大興安嶺中基性火山巖年代學(xué)及地球化學(xué)特征

1塔植物基本成巖形成時(shí)代及構(gòu)造環(huán)境額爾古納地塊漠河前陸盆地位于大興安嶺火山巖帶北端。在該帶，除了中生代入巖（吳兆堅(jiān)等人，2010）外，火山巖發(fā)育，塔木蘭溝群(。其次在構(gòu)造環(huán)境方面：本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上，依據(jù)在大興安嶺火山巖北段開(kāi)展的黑龍江省盤古林場(chǎng)幅、布魯克里河幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目成果，通過(guò)對(duì)塔木蘭溝組巖石學(xué)、巖相學(xué)、巖石地球化學(xué)及同位素年代學(xué)等方面的研究，初步確定其形成時(shí)代，并進(jìn)一步探討了其火山成因及構(gòu)造環(huán)境，對(duì)大興安嶺中生代地層劃分具有重要意義。2樣品采集和組成研究區(qū)位于天山—興蒙造山系的額爾古納地塊漠河前陸盆地(圖1a)。該地區(qū)基底為晚寒武世—早奧陶世花崗巖、基性雜巖，在燕山—印支期NE向伸展構(gòu)造的作用下，形成一系列張性斷裂構(gòu)造和斷陷盆地(本文研究的火山巖位于額爾古納地塊漠河前陸盆地內(nèi)。2個(gè)樣品分別位于1∶5萬(wàn)盤古林場(chǎng)幅盤古林場(chǎng)西部和北部，樣品相距直線距離5.5km。其中盤古林場(chǎng)西部樣品號(hào)為D0007，巖性為玄武安山巖，取樣位置：52°41′52″N,123°51′01″E。盤古林場(chǎng)北部樣品號(hào)為D0001，巖性為粗安巖，取樣位置：52°414′33″N,123°52′28″E。1個(gè)樣品位于1∶5萬(wàn)布魯克里河幅北東部，樣品號(hào)為D6395，巖性為粗安巖，取樣位置：52°46′34″N,124°12′23″E。具體測(cè)年樣品取樣位置見(jiàn)(圖1c)。玄武巖：斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為間粒結(jié)構(gòu)，巖石由斑晶和基質(zhì)兩部分組成(圖2a、b)。斑晶占巖石的35%，由斜長(zhǎng)石、輝石礦物組成，粒度0.4～4mm，其中斜長(zhǎng)石呈半自形柱狀，板柱狀，聚片雙晶發(fā)育，成分為基性斜長(zhǎng)石，含量20%以下；輝石呈無(wú)色，短柱狀、粒狀，正高突起，含量占15%?；|(zhì)為斜長(zhǎng)石微晶呈支架狀分布，其間充填少量的輝石、磁鐵礦，粒徑<0.3mm。斜長(zhǎng)石微晶，細(xì)柱狀，聚片雙晶、環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，為中—拉長(zhǎng)石，粒徑<0.3mm；輝石無(wú)色，短柱狀、粒狀，正高突起，粒徑<0.3mm；磁鐵礦不規(guī)則粒狀，不透明，充填在粒間，粒徑<0.05mm。玄武安山巖：斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)交織結(jié)構(gòu)，巖石由斑晶和基質(zhì)兩部分組成(圖2c)。斑晶占巖石的25%，由斜長(zhǎng)石、少量的輝石礦物組成，粒度0.5～1.5mm。斜長(zhǎng)石含量占20%，半自形板狀，柱狀，單偏光無(wú)色，正交偏光一級(jí)灰白，聚片雙晶、弱環(huán)帶結(jié)構(gòu)、卡鈉復(fù)合雙晶發(fā)育，成分為基性斜長(zhǎng)石；輝石含量占5%，無(wú)色，粒狀、柱狀，正高突起?；|(zhì)斜長(zhǎng)石微晶流狀、半交錯(cuò)狀排列，其間充填大量輝石、磁鐵礦，粒徑<0.3mm。斜長(zhǎng)石微晶，細(xì)柱狀，聚片雙晶發(fā)育，為中、更長(zhǎng)石，粒徑<0.3mm；輝石，無(wú)色，粒狀、柱狀，正高突起，粒徑<0.3mm。磁鐵礦，不規(guī)則粒狀，不透明，充填在斜長(zhǎng)石粒間，粒徑<0.1mm。粗安巖：斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)交織結(jié)構(gòu)，巖石由斑晶和基質(zhì)兩部分組成(圖2d)。斑晶由斜長(zhǎng)石、角閃石礦物組成，占巖石的30%，粒度0.3～3mm。斜長(zhǎng)石含量占20%，半自形板狀，柱狀，單偏光無(wú)色，正交偏光一級(jí)灰白，聚片雙晶、環(huán)帶結(jié)構(gòu)發(fā)育，成分為中長(zhǎng)石。