李永飛，孫守亮，郜曉勇

（沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所/中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽110034）

大興安嶺地區(qū)位于古生代古亞洲洋構(gòu)造域與中生代環(huán)太平洋構(gòu)造域強(qiáng)烈疊加、復(fù)合、轉(zhuǎn)換的部位（圖1）.由于該區(qū)經(jīng)歷了古生代多塊體拼合作用過程和中生代陸內(nèi)演化過程的疊加，因而地殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對復(fù)雜［1-2］.晚中生代該區(qū)作為東亞大陸邊緣中生代巨型火山巖帶的重要組成部分，經(jīng)歷了多期次的火山噴發(fā)過程，不同區(qū)域的火山巖巖石類型也復(fù)雜多樣［3］.近年來，隨著火山巖定年方法的不斷改進(jìn)與應(yīng)用，大興安嶺北段中生代火山巖的精細(xì)同位素年代學(xué)研究已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展［4-15］，但是，對于不同期次火山巖的形成構(gòu)造背景研究尚存在較大的爭議，先后提出了地幔柱成因［16-17］、板內(nèi)成因［18］、蒙古-鄂霍茨克洋俯沖成因［19-24］以及太平洋板塊俯沖成因［25-26］等多種觀點(diǎn).就大興安嶺中段火山巖的研究程度而言，關(guān)于突泉地區(qū)分布的中生代火山巖高精度年代學(xué)數(shù)據(jù)和地球化學(xué)資料涉及甚少［27］.因此，針對上述問題，本文選擇出露于突泉盆地中發(fā)育的早白堊世埃達(dá)克質(zhì)的火山巖為研究對象，通過精細(xì)的激光全熔40Ar/39Ar法對其進(jìn)行詳細(xì)的年代學(xué)與地球化學(xué)特征研究，并對該區(qū)晚中生代火山巖的成因及形成環(huán)境進(jìn)行初步探討，以期為大興安嶺火山巖帶的綜合研究提供基礎(chǔ)資料.

圖1 大興安嶺中段突泉盆地地質(zhì)簡圖（據(jù)1∶20萬突泉縣幅與科爾沁右翼中旗幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，1972，修改）Fig.1 Simplified geological map of the Tuquan Basin in Central Daxinganling region（modified from 1∶200000 regional geological map of Tuquan County and Horqin Youyizhongqi, 1972）

1 區(qū)域地質(zhì)背景

突泉盆地總體位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的興安盟突泉縣鏡內(nèi)（圖1a），構(gòu)造位置處于“興蒙造山帶”東段（圖1b）興安地塊與松嫩地塊構(gòu)造結(jié)合部嫩江造山帶處［28］，盆地基底主要為晚古生代古亞洲洋殘余海盆不同演化時(shí)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(gè)近乎南北走向的中生代斷拗盆地.地理坐標(biāo)為北緯 45°00′～46°00′，東經(jīng) 121°15′～122°00′之間，面積約 2300 km2.通過該盆地的南部非震物探資料推測，該盆地南部早中生代拗陷埋深范圍為800～2000 m［29］.出露于突泉盆地中的中生代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、萬寶組為一套類磨拉石含煤沉積，代表了早中生代東北地區(qū)的非典型、弱造山的山前與山間沉積特征［30］，而后期充填于盆地內(nèi)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(dāng)時(shí)中國東北地區(qū)乃至東北亞斷陷盆地系及盆嶺體系組成的基本特征［31］.

2 樣品采集與特征

本文火山巖樣品采集于原1/20萬突泉縣幅發(fā)育于盆地南部的平山組（相當(dāng)于區(qū)域上的梅勒圖組）與晚侏羅世的火山巖（原傅家洼子組），主要為一套灰黑色中性與中酸性巖石（野外定名主要為安山巖與英安巖）.各件樣品采樣坐標(biāo)見表1、2.

表1 突泉盆地高M(jìn)g#火山巖樣品信息及激光全熔40Ar/39Ar測年數(shù)據(jù)表Table 1 Sample information and laser40Ar/39Ar dating resulf for the high-Mg#volcanic rocks from the Tuquan Basin

表2 突泉盆地高M(jìn)g#火山巖激光全熔40Ar/39Ar測年數(shù)據(jù)Table 2 Laser40Ar/39Ar dating results of the high-Mg#volcanic rocks from the Tuquan Basin

安山巖：灰、灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，有的樣品見氣孔狀構(gòu)造.斑晶主要為斜長石、角閃石，含量占10%～20%，大小在0.2～1.5 mm.斜長石多呈自形—半自形，角閃石多呈半自形.基質(zhì)主要由微晶斜長石和玻璃質(zhì)所組成，占70%～80%.

