Zircon U-Pb ages and geochemical characteristics of Late Mesozoic volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayanzi area of Da Hinggan Mountains and their tectonic significance
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摘要:
大兴安岭十八站-韩家园地区发育晚中生代基性-中酸性火山岩。选取粗面安山岩、粗面岩、流纹岩进行年代学和岩石地球化学研究。粗面安山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为125.2±0.9 Ma，为早白垩世火山作用的产物。岩石地球化学特征表明，中酸性火山岩属于高钾钙碱性-钾玄岩系列。岩石稀土元素总量∑REE=121.42×10-6~154.43×10-6，轻、重稀土元素分异明显（La/Yb）N=19.25~31.98，在稀土元素配分图上显示右倾型，除一个流纹岩样品具显著负Eu异常外，多数样品无明显Eu负异常（δEu=0.45~0.90）。岩石具弱富集大离子亲石元素Ba、Sr，明显亏损高场强元素Nb、Ta、Ti的特征。结合区域资料，认为十八站-韩家园地区早白垩世中酸性火山岩形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合机制下后碰撞伸展背景。粗面安山岩、粗面岩和流纹岩系同源岩浆部分熔融与结晶分异作用的结果，岩浆来源于受俯冲流体交代的富集岩石圈地幔。
Abstract:There exist a set of basic to intermediate-acid volcanic rocks in Shibazhan-Hanjiayuan area of Da Hinggan Mountains. In this paper, chronology and petrogeochemistry of trachyandensite, trachyte and rhyolite were discussed. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating of trachyandensite yielded an age of 125.2±0.9Ma, revealing that it was a product of the Early Cretaceous volcanism. Geochemical characteristics suggest this set of volcanic rocks should belong to high-K calc-alkaline to shoshonite series. Volcanic rocks possess characteristics of REE composition as follows:∑REE are 121.42×10-6~154.43×10-6, the fractionation between LREE and HREE is obvious with (La/Yb)N ranging from 19.25 to 31.98, the REE patterns show rightward inclining, and most samples present a weak Eu anomaly(δEu=0.45~0.90) except one rhyolite. The trace elements geochemistry is characterized by weak enrichment of LILE (Ba, Sr), accompanied by prominent negative HFSE(Nb, Ta, Ti). Combining previous regional achievements with this study, the authors have reached the conclusion that the Early Cretaceous intermediate-acid volcanic rocks were formed in a post-collision extension environment, which was related to closure of Mongolia-Okhotsk Ocean. Trachyandensite, trachyte and rhyolite were formed by partial melting and fractional crystallization of comagma, which was derived from an enrichment of lithospheric mantle and probably experienced metasomatism of subduction fluid.
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塔河县十八站、呼玛县韩家园地区位于大兴安岭北段，得尔布干断裂北端东侧。东北地区受到古（—中）生代古亚洲构造域和中—新生代蒙古-鄂霍茨克构造域，以及环太平洋构造域叠加作用影响[1-3]，在俯冲-碰撞造山、后造山环境背景下形成了一系列基性-中酸性火山岩，并伴有多期多金属成矿作用。前人对大兴安岭北段及其附近火山岩的岩石学、地球化学、同位素地球化学特征、火山岩时空分布及其与大地构造背景之间的关系等开展过深入研究[4-8]，同时对与之具有成因联系的多金属矿床成矿地质特征、时空分布与成矿系列、成矿规律等进行了系统归纳[9-12]。张兴洲等从多角度对区域大地构造及其演化进行了探讨[8, 13]。
虽然区域上研究较系统和深入，但在大兴安岭北段塔河—呼玛一带前人涉及[14-16]较少，尤其是缺乏新近岩石地球化学、年代学数据的报道。特别是近年来在黑龙江省大力开展区域地质矿产调查的大背景下，及时更新工作及研究成果，与时俱进，是生产单位和科研部门的共同责任。为此，本次选取十八站地区、韩家园地区中酸性火山岩为研究对象，基于1:5万区域地质矿产调查中宏观观察与微观研究，介绍了区域内火山岩岩石学、地球化学及年代学特征，初步探讨岩浆来源与演化，分析其可能形成的构造背景，以期为后续矿产勘查和研究工作提供参考依据。
1. 地质背景与岩相学特征
