內蒙古色日崩地區白音高老組流紋巖巖石地球化學特征及地質意義

楊文靜 ，程天赦 ，2，王登紅 ，肖 盈 ，張 全

（1.天津市地質調查研究院，天津300191；2.中國地質大學地球科學與資源學院，北京100083；

3.中國地質科學院礦產資源研究所，北京100083；4.中原油田普光分公司采氣廠，四川達州636156）

內蒙古自治區巖石地層清理工作將寶石組、布拉跟哈達組、上庫力組統一歸屬為白音高老組，區域上巖石主體以酸性火山巖夾沉積巖為主（內蒙古自治區巖石地層），其形成時代為早白堊世（127±5Ma）［1-2］.白音高老組地層分布十分廣泛，在大興安嶺及其兩側地區均有出露，研究其火山巖層地球化學特征，對揭示該時期大興安嶺地區構造-巖漿作用具有重要地質意義.因此，本論文基于西烏旗地區區調工作，分析色日崩地區白音高老組流紋巖巖石地球化學特征，探討其形成的大地構造背景.

1 地質概況

圖1 內蒙古色日崩地區白音高老組地層分布及實測剖面位置圖Fig．1 Distribution of Baiyingaolao Formation and position ofgeologicalprofile in Seribengarea 1—第四系（Quaternary）；2—白音高老組地層（Baiyingaolao fm．）；3—紅旗組地層（Hongqi fm．）；4—哲斯組地層（Zhesi fm）．；5—大石寨組地層（Dashizhai fm．）；6—地層界線（geologic boundary）；7—逆斷層（reversed fault）；8—實測剖面（surveyed profile）

西烏旗地區中生代火山巖分布廣泛．上侏羅統滿克頭鄂博組為流紋質晶屑巖屑凝灰巖、流紋巖，局部夾安山巖與沉積巖；上侏羅統瑪尼吐組以安山巖、英安巖為主，局部夾沉積巖；早白堊世白音高老組為流紋巖、球泡流紋巖；早白堊世梅勒圖組為氣孔杏仁狀玄武巖、安山巖．白音高老組主要分布于色日崩海日罕－哈勒蓋圖一帶，呈北東向—近東西向展布，巖性主要為流紋巖，局部夾薄層流紋質角礫熔巖及流紋質含角礫凝灰巖，總厚度為546～712m．

2 樣品采集及分析

根據野外露頭布置實測剖面（剖面位置如圖1），對地層巖性及產狀進行詳細觀測，按巖性逐層采集各類樣品．根據巖石顏色、成分、結構及構造的野外觀測，該剖面共劃分為31個巖性層，采集樣品31組（包括薄片樣、硅酸鹽樣、微量元素樣及稀土元素樣）．樣品巖性均為流紋巖．

所有樣品均委托河北省區域地質礦產調查研究所實驗室分析，主量元素測試采用XRF熒光測試法完成，測試誤差小于2%；稀土和微量元素測試采用等離子體質譜（ICP－MS）法，測定精度優于5%．

3 巖石地球化學特征

根據薄片鑒定、元素分析結果，大部分巖石已遭受強蝕變作用，因此只選取其中符合要求的14件樣品進行討論．樣品分析結果如表1．

3．1 巖石學特征

巖石多數具斑狀結構和流紋構造，斑晶礦物以鉀長石、石英為主，見少量斜長石．鉀長石、斜長石呈半自形板狀，石英呈渾圓粒狀，粒內輕波狀消光．基質主要由長英質組成，呈包含嵌晶結構、微粒狀結構．副礦物主要由不透明礦物、磷灰石、鋯石、電氣石組成．偶見球粒結構和石泡結構．

3．2 主量元素特征

由表 1 可知，巖石中 SiO2=78．32%～86．80%，平均80．49%；Al2O3=8．59%～13．70%，平均 12．29%；K2O=3．79%～7．59%，平均 6．01%；Na2O=0．09%～0．53%，平均 0．18%；TiO2=0．19%～0．33%，平均 0．25%；TFeO=0．25%～0．76%，平均0．49%；MnO=0．01%～0．03%，平均0．017%；MgO=0．09%～0．21%，平均 0．14%；CaO=0．08%～0．15%，平均 0．11%；P2O5=0．02%～0．03%，平均 0．02%；H2O+＜2%．

該套巖石中 SiO2含量偏高；K2O+Na2O=3．84%～7．63%，平均 6．19%，全堿含量較高，并且 K2O/Na2O=13．32～65．58，Na2O 超低異常，與后期蝕變作用使 Na2O部分帶出有關；A/NCK=1．47～2．13，屬過鋁質巖石；MnO、MgO、CaO含量極低．