英安巖：灰、灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu).斑晶為斜長石、石英，個(gè)別見少量角閃石斑晶，含量占10%，大小在0.5～2 mm.基質(zhì)主要由微晶斜長石、石英和玻璃質(zhì)組成.

3 測年樣品的制備

在較為系統(tǒng)的研究基礎(chǔ)上，對野外采集的巖石樣品進(jìn)行鏡下鑒定，挑選新鮮、無蝕變巖石樣品初步粉碎成小塊，選擇無風(fēng)化邊、無包體、無裂隙充填物的新鮮小塊巖石進(jìn)一步破碎.碎好的樣品倒入樣品篩中進(jìn)行篩選，選擇的樣品粉末粒徑為0.18～0.28 mm，用于分析測試.

將篩選好的樣品置于稀硝酸（5%）浸泡2 h并用去離子水清洗后，低溫（80℃左右）烘干.將用于K、Ca、Cl誘發(fā)同位素校正的 K2SO4、CaF4、KCl樣品以及標(biāo)準(zhǔn)樣品稱量后，用自制的高純鋁罐包裝，封閉于石英玻璃瓶中.在中國原子能科學(xué)研究院49-2反應(yīng)堆H8孔道進(jìn)行中子照射，照射時(shí)間約為24 h，快中子通量為2.2386×1018.用作中子通量監(jiān)測的樣品是我國周口店K-Ar標(biāo)準(zhǔn)黑云母（ZBH-25，年齡為 132.7 Ma）.

3.1 實(shí)驗(yàn)方法

樣品的激光全熔40Ar/39Ar年代學(xué)研究在北京大學(xué)造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全時(shí)標(biāo)全自動(dòng)高精度高靈敏度激光全熔40Ar/39Ar定年系統(tǒng)完成.測定采用聚焦激光對單顆?；蚨囝w粒的礦物巖石樣品進(jìn)行一次性熔融.激光能量1.0～3.5 W，激光束斑直徑為0.5 mm.激光在5 s內(nèi)逐漸升溫到1.0～3.5 W，升溫后熔樣釋氣時(shí)間持續(xù)40 s.系統(tǒng)分2個(gè)階段使用2個(gè)鋯鋁泵對釋出氣體進(jìn)行純化，第一階段純化時(shí)間180 s，第二階段60 s.系統(tǒng)通過測量已知摩爾數(shù)的空氣對 5 個(gè)氬同位素（40Ar、39Ar、38Ar、37Ar、36Ar）質(zhì)量歧視進(jìn)行日常監(jiān)測與校正，質(zhì)量歧視因子D=1.0018±0.0003.基準(zhǔn)線和5個(gè)氬同位素均使用電子倍增器進(jìn)行13個(gè)循環(huán)測量.信號(hào)強(qiáng)度的測量采用電流強(qiáng)度測量法，信號(hào)強(qiáng)度以納安（nA）為單位記錄.測量已知摩爾數(shù)的空氣的氬同位素信號(hào)強(qiáng)度，獲得系統(tǒng)在電子倍增器單位增益下的絕對靈敏度為2.394×10-18mol/nA.通過絕對靈敏度可以將氬同位素信號(hào)強(qiáng)度由納安換算為摩爾.電子倍增器增益（與法拉第杯測量信號(hào)強(qiáng)度的比值）為3000～4000倍.整個(gè)設(shè)備的平均本底信號(hào)為：

40Ar=0.00277±0.00015，39Ar=0.0000285±0.0000015，38Ar=0.00000157 ±0.00000060，37Ar=0.00000459 ±0.00000059，36Ar=0.00000928± 0.00000096.

系統(tǒng)測試過程、原始數(shù)據(jù)處理、模式年齡和等時(shí)線年齡的計(jì)算均采用美國加州大學(xué)伯克利地質(zhì)年代學(xué)中心Alan L.Denio博士編寫的“MASS SPEC（V.7.665）”軟件自動(dòng)控制，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.

