張祥信, 高永豐, 雷世和

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內(nèi)蒙古中部紅格爾地區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖鋯石U-Pb年齡、地球化學(xué)及其地質(zhì)意義

張祥信*, 高永豐, 雷世和

(河北地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院, 河北 石家莊 050031)

內(nèi)蒙古中部紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖主要由粗面英安巖、粗面巖、粗安巖和安山巖組成。LA-ICP-MS鋯石U-Pb方法獲得該火山巖的形成年齡為133~137 Ma, 表明其形成時代為早白堊世。巖石富堿(Na2O + K2O = 6.22%~8.26%)、高K2O (2.49%~4.58%)、低TFe2O3(3.76%~6.53%)、貧TiO2(0.92%~1.61%)、高Al2O3(14.27%~15.88%)。富集Rb、Ba、Th、U等大離子親石元素和輕稀土元素, 相對虧損Nb、Ta和Ti等高場強元素, 且在微量元素蛛網(wǎng)圖上呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常。Nd()為正值(+0.40~ +1.64),DM變化于694~767 Ma之間; 有較高的放射性Pb同位素組成, (206Pb/204Pb)i為18.180~18.498, (207Pb/204Pb)i為15.503~15.533, (208Pb/204Pb)i為37.914~38.042。主元素、微量元素地球化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素組成顯示紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖為鉀玄質(zhì)巖, 鉀玄質(zhì)巖漿上升演化過程中經(jīng)歷了鐵鎂礦物、斜長石、鈦鐵礦、磁鐵礦和磷灰石的分離結(jié)晶作用, 基本未受地殼物質(zhì)混染?，斈嵬陆M鉀玄質(zhì)巖源于古亞洲洋俯沖板片釋放流體交代的富集巖石圈地幔, 是在伸展體制下富集巖石圈地幔減壓部分熔融的產(chǎn)物。這種伸展體制是早白堊世蒙古-鄂霍茨克洋閉合后加厚巖石圈重力跨塌引起的, 反映了造山后板內(nèi)伸展環(huán)境。

瑪尼吐組; 鉀玄質(zhì)巖; 鋯石U-Pb年齡; 地球化學(xué); 興蒙造山帶

0 引 言

大興安嶺及鄰區(qū)分布了大面積的中生代火山巖和同期的花崗巖[1–3], 為我國東部大火成巖省的重要組成部分[1,2,4], 也是東亞大陸邊緣最顯著的特征之一[1–2]。這些火山巖構(gòu)成了大興安嶺及鄰區(qū)中生代地層的主體[5]。以往根據(jù)地層間的接觸關(guān)系與少量古生物化石、Rb-Sr和K-Ar年齡數(shù)據(jù), 認(rèn)為這些中生代火山巖形成于中晚侏羅世[6–7]。但是, 新近大量的鋯石U-Pb和Ar-Ar年代學(xué)結(jié)果[1,2,8–14]表明大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖主要形成于早白堊世, 部分在晚羅世噴發(fā)。值得注意的是, 大興安嶺及鄰區(qū)侏羅紀(jì)-早白堊世的火山巖地層包括滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組和梅勒圖組[1,2,6,10], 顯示了相似的年齡范圍[1,2,10]。越來越多的鋯石U-Pb年齡證據(jù)表明大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖與區(qū)域上中生代花崗巖的時代是一致的[1–5,10,14]。但是, 與中生代花崗巖[3–5]相比, 這些火山巖的巖石成因及形成構(gòu)造環(huán)境存在較多爭議[1,2,10–20], 這阻礙了對興蒙造山帶中生代構(gòu)造-巖漿演化的認(rèn)識。

位于內(nèi)蒙古中部的紅格爾地區(qū)分布了較為廣泛的中生代火山巖, 是大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖帶的組成部分。但是, 由于缺乏火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)和地球化學(xué)方面的資料, 對其形成時代、成因及形成構(gòu)造環(huán)境研究不足, 制約了該區(qū)乃至興蒙造山帶中生代構(gòu)造-巖漿演化歷史的深入認(rèn)識。筆者等依托“內(nèi)蒙古1∶5 萬準(zhǔn)和熱木音蘇木(L49E021018)等六幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查”項目, 識別出紅格爾地區(qū)早白堊世瑪尼吐組火山巖具有鉀玄質(zhì)巖的地球化學(xué)特征。本文通過對該組鉀玄質(zhì)火山巖鋯石U-Pb年代學(xué)、元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)進行研究, 揭示其形成時代, 討論巖漿源區(qū)特征、巖石成因及形成的構(gòu)造環(huán)境, 以期為興蒙造山帶中生代構(gòu)造-巖漿演化提供新資料。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

興蒙造山帶夾持于西伯利亞板塊和華北板塊之間, 是中亞造山帶的重要組成部分, 經(jīng)歷了復(fù)雜而長期的多塊體拼貼與造山作用[21–25]。晚古生代-早中生代, 其經(jīng)歷了古亞洲洋和蒙古-鄂霍茨克洋的閉合以及華北板塊與西伯利亞板塊的最終拼貼等過程。晚中生代, 進入了造山后階段, 表現(xiàn)為巖石圈的伸展作用, 形成盆-嶺構(gòu)造格局并伴隨著強烈的火山噴發(fā)活動[16,26,27], 造就了大規(guī)模的北東-北北東向中生代構(gòu)造巖漿帶。

