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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (5): 881-894  
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高龙飞, 和钟铧, 隋振民, 陆凯杰, 刘峰岩. 大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩年龄、地球化学特征及其构造环境[J]. 地质通报, 2018, 37(5): 881-894.
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Gao L F, He Z H, Sui Z M, Lu K J, Liu F Y. Chronology and geochemistry of volcanic rocks from Manketouebo Formation in the Suolun area, central Da Hinggan Mountains and their tectonic implications[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(5): 881-894.
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基金项目

中国地质调查局项目《内蒙古1:5万马家沟、阿林一合、平安屯幅区域地质矿产调查》(编号:12120114012901)

作者简介

高龙飞(1988-), 男, 在读硕士生, 构造地质学专业。E-mail:763414216@qq.com

通讯作者

和钟铧(1968-), 男, 博士, 教授, 从事构造地质学方面的研究。E-mail:hezhonghua@126.com

文章历史

收稿日期: 2017-09-28
修订日期: 2017-12-04
大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩年龄、地球化学特征及其构造环境
高龙飞1 , 和钟铧1 , 隋振民2 , 陆凯杰1 , 刘峰岩1     
1. 吉林大学地球科学学院, 吉林 长春 130061;
2. 吉林农业大学, 吉林 长春 130118
摘要: 对大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩进行了岩石地球化学、锆石U-Pb及Hf同位素研究,讨论该地区火山岩的形成时代和构造背景。用LA-ICP-MS测得索伦地区满克头鄂博组2个流纹岩样品的锆石206Pb/238U年龄分别为138.0±1.5Ma和139.9±2.5Ma,表明火山岩的形成时代是早白垩世早期,而非晚侏罗世;地球化学数据显示其具有高硅、富碱、弱过铝质-过铝质(A/CNK=0.99~1.34)、分异程度高的特点,属于高钾钙碱性系列,相对富集轻稀土元素和部分大离子亲石元素(Rb、Th、U、K),亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti、P)。锆石Hf同位素组成表明,该区满克头鄂博组火山岩具有较高的εHft)值(+4.06~+8.24),二阶段模式年龄为936~664Ma,暗示其可能起源于从亏损地幔增生的年轻地壳物质的部分熔融。结合区域地质资料分析,满克头鄂博组火山岩形成于造山后伸展环境,可能与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后造山带的垮塌密切相关。
关键词: 大兴安岭中段    满克头鄂博组    锆石U-Pb年龄    Hf同位素    LA-ICP-MS    
Chronology and geochemistry of volcanic rocks from Manketouebo Formation in the Suolun area, central Da Hinggan Mountains and their tectonic implications
GAO Longfei1, HE Zhonghua1, SUI Zhenmin2, LU Kaijie1, LIU Fengyan1     
1. College of Earth Science, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China;
2. Jilin Agricultural University, Changchun 130118, Jilin, China
Abstract: In this study, the authors conducted detailed geochronological, geochemical and Hf isotopic researches on the volcanic rocks of the Manketouebo Formation from the Suolun area in the central Da Hinggan Mountains. LA-ICP-MS zircon U-Pb dating reveals that the Manketouebo volcanic rocks from the Suolun area were formed in 140~138Ma, i.e., the early Early Cretaceous rather than Late Jurassic as previously thought. Geochemical data show that the volcanic rocks are characterized by high silicon, rich alkali, weakly peraluminous nature (A/CNK=0.99~1.34) and high degree of differentiation, thus belonging to high-k calc-alkaline series. They are enriched in LILEs (Rb, Th, U, K) and LREEs, and depleted in HFSEs (Nb, Ta, Ti, P). Their zircon Hf isotopic compositions show that the Manketouebo volcanic rocks of the study area have relatively high εHf (t) values (+4.06~+8.24) with the two-stage model ages ranging from 936Ma to 664Ma, implying that they were probably derived from partial melting of juvenile crustal materials that accreted from the depleted mantle. According to the regional geologic data, it is concluded that the volcanic rocks of the Manketouebo Formation formed in a post-orogenic extensional setting, which was probably closely related to the collapse of orogenic belt after the closure of Mongol-Okhotsk Ocean.
Key words: central Da Hinggan Mountains    Manketouebo Formation    zircon U-Pb ages    Hf isotope    LA-ICP-MS    

