兴安地块白音高老组流纹岩锆石U-Pb年龄及其构造意义

黄明达，崔晓庄，裴圣良，张恒利，张建强

（1.中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039；2.中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081；3.桂林理工大学，广西桂林 541006）

兴安地块白音高老组流纹岩锆石U-Pb年龄及其构造意义

黄明达1，崔晓庄2，裴圣良3，张恒利1，张建强1

（1.中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039；2.中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081；3.桂林理工大学，广西桂林 541006）

兴安地块呼伦湖东岸白音高老组主要由凝灰岩和流纹岩组成，其形成时代和构造背景一直存在较大争议。通过对采自白音高老组的流纹岩进行LA-ICP-MS锆石U-Pb定年，结果显示其结晶年龄为144.3±0.6 Ma（MWSD= 0.74），属早白垩世。岩石地球化学特征表明白音高老组流纹岩属高钾钙碱性系列，亏损Ba、Sr、Ti元素，Rb、Th、Pb等相对富集，稀土元素配分模式为轻稀土富集右倾型，轻重稀土分馏明显，具有明显Eu负异常。综合研究表明，呼伦湖东岸白音高老组的流纹岩岩浆来源于下地壳基性岩石的部分熔融，应形成于非造山板内伸展构造环境中。

白音高老组；流纹岩；锆石U-Pb年龄；地球化学；早白垩纪；兴安地块

长期以来，兴安地块中生代火山岩的形成时代和地球动力学背景一直存在较大争议。研究表明，该地区晚中生代火山活动始于晚侏罗世，早白垩世最为强烈，止于晚白垩世[1-4]。分布最广的中生代火成岩为大兴安岭标志性的三套陆相中-酸性火山岩：满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组。白音高老组火山岩作为三组火山岩中最年轻的地层，其形成时代和产生的构造背景还未达成共识。赵国龙等[5]根据Rb-Sr等时线年龄（146 Ma）和U-Pb年龄（150 Ma）认为白音高老组形成于晚侏罗世，其形成与古太平洋板块俯冲有关；葛文春等[6]测得呼伦湖上库里组三段（相当于白音高老组）流纹岩Rb-Sr等时线年龄为127±5 Ma，认为与伊列克得组玄武岩构成双峰式，其形成与岩石圈伸展有关；苟军等[7]认为满洲里南部白音高老组流纹岩形成于两个时期，即139～141 Ma的早白垩世早期和123～127 Ma的早白垩世晚期，形成于非造山板内拉张构造环境；张吉衡[8]认为白音高老组火山岩主要形成年龄集中在124～141 Ma；Kong et al.[9]测得内蒙古科右中旗白音高老组火山岩年龄为121.5±1.0 Ma；张乐彤等[10]测得大兴安岭柴河地区白音高老组火山岩年龄为131±1 Ma，认为形成的构造背景可能为蒙古-鄂霍茨克闭合造山后的伸展环境。张学斌等[11]测得锡林浩特东部白音高老组年龄位于134～137 Ma，形成与造山后的张性构造环境。鉴于此，本文选择大兴安岭中段海拉尔地区呼伦湖东岸白音高老组的流纹岩开展了锆石U-Pb年代学及地球化学研究，以期为准确厘定兴安地块中生代火山岩的形成时代和构造背景补充新的证据。

1　区域地质背景

中国东北地区从北向南主要由额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块及布列亚-佳木斯地块组成[12]。晚古生代-早中生代，该区经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克海洋的闭合以及华北陆块与西伯利亚地台的最终拼贴等过程[13-15]，中、晚中生代-早白垩世早期，中国东北部发生了一次右旋张扭作用[16-17]，该时期形成了一系列由断层控制的火山盆地[18]。张岳桥等[18]根据海拉尔盆地、二连盆地和蒙古东戈壁盆地的沉积序列分析和对比，认为裂陷作用始于广泛的中、酸性火山喷发活动，强烈的断陷作用发生在早白垩世早期。该时期海拉尔地区在蒙古-鄂霍茨克构造带的碰撞作用与特提斯洋壳体俯冲作用形成剪切力偶所派生的引张应力场作用下，断裂继续活动，并发生强烈拉张[19]，导致北东、北北东向断裂活动再次加剧，断陷再次拉张，形成了大兴安岭标志性的三套陆相中-酸性火山岩[10]。

