宋國(guó)民，張艷，許鵬，李曉波，魏翔宇

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長(zhǎng)春 130061;2.中海石油(中國(guó))有限公司 天津分公司，天津 300459；3.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004

0 引言

大興安嶺地區(qū)位于中亞造山帶的東段，古生代期間處于古亞洲洋構(gòu)造演化體系中[1]，多個(gè)微陸塊之間的碰撞與拼合和古亞洲洋的最終閉合為主要的構(gòu)造事件[2]。在中生代期間，本區(qū)域經(jīng)歷的多期次的火山巖具有不同巖石類型組合，其大面積分布的火山巖也成為中生代時(shí)期構(gòu)造演化的重要載體。

近些年來(lái)，隨著火山巖地球化學(xué)分析手段不斷的豐富，對(duì)成因與機(jī)制的研究不斷深入，對(duì)于大興安嶺火山巖的成因分析也有更多的認(rèn)識(shí),目前大興安嶺早白堊世為主要的火山巖形成時(shí)代以及南北部火山巖為兩套不同系列火山巖已成為共識(shí)，在成因背景分析方面先后提出了地幔柱模式[3]；太平洋板塊俯沖成因[4]以及蒙古—鄂霍茨克洋俯沖成因[5]等多種不同的觀點(diǎn)，表明大興安嶺中生代火成巖的成因機(jī)制較為復(fù)雜。近些年來(lái)，對(duì)大興安嶺南段、北段晚侏羅世至早白堊世火山巖地球化學(xué)研究較多[4--6]，而對(duì)中段中晚侏羅世的火山巖的研究較少，不利于區(qū)域上火山巖成因機(jī)制上的對(duì)比與不同組段火山巖間的成因關(guān)系，筆者選擇出露于突泉盆地周邊的新發(fā)屯和德福屯地區(qū)的中侏羅世呼日格組火山巖進(jìn)行研究，并對(duì)其成因及形成背景進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

突泉盆地位于內(nèi)蒙古東部的興安盟科右中旗至突泉縣一帶(圖1a)，在大地構(gòu)造屬性上位于溫都爾廟—賀根山古生代大陸增生帶上(圖1b)，大興安嶺隆起帶中段與松遼盆地西側(cè)之間，東部與龍江盆地相鄰，是一個(gè)基底為古生代海--陸相地層的近NW--NWW向展布的中生代陸內(nèi)斷坳盆地[9]。地理坐標(biāo)為45°00′～46°00′N，121°15′～122°00′E，面積約2 300 km2。

Ca1.溫都爾廟—賀根山古生代大陸增生帶;Ca2.那丹哈達(dá)侏羅紀(jì)大陸邊緣增生楔;Ca3.前三疊紀(jì)地體拼合帶;Mp1.蒙古—興安微板塊;Mp2.松遼—張廣才嶺微板塊;Mp3.佳木斯微板塊;Mp4.興凱湖微板塊;F1.塔源—喜桂圖旗斷裂帶;F2.嫩江—八里罕斷裂帶;F3.牡丹江斷裂帶;F4.佳木斯—伊通斷裂帶;F5.敦化—密山斷裂帶;F6.下黑龍江斷裂帶;F7.西拉木倫河—長(zhǎng)春—延吉縫合帶;F8.黑河—賀根山縫合帶。圖1 大興安嶺中段突泉盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖[7--8]Fig.1 Geological map of Tuquan Basin in Middle Great Xing’an Range

2 呼日格組地層序列及巖性特征

突泉盆地內(nèi)火山巖廣泛發(fā)育，占全區(qū)面積的90%。突泉盆地是一個(gè)古生代和中生代的雙層疊合盆地，上古生界構(gòu)造層主要由分布在盆地東北部和西南部的呈NW--NWW向展布的二疊系地層所構(gòu)成，盆地中部為NW--NWW向展布的中生界地層[10]，因此，盆地可以劃分為東北部和西南部上古生界隆起區(qū)和中部中生界斷陷區(qū)。突泉盆地侏羅系自下而上劃分為下侏羅統(tǒng)紅旗組，中侏羅統(tǒng)萬(wàn)寶組和呼日格組，上侏羅統(tǒng)付家洼子組、滿克頭鄂博組、瑪尼吐組和白音高老組[7--8]。

