地质通报  2019, Vol. 38 Issue (7): 1191-1205  
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巫建华, 宋凯, 牛子良, 郭恒飞, 刘帅. 河北围场御道口盆地流纹岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义[J]. 地质通报, 2019, 38(7): 1191-1205.
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Wu J H, Song K, Niu Z L, Guo H F, Liu S. ZirconU-Pb age and geochemical characteristics of the rhyolite of the Yudaokou basin in Weichang, Hebei Province, and their geological implications[J]. Geological Bulletin of China, 2019, 38(7): 1191-1205.
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基金项目

国家自然科学基金项目《沽源-红山子铀成矿带流纹岩-粗面岩组合的成因及其与铀成矿的关系》(批准号:41372071)和中国核工业集团公司项目《中国中—新生代铀成矿作用研究》(编号:中核地计[2008]74号)

作者简介

巫建华(1960-), 男, 博士, 教授, 从事地质学科研与教学工作与火山地质、铀矿地质研究。E-mail:jhwu@ecit.cn

文章历史

收稿日期: 2017-06-18
修订日期: 2017-08-14
河北围场御道口盆地流纹岩锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其地质意义
巫建华1 , 宋凯2 , 牛子良3 , 郭恒飞3 , 刘帅1     
1. 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室, 江西 南昌 330013;
2. 中国有色桂林矿产地质研究院有限公司, 广西 桂林 541004;
3. 核工业 243地质大队, 内蒙古 赤峰 024006
摘要: 对河北省围场县御道口盆地流纹岩进行SHRIMP锆石U-Pb定年,结果表明,盆地内流纹岩的锆石206Pb/238U年龄加权平均值为155.2±2.0Ma,属于晚侏罗世早期岩浆活动的产物,与辽源地块新民组和燕山陆內造山带髫髻山组的地质时代一致。流纹岩分为灰白色流纹岩和肉红色流纹岩2种,均具有较高的SiO2、K2O、Al2O3含量和低的CaO、MgO含量,属高钾钙碱性系列,肉红色流纹岩的K2O/Na2O和Fe2O3/FeO值略高于灰白色流纹岩。流纹岩的稀土元素总量较高,轻、重稀土元素分馏明显,负Eu异常明显,具右倾轻稀土元素富集型稀土元素配分曲线特征;富集大离子亲石元素Rb、Th、U、Ga、Y和高场强元素Zr、Hf、Nb、Ta,亏损大离子亲石元素Ba、Sr,具有A2型花岗岩和低Sr-Ba流纹岩的微量元素特征,具有较高的(87Sr/86Sr)i值(0.708606~0.711171)、较低的εNdt)值(-9.78~-7.11)、相对年轻的TDM2(1520~1737Ma)和较低的(206Pb/204Pb)t、(207Pb/204Pb)t、(208Pb/204Pb)t值,在εNdt)-(87Sr/86Sr)i图解上投影点位于下地壳和亏损地幔之间,在(207Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)t和(208Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)t图解上投影点位于下地壳和地幔之间,指示流纹岩可能是DMM型(亏损型)地幔岩浆、EMⅠ富集地幔岩浆和少量古老下地壳物质混合形成的年轻下地壳部分熔融的产物。御道口盆地流纹岩的锶-钕-铅同位素特征与内蒙古基底隆起带的长英质火山-侵入岩基本一致,也与燕山陆內造山带的长英质火山-侵入岩相似,但不同于辽源地块的长英质火山-侵入岩。
关键词: 流纹岩    年代学    地球化学    晚侏罗世早期    地质意义    御道口盆地    
ZirconU-Pb age and geochemical characteristics of the rhyolite of the Yudaokou basin in Weichang, Hebei Province, and their geological implications
WU Jianhua1, SONG Kai2, NIU Ziliang3, GUO Hengfei3, LIU Shuai1     
1. State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment, East China University of Technology, Nanchang 330013, Jiangxi, China;
2. China Nonferrous Metals(Guilin) Geology And Mining Co, . Ltd, Guilin 541004, Guangxi, China;
3. No. 243 Geological Party, CNNC, Chifeng 024006, Inner Mongolia, China
Abstract: The SHRIMP U-Pb dating of zircon yielded a 206Pb/238U age of 155.2±2.0Ma for rhyolites in Yudaokou basin, located in Weichang County, northern Hebei Province, indicating that its geological age is early Late Jurassic, consistent with that of Xinmin Formation of Liaoyuan Block and Tiaojishan Formation of the Yanshan intracontinental orogenic belt. The rhyolites can be divided into gray and pinkish red colors, and both are characterized by typical enrichment of SiO2, K2O and Al2O3, low content of CaO and MgO, thus belonging to high-K calc-alkaline series rocks. Only the ratios of K2O/Na2O and Fe2O3/FeO of cinnamon rhyolite are slightly higher than the values of the gray one. Furthermore, the rhyolites exhibit high content of ∑REE, obvious fractionation of LREE and HREE, and strong negative Eu anomaly, possessing features of enrichment of LREE. These rocks are characterized by enrichment of LILE such as Rb, Th, U, Ga and Y, but depletion of Ba and Sr. In addition, HFSE, such as Zr, Hf, Nb and Ta are enriched as well. All of the samples show the trace element characteristics of A2-type granite and low Sr-Ba rhyolite, sharing the features of relatively high (87Sr/86Sr)i values (0.708606~0.711171), low εNd(t) values (-9.78~-7.11), and young TDM2 (1520~1737Ma), lower (206Pb/204Pb)t (16.93~17.06), (207Pb/204Pb)t (15.37~15.43) and (208Pb/204Pb)t (37.30~37.72). The projection points are located between the lower crust and the depleted mantle in the diagram of εNd(t)-(87Sr/86Sr)i, and between the lower crust and mantle in the diagram of (207Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)t and (208Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)t, indicating that the rhyolite in the Yudaokou basin was probably formed by partial melting of young lower crust material which originated from DMM mantle, EMI enriched mantle magma and old lower crustal material. The source material was different from felsic volcanic-intrusive rocks in Liaoyuan Block, but similar to felsic volcanic-intrusive rocks in the Yanshan intracontinental orogenic belt.
Key words: rhyolite    geochronology    geochemistry    early Late Jurassic    geological implications    Yudaokou basin    

