摘要:大興安嶺西坡北段得耳布爾地區(qū)廣泛分布中侏羅世酸性火山巖-次火山巖類,巖石組合以流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r和石英斑巖組合為主,有關(guān)它們的成巖時(shí)代、巖石成因以及成巖動(dòng)力學(xué)機(jī)制尚未開(kāi)展過(guò)系統(tǒng)的年代學(xué)與地球化學(xué)研究。本文對(duì)該區(qū)比利亞鉛鋅多金屬礦區(qū)流紋巖進(jìn)行了巖相學(xué)、LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年、元素地球化學(xué)及鋯石Hf同位素研究。LA-ICP-MS單顆粒鋯石U-Pb諧和年齡為(164.2±1.6) Ma(MSWD=7.7,n=14),成巖時(shí)間為中侏羅世。巖石中主量元素Si、K、Al質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,屬高鉀、鈣堿性、過(guò)鋁質(zhì)巖石系列。微量元素顯示它們富集大離子親石元素,弱富集高場(chǎng)強(qiáng)元素,明顯虧損Ba、Sr、Ti等元素,Nb/Ta、Zr/Hf和Th/U值分別為13.05~22.36、39.57~43.57和3.37~3.51。稀土元素存在明顯負(fù)銪異常(δEu=0.69~0.76),LaN/YbN、La/Ce和La/Yb值分別為9.95~10.12、0.48~0.50和14.13~15.05。此外,它們的元素地球化學(xué)還呈現(xiàn)出低的10 000Ga/Al值(2.33~2.34)與(K2O+Na2O)/CaO值(9.54~9.96)。根據(jù)鋯石中Ti元素計(jì)算獲取的鋯石飽和溫度介于683~756 ℃之間。這些特征表明該區(qū)中侏羅世流紋巖具有Ⅰ型流紋巖屬性,成巖巖漿均具有火山弧或者活動(dòng)大陸邊緣巖漿特征。鋯石中176Hf/177Hf值為0.282 853~0.282 990,對(duì)應(yīng)的εHf(t)為6.22~10.83,Hf二階段模式年齡為734.2~474.0 Ma,與一階段模式年齡(592.6~410.1 Ma)相近,指示了它們的成巖巖漿主要來(lái)源于新生下地殼部分熔融。巖漿上侵或成巖過(guò)程中受到了殼源物質(zhì)混染,并與該區(qū)同時(shí)代中基性火山巖構(gòu)成了“雙峰式火山巖”特征。結(jié)合區(qū)域巖漿巖時(shí)空分布規(guī)律與地球物理資料證據(jù),進(jìn)一步認(rèn)為區(qū)內(nèi)中侏羅世酸性熔巖(流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r和石英斑巖)成巖地球動(dòng)力學(xué)背景適值古太平洋板塊向歐亞大陸下行俯沖的大陸邊緣環(huán)境。
關(guān)鍵詞:
流紋巖;鋯石U-Pb測(cè)年;地球化學(xué);Hf同位素;巖石成因;大興安嶺西坡;得耳布爾地區(qū)
doi:10.13278/j.cnki.jjuese.20210316
中圖分類號(hào):P581;P59
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
Abstract: The Middle Jurassic acidic volcanicsubvolcanic rocks are widely distributed in" Derbur area of the northern part of the western slope of the Great Xing’an Range. The rock assemblages are mainly composed of rhyolite, rhyolitic lithic tuff and quartz porphyry, and no systematic chronological and geochemical studies have been carried out on their diagenetic age, petrogenesis and diagenetic dynamic mechanism. In this paper, petrography, LA-ICP-MS zircon U-Pb dating, geochemistry and zircon Hf isotope studies were carried out on the rhyolites in" Biliya lealzine polymetallic mining area. LA-ICP-MS single grain zircon U-Pb concordance age is (164.2±1.6) Ma (MSWD=7.7, n=14), belongs to Middle Jurassic. They have relatively high contents of major elements Si, K and Al, and belong to highK, calcalkaline and peraluminous rock series.
Trace elements show that they are enriched in large ion lithophile elements, weakly enriched in high field strength elements, and obviously depleted in Ba, Sr, Ti and other elements.
The ratios of Nb/Ta, Zr/Hf and Th/U are 13.05-22.36, 39.57-43.57 and 3.37-3.51, respectively. There are negative Eu anomalies in REE (the values of" δEu are 0.69-0.76), the ratios of LaN/YbN, La/Ce and La/Yb are" 9.95-10.12, 0.48-0.50 and 14.13-15.05, respectively. In addition, they also have low 10 000Ga/Al (2.33-2.34) and (K2O+Na2O)/Cao (9.54-9.96) ratios. According to the calculation of Ti element in zircon, the saturation temperatures of zircon are between 683 and 756 ℃. These characteristics indicate that the Middle Jurassic rhyolite has the property of Itype rhyolite, and the diagenetic magma has the characteristics of volcanic arc or active continental margin magma. The 176Hf/177Hf ratios in zircons are 0.282 853-0.282 990, the corresponding εHf(t) values range from 6.22 to 10.83, and the twostage Hf model ages range from 734.2 to 474.0 Ma, which are similar to the onestage Hf model ages (592.6-410.1 Ma), indicating that their diagenetic magma is mainly derived from the partial melting of the juvenile lower crust. The magma was contaminated by crustal materials during the process of emplacement or diagenesis, and constituted the characteristics of “bimodal volcanic rocks” with the contemporaneous intermediatebasic volcanic rocks in this area. Combined with the temporal and spatial distribution of regional magmatic rocks and the evidence of geophysical data, it is further believed that the diagenetic geodynamic background of the Middle Jurassic acid lavas (rhyolite, rhyolitic lithic tuff and quartz porphyry) in this area is closely related to the passive continental margin which influenced by the subduction of the paleoPacific plate into Eurasia.
