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最新地质学论文 内蒙古索伦地区满克头鄂博组火山岩地球化学特征及成因分析

2018-11-30 10:50:09来源:组稿人论文网作者:婷婷

  前 言

  大兴安岭地区一直是中外地质学家研究的热点之一。本文建立在野外工作的基础上并进行了室内整理与数据处理分析,从岩相学,地球化学,年代学的观点上对内蒙古索伦地区满克头鄂博组(J3m)进行了分析,目的是总结其地球化学特征并分析成因。内蒙古索伦地区位于内蒙古自治区的东北部,大兴安岭中段东坡。满克头鄂博组在该地区发育,这为本次研究提供了充足的样本。

  满克头鄂博组火山岩一直被认为形成于晚侏罗世,尽管中生代的火山岩一直是地质学研究的热点之一。但满克头鄂博组在其成因的地球动力学机制及形成年代尚有不甚清晰之处。本次研究重点在于确定索伦地区满克头鄂博组火山岩岩性并对其进行镜下薄片观察;运用地球化学方法对其常量、微量、稀土元素含量进行计算整理,并制图投影;采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年对满克头鄂博组火山岩样本进行测年,寻找实验结果与构造事件间的联系,还原构造环境,推测岩浆来源。

  摘 要

  本文对内蒙古自治区东北部的索伦地区的满克头鄂博组地层及岩石进行了详细的年代学和地球化学研究。

  地球化学研究显示索伦满克头鄂博组火山岩属于高钾钙碱性过铝质岩石伴有少量钾玄岩。稀土元素配分曲线为轻稀土富集型,Eu明显负异常。微量元素蛛网图则表明大离子亲石元素(LILE)富集及高场强元素(HFSE)亏损的壳源岩浆特征。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果显示出满克头鄂博组的酸性火山岩形成于136-141Ma,为早白垩世,与普遍认为的晚侏罗世有些许出入。我们认为满克头鄂博组的流纹岩形成于造山后的伸展构造环境,推测与蒙古—鄂霍茨克洋的闭合有关。

  关键词:满克头鄂博组;锆石U-Pb年龄;流纹岩;大兴安岭中段

  第一章 区域地质背景

  第一节 区域自然环境及分幅

  本次研究区—索伦位内蒙古自治区的东北地区,隶属于内蒙古自治区兴安盟科尔沁右翼前旗,距阿尔山市、乌兰浩特市相对较近。研究区面积1064平方千米,覆盖3个1:5万国际分幅,依次为:马家沟幅(L51E008006)地理坐标121°15′-121°30′E,46°40′-46°50′N;阿林一合幅(图幅号:L51E009006)及平安屯幅(图幅号:L51E009007)地理坐标为121°15′-121°45′E,46°30′-46°40′N。

  研究区地处中低山区,海拔普遍低于1000m而高于500m,北西区的马家沟幅的平均海拔略高于南区的阿林一合幅及南东区平安屯幅,即呈从西北到南东海拔逐渐降低的趋势,这是因为研究区位于大兴安岭中段东坡的缘故。气候上看,索伦地区属于温带干旱性大陆性气候,四季分明,温度变化较大,冬季温度较低,最低气温可达零下33℃,夏季短暂而炎热,最高气温达零上30℃左右。冬季风向主要为西北向,春季多大风,常形成沙尘暴。年平均降雨量约为300到400毫米,降水主要集中在6-8月份,以阵雨形式降水,表现出“时晴时阴”的特征,一般来讲,研究区内年内降水量比蒸发量要小,因此研究区内的岩石风化作用物理风化为主,伴化学风化。本文对区域内满克头鄂博组的调查是在5月到9月进行的,此时间段研究区内最适合野外工作。研究区内水系较发育,河流相对较多,但流量一般不大,流向北西的洮儿河为研究区内最大河流。

  研究区内交通较好,公路及铁路交通都相对方便,最近机场为乌兰浩特市机场。研究区内有铁路观光线阿尔山市—乌兰浩特市;公路有西北-东南向的省道203斜穿过研究区。区内各乡镇及村落间一般有简易公路相通。居民民族主要为汉族及蒙古族、回族等。人口在河流附近,尤其是大河流域相对密集。研究区内信号较好,通信便利,

  在大风时期有沙尘暴、暴风雪,雨季内偶发性的山洪需要引起野外工作人员注意。

  第二节 区域地质调查历史

  研究区为大兴安岭中段东坡的中低山区,各方面条件较差,在几十年前少人居住,进行野外工作更加艰难,因此研究区的地质勘查工作一般是在解放后才开始进行。解放前围绕铁路经过地区对地质情况进行了概要式的描述,没有进行具体而详细的勘查,资料也相对散乱,难以整理,在除勘测到的矿藏地区以外,研究区的地质工作资料极其稀少。解放后,该地区逐渐开始进行了有组织的地质调查工作。各种著作相应开始出现,如《大兴安岭龙江满洲里间之地质调查》(刘国昌,1951),奠定了该地区地层及侵入岩划分的基础,为今后进行的地质工作铺平了道路。

