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内蒙古科右前旗一带梅勒图组火山岩U-Pb测年及地球化学特征

吴昊, 陈满, 龚全德, 曹元宝, 张力强, 刘学元, 杜士澍, 秦越强, 陈彪, 张钧贵, 孙浩, 郝森

吴昊, 陈满, 龚全德, 曹元宝, 张力强, 刘学元, 杜士澍, 秦越强, 陈彪, 张钧贵, 孙浩, 郝森. 2019: 内蒙古科右前旗一带梅勒图组火山岩U-Pb测年及地球化学特征. 地质通报, 38(11): 1836-1845.
引用本文: 吴昊, 陈满, 龚全德, 曹元宝, 张力强, 刘学元, 杜士澍, 秦越强, 陈彪, 张钧贵, 孙浩, 郝森. 2019: 内蒙古科右前旗一带梅勒图组火山岩U-Pb测年及地球化学特征. 地质通报, 38(11): 1836-1845.
WU Hao, CHEN Man, GONG Quande, CAO Yuanbao, ZHANG Liqiang, LIU Xueyuan, DU Shishu, QIN Yueqiang, CHEN Biao, ZHANG Jungui, SUN Hao, HAO Sen. 2019: A study of geochronology and geochemistry of volcanic rocks from Meiletu Formation in Horqin Right Wing Front Banner, Inner Mongolia. Geological Bulletin of China, 38(11): 1836-1845.
Citation: WU Hao, CHEN Man, GONG Quande, CAO Yuanbao, ZHANG Liqiang, LIU Xueyuan, DU Shishu, QIN Yueqiang, CHEN Biao, ZHANG Jungui, SUN Hao, HAO Sen. 2019: A study of geochronology and geochemistry of volcanic rocks from Meiletu Formation in Horqin Right Wing Front Banner, Inner Mongolia. Geological Bulletin of China, 38(11): 1836-1845.

内蒙古科右前旗一带梅勒图组火山岩U-Pb测年及地球化学特征

基金项目: 

中国地质调查局项目《内蒙古东部复兴屯、树木沟、特格乌拉、苑家街1:5万地质矿产综合调查》 12120115041901

详细信息
    作者简介:

    吴昊(1987-), 男, 硕士, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:wh61804@163.com

    通讯作者:

    陈满(1973-), 男, 硕士, 总工程师, 矿物学、岩石学、矿床学专业。E-mail:zhyym@163.com

  • 中图分类号: P597+.3;P588.14

A study of geochronology and geochemistry of volcanic rocks from Meiletu Formation in Horqin Right Wing Front Banner, Inner Mongolia

  • 摘要:

    通过对科右前旗一带梅勒图组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb定年和元素地球化学分析,获得梅勒图组安山质晶屑熔结凝灰岩及安山岩的喷发年龄分别为125.6±1.6Ma和120.2±2.2Ma,指示梅勒图组火山岩的形成时代介于120~126Ma之间,形成于早白垩世中期。岩石具有高的SiO2(60.4%~65.3%)和全碱(7.0%~9.5%)含量,铝饱和指数A/CNK为0.89~0.98,属于钾玄岩及高钾钙碱性系列;稀土元素总量为124×10-6~169×10-6,(La/Yb)N值为5.83~13.4,负Eu异常微弱(δEu=0.84~1.05);在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,样品富集Rb、Ba、Th、U、K、La、Nd,亏损Nb、Ta、P和Ti,Sr/Y值介于19.4~29.7之间。其岩石源区为富集地幔,岩浆上升过程中受到地壳物质的混染,岩石形成于板内伸展环境,其地球动力学背景可能与古太平洋板块的俯冲有关。

    Abstract:

    Through LA-ICP-MS zircon U-Pb dating and elemental geochemical analysis of Meiletu Formation volcanic rock in Horqin Right Wing Front Banner, the authors obtained the eruption ages of 125.6±1.6Ma and 120.2±2.2Ma for andesite crystallinoclasitc welded tuff and andesite in Meiletu Formation, indicating that the forming ages of Meiletu Formation volcanic rock are between 120 and 126Ma in the Early Cretaceous. The rock has high SiO2 (60.4%~65.3%) and total alkali content (7%~9.5%), with aluminum index A/CNK being 0.89~0.98, suggesting shoshonitic and high-K calc alkaline series; rare earths range from 124×10-6 to 169×10-6, and (La/Yb)N values are in the range of 5.83~13.4, with weak negative Eu anomalies (δEu=0.84~1.05); on the primitive mantle normalized trace element spider diagram, there exist enrichment of Rb, Ba, Th, U, K, La and Nd and depletion of Nb, Ta, P and Ti, with Sr/Y ratio between 19.4 and 29.7. The rock source area should be enriched mantle, and the magma was contaminated by crustal material during the process of magma rising. The rock was formed in an intraplate extensional environment, and its geodynamic background might have been related to subduction of paleo-Pacific plate.

  • 大兴安岭地区是中亚造山带的重要组成部分,古生代—中生代经历了多次板块拼合构造作用,使该区地质背景异常复杂,形成东北地区最大的火山岩带[1]。长期以来地质学家对该火山岩带进行了研究,对其成因有不同观点,如地幔柱成因[2-3]、与太平洋板块俯冲有关[4-8]、与鄂霍茨克洋演化有关[9-11]、裂谷作用[12]、边缘陆块型火山岩[13]等。前人对大兴安岭地区火山岩的研究较深入,但是对大兴安岭中南段科右前旗的一带研究相对薄弱,特别是对该地区梅勒图组的年代学及地球化学研究较少,制约了区域之间的对比及综合研究。本文通过对科右前旗一带梅勒图组安山岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年及主量微量元素分析,结合区域资料,探讨其形成时代、岩石属性及形成的地球动力学背景,为研究大兴安岭中生代火山岩提供素材。

    研究区古生代大地构造位置属于天山-兴蒙造山系中的大兴安岭弧盆系,三级构造单元为锡林浩特岩浆弧(图 1-a),中生代以来西伯利亚板块与华北板块主体已拼合为一个整体,本区主要受太平洋构造域和特提斯构造域的影响。区内地层主要为古生代及中生代地层(图 1-b),古生代地层自下而上依次为大石寨组、林西组及哲思组,总体为一套遭受变形变质的火山碎屑岩及沉积岩组合,岩性为变质砾岩、砂岩、灰岩及流纹质晶屑凝灰岩,夹部分火山熔岩,主要分布在区域东北部。中生代地层在区内广泛发育,自下而上依次发育土城子组、满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老祖和梅勒图组,主要为一套火山碎屑岩、火山熔岩及火山-沉积岩组合,岩性为凝灰岩、安山岩、凝灰质砂岩、砾岩等,相对新鲜。区内构造主要有断裂和褶皱构造,断裂主要为北东向、北西向及近南北向,北东向多为基底断裂,中生代以来再次活化;褶皱主要发育在古生代地层中。区内岩浆活动发育,均为白垩纪侵入体(待发表数据),岩性为正长斑岩、闪长玢岩、二长斑岩、花岗斑岩等。

    图  1  研究区大地构造位置(a)及地质简图(b)
    Figure  1.  Tectonic location (a) and simplified geological map (b) of the study area

    研究区梅勒图组大面积出露在研究区东南部老头山及老婆山一带,其岩性组合为安山岩、辉石安山岩、安山质晶屑熔结凝灰岩、凝灰质长石砂岩等。本次采取样品主要为安山岩及安山质晶屑熔结凝灰岩,2件样品用于测年,5件用于主量和微量元素测试。

    安山岩(图 2-a),岩石风化面呈锈褐色,新鲜面呈绿灰色,斑状结构,块状构造。斑晶主要由斜长石组成,粒径0.20~1.00mm,低正突起,一级灰干涉色,聚片双晶发育,弱绢云母化,约占30%;基质主要为隐晶质,约占68%;其余为副矿物,主要由磁铁矿组成,约占2%。岩石多发育气孔,局部被硅质充填构成杏仁体。