本文研究区位于海拉尔盆地的嵯岗隆起，属兴安地块，西邻额尔古纳地块。得尔布干深断裂向南西的延伸部分-呼伦湖东缘北东向断裂带为额尔古纳地块与兴安地块的分界线。研究区内断裂构造以NE向、NNE向和NW向为主。区内第四系覆盖严重，构造不发育，中生代火山岩地层受北东向断裂控制呈北东、或北北东向零星展布（图1）。

据内蒙古自治区岩石地层[22]和呼伦湖幅等5幅1∶20万区调[20]确定该区出露的中、晚中生代地层主要有塔木兰沟组（J2tm）、满克头鄂博组（J3mk）、玛尼吐组（J3mn）和白音高老组（J3b），主要分布在呼伦湖东岸，地层出露面积小。从岩相学上看，塔木兰沟组组要由玄武岩，玄武质安山岩组成；满克头鄂博组主要由凝灰质砂岩、沉凝灰岩、熔结凝灰岩、流纹岩组成；玛尼吐组由粗面安山岩和安山岩组成；白音高老组由流纹质凝灰岩和流纹岩组成。白音高老组火山岩覆盖在玛尼吐组之上，呈整合接触关系；而满克头鄂博组与塔木兰沟组呈不整合接触覆盖在其上。本文研究样品采自呼伦湖东岸的白音高老组（图1）。

图1　兴安地块呼伦湖东岸晚中生代火山岩分布简图(区域地质图引用文献[20]，区域构造图引用文献[21])Figure 1 Distribution sketch of late Mesozoic volcanic rocks in east coast of Hulun Nur,Hinggan massif (after Regional Geological Map[20]and Regional Tectonic Map[21])

2　样品及分析方法

2.1样品描述

本文白音高老组流纹岩具体采样位置见图1，采自两个白音高老组露头的顶部。样品T06和W06的地理坐标为49°11′36″N，117°52′14″E；样品W19的地理坐标为48°50′27″N，117°37′9″E。研究区内第四系覆盖较厚，仅在部分山丘顶部见少量基岩露头。白音高老组流纹岩露头的风化面为灰色，新鲜面灰白色，斑状结构，块状构造（图2a）。岩石主要由斑晶（25%）和基质（75%）组成，斑晶主要有钾长石、石英、斜长石组成，钾长石为半自形板状，粒径大小为0.4 mm×0.6 mm～1.8 mm×1.30 mm，常见卡氏双晶；石英为他形粒状，粒径大小为0.1 mm×0.2 mm～0.9 mm×1.4 mm；斜长石:自形-半自形板状，部分表面发生绢云母化，蚀变的斜长石晶体表面呈斑点状。基质的成分主要是由钾长石、石英和斜长石以及极少量黑云母和磁铁矿暗色矿物组成（图2b）。

图2　兴安地块呼伦湖东岸白音高老组流纹岩的野外照片（a）和显微镜下照片（b）Figure 2 Hinggan massif Bayan Gol Formation in the east coast of Hulun Nur(a)field photos;and(b)microscopic images

2.2分析方法

锆石分选工作在河北省区域地质矿产调查研究所完成。样品破碎后，通过常规重力和磁选方法分选出锆石。将晶形较好、无裂隙、无明显包裹体的锆石颗粒粘贴在环氧树脂表面，打磨抛光，制成样靶。对锆石进行反射光、透射光显微镜照相和阴极发光图像分析。根据锆石透、反射光及阴极发光图像，尽量避开锆石内部的包裹体、裂隙，选择有代表性的锆石颗粒和区域进行U-Th-Pb同位素分析。锆石制靶和照相在北京锆年领航科技有限公司完成。

锆石原位微区U-Th-Pb同位素分析在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室利用激光剥蚀（LA）电感耦合等离子体质谱（ICPMS）完成。本文激光剥蚀孔径为32 μm，采用氦气作为载体，氩气作为补偿气以调节灵敏度。原始数据离线处理利用ICPMSDataCal[23]完成。具体的仪器操作条件和数据处理方法见Liu el al.[24]。

