大興安嶺早白堊世梅勒?qǐng)D組火山巖的成因及地質(zhì)意義

大興安嶺早白堊世梅勒?qǐng)D組火山巖的成因及地質(zhì)意義

牙克石地區(qū)位于大興安嶺北部，中生代早白堊世火山巖發(fā)育。前人對(duì)大興安嶺中生代火山巖作過大量研究,主要側(cè)重于整個(gè)中生代火山巖的年代學(xué)劃分、形成機(jī)制及構(gòu)造背景演化(本文通過系統(tǒng)的1∶25萬區(qū)調(diào),并與區(qū)域?qū)Ρ?采用“梅勒?qǐng)D組”命名該套火山巖,并從火山地質(zhì)研究入手,著重論述火山巖相和火山構(gòu)造特征,重新厘定梅勒?qǐng)D組火山巖巖石組合,同時(shí)結(jié)合火山巖的時(shí)空展布,探討牙克石地區(qū)早白堊世火山活動(dòng)的過程及其形成的構(gòu)造環(huán)境。1區(qū)域地質(zhì)蓋數(shù)牙克石地區(qū)位于前中生代興蒙造山帶的額爾古納地塊(2火山巖巖相和火山巖構(gòu)造特征2.1溢流相及近火口相牙克石地區(qū)梅勒?qǐng)D組火山巖相包括溢流相、爆發(fā)墜落-濺落相和潛火山巖相。其中溢流相最發(fā)育,主要沿海拉爾河兩側(cè)呈帶狀近對(duì)稱分布。爆發(fā)相、潛火山相在河谷中心斷續(xù)分布。爆發(fā)相多表現(xiàn)為爆發(fā)墜落-濺落堆積的火山錐,主要分布在牙克石農(nóng)場(chǎng)、烏爾旗汗農(nóng)場(chǎng)、西孤山、東孤山等地(圖1)。溢流相:牙克石地區(qū)梅勒?qǐng)D組火山巖以中性熔巖的寧?kù)o溢流為主。熔巖流自裂隙式火口向海拉爾河兩側(cè)漫流,形成沿海拉爾河兩側(cè)對(duì)稱出露的熔巖臺(tái)地,出露面積達(dá)80km爆發(fā)墜落-濺落相:是火山產(chǎn)物快速降落、墜落和濺落并迅速堆積形成的近火口相。主要分布在牙克石農(nóng)場(chǎng)和烏爾其汗農(nóng)場(chǎng)等地(圖1),地貌上為孤立的小山包。墜落堆積物主要分布在火山錐體下部,火山碎屑物成巖差,主要由剛性的粗安巖集塊、浮巖渣塊和半塑性火山彈組成(圖2a)。濺落堆積物分布在火山錐的中上部,疊置在墜落火山巖之上,是火山爆發(fā)作用晚期產(chǎn)物(潛火山巖相:在靠近海拉爾河谷中心位置的西孤山、東孤山和烏爾旗汗附近,出露有4處潛火山巖,這些火山巖多呈巖滴狀產(chǎn)出,面積為1000～3000m2.2溢流相安粗巖-玄武粗安巖的分布研究區(qū)梅勒?qǐng)D組沿海拉爾河呈北東向帶狀分布,火山噴發(fā)受海拉爾河北東向斷裂控制?；鹕酵ǖ牢挥诤庸戎行牡奈鞴律?、東孤山和烏爾旗汗農(nóng)場(chǎng)一線,表現(xiàn)為呈串珠狀分布的降落-濺落相火山錐和潛火山巖相玄武粗安巖。以其為中線,溢流相安粗巖和玄武粗安巖分布于兩側(cè),近河谷中心厚度最大,垂直河谷向兩側(cè)厚度逐漸減薄(圖3)。沿河谷自上游的烏爾旗汗農(nóng)場(chǎng)到下游的哈克鎮(zhèn)長(zhǎng)約70km的范圍內(nèi)厚度沒有明顯變化,熔巖流單元的流向均接近垂直河谷或與河谷大角度斜交,反映熔巖流自河谷中心向兩側(cè)相背流淌,也指示為火山通道的位置,屬裂隙式火山機(jī)構(gòu)。晚期火山噴發(fā)沿裂隙收縮為幾個(gè)呈串珠狀分布的點(diǎn)式噴發(fā),構(gòu)成裂隙-中心式火山機(jī)構(gòu)。3火山巖的巖石特征3.1火山巖石類型牙克石地區(qū)梅勒?qǐng)D組火山巖巖石類型包括熔巖、火山碎屑巖及潛火山巖,熔巖分布最廣。正確厘定火山巖的類型是火山地質(zhì)學(xué)的重要任務(wù)之一,是解釋其他火山地質(zhì)問題最重要的基礎(chǔ)?；鹕饺蹘r類型的確定以化學(xué)成分為基礎(chǔ),見表1。在國(guó)際地科聯(lián)(IUCS)推薦的火山巖TAS分類圖解中(LeMaitreetal.,2002),7件樣品投在玄武粗安巖和粗安巖區(qū)(圖4)。