大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩锆石U
--Pb年龄及地球化学特征

李湜先，赵庆英，邱士龙，郑泽宇

吉林大学地球科学学院，长春130061

0 引言

大兴安岭位于中国东北，中亚造山带的东段，发育大量的中生代花岗岩和同期的火山岩，是中国东部中生代火成岩带的重要组成部分[1]，其内含有丰富的矿产资源[2--7]，是中国最重要的成矿带之一[8]。以往众多学者的研究多集中于大兴安岭中段和南段，而位于北段地区的中生代火山岩研究比较匮乏，导致对大兴安岭地区白音高老组火山岩的时代成因和产生的构造背景存在较大的争议。前人运用地层对比的方式，将吉源地区中生代火山岩归属为上侏罗统—下白垩统[8]，缺少精确同位素测年证据。笔者通过对大兴安岭吉源地区白音高老组酸性火山岩进行锆石U--Pb年代学和地球化学的研究，结合前人研究成果，进一步探讨吉源地区白音高老组火山岩构造背景。

1 区域地质背景及岩相学特征

吉源地区位于内蒙古自治区鄂伦春自治旗西部，与根河市相邻，古生代属西伯利亚板块东南大陆边缘，处于东乌旗—扎兰屯火山型被动陆缘与喜桂图旗火山型被动陆缘结合部位，中--新生代不仅受古太平洋板块对欧亚板块俯冲的影响，还受到蒙古—鄂霍茨克构造带影响，是古生代古亚洲构造域与中--新生代环太平洋构造域、蒙古—鄂霍茨克构造域的叠加、复合部位，构造演化复杂(图1)。研究区断裂构造以NE、NW向断裂为主，这些断裂构造控制了中生代岩浆活动的基本格局，其中晚侏罗世—早白垩世火山岩分布广泛。

研究区内主要地层为下石炭统莫尔根河组、中侏罗世塔木兰沟组、晚侏罗世满克头鄂博组、晚侏罗世玛尼吐组、早白垩世白音高老组、早白垩世梅勒图组。莫尔根河组岩性为变玄武岩、角斑岩。不整合于满克头鄂博组之下。塔木兰沟组具体为一套中基性火山岩，由玄武岩、玄武粗安岩、粗安岩组成，与上覆满克头鄂博组呈不整合接触。满克头鄂博组为流纹质沉凝灰岩、熔结凝灰岩、流纹岩。玛尼吐组为英安岩，英安质火山碎屑岩，整合于满克头鄂博组之上。白音高老组由流纹岩和流纹质凝灰岩组成，与玛尼吐组呈假整合接触。梅勒图组由粗安岩、玄武粗安岩组成。

本文的主要研究对象为吉源地区白音高老组流纹岩，用于测试年龄的样品N2016--6采自白音高老组流纹岩，坐标：50°37′41″N，122°33′44″E(图1)。吉源地区白音高老组流纹岩出露面积小，岩石风化面多呈土黄色或褐色，新鲜面呈灰白色，具斑状结构，块状构造。斑晶为石英和斜长石，石英呈自形--半自形，无色透明，表面光滑正低突起，最高干涉色一级灰白，粒径0.1～0.25 mm；斜长石呈自形--半自形板状，大小为0.25～0.35 mm，部分发生绢云母化。有少量黑云母。基质由长英质显微晶体和放射状长英质球粒构成(图2)。

2 火山岩年龄测定

2.1 分析方法

锆石的分选工作在河北省区域地质调查研究所完成。样品粉碎后，进行淘洗和电磁分离，将晶形较好、无裂痕和无明显包裹体的锆石进行制靶。锆石制靶，反、透射光及阴极发光的显微照片拍摄和U--Pb年龄测定在北京燕都中实测试技术有限公司完成。通过透射光、反射光和阴极发光图像，利用193 nm激光器选择合适的锆石测年区域进行烧灼，束斑直径为35 μm。采用Anderson方法[9]来扣除普通Pb的影响，U--Pb年龄、Pb同位素比值及微量元素含量通过Glitter程序处理。采用Isoplot程序进行年龄计算和成图，年龄误差为1σ，由于锆石年龄都较为年轻(﹤1Ga)，因此选用206Pb/238U年龄值。