研究区大地构造位置处于天山-兴蒙造山带东段大兴安岭构造岩浆弧北段，黑龙江省大地构造单元分区的额尔古纳地块北东部。大兴安岭北段大地构造演化复杂而漫长，先后经历了古元古代基底形成、新元古代陆壳生长、新元古代末期板块裂解，古生代期间古陆块间的俯冲、拉张、拼贴碰撞，早中生代碰撞造山、晚中生代造山后伸展垮塌、大陆边缘弧后伸展等演化过程[5]，区域内构造发育，岩浆活动、火山活动多期多样。其中，古（—中）生代古亚洲洋构造域和中生代蒙古-鄂霍茨克洋构造域对本区影响作用最显著。
大兴安岭北部地层出露齐全（图 1）。主要包括元古宇兴华渡口群、落马湖群和佳疙瘩组[18]，寒武系额尔古纳河组和兴隆群，奥陶系和志留系海相碎屑岩、基性-中酸性火山岩和碳酸盐岩建造，泥盆系海相碎屑岩-碳酸盐岩夹中酸性火山岩建造和陆相类磨拉石建造，石炭系碳酸盐岩建造，二叠系海相、滨海相中-酸性火山岩和碎屑岩，三叠系陆相砾岩、砂岩和凝灰岩，侏罗系陆相碎屑岩、中基性火山岩、中酸性火山岩，白垩系中酸性火山岩和碎屑岩[10]。工作区地层出露相对简单，主要包括中元古界兴华渡口群和新生界第四系。兴华渡口群为本区古老基底，零星分布，岩性有云母片岩、石英片岩、斜长角闪岩、斜长片麻岩、变粒岩、浅粒岩等。第四系松散堆积物主要分布于呼玛河河谷及两侧阶地，多为砂、砾石及粘土。
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1—新生代沉积盆地；2—中生代地层；3—晚古生代地层；4—前寒武纪地层；5—燕山期花岗岩；6—印支期花岗岩；7—华力西期花岗岩；8—中生代陆相火山岩；9—地质界线；10—区域断裂；11—国界线；F1—塔源-漠河断裂；F2—得尔布干断裂；F3—头道桥-鄂伦春断裂；F4—二连-贺根山-黑河断裂；F5—嫩江断裂；F6—塔溪-林口断裂Figure 1. Tectonic subdivision of Northeast China and geological map of North Da Hinggan Mountains区内构造以断裂为主，主干断裂以北东向和北北东向为主，其次为北西向和北北西向（图 1）。总体上，主干断裂自北西向南东依次为塔源-漠河断裂（F1）、得尔布干断裂（F2）、头道桥-鄂伦春断裂（F3）、二连-贺根山-黑河断裂（F4）、嫩江断裂（F5）、塔溪-林口断裂（F6）。
大兴安岭北部岩浆活动强烈，主要形成于新元古代、兴凯-萨拉伊尔期、加里东期、华力西期、印支期和燕山期。工作区内古生代侵入岩及中生代火山岩十分发育。古生代侵入岩主要发育早—中寒武世闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩等，在工作区内出露面积较大。此外，研究区内还见有花岗斑岩、石英斑岩等岩脉。中生代火山岩主要发育早白垩世玄武岩、安山岩、粗面安山岩、粗面岩、流纹岩等。其中，基性玄武岩出露面积较小，主要见于新村幅北东部，中酸性火山岩主要分布于十七站幅西南部。晚中生代火山岩主要岩性特征分述如下。
粗面安山岩：深灰色，斑状结构，基质为交织结构、玻晶交织结构，块状构造。斑晶含量约15%，成分主要为斜长石、角闪石、黑云母等，斑晶少见辉石。斜长石自形板状，环带结构与聚片双晶发育，粒径0.8~4.0mm；角闪石半自形长柱状，粒径0.2~ 0.8mm，具暗化边，横切面可见近60°斜交解理，黄色-褐色多色性；黑云母自形片状，褐色-深棕色，一组解理，轻微绿泥石化蚀变，粒径0.2~1.0mm。基质中长石多呈定向排列，构成玻基交织结构（图 2-a、b）。
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图 2 十八站—韩家园地区火山岩显微照片Pl—斜长石；Bt—黑云母；Hb—角闪石；Qtz—石英Figure 2. Microphotographs of the volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area粗面岩：暗灰色，斑状结构，块状构造，基质多为粗面结构。斑晶含量约15%，成分主要为斜长石、碱性长石，黑云母次之。斜长石自形板状，卡钠联合双晶，局部熔蚀，粒径0.5~2.5mm，少见聚斑；黑云母自形片状，褐色-深褐色，存在绿泥石化蚀变，粒径0.5~1.5mm。基质主要由微晶透长石、碳酸盐矿物及隐晶质物质组成，构成交织结构或粗面结构（图 2-c）。
流纹岩：灰白色，斑状结构，流纹构造、块状构造。斑晶主要为钾长石和石英，含量约5%，基质为霏细结构、隐晶质结构等。钾长石斑晶粒径0.5~2.5mm，卡式双晶，存在高岭土化蚀变；石英斑晶为他形粒状，粒径0.3~1.0mm。基质主要由长英质矿物组成，颗粒形态和边界模糊，为霏细结构，局部可见基质脱玻化形成的球粒结构（图 2-d）。
2. 样品与分析方法
本次研究的样品采自黑龙江省1:5万矿调分幅中的十七站幅和新村幅，共5件，均为新鲜样品。选取其中1件粗面安山岩样品进行锆石U-Pb测年，取5件样品进行主量、微量元素分析。
对1件粗面安山岩样品进行锆石U-Pb同位素测年分析，采样位置为北纬52°11′22″、东经125°32′ 04″。锆石分选和制靶分别由河北省廊坊市宇能矿物分选公司实验室和北京凯德正科技有限公司完成。LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄测试在中国科学院地质与地球物理研究所多接收等离子质谱仪实验室完成，分析仪器为配有193nm ArF准分子激光剥蚀系统的Agilent 7500a型四极杆电感耦合等离子体质谱仪（Q-ICPMS），U-Pb同位素分馏以标准锆石91500为外部校正，以GJ为辅助标样。锆石UPb同位素比值由ICP-MS测定，比值采用Glitter（ver. 4.4，Macquarie University）程序，年龄计算与谐和图处理采用程序Isoplot 3.0。详细分析原理及方法见参考文献[19-20]。
对5件火山岩样品进行主量、微量元素分析。野外采集的样品首先在显微镜下进行薄片鉴定，样品经去风化壳-机械粉碎-研磨（200目）等程序后进行分析。主量、微量测试由核工业北京地质研究院分析测试中心完成。其中，主量元素在PW2404型荧光光谱仪（XRF）上进行，测试流程参照国家标准GB/T14506.14—2010，分析误差优于5%；微量元素分析采用ELEMENT XR型电感耦合等离子质谱仪（ICP- MS）完成，测试流程参照国家标准GB/ T14506.30—2010，分析误差优于10%。详细分析方法、分析精度等见参考文献[21-22]。
3. 分析结果
3.1 锆石U-Pb同位素年龄
本次从粗面安山岩中挑选出25颗锆石进行UPb同位素测定，测试结果列于表 1中。阴极发光图像显示（图 3-a），粗面安山岩中锆石多呈自形长柱状，少部分呈短柱状，长宽比介于1.5:1~4:1之间，可见岩浆锆石振荡环带结构。样品Th、U含量分别为42×10-6~850×10-6和60×10-6~416×10-6，Th/U值介于0.70~2.04之间（岩浆锆石Th/U值大于0.4）。粗面安山岩中锆石晶形特征与Th/U值指示其具有岩浆成因特征。
