大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、地球化学特征及其地质意义.pdfVIP

第 35 卷 第 6 期 2016 年 6 月 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA Vol.35,No.6 Jun.,2016 收稿日期： 2015-08-14； 修订日期： 2016-04-18 资助项目： 中国地质调查局项目 （编号： NMKD2014-23） 作者简介： 李杰 （1991-） ， 男， 在读硕士生， 矿产普查与勘探专业。E-mail： lijie568521 通讯作者： 吕新彪 （1962-） ， 男， 教授， 博士生导师， 从事矿床学、 矿产勘查研究。E-mail： lvxb_01 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征及其地质意义 李杰 1， 吕新彪1,2， 陈 超 3， 衮民汕1， 杨永胜3， 徐益群1， 王 琳 3， 张 帅 1 LI Jie1, LXinbiao1,2, CHEN Chao3, GUN Minshan1, YANG Yongsheng3, XU Yiqun1, WANG Lin3, ZHANG Shuai1 1.中国地质大学 （武汉） 资源学院， 湖北 武汉 430074； 2.中国地质大学成矿过程与矿产资源国家重点实验室， 湖北 武汉430074； 3.中国地质大学 （武汉） 地质调查研究院， 湖北 武汉 430074 1. Faculty of Earth Resource, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 2. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resource, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China; 3. Geological Survey Institute, China University of Geosciences, Wuhan 430074, Hubei, China 摘要： 塔尔气地区位于大兴安岭主脊中段， 晚中生代广泛发育一套玄武岩、 安山岩、 英安岩、 流纹岩及相应火山碎屑岩的岩 石组合。以流纹岩为研究对象， 进行了LA-ICP-MS 锆石U-Pb 年龄、 岩石地球化学研究。测年结果显示， 流纹岩形成于 1322Ma （MSWD=1.5， 2） ， 属早白垩世中期。岩石地球化学特征表明， 流纹岩属于典型的弱过铝质高钾钙碱系列岩石， 具有高硅(71.6%77%)、 富碱(Na2O+K2O=7.94%9.64%)且富钾(K2O=4.5%5.46%)的特征； 轻、 重稀土元素分馏明显， 具中等 Eu负异常 （Eu=0.220.7） ， 亏损高场强元素Nb、 Ta、 P、 Ti， 相对富Th、 U、 Zr、 Hf， 富集大离子亲石元素K、 Rb， 相对贫Ba、 Sr， 显示A型流纹岩特征。岩浆源区与硬质砂岩相似， 具有较高的锆饱和温度， 可能为地壳部分熔融的产物， 形成于后碰撞 伸展的大地构造环境。 关键词： 大兴安岭中段； 塔尔气地区； 锆石U-Pb年龄； A型流纹岩； 后碰撞 中图分类号： P588.14+1； P591文献标志码： A文章编号： 1671-2552 （2016） 06-0906-13 Li J, L X B, Chen C, Gun M S, Yang Y S, Xu Y Q, Wang L, Zhang S. Geochronological and geochemical characteristics of the rhyolites in Taerqi of middle Da Hinggan Mountains and their geological significance. Geological Bulletin of China, 2016, 35(6):906-918 Abstract: Taerqi area is located in the middle main ridge of Da Hinggan Mountains, where there is developed a suite of late Mesozo ic volcanic rocks, which include basalt, andesite, dacite, rhyolite and tuff. In this paper, detailed LA-ICP-MS zircon U-Pb geochro nological and element geochemical studies were carried out for the rhyolites. The zircon U-Pb dating yielded a weighted average age of 1322Ma （MSWD=1.5， 2） , indicating that the rhyolites were formed at the middle stage of the early