  研究区的真正大规模地质调查工作开始于19世纪50年代到60年代。

  内蒙古矿产局第二区域地质调查队先后于1965年和1990年,完成了L-51-XⅣ(索伦幅)和L-51-(8)(索伦军马场幅)1∶20万区域地质调查,编制了地质图及文字报告等重要文档,理清了研究区的地层层序、侵入岩和构造,这些资料成为了本次研究的重要参考资料之一。

  1980年到1990年,大规模的地质调查野外工作和科研任务在本地区开展,研究区的地质研究资料逐渐丰富,这些资料运用了更加现代的手段,从不同方面对本研究区的地质状况进行了考察并进行了矿产勘查,使本地区的认识进一步深入.本次研究区有大量资料出自这个时段,新的理论和研究手段的加入使得研究区的工作数据更能与国内其他地区相比较。

  2009年,吉林省区域地质矿产调查所对研究区内平安屯附近区域进行了1∶5万矿产地质调查;2010年,内蒙古自治区地质矿产勘查开发局开展了兴安盟索伦军马场等四幅1∶5区域矿产地质调查,其范围包括本次区调的马家沟幅和阿林一合幅。这些近期的矿产地质调查工作应用野外地质测量、物探和化探多种方法对区内矿产地质进行了调查研究,取得的调查成果和物化探测量资料为本次地质矿产调查提供了十分矿产地质信息。

  2008-2011年,中国地质大学地质调查研究院完成了L51C002001(索伦幅)和L51C002002(乌兰浩特市幅)的1∶25万区域地质修测工作,编制了地质图,编写了文字报告,这是迄今为止最为直接的基础图件与文字报告,成为本次1∶5万区域地质调查的重要基础资料。

  在科学研究方面,众多学者采用不同的方法,从不同的角度对研究区的地层古生物(郭胜哲,1981;刘弟庸等,1985;姜万德,1992;李福来等,2009;尚庆华,2004;鲍庆中等,2005;张武等,2006),特别是火山岩地层(吕成志等,2002;葛文春等,2000;郭峰等,2009;邵济安等,2002;林强等,1998,2000,2003;赵芝,2008;张吉衡,2006,2009;范书义等,1997),岩浆岩(黎广荣等,2006;林强等,2004;葛文春等,2005;洪大卫等,1994,2000;2003;吴福元等,1999),大地构造(邵济安,1999)和矿产(范书义等,1997)等方面进行较多的研究,也为报告研究提供了重要的科学依据。

  综上所述,研究区以往地质调查和矿产勘查工作程度较高,但已有的区域地质资料零散不连续。

  第三节 研究区地层及构造特征

  地层:

  结合前人研究成果及地质填图报告,研究区划分地层主要分为以下几类:

  古生界:下二叠统大石寨组(P1ds)

  中二叠统哲斯组 (P2zs)

  上二叠统林西组(P3l)

  中生界:中侏罗统万宝组(J2wb)

  上侏罗统满克头鄂博组(J3m)

  上侏罗统玛尼吐组(J3mn)

  下白垩统白音高老组(K1b)

  全新统:主要为冲洪积物,以及一些残坡积物。

  具体地层描述如下:

  下二叠统大石寨组(P1ds):主要岩性为表现出深灰色火山熔岩凝灰岩的一套海相中酸性的岩性组合。(图1.2、图1.3)

  中二叠统哲斯组(P2zs):该组在研究区较发育,均出露在阿林一合幅西南部,沿洮儿河东西岸北西向带状分布。该组岩石呈明显的浅海相,且有大量化石出现。岩石在研究区内大量出露,且保存状况良好,岩性为一套砂岩、板岩与呈透镜状出现灰岩这三种岩性的互相组合,一些地区可以见到有硅质岩的发育。此层岩性明显,组合特征及上下关系易于辨别,与其他地区哲斯组的情况容易对比,下部为粒径较小的青灰色燧石条带灰岩、砂岩、板岩;上部为粒径较大的含砾长石砂岩及含生物碎屑灰岩透镜体的中细粒长石砂岩(图1.4、图1.5、图1.6、图1.7)。该组地层受到后期构造作用引起的变质作用,变质作用的类型主要是程度较轻的区域变质作用,接触变质作用。研究区内该组岩石呈板状、千枚状。结构构造上一般为片理化构造及变余结构。引起如绿帘石化,脱玻化、重结晶等变质作用形成的现象。研究区内未见林西组底部,顶部被晚侏罗世火山岩喷发不整合覆盖。