紅格爾地區(qū)位于蘇尼特左旗北部, 大地構(gòu)造位置屬于興蒙造山帶西部, 是古生代古亞洲構(gòu)造域與中-新生代環(huán)太平洋構(gòu)造域、蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造域的強烈疊加、復(fù)合和轉(zhuǎn)換部位。緊鄰索倫縫合帶北部北方造山帶, 二連-賀根山斷裂從研究區(qū)南部通過(圖1)。

區(qū)內(nèi)主要出露中生界地層和侵入巖, 上古生界地層少量分布。上古生界地層為上石炭統(tǒng)寶力高廟組濱淺海相碎屑巖。中生界地層為下白堊統(tǒng)瑪尼吐組、白音高老組陸相火山巖和大磨拐河組河湖相碎屑巖、黏土巖?，斈嵬陆M中性火山巖被大磨拐河組砂巖、泥巖整合覆蓋, 兩者產(chǎn)狀受斷裂影響略有差別?；鹕綆r產(chǎn)狀平緩, 傾向南或南東, 傾角10°~30°。侵入巖主要為晚石炭世花崗巖體, 呈巖株產(chǎn)出。巖體的巖石類型包括堿長花崗巖、花崗閃長巖與黑云母二長花崗巖。在巴潤和熱木一帶, 瑪尼吐組中性火山巖呈東西向條帶狀噴發(fā)不整合覆蓋于堿長花崗巖體之上, 沿兩者接觸帶發(fā)育近東西向正斷層。

2 火山巖巖石學(xué)特征

紅格爾地區(qū)瑪尼吐組分布廣泛, 其巖性主要為粗面英安巖、粗面巖、粗安巖和安山巖(圖2)。巖石顏色以灰紫色、淺灰色為主, 塊狀構(gòu)造、氣孔構(gòu)造和杏仁構(gòu)造發(fā)育, 以含有明顯的斜長石、堿性長石和輝石斑晶為特點, 常見多斑結(jié)構(gòu)和聚斑結(jié)構(gòu), 基質(zhì)主要為交織結(jié)構(gòu)、微晶結(jié)構(gòu)或粗面結(jié)構(gòu)。

粗面英安巖: 斑晶由斜長石(15%~20%)、石英(4%)、輝石和黑云母(5%)組成, 雜亂分布, 粒徑0.2~2.7 mm。斜長石呈半自形板狀, 局部邊緣熔蝕, 可見環(huán)帶構(gòu)造; 石英呈他形粒狀, 有的熔蝕成港灣狀, 具弱波狀消光; 輝石呈短柱狀, 有的被綠泥石、硅質(zhì)等交代呈假象。黑云母呈鱗片狀, 沿解理及邊緣褐鐵礦化明顯?；|(zhì)由斜長石、輝石、少量石英和黑云母組成, 粒徑小于0.2 mm。副礦物為磁鐵礦、磷灰石、鈦鐵礦和鋯石。

圖1 研究區(qū)所在位置及地質(zhì)簡圖

(a) 中亞造山帶構(gòu)造簡圖; (b) 大地構(gòu)造位置分區(qū)圖(據(jù)文獻[28]修改); (c) 紅格爾地區(qū)地質(zhì)簡圖。(a) Tectonic framework of the Central Asian Orogenic Belt; (b) tectonic location of the study area (modified from reference [28]); (c) geological sketch map of the Honggeer area.

圖2 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖地質(zhì)剖面圖(剖面位置見圖1c)

粗安巖: 斑晶由斜長石(15%)、鉀長石(1%~5%)和少量輝石、黑云母組成, 粒徑0.2~4.8 mm。斜長石呈半自形板狀, 聚斑狀產(chǎn)出, 有的見環(huán)帶結(jié)構(gòu); 鉀長石呈半自形板狀, 聚斑狀產(chǎn)出, 有的粒內(nèi)見斜長石包體, 局部見熔蝕邊; 輝石呈半自形柱粒狀, 聚斑狀產(chǎn)出; 黑云母為棕色, 葉片狀, 零星分布, 局部暗化現(xiàn)象明顯?；|(zhì)由斜長石、鉀長石、輝石和黑云母組成, 粒徑小于0.2 mm。副礦物為磁鐵礦、磷灰石、鈦鐵礦和鋯石。

安山巖: 斑晶由斜長石(15%)和輝石(2%~5%)組成, 雜亂分布, 粒徑0.1~2.2 mm。斜長石呈半自形板狀, 有的具熔蝕結(jié)構(gòu), 隱約可見環(huán)帶構(gòu)造。電子探針分析表明安山巖中斜長石斑晶An含量為43.89%~ 44.64%, Ab變化于51.69%~52.52%之間, 為中基性斜長石。輝石為短柱狀, 電子探針分析表明主要為斜頑輝石和少量普通輝石?；|(zhì)呈交織結(jié)構(gòu), 由長石、輝石微晶和隱晶質(zhì)組成, 微晶粒徑小于0.1 mm。副礦物為磷灰石、鈦鐵礦和鋯石。