1974年，“哈達(dá)營(yíng)子幅”地質(zhì)調(diào)查中首創(chuàng)呼日格組一名，同年吉林區(qū)測(cè)隊(duì)將下部含煤地層萬(wàn)寶組其上的火山巖層改建為呼日格組，1991年內(nèi)蒙古地礦局又將呼日格組并入萬(wàn)寶組[8]。該組主要由酸性火山巖及少量陸相碎屑巖組成，與下伏萬(wàn)寶組含煤陸源碎屑巖與火山碎屑巖的巖石組合特征迥異，且與萬(wàn)寶組為平行不整合接觸[7]，故本文將呼日格組與萬(wàn)寶組分離，時(shí)代定為中侏羅世。

突泉盆地呼日格組地層剖面圖(圖2)，地層巖性自下而上為凝灰質(zhì)砂巖、酸性火山凝灰?guī)r、長(zhǎng)石砂巖、酸性火山凝灰熔巖和沉火山碎屑巖。野外勘探可見呼日格組火山巖分布范圍有限，為一套中酸性火山巖，主要在福壽屯、興隆村和陶家屯地區(qū)出露，主要的巖石類型為粗安巖、英安巖及流紋巖。

3 樣品采集與巖石學(xué)特征

本次研究所采樣品主要集中在突泉盆地新發(fā)屯和福壽屯地區(qū)，其中樣品HRG1--2采集于突泉地區(qū)新發(fā)屯地區(qū)，于中侏羅統(tǒng)呼日格組建組剖面上取樣(圖3)，野外定名為粗面巖。巖石整體顏色為灰綠色(圖4a、b)，具斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為粗面結(jié)構(gòu)，斑晶以堿性長(zhǎng)石為主，呈柱狀，粒度為0.5～1.5 mm，具卡式雙晶，見少量石英斑晶，邊緣不整齊，部分被熔蝕，并有部分基質(zhì)進(jìn)入，長(zhǎng)石微定向分布，部分被方解石化，鏡下定名為粗面巖。

樣品FST1--4、FST1--7采集于突泉地區(qū)德福屯地區(qū)，野外定名為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r。巖石樣品FST1--4整體顏色為黃白色(圖4c、d)，具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，假流紋構(gòu)造，巖屑少量，主要為晶屑，其成分主要為石英，基質(zhì)為火山灰與少量石英。鏡下定名為流紋質(zhì)巖屑晶屑熔結(jié)凝灰?guī)r。

4 巖石地球化學(xué)

4.1 主量元素

呼日格組火山巖主量、微量元素及稀土元素?cái)?shù)據(jù)分析結(jié)果見表1。主量元素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)去水歸一化后[11]，呼日格組火山巖的SiO2含量為52.15%～80.07%；具有高鋁(Al2O3為10.92%～21.53%，平均16.11%)、富堿 (K2O+Na2O平均為7.6%)的特點(diǎn)；在火山巖TAS分類圖解上(圖5)，6個(gè)樣品分別落在粗面安山巖、粗面英安巖及流紋巖區(qū)域內(nèi)，與鏡下薄片鑒定一致。樣品大都屬于高鉀亞堿性系列(圖6)，僅粗面巖樣品XLC--8屬于鈣堿性系列。粗面安山巖Mg#較高[12]，而英安巖與流紋巖較低，平均值分別為75.13、33.05和28.90，表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。