表 1 十八站—韩家园地区粗面安山岩锆石U-Th-Pb同位素数据及测年结果Table 1. U-Th-Pb isotopic compositions and dating results of zircons from Shibazhan-Hanjiayan area测点号 232Th 238U Th/U 同位素原子比率 同位素年龄/Ma 10-6 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ TW1-01 114 139 0.82 0.0491 0.0039 0.1298 0.0101 0.0192 0.0005 152 132 124 9 122 3 TW1-02 114 121 0.94 0.0508 0.0028 0.1397 0.0075 0.0199 0.0004 231 90 133 7 127 2 TW1-03 285 243 1.17 0.0517 0.0022 0.1384 0.0057 0.0194 0.0003 273 64 132 5 124 2 TW1-04 161 147 1.10 0.0497 0.0024 0.1365 0.0064 0.0199 0.0004 181 75 130 6 127 2 TW1-05 208 189 1.10 0.0509 0.0026 0.1395 0.0069 0.0199 0.0004 235 80 133 6 127 2 TW1-06 223 180 1.24 0.0502 0.0031 0.1366 0.0084 0.0197 0.0004 204 107 130 7 126 2 TW1-07 850 416 2.04 0.0505 0.0052 0.1350 0.0137 0.0194 0.0004 219 236 129 12 124 2 TW1-08 184 176 1.05 0.0493 0.0024 0.1353 0.0064 0.0199 0.0003 164 78 129 6 127 2 TW1-09 126 123 1.02 0.0493 0.0032 0.1357 0.0086 0.0200 0.0004 162 106 129 8 127 3 TW1-10 224 191 1.17 0.0486 0.0022 0.1298 0.0057 0.0194 0.0003 126 70 124 5 124 2 TW1-11 232 202 1.15 0.0503 0.0030 0.1394 0.0081 0.0201 0.0004 207 96 132 7 128 3 TW1-12 354 222 1.60 0.0529 0.0035 0.1410 0.0091 0.0193 0.0004 324 113 134 8 123 2 TW1-13 151 151 1.00 0.0488 0.0031 0.1324 0.0081 0.0197 0.0004 137 102 126 7 126 2 TW1-14 125 125 1.00 0.0499 0.0036 0.1347 0.0096 0.0196 0.0004 190 121 128 9 125 3 TW1-15 274 281 0.97 0.0488 0.0038 0.1316 0.0102 0.0196 0.0004 136 141 126 9 125 2 TW1-16 267 193 1.38 0.0495 0.0027 0.1367 0.0073 0.0200 0.0004 173 88 130 7 128 2 TW1-17 287 205 1.40 0.0488 0.0027 0.1301 0.0070 0.0193 0.0004 140 87 124 6 123 2 TW1-18 103 107 0.96 0.0488 0.0097 0.1243 0.0243 0.0185 0.0006 140 355 119 22 118 4 TW1-19 119 81 1.46 0.0470 0.0068 0.1203 0.0172 0.0186 0.0005 50 270 115 16 118 3 TW1-20 336 218 1.54 0.0486 0.0026 0.1295 0.0069 0.0194 0.0004 126 86 124 6 124 2 TW1-21 171 157 1.09 0.0502 0.0058 0.1364 0.0157 0.0197 0.0005 204 216 130 14 126 3 TW1-22 170 158 1.08 0.0486 0.0038 0.1307 0.0100 0.0195 0.0004 129 130 125 9 124 3 TW1-23 133 147 0.90 0.0486 0.0060 0.1357 0.0167 0.0203 0.0005 126 229 129 15 129 3 TW1-24 194 207 0.94 0.0486 0.0033 0.1309 0.0087 0.0195 0.0004 129 113 125 8 125 2 TW1-25 42 60 0.70 0.0487 0.0092 0.1328 0.0248 0.0198 0.0007 133 297 127 22 126 4 ![]()
图 3 十八站—韩家园地区粗面安山岩锆石阴极发光（CL）照片及U-Pb年龄谐和图Figure 3. CL images of zircons and zircon U-Pb concordia diagram of trachyandensite from Shibazhan-Hanjiayan area粗面安山岩25颗锆石206Pb/238U年龄值较接近，介于118~129Ma之间，在U-Pb谐和图（图 3-b）上，数据点落于谐和线上及其附近，交点年龄为129.0Ma（MSWD=0.25），206Pb/238U年龄加权平均值为125.2±0.9Ma（MSWD=0.94），表明粗面安山岩形成于早白垩世，代表了晚中生代火山活动的产物。
3.2 岩石地球化学特征
3.2.1 主量元素
5件火山岩样品的主量元素测试结果列于表 2。分析结果显示，粗面安山岩和粗面岩主量元素含量组成较一致，二者的SiO2含量为60.53% ~ 63.66%，TiO2含量为0.53% ~0.61%，Al2O3含量为15.36%~17.03%，TFe2O3含量为4.19%~4.66%，CaO含量为1.86% ~4.01%，MgO含量为2.06% ~2.39%，Na2O含量为4.03% ~4.94%，K2O含量为3.64% ~ 3.70%，Mg# =72.97~77.74。里特曼指数σ =3.21~ 3.50（平均值3.36），属于碱性-钙碱性岩石系列。分异指数（DI）为69.44~79.29，固结指数（SI）为14.57~15.92。
