大兴安岭鄂伦春地区满克头鄂博组火山岩形成年代及地球化学

王大可，刘军帅，孙靖尧

中国地质调查局哈尔滨自然资源综合调查中心，黑龙江 哈尔滨 150086

0 引言

作为中国北方最大的中生代火山岩带，大兴安岭中生代火山岩面积大、岩石类型多、地球化学特征及形成构造背景复杂，一直备受国内外地质工作者关注［1］.随着区域地质调查工作的不断开展，确定了大兴安岭北部火山岩的划分主要为中—晚侏罗世塔木兰沟组、晚侏罗世—早白垩世满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组和梅勒图组［2-6］.同时积累了大量关于大兴安岭地区火山岩的锆石U-Pb同位素年龄：唐杰等［7］对张广才岭地区帽儿山组双峰式火山岩进行了研究，获取锆石U-Pb年龄为179～184 Ma；郑吉林等［8］在大兴安岭新林区开展1∶5万区域地质矿产调查过程中发现一套早侏罗世火山岩，锆石U-Pb年龄为178～192 Ma；李中会等［9］在三根河林场幅区域地质调查中对新民组火山岩进行研究，获取锆石U-Pb年龄为165.71±0.83 Ma.

关于大兴安岭中生代火山岩成因及形成构造环境的观点主要有：1）地幔柱成因［10-11］；2）古太平洋板块俯冲环境［12］；3）与北部蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展环境有关［13-18］.笔者在大兴安岭鄂伦春自治旗地区对满克头鄂博组进行了系统的岩石组合、地层接触、锆石测年、地球化学特征等研究，确定了满克头鄂博组火山岩形成时代及其构造背景等.

1 区域地质概况

研究区位于内蒙古自治区东北部，地理上属于大兴安岭中北段南麓，前中生代地层区划属天山-兴安地层大区（Ⅰ级），大兴安岭地层区（Ⅱ级），达来-兴隆地层分区（Ⅲ级）；中新生代地层属滨太平洋地层区（Ⅱ级），大兴安岭-燕山地层分区（Ⅲ级），博克图-二连浩特地层小区（Ⅳ级）.研究区内地层主要有奥陶-志留系大乌苏岩组（OS D）和中生界上侏罗统满克头鄂博组（J3mk）.

满克头鄂博组火山岩在研究区西北角出露，岩石类型主要由流纹质火山碎屑岩及火山熔岩组成，火山碎屑岩类主要为流纹质含角砾晶屑熔结凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩、凝灰质复成分砾岩、少量安山质含角砾晶屑凝灰岩，熔岩类主要为流纹岩、英安岩及流纹质凝灰熔岩.

2 样品描述

用于LA-ICP-MS锆石U-Pb定年法的样品WJE029采自于研究区西北角，岩性为流纹质岩屑晶屑弱熔结凝灰岩（图1），地理坐标为124°02′50″E，51°52′44″N.样品风化面呈灰褐色，新鲜面呈浅灰色，弱熔结凝灰结构，致密块状；岩屑成分为流纹质晶屑玻屑凝灰岩、流纹岩、板岩等，含量为0～15%；晶屑为钾长石、斜长石和少量石英，含量为10%～40%；火山灰均为粒度小于0.05 mm的火山碎屑物和火山尘，脱玻化为隐晶质，与塑性岩屑、塑性玻屑相互熔结，形成弱假流纹构造，含量为45%～55%.

图1 流纹质岩屑晶屑弱熔结凝灰岩野外照片及显微图像Fig.1 Field photo and micrograph of rhyolitic lithic crystal weakly welded tuff

3 分析方法

3.1 岩石地球化学

样品的主量元素和微量元素的测定分析在河北省区域矿产地质调查研究所实验室完成.主、微量元素用X射线荧光光谱法，主要分析检测仪器为AXiosmax X射线荧光光谱仪；Y-U稀土微量40元素用封闭酸溶-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测点方法，测定仪器为XSerise2电感耦合等离子体质谱仪，最小分辨率为在5%峰高处1μ峰宽.

