根河地区玛尼吐组火山岩的年代学与地球化学特征

计向臣, 陆 胜

(黑龙江省第五地质勘查院， 哈尔滨 150090)

研究区位于大兴安岭北段西坡，关于该地区玛尼吐组火山岩学者们进行了大量的研究，探讨了其岩石成因和构造背景等问题[1-7]。大兴安岭地区玛尼吐组火山岩原始岩浆为地壳岩石的部分熔融，形成于造山后的岩石圈伸展构造环境，与蒙古-鄂霍茨克洋闭合有关[1,3,4]。大兴安岭地区玛尼吐组火山岩是加厚造山带下地壳部分熔融的产物，形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合碰撞阶段[2,5]。大兴安岭玻乌勒山地区玛尼吐组火山岩主要来源于受俯冲流体交代的地幔源区，火山活动与古亚洲洋或蒙古-鄂霍茨克洋俯冲有关[6]。大兴安岭温库吐地区该组火山岩形成与古太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲有关，岩浆来自于地壳[7]。

关于玛尼吐组火山岩的成因和构造背景仍存在不同的观点。笔者通过对研究区玛尼吐组火山岩的岩石地球化学和年代学的研究，探讨其形成时间、岩石成因及构造环境。

1 概 况

大兴安岭位于中亚造山带东段，其北面是西伯利亚板块，南面是华北板块[8]，大兴安岭从西向东依次为额尔古纳地块、兴安地块、松辽-锡林浩特地块(图 1)。

研究区位于大兴安岭北段西坡，古生代属西伯利亚板块(一级)，西伯利亚东南大陆边缘(二级)；中生代-新生代受东部太平洋板块向西俯冲的影响，属于滨太平洋陆缘构造带。区内地层主要为古生代、中生代地层和新生代松散堆积物，火山岩发育，断裂构造发育。

玛尼吐组主要分布在研究区西北部，分布相对集中，出露面积较大。岩性为杂色粗面质熔结凝灰岩、粗面质凝灰岩、粗安质凝灰熔岩、安山岩、安山质凝灰岩、安山质凝灰熔岩、英安岩、英安质凝灰岩及凝灰熔岩等。

2 年龄测定结果

对研究对区内粗面质含角砾岩屑晶屑熔结凝灰岩(TWS-9)进行了锆石U-Pb同位素测年，10个锆石分析点的加权平均年龄为138.0±4.3 Ma，见图2。将该地层定为下白垩统玛尼吐组，时代为早白垩世。

图2 U-Pb同位素测年谐和图和同位素测年加权平均Fig. 2 U-Pb Isotopic dating and Isotopic datingharmonic figure and weighted average figure

3 地球化学特征

3.1 稀土元素地球化学特征

稀土元素球粒陨石标准化分配曲线和微量元素原始地幔标准化蛛网如图3所示。研究区玛尼吐组火山岩的稀土丰度总量介于155.62×10-6～236.91×10-6，平均值为184.91×10-6，比陆壳平均值154.7×10-6略高。LREE/HREE值介于8.06～16.08，平均值10.40。(La/Yb)N值介于7.76～26.04之间，其平均值为11.43，见表1。由此可知轻重稀土元素分馏明显；δEu值为0.75～1.02，平均值为0.88，弱负铕异常；δCe值为0.90～0.99，平均值0.95，无Ce异常。在稀土元素配分图3a中，曲线表现右倾配分模式，轻稀土元素明显富集。

图3 标准化配分曲线和标准化蛛网Fig. 3 REE patterns and primary mantle trace element patterns

3.2 常量元素特征

研究区玛尼吐组火山岩的w(SiO2)介于60.35%～69.81%，平均值65.86%，属中酸性岩。w(K2O)为3.22%～7.46%，w(Na2O)为1.24%～4.34%，w(Na2O+K2O)为5.65%～9.28%，K2O与Na2O质量分数比值为0.80～4.34，显示出富钾的特征。w(CaO)为0.85%～3.22%，w(MgO)为0.16%～1.97%，w(TFeO)为1.84%～6.18%，w(Fe2O3)大于w(FeO)；w(TiO2)介于0.35%～1.14%；w(Al2O3)介于13.73%～17.35%；δ值(里特曼指数)为1.66～3.54，见表2。

表2 常量元素化学分析结果Table 2 Major element data

在TAS分类图上(图4a)，岩石样品绝大多数落入亚碱性粗面英安岩区域，个别样品落入粗安岩、安山岩、英安岩、流纹岩中。在TFeO-MgO-(Na2O+K2O)图解中(图4b)，绝大部分样品落在亚碱性系列中，个别样品落入拉班玄武岩系列。在SiO2-K2O图解中(图4c)，大部分投到钾玄岩系列区域，少数投到高钾钙碱性系列区域。在A/CNK-A/NK图解中(图4d)，样品均落入过铝质区域。其中，α=w(Al2O3)/w(CaO+Na2O+K2O),β=w(Al2O3)/w(Na2O+K2O)

图4 玛尼吐组火山岩分类图解Fig. 4 Classification diagram of volcanic rocks of Manitou Formation

