內蒙古扎蘭屯地區白音高老組火山巖地球化學、年代學及其地質意義

秦濤，鄭常青，崔天日，李林川，錢程，陳會軍

（1.吉林大學地球科學學院，吉林長春 130061；2.沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034）

內蒙古扎蘭屯地區白音高老組火山巖地球化學、年代學及其地質意義

秦濤1，2，鄭常青1，崔天日2，李林川2，錢程2，陳會軍2

（1.吉林大學地球科學學院，吉林長春 130061；2.沈陽地質礦產研究所/中國地質調查局沈陽地質調查中心，遼寧沈陽 110034）

扎蘭屯西南部白音高老組火山巖的巖相學鑒定為流紋巖組，少量英安巖.LA-ICPMS鋯石U-Pb定年顯示，流紋巖形成于125～129 Ma的早白堊世.巖石地球化學研究表明，火山巖高硅、富堿，為過鋁質高鉀鈣堿性系列；稀土豐度較高（∑REE=128.35×10-6～ 169.26×10-6），輕重稀土分餾明顯（（La/Yb）N=12.17～16.42），弱負Eu異常（δEu=0.43～0.70）；大離子親石元素（LILE）Rb、Th、K等相對富集，出現Ba的虧損，高場強元素（HFSE）Sr、P、Ti強烈虧損，Nb、Ta相對虧損，與A型花崗巖特征相似.Rb/Sr=0.58～2.06，Ti/Y=6.50～17.98，Ti/Zr=7.49～40.87，基性相容組分Cr、Co、Ni含量較低，Mg#較低，具有殼源巖漿特征.綜合考慮扎蘭屯白音高老組火山巖的上述特征并結合他人研究成果，認為扎蘭屯地區的這套火山巖源于地殼的部分熔融，形成于非造山板內伸展環境.

白音高老組；地球化學；U-Pb年齡；巖石成因；伸展環境；扎蘭屯；內蒙古

0 引言

大興安嶺位于興蒙造山帶東段，古生代受古亞洲洋域控制，經歷了長期的多塊體拼貼和造山作用，中新生代受蒙古-鄂霍次克洋閉合及環太平洋構造域的影響，火山活動強烈.大興安嶺地區中生代火山巖一直備受國內外地質學者的關注.近年區域地質調查工作及相關科研工作在中生代火山巖年代學方面取得了明顯進展，研究表明大興安嶺地區晚中生代火山活動開始于晚侏羅世，早白堊世最為強烈，其U-Pb同位素年齡集中分布于145～120 Ma［1-3］.但是，目前對大興安嶺中生代火山巖形成的構造背景仍然存在較大爭議，主要有地幔柱成因［4-5］、古太平洋板塊俯沖［6-7］及蒙古-鄂霍次克洋閉合后伸展［8-10］3種觀點.

研究區位于大興安嶺中段，中生代火山巖研究程度低，缺少可靠的同位素年代學及地球化學資料.本文在大石門林場及大旗一帶采集相關樣品（圖1），對扎蘭屯西南部白音高老組火山巖開展鋯石U-Pb年代學及地球化學研究，探討其成因及形成的構造背景.

圖1 扎蘭屯地區地理位置和晚中生代火山巖分布地質簡圖Fig.1Locality of Zhalantun with distribution of the Late Mesozoic volcanic rocks

1 地質概況

中國東北地區位于華北板塊和西伯利亞板塊之間，兩板塊之間由中蒙地塊、南戈壁板塊、額爾古納地塊、興安-布列亞-佳木斯地塊和系列增生帶、縫合帶組成［11］.各微板塊各自經歷復雜的增生演化、相互拼合等復雜過程，形成統一的夾于華北板塊與西伯利亞板塊之間的中間板塊，中間板塊與華北板塊沿西拉木倫河-延吉一帶從晚泥盆世開始拼合，到晚二疊世—早三疊世拼合完成，形成聯合板塊［11-12］.侏羅紀晚期蒙古-鄂霍次克洋完成閉合［13］，進入古亞洲洋構造域向太平洋構造域轉換階段，至早白堊世本區完全受太平洋構造域控制［14］.

扎蘭屯西南部地處大興安嶺中北段（圖1），構造演化復雜，斷裂構造發育，以NE、NEE和NW向構造為主，其次是S-N向斷裂.研究區古生代地層出露較少，中生代火山巖出露廣泛，主要的中生代火山巖地層有晚侏羅世滿克頭鄂博組（J3m）、瑪尼吐組（J3mn），早白堊世白音高老組（K1b）、梅勒圖組（K1m）.滿克頭鄂博組以流紋巖、英安巖為主；瑪尼吐組以安山巖為主，夾少量粗面巖、粗安巖等；白音高老組以流紋巖、英安巖為主；梅勒圖組以基巖的玄武巖、玄武安山巖為主.

