大兴安岭北段上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩的厘定及其地质意义

赵胜金, 高利东，于海洋，朴丽丽，柳志辉，周颖帅，张 猛，张玉龙，杨海星，赵万莉

(1.中国地质大学(北京) 地球科学与资源学院，北京 100083；2.内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院，内蒙古 赤峰 024005)

1 概 述

本文的研究区位于大兴安岭北段西部，属于大兴安岭火山喷发带北段西部，位于额尔古纳岛弧，夹持于北侧的蒙古—鄂霍茨克缝合带与南侧的得尔布干断裂之间[1]。古生代—中新生代期间，依次经历了古亚洲洋构造域、蒙古—鄂霍茨克构造域和太平洋构造域的演化与多重影响[2-8]，地质构造较为复杂。

大兴安岭北部地区中生代火山岩大面积分布，尤以中侏罗世—早白垩世火山岩为主，而早侏罗世火山岩所见甚少。早侏罗世火山岩见有柴河组[9]及战备村组[10]，中侏罗世有塔木兰沟组，以中基性偏碱性火山岩为主；晚侏罗世火山岩以酸性、中性为主，填图单元归属为上侏罗统满克头鄂博组、玛尼吐组；早白垩世火山岩填图单元归属为下白垩统白音高老组、梅勒图组。晚侏罗世末期无基性火山岩已为大多数地质工作者所接受。笔者在大兴安岭北段西部开展的1∶5万新巴尔虎右旗乌音呼日乐庙地区区调填图过程中新发现一套早侏罗世末期基性火山岩(图1)。该套地层岩石组合与区内存在的早白垩世梅勒图期基性火山岩外貌相似，但两套地层体所测同位素年龄时代有差异，不具有可比性，排除了梅勒图期基性火山岩的可能性。且研究区均获得了梅勒图期、白音高老期锆石SHRIMP U-Pb年龄[9]，对该期火山岩的归属具有限定意义。这套基性火山岩与原上侏罗统依列克得组可对比，但伊列克得组已经取消。新发现的这一套早侏罗世末期基性火山岩目前无法归属到大兴安岭火山岩地层中，因其特殊性，笔者将其划分为非正式填图单元，即上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩。

2 建组剖面

哈日陶勒盖玄武岩主要集中出露于乌音呼日勒庙南东侧克鲁伦河南东，霍特林呼都格及勃迪木呼都格附近零散分布，面积约12.5 km2。本单元是在开展1∶5万填图过程中从中侏罗统塔木兰沟组中解体而来的一套具有特殊性的基性火山岩组合，地表呈北北东向带状展布，由内蒙古新巴尔虎右旗乌音呼日勒庙东南哈日陶勒盖实测剖面(PM16)控制。起点坐标X=20474612.26，Y=5375072.86。总体为一套单斜地层体，地表出露较全，控制厚度670.5 m，未见顶，底部角度不整合覆盖于中侏罗统塔木兰沟组之上(图2)。其地层层序如下：

下伏：中侏罗统塔木兰沟组 紫灰色粗安岩

由上述剖面可以看出：本区哈日陶勒盖玄武岩岩石组合为灰黑色、深绿灰色、紫褐色玄武岩、气孔(杏仁)状玄武岩、伊丁石化橄榄玄武岩。以气孔状玄武岩为划分韵律的起始层，共可划分出4个韵律：第1韵律由第1层开始至第2层结束，厚度231.5 m；第2韵律由第3层至第5层结束，厚度225.9 m；第3韵律层及第4韵律层均由单层气孔状玄武岩组成，厚度分别为231.6 m、119.4 m。其中第1个和第2个韵律相对完整，反映了火山活动的平静溢流、火山活动强度相对较弱的特征。

3 岩石学特征

哈日陶勒盖玄武岩从矿物成分看主要为橄榄玄武岩、玄武岩，以块状构造、少气孔杏仁状构造为主，露头可见球形风化(图3(a)和(b))。岩石呈灰黑色、深绿灰色、紫褐色，具斑状结构，(少量)气孔(杏仁)状构造，基质具间粒结构或间粒间隐结构。主要矿物成分有斜长石、橄榄石、辉石等，副矿物为磁铁矿，次生矿物有蛇纹石、伊丁石等。