角閃石，柱狀，楔狀，含量占10%。基質(zhì)為細(xì)柱狀斜長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石微晶流狀、半交錯(cuò)狀排列，其間充填少量磁鐵礦，粒徑<0.2mm。斜長(zhǎng)石微晶，粒徑<0.2mm，細(xì)柱狀，聚片雙晶發(fā)育，為更長(zhǎng)石；鈉長(zhǎng)石微晶粒徑<0.1mm，針柱狀，負(fù)低突起，平行消光，磁鐵礦粒徑<0.1mm，一般小于0.05，不規(guī)則粒狀，不透明，充填在粒間。3鋯-sicp-ms測(cè)試3.1鋯石u-pb定年和微量元素的測(cè)定鋯石分選工作在廊坊市誠(chéng)信地質(zhì)服務(wù)有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，首先用清水將野外采集的新鮮樣品表面清洗干凈后晾干并粉碎至80目，然后經(jīng)過(guò)用水粗淘、強(qiáng)磁分選、電磁分選和酒精細(xì)淘之后，在實(shí)體顯微鏡下手工挑選出裂隙少、表面潔凈、透明度較好的鋯石制作環(huán)氧樹(shù)脂樣品靶。鋯石的投射光、反射照相，陰極發(fā)光(CL)成像以及鋯石U-Pb定年和微量元素分析在武漢上譜分析科技有限公司實(shí)驗(yàn)室完成，鋯石定年分析采用儀器為安捷倫電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Agilent7700)，激光剝蝕系統(tǒng)采用GeolasPro(激光波長(zhǎng)193nm，激光束斑32μm)，激光能量80mJ，頻率5Hz。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采用標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500(GJ-1)作外標(biāo)進(jìn)行校正，元素含量以國(guó)際標(biāo)樣NIST610為外標(biāo)，Si為內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行計(jì)算，NIST612和NIST614為監(jiān)控盲樣。測(cè)試結(jié)果采用軟件ICPMSDataCal處理完成(全巖主量元素和微量元素分析在黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測(cè)試研究中心完成，主量元素分析采用X射線熒光光譜儀(XRF)測(cè)定，分析精密優(yōu)于5%，微量元素采用等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測(cè)定，分析精密優(yōu)于5%。3.2諧和特征和成巖年齡本文對(duì)2件粗安巖和1件玄武安山巖樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)測(cè)試，分析結(jié)果見(jiàn)表1、2、3。粗安巖(D0001)，鋯石外形特征多呈自形—半自形、短柱狀、少數(shù)呈長(zhǎng)柱狀。粒徑一般在50～100μm，長(zhǎng)寬比值多為2∶1，多數(shù)具有清晰、致密的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。其鋯石U-Pb同位素LA-ICPMS測(cè)年共打點(diǎn)20個(gè)(圖3a，表1),Th/U比值基本介于0.82～4.32。在諧和圖上(圖3b)分布于諧和線上及其附近，諧和度較好。加權(quán)平均年齡為（185.8±8.1)Ma，代表了其成巖年齡。粗安巖(D6395)，鋯石外形特征為自形—半自形狀、多呈短柱狀、少數(shù)為長(zhǎng)柱狀，粒徑介于50～100μm，鋯石長(zhǎng)寬比值多為2∶1，多數(shù)具有韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。其鋯石U-Pb同位素LA-ICPMS測(cè)年共打點(diǎn)20個(gè)(圖3c，表3)Th/U比值在0.48～4.15，具有巖漿成因鋯石的特點(diǎn)。在諧和圖上(圖3d)分布于諧和線上及其附近，諧和度較好。加權(quán)平均年齡為（196.8±2.1)Ma，代表其成巖年齡。