内蒙古色日崩地区白音高老组流纹岩岩石地球化学特征及地质意义

杨文静 ，程天赦 ，2，王登红 ，肖 盈 ，张 全

（1.天津市地质调查研究院，天津300191；2.中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083；

3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100083；4.中原油田普光分公司采气厂，四川达州636156）

内蒙古自治区岩石地层清理工作将宝石组、布拉跟哈达组、上库力组统一归属为白音高老组，区域上岩石主体以酸性火山岩夹沉积岩为主（内蒙古自治区岩石地层），其形成时代为早白垩世（127±5Ma）［1-2］.白音高老组地层分布十分广泛，在大兴安岭及其两侧地区均有出露，研究其火山岩层地球化学特征，对揭示该时期大兴安岭地区构造-岩浆作用具有重要地质意义.因此，本论文基于西乌旗地区区调工作，分析色日崩地区白音高老组流纹岩岩石地球化学特征，探讨其形成的大地构造背景.

1 地质概况

图1 内蒙古色日崩地区白音高老组地层分布及实测剖面位置图Fig．1 Distribution of Baiyingaolao Formation and position ofgeologicalprofile in Seribengarea 1—第四系（Quaternary）；2—白音高老组地层（Baiyingaolao fm．）；3—红旗组地层（Hongqi fm．）；4—哲斯组地层（Zhesi fm）．；5—大石寨组地层（Dashizhai fm．）；6—地层界线（geologic boundary）；7—逆断层（reversed fault）；8—实测剖面（surveyed profile）

西乌旗地区中生代火山岩分布广泛．上侏罗统满克头鄂博组为流纹质晶屑岩屑凝灰岩、流纹岩，局部夹安山岩与沉积岩；上侏罗统玛尼吐组以安山岩、英安岩为主，局部夹沉积岩；早白垩世白音高老组为流纹岩、球泡流纹岩；早白垩世梅勒图组为气孔杏仁状玄武岩、安山岩．白音高老组主要分布于色日崩海日罕－哈勒盖图一带，呈北东向—近东西向展布，岩性主要为流纹岩，局部夹薄层流纹质角砾熔岩及流纹质含角砾凝灰岩，总厚度为546～712m．

2 样品采集及分析

根据野外露头布置实测剖面（剖面位置如图1），对地层岩性及产状进行详细观测，按岩性逐层采集各类样品．根据岩石颜色、成分、结构及构造的野外观测，该剖面共划分为31个岩性层，采集样品31组（包括薄片样、硅酸盐样、微量元素样及稀土元素样）．样品岩性均为流纹岩．

所有样品均委托河北省区域地质矿产调查研究所实验室分析，主量元素测试采用XRF荧光测试法完成，测试误差小于2%；稀土和微量元素测试采用等离子体质谱（ICP－MS）法，测定精度优于5%．

3 岩石地球化学特征

根据薄片鉴定、元素分析结果，大部分岩石已遭受强蚀变作用，因此只选取其中符合要求的14件样品进行讨论．样品分析结果如表1．

3．1 岩石学特征

岩石多数具斑状结构和流纹构造，斑晶矿物以钾长石、石英为主，见少量斜长石．钾长石、斜长石呈半自形板状，石英呈浑圆粒状，粒内轻波状消光．基质主要由长英质组成，呈包含嵌晶结构、微粒状结构．副矿物主要由不透明矿物、磷灰石、锆石、电气石组成．偶见球粒结构和石泡结构．

3．2 主量元素特征

由表 1 可知，岩石中 SiO2=78．32%～86．80%，平均80．49%；Al2O3=8．59%～13．70%，平均 12．29%；K2O=3．79%～7．59%，平均 6．01%；Na2O=0．09%～0．53%，平均 0．18%；TiO2=0．19%～0．33%，平均 0．25%；TFeO=0．25%～0．76%，平均0．49%；MnO=0．01%～0．03%，平均0．017%；MgO=0．09%～0．21%，平均 0．14%；CaO=0．08%～0．15%，平均 0．11%；P2O5=0．02%～0．03%，平均 0．02%；H2O+＜2%．

