肖林　程招勛　都士卓　張允鵬

摘要： 烏蘭浩特地區(qū)出露一套以輝石安山巖為主的中性火山巖組合。LA-ICP-MS石U-Pb測年結(jié)果顯示，該套火山巖石U-Pb年齡為130.0±1.5 Ma和129.9±1.4 Ma，表明其形成于早白堊世。輝石安山巖SiO2含量為57.84%～60.86%， Al2O3含量為16.49%～17.76%， A/CNK>1.1，屬過鋁質(zhì)巖石;ALK值為11.19%～11.87%，σ為1.08～1.98;∑REE為（128.69～145.06）×10-6，（La/Sm）N為4.64～5.24，（La/Yb）N為6.58～8.09，輕稀土元素富集程度高且輕、重稀土元素分餾明顯;Eu異常不明顯，大離子親石元素Rb、Ba、K、Sr富集，高場強元素Nb、Ti、P、Ta虧損，推斷該中性火山巖的形成與蒙古—鄂霍次克洋閉合陸殼加厚之后的巖石圈伸展有關(guān)。

關(guān)鍵詞： 中性火山巖;石U-Pb年齡;地球化學特征;內(nèi)蒙古烏蘭浩特地區(qū)

中圖分類號：P588.12+2 文獻標識碼：A 文章編號：2096-1871（2019）04-253-11

大興安嶺位于興蒙造山帶東段，大部分中生代火山巖覆蓋在額爾古納地塊-興安地塊-松嫩地塊之上，向南延伸入華北板塊北緣。位于大興安嶺中南段的烏蘭浩特地區(qū)出露大面積的中生代中性火山巖，其巖石成因及構(gòu)造背景是近年來地質(zhì)學者研究的熱點。前人[1]對大面積出露的中性—中酸性火山巖進行了系統(tǒng)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查，對中性火山巖巖石學及巖相學有詳盡的研究，但尚未對其年代學及地球化學進行系統(tǒng)研究，缺少該區(qū)中性火山巖年代學及地球化學方面的資料支撐。因此，對烏蘭浩特地區(qū)出露的中性火山巖進一步開展年代學和地球化學研究十分必要。

本文選取烏蘭浩特地區(qū)出露的早白堊世中性火山巖，在野外地質(zhì)調(diào)查和巖相學研究的基礎(chǔ)上，通過巖石化學、地球化學、LA-ICP-MS石U-Pb測年，對它們的成因及形成的構(gòu)造背景進行分析和探討，為進一步探討烏蘭浩特地區(qū)中生代火山巖成因及構(gòu)造背景提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

烏蘭浩特市位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東北部，大興安嶺中南部，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。該區(qū)前中生代構(gòu)造位置位于西伯利亞克拉通東南緣陸緣增生帶與華北克拉通北緣陸緣增生帶之間的錫林浩特島弧北段，北東部為蘑菇氣—大石寨結(jié)合帶;中生代后疊加了大興安嶺巖漿巖帶，位于大興安嶺東南坡裂陷帶內(nèi)。研究區(qū)出露的地層主要有早二疊世壽山溝組（P1ss）、大石寨組（P1ds）、中二疊世哲斯組（P2zs）、晚二疊世林西組（P3l）及中生代火山巖。其中，早二疊世壽山溝組、大石寨組、中二疊世哲斯組及晚二疊世林西組零星出露，呈NE向分布于研究區(qū)西北部、北部及東北部。中生代火山巖出露面積較大，前人將其劃分為晚侏羅世瑪尼吐組（J3mn）（本文討論的中性火山巖）和早白堊世白音高老組（K1b），呈NE向展布（圖1）。

2 樣品特征

出露于烏蘭浩特市東部及東北部的中性-中酸性巖石組合，主要為一套灰黑色、灰色、灰紫色和灰綠色、灰黃色安山巖、輝石安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r組合，夾凝灰質(zhì)砂巖和英安巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r。本次采集的樣品主要是中性火山熔巖，采樣位置見圖1，巖性為輝石安山巖（圖2）。巖石風化面呈灰色、灰黃色、灰紫色，新鮮面呈灰綠色、灰黑色-黑色。斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要為斜長石15%，普通輝石3%，紫蘇輝石2%，角閃石1%。斜長石呈半自形板狀，大小0.2～2.4 mm;普通輝石略帶淺綠色調(diào)，柱狀，大小0.2～2.0 mm;紫蘇輝石主要呈柱狀，大小0.2～1.0 mm，角閃石呈褐色柱狀，大小0.1～0.2 mm?；|(zhì)具玻晶交織結(jié)構(gòu)，可見大量極細小的斜長石微晶呈交織狀分布，其間分布大量隱晶質(zhì)和磁鐵礦，粒度多<0.1 mm。