2.2 分析结果

由CL图像(图3)可知，锆石大小50～100 μm，半自形--自形，锆石颜色发暗，部分具有振荡环带结构。锆石的Th/U比值>0.1，表明锆石为岩浆成因[10,11]。该样品测试16个测点(表1)，由样品锆石谐和曲线图(图4)可看出，10个点的206Pb/238U年龄为111～114 Ma，加权平均年龄为112. 84±0.81 Ma，MSWD=1.3 , 表明吉源地区白音高老组火山岩形成于早白垩世。测点11、12、13和14的206Pb/238U年龄为185～439 Ma，为捕获锆石，表明研究区可能存在早侏罗世和早志留世的岩浆事件，测点15、16的206Pb/238U年龄为1 526 Ma和1 989 Ma，为岩浆上侵过程中捕获的锆石，反映研究区可能存在早、中元古代的基底。

Q.石英；Pl.斜长石；Bt.黑云母图2 大兴安岭北段白音高老组流纹岩野外照片(a)和显微镜下照片(b、c)Fig.2 Field photos (a)and photomicrograph(b,c) of rhyolites from Baiyingaolao Formation in northern Da Hinggan Mountains

表1 大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩LA--ICP--MS锆石U--Th--Pb同位素分析结果Table 1 LA--ICP--MS U--Th--Pb isotopic analyses of rhyolites in Baiyingaolao Formotion from Jiyuan area in northern Da Hinggan Mountains

图3 白音高老组流纹岩部分锆石的阴极发光图像Fig.3 CL images of selected zircons of rhyolites in Baiyingaolao Formation

图4 白音高老组流纹岩锆石 U--Pb 年龄谐和曲线图Fig.4 U--Pb concordia diagrams of rhyolites in Baiyingaolao Formation

3 火山岩地球化学特征

全岩地球化学分析在澳实分析检测 (广州) 有限公司完成。主量元素采用X--射线荧光光谱(XRF)进行分析，检测下限为0.01%；微量和稀土元素的测定是将0. 025 g样品放入Teflon罐中，加入氢氟酸、硝酸对样品进行溶解，保温24 h，冷却蒸干，再溶解，放入塑料器皿，通过电感耦合等离子质谱(ICP--MS)分析，检测下限为0.05×10-6。

3.1 主量元素

白音高老组地球化学分析结果可知(表2)，吉源地区白音高老组流纹岩的 SiO2含量为75.74%～82.87%，属于酸性岩；Al2O3含量为7.87%～11.22%；全碱含量(K2O+Na2O)较高，为6.65%～8.71%；K2O/Na2O值为8.1～26.7，为钾质岩石；铝饱和指数(Al2O3/(CaO+ K2O+Na2O)分子比)=1.18～1.30，为过铝质岩石；流纹岩的MgO、CaO含量都较低，分别为0.01%～0.05%和0.01%～0.02%。根据火山岩SiO2-AR图解(图5a)[12]，大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩属于碱性系列岩石。在A/CNK-A/NK 图解中(图5b)[13]，样品点都投在过铝质岩石系列。

3.2 稀土和微量元素

根据白音高老组流纹岩的球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(图6a)[14]显示，所有元素具有相同的变化趋势，稀土元素配分模式为右倾型。稀土元素总量∑REE=146.7×10-6～853.15×10-6，轻重稀土元素比值LREE/HREE为1.98～5.47，轻稀土元素富集，重稀土元素亏损，(La/Yb)N比值较高，为1.13～5.46，(Gd/Lu)N比值较低，为0.42～1.92，反映出轻稀土元素分馏较强，重稀土元素分馏较弱的特征。δEu﹤1，表现出负铕异常。微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图6b)[15]显示，吉源地区白音高老组流纹岩富集Rb、Th、U和LREE，亏损Ba、Sr、Ti等，暗示在岩浆演化过程中有大陆地壳物质的参与，而Mg#相对较低，这些都是暗示岩浆来源于地壳的特点。

表2大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩地球化学分析

Table2GeochemicalanalysesofrhyolitesinBaiyingaolaoFormationfromJiyuanareainnorthernDaHingganMountains