Key words: rhyolite; zircon U-Pb dating; geochemistry; Hf isotope; petrogenesis; western slope of Great Xing’an Range; Derbur area
0 引言
研究區(qū)位于內(nèi)蒙古大興安嶺西坡北段得耳布爾鎮(zhèn)比利亞鉛鋅多金屬礦區(qū),大地構(gòu)造位置處在額爾古納地塊東部與得爾布干斷裂北段西側(cè),是古亞洲洋、古太平洋和蒙古—鄂霍茨克洋三大構(gòu)造域疊加復(fù)合影響的部位。該區(qū)域經(jīng)歷了復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿演化歷史,并以普遍發(fā)育中生代巖漿巖和內(nèi)生金屬礦床為主要特征,其復(fù)雜的構(gòu)造-巖漿演化過(guò)程引起了諸多地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注。根據(jù)區(qū)域火山巖、次火山巖和侵入巖先后侵位接觸關(guān)系,匹配同位素測(cè)年數(shù)據(jù),前人初步厘定大興安嶺西坡北段火山作用或巖漿作用初始階段應(yīng)為早侏羅世,并在中侏羅世區(qū)域巖漿作用趨于明顯,以晚侏羅世最為強(qiáng)烈,直至早白堊世逐漸減弱。同時(shí),將晚中生代巖漿作用劃分為3個(gè)期次,即早期為滿克頭鄂博組和上庫(kù)力組下段酸性火山巖,中期為瑪尼吐組和上庫(kù)力組中段中性或堿性火山巖,晚期為白音高老組和上庫(kù)力組上段酸性火山巖。近些年來(lái),許多地質(zhì)學(xué)者相繼對(duì)該地區(qū)晚中生代火山巖-次火山巖開(kāi)展了大量的年代學(xué)研究工作(例如,40Ar/39Ar坪年齡、Rb-Sr等時(shí)線、鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年等),對(duì)區(qū)域研究工作主要圍繞與礦化相關(guān)的巖漿作用期開(kāi)展(如晚侏羅世和早白堊世),這在一定程度上制約了對(duì)地區(qū)巖漿作用時(shí)限與火山巖地層歸屬的整體認(rèn)識(shí)。
大興安嶺北段出露一套中侏羅世酸性火山巖組合(流紋巖+流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r),對(duì)于它們的年代學(xué)與火山巖地層時(shí)代歸屬,尚缺乏精確年代學(xué)約束。而關(guān)于中侏羅世酸性火山巖成因存在3種觀點(diǎn):1)區(qū)域酸性巖成巖巖漿來(lái)源于鎂鐵質(zhì)地殼;2)該區(qū)中—基性巖成巖巖漿來(lái)源于富集型上地幔的部分熔融,并伴有少量殼源物質(zhì),而酸性火山巖成巖巖漿則起源于新生下地殼部分熔融作用,并有少量幔源物質(zhì)加入;3)區(qū)域酸性巖漿起源與地幔物質(zhì)上涌導(dǎo)致的上覆巖石圈伸展有密切關(guān)聯(lián)。整體而言,目前對(duì)大興安嶺北段中侏羅世酸性火山巖研究不夠系統(tǒng)且存在爭(zhēng)議。葛文春等根據(jù)該區(qū)流紋巖中元素地球化學(xué)特征將流紋質(zhì)火山巖劃分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類,前者形成與鈣堿性系列玄武巖漿的結(jié)晶分異作用有關(guān),后者與地殼巖石的非理想熔融作用相關(guān),并與區(qū)域堿性玄武巖類構(gòu)成“雙峰式火山巖”組合。但這些研究仍缺乏對(duì)大興安嶺北段酸性火山巖鋯石年代學(xué)、元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)的系統(tǒng)性分析。
有關(guān)區(qū)域中侏羅世成巖動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究方面,研究區(qū)酸性火山巖是否存在多期成巖事件?它們的成巖動(dòng)力學(xué)機(jī)制屬于蒙古—鄂霍茨克洋板塊俯沖構(gòu)造體系,還是太平洋板塊俯沖構(gòu)造體系觸發(fā)的系列區(qū)域構(gòu)造-巖漿事件?亦或是大洋板塊俯沖影響下觸發(fā)的加厚陸殼拆沉引發(fā)的區(qū)域性巖漿作用?此外,得耳布爾地區(qū)普遍發(fā)育一套中—晚侏羅世酸性火山巖-次火山巖組合,對(duì)該套巖石缺乏系統(tǒng)的巖石類型、巖相學(xué)、共生組合等調(diào)查研究,亦未開(kāi)展過(guò)詳細(xì)的年代學(xué)與巖石地球化學(xué)工作,一定程度上制約了對(duì)該套巖石成因與成巖機(jī)制的認(rèn)識(shí)。本文對(duì)該套酸性火山巖-次火山巖進(jìn)行了詳細(xì)的野外地質(zhì)與礦區(qū)井下調(diào)查,并重點(diǎn)針對(duì)流紋巖進(jìn)行了鋯石U-Pb同位素測(cè)年、元素地球化學(xué)和鋯石Hf同位素分析,以期分析其巖漿系列屬性,探討其成巖動(dòng)力學(xué)機(jī)制。
1 地質(zhì)背景