3.2 锆石LA-ICP-MS定年

锆石分选、制靶、CL图像采集工作在河北省廊坊区域矿产地质调查研究所实验完成.锆石U-Pb定年分析测试工作在中国地质调查局天津地质调查中心完成.测试仪器为激光烧蚀多接收器等离子质谱（LA-MCICP-MS），仪器整体由美国ESI公司New Wave 193 nm FX激光器和美国赛默飞世尔公司Neptune多接收等离子质谱组成，质量数范围：4～310 amu，分辨率：＞450（平顶峰，10%峰谷定义），丰度灵敏度：＜5×10-6（无RPQ）；＜0.5×10-6（有RPQ），仪器稳定性：所有稳定性以测定峰稳定性包括磁场和电场漂移：＜50×10-6/h.

4 分析结果

4.1 锆石LA-ICP-MS定年

对大兴安岭鄂伦春自治旗地区满克头鄂博组火山岩样品（WJE029）进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析.从样品的阴极发光照片（图2）可以看出，锆石多呈短柱状，少数呈长柱状，长100～120μm，长宽比为2∶1～1∶1，锆石发育震荡环带，显示出典型岩浆锆石的特点.该样品共测试了32个测点，测点主要选择在震荡环带区域，测试结果（表1，扫描首页OSID二维码可见）表明，锆石Th/U比值大于0.3，谐和线上21个测点集中分布，加权平均年龄为152.9±1.7 Ma，MSWD＝5.6（图3），代表岩浆结晶年龄，时代为晚侏罗世.

图2 流纹质岩屑晶屑弱熔结凝灰岩部分锆石阴极发光图像Fig.2 CL images of zircons in rhyolitic lithic crystal weakly welded tuff

图3 流纹质岩屑晶屑弱熔结凝灰岩U-Pb年龄谐和图Fig.3 U-Pb concordia diagram of rhyolitic lithic crystal weakly welded tuff

4.2 地球化学特征

满克头鄂博期火山岩主量元素、稀土元素及微量元素分析结果如表2（扫描首页OSID二维码可见）.本文选取该组具有代表性的火山岩中、酸性样品共7件.样品特征如下.

主量元素：1）满克头鄂博期酸性火山岩主要表现为高硅富碱、贫钙铁镁.SiO2含量为70.19%～80.10%，Al2O3含量为10.80%～15.22%，富碱（K2O＋Na2O为6.12%～9.21%），K2O为1.47%～5.22%，CaO为0.08%～1.35%，FeOT为0.93%～2.26%，MgO为0.22%～1.12%，TiO2为0.17%～0.47%，Mg＃值介于32.8～51.0.在Na2OK2O图中落入钠质-钾质区（图4）；在TAS分类命名图解（图5）中为流纹岩区域；在K2O-SiO2图解（图6）中样品主要落于高钾钙碱性系列.2）满克头鄂博期中性火山岩主要表现为富碱高钾，镁指数较大.SiO2含量为59.64%～59.84%，Al2O3含量为17.63%～17.75%，富碱（K2O＋Na2O为6.77%～7.02%），K2O为2.07%～2.25%，CaO为3.12%～3.24%，FeOT为5.51%～5.75%，MgO为2.44%～2.51%，TiO2为0.93%～0.94%，Mg＃值介于47.8～48.2.在Na2O-K2O图中落入钠质区（图4）；在TAS分类命名图解（图5）中，样品主要落于玄武质粗面安山岩区域；在K2O-SiO2图解（图6）中落于高钾钙碱性系列.

图4 满克头鄂博期火山岩Na2O-K2O图解Fig.4 The Na2O-K2Odiagram of Manketouebo volcanic rocks

图5 满克头鄂博期火山岩TAS分类图解Fig.5 The TASclassification diagram of Manketouebo volcanic rocks

图6 满克头鄂博期火山岩K2O-SiO2图解Fig.6 The K2O-SiO2 diagram of Manketouebo volcanic rocks

稀土元素：样品稀土总量较高，ΣREE为135.13×10-6-207.65×10-6，轻重稀土分馏明显，（La/Yb）N为7.52～14.88，平均值为11.19，轻稀土分馏系数（La/Sm）N为3.20～4.79，平均值为4.15，重稀土分馏系数（Gd/Yb）N为1.26～1.97，平均值为1.61.稀土元素配分模式图（图7）均具有轻稀土元素富集、重稀土较平缓的右倾特征.铕为弱—中等负异常，δEu值为0.35～1.07，表明源区有斜长石残留或分异结晶作用.