中国东北及其邻近的东北亚地区, 如蒙古国东南部、俄罗斯远东、西伯利亚、朝鲜半岛等广泛分布中生代火山岩, 这些火山岩构成了规模宏大的东北亚大陆边缘巨型火山岩带[1]。在过去的几十年里,许多学者相继对大兴安岭地区中生代火山岩进行了大量的研究工作,尤其是近年来高精度年龄数据的不断积累和年代学格架的逐渐完善,为研究中生代构造岩浆演化和成矿背景提供了有力证据[2]。然而,前人对大兴安岭中生代火山岩的研究主要集中在大兴安岭北段和南段,对于大兴安岭中南部标志性的3套陆相中-酸性火山岩地层(自下而上依次为满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组),特别是最底部的满克头鄂博组的研究相对薄弱,制约了对该区大规模火山活动起始时间、区域地层对比及地球动力学背景的深刻认识[3]。近年来,关于该区中生代火山岩的构造背景及火山岩的成因研究取得了长足的进展,并提出了以下几种观点:地幔柱模式[4-5]、蒙古-鄂霍次克洋闭合后造山带的伸展作用模式[6-8]、古太平洋俯冲作用模式[9-10]、古亚洲洋构造域与古太平洋构造域叠加模式和伸展造山过程中的岩浆作用模式等[11-12]。上述争论使大兴安岭地区成为国内外众多学者关注的热点地区之一。本文依托中国地质调查局地质调查项目,对大兴安岭中段索伦地区广泛发育的满克头鄂博组火山岩进行了岩石学、年代学、全岩地球化学和锆石Lu-Hf同位素的综合研究,并与北侧和西侧同一构造带上的塔尔气地区、五岔沟地区满克头鄂博组火山岩进行对比,探讨大兴安岭地区中段满克头鄂博组火山岩的成因及构造背景。

1 地质背景与岩石学特征 1.1 地质背景

兴蒙造山带位于华北克拉通与西伯利亚克拉通之间,属于中亚造山带的东延部分,其具有多块体拼贴的构造属性[13-14]。大兴安岭地区自西向东可以划分出3个微地块,分别为额尔古纳地块、兴安地块和松嫩地块。古生代该区处于古亚洲洋构造域演化阶段:兴安地块沿塔源-喜桂图缝合带于早古生代早期与额尔古纳地块拼合[15-17]; 松嫩地块沿贺根山-黑河缝合带于晚古生代与兴安地块拼贴[17-19];之后这些微陆块作为一个整体在古生代末期—早中生代早期沿索伦-西拉木伦河-长春缝合带与华北克拉通拼合,完成了华北克拉通与西伯利亚克拉通的碰撞拼贴及其间古亚洲洋的消减闭合[20-21]

索伦地区位于兴安地块南部,为古亚洲洋构造域与古太平洋构造域交汇部位,东临松辽盆地,西接海拉尔盆地,夹于贺根山-黑河缝合带和塔源-喜桂图缝合带之间(图 1-a)。研究区构造线方向以NE—NNE向、NW—NNW向为主,而EW向和SN向构造少见。与此同时,强烈的岩浆活动使该区盆岭构造发育,并伴有中生代花岗岩和火山岩的大规模出露。晚侏罗世—早白垩世火山活动频繁,形成了大兴安岭地区标志性的3套陆相中-酸性火山岩地层(满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组)。

图 1 研究区地质略图 Fig.1 Geological sketch map of the study area F1—贺根山-黑河缝合带;F2—塔源-喜桂图缝合带
1.2 岩石学特征