研究區(qū)位于我國(guó)東北部地區(qū)(圖1a)內(nèi)蒙古得耳布爾鎮(zhèn)以西約5 km(圖1b)。區(qū)域地質(zhì)演化受到西伯利亞板塊南緣側(cè)向增生、蒙古—鄂霍茨克洋閉合、陸-陸碰撞、造山后伸展和古太平洋板片俯沖引起的遠(yuǎn)程效應(yīng)影響,是一個(gè)經(jīng)歷了前寒武紀(jì)、古生代及中—新生代多期次構(gòu)造-巖漿作用而形成的一個(gè)地塹式構(gòu)造區(qū)。該區(qū)域同樣也是我國(guó)東北部重要的陸緣大—中型鉛鋅多金屬礦床分布區(qū),得耳布干斷裂西側(cè)由南向北分布著二道河子、得耳布爾和比利亞等多個(gè)鉛鋅多金屬礦床(圖1b)。區(qū)域出露基底地層主要為一套元古宇變質(zhì)巖組合,巖性主要為長(zhǎng)英片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖、綠片巖、長(zhǎng)英片巖、石英巖和大理巖,蓋層巖性主要為寒武系—奧陶系淺海相碎屑巖,古生界在區(qū)內(nèi)零星分布,廣泛發(fā)育中—晚侏羅世陸相中—基性和中—酸性火山巖(166~159 Ma)。中侏羅統(tǒng)塔木蘭溝組研究區(qū)內(nèi)出露較為普遍,出露巖性為一套中—基性火山熔巖與火山碎屑巖或兩者互層出現(xiàn)的火山巖組合。中侏羅統(tǒng)滿克頭鄂博組分布較為廣泛,巖性為一套火山碎屑沉積巖、酸性火山碎屑巖及火山熔巖。下白堊統(tǒng)瑪尼吐組巖性以中性火山巖為主,巖石組合為火山碎屑沉積巖、粗面質(zhì)晶屑凝灰?guī)r及凝灰質(zhì)角礫巖。下白堊統(tǒng)白音高老廟組呈島弧狀零星分布,出露面積較小,主要為火山熔巖、火山碎屑沉積巖及凝灰?guī)r等,巖石組合為雜色流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、粗面巖、流紋巖等。更新統(tǒng)在研究區(qū)內(nèi)出露較少,主要由沖積、冰水沉積的砂礫石、砂、粉砂等組成。第四系全新統(tǒng)在研究區(qū)內(nèi)分布也較為廣泛,主要由砂礫石、砂土碎石、沼澤淤泥及風(fēng)積砂土組成(圖1b、c)。
區(qū)域巖漿-構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,侵入巖石類型與成因類型多樣,根據(jù)區(qū)域侵入巖成巖時(shí)代大致可分為華力西期、加里東期和燕山期3個(gè)期次。華力西期侵入
a據(jù)文獻(xiàn)修編;b據(jù)文獻(xiàn)修編;c據(jù)文獻(xiàn)修編。
巖在研究區(qū)內(nèi)最為發(fā)育,以二疊紀(jì)鉀長(zhǎng)花崗巖和石炭紀(jì)花崗巖類最為常見(jiàn),巖體多以巖基狀產(chǎn)出。加里東期中酸性侵入巖以志留系花崗巖類為主,巖石主要為二長(zhǎng)花崗巖和正長(zhǎng)花崗巖,多呈巖基狀較小面積出露,主要分布于研究區(qū)的西側(cè)。燕山期巖漿巖侵入活動(dòng)呈現(xiàn)西強(qiáng)東弱的特點(diǎn),巖石組合為鉀長(zhǎng)花崗巖、二長(zhǎng)花崗巖、斜長(zhǎng)花崗巖、花崗閃長(zhǎng)巖、花崗斑巖、正長(zhǎng)斑巖和石英斑巖。其中燕山早期侵入巖類廣泛分布于得耳布干斷裂兩側(cè),晚期侵入巖類零星出露,巖石類型組合主要有花崗閃長(zhǎng)巖、流紋巖和粗面巖。區(qū)域構(gòu)造方面,燕山期斷裂構(gòu)造相當(dāng)發(fā)育,各種性質(zhì)的斷裂均可見(jiàn)及,該期斷裂不僅改造了中生代以前的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造形跡,而且控制了區(qū)域構(gòu)造基本格局。研究區(qū)內(nèi)(圖1b)斷裂主要可劃分為北東向得耳布干斷裂和北北東向吉爾布干斷裂。
研究區(qū)內(nèi)出露地層相對(duì)簡(jiǎn)單,主要為中侏羅統(tǒng)塔木蘭溝組中—基性火山巖與滿克頭鄂博組流紋質(zhì)熔巖、火山碎屑巖,它們均為研究區(qū)內(nèi)鉛鋅礦體的主要含礦圍巖。其次為一套由沖洪積和殘坡積沉積組成的第四紀(jì)沉積地層,主要分布于研究區(qū)西南側(cè)比利亞河谷內(nèi)。地表及井下揭露的侵入巖體主要為晚侏羅世石英斑巖、早白堊世安山玢巖和晚白堊世二長(zhǎng)巖。研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造可劃分為比利亞谷背斜構(gòu)造(圖1c)和北西向張扭性斷裂。其中,北西向斷裂及附近次級(jí)斷裂是區(qū)內(nèi)主要容礦構(gòu)造。
2 巖相學(xué)特征與樣品描述
本次用于巖石主量元素、微量元素、稀土元素、鋯石年代學(xué)和鋯石中Lu-Hf同位素分析的4件樣品均采自比利亞鉛鋅多金屬礦區(qū)井下990 m中段,為弱風(fēng)化、弱蝕變和新鮮的流紋巖。井下揭露的流紋巖呈似層狀產(chǎn)出(圖2a),淺灰色(圖2b),流動(dòng)構(gòu)造,斑狀結(jié)構(gòu),造巖礦物主要由石英和透長(zhǎng)石組成,副礦物可見(jiàn)鋯石。斑晶礦物由石英和透長(zhǎng)石組成,約占礦物總量的30%~35%。其中:石英約占斑晶總量的25%~30%,晶體邊緣呈溶蝕狀,粒徑為0.5~0.8 mm;透長(zhǎng)石約占斑晶總量的65%~70%,呈短柱狀,晶體邊緣普遍被溶蝕,粒度集中在0.3 mm×1.0 mm。基質(zhì)礦物約占礦物總量60%~65%,由細(xì)粒石英、透長(zhǎng)石和少量蝕變礦物高嶺土組成。其中,石英約占基質(zhì)礦物總量的35%~40%,呈自形或半自形結(jié)構(gòu),細(xì)小粒狀,可見(jiàn)交代于長(zhǎng)石邊緣,粒徑小于0.05 mm;透長(zhǎng)石約占基質(zhì)礦物總量的50%~55%,自形—半自形結(jié)構(gòu),均勻分布于基質(zhì)中,粒徑小于0.05 mm(圖2c)。
3 分析方法
3.1 鋯石LA-ICP-MS年代學(xué)