图1 研究区地质简图(a)[11]及区域构造位置图(b)[12]Fig.1 Simplified geological (a) and tectonic (b) map of the study area1.第四系全新统冲积; 2.第四系全新统湖积; 3.第四系全新统残坡积; 4.新近系中新统呼查山组; 5.白垩系下统大磨拐河组; 6.白垩系下统梅勒图组; 7.白垩系下统白音高老组; 8.侏罗系上统哈日陶勒盖玄武岩; 9.侏罗系上统玛尼吐组; 10.侏罗系上统满克头鄂博组; 11.侏罗系中统塔木兰沟组; 12.侏罗系下统柴河组; 13.下三叠统哈达陶勒盖组; 14.晚三叠世微细粒斑状二长花岗岩; 15.晚三叠世细粒黑云母二长花岗岩; 16.早三叠世(糜棱岩化)花岗闪长岩; 17.中二叠世(压碎)细中粒二长花岗岩; 18.脉岩; 19.地质界线; 20.断层; 21.正断层; 22.左行正断层; 23.逆断层; 24.平移断层;25.韧性剪切带; 26.隐伏或物探推测断层；27.剖面位置及编号；F2.得尔布干断裂

图2 大兴安岭北段新巴尔虎右旗乌音呼日勒庙东南上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩实测剖面图 Fig.2 Geological cross-section of the Haritaolegai Formation basalt in the southeast of Wuyinhurilemiao, Xinbarehuyouqi region, northern Da Hinggan Mountains1.粗安岩; 2.辉石粗安岩; 3.玄武岩; 4.气孔状玄武岩; 5.伊丁石化橄榄玄武岩; 6.塔木兰沟期次石英粗安岩; 7.中侏罗统塔木兰沟组; 8.上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩; 9.剖面方位; 10.不整合界线; 11.层号

图3 哈日陶勒盖玄武岩露头及显微照片Fig.3 Field outcrop photos and thin section microphotographs of the Haritaolegai Formation basaltic rocks(a)—(b)野外露头照片及风化特征；(c)—(d)正交偏光照片：Pl.斜长石；Or.橄榄石； Cpx.单斜辉石

典型岩石描述如下。

碱性橄榄玄武岩：斑状结构，斑晶主要为中基性斜长石(15%)，其次有伊丁石化橄榄石(4%)。斜长石呈板柱状或长柱状，新鲜无蚀变，具聚片双晶，部分颗粒具发育的环带结构；伊丁石呈粒状或柱状，原为橄榄石，斑晶粒径在0.2～1.2 mm之间。基质具间粒间隐结构，斜长石微晶呈长条状，粒径0.1～0.3 mm，新鲜，具聚片双晶，杂乱分布，组成不规则三角间隙。其中分布脱玻化物及粒径小于0.1 mm的粒状辉石、伊丁石化橄榄石、磁铁矿等(图3(c))。

玄武岩：斑状结构，斑晶主要为单斜辉石(5%)及基性斜长石(2%)。单斜辉石近无色，正高突起，柱状，粒径0.3～1.4 mm，斜消光，消光角大，干涉色可达二级蓝绿色，可能为普通辉石。基性斜长石呈板柱状，0.3～0.5 mm，新鲜，具聚片双晶，含量2%。基质中，基性斜长石呈长条状，粒径0.2～0.5 mm，新鲜，具聚片双晶，杂乱分布，组成不规则的三角间隙，含量64%。单斜辉石近无色，正高突起，粒状，0.05～0.2 mm，可能为普通辉石，含量25%。副矿物不透明，为粒状或板状，粒径0.05～0.4 mm，可能为磁铁矿和钛铁矿，含量4%(图3(d))。

4 测试方法

本次选取的测年样品采自哈日陶勒盖玄武岩，地理坐标为116°39′53″、 48°32′58″。采集的样品在河北省廊坊峰泽源岩矿检测技术实验室采用常规方法进行粉碎，并用强磁选和电磁选方法进行分选，在双目镜下挑选出晶形较好、无明显裂痕和包体的锆石颗粒。锆石制靶、透射光、反射光及阴极发光图像采集、样品定年测试在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心完成，测试仪器为SHRIMP(Sensitive High Resolution Ion MicroProbe)仪，具体分析测试方法见宋彪[13]。