样号H20166--1H20166--2H20166--3H20166--4H20166--5SiO277.6182.8778.5376.5175.74Al2O39.827.879.7910.4011.22Fe2O32.720.982.132.832.46CaO0.020.020.010.010.02MgO0.020.010.020.020.03K2O8.006.417.127.977.75Na2O0.300.240.380.700.96TiO20.090.070.110.120.12MnO0.020.010.050.050.03P2O50.090.030.030.100.06烧失量0.970.801.261.091.17总计98.6998.5198.1798.7198.39Mg#1.441.981.831.382.36σ1.991.111.582.242.32La146.5049.7044.0023.3019.40Ce322.00112.0094.3056.9049.90Pr40.7012.9510.206.485.77Nd153.5042.4032.4021.9020.60Sm43.008.837.214.876.14Eu0.350.090.100.120.12Ga30.9020.6033.3032.9035.30Gd39.008.626.654.607.52Tb5.951.771.480.991.76Dy34.9013.2011.457.8313.70Ho6.742.912.651.853.16Er19.059.398.836.7010.35Tm2.841.471.421.161.71Yb18.109.579.918.6411.60Lu2.521.441.461.351.79Y214.0078.6070.7049.5090.90Hf35.0031.7035.6036.2035.30Ta10.609.9013.8013.8014.00Rb566.00399.00586.00674.00638.00Sr27.9015.6010.409.009.00Ba22.2019.5020.3018.8026.70U14.8513.0010.9514.659.55Th64.9038.0044.0049.4053.00Nb149.00145.50181.50169.00187.00Zr1 090.00932.001 150.001 150.001 110.00Cr10.0010.0010.0020.0010.00V5.00<5.0012.0010.007.00(La/Yb)N5.463.503.001.821.13∑REE835.15274.34232.06146.69153.52δCe3.443.583.483.823.97δEu0.010.010.010.030.02

注：σ=[w(Na2O+ K2O)2]/w[(SiO2)-43%].

4 讨论

4.1 形成时代

本文对大兴安岭北段吉源地区白音高老组火山岩进行了锆石测年，获得的白音高老组的火山岩U--Pb年龄为112.84±0.81 Ma，属早白垩世。许文良等认为东北地区，早白垩世火山岩分布广泛以及火山岩组合空间变异，锆石U--Pb定年显示两个时期，分别为130 Ma和110 Ma[16]，表明本研究区的白音高老组火山岩是在早白垩世岩浆活动高峰期形成的。但这些年龄数据与前人对白音高老组火山岩形成时代认识不同，如内蒙古地质志[8]将上库力组三段(白音高老组)划分在晚侏罗世；李文国等运用地层学的理论与方法将白音高老组划入晚侏罗世地层中[17]。白音高老组火山岩形成时代认识上存在差别，主要是根据区域地层对比、岩石组合等进行划分，缺少精确的年代学证据。Zhang et al.测得大兴安岭北部上库力组三段高精度锆石U--Pb年龄为111～126 Ma[18]；葛文春等利用全岩Rb--Sr法获得该岩组三段流纹岩的年龄为127±5 Ma[19]，因此将内蒙古白音高老组火山岩形成时代定为早白垩世。笔者运用锆石测年方法分析吉源地区白音高老组流纹岩的形成时代，测得白音高老组流纹岩形成于112.84±0.81 Ma，与前人所测得的白音高老组流纹岩年龄在早白垩世之间相一致[6--7,20--23]，进一步证明白音高老组流纹岩形成于早白垩世。

4.2 岩浆来源

目前对于白音高老组酸性火山岩的成因存在分歧，大致有3种观点：①由中基性岩浆结晶分异形成[1,7,24--26]；②与玄武岩构成双峰式火山岩组合[1,24--28]；③由地壳物质部分熔融产生[7,20,29]。玄武质/安山质岩浆经结晶作用形成的火山岩常具高Sr特征[25]，而本文的流纹岩属于低Sr(9×10-6～27.9×10-6)流纹岩，说明本区白音高老组流纹岩不是由玄武质岩浆或安山质岩浆分离结晶形成的。双峰式火山岩要求玄武岩与流纹岩大致处于同一时期，本区只有梅勒图组的玄武岩与流纹岩时期相近，根据近年的年龄研究，梅勒图组火山岩形成时代为98～95 Ma[17]，而本区白音高老组流纹岩年龄为112.84±0.81 Ma，缺乏同期的基性火山岩，不能构成双峰式火山岩组合。

