大兴安岭扎兰屯地区晚古生代格根敖包组埃达克岩的发现及地质意义

张渝金，吴新伟，杨雅军，崔天日，江 斌，郭 威，张 超，钱 程，陈会军，李 伟，李林川，司秋亮

1.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳 110034；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061

大兴安岭扎兰屯地区晚古生代格根敖包组埃达克岩的发现及地质意义

张渝金1,2，吴新伟1,2，杨雅军1，崔天日1，江 斌1,2，郭 威1，张 超1,2，钱 程1，陈会军1，李 伟1，李林川1，司秋亮1

1.中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳 110034；2.吉林大学地球科学学院，吉林长春 130061

大兴安岭中段扎兰屯地区晚古生代埃达克岩主要岩石类型为安山岩、粗面安山岩、英安岩和粗面英安岩，取得一个安山岩样品的LA－ICP－MS锆石U－Pb年龄为（316.9±2.4）Ma，代表火山岩喷发的年龄.岩石具有较高Si（SiO2＝54.97%～63.80%），富碱并相对略富Na（Na2O/K2O＞1），富Al（Al2O3＝14.97%～17.69%），高Sr（715.98×10-6～2100×10－6），低Y（12×10－6～18.41×10－6）和Yb（1.02×10－6～1.91× 10－6）的特点.在原始地幔标准化蛛网图中，富集LREE，亏损HREE，Eu呈微弱正异常（δEu＝0.97～1.30）.同时Mg值介于0.35～0.57，平均0.46.总体特征属于高钾钙碱性埃达克岩（为C型埃达克岩的一种），来源于增厚的玄武质下地壳的部分熔融.扎兰屯地区晚古生代高钾钙碱性埃达克岩的发现，为兴安地块与松嫩地块的拼贴作用提供了新的线索，对正确认识区域地壳演化有着重要的构造意义，为本区寻找与埃达克岩有关的矿产提供了线索.

埃达克岩；地球化学特征；晚古生代；大兴安岭中段；地质意义

0 引言

埃达克岩自Kay（1978）在Adak岛上发现并由Defant等（1990）命名以来，迅速成为国际地学界关注的前沿和热点问题［1-5］.近年来，我国也在诸多地区发现了埃达克岩［6-17］，国内学者并对其成因类型进行了深入探讨，但一直存在争议，如张旗等［11］在2001年提出了洋壳熔融形成的O型和陆壳熔融形成的C型埃达克岩的分类方案.Chung et al.［18］和翟明国等［19］把由增厚下地壳熔融形成的中酸性火成岩称为埃达克岩. Gao et al.［20］把由拆沉下地壳熔融形成的中酸性火成岩称为埃达克岩，等等.十几年来，埃达克岩的研究取得了丰富的成果，已经远远超出对埃达克岩本身的研究.埃达克岩的研究对讨论地球动力学过程、壳幔相互作用、陆壳的生长与演化及有关矿床的寻找都具有重要的意义.

笔者在大兴安岭中段扎兰屯地区进行野外地质调查过程中，发现晚古生代格根敖包组火山岩分布广泛，并且其地球化学特征与埃达克岩相似.研究区位于兴安地块和松嫩地块拼贴部位附近，根据近年来的基础地质资料的研究，对于兴安地块和松嫩地块的碰撞拼贴位置及时间等问题一直存在争议［21-33］.鉴于此，本文将报道新近发现的扎兰屯地区晚古生代埃达克岩的地球化学特征，并对其成因类型及地质意义作初步探讨，为兴蒙造山带东段构造格局与演化提供基础资料.

