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  地质通报  2018, Vol. 37 Issue (9): 1644-1651  
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臧延庆, 秦涛, 孙巍, 马永非, 买廷成, 司秋亮, 汪岩, 谭红艳. 大兴安岭中段扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩锆石U-Pb年龄及地球化学特征[J]. 地质通报, 2018, 37(9): 1644-1651.
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Zang Y Q, Qin T, Sun W, Ma Y F, Mai T C, Si Q L, Wang Y, Tan H Y. Zircon U-Pb age and geochemistry of volcanic rocks in Manketouebo Formation from Jalaid Banner, central Da Hinggan Mountains[J]. Geological Bulletin of China, 2018, 37(9): 1644-1651.
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基金项目

中国地质调查局项目《内蒙古1:5万五家户、孟家沟、莫利根屯、扎赉特旗、巴彦高勒五幅区域地质调查》(编号:DD20160048-03)

作者简介

臧延庆(1989-), 男, 硕士, 助理工程师, 从事区域地质调查研究工作。E-mail:zangyanqing1989@126.com

文章历史

收稿日期: 2018-03-20
修订日期: 2018-06-27
大兴安岭中段扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩锆石U-Pb年龄及地球化学特征
臧延庆1 , 秦涛1,2 , 孙巍1 , 马永非1,2 , 买廷成1 , 司秋亮1 , 汪岩1 , 谭红艳1     
1. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁 沈阳 110034;
2. 吉林大学地球科学学院, 吉林 长春 130061
摘要: 对大兴安岭中段扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩进行了锆石U-Pb年龄和地球化学研究。用LA-ICP-MS测得流纹质隐爆角砾岩(TW6)和流纹岩(TW14)中锆石的206Pb/238U年龄分别为157.2±1.2Ma和154.8±1.1Ma,表明火山岩形成于晚侏罗世。岩石地球化学特征表明,火山岩富硅碱、贫钙镁,为过铝质钙碱性系列;(La/Yb)N=20.24~22.68,轻、重稀土元素分馏明显;球粒陨石标准化稀土元素配分模式图呈右倾形式,Eu为正异常;原始地幔标准化蛛网图显示,大离子亲石元素Rb、K相对富集,高场强元素Nb、Ti、P强烈亏损,显示壳源岩浆的特征。综合本区火山岩的特征并结合他人研究成果,认为扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩的形成与蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展作用关系密切。
关键词: LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄    地球化学    满克头鄂博组    大兴安岭中段    扎赉特旗    
Zircon U-Pb age and geochemistry of volcanic rocks in Manketouebo Formation from Jalaid Banner, central Da Hinggan Mountains
ZANG Yanqing1, QIN Tao1,2, SUN Wei1, MA Yongfei1,2, MAI Tingcheng1, SI Qiuliang1, WANG Yan1, TAN Hongyan1     
1. Shenyang Geological Survey Center, CGS, Shenyang 110034, Liaoning, China;
2. College of Geosciences, Jilin University, Changchun 130061, Jilin, China
Abstract: Chronologic and geochemical studies of volcanic rocks in Manketouebo Formation from Jalaid Banner area are presented in this paper. The zircon U-Pb dating results show that the ages of rhyolitic breccia (TW6) and rhyolite (TW14) are 157.2±1.2Ma (MSWD=0.33, n=22) and 154.8±1.1Ma (MSWD=0.34, n=28) respectively, indicating that the volcanic rocks were formed in Late Jurassic. Geochemical characteristics indicate that the volcanic rocks are rich in silicon and alkali but poor in calcium and magnesium, and belong to peraluminous calc-alkali series. The chondrite-normalized REE patterns indicate that the volcanic rocks are enriched in light rare earth elements with significant fractionation of HREE and LREE ((La/Yb)N=20.24-22.68), and Eu has a positive anomaly. The primitive mantle-normalized trace element spidergram shows that the volcanic rocks contain high LILE(Rb, K) and low HFSE (Nb, Ti, P), suggesting crust magma source. In combination with all the characteristics of the volcanic rocks and other research results, the authors hold that the volcanic rocks in Manketouebo Formation were closely related to the lithosphere extension after the closure of Mongol-Okhotsk Ocean.
Key words: LA-ICP-MS zircon U-Pb age    geochemistry    Manketouebo Formation    central Da Higgan Mountains    Jalaid Ban-ner area    