3 分析方法

本文樣品(TW01、TW02和TW03)采自采石場或公路兩側(cè)的新鮮基巖露頭。鋯石的分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成。樣品按照常規(guī)方法粉碎淘洗后, 經(jīng)磁選和重液分離, 然后在雙目鏡下挑選出晶形較好, 無明顯裂痕和包裹體的鋯石顆粒。鋯石的制靶和透射光、反射光、陰極發(fā)光照相在北京鋯年領(lǐng)航科技有限公司完成。鋯石U-Pb同位素定年和微量元素含量測試在中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室利用LA-ICPMS同時分析完成。激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas 2005, ICP-MS為Agilent 7500a。分析中采用的激光斑束直徑為30 μm, 以氦氣作為剝蝕物質(zhì)的載氣, 分析流程見文獻[29–30]。鋯石91500作為外部標(biāo)準(zhǔn)來校正分析過程中的同位素分餾, NIST610作為外部標(biāo)準(zhǔn)來獲得分析點的Th和U的含量, Si作內(nèi)標(biāo)進行校正, 普通Pb的校正采用文獻[31]的方法進行。鋯石加權(quán)平均年齡的計算和諧和圖的繪制采用ISOPLOT 3.0程序[32]。

火山巖樣品的地球化學(xué)數(shù)據(jù)在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心分析完成。主元素采用XRF玻璃熔片法分析, 分析儀器為AB104-L、PW2404 X射線熒光光譜儀, 分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%; 微量元素和稀土元素采用ICP-MS分析方法, 分析儀器為ELEMENT等離子體質(zhì)譜分析儀, 分析精度和準(zhǔn)確度一般優(yōu)于10%。Sr-Nd-Pb同位素組成用英國Isotopx公司制造的PHOENIX熱電離質(zhì)譜儀分析測定。Sr同位素比值采用86Sr/88Sr = 0.1194進行質(zhì)量分餾校正, Nd同位素比值采用146Nd/144Nd = 0.7219進行校正。Pb同位素比值采用NBS-981標(biāo)樣進行校正。

4 分析結(jié)果

4.1 鋯石U-Pb年齡測定結(jié)果

鋯石U-Pb同位素分析結(jié)果見表1。CL圖像顯示(圖3), 所測的TW01、TW02和TW03等3個火山巖樣品的鋯石顆粒晶形較好, 自形或半自形, 多呈長柱狀或短柱狀, 具有明顯巖漿成因的振蕩生長環(huán)帶。鋯石的Th/U比值均大于0. 1, 分別為0.31~ 1.15、0.49~1.06和0.47~1.26 (表1), 為巖漿成因的鋯石[33–34]。

樣品TW01巖性為粗面英安巖, 采自紅格爾東南約8.15 km處, 采樣位置112°20′33″E, 44°37′08″N。17粒鋯石測點的206Pb/238U表面年齡變化范圍大, 介于((118±2)~(464±6)) Ma之間(表1), 可分為4組, 分別為((118±2)~(156±5)) Ma、(203±3) Ma、(349±4) Ma和((428±8)~(464±6)) Ma。下部13個測點位于U-Pb諧和線上或其附近,206Pb/238U表面年齡介于((118±2)~ (156±5)) Ma之間, 加權(quán)平均年齡為(137±2) Ma (MSWD = 0.8), 代表巖漿結(jié)晶年齡(圖4)。上部4個測點206Pb/238U表面年齡分別為(203±3) Ma、(349± 4) Ma、(428±8) Ma和(464±6) Ma, 為早期的捕虜鋯石年齡。

樣品TW02巖性為粗面英安巖, 采自紅格爾東南13.23 km處, 采樣位置112°25′22″E, 44°38′32″N。19粒鋯石測點的206Pb/238U表面年齡介于((101±3)~ (322±5)) Ma之間(表1)。17個測點位于U-Pb諧和線上或其附近, 加權(quán)平均年齡為(137±2) Ma (MSWD = 0.4), 代表巖漿結(jié)晶年齡(圖4)。上部1個測點206Pb/238U表面年齡(322±5) Ma, 為早期的捕虜鋯石年齡。下部1個測點206Pb/238U表面年齡(101±3) Ma年齡偏低, 可能是Pb丟失的結(jié)果。

表1 瑪尼吐組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)

(續(xù)表1)

圖3 瑪尼吐組火山巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像

樣品TW03巖性為粗面英安巖, 采自紅格爾東南12.15 km處, 采樣位置112°24′38″E, 44°37′30″N。20粒鋯石測點的206Pb/238U表面年齡變化范圍大, 介于((81±1)~(154±3)) Ma之間(表1)。上部18個測點位于U-Pb諧和線上或其附近, 加權(quán)平均年齡為(133±3) Ma (MSWD = 1.6), 代表巖漿結(jié)晶年齡(圖4)。下部2個測點206Pb/238U表面年齡(81±1) Ma, (102±2) Ma年齡偏低, 可能是Pb丟失的結(jié)果。

綜上分析, 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖的成巖年齡為(133~137) Ma, 屬早白堊世的產(chǎn)物。

4.2 主元素特征

瑪尼吐組火山巖主元素特征見表2。從表2可見, 火山巖的SiO2含量變化于58.23%~67.93%之間, 平均62.55%。全堿(Na2O+K2O)含量高, 為6.22%~ 8.26%, 平均7.69%。K2O含量高, 介于2.49%~4.58%之間, 平均3.86%。K2O/Na2O為0.67~1.35, 平均1.01,相對富鉀。全鐵TFe2O3含量低, 為3.76%~6.53%, 平均5.41%。MgO含量低, 介于0.62%~2.6%之間, 平均1.29%。TiO2含量低, 介于0.92%~1.61%之間, 平均1.28%。Al2O3含量高, 變化范圍小, 在14.27%~ 15.88%之間, 平均15.38%。Mg#為24.34~48.14, 平均34.44。多數(shù)樣品的A/CNK比值小于1, 介于0.90~1.10之間, 平均0.97, 屬于偏鋁質(zhì)巖石。里特曼指數(shù)為2.52~3.64, 屬于鈣堿性系列。

