李佇民，石紹山，李愈華，王宇利，時(shí)建民，江 山

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034；3.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083

漠河盆地南緣塔木蘭溝組火山巖鋯石U-Pb定年、地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義

李佇民1，2，石紹山2，李愈華3，王宇利2，時(shí)建民2，江 山2

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春130061；2.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽110034；3.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京100083

對大興安嶺北段漠河盆地南緣的塔木蘭溝組玄武安山巖進(jìn)行鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年以及巖石地球化學(xué)研究，以便限定其形成時(shí)代以及火山活動(dòng)和漠河斷陷盆地演化之間的關(guān)系.測年結(jié)果顯示該地區(qū)塔木蘭溝組玄武安山巖的形成時(shí)代為129~147 Ma，為早白堊世早期.塔木蘭溝組火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列，具有富集大離子親石元素（LILE）和輕稀土元素（LREE），虧損高場強(qiáng)元素（HFSE）的特征.巖漿源區(qū)為富集型地幔源區(qū)，上升過程中可能受上地殼物質(zhì)混染.地球化學(xué)特征及構(gòu)造背景顯示，研究區(qū)塔木蘭溝組火山巖形成于大陸板內(nèi)拉張環(huán)境，與中生代漠河盆地?cái)嘞輼?gòu)造有關(guān).

塔木蘭溝組；火山巖；U-Pb鋯石定年；地球化學(xué)；大興安嶺北段；漠河盆地

漠河盆地位于大興安嶺北段，大地構(gòu)造上處于古生代古亞洲構(gòu)造域與中生代環(huán)太平洋構(gòu)造域，蒙古-鄂霍次克褶皺帶中的額爾古納地塊.漠河盆地中生代自中侏羅世以來先后經(jīng)歷了弧后盆地形成、擠壓回返、拉張斷陷、抬升萎縮等階段［1］，其火山巖形成具有復(fù)雜構(gòu)造背景.前人對大興安嶺中生代火山巖的研究過程中，主要對其形成時(shí)間、成因以及構(gòu)造背景方面提出如下認(rèn)識：1）大興安嶺火山巖主要形成于晚侏羅世—早白堊世［2-9］；2）大興安嶺北部火山巖以堿性巖石系列為主，南部以鈣堿性系列巖石為主，源區(qū)為富集型地幔［10-11］；3）大興安嶺北段火山巖構(gòu)造背景有幾種觀點(diǎn)——古太平洋板塊俯沖作用［12］，裂谷作用［13］，大陸根-柱構(gòu)造［14］，古亞洲洋閉合過程中引起的深部地幔熱柱上升有關(guān)［15］，蒙古-鄂霍次克洋演化［16］.

塔木蘭溝組火山巖是大興安嶺中生代火山巖的最低層位，查明其成因與形成環(huán)境，將對東北地區(qū)中生代火山作用的認(rèn)識與研究有著重要意義.本文將結(jié)合漠河盆地南緣的塔木蘭溝組玄武安山巖鋯石U-Pb年齡及巖石地球化學(xué)研究，闡述該地區(qū)火山巖成因及其構(gòu)造背景.

1 地質(zhì)背景及巖石學(xué)特征

研究區(qū)位于黑龍江省大興安嶺地區(qū)塔河縣北部，構(gòu)造位置上歸屬于額爾古納地塊（圖1）.該地區(qū)基底為晚寒武世—早奧陶世花崗巖、基性雜巖，在燕山—印支期NE向伸展構(gòu)造的作用下，形成一系列張性斷裂構(gòu)造和斷陷盆地，并發(fā)育火山作用.本區(qū)中生代火山巖地層由老至新依次為塔木蘭溝組（J3t）中基性火山巖熔巖與火山碎屑巖組合，其上被白音高老組（K1by）酸性火山熔巖、火山碎屑巖夾沉凝灰?guī)r角度不整合覆蓋.甘河組（K1g）基性火山熔巖噴發(fā)不整合覆蓋在二者之上.

塔木蘭溝組火山巖為中基性火山熔巖.本文研究對象為該組的玄武安山巖，巖石呈灰綠色、灰黑色，斑狀或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，斑晶成分主要為斜長石，含量5%～20%，鏡下見有明顯聚片雙晶，粒徑0.1～1 mm，基質(zhì)為隱晶質(zhì).巖石部分為塊狀構(gòu)造，多為氣孔-杏仁狀構(gòu)造，氣孔、杏仁體大多數(shù)呈定向排列，直徑1～5 mm，杏仁體內(nèi)為碳酸鹽或綠泥石充填.

