 Major element compositions of volcanic rocks in Manitu Formation

表3 玛尼吐组火山岩微量元素分析结果Table 3 Rare elementand compositions of volcanic rocks in Manitu Formation

表4 玛尼吐组火山岩稀土元素分析结果Table 4 Trace elementand compositions of volcanic rocks in Manitu Formation

图4 玛尼吐组岩石TAS图解Fig.4 TAS diagram of Manitu formation

表2～4显示，玛尼吐组火山岩主量元素、玛尼吐组火山岩微量元素和玛尼吐组火山岩稀土元素分析结果。玛尼吐组火山岩平均值是16.7，一般划归消减带火山岩。戈蒂尼－里特曼指数(lg τ－lg δ)关系如图7所示，火山岩样品全部投影于消减带区域，属造山带火山岩。

图5 玛尼吐组K2O－SiO2图解Fig.5 Plot of w(K2O)and w(SiO2)of Manitu formation

图6 稀土元素配分曲线与微量元素蛛网图Fig.6 Rare earth element distribution curve and trace elements spider diagram

图7 玛尼吐组火山岩lgτ-lgδ关系Fig.7 Relation of lgτ and lgδ for volcanic rocks

4 讨论

4.1 形成时代

孙德有［1］对大兴安岭中生代火山岩研究显示，其形成时代主要集中在3个时期:晚侏罗世、早白垩世早期以及早白垩世晚期。研究区内的满克头鄂博组和塔木兰沟组应为晚侏罗世的产物，白音高老组和玛尼吐组应形成于早白垩世早期，而梅勒图组火山岩应为早白垩世晚期的产物。文中对玛尼吐组火山岩进行年代学研究，其中锆石具有明显的韵律环带结构，Th/U＞0.1，显示其岩浆成因，加权平均年龄141.3±1.7 Ma，可以代表其形成时间为早白垩世。

4.2 岩浆源区

玛尼吐组火山岩富集大离子亲石元素而亏损高场强元素，表明岩浆源区为壳源。玛尼吐组火山岩的相容元素及w(Mg#)值较低，不具地幔成因的特征。微量元素比值Rb/S为0.08～0.90，均值为0.45，接近上地壳平均成分(0.32)，Rb/Nb为3.44～15.95，均值为10.52，略大于上地壳平均值4.5，同样显示其来源于地壳。

4.3 构造背景

对于大兴安岭中生代火山岩的形成一直有着不同的认识，但目前主要有以下两种观点:一是形成于蒙古－鄂霍茨克洋的闭合时期;二是形成于古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲的背景下。文中通过对温库吐地区玛尼吐组火山岩研究并结合前人研究成果认为其为古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲的背景下的产物。主要证据包括以下两个方面:第一，年代学研究表明玛尼吐组火山岩形成于早白垩世，此时蒙古－鄂霍茨克洋已经发生了闭合。第二，研究区内晚中生代火成岩呈NE向展布，与古太平洋的俯冲方向互相垂直。因此，玛尼吐组火山岩形成于古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲的背景下。

5 结论

(1)大兴安岭北段中部温库吐地区玛尼吐组火山岩形成年龄为141.3±1.7 Ma，时期为早白垩世。

(2)通过岩石地球化学数据可知，温库吐地区玛尼吐组火山岩属高钾钙碱性系列，富集轻稀土和大离子亲石元素、亏损重稀土和高场强元素，岩浆源区为地壳。

(3)大兴安岭北段中部温库吐地区玛尼吐组火山岩形成于古太平洋板块向亚洲大陆板块俯冲的背景下。

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［5］ 司秋亮，崔天日，唐 振，等.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.

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(编辑 晁晓筠 校对 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

黑龙江省地质勘查科研基金项目(201706);内蒙古区域地质矿产调查基金项目(1212011220428)

商宇航(1983－)，男，黑龙江省林甸人，讲师，硕士，研究方向:矿产资源勘查，E-mail:4290409@qq.com。