圖4 瑪尼吐組火山巖鋯石U-Pb年齡諧和圖

Fig.4 Zircon U-Pb concordia diagrams for the Manitu Formation volcanic rocks

表2 瑪尼吐組火山巖主元素(%)、微量元素和稀土元素含量(μg/g)

(續(xù)表2)

(續(xù)表2)

在TAS火山巖分類命名圖解(圖5a)中, 樣品落在了亞堿性系列區(qū), 少數(shù)落在堿性和亞堿性系列分界線附近。除樣品H05和H06分別屬于安山巖和粗面安山巖之外, 其余均為粗面巖(標(biāo)準(zhǔn)礦物Q < 20%)、粗面英安巖(標(biāo)準(zhǔn)礦物Q > 20%)。在AFM圖解(圖5b)中, 樣品具有鈣堿性巖漿的演化趨勢系列, 并表現(xiàn)出先富鐵后降低的拉斑質(zhì)巖漿的演化趨勢。在K2O-SiO2圖解(圖6a)中, 多數(shù)樣品落于鉀玄巖系列區(qū)或附近, 少數(shù)落于高鉀鈣堿性系列區(qū); 但在K2O-Na2O圖(圖6b)中, 所有樣品均落在了鉀玄質(zhì)區(qū)域。

圖5 瑪尼吐組火山巖TAS圖(a)和AFM圖(b)

(a) 巖石分類據(jù)文獻[35], 系列界線據(jù)文獻[36]; (b) 據(jù)文獻[36]。(a) TAS diagram (classification is from reference [35], and separating line between the alkaline and sub-alkaline series is from reference [36]); (b) AFM diagram (from reference [36]).

Pc–苦橄玄武巖; B–玄武巖; O1–玄武安山巖; O2–安山巖; O3–英安巖; R–流紋巖; S1–粗面玄武巖; S2–玄武質(zhì)粗面安山巖; S3–粗面安山巖; T–粗面巖、粗面英安巖; F–副長石巖; U1–堿玄巖、碧玄巖; U2–響巖質(zhì)堿玄巖; U3–堿玄質(zhì)響巖; Ph–響巖; TH–拉斑玄武巖系列; CA–鈣堿性系列。

圖6 瑪尼吐組火山巖K2O-SiO2圖(a)和K2O-Na2O圖(b)

(a)實線據(jù)文獻[37]; 虛線據(jù)文獻[38]; (b) 據(jù)文獻[39]。
(a) K2O-SiO2diagram (solid lines are from reference [37], and dashed lines are from reference [38]); (b) K2O-Na2O diagram (from reference [39]).

4.3 微量元素特征

瑪尼吐組火山巖的微量元素表現(xiàn)出較為一致的特征(表2和圖7a), 大離子親石元素(LILE) Rb、Ba、Th、U強烈富集, 普遍為原始地幔的100~200倍, 最高的為370倍。其中, Rb為120~189 μg/g, 平均148.8 μg/g; Ba為1003~1965 μg/g, 平均1326 μg/g; Th為8.3~20 μg/g,平均13.2 μg/g; U為2.22~7.78 μg/g, 平均3.36 μg/g。相對富集流體活化元素Pb, 含量為16.5~29.6 μg/g, 平均20.2 μg/g。高場強元素(HFSE) Nb、Ta、Ti和P強烈虧損, Zr、Hf相對富集。在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖上(圖7a), 所有樣品的微量元素分布曲線較為相似, 表現(xiàn)為總體向右傾形式。存在明顯的Nb、Ta、Ti、Sr和P負(fù)異常, 具顯著的Pb峰和Zr、Hf正異常。巖石中Sr的負(fù)異常表明巖漿中可能存在斜長石的分離結(jié)晶, 而P的負(fù)異常與磷灰石的分離結(jié)晶有關(guān)。

火山巖中微量元素具有較高的Ce/Yb (66.3~ 88.6)、Th/Yb (4.8~13.7)和Ta/Yb (1.0~1.4)比值。在Ce/Yb-Ta/Yb和Th/Yb-Ta/Yb圖解[43](圖8)中, 所有樣品均落在鉀玄巖系列區(qū)域。這與主元素判別結(jié)果一致, 進一步確定瑪尼吐組火山巖為鉀玄質(zhì)巖。

4.4 稀土元素特征

瑪尼吐組火山巖稀土元素分析結(jié)果見表2。從表2可見, 稀土總量(∑REE)變化于231~311 μg/g, 平均278 μg/g; LREE/HREE比值為14.1~17.8, 平均15.7, 輕重稀土分異強烈; (La/Yb)N為22.0~30.3, 平均26.9, 屬輕稀土富集型。在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解(圖7b)中, 各樣品具有相似的稀土分布模式, 稀土分餾程度基本一致, 均體現(xiàn)為輕稀土元素富集且配分曲線較陡、重稀土元素相對虧損, 表現(xiàn)為一組右傾且互相平行的平滑曲線, 暗示各巖石為同源巖漿演化的產(chǎn)物。(La/Sm)N為3.6~4.6, 平均4.0; (Gd/Yb)N為3.3~4.4, 平均3.8, 顯示輕稀土元素內(nèi)部和重稀土元素內(nèi)部均發(fā)生了一定程度的分餾; 而且隨原子序數(shù)增加, 分餾程度明顯降低, 曲線近于平坦。Eu為0.69~0.91, 平均0.85, 具弱的Eu負(fù)異常, 與Sr的負(fù)異常相吻合, 反映巖漿中存在斜長石的分離結(jié)晶作用, 與巖石中含有斜長石斑晶相一致。

圖7 瑪尼吐組火山巖原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(a)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布曲線圖(b)

原始地幔數(shù)據(jù)引自文獻[41]; 球粒隕石值引自文獻[42]。

Primitive mantle values are from reference [41], and chondrite values are from reference [42].