华北克拉通与西伯利亚克拉通之间的中亚造山带(其东段亦称兴蒙造山带)由西伯利亚克拉通增生边缘、华北克拉通增生边缘与额尔古纳地块、兴安地块、松辽地块、布列亚-佳木斯地块、辽源地块镶嵌而成,其形成与古亚洲洋的演化密切相关[1-3]。索伦-西拉木伦-长春结合带以北的额尔古纳地块、兴安地块、松辽地块、布列亚-佳木斯地块和完达山增生大陆边缘分别以塔源-喜桂图断裂带、二连-贺根山-黑河断裂带、嘉荫-牡丹江断裂带、敦化-密山断裂带为界,以南的辽源地块、内蒙古基底隆起带和燕山板内造山带分别以康保-赤峰-开原断裂带(华北陆块北缘断裂带或内蒙古基底隆起带北缘断裂带的一部分)、尚义-赤城-平泉断裂带(内蒙古基底隆起带南缘断裂带的一部分)为界[3]图 1-a)。该大地构造格局对中生代长英质火山-侵入岩的岩石组合、时空分布、地球化学特征等有明显的控制作用。研究表明,中侏罗世晚期—晚侏罗世早期火山岩存在明显的空间差异,在额尔古纳地块和兴安地块发育塔木兰沟组铁镁质火山岩组合,松辽地块和辽源地块发育新民组长英质火山岩组合、燕山板内造山带发育髫髻山组铁镁质火山岩组合;早白垩世早期广泛分布于额尔古纳地块、兴安地块、松辽地块的上库力组和内蒙古基底隆起带、燕山板内造山带的张家口组均为高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合[4-20]。长英质火山-侵入岩的锶、钕、铅同位素组成也存在明显的空间差异,在额尔古纳地块具有较高的(87Sr/86Sr)i、较低且变化大的εNd(t)、较大的TDM2、较高且变化较小的(206Pb/204Pb)i、(207Pb/204Pb)i、(208Pb/204Pb)i[21-24];兴安地块具有较低的(87Sr/86Sr)i、较高且变化大的εNd(t)、较小的TDM2、较高且变化区间较大的(206Pb/204Pb)i、(207Pb/204Pb)i、(208Pb/204Pb)i[21-25],松辽地块具有较高的(87Sr/86Sr)i、高的εNd(t)、小的TDM2、较高的(206Pb/204Pb)i、(207Pb/204Pb)i、(208Pb/204Pb)i[23-24, 26-27],辽源地块具有较高的(87Sr/86Sr)i、较低的εNd(t)、较小的TDM2、较低的(206Pb/204Pb)i、(207Pb/204Pb)i与(208Pb/204Pb)i[10-11, 14]值,燕山板內造山带具有较高且变化区间大的(87Sr/86Sr)i、低的εNd(t)、较大的TDM2、低的(206Pb/204Pb)i、(207Pb/204Pb)i与(208Pb/204Pb)i[24, 28-31]。然而,内蒙古基底隆起带中生代火山-侵入岩的岩石组合特征和岩石地层单位归属、地质时代和地球化学特征的研究相对薄弱[11, 14, 32-33],特别是与相邻地块的共性与差异性缺乏可靠的证据。巫建华等[11]、夏应冰等[14]、张雅菲等[33]通过年代学、地球化学特征研究,证实内蒙古基底隆起带丰宁大滩盆地火山岩、沽源盆地火山岩的岩石组合和地质时代与燕山板内造山带的张家口组一致,锶、钕、铅同位素组成也与燕山板內造山带的长英质火山-侵入岩类似。本文选择内蒙古基底隆起带河北北部御道口盆地流纹岩为研究对象,通过岩石组合和流纹岩SHRIMP锆石U-Pb年代学研究,查明其岩石地层单位归属和地质时代,通过元素和锶-钕-铅-氧同位素的系统研究,分析其物质来源及其与相邻地块的差异。

