大興安嶺扎蘭屯地區晚古生代格根敖包組埃達克巖的發現及地質意義

張渝金，吳新偉，楊雅軍，崔天日，江 斌，郭 威，張 超，錢 程，陳會軍，李 偉，李林川，司秋亮

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

大興安嶺扎蘭屯地區晚古生代格根敖包組埃達克巖的發現及地質意義

張渝金1,2，吳新偉1,2，楊雅軍1，崔天日1，江 斌1,2，郭 威1，張 超1,2，錢 程1，陳會軍1，李 偉1，李林川1，司秋亮1

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

大興安嶺中段扎蘭屯地區晚古生代埃達克巖主要巖石類型為安山巖、粗面安山巖、英安巖和粗面英安巖，取得一個安山巖樣品的LA－ICP－MS鋯石U－Pb年齡為（316.9±2.4）Ma，代表火山巖噴發的年齡.巖石具有較高Si（SiO2＝54.97%～63.80%），富堿并相對略富Na（Na2O/K2O＞1），富Al（Al2O3＝14.97%～17.69%），高Sr（715.98×10-6～2100×10－6），低Y（12×10－6～18.41×10－6）和Yb（1.02×10－6～1.91× 10－6）的特點.在原始地幔標準化蛛網圖中，富集LREE，虧損HREE，Eu呈微弱正異常（δEu＝0.97～1.30）.同時Mg值介于0.35～0.57，平均0.46.總體特征屬于高鉀鈣堿性埃達克巖（為C型埃達克巖的一種），來源于增厚的玄武質下地殼的部分熔融.扎蘭屯地區晚古生代高鉀鈣堿性埃達克巖的發現，為興安地塊與松嫩地塊的拼貼作用提供了新的線索，對正確認識區域地殼演化有著重要的構造意義，為本區尋找與埃達克巖有關的礦產提供了線索.

埃達克巖；地球化學特征；晚古生代；大興安嶺中段；地質意義

0 引言

埃達克巖自Kay（1978）在Adak島上發現并由Defant等（1990）命名以來，迅速成為國際地學界關注的前沿和熱點問題［1-5］.近年來，我國也在諸多地區發現了埃達克巖［6-17］，國內學者并對其成因類型進行了深入探討，但一直存在爭議，如張旗等［11］在2001年提出了洋殼熔融形成的O型和陸殼熔融形成的C型埃達克巖的分類方案.Chung et al.［18］和翟明國等［19］把由增厚下地殼熔融形成的中酸性火成巖稱為埃達克巖. Gao et al.［20］把由拆沉下地殼熔融形成的中酸性火成巖稱為埃達克巖，等等.十幾年來，埃達克巖的研究取得了豐富的成果，已經遠遠超出對埃達克巖本身的研究.埃達克巖的研究對討論地球動力學過程、殼幔相互作用、陸殼的生長與演化及有關礦床的尋找都具有重要的意義.

筆者在大興安嶺中段扎蘭屯地區進行野外地質調查過程中，發現晚古生代格根敖包組火山巖分布廣泛，并且其地球化學特征與埃達克巖相似.研究區位于興安地塊和松嫩地塊拼貼部位附近，根據近年來的基礎地質資料的研究，對于興安地塊和松嫩地塊的碰撞拼貼位置及時間等問題一直存在爭議［21-33］.鑒于此，本文將報道新近發現的扎蘭屯地區晚古生代埃達克巖的地球化學特征，并對其成因類型及地質意義作初步探討，為興蒙造山帶東段構造格局與演化提供基礎資料.