又據(jù)(Na3.2巖石結(jié)構(gòu)及沉積相研究區(qū)梅勒?qǐng)D組火山巖包括熔巖和火山碎屑巖,熔巖主要為橄欖玄武粗安巖、安粗巖及歪長(zhǎng)粗面巖。橄欖玄武粗安巖:巖石呈灰色,斑狀結(jié)構(gòu),基質(zhì)似交織結(jié)構(gòu)(圖5a),塊狀構(gòu)造、氣孔-杏仁狀構(gòu)造。巖石由斑晶和基質(zhì)兩部分組成。斑晶主要為斜長(zhǎng)石(2%～5%)和少量輝石(1%)?；|(zhì)由斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、輝石和隱晶質(zhì)組成。巖石內(nèi)有呈圓形、橢圓形杏仁體,大小一般0.5～1mm,部分2～3mm,主要分布在巖流單元上部,含量約20%～35%,多定向。安粗巖:巖石呈磚紅色,斑狀結(jié)構(gòu),局部為似粗面結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。巖石主要由斑晶和基質(zhì)兩部分組成,斑晶主要為斜長(zhǎng)石(5%～10%)、輝石(3%～5%),均呈半自形晶,大小多為0.2～0.5mm,雜亂或弱定向分布?；|(zhì)主要由斜長(zhǎng)石(40%～45%)、鉀長(zhǎng)石(25%～30%)、輝石(5%～10%)和隱晶質(zhì)物質(zhì)(10%～15%)組成。歪長(zhǎng)粗面巖:巖石多呈紫褐色,斑狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。斑晶為斜長(zhǎng)石(10%～15%)、鉀長(zhǎng)石(3%～5%)和少量輝石(2%),斜長(zhǎng)石呈半自形板狀,大小一般1～2mm,多絹云母化。鉀長(zhǎng)石呈寬斑狀,表面多已黏土化。輝石多被綠泥石和不透明礦物交代?；|(zhì)主要由斜長(zhǎng)石(25%～40%)、鉀長(zhǎng)石(40%～45%)、輝石(5%～10%)和隱晶質(zhì)物質(zhì)(10%～15%)組成?；鹕剿樾紟r類主要為集塊巖和熔結(jié)集塊巖,分布于牙克石農(nóng)場(chǎng)及烏爾其汗農(nóng)場(chǎng)的火山錐中。集塊巖:巖石呈黑灰色,集塊角礫構(gòu)造,由火山彈、熔巖餅、熔巖塊、火山渣塊以及火山灰等組成。剛性集塊(圖5b),呈棱角狀,大小不一,一般在50～300mm,含量變化于30%～70%。火山彈(圖5c)多呈圓形、橢圓形,大小通常為2～50cm,含量約30%～40%,表皮多為銹黃色,內(nèi)部灰黑色,并具樹皮狀構(gòu)造,多玻璃質(zhì),微晶結(jié)構(gòu)。熔巖餅多呈長(zhǎng)扁平狀,長(zhǎng)約30～80cm,厚約10～20cm,具明顯的塑變特征,含量10%～20%?；鹕皆鼔K大小不一,形狀各異,含大量氣孔,成蜂窩狀,含量約10%。熔結(jié)集塊巖:巖石多為灰褐色,熔結(jié)結(jié)構(gòu)。巖石主要由塑性、半塑性火山彈、熔巖餅及熔漿團(tuán)塊組成。濺落堆積的塑變火山碎屑物相互焊接形成較致密的中基性熔結(jié)火山碎屑巖(圖5d)。4巖石的地球化學(xué)和代際特征4.1分析方法及結(jié)果本次采集了7件熔巖樣品進(jìn)行主量、微量元素分析,并選取1件新鮮未受地殼混染影響的安粗巖樣品(2517Tw)進(jìn)行LA-ICPMS鋯石U-Pb測(cè)年。主、微量元素測(cè)試在河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院完成。主量元素分析方法為X射線熒光光譜法(XRF),測(cè)試儀器為RIGAKURIX2100;微量元素采用Agilent7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定,誤差均小于5%。分析結(jié)果見表1。