Cretaceous. Rock geo chemical characteristics show that the rocks are peraluminous cal-alkaline rhyolites, which are characterized by high SiO2(71.6% 77%), high potassium and alkali content (K2O=4.5%5.46%, Na2O+K2O=7.94%9.64%). Trace elements have a similar variation trend that systematic enrichment of LILE and depletion of HFSE as well as LREE fractionation are more obvious than that of HREE, and also show significant weak anomaly of Eu (Eu=0.220.7). In addition, there exist the depletion of Sr, Ba, P, Ti, Nb, Ta and en richment of Rb, K, Th, U, Zr, Hf. The rocks belong genetically to A type with a high zirconium saturation temperature (TZr=842C) , 第 35 卷 第 6 期李杰等： 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征907 and the magma source was probably similar to the metagrewacks. Accordingly, it is inferred that the A-type rhyolites were products of partial melting of the crust and formed in a post-collision environment and an extensional tectonic setting. Key words: middle Da Hinggan Mountains; Taerqi area; zircon U-Pb dating; A-type rhyolites; post-orogenic 大兴安岭地区中生代属滨太平洋构造域， 经历 了蒙古-鄂霍茨克洋和环太平洋构造域的强烈叠 加、 改造与转变， 构造岩浆活动强烈， 大面积发育钙 碱性火山岩， 是中国东部中生代巨型火山岩带的重 要组成部分1-5。多期次的构造体制转变， 使得该地 区中生代火山岩的研究更为复杂和有意义。 近年来， 对大兴安岭晚中生代火山岩研究侧重 于年代学方面， 大量高精度锆石U-Pb年龄显示， 火 山活动主要分为晚侏罗世和早白垩世2期， 其中以 早白垩世活动较为强烈6-14， 初步构建了区域晚中生 代火山岩的年代学格架， 但这些成果主要集中在南 部和北部地区， 而中部研究程度相对偏低。 区内中生代火山岩以白音高老组最为发育， 在 1 25万 扎兰屯市幅 区域地质调查报告和1 25万 苏格河幅 区域地质调查报告中将其时代定为晚 侏罗世， 但没有具体的年代学资料支持； 张亚明等15 认为， 扎兰屯地区白音高老组流纹岩形成于早白垩 世中期 （129.55Ma） ； 秦涛等16测得扎兰屯西南部 地区白音高老组火山岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年 龄为125129Ma， 属早白垩世中期； 张乐彤等17对柴 河地区白音高老组流纹质晶屑凝灰岩进行了 SHIRMP 锆石 U-Pb 定年， 显示为早白垩世产物 （1311Ma） ； 王雄等18对塔尔气西北部白音高老组 流纹岩、 流纹质凝灰岩开展了岩石地球化学研究， 但与满克头鄂博组酸性火山岩无法区分， 且缺少年 代学数据的支持。那么， 塔尔气白音高老组火山岩 的形成时代如何? 其岩浆源区和成因类型如何? 是 否与大兴安岭中生代大规模伸展有关? 鉴于此， 本文选择大兴安岭中段塔尔气地区晚 中生代白音高老组中酸性火山岩为研究对象， 在详 细的野外地质观察和岩相学研究的基础上， 进行年 代学和岩石地球化学研究， 探讨该期火山岩的形成 时代和成因机制， 为深化整个晚中生代火山岩带的 对比研究提供地球化学资料。 1区域地质背景及岩石学特征 塔尔气地区位于大兴安岭主脊中段东坡， 大地 构造位置处于西伯利亚板块南东缘， 兴蒙造山带东 段， 兴安地块中部 （图1） 。区内出露地层以中生代 火山岩为主， 由老到新依次为满克头鄂博组、 玛尼 吐组和白音高老组， 岩性从安山岩、 英安岩到流纹 岩均有大面积分布。另外， 还可见额尔古纳组老变 质岩系和奥陶系多宝山组中基性变安山岩。此外， 还广泛分布晚古生代及中生代花岗岩。 区内白音高老组 （K1b） 比较发育， 主要集中出露 于研究区中东部， 构成晚侏罗世早白垩世火山岩 系的主体。区域上大致沿北东向断陷盆地展布， 空 间分布上多与玛尼吐组（J3mn）、 满克头鄂博组 （J3mk） 相伴产出， 在东北角呈近东西向层状火山地 层展布。