本次LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年的流紋巖(BLY1-1a)鋯石分離與測(cè)年分析測(cè)試工作流程如下:將樣品進(jìn)行刷洗,確保樣品無(wú)污染,之后進(jìn)行稱重、破碎和粉碎;對(duì)巖石粉末(120目篩網(wǎng))進(jìn)行二次淘洗,除去輕礦物部分,保留重砂的部分;對(duì)重砂礦物部分進(jìn)行電磁優(yōu)選,獲取鋯石高純度試樣;在光學(xué)顯微鏡下挑選晶形發(fā)育完好的鋯石晶體進(jìn)行制靶。以上樣品前處理工作全部在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。挑選后的鋯石制靶工作及陰極發(fā)光(CL)圖像采集工作先后在北京地時(shí)科技有限公司實(shí)驗(yàn)室和北京大學(xué)物理學(xué)院電鏡實(shí)驗(yàn)室完成。單顆粒鋯石年代學(xué)測(cè)定工作在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。本次單顆粒鋯石測(cè)年分析工作儀器組合為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS,美國(guó),Agilent ICPMS 7500ce)和準(zhǔn)分子激光(Coherent,德國(guó),COMPexPro102)。激光剝蝕測(cè)試過(guò)程采用高純度氦氣作為運(yùn)載氣,激光器工作頻率5 Hz,載氣流速為0.68 L/min,鋯石激光剝蝕直徑為32 μm。激光波長(zhǎng)為193 nm,能量密度10 J/cm2。元素分析RSD(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差)、分析值和參考值之間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差控制在≤10%,低質(zhì)量分?jǐn)?shù)元素控制在RSD≤25%。本次鋯石測(cè)試數(shù)據(jù)處理軟件為Glitter,具體測(cè)試分析流程請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)文獻(xiàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表1。
3.2 全巖主量元素、微量元素和稀土元素
本文3件流紋巖全巖主量元素、微量元素和稀土元素的分析測(cè)試工作均在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成。我們?cè)趲r相鑒定基礎(chǔ)上,選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)造均一的弱蝕變樣品進(jìn)行分析測(cè)試工作。樣品分析測(cè)試前先經(jīng)過(guò)純凈水洗凈,并在無(wú)塵環(huán)境中無(wú)污染碎至200目。全巖主量氧化物分析采用50 mL FeO滴定管進(jìn)行滴定,其他氧化物分析測(cè)試按照1∶5放入Li2B4O7試劑中,并在1 050~1 250" ℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)熔化,之后將樣品制成硼鋰酸薄片按照分析序號(hào)置在Axios MaxX-熒光光譜儀下進(jìn)行分析。本次實(shí)驗(yàn)SiO2的分析精度優(yōu)于1%,其他氧化物分析精度優(yōu)于2%,實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2。
3件流紋巖的微量與稀土元素分析樣品前處理工作流程與全巖氧化物相同。ICP-MS分析測(cè)試前先將50 mg全巖樣品粉末篩選至200目,并置于Teflon燒瓶中,分別選用HNO3與HF強(qiáng)酸試劑溶解至2 d,加入HClO4試劑進(jìn)一步充分溶解,并加熱促使揮發(fā)分揮發(fā)和逃逸,之后將樣品蒸干。完成以上基本實(shí)驗(yàn)流程之后,將蒸干后樣品用HNO3(5%)溶液稀釋到50 mL,置于ICP-MS等離子質(zhì)譜儀(X-serise2型)上進(jìn)行微量與稀土元素分析,實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果見(jiàn)表2。具體實(shí)驗(yàn)流程請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)。
3.3 鋯石Hf同位素
原位微區(qū)鋯石Hf同位素比值測(cè)試實(shí)驗(yàn)在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成,使用New Wave公司生產(chǎn)的UP193FX型固體激光剝蝕系統(tǒng)。在本次實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中配備了信號(hào)平滑裝置,以提高信號(hào)穩(wěn)定性和同位素比值測(cè)試精密度。測(cè)試載氣為氦氣,并在剝蝕池之后引入少量氮?dú)庖蕴岣逪f元素靈敏度。激光實(shí)際輸出能量密度約為7.0 J/cm2。采用單點(diǎn)剝蝕模式,斑束固定為44 μm。詳細(xì)儀器操作條件和分析方法可參照劉晨等。
