烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及地球化學(xué)特征

陶傳忠，李佇民，王大千，沈鑫，張渝金，李斌

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034；3.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林長(zhǎng)春130061

烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年及地球化學(xué)特征

陶傳忠1，2，李佇民2，王大千2，沈鑫2，張渝金1，2，李斌1，3

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130061；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110034；3.吉林省地質(zhì)調(diào)查院，吉林長(zhǎng)春130061

大興安嶺南段烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖主要為一套中酸性巖石組合，化學(xué)成分顯示為玄武安山巖、安山巖、英安巖和粗面英安巖.LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年結(jié)果顯示瑪尼吐組火山巖為（142.2±1.0）Ma，形成于早白堊世初期.火山巖SiO2含量為53.93%~68.44%，Al2O3含量為15.03%~17.82%，富堿高鉀，屬高鉀鈣堿性系列.稀土元素總量較低（∑REE為103.48×10-6~147.09×10-6），輕重稀土分餾較明顯，（La/Yb）N=6.68~9.12，具有弱的正Eu異常（δEu=1.04~1.25）.富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K和LREE，而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、P、Ti，表明研究區(qū)瑪尼吐組火山巖形成于蒙古-鄂霍次克洋閉合造山階段碰撞構(gòu)造背景，可能為加厚下地殼不同殘留礦物相部分熔融的產(chǎn)物.

瑪尼吐組火山巖；鋯石U-Pb定年；地球化學(xué)特征；烏蘭浩特地區(qū)；大興安嶺

大興安嶺位于興蒙造山帶的東段，大部分為中生代火山巖，其覆蓋在額爾古納地塊-興安地塊和松嫩地塊之上，向南延伸入華北板塊北緣地區(qū).近年來的研究表明：大興安嶺地區(qū)晚中生代火山活動(dòng)開始于晚侏羅世，早白堊世最為強(qiáng)烈，止于晚白堊世［1-4］，通常以北緯47°為界將其分為南北2段，南段烏蘭浩特地區(qū)火山巖研究程度較低，并且對(duì)火山巖形成的構(gòu)造背景方面，尚存在較大的爭(zhēng)議.目前有地幔柱成因［5-7］、蒙古-鄂霍次克洋俯沖成因［8-13］，以及太平洋板塊俯沖成因［14-17］等多種觀點(diǎn).瑪尼吐組火山巖在大興安嶺地區(qū)起著承上啟下的重要作用，在大興安嶺南段尚缺乏可靠的同位素年齡及地球化學(xué)數(shù)據(jù).

筆者在大興安嶺南段進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查過程中，發(fā)現(xiàn)烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖分布廣泛，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的巖相學(xué)、鋯石U-Pb測(cè)年和地球化學(xué)研究，以期為認(rèn)識(shí)該地區(qū)中生代構(gòu)造巖漿活動(dòng)和火山巖形成的構(gòu)造背景提供依據(jù).

1 地質(zhì)概況

大興安嶺中南部位于古亞洲洋構(gòu)造域與濱太平洋構(gòu)造域兩大構(gòu)造體制、兩大區(qū)域成礦系統(tǒng)疊加區(qū).在前中生代西伯利亞陸塊區(qū)與中朝陸塊區(qū)之間，地質(zhì)結(jié)構(gòu)及構(gòu)造活動(dòng)極其復(fù)雜.烏蘭浩特地區(qū)大興安嶺中南部，大地構(gòu)造上位于興蒙造山帶東段的興安與松嫩地塊晚古生代拼合帶附近.

研究區(qū)內(nèi)出露的地層主要包括晚古生界壽山溝組、大石寨組及中生代火山巖.其中古生界下二疊統(tǒng)壽山溝組（P1s）和中二疊統(tǒng)大石寨組（P2ds），以殘片形式分布在研究區(qū)西北部和中東南部（圖1）.受晚華力西期構(gòu)造控制，呈東西向展布.中生代地層在測(cè)區(qū)大面積出露，整體地層走向受燕山期構(gòu)造控制，整體呈西北向展布.主要地層為侏羅系中統(tǒng)萬(wàn)寶組（J2wb）、塔木蘭溝組（J2tm），侏羅系上統(tǒng)滿克頭鄂博組（J3m）、瑪尼吐組（J3mn），白堊系下統(tǒng)白音高老組（K1b）、梅勒?qǐng)D組（K1ml）.其中瑪尼吐組從原1∶20萬(wàn)填圖傅家洼子組解體出來，角度不整合覆蓋在萬(wàn)寶組和塔木蘭溝組之上，其上被白音高老組角度不整合覆蓋，由于出露面積較小等原因未見詳細(xì)報(bào)道.