1 區域地質特征

在大地構造位置上，大興安嶺地區位于興蒙造山帶東段，古生代主要表現為多個微陸塊之間多期次拼合的過程，這些微陸塊自北向南依次為額爾古納地塊、興安地塊和松嫩地塊.扎蘭屯地區晚古生代火山巖出露于賀根山-黑河斷裂帶北段西北側，興安地塊和松嫩地塊的結合部位附近（見圖1），地理位置處于內蒙古自治區東北部扎蘭屯市根多河林場東南一帶.在平面上總體呈斷續的北東向條帶狀展布，出露面積約54 km2，總厚度大于1270 m.區內晚古生代地層比較發育，由老至新依次是大民山組（D2－3d）、紅水泉組（C1h）和格根敖包組（C2—P1g）.其中泥盆系大民山組主要為一套海相火山-沉積建造，石炭系紅水泉組為一套淺海相陸源碎屑巖沉積建造，晚石炭—早二疊世格根敖包組為一套海陸交互相火山-沉積建造.扎蘭屯根多河地區的格根敖包組下段主要為一套中酸性火山巖，巖石類型有深灰、灰綠、灰綠色安山巖，灰綠色英安巖，灰綠色綠泥石化安山巖等.上段主要為一套正常碎屑巖和少量火山碎屑巖，巖石類型主要為凝灰質砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、細砂質粉砂巖、長石石英細砂巖和泥巖，與下部火山巖呈整合接觸關系.上段變粉砂巖及粉砂質板巖中含海百合莖化石和Calamitis sp.、Artisia sp.、Eusigillaris sp.等化石［34］.總體由下而上，巖石粒度變細，顏色變深，火山物質逐漸減少.表明早期火山活動較強，后期火山活動逐漸減弱，水體加深，過渡到正常碎屑沉積.該套地層頂底多被中生代火山巖覆蓋，內部多處被中生代脈巖所破壞，從而使得接觸帶附近發生明顯的蝕變作用.筆者對下部的安山巖進行了鋯石UPb測年，對樣品進行了30個測點分析，測試結果見表1.鋯石均呈自形—半自形晶，多為短柱狀，個別呈長柱狀，粒徑多數小于100 μm，長寬比值多為2∶1，具有清晰致密的振蕩環帶結構，Th/U比值介于0.30~1.90，表明這些鋯石為巖漿結晶成因［35］.測年結果顯示，30個數據都集中分布在諧和線上及附近（圖2），并顯示出集中年齡，206Pb/238U加權年齡為（316.9±2.4）Ma（n＝27），MSWD＝0.78，代表火山巖噴發的年齡.筆者并對上部沉積層進行了碎屑鋯石U－Pb測年［36］，其最年輕的碎屑鋯石年齡為323.6 Ma，因此，格根敖包組的時代指示為晚石炭至早二疊世.本文主要針對格根敖包組下段中性火山巖進行詳細的巖石地球化學分析，旨在探討該套埃達克質巖石的形成機制及構造環境.

2 采樣位置及測試方法

本次測試樣品采自格根敖包組下部火山巖，均選自蝕變較弱、不含氣孔和杏仁的火山熔巖樣品，共7件，采樣點位置見圖1.

對7件火山巖樣品進行了主量、微量元素測試，測試結果見表2.樣品經清除表面雜質后，切割去除風化面，在瑪瑙研缽中研磨至200目，然后供化學分析.元素地球化學分析在國土資源部東北礦產資源監督檢測中心完成，整個過程均在無污染設備中進行.主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF），分析精度和準確度優于5%.微量元素及稀土元素分析則采用電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）完成，分析精度和準確度優于5%~ 10%.

圖1 大興安嶺北部扎蘭屯根多河地區地質簡圖Fig.1 Simplified geological map of Genduohe area in Zalantun,Northern Daxinganling

圖2 格根敖包組安山巖的鋯石U-Pb諧和圖解Fig.2 ZirconU-Pbdiagramfortheandesite ofGegenaobaoFormation

3 巖石學及地球化學特征

根據野外觀察及鏡下鑒定，格根敖包組火山巖巖性以中性為主，主要為安山巖、安山質碎斑巖，同時發育少量的長英質熔巖.巖石類型以熔巖為主，其次為火山碎屑熔巖，大部分顯示經受后期溶蝕并輕度蝕變，但未變質.安山巖鏡下特征顯示巖石具有斑狀結構，塊狀構造，基質為交織結構、間隱結構.斑晶礦物主要由半自形板狀斜長石（約30%）和鐵鎂礦物假象構成（見圖3），斜長石斑晶粒徑1~6 mm，柱粒狀，聚片雙晶，卡鈉雙晶，中長石為主.假象由纖維鱗片狀綠泥石、黑云母、粒狀石英等構成，其中斜長石輕度絹云母化、綠簾石化.巖石富含微粒狀鐵礦物.