大兴安岭地区广泛发育中生代火山岩,是北方造山带规模最大的中生代火山岩带,前人针对大兴安岭中生代火山岩进行了较全面的研究,但由于植被覆盖严重,接触关系不清,地层归属及形成时代为研究的重点和争论的焦点。周其林等[1]将大兴安岭地区中生代火山岩分为塔木兰沟组、满克头鄂博组、玛尼吐组、白音高老组、龙江组、光华组和甘河组。满克头鄂博组作为大兴安岭中南部大规模火山作用的初始阶段,确定其形成时代具有非常重要的意义,并可为火山岩地层对比提供依据。近年来获得了一批高精度锆石U-Pb同位素年龄数据[2-7],但结果显示满克头鄂博组的年龄跨度非常大。本文在野外工作的基础上,利用LA-ICP-MS测试技术对扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩进行U-Pb年龄及地球化学研究,探讨其成因及构造背景。

1 区域地质背景

研究区位于大兴安岭火山岩带中段,为华北和西伯利亚板块之间古亚洲洋闭合过程中形成的造山带的一部分,在中生代属于滨太平洋地层区大兴安岭-燕山地层分区。西北部属于西伯利亚板块南缘增生带,东南部属于华北板块北缘增生带,主体构造线为北东—北北东向。区内侵入岩时代主要为白垩纪、侏罗纪和石炭纪。岩性主要为黑云母二长花岗岩(γβK1)、闪长岩(δJ3)、石英闪长岩(δοC2)等。研究区古生代地层出露较少,而中生代火山岩活动强烈,可分为满克头鄂博组(J3mk)、玛尼吐组(J3mn)和白音高老组(K1b),满克头鄂博组主要为一套酸性熔岩及碎屑岩为主,玛尼吐组以安山岩为主,白音高老组以流纹岩、英安岩为主(图 1)。

图 1 大兴安岭中段扎赉特旗地区地质简图及大地构造位置图 Fig.1 Simplified geological map and geotectonic map of Jalaid Banner area in central Da Higgan Mountains

本次所采样品均来自满克头鄂博组的火山岩,该组地层岩性主要为流纹质火山岩,采得1件流纹质隐爆角砾岩(TW6)和1件流纹岩(TW14)样品,采样位置分别为北纬46°59′37″、东经122°31′28″和北纬46°59′26″、东经122°50′43″。

2 测试方法及U-Pb年龄

所选锆石来自满克头鄂博组流纹质隐爆角砾岩和流纹岩样品,锆石分选在河北省区域地质矿产研究所实验室完成,制靶和阴极发光(CL)图像采集在北京中兴美科科技有限公司完成,U-Pb同位素测试在中国科学院海洋地质研究所实验室完成。锆石数据分析采用Thermo Element Ⅱ及配套的New Wave UP213激光剥蚀系统,原始数据用ICPMSDataCal程序处理[8-9],U-Pb谐和图的绘制利用Isoplot3.0完成[10],测试结果见表 1

表 1 扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb同位素数据 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb data of volcanic rocks of Manketouebo Formation in Jalaid Banner area

本次针对大兴安岭中段2个满克头鄂博组火山岩(TW6、TW14)进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测试,分析结果如图 2所示。通过锆石阴极发光图像可以看出,测试锆石的大小多为100~130μm,少数可达160μm,呈自形-半自形,大部分显示清晰的岩浆成因振荡环带,少量锆石不发光,Th/U值均大于0.1,暗示其为岩浆成因。

