顏雷雷，馬志通，蘇本聰，王逎宸

1.吉林省勘查地球物理研究院,吉林 長(zhǎng)春130012；2.吉林大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130061

0 引言

大興安嶺地區(qū)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家進(jìn)行研究的熱點(diǎn)地區(qū)之一，浩茫古古塔位于大興安嶺主脊中段附近，行政區(qū)劃錄屬內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市鄂溫克族自治旗境內(nèi)。中生代火山巖在該區(qū)呈NE向分布于本區(qū)， 因此，研究浩茫古古塔地區(qū)中生代火山巖的巖石地球化學(xué)特征，對(duì)于探討本區(qū)中生代火山巖的形成演化具有十分重要的意義。

1 地質(zhì)特征

中生代以來(lái)亞洲東北部是環(huán)太平洋構(gòu)造巖漿帶一部分，形成一系列NNE–NE向火山噴發(fā)帶，晚侏羅世—早白堊世是地殼活動(dòng)最活躍的時(shí)期，尤以大興安嶺地區(qū)最為活躍。形成興安嶺群的酸性-中性-酸性（滿克頭鄂博組—瑪尼吐組—白音高老組）火山巖噴發(fā)旋回，亦使本區(qū)在晚侏羅世產(chǎn)生了強(qiáng)烈的火山噴發(fā)，產(chǎn)生了大面積的火山巖，其中瑪尼吐組未見于本測(cè)區(qū)內(nèi)。噴發(fā)環(huán)境以陸相為主。

滿克頭鄂博組區(qū)域上呈北東—南西向展布。主要巖石類型為流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、火山角礫巖，偶夾安山巖。白音高老組主要巖石類型為流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，英安巖、英安質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r等。兩組地層均不整合覆蓋于青白口紀(jì)佳疙疸組及石炭紀(jì)花崗巖之上，被侏羅紀(jì)花崗巖侵入（圖1）。

2 巖石化學(xué)特征

從表1可知，本區(qū)中生代火山巖中流紋巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍在65.15%～71.88 %之間，Al2O3變化于15.28%～16.8%之間，Na2O+K2O值變化于6.99%～9.21%間；而英安巖的SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化范圍在63.92%～65.15%之間，Al2O3變化于16.53%～17.71%之間，Na2O+K2O值變化于5.73%～8.56%間，且Na2O大于K2O；化學(xué)成分總體表現(xiàn)為SiO2、Na2O、K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高，而Fe2O3、FeO、CaO、MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)偏低，反映了火山巖高硅、富堿的化學(xué)成分特點(diǎn)。

巖石化學(xué)特征指數(shù)，固結(jié)指數(shù)SI為5.57～11.74，分異指數(shù)DI為73.2～90.33，符合流紋巖的數(shù)值特征；里特曼指數(shù)δ值為1.49～3.46，為太平洋型；堿度率AR值為1.75～3.47，其值略顯偏高。

在火山巖的TAS分類圖解中（圖2），本區(qū)滿克頭鄂博組流紋巖位于流紋巖區(qū)，英安巖位于粗面英安巖區(qū)；白音高老組英安巖位于英安巖與粗面英安區(qū)，與定名較吻合。

在（Na2O+K2O）-SiO2圖解中投點(diǎn)位于亞堿性區(qū)（圖3），在AFM圖解中投點(diǎn)位于鈣堿性區(qū)（圖4），本區(qū)中生代火山巖應(yīng)為鈣堿性巖系。

3 巖石地球化學(xué)特征

稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)及參數(shù)特征詳見表2，稀土總量偏低，REE變化在（142.95～64.30）×10-6之間，由早期滿克頭期—白音高老期，具從高—低的特征。δEu值變化在0.7～0.91間，反映巖漿來(lái)源較深，相當(dāng)于上地幔至下地殼產(chǎn)物。輕重稀土（L/H）值為8.82～12.76，輕稀土富集程度較高，重稀土強(qiáng)烈虧損。（La/Sm）N值為3.22～5.28，輕稀土內(nèi)部分餾明顯 ；（Gd/Yb）N值為 1.33～2.65，重稀土內(nèi)部亦存在一定的分餾作用，但要較輕稀土分餾程度弱。其稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖式見圖5，曲線右傾，斜率較大，銪略顯負(fù)異常，反映巖漿分異程度不高。