全岩地球化学分析在内蒙古草原原野测试有限公司完成。主量元素采用X射线荧光光谱（XRF）玻璃熔片法分析，相对标准偏差优于5%；稀土和微量元素采用电感耦合等离子质谱（ICP-MS）分析方法，相对标准偏差优于10%。

3　分析结果

3.1锆石U-Pb定年

阴极发光图像（CL）显示，样品T06锆石晶形完好，多数为自形晶，长100～200 μm，柱状晶体长宽比为2∶1～3∶1，少数为破碎晶。锆石内部呈现典型的振荡环带和韵律结构，具有典型岩浆型锆石的内部结构特征（图3A）。共选择20颗代表性锆石进行了20个数据点的分析，分析结果列于表1。20个数据点的U含量为（58～580）×10-6，Th含量为（60～540）×10-6，Th/U比值为0.75～1.51，Th/U>0.4表明锆石均属岩浆成因。

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在U-Pb谐和图上（图3B），数据点15的206Pb/ 238U年龄为165.2±2.9 Ma，明显老于其他数据点，推测为捕获锆石。其余19个数据点非常集中，且全部分布在谐和线上，表明锆石形成后U-Pb体系是封闭的，没有U或Pb的丢失或加入。这些数据点的206Pb/238U年龄值为（140.5±3.9）Ma～（147.8±3.2）Ma，加权平均值为（144.3±1.2）Ma（MWSD=0.74），与其谐和年龄（144.3±0.6）Ma（MWSD=0.90）完全一致。因此，流纹岩样品T06的结晶年龄为144.3 Ma。

3.2岩石地球化学

全岩地球化学分析结果列于表2，样品W06和W19的SiO2质量分数分别为74.78%和78.43%，其它的质量分数如下：Al2O3分别为13.24%和11.65%，富碱（Na2O+K2O）分别为8.12%和6.11%，钾质（K2O/Na2O）分别为1.72和2.32，贫钙（CaO）都为0.22%、贫镁（MgO）分别为0.24%和0.16%，高（FeO*/MgO）分别为9.36和11.28。A/CNK分别为1.22和1.45，为过铝质岩石。根据TAS火山岩的分类命名，2个流纹岩样品都落入了亚碱性系列的流纹岩范围内（图4a）；在A/CNK-A/NK图解中（图4b），样品点位于过铝质岩石系列中，其结果都与苟军等[7]的结果一致。里特慢指数σ值分别为2.07和1.05，表明白音高老组流纹岩为钙碱性岩。

图3　流纹岩的部分锆石阴极发光图（A）和U-Pb年龄谐和图(B)Figure 3 Part of rhyolite zircon(A)cathode luminescence image;and(B)U-Pb age concordancy diagram

表1　流纹岩样品T6锆石U-Th-Pb同位素数据Table 1 Rhyolite sample T6 zircon U-Th-Pb isotopic data

白音高老组流纹岩样品的稀土丰度总量较高（表2），ΣREE分别为296.46×10-6和169.67×10-6。稀土元素配分模式为轻稀土富集右倾型，轻重稀土分馏明显（图5a），（La/Yb）N分别为11.93和10.39。铕负异常明显，σEu值分别为0.23和0.26，说明源区有斜长石残留或岩浆演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用。微量元素蛛网图（图5b）表明白音高老组流纹岩大离子亲石元素Rb、Th、Pb等相对富集，Ba强烈亏损高场强元素Sr、Ti强烈亏损，Nb有轻微的亏损，这些特点表明了岩浆活动可能有地壳的物质的参与。

4　讨论

4.1白音高老组的形成时代

如前述所，关于白音高老组的形成时代已有一些年龄数据约束，这些年龄数据表明大兴安岭地区白音高老组主要形成于晚侏罗纪—早白垩纪，但具体时代仍无定论。

图4　白音高老组流纹岩TAS分类图（岩石分类据文献[25]；系列界限据文献[26]），白音高老组流纹岩A/CNK-A/ NK图解（岩石分类据文献[27]）；三角形为引用苟军等[7]的测试数据，空心圆为本文数据（下同）Figure 4 TAS classification chart of rhyolite in Bayan Gol Formation(after lithologic classification[25]and series limitation[26]; rhyolite A/CNK-A/NK diagram(after lithologic classification[27];triangle marked tested data after Gou Jun et al[7];circle marked data from this paper;similarly hereinafter)