表 2 十八站—韩家园地区火山岩主量、微量和稀土元素组成Table 2. Major, trace and rare earth elements compositions of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area样品编号岩性名称 SXT1粗面安山岩 SXT24
粗面岩SXT26
流纹岩SXT11
流纹岩SXT17
流纹岩SiO2 60.53 63.66 72.22 69.4 71.69 TiO2 0.61 0.53 0.16 0.34 0.04 Al2O3 17.03 15.36 12.66 15.5 13.6 TFe2O3 4.66 4.19 0.73 2.59 0.3 FeO 1.36 1.22 0.58 1.3 0.26 CaO 4.01 1.86 2 1.75 1.08 MgO 2.06 2.39 0.52 0.81 0.24 MnO 0.07 0.07 0.01 0.05 0.01 K2O 3.64 3.7 5.03 3.64 6.15 Na2O 4.03 4.94 0.87 4.28 2.93 P2O5 0.22 0.17 0.03 0.15 0.02 烧失量 3.12 2.61 5.75 1.48 3.91 总计 101.34 100.69 100.55 101.3 100.23 Mg# 72.97 77.74 61.33 52.53 62.2 σ 3.21 3.5 1.17 2.35 2.83 DI 69.44 79.29 83.94 84.62 92.94 SI 14.57 15.92 7.26 7.21 2.5 Li 17.6 19.4 16.1 17.9 11.1 Be 1.64 1.95 1.33 2.24 1.76 Nb 8.15 7.7 8.16 26.8 32.3 Sc 8.78 7.78 1.44 3.63 13.7 Zr 158 126 107 99 199 Th 5.93 7.56 11.3 9.21 2.32 Sr 601 704 3271 657 1054 Ba 1440 1163 1517 1298 827 V 81.7 66.4 13.1 34.6 128 Co 12.7 11.6 0.26 5.17 26.8 Cr 41.5 45 7.99 38.8 151 Ni 16.1 20.3 2.48 16.4 63.8 Pb 19.6 18.6 27.3 18.8 27.5 Zn 75.2 59.3 18.7 56.2 105 W 0.432 0.423 1.01 0.564 0.242 Mo 0.952 0.409 0.29 0.857 0.924 Rb 61.8 88.7 119 99.8 36 Hf 4.35 3.77 3.28 3.45 4.76 Cs 0.538 2.05 7.66 1.94 0.455 Ga 18.7 18.8 13.6 19.7 22 U 1.46 1.45 2.86 2.17 0.59 Ta 0.59 0.546 0.636 0.824 0.371 La 35.7 30.4 34.8 36.6 33.8 Ce 62.8 54.9 53.7 65.7 63.7 Pr 7.61 5.93 5.56 7.46 8.04 Nd 27.9 21.3 18.2 26.8 32.3 Sm 4.52 3.71 2.86 3.81 5.58 Eu 1.05 0.852 0.363 0.986 1.39 Gd 3.5 2.74 1.86 2.66 3.88 Tb 0.506 0.395 0.297 0.391 0.551 Dy 2.45 1.87 1.52 1.76 2.42 Ho 0.461 0.342 0.294 0.293 0.429 Er 1.25 0.917 0.776 0.698 1.09 Tm 0.205 0.139 0.123 0.111 0.165 Yb 1.33 0.938 0.926 0.821 0.943 Lu 0.198 0.137 0.137 0.113 0.142 Y 13.2 9.08 8.44 8.28 11.5 ∑REE 149.48 124.57 121.42 148.2 154.43 δEu 0.78 0.78 0.45 0.9 0.87 (La/Yb)N 19.25 23.25 26.96 31.98 25.71 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量为10-6 相对于粗面安山岩和粗面岩，3件流纹岩样品具有较高的SiO2（69.40% ~72.22%）含量和K2O（3.64%~6.15%）含量，较低的TiO2（ 0.04%~0.34%）含量、Al2O3（12.66% ~15.50%）含量、TFe2O3（0.30% ~ 2.59%）含量、CaO（1.08%~2.00%）含量、MgO（0.24%~ 0.81%）含量和Na2O（0.87% ~4.28%）含量。Mg# = 52.53~62.20，里特曼指数σ=1.17~2.83，属于钙碱性岩石系列。DI为83.94~92.94，SI为2.50~7.26。从粗面安山岩、粗面岩到流纹岩，岩石TiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO和Na2O的含量明显降低，SiO2和K2O的含量显著升高，Mg#值与SI显著降低，DI明显升高。
在Harker图解（图 4）上，总体随SiO2含量的升高，MgO、TFe2O3、Al2O3、CaO和Na2O含量逐渐降低，构成较好的负相关性，K2O与SiO2构成不明显的正相关性，指示了岩浆结晶分异作用。样品经去烧失量和100%换算后应用火山岩全碱-硅（TAS）分类图解进行投图（图 5-a），5件火山岩样品投影点分别落入粗面安山岩、粗面岩和流纹岩区域。在岩石系列SiO2-K2O判别图解（图 5-b）中，5件火山岩样品投影点落入高钾钙碱性-钾玄岩区域。
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图 4 十八站—韩家园地区火山岩Harker图解Figure 4. Harker diagrams of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area![]()
3.2.2 稀土和微量元素