该套岩石中 SiO2含量偏高；K2O+Na2O=3．84%～7．63%，平均 6．19%，全碱含量较高，并且 K2O/Na2O=13．32～65．58，Na2O 超低异常，与后期蚀变作用使 Na2O部分带出有关；A/NCK=1．47～2．13，属过铝质岩石；MnO、MgO、CaO含量极低．

由于岩石普遍遭受蚀变作用，K、Na等活动性较强的元素可能会有一定程度的变化，因此本文采用Winchester等（1977）的 Zr/TiO2－Nb/Y 分类图解（图 2），样品均位于流纹岩区域．在K2O－SiO2图解中（图3），绝大部分样品位于高钾钙－碱性系列区域，只有1个样品位于中钾钙－碱性系列区域．

从主量元素分析结果可以看出，西乌旗色日崩地区白音高老组流纹岩属高硅低钛过铝质高钾钙－碱性流纹岩．

3．3 稀土元素特征

稀土元素分析结果（表1）及球粒陨石标准化配分曲线（图4）显示，稀土元素总量偏高.∑REE=191.33×10-6～335.06×10-6，平均 284.55×10-6；LREE=137.68×10-6～199.41×10-6，HREE=29.51×10-6～54.24×10-6，LREE/HREE=1.08～1.71；（La/Yb）N=2.11～3.08.曲线呈右倾型，轻重稀土元素分馏中等，轻稀土略富集.（La/Sm）N=1.87～2.40，（Gd/Yb）N=0.82～1.00，轻稀土分馏

中等，重稀土分布相对平缓．δEu=0．27～0．33，显示明显的铕负异常，这与斜长石的分离结晶作用有关［3］．这些特征与大多数A型花岗质岩石的地球化学特征和典型的大陆裂谷流纹岩的稀土曲线一致［4-6］．

表1 西乌旗色日崩地区白音高老组流纹岩主量元素、稀土元素和微量元素含量Table1 Contentsofmajor elements,REE and trace elementsof the rhyolitesof Baiyingaolao Formation in Seribeng area

表1（续） Table 1 （Continued）

图2 色日崩地区白音高老组流纹岩TAS图解（据 Winchester等，1977）Fig.2 TASdiagram of the rhyolitesof Baiyingaolao Formation inSeribeng area（afterWinchesteretal.,1977）

图3 色日崩地区白音高老组流纹岩K2O-SiO2图解（据 Rickwood，1977）Fig.3 K2O-SiO2 diagram of the rhyolitesof Baiyingaolao Formationin Seribengarea（after Rickwood,1977）

图4 色日崩地区白音高老组流纹岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线（标准值据 Boynton，1984）Fig．4 Chondrite-normalized REE distribution patternsof the rhyolitesof Baiyingaolao Formation in Seribengarea（after Boynton,1984）

3．4 微量元素特征

图5 色日崩地区白音高老组流纹岩微量元素原始地幔标准化配分曲线（标准值据 Sun and McDonough，1989）Fig．5 Primitivemantle-normalized trace elementdistribution patternsof the rhyolitesofBaiyingaolao Formation in Seribeng area（after Sun and McDonough,1989）

微量元素分析结果（表1）及原始地幔标准化配分曲线（图 5）显示：（1）亲石元素 Cs、Ba、Rb、Th、U 相对富集（分别为原始地幔的 1081～118 倍），但 Sr（26．42×10－6）、Eu（0．97×10－6）明显亏损，Rb/Sr比值平均为 7．65，明显高于I型和S型花岗岩的Rb/Sr比值平均值（分别为 0．61 和 1．81），甚至是 A 型花岗岩（3．52）（Whalen etal．，1987） 的 2 倍；（2） 高场强元素较为富集，Zr为243．6×10－6～419．8×10－6（平均值为 373．95×10－6），Hf为7．17×10－6～12．07×10－6（平均值为10．05×10－6），但Ta较低，为0．71×10－6～1．41×10－6（平均值为1．02×10－6），Nb也较低，为7．17×10－6～15．72×10－6（平均值为13．75×10－6）．值得注意的是这些流纹岩没有明显的Nb（Ta）亏损，表明它们没有受到明显的地壳物质混染［7］．