2 樣品采集與特征

圖1 烏蘭浩特萬(wàn)寶地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch map of Wanbao area in Ulanhot area

本文瑪尼吐組火山巖樣品采集于烏蘭浩特地區(qū)南部，主要為一套濃重紫色（灰紫、紫、紫黑色）和灰綠色、深灰色的粗面安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r組成，夾凝灰質(zhì)砂巖和層凝灰?guī)r（采樣位置見圖1），與區(qū)域上發(fā)育的瑪尼吐組火山巖基本一致.瑪尼吐組角度不整合覆蓋在萬(wàn)寶組和塔木蘭溝組之上，其上被白音高老組一套灰白色的酸性火山碎屑巖噴發(fā)不整合覆蓋.本次采集的樣品主要是瑪尼吐組火山熔巖（野外定名為安山巖和英安巖），巖石特征如下.

安山巖：風(fēng)化面灰色、灰紫色，新鮮面呈灰黑色—黃褐色，斑狀結(jié)構(gòu)，氣孔狀、塊狀構(gòu)造.斑晶主要為斜長(zhǎng)石、角閃石，大小0.5~2.5 mm，含量占20%，斜長(zhǎng)石多呈自形—半自形，角閃石多呈半自形，基質(zhì)主要由顯微板條狀斜長(zhǎng)石和脫?；[晶物質(zhì)及少量輝石雛晶組成.

英安巖：灰紫色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造.斑晶為斜長(zhǎng)石、石英、黑云母，個(gè)別見少量角閃石斑晶，含量占20%，大小在1~2 mm.基質(zhì)主要由微晶斜長(zhǎng)石、石英斜長(zhǎng)石混晶及少量石英單晶組成.

3 火山巖年齡測(cè)定

3.1 分析方法

對(duì)選自烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖的新鮮樣品GS4（見圖1）進(jìn)行鋯石挑選，樣品的破碎和鋯石的分選工作由河北省廊坊市科大礦物分選技術(shù)股份有限公司完成.鋯石陰極發(fā)光圖像在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院北京離子探針中心完成.樣品制靶和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)年在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心完成.本次實(shí)驗(yàn)所采用的儀器為Thermo Element II型MCICP-MS及與之配套的New Wave UP 213激光剝蝕系統(tǒng).激光剝蝕所用斑束直徑為30 μm，頻率為10 Hz，能量密度為16~17 J/cm2，以He為載氣.普通鉛校正采用Anderson（2002）的方法，并采樣哈佛大學(xué)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外部校正，Plesovice作質(zhì)量監(jiān)控，年齡計(jì)算采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)程序Isoplot（ver3.0），測(cè)試數(shù)據(jù)、加權(quán)平均年齡的誤差均為1σ.對(duì)于所測(cè)鋯石年齡大于1 000 Ma的數(shù)據(jù)，采用207Pb/206Pb年齡，而對(duì)于小于1 000 Ma的數(shù)據(jù)，用206Pb/238U年齡［18-19］，以206Pb/238U年齡和207Pb/206Pb年齡的比值為標(biāo)準(zhǔn)篩選U-Pb年齡數(shù)據(jù)［18-22］，諧和度在95%以上（包含95%）的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù).

3.2 分析結(jié)果

表1 鋯石LA-ICP-M S U-Pb年代學(xué)測(cè)試結(jié)果Table 1 Result of zircon LA-ICP-MS U-Pb dating

對(duì)瑪尼吐組安山巖進(jìn)行了LA-ICP-MS U-Pb同位素分析，測(cè)試結(jié)果見表1.從樣品GS4的鋯石陰極發(fā)光照片（圖2）可以看出，鋯石均呈自形—半自形晶，多為短柱狀，個(gè)別呈長(zhǎng)柱狀，粒徑多數(shù)大于100 μm，長(zhǎng)寬比值多為2∶1，具有清晰致密的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)，Th/U比值大于0.1，介于0.40~1.39，表明這些鋯石為巖漿結(jié)晶成因［23］.但部分鋯石具有明顯的沿裂隙溶蝕重結(jié)晶現(xiàn)象，CL圖像中鋯石的異常亮色邊則可能是熱液改造的結(jié)果.

圖2 火山巖樣品GS4鋯石CL圖像Fig.2 CL images for zircons from volcanic rock sample GS4

測(cè)年結(jié)果顯示，20個(gè)數(shù)據(jù)中有7個(gè)數(shù)據(jù)偏離諧和線，其中13個(gè)數(shù)據(jù)都集中分布在諧和線上及附近（圖3），并顯示出集中年齡，206Pb/238U加權(quán)年齡為（142.2±1.0）Ma（MSWD=1.4，n=13），代表火山巖噴發(fā)的年齡，表明烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖形成于早白堊世初期.