4.2 微量元素與稀土元素

呼日格組火山巖的稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖7a、b、c)總體呈與地殼配分曲線相近的LREE富集、HREE虧損的右傾型[13]。呼日格組火山巖的稀土元素總量較低，從中性→中酸性→酸性巖的稀土元素總含量ΣREE分別為63×10-6～86×10-6(平均74×10-6)、 87×10-6～93×10-6(平均 90×10-6)和19×10-6～107×10-6(平均 63×10-6)；粗面安山巖與粗面英安巖的輕重稀土分餾中等，LREE/HREE平均分別為6.82、6.89，(La/Yb)N平均分別為8.64、9.33，具有較弱的銪負(fù)異常，δEu 平均值分別為0.95、0.89；而流紋巖的輕重稀土分餾較低，LREE/HREE為2.97，(La/Yb)N為2.72，具有較強(qiáng)的銪負(fù)異常，δEu為0.11。

在微量元素原始地幔蛛網(wǎng)圖上(圖7d、e、f)，3種火山巖均表現(xiàn)出明顯富集Rb、K等大離子親石元素、Th、U等高場(chǎng)強(qiáng)元素和LREE，虧損Nb、Ta、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素的特點(diǎn)；而流紋巖表現(xiàn)出大離子親石元素中Ba和Sr具有不同程度的虧損。

圖2 突泉盆地呼日格組地層柱狀圖Fig.2 Histogram of Hurige Formation in Tuquan Basin

圖3 突泉盆地新發(fā)屯中侏羅統(tǒng)呼日格組地質(zhì)剖面Fig.3 Geological section of Middle Jurassic Hurige Formation in Xinfatun, Tuquan Basin

圖4 粗面巖HRG1--2、流紋巖FST1--4宏觀照片及其顯微圖像(4×10)Fig.4 Macro photo and microphotograph of trachyte(HRG1--2)and rhyolite(FST1--4)

5 呼日格組火山巖的巖石成因

5.1 粗面巖、粗面英安巖

突泉盆地周圍發(fā)育的粗安巖、粗面英安巖富集LILE、LREE，虧損HFSE等，暗示其巖漿來(lái)源于地殼。粗安巖、粗面英安巖的Rb/Sr比值平均值分別為0.13、0.19，與地殼值(0.35)的比值相接近[13]，遠(yuǎn)高于原始地幔(0.03)、E--MORB(0.033)和OIB(0.047)的Rb/Sr 比值[14]， Th/Nb值(0.33～0.61，平均為0.51)則與地殼平均值0.44相接近。δEu為0.76～1.15(平均0.92)，其弱負(fù)異常暗示其巖漿上侵時(shí)斜長(zhǎng)石可能發(fā)生了分離結(jié)晶或源區(qū)存在斜長(zhǎng)石殘留，應(yīng)為下地殼部分熔融產(chǎn)物。