4 讨论

4．1 岩石成因

本区流纹岩Ti含量较低，Ti/Y＜100，且变化大，为29．16～49．84，平均为 36．48；Ti/Zr＜10，为 5．90～8．66，平均为6．80．表明本区流纹岩为典型的壳源岩浆系列，是陆壳岩石局部熔融的产物［8］．

流纹岩强烈亏损Sr和Eu的微量元素地球化学特征表明：（1）该套火山岩应起源于斜长石稳定的地壳源区，其起源深度应小于 35 km［9］；（2）岩浆源区起源的原生岩浆在上升过程中，应经历了较为显著的结晶分异作用过程，斜长石可能产生较强的分离结晶作用［10］．正是由于这种特定的成因机制和演化过程，造成岩石中微量元素Sr、Eu的强烈亏损．本区流纹岩低的Sr/Y 值（＜1．70，0．21～0．65，平均 0．39）和较高的Y 含量（>32．5×10－6，43．1×10－6～88．48×10－6，平均 70．53×10－6）的地球化学特征，同样印证了上述事实．

鉴于各类岩石中单个微量元素丰度变化较大，而元素取适当的“元素对”比值进行比较，从而为判明成岩物质来源提供一定的地球化学佐证．据Hildreth等（1991）研究，Rb/Nb比值从地幔岩石向上地壳岩石有增高的趋势：平均洋脊玄武岩（N－MORB）为 0．36，平均下地壳为0．88，平均上地壳为4．5．色日崩地区白音高老组平均Rb/Nb比值为13．81．Y是各类岩石中丰度值较高，而变化范围较小的高场强元素（HFSE）．因而可以利用Rb/Y－Nb/Y比值特征来判明岩源物质来源或受混染的程度．白音高老组流纹岩Rb/Y值高，介于1．87～3．77，变化范围大，Nb/Y 值低（表 1），为 0．17～0．24，其投影点在Nb/Y－Rb/Y 图（图略）上落入上地壳演化区，这为白音高老组流纹岩的上地壳成因提供了一定的佐证．

4．2 构造环境

火山活动总是受区域地质环境控制的，因此可用火成岩类的地球化学特征来判别其形成时的构造环境.西乌旗白音高老组流纹岩在Whalen等（1987）的分类图解上，该区流纹岩与高度分异的I、S型花岗岩明显不同，全部落入A型花岗岩范围（图略）.虽然A型花岗岩可以在各个地质时期、不同构造背景产出，不一定指示非造山或裂谷环境，但A型花岗岩的形成总是与张性环境相联系这一点已是人们的共识（Eby，1990；王德滋和赵广涛，1995；吴才来等，1998）.在花岗岩类的微量元素构造判别图解上，西乌旗白音高老组流纹岩基本落在板内伸展非造山环境（图6），说明本区火山岩形成于板内拉张的大地构造环境，反映了西乌旗地区在早白垩世处于岩石圈伸展减薄的作用阶段.

图6 色日崩地区白音高老组流纹岩构造判别图解（据 Pearceetal.,1984;Eby,1992）Fig.6 Tectonic discrimination of the rhyolitesofBaiyingaolao Formation in Seribeng area（after Pearceetal.,1984;Eby,1992）WPG—板内花岗岩；ORG—洋脊花岗岩；VAG—火山弧花岗岩；Sny—COLG-同碰撞花岗岩；A1—非造山环境（anorogenic）；A2—造山环境（orogenic）

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

［2］内蒙古自治区地质矿产局.内蒙古自治区岩石地层［M］.武汉：中国地质大学出版社,1996.

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［6］Eby GN.Chemicalsubdivision of the A-type granitoids:Petrogenetic and tectonic implications［J］.Geology,1992,20:641—644.

［7］葛文春，李献华，林强，等.呼伦湖早白垩世碱性流纹岩的地球化学特征及其意义［J］.地质科学,2001,36（2）:l76—183.

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