内蒙古红格尔苏木地区奥陶系乌宾敖包组火山岩特征及构造环境探讨

刘海明 宝音乌力吉 邵永旭 郭文军

摘要：通过对红格尔地区中下奥陶统乌宾敖包组中的火山岩进行系统研究，对其岩石类型、岩石地球化学、稀土元素、微量元素等特征、岩浆形成的温压条件等进行分析研究，对该组火山岩的岩浆起源及构造环境进行探讨。认为该组所夹火山岩具岛弧火山岩性质，岩浆起源于下地壳，并形成于岛弧或活动大陆边缘构造环境。该成果对研究本区大地构造演化及成矿地质背景具有重要意义。

关键词：钙碱性岩系 岛弧火山岩 下地壳 活动大陆边缘

古亚洲洋构造的二连-东乌旗成矿带，地处华北与西伯利亚板块之间的西伯利亚板块东南缘古生代陆缘增生带［1-3］，其中保存的大量古生代构造岩浆岩记录，不仅记载了华北克拉通与西伯利亚地台汇聚的历史，也保留了古亚洲洋扩张、消亡及其与古大陆碰撞对接的痕迹，同时产出了一系列的金属矿床（点），是中国北方和蒙古国南部最重要的铜、金和稀有金属矿产地［4］。近年来，由于在蒙古国南部及二连-东乌旗一带陆续发现了一些大型铜金钼铅锌等矿床，使得该区地学研究成为一个热点地区。

研究区位于二连-东乌旗成矿带西段，内蒙古自治区地质调查院于2008～2010年在该区中蒙边境一带进行了内蒙古1∶5万额仁布格、乌日尼图、巴彦哈拉特、达布哈尔、胡格吉力图生产队幅区调工作，对仅分布并建组于红格尔苏木地区北东向展布的中下奥陶统乌宾敖包组进行了重新厘定［5］，并对该组所夹火山岩进行了系统取样分析；认为该组二岩段为本区钨、钼、铜、铅锌等多金属矿的重要含矿层。根据“内蒙古苏尼特左旗乌日尼图地区铅锌钼矿详查”项目资料，目前已在该地层中初步探明了与晚古生代和中生代构造岩浆活动有关的多金属矿，其中钼、铜矿为中型、钨矿达到大型。笔者根据本次调查成果，对该地层中所夹火山岩进行了较为系统的研究，以期为研究本区大地构造演化及成矿地质背景提供依据。

1. 基本特征

乌宾敖包组火山岩分布于该组二岩段中，该段为浅海陆棚相岩石组合夹大量火山岩层，受后期岩浆活动及构造作用的影响，均具不同程度的变质或变形。火山岩类型主要有溢流相的蚀变安山岩、辉石安山岩、英安岩等，其次为火岩喷发-沉积相的沉凝灰岩、凝灰质板岩等。对具有代表性的岩石类型描述如下（表1）。

2. 岩石化学特征

从岩石化学成分及其主要参数看(表2)，乌宾敖包组火山岩SiO2为73.78%～49.18%，平均为62.44%；Al2O3为15.69%～13.34%，平均为14.74%，主要标准矿物组合为or+ab+an+en+fs+hy+il+mt+q，部分样品出现c，A/CNK=0.7～1.35，平均为0.91，总体属次铝的硅过饱和岩石。K2O/Na2O平均值接近1，显示该组火山岩碱不富集；里特曼指数（σ）1.04～3.54，平均2.48，碱度率（A.R）为1.47～2.2，NK/A平均为0.55＜0.9，据洪大伟（1987）为钙碱性岩系；分异指数（DI）39.26～89.58、固结指数（SI）2.75～32.1，反映岩浆分异程度较差；长英指数（FL）34.16～92.96、镁铁指数（MF）为53.14～86.78，揭示岩浆分离结晶作用较弱。

3. 稀土元素特征

该组中火山岩稀土总量（ΣREE）较高，为199.71×10-6～501.6×10-6，平均为323.11×10-6。轻重稀土比值（ΣCe/ΣY）在2.17～7.60之间，平均为4.8，（Ga/Yb）N平均为2.15(表3)，揭示轻重稀土分馏程度弱。δEu为0.52～0.9，平均值0.7，总体铕弱异常。稀土配分曲线（Leedy球粒陨石，据松井等，1979）总体右倾（图1），轻稀土段倾斜幅度大于重稀土段，（La/Sm）N平均为3.84，揭示轻重稀土分馏明显，为轻稀土富集型，并具一定程度的分离结晶作用。

4．微量元素特征

大离子亲石元素K含量为10040～40079×10-6，Rb为57.7～129×10-6，平均值为99.68×10-6，Ba为639～1106×10-6，平均为383.3×10-6(表4)，高于地壳丰度。Sr为152～903×10-6，平均为383.3×10-6，低于地壳丰度；K/Rb值为174～364.4，Rb/Sr值为0.34～1.11，显示该组岩石大离子亲石元素含量变化大。

