大興安嶺中段突泉盆地瑪尼吐組火山巖地球化學特征及成因

陶 楠，宋維民，楊佳林，杜繼宇，龐雪嬌

1．吉林大學地球科學學院，吉林長春130061；

2．中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034

大興安嶺中段突泉盆地瑪尼吐組火山巖地球化學特征及成因

陶 楠1，2，宋維民2，楊佳林2，杜繼宇2，龐雪嬌2

1．吉林大學地球科學學院，吉林長春130061；

2．中國地質調查局沈陽地質調查中心（沈陽地質礦產研究所），遼寧沈陽110034

突泉盆地瑪尼吐組安山巖位于內蒙古東部興安盟突泉縣，大地構造位置屬華北板塊北緣晚古生代陸緣增生帶，大興安嶺構造巖漿巖帶中段.安山巖樣品的SiO2、Al2O3、Na2O、K2O含量分別為60．64%～64．36%、15．84%～17．38%、3．76%～5．30%、2．44%～3．81%，為過鋁質、高鉀鈣堿性巖石，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，無Eu異常和Ce異常，富集大離子親石元素（Rb、K、Ba、LREE）和化學性質活潑的不相容元素（U、Th），相對虧損高場強元素（Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu）.原始巖漿來源于地殼巖石部分熔融源區，是蒙古－鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環境下的產物.

巖石地球化學；巖石成因；瑪尼吐組安山巖；突泉盆地；大興安嶺；內蒙古

大興安嶺中段突泉盆地尼瑪吐組火山巖體位于內蒙古東部，大興安嶺構造巖漿巖帶中段.研究區火山巖發育，出露面積約190 km2，呈帶狀NNE向分布，屬突泉火山盆地北側.大興安嶺中段火山巖帶是中生代火山大噴發形成的構造－火山巖帶，整個中生代時期火山活動連續不斷，尤其在晚侏羅世火山活動達到高峰，形成了幾套具有典型特點的火山巖組合.依據各時代火山活動特點、接觸關系及巖石組合等資料，自晚三疊世—早白堊世共劃分4個火山噴發旋回，它們各自代表不同期次、不同規?；鹕交顒蛹捌淦苹鹕阶饔玫耐暾^程，是一套典型的中酸性火山巖組合，是構成東亞大陸邊緣巨型火山巖帶的重要組成部分.本文選擇出露于突泉火山盆地的瑪尼吐組火山旋回中的火山熔巖為研究對象，對其進行詳細的地球化學特征研究，以期為突泉火山盆地中火山巖形成的構造背景提供基礎資料與依據，期望對大興安嶺中段地區的地質學研究和成礦預測起到積極作用.

1 區域地質背景

突泉盆地位于內蒙古東部興安盟突泉縣境內，大地構造位置屬華北板塊北緣晚古生代陸緣增生帶，松嫩地塊與興安地塊構造結合部的嫩江造山帶處［1］，盆地基底主要為晚古生代古亞洲洋殘余海盆不同演化時段沉積體系中的一套海－陸相地層.盆地北部、東部分別與龍江盆地、松遼盆地相鄰，是一個近乎南北走向的中生代斷拗盆地.地理坐標為北緯45°00′～46°00′，東經121°15′～122°00′之間，面積約2300 km2.通過該盆地南部非震物探資料推測，盆地南部早中生代拗陷埋深范圍為800～2000 m［2］.

突泉盆地出露地層自下而上主要為紅旗組、萬寶組、滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組、甘河組.從中生代的地層出露情況分析，紅旗組和萬寶組為一套類磨拉石含煤沉積，代表早中生代東北地區的非典型、弱造山的山前與山間沉積［3］，而后期充填于盆地內晚侏羅世到早白堊世（滿克頭鄂博組、瑪尼吐組、白音高老組、甘河組）陸相火山－沉積巖系，是當時中國東北地區乃至東北亞斷陷盆地系及盆嶺體系組成的基本特征［4］.

2 樣品采集與特征

本文瑪尼吐組火山巖樣品采集于1/5萬保安屯幅突泉火山盆地西石砬子火山機構周邊，發育于盆地西北部，樣品均為安山巖.巖石鏡下特征為斑狀結構，斑晶為角閃石、斜長石和黑云母.斜長石呈半自形板柱狀、寬板狀，部分聚斑狀，部分邊緣熔蝕呈渾圓形、港灣狀，聚片雙晶帶較寬，表面模糊泥化、絹云母化，邊緣長英質呈扇形、半球粒環繞，延長方向略定向，粒徑在0．6～2．2 mm之間，含量約為20%；黑云母呈片狀、長條片狀，多全部暗化呈假象，少量邊緣暗化，沿解理縫析出鐵質成分，略定向，含量約為5%；角閃石呈長柱狀、較規則菱形粒狀，部分發育不完整，但能見較清晰輪廓，全部暗化呈假象，略顯方向性，粒徑0．3～1．0 mm，含量為1%～2%.基質為微晶結構，主要為斜長石微晶，雜亂分布，呈半自形長柱狀、板狀，聚片雙晶帶較寬，表面模糊弱泥化，粒徑多在0．04～0．1 mm之間，個別達0．2 mm.