2 樣品制備及分析方法

樣品的破碎和鋯石挑選工作由河北省廊坊市宇能巖石礦物分選技術(shù)服務(wù)有限公司完成.鋯石制靶、陰極發(fā)光（CL）圖像采集、U-Pb年齡測定在西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，使用ComPex 102 ArF準(zhǔn)分子激光器（波長193 nm）和Agilent 7500a型ICP-MS儀器，采用高純He氣作為剝蝕物質(zhì)的載體氣，用美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST610進(jìn)行儀器最佳化，使用哈佛大學(xué)國際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo).樣品同位素比值計(jì)算采用CLITTER4.0程序，使用Isoplot3.0軟件進(jìn)行鋯石U-Pb諧和圖的的繪制和年齡計(jì)算.

圖1 漠河盆地區(qū)域構(gòu)造位置圖（據(jù)謝銘謙，2000，修改）Fig.1 Regional tectonic location of the Mohe Basin（Modified from XIE Ming-qian,2000）1—盆地界線（basin boundary）；2—褶皺帶（fold belt）；3—國界線（national boundary）；4—城鎮(zhèn)（city/town）；5—縫合帶（suture zone）；6—構(gòu)造邊界（tectonic boundary）

樣品主量、微量、稀土元素?cái)?shù)據(jù)分析工作由國土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心完成.主量元素采用X射線熒光光譜（XRF）玻璃熔片方法分析，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%.稀土和微量元素采用電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP-MS）分析方法，分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%.

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb定年

本研究對大興安嶺地區(qū)塔河縣北部的1件樣品（D0014）進(jìn)行鋯石U-Pb年齡測定，采樣位置位于漠河盆地南緣（坐標(biāo)：124°33′39″E，52°33′54″N），其陰極發(fā)光（CL）圖像顯示，大部分的鋯石呈短柱狀，具有較好的晶形，內(nèi)部條帶狀結(jié)構(gòu)明顯（圖2）.鋯石Th/U比值0.81～1.44，為巖漿成因鋯石.

D0014樣品的27個(gè)鋯石測試結(jié)果顯示，所有的測試結(jié)果均位于諧和線上或附近（圖3）.鋯石206Pb/238U年齡介于129~147 Ma之間，其加權(quán)平均年齡為136.0±1.2 Ma（MSWD=0.012）.此結(jié)果表明，該地區(qū)的塔木蘭溝組玄武巖形成于白堊世早期，與前人在大興安嶺北段的U-Pb測年結(jié)果基本一致［5］，區(qū)別于大興安嶺中部的塔木蘭溝組鋯石U-Pb年齡.

3.2 巖石地球化學(xué)

圖3 研究區(qū)塔木蘭溝組火山巖鋯石LA-ICP-MSU-Pb諧和年齡Fig.3 Zircon LA-ICP-MS U-Pb concordia age of Tamulangou volcanic rocks in the study area

圖4 塔木蘭溝組火山巖TAS圖解（據(jù)LeMaitreRW,1989）Fig.4 The TAS diagram for volcanic rocks of theTamulangou Formation（After Le Maitre R W,1989）S2—玄武粗面安山巖（basaltic trachyandensite）；S3—粗面安山巖（trachyandensite）；Ir線上方為堿性，下方為亞堿性

圖2 研究區(qū)塔木蘭溝組火山巖鋯石陰極發(fā)光圖像Fig.2 CL images of zircons from Tamulangou volcanic rocks in the study area

研究區(qū)塔木蘭溝組火山巖樣品的SiO2含量在52.12%~58.37%之間（表1），巖石富堿（Na2O+K2O＞5.93），測試結(jié)果在TAS圖解（圖4）上落入了粗安巖區(qū)和玄武粗安巖區(qū)，且基本位于堿性與亞堿性火山巖分界線附近.從K2O-Si2O圖（圖5）的投點(diǎn)結(jié)果可以看出，5個(gè)樣品中有4個(gè)結(jié)果位于高鉀鈣堿性系列范圍內(nèi)，另一結(jié)果落入了鉀玄武巖系列內(nèi).

表1 塔木蘭溝組火山巖主量元素、微量元素分析結(jié)果Table 1 Major and trace element analysis result of the Tamulangou Formation

圖5 塔木蘭溝組火山巖K2O-SiO2圖解（實(shí)線據(jù)PeccerilloR,TaylorSR,1976；虛線據(jù)MiddlemostEAK,1985）Fig.5 K2O-SiO2diagram for volcanic rocks of the Tamulangou Formation（Solid line after PeccerilloR,Taylor SR,1976;dotted line after Middlemost E AK,1985）

從樣品的稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖6）可以看出，樣品的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為輕稀土元素富集的右傾特征.稀土元素的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ΣREE）為110.16×10-6～166.90×10-6，輕稀土（LREE）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.94×10-6～154.17×10-6，重稀土（HREE）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.30×10-6～17.22×10-6，輕重稀土比值（LREE/HREE）介于5.40～12.63，輕重稀土分餾十分明顯，分餾系數(shù)（LaN/YbN）為9.92～14.28（表1）.其中樣品D6055具有明顯的Eu負(fù)異常.