表2　流纹岩地球化学元素分析结果(主量元素：%；稀土和微量：×10-6)Table 2 Rhyolite geochemical analyzed results(major elements:%;REE and trace elements:10-6)

图5　白音高老组流纹岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图（a）和原始地幔标准化微量元素蛛网图（b）(标准化值引自文献[28])Figure 5 Bayan Gol Formation rhyolite(a)chondrite normalized REE distribution pattern and(b)primitive mantle normalized trace elements spider chart(normalized data after[28])

孙德有等[29]测得满洲里南部玛尼吐组的火山岩形成时代位于158～146 Ma，与本文作者获得的研究区玛尼吐组火山岩锆石U-Pb年龄（147.6±1.6）Ma相吻合，共同揭示白音高老组的下伏地层玛尼吐组形成于晚侏罗纪，有效约束了白音高老组的底界年龄。本文获得的白音高老组流纹岩锆石U-Pb年龄为（144.3±1.2）Ma，稍晚于玛尼吐组火山岩年龄。因此，研究区所处区域的白音高老组形成时代具体应为早白垩纪，这与前人研究资料[6-7，10，30]均相吻合。

4.2岩浆源区

图6　白音高老组流纹岩Na2O+K2O/CaO、K2O/MgO和FeO＊/MgO 10000Ga/Al关系图(底图据文献[32]）Figure 6 Relationship between Na2O+K2O/CaO-,K2O/MgO-and FeO*/MgO 10000Ga/Al in Bayan Gol Formation rhyolite(base map after reference[32])

目前，关于大兴安岭中生代酸性火山岩的成因一直存在争议。例如，一些人认为主要由玄武岩浆或安山岩浆经分离结晶作用形成[33-34]；赵书跃等[35]则认为由地壳岩石部分熔融所形成。经玄武岩岩浆或安山岩岩浆分离结晶作用形成的酸性火山岩多为碱性系列岩石，熔岩为高Sr流纹岩[34]，而本文中的白音高老组流纹岩为低Sr流纹岩、亚碱性系列，属高钾钙—碱性系列，这表明白音高老组流纹岩不是由玄武岩岩浆或安山岩岩浆分离结晶形成。

白音高老组流纹岩为亚碱性流纹岩，属高钙碱性系列。微量元素Nb和Ti的亏损表明在岩浆演化过程中可能有地壳物质参与。样品的Rb/Sr比值分别为6.2和7.6与壳源岩浆的范围（>0.5）一致[36]；Nd/ Ta比值分别为19.3和13.2，接近壳源岩石的比值（～12）[37]；Ti/Y的值分别为64.8和41.6（<100），位于壳源岩浆范围[38]。因此，白音高老组流纹岩的岩浆可能源于地壳岩石物质的部分熔融。Eu负异常和Sr、Ba强烈的亏损表明源区应为斜长石的稳定区，斜长石为部分熔融的残留物。贫水条件下A型花岗岩可以由玄武质或长英质地壳物质部分熔融产生[39-40]。样品的Al2O3/TiO2比值分别为58和97（<100），表明当岩石发生部分熔融时的温度>875℃[41]。因此，位于地壳较浅部位的长英质岩石在贫水条件下发生部分熔融的温度很难达到要求，而相对位于地壳深部的玄武质岩石发生部分熔融相对容易。

苟军等[7]根据白音高老组火山岩Hf同位素的研究结果推测白音高老组火山岩的岩浆可能源自亏损地幔形成的基性下地壳再熔融。葛文春等[33]认为大兴安岭的低Sr流纹岩的岩浆来源为下地壳基性岩石部分熔融形成，本文中的低Sr流纹岩可能具有相同的成因。综上所述，本文中的白音高老组流纹岩的岩浆应为下地壳基性岩石部分熔融的产物。

4.3形成的构造背景

对于大兴安岭地区火山岩的形成构造背景，不同学者观点并不统一。目前要三种认识：（1）与古太平洋板块的俯冲作用有关[42]；（2）与地幔柱构造有关[33-34]；（3）与蒙古-鄂霍茨克洋闭合有关[7，43-44]。已有研究表明太平洋板块在侏罗纪-早白垩世期间基本平行东亚大陆边缘向北和北北东俯冲，直到晚白垩世才与东亚大陆正向俯冲[45]，因此认为早白垩世白音高老组的形成与太平洋俯冲的关系不大。大兴安岭地区不存在环状火山岩带且中生代火山岩的形成时代具有较大的变化范围，这种时空分布特征难以用地幔柱作用模式予以解释[43-44]。