采用LA-MC-ICP-MS準(zhǔn)確測(cè)試鋯石Hf同位素的實(shí)際操作過(guò)程中,實(shí)時(shí)獲取了鋯石樣品自身的質(zhì)量分餾系數(shù)βYb用于干擾校正。179Hf/177Hf= 0.7325和173Yb/172Yb=0.73602被用于計(jì)算Hf和Yb的質(zhì)量分餾系數(shù)(分別為βHf和βYb)。使用176Yb/173Yb=0.796 39扣除176Yb對(duì)176Hf的同量
異位干擾。在本實(shí)驗(yàn)中離線分析數(shù)據(jù)處理采用軟件ICPMS DataCal完成。為確保分析數(shù)據(jù)可靠性,采用91500和GJ-1兩個(gè)國(guó)際鋯石標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)際樣品同時(shí)分析。91500用于進(jìn)行外標(biāo)校正以進(jìn)一步優(yōu)化分析測(cè)試結(jié)果;GJ-1作為第二標(biāo)樣監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)校正質(zhì)量。91500和GJ-1的外部精密度(2SD)優(yōu)于0.000 020,測(cè)試值與推薦值確保在誤差范圍內(nèi)保持一致,本次實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果列于表3。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.1 鋯石LA-ICP-MS U-Pb定年
研究區(qū)流紋巖中鋯石為淺灰色,自形為主,其次為半自形或他形粒狀,鋯石形態(tài)以呈長(zhǎng)柱狀或雙錐狀為主(圖3a),長(zhǎng)為65~130 μm,寬為35~100 μm,長(zhǎng)寬比為1.0~2.2。CL圖像顯示單顆粒鋯石內(nèi)部發(fā)育清晰均勻的韻律震蕩環(huán)帶,指示了具有巖漿成因鋯石的特點(diǎn)。鋯石微量元素中w(Th)為(44.8~1 552.6)×10-6、w(U)為(68.4~906.3)×10-6,對(duì)應(yīng)Th/U值變化范圍為0.7~1.7,平均值為1.0(均大于0.5)。本次測(cè)試獲得的14組單顆粒鋯石U-Pb測(cè)年數(shù)據(jù)的諧和年齡均位于諧和線附近,計(jì)算后獲得諧和年齡值為(164.2±1.6) Ma(MSWD=7.7,n=14)(圖3a),對(duì)應(yīng)206Pb/238U年齡為167~161 Ma,加權(quán)平均年齡為(163.7±1.1) Ma(MSWD=0.81,n=14)(圖3b)。因此,研究區(qū)流紋質(zhì)巖漿的噴溢與結(jié)晶年齡應(yīng)發(fā)生在中侏羅世(Callovian階段)。
4.2 主量元素
研究區(qū)3件流紋巖主量元素化學(xué)特征見(jiàn)表2和圖4。3個(gè)樣品點(diǎn)在火山巖w(Na2O+K2O)-w(SiO2)圖解(圖4a)中均落在亞堿性流紋巖范圍,圖解地球化學(xué)分類命名與野外、室內(nèi)巖相觀察一致。主量元素含有較高的SiO2(72.11%~73.44%)、Al2O3(17.32%~17.68%)和K2O(6.54%~7.01%)質(zhì)量分?jǐn)?shù),同時(shí)具有低的MgO(0.90%~0.98%)、P2O5(0.24%~0.28%)和TiO2(0.71%~0.72%)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。Na2O+K2O總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.66%~7.13%,Na2O/K2O值為0.02%~0.03%,(Na2O+K2O)/CaO值為9.49~ 9.96,對(duì)應(yīng)的堿度率AR值為2.17~2.27(圖4b)。在w(K2O)-w(Na2O)圖解(圖4c)中,樣品點(diǎn)全部落入高鉀質(zhì)巖石范圍內(nèi);在A/NK-A/CNK圖解(圖4d)中,它們均落入強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)巖石系列。研究區(qū)流紋巖與區(qū)域上的中—晚侏羅世酸性火山巖-次火山巖主量元素都具有高鉀、鈣堿性、強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)系列巖石特征,并表現(xiàn)出Ⅰ型酸性巖漿的主量元素地球化學(xué)屬性。
4.3 微量元素
研究區(qū)流紋巖3件微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表2。在微量元素對(duì)原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(圖5a)中,3件樣品普遍富集大離子親石元素(LILE)Rb((297.60~317.70)×10-6),相對(duì)富集高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE),如Th((7.47~8.30)×10-6)、U((2.22~2.37)×10-6)、Hf((4.88~4.99)×10-6)、Nd((29.29~31.04)×10-6)和Zr((197.12~212.60)×10-6),明顯虧損Ba((679.71~896.10)×10-6)、Sr((42.58~48.27)×10-6)和Ti((4 296.49~4 364.54)×10-6)。
Sr元素明顯虧損指示巖漿演化過(guò)程中發(fā)生了斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用或殘余巖漿源區(qū)具有斜長(zhǎng)石堆晶,而P、Ti和Nb元素虧損可能與磷灰石、金紅石等副礦物結(jié)晶分異有關(guān)。