表1 哈日陶勒盖期玄武岩主量元素、微量元素及稀土元素分析结果

注：主量元素单位为%，微量元素和稀土元素单位为10-6；固结指数(SI)=MgO×100/(MgO+FeO+F2O3+Na2O+K2O) (%)；分异指数(DI)=Qz+Or+Ab+Ne+Lc+Kp(CIPW标准矿物含量)；碱度率(AR)=[Al2O3+CaO+(Na2O+K2O)]/[Al2O3+CaO-(Na2O+K2O)] (%)；当SiO2>50%，1

样品主量元素分析测试在内蒙古自治区第十地质矿产勘查开发院完成，分析使用GGX-610原子吸收分光光度计、T6新悦可见光分光光度计及SRJX8-13箱式电阻炉，各项相对偏差及相对偏差允许限符合《地质矿产实验室测试质量管理规范》。微量和稀土元素分析测试在华北有色地质勘查局燕郊中心实验室完成，采用Thermo ICP-6000电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)完成，微量稀土元素分析结果在检出限三倍以内时相对标准偏差≤40%，在检出限三倍以上时相对标准偏差≤25%。

5 测试结果

5.1 常量元素特征

哈日陶勒盖期玄武岩岩石化学成分及其主要参数见表1。其主要化学成分特征描述如下：与中国玄武岩(迟清华等[14])平均化学成分相对比，SiO2含量47.95%～52.69%、均值50.89%，Al2O3含量14.79%～16.60%、均值15.59%，总体略高；Fe2O3含量2.48%～5.59%、均值4.18%，总体略低；MnO含量0.11%～4.48%、均值0.16%，FeO含量3.71%～7.90%、均值5.61，TiO2含量1.20%～2.57%、均值1.90， MgO含量2.78～9.48%、均值5.31，明显偏低；Na2O+K2O含量均值为5.15%，整体略高。显示出该组火山岩具基性、偏碱性特征。

分异指数(DI)为16.19～39.36，均值为30.94；固结指数(SI)为0.38～39.29，均值为21.96，显示岩浆结晶分异程度较低。在SiO2-(Na2O+K2O)(TAS)图解中样品落入玄武岩区(B)和玄武粗安岩区(S2)(图4)，显示该期火山岩具基性偏碱性的特点，岩石系列属亚碱性系列，接近碱性区。在SiO2-K2O图解中主体落入高钾钙碱性系列(图5)，综合分析该火山岩属略偏碱性的高钾钙碱性火山岩。

图4 哈日陶勒盖期玄武岩TAS图解Fig.4 TAS classification diagram of the Haritaolegai Formation basaltic rocksB.玄武岩；01.玄武安山岩； S1.粗面玄武岩；S2.玄武粗安岩

图5 哈日陶勒盖期玄武岩SiO2-K2O岩石系列划分图Fig.5 SiO2-K2O discrimination diagram for the Haritaolegai Formation basaltic rocks

5.2 稀土元素特征

哈日陶勒盖期玄武岩稀土元素含量见表1。稀土元素总量(ΣREE)为169.79～436.02×10-6，均值为319.83，为较高丰度型；LREE/HREE值为7.24～14.02，均值为11.64。稀土配分曲线右倾(图6)，斜率较大，属轻稀土富集型；δEu均值为0.78，配分曲线Eu处略呈“谷”状，略具有Eu负异常。上述特征显示，岩浆经历的结晶分离作用不强。

图6 哈日陶勒盖期玄武岩稀土元素配分模式图(标准化数据据文献[15])Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns of the Haritaolegai Formation basaltic rocks

图7 哈日陶勒盖期玄武岩微量元素蛛网曲线图(标准化数据据Wood，转引自文献[16])Fig.7 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram for the Haritaolegai Formation basaltic rocks

图8 哈日陶勒盖玄武岩锆石阴极发光图和测点号Fig.8 Zircon CL images of zircon and laser spots of the Haritaolegai Formation basaltic rocks