满克头鄂博组是研究区较发育的地层,构成晚侏罗世—早白垩世火山岩系的主体,主要分布在研究区的北部,分布面积较大,出露较好,岩层发育齐全,总体呈NE—SW向展布,局部形成NE向短轴火山盆地(图 1-b)。岩石类型以灰黄色、灰紫色流纹岩、流纹质(含岩屑、晶屑、角砾)凝灰熔岩、熔结凝灰岩和凝灰岩为主(图版Ⅰ-abf),其间夹少量火山碎屑沉积岩。底部喷发不整合在前晚侏罗世地层或侵入岩体之上,与上覆玛尼吐组(K1mn)整合接触,部分地区亦见其被下白垩统白音高老组(K1b)喷发不整合覆盖。

图版Ⅰ   PlateⅠ   a、c、d.流纹岩;b、e.流纹质岩屑晶屑凝灰熔岩;f.流纹质岩屑晶屑凝灰岩。
Q—石英;Af—碱性长石;Pl—斜长石

流纹岩多呈浅褐色,多为无斑隐晶质结构,部分为斑状结构,可见颜色和结晶程度不同的条带相间平行排列构成的流纹构造(图版Ⅰ-d)。斑晶成分为石英、碱性长石,斑晶含量约占岩石总体的10%。石英斑晶为半自形粒状,粒径多为0.5~3mm。碱性长石为半自形板状,粒径多为0.5~4mm,变种为微斜长石,部分为微斜条纹长石,轻微高岭土化。基质为显微晶质结构、霏细结构,主要由长英质物质组成。岩石具明显的流纹构造,表现为斑晶和基质的定向排列,尤其是基质中不同成分和结晶程度的物质相间定向排列(图版Ⅰ-c)。

流纹质岩屑晶屑凝灰熔岩具有凝灰熔岩结构,块状构造,岩石主要由晶屑、熔岩、岩屑和火山灰组成(图版Ⅰ-e)。晶屑含量占岩石总体的10%~15%,为次棱角状,粒径为0.5~2.0mm,成分主要为斜长石、碱性长石,少量石英和黑云母。斜长石绢云母化强烈,有时可见熔蚀麻点结构;碱性长石为条纹长石,高岭土化明显;塑性岩屑含量约占岩石总体的5%,长条状或不规则条带状;熔岩含量占岩石总体的65%~70%,成分为流纹质,具有显微嵌晶结构,主要由长石和石英颗粒组成;其余为胶结物火山灰(尘)。

2 分析方法

本文分析的样品主要采于索伦地区马家沟一带满克头鄂博组中出露较好的流纹岩及流纹质岩屑晶屑凝灰熔岩。锆石分选工作在河北省廊坊区域地质调查所完成。在北京凯德正科技有限公司和吉林大学地球科学学院显微鉴定实验室完成样品靶的制备,透射光、反射光照片的采集等工作。锆石阴极发光(CL)图像采集在北京锆年领航公司完成。

LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年分析在吉林大学东北亚矿产资源评价国土资源部重点实验室完成。实验过程中采用高纯度氦气为剥蚀物质的载气,激光器工作频率为7Hz,测试点的激光束斑直径为32μm,剥蚀采样时间为20~25s。分别以人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610和标准锆石91500进行仪器最佳化及作为同位素组成的外标。普通铅校正采用Anderson[22]的方法,锆石U-Pb同位素比值及元素含量采用Glitter4.4程序进行处理,年龄计算和U-Pb谐和图绘制用Isoplot/Ex (3.0)程序完成[23]

在LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素分析的基础上,在中国科学院广州地球化学研究所对样品进行了锆石微区Hf同位素分析。样品在实验过程中使用193nm激光系统与Neptune LA-MC-ICPMS联机进行Lu-Hf同位素分析。实验过程中采用高纯度氦气作为剥蚀物质的载气,激光束斑直径为63μm,激光脉冲宽度为15ns,剥蚀采样时间为23s,实验中使用锆石91500进行仪器最佳化。详细操作流程参见参考文献[24]。在εHf(t)和模式年龄计算中,二阶段模式年龄采用平均地壳的fcc=-0.548[25]进行计算,详细的分析方法见Wu等[24]和Yuan等[26]