1 区域地质特征

在大地构造位置上，大兴安岭地区位于兴蒙造山带东段，古生代主要表现为多个微陆块之间多期次拼合的过程，这些微陆块自北向南依次为额尔古纳地块、兴安地块和松嫩地块.扎兰屯地区晚古生代火山岩出露于贺根山-黑河断裂带北段西北侧，兴安地块和松嫩地块的结合部位附近（见图1），地理位置处于内蒙古自治区东北部扎兰屯市根多河林场东南一带.在平面上总体呈断续的北东向条带状展布，出露面积约54 km2，总厚度大于1270 m.区内晚古生代地层比较发育，由老至新依次是大民山组（D2－3d）、红水泉组（C1h）和格根敖包组（C2—P1g）.其中泥盆系大民山组主要为一套海相火山-沉积建造，石炭系红水泉组为一套浅海相陆源碎屑岩沉积建造，晚石炭—早二叠世格根敖包组为一套海陆交互相火山-沉积建造.扎兰屯根多河地区的格根敖包组下段主要为一套中酸性火山岩，岩石类型有深灰、灰绿、灰绿色安山岩，灰绿色英安岩，灰绿色绿泥石化安山岩等.上段主要为一套正常碎屑岩和少量火山碎屑岩，岩石类型主要为凝灰质砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂质粉砂岩、长石石英细砂岩和泥岩，与下部火山岩呈整合接触关系.上段变粉砂岩及粉砂质板岩中含海百合茎化石和Calamitis sp.、Artisia sp.、Eusigillaris sp.等化石［34］.总体由下而上，岩石粒度变细，颜色变深，火山物质逐渐减少.表明早期火山活动较强，后期火山活动逐渐减弱，水体加深，过渡到正常碎屑沉积.该套地层顶底多被中生代火山岩覆盖，内部多处被中生代脉岩所破坏，从而使得接触带附近发生明显的蚀变作用.笔者对下部的安山岩进行了锆石UPb测年，对样品进行了30个测点分析，测试结果见表1.锆石均呈自形—半自形晶，多为短柱状，个别呈长柱状，粒径多数小于100 μm，长宽比值多为2∶1，具有清晰致密的振荡环带结构，Th/U比值介于0.30~1.90，表明这些锆石为岩浆结晶成因［35］.测年结果显示，30个数据都集中分布在谐和线上及附近（图2），并显示出集中年龄，206Pb/238U加权年龄为（316.9±2.4）Ma（n＝27），MSWD＝0.78，代表火山岩喷发的年龄.笔者并对上部沉积层进行了碎屑锆石U－Pb测年［36］，其最年轻的碎屑锆石年龄为323.6 Ma，因此，格根敖包组的时代指示为晚石炭至早二叠世.本文主要针对格根敖包组下段中性火山岩进行详细的岩石地球化学分析，旨在探讨该套埃达克质岩石的形成机制及构造环境.

2 采样位置及测试方法

本次测试样品采自格根敖包组下部火山岩，均选自蚀变较弱、不含气孔和杏仁的火山熔岩样品，共7件，采样点位置见图1.

对7件火山岩样品进行了主量、微量元素测试，测试结果见表2.样品经清除表面杂质后，切割去除风化面，在玛瑙研钵中研磨至200目，然后供化学分析.元素地球化学分析在国土资源部东北矿产资源监督检测中心完成，整个过程均在无污染设备中进行.主量元素采用X射线荧光光谱法（XRF），分析精度和准确度优于5%.微量元素及稀土元素分析则采用电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）完成，分析精度和准确度优于5%~ 10%.

图1 大兴安岭北部扎兰屯根多河地区地质简图Fig.1 Simplified geological map of Genduohe area in Zalantun,Northern Daxinganling

图2 格根敖包组安山岩的锆石U-Pb谐和图解Fig.2 ZirconU-Pbdiagramfortheandesite ofGegenaobaoFormation

3 岩石学及地球化学特征

根据野外观察及镜下鉴定，格根敖包组火山岩岩性以中性为主，主要为安山岩、安山质碎斑岩，同时发育少量的长英质熔岩.岩石类型以熔岩为主，其次为火山碎屑熔岩，大部分显示经受后期溶蚀并轻度蚀变，但未变质.安山岩镜下特征显示岩石具有斑状结构，块状构造，基质为交织结构、间隐结构.斑晶矿物主要由半自形板状斜长石（约30%）和铁镁矿物假象构成（见图3），斜长石斑晶粒径1~6 mm，柱粒状，聚片双晶，卡钠双晶，中长石为主.假象由纤维鳞片状绿泥石、黑云母、粒状石英等构成，其中斜长石轻度绢云母化、绿帘石化.岩石富含微粒状铁矿物.

