2018, Vol. 39
2. 中国地质调查局 沈阳地质调查中心, 辽宁 沈阳 110034
2. Shenyang Center, China Geological Survey, Shenyang 110034, China
在振兴东北老工业基地战略中, 矿产资源有着不可替代的作用.近年在大兴安岭地区相继发现了多处有色金属和贵金属矿产地, 具有很大的资源潜力, 因此越来越多的地质工作者开始对该地区进行重点研究.不过, 以往针对该地区的研究多数与中生界的侏罗系、白垩系地层有关, 而关于中生界三叠系地层的研究则较少[1-4].据以往的资料可知, 大兴安岭地区普遍缺失三叠系地层, 然而随着近些年大比例尺区域地质填图工作的开展, 在大兴安岭地区陆续发现了一些三叠系地层.在内蒙古开鲁县的哈达陶勒盖组和林西县的林西组分别发现了下三叠统孢粉化石, 因此把它们的时代厘定为下三叠统[5].在巴林左旗的地层中发现了早三叠世的叶肢介和介形虫化石, 因此该地层被厘定为幸福之路组.张武等把内蒙古德发屯附近存在早三叠世木化石的地层厘定为下三叠统老龙头组.沈阳地质调查中心的杨雅军等把大兴安岭的三叠系地层从下至上依次划分为下三叠统老龙头组、哈达陶勒盖组和上三叠统东宫组[6].一直以来, 针对大兴安岭的三叠系地层, 缺少精确的年龄数据, 因此有必要对三叠系地层进行系统的年代学研究.笔者在大兴安岭地区工作多年, 对大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩进行了年代学和地球化学研究, 为大兴安岭地区三叠系地层的研究提供了精确年龄数据和最新证据.
1 区域地质概况研究区位于大兴安岭中段蘑菇气镇, 区内地层为上石炭统宝力高庙组粉砂岩、粉砂质板岩, 中侏罗统万宝组的粉砂岩、砂砾岩.区内岩浆活动特别是中生代火山活动强烈, 分布大面积的侵入岩和火山岩, 中生代火山岩主要为中三叠统哈达陶勒盖组、上侏罗统玛尼吐组、下白垩统白音高老组.
哈达陶勒盖组火山岩在研究区广泛分布, 大多被上侏罗统玛尼吐组和下白垩统白音高老组不整合覆盖, 被早白垩世侵入岩侵入.哈达陶勒盖组火山岩岩性主要为玄武安山岩和安山岩.杏仁状玄武安山岩呈斑状结构、交织结构, 块状构造.斑晶的成分主要为辉石和少量斜长石.辉石斑晶为半自形柱状或粒状晶体, 粒径一般在0.8~1.3 mm之间, 无色, 正高突起, Ng’∧C=42°, 干涉色为三级初, 部分晶体呈聚斑结构, 在7%左右.斜长石斑晶为规则的板状晶体, 长轴粒径大约在1.0~1.3 mm之间, 晶体均被显微鳞片状绢云母所取代仅保留晶形, 较少，在3%左右.基质由长轴粒径在0.3 mm左右的细条状斜长石和少量辉石组成, 斜长石呈平行或半平行状态排列, 微晶辉石分布在其晶粒间, 部分辉石发生伊丁石化, 基质在70%左右.基质中见非晶质的蛋白石.岩石中见大量的杏仁, 杏仁的成分为绿泥石, 在20%左右.安山岩呈多斑结构, 交织结构.斜长石, 自形-半自形, 板状, 粒度0.2~1.0 mm, 绿帘石化, 定向呈线斑, 45%.基质由定向板条状的斜长石微晶组成, 含少量的磁铁矿颗粒和绿泥石, 55%.
2 锆石年龄U-Pb测定 2.1 分析方法河北省区域地质矿产调查研究所和北京凯德正科技有限公司分别完成了锆石分选工作和锆石制靶工作, 国家地质实验测试中心完成了阴极发光图像采集和U-Pb年龄测定工作.LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素分析采用Thermo Element II和New Wave UP213进行数据采集, 然后通过GLITTER4.0软件对获得数据进行计算, 用Andersen方法[7]对普通Pb进行了校正.
2.2 年龄测定结果本次对2个哈达陶勒盖组火山岩样品(TW15，TW23)进行了同位素分析, 用Isoplot3.0软件绘制锆石谐和图(图 1).锆石CL图像(略)显示, 2个样品的锆石多数为褐色或无色透明, 锆石颗粒晶型好, 有明显的环带结构, Th/U比值分别为0.43~1.56和0.64~2.04, 均大于0.1, 为典型的岩浆成因锆石.
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图 1 哈达陶勒盖组火山岩U-Pb年龄谐和图 Fig.1 U-Pb age concordant diagrams of the volcanic rocks in Hadataolegai Formation (a)—TW15；(b)—TW23. |
TW15样品(采样坐标122°21′15″, 47°28′54″)共采集了20个分析点, 20个分析点全部位于U-Pb谐和线上或其附近, 206Pb/238U表面年龄219~255 Ma, 其加权平均值为(239±5) Ma.TW23样品(采样坐标122°22′13″, 47°25′17″)共采集30个分析点, 其中有27个点位于U-Pb谐和线上或其附近, 206Pb/238U表面年龄230~249 Ma, 其加权平均值为(240±2) Ma.U-Pb测年结果表明, 大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩形成于234~244 Ma之间的中三叠世.