w(Ta)與w(Nb)分別為(0.45~0.50)×10-6、(5.83~11.18)×10-6,Nb/Ta值為12.96~22.36,對(duì)應(yīng)的Zr/Hf與Th/U值分別為39.58~43.57、3.36~3.50,均與大陸地殼比值相適。
4.4 稀土元素
研究區(qū)流紋巖3件稀土元素分析結(jié)果見(jiàn)表2,
在稀土元素對(duì)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解(圖5b)中,流紋巖稀土元素總量(w(ΣREE))為(166.75~
173.44)×10-6,其中輕稀土(LREE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(136.17~ 142.39)×10-6,重稀土元素(HREE)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(13.09~13.59)×10-6,LREE/HREE=10.37~10.48,呈現(xiàn)輕稀土元素富集、重稀土元素相對(duì)虧損的右傾配分模式。LaN/YbN值為9.95~10.12,La/Ce值為0.48~0.50,La/Yb值為14.13~15.05,δEu值為0.69~ 0.76。研究區(qū)內(nèi)流紋巖樣品中輕稀土與重稀土元素分異程度均較低,與該地區(qū)中—晚侏羅世酸性火山巖-次火山巖相比,它們整體上與該地區(qū)具有相類似的稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)或比值(圖5b)。
4.5 Hf同位素
本次測(cè)得研究區(qū)流紋巖(BLY1-1a)鋯石原位Hf同位素共13個(gè)點(diǎn),鋯石中對(duì)應(yīng)176Yb/177Hf與176Lu/177Hf值范圍分別為0.011 318~0.137 189和0.000 264~0.004 634(表3),表明鋯石封閉體系形成之后基本沒(méi)有放射性Hf的累計(jì),對(duì)應(yīng)的176Hf/
177Hf值(0.282 853~0.282 990)基本代表了其形成時(shí)體系中Hf同位素組成,計(jì)算后獲取的εHf(t)為6.22~10.83;一階段模式年齡(TDM1)為592.6~410.1 Ma,二階段模式年齡(TDM2)為737.2~474.0 Ma。在εHf(t)與鋯石U-Pb年齡圖(圖6)中,樣品均落入虧損地幔和球粒隕石之間的興蒙造山帶東段范圍內(nèi),靠近年輕下地殼演化線一側(cè)。
5 討論
5.1 成巖年代
我們?cè)趨^(qū)域野外地質(zhì)調(diào)查與井下調(diào)研基礎(chǔ)上,綜合前人在區(qū)域獲取的成巖年代學(xué)資料以及本文獲取的測(cè)年結(jié)果,獲得以下兩點(diǎn)認(rèn)識(shí):首先,認(rèn)為170~160 Ma(中侏羅世至晚侏羅世)期間,得耳布爾地區(qū)中—基性巖漿作用或火山噴溢作用產(chǎn)物主要指塔木蘭溝組中—基性火山巖石組合,即玄武巖-玄武安山巖-玄武粗安巖-粗面安山巖-安山巖,它們的成巖年齡與Xu等獲取得耳布爾鉛鋅多金屬礦區(qū)內(nèi)的粗面安山巖年齡167 Ma(單顆粒鋯石LA-ICP-MS U-Pb測(cè)年)一致。其次,本次在研究區(qū)內(nèi)獲取的流紋巖中鋯石諧和年齡為(164.2±1.6) Ma,與前人在區(qū)域上獲取的滿克頭鄂博組流紋巖中鋯石年齡160 Ma相近。結(jié)合研究區(qū)內(nèi)出露的流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r成巖年齡(164 Ma)與石英斑巖(168 Ma)初始成巖時(shí)間,從成巖時(shí)代方面而言,初步認(rèn)為研究區(qū)流紋巖與流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r組合屬于滿克頭鄂博組火山巖,它們的大規(guī)模成巖時(shí)間段應(yīng)歸屬中侏羅世。
以上對(duì)研究區(qū)內(nèi)塔木蘭溝組與滿克頭鄂博組火山巖成巖年代學(xué)分析結(jié)果表明:在中侏羅世時(shí)間段內(nèi),研究區(qū)近同步的發(fā)生了中—基性巖漿噴溢作用與酸性流紋質(zhì)巖漿噴溢作用,這也進(jìn)一步指示了研究區(qū)內(nèi)酸性巖漿作用可能是伴隨塔木蘭溝組中—基性巖漿噴溢作用減弱過(guò)程發(fā)生的。兩類巖漿作用時(shí)間在區(qū)域上構(gòu)成了“雙峰式火山巖”的巖漿作用特征。由于以上區(qū)內(nèi)的火山巖組合均為賦礦圍巖,我們也進(jìn)一步認(rèn)為該時(shí)段內(nèi)“雙峰式火山巖”巖漿作用為區(qū)域鉛鋅多金屬成礦作用奠定了基礎(chǔ)。
5.2 巖石類型及成因