3.1 主量元素地球化学

表1 锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学测试结果Table1 Zircon LA-ICP-MS U-Pb dating results

表2 扎兰屯地区格根敖包组火山岩主量和微量元素分析结果Table2 Major and trace element analysis for Gegenaobao Formation in Zhalantun area

图3 格根敖包组安山岩显微照片Fig.3 Microphotograph of andesite from Gegenaobao Formation

格根敖包组火山岩样品烧失量（LOI）中等，介于0.49%~2.05%之间，平均1.26%，显示出岩石后期蚀变的差异性.从表2可以看出，岩石具有如下特征：SiO2含量介于54.97%~63.80%之间，平均60.14%；Al2O3含量介于14.97%~17.69%，平均16.48%；MgO含量较低，介于1.18%~4.63%，平均2.89%；富碱，Na2O+K2O含量为6.04%~7.57%，平均6.86%，Na2O/K2O介于0.91%~ 4.05%，平均1.81%，属于钠质类型岩石；K2O含量介于1.50%~3.48%，平均2.74%.在TAS图解（图4）中，格根敖包组火山岩主要为粗面安山岩、安山岩、英安岩、粗面英安岩，表现为中酸性火山岩组合.在SiO2-K2O图解（图5）中基本上都是高钾钙碱性系列，极少为中钾钙碱性系列.

3.2 稀土元素和微量元素地球化学

由表2可知，格根敖包组火山岩的稀土总量中等，∑REE＝111.00×10-6～301.16×10-6，平均162.52×10-6.在稀土元素球粒陨石标准化图解（图6）中，稀土元素配分曲线显示右倾陡斜特征，轻稀土元素强烈富集，重稀土元素强烈亏损，轻重稀土分馏强烈［（La/Yb）N＝ 10.97~23.56］.Eu显示微弱的负异常或正异常（δEu＝30.97~1.30），低Y（12.00×10-6~18.41×10-6，平均14.94× 10-6）和Yb（1.02×10-6~1.91×10-6，平均1.41×10-6）.微量元素中Ba（593.07×10-6~1300×10-6，平均774.51×10-6）、Sr（715.98×10-6~2100×10-6，平均1028.39×10-6）含量总体较高，并且在原始地幔标准化不相容元素配分图解（图7）中，总体显示Rb、Ba、La、Sr为正异常，Nb、Ti负异常.

图4 格根敖包组火山岩TAS图解（据Le Bas et al.,1986）Fig.4 The TAS diagram for the volcanic rocks of Gegenaobao Formation（After Le Bas et al.，1986）

图5 格根敖包组火山岩SiO2-K2O图解（据Peccerlloet al.,1976）Fig.5 The SiO2-K2O diagram for the volcanic rocks of Gegenaobao Formation（After Peccerllo et al.，1976）

图6 格根敖包组火山岩稀土元素配分图解（标准化值据Boynton,1984）Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns for the volcanic rocks in Gegenaobao Formation（After Boynton，1984）

图7 格根敖包组火山岩微量元素图解（标准化值据Sun and McDonough,1989）Fig.7 The PM-normalized trace element spider diagram for the volcanic rocks in Gegenaobao Formation（After Sun and McDonough，1989）

在Sr/Yb－Yb图（图8）中多数样品落入埃达克质岩区；在Sr/Y－Y图（图9）中样品落入或接近埃达克岩区，与正常的岛弧火山岩存在显著的区别.综上所述，扎兰屯地区晚古生代火山岩总体上表现出与埃达克岩基本一致［1-2，10－11，37］，富碱，高Sr，低Y、Yb及Eu异常不明显和强烈亏损HREE等岩石地球化学特征.