图7 满克头鄂博期火山岩稀土元素配分模式图Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns of Manketouebo volcanic rocks

微量元素：微量元素原始地幔标准化配分图（图8）上显示，岩石相对富集大离子亲石元素（LILE）Rb、K、Th、U和LREE，亏损高场强元素（HFSE）Nb、Ta，强烈亏损Sr、P和Ti.

图8 满克头鄂博期火山岩微量元素蛛网图Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element spidergram of Manketouebo volcanic rocks

5 讨论

5.1 满克头鄂博组时代

近年来随着对满克头鄂博组研究的深入，获取了大量的同位素测年数据，测试方法主要有锆石U-Pb和40Ar/39Ar.陈志广等［15］在新巴尔虎右旗测得的年龄为162～150 Ma，吴涛涛等［19］在得耳布尔测得的年龄为159 Ma，刘凯等［4］在图里河测得的年龄为157 Ma，总体来看测年结果集中在150～160 Ma.结合本研究测年结果，表明满克头鄂博组火山岩形成于晚侏罗世.

5.2 岩浆源区

研究区满克头鄂博期火山岩多为流纹质的酸性火山碎屑岩.主量元素具有富硅、碱，贫钙、镁特征，且具较低Mg＃值及极低的Cr、Co、Ni值（均小于6×10-6）的特点.微量元素以相对富集大离子亲石元素（LILE）K、Rb、Ba和LREE，亏损高场强元素Nb、Ta、Ti为特征.指向了本组火山岩来自地壳源区的特征，表明该类岩石的原始岩浆起源于地壳岩石的部分熔融.火山岩的Rb/Sr值平均为0.66，远高于原始地幔（0.03）、OIB（0.047）和E-MORB（0.033）（Sun and McDonough，1989），Ti/Zr值平均为13.94，与壳源岩浆的范围（＜20）一致，同样说明了火山岩浆源区应为地壳物质.

5.3 构造背景

研究显示，早白垩世晚期为蒙古-鄂霍次克洋构造域和古太平洋构造域的转换时间.蒙古-鄂霍次克洋从西向东呈剪刀式闭合，东部最终碰撞时间为晚侏罗世—早白垩世.在微量元素Rb-（Y＋Nb）构造判别图解上（图9），样品落入后造山期花岗岩环境区；在R1-R2成因分类图解（图10）中，样品点全部落在晚造山和同碰撞区域内.结合构造判别图解、同时代大兴安岭地区火山岩特征及区域构造背景，研究区满克头鄂博组火山岩的形成应与蒙古-鄂霍次克洋向南东方向俯冲作用有关.

图9 满克头鄂博期火山岩Pb-（Y＋Nb）判别图Fig.9 The Pb-（Y＋Nb）discrimination diagram of Manketouebo volcanic rocks

图10 满克头鄂博期火山岩R1-R2成因分类图解Fig.10 The R1-R2 genetic classification diagram of Manketouebo volcanic rocks

6 结论

（1）满克头鄂博组火山岩具有高硅、富碱，贫钙、铁、镁的特点，属高钾钙碱性系列火山岩，锆石U-Pb年龄为152.9±1.7 Ma，形成时代为晚侏罗世.

（2）满克头鄂博组火山岩相对富集大离子亲石元素（LILE）Rb、K、Th、U和LREE，亏损高场强元素（HFSE）Nb、Ta，强烈亏损Sr、P和Ti，岩浆起源于地壳岩石的部分熔融.

（3）满克头鄂博组火山岩的形成应与蒙古-鄂霍次克洋向南东方向俯冲作用有关.