圖5 火山巖TAS分類命名圖解Fig.5 TAS diagram for volcanic rocks

圖6 火山巖SiO2-K2O圖解Fig.6 SiO2-K2O diagram for volcanic rocks

樣品號(hào)XX2FST1--2FST1--4XLC1--8FST1--7HRG1--2引用數(shù)據(jù)平均值巖石名稱英安巖粗面安山巖流紋巖粗面安山巖流紋巖粗面英安巖粗面安山巖粗面英安巖流紋巖緯度45°36′32.8″45°29′12.40″45°29′12.40″45°31′32.11″45°29′32.00″45°46′12.20″45°25′08.09″45°26′34.50″45°25′48.35″經(jīng)度121°39′25.07″121°32′12.40″121°32′12.40″121°21′48.60″121°32′09.50″121°35′42.50″121°33′13.68″121°27′36.08″121°30′22.40″SiO262.8949.5175.0759.1278.7767.7157.7863.5474.29Al2O316.8220.4313.8316.6110.7415.7116.7616.4913.76Fe2O33.465.130.321.960.694.118.426.712.59FeO1.774.010.403.930.510.71CaO4.192.490.122.930.691.022.711.720.27MgO1.585.460.093.160.070.302.220.830.25K2O2.551.425.321.833.833.923.193.135.14Na2O3.894.923.356.082.924.553.584.032.19TiO20.701.200.100.960.070.471.170.750.23P2O50.210.260.010.180.010.130.330.340.04MnO0.100.100.060.120.070.100.090.100.05LOI1.654.831.012.701.371.153.584.032.19Total99.8299.7699.6999.5999.7499.9099.8499.7099.96?SiO264.0652.1576.0861.0280.0768.5760.3865.3875.32?Al2O317.1321.5314.0217.1410.9215.9117.4316.8913.92?Fe2O33.525.400.332.030.704.168.756.872.63?K2O2.601.505.391.893.893.973.333.225.21?Na2O3.975.183.406.272.974.613.744.142.21Cr17.9546.3916.5017.9114.5084.8646.8010.4611.98Co9.2217.430.880.684.0125.5322.337.882.00Ni5.0816.214.677.182.9026.7119.402.764.54Rb39.3621.90136.4092.2986.9648.1675.8378.50145.98Sr503.30298.9039.1646.49465.30459.20368.33345.60100.60Zr156.30183.90213.90219.90258.70181.30203.67217.80295.60Nb7.867.5511.2110.589.556.886.978.088.84Ba701.10394.40285.40235.601313.00318.60629.33823.40542.60Hf4.294.927.136.916.024.445.175.388.92Ta1.951.642.181.691.532.100.490.600.83Pb14.633.697.536.1711.359.3310.1313.5818.96Th4.693.9711.947.465.802.284.435.1611.06U2.222.295.813.362.741.590.651.052.94Y16.1318.1026.9220.3812.3118.2619.6222.3323.45La17.0310.8120.081.4719.9616.4317.7723.0023.18Ce32.5721.0739.762.9334.4035.9246.1354.2856.38Pr4.693.195.510.784.614.916.107.166.52Nd17.3112.5119.162.1615.3519.1825.4328.8623.86Sm4.143.674.721.343.324.425.315.734.63Eu1.030.840.180.041.051.211.391.470.57Gd3.183.104.241.262.353.694.494.843.99Tb0.460.480.730.340.300.510.720.760.69Dy2.522.794.682.781.762.883.874.094.03Ho0.510.570.970.660.370.560.710.760.80Er1.391.622.962.121.141.461.992.152.39Tm0.210.240.440.340.180.210.320.340.41Yb1.301.542.882.401.171.272.022.182.72Lu0.190.220.420.350.170.170.320.350.44

注:主量、微量元素?cái)?shù)據(jù)由吉林大學(xué)測(cè)試科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心測(cè)定;*SiO2等主量元素去水歸一化后數(shù)據(jù)由SINCLAS程序計(jì)算得出；Mg#由Geoplot程序計(jì)算,

δEu(Eu/Eu*)=Eucn/(Smcn×Dycn)0.5；含量單位：主量元素為%，微量元素為 10-6。

圖7 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(a,b,c)與不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(d,e,f)(原始地幔與球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值來(lái)源于文獻(xiàn)[13]，上、下地殼數(shù)據(jù)值來(lái)源于文獻(xiàn)[14]，引用對(duì)比數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)[15])Fig.7 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a,b,c) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (d,e,f)

5.2 流紋巖

呼日格組流紋巖富集LILE、LREE，大離子親石元素Ba、Sr具有不同程度的虧損，流紋巖Rb/Sr 的比值平均為2.73，可能為加厚下地殼在不同壓力范圍內(nèi)不同殘留相的物質(zhì)部分熔融的結(jié)果所導(dǎo)致不同巖類Sr含量的變化[16]。δEu為0.10～0.12(平均0.11)， 其強(qiáng)烈的負(fù)異常表明巖漿上侵時(shí)斜長(zhǎng)石發(fā)生了分離結(jié)晶，P和Sr的負(fù)異常則分別說(shuō)明磷灰石和斜長(zhǎng)石可能發(fā)生了分離結(jié)晶。所以流紋巖是中基性巖漿經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石結(jié)晶分異的產(chǎn)物，巖漿分異過(guò)程中斜長(zhǎng)石作為殘留相，從而形成Ba--Sr虧損的流紋巖。