圖3 安山巖的鋯石U-Pb諧和圖解Fig.3 Zircon U-Pb concordia diagram of andesite from the Manitu Formation

4 瑪尼吐組火山巖地球化學(xué)特征

4.1 分析方法

對(duì)8件火山巖樣品進(jìn)行了主量、微量元素測(cè)試，在國(guó)土資源部東北礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，整個(gè)過程均在無(wú)污染設(shè)備中進(jìn)行.主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF），微量元素的分析則采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）完成.主量元素分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于5%，微量元素的分析精度和準(zhǔn)確度優(yōu)于10%.

4.2 主量元素

圖4 瑪尼吐組火山巖TAS圖解（據(jù)Le Bas et al.,1986）Fig.4 The TAS diagram for the volcanic rock of Manitu Formation（After Le Bas et al.,1986）

表2 烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖主量和微量元素分析結(jié)果Table 2 Analysis result of major and trace elements of volcanic rocks of the M anitu Formation in Ulanhot orea

烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖主量、微量元素分析結(jié)果見表2，瑪尼吐組火山巖的SiO2含量介于53.93%~68.44%之間，Al2O3含量介于15.03%~17.82%之間，全堿含量較高（K2O+Na2O=5.38%~8.62%），K2O/ Na2O平均為0.77，為鈉質(zhì)巖石.鋁指數(shù)Al2O3/（CaO+ K2O+Na2O）=0.80~1.05，在A/CNK-A/NK圖解（圖5）中顯示為準(zhǔn)鋁質(zhì)和過鋁質(zhì)巖石.MgO=1.30%～5.20%；Mg#值較高（0.38～0.72）.火山巖TAS巖石分類圖解（圖4）顯示瑪尼吐組火山巖屬于亞堿性系列，巖性為安山巖和粗面英安巖.

圖5 A/CNK-A/NK圖解Fig.5 The A/CNK-A/NK diagram for the volcanic rock of Manitu Formation

在硅堿圖解（SiO2-K2O）（圖6）中，瑪尼吐組火山巖主要為高鉀鈣堿性系列，明顯不同于大興安嶺南段的鈣堿性系列［24］與北段滿洲里地區(qū)的鉀玄巖系列［25］.

圖6 SiO2-K2O圖解（據(jù)Peccerllo et al.，1976）Fig.6 The SiO2-K2O diagram for the volcanic rock of Manitu Formation（After Reccerlloet al.，1976）

4.3 微量元素地球化學(xué)特征

烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖的稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖7）總體呈輕稀土富集特點(diǎn)的右傾型，與地殼配分曲線相近［26］.稀土元素總量較低（∑REE為103.48×10-6~147.09×10-6，平均值為124.01×10-6），輕重稀土分餾較明顯（La/Yb）N=6.68~9.12，具有弱的正Eu異常（δEu=1.04~1.25，平均值為1.16）；δCe介于0.98~ 1.11，平均值為1.04.在微量元素標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖8）上，各類火山巖明顯富集大離子親石元素Rb、Ba、Th、U、K和LREE，而虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Nb、P、Ti，具有殼源巖漿的特征，并反映了巖漿在演化過程中可能存在著分離結(jié)晶作用.

圖7 烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖稀土元素配分圖解（標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Boynton，1984）Fig.7 Chondrite-normalized REE patterns for the volcanic rocks of Manitu Formation in Ulanhot area（standardized value after Boynton，1984）

5 火山巖成因及構(gòu)造背景

烏蘭浩特地區(qū)發(fā)育的瑪尼吐組火山巖，總體為一套高鉀鈣堿性系列的中酸性巖石組合.稀土元素豐度較高，輕重稀土分餾明顯，弱的正Eu異常，富集大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，Rb/Sr比值平均值為0.29，接近于上地殼該比值（0.22）［27］，而具有高M(jìn)g#（大于45）特征的中酸性巖漿，一般被認(rèn)為是受到地幔物質(zhì)交代混染作用的結(jié)果［27］.不同巖類Sr含量的變化，主要?dú)w因于加厚下地殼不同壓力范圍內(nèi)不同殘留相物質(zhì)部分熔融的結(jié)果［28］.火山巖Ti/Y值為123.39~ 314.80，平均值為196.80，接近于下地殼的Ti/Y值（183）［27］，各類巖石地球化學(xué)特征與殼源巖石的地球化學(xué)特征基本一致，表明它們應(yīng)來自地殼物質(zhì)局部熔融形成的殼源巖漿系列.對(duì)于這類中酸性巖漿高M(jìn)g#的原因，可能歸因于增厚造山帶下地殼發(fā)生部分熔融后的中酸性、基性巖漿相互發(fā)生混合作用的結(jié)果［29］.