放射性生热元素：Th为9.7～16.9×10-6，高于地壳丰度。非活动性元素：Nb为13.1～19.6×10-6，低于地壳丰度；P为159～2305×10-6，平均为1119.3×10-6，与地壳丰度相当；Zr为252～402×10-6，Hf为5.5～11.6×10-6，Y为20～60.8×10-6，均高于地壳丰度。过渡元素：Sc、Ti、V、Cr、Co、Ni均低于地壳丰度。特征参数：K*=0.62～5.35，Zr*=0.83～1.99，两项平均值均大于1，揭示岩浆成因信息为花岗质岩石或具岛弧性质的玄武质火山岩。Nb*=0.21～0.29、Sr*=0.06～0.43、P*=0.05～0.92、Ti*=0.04～0.64各参数平均值均小于1，同样揭示岩浆成因信息为花岗质岩石或具岛弧性质的玄武质火山岩，同时反映岩石强蚀变，抗交代蚀变能力弱。

由微量元素标准化比值蛛网图（球粒陨石值主要为Thmpson，1982，部分元素参考Pearce等12个球粒陨石平均值）（图2）可以看出，4个样品曲线型式大体一致，均显Rb、Th、K、La、Ce、Nd、Zr、Sm、Y呈峰，相对富集，Ba、Nb、Sr、P、Ti谷（亏损），总体具同源岩浆特征。

5．岩浆形成的温压条件

岩浆结晶温度：据Nathan等（1978）提出的阳离子分数温度计算方法，求出石英、斜长石结晶温度（表5）。该单元石英结晶温度为919.36～1099.85℃，平均992.25℃；斜长石结晶温度为1040.5～1196.59℃，平均1168.68℃。可见该组火山岩矿物结晶时的温度在1000～1170℃左右。

岩浆中矿物结晶深度：在Q-Ab-Or-H2O系图（图3）上，样品投点较分散，有两个样品投点在1000×108Pa压力区域，表明岩浆冷凝矿物共结晶时的深度在3.3km（1GPa≈33km）范围内；有一个样品投点远落在5000×108Pa以外区域，可能说明岩浆源区较深，至少为下地壳。

6．岩浆起源及构造环境探讨

该组火山岩A/CNK=0.7～1.35，平均为0.91＜1.1，为次铝的硅过饱和“I”型花岗质岩浆，众多研究表明这类岩浆多来源于镁铁质中性火成岩；稀土元素表明δEu为0.52～0.9，平均值0.7，总体弱异常，具大洋拉斑玄武岩属性；岩石微量元素特征揭示岩浆成因信息为岛弧性质的玄武质火山岩；蚀变英安岩87Sr/86Sr同位素的初始比值为0.709293±0.000051，说明该组物质起源于上地壳下部但接近玄武岩源区；在Rb-Sr与地壳厚度关系图解（图4）中，有两个样品投在30km以上区域，说明来浆来源深度大于30km，即下地壳硅镁层（或玄武质层）。

众多研究资料表明“I”型花岗质岩浆形成于大洋—大陆会聚板块较富镁铁质的大陆板块边缘地带，并经历幔源物质垫托，于大陆边缘陆壳之下发生不同程度熔融作用形成的。根据里特曼-戈蒂里图解（图5），本组样品投点落入B区，为造山带（岛弧及活动大陆边缘区）火山岩。

7．结论及大地构造背景

乌宾敖包组火山岩具岛弧火山岩性质，岩浆起源于下地壳，并形成于岛弧或活动大陆边缘构造环境。

本区从中寒武纪—早奥陶纪西伯利亚板块东南缘由被动大陆边缘转为活动大陆边缘。早—中奥陶纪古蒙古洋处于拉张环境，洋壳南、北向扩张推移，受到来自华北板块一侧的阻挡，在俯冲一侧的洋壳上产生了火山喷发作用，形成岛弧火山及弧后盆地的沉积环境。构成了岛弧火山岩、火山碎屑岩建造的沉积和细碎屑岩及火山岩沉积。表明该地区古生代陆壳增生带的帷幕就此悄然拉开。

参考文献

[1] 邵积东.内蒙古大地构造分区及其特征［J］.内蒙古地质.1998,87（2）:1-27

[2] 内蒙古地质矿产局.内蒙古自治区区域地质志[M].北京:地质出版社,1991:1-725

[3] 任纪舜.等.中国及邻区大地构造图.北京:地质出版社，1999

[4] 洪大卫.王式光.谢锡林.等.试析地幔来源物质成矿域［J］.矿床地质.2003,22（1）:41-55

[5] 宝音乌力吉.贺宏云.宋华.等.内蒙古红格尔苏木地区奥陶系乌宾敖包组重新拟定［J］.地质与资源.2011,20（4）:241-244