图 2 满克头鄂博组火山岩锆石阴极发光图像、年龄值(Ma)及锆石U-Pb谐和图 Fig.2 Cathodoluminescence images with ages(Ma)and zircon U-Pb concordia diagram of Manketouebo Formation

TW6样品的22个测试数据位于U-Pb谐和线上及其附近,206Pb/238U年龄介于155.2~159.8Ma之间,加权平均值为157.2 ± 1.2Ma(MSWD=0.33)。TW14样品的28个测试数据点位于U-Pb谐和线上及其附近,206Pb/238U年龄介于150.1~160.1Ma之间,加权平均值为154.8±1.1Ma(MSWD=0.34)。

3 地球化学特征

地球化学样品在沈阳地质矿产研究所实验测试中心完成。将测试样品粉碎至200目后进行主量、微量和稀土元素测试,其中主量元素用XRF玻璃熔片法,分析精度优于5%;微量和稀土元素利用ICP-MS分析方法,分析精度优于10%。测试结果见表 2

表 2 满克头鄂博组流纹岩主量、微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major elements, trace elements and REE data of rhyolite samples in Manketouebo Formation
3.1 主量元素

表 2可知,满克头鄂博组火山岩样品SiO2质量分数介于76.71%~78.48%之间,具有高铝(Al2O3为13.15%~13.73%)、高钾(K2O为3.15%~3.63%)、低镁(MgO为0.24% ~0.44%)、低钙(CaO为0.07% ~0.13%)的特点,全碱(K2O+Na2O)范围介于5.11%~5.81%之间,分异指数(DI)为90.34~92.07。在TAS图解(图 3)中,样品点全部落入流纹岩范围。在硅碱图(图 4)中,满克头鄂博组火山岩全部落入钙碱性系列。在A/CNK-A/NK图解(图 5)中,样品点均落在过铝质区域。

图 3 满克头鄂博组流纹岩样品TAS分类图解 Fig.3 SiO2 versus Na2O+K2O diagram for rhyolite samples in Manketouebo Formation
图 4 满克头鄂博组流纹岩样品SiO2-K2O图解 Fig.4 SiO2 versus K2O diagram for rhyolite samples in Manketouebo Formation
图 5 满克头鄂博组流纹岩样品A/CNK-A/NK图解 Fig.5 A/CKN versus A/NK diagram for rhyolite samples in Manketouebo Formation
3.2 稀土和微量元素

满克头鄂博组火山岩稀土元素总量(∑REE)较低(表 2),为64.75×10-6~72.65×10-6,轻稀土元素(LREE)较富集,含量为61.14×10-6~68.31×10-6,重稀土元素(HREE)亏损,含量为3.61×10-6~4.33×10-6,(La/Yb)N=20.24~22.68,轻、重稀土元素分馏明显。球粒陨石标准化稀土元素配分模式图呈右倾形式(图 6)。δEu值介于1.12~1.75之间,具有正Eu异常。原始地幔标准化蛛网图显示大离子亲石元素(LILE)Rb、K相对富集,高场强元素(HFSE)Nb、Ti、P强烈亏损,表明火山岩岩浆为壳源岩浆或岩浆被壳源物质混染。

图 6 满克头鄂博组流纹岩稀土元素配分模式图(a)和微量元素蛛网图(b) Fig.6 Chondrite-normalized rare earth element patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spidergrams(b) for rhyolite samples in Manketouebo Formation
4 讨论 4.1 火山岩形成时代

LA-ICP-MS测得流纹质隐爆角砾岩(TW6)和流纹岩(TW14)的锆石206Pb/238U年龄分别为157.2± 1.2Ma(MSWD=0.33,n=22)和154.8 ± 1.1Ma(MSWD=0.34,n=28),可以代表火山岩的形成时代。根据最新国际地质年代划分方案,其形成时代应为晚侏罗世。1:25万乌兰浩特幅区域地质调查项目根据地层对比将其划分为白音高老组,但U-Pb测年结果显示其形成时代为晚侏罗世,应归属于满克头鄂博组。