  上二叠统林西组(P3l):林西组(P3l)在研究区较发育,出露面积86.1 km2,主要分布在马家沟幅西南和平安屯幅东北部。研究区内该组的岩性呈现出相对复杂的特征,不过可大体分为上下两部分。下部岩性为黑色、灰色。棕色或灰黑色的板岩,黄色、灰绿色、棕色粉砂岩,部分粉砂岩出现经过变质作用的中细粒砂岩或酸性火山碎屑岩的夹层,该组下部地层是一套细粒沉积岩并具火山岩夹层的岩性组合。上部为以互层形式出现的黄色、黄绿色、棕色、灰色杂砂岩、变质砂砾岩及变质粉砂岩。(图1.8、图1.9、图1.10、图1.11),普遍来讲颗粒粗,颜色浅。该组为明显的淡水湖盆相沉积。早期接受水位较高而相对平静的淡水湖盆沉积,地层岩石样本矿物颗粒粒径小而颜色较深并具发育的层理。后期因地壳抬升作用,水位降低,而碎屑物补给充分,湖盆内在此环境下的快速堆积,形成了较厚的粗碎屑岩建造,故而颜色变浅,岩石样本的粒径变大、化石只能见到种属单一的植物,而不具如下层那样发育的层理。

  中侏罗统万宝组(J2wb):万宝组(J2wb)在研究区内仅分布于马家沟幅西部,出露面积很小,呈北东向带状分布。该组地层岩性复杂,一般出现于山间断陷盆地。岩性为一套陆源碎屑岩伴火山碎屑岩的沉积建造,部分地区含有煤层。不仅有砂砾岩、板岩等陆源碎屑的典型沉积岩,也含有火山爆发相的酸性含岩屑、晶屑、玻屑凝灰岩的沉凝灰岩。本区在马家沟幅见到的该组岩性主要为灰绿色、灰黄色细砂岩、凝灰质细砂岩(图1.12、图1.13)。顶部被晚侏罗世火山岩喷发不整合覆盖。

  上侏罗统满克头鄂博组(J3m):本组地层在研究区内呈大范围展布,主要分布在研究区北部的马家沟图幅内,出露面积约515 km2。该组为一套非常典型的酸性火山岩系,爆发间溢流相,岩性主要为酸性凝灰岩,部分含岩屑、浆屑、玻屑或晶屑(图1.14、图1.15)、流纹岩(部分表现为球粒状)、英安岩并具粉砂质泥岩夹层或凝灰质泥岩夹层、英安质流纹岩。该组地层呈明显的岩相相变规律,从下部到上部岩相由爆发间溢流相的酸性火山碎屑岩、熔岩相变为黄色及灰紫色酸性含角砾浆屑晶屑玻屑熔结凝灰岩伴有偏中性的英安岩并具凝灰质泥岩或粉砂质泥岩夹层。

  上侏罗统玛尼吐组(J3mn):玛尼吐组(J3mn)在研究区内勘查得到面积相对较大,主要分布在阿林一合幅和平安屯幅内。该组主要岩性有酸性凝灰岩(图1.16)、灰色辉石英安岩、英安质流纹岩及灰绿色碳酸岩化安山岩(图1.17),夹酸性火山碎屑岩及正常的沉积岩。该组底部与下伏地层(J3m组)整合接触,顶部被上覆K1b组地层不整合覆盖。

  下白垩统白音高老组(K1b):研究区内该组极为发育,分布面积较大,主要分布在阿林一合幅和平安屯幅内。该组岩性主要特征一是岩石颜色浅,多为浅灰色、淡灰色;二是成层性好多为中薄层或薄层状;三是以凝灰质沉积碎屑岩为主(图1.18)。岩性主要是流纹岩及呈酸性的凝灰岩,含晶屑、岩屑、玻屑的熔结凝灰岩,含砾的凝灰质中细粒砂岩。该组是区内中生界最高层位,顶部被第四系松散堆积物覆盖,底部喷发不整合覆盖在前白垩纪地层和岩体之上(图1.19)。

  新生界:主要为沿河谷及河漫滩(研究区内主要为洮儿河流域)的黄色、褐色、棕黄色砂砾石及黏土构成的冲积物(Qhal)。以及发育在河流流域的山麓地区,形成洪积扇的分选性极差的岩石块体及淤积,厚度不等,但普遍不超过5m的洪积物(Qhpl)。冲洪积物(Qhpal)一般见于山间中有河流形成的沟谷处,伴随河流阶地