图5 白音高老组流纹岩SiO2-AR图解(a)[12]和A/CNK-A/NK图解(b)[13]Fig.5 Diagrams of SiO2-AR (a) and A/CNK-A/NK (b) of rhyolites in Baiyingaolao Formation

图6 白音高老组流纹岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图(a) [14] 和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b)[15]Fig.6 Chondrite normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle normalized trace element spider diagrams (b) of rhyolites in Baiyingaolao Formation

A型花岗岩常具有高的Ga/Al值，富集Rb、Th、Y、Ta、Ga等元素，亏损Ba、Sr、Cr、Co等，有明显的负铕异常[30、31]。本研究区分析的白音高老组火山岩在10 000*Ga/Al-FeOt/MgO和10 000*Ga/Al-Na2O+K2O图解上(图7)[31]，都落在A型花岗岩范围内。样品负铕异常显著，在微量元素蛛网图上Ba、Sr亏损(图6b)，成分类似于A型花岗岩。同时富集大离子亲石元素Rb、Th、U，亏损高场强元素Nb、Ti，具壳源特征[32--34]。岩石的Rb/Sr值为20.29～74.89，Ti/Y值为2.52～14.53，Nb/Ta值为12.25～14.7，均分布在壳源岩浆范围内[15]。以上特征表明本区流纹岩的岩浆来源于地壳物质的部分熔融。Ba、Sr的强烈亏损和明显的Eu负异常，表明源区为斜长石的稳定区，斜长石为部分熔融的残留物。A型花岗岩可以在贫水条件下由玄武质或长英质地壳物质部分熔融形成[35,36]。样品的Al2O3/TiO2平均值为98.14(<100)，表明其部分熔融时的温度高于875℃[37]。在贫水条件下，位于地壳浅部的长英质岩石部分熔融需要很高的温度难以实现，而地壳深部的玄武质岩石发生部分熔融相对容易。综上，判断本区的流纹岩岩浆为来源于下地壳基性岩石部分熔融的产物。

图7 白音高老组流纹岩10 000*Ga/Al-FeOt/MgO图解(a)和10 000*Ga/Al-(Na2O+K2O)图解(b)[31]Fig.7 10 000*Ga/Al vs. FeOt/MgO(a)and 10 000*Ga/Al vs.(Na2O+K2O)(b)diagrams of rhyolites in Baiyingaolao Formation

4.3 形成的构造环境

关于大兴安岭地区中生代火山岩产出的构造背景存在争议，大致有3种观点：①与地慢柱构造有关[1,19,25]；②与古太平洋板块的俯冲作用有关[38]；③与蒙古—鄂霍茨克洋闭合有关[32,39]。随着对大兴安岭地区中生代火山岩研究，发现其不存在环状火山岩带，产出时间范围广 (186～106 Ma)[40]，很难用地慢柱模式解释[41,42]，另外，在蒙古国的中东部地区也发现了中生代的火山岩，进一步表明其不受太平洋板块俯冲影响[41]。前已述及，本研究区分析的白音高老组流纹岩成分类似于A型花岗岩，说明其形成环境为板内非造山的伸展环境下，大兴安岭地区广泛发育的早白垩世A 型花岗岩[20,43]、双峰式岩浆作用[25]以及变质核杂岩构造[44]都可证明本研究区在早白垩世已处于伸展环境。最新研究显示蒙古—鄂霍茨克洋的闭合自早侏罗世开始由西向东剪刀式关闭，挤压碰撞造山，闭合时限为晚侏罗世—早白垩世[45]。通过本文和前人资料总结推测吉源地区白音高老组流纹岩形成于蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的伸展环境。

5 结论

(1)大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩的锆石U--Pb年龄为112.84±0.81 Ma，表明其形成于早白垩世。

(2)大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩岩成份类似于A型花岗岩，起源于下地壳基性岩石的部分熔融。

(3)大兴安岭北段吉源地区白音高老组流纹岩可能形成于蒙古—鄂霍茨克洋闭合造山后的伸展环境。