主量元素特征反映了玛尼吐组火山岩属于过铝质高钾钙碱性-钾玄岩系列的中性-中酸性火山岩。

3.3 微量元素特征

玛尼吐组火山岩微量元素数据见表3，图3b为微量元素原始地幔标准化蛛网，由表3，图3b可以看出，大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U、K)相对富集，高场强元素(Nb、Ta、Sr、P、Ti)相对亏损。相对富集Rb、Th、U、K,而相对亏损Nb、Ta，表明岩浆来自于地壳；P的相对亏损可能与磷灰石的分离结晶或源区残留有关；相对亏损Ti与钛铁矿、金红石的分离结晶或源区残留有关。

表3 微量元素化学分析结果Table 3 Trace element data

4 讨 论

4.1 形成时代

1981年，黑龙江省区域地质调查第二队完成了《1∶20万根河幅、三河镇幅、库都尔幅等三幅区域地质调查》项目，将该地层划为上库力组第二岩段(J3S2)。内蒙古岩石地层清理将部分上库力组划为玛尼吐组。依据本次工作成果，认为本组主要由粗面质熔岩、粗面质碎屑熔岩、安山质熔岩及其碎屑岩、英安质熔岩及其碎屑岩组成，本组上限不清，下限整合覆盖在满克头鄂博组之上，参照《内蒙古自治区岩石地层》划分意见，本组地层岩石组合及上下接触关系等可与《内蒙古自治区岩石地层》定义的玛尼吐组对比。研究采集了玛尼吐组具有代表性的粗面质含角砾岩屑晶屑熔结凝灰岩进行测年工作。粗面质含角砾岩屑晶屑熔结凝灰岩的锆石为典型岩浆成因锆石，本次测年结果(138.0±4.3 Ma)为火山岩的形成年代，和玛尼吐组建组剖面的年龄(137 Ma)一致；由地层接触关系可知，早白垩世白音高老组不整合覆盖于该组地层之上，晚侏罗世满克头鄂博组位于其下部，与地质事实相吻合。综上所述，最终确定玛尼吐组火山岩形成于早白垩世。

4.2 岩浆来源

图5为岩石源区判别图解，其中，令γ=w(Na2O+K2O)/w(TFeO+MgO+TiO2),λ=w(Al2O3)/w(TFeO+MgO+TiO2)样品主要投到角闪岩部分熔融区域。

图5 玛尼吐组火山岩源区判别图解Fig. 5 Discriminant diagram of volcanic source area of Manituformation

研究区玛尼吐组火山岩w(SiO2)较高，介于60.35%～69.81%，平均值65.86%，较低的Mg#值，介于11～39，平均值26，w(Ni)平均值为6.33×10-6、w(Cr)平均值10.16×10-6、w(Co)平均值6.57×10-6，表明岩浆来自于地壳。火山岩样品微量元素比值Rb/Sr为0.21～1.46，平均值0.61，Rb/Nb为7.06～14.44，平均值10.31，均高于上地壳的平均值(0.32和4.5)(TaylorandMcLennan,1985)，进一步表明其岩浆源区主要为壳源岩浆。玛尼吐组火山岩的大离子亲石元素(Rb、Ba、Th、U、K)相对富集，高场强元素(Nb、Ta、Sr、P、Ti)相对亏损以及相对亏损Nb、Ta、Rb、相对富集Th、U、K，表明岩浆来自于地壳。综合分析认为，本区玛尼吐组中酸性火山岩来自于下地壳角闪岩部分熔融。

4.3 构造背景

玛尼吐组火山岩在Pearce(1996)的构造判别图解中(图6a)，全部落入后碰撞花岗岩区域；在R1-R2构造环境判别图解中(图6b)，绝大多数落入晚造山期花岗岩区域。

图6 玛尼吐组火山岩构造环境判别图解Fig. 6 Discriminant diagram of tectonic environment of volcanic rocks in Manitu Formation

研究区玛尼吐组粗面质含角砾岩屑晶屑熔结凝灰岩的锆石U-Pb年龄为138.0±4.3 Ma，结合区域构造演化认为，研究区玛尼吐组火山岩形成于碰撞后伸展的构造环境，与蒙古-鄂霍次克洋的闭合后加厚陆壳的拆沉作用有关。

5 结 论

通过对研究区内玛尼吐组火山岩进行的岩石地球化学和年代学的研究，同时，结合前人在本区和相邻区的研究成果，得出以下结论：

(1)研究区玛尼吐组火山岩的锆石具有典型的岩浆成因特征，其形成时间为138.0±4.3 Ma，该组火山岩形成时间于早白垩世。

(2)研究区玛尼吐组火山岩为过铝质高钾(钙)碱性-钾玄岩系列，大离子亲石元素和轻稀土相对富集以及高场强元素相对亏损，表明玛尼吐组火山岩岩浆来源于地壳。

(3)研究区玛尼吐组火山岩形成于蒙古-鄂霍次克洋的闭合后加厚陆壳的拆沉导致的岩石圈碰撞后伸展的构造环境。