5件火山岩样品的稀土及微量元素测试结果列于表 2。分析结果显示，火山岩样品具有一致的稀土元素组成。稀土元素总量∑REE=121.42×10-6~154.43×10-6，其中轻稀土元素总量∑LREE=115.48×10-6~144.81×10-6，重稀土元素总量∑HREE=5.93×10-6~ 9.90×10-6，轻稀土元素相对于重稀土元素明显富集，轻、重稀土元素比值∑ LREE/∑ HREE=14.10~ 20.64。轻、重稀土元素分馏相对明显，(La/Yb)N= 19.25~31.98。粗面安山岩、粗面岩具有较弱的负Eu异常（δEu=0.78），1件流纹岩样品具显著的负Eu异常（δEu=0.45）。在稀土元素配分图（图 6）中，显示为轻稀土元素相对富集、重稀土元素相对平坦的右倾型。原始地幔标准化微量元素蛛网图（图 7）呈右倾型，表现为相对富集Ba、Sr等大离子亲石元素和稀土元素La、Gd等，明显亏损高场强元素Nb、Ta和Ti的特征。
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图 6 十八站—韩家园地区火山岩球粒陨石标准化稀土元素配分图（球粒陨石标准化数据据参考文献[25]）Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area![]()
图 7 十八站—韩家园地区火山岩原始地幔标准化微量元素蛛网图（原始地幔值据参考文献[25]）Figure 7. Primitive mantle-normalized trace elements patterns of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area4. 讨论
4.1 岩浆来源与源区特征
研究表明，高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf、Th及HREE不易受后期热液蚀变和低于角闪岩相变质作用的影响[26-27]，这些元素的含量、比值及相关图解常被用作岩浆源区的判别。岩石微量元素中富集K、Rb、Ba、Sr等大离子亲石元素（LILE），亏损Th、Nb、Ta、和Ti等高场强元素（HFSE），通常被认为是俯冲（消减）带幔源成因岩石的地球化学特征[28-31]，它们指示岩浆源区与俯冲板片派生的富水流体交代地幔楔有关[15, 32-34]。另外，典型的Nb、Ta和Ti亏损是判别岛弧构造环境的重要标志之一[28, 31-32, 35]。本次研究的粗面安山岩、粗面岩、流纹岩具有弱富集大离子亲石元素Ba、Sr，明显亏损高场强元素Nb、Ta和Ti的特征（图 7）。一般认为，与消减作用有关的玄武质岩石亏损Nb、Ta，富Th，Th/Ta值一般大于4，岛弧玄武岩通常大于3[26, 36]。本文分析数据显示，火山岩样品的Th/Ta平均值为11.82，指示成岩环境为俯冲消减带或岛弧环境。弧环境成因特征的岩浆La/Nb＞1.4[19, 37]，本文火山岩样品的La/Nb平均值为3.00，指示为弧环境的产物。这些证据共同指示十八站、韩家园地区中酸性火山岩来源于受俯冲流体交代的幔源岩浆，同时具有岛弧环境特征，这印证了岛弧型成因岩石与大洋板块俯冲消减作用间的内在成因联系[38-39]。
一般认为，原始地幔Nb/Ta值变化于15.5~19.5之间[40]，Zr/Hf值变化于34.27~38.27之间[41]，大陆地壳的Nb/Ta平均值约为11[42-43]，本文研究的中酸性火山岩的Nb/Ta值主要为12.83~32.52（平均18.32），整体高于大陆地壳，其平均值更接近原始地幔组成，Zr/Hf值变化于28.70~41.80（平均34.57），表明中酸性火山岩在岩浆来源上具有地幔亲缘性。前人研究认为，源于软流圈地幔的玄武岩的La/Nb＜1.5，La/Ta＜22，而岩石圈地幔来源玄武岩则与之相反[44]，本文测试数据显示，火山岩样品的La/Nb平均值为3.00，La/Ta平均值为61.29，指示研究区晚中生代火山岩岩浆来源于岩石圈地幔。研究认为，钾质、高钾质岩石主要起源于富集地幔[45-47]，富集岩石圈地幔来源的岩浆通常亏损高场强元素[48-50]，李曙光[51]指出，与交代富集岩石圈地幔有关的岩浆的La/Yb值大于30。本文研究的中酸性火山岩属于高钾钙碱性-钾玄岩系列，且具有明显亏损高场强元素Nb、Ta和Ti的特征，La/Yb平均值为35.45（大于30）。综上分析认为，十八站—韩家园地区中酸性火山岩岩浆来源于富集岩石圈地幔，幔源岩浆可能经历了俯冲板片脱水释放流体的交代作用，该结论得到塔河地区早白垩世火山岩Sr-Nd同位素证据的支持[15]。
稀土元素La、Yb与SiO2的含量关系[52]，以及La/ Sm-La图解常被用来判断岩浆分离结晶和部分熔融的演化过程。十八站、韩家园地区火山岩La、Yb与SiO2含量的相关性不明显，在La-La/Sm判别图解（图 8-a）上，La/Sm值与La含量构成一条陡倾斜直线，显示部分熔融的特征，在La-La/Yb判别图解（图 8-b）上，La/Yb与La形成一条倾斜直线，亦指示岩浆具有部分熔融的演化过程。此外，在Rb/ZrRb/Nb图解（图 8-c）中，火山岩样品投影点构成一条倾斜直线，同样指示部分熔融的特征，在Rb-Cr图解（图 8-d）中，岩浆演化趋势不明显，可能同时具有部分熔融和分离结晶的特征。
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Mg#值可以粗略指示岩浆结晶分异的程度。如果以Mg#=60~71作为初始未分异的岩浆[56]，本文数据显示，火山岩样品的Mg#值介于52.53~77.74之间，表明岩浆经历了一定程度的结晶分异作用。此外，主量元素分析结果表明，火山岩样品MgO、TFe2O3、FeO、Al2O3、CaO、Na2O的含量随SiO2含量的升高而减小，K2O的含量随SiO2含量的升高而增加。在Harker图解（图 4）上，前者大多构成明显的负相关性，后者构成较弱的正相关性，指示岩浆演化过程中的结晶分异作用。从粗面安山岩（69.44）、粗面岩（79.29）到流纹岩（83.94~92.94）岩浆分异指数逐渐升高，尤其是流纹岩较高的分异指数，表明岩浆演化过程中存在显著的结晶分异作用。众所周知，岩浆结晶分异过程中，一般由富镁向贫镁方向演化，残余熔浆的固结指数会迅速降低[39]。本区火山岩的固结指数较低，介于2.50~15.92之间，且从粗面安山岩、粗面岩到流纹岩明显降低，同样表明岩浆演化过程中存在显著的结晶分异作用。这与上述火山岩微量元素图解指示的岩浆部分熔融的特征并不矛盾。分析认为，部分熔融与结晶分异作用可同时存在于岩浆演化过程中，微量元素记载了更丰富的岩浆演化早阶段部分熔融的信息，主量元素则保留了更多岩浆演化后期结晶分异的证据。
前人研究认为，稀土元素La/Sm值不易受到岩浆结晶分异作用的影响，能够判断岩浆是否受到地壳物质的混染[57]。La/Sm＞4.5被认为是受到地壳混染[58]。本文测试数据显示，火山岩La/Sm平均值为8.78，而Ce/Pb平均值（3.82）远低于典型地幔范围（20~30[25]），更符合地壳组成特征（＜15[25]），Zr/Hf平均值（34.57）略低于原始地幔（36.27[41]），远高于大陆地壳值（11.00[41]）。上述特征均指示，火山岩岩浆受到地壳物质混染或岩浆组成有地壳成分参与。由于上地壳物质富含Th、U[43]，地壳混染势必造成岩石中Th、U含量升高。另外，地壳混染还可造成Hf的负异常[30, 39]。从微量元素原始地幔蛛网图（图 7）可以看出，研究区火山岩微量元素Th、U和Hf并无明显异常，暗示地壳的混染作用有限。