    图  2  梅勒图组火山岩显微照片
    a—安山岩(+);b—安山质晶屑熔结凝灰岩(+);Pl—斜长石;Opx—单斜辉石;Mgt—磁铁矿;(+)—偏光显微镜下的正交偏光
    Figure  2.  Microphotographs of Meiletu Formation volcanics

    安山质晶屑熔结凝灰岩(图 2-b),岩石风化面呈锈褐色,新鲜面呈灰紫色,晶屑熔结凝灰结构,块状构造。岩石主要由晶屑、塑性岩屑、火山尘等组成。晶屑主要由斜长石和黑云母构成,斜长石为淡褐色,聚片双晶发育,弱绢云母化,粒径介于0.5~ 2mm之间,约占15%;黑云母已脱色,片状,沿解理有铁质析出,弱黝帘石化,粒径介于0.3~1.5mm之间,约占5%;塑性岩屑呈土黑色,条状,两端撕裂状,长度一般2~12mm,约占8%,其余由隐晶质火山尘组成,约占72%。

    主量和微量元素分析测试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成,主量元素使用X-射线荧光分析(XRF),微量元素使用仪器为电感耦合等离子体质谱谱仪(ICP-MS法),实验过程中室内温度为20℃,相对湿度30%。主量元素分析误差优于3%,稀土和微量元素分析误差优于5%。

    锆石挑选和处理在廊坊区域地质调查研究所进行。锆石制靶及阴极发光图像制备在北京锆年领航科技有限公司完成,仪器为日本JEOL公司生产的JSM6510型扫描电子显微镜。锆石LA-ICPMS U-Pb定年在北京科荟测试有限公司完成,锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型MCICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。激光剥蚀所用斑束直径为25μm,频率为10Hz,能量密度约为2.5J/cm2,以氦为载气。信号较小的207Pb、206Pb、204Pb(+204Hg)、202Hg用离子计数器(multi-ion-counters)接收,208Pb、232Th、238U信号用法拉第杯接收,实现了所有目标同位素信号的同时接收且不同质量数的峰基本上都是平坦的,进而可以获得高精度的数据,均匀锆石颗粒的207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U测试误差(2σ)均为2%左右,对锆石标准的定年误差在1%(2σ)左右。LA-MC-ICP-MS激光剥蚀采样采用单点剥蚀的方式,数据分析前用锆石GJ-1调试仪器,使之达到最优状态,锆石U-Pb定年以锆石GJ-1为外标,U、Th含量以锆石M127(U含量为923 × 10-6,Th为439×10-6,Th/U值为0.475) [14]为外标进行校正。测试过程中每测定10个样品前后重复测定2个锆石GJ-1对样品进行校正,并测量1个锆石Plesovice,观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal程序[15],测量过程中绝大多数分析点的206Pb/204Pb>1000,未进行普通铅校正,204Pb由离子计数器检测,204Pb含量异常高的分析点可能受包体等普通铅的影响,对204Pb含量异常高的分析点在计算时剔除,锆石U-Pb谐和图用Isoplot 3.0程序获得[16]。详细实验测试过程参见侯可军等[17]

    本次分别对梅勒图组安山质晶屑熔结凝灰岩和安山岩样品进行了锆石U-Pb定年,锆石大部分为自形晶,多数呈长柱状,大小集中在40~170µm,长宽比介于1~4之间。阴极发光图像(CL)显示,锆石具清楚的生长韵律环带(图 3)。锆石的Th/U值为0.33~1.51,远大于0.1,与典型岩浆成因锆石的Th/U值一致[18]。结合其CL图像特征,认为这些锆石均为岩浆成因。2件样品的定年结果见表 1