3 地球化學特征

突泉盆地瑪尼吐組安山巖樣品的主量、微量、稀土元素分析結果見表1.安山巖樣品的SiO2質量分數為60．64%～64．36%，平均值為62．34%；Al2O3質量分數為15．84%～17．38%，平均值為16．57%；Na2O的質量分數為3．76%～5．30%，平均值為4．48%；K2O的質量分數為2．44%～3．81%，平均值為2．79%；Na2O＋K2O質量分數為5．56%～8．91%，平均值為7．85%.K2O/Na2O值為0．81～2．15，平均值為1．46.里特曼指數σ為1．45～4．27（均值為3．4，σ＞3．3）.Al2O3/（Na2O＋K2O）（分子數）值為1．37～2．25，平均值為1．64；鋁飽和指數Al2O3/（CaO＋Na2O＋K2O）（分子數）值為1．07～1．77，平均值為1．31.在ACNK－ANK圖解中，樣品主要落入過鋁質區域，在SiO2-K2O圖解（圖1b）上，樣品主要落入高鉀鈣堿性系列區域，在硅－堿圖解（圖1a）中，樣品點絕大多數都落入了亞堿性安山巖或粗面巖范圍內，由此確定瑪尼吐組安山巖屬于亞堿性過鋁質高鉀鈣堿性巖石系列.

突泉盆地瑪尼吐組安山巖樣品的稀土元素配分模式均為輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的右傾型（圖2a）.稀土元素總量（ΣREE）為96．72×10－6～145．92× 10－6，平均為115．26×10－6，輕、重稀土元素分餾程度中等，LREE/HREE值為6．61～8．85，平均值為7．89，（La/Yb）N值為5．75～8．97，平均值為7．64，無Eu異常和Ce異常（δEu＝0．88～1．18，均值1．00；δCe＝0．92～0．97，均值0．95）（表1）.原始地幔標準化微量元素蛛網圖（圖2b）中，相對富集大離子親石元素（如Rb、K、Ba）和化學性質活潑的不相容元素（U、Th），相對虧損高場強元素（如Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu）.其中，Ti和P虧損可能受到鈦鐵礦和磷灰石分離結晶作用的影響.

表1 瑪尼吐組安山巖巖石地球化學分析結果Table 1 Geochemical data for andesite of Manitu Formation

圖1 瑪尼吐組安山巖硅－堿圖解圖解Fig．1 TAS and K2O-SiO2diagrams of andesites of Manitu Formation

4 巖石成因及構造環境

瑪尼吐組安山巖明顯富集大離子親石元素（Rb、K、Ba、LREE）和化學性質活潑的不相容元素（U、Th），相對虧損高場強元素（Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu），具有陸殼物質或俯沖流體交代的巖石圈地幔物質特征［5］.瑪尼吐組安山巖的Mg＃值為2．1～5．2，均值為3．5，表明安山巖由基性下地殼鐵鎂質巖石部分熔融的可能性很?。?］.安山巖巖石樣品的Cr含量為5．36×10－6~43．4×10－6（均值19．1×10－6），小于原始地幔Cr（2121×10－6）［7］和高鎂安山巖Cr（一般大于100×10－6，高者可達770×10－6）［8］.巖石樣品的Nb/Ta值（11．18～19．81，均值為16．15）介于地殼平均值（8．3）［9］和地幔平均值（17．5）［10］之間.Rb/Sr值（0．09～0．25，均值0．15）介于地幔值（0．034）和地殼值（0．350）［11］之間.結合巖石鈣堿性和低Mg＃值等特征，筆者認為瑪尼吐組安山巖原始巖漿主要來源于地殼巖石部分熔融源區.