3 火山巖年齡測定

3.1 分析方法

用于U-Pb年齡測定的石取自烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖新鮮樣品，石挑選、樣品制靶、石陰極發(fā)光圖像分析在北京天和信礦業(yè)技術(shù)開發(fā)有限公司完成，LA-ICP-MS石U-Pb測年在中國科學院貴陽地球化學研究所完成。實驗過程中采用氦氣作為載氣，氬氣為補償氣以調(diào)節(jié)靈敏度。激光器工作頻率為10 Hz，測試點激光束斑直徑為40 μm，剝蝕采樣時間為50 s。普通鉛校正采用哈佛大學國際標準石91500作為外部校正，Plesovice作質(zhì)量監(jiān)控，石U-Pb年齡的計算采用國際標準程序Isoplot（ver3.0）。

3.2 分析結(jié)果

輝石安山巖（編號分別為P4B26和P21B29）LA-ICP-MS石U-Pb同位素測試結(jié)果見表1。測年石多呈自形-半自形晶，多為短柱狀，個別呈長柱狀，具有清晰致密的振蕩環(huán)帶（圖3）。樣品P4B26的Th/U值為0.24～1.1，樣品P21B29的Th/U值為0.11～1.38，均>0.1，表明這些石為巖漿結(jié)晶成因[2]，但部分石具有明顯的沿裂隙溶蝕重結(jié)晶現(xiàn)象，CL圖像中石的異常亮色邊可能是熱液改造的結(jié)果[3]。

樣品P4B26的18個測點數(shù)據(jù)全部位于諧和線及其附近（圖4），206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為 130.0±1.5 Ma（MSWD = 2.2）。樣品P21B29的21個測點數(shù)據(jù)全部位于諧和線及其附近（圖5），206Pb/238U年齡加權(quán)平均值為129.9±1.4 Ma （MSWD = 2.8），2個樣品測年數(shù)據(jù)誤差范圍一致，表明該火山巖形成于早白堊世。

4 巖石地球化學特征

4.1 分析方法

對12件火山巖樣品進行主量和微量元素含量測試，在黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用研究所完成測試，實驗過程均在無污染設(shè)備中進行。主量元素采用X射線熒光光譜法（XRF），分析精度和準確度優(yōu)于5%;微量元素分析采用電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）完成，分析精度和準確度優(yōu)于10%。

4.2 主量元素

烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖主量、稀土和微量元素分析結(jié)果見表2。火山巖樣品的SiO2含量為57.84%～60.86%，平均值為59.53%;Al2O3含量為16.49%～17.76%，平均值為17.04%;A/CNK>1.1，屬過鋁質(zhì)巖石;ALK值為11.19%～11.87%。 火山巖TAS圖解（圖6）顯示，烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖為安山巖。由SiO2-K2O圖解（圖7）可知，烏蘭浩特地區(qū)安山巖屬鈣堿性系列巖石。

4.3 稀土及微量元素

烏蘭浩特地區(qū)白堊紀安山巖稀土元素總量為（128.69～145.06）×10-6，平均值為133.33×10-6;輕、重稀土元素比值為6.85～7.92，（La/Yb）N=6.58～8.09，平均值為7.56，（Ce/Yb）N=4.96～6.10，（La/Sm）N=4.64～5.30，δEu=0.97～1.04，Eu異常不明顯。球粒隕石標準化稀土元素配分曲線均屬右傾型（圖8），說明輕重稀土分餾明顯，具有同源巖漿特征。在原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖（圖9）中，大離子親石元素Rb、Ba、K、Sr明顯富集，高場強元素Nb、Ti、P、Ta虧損，Nb/Ta值為12.00～15.87，具有高Sr（（640～1 098）×10-6）、高Ba（（798～940）×10-6）及高Sr/Y值（33～61）的特征。

4.4 Sr-Nd同位素特征

烏蘭浩特地區(qū)白堊紀安山巖Sr-Nd同位素分析結(jié)果如表3所示。87Sr/86Sr為0.705 38～0.705 74，143Nd/144Nd值為0.512 667～0.512 703，εNd（t）為1.86～2.50，TDM為746～781 Ma，TDM2為720～773 Ma。

