内蒙古浩茫古古塔地区中生代火山岩岩石地球化学特征

颜雷雷，马志通，苏本聪，王逎宸

1.吉林省勘查地球物理研究院,吉林 长春130012；2.吉林大学，吉林 长春 130061

0 引言

大兴安岭地区是当今国内外地质学家进行研究的热点地区之一，浩茫古古塔位于大兴安岭主脊中段附近，行政区划录属内蒙古自治区呼伦贝尔市鄂温克族自治旗境内。中生代火山岩在该区呈NE向分布于本区， 因此，研究浩茫古古塔地区中生代火山岩的岩石地球化学特征，对于探讨本区中生代火山岩的形成演化具有十分重要的意义。

1 地质特征

中生代以来亚洲东北部是环太平洋构造岩浆带一部分，形成一系列NNE–NE向火山喷发带，晚侏罗世—早白垩世是地壳活动最活跃的时期，尤以大兴安岭地区最为活跃。形成兴安岭群的酸性-中性-酸性（满克头鄂博组—玛尼吐组—白音高老组）火山岩喷发旋回，亦使本区在晚侏罗世产生了强烈的火山喷发，产生了大面积的火山岩，其中玛尼吐组未见于本测区内。喷发环境以陆相为主。

满克头鄂博组区域上呈北东—南西向展布。主要岩石类型为流纹岩、流纹质岩屑晶屑凝灰岩、火山角砾岩，偶夹安山岩。白音高老组主要岩石类型为流纹岩、流纹质岩屑晶屑凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩，英安岩、英安质岩屑晶屑凝灰岩等。两组地层均不整合覆盖于青白口纪佳疙疸组及石炭纪花岗岩之上，被侏罗纪花岗岩侵入（图1）。

2 岩石化学特征

从表1可知，本区中生代火山岩中流纹岩质量分数变化范围在65.15%～71.88 %之间，Al2O3变化于15.28%～16.8%之间，Na2O+K2O值变化于6.99%～9.21%间；而英安岩的SiO2质量分数变化范围在63.92%～65.15%之间，Al2O3变化于16.53%～17.71%之间，Na2O+K2O值变化于5.73%～8.56%间，且Na2O大于K2O；化学成分总体表现为SiO2、Na2O、K2O质量分数相对较高，而Fe2O3、FeO、CaO、MgO质量分数相对偏低，反映了火山岩高硅、富碱的化学成分特点。

岩石化学特征指数，固结指数SI为5.57～11.74，分异指数DI为73.2～90.33，符合流纹岩的数值特征；里特曼指数δ值为1.49～3.46，为太平洋型；碱度率AR值为1.75～3.47，其值略显偏高。

在火山岩的TAS分类图解中（图2），本区满克头鄂博组流纹岩位于流纹岩区，英安岩位于粗面英安岩区；白音高老组英安岩位于英安岩与粗面英安区，与定名较吻合。

在（Na2O+K2O）-SiO2图解中投点位于亚碱性区（图3），在AFM图解中投点位于钙碱性区（图4），本区中生代火山岩应为钙碱性岩系。

3 岩石地球化学特征

稀土质量分数及参数特征详见表2，稀土总量偏低，REE变化在（142.95～64.30）×10-6之间，由早期满克头期—白音高老期，具从高—低的特征。δEu值变化在0.7～0.91间，反映岩浆来源较深，相当于上地幔至下地壳产物。轻重稀土（L/H）值为8.82～12.76，轻稀土富集程度较高，重稀土强烈亏损。（La/Sm）N值为3.22～5.28，轻稀土内部分馏明显 ；（Gd/Yb）N值为 1.33～2.65，重稀土内部亦存在一定的分馏作用，但要较轻稀土分馏程度弱。其稀土元素球粒陨石标准化图式见图5，曲线右倾，斜率较大，铕略显负异常，反映岩浆分异程度不高。

微量元素质量分数及参数特征详见表2，测区中生代火山岩中的流纹岩及英安岩，Rb、Li、Ba、Hf、Ta、U、Th、W等亲石元素较为富集，而铁族元素Ni、Co等元素略显亏损。在火山岩的微量元素原始地幔蛛网图（图5）中，表现为Rb、Ba、Th、U、K等元素强烈富集而Ti、P相对亏损的特征。

图 1 浩茫古古塔地区地质概况Fig.1 Geological survey of Haomangguguta area1.第四系全新统；2.第四系大黑沟组；3.白音高老组二段；4.白音高老组一段；5.满克头鄂博组；6.泥鳅河组；7.佳疙疸组；8.侏罗纪花岗岩；9.石炭纪花岗岩

表 1 晚侏罗世火山岩氧化物质量分数及参数特征表Table 1 the oxide contents and the parameters characteristics of Late Jurassic volcanic rocks

图 2 火山岩TAS图Fig.2 Volcanic rocks in the TAS fi gure（M.J.Le Bas等，1986；IUGS,1989）O. SiO2过饱和 ；S. SiO2饱和 ；U. SiO2不饱和

图 3 火山岩（Na2O+K2O）-SiO2图Fig.3 Volcanic rocks in the (Na2O+K2O)-SiO2 fi gure A.碱性系列；S.亚碱性系列

表 2 晚侏罗世火山岩稀土元素质量分数及参数特征表Table 2 The contents and parameter characteristics of the rare earth elements in Late Jurassic volcanic rocks