所选11件样品的主量、微量元素分析在核工业北京地质研究院分析测试中心完成,主量元素分析采用PW2404型荧光光谱仪(XRF)完成,测试流程参照国家标准GB/T14506.4—2010;微量元素分析采用ELEMENTXR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。主量元素的分析精度和准确度优于5%,微量元素的分析精度和准确度优于10%。详细的分析流程见刘颖等[27]

3 分析结果 3.1 锆石U-Th-Pb同位素

用于锆石U-Pb同位素测定的2件样品MB2200和P13-8-1均采自索伦地区——马家沟北部,测试结果见表 1。所测锆石样品呈无色-淡黄色,以无色透明状为主,晶体多呈长柱状或短柱状,并具有清晰的振荡生长环带(图 2-a图 3-a),锆石的Th/U值为0.55~1.12,均大于0.4,反映其为典型的岩浆成因锆石[28]

表 1 索伦地区满克鄂博组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb分析结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb dating results for the vocanic rocks of Manketouebo Formation from Suolun area
图 2 MB2200样品锆石阴极发光(CL)图像(a)及U-Pb谐和图(b) Fig.2 CL images (a) and U-Pb concordia diagram of zircons (b) from sample MB2200
图 3 P13-8-1样品锆石阴极发光(CL)图像(a)及U-Pb谐和图(b) Fig.3 CL images (a) and U-Pb concordia diagrams of zircon (b) from sample P13-8-1

样品MB2200采自马家沟北部一道沟西侧(北纬46°48′28″、东经121°19′28″),岩石类型为流纹岩。对该样品共进行了22个锆石颗粒的U-Th-Pb同位素分析,所有测点均落于U-Pb谐和线上及其附近(图 2-b),206Pb/238U年龄介于143~131Ma之间,年龄加权平均值为138.0±1.5Ma (MSWD=1.3),代表了该流纹岩的岩浆结晶年龄。

样品P13-8-1为采自马家沟北部呼斯乌拉(北纬46°47′34″、东经121°24′47″)的流纹岩,对其进行了20个锆石颗粒的U-Th-Pb同位素分析,所有测点均落于U-Pb谐和线上及其附近(图 3-b),206Pb/238U年龄介于147~132Ma之间,年龄加权平均值为139.9±2.5Ma(MSWD=5.0),代表了该流纹岩的岩浆结晶年龄。

3.2 主量元素

所选11件样品均为流纹岩,主量元素分析结果见表 2。从表 2可以看出,满克头鄂博组火山岩表现出高硅、富碱、弱过铝质向过铝质过渡,分异程度高的特点。SiO2含量介于70.09%~76.68%之间(平均73%),Na2O=4.05%~4.59% (平均4.26%),K2O=3.86%~5.21%(平均4.64%),全碱含量(Na2O+K2O)=7.92%~9.41%(平均8.9%),相对富钾,K2O/Na2O平均值为1.09;A12O3=12.21%~15.61%(平均14%),A/CNK值为0.99~1.34(平均1.11),属弱过铝质-过铝质[29] (图 4-a);所测样品的分异指数(DI)为88.77~97.81(平均93.59),固结指数(SI)为0.65~6.23 (平均2.72)。此外,Ti、Mg、Ca、Fe、P含量较低,TiO2=0.10%~0.40%,MgO=0.07%~0.70%,CaO=0.08%~0.61%,TFeO=1.13%~3.13%,P2O5=0.01%~0.15%。在火山岩TAS分类图解[30](图 5-a)中,所有样品点落入亚碱性系列的流纹岩范围内;里特曼指数为2.29~2.91,小于3.3;在SiO2-K2O图解(图 5-b)中,该组样品均属于高钾钙碱性系列[31]。综上,研究区满克头鄂博组火山岩样品应为亚碱性、弱过铝质-过铝质、高钾钙碱性系列岩石。