岩性以厚层浅色、 灰紫色溢流相的流纹岩 和流纹质凝灰熔岩为特征， 其次为流纹质角砾凝灰 熔岩和角砾凝灰岩。底部喷发不整合在中侏罗世 地层和华力西期侵入岩体之上， 与下伏玛尼吐组整 合接触。 流纹岩多为灰紫色， 斑状结构， 块状构造 （图版 -a） 。手标本上多见钾长石和石英斑晶。另外， 岩石有微弱的绿帘石和绿泥石化， 镜下呈斑状结 构， 可见流动构造 （图-b） 。斑晶为石英 （Q） 、 碱 性长石 （kfs） 、 斜长石 （pl） 及少量黑云母 （Bt） 。基质 为隐晶质结构， 可见霏细结构的长英质矿物 （图 -c） 。石英： 无色， 它形-半自形粒状， 粒径0.2 0.6mm， 正低突起， 波状消光， 干涉色为一级黄白， 部分石英内部溶蚀成港湾状 （图-d） ， 含量为 25%； 碱性长石： 灰白色， 半自形板状， 粒径 0.3 1.5mm， 矿物表面较脏， 干涉色一级灰， 可见简单 （或卡式） 双晶， 轻微高岭土化， 含量为40% （图- e） ； 斜长石： 灰白色， 半自形-自形板状， 粒径0.25 1.3mm； 干涉色一级灰， 聚片双晶发育 （图-f） ， 部 分长石表面可见零星的绢云母， 含量为30%； 黑云 母： 褐绿色， 多呈片状， 吸收性较强， 粒径 0.4 1.2mm， 正中突起， 平行消光， 最高干涉色达三级以 上， 部分矿物可见溶蚀， 还可见少量绿泥石化 （靛 蓝异常干涉色） ， 含量约为5%。 2分析方法 用于锆石U-Pb测年， 主量、 微量和稀土元素分 析的样品主要采于古营河济沁岭一带白音高老 组地表基岩露头， 岩石新鲜 （图1） 。 908地 质 通 报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA2016 年 锆石分选在河北省区域地质矿产调查研究所 实验室完成， 采用常规方法破碎到80100目， 经重 砂淘选和电磁分选， 在双目镜下挑出相对透明干 净、 完整的锆石颗粒， 然后从中再挑选透明度和光 泽度好、 粒度较大、 晶形完好且具有代表性的锆石 进行制靶， 用混有固化剂的环氧树脂将锆石颗粒胶 图1研究区大地构造位置 （a） 19和区域地质简图 （b） Fig. 1Sketch showing tectonic setting and regional simplified geological map of the study area a.流纹岩手标本； b.流动构造； c.霏细结构； d.石英内部溶蚀成港湾状； e.碱性长石卡式双晶； f.斜长石聚片双晶 图版 Plate 第 35 卷 第 6 期李杰等： 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征909 结于样品靶上， 固化后进行表面研磨抛光至大部 分锆石的 1/31/2 截面处。对样品靶中的锆石进 行反射光、 透射光镜下观察并拍照， 选择晶形完 整、 无裂隙、 无包裹体的锆石进行阴极发光 （CL） 显 微照相20， 进一步根据内部结构特征选择锆石进行 U-Pb同位素和微量元素的测定21。 锆石CL照相和LA-ICP-MS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 完成， CL照相在JEOL-JXA-8100电子探针仪器上 拍摄， 锆石U-Pb同位素和微量元素含量分析采用 MicroLas 公司的GeoLas2005 准分子激光剥蚀系统 在美国Agilent公司的Agilent7500a型ICP-MS仪器 上进行。激光剥蚀束斑直径为32m， 剥蚀深度为 2040m， 激光脉冲为6Hz， 能量为50mJ， 每个时间 分析数据包括 2030s 的背景信号和 50s 的样品信 号。锆石年龄以标准锆石91500作为外标， 以GJ-1 作为内标样品， 元素含量以SRM610为外标， 29Si为 内标元素。采用ICPMSDataCal 8.3对测得的同位 素数据进行相关离线处理 （包括对样品和空白信号 的选择、 仪器灵敏度漂移校正、 元素含量、 U-Th-Pb 同位素比值和年龄计算） ， 详细的操作流程及数据 处理见文献22-23。U-Pb年龄谐和线图和年龄加 权平均值的计算及绘图采用Isoplot 3.024完成， 单个 数据点误差为1， 样品年龄加权平均值置信度为 2， 置信水平为95%。 全岩分析样品在中国地质大学 （武汉） 地质过 程与矿产资源国家重点实验室用颚式破碎机进行 初碎， 用碳化钨球形碾磨机将样品粉碎至200目以 下。主量和微量元素分析在澳实分析检测集团- 广州澳实矿物实验室进行。主量元素由荷兰PA Nalytical 生产的 Axios 仪器利用荧光光谱分析仪 （XRF） 测试分析； 微量和稀土元素分析采用美国 Perkin Elmer公司生产的Elan 9000， 分析方法为Li BO2熔融， 在1000以上的熔炉中熔化， 利用电感 耦合等离子体质谱仪 （ICP-MS） 分析。详细的溶 样和分析流程见参考文献25和26。主量元素分 析偏差优于5%， 微量元素分析偏差优于10%。 3分析结果 3.1锆石U-Pb年代学 所测锆石为无色透明或浅黄色， 大部分锆石结 晶较好， 呈短柱状， 长宽比为1 11.5 1， 颗粒长径大 小为90210m， 测点均选择在韵律环带结构清晰 的部位。