玄武安山巖(D0007)，鋯石外形特征為自形—半自形狀、多呈短柱狀，粒徑介于30～100μm，陰極發(fā)光圖像顯示鋯石發(fā)育長(zhǎng)條狀環(huán)帶，是巖漿快速結(jié)晶的結(jié)果，鋯石長(zhǎng)寬比值多為1∶1，多數(shù)具有清晰、致密的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。其鋯石U-Pb同位素LA-ICP-MS測(cè)年共打點(diǎn)20個(gè)(圖4a，表2)Th/U比值在1.33～6.21，具有巖漿成因鋯石的特點(diǎn)。測(cè)試結(jié)果顯示有15個(gè)測(cè)試點(diǎn)集中分布在諧和曲線上(圖4b)，諧和度較好。加權(quán)平均年齡為（196.3±2.7)Ma，代表巖石成巖年齡。3個(gè)同位素年齡值為（185.8±8.1)Ma、（196.3±2.7)Ma、（196.8±2.1)Ma，在諧和圖上表現(xiàn)較好的諧和性，為巖漿成巖年齡，時(shí)代為早侏羅世。4巖石的地球化學(xué)特征4.1主微量元素分析方法本次研究工作，共取11件樣品開(kāi)展了主量元素和微量元素分析，分析測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4和表5。在主量元素特征上(表4)，塔木蘭溝組中基性火山巖SiO4.2基性火山巖微量元素特征在微量元素特征上(表5)，塔木蘭溝組中基性火山巖稀土總量∑REE=133.71×10塔木蘭溝組中基性火山巖在原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蛛網(wǎng)圖(圖6b)中整體表現(xiàn)為右傾，富集大離子親石元素Ba、K、La、Ce、Sr、Hf和LREE，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素Th、Nb、P、Zr、Ti和HREE。5討論5.1la-icp-ms年齡和沉積期及火山活動(dòng)關(guān)于大興安嶺火山巖帶塔木蘭溝組形成時(shí)代，前人做了大量工作，通過(guò)同位素測(cè)年對(duì)其形成時(shí)代提出不同認(rèn)識(shí)：本文通過(guò)黑龍江省盤古林場(chǎng)幅、布魯克里河幅1∶5萬(wàn)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查項(xiàng)目，在大興安嶺漠河前陸盆地原塔木蘭溝組玄武安山巖及粗安巖獲取U-Pb鋯石LA-ICP-MS年齡為（185.8±8.1)Ma、（196.3±2.7)Ma、（196.8±2.1)Ma，將其時(shí)代厘定為早侏羅世，說(shuō)明在塔木蘭溝組存在一套早侏羅世中基性火山巖，該期火山巖的發(fā)現(xiàn)，證明在漠河前陸盆地沉積前存在一期火山活動(dòng)，對(duì)大興安嶺中生代地層劃分具有重要意義。5.2火山巖構(gòu)造環(huán)境中生代額爾古納地塊處于濱古太平洋板塊構(gòu)造域陸緣強(qiáng)烈活動(dòng)時(shí)期，在古太平洋對(duì)歐亞大陸持續(xù)俯沖以及蒙古—鄂霍茨克洋關(guān)閉的聯(lián)合作用下（塔木蘭溝組中基性火山巖整體表現(xiàn)為右傾，富集大離子親石元素和LREE，說(shuō)明巖漿可能來(lái)源于富集地幔型源區(qū)(前人對(duì)塔木蘭溝組構(gòu)造環(huán)境有幾種不同的認(rèn)識(shí)：本次項(xiàng)目研究的塔木蘭溝組中基性火山巖形成構(gòu)造環(huán)境，在火山巖（Y+Nb)-Rb判別圖解上(圖7a)，樣品落入火山弧區(qū)域。在Yb-Ta判別圖解上(圖7b)，樣品多落入火山弧區(qū)域，個(gè)別落入同碰撞區(qū)域。在火山巖Ta/Yb-Th/Yb判別圖解上(圖7c)，樣品落入鈣堿性活動(dòng)大陸邊緣區(qū)域。在火山巖Sr/Nd-Th/Yb判別圖解上(圖7d)，樣品落入俯沖板片流體加入?yún)^(qū)域。巖石為一套準(zhǔn)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性巖系。本文通過(guò)巖石化學(xué)、地球化學(xué)及構(gòu)造環(huán)境等綜合研究，認(rèn)為該套火山巖構(gòu)造環(huán)境為活動(dòng)陸緣環(huán)境。在蒙古—鄂霍茨克洋俯沖作用下，加厚的陸殼底部發(fā)生了大規(guī)模的熔融，導(dǎo)致軟流圈地幔上隆及幔源巖漿噴溢形成了本區(qū)準(zhǔn)鋁質(zhì)的高鉀鈣堿性-鈣堿性系列的火山巖。6基性火山巖形成的地質(zhì)背景大興安嶺北段漠河前陸盆地粗安巖及玄武安山巖U-Pb鋯石LA-ICP-MS年齡為（185