5 討 論

5.1 巖漿成因

烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖為安山巖，總體富Na、Al，貧K、Mg，為過鋁質(zhì)鈣堿性系列巖石。對于安山巖的成因，有學者認為安山巖是由玄武質(zhì)巖漿演化形成的[4-6]，也有學者認為安山質(zhì)巖漿是由下地殼玄武質(zhì)巖石部分熔融形成的[7-9]，還有學者認為安山巖是由玄武質(zhì)巖漿與流紋質(zhì)巖漿發(fā)生混合作用形成的[10-11]。目前比較流行的觀點是，規(guī)模較大、分布廣泛的安山巖與板塊俯沖具有直接關(guān)系[12-13]。由大洋板塊向大陸板塊俯沖，下插在大陸板塊一定深度的大洋板塊前緣及其上覆的巖石發(fā)生熔融，形成安山質(zhì)巖漿[14]。烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖Cr含量為（13.9～37.0）×10-6，遠低于地幔橄欖巖源區(qū)部分熔融形成的原始玄武質(zhì)巖漿Cr含量（500～600）×10-6[15]，且該區(qū)缺少同時期的基性巖，因此，玄武質(zhì)巖漿演化很難解釋該區(qū)大范圍分布的中性火山巖[15]。 由La -La/Sm圖解（圖10）可知，烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖投點趨勢呈斜線，表明其具有地幔部分熔融成因的特征。

烏蘭浩特地區(qū)白堊紀安山巖明顯富集大離子親石元素Rb、Ba、K、Sr及LREE，虧損高場強元素Nb、Ti、P、Ta及HREE;它們的Nb/Ta值為12.00～15.87（平均值為13.59），接近于地殼Nb/Ta平均值12～13[16]，低于球粒隕石和原始地幔的Nb/Ta平均值17.5[17-18]; （La/Yb）N平均值為7.56，接近于下地殼（La/Yb）N平均值5.3[19];Nd/Th值為3.4～5.7，平均值為4，接近于殼源巖石的Nd/Th值3，La/Nb值為2.76～3.44（平均值為3.07），明顯高于原始地幔La/Nb值0.94，與陸殼La/Nb值2.2[20]接近;Rb/Sr平均值為0.07，明顯高于原始地幔Rb/Sr值0.03[21]。它們的各種微量元素含量及比值范圍與Condie K C[22]劃分的各類安山巖也不盡相同（表4）。這些特征表明烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖來源于下地殼巖石的部分熔融。

烏蘭浩特地區(qū)白堊紀安山巖的SiO2>56%，高Al（Al2O3>15%），富Na（Na2O>K2O，Na2O含量約4%，K2O含量約2%），Y和Yb較低（Y含量約18×10-6，Yb含量約1.9×10-6），高Sr（Sr含量為（663～1 098）×10-6），無明顯的負Eu異常，與中國東部地區(qū)埃達克質(zhì)巖特征 [23-24]相似。在Y-Sr/Y圖解（圖11）中，部分樣品落入埃達克巖區(qū)。

張旗等[25]、王焰等[26]認為中國東部埃達克質(zhì)巖不同于洋殼熔融形成的埃達克巖，是下地殼熔融的產(chǎn)物?；韵碌貧ひ话阌陕榱r組成，一般具有較高的Sr、Ba含量[27]。在地殼增厚（高壓）的背景下，基性麻粒巖發(fā)生部分熔融作用，形成的中酸性巖漿具有高Sr、高Ba的特點[28]。本文研究的安山巖具有高Sr、高Ba及高Sr/Y值的特征，表明烏蘭浩特地區(qū)安山巖為下地殼部分熔融形成的殼源巖漿。

5.2 構(gòu)造背景

烏蘭浩特地區(qū)白堊紀安山巖屬大興安嶺火山巖帶的一部分，前人對大興安嶺火山巖帶的成因看法不同。趙國龍等[29]認為大興安嶺大面積分布的中生代火山巖與古太平洋板塊向中國大陸俯沖有關(guān)，屬活動大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境;也有學者認為中生代火山巖是地幔柱成因[30-31]。近年來，更多學者認為大興安嶺中生代火山巖與蒙古—鄂霍茨克洋閉合、碰撞造山后伸展環(huán)境相關(guān)[32-33]。