在阴极发光 （CL） 图像 （图2-a） 上， 锆石具 有明显的内部结构和典型的韵律振荡环带结构， 为 典型的岩浆结晶锆石； 锆石的U含量在44310-6 110710-6之间， Th含量在44110-6134210-6之 间， Th/U 值为 0.621.46， 均大于0.421,27， 也显示出 岩浆结晶锆石特征； 锆石 Nb、 Ta 含量及Nb/Ta 值 分别为2.8410-68.8010-6， 0.8210-62.5210-6和 2.214.22， 属于岩浆锆石范畴 28； 锆石稀土元素 （REE） 特征显示， 锆石具有较高的REE含量和陡 立的重稀土元素富集模型及显著的正Ce异常， 为 典型的岩浆锆石化学特征28。所有锆石 U-Pb 年 图2锆石阴极发光图像及U-Pb谐和图 Fig. 2CL images and U-Pb concordia diagrams of zircons 910地 质 通 报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA2016 年 龄测定结果列于表1， 测试数据的误差均为1。 流纹岩 （K1b-3） 的11颗锆石的 206Pb/238U表面年 龄比较一致， 在谐和曲线 （图2-b） 上， 具有较好的群 落 性 ， 206Pb/238U 年 龄 加 权 平 均 值 为 132 2Ma （MSWD=1.5, 2） ， 代表了岩石的结晶年龄， 属于 早白垩世中期。 3.2地球化学特征 火山岩样品的主量、 稀土和微量元素分析结果 列于表2， 样品烧失量均较小 （LOI1%） ， 表明样品 基本新鲜， 无蚀变影响。 3.2.1主量元素特征 流纹岩以高硅、 富碱富铝性组分、 贫铁、 显著贫 镁和钙为特征。SiO2含量为 71.6%77%， K2O+ Na2O 含 量 为 7.94% 9.64%（K2O=4.5% 5.46% ， Na2O=3.44%4.53 %， K2O/Na2O 平均值为 1.26） ， Al2O3变化于 11.75%14.8%之间， TFe2O3为 1.17% 1.67%， MgO 为 0.09%0.22%， CaO 为 0.1%0.49%， TiO2为0.18%0.28%， P2O5为0.03%0.06%。在TAS 分类图 （图3-a） 上， 样品全部投入流纹岩区域， 与 镜下鉴定结果一致， 属于亚碱性系列； 里特曼指数 43=1.853.253.3， 在 SiO2-K2O 图 （图 3-b） 中， 该组岩石多显示高钾钙碱性系列， 样品从钙碱性 系列过渡到高钾钙碱性系列； 样品碱度指数 （AI 值） 变化于 0.870.92 之间， 铝饱和指数 A/CNK= 1.071.091.1、 A/NK=1.081.14， 在 A/CNK- A/ NK图 （图3-c） 中， 均位于弱过铝质区域； 王雄等18 的样品点基本落入强过铝质区域， 可能与其全碱 含量较低有关。因此， 该套火山岩应属于亚碱性 系列高钾钙碱性弱过铝质流纹岩。 3.2.2稀土元素特征 在球粒陨石标准化的稀土元素配分模式图 （图 4-a） 上， 稀土元素表现出轻稀土元素 （LREE） 略向 右倾斜， 重稀土元素 （HREE） 较平缓， 轻稀土元素分 馏程度稍高于重稀土元素的配分特征， 显示为右倾 的V字型分布模式。样品稀土元素总量 （REE） 变 化较大， REE=121.1110-6221.0410-6， 平均值 为160.7510-6， 与世界上酸性岩的平均丰度 （288 10-6） 35相比， 明显偏低； 轻、 重稀土元素分馏明显， LREE/HREE=6.1711.38， 平均值为9.48，（La/Yb）N 值介于5.0313.19 之间， 平均值为9.58， 反映源区地 壳成熟度较高36； LREE相对HREE分异程度稍高， (La/Sm)N为3.025.41， (Gd/Yb)N为1.181.60； Sm/Nd 为0.170.22， 小于0.333， 属轻稀土元素富集型的稀 土元素组成。样品的Eu异常呈中等负异常 （Eu= 0.220.70） ， 反映岩石在形成过程中有斜长石的结 晶分离或源区部分熔融残留斜长石， 可能指示岩浆 形成的深度较浅。负Eu异常的 “谷” 明显， 形态近似 于海鸥型， 具有地壳稀土元素的特征37， 暗示它们可 能来自于地壳物质部分熔融形成的壳源岩浆系列， 或指示岩浆分异演化程度较高38。 3.2.3微量元素特征 在微量元素蛛网图 （图4-b） 中， 样品的微量元 素分布较一致， 都表现出富集大离子亲石元素K、 Rb， 以及高场强元素Zr、 Hf； 而亏损大离子亲石元 样品 测点 K1b-3-1 K1b-3-2 K1b3-3 K1b-3-4 K1b-3-5 K1b-3-6 K1b-3-9 K1b-3-10 K1b-3-12 K1b-3-13 K1b-3-15 Th/10-6 1062 453 765 441 1243 1134 649 546 1342 641 498 U/10-6 725 433 738 707 1092 933 734 506 1107 596 443 Th/U 1.46 1.05 1.04 0.62 1.14 1.22 0.88 1.08 1.21 1.08 1.12 同 位 素 比 值 207Pb/206Pb 0.0583 0.0567 0.0555 