3.2 測試結(jié)果

圖2 激光全熔40Ar/39Ar等時(shí)線圖（a）和表觀年齡的概率統(tǒng)計(jì)圖（b）Fig.2 Laser40Ar/39Ar isochron age and age-probability diagrams

采自突泉盆地高M(jìn)g#火山巖樣品（08-47）的激光全熔40Ar/39Ar定年結(jié)果見表1，原始數(shù)據(jù)見表2.該樣品激光全熔40Ar/39Ar等時(shí)線年齡的概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致（圖2），等時(shí)線年齡與表觀年齡均可靠.由于樣品（08-47）40Ar值大于尼爾值（295.5±5.0 Ma），說明樣品中40Ar略有過量或者丟失，從而導(dǎo)致表觀年齡稍有偏老（初始?xì)逋凰乇戎?0Ar/36Ar為304.0±2.0Ma），因而其等時(shí)線年齡相對更可靠.本次突泉盆地高M(jìn)g#火山巖的激光全熔40Ar/39Ar定年結(jié)果為136.0±2.0 Ma，相當(dāng)于早白堊世初期（K/J界線，145.0±0.8 Ma，見 www.stratigraphy.org）.

4 地球化學(xué)特征

4.1 主量元素

突泉盆地高M(jìn)g#火山巖主、微量元素分析結(jié)果見表3.主量元素?cái)?shù)據(jù)經(jīng)過去水歸一化后［32］，SiO2=57.50%～65.88%，平均 62.53%；Al2O3=16.66%～19.91%；MgO=2.05%～3.31%；Mg#=46.8～54.4［33］；巖石相對富鈉，Na2O=2.81%～4.15%；K2O=1.76%～3.68%；Na2O/K2O 平均為1.28；火山巖在TAS巖石分類圖解（圖3a）上顯示為安山巖與英安巖（表 3），屬于亞堿性系列［32，34-37］；在 SiO2-K2O（圖3b）圖解上，火山巖落入鈣堿性至高鉀鈣堿性系列區(qū)域.

表3 突泉盆地高M(jìn)g#火山巖主量元素和微量元素分析結(jié)果Table 3 Contents of major and trace elements in the high-Mg#volcanic rocks from the Tuquan Basin

續(xù)表（Continued）

4.2 微量元素地球化學(xué)特征

在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖解（圖4a、c）上，火山巖表現(xiàn)出富集輕稀土（LREE），輕重稀土分異明顯的特征.其中安山巖（La/Yb）N比值平均為6.75，接近于下地殼（5.3）［38］；而英安巖（La/Yb）N比值平均為15.39，位于上、下地殼比值之間（5.3～15.5）［38］.安山巖與英安巖的（Gd/Yb）N比值介于 1.42～2.88之間，表明巖石的重稀土（HREE）配分模式相對平坦，而相對虧損中稀土（MREE）.巖石不發(fā)育明顯Eu異常（Eu/Eu*平均為0.94）.巖石的稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線與上、下地殼的配分曲線相似（圖 4 a 、c）［38］.在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖4 b、d）上，突泉盆地高M(jìn)g#火山巖表現(xiàn)出富集 Rb、Ba、Sr、Th，虧損 Nb、Ta 的特征，表現(xiàn)出典型的殼源巖漿的特征，巖石的Nb/Ta（12.50～17.52）也與典型的殼源巖漿比較接近［38］.同時(shí)巖石具有高Sr（534×10-6～919×10-6）、高Ba（789×10-6～925×10-6）含量，低 Y（平均 17.53×10-6）、低 HREE（Yb 平均為1.80×10-6） 的特征.巖石 Sr/Y 為 22.71～73.54，Y/Yb 為8.95～11.32.

5 巖石成因與構(gòu)造背景

圖3 火山巖TAS分類命名圖解(a)與SiO2－K2O圖解(b)Fig.3 The SiO2-（K2O+Na2O）classification diagram(a)and SiO2-K2O diagrams(b)for volcanic rocks

圖4 稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（a、c）與不相容元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（b、d）（球粒隕石與原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化值引自文獻(xiàn)［39］，上、下地殼數(shù)據(jù)引自文獻(xiàn)［38］）Fig.4 REE chondrite-normalized distribution patterns(a,c)and primitive mantle-normalized trace element spidergram(b,d)（from References［38－39］）