圖8 瑪尼吐組火山巖Ce/Yb-Ta/Yb和Th/Yb-Ta/Yb圖解(據(jù)文獻[43])

4.5 Sr-Nd-Pb同位素特征

對5件瑪尼吐組火山巖樣品進行了Sr-Nd-Pb同位素測定, 測定結(jié)果列于表3。根據(jù)表3, 火山巖的(87Sr/86Sr)i值變化于0.70441~0.70492之間, (143Nd/144Nd)i值變化于0.51247~0.51255之間,Nd()值為正值(+0.16~ +1.64),DM值變化于(694~767) Ma之間。這些結(jié)果顯示火山巖具有虧損地幔源區(qū)的Sr-Nd同位素組成。在Nd()-(87Sr/86Sr)i圖解(圖9)中, 樣品落在洋島玄武巖(OIB)區(qū)域及附近, 與美國西部盆嶺區(qū)(Basin and Range Province)新生代火山巖[44–45]相似。火山巖樣品具有正Nd()和低DM值, 和大興安嶺中生代火成巖Sr-Nd同位素特征基本一致[47–48]。

火山巖具有較高的放射性Pb同位素組成, (206Pb/204Pb)i值為18.180~18.498, (207Pb/204Pb)i值為15.503~15.533, (208Pb/204Pb)i值為37.914~38.042。在208Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(圖10a)中, 樣品落在印度洋中脊玄武巖(India MORB)區(qū)域及附近, 除1件樣品(TW01)外, 其余樣品位于北半球參考線(NHRL)之上。在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb圖解(圖10b)中, 樣品落在OIB和India MORB區(qū)域, 并且位于北半球參考線之上和地球演化線(Geochron)右側(cè)。

5 討 論

5.1 形成時代

大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖地層劃分存在較多爭議[52]。以往依據(jù)巖石組合將中生代火山巖地層由老至新一般劃分為: 上侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組和下白堊統(tǒng)梅勒圖組, 但對其形成時代缺乏詳細(xì)的高精度的年代學(xué)研究[5–6]。本文研究的紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖的LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為(133~137) Ma。這個年齡與扎蘭屯西南柴河地區(qū)瑪尼吐組角閃安山巖鋯石U-Pb年齡(135 Ma)[53]在誤差范圍內(nèi)一致。Ying.對研究區(qū)以東的突泉地區(qū)瑪尼吐組安山巖進行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年, 獲得年齡(139±1) Ma[9]。Zhang.在林西地區(qū)瑪尼吐組上部安山巖中獲得鋯石U-Pb年齡(138±1) Ma, 在平山盆地斑狀輝石安山巖中獲得鋯石U-Pb年齡(132±1) Ma[2]。Yang.在突泉盆地和圖列毛都瑪尼吐組安山巖、粗面英安巖獲得了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡(128~142) Ma[54]。因此, 上述高精度的鋯石U-Pb年齡一致地表明, 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖的形成時代與區(qū)域上是吻合的, 屬早白堊世火山活動的產(chǎn)物。

表3 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖Sr-Nd-Pb同位素組成

圖9 瑪尼吐組火山巖εNd(t)-(87Sr/86Sr)i圖解(盆嶺區(qū)(Basin and Range Province)據(jù)文獻[44–45]; 洋中脊玄武巖(MORB)和洋島玄武巖(OIB)區(qū)據(jù)文獻[46])

Fig.9Nd()-(87Sr/86Sr)idiagram for the Manitu Formation volcanic rocks

(Fields for Basin and Range Province are from references [44] and [45], and MORB and OIB fields are from reference [46])

太平洋和北大西洋中脊(Pacific & North Atlantic MORB)區(qū)據(jù)文獻[49]; 印度洋中脊(Indian MORB)和洋島玄武巖(OIB)區(qū)據(jù)文獻[50]; 北半球參考線(NHRL)和地球演化線(Geochron)據(jù)文獻[51]。

Fields for Pacific and North Atlantic MORB, Indian MORB, OIB, and NHRL and Geochron are from references [49], [50] and [51], respectively.