0.0564 0.0513 0.0528 0.0485 0.0580 0.0496 0.0567 0.0591 1 0.0046 0.0047 0.0040 0.0048 0.0037 0.0040 0.0032 0.0044 0.0031 0.0043 0.0054 207Pb/235U 0.163 0.161 0.156 0.158 0.143 0.143 0.143 0.170 0.141 0.161 0.159 1 0.012 0.012 0.011 0.013 0.0096 0.011 0.0087 0.013 0.0085 0.012 0.014 206Pb/238U 0.02025 0.02141 0.02069 0.02055 0.02080 0.01982 0.02125 0.02122 0.02062 0.02107 0.02041 1 0.00034 0.00050 0.00037 0.00036 0.00035 0.00036 0.00036 0.00043 0.00035 0.00044 0.00044 表 面 年 龄/Ma 207Pb/206Pb 543 480 432 478 254 320 124 528 176 480 572 1 172 187 161 158 167 142 148 167 142 167 200 207Pb/235U 153 152 147 149 135 136 136 159 134 152 150 1 11 10 9 12 9 10 8 11 8 10 12 206Pb/238U 129 137 132 131 133 127 136 135 132 134 130 1 2 3 2 2 2 2 2 3 2 3 3 表1 塔尔气流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测年结果 Table 1 LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb results of the Taerqi rhyolites 第 35 卷 第 6 期李杰等： 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征911 素Sr和Ba， 高场强元素Nb、 Ta、 P和Ti， 类似于地壳 熔融产生的流纹岩38， 且与A型花岗岩相似39。其 中强不相容元素Rb的强烈富集暗示岩浆可能经历 了较充分的结晶分异过程， P、 Ti的亏损表明， 磷灰 石和钛铁矿在源区可能存在寄主矿物的残留或已 发生明显的分离结晶40。 4岩石成因类型 岩浆岩物质组成继承了源区的特性， 据主、 微 量元素地球化学特征可以探讨其岩石成因及源区 性质41。与花岗质岩石相对应， 流纹质岩石亦有I 型、 S型、 A型之分， 其中以I型分布最广。I型流纹 岩富碱、 富铝， 铝饱和指数一般小于1.1， P2O5随SiO2 增加而降低， 尤其当SiO275%时， 绝大多数样品的 P2O50.05%； S型流纹岩以铝含量较高为特征， 铝饱 和指数多大于1.1； A型流纹岩富碱， 相对贫铝， 过碱 指数 （AI值） 多大于0.8542， 铝饱和指数一般小于1， 与I型一样， 也具有低P2O5的特点43。 样品总体贫铁， 显著贫镁， CaO 含量为0.1% 0.49%， 1%； ALK (K2O+Na2O)含量在7.94%9.64% 之间； AI （NK/A） =0.870.92， 大于 0.8542。在 Frost 等44的SiO2-(Na2O+ K2O-CaO)图解中， 落入A型 成因区域 （图5-a） 。 高场强元素 （HFSE） Zr和Hf富集， Zr+Nb+Ce+ Y平均值为367.510-6， 大于35010-642； 稀土元素 含量总体较高， 在(Zr+Ce+Y)-Rb/Ba图解(图5-b) 中， 落入A 型成因区域内； Ga/Al值高达10000Ga/ Al=2.763.572.642， 在Whalen 等42提出的以Ga/Al 值为基础的多种判别图中， 流纹岩均投入A型成因 区域 （图7） 。 样品号 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 LOI 43 A/CNK A/NK A.I TZr/ La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy K1b-3 72.20 0.28 14.60 0.22 0.05 0.21 0.49 4.51 4.92 0.05 0.46 3.05 1.07 1.14 0.87 844 32.20 66.10 6.59 23.80 4.41 0.81 3.56 0.46 3.09 K1b-4 71.60 0.27 14.80 0.23 0.06 0.22 0.49 4.53 5.11 0.06 0.59 3.25 1.07 1.14 0.88 858 36.40 67.80 7.24 25.70 4.34 0.93 3.82 0.51 3.15 K1b-6 77.00 0.22 11.75 0.23 0.06 0.14 0.10 3.44 4.50 0.03 0.39 1.85 1.10 1.11 0.90 860 36.60 