图 4 火山岩FAM图Fig.4 Volcanic rocks in FAM fi gure(Irvine, 1971)T . 拉斑系列； C. 钙碱性系列

图 5 火山岩稀土元素标准化图式Fig.5 Standard pattern of rare earth elements in volcanic rocks

4 岩石成因及构造背景探讨

4.1 岩石成因

近年来，随着大兴安岭地区中生代不同岩石类型火山岩的配套化学分析数据及高质量微量元素分析结果的相继报道，可靠地探讨大兴安岭中生代火山岩的成岩方式已成为可能。测区中生代中基性火山岩的(87Sr/86Sr)i和εNd(t)表明他们形成于相同的地幔源区（据吕志成等，2004）。由本区中生代火山岩的La/Sm-La图解（图7）及Sr/Ca-Ba/Ca图解（图8）可知，火山岩的成岩方式主要为地幔物质的部分熔融作用。这一结论与邵济安等（2001）提出的大兴安岭中生代火山岩不是来自幔源玄武岩浆在基性斜长石分异之后形成的残余熔体的观点是一致的。

火山岩的这一成岩方式进一步说明，本区英安岩、流纹岩可能是地幔低程度部分熔融作用形成的。

4.2 源区特征探讨

前述可知，区内中生代火山岩主量元素表现为富碱、富钾，稀土元素表现为负铕异常不明显，微量元素表现为富集大阳离子亲石元素（LILE）和高场强元素（HFSE）及相对亏损Nb、Ta，铁族元素。这种富钾火山岩的成分特点可能反映了其地幔源区的成分特征。即火山岩岩浆熔融区富集大阳离子亲石元素（LILE）和高场强元素（HFSE），并具有Nb、Ta和TiO2亏损的特点，Nelson等（1992）认为，富钾火山岩的地幔源区曾经受到了随俯冲作用进入地幔的大洋沉积物的污染。结合本区区域构造演化的综合分析，认为本区在古亚洲洋消失后其洋壳板片（及沉积物）的不断下沉及其所伴随的脱水作用可能是造成地幔源区富集的主要因素。

4.3 构造背景

通过上述岩石化学、岩石地球化学研究证明，本区晚侏罗世（满克头鄂博组—白音高老组）火山岩，属高钾钙碱性岩石系列（图9），是大陆碰撞造山带典型的岩石组合（邓晋福等1994、1996b；Turner et al. 1996；Flower et al. 1998；Liegeois et al.，1998）。其岩石组合为安山岩-英安岩-流纹岩，Jakes&White 1972 和Miyashiro（1974）指出，空间上从大洋到内陆，岩石系列由岛弧拉斑系列—钙碱性系列-高钾钙碱性系列和钾玄岩系列，岩石组合从以玄武岩-玄武安山岩占优势-安山岩占优势-安山岩-英安岩-流纹岩组合，地壳厚度逐渐增厚。

邓晋福等（1996）认为中国东部燕山期安山岩具有弧火山岩特征，总体可归入于大洋俯冲有关的组合，但缺少TTG组合，相当于科迪勒拉弧内陆一侧的火成岩，主要发育高钾钙碱性系列，地壳厚度较大。

图 6 火山岩微量元素蛛网图Fig.6 The spider diagram of trace elements of volcano rock

图 7 火山岩La-La/Sm图解Fig.7 Volcanic rocks in La-La/Sm fi gure（据Hirano，1982）

图 8 火山岩Sr/Ca-Ba/Ca图解Fig.8 Volcanic rocks in Sr/Ca-Ba/Ca fi gure（据Hirano，1982）

图 9 K2O-SiO2图解Fig.9 K2O-SiO2 fi gure

本区晚侏罗世火山岩具有高Sr低Yb的岩石地球化学特征，即属于俯冲作用有关的埃达克岩类。（La/Yb）N-YbN图解（图10）表明，样品主要落入埃达克岩和典型岛弧岩石的重叠区域，地球化学特征类似埃达克岩，或为C型埃达克岩。这一点与赵书跃等2004年研究大兴安岭北段晚侏罗世吉祥峰组中酸性火山岩的结论相一致。晚侏罗世火山岩形成于远离俯冲带的陆壳巨厚的大兴安岭地区，具富钾和陆相喷发的特点。

张旗认为C型埃达克岩是来自软流圈地幔的玄武岩岩浆侵到加厚的陆壳(＞50 km)底部导致下地壳麻粒岩部分熔融形成的。Robers(1993)等指出，高钾型岩浆通常是由玄武质-安山质的富K变质火成岩的部分熔融形成的，即加厚地壳下部的镁铁质原岩熔融可直接产生类似埃达克质岩的熔浆。

图 10 （La/Yb）N-YbN图解Fig.10 (La/Yb) N—YbN fi gure

从Rb-Yb+Nb图解可以看出，样品均落入火山弧区，里特曼-戈蒂里图解样品均落入造山带火山岩区。故笔者认为本区晚侏罗世火山岩的形成可能与北部蒙古—鄂霍次克海槽封闭，陆壳碰撞加厚，形成兴蒙造山带有关，同时与滨西太平洋构造域背景下古太平洋板块向欧亚板块下俯冲的远程构造岩浆响应有关。另外，从稀土和微量元素图表中可以看出，两组晚侏罗世火山岩有明显的相似性和继承性。

[1] 赵书跃，韩彦东，朱春燕,等.大兴安岭火山喷发带北段中性、中酸性火山岩地球化学特征及其地质意义[J].地质力学学报,2004.

[2] 张 旗，王 焰，李承东,等.花岗岩的Sr-Yb分类及其地质意义[J].岩石学报,2006,(09).

[3] 陈汉林，曾华生，杨树锋,等.闽北早古生代岛弧火山岩的岩石地球化学特征[J].矿物学报,1994,(02).