微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及參數(shù)特征詳見表2，測(cè)區(qū)中生代火山巖中的流紋巖及英安巖，Rb、Li、Ba、Hf、Ta、U、Th、W等親石元素較為富集，而鐵族元素Ni、Co等元素略顯虧損。在火山巖的微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖（圖5）中，表現(xiàn)為Rb、Ba、Th、U、K等元素強(qiáng)烈富集而Ti、P相對(duì)虧損的特征。

圖 1 浩茫古古塔地區(qū)地質(zhì)概況Fig.1 Geological survey of Haomangguguta area1.第四系全新統(tǒng)；2.第四系大黑溝組；3.白音高老組二段；4.白音高老組一段；5.滿克頭鄂博組；6.泥鰍河組；7.佳疙疸組；8.侏羅紀(jì)花崗巖；9.石炭紀(jì)花崗巖

表 1 晚侏羅世火山巖氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)及參數(shù)特征表Table 1 the oxide contents and the parameters characteristics of Late Jurassic volcanic rocks

圖 2 火山巖TAS圖Fig.2 Volcanic rocks in the TAS fi gure（M.J.Le Bas等，1986；IUGS,1989）O. SiO2過(guò)飽和 ；S. SiO2飽和 ；U. SiO2不飽和

圖 3 火山巖（Na2O+K2O）-SiO2圖Fig.3 Volcanic rocks in the (Na2O+K2O)-SiO2 fi gure A.堿性系列；S.亞堿性系列

表 2 晚侏羅世火山巖稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)及參數(shù)特征表Table 2 The contents and parameter characteristics of the rare earth elements in Late Jurassic volcanic rocks

圖 4 火山巖FAM圖Fig.4 Volcanic rocks in FAM fi gure(Irvine, 1971)T . 拉斑系列； C. 鈣堿性系列

圖 5 火山巖稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化圖式Fig.5 Standard pattern of rare earth elements in volcanic rocks

4 巖石成因及構(gòu)造背景探討

4.1 巖石成因

近年來(lái)，隨著大興安嶺地區(qū)中生代不同巖石類型火山巖的配套化學(xué)分析數(shù)據(jù)及高質(zhì)量微量元素分析結(jié)果的相繼報(bào)道，可靠地探討大興安嶺中生代火山巖的成巖方式已成為可能。測(cè)區(qū)中生代中基性火山巖的(87Sr/86Sr)i和εNd(t)表明他們形成于相同的地幔源區(qū)（據(jù)呂志成等，2004）。由本區(qū)中生代火山巖的La/Sm-La圖解（圖7）及Sr/Ca-Ba/Ca圖解（圖8）可知，火山巖的成巖方式主要為地幔物質(zhì)的部分熔融作用。這一結(jié)論與邵濟(jì)安等（2001）提出的大興安嶺中生代火山巖不是來(lái)自幔源玄武巖漿在基性斜長(zhǎng)石分異之后形成的殘余熔體的觀點(diǎn)是一致的。

火山巖的這一成巖方式進(jìn)一步說(shuō)明，本區(qū)英安巖、流紋巖可能是地幔低程度部分熔融作用形成的。

4.2 源區(qū)特征探討

前述可知，區(qū)內(nèi)中生代火山巖主量元素表現(xiàn)為富堿、富鉀，稀土元素表現(xiàn)為負(fù)銪異常不明顯，微量元素表現(xiàn)為富集大陽(yáng)離子親石元素（LILE）和高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE）及相對(duì)虧損Nb、Ta，鐵族元素。這種富鉀火山巖的成分特點(diǎn)可能反映了其地幔源區(qū)的成分特征。即火山巖巖漿熔融區(qū)富集大陽(yáng)離子親石元素（LILE）和高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），并具有Nb、Ta和TiO2虧損的特點(diǎn)，Nelson等（1992）認(rèn)為，富鉀火山巖的地幔源區(qū)曾經(jīng)受到了隨俯沖作用進(jìn)入地幔的大洋沉積物的污染。結(jié)合本區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化的綜合分析，認(rèn)為本區(qū)在古亞洲洋消失后其洋殼板片（及沉積物）的不斷下沉及其所伴隨的脫水作用可能是造成地幔源區(qū)富集的主要因素。