99.10 10.05 36.10 7.82 0.56 7.44 1.19 8.36 K1b-7 75.90 0.18 12.85 0.16 0.05 0.09 0.12 3.57 5.46 0.03 0.44 2.48 1.07 1.09 0.92 804 22.50 60.20 5.04 17.70 3.52 0.29 3.07 0.45 3.11 MIN* 71.48 0.05 11.79 0.67 0.05 0.04 0.10 1.68 3.94 0.01 0.50 1.04 1.05 1.26 0.59 817 12.51 40.50 3.98 15.35 3.19 0.11 3.15 0.41 2.12 MAX* 78.90 0.29 15.79 2.05 0.16 0.21 2.83 3.82 5.46 0.15 1.49 2.48 1.48 1.69 0.92 911 47.28 124.50 13.20 48.87 9.31 0.88 7.31 0.92 4.18 VER* 74.41 0.21 14.11 1.23 0.07 0.13 0.56 3.19 4.63 0.10 0.63 1.99 1.27 1.39 0.73 857 27.10 62.69 6.46 23.56 4.53 0.71 4.08 0.58 3.04 样品号 Ho Er Tm Yb Lu REE LREE HREE LREE/HREE （La/Yb）N Eu Ce Y Rb Sr Ba Nb Ta Zr Hf Th U V Cr Ga K1b-3 0.59 1.82 0.28 1.90 0.32 145.93 133.91 12.02 11.14 12.16 0.62 1.11 16.00 147 124 923 13.50 1.20 253 6.60 17.20 5.61 12.00 50.00 21.40 K1b-4 0.61 1.86 0.28 1.98 0.30 154.92 142.41 12.51 11.38 13.19 0.70 1.02 17.90 155 133.50 1055 12.80 1.10 291 7.10 16.40 5.89 16.00 50.00 21.60 K1b-6 1.62 5.40 0.75 5.22 0.83 221.04 190.23 30.81 6.17 5.03 0.22 1.27 44.40 153 55.20 253 31.10 2.30 298 9.40 29.80 7.13 16.00 60.00 22.20 K1b-7 0.62 1.99 0.28 2.03 0.31 121.11 109.25 11.86 9.21 7.95 0.27 1.39 17.20 191.50 38.30 260 15.90 1.40 166 5.20 21.50 5.31 7.00 50.00 19.20 MIN* 0.40 1.21 0.17 1.26 0.19 84.63 75.64 8.99 8.41 7.07 0.11 1.41 6.62 132.61 26.00 85.29 10.77 0.74 227 4.30 - - 3.52 2.97 9.69 MAX* 0.86 2.89 0.42 3.05 0.50 264.17 244.04 20.13 12.12 11.12 0.33 1.22 21.41 217.60 141.22 798.58 25.96 2.57 387 17.42 - - 28.61 6.35 17.01 VER* 0.61 1.89 0.27 1.99 0.31 137.83 125.05 12.78 9.85 10.54 0.55 1.17 14.14 159.32 94.53 514.36 14.09 1.09 278 8.02 - - 9.27 4.37 12.82 表2 塔尔气流纹岩主量、 微量和稀土元素分析结果 Table 2 Major, trace and REE composition of the Taerqi rhyolites 注： 主量元素含量单位为%， 微量和稀土元素为10-6 912地 质 通 报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA2016 年 最早Loiselle等45将A型花岗岩定义为碱性、 贫 水和非造山的花岗岩， 一般是碱过饱和而铝不饱 和。但近年来的研究表明， A型花岗岩不仅包括碱 性岩类， 还扩大到钙碱性、 弱碱、 准铝、 弱过铝甚至 强过铝质岩石46。同时， 一些流纹岩也显示出A型 花岗岩的特征， 通常认为它们是A型花岗岩喷出相 的产物。 由于花岗岩大多是绝热式上升就位的， 所以 岩浆早期的结晶温度可近似代表岩浆形成时的温 度46。锆石在酸性岩浆中一般较早晶出， 因此锆石 饱和温度可近似被认为是岩浆形成的温度。King 等47认为， A型花岗岩具有明显的高温属性特征。 本文采用Watson等48得出的锆石溶解度-饱和温度 模拟公式来计算锆石饱和温度， 计算结果显示， 岩 石形成温度集中在804860之间， 明显高于S型花 岗岩 （764） 和I 型花岗岩 （781） 47， 接近A型花岗 岩形成的平均温度。上述元素地球化学特征显示， 塔尔气地区流纹岩应为A型成因类型。 