根據(jù)新近的鋯石U-Pb及Ar-Ar年代學(xué)資料, 大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖主要形成于(106~ 166) Ma之間[1,2,8–14,19,20]。對上述定年結(jié)果進行統(tǒng)計, 結(jié)果表明, 大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山活動主要存在3個階段: (155~166) Ma (晚侏羅世)、(133~ 145) Ma (早白堊世早期)和(106~128) Ma (早白堊世晚期)。前者即晚侏羅世火山作用與區(qū)域上分布的塔木蘭溝組和滿克頭鄂博組、冀北、遼西地區(qū)的藍旗組和髫髻山組火山巖相對應(yīng), 早白堊世早期火山作用與區(qū)域上的吉祥峰組和本區(qū)的瑪尼吐組以及冀北、遼西的張家口組火山巖相對應(yīng), 而后者即早白堊世晚期火山作用與區(qū)域上分布的上庫力組、伊列克得組、梅勒圖組和本區(qū)的白音高老組火山巖相對應(yīng)[12,55]。

我們要著眼長遠，從實現(xiàn)我黨的長期執(zhí)政的角度更加清醒地評估鄉(xiāng)村治理的價值，城口縣探索實施組織振興舉措、構(gòu)建鄉(xiāng)村治理體系具有很強的地域意義和實踐意義。搭建黨組織引領(lǐng)，各類集體經(jīng)濟組織和鄉(xiāng)村社會組織支撐的“三位一體”的村級組織架構(gòu)，對于邊遠貧困區(qū)縣如何實現(xiàn)組織振興提供了一種工作思路，圍繞村級集體經(jīng)濟組織和農(nóng)村社會組織建設(shè)抓鄉(xiāng)村治理應(yīng)當(dāng)是抓黨建促脫貧攻堅、抓黨建促鄉(xiāng)村振興的重要突破口。

因此, 大興安嶺及鄰區(qū)的中生代火山巖主要形成于早白堊世[1,2,10,14], 這一新的年齡結(jié)果與Wu.提出的中國東部早白堊世大火成巖事件的峰期時代相吻合[4]; 而且, 早白堊世不僅是大興安嶺及鄰區(qū)中生代巖漿活動的主要時期, 也是中國東部大規(guī)模成礦作用的重要階段[56–57]。

5.2 巖漿源區(qū)

前已述及, 主元素、微量元素地球化學(xué)特征一致顯示紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖為鉀玄質(zhì)巖。巖石富堿、高K2O/Na2O比值、低TiO2含量、Al2O3含量高且變化范圍小。強烈富集大離子親石元素(LILE) (如Rb、Ba、Th、U等)和輕稀土元素(LREE), 相對虧損高場強元素(HFSE), Nb、Ta和Ti呈明顯的負(fù)異常。上述地球化學(xué)特征表明瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖來源于俯沖板片釋放的流體交代的巖石圈地幔[58],而不是由OIB或MORB成分的巖漿經(jīng)歷陸殼混染的結(jié)果, 從而導(dǎo)致巖漿源區(qū)相對富集LILE而虧損HFSE。在(87Sr/86Sr)i-SiO2與Nd()-SiO2圖解(圖11)中, 樣品均無明顯的相關(guān)性, 說明在巖漿演化過程中受陸殼物質(zhì)混染的影響較小。

地幔源區(qū)的交代主要受俯沖板片熔融和或板片脫水作用所控制。俯沖板片的脫水在板片熔融之前就已經(jīng)發(fā)生, 因而其釋放的流體在地幔楔熔融和富集作用中起關(guān)鍵作用。本區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖的Ba/Nb比值變化范圍大, 為38.01~71.61; 而Ce/Nb比值變化范圍小, 為3.45~6.34, 反映其源區(qū)特征與流體交代作用特征相近[59], 而非受俯沖板片熔融所影響。而且, Th/Ta與Th/Nb比值高, 分別為4.46~13.71、0.26~0.97, 同樣表明巖漿來自受俯沖流體交代的地幔源區(qū)[60–61]。如前所述, 瑪尼吐組火山巖樣品在Nd()-(87Sr/86Sr)i圖解中落在OIB區(qū)域及附近, 與美國西部盆嶺區(qū)新生代火山巖相似。地球化學(xué)研究業(yè)已證明美國西部盆嶺區(qū)新生代火山巖的巖漿源區(qū)為俯沖板片流體交代的巖石圈地幔[18, 44, 45, 59]。因此, 瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖的巖漿源區(qū)與美國西部盆嶺區(qū)新生代火山巖一致, 為早期俯沖事件釋放的流體交代的巖石圈地幔。蛇綠巖和構(gòu)造推覆體的分布表明興蒙造山帶在古生代-早中生代發(fā)生了多期洋殼俯沖事件[21, 22, 28, 56, 62], 交代組分主要來源于古亞洲洋閉合期間俯沖板片釋放的流體。

已有研究表明, 鉀玄質(zhì)巖石主要起源于與俯沖作用有關(guān)的富鉀和大離子親石元素交代地幔[63–65]。其K含量受角閃石/金云母含量、卷入的地幔組分和部分熔融程度等因素所控制[66]。地幔包體中的角閃石顯示相對高的K、Sr、LREE、HFSE和Ba含量, 而Rb、Th含量低; 相反, 金云母富K、Sr、Ba和Rb, 貧REE、HFSE 和Th。金云母的K/Rb比值為40~400, 而角閃石和含角閃石熔體的K/Rb比值一般大于1100[67]。本區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖K/Rb比值(143~275)相對低, REE和HFSE含量也低, 表明金云母是源區(qū)主要的含水礦物, 巖石富鉀的特征來自源區(qū)存在金云母而不是角閃石。含金云母的巖石圈地幔小比例部分熔融產(chǎn)生了鉀玄質(zhì)巖漿[41, 68, 69]。

綜合上述, 瑪尼吐組鉀玄質(zhì)巖漿可能是富集的中生代巖石圈地幔上部含金云母的二輝橄欖巖部分熔融的產(chǎn)物[59]。

5.3 巖漿作用類型

瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖具有較高的SiO2含量, MgO含量低, Mg#值(24.34~48.14)較低, 相容元素Cr (32.9~136 μg/g)、Co (7.5~18.9 μg/g)、Ni (7.9~17.5 μg/g)含量均較低, 表明巖漿經(jīng)歷了分離結(jié)晶作用過程。