综上分析认为，大兴安岭十八站、韩家园地区中酸性火山岩岩浆来源于受俯冲流体交代的富集岩石圈地幔，粗面安山岩、粗面岩、流纹岩可能为同源岩浆演化的结果，岩浆演化过程经历了部分熔融与结晶分异作用。
4.2 大地构造意义
东北地区中生代主要经历了蒙古-鄂霍茨克洋和环太平洋构造域的叠加与改造作用[2, 5, 59-61]，区域火山作用频繁而强烈。许文良等[6]将东北地区中生代火山作用划分为6期，孟凡超等[7]等将其划分为5期。然而，关于区域构造体制开始与结束的时间、影响范围及其与火山作用之间的成因联系等一直存在较大争议。其中，区域构造演化分歧主要涉及到蒙古-鄂霍茨克洋闭合的时间与俯冲方向（如三叠纪—晚侏罗世[62-64]、早—中侏罗世[65-67]、晚侏罗世—早白垩世[68-71]，俯冲方向为向北俯冲[65, 72-73]、向南俯冲[2, 5, 74]、双向俯冲[66, 75]），以及环太平洋构造域开始的时间及其影响范围等（晚三叠世[76]、早—中侏罗世[2, 59, 77-78]、160~155Ma[11, 79]）。综合前人众多成果，笔者分析认为，蒙古-鄂霍茨克构造域最有可能开始于早二叠世，最终闭合于中—晚侏罗世，其俯冲方向可能具有双向性，初步判断环太平洋构造域对本区的影响开始于早—中侏罗世。
大兴安岭北段塔河十八站—呼玛韩家园一带，中生代主要产出玄武岩、安山岩、粗面安山岩、粗面岩、流纹岩、火山碎屑岩类等，岩石属于高钾钙碱性-钾玄岩系列。在Ta/Yb-Th/Yb构造环境判别图解（图 9-a）上，样品点主要落入活动大陆边缘区域；在Rb/30-Hf-3Ta（图 9-b）和（Y+Nb）-Rb判别图解（图 9-c）上，落入火山弧花岗岩区域；在SiO2- TFeO/(TFeO+MgO)判别图解（图 9-d）上，落入岛弧花岗岩+大陆弧花岗岩+大陆碰撞花岗岩、后造山花岗岩及其过渡区域，指示本区中酸性火山岩形成于活动大陆边缘或岛弧环境，与岩浆来源的认识一致。然而，这并不能简单地解释为火山岩的形成环境为活动大陆边缘或岛弧环境。分析认为，火山岩地球化学特征可能更多地记载了岩浆源区的信息。研究还发现，本区晚中生代中酸性火山岩与早古生代中酸性侵入岩（另文发表）具有相似的地球化学特征、岩浆来源及成岩环境。因此，笔者认为，晚中生代火山岩可能继承了早期洋壳俯冲或岛弧环境成因侵入岩的地球化学特征，这与周新华等[83]对塔河和西乌火山岩地幔源区特征的认识及张连昌等[33]对根河地区早白垩世火山岩的研究结论一致。一般认为，钙碱性岩浆起源于板块俯冲过程，碱性双峰式火山岩套与岩石圈的伸展作用有关[84]，而高钾钙碱性系列岩浆岩通常作为后碰撞岩浆活动的重要标志[19, 35, 85-86]，高钾钙碱性岩浆出现并向安粗质过渡，是造山过程演化到最后阶段的标志[87]。本次研究的火山岩属于高钾钙碱性到钾玄岩系列，出现粗面安山岩和粗面岩组合，暗示它们可能形成于造山晚期后碰撞环境。
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粗面安山岩锆石U-Pb年代学研究结果表明，其形成于125.2±0.9Ma，为早白垩世火山作用的产物，这与Wang等[88]报道的塔河地区火山岩122.3± 0.6Ma和125.6±0.9Ma的年龄吻合。结合区域上关于大地构造背景的讨论，蒙古-鄂霍茨克洋更可能闭合于中—晚侏罗世，早白垩世东北地区（大兴安岭北段）处于伸展构造环境几乎成为不争的事实，孟凡超等[7]、吕斌等[11]等从多角度收集证据并进行了探讨，本文不再赘述。有限的证据显示，环太平洋构造域更有可能开始于早—中侏罗世，许文良等[6]对其证据进行了阐述，同时认为古太平洋板块在早侏罗世、早白垩世晚期（106~133Ma）和晚白垩世（88~97Ma）对欧亚大陆存在3次俯冲作用，指出其影响范围主要分布于松辽盆地及其以东地区，而大兴安岭北段则处于蒙古-鄂霍茨克洋闭合背景下的后碰撞伸展阶段[7, 11, 65, 88-92]。区域上证据显示，早白垩世本区处于后碰撞伸展构造背景，与太平洋板块早白垩世晚期（106~133Ma）的俯冲背景相悖，且以其较远的空间距离（大于1500km）及早白垩世主体向北的运动方向[93]，基本可以认为太平洋板块斜向俯冲作用对本区早白垩世火山岩的形成影响很小。
同时期在大兴安岭中（南）段塔尔气地区[94-95]，大兴安岭中段[47]、大兴安岭北段[15, 33, 96]均有早白垩世火山岩产出，整体上具有相似的岩石组合、地球化学特征和较一致的成岩时代，尽管在岩浆来源与大地构造背景探讨时有差异，但多与蒙古-鄂霍茨克洋闭合相联系，形成于造山活动的伸展环境。另外，吕斌等[11]、张兴洲等[13]通过对中亚造山带东部岩浆热液矿床的研究，强调了蒙古-鄂霍茨克洋闭合对大兴安岭北段构造、岩浆和成矿的主导作用。结合区域构造背景与本文岩石地球化学证据，分析认为塔河十八站—呼玛韩家园一带早白垩世中酸性火山岩形成于伸展环境，是蒙古-鄂霍茨克洋向额尔古纳-兴安地块俯冲碰撞之后的后碰撞伸展背景下的产物，也为蒙古-鄂霍茨克洋向南俯冲提供了证据，与前人在区域上的认识[2, 5, 15, 97-98]一致。研究还认为，太平洋板块早白垩世俯冲及弧后伸展作用对本区影响作用不大，若其影响范围波及本区，其作用也更可能局限于动力学意义，而不具有物质贡献意义。
基于岩浆来源及大地构造背景的探讨，认为本区中酸性火山岩可能的形成过程为：在俯冲-碰撞挤压背景下，古生代古亚洲洋或（和）中生代蒙古-鄂霍茨克洋俯冲板块脱水释放的流体对其上覆岩石圈地幔进行交代，形成初始具有洋壳俯冲流体交代特征的幔源岩浆岩。中—晚侏罗世，蒙古-鄂霍茨克洋在本区闭合，于俯冲-碰撞机制下形成加厚的岩石圈地壳。早白垩世，区域内转入伸展环境，在拉张作用力下，加厚的下地壳发生减压拆沉，同时伴随软流圈地幔上涌，在壳幔作用机制下形成具有幔源组成和部分熔融演化特征的岩浆。伴随岩石圈拆沉作用的加剧和范围的扩大，深部岩浆上涌并于局部喷出地表，形成本区具有同源岩浆演化和伸展背景特征的早白垩世中酸性火山岩系列。
5. 结论
（1）大兴安岭十八站—韩家园地区发育一套基性-中酸性火山岩，岩性为玄武岩、安山岩、粗面安山岩、粗面岩、流纹岩及火山碎屑岩，它们具有相似的主量、微量元素组成特征，岩石属于高钾钙碱性-钾玄岩系列。
（2）中酸性火山岩为同源岩浆演化作用的产物，岩浆来源于受俯冲板片释放流体交代的富集岩石圈地幔，岩浆演化过程经历了部分熔融和结晶分异作用。