近年来,学者们针对大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩进行了大量的锆石U-Pb同位素年龄测试[2-6, 11],具体见表 3。大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩年龄最大为157.2 ± 1.2Ma,最小为132.2±0.5Ma,且呈现出由西(赤峰地区)向东(克一河地区),形成时代越来越新的趋势,与蒙古-鄂霍次克洋呈剪刀式自西向东逐渐闭合的过程吻合,即越远离俯冲带闭合时间越晚,火山活动也与之匹配。许文良等认为,早侏罗世蒙古-鄂霍次克洋板块对额尔古纳地块之下俯冲,而中侏罗世蒙古-鄂霍次克洋开始闭合,东部的闭合时间可能持续到晚侏罗世—早白垩世[12],随着鄂霍次克洋的闭合,在伸展背景下产生了一系列的晚中生代火山岩[13-15]。因此,大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩应该与蒙古-鄂霍次克缝合带闭合关系密切。

表 3 大兴安岭地区满克头鄂博组火山岩锆石U-Pb同位素年龄统计 Table 3 Reported zircon U-Pb ages of volcanic rocks of Manketouebo Formation in Da Higgan Mountains
4.2 地球化学特征

本区满克头鄂博组火山岩具有高硅(SiO2平均为77.79%)、富碱(K2O+Na2O平均为5.53%)、贫镁、含钙的特征,富集大离子亲石元素Rb、K等,亏损高场强元素Nb、Ti、P等,为壳源岩浆的典型特征。流纹岩具有正Eu异常,造成正Eu异常的原因可能是部分熔融下地壳形成的岩浆直接固结,在岩浆上升过程中捕获了围岩中的斜长石等捕虏晶造成的。Sr、Yb平均值分别为63.1×10-6和0.56×10-6,属于低Sr低Yb型,Rb/Sr值为1.1~2.6,与壳源岩浆(Rb/Sr > 0.5)的范围一致,进一步说明本区满克头鄂博组火山岩可能来源于地壳。

4.3 构造背景

对于大兴安岭中生代火山岩的构造背景,目前存在多种观点,主要有地幔柱热动力相关的地幔熔融[16-17]、蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展[18-20]和太平洋板块俯冲[21]3种观点,但目前地幔柱作用模式难以对大兴安岭中生代火山岩做出合理解释[2, 13],而蒙古-鄂霍次克洋的闭合与太平洋板块俯冲的作用还存在较大争议。大兴安岭西北部鄂霍次克洋的闭合时间应为中侏罗世,而吉黑东部尚未发现140~165Ma的火山岩,暗示此阶段的演化时间与太平洋板块俯冲无关[12],大兴安岭地区远离古太平洋俯冲带,晚侏罗世本区受太平洋板块俯冲的影响较弱[22]。本区流纹岩在微量元素构造判别图解上全部落入造山后期区域(图 7),也说明本次火山活动应该形成于造山后伸展构造环境。结合年龄分布特征及区域资料,笔者认为,扎赉特旗地区满克头鄂博组火山岩主要受蒙古-鄂霍次克洋闭合造山后岩石圈伸展作用的影响。

图 7 满克头鄂博组流纹岩(Y+Nb)-Rb图解 Fig.7 (Y+Nb)versus Rb diagram for rhyolite samples in Manketouebo Formation
5 结论

(1)扎赉特旗北部满克头鄂博组火山岩形成于154~157Ma,时代为晚侏罗世。

(2)满克头鄂博组火山岩富硅碱、贫钙镁,为钙碱性系列,Rb、K相对富集,Nb、Ti、P强烈亏损,Rb/Sr值为1.1~2.6,具有壳源岩浆特征。

(3)满克头鄂博组火山岩的形成与蒙古-鄂霍次克洋闭合后伸展作用关系密切。

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