3 地球化学特征元素地球化学数据在国土部东北实验测试中心获得, 测试结果(略)表明, 哈达陶勒盖组火山岩主要化学成分特征如下:SiO2质量分数较低, 58.86%~65.72%；Al2O3 15.30%~16.74%;w(Na2O+K2O)=7.30%~8.44%, w (K2O)/ w (Na2O)=0.42~1.41, MgO 1.70%~3.28%, CaO 2.09%~4.83%.在岩石系列w(K2O)- w (SiO2)图解(略)上大部分落入钾玄岩和高钾钙碱性系列.所有样品的A/CNK介于0.88~1.07, 多数为准铝质岩石, 少量为弱过铝质岩石.岩石具有低硅、富碱, 富钙、镁的特征.
哈达陶勒盖组火山岩稀土总量w(∑RE)=122.32×10-6~140.66×10-6, 平均值为133.48×10-6; 轻、重稀土总量分别为w(∑LRE)=111.72-6~129.91×10-6和w(∑HRE)=9.11×10-6~11.38×10-6, 轻、重稀土比值介于10.26~14.01, 平均值为12.49.稀土配分曲线右倾(图 2a), 斜率较大, m(La)/m(Yb)N=11.99~18.68, 说明轻稀土富集程度高且轻、重稀土分馏明显.δEu=0.84~0.98, 在稀土元素配分模式图上无明显负异常, 表明斜长石未参与多阶段的分离结晶.
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图 2 哈达陶勒盖组火山岩稀土元素配分模式图和微量元素蛛网图 Fig.2 RE element distribution pattern and microelement spidergram of the volcanic rocks in Hadataolegai Formation (a)—稀土元素配分模式图；(b)—微量元素蛛网图. |
哈达陶勒盖组火山岩微量元素蛛网图曲线右倾(图 2b)呈“隆起”特征, 大离子亲石元素(Rb, K, Ba, Th)和轻稀土较富集, 而高场强元素(Nb, P, Ti)则出现亏损.
4 讨论 4.1 形成年代本文高精度U-Pb定年结果显示, 哈达陶勒盖组火山岩形成年代分别为(239±5) Ma和(240±2) Ma, 2个锆石样品都是典型的岩浆成因锆石(Th/U＞1), 所以定年结果代表了哈达陶勒盖组火山岩的形成时代.而且从野外接触关系来看, 哈达陶勒盖组被晚侏罗世玛尼吐组火山岩覆盖, 侵入到晚石炭-早二叠世宝力高庙组粉砂岩中, 野外接触关系与定年结果吻合.
结合本区哈达陶勒盖火山岩的岩石组合特征和前人研究成果, 最终把大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩的形成年代定为中三叠世.
4.2 岩石成因岩石富集大离子亲石元素(Rb, K, Ba, Th)和轻稀土, 表明岩浆源区可能为富集地幔, 亏损高场强元素(Nb, P, Ti)则揭示了岩浆源区的岩浆在上升过程中受到地壳物质的混染或存在流体交代作用.
微量元素w (Rb) / w (Sr)主要集中在0.05~0.13(均值为0.08), 接近洋岛玄武岩OIB(0.047)、原始地幔(0.03)和富集型洋中脊E-MORB(0.033)的w (Rb) / w (Sr), 明显低于壳源岩浆的w (Rb) / w (Sr)(＞0.5)[8].Th质量比为5.21~7.22 μg/g, 明显高于来自亏损地幔的玄武岩的Th质量比(＜0.2 μg/g)[9], 而富集地幔中Th含量高, 因此哈达陶勒盖组火山岩应该是富集地幔的部分熔融形成的.w (La)/w (Nb)=5.31~5.54, 明显区别于美国盆岭省软流圈地幔来源的玄武岩(w (La)/ w (Nb)＜1.5), 而与内华达州起源于富集岩石圈地幔熔岩特征相似(w(La)/w(Nb)＞1.5)[10].w(Ti)/ w(Zr) =15.23~27.48(平均值20.63), 与壳源岩石的比值(＜20)不符[11]; w(Ti)/ w(Y) =298~381(平均值341), 与壳源岩石的比值(＜100)不符[12]; 基性相容组分Cr, Co, Ni质量分数较高, 分别为(24.08~97.28)×10-6, (12.09~24.77)×10-6和(20.01~77.20)×10-6, 这显示出岩浆是地幔来源而非地壳来源的特征.
玄武质岩石受到地壳混染的程度可以利用w(Ti)/w(Yb)值来判断, 如w(Ti)/w(Yb)＞5 000则表明岩石很少或未受到地壳物质的混染[13], 而大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩的w(Ti)/w(Yb)值远小于5 000(介于2 874~3 684), 表明达陶勒盖组火山岩原始岩浆受到了一定程度的地壳物质混染.
综上所述, 大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩岩浆源区为富集的岩石圈地幔, 但岩浆在上升过程中遭受了地壳物质的混染.
5 结论1) 大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩形成年龄为(239±5) Ma和(240±2) Ma, 年代为中三叠世.
2) 大兴安岭中段哈达陶勒盖组火山岩富集大离子亲石元素, 亏损高场强元素, 多种微量元素比值显示地幔特征, 种种特征表明哈达陶勒盖组火山岩岩浆源区为富集的岩石圈地幔, 并遭受了地壳物质的混染.
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