由于巖石普遍遭受蝕變作用，K、Na等活動性較強的元素可能會有一定程度的變化，因此本文采用Winchester等（1977）的 Zr/TiO2－Nb/Y 分類圖解（圖 2），樣品均位于流紋巖區域．在K2O－SiO2圖解中（圖3），絕大部分樣品位于高鉀鈣－堿性系列區域，只有1個樣品位于中鉀鈣－堿性系列區域．

從主量元素分析結果可以看出，西烏旗色日崩地區白音高老組流紋巖屬高硅低鈦過鋁質高鉀鈣－堿性流紋巖．

3．3 稀土元素特征

稀土元素分析結果（表1）及球粒隕石標準化配分曲線（圖4）顯示，稀土元素總量偏高.∑REE=191.33×10-6～335.06×10-6，平均 284.55×10-6；LREE=137.68×10-6～199.41×10-6，HREE=29.51×10-6～54.24×10-6，LREE/HREE=1.08～1.71；（La/Yb）N=2.11～3.08.曲線呈右傾型，輕重稀土元素分餾中等，輕稀土略富集.（La/Sm）N=1.87～2.40，（Gd/Yb）N=0.82～1.00，輕稀土分餾

中等，重稀土分布相對平緩．δEu=0．27～0．33，顯示明顯的銪負異常，這與斜長石的分離結晶作用有關［3］．這些特征與大多數A型花崗質巖石的地球化學特征和典型的大陸裂谷流紋巖的稀土曲線一致［4-6］．

表1 西烏旗色日崩地區白音高老組流紋巖主量元素、稀土元素和微量元素含量Table1 Contentsofmajor elements,REE and trace elementsof the rhyolitesof Baiyingaolao Formation in Seribeng area

表1（續） Table 1 （Continued）

圖2 色日崩地區白音高老組流紋巖TAS圖解（據 Winchester等，1977）Fig.2 TASdiagram of the rhyolitesof Baiyingaolao Formation inSeribeng area（afterWinchesteretal.,1977）

圖3 色日崩地區白音高老組流紋巖K2O-SiO2圖解（據 Rickwood，1977）Fig.3 K2O-SiO2 diagram of the rhyolitesof Baiyingaolao Formationin Seribengarea（after Rickwood,1977）

圖4 色日崩地區白音高老組流紋巖稀土元素球粒隕石標準化配分曲線（標準值據 Boynton，1984）Fig．4 Chondrite-normalized REE distribution patternsof the rhyolitesof Baiyingaolao Formation in Seribengarea（after Boynton,1984）

3．4 微量元素特征

圖5 色日崩地區白音高老組流紋巖微量元素原始地幔標準化配分曲線（標準值據 Sun and McDonough，1989）Fig．5 Primitivemantle-normalized trace elementdistribution patternsof the rhyolitesofBaiyingaolao Formation in Seribeng area（after Sun and McDonough,1989）

微量元素分析結果（表1）及原始地幔標準化配分曲線（圖 5）顯示：（1）親石元素 Cs、Ba、Rb、Th、U 相對富集（分別為原始地幔的 1081～118 倍），但 Sr（26．42×10－6）、Eu（0．97×10－6）明顯虧損，Rb/Sr比值平均為 7．65，明顯高于I型和S型花崗巖的Rb/Sr比值平均值（分別為 0．61 和 1．81），甚至是 A 型花崗巖（3．52）（Whalen etal．，1987） 的 2 倍；（2） 高場強元素較為富集，Zr為243．6×10－6～419．8×10－6（平均值為 373．95×10－6），Hf為7．17×10－6～12．07×10－6（平均值為10．05×10－6），但Ta較低，為0．71×10－6～1．41×10－6（平均值為1．02×10－6），Nb也較低，為7．17×10－6～15．72×10－6（平均值為13．75×10－6）．值得注意的是這些流紋巖沒有明顯的Nb（Ta）虧損，表明它們沒有受到明顯的地殼物質混染［7］．

4 討論

4．1 巖石成因

本區流紋巖Ti含量較低，Ti/Y＜100，且變化大，為29．16～49．84，平均為 36．48；Ti/Zr＜10，為 5．90～8．66，平均為6．80．表明本區流紋巖為典型的殼源巖漿系列，是陸殼巖石局部熔融的產物［8］．