图 1 河北围场御道口盆地大地构造位置(a)[3]及地质简图(b) Fig.1 Tectonic location (a) and geological sketch map (b) of Yudaokou Basin in Weichang, Hebei Province 1—第四系;2—新近系汉诺坝组;3—下白垩统义县组;4—上侏罗统新民组;5—早白垩世流纹斑岩;6—上侏罗统石英二长斑岩;7—晚侏罗世花岗闪长岩;8—新元古界变质岩;9—古元古界钾质混合岩;10—安山玢岩脉;11—整合地质界线;12—角度不整合地质界线;13—断层
1 区域地质特征

御道口盆地地处河北省承德市围场县御道口镇,位于康保-赤峰-开原断裂带以南、尚义-赤城-平泉断裂带以北的内蒙古基底隆起带上(图 1-a),属大兴安岭火山-侵入岩带与燕山火山-侵入岩带的过渡部位。御道口盆地火山岩系被下白垩统热河群义县组、新近系汉诺坝组不整合覆盖(图 1-b),盆地内火山岩以火山熔岩及火山碎屑岩为主,间有河流相粗、细碎屑岩沉积[4]。盆地内的流纹岩可分为肉红色流纹岩和灰白色流纹岩2种,前者主要分布于石人梁村—大梁寨一带,后者主要分布于大羊坡—后滩一带,盆地内有安山玢岩岩脉侵入,西南侧及东部有晚侏罗世—早白垩世岩体出露。盆地内断裂构造不发育,主要分布在盆地的东南部,走向多为NE—NNE向,长2~6km。

2 分析方法 2.1 SHRIMP锆石U-Th-Pb分析

流纹岩锆石挑选由河北省廊坊市诚信地质服务有限公司完成,反射光、透射光、阴极发光(CL)显微照相和SHRIMP锆石U-Th-Pb分析在北京离子探针中心SHRIMP-Ⅱ上完成。锆石样品处理过程和样品靶制作见巫建华等[8],锆石SHRIMP U-ThPb具体分析工作流程及处理流程见参考文献[34],御道口盆地流纹岩锆石U-Th-Pb分析结果见表 1

表 1 御道口盆地流纹岩(YDK001)SHRIMP锆石U-Th-Pb同位素分析结果 Table 1 Analytical result of SHRIMP zircons U-Th-Pb of the rhyolite (YDK001) from the Yudaokou basin
2.2 主量、微量元素分析

流纹岩主量和微量元素分析测试在湖北武汉综合岩矿测试中心完成。主量元素除FeO含量采用硫酸-氢氟酸溶矿、重铬酸钾滴定法测得外,其余采用X射线荧光熔片法(XRF)在X荧光光谱仪(Magix-pro2440)上测定;微量元素除Sr、Ba使用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)在等离子体发射光谱仪(ICAP6300)上测定外,其余采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)在X7型电感耦合等离子体质谱仪(Thermoele-mental X7)上测定。样品处理过程、实验流程及其误差、精度等见参考文献[35],御道口盆地流纹岩主量、微量和稀土元素分析结果及有关参数见表 2

表 2 御道口盆地流纹岩主量、微量和稀土元素分析结果及有关参数 Table 2 Analysis result of major, trace and rare earth element of the rhyolites from Yudaokou basin
2.3 锶-钕-铅-氧同位素分析