    图  3  梅勒图组火山岩锆石阴极发光(CL)图像
    a—安山质晶屑熔结凝灰岩;b—安山岩
    Figure  3.  CL images of zircons from Meiletu Formation volcanics
    表  1  梅勒图组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果
    Table  1.  LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for the volcanic rocks of the Meletu Formation
    测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma
    Pb Th U 207Pb/206Pb±1σ 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ 207Pb/206Pb±1σ 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ
    01 9.44 171 349 0.49 0.0544±0.0035 0.1418±0.0098 0.01921±0.00044 387±146 135±9 123±3
    02 15.8 360 526 0.69 0.0542±0.0021 0.1466±0.0057 0.01976±0.00034 389±81 139±5 126±2
    03 11.79 191 357 0.54 0.0525±0.0042 0.1484±0.0130 0.02030±0.00062 306±177 141±12 130±4
    04 10.59 177 392 0.45 0.0506±0.0025 0.1397±0.0070 0.01993±0.00039 220±113 133±6 127±2
    05 7.04 106 293 0.36 0.0549±0.0036 0.1410±0.0086 0.01912±0.00042 409±148 134±8 122±3
    06 9.13 209 290 0.72 0.0548±0.0035 0.1401±0.0077 0.01964±0.00050 406±144 133±7 125±3
    07 22.7 517 741 0.70 0.0531±0.0021 0.1466±0.0061 0.01994±0.00039 332±91 139±5 127±2
    08 7.65 124 288 0.43 0.0522±0.0033 0.1394±0.0087 0.01934±0.00046 300±146 133±8 123±3
    09 5.29 69.3 211 0.33 0.0543±0.0040 0.1419±0.0102 0.01955±0.00053 383±167 135±9 125±3
    10 14.21 295 481 0.61 0.0557±0.0039 0.1463±0.0089 0.02005±0.00050 443±156 139±8 128±3
    11 6.66 117 267 0.44 0.0559±0.0036 0.1455±0.0192 0.01962±0.00048 456±146 138±8 125±3
    01 8.06 119 333 0.36 0.0520±0.0020 0.1332±0.0047 0.01877±0.00038 283±89 127±4 120±2
    02 20.6 191 463 0.41 0.0533±0.0016 0.2475±0.0083 0.03366±0.00077 346±67 225±7 213±5
    03 6.14 161 240 0.67 0.0492±0.0027 0.1371±0.0167 0.01910±0.00099 167±123 130±15 122±6
    04 29.9 77.8 765 0.10 0.0525±0.0009 0.2316±0.0050 0.03203±0.00062 309±6 212±4 203±4
    05 15.2 22.3 22.5 0.99 0.1587±0.0038 9.964±0.632 0.45496±0.02845 2442±41 2431±59 2417±126
    06 43.2 64.2 60.6 1.06 0.1643±0.0019 10.07±0.205 0.44372±0.00799 2502±19 2441±19 2367±36
    07 557 780 797 0.98 0.1598±0.0020 9.970±0.244 0.45229±0.01110 2454±22 2432±23 2405±49
    08 16.4 111 394 0.28 0.0544±0.0013 0.2460±0.0069 0.03279±0.00055 387±56 223±6 208±3
    09 8.07 236 302 0.78 0.0485±0.0017 0.1250±0.0049 0.01866±0.00034 124±83 120±4 119±2
    10 4.91 119 177 0.67 0.1124±0.0650 0.1257±0.0089 0.01951±0.00079 1839±1276 120±8 125±5
    11 13.6 207 545 0.38 0.0508±0.0013 0.1358±0.0031 0.01954±0.00042 232±57 129±3 125±3
    12 2.39 37.5 53.0 0.71 0.0549±0.0052 0.2413±0.0242 0.03157±0.00066 409±210 220±20 200±4
    13 4.85 95.6 203 0.47 0.0511±0.0020 0.1290±0.0060 0.01832±0.00043 256±95 123±5 117±3
    14 4.92 126 196 0.64 0.0520±0.0025 0.1333±0.0075 0.01850±0.00053 287±111 127±7 118±3
    15 201 176 306 0.58 0.1595±0.0072 9.881±0.292 0.44929±0.00803 2450±76 2424±27 2392±36
    16 182 205 268.6 0.76 0.1611±0.0018 10.12±0.275 0.45537±0.01127 2478±18 2446±25 2419±50
    17 102.6 132.5 151.6 0.87 0.1577±0.0019 9.793±0.211 0.45130±0.00986 2431±20 2416±20 2401±44
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    测年结果显示,安山质晶屑熔结凝灰岩11颗锆石的206Pb/238U年龄较集中,介于122~128Ma之间,在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图(图 4-a)上,所有数据点均落在谐和线上及其附近,谐和度较好,其206Pb/238U年龄加权平均值为125.6 ± 1.6Ma(MSWD=0.6)。