表 2 索伦地区满克头鄂博组火山岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major, trace and rare earth elements compositions for the vocanic rocks of Manketouebo Formation from Suolun area
图 4 满克头鄂博组火山岩含铝指数(a)和SiO2-P2O5图解(b) Fig.4 Aluminous index (a) and SiO2-P2O5 diagrams (b) for the Manketouebo Formation volcanic rocks
图 5 满克头鄂博组火山岩TAS图解(a)和SiO2-K2O图解(b) Fig.5 TAS (a) and SiO2-K2O (b) diagrams for the Manketouebo Formation volcanic rocks
3.3 稀土和微量元素

大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩微量元素分析结果见表 2。火山岩样品稀土元素总量∑REE为89.19×10-6~245.23×10-6,平均值为156.47 × 10-6,∑LREE/∑HREE=6.37~11.78,(La/Yb)N=2.68~13.15。在稀土元素配分图[32]图 6-a)中,样品呈现轻稀土元素富集,轻、重稀土元素分馏较明显,微弱至强烈的负Eu异常(δEu=0.20~0.87)的不对称的右倾“海鸥型”配分型式。

图 6 满克头鄂博组火山岩球粒陨石稀土元素配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b) Fig.6 Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for the Manketouebo Formation volcanic rocks (球粒陨石标准化值据参考文献[32],原始地幔标准化值据参考文献[33])

在原始地幔标准化蛛网图[33]图 6-b)中,所有样品均呈现出相似的微量元素分布型式。大离子亲石元素K、Ba、Rb、Th、U等相对富集,高场强元素Nb、P、Ti相对亏损,基性相容组分Cr、Co、Ni含量较低,分别为2.96×10-6~13.48×10-6、0.46×10-6~8.50×10-6和0.27×10-6~6.42×10-6,Mg#值相对较低(7.7~33.8,平均21),显示出岩浆的地壳来源而非地幔来源的特征。微量元素Sr变化大(10.76×10-6~488×10-6),Y和Yb较高(分别为16.06×10-6~38.27×10-6和1.7×10-6~4.07×10-6),不具有埃达克岩的特征[34]

3.4 Hf同位素

索伦地区满克头鄂博组火山岩的锆石Lu-Hf同位素测试分析结果见表 3。对流纹岩样品MB2200共分析了12个锆石颗粒,176Hf/177Hf值介于0.282805~0.282924之间,εHf(t)范围在+4.06~+8.24之间,加权平均值为+5.85±0.75(n=12, MSWD=10.4),二阶段模式年龄介于936~664Ma之间(图 7)。

表 3 索伦地区满克头鄂博组火山岩(MB2200)锆石Hf同位素分析结果 Table 3 Zircon Hf isotopic data for the volcanic rocks(MB2200)of Manketouebo Formation from Suolun area
图 7 满克头鄂博组火山岩锆石Hf同位素演化图解 Fig.7 Zircon Hf isotopic evolution diagram for the Manketouebo Formation volcanic rocks
4 讨论 4.1 形成时代

本文分析的满克头鄂博组流纹岩的锆石U-Pb分析点均位于锆石边部及幔部结晶环带部位,数据点大多落于谐和线上及其附近,所测锆石均为自形-半自形晶,发育清晰的振荡生长环带,结合其较高的Th/U值(0.55~1.12),显示其岩浆成因特征。因此,这些锆石的测年结果可以代表本区火山岩的结晶年龄。本文年龄数据表明,研究区满克头鄂博组火山岩形成于早白垩世(140~138Ma),而非前人认为的晚侏罗世[35]

根据司秋亮等[36]统计的锆石U-Pb年龄,大兴安岭中生代火山岩的形成时代主要集中在173~122Ma,可分为3个峰期:晚侏罗世(160Ma)、早白垩世早期(140Ma)和早白垩世晚期(125Ma)。本文及已发表的27个[2, 12, 37-39]大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩U-Pb年龄数据(图 8)显示,大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩形成峰期为160Ma和140Ma,并呈现出北老南新的演化趋势。而位于大兴安岭中段的塔尔气地区、五岔沟地区与本文研究的索伦地区满克头鄂博组火山岩年龄在形成时代上高度一致,主要集中在141~138Ma,与上述大兴安岭地区火山岩形成峰期的早白垩世早期(140Ma)吻合。