3.1 主量元素地球化學

表1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學測試結果Table1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results

表2 扎蘭屯地區格根敖包組火山巖主量和微量元素分析結果Table2 Major and trace element analysis for Gegenaobao Formation in Zhalantun area

圖3 格根敖包組安山巖顯微照片Fig.3 Microphotograph of andesite from Gegenaobao Formation

格根敖包組火山巖樣品燒失量（LOI）中等，介于0.49%~2.05%之間，平均1.26%，顯示出巖石后期蝕變的差異性.從表2可以看出，巖石具有如下特征：SiO2含量介于54.97%~63.80%之間，平均60.14%；Al2O3含量介于14.97%~17.69%，平均16.48%；MgO含量較低，介于1.18%~4.63%，平均2.89%；富堿，Na2O+K2O含量為6.04%~7.57%，平均6.86%，Na2O/K2O介于0.91%~ 4.05%，平均1.81%，屬于鈉質類型巖石；K2O含量介于1.50%~3.48%，平均2.74%.在TAS圖解（圖4）中，格根敖包組火山巖主要為粗面安山巖、安山巖、英安巖、粗面英安巖，表現為中酸性火山巖組合.在SiO2-K2O圖解（圖5）中基本上都是高鉀鈣堿性系列，極少為中鉀鈣堿性系列.

3.2 稀土元素和微量元素地球化學

由表2可知，格根敖包組火山巖的稀土總量中等，∑REE＝111.00×10-6～301.16×10-6，平均162.52×10-6.在稀土元素球粒隕石標準化圖解（圖6）中，稀土元素配分曲線顯示右傾陡斜特征，輕稀土元素強烈富集，重稀土元素強烈虧損，輕重稀土分餾強烈［（La/Yb）N＝ 10.97~23.56］.Eu顯示微弱的負異常或正異常（δEu＝30.97~1.30），低Y（12.00×10-6~18.41×10-6，平均14.94× 10-6）和Yb（1.02×10-6~1.91×10-6，平均1.41×10-6）.微量元素中Ba（593.07×10-6~1300×10-6，平均774.51×10-6）、Sr（715.98×10-6~2100×10-6，平均1028.39×10-6）含量總體較高，并且在原始地幔標準化不相容元素配分圖解（圖7）中，總體顯示Rb、Ba、La、Sr為正異常，Nb、Ti負異常.

圖4 格根敖包組火山巖TAS圖解（據Le Bas et al.,1986）Fig.4 The TAS diagram for the volcanic rocks of Gegenaobao Formation（After Le Bas et al.，1986）

圖5 格根敖包組火山巖SiO2-K2O圖解（據Peccerlloet al.,1976）Fig.5 The SiO2-K2O diagram for the volcanic rocks of Gegenaobao Formation（After Peccerllo et al.，1976）

圖6 格根敖包組火山巖稀土元素配分圖解（標準化值據Boynton,1984）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for the volcanic rocks in Gegenaobao Formation（After Boynton，1984）

圖7 格根敖包組火山巖微量元素圖解（標準化值據Sun and McDonough,1989）Fig.7 The PM-normalized trace element spider diagram for the volcanic rocks in Gegenaobao Formation（After Sun and McDonough，1989）

在Sr/Yb－Yb圖（圖8）中多數樣品落入埃達克質巖區；在Sr/Y－Y圖（圖9）中樣品落入或接近埃達克巖區，與正常的島弧火山巖存在顯著的區別.綜上所述，扎蘭屯地區晚古生代火山巖總體上表現出與埃達克巖基本一致［1-2，10－11，37］，富堿，高Sr，低Y、Yb及Eu異常不明顯和強烈虧損HREE等巖石地球化學特征.