    图  4  研究区梅勒图组火山岩锆石U-Pb谐和图
    Figure  4.  U-Pb concordia diagrams of zircons from Meiletu Formation volcanic rocks in the study area

    安山岩17颗锆石的17个分析点年龄数据较分散,存在明显的3组年龄区间,分别为2431~ 2502Ma(n=6)、200~213Ma(n=4)和117~124Ma(n=7),其中前两组为捕获锆石年龄,予以剔除,后一组应为岩浆结晶年龄。在207Pb/235U-206Pb/238U谐和图(图 4-b)上,该组中7颗锆石的7个数据点均落在谐和线上及其附近,谐和度较好,其206Pb/238U年龄加权平均值为120.2±2.2Ma(MSWD=0.95)。

    该区梅勒图组火山岩具有相对高的SiO2和全碱含量(表 2),其SiO2含量为60.4%~65.3%,全碱(K2O+Na2O)含量为7.0%~9.5%,K2O/Na2O值介于0.47~1.10之间,MgO、CaO和TFeO含量分别为0.84%~2.02%、2.50%~4.92%及3.98%~6.21%,Mg#值介于27~37之间,铝饱和指数A/CNK为0.89~ 0.98。在火山岩TAS判别图解中,样品点主要落入粗面岩及粗面安山岩区,位于碱性与亚碱性分界线附近(图 5-a);在A/CNK-A/NK图解上,样品点均落入准铝质区(图 5-b);在Na2O-K2O判别图解中,样品点多落入钾质区(图 5-c);在SiO2-K2O图解(图 5-d)中,样品点全部落入钾玄岩及高钾钙碱性系列区。

    表  2  梅勒图组火山岩主量、微量及稀土元素分析结果
    Table  2.  Analyses of major, trace elements and REE for Meiletu Formation volcanic rocks
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    图  5  梅勒图组火山岩TAS图解(a)[19]、A/CNK-A/NK图解(b)[20]、Na2O-K2O图解(c)[21]和SiO2-K2O图解(d)[22]
    Figure  5.  TAS (a), A/CNK-A/NK (b), Na2O-K2O (c) and SiO2-K2O (d) diagrams for Meiletu Formation volcanic rocks

    稀土元素总量为124×10-6~169×10-6,Yb含量为2.06×10-6~2.88×10-6。在球粒陨石标准化稀土元素配分图解中,样品普遍具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损特征,轻、重稀土元素分馏程度明显,其(La/Yb)N值为5.83~13.4,曲线总体呈右倾型,负Eu异常微弱(δEu=0.84~1.05)(图 6-a),反映岩浆源区未经历明显的斜长石分离结晶作用。

    图  6  梅勒图组火山岩稀土元素配分曲线(a)和微量元素蛛网图(b)
    (标准化数值据参考文献[23-24])
    Figure  6.  Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) for Meiletu Formation volcanic rocks

    在原始地幔标准化微量元素蛛网图上,样品富集Rb、Ba、Th、U、K、La、Nd,亏损Nb、Ta、P和Ti(图 6-b),指示源区可能经历了独居石或金红石的分离结晶。岩石中Sr含量为383×10-6~636×10-6,Y含量为17.8×10-6~22.4×10-6,Sr/Y值较低,介于19.4~29.7之间,指示岩石不具埃达克岩特征。

    梅勒图组安山质晶屑熔结凝灰岩及安山岩进行的锆石定年结果显示,安山质晶屑凝灰岩形成年龄为125.6 ± 1.6Ma,安山岩形成年龄为120.2 ± 2.2Ma。由此说明,科右前旗一带梅勒图组火山岩形成时代为120~126Ma,形成于早白垩世中期。该年龄与科右中旗一带梅勒图组火山岩年龄(123~ 125Ma)近一致[25]。由于安山质晶屑熔结凝灰岩属于火山碎屑岩,而安山岩属于熔岩,测试结果显示安山质晶屑熔结凝灰岩老于安山岩形成年龄,说明梅勒图组火山喷发可能经历了喷发-溢流的正旋回。本次在安山岩中发现2431~2501Ma(n=6)的捕获锆石,其具有高的Th/U值(0.58~1.06),岩浆成因明显,说明测区存在古元古代结晶基底。