流纹岩锶-钕-铅同位素比值分析在中国科学院地质与地球物理研究所重点实验室Finnigan Mat262固体表面热电离质谱计上完成,锶、钕同位素分析采用传统的阳离子交换树脂法分别分离富集Sr和Nd元素,采用146Nd/144Nd = 0.7219和86Sr/88Sr=0.1194标准化校正测得Nd和Sr同位素比值。Nd和Sr同位素标样AMS和NBS987的测试值分别为143Nd/144Nd=0.512139 ± 18(2σ,n=28)和87Sr/86Sr=0.710255 ±16(2σ,n=33)。铅同位素采用阴离子交换树脂来分离富集,铅标样NBS981的测定结果为207Pb/206Pb=0.9139±4(2σ,n=65)。氧同位素分析在北京核工业地质研究院分析测试中心MAT253(仪器编号为8633)上完成,检测方法和依据为DZ/T0184.13—1997《硅酸盐及氧化物矿物中氧同位素组成的五氟化溴法测定》。御道口盆地流纹岩锶-钕-铅-氧同位素分析结果及有关参数见表 3

表 3 御道口盆地流纹岩锶-钕-铅-氧同位素分析结果及有关参数 Table 3 Sr-Nd-Pb-O isotopic compositions of the rhyolite from Yudaokou basin
3 分析结果 3.1 锆石U-Pb年龄

流纹岩中锆石呈自形短柱状或双锥状,晶形较完整,阴极发光(CL)图像显示锆石具有条带结构(图 2),以及典型岩浆结晶锆石的内部结构特征;锆石颗粒长度为80~150μm,长宽比为1.3~1.6。测试时所有分析点均处于岩浆环带部位。分析结果显示,U含量为43×10-6~79×10-6(仅分析点1.1高达228×10-6),Th含量为25×10-6~62×10-6(仅分析点1.1高达225×10-6),Th/U值为0.58~0.81(仅分析点1.1高达1.02),具有典型岩浆锆石的成分特征[36]。16个分析点的206Pb/238U年龄数据在169~152Ma之间,有3个分析点(分析点号分别为1.1、10.1和12.1,虚线表示)的年龄偏离数据组,若排除这3个年龄,其余13个分析点的206Pb/238U年龄加权平均值为155.2±2.0Ma,MSWD=0.45(图 3),代表流纹岩的形成时代。

图 2 御道口盆地流纹岩锆石阴极发光图像、测点编号及年龄 Fig.2 Zircon cathodoluminescence photos, measuring point serial number and age of the rhyolite from the Yudaokou basin
图 3 御道口盆地流纹岩锆石206Pb/238U年龄值、误差及U-Pb谐和图 Fig.3 Zircon 206Pb/238U ages, error and U-Pb concordia diagram of the rhyolite from the Yudaokou basin
3.2 主量元素

流纹岩具有高硅、富钾、高铝、贫钙和镁的特征;A/CNK=1.21~1.59,属于过铝质;锆石饱和温度TZr=948~985℃,具有高熔融温度的特征;肉红色流纹岩的K2O/Na2O、Fe2O3/FeO值略高于灰白色流纹岩。在TAS图解(图 4-a)中,样品点落入碱性系列与亚碱性系列分界线之下的流纹岩区,在A/CNK-A/NK图解(图 4-b)中落入过铝质区;在SiO2-(Na2O+ K2O-CaO)和SiO2-TFeO/MgO图解(图 5)中均落入A型花岗岩区,与多本沟盆地流纹岩的主量元素特征[15]一致。

图 4 御道口盆地流纹岩TAS(a)和A/CNK-A/NK(b)图解 Fig.4 Diagrams of TAS (a) and A/CNK-A/NK (b) of the rhyolite from Yudaokou basin
图 5 御道口盆地流纹岩SiO2-((Na2O+K2O)-CaO)图解(a)和SiO2-TFeO/MgO图解(b) Fig.5 Diagrams of SiO2-((Na2O+K2O)-CaO) (a) and SiO2-TFeO/MgO (b) of the rhyolites from Yudaokou basin
3.3 微量元素