4 成因讨论

图8 Sr/Yb-Yb图解（据Kayet al.,2002）Fig.8 The Sr/Yb-Yb diagram for adakites（After Kay et al.，2002）

图9 Sr/Y-Y图解（据Defant et al.,1990）Fig.9 The Sr/Y-Y diagram for adakites（After Defant et al.，1990）

埃达克岩最初由Defant等提出，定义为一套火山岩或侵入岩，形成于岛弧地区，是小于25 Ma、热的俯冲洋壳熔融形成的（O型埃达克岩）；其突出的地球化学特征就是SiO2≥56%，Al2O3≥15%，MgO＜3%（很少大于6%），Y和重稀土元素含量低（Y≤18×10－6，Yb≤1.9×10－6），高Sr（很少小于400×10－6），并且Eu/Eu＊具有正异常或微弱负异常.随着对埃达克岩的研究，国内外学者发现这种定义的埃达克岩具有两种成因类型，一类是上述俯冲洋壳熔融形成（O型或Ⅰ型埃达克岩），另一类是由加厚地壳底部发生部分熔融形成（C型或Ⅱ型埃达克岩）［10-11，38-45］.

本区的埃达克岩主要为安山岩、粗面安山岩、英安岩、粗面英安岩（图3），表现为中酸性火山岩组合；Na2O/K2O介于0.91%~4.05%，平均1.81%，属于钠质类型岩石，在SiO2-K2O图解（图5）中，基本上都属于高钾钙碱性系列.在Sr/Yb-Yb（图8）和Sr/Y-Y（图9）等图上主要落入典型埃达克岩范围，为高Sr低Y型安山岩.本区的埃达克岩与中国东部中生代埃达克岩类似，Mg（Mg/＜Mg+Fe＞）小于0.5（介于0.35~0.57，平均0.46），富K，贫Cr和Ni，应属于高钾钙碱性埃达克岩（张旗，2004）.富Al、高Sr，Eu呈正异常等特征表明火山岩熔融的源区残留物中很少或不存在斜长石，贫HREE、Y和Yb表明有石榴石稳定存在，高Sr/Y说明有石榴石和角闪石为残留相，高SiO2和Al2O3表明为高压下榴辉岩或角闪岩的部分熔融［46-47］.推测是加厚的下地壳部分熔融形成的，但其厚度可能不太大.对于高钾钙碱性埃达克岩的形成，张旗认为有以下3种模型：①底侵至下地壳底部的玄武质岩浆的部分熔融；②加厚的下地壳底部基性岩的部分熔融；③拆沉的下地壳沉入地幔，受到下部软流圈地幔的加热，导致部分熔融形成埃达克质岩浆.研究区位于兴安地块与松嫩地块拼贴位置附近，区域上大规模的基性岩浆活动出现在中生代，而经下地壳拆沉形成的埃达克岩会与幔源岩石发生交代作用导致Mg值较高.兴安地块与松嫩地块的拼合为埃达克岩的形成提供了条件，并具备了地壳加厚的挤压构造背景，因此扎兰屯地区晚古生代埃达质岩可能是增厚的玄武质下地壳的熔融的产物，应属于碰撞后地壳加厚的构造背景.

5 地质意义

近年来在大兴安岭内蒙古东北部八道卡、漠河地区、海拉尔地区陆续发现了埃达克岩的存在［16-17，48］，本文又在扎兰屯地区发现了晚古生代埃达克岩的存在，并具有与C型埃达克岩相似的特征.区域上同期的石英闪长岩的εNd（t）＝0.7052，闪长岩包体的εNd（t）＝0.7052，均为正值❶阿荣旗1∶25万区域地质调查报告.，暗示年轻地壳组分在火山岩形成中的重要贡献和区域上在显生宙发生强烈的地壳增生作用或大陆地壳生长［49-50］，也正说明了扎兰屯地区晚古生代埃达克岩为增厚的玄武质下地壳熔融的产物.扎兰屯地区处在贺根山-扎兰屯-黑河缝合带上，对于兴安地块和松嫩地块拼贴的位置和时代一直存在争议，本文报道的埃达克岩形成于挤压构造下的碰撞后下地壳加厚的背景，标志着兴安地块与松嫩地块已经进行了构造拼贴并处于闭合期，这一观点与多数学者认为的兴安地块和松嫩地块沿贺根山-扎兰屯-黑河缝合带于晚古生代闭合是一致的.此外，埃达克岩独特的成因与成矿作用有着密切的关系，Thieblemont等［51］统计了全球43个Au、Ag、Cu、Mo低温热液和斑岩矿床，发现其中38个与埃达克岩有关，中国东北部地区与埃达克岩有关的矿床多达10个以上［48］，大兴安岭地区晚古生代典型矿床八道卡金矿以及中生代燕山期几处大型斑岩型矿床均为埃达克岩有关的热液矿床.因此，扎兰屯地区晚古生代埃达克岩的发现，可能为本区寻找与埃达克岩有关的斑岩型热液矿床提供一个线索.