研究區侵入巖分布廣泛.古生代侵入巖主要為早石炭世和早二疊世花崗巖.中生代巖體分布面積較大，包括早白堊世花崗閃長巖（γδK1）、二長花崗巖（γδK1）、堿長花崗巖（γδK1）、花崗斑巖（γπK1）、正長斑巖（ξπK1）.

2 火山巖巖相學特征

扎蘭屯西南部地區白音高老組分布廣泛，火山巖出露面積較大.顏色以灰黑色、灰白色為主，斑狀結構、球粒結構，基質主要為斑狀結構、微晶結構、玻璃質結構，塊狀構造、流紋構造.白音高老組的巖性主要為流紋巖，少量英安巖.

流紋巖（113-16）：新鮮面灰黑色，斑狀結構、球粒結構.斑晶有斜長石，由更長石組成，熔蝕狀，粒徑0.3～1 mm，含量8%；鉀長石，粒徑0.2～0.8 mm；石英，熔蝕狀，粒徑0.3～1.5 mm，含量2%.基質由脫?；碾[晶物質和少量石英（d≤0.1 mm，含量5%）組成.

英安巖（112-51）：新鮮面灰黑色，斑狀結構，基質脫?；[晶質結構.斑晶為斜長石，由更長石組成，熔蝕狀，粒徑0.2～1 mm，含量10%.基質由脫玻化的隱晶物質和少量石英組成.根據化學成分，這些巖石全部屬于流紋巖，與室內巖相學存在一定的差異，這可能與巖相學鑒定以斑晶含量為依據定名，而基質還含有較多的細小的不易鑒別的堿性長石和石英有關.

3 地球化學特征

樣品磨碎至200目后，在沈陽地質礦產研究所實驗測試中心進行常量、微量元素分析測試.常量元素用XRF玻璃熔片法，分析精度優于2%～5%；稀土元素和微量元素采用ICP-MS分析方法，分析精度和準確度一般優于5%～10%.

火山巖主量元素分析結果（表1）表明，白音高老組高硅、富堿，SiO2含量介于70.07%～75.97%之間，Al2O3含量介于12.50%～15.56%.全堿（K2O+Na2O）含量為7.56%～

9.96%，為鉀質巖石，K2O/Na2O介于1.08～2.08之間.鋁指數Al2O3/（CaO+K2O+Na2O）分子比=1.10～1.32，為過鋁質巖石，過堿指數（K2O+Na2O）/Al2O3分子比=0.74～0.88.貧Ca、Mg，低Ti，CaO含量為0.01%～0.53%，MgO含量為0.11%～0.52%，TiO2含量為0.18%～ 0.26%.在TAS火山巖分類命名圖解（圖2）中，所有樣品均落入亞堿性系列的流紋巖范圍內.在硅堿圖（圖3）中，白音高老組火山巖落入高鉀鈣堿性系列.

表1 扎蘭屯西南部白音高老組地球化學分析結果Table 1 Geochemical data of Baiyingaolao Formation in the southwest of Zhalantun area

圖2 扎蘭屯西南部白音高老組流紋巖樣品TAS分類圖Fig.2 TAS diagram of rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

圖3 扎蘭屯西南部白音高老組流紋巖SiO2-K2O圖解Fig.3 K2O-SiO2diagram of rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

白音高老組火山巖的稀土豐度較高（表1），稀土元素總量∑REE為128.35×10-6～169.26×10-6.輕稀土富集，LREE含量為113.17×10-6～140.59×10-6，重稀土虧損，HREE含量為15.18×10-6～29.80×10-6，輕重稀土分餾明顯，（La/Yb）N=12.17～16.42，在稀土元素配分模式圖中呈右傾型（圖4）.弱負Eu異常，δEu值介于0.43～0.70之間，說明源區有斜長石殘留或巖漿演化過程中經歷了斜長石的分離結晶作用.微量元素蛛網圖（圖4）顯示，白音高老組火山巖中，大離子親石元素（LILE）Rb、Th、K等相對富集，出現Ba的虧損，高場強元素（HFSE）Sr、P、Ti強烈虧損，Nb、Ta相對較虧損，具有殼源巖漿的特征，說明白音高老組火山巖巖漿可能來源于地殼.