    前人研究认为,梅勒图组主要为一套中基性火山岩,局部地区为中酸性、酸性火山岩[26]。本次测试结果显示,科右前旗一带梅勒图组火山岩SiO2含量为60.4%~65.3%,金玲等[25]对科右中旗一带梅勒图组火山岩研究显示,其SiO2含量为52.0%~60.5%,说明兴安盟一带的梅勒图组火山岩主要为中酸性,与大兴安岭北段相比缺乏基性端元[27-28],指示大兴安岭南段和北段可能存在不同的岩浆源区[29]

    科右前旗一带梅勒图组火山岩明显富集大离子亲石元素(LILE),如Rb、Ba、Th、U、K和LREE(轻稀土元素),亏损高场强元素(HFSE),如Nb、Ta、P和Ti。大离子亲石元素及轻稀土元素的富集和高场强元素亏损,暗示岩浆可能来自地壳或富集型地幔源区。岩石的Rb/Sr值介于0.06~0.36(平均0.23),明显高于原始地幔(0.03)、E-MORB(0.033)和OIB(0.047)的Rb/Sr值[30],而又低于地壳岩浆的范围(>0.5)[31],说明岩浆来源于富集型地幔而非地壳。前人研究表明,钾质-高钾岩石主要起源于富集地幔(有来自消减带的水和LILE的加入)[21, 32-33],以上事实说明岩浆源区主要为富集地幔。但是鉴于岩石具有相对高的SiO2含量、亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti等,以及相对低的Mg#值(27~37),说明岩浆源区存在流体交代作用或岩浆上升途中受到地壳物质混染。吴华英等[34]研究认为, 受地壳混染的岩浆,其K2O/TiO2值与SiO2具有明显的线性关系,研究区火山岩的K2O/TiO2值与SiO2含量具有这种线性关系(图 7),说明岩浆上升过程中受到地壳物质的影响,这与岩石中含有大量捕获锆石一致。因此,科右前旗一带梅勒图组火山岩源区主要来自富集地幔,岩浆上升过程中受到地壳物质的混染。

    图  7  梅勒图组火山岩K2O/TiO2与SiO2相关性判别图[34]
    Figure  7.  SiO2-K2O/TiO2 diagram for Meiletu Formation volcanic rocks

    在火山岩TAS判别图中,样品点均落入碱性与亚碱性分界线附近(图 5-a);在Zr-Zr/Y相关图解(图 8-a)中,样品除1个点落入火山弧外,其余均落入板内玄武岩区;在Y-Sr/Y判别图解(图 8-b)中,样品点主要落入正常的岛弧火山岩区。以上事实表明,岩石形成的构造背景既有板内特征又具火山弧的印记。大量研究表明,西伯利亚板块与华北板块在华力西末期—印支期已完全拼合为一个整体[37-40],因此研究区在燕山期已完全处于板内环境,岩石具火山弧的特征可能为早期基底岛弧物质的反映。前人对大兴安岭中生代火山岩形成的动力学背景进行了大量的研究,总体认为其形成于伸展的构造环境,但是关于该伸展环境的成因目前争议较大,有地幔柱成因[2, 29, 41]、软流圈上涌[42]等机制。通过本次综合研究,认为梅勒图组火山岩的形成除与上述因素有关外,可能还与太平洋板块的俯冲有关。

    图  8  梅勒图组火山岩Zr-Zr/Y(a)[35]和Y-Sr/Y(b)[36]判别图
    WPB—板内玄武岩;MORB—大洋中脊玄武岩;IAB—火山弧玄武岩
    Figure  8.  Zr-Zr/Y (a) and Y-Sr/Y (b) diagrams for Meiletu Formation volcanic rocks