圖2 瑪尼吐組安山巖稀土元素球粒隕石標準化與微量元素地幔標準化圖解Fig．2 Chondrite-normalized trace element patterns and primitive mantle-normalized spider diagram of andesites of Manitu Formation

關于大興安嶺中生代火山巖構造背景，存在多種不同觀點，主要有：大興安嶺晚中生代的花崗巖火山巖活動只是伸展背景下的巖漿演化的一個階段［12］；與蒙古－鄂霍次克洋的閉合有關［13-18］；與古太平洋板塊的俯沖作用有關［19-20］；與地幔柱構造有關［21-22］.到目前為止，在吉黑東部尚未發現138～145 Ma的火山巖［23-24］，表明大興安嶺中生代巖漿事件與古太平洋板塊的俯沖作用沒有關系［25］.大興安嶺中生代火山巖分布面積廣，形成時代變化范圍大，與地幔柱構造有關的巖漿事件不一致，排除地幔柱構造背景.Metelkin［26］研究認為，中—晚侏羅世蒙古－鄂霍次克洋自西向東逐漸閉合，西部最終的閉合時間為晚侏羅世，東部最終閉合的時間為早白堊世，其演化過程與突泉盆地瑪尼吐組火山巖的形成時間（139～148 Ma）基本吻合.瑪尼吐組火山巖從北向南，存在由老到新的穿時性，進一步證明瑪尼吐組火山巖的形成與蒙古－鄂霍次克縫合帶演化有關［27］.

瑪尼吐組安山巖樣品在Hf/3－Th－Ta圖解（圖3a）中落入了火山弧花崗巖區域，在Sr/Y－Y圖解（圖3b）中落入了經典島弧巖石區域，在Th/Yb－Ta/Yb圖解（圖4）中落入了活動大陸邊緣（陸緣?。﹨^域.島弧和活動大陸邊緣均屬于消減帶范圍，表明瑪尼吐組安山巖形成于大陸弧環境.結合大興安嶺中生代火山巖構造演化背景，筆者認為內蒙古突泉盆地瑪尼吐組安山巖是蒙古－鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環境下的產物.

圖3 瑪尼吐組安山巖構造判別圖解Fig．3 Hf/3-Th-Ta and Sr/Y-Y diagrams of andesite of Manitu Formation

圖4 瑪尼吐組安山巖Th/Yb-Ta/Yb圖解Fig．4 The Th/Yb-Ta/Yb diagram of andesites of Manitu Formation

5 結論

1）突泉盆地瑪尼吐組安山巖為亞堿性、過鋁質、高鉀鈣堿性巖石，輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，無Eu異常和Ce異常，明顯富集大離子親石元素（Rb、K、Ba、LREE）和化學性質活潑的不相容元素（U、Th），相對虧損高場強元素（Nb、Ta、P、Ti）和重稀土元素（如Y、Yb、Lu）.

2）突泉盆地瑪尼吐組安山巖原始巖漿來源于地殼巖石部分熔融源區，是蒙古－鄂霍次克洋閉合后巖石圈伸展環境下的產物.

致謝：野外工作中得到張立東研究員傾心指導，李之彤研究員對本文進行了細心審閱并提出了寶貴意見，在此致以衷心感謝！

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PETROGEOCHEMISTRY AND GENESIS OF THE VOLCANIC ROCKS OF MANITU FORMATION IN TUQUAN BASIN，MIDDLE DAXINGANLING MOUNTAINS

TAO Nan1，2，SONG Wei-min2，YANG Jia-lin2，DU Ji-yu2，PANG Xue-jiao2

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

The andesite of Manitu Formation in the Tuquan Basin，Eastern Inner Mongolia，is tectonically located in the middle section of Daxinganling tectonomagmatic belt，in the Late Mesozoic continental marginal accretion zone on the northern margin of North China Plate．Study of petrogeochemistry indicates that the andesite is characterized by high silica（with SiO2of 60．64%－64．36%）and alumina（Al2O315．84%－17．38%），and medium alkali（Na2O 3．76%－5．30%，K2O 2．44%－3．81%），belonging to peraluminous high potassium calc-alkali rock．The chondrite standard curve of rare earth elements reveals an enrichment of LREE and deficit of HREE，without Eu and Ce anomaly．The andesite is enriched in LILE（such as Rb，K，Ba and LREE），mobile incompatible elements（such as U and Th），relatively depleted in HFSE（such as Nb，Ta，P and Ti）and HREE．The primitive magma of the andesite is derived from the partial melting of the crust，as the result of the closure of Mongolia-Okhotsk Ocean in the extensional environment of the lithosphere．

petrogeochemistry；petrogenesis；Manitu Formation；andesite；Tuquan basin；Daxinganling Mountains；Inner Mongolia

2016－10－10；

2016－11－29．編輯：張哲．

中國地質調查局項目“內蒙古1∶5萬前他克吐等五幅區域地質調查”（1212011220425）；“內蒙古1∶5萬必魯臺等四幅地質礦產綜合調查”（12120115031101）；“太平洋構造域北段構造格局、演化歷史和1∶250萬構造圖編制”（DD20160343－09）．

陶楠（1982—），男，工程碩士研究生，工程師，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//52538310＠qq．com

宋維民（1983—），男，博士研究生，高級工程師，通信地址遼寧省沈陽市皇姑區黃河北大街280號，E-mail//swmws＠126．com

1671-1947（2016）06-0525-08

P595

A