內蒙古扎賚特旗滿克頭鄂博組火山巖地球化學特征及其成因

周智超　蔣職權

摘 要： 選取廣泛發育于內蒙古扎賚特旗地區的滿克頭鄂博組火山巖為研究對象，在結合前人研究成果的基礎上，本文查明了該地區滿克頭鄂博組火山巖的巖石組合特征及分布規律，確定了該區火山巖形成的時代、地球化學特征，并探討了火山巖的巖漿源區性質、巖石成因及形成的構造背景。

關鍵詞： 火山巖； 滿克頭鄂博組； 地球化學特征

引言

大興安嶺地區中生代主要受經歷了蒙古—鄂霍茨克洋和環太平構造的強烈疊加、改造與轉變，經歷了強烈的構造巖漿活動（圖1）。多期次構造作用的疊加，使得該地區中生代火山巖的研究更為復雜和有意義。

近年來，大興安嶺火山巖的研究主要側重在年代學方面，大量鋯石U-Pb年齡顯示，該地區中生代火山活動主要分為晚侏羅世和早白堊世兩期，其中以早白堊世活動較為強烈，初步建立了晚中生代火山巖的年代學格架[1]。

1. 區域地質背景

研究區位于大興安嶺東段，大地構造位置處于天山—興蒙造山帶東段。該區自古生代以來經歷多次構造運動，復雜的構造活動控制著中生代侵入巖的展布，中生代以來火山活動強烈，形成了多個火山旋回，由老至新分別為滿克頭鄂博組、瑪尼吐組和白音高老組。

作為大興安嶺中生代火山巖的重要組成部分，滿克頭鄂博組火山巖年代學研究較少，前人在20世紀90年代借助古生物和少量K-Ar年齡初步判斷其形成時代。通常認為滿克頭鄂博組火山巖形成于晚侏羅世，但張吉衡認為滿克頭鄂博組火山巖形成于晚侏羅世和早白堊世兩期，并將形成時代劃分為160Ma～150Ma和136Ma～122Ma[2]。

滿克頭鄂博組火山巖地層在研究區內分布廣泛，是本區最為發育的地層，主要集中出露于研究區中部。該組角度不整合于上二疊統林西組及下三疊統哈達陶勒蓋組之上，與上覆上侏羅統瑪尼吐組整合接觸；被晚侏羅世中細粒二長花崗巖、正長花崗巖、石英二長玢巖等侵入。

2. 鋯石U-Pb定年

本次工作在研究區東南部滿克頭鄂博組二段流紋質熔結凝灰巖中取同位素年齡樣品一件，選取晶形良好且具有振蕩環帶的典型巖漿鋯石，經中國地質科學院SHRIMP同位素實驗室測試，年齡為141.5±2.3Ma；巖石組合與區域上滿克頭鄂博組可對比，將其時代置于早白堊世。

圖2 鋯石陰極發光圖及鋯石U-Pb諧和圖

Fig.2 CL imagines of zircons and zircon U-Pb concordia diagrams

3. 地球化學特征

3.1 主量元素

火山巖的主量元素特征不僅是巖石系列劃分的主要依據，也是研究火山巖巖漿起源和演化機理的重要因素，對研究區火成巖的巖漿環境有著重要意義。其氧化物也是研究火山巖巖漿起源的重要參照。

研究區滿克頭鄂博組火山巖主要由流紋巖—流紋質火山碎屑巖及少量的英安巖—英安質火山碎屑巖所組成。本文所取滿克頭鄂博組3個火山巖樣品進行主量元素地球化學分析，其中流紋質強熔結角礫凝灰巖2個、流紋質熔結凝灰巖1個。本區上侏羅統滿克頭鄂博組火山巖巖石化學成分及特征參數見表1。

從表1中可以看出，樣品的SiO2含量為73.58%～76.18%，Al2O3含量為12.15%～12.55%，K2O含量為3.82%～5.23%，Na2O含量為2.97%～4.17%，全堿含量（K2O+Na2O）為7.20%～8.92%，鉀含量高于鈉含量，Fe2O3、FeO明顯偏低，分異指數DI=88.33～97.41。在K2O-SiO2圖解中（圖3），樣品均落在高鉀鈣堿性巖和鉀玄巖區域內。在A/NK-A/CNK圖解中（圖4）中，樣品的投點都在準鋁質區域，為高鉀鈣堿性準鋁質巖石。其A/CNK值均小于1.1，且在SiO2含量大于75%時，P2O5含量接近0.01%，具有一定的I型花崗巖（流紋巖）的特征[3]。