5岩浆源区性质 目前认为,A型花岗岩(流纹岩)的成因主要有幔 源玄武质岩浆的结晶分异作用49-50、 深部地壳岩石 的部分熔融42,51-52、 壳幔岩浆混合53-54。 大兴安岭地区早白垩世中期玄武岩相对缺 乏， 双峰式火山岩组合形成条件不成熟， 因此， 该 期流纹岩不太可能由玄武质岩浆分异而来55。对 于幔源基性岩浆， Ti/Yb 和 Nb/Th 值可以较好地 反映出其是否经历过地壳物质混染及其混染程 度， 在Ti/Yb-Nb/Th相关图 （图7） 上， 样品点基本 位于中地壳结晶分异演化线附近， 指示该地区流 纹岩可能不是幔源中基性岩浆结晶分异而成， 而 是与中地壳酸性岩浆的结晶分异作用有关49。另 图3 火山岩TAS分类图(a)29、 SiO2-K2O岩石系列 划分图 （b） 和A/CNK-A/NK图 （c） 33 （a图碱性系列和亚碱性系列的分界线据参考文献30； b图实线据参考文献31， 虚线据参考文献32， 引用数据来源据参考文献18） Fig. 3TAS diagram for volcanic rocks (a), SiO2-K2O diagram (b) and A/CNK-A/NK plot (c) 第 35 卷 第 6 期李杰等： 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征913 外， 本区流纹岩中尚未发现中基性的暗色包体,可以 排除岩浆混合的成因模式。 Th、 La、 Nb在岩浆体系中具有相似的地球化学 性质， 且主要造岩矿物的分离结晶作用通常难以导 致体系Th/La及Th/Nb值的变化。在花岗质岩浆 体系演化过程中， Nb/Ta值比较稳定。在大陆地壳 中， Nb/Ta值约为1156， 而地幔和源于地幔的岩浆熔 体的Nb/Ta值为17.52.057。本区流纹岩Nb/Ta值 的变化范围为 8.110.3， 明显低于幔源岩浆的比 值。U和Th作为放射性成因铅的母体元素， 在地壳 图4微量元素原始地幔标准化蛛网图及稀土元素球粒陨石标准化配分曲线图34 Fig. 4Primitive mantle-normalized trace element patterns and chondrite-normalized REE patterns 图5A型流纹岩的SiO2-(Na2O+ K2O-CaO) (a)44和(Zr+Ce+Y)-Rb/Ba图解 （b） 42 Fig. 5SiO2-(Na2O+K2O-CaO) diagram (a) and (Zr+Ce+Y)-Rb/Ba diagram (b) for the A type rhyolites 914地 质 通 报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA2016 年 中相对较富集； 本区流纹岩U和Th相对富集， 与大 陆地壳物质和海洋沉积物强烈富集U和Th特征一 致， 反映其源区可能为大陆地壳58。另外， 其Th/Ce 值也与大陆地壳一致 （0.2） 59。这一特征也表明， 本区流纹岩可能为大陆地壳部分熔融的产物。此 外， 大陆弧背景下造山花岗岩均具有Sr、 P、 Ti等元 素的亏损， 而Nb的负异常更能反映花岗岩具有大 陆壳的特征60。 在A型流纹岩的主量元素比值成因判别图解 中， 样品点大部分落在硬质砂岩区域内 （图8） ， 指示 其可能来自化学组成与硬质砂岩相似的源区61， 塔 尔气地区A型流纹岩源区化学组成与硬质砂岩相 似， 具有较高的SiO2和Al2O3含量。 6构造环境 地球各层圈及层圈内不同结构层均为化学成 分差异的物质库或源区， 特定的构造和构造环境 沟通着不同的物质库 （源区） 及其组合， 使岩石在 一定程度上继承源区的化学特征62。一般认为， 花岗岩 （流纹岩） 的地球化学成分取决于其源岩 的矿物组成和化学成分、 熔融时的物理化学条件 （包括温度、 压力和挥发份） 和其后岩浆的演化 （如分离结晶作用、 岩浆混合作用、 同化混染作用 等） ， 因此大部分花岗岩 （流纹岩） 的地球化学组成 与构造背景可能无直接的对应关系46。Whalen等42 认为， A 型花岗岩 （流纹岩） 的产出通常与伸展构 造环境有关。 区域地质资料表明， 晚侏罗世， 研究区开始 图6流纹岩岩石成因类型 （A型、 I型、 S型） 判别图42 Fig.6 Discrimination diagram of Petrogenetic type (A type, I type, S type) for the rhyolite I， S， A I 型， S 型， A 型花岗岩； FG高分异I型花岗岩； OGT未分异花岗岩 图7流纹岩的Ti/Yb-Nb/Th图解49 Fig. 7Plot of Ti/Yb versus Nb/Th of the rhyolites MORB洋中脊玄武岩； OIB岛弧玄武岩 第 35 卷 第 6 期李杰等： 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征915 处于造山后伸展构造环境， 伴随有强烈的岩浆活 动， 至早白垩世， 东北地区已经完全进入伸展构 造体制52, 63-64， 为A型花岗岩 （流纹岩） 产出的有利 构造环境。 Pearce等65提出了一系列以微量元素为基础的 判别花岗岩类形成构造环境的图解 （图9） 。