样品点号206Pbc/%U/10-6Th/10-6232Th/238U206Pb/10-6207Pb/206Pb207Pb/235U206Pb/238U(206Pb/238U)年龄/MaD1764-2-1.1—1071311.261.980.087 0±0.002 400.269±0.002 400.022 34±0.000 34142.5±4.7D1764-2-2.11.011221971.672.890.048 6±0.000 590.183±0.000 680.027 30±0.000 34173.7±5.7D1764-2-3.10791151.511.500.069 1±0.001 100.213±0.001 100.022 30±0.000 22142.2±3.1D1764-2-4.10.757062740.4022.900.051 5±0.000 340.266 1±0.000 370.037 47±0.000 14237.2±3.3D1764-2-5.14.091943291.754.130.048 0±0.002 100.158±0.002 100.023 77±0.000 21151.4±3.1D1764-2-6.15.175625771.0612.200.050 1±0.001 400.165±0.001 400.023 90±0.000 17152.2±2.6D1764-2-7.18.641581761.153.450.067 0±0.002 400.215±0.002 400.023 18±0.000 27147.7±3.9D1764-2-8.15.219671 4061.5018.000.049 1±0.001 100.139±0.001 100.020 54±0.000 18131.1±2.3D1764-2-9.17.706568041.2714.100.050 2±0.001 900.159±0.001 900.023 02±0.000 20146.7±2.9D1764-2-10.10.511282061.662.440.079 3±0.001 100.242±0.001 100.022 11±0.000 19141.0±2.7D1764-2-11.10.24921041.161.870.060 0±0.001 700.194±0.001 700.023 52±0.000 24149.8±3.6D1764-2-12.113.0245621.441.000.095 0±0.004 100.300±0.004 100.022 80±0.000 52145.3±7.5D1764-2-13.11.361592131.383.150.057 8±0.000 780.181±0.000 810.022 79±0.000 20145.3±2.9

图9 哈日陶勒盖玄武岩锆石U-Pb谐和图Fig.9 Zircon U-Pb concordia plot of the Haritaolegai Formation basaltic rocks

5.3 微量元素特征

微量元素分析结果见表1。岩石样品的微量元素蛛网曲线图型式一致性较好(图7)，反映岩石的母岩浆应该具有同源性。岩石中Sr略低，富集大离子亲石元素Rb、K、Ba，亏损高场强元素Nb、Ti。

5.4 锆石SHRIMP U-Pb 年龄

对样品进行锆石U-Pb 同位素分析。样品锆石CL图像显示，锆石颗粒晶型较好，具岩浆成因的振荡生长环带结构(图8)，为岩浆成因锆石。

D1764-2样品采自露头较好、岩石新鲜处，岩相学鉴定为橄榄玄武岩，地球化学成分为玄武岩。10 个锆石测点均位于U-Pb 谐和线上，206Pb/238U年龄加权平均值为(146.7±3.1) Ma(MSWD=1.7)，代表岩浆结晶年龄(图9，测试数据见表2)。其时代归属为晚侏罗世末期。

6 讨 论

6.1 形成时代

通过橄榄玄武岩(样品D1764-2)的锆石CL图像(图 9)可以看出，锆石具有岩浆振荡生长环带，结合其较高的Th/U比值(0.24～1.55)，分析认为它们均是岩浆结晶作用的产物，所测定的年龄应代表了火山岩的形成时代。锆石U-Pb定年结果显示，13个锆石测点仅有3个分散的年龄点，其余10 个锆石测点均位于U-Pb谐和线上，年龄数据较为可靠；所测定的橄榄玄武岩的年龄为(146.7±3.1) Ma(MSWD=1.7)，为晚侏罗世末期。

从研究区哈日陶勒盖玄武岩与其它地质体的接触关系看，其角度不整合覆盖于中侏罗统塔木兰沟组粗安岩之上，喷发不整合于上侏罗统满克头鄂博组流纹质火山碎屑岩之上(锆石U-Pb定年为162～156 Ma)[9]，与其它中生代火山岩未见直接接触。研究区存在晚侏罗世—早白垩世火山岩，上侏罗统玛尼吐组及下白垩统白音高老组、梅勒图组的锆石U-Pb定年为分别153.5 Ma(与北侧临幅私人通信)、137.1 Ma、130.6 Ma[9]。限定了不能用岩石学对比方法将哈日陶勒盖玄武岩归入下白垩统梅勒图组，而其岩石组合及年代学也不同于上侏罗统玛尼吐组。