图 8 大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩的年龄统计概率曲线图 Fig.8 Age probability statistical diagram for the volcanic rocks of the Manketouebo Formation in the Da Hinggan Mountains
4.2 岩石成因及源区性质

大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩具有高硅(SiO2平均为73.13%)、富碱、贫钙和镁的特征,元素间显示出连续的线性变化趋势,在A/CNK-A/NK图解中,样品点落入过铝质区域(平均值为1.1),并呈良好的线性排列,P2O5含量随SiO2含量的增加而减少,呈负相关性(图 4-b),轻、重稀土元素分馏明显((La/Yb)N=3.7~18.3),Eu、Sr负异常明显,Rb、Th、U、K等大离子亲石元素富集,Nb、Ta、P、Ti等高场强元素强烈亏损,说明其岩浆源区有斜长石残留或岩浆发生过显著的分离结晶作用,具有与高分异Ⅰ型花岗岩相似的特征。岩石的Nb/Ta与Zr/Hf值分别为10.42~17.66(平均值为13.54)和20.50~41.27(平均值为29.56),与原始地幔相应值17.8和37[40]相差较大,与地壳相应值11.4和33[41]较接近。Rb/Sr值变化于0.19~11.90之间(平均值为2.57),Ti/Y和Ti/Zr值分别为15.44~147.92(平均值为81.61)和3.47~15.67(平均值为7.60),均在壳源岩浆范围内[42],说明其应该是地壳岩石部分熔融的产物。样品的SiO2含量最高可达76.69%,分异指数(DI)介于88.77~97.81之间,负Eu异常明显,暗示岩浆发生了较充分的分异作用,导致CaO、Na2O含量偏低,造成岩石的A/CNK值偏高,而岩石的P2O5含量指标在判别原始岩浆性质时优于铝饱和指数(A/CNK)[43]。与此同时,在高分异Ⅰ型花岗岩判别图解(图 9)中,样品点主要落入高分异的Ⅰ型火山岩区,进一步证实大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩为高分异的Ⅰ型火山岩。

图 9 满克头鄂博组火山岩成因类型判别图 Fig.9 Various chemical discrimination diagrams for the volcanic rocks of the Manketouebo Formation A—A型花岗岩;FG—高分异的Ⅰ型花岗岩;OGT—未见分异的I,S,M型花岗岩

锆石原位Hf同位素分析结果显示,火山岩样品锆石的176Hf/177Hf值高,为0.282805~0.282924,锆石εHft)值均为正值(+4.06~+8.24),具较年轻的二阶段Hf模式年龄(936~664Ma),相邻塔尔气地区和五岔沟地区满克头鄂博组流纹岩锆石εHf(t)分别为+4.6~+10.9和+7.18~+14.19,二阶段Hf模式年龄分别为905~501Ma和954~344Ma[2, 12]。以上数据表明,满克头鄂博组火山岩起源于新元古代—显生宙从亏损地幔中新增生的年轻地壳物质的部分熔融[44]。已有研究成果表明,兴安地块的地壳增生事件主要发生新元古代—显生宙,与本文二阶段Hf模式年龄(TDM2)基本一致,而明显不同于在中—新元古代发生地壳增生的额尔古纳地块,暗示兴安地块与额尔古纳地块具有不同的构造属性和地壳增生事件。

综上所述,索伦—塔尔气—五岔沟地区的满克头鄂博组火山岩属于同期的岩浆活动,在成因类型上为高分异的Ⅰ型火山岩,是下地壳中基性岩石部分熔融的产物,其源区物质为新元古代从亏损地幔增生的年轻地壳物质。