圖6 塔木蘭溝組稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化模式圖（標(biāo)準(zhǔn)化來自TaylorandMcLennan,1985）Fig.6 Chondrite-nomalized REE patterns of the Tamulangou Formation（After Taylor and McLennan,1985）

微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖7）顯示，該地區(qū)塔木蘭溝組玄武巖富集大離子親石元素（LILE）Rb、Ba、K和LREE，說明巖漿可能來源于富集地幔型源區(qū).虧損高場強(qiáng)元素（HFSE）Nb、Ta、Ti，表明巖漿源區(qū)發(fā)生了流體交代，或上升過程中發(fā)生地殼物質(zhì)的混染.其Rb/Sr比值較高，介于0.06~0.55之間（均值0.23），為富集地幔源區(qū)特征.

圖7 塔木蘭溝組火山巖微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（標(biāo)準(zhǔn)化值來自Wood,1979）Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram for the volcanic rocks of Tamulangou Formation（Normalized value after Wood,1979）

4 討論

4.1 漠河盆地南緣塔木蘭溝組時(shí)代歸屬

研究表明，大興安嶺地區(qū)的中生代火山巖形成時(shí)期為晚侏羅世—早白堊世，40Ar/39Ar法測年結(jié)果顯示其火山活動(dòng)可分為4個(gè)階段：163~160、147~140、125~ 120和116~113 Ma［3］.據(jù)學(xué)者［17］對大興安嶺中部滿洲里地區(qū)塔木蘭溝組玄武巖鋯石U-Pb測年數(shù)據(jù)，該地區(qū)的塔木蘭溝組火山巖形成于164~161 Ma，即中侏羅世末期.前人對海拉爾盆地外部塔木蘭溝組中基性火山巖的形成時(shí)代得到了相對一致的結(jié)論，認(rèn)為其主要形成于160~150 Ma［3］.

本文的鋯石測年結(jié)果顯示，大興安嶺北段漠河盆地南緣的塔木蘭溝組鋯石U-Pb年齡為147~129 Ma，與前人測得的大興安嶺北段塔木蘭溝組玄武巖年齡（128±8 Ma）較為接近［5］，與大興安嶺中部塔木蘭溝組巖石形成時(shí)代存在一定差距.漠河盆地在晚侏羅世晚期—白堊紀(jì)進(jìn)入火山斷陷盆地階段［1］，形成了較大規(guī)模的火山活動(dòng).因此，研究區(qū)內(nèi)的塔木蘭溝組火山巖作為本區(qū)火山巖地層的最底層，其形成時(shí)代晚于大興安嶺中部地區(qū)的塔木蘭溝組火山地層，是漠河斷陷盆地形成的同期產(chǎn)物.根據(jù)測年結(jié)果，應(yīng)歸屬于早白堊世.

4.2 構(gòu)造地質(zhì)背景探討

漠河盆地最初為中早侏羅世蒙古-鄂霍次克洋關(guān)閉時(shí)，洋殼向東北拼貼板塊俯沖所形成的弧后斷陷盆地［1］.本區(qū)塔木蘭溝組火山巖富集大離子親石元素（LILE）和LREE，虧損高場強(qiáng)元素（HFSE），具有島弧玄武巖特征.但研究顯示，大興安嶺北段塔木蘭溝組火山巖并不具備島弧形成的環(huán)境，這與源區(qū)巖漿性質(zhì)或者混染物質(zhì)有關(guān)［18］.

大陸玄武巖Zr和Y濃度在遭到地殼和巖石圈混染時(shí)濃度變化受到影響很?。?9］，測試結(jié)果在Zr-Zr/Y圖解（圖8）上投在了板內(nèi)玄武巖區(qū)（WPB）附近，遠(yuǎn)離洋脊玄武巖區(qū)（MORB）與島弧玄武巖區(qū)（IAB）.從Ta/Hf-Th/Hf圖解（圖9）上也可看出，樣品點(diǎn)投在陸內(nèi)裂谷區(qū)、陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)和大陸拉張帶（或初始裂谷）區(qū)、地幔熱柱玄武巖區(qū).表明本區(qū)玄武巖形成于板內(nèi)環(huán)境.同時(shí)由表1可以看出，樣品Mg#均小于40，說明巖漿物質(zhì)來源較淺.板內(nèi)鉀質(zhì)巖漿的形成通常與軟流圈上涌和巖石圈伸展-減薄或裂谷作用有關(guān)［20］.