4 成因討論

圖8 Sr/Yb-Yb圖解（據Kayet al.,2002）Fig.8 The Sr/Yb-Yb diagram for adakites（After Kay et al.，2002）

圖9 Sr/Y-Y圖解（據Defant et al.,1990）Fig.9 The Sr/Y-Y diagram for adakites（After Defant et al.，1990）

埃達克巖最初由Defant等提出，定義為一套火山巖或侵入巖，形成于島弧地區，是小于25 Ma、熱的俯沖洋殼熔融形成的（O型埃達克巖）；其突出的地球化學特征就是SiO2≥56%，Al2O3≥15%，MgO＜3%（很少大于6%），Y和重稀土元素含量低（Y≤18×10－6，Yb≤1.9×10－6），高Sr（很少小于400×10－6），并且Eu/Eu＊具有正異常或微弱負異常.隨著對埃達克巖的研究，國內外學者發現這種定義的埃達克巖具有兩種成因類型，一類是上述俯沖洋殼熔融形成（O型或Ⅰ型埃達克巖），另一類是由加厚地殼底部發生部分熔融形成（C型或Ⅱ型埃達克巖）［10-11，38-45］.

本區的埃達克巖主要為安山巖、粗面安山巖、英安巖、粗面英安巖（圖3），表現為中酸性火山巖組合；Na2O/K2O介于0.91%~4.05%，平均1.81%，屬于鈉質類型巖石，在SiO2-K2O圖解（圖5）中，基本上都屬于高鉀鈣堿性系列.在Sr/Yb-Yb（圖8）和Sr/Y-Y（圖9）等圖上主要落入典型埃達克巖范圍，為高Sr低Y型安山巖.本區的埃達克巖與中國東部中生代埃達克巖類似，Mg（Mg/＜Mg+Fe＞）小于0.5（介于0.35~0.57，平均0.46），富K，貧Cr和Ni，應屬于高鉀鈣堿性埃達克巖（張旗，2004）.富Al、高Sr，Eu呈正異常等特征表明火山巖熔融的源區殘留物中很少或不存在斜長石，貧HREE、Y和Yb表明有石榴石穩定存在，高Sr/Y說明有石榴石和角閃石為殘留相，高SiO2和Al2O3表明為高壓下榴輝巖或角閃巖的部分熔融［46-47］.推測是加厚的下地殼部分熔融形成的，但其厚度可能不太大.對于高鉀鈣堿性埃達克巖的形成，張旗認為有以下3種模型：①底侵至下地殼底部的玄武質巖漿的部分熔融；②加厚的下地殼底部基性巖的部分熔融；③拆沉的下地殼沉入地幔，受到下部軟流圈地幔的加熱，導致部分熔融形成埃達克質巖漿.研究區位于興安地塊與松嫩地塊拼貼位置附近，區域上大規模的基性巖漿活動出現在中生代，而經下地殼拆沉形成的埃達克巖會與幔源巖石發生交代作用導致Mg值較高.興安地塊與松嫩地塊的拼合為埃達克巖的形成提供了條件，并具備了地殼加厚的擠壓構造背景，因此扎蘭屯地區晚古生代埃達質巖可能是增厚的玄武質下地殼的熔融的產物，應屬于碰撞后地殼加厚的構造背景.

5 地質意義

近年來在大興安嶺內蒙古東北部八道卡、漠河地區、海拉爾地區陸續發現了埃達克巖的存在［16-17，48］，本文又在扎蘭屯地區發現了晚古生代埃達克巖的存在，并具有與C型埃達克巖相似的特征.區域上同期的石英閃長巖的εNd（t）＝0.7052，閃長巖包體的εNd（t）＝0.7052，均為正值?阿榮旗1∶25萬區域地質調查報告.，暗示年輕地殼組分在火山巖形成中的重要貢獻和區域上在顯生宙發生強烈的地殼增生作用或大陸地殼生長［49-50］，也正說明了扎蘭屯地區晚古生代埃達克巖為增厚的玄武質下地殼熔融的產物.扎蘭屯地區處在賀根山-扎蘭屯-黑河縫合帶上，對于興安地塊和松嫩地塊拼貼的位置和時代一直存在爭議，本文報道的埃達克巖形成于擠壓構造下的碰撞后下地殼加厚的背景，標志著興安地塊與松嫩地塊已經進行了構造拼貼并處于閉合期，這一觀點與多數學者認為的興安地塊和松嫩地塊沿賀根山-扎蘭屯-黑河縫合帶于晚古生代閉合是一致的.此外，埃達克巖獨特的成因與成礦作用有著密切的關系，Thieblemont等［51］統計了全球43個Au、Ag、Cu、Mo低溫熱液和斑巖礦床，發現其中38個與埃達克巖有關，中國東北部地區與埃達克巖有關的礦床多達10個以上［48］，大興安嶺地區晚古生代典型礦床八道卡金礦以及中生代燕山期幾處大型斑巖型礦床均為埃達克巖有關的熱液礦床.因此，扎蘭屯地區晚古生代埃達克巖的發現，可能為本區尋找與埃達克巖有關的斑巖型熱液礦床提供一個線索.