從Harker圖解(圖略)可以看出, 火山巖的TFe2O3、MgO、TiO2、P2O5、CaO與SiO2呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系, Al2O3、K2O與SiO2呈大致正相關(guān)關(guān)系, Na2O與SiO2相關(guān)性不明顯, 反映了在巖漿演化過程中存在鐵鎂礦物、斜長石、鈦鐵礦、磁鐵礦和磷灰石的分離結(jié)晶。這與巖石薄片觀察中輝石、斜長石主要為斑晶相, 鈦鐵礦、磁鐵礦和磷灰石為副礦物相一致。

在(La/Yb)N-SiO2圖解(圖12a)中, SiO2與(La/Yb)N呈明顯的正相關(guān)關(guān)系, 同樣表明鐵鎂礦物的分離結(jié)晶, 這與哈克圖解的結(jié)論是一致的。重稀土(HREE)在鐵鎂礦物中的分配系數(shù)比輕稀土(LREE)的分配系數(shù)大得多, 當(dāng)鐵鎂礦物分離結(jié)晶時, 必然會使熔體中重稀土含量相對輕稀土降低。在Eu-Sr圖解(圖12b)中,Eu與Sr含量呈明顯的正相關(guān)關(guān)系, Eu負(fù)異常的增大, 伴隨著Sr含量減小, 進一步證明了巖漿中存在斜長石的分離結(jié)晶。La/Sm-La圖解(圖略)表明, 隨著La含量增大, La/Sm比值穩(wěn)定, 變化不大, 基本保持為常數(shù), 說明在巖漿演化過程中, 分離結(jié)晶作用起到了主控作用。

圖11 瑪尼吐組火山巖(87Sr/86Sr)i-SiO2和εNd(t) -SiO2圖解

圖12 瑪尼吐組火山巖(La/Yb)N-SiO2 (a)和δEu-Sr (b)圖解

(a) 相關(guān)系數(shù)為0.72; (b) 相關(guān)系數(shù)為0.83。

Correlation coefficients in figures a and b are 0.72 and 0.83, respectively.

5.4 地質(zhì)意義

鉀玄質(zhì)巖石是富堿高鉀巖漿巖, 可以形成于不同的大地構(gòu)造環(huán)境: 大洋弧、大陸弧、碰撞后弧和板內(nèi)[41,70,71]。與島弧環(huán)境有關(guān)的鉀玄質(zhì)巖高度富集LILE和LREE以及顯著的Ta-Nb-Ti負(fù)異常[41,71]。大洋板內(nèi)鉀玄質(zhì)巖具有典型的洋島玄武巖(OIB)微量元素特征[72–73]; 而大陸板內(nèi)鉀玄質(zhì)巖既有島弧型微量元素特征[69,74], 也有OIB型微量元素特征[75]。

如前所述, 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖有正的Nd()值、Ta-Nb-Ti負(fù)異常、Sr和P負(fù)異常, 具顯著的Pb峰和Zr、Hf正異常。顯示Eu輕微負(fù)異常(Eu = 0.69~0.92)、富集大離子親石元素(LILE)和LREE, 微量元素分布形式與板內(nèi)玄武巖相似, 表明瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖的形成與島弧無關(guān)。與美國西部盆嶺區(qū)新生代火山巖地球化學(xué)特征相似, 是在巖石圈伸展和減薄過程中富集的巖石圈地幔減壓部分熔融形成的[18,59]。因此, 本區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖的形成具有與之相似的構(gòu)造背景。古生代末期, 古亞洲洋閉合, 西伯利亞板塊與華北板塊碰撞拼合形成了興蒙造山帶。在上述造山過程中古亞洲洋俯沖板片釋放流體交代的富集巖石圈地幔, 成為瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖的巖漿源區(qū)。

古地磁和地質(zhì)資料顯示, 蒙古-鄂霍茨克洋從晚石炭世開始, 呈剪刀式從西往東逐漸閉合, 在中-晚侏羅世最終閉合[76–77]。中生代期間, 伴隨著蒙古-鄂霍茨克洋閉合, 蒙古-華北大陸與西伯利亞大陸發(fā)生碰撞[24,78], 導(dǎo)致陸殼縮短與巖石圈加厚。蒙古-華北北部地塊中晚侏羅世處于地殼縮短和推覆加厚時期[78–79],在燕山、大青山和北山地區(qū)出現(xiàn)的大規(guī)模逆沖推覆構(gòu)造記錄了這次強烈的擠壓構(gòu)造變形事件[79]。隨著蒙古-鄂霍茨克洋閉合碰撞, 造山后加厚的巖石圈發(fā)生重力垮塌, 擠壓構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘埈h(huán)境, 觸發(fā)先前俯沖板片釋放流體交代的富集巖石圈地幔發(fā)生減壓部分熔融, 是本區(qū)早白堊世鉀玄質(zhì)火山巖形成的地球動力學(xué)背景。

在玄武巖的Ti-Zr構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖13a)中, 本區(qū)鉀玄質(zhì)巖樣品均落在板內(nèi)玄武巖的范圍內(nèi)。在Ti/Y-Nb/Y構(gòu)造環(huán)境判別圖解(圖13b)中, 樣品落在板內(nèi)玄武巖區(qū)域及附近。因此, 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖形成于板內(nèi)環(huán)境, 與蒙古-鄂霍茨克洋的演化有關(guān), 是造山后加厚巖石圈跨塌階段的板內(nèi)伸展環(huán)境的產(chǎn)物。