（3）粗面安山岩锆石U- Pb年龄为125.2 ± 0.9Ma，形成于早白垩世，是蒙古-鄂霍茨克洋闭合机制下后碰撞伸展环境的产物，早白垩世古太平洋构造域对本区的影响作用更可能局限于其动力学意义。
致谢: 在成文过程中桂林理工大学覃小锋教授给与了帮助，审稿专家为本文提出了详细的修改意见，帮助作者提高了本文的论证，在此一并表示衷心的感谢。 -
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图 1 东北地区构造分区及大兴安岭北部地质图（a，据参考文献[2, 6]修改；b，据参考文献[10, 17]修改）
1—新生代沉积盆地；2—中生代地层；3—晚古生代地层；4—前寒武纪地层；5—燕山期花岗岩；6—印支期花岗岩；7—华力西期花岗岩；8—中生代陆相火山岩；9—地质界线；10—区域断裂；11—国界线；F1—塔源-漠河断裂；F2—得尔布干断裂；F3—头道桥-鄂伦春断裂；F4—二连-贺根山-黑河断裂；F5—嫩江断裂；F6—塔溪-林口断裂
Figure 1. Tectonic subdivision of Northeast China and geological map of North Da Hinggan Mountains
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图 2 十八站—韩家园地区火山岩显微照片
Pl—斜长石；Bt—黑云母；Hb—角闪石；Qtz—石英
Figure 2. Microphotographs of the volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area
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图 3 十八站—韩家园地区粗面安山岩锆石阴极发光（CL）照片及U-Pb年龄谐和图
Figure 3. CL images of zircons and zircon U-Pb concordia diagram of trachyandensite from Shibazhan-Hanjiayan area
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图 4 十八站—韩家园地区火山岩Harker图解
Figure 4. Harker diagrams of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area
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图 6 十八站—韩家园地区火山岩球粒陨石标准化稀土元素配分图
（球粒陨石标准化数据据参考文献[25]）
Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area
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图 7 十八站—韩家园地区火山岩原始地幔标准化微量元素蛛网图
（原始地幔值据参考文献[25]）
Figure 7. Primitive mantle-normalized trace elements patterns of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area
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表 1 十八站—韩家园地区粗面安山岩锆石U-Th-Pb同位素数据及测年结果
Table 1 U-Th-Pb isotopic compositions and dating results of zircons from Shibazhan-Hanjiayan area
测点号 232Th 238U Th/U 同位素原子比率 同位素年龄/Ma 10-6 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ 207Pb/206Pb 1σ 207Pb/235U 1σ 206Pb/238U 1σ TW1-01 114 139 0.82 0.0491 0.0039 0.1298 0.0101 0.0192 0.0005 152 132 124 9 122 3 TW1-02 114 121 0.94 0.0508 0.0028 0.1397 0.0075 0.0199 0.0004 231 90 133 7 127 2 TW1-03 285 243 1.17 0.0517 0.0022 0.1384 0.0057 0.0194 0.0003 273 64 132 5 124 2 TW1-04 161 147 1.10 0.0497 0.0024 0.1365 0.0064 0.0199 0.0004 181 75 130 6 127 2 TW1-05 208 189 1.10 0.0509 0.0026 0.1395 0.0069 0.0199 0.0004 235 80 133 6 127 2 TW1-06 223 180 1.24 0.0502 0.0031 0.1366 0.0084 0.0197 0.0004 204 107 130 7 126 2 TW1-07 850 416 2.04 0.0505 0.0052 0.1350 0.0137 0.0194 0.0004 219 236 129 12 124 2 TW1-08 184 176 1.05 0.0493 0.0024 0.1353 0.0064 0.0199 0.0003 164 78 129 6 127 2 TW1-09 126 123 1.02 0.0493 0.0032 0.1357 0.0086 0.0200 0.0004 162 106 129 8 127 3 TW1-10 224 191 1.17 0.0486 0.0022 0.1298 0.0057 0.0194 0.0003 126 70 124 5 124 2 TW1-11 232 202 1.15 0.0503 0.0030 0.1394 0.0081 0.0201 0.0004 207 96 132 7 128 3 TW1-12 354 222 1.60 0.0529 0.0035 0.1410 0.0091 0.0193 0.0004 324 113 134 8 123 2 TW1-13 151 151 1.00 0.0488 0.0031 0.1324 0.0081 0.0197 0.0004 137 102 126 7 126 2 TW1-14 125 125 1.00 0.0499 0.0036 0.1347 0.0096 0.0196 0.0004 190 121 128 9 125 3 