4.3 構(gòu)造背景

通過(guò)上述巖石化學(xué)、巖石地球化學(xué)研究證明，本區(qū)晚侏羅世（滿克頭鄂博組—白音高老組）火山巖，屬高鉀鈣堿性巖石系列（圖9），是大陸碰撞造山帶典型的巖石組合（鄧晉福等1994、1996b；Turner et al. 1996；Flower et al. 1998；Liegeois et al.，1998）。其巖石組合為安山巖-英安巖-流紋巖，Jakes&White 1972 和Miyashiro（1974）指出，空間上從大洋到內(nèi)陸，巖石系列由島弧拉斑系列—鈣堿性系列-高鉀鈣堿性系列和鉀玄巖系列，巖石組合從以玄武巖-玄武安山巖占優(yōu)勢(shì)-安山巖占優(yōu)勢(shì)-安山巖-英安巖-流紋巖組合，地殼厚度逐漸增厚。

鄧晉福等（1996）認(rèn)為中國(guó)東部燕山期安山巖具有弧火山巖特征，總體可歸入于大洋俯沖有關(guān)的組合，但缺少TTG組合，相當(dāng)于科迪勒拉弧內(nèi)陸一側(cè)的火成巖，主要發(fā)育高鉀鈣堿性系列，地殼厚度較大。

圖 6 火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.6 The spider diagram of trace elements of volcano rock

圖 7 火山巖La-La/Sm圖解Fig.7 Volcanic rocks in La-La/Sm fi gure（據(jù)Hirano，1982）

圖 8 火山巖Sr/Ca-Ba/Ca圖解Fig.8 Volcanic rocks in Sr/Ca-Ba/Ca fi gure（據(jù)Hirano，1982）

圖 9 K2O-SiO2圖解Fig.9 K2O-SiO2 fi gure

本區(qū)晚侏羅世火山巖具有高Sr低Yb的巖石地球化學(xué)特征，即屬于俯沖作用有關(guān)的埃達(dá)克巖類。（La/Yb）N-YbN圖解（圖10）表明，樣品主要落入埃達(dá)克巖和典型島弧巖石的重疊區(qū)域，地球化學(xué)特征類似埃達(dá)克巖，或?yàn)镃型埃達(dá)克巖。這一點(diǎn)與趙書躍等2004年研究大興安嶺北段晚侏羅世吉祥峰組中酸性火山巖的結(jié)論相一致。晚侏羅世火山巖形成于遠(yuǎn)離俯沖帶的陸殼巨厚的大興安嶺地區(qū)，具富鉀和陸相噴發(fā)的特點(diǎn)。

張旗認(rèn)為C型埃達(dá)克巖是來(lái)自軟流圈地幔的玄武巖巖漿侵到加厚的陸殼(＞50 km)底部導(dǎo)致下地殼麻粒巖部分熔融形成的。Robers(1993)等指出，高鉀型巖漿通常是由玄武質(zhì)-安山質(zhì)的富K變質(zhì)火成巖的部分熔融形成的，即加厚地殼下部的鎂鐵質(zhì)原巖熔融可直接產(chǎn)生類似埃達(dá)克質(zhì)巖的熔漿。

圖 10 （La/Yb）N-YbN圖解Fig.10 (La/Yb) N—YbN fi gure

從Rb-Yb+Nb圖解可以看出，樣品均落入火山弧區(qū)，里特曼-戈蒂里圖解樣品均落入造山帶火山巖區(qū)。故筆者認(rèn)為本區(qū)晚侏羅世火山巖的形成可能與北部蒙古—鄂霍次克海槽封閉，陸殼碰撞加厚，形成興蒙造山帶有關(guān)，同時(shí)與濱西太平洋構(gòu)造域背景下古太平洋板塊向歐亞板塊下俯沖的遠(yuǎn)程構(gòu)造巖漿響應(yīng)有關(guān)。另外，從稀土和微量元素圖表中可以看出，兩組晚侏羅世火山巖有明顯的相似性和繼承性。

[1] 趙書躍，韓彥東，朱春燕,等.大興安嶺火山噴發(fā)帶北段中性、中酸性火山巖地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào),2004.

[2] 張 旗，王 焰，李承東,等.花崗巖的Sr-Yb分類及其地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報(bào),2006,(09).

[3] 陳漢林，曾華生，楊樹鋒,等.閩北早古生代島弧火山巖的巖石地球化學(xué)特征[J].礦物學(xué)報(bào),1994,(02).