6 结论

（1）扎兰屯地区晚古生代埃达克岩的U-Pb锆石年龄为（316.2±2.4）Ma.岩石类型主要为粗面安山岩、安山岩、英安岩、粗面英安岩等，具有富K、Al，高Sr，亏损HREE、Y和Yb元素，Eu呈微弱正异常，低Mg等特点.总体特征属于高钾钙碱性埃达克岩，来源于增厚的玄武质下地壳的部分熔融.

（2）扎兰屯地区晚古生代高钾钙碱性埃达克岩的发现，为兴安地块与松嫩地块的拼贴作用提供了新的证据，对正确认识区域地壳演化有着重要的构造意义，也为本区寻找与埃达克岩有关的矿产提供了线索.

致谢：成文过程得到了沈阳地质矿产研究所李之彤研究员的悉心指导；实验测试得到了中国地质科学院国家实验测试中心重点实验室胡明月研究员、赵令浩博士的热心帮助.在此对以上人员表示最诚挚的谢意.

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DISCOVERY AND GEOLOGICAL SIGNIFICANCE OF ADAKITIC ROCKS IN THE LATE PALEOZOIC GEGENAOBAO FORMATION IN ZHALANTUN AREA,MIDDLE DAXINGANLING MOUNTAINS

ZHANG Yu-jin1，2，WU Xin-wei1，2，YANG Ya-jun1，CUI Tian-ri2，JIANG Bin1，2，GUO Wei1，ZHANG Chao1，QIANG Cheng1，CHEN Hui-jun1，LI Wei1，LI Lin-chuan1，SI Qiu-liang1
1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，CGS，Shenyang 110034，China；2.College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China

The Late Paleozoic adakites in Zhalantun area in the middle section of Daxinganling Mountains are composed of mainly andesite,trachyandesite,dacite and trachydacite.One of the andesite samples yields the zircon U-Pb age of（316.9±2.4）Ma by LA-ICP-MS，which represents the eruption age.The andesite has a high Si（54.97%－63.80%）and alkali content，with relatively high Na（Na2O/K2O＞1）.Besides，high Al（Al2O3＝14.97%－17.69%）and Sr（715.98×10－6－2100×10－6）and low Y（12×10－6－18.41×10－6）and Yb（1.02×10－6－1.91×10－6）are also shown in this sample.The primitive mantle-normalized spider diagram of the andesite shows enriched LREE and depleted HREE,with slight positive Eu anomaly.The Mg#values range from 0.35 to 0.57,averagely 0.46.Generally speaking,this andesite belongs to the high-K calc-alkaline adakite（C-type adakite），which should originate from the partial melting of thickened basaltic lower crust. The discovery of this high-K calc-alkaline adakite in Zhalantun area provides a new clue for the amalgamation of Xinganling and Songnen massifs,which has a tectonic significance for understanding the regional crustal evolution,andtherefore is useful for locating the mineral deposits related to adakite.

adakite；geochemistry；Late Paleozoic；Middle Daxinganling；geologic implication

1671-1947（2016）03-0227-10

P588.14

A

2016－03－14；

2016-03-30.编辑：张哲.

中国地质调查局项目（No.1212011120664、1212011120665、1212011120666、12120113053900和1212011085210）.

张渝金（1984—），男，在读博士研究生，地层与古生物专业，工程师，主要从事区域地质调查工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区黄河北大街280号，E-mail//syzhangyujin@163.com