3.2 稀土元素特征

滿克頭鄂博組火山巖稀土元素經球粒隕石標準化后，輕稀土元素（LREE）明顯右傾，重稀土元素（HREE）則較為平緩，輕稀土元素分餾程度略高于重稀土元素，顯示為輕稀土富集的右傾V字型分布模式[5]。三個樣的稀土元素總量（∑REE）變化較大，∑REE=137.75～214.47×10-6，平均值180.57×10-6，與全球酸性巖平均豐度（288×10-6）相比，明顯偏低；LREE/HREE=5.75～8.42，（La/Yb）N=5.53～8.23，輕重稀土分異明顯，輕稀土較富集；（La/Sm）N=3.41～3.51，（Gd/Yb）N=0.97～1.53，重稀土分異程度較弱，輕稀土分異程度中等。δEu=0.44～0.5，為中等銪虧損型，反映了巖石在形成過程中有可能發生了斜長石的結晶分異，也有可能是源區存在著斜長石殘留。滿克頭鄂博組火山巖的稀土元素標準圖，有著近似于地殼稀土元素的特征，意味著巖漿可能經過了高度的結晶分異，也有可能指示著稀土元素來自于地殼物質部分熔融形成的殼源巖漿。

3.3 微量元素特征

樣品的微量元素分析結果表明，Rb、Th、U等元素明富集，而Ba、Sr、Ti元素含量較低。其中強烈富集的不相容元素Sr意味著巖漿有可能經過了較強烈的結晶分異。樣品的微量元素特征比較符合葛文春對大興安嶺低Ba-Sr流紋巖的總結[4]，而張吉衡認為，低Ba-Sr巖有可能是由較淺的地殼物質經部分熔融形成的。

4. 構造環境

構造背景方面，滿克頭鄂博組火山巖在Lgτ-Lgσ圖解（圖7）中，樣品都投在造山帶火山巖中，顯示研究區內中生代火山巖形成于造山環境。在Rb-（Y+Nb）圖解（圖8）中，樣品點均落在后碰撞區域，在Nb-Y圖解（圖9）中，樣品點落入火山弧花崗巖—同碰撞花崗巖區，以上圖解均指示本區火山巖形成于擠壓造山環境。

中生代時期，額爾古納地塊北部存在著蒙古—鄂霍茨克洋，前人對其研究表明，蒙古—鄂霍茨克洋形成于早古生代早期，于侏羅紀晚期關閉，其向南俯沖的時間在168Ma左右，并且該次俯沖擠壓在中蒙俄交界處形成鄂霍茨克山，張旗通過研究認為，鄂霍茨克山在大約在136Ma時才消失[6]。結合之前關于研究區構造環境的討論，判斷該地區在中生代的擠壓環境可能與該時期的蒙古—鄂霍茨克洋閉合造山有關。

4. 結論

（1）本研究區滿克頭鄂博組的火山巖的鋯石 SHRIMP U-Pb年齡為141.5±2.3Ma，與張吉衡認（2013）早白堊世136～122Ma的滿克頭鄂博組年齡相似，進一步完善了內蒙古滿克頭鄂博組火山巖的形成時代。

（2）本研究區滿克頭鄂博組的火山巖具有殼源巖漿的特征，且巖漿形成深度較淺但分異程度較高，與高分異I型花崗巖有相似的地球化學特征

（3）本研究區滿克頭鄂博組的火山巖形成于擠壓構造環境，可能與中生代蒙古—鄂霍茨克洋俯沖造山作用有關。

參考文獻

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[2] 張超， 楊偉紅， 和鐘鏵，等. 大興安嶺中南段塔爾氣地區滿克頭鄂博組流紋巖年代學和地球化學研究[J]. 世界地質， 2014， 33（2）：255-265.

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