6 結論

（1）扎蘭屯地區晚古生代埃達克巖的U-Pb鋯石年齡為（316.2±2.4）Ma.巖石類型主要為粗面安山巖、安山巖、英安巖、粗面英安巖等，具有富K、Al，高Sr，虧損HREE、Y和Yb元素，Eu呈微弱正異常，低Mg等特點.總體特征屬于高鉀鈣堿性埃達克巖，來源于增厚的玄武質下地殼的部分熔融.

（2）扎蘭屯地區晚古生代高鉀鈣堿性埃達克巖的發現，為興安地塊與松嫩地塊的拼貼作用提供了新的證據，對正確認識區域地殼演化有著重要的構造意義，也為本區尋找與埃達克巖有關的礦產提供了線索.

致謝：成文過程得到了沈陽地質礦產研究所李之彤研究員的悉心指導；實驗測試得到了中國地質科學院國家實驗測試中心重點實驗室胡明月研究員、趙令浩博士的熱心幫助.在此對以上人員表示最誠摯的謝意.

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DISCOVERY AND GEOLOGICAL SIGNIFICANCE OF ADAKITIC ROCKS IN THE LATE PALEOZOIC GEGENAOBAO FORMATION IN ZHALANTUN AREA,MIDDLE DAXINGANLING MOUNTAINS

ZHANG Yu-jin1，2，WU Xin-wei1，2，YANG Ya-jun1，CUI Tian-ri2，JIANG Bin1，2，GUO Wei1，ZHANG Chao1，QIANG Cheng1，CHEN Hui-jun1，LI Wei1，LI Lin-chuan1，SI Qiu-liang1
1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，CGS，Shenyang 110034，China；2.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China

The Late Paleozoic adakites in Zhalantun area in the middle section of Daxinganling Mountains are composed of mainly andesite,trachyandesite,dacite and trachydacite.One of the andesite samples yields the zircon U-Pb age of（316.9±2.4）Ma by LA-ICP-MS，which represents the eruption age.The andesite has a high Si（54.97%－63.80%）and alkali content，with relatively high Na（Na2O/K2O＞1）.Besides，high Al（Al2O3＝14.97%－17.69%）and Sr（715.98×10－6－2100×10－6）and low Y（12×10－6－18.41×10－6）and Yb（1.02×10－6－1.91×10－6）are also shown in this sample.The primitive mantle-normalized spider diagram of the andesite shows enriched LREE and depleted HREE,with slight positive Eu anomaly.The Mg#values range from 0.35 to 0.57,averagely 0.46.Generally speaking,this andesite belongs to the high-K calc-alkaline adakite（C-type adakite），which should originate from the partial melting of thickened basaltic lower crust. The discovery of this high-K calc-alkaline adakite in Zhalantun area provides a new clue for the amalgamation of Xinganling and Songnen massifs,which has a tectonic significance for understanding the regional crustal evolution,andtherefore is useful for locating the mineral deposits related to adakite.

adakite；geochemistry；Late Paleozoic；Middle Daxinganling；geologic implication

1671-1947（2016）03-0227-10

P588.14

A

2016－03－14；

2016-03-30.編輯：張哲.

中國地質調查局項目（No.1212011120664、1212011120665、1212011120666、12120113053900和1212011085210）.

張渝金（1984—），男，在讀博士研究生，地層與古生物專業，工程師，主要從事區域地質調查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//syzhangyujin@163.com