流纹岩稀土元素含量高,富集轻稀土元素,负Eu异常显著。稀土元素配分曲线图(图 6-a)显示负Eu异常明显的右倾轻稀土元素富集型特征,重稀土元素(HREE)分异不明显,呈较平缓且略下凹的分布模式,暗示部分熔融的残留物中含有角闪石而不含石榴子石[38]。富集大离子亲石元素Rb、U、Th、Ga、Y和高场强元素Nb、Ta、Zr、Hf,亏损大离子亲石元素Sr、Ba,(Zr+Nb+Ce+Y)=882×10-6~1101×10-6(>350×10-6),10000Ga/Al=3.09~5.32(>2.6),具有典型A型花岗岩的微量元素特征;在Rb/Nb-Y/Nb和Nb-Y-3Ga图解(图 7)上,样品点落入A2型流纹岩区域;在Zr-Sr-Ba图解(图 8)上落入低Sr-Ba英安岩-流纹岩区;不相容元素蛛网图(图 6-b)显示Rb、Th、Zr、Hf、Tb峰,Nb、Ta、Sr、K、P、Ti谷的整体特征,与多本沟盆地流纹岩的微量元素特征[15]相似。

图 6 御道口盆地流纹岩稀土元素球粒陨石标准化图解(a)与微量元素原始地幔标准化蛛网图(b) Fig.6 REE patterns diagram (a) and Trace element spider diagram(b) of the rhyolite from Yudaokou basin (球粒陨石及原始地幔标准化值据参考文献[37])
图 7 御道口盆地流纹岩Nb-Y-Nb-3Ga图解(a)和Y/Nb-Rb/Nb(b)图解(底图据参考文献[39]) Fig.7 Diagrams of Nb-Y-3Ga (a)and Y/Nb-Rb/Nb (b)of the rhyolite from Yudaokou basin A1—非造山环境;A2—造山后环境
图 8 御道口盆地流纹岩Zr-Sr-Ba图解 Fig.8 Diagram of Zr-Sr-Ba of the rhyolites from Yudaokou basin
3.4 锶-钕-铅-氧同位素

(1)锶同位素

流纹岩的(87Sr/86Sr)i=0.708606~0.711171,明显高于现代大洋玄武岩(0.702~0.706)[23]、松辽地块中晚三叠世查干角闪碱长花岗岩、早中侏罗世景阳黑云母花岗闪长岩、早白垩世青山黑云母花岗闪长岩、索伦黑云母花岗闪长岩、永和屯二长闪长斑岩(0.7012~0.7050)[26]的(87Sr/86Sr)i值,略高于辽源地块芝瑞、红山子晚侏罗世早期流纹岩(0.704018~0.709821)[10, 13]、燕山板内造山带晚三叠世冀东青龙都山花岗岩、中侏罗世白家店花岗岩、早白垩世河北承德甲山正长岩、早白垩世北京房山闪长岩(0.70416~0.70690)[29, 31, 40]的(87Sr/86Sr)i值,与内蒙古基底隆起带早白垩世丰宁大滩盆地流纹岩、花岗斑岩和粗面岩、沽源盆地粗面岩、晚侏罗世围场多本沟盆地流纹岩、燕山板内造山带早白垩世丰宁东猴顶正长斑岩(0.7052~0.71197)[11, 14-15, 28, 33]的(87Sr/86Sr)i值基本一致。

(2)钕同位素

流纹岩的εNd(t)=-9.78~-7.11,远高于华北克拉通古老下地壳(-44~-32)[41],明显低于松辽地块查干角闪碱长花岗岩、景阳黑云母花岗闪长岩、青山黑云母花岗岩(2.11~6.02)[26],略低于辽源地块芝瑞、红山子盆地流纹岩(-6.32~-4.44)[10, 13]、内蒙古基底隆起带沽源盆地粗面岩(-5.83~-5.31)[11]、燕山陆内造山带甲山正长岩(-5.0~-0.9)[29],高于内蒙古基底隆起带丰宁大滩盆地流纹岩、花岗斑岩和粗面岩(-17.4~-10.7)[14, 33]、燕山板内造山带都山花岗岩、白家店花岗岩、房山花岗闪长岩和东猴顶正长斑岩(-16.9~-10.8)[28, 31, 40]εNd(t)值,与汉诺坝二辉麻粒岩包体(-18~-8)[42]、富集地幔(-13~-8.0)[43-45]和内蒙古基底隆起带多本沟盆地(-8.09~-11.2)[15]εNd(t)值大体一致。