    研究区岩石均为钾质-高钾系列,其岩石源区为富集地幔(有来自消减带的水和LILE的加入),说明研究区深部可能存在俯冲消减带。孟恩等[43]通过东北地区早白垩世火山岩研究发现,在岩石化学特征上,靠近陆缘一侧(虎林—东宁—临江一线),早白垩世火山岩显示钙碱性组合,而靠近陆内一侧(如松辽盆地及以西地区)早白垩世火山岩显示双峰式火山岩组合的特征。基于这种空间分布特征,该区早白垩世梅勒图组火山岩的形成应与古太平洋板块的俯冲作用有关[44]。同时,最新的地质及地球物理资料显示,太平洋板块向欧亚板块俯冲始于晚侏罗世[45-46],说明在时间演化上也与梅勒图组火山岩喷发吻合。

    (1)研究区梅勒图组火山岩形成时代为120~126Ma,形成于早白垩世中期。

    (2)研究区梅勒图组火山岩具相对高的SiO2和全碱含量,其岩石源区为富集地幔,岩浆上升过程中受到地壳物质的混染。

    (3)研究区梅勒图组火山岩形成于板内伸展环境,其形成的地球动力学背景可能与古太平洋板块的俯冲有关。

    致谢: 野外工作得到武警黄金第四支队一中队全体官兵的帮助,测试过程中得到核工业北京地质研究院分析测试研究中心和北京科荟测试有限公司相关人员的帮助,审稿专家提出了建设性的修改意见,在此一并致以诚挚的感谢。
  • 图  1   研究区大地构造位置(a)及地质简图(b)

    Figure  1.   Tectonic location (a) and simplified geological map (b) of the study area

    图  2   梅勒图组火山岩显微照片

    a—安山岩(+);b—安山质晶屑熔结凝灰岩(+);Pl—斜长石;Opx—单斜辉石;Mgt—磁铁矿;(+)—偏光显微镜下的正交偏光

    Figure  2.   Microphotographs of Meiletu Formation volcanics

    图  3   梅勒图组火山岩锆石阴极发光(CL)图像

    a—安山质晶屑熔结凝灰岩;b—安山岩

    Figure  3.   CL images of zircons from Meiletu Formation volcanics

    图  4   研究区梅勒图组火山岩锆石U-Pb谐和图

    Figure  4.   U-Pb concordia diagrams of zircons from Meiletu Formation volcanic rocks in the study area

    图  5   梅勒图组火山岩TAS图解(a)[19]、A/CNK-A/NK图解(b)[20]、Na2O-K2O图解(c)[21]和SiO2-K2O图解(d)[22]

    Figure  5.   TAS (a), A/CNK-A/NK (b), Na2O-K2O (c) and SiO2-K2O (d) diagrams for Meiletu Formation volcanic rocks

    图  6   梅勒图组火山岩稀土元素配分曲线(a)和微量元素蛛网图(b)

    (标准化数值据参考文献[23-24])

    Figure  6.   Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams (b) for Meiletu Formation volcanic rocks

    图  7   梅勒图组火山岩K2O/TiO2与SiO2相关性判别图[34]

    Figure  7.   SiO2-K2O/TiO2 diagram for Meiletu Formation volcanic rocks

    图  8   梅勒图组火山岩Zr-Zr/Y(a)[35]和Y-Sr/Y(b)[36]判别图

    WPB—板内玄武岩;MORB—大洋中脊玄武岩;IAB—火山弧玄武岩

    Figure  8.   Zr-Zr/Y (a) and Y-Sr/Y (b) diagrams for Meiletu Formation volcanic rocks

    表  1   梅勒图组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果

    Table  1   LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data for the volcanic rocks of the Meletu Formation