4年代學研究

鋯石分選、鋯石制靶、顯微圖像采集工作在河北省廊坊市完成，U-Pb年齡測定均在中國地質科學院國家地質測式中心完成.對待測樣品的鋯石進行透射光、反射光和陰極發光圖像的觀察和采集，以確定鋯石的內部結構和成因.鋯石數據分析采用193 nm的ComPex102型ArF準分子激光器和Agilent7500a型ICP-MS儀器，采用高純氦氣作為剝蝕物質的載氣，激光頻率為6 Hz，激光強度為50 mJ，激光斑束為30 μm，使用人工合成硅酸玻璃標準物質NIST610進行儀器狀態調整參考，使用國際標準鋯石91500作為同位素組成的外標，實驗獲得的數據采用Andersen方法進行同位素比值的校正以扣除普通Pb的影響，諧和圖的繪制采用Isoplot完成.單個分析點的同位素比值和同位素年齡誤差為1σ.鋯石的LA-ICP-MS U-Pb同位素分析結果見表2.

本文對采自扎蘭屯西南部不同地區的2個流紋巖樣品進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析.從樣品TW26、TW30的鋯石陰極發光照片（圖5）可以看出，鋯石顆粒晶型完好，呈長柱狀或短柱狀，長寬比3∶1～1∶1，具有明顯的振蕩生長環帶結構，說明具有巖漿成因鋯石特征.鋯石Th/U比值大于0.1，分別為0.81～1.80和0.85～2.24，為典型巖漿成因的鋯石.

TW26樣品采自大石門林場，將鉛丟失嚴重的數據（2、14、17、18、25、28）剔除后，剩余的24個分析點均位于U-Pb諧和線上或其附近.206Pb/238U表面年齡介于120.8～129.9 Ma，其加權平均年齡為125.80±0.94 Ma（MSWD=0.9）（圖6a）.

TW30樣品采自大旗村，將鉛丟失嚴重的數據（2、16、25）剔除后，剩余的27個分析點均位于U-Pb諧和

線上或其附近，206Pb/238U表面年齡介于118.8～138 Ma，其加權平均年齡為129.7±2.0 Ma（MSWD=4.5）（圖6b）.

表2 扎蘭屯西南部白音高老組流紋巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb同位素分析結果Table 2 LA-ICP-MS zircon U-Pb analysis of rhyolite in Baiyingaolao Formation from the southwest of Zhalantun

圖4 扎蘭屯西南部白音高老組流紋巖稀土元素配分模式圖（a）和微量元素蛛網圖（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

圖5 扎蘭屯西南部白音高老組流紋巖部分鋯石陰極發光圖像Fig.5 CL images of selected zircons from rhyolite in Baiyingaolao Formation from the sorthwest of Zhalantun

5 討論

5.1 鋯石U-Pb年齡

高精度鋯石U-Pb定年結果顯示，扎蘭屯西南部地區白音高老組流紋巖（TW26、TW30）分別形成于125.80±0.94 Ma和129.7±2.0 Ma，其形成時代為早白堊世中期.1∶5萬大旗等4幅區域地質調查項目根據地層對比將大石門火山盆地大石門林場以西的流紋巖劃歸滿克頭鄂博組，但U-Pb測年結果顯示該火山盆地內部流紋巖形成年齡為125.80±0.94 Ma，時代為早白堊世，應歸屬白音高老組.

根據最新區調成果、已有研究資料［1-3，15］和本文測年結果，認為扎蘭屯西南部地區白音高老期酸性火山巖從早白堊世早期（139 Ma）開始活動，一致持續到早白堊世晚期（125 Ma），柴河地區流紋質碎斑熔巖的形成［15］，標志該地區白音高老期火山活動的結束.本文酸性流紋巖（129.7 Ma、125.8 Ma）應為白音高老期早白堊世晚期火山活動的產物.

圖6 扎蘭屯西南部白音高老組流紋巖鋯石U-Pb諧和圖Fig.6 U-Pb concordian diagrams of rhyolite in Baiyinggaolao Formation from the southwest of Zhalantun

5.2 巖石成因

酸性巖漿可由玄武質巖漿結晶分異形成或深部地殼部分熔融形成，而玄武質巖漿結晶分異形成的酸性巖漿規模較小，大體積的酸性巖漿主要由地殼部分熔融形成.白音高老組火山巖中大離子親石元素（LILE）Rb、Th、K等相對富集，高場強元素Nb、Ta相對較虧損，說明白音高老組火山巖巖漿源區可能為俯沖流體交代的巖石圈或陸殼物質.關于大興安嶺白音高老組流紋巖的成因，目前主要有3種成因觀點：（1）結晶作用形成［6］；（2）與玄武巖構成雙峰式火山巖組合［4-5］；（3）由地殼巖石部分熔融所形成［6，15］.研究區內瑪尼吐組火山巖分布廣泛，但是南木等四幅區域地質調查項目在白音高老組底部發現一套礫巖，說明在瑪尼吐組與白音高老組之間存在較大的沉積間斷，兩個組應屬于不同巖漿旋回的產物，并非同源巖漿演化之結果.研究區內及周邊無基性玄武巖出露，因此不構成雙峰式火山巖組合特征.