目前，在大兴安岭地区地层清理后的地层柱中无晚侏罗世末期的基性火山岩地层[17-18]。本文厘定的哈日陶勒盖玄武岩岩石组合及其岩石学特征具有特殊性，与区域上的中性火山岩在年龄及岩石组合上不具有对比性，又无法归入目前在大兴安岭地区建立的火山岩地层中。根据上述因素，结合目前地层划分情况，笔者将此套岩石组合归为非正式单元，命名为上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩(J3h)，时代为晚侏罗世末期。

6.2 地质意义

前人对大兴安岭北部中生代火山岩的地球化学[19-23]及年龄做了大量的工作[6,9,24-30]，这些年龄数据反映大兴安岭北部地区火山活动集中在晚侏罗世到早白垩世。而处于大兴安岭北段西侧的满洲里新巴尔虎右旗中生代火山岩却缺乏可靠的年龄研究，笔者所在的项目组基于1∶5万区调工作进行了系统的测年工作，采用了一致的工作手段和方法，建立了新巴尔虎右旗地区中生代火山岩的年代学格架[9]，并发现一些“特殊”的火山岩地层[31]。本文的上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩即为其中之一，其锆石SHRIMP U-Pb年龄为(146.7±3.1) Ma。该年龄值在前人研究中已有报道，新巴尔虎右旗西南部的粗安岩锆石SHRIMP U-Pb年龄为(149.5±1.7) Ma[22]，呼伦湖西岸灵泉盆地取得的粗安岩锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为(146±2) Ma[25]，但这些研究未对地层归属进行讨论。满洲里1∶20万新巴尔虎右旗幅相关资料[32]定义有上侏罗统伊列克得组(J3y)，其岩石组合为玄武岩、橄榄玄武岩等，但缺少可靠年龄依据。本文上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩与1∶20万新巴尔虎右旗幅划定的伊列克得组的岩石组合一致，与伊列克得组原始定义相符，当属同一地层层位。与哈日陶勒盖期玄武岩相当的伊列克得组玄武岩形成于板内大陆裂谷环境[33]，二者形成的构造环境是一致的。而目前大兴安岭或内蒙古岩石地层中已无上侏罗统伊列克得组，在岩石地层清理过程中已经将其归入下白垩统梅勒图组，置于白音高老组之上。本文厘定的哈日陶勒盖玄武岩非正式单元与上侏罗统伊列克得组实则为同物异名，因目前伊列克得组已经取消并停止使用，因此本文建立非正式单元，以引起地质工作者的注意。上侏罗统伊列克得组的使用值得商榷，但本文认为大兴安岭北段存在晚侏罗世基性火山岩地层是合理的。结合本文资料，该组建立依据可靠，应当为上侏罗统伊列克得组正名，建议恢复上侏罗统伊列克得组，其原始定义可以保留。

本文所厘定的晚侏罗世基性火山岩地层——上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩，代表了晚侏罗世一次基性岩浆活动事件，有其特定的地质意义。通过本文的分析及笔者所在项目组的工作成果可见，随着地质工作调查程度及测试手段的深入，大兴安岭地区新的火山岩地层时有出现[9-10,31]，过去较为单一的火山岩地层对比、归并应该慎重，在系统的区域地质调查基础上，要综合考虑区域构造、区域地层、高精度测年等其它因素，合理地划分地层。

7 结 论

(1)大兴安岭北段新巴尔虎右旗地区新建立上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩非正式填图单元。

(2)上侏罗统哈日陶勒盖玄武岩的厘定说明大兴安岭地区存在晚侏罗世基性火山活动事件，为中生代构造岩浆活动的研究及中生代火山岩地层划分对比提供了新资料。

(3)建议恢复上侏罗统伊列克得组，保留其原始定义。