綜上所述, 隨著蒙古-鄂霍茨克洋閉合, 造山后加厚的巖石圈發(fā)生重力垮塌, 構(gòu)造體制由擠壓轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓘? 蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造帶進入后造山階段。研究區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖形成于早白堊世造山后加厚巖石圈跨塌的板內(nèi)伸展構(gòu)造背景, 同時表明蘇尼特左旗北部紅格爾地區(qū)(133~137) Ma已經(jīng)處于板內(nèi)拉張環(huán)境。

因此, 蘇尼特左旗北部紅格爾地區(qū)瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖的厘定為認(rèn)識興蒙造山帶中生代構(gòu)造-巖漿演化提供了資料。

6 結(jié) 論

(1) 紅格爾地區(qū)瑪尼吐組火山巖主要由粗面英安巖、粗面巖、粗安巖和安山巖組成。巖石形成于(133~137) Ma, 屬早白堊世火山活動的產(chǎn)物。

圖13 瑪尼吐組火山巖Ti-Zr (a)和Ti/Y-Nb/Y (b)圖解(據(jù)文獻[80])

MORB–洋中脊玄武巖; Thol. –拉斑玄武巖系列; Alk. –堿性玄武巖系列; Trans. –過渡系列。

(2) 瑪尼吐組火山巖屬于鉀玄質(zhì)巖組合, 富堿、高K、低Fe、貧Ti。富集大離子親石元素(LILE) Rb、Ba、Th、U和輕稀土元素, 相對虧損高場強元素(HFSE), Nb、Ta和Ti呈明顯的負(fù)異常。其同位素組成具有正Nd()和低DM值, 有較高的放射性Pb同位素組成。

(3) 瑪尼吐組鉀玄質(zhì)火山巖是伸展體制下富集巖石圈地幔減壓部分熔融的產(chǎn)物, 這種伸展體制是早白堊世蒙古-鄂霍茨克洋閉合后加厚巖石圈重力跨塌引起的, 反映了造山后板內(nèi)伸展環(huán)境。在巖漿上升演化過程中經(jīng)歷了鐵鎂礦物、斜長石、鈦鐵礦、磁鐵礦和磷灰石的分離結(jié)晶作用, 基本無地殼物質(zhì)的混染。

方勇勇教授、許圣傳博士參加了部分野外工作; 秦旭亮、李曉偉、谷鳳羽等碩士研究生幫助完成了鋯石U-Pb測年工作; 兩位審稿專家提出了建設(shè)性的修改意見, 編輯老師對本文進行了詳細(xì)的潤色與修改, 對完善本文起了很大的作用。在此一并表示衷心感謝！

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Zircon U-Pb age and geochemistry of shoshonitic rocks from the Manitu Formation in the Honggeer area, central Inner Mongolia and their geological significance

ZHANG Xiang-xin*, GAO Yong-feng and LEI Shi-he

College of Resource Science, Hebei GEO University, Shijiazhuang 050031, China

Volcanic rocks of the Manitu Formation from the Honggeer area, central Inner Mongolia are mainly composed of trachydacite, trachyte, trachyandesite and andesite. The results of LA-ICP-MS Zircon U-Pb dating indicate that these volcanic rocks were formed during the Early Cretaceous time with the ages of 133~137 Ma. The volcanic rocks are high in alkali (Na2O + K2O = 6.22%~8.26%), potassium (K2O = 2.49%~4.58%) and aluminum (Al2O3= 14.27%~15.88%), whereas they are low in iron (total Fe2O3= 3.76%~6.53%) and titanium (TiO2= 0.92%~1.61%). These volcanic rocks are obviously enriched in LILEs such as Rb, Ba, Th, U and LREEs, and depleted in HFSEs such as Nb, Ta and Ti with obvious negative anomalies. Their Sr-Nd-Pb isotopic compositions show positiveNd() (+0.40~ +1.64), and lowDM((694~767) Ma). The geochemical characteristics of these volcanic rocks suggest that they belong to the shoshonitic series, and were likely generated from the partial melting of an enriched lithospheric mantle which was metasomatized by fluids releasing from subducted slabs during the closure of the Paleo-Asian oceans. Elemental and isotopic variations reveal that fractional crystallization with the removal of ferromagnesian minerals, plagioclase, ilmenite, magnetite and apatite played an important role in the evolution of magma, and the shoshonitic magma was not affected by crustal contamination as it passed through the continental crust. These shoshonitic rocks were formed in an intraplate extensional tectonic setting resulting from the gravitational collapse of the orogenically thickened lithosphere at the Early Cretaceous, which was related with the collision after closure of the Mongol-Okhotsk Ocean.

Manitu Formation; shoshonitic rock; LA-ICP-MS zircon U-Pb dating; geochemistry; Inner Mongolia- Daxing’anling Orogenic Belt

P59; P595; P597

A

0379-1726(2016)04-0356-18

2015-12-14;

2016-01-21;

2016-03-24

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(1212011220458)

張祥信(1975–), 男, 副教授, 構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè), 主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)教學(xué)和區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。

ZHANG Xiang-xin, E-mail: zhxiangxin@126.com, Tel: +86-311-87208397