研究區(qū)地處漠河盆地南緣，晚侏羅世—早白堊世期間正處于弧后擴(kuò)張作用所形成的拉伸環(huán)境，巖石圈拉伸、減薄，形成了陸內(nèi)的裂谷區(qū)，盆地邊緣發(fā)生斷陷導(dǎo)致巖漿上涌，形成了規(guī)模較大的火山活動(dòng).本地區(qū)塔木蘭溝組火山巖受到漠河盆地張性斷裂構(gòu)造的控制，為板內(nèi)玄武巖，由于上升過程中受到巖石圈物質(zhì)的混染作用，又顯示有島弧玄武巖的特征.

圖8 塔木蘭溝組火山巖Zr-Y/Zr圖解（據(jù)Pearce等,1973）Fig.8 Zr/Y vs.Zr diagram for volcanic rocks of the Tamulangou Formation（After Pearce et al.,1973）WPB—板內(nèi)玄武巖（within plate basalt）；MORB—洋脊玄武巖（mid-ocean ridge basalt）；IAB—島弧玄武巖（island-arc basalt）

圖9 塔木蘭溝組Ta/Hf-Th/Hf圖解Fig.9 The Ta/Hf vs.Th/Hf diagram of Tamulangou FormationⅣ1—陸內(nèi)裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區(qū)（intracontinental rift and continental marginal rift tholeiite area）；Ⅳ2—陸內(nèi)裂谷堿性玄武巖區(qū)（intracontinental rift alkali basalt area）；Ⅳ3—大陸拉張帶（或初始裂谷）玄武巖區(qū)（continental extension belt basalt area）；Ⅴ—地幔熱柱玄武巖區(qū)（mantle plume basalt area）

5 結(jié)論

通過對大興安嶺北段漠河盆地塔木蘭溝組火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)及巖石地球化學(xué)的研究，得出如下結(jié)論.

1）本文研究的漠河盆地南緣塔木蘭溝組玄武安山巖形成時(shí)代為129~147 Ma，為早白堊世早期，與漠河盆地進(jìn)入斷陷階段是同一時(shí)期.

2）地球化學(xué)元素特征及本區(qū)構(gòu)造背景顯示，漠河盆地南緣塔木蘭溝組火山巖為陸內(nèi)裂谷區(qū)環(huán)境下形成，其形成受到漠河斷陷盆地張性斷裂構(gòu)造控制.

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ZIRCON U-Pb DATING AND GEOCHEMISTRY OF THE VOLCANIC ROCKS OF TAMULANGOU FORMATION IN THE SOUTH EDGE OF MOHE BASIN: Geological implication

LI Zhu-min1,2,SHI Shao-shan2,LI Yu-hua3,WANG Yu-li2,SHI Jian-min2,JIANG Shan2

1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China;2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034, China;3.College of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences,Beijing 100083,China

The paper studies the zircon LA-ICP-MS U-Pb dating and lithogeochemistry of the Mesozoic basaltic andesite of the Tamulangou Formation from the south edge of Mohe Basin in Northern Daxinganling to define its formation age and the relation between volcanic activities and the evolution of Mohe fault basin.The dating result shows that the age of the basaltic andesite ranges from 129 to 147 Ma,belonging to Early Cretaceous.The volcanic rocks of the Tamulangou Formation are mainly of high-K calc-alkaline series,with enrichment in large ion lithophile elements（LILEs）andlightrareearthelements（LREE）and depletion in high field strength elements（HFSEs）.The magmatic source of the volcanic rocks was originated from partial melting of enriched mantle and probably contaminated by upper crustal materials during the ascending.The geochemical characteristics and tectonic background indicate that the volcanic rocks of the Tamulangou Formation was formed in a continental intraplate extensional environment,and related to the Mesozoic faulted structure of the Mohe Basin. Key words：Tamulangou Formation;volcanic rocks;zircon U-Pb dating;geochemistry;Northern Daxinganling;Mohe basin

1671-1947（2015）06-0526-06

P588.14；P597

A

2015－01－13；

2015-01-29.編輯：李蘭英．

中國地質(zhì)調(diào)查局“黑龍江瓦拉干車站-塔豐農(nóng)場地區(qū)礦產(chǎn)遠(yuǎn)景調(diào)查”項(xiàng)目（編號12120113055000）.

李佇民（1983—），男，吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院在讀碩士，從事礦產(chǎn)地質(zhì)普查工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail// 45569520@qq.com

石紹山（1977—），男，從事礦產(chǎn)地質(zhì)普查及地球化學(xué)專業(yè)工作，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區(qū)黃河北大街280號，E-mail//shishaoshan321@163.com