由表2可知，白音高老組火山巖Rb/Sr比值為0.58～2.06，與殼源巖漿的范圍（Rb/Sr大于0.5）一致；流紋巖Ti含量較低，Ti/Y比值小于100，為6.50～17.98，平均為13.06，Ti/Zr變化范圍較大，為7.49～40.87，平均值為16.27，具有殼源特征.基性相容組分Cr、Co、Ni含量較低，分別為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#也相對較低，其值為2.27～3.45，這顯示出該組酸性巖漿為地殼來源而非地幔成因.

A型花崗巖最重要的地球化學特征是富SiO2、K2O，貧Al2O3、Sr、Ba、Eu、Ti和P，負銪異常［16］.本文白音高老組火山巖高硅，SiO2含量73.48%～75.97%（A型花崗巖為74%～75%）；富鉀，K2O含量4.66%～5.79%（A型花崗巖4%～6%）；貧鋁，Al2O3含量12.50%～15.56%（A型花崗巖12%～13%）；稀土元素配分模式圖為右傾型，負Eu異常，微量元素分布圖上，強烈虧損Sr、Ba、Ti、P.上述地球化學特征顯示白音高老期火山巖具有A型花崗巖的特征.

5.3 火山巖形成的構造背景

前人大量的研究資料顯示，關于大興安嶺北段晚中生代火山巖形成的構造環境有多種不同的觀點，主要有地幔柱成因［4-5］、古太平洋板塊俯沖［6-7］及蒙古-鄂霍次克洋閉合后伸展3種觀點［8-10］.盡管存在著上述爭議，但大興安嶺地區在早白堊世處于伸展體制下的觀點卻得到了多數學者的認同.Fan通過研究大興安嶺北段的晚中生代火山巖，認為大興安嶺北段晚中生代火山巖形成于造山后的彌散性伸展環境，來自古亞洲洋或蒙古-鄂霍次克洋閉合有關的受流體交代的地幔［18］.茍軍通過研究滿州里南部火山巖，認為白音高老組火山巖是在板內拉張環境下由玄武質下地殼部分熔融形成的［17］. Zhang J H認為扎蘭屯地區長英質火山巖來源于底侵玄武質下地殼熔融，而底侵玄武質巖石則來自與古亞洲洋或蒙古-鄂霍次克洋閉合有關的被流體交代的地幔［19］.研究區白音高老組流紋巖具有A型花崗巖特征，而A型花崗巖通常被認為形成于伸展構造背景.在Y/Nb-Ce/Nb圖解（圖7）中，扎蘭屯地區白音高老組流紋巖全部落入A1型區域內部，代表了大陸裂谷或板內環境，這與堿子山地區堿長花山崗巖［8，19-20］和蘑菇氣、根多河地區發現的白堊紀花崗巖反映的構造環境相一致.綜合前人的研究結果及本文的研究資料，筆者認為扎蘭屯南部地區白音高老組火山巖形成于板內拉張環境，其形成可能與古太平洋板塊俯沖或蒙古-鄂霍次克洋閉合后伸展環境有關.

圖7 內蒙古扎蘭屯地區白音高老組A型流紋巖Y/Nb－Ce/Nb判別圖解（據Eby，1992）Fig.7 Y/Nb-Ce/Nb plots for various A-type granites from Zhalantun area（After Eby,1992）

7 結論

（1）扎蘭屯西南部白音高老組火山巖由流紋巖、英安巖組成，化學成分以流紋巖為主.巖石形成于125～129 Ma之間的早白堊世.

（2）白音高老組火山巖高硅、富堿，為過鋁質巖石，屬于高鉀鈣堿性系列.稀土元素豐度較高，輕重稀土分餾明顯，弱的負Eu異常.富集大離子親石元素，虧損高場強元素，低Rb/Sr比值，具有殼源巖漿特征.

（3）白音高老組火山巖形成于非造山板內伸展環境.

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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.編輯：張哲．

中國地質調查局項目“內蒙古1∶5萬大旗、河口大隊、林家堡子、雅爾根楚佃溝四幅區域地質調查”（1212011120666）資助.

秦濤（1985—），男，碩士，從事區域地質調查研究工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//qintao2008@hotmail.com.