研究區(qū)內(nèi)的流紋巖多呈斑狀結(jié)構(gòu),斑晶由石英與透長(zhǎng)石構(gòu)成,基質(zhì)則為隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì),呈現(xiàn)流動(dòng)構(gòu)造,它們屬高鉀質(zhì)、鈣堿性系列、強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)巖石(圖4)。主量元素具有富Si、K,貧Na、Ca、Mg的特征,同時(shí)具有低的(K2O+Na2O)/CaO(9.54~9.96)、FeO/MgO(2.87~3.33)和Na2O/K2O(0.02~0.03)值,與Ⅰ型酸性巖漿巖特征相符合(圖7a)。微量元素方面,相對(duì)富集Rb、Th、U、Zr、Hf等元素,明顯虧損Ba、Sr、Ti等元素,具有相對(duì)低的10 000Ga/Al值(2.33~2.34)。在稀土元素方面,富集輕稀土元素,相對(duì)虧損重稀土元素,且具有明顯的負(fù)銪異常。低w(Y)((17.29~17.58)×10-6)與w(Ce)((61.05~65.60)×10-6)(圖7b、c),LREE/HREE=10.37~10.48,LaN/YbN=9.95~10.12,均指示了該區(qū)中侏羅世流紋巖與近年來(lái)已報(bào)道的區(qū)內(nèi)酸性火山巖-次火山巖(流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、流紋巖和石英斑巖)具有類似的巖相學(xué)及元素地球化學(xué)特征。在Whalen等與Collins等的巖石成因類別判別圖解(圖7)中,研究區(qū)流紋巖及區(qū)域酸性火山巖-次火山巖數(shù)據(jù)均投入Ⅰ型范圍或鄰近Ⅰ型酸性巖漿巖區(qū)域。結(jié)合鏡下造巖礦物組合,未發(fā)現(xiàn)有堿性暗色礦物,加之區(qū)內(nèi)流紋巖元素地球化學(xué)表現(xiàn)出強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(A/CNK=2.06~2.20)、富集LREEs和明顯銪異常(0.69~0.76)的特征,區(qū)別于過(guò)堿性
A型花崗巖。利用鋯石中Ti元素計(jì)算獲取的鋯石飽和溫度為
683~756 ℃(均小于800 ℃),低于大興安嶺地區(qū)報(bào)道的A型花崗巖鋯石飽和溫度(860 ℃)。以上證據(jù)均說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)酸性火山巖-火山巖具有Ⅰ型流紋巖地球化學(xué)屬性。
關(guān)于Ⅰ型流紋質(zhì)火山巖成因主要有以下3種:1)直接由鎂鐵質(zhì)巖漿經(jīng)過(guò)分離結(jié)晶作用形成;2)富鉀質(zhì)玄武質(zhì)熔體的部分熔融作用;3)殼?;旌献饔没蚺c圍巖同化混染作用。而目前有關(guān)區(qū)域上中侏羅世酸性火山巖成因主要有以下3種觀點(diǎn):1)大陸地殼巖石部分熔融作用;2)玄武質(zhì)或安山質(zhì)巖漿分異結(jié)晶作用;3)與同時(shí)代中—基性巖類構(gòu)成“雙峰式”巖漿作用。林強(qiáng)等認(rèn)為大興安嶺額爾古納地區(qū)中生代火山巖組合中玄武巖分布稀少,而酸性火山巖在研究區(qū)乃至整個(gè)大興安嶺西坡地區(qū)廣泛發(fā)育,因此區(qū)域上大規(guī)模酸性巖漿并非直接由中—基性巖漿分異演化而來(lái)。
在巖石地球化學(xué)特征方面,研究區(qū)內(nèi)流紋巖中w(∑REE)為(166.75~173.44)×10-6,明顯低于區(qū)內(nèi)粗面安山巖與玄武安山巖中的w(∑REE)。同時(shí),粗面安山巖與玄武安山巖中δEu平均值為0.81,具有弱分異-負(fù)銪異常特征,而研究區(qū)流紋巖中LREE/HREE值為10.37~10.48,銪異常較明顯(δEu均值為0.73),呈現(xiàn)出高分異-負(fù)銪異特征。此外,研究區(qū)內(nèi)流紋巖富集大離子親石元素(LILEs,如Rb、Th、U等),弱富集高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSEs,如Nb、Ta、Y等),明顯強(qiáng)烈虧損Sr、Ba和Ti元素,與研究區(qū)流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、石英斑巖具有相似微量元素與稀土元素配分模式(圖5),而與區(qū)內(nèi)中—基性火山巖具有明顯差異。因此,研究區(qū)酸性火山巖并不可能由玄武質(zhì)巖漿或安山質(zhì)巖漿分異作用形成,加之區(qū)內(nèi)流紋巖具有高硅、低鎂特征,屬高鉀質(zhì)鈣堿性系列(圖4b),Nb/Ta、Zr/Hf和Th/U值分別為13.05~22.36、39.57~43.57和3.37~3.51,具有殼?;旌系奶卣?。它們的Ti/Zr值為20.21~21.85,(Na2O+K2O)/δEu值為9.54~9.96,Th/Nd值為0.26~0.27,Nb/La值為0.19~0.36,La/Yb值為14.13~15.05(圖8a、b),進(jìn)一步指示了巖漿在上升過(guò)程中部分熔融了大陸地殼,并且受到了殼源物質(zhì)混染。
在Sr-Nd-Hf同位素方面,茍軍獲得區(qū)域內(nèi)流紋巖(87Sr/86Sr)i與εNd(t)值分別為0.705 6和0.3,與粗面安山巖和玄武安山質(zhì)巖中對(duì)應(yīng)值有明顯差異,暗示了上述兩類火山巖并不存在同源巖漿演化關(guān)系,前者成巖初始巖漿可能源自大陸地殼經(jīng)部分熔融作用形成。區(qū)內(nèi)流紋巖176Hf/177Hf值為0.282 853~0.282 990,在虧損型地幔與大陸下地殼兩個(gè)演化線之間,表明其成巖初始巖漿源區(qū)具有殼?;旌咸攸c(diǎn)(圖8a),對(duì)應(yīng)的εHf(0)和εHf(t)值分別為2.8~7.7和6.22~10.83,TDM1(592.6~410.1 Ma)與TDM2(734.2~474.0 Ma)相近,與區(qū)內(nèi)流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r和石英斑巖鋯石中Hf同位素組成相類似,這些證據(jù)表明了區(qū)內(nèi)流紋巖成巖巖漿源區(qū)可能來(lái)自新元古代具有虧損型地幔屬性的玄武質(zhì)巖漿部分熔融先存新生大陸下地殼。