6 呼日格組火山巖形成的構(gòu)造背景

突泉盆地中侏羅世呼日格組火山巖在logτ-logσ圖解上大都落在造山帶和島弧的構(gòu)造環(huán)境中(圖8)，暗示其形成于碰撞造山的背景下?，F(xiàn)有研究表明中生代期間，整個(gè)東北地區(qū)處于環(huán)太平洋構(gòu)造和蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造兩種體系的影響中[17--18]。但從現(xiàn)有火山巖研究結(jié)果來(lái)看，140～165 Ma的火山巖僅在松遼盆地以西的地區(qū)有發(fā)現(xiàn)，因此研究區(qū)中侏羅世火山巖的形成與太平洋板塊俯沖無(wú)關(guān)，應(yīng)與蒙古—鄂霍茨克縫合帶的演化有關(guān)[5]。而蒙古—鄂霍茨克洋自西向東的剪刀式閉合的特征已成為共識(shí)，其東部可能在早白堊世時(shí)閉合[19--20]，表明此區(qū)域中侏羅世期間正處于蒙古—鄂霍茨克構(gòu)造體系演化中。同時(shí)已有證據(jù)表明該區(qū)域附近中侏羅世應(yīng)處于陸殼加厚的過(guò)程，例如在冀北—遼西地區(qū)，海房溝組之下存在自北向南的逆沖構(gòu)造所造成的區(qū)域性地層不整合[21]，其形成時(shí)間為155～158 Ma[22]，所以中侏羅世呼日格組火山巖應(yīng)處于于蒙古—鄂霍茨克洋閉合碰撞導(dǎo)致的加厚地殼的構(gòu)造背景下。

注σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)(weight%) τ=(Al2O3-Na2O)/TiO2(weight%)。A-非造山帶；B-造山帶和島弧環(huán)境；C-A，B區(qū)所派生的堿性巖(粗面巖、響巖和堿玄巖等)，其中鈉型系列與A區(qū)有關(guān)，鉀型系列與B區(qū)有關(guān)。圖8 logτ-logσ圖解Fig.8 Diagram for logτ-logσ

同區(qū)域的瑪尼吐組火山巖形成于早白堊世初期(138.0±3.0 Ma)[15]，對(duì)應(yīng)于鄂霍茨克洋的閉合碰撞造山的晚期階段。呼日格組與瑪尼吐組兩套中酸性火山巖相近的地球化學(xué)特征表明大興安嶺中段中侏羅世至早白堊世期間可能同處于蒙古—鄂霍茨克洋影響的構(gòu)造背景下。

綜上所述，大興安嶺中段突泉盆地發(fā)育的呼日格組及其同期火山巖可能是蒙古—鄂霍茨克洋向南俯沖的碰撞造山構(gòu)造背景下導(dǎo)致區(qū)域的陸殼加厚，隨后基性巖漿底侵加厚的下地殼部分熔融，熔融巖漿向上運(yùn)移過(guò)程中經(jīng)分離結(jié)晶后最終形成呼日格組中酸性火山巖。

7 結(jié)論

(1)大興安嶺中段的突泉盆地呼日格組中侏羅世火山巖為一套高鉀鈣堿性系列的中酸性火山熔巖，其化學(xué)成分顯示為粗安巖、粗面英安巖和流紋巖。

(2)呼日格組火山巖虧損Nb、Ta、P、Ti等高場(chǎng)強(qiáng)元素，富集Rb、K等大離子親石元素和LREE等地球化學(xué)證據(jù)表明其可能為下地殼部分熔融后分離結(jié)晶的產(chǎn)物，大興安嶺中段中侏羅世呼日格組火山巖的形成應(yīng)處于蒙古—鄂霍茨克洋閉合造山階段碰撞導(dǎo)致的陸殼加厚的構(gòu)造背景下。