鋯石分選在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所完成,鋯石制靶、照相在北京凱德正科技有限公司完成,微區(qū)原位U-Pb同位素測(cè)定在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所利用激光燒蝕多接收器等離子體質(zhì)譜儀(LA-MC-ICPMS)完成,分析儀器和流程參考文獻(xiàn)4.2分析的結(jié)果4.2.1強(qiáng)元素類型化7件樣品的SiO表1顯示,樣品的稀土總量ΣREE多在240.87×10表1還表明,樣品的大離子親石元素(LILE)Rb、Ba、K富集較強(qiáng),高場(chǎng)強(qiáng)元素(HFSE)Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti均呈現(xiàn)相對(duì)虧損的態(tài)勢(shì),Sr、Ti、Nb具明顯的負(fù)異常,具弧火山巖的一些特征;Th/Ta=2.06～9.89ue04c1,Zr/Y=7.11～11.43,Zr/Hf=34.61～42.02,Rb/Sr=0.05～0.14,Ta/Yb=0.27～0.44,Nb/Ta=13.85～19.98,Th/Nb=0.11～0.71,均值為0.46,這些參數(shù)主要集中在大陸拉張帶范圍(4.2.2la-icpms鋯石u-pb年齡選取新鮮未受地殼混染影響的安粗巖樣品(2517Tw)進(jìn)行LA-ICPMS鋯石U-Pb測(cè)年(表2)。鋯石陰極發(fā)光圖中震蕩環(huán)帶發(fā)育,鋯石的Th/U值為0.70～1.87,均大于0.1,為典型的巖漿原生鋯石(5討論5.1火山巖構(gòu)造及巖漿信息梅勒?qǐng)D組火山巖的主體為中性巖,但出現(xiàn)鎂鐵礦物如橄欖石和輝石,且輝石含量較高。分析結(jié)果表明(表1),火山巖的MgO含量平均為3.35%,TFeO含量均值為7.80%,Mg、Fe含量明顯向幔源巖漿靠近。Zr/Hf(34.61～42.02)均值與原始地幔大致相當(dāng),具有幔源巖漿的信息。另一方面,火山巖的Rb、Ba、K較富集,在微量元素蛛網(wǎng)圖上Th、U、Nb、Ta、Zr、Hf、Ti呈現(xiàn)虧損態(tài)勢(shì),Mg5.2擠壓型埃達(dá)克巖目前,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為大興安嶺地區(qū)在侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)時(shí)處于不同的構(gòu)造環(huán)境。晚侏羅世發(fā)育的一系列俯沖型花崗巖和擠壓型埃達(dá)克巖,說明此時(shí)處于擠壓環(huán)境(梅勒?qǐng)D組火山巖巖石組合為橄欖玄武粗安巖、安粗巖及歪長(zhǎng)粗面巖,屬高鉀鈣堿性系列且靠近鉀玄巖系。在lgτ-lgδ圖解中(圖10a)樣品點(diǎn)落于造山帶火山巖與演化的堿性火山巖界線附近,部分落在消減帶火山巖與板內(nèi)穩(wěn)定火山巖的界線附近,暗示巖石形成于造山晚期向伸展構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變時(shí)期(5.3火山活動(dòng)及覆巖作用期化綜合火山巖巖相與火山機(jī)構(gòu)特征、定年結(jié)果及結(jié)合巖石地球化學(xué)特征對(duì)巖漿來源、構(gòu)造環(huán)境特征的分析,認(rèn)為該區(qū)的火山活動(dòng)如下:早白堊世,在白音高老旋回造山作用的晚期,沿海拉爾河發(fā)生了相對(duì)伸展運(yùn)動(dòng),形成北東向展布的海拉爾河斷裂(后期在持續(xù)拉張作用和火山噴發(fā)后重力作用的雙重控制下,海拉爾河河谷進(jìn)一步塌陷,堆積了大磨拐河組巨厚的煤系地層。新生代以來海拉爾河谷持續(xù)發(fā)生階段性升降運(yùn)動(dòng),形成了現(xiàn)在的海拉爾河河谷地貌景觀。6巖石學(xué)和地質(zhì)特征(1)海拉爾河河谷出露的大面積中性火山巖,巖石組合主要為安粗巖、橄欖玄武粗安巖和少量歪長(zhǎng)粗面巖以及玄武粗安巖質(zhì)火山碎屑巖。主體為鈉質(zhì)巖石,屬高鉀鈣堿性系列。巖漿為殼?；煸葱?形