近年來，不同學者對大興安嶺及鄰區(qū)中生代火山巖進行年代學研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)不存在環(huán)狀火山巖帶，且火山巖的形成時代變化范圍較大，它們的時空分布特征也難以用地幔柱成因解釋[34]。前人對吉黑東部火山巖的年代學研究表明，該區(qū)尚未發(fā)現(xiàn)164～140 Ma的火山巖，145～130 Ma的巖漿活動主要分布于松遼盆地以西大興安嶺及滿洲里地區(qū)[35-37];張旗[38]認為太平洋板塊基本向北俯沖，在早白堊世中期（約125 Ma）轉(zhuǎn)向西俯沖，且真正向西俯沖的時間非常短暫。本文研究的安山巖年齡為130.0±1.5 Ma和129.9±1.4 Ma，可能與古太平洋板塊俯沖并無直接關(guān)系。已有資料表明，蒙古—鄂霍次克洋在中—晚侏羅世閉合[39]。烏蘭浩特地區(qū)早白堊世非造山A型花崗巖的發(fā)現(xiàn)[35]，表明該區(qū)已處于伸展構(gòu)造體制。烏蘭浩特地區(qū)安山巖具埃達克巖特征，反映了加厚地殼背景。埃達克巖雖不能判斷構(gòu)造環(huán)境，但與其伴生的非埃達克質(zhì)的中酸性巖漿巖及玄武巖卻可判別構(gòu)造環(huán)境[35-36]。烏蘭浩特地區(qū)酸性火山巖SiO2含量平均值為72%，Al2O3含量平均值為13.9%，富鉀，貧MgO、CaO，F(xiàn)eOT/MgO平均值為11.54，且Rb/Sr值較高，具有A型花崗巖的地球化學特征。流紋巖在Ce-10 000Ga/Al圖解中大部分落入A型花崗巖區(qū)，在R1-10 000Ga/Al圖解中落入A1型花崗巖區(qū)（未發(fā)表），總體反映后造山—板內(nèi)伸展構(gòu)造背景。綜上所述，烏蘭浩特地區(qū)早白堊世安山巖的構(gòu)造背景與蒙古—鄂霍次克洋閉合、陸殼加厚之后的巖石圈伸展有關(guān)。

6 結(jié)論

（1）烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖為輝石安山巖，其石U-Pb年齡為130.0±1.5 Ma和129.9±1.4 Ma，表明其形成于早白堊世。

（2）烏蘭浩特地區(qū)安山巖屬鈣堿性系列巖石，輕稀土富集程度高且輕重稀土分餾明顯。Eu異常不明顯，大離子親石元素K、Rb、Ba、Sr與LREE明顯富集，高場強元素Nb、P、Ta、Ti及HREE虧損。

（3）烏蘭浩特地區(qū)中性火山巖形成的構(gòu)造背景與蒙古鄂霍次克洋閉合陸殼加厚之后的巖石圈伸展有關(guān)，巖漿來源于加厚下地殼的部分熔融。

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LA-ICP-MS zircon U-Pb age， geochemistry and genesis of intermediate volcanic rocks in the Ulanhot area， Inner Mongolia

XIAO Lin，CHENG Zhao-xun，DU Shi-zhuo，ZHANG Yun-peng

（Heilongjiang Institute of Geological Survey， Harbin 150036， China）

Abstract：A set of intermediate volcanic rock assemblages dominated by pyroxene andesite is exposed in the Ulanhot area. The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results show that the volcanic rocks have two zircon U-Pb ages of 130.0 ±1.5 Ma and 129.9 ±1.4 Ma， suggesting that the volcanic rocks were formed in the Early Cretaceous. Pyroxene andesite has SiO2 content of 57.84%～60.86%， Al2O3 of 16.49%～17.76%， A/CNK> 1.1， suggesting that the rock belongs to peraluminous rock. ALK value is 11.19%～11.87%， σ is 1.08～1.98. ∑REE of （128.69～145.06）×10-6， （La/Sm）N of 4.64～5.24 and （La/Yb）N of 6.58～8.09 show enrichment of light rare earth elements and distinct fractionation of light and heavy rare earth element. Weak Eu anomaly， enrichment of large ion lithophile elements （Rb， Ba， K and Sr） and depletion of high field strength elements （Nb， Ti， P and Ta） suggest that its formation is related to the lithospheric extension which followed continental crust thickening after closure of the Mongolian-Okhotsk Ocean.

Key words：intermediate volcanic rock; zircon U-Pb age; geochemical characteristics; Ulanhot area， Inner Mongolia

*收稿日期：2018-10-24 修訂日期：2019-04-10 責任編輯：譚桂麗

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局“內(nèi)蒙古1∶5萬前公主陵等六幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查（編號：DD20160048-10）”項目資助。

第一作者簡介：肖林，1991年生，男，助理工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查工作。