    测点号 含量/10-6 Th/U 同位素比值 年龄/Ma
    Pb Th U 207Pb/206Pb±1σ 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ 207Pb/206Pb±1σ 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ
    01 9.44 171 349 0.49 0.0544±0.0035 0.1418±0.0098 0.01921±0.00044 387±146 135±9 123±3
    02 15.8 360 526 0.69 0.0542±0.0021 0.1466±0.0057 0.01976±0.00034 389±81 139±5 126±2
    03 11.79 191 357 0.54 0.0525±0.0042 0.1484±0.0130 0.02030±0.00062 306±177 141±12 130±4
    04 10.59 177 392 0.45 0.0506±0.0025 0.1397±0.0070 0.01993±0.00039 220±113 133±6 127±2
    05 7.04 106 293 0.36 0.0549±0.0036 0.1410±0.0086 0.01912±0.00042 409±148 134±8 122±3
    06 9.13 209 290 0.72 0.0548±0.0035 0.1401±0.0077 0.01964±0.00050 406±144 133±7 125±3
    07 22.7 517 741 0.70 0.0531±0.0021 0.1466±0.0061 0.01994±0.00039 332±91 139±5 127±2
    08 7.65 124 288 0.43 0.0522±0.0033 0.1394±0.0087 0.01934±0.00046 300±146 133±8 123±3
    09 5.29 69.3 211 0.33 0.0543±0.0040 0.1419±0.0102 0.01955±0.00053 383±167 135±9 125±3
    10 14.21 295 481 0.61 0.0557±0.0039 0.1463±0.0089 0.02005±0.00050 443±156 139±8 128±3
    11 6.66 117 267 0.44 0.0559±0.0036 0.1455±0.0192 0.01962±0.00048 456±146 138±8 125±3
    01 8.06 119 333 0.36 0.0520±0.0020 0.1332±0.0047 0.01877±0.00038 283±89 127±4 120±2
    02 20.6 191 463 0.41 0.0533±0.0016 0.2475±0.0083 0.03366±0.00077 346±67 225±7 213±5
    03 6.14 161 240 0.67 0.0492±0.0027 0.1371±0.0167 0.01910±0.00099 167±123 130±15 122±6
    04 29.9 77.8 765 0.10 0.0525±0.0009 0.2316±0.0050 0.03203±0.00062 309±6 212±4 203±4
    05 15.2 22.3 22.5 0.99 0.1587±0.0038 9.964±0.632 0.45496±0.02845 2442±41 2431±59 2417±126
    06 43.2 64.2 60.6 1.06 0.1643±0.0019 10.07±0.205 0.44372±0.00799 2502±19 2441±19 2367±36
    07 557 780 797 0.98 0.1598±0.0020 9.970±0.244 0.45229±0.01110 2454±22 2432±23 2405±49
    08 16.4 111 394 0.28 0.0544±0.0013 0.2460±0.0069 0.03279±0.00055 387±56 223±6 208±3
    09 8.07 236 302 0.78 0.0485±0.0017 0.1250±0.0049 0.01866±0.00034 124±83 120±4 119±2
    10 4.91 119 177 0.67 0.1124±0.0650 0.1257±0.0089 0.01951±0.00079 1839±1276 120±8 125±5
    11 13.6 207 545 0.38 0.0508±0.0013 0.1358±0.0031 0.01954±0.00042 232±57 129±3 125±3
    12 2.39 37.5 53.0 0.71 0.0549±0.0052 0.2413±0.0242 0.03157±0.00066 409±210 220±20 200±4
    13 4.85 95.6 203 0.47 0.0511±0.0020 0.1290±0.0060 0.01832±0.00043 256±95 123±5 117±3
    14 4.92 126 196 0.64 0.0520±0.0025 0.1333±0.0075 0.01850±0.00053 287±111 127±7 118±3
    15 201 176 306 0.58 0.1595±0.0072 9.881±0.292 0.44929±0.00803 2450±76 2424±27 2392±36
    16 182 205 268.6 0.76 0.1611±0.0018 10.12±0.275 0.45537±0.01127 2478±18 2446±25 2419±50
    17 102.6 132.5 151.6 0.87 0.1577±0.0019 9.793±0.211 0.45130±0.00986 2431±20 2416±20 2401±44
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    表  2   梅勒图组火山岩主量、微量及稀土元素分析结果

    Table  2   Analyses of major, trace elements and REE for Meiletu Formation volcanic rocks

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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-07
  • 修回日期:  2018-06-24
  • 网络出版日期:  2023-08-15
  • 刊出日期:  2019-11-14

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