流纹岩的ƒSm/Nd值为-0.46~-0.39,在-0.6~-0.2之间,有明确地质意义的TDM2值变化于1520~1737Ma之间,明显大于松辽地块查干角闪碱长花岗岩、景阳黑云母花岗闪长岩、青山黑云母花岗闪长岩、索伦黑云母花岗闪长岩、永和屯二长闪长斑岩(521~749Ma)[26]TDM2值,明显小于燕山板内造山带东猴顶正长斑岩、房山花岗闪长岩、内蒙古基底隆起带大滩盆地流纹岩和花岗斑岩(1822~2340Ma)[28, 33, 40]TDM2值,略大于辽源地块芝瑞、红山子盆地流纹岩、燕山板内造山带沽源盆地粗面岩、甲山正长岩(980~1457Ma)[10-11, 13, 29]TDM2值,与内蒙古隆起带多本沟流纹岩、燕山板内造山带青龙都山花岗岩、白家店花岗岩(1601~2100 Ma)[15, 31]TDM2值基本一致。

(3)铅同位素

流纹岩的铅同位素组成偏低,(206Pb/204Pb)t =16.93~17.06,(207Pb/204Pb)t =15.37~15.43,(208Pb/204Pb)t =37.30~37.72,与辽源地块芝瑞、红山子盆地流纹岩(206Pb/204Pb)t(17.11~17.80)、(207Pb/204Pb)t(15.19~15.48)和(208Pb/204Pb)t(36.92~37.63)[10, 13]、内蒙古基底隆起带丰宁大滩、沽源盆地粗面岩、多本沟盆地流纹岩(206Pb/204Pb)t(16.53~17.04)、(207Pb/204Pb)t(15.06~15.62)和(208Pb/204Pb)t(36.73~37.67)[11, 14-15]、燕山板内造山带房山闪长岩、甲山正长岩、东猴顶钾长花岗斑岩(206Pb/204Pb)t(16.52~17.77)、(207Pb/204Pb)t(15.07~15.39)、(208Pb/204Pb)t(35.51~37.79)[28-29, 40]的值基本一致。

(4)氧同位素

流纹岩的δ18OV-SMOW=6.5‰~9.5‰,具有3‰的变化范围,低于高氧流纹岩的δ18OV-SMOW值(>10‰)[46],高于正常地幔(5.3‰±0.3‰)[47]、低氧流纹岩(<6‰)[46]、辽源地块芝瑞盆地流纹岩和流纹斑岩(4.0‰~5.1‰)[12]、内蒙古基底隆起带多本沟流纹岩(5.1‰~6.0‰)[15]的δ18OV-SMOW值,与正常流纹岩(6‰~10‰)[46]的δ18OV-SMOW值一致。

4 地质意义 4.1 流纹岩地层归属

本文获得的御道口盆地流纹岩锆石206Pb/238U年龄为155.2Ma,根据国际地层表,晚侏罗世与早白垩世之间的界线在145.5±0.4Ma[48-49],说明御道口盆地流纹岩是晚侏罗世早期火山活动的产物。

御道口盆地流纹岩一直被归于张家口组,地质时代被置于晚侏罗世,并与大兴安岭的上库力组对比[4-6, 13]。新的研究成果表明,内蒙古基底隆起带和燕山板内造山带的张家口组以流纹质熔结凝灰岩、流纹岩和石英粗面岩为主,夹安山岩、粗安岩和少量紫红色砂砾岩,火山岩锆石U-Pb年龄存在北部老、南部新的空间变化[9]。从表 4可以看出,内蒙古隆起带张家口—沽源—赤城独石口—丰宁四岔口一带的张家口组火山岩锆石U-Pb年龄变化于140~136Ma之间,燕山板内造山带赤城雕鹗—丰宁大兰营—滦平—承德—辽宁凌源一带的张家口组火山岩锆石U-Pb年龄变化于136~130Ma之间,但它们均属于早白垩世早期火山活动的产物。而康保-赤峰-开原断裂带以北辽源地块的新民组以流纹质熔结凝灰岩、流纹质凝灰岩、火山角砾岩和流纹岩为主,夹沉凝灰岩和少量灰绿色砂砾岩[8, 10, 13, 15],火山岩锆石U-Pb年龄变化于155~160Ma之间(表 4),地质时代属晚侏罗世早期。御道口盆地火山岩的岩石组合特征和地质时代与辽源地块红山子、芝瑞盆地及内蒙古基底隆起带多本沟盆地新民组的岩石组合特征和地质时代一致[8, 10, 13, 15],不同于内蒙古基底隆起带和燕山板内造山带张家口组的岩石组合特征和地质时代,应归入新民组。