4.3 构造背景

前人的大量研究表明,早白垩世中国东北地区处于伸造环境[45-53]。同时代的大兴安岭地区的A型花岗岩、白音高老组的A型流纹岩及双峰式火山岩均表明,大兴安岭地区早白垩世处于伸展构造环境[54]。然而,对于该伸展构造环境的动力学背景仍存在争议,并形成以下观点:地幔柱模式[5, 47]、蒙古-鄂霍次克洋闭合后造山带的伸展作用模式[6-8]、古太平洋俯冲作用模式[9-10]、古生代古亚洲洋构造域与中生代古太平洋构造域的叠加模式、伸展造山过程中的岩浆作用模式等[11-12]。张旗等[55]认为,太平洋板块向东亚大陆边缘的俯冲最早始于晚白垩世,140~125Ma太平洋板块是向北东向33°扩张的;与此同时,在空间上,孙德有等[34]提出,在蒙古国中东部也存在大量与大兴安岭火山岩相同的火山岩,与太平洋板块距离较远;许文良等[56]提出,目前在吉黑东部还未发现145~138Ma的火山岩;赵大鹏等[57]通过中国长白山附近的19个临时地震台和中国数字化地震台网的3个地震台站的记录,根据地震层析成像分析得出,太平洋板块在俯冲至670km时,受断面附近阻力而停滞。因而在地幔转化带内俯冲板块变弯并在此长期积累,因相变而密度增加,总重导致重力不平衡而下落至核幔边界[57]。因此认为,太平洋板块的俯冲对本区早白垩世火山岩的形成影响不大。另一方面,随着对蒙古-鄂霍茨克洋研究的深入,对于该洋的演化过程及其对中国东北地区中生代的影响取得了很大进展[58-60]。蒙古-鄂霍茨克构造带主要分布在东经96°~130°,北纬46°~58°之间,总体呈NE—SW走向,黄始琪等[61]通过研究蒙古-鄂霍茨克构造带中段的构造变形及动力学特征,结合东亚地区发生的多次俯冲或碰撞事件,证明中晚侏罗世的东亚多向汇聚构造时间影响广泛,造成东亚地区的强烈构造变形,可能影响到大兴安岭地区。晚古生代末蒙古-鄂霍茨克洋局部发生俯冲,晚三叠世开始发生自西向东的剪刀式关闭,其闭合发生在中—晚侏罗世[58],而早白垩世应处于造山后伸展环境,这与满克头鄂博组火山岩的形成时代基本一致,故大兴安岭地区伸展构造背景的动力学成因,笔者更倾向于蒙古-鄂霍茨克洋闭合后造山带的伸展作用模式[16]

本区满克头鄂博组火山岩样品在(Y+Nb)-Rb构造环境判别图解(图 10-a)中,全部落入后碰撞火山岩区域;在R1-R2图解(图 10-b)中,主要位于造山期后分布区,暗示本区满克头鄂博组火山岩形成于伸展构造背景。结合邻区塔尔气地区和五岔沟地区满克头鄂博组火山岩与本区火山岩具有相同的伸展构造特征,进一步佐证大兴安岭中段满克头鄂博组火山岩具有相同的地球动力学背景。

图 10 满克头鄂博组火山岩的(Y+Nb)-Rb(a)和R1-R2图解(b) Fig.10 Plot of (Y+Nb)-Rb (a) and R1-R2 diagram (b) of the Manketouebo Formation volcanic rocks

综上认为,本区满克头鄂博组火山岩形成于伸展构造环境,这种伸展构造环境的形成可能与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后造山带的伸展作用有关。

5 结论

(1)大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果为138.0 ± 1.5Ma和139.9 ±2.5Ma,时代为早白垩世早期,而非前人认为的晚侏罗世。

(2)大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩属于高钾钙碱性系列,具有高分异Ⅰ型火山岩的特点,最可能起源于新元古代从亏损地幔增生的年轻下地壳物质的部分熔融。

(3)大兴安岭中段索伦地区满克头鄂博组火山岩形成于伸展构造环境,这种伸展构造环境的形成可能与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后造山带的伸展作用有关。

致谢: 在成文过程中得到吉林大学马瑞和杨德明教授的帮助,修改过程中得了到吉林大学葛文春教授的悉心指导,实验数据处理上得到了吉林大学王智慧师姐、杜岳丹师兄的鼎力相助,在此一并致以衷心的感谢。

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