另外,根據(jù)閆佳和Xu等研究認(rèn)為:區(qū)內(nèi)中—基性火山巖與酸性火山熔巖兩類巖石中的w(SiO2)在56.54%~73.44%之間出現(xiàn)明顯組分間斷,而且在主要氧化物和微量元素對(duì)SiO2比值配分模式中,區(qū)內(nèi)酸性流紋質(zhì)火山熔巖與中—基性玄武巖、玄武安山巖、玄武粗安巖、粗面安山巖和安山巖之間存在明顯的TiO2、P2O5、Sr等組分間斷。綜合以上內(nèi)容,結(jié)合本文獲得研究區(qū)內(nèi)酸性火山熔巖成巖年齡與前人獲取的中—基性火山巖成巖年齡,我們認(rèn)為兩類火山巖整體具有“雙峰式火山巖”成因特征。
5.3 成巖動(dòng)力學(xué)背景
關(guān)于大興安嶺西坡北段額爾古納地區(qū)酸性巖漿作用動(dòng)力學(xué)機(jī)制主要有以下觀點(diǎn):1)蒙古—鄂霍茨克洋活動(dòng)大陸邊緣模型;2)與古太平洋俯沖相關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣模型;3)地幔柱模型。根據(jù)現(xiàn)今區(qū)域地球物理資料與東北地區(qū)中生代巖漿巖時(shí)空分布特征,中侏羅世大興安嶺乃至中國(guó)東部中生代巖漿活動(dòng)主要受古太平洋板塊俯沖作用影響。此時(shí)間段內(nèi),大洋板塊低角度俯沖作用達(dá)到了極限程度,所攜帶的大洋板片恰行至大興安嶺地區(qū),加之洋殼自身俯沖方向的自然轉(zhuǎn)變,區(qū)域構(gòu)造環(huán)境開(kāi)始由擠壓向伸展轉(zhuǎn)換。從研究區(qū)內(nèi)成巖時(shí)間段來(lái)看,流紋巖成巖時(shí)間為中侏羅世((164.2±1.6) Ma),處于古太平洋板塊NW或NNW向伸展時(shí)間段(170~165 Ma),該過(guò)程至少引發(fā)了一次新生玄武質(zhì)下地殼加厚過(guò)程。隨著古太平洋板塊俯沖后造山擠壓應(yīng)力減弱,俯沖后伸展環(huán)境逐漸形成,軟流圈物質(zhì)大量上涌導(dǎo)致增生玄武質(zhì)下地殼的部分熔融形成了酸性巖漿,同時(shí)形成了區(qū)內(nèi)以及區(qū)域上具有鈣堿性巖特征的酸性熔巖(流紋巖、流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r和石英斑巖),它們與區(qū)域上中—基性火山巖(玄武粗安巖-粗安巖-
粗面巖)構(gòu)成了“雙峰式火山巖”組合,均為大洋板片俯沖環(huán)境下引發(fā)的軟流圈地幔上涌部分熔融增生下地殼的產(chǎn)物。
另外,Xu等對(duì)區(qū)域上“雙峰式火山巖”年代學(xué)、元素地球化學(xué)和Sr-Nd-Pb同位素系統(tǒng)性研究認(rèn)為,區(qū)內(nèi)鉀玄質(zhì)系列粗面安山巖與玄武安山巖成巖巖漿起源于大洋板片俯沖流體交代的巖石圈地幔經(jīng)部分熔融作用形成玄武質(zhì)巖漿底侵新生下地殼部分熔融的產(chǎn)物。而本文流紋巖則是新生下地殼部分熔融產(chǎn)物,并且在元素地球化學(xué)方面與流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、石英斑巖同屬高鉀(圖4a、c)、強(qiáng)過(guò)鋁質(zhì)(圖4d)、鈣堿性(圖4b)巖石,它們均富集大離子親石元素,弱富集高場(chǎng)強(qiáng)元素,明顯虧損Sr、Ti、Ba等元素,具有大陸火山弧的巖石成因?qū)傩裕▓D8c、d)。結(jié)合Th/Yb(2.30~23.85)、Ta/Yb(0.21~1.26)及Nb/Yb(2.78~13.83)值,它們又同時(shí)顯示出相似或相同的虧損型地幔與新生下地殼混源的巖石屬性。區(qū)內(nèi)流紋巖與流紋質(zhì)巖屑晶屑凝灰?guī)r、石英斑巖鋯石中Hf同位素176Hf/177Hf值為0.282 721~0.282 886,εHf(t)值為1.68~10.83,我們進(jìn)一步認(rèn)為區(qū)內(nèi)酸性火山巖-次火山巖應(yīng)為古太平洋板塊俯沖后伸展構(gòu)造環(huán)境下引發(fā)的新生下地殼部分熔融的產(chǎn)物。
6 結(jié)論
1)研究區(qū)流紋巖成巖年齡為(164.2±1.6) Ma,對(duì)應(yīng)區(qū)內(nèi)酸性巖漿作用時(shí)代應(yīng)歸屬為中侏羅世卡洛維階段(Callovian)。
2)研究區(qū)中侏羅世流紋巖富集大離子親石元素,弱富集高場(chǎng)強(qiáng)元素,明顯虧損Sr、Ba和Ti元素。具有低的(K2O+Na2O)/CaO和10 000Ga/Al值,以及低的Ce、Y、Zr等元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),鋯石飽和溫度在683~756 ℃之間,顯示出Ⅰ型流紋巖的地球化學(xué)特征。
3)區(qū)內(nèi)流紋質(zhì)巖漿作用發(fā)生在中侏羅世古太平洋板塊向中國(guó)東北部陸塊俯沖作用影響下的伸展構(gòu)造環(huán)境,成巖巖漿應(yīng)來(lái)源于新生下地殼的部分熔融,與同時(shí)代中—基性火山巖在區(qū)域上構(gòu)成了“雙峰式火山巖”組合。
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