從主量元素與微量元素地球化學(xué)特征分析，突泉盆地高M(jìn)g#火山巖表現(xiàn)出一些典型埃達(dá)克巖的地球化學(xué)特征：如SiO2≥56%，高A12O3（≥15%），MgO＜3%（極少大于 6%），貧 Y 和 Yb（Y≤18×10-6，Yb≤1.9×10-6），高 Sr（＞400×10-6），LREE 富集，Eu 無明顯負(fù)異常［40-42］.但是，與典型的殼源巖漿相比，突泉盆地埃達(dá)克質(zhì)中酸性火山巖具有高的Mg#（>45）.實(shí)驗(yàn)巖石學(xué)表明，典型洋脊玄武巖（MORB）Mg#為60，而下地殼部分熔融產(chǎn)生的巖漿 Mg# 一般均小于 45［43-45］.因此，具有高 Mg#（大于45）特征的中酸性巖漿，一般被認(rèn)為是受到地幔物質(zhì)交代混染作用的結(jié)果［44］.另外，玄武質(zhì)巖石在1000～1100℃，0.8～3.2 GPa條件下，當(dāng)熔融程度約為40%時(shí)，可以產(chǎn)生中酸性巖漿.如果在較高壓力條件下，由于源區(qū)有石榴石和角閃石的存在，并且斜長石完全消失進(jìn)入到熔體，產(chǎn)生的巖漿將具有高Sr、高Sr/Y比值、虧損重稀土的地球化學(xué)特征［43］.基性下地殼一般由基性麻粒巖組成，這些巖石一般具有很高的Sr、Ba含量［46］.在地殼增厚（高壓）背景下，這些基性麻粒巖發(fā)生部分熔融作用，即形成的中酸性巖漿將具有高Sr、Ba的特點(diǎn).

突泉盆地高M(jìn)g#中酸性火山巖Y/Yb比值接近于10，（Ho/Yb）N比值≈1，中稀土（MREE）表現(xiàn)出一定程度的虧損，并具高Sr、Ba的特點(diǎn)，暗示其成因是增厚（高壓）基性麻粒巖地殼發(fā)生部分熔融作用的結(jié)果，并且?guī)r漿源區(qū)殘留相中可能含有不同比例的角閃石和石榴石［47-50］.對于這類中酸性巖漿高M(jìn)g#的原因，可能歸因于增厚造山帶下地殼發(fā)生部分熔融后的中酸性、基性巖漿相互發(fā)生混合作用的結(jié)果［51］.

已有的資料表明，蒙古-鄂霍茨克洋在中—晚侏羅世閉合［52］，但該大洋呈剪刀式自西向東逐漸閉合，西部最終閉合時(shí)間為晚侏羅世，東部最終閉合碰撞造山為早白堊世［53］.本文研究的突泉盆地高M(jìn)g#埃達(dá)克質(zhì)火山巖形成于136.0±2.0 Ma的早白堊世，恰為該洋的閉合碰撞造山期階段，其必然引起區(qū)域性的擠壓并產(chǎn)生地殼不均勻縮短加厚至麻粒巖相，促使造山帶巖石圈增厚，最后導(dǎo)致下地殼底部熔融形成的埃達(dá)克質(zhì)中酸性火山巖與底侵玄武質(zhì)巖漿混合作用［51］.因此，大興安嶺中段突泉盆地早白堊世埃達(dá)克質(zhì)火山巖是蒙古-鄂霍茨克洋（古太平洋）閉合碰撞造山作用過程深部巖漿作用的反映.

6 結(jié)論

（1）大興安嶺中段突泉盆地高M(jìn)g#火山巖激光全熔40Ar/39Ar定年結(jié)果為136.0±2.0 Ma，形成于早白堊世早期.

（2）突泉盆地高M(jìn)g#火山巖巖石地球化學(xué)特征顯示出埃達(dá)克質(zhì)巖的特征：SiO2≥57.50%，高Al2O3（≥16.28%），MgO＜3.31%（Mg#＞45），貧 Y（平均值 17.42×10-6＜18×10-6） 和 Yb（平均值 1.84×10-6＜1.90×10-6），高Sr（Sr＞664 μg/g），LREE 富集，HREE 虧損，Eu 無明顯負(fù)異常.

（3）突泉盆地高M(jìn)g#火山巖形成于蒙古-鄂霍茨克洋（古太平洋）閉合碰撞造山構(gòu)造背景，其巖漿深部動(dòng)力學(xué)背景與巖漿源區(qū)的性質(zhì)主要?dú)w因于增厚的造山帶下地殼發(fā)生的部分熔融作用.

致謝：巖石主量元素與微量元素實(shí)驗(yàn)測試得到了沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所實(shí)驗(yàn)室何煉教授、岳明新工程師等人員的熱心幫助；激光氬-氬全熔年代學(xué)實(shí)驗(yàn)測試得到了北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院造山帶與地殼演化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周晶博士的熱心幫助.在此對以上人員表示最誠摯的謝意.

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