综合前人资料，证明蒙古—鄂霍茨克构造带的闭合模式是自早侏罗世开始西向东呈剪刀式关闭[46]，并挤压碰撞造山，蒙古—鄂霍茨克构造带东段最终闭合时间一直持续到晚侏罗—白垩纪[47-48]。晚侏罗世末期东亚地区的构造活动从晚侏罗世及以前的强烈逆冲推覆、挤压造山和地壳增厚作用演变为早白垩世以后的强烈陆内伸展裂陷和岩石圈减薄作用，从而形成中国东北地区包括海尔拉盆地在内的诸多裂谷盆地和变质核杂岩构造[18，49-54]。这都表明了海拉尔盆地在早白垩世已处于造山后伸展构造体制下[6，7，17，34，46，55]。

本文白音高老组流纹岩与邻区满洲里南部的白垩世白音高老组流纹岩同属A型火山岩，且为A1型（图7），A1型主要形成于非造山构造环境中[56-57]。这些证据与上述其他证据相互印证，都表明了研究区白音高老组流纹岩形成于非造山板内拉张构造环境，可能与蒙古-鄂霍茨克洋的演化密切相关。

图7　白音高老组流纹岩的Nb-Y-3Ga和Nb-Y-Ce三角图解（底图据文献[57]）Figure 7 Triangular diagram of Nb-Y-3Ga and Nb-Y-Ce in Bayan Gol Formation rhyolite(base map after reference[57])

5　结论

根据兴安地块呼伦湖东岸白音高老组流纹岩的锆石U-Pb年龄与地球化学特征，结合区域相关研究资料，得出以下几点认识：

（1）呼伦湖东岸白音高老组流纹岩的锆石年龄为144.3±1.2 Ma，形成时代为早白垩纪。

（2）呼伦湖东岸白音高老组流纹岩具有A1型花岗岩的特征，由下地壳基性岩石部分熔融形成。

（3）呼伦湖东岸的白音高老组流纹岩形成于非造山板内拉张构造环境，与蒙古-鄂霍茨克洋的演化密切相关。

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Rhyolite Zircon U-Pb Dating and Its Tectonic Significance in Bayan Gol Formation,Hinggan Massif

Huang Mingda1,Cui Xiaozhuang2,Pei Shengliang3,Zhang Hengli1and Zhang Jianqiang1
(Geological Exploration Research Institute,CNACG,Beijing 100039;2.Chengdu Center,China Geological Survey,Chengdu,Sichuan 610081;3.Guilin University of Technology,Guilin,Guangxi 541006)

The Hinggan massif Bayan Gol Formation in the east coast of Hulun Nur consists of mainly tuff and rhyolite;its formation age and tectonic setting have a lot of controversy.Through the sampling of rhyolite in Bayan Gol Formation carried out LA-ICP-MS zircon U-Pb dating.The result has shown that its crystallization age is 144.3±0.6 Ma（MWSD=0.74）,belongs to early Cretaceous.The rock geochemical features have shown that the rhyolite in the formation belongs to high potassium-calcium alkaline series,Ba,Sr and Ti de⁃ficient,Rb,Th and Pb relatively enriched.REE distribution pattern is LREE enrichment right deviation type,fractional distillation of LREE and HREE clear with obvious Eu negative anomaly.Integrated study shows that rhyolite magma in Bayan Gol Formation in east coast Hulun Nur is derived from partial melting of lower crustal basic rocks should be formed in non-orogenic intra plate extensional tectonic environment.

Bayan Gol Formation;rhyolite;zircon U-Pb dating;geochemistry;Early Cretaceous Epoch;Hinggan massif

P588

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.11.07

1674-1803(2016)11-0030-08

东北地区特殊用煤资源潜力调查评价（DD20160187-3）,国家自然科学基金（41502114）

黄明达（1986—），男，工程师，主要从事区域矿产地质调查。

崔晓庄（1984—），男，助理研究员，主要从事沉积学与岩石大地构造研究。

2016-07-10

责任编辑：孙常长