TW1-15 274 281 0.97 0.0488 0.0038 0.1316 0.0102 0.0196 0.0004 136 141 126 9 125 2 TW1-16 267 193 1.38 0.0495 0.0027 0.1367 0.0073 0.0200 0.0004 173 88 130 7 128 2 TW1-17 287 205 1.40 0.0488 0.0027 0.1301 0.0070 0.0193 0.0004 140 87 124 6 123 2 TW1-18 103 107 0.96 0.0488 0.0097 0.1243 0.0243 0.0185 0.0006 140 355 119 22 118 4 TW1-19 119 81 1.46 0.0470 0.0068 0.1203 0.0172 0.0186 0.0005 50 270 115 16 118 3 TW1-20 336 218 1.54 0.0486 0.0026 0.1295 0.0069 0.0194 0.0004 126 86 124 6 124 2 TW1-21 171 157 1.09 0.0502 0.0058 0.1364 0.0157 0.0197 0.0005 204 216 130 14 126 3 TW1-22 170 158 1.08 0.0486 0.0038 0.1307 0.0100 0.0195 0.0004 129 130 125 9 124 3 TW1-23 133 147 0.90 0.0486 0.0060 0.1357 0.0167 0.0203 0.0005 126 229 129 15 129 3 TW1-24 194 207 0.94 0.0486 0.0033 0.1309 0.0087 0.0195 0.0004 129 113 125 8 125 2 TW1-25 42 60 0.70 0.0487 0.0092 0.1328 0.0248 0.0198 0.0007 133 297 127 22 126 4 
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表 2 十八站—韩家园地区火山岩主量、微量和稀土元素组成
Table 2 Major, trace and rare earth elements compositions of volcanic rocks from Shibazhan-Hanjiayan area
样品编号岩性名称 SXT1粗面安山岩 SXT24
粗面岩SXT26
流纹岩SXT11
流纹岩SXT17
流纹岩SiO2 60.53 63.66 72.22 69.4 71.69 TiO2 0.61 0.53 0.16 0.34 0.04 Al2O3 17.03 15.36 12.66 15.5 13.6 TFe2O3 4.66 4.19 0.73 2.59 0.3 FeO 1.36 1.22 0.58 1.3 0.26 CaO 4.01 1.86 2 1.75 1.08 MgO 2.06 2.39 0.52 0.81 0.24 MnO 0.07 0.07 0.01 0.05 0.01 K2O 3.64 3.7 5.03 3.64 6.15 Na2O 4.03 4.94 0.87 4.28 2.93 P2O5 0.22 0.17 0.03 0.15 0.02 烧失量 3.12 2.61 5.75 1.48 3.91 总计 101.34 100.69 100.55 101.3 100.23 Mg# 72.97 77.74 61.33 52.53 62.2 σ 3.21 3.5 1.17 2.35 2.83 DI 69.44 79.29 83.94 84.62 92.94 SI 14.57 15.92 7.26 7.21 2.5 Li 17.6 19.4 16.1 17.9 11.1 Be 1.64 1.95 1.33 2.24 1.76 Nb 8.15 7.7 8.16 26.8 32.3 Sc 8.78 7.78 1.44 3.63 13.7 Zr 158 126 107 99 199 Th 5.93 7.56 11.3 9.21 2.32 Sr 601 704 3271 657 1054 Ba 1440 1163 1517 1298 827 V 81.7 66.4 13.1 34.6 128 Co 12.7 11.6 0.26 5.17 26.8 Cr 41.5 45 7.99 38.8 151 Ni 16.1 20.3 2.48 16.4 63.8 Pb 19.6 18.6 27.3 18.8 27.5 Zn 75.2 59.3 18.7 56.2 105 W 0.432 0.423 1.01 0.564 0.242 Mo 0.952 0.409 0.29 0.857 0.924 Rb 61.8 88.7 119 99.8 36 Hf 4.35 3.77 3.28 3.45 4.76 Cs 0.538 2.05 7.66 1.94 0.455 Ga 18.7 18.8 13.6 19.7 22 U 1.46 1.45 2.86 2.17 0.59 Ta 0.59 0.546 0.636 0.824 0.371 La 35.7 30.4 34.8 36.6 33.8 Ce 62.8 54.9 53.7 65.7 63.7 Pr 7.61 5.93 5.56 7.46 8.04 Nd 27.9 21.3 18.2 26.8 32.3 Sm 4.52 3.71 2.86 3.81 5.58 Eu 1.05 0.852 0.363 0.986 1.39 Gd 3.5 2.74 1.86 2.66 3.88 Tb 0.506 0.395 0.297 0.391 0.551 Dy 2.45 1.87 1.52 1.76 2.42 Ho 0.461 0.342 0.294 0.293 0.429 Er 1.25 0.917 0.776 0.698 1.09 Tm 0.205 0.139 0.123 0.111 0.165 Yb 1.33 0.938 0.926 0.821 0.943 Lu 0.198 0.137 0.137 0.113 0.142 Y 13.2 9.08 8.44 8.28 11.5 ∑REE 149.48 124.57 121.42 148.2 154.43 δEu 0.78 0.78 0.45 0.9 0.87 (La/Yb)N 19.25 23.25 26.96 31.98 25.71 注：主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量为10-6
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