在 （Y+ Nb） -Rb图 （图9-a） 中， 流纹岩的投影点落在后碰 撞 （post-COLG） 酸性火山岩区域内， 暗示其形成与 俯冲过程没有直接联系； 在 （Yb+Ta） -Rb （图9-b） 和Yb-Ta图 （图9-c） 中， 落入火山弧花岗岩 （VAG） 向板内 （WPG） 构造环境过渡的边界上； 在Rb/30- Hf-3Ta （图9-d） 酸性火山岩形成构造环境判别图 中， 大部分投影点均落在火山弧区， 少量位于火山 弧-板内-碰撞后的边界上。 区域上， 已有研究表明， 碰撞造山的后碰撞阶段 可以发生强烈的岩浆活动。由于后碰撞花岗岩类 的源区主要受控于早期洋/陆壳俯冲阶段形成的 地壳物质， 致使它们在地球化学特征上常表现为 类似岛弧火山岩富集大离子亲石元素和轻稀土元 素、 亏损高场强元素等特点。在岩石类型上， 后碰 撞岩浆岩可出现高钾钙碱性系列到碱性系列花岗 岩类的岩石， 且往往表现为以大规模高钾钙碱性 岩侵位开始， 后期向A型花岗岩的板内碱性-过碱 性系列转变66。李宁波等41亦指出， 在后俯冲演化过 程中所形成的长英质岩浆岩， 完全有可能具有弧岩浆 所具有的地球化学特征， 在某些判别图中其投影点 完全可以落在火山弧区， 但这并不代表其形成于火 山弧构造环境。 区域大地构造环境演化研究显示， 蒙古-鄂霍 茨克洋在早中生代时期(晚三叠世)即已碰撞造山11， 在侏罗纪晚期完全封闭， 开始进入碰撞后的伸展发 育阶段2。同时考虑到流纹岩复杂的地球化学属 性， 可能是继承了岩浆源区的性质及岩浆结晶分异 演化造成的差异， 高温软流圈物质上涌或地幔岩浆 的底侵， 导致地壳物质加热部分熔融而成， 形成于 后碰撞伸展背景的大地构造环境。 7结论 （1） 塔尔气流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄 为1322Ma （MSWD=1.5， 2） ， 属于早白垩世中期。 （2） 岩石均具有高硅、 富碱富铝性组分、 贫铁、 显著贫镁和钙特征， 属弱过铝质高钾钙碱性岩系 列。稀土元素总量 （REE） 变化较大， 轻、 重稀土 元素具有一定程度的分馏 （(La/Yb)N=5.0313.19） ， LREE相对HREE分异程度稍高， 属轻稀土元素富 集型； 具有中等程度的负Eu异常 （Eu=0.220.7） ； 图8A型流纹岩源区判别图解61 Fig. 8Discrimination diagrams of source regions for the A-type rhyolites 916地 质 通 报GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA2016 年 Th、 U、 Zr、 Hf富集， 而Nb、 P、 Ti亏损， 大离子亲石元 素Ba相对亏损。 （ 3 ） 岩石A/CNK=1.071.091.1， A/NK=1.08 1.14； AI （NK/A） =0.870.920.85， Zr+Nb+Ce+Y 平均值367.510-635010-6， 10000Ga/Al=2.76 3.572.6， 锆石饱和温度集中在804860之间， 属 于 A 型花岗岩范畴， 显示出 A 型流纹岩的地球化 学特征。 （4） 岩石 Nb/Ta=8.110.317.52.0， Th/Ce 0.2， Nb的负异常等特征指示， 其为地壳物质部分熔 融的产物； 结合区域大地构造环境演化研究， 蒙古- 鄂霍茨克洋在侏罗纪晚期时已完全闭合， 因此该地 区的流纹岩很可能是高温软流圈物质上涌或地幔 岩浆的底侵， 导致地壳物质加热部分熔融而成， 形 成于后碰撞伸展的大地构造环境。 参考文献 1赵越， 杨振宇， 马醒华. 东亚大地构造发展的重要转折J. 地质科 学, 1994, 2: 105-119. 2李锦轶， 莫申国， 和政军， 等. 大兴安岭北段地壳左行走滑运动的 时代及其对中国东北及邻区中生代以来地壳构造演化重建的制 约J. 地学前缘, 2004, 3: 157-168. 3Li J Y. Permian geodynamic setting of Northeast China and adjacent regions: closure of the Paleo-Asian Ocean and subduction of the Pa leo-Pacific PlateJ. Journal of Asian Earth Sciences, 2006, 26(3/4): 207-224. 4Wu F Y, Sun D Y, Ge W C, et al. Geochronology of the Phanero zoic granitoids in northeastern ChinaJ. Journal of Asian Earth Sci 图9流纹岩形成构造环境判别65 Fig. 9Diagrams of tectonic environment discrimination of rhyolites 第 35 卷 第 6 期李杰等： 大兴安岭中段塔尔气地区流纹岩年龄、 地球化学特征917 ences, 2011, 41(1): 1-30. 5许文良， 王枫， 裴福萍， 等. 中国东北中生代构造体制与区域成矿 背景:来自中生代火山岩组合时空变化的制约J. 岩石