表 4 华北陆块北缘断裂带两侧晚侏罗世—早白垩世早期火山岩锆石U-Pb年龄 Table 4 Zircon U-Pb ages of the Late Jurassic-early Early Cretaceous volcanic rocks from both sides of the fault zone on the northern margin of the North China Block
4.2 流纹岩源于年轻下地壳部分熔融

御道口盆地流纹岩具高SiO2、Al2O3、Rb、Nb含量和TFeO/MgO值,低MgO和CaO含量,具有强过铝质和负Eu异常的特征,与地壳浅部钙碱性花岗质脱水熔融产物[60]的特征相似;Rb/Sr、Ti/Y和Ti/Zr值分别为2.00~10.5、12.6~59.6和1.26~4.18,位于壳源岩浆(Rb/Sr>0.5,Ti/Y<100,Ti/Zr<20)[64-66]范围内;Sr、Ba亏损,Zr、Nb、Ta、Pb富集,说明岩浆具备壳源属性;HREE分异不明显,呈较平缓且略下凹的分布模式,暗示源岩部分熔融的温度介于850~1100℃、压力小于1.0GPa,岩浆起源小于35km[38, 67]。这些特征表明,御道口流纹岩的岩浆可能起源于地壳。

流纹岩较高的(87Sr/86Sr)i值(0.708606~0.711171)和负εNd(t)(-10.5~-7.11)指示岩浆来源与新生地壳或富集地幔有关[68]。在(87Sr/86Sr)i-εNd(t)图解(图 9-a)上落在汉诺坝二辉麻粒岩包体区域附近,在(87Sr/86Sr)i-(143Nd/144Nd)i图解(图 9-b)上靠近EM Ⅰ富集地幔区域,在207Pb/204Pb-206Pb/204Pb图解(图 10-a)和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb图解(图 10-b)上落入下地壳区域,并靠近EMⅠ型富集地幔,指示岩浆来源于下地壳,并与EMⅠ型富集地幔有关。但εNd(t)值远高于华北克拉通古老下地壳(-44~-32)[41],不同于兴安地块及松辽块体较高的εNd(t)值[26, 72],与汉诺坝二辉麻粒岩包体的εNd(t)值(-18~-8)接近[42];较老的TDM2(1520~1795Ma),高于兴安地块及松辽地块的TDM2值(520Ma~1180Ma) [27, 73];(206Pb/204Pb)t整体小于兴安地块及松辽地块(17.96~18.58)[23, 74-75],指示流纹岩岩浆源区物质与华北克拉通古老下地壳及兴蒙造山带显生宙新生地壳的关系较远,可能为中元古代构成的年轻下地壳物质。研究已经证实,汉诺坝二辉麻粒岩包体是幔源基性岩浆底侵于下地壳底部构成的年轻下地壳的一部分[42, 76],于新生代被汉诺坝玄武岩浆以包体形式带到地表[40]。这不仅说明年轻的基性麻粒岩下地壳确实存在,而且为解释御道口流纹岩同时带有富集地幔和下地壳物质印记提供了依据,即源于DMM型地幔岩浆、EMⅠ型富集地幔岩浆和少量古老下地壳物质混合而成的年轻下地壳,经部分熔融形成的岩浆上升到地表,形成御道口流纹岩。

图 9 御道口盆地流纹岩(87Sr/86Sr)i-εNd(t)(a)和(87Sr/86Sr)i-(143Nd/144Nd)i(b)图解 Fig.9 Diagrams of (87Sr/86Sr)i-εNd(t)(a)and (87Sr/86Sr)i-(143Nd/144Nd)i(b)of the rhyolite from Yudaokou basin (汉诺坝麻粒岩的范围据参考文献[42],华北克拉通下地壳、上地壳的范围据参考文献[41],DMM、EMⅠ、EMⅡ、HIMU和原始地幔为参考文献[69]和[70]定义的地幔端元)
DMM—亏损地幔;EMⅠ、EMⅡ—富集地幔;HIMU—高U/Pb值地幔;OIB—洋岛玄武岩;MORB—洋中脊玄武岩
图 10 御道口盆地流纹岩206Pb/204Pb-207Pb/204Pb(a,底图据参考文献[71])和206Pb/204Pb-208Pb/204Pb(b)图解 Fig.10 Diagrams of 06Pb/204Pb-207Pb/204Pb (a)and 206Pb/204Pb-208Pb/204Pb(b)of the rhyolite from Yudaokou basin DMM—亏损地幔[70];EM(Ⅰ、Ⅱ)—富集地幔[70];NHRL—北半球参考线[69];HIMU—高U/Pb值地幔;MORB—洋中脊玄武岩;BSE—全硅酸盐地球;UCC—上地壳;LCC—下地壳;OREMA—普通地幔
4.3 具有燕山带岩浆岩的锶-钕-铅特征