流紋巖強烈虧損Sr和Eu的微量元素地球化學特征表明：（1）該套火山巖應起源于斜長石穩定的地殼源區，其起源深度應小于 35 km［9］；（2）巖漿源區起源的原生巖漿在上升過程中，應經歷了較為顯著的結晶分異作用過程，斜長石可能產生較強的分離結晶作用［10］．正是由于這種特定的成因機制和演化過程，造成巖石中微量元素Sr、Eu的強烈虧損．本區流紋巖低的Sr/Y 值（＜1．70，0．21～0．65，平均 0．39）和較高的Y 含量（>32．5×10－6，43．1×10－6～88．48×10－6，平均 70．53×10－6）的地球化學特征，同樣印證了上述事實．

鑒于各類巖石中單個微量元素豐度變化較大，而元素取適當的“元素對”比值進行比較，從而為判明成巖物質來源提供一定的地球化學佐證．據Hildreth等（1991）研究，Rb/Nb比值從地幔巖石向上地殼巖石有增高的趨勢：平均洋脊玄武巖（N－MORB）為 0．36，平均下地殼為0．88，平均上地殼為4．5．色日崩地區白音高老組平均Rb/Nb比值為13．81．Y是各類巖石中豐度值較高，而變化范圍較小的高場強元素（HFSE）．因而可以利用Rb/Y－Nb/Y比值特征來判明巖源物質來源或受混染的程度．白音高老組流紋巖Rb/Y值高，介于1．87～3．77，變化范圍大，Nb/Y 值低（表 1），為 0．17～0．24，其投影點在Nb/Y－Rb/Y 圖（圖略）上落入上地殼演化區，這為白音高老組流紋巖的上地殼成因提供了一定的佐證．

4．2 構造環境

火山活動總是受區域地質環境控制的，因此可用火成巖類的地球化學特征來判別其形成時的構造環境.西烏旗白音高老組流紋巖在Whalen等（1987）的分類圖解上，該區流紋巖與高度分異的I、S型花崗巖明顯不同，全部落入A型花崗巖范圍（圖略）.雖然A型花崗巖可以在各個地質時期、不同構造背景產出，不一定指示非造山或裂谷環境，但A型花崗巖的形成總是與張性環境相聯系這一點已是人們的共識（Eby，1990；王德滋和趙廣濤，1995；吳才來等，1998）.在花崗巖類的微量元素構造判別圖解上，西烏旗白音高老組流紋巖基本落在板內伸展非造山環境（圖6），說明本區火山巖形成于板內拉張的大地構造環境，反映了西烏旗地區在早白堊世處于巖石圈伸展減薄的作用階段.

圖6 色日崩地區白音高老組流紋巖構造判別圖解（據 Pearceetal.,1984;Eby,1992）Fig.6 Tectonic discrimination of the rhyolitesofBaiyingaolao Formation in Seribeng area（after Pearceetal.,1984;Eby,1992）WPG—板內花崗巖；ORG—洋脊花崗巖；VAG—火山弧花崗巖；Sny—COLG-同碰撞花崗巖；A1—非造山環境（anorogenic）；A2—造山環境（orogenic）

［1］內蒙古自治區地質礦產局.內蒙古自治區區域地質志［M］.北京：地質出版社,1991.

［2］內蒙古自治區地質礦產局.內蒙古自治區巖石地層［M］.武漢：中國地質大學出版社,1996.

［3］葛文春，林強，孫德有，等.大興安嶺中生代兩類流紋巖成因的地球化學研究［J］.地球科學—中國地質大學學報,2000,25（2）:172—178.

［4］Creaser R A,Price R C,Wormald R J.A-type granites revisited:Assessmentofa residual-sourcemodel［J］.Geology,1991,19:163—166.

［5］Eby G N.The A-type granitoids:A reviews of their occurrence and chemicalcharacteristicsand speculationson their petrogenesis［J］.Lithos,1990,26:115—134.

［6］Eby GN.Chemicalsubdivision of the A-type granitoids:Petrogenetic and tectonic implications［J］.Geology,1992,20:641—644.

［7］葛文春，李獻華，林強，等.呼倫湖早白堊世堿性流紋巖的地球化學特征及其意義［J］.地質科學,2001,36（2）:l76—183.

［8］林強，葛文春，孫德有，等.大興安嶺中生代兩類流紋巖與玄武巖的成因聯系［J］.長春科技大學學報,2000,30（4）:322—328.

［9］林強，葛文春，曹林，等.大興安嶺中生代雙峰式火山巖的地球化學特征［J］.地球化學,2003,32（3）:208—222.

［10］劉俊杰，鞠文信，趙九峰，等.大興安嶺根河巖區晚侏羅世火山巖特征及構造環境探討［J］.華南地質與礦產,2006,22（1）:38—46.