圖8 烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖微量元素圖解（標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough，1989）Fig.8 Primitive mantle-normalized trace element spider diagram for the volcanic rocks of Manitu Formation in Ulanhot area（standardized value after Sun and McDonough，19896）

大量的資料顯示，大興安嶺地區(qū)中生代火山巖其形成環(huán)境有著多種不同觀點(diǎn)，目前有地幔柱成因、蒙古-鄂霍次克洋俯沖成因，以及太平洋板塊俯沖成因等觀點(diǎn).已有資料表明，大興安嶺中生代火山巖應(yīng)與蒙古-鄂霍次克造山后的重力坍塌形成的伸張構(gòu)造有關(guān)［30］，并且蒙古-鄂霍次克洋在中晚侏羅世閉合［31］，自西向東逐漸閉合，西部最終閉合時(shí)間為晚侏羅世，東部最終閉合碰撞造山為早白堊世［32］.烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖年齡為（142.2±1.0）Ma，對(duì)應(yīng)于該洋的閉合碰撞造山期階段.但是在烏蘭浩特北地區(qū)出露136 Ma的花崗閃長(zhǎng)巖為高Sr花崗巖類似于埃達(dá)克巖［33］，顯示為加厚下地殼不同殘留礦物相部分熔融，不應(yīng)為伸展構(gòu)造背景下的產(chǎn)物，同時(shí)突泉盆地發(fā)育擠壓構(gòu)造背景下的瑪尼吐組火山巖［34］.因此，烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖應(yīng)形成于蒙古-鄂霍次克洋閉合造山階段碰撞構(gòu)造背景下，為加厚造山帶地殼下部熔融的產(chǎn)物.

6 結(jié)論

（1）烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖主要為玄武安山巖、安山巖、粗面巖和英安巖，LA-ICP-MS鋯石UPb測(cè)年結(jié)果為（142.2±2.4）Ma，形成于早白堊世初期.

（2）烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖為一套高鉀鈣堿性系列的中酸性巖石組合，稀土元素豐度較高，輕重稀土分餾明顯，弱的正Eu異常，富集大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，具有殼源巖漿特征.

（3）烏蘭浩特地區(qū)瑪尼吐組火山巖形成于蒙古-鄂霍次克洋閉合造山階段碰撞構(gòu)造背景，顯示為加厚下地殼不同殘留礦物相部分熔融的產(chǎn)物.

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LA-ICP-MS ZIRCON U-Pb DATING AND GEOCHEMISTRY OF THE VOLCANIC ROCKS FROM MANITU FORMATION IN ULANHOT REGION OF SOUTHERN DAXINGANLING

TAO Chuan-zhong1,2,LI Zhu-min2,WANG Da-qian2,SHEN Xin2,ZHANG Yu-jin1,2,LI Bin1,3

1.College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China; 2.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110034,China;3.Jilin Institute of Geological Survey,Changchun 130061,China

The Manitu Formation volcanic rocks in Ulanhot region of southern Daxinganling belong to an acid,acid intermediate and intermediate rock assemblage of basaltic andesite,andesite,dacite and trachydacite.The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results show that the volcanic rocks are（142.2±1.0）Ma in age,formed at the beginning of Early Cretaceous,belonging to high-K calc-alkaline series with 53.93%-68.44%of SiO2and 15.03%-17.82%of Al2O3,low total rare earth elements（ΣREE=103.48×10-6-147.09×10-6）,distinct LREE and HREE fractionations with（La/Yb）N=6.68-9.12 and weak positive Eu anomalies（δEu=1.04-1.25）.They are enriched in large ion lithophile elements（LILEs,such as Rb, Ba,Th,U and K）and light rare earth elements（LREE）,whereas depleted in high field strength elements（HFSEs,such as Nb,P and Ti）.The study shows that the volcanic rocks of Manitu Formation were formed in the closing stage of Mongolia-Okhotsk Ocean under orogenic collisional tectonic setting,and might be the partial melting product of different residual mineral phases in thickened lower crust.

geochemical characteristics;volcanic rocks of Manitu Formation;zircon U-Pb dating;Ulanhot region; Daxinganling

1671-1947（2015）02-0102-08

P597；P595

A

2015－02－13；

2015-03-13.編輯：周麗、張哲．

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目“內(nèi)蒙古1∶5萬(wàn)永長(zhǎng)屯、胡力吐、斯力很公社、鎮(zhèn)西幅區(qū)域地質(zhì)礦調(diào)查”（12120113054200）.

陶傳忠（1988—），男，在讀碩士研究生，礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)黃河北大街280號(hào)，E-mail//313405601@qq.com