御道口盆地流纹岩具有较高的(87Sr/86Sr)i(0.708606~0.711171)、较小的εNd(t)值(-10.5~-7.11)、较老的TDM2(1520~1795Ma)和较低的(206Pb/204Pb)t(16.93~17.06)、(207Pb/204Pb)t(15.37~15.43)、(208Pb/204Pb)t(37.30~37.72),与内蒙古基底隆起带丰宁盆地早白垩世早期流纹岩、花岗斑岩、粗面岩、沽源盆地早白垩世粗面岩、多本沟盆地晚侏罗世早期流纹岩的(87Sr/86Sr)i(0.7068~0.7149)、εNd(t)(-16.4~-5.31)、TDM2(1361~2297Ma)、(206Pb/204Pb)t(16.53~17.04)、(207Pb/204Pb)t(15.06~15.62)、(208Pb/204Pb)t(36.73~37.67)[11, 14-15, 33]基本一致,也与燕山板內造山带长英质岩浆岩的(87Sr/86Sr)i(0.7042~0.7317)、εNd(t)(-22.89~-0.9)、TDM2(982~2290Ma)、(206Pb/204Pb)t(16.80~18.48)、(207Pb/204Pb)t(15.03~15.73)、(208Pb/204Pb)t(35.51~38.76)[24, 28-29, 31, 40, 77]相近,但明显不同于松辽地块长英质岩浆岩的(87Sr/86Sr)i(0.7012~0.7096)、εNd(t)(0.64~8.12)、TDM2(494~860Ma)、(206Pb/204Pb)t(18.22~18.56)、(207Pb/204Pb)t(15.47~15.60)、(208Pb/204Pb)t(37.92~38.33)[23-24, 26-27, 72],也不同于辽源地块的红山子流纹岩和流纹斑岩、芝瑞盆地流纹岩的(87Sr/86Sr)i(0.70418~0.709821)、εNd(t)(-6.32~-4.44)、TDM2(1304~1457Ma)、(206Pb/204Pb)t(17.09~17.80)、(207Pb/204Pb)t(15.19~15.48)、(208Pb/204Pb)t(36.92~37.63)[10, 12-13]。因此,内蒙古基底隆起带中生代长英质火山-侵入岩的锶-钕-铅同位素特征不同于松辽地块的长英质岩浆岩,也有别于辽源地块的长英质岩浆岩,与燕山板内造山带的长英质岩浆岩相近。

5 结论

(1)御道口盆地流纹岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为155.2±2.0Ma,地质时代属晚侏罗世早期,与辽源地块新民组和燕山板内造山带髫髻山组的地质时代一致,而与内蒙古基底隆起带和燕山板内造山带张家口组的地质时代不同。

(2)根据岩石组合特征和地质时代,御道口盆地火山岩应归入新民组。

(3)御道口盆地流纹岩具有较高的SiO2、Al2O3、较低的CaO和MgO含量,属于高钾钙碱性系列;稀土元素含量总体较高,明显富集轻稀土元素,负Eu异常明显,富集Rb、Th、U、Pb、Zr、Hf,亏损Ba、Sr、P、Ti及Nb、Ta等元素,具有A2型流纹岩和低Sr-Ba流纹岩的特征;较高的87Sr/86Sr值、较低的εNd(t)、较老的TDM2及较低的Pb同位素组成,指示流纹岩可能是中元古代源于DMM型地幔岩浆、EMⅠ型富集地幔岩浆和少量古老下地壳物质混合而成的年轻下地壳在晚侏罗世早期发生部分熔融产生的岩浆喷出地表形成。

(4)御道口盆地流纹岩的锶-钕-铅同位素特征,与同处内蒙古基底隆起带的丰宁大滩盆地流纹岩、花岗斑岩、粗面岩、沽源盆地粗面岩、多本沟盆地流纹岩的锶-钕-铅同位素特征基本一致,也与燕山板内造山带长英质岩浆岩的锶-钕-铅同位素特征有较高的相似性,但明显不同于松辽地块长英质岩浆岩的锶-钕-铅同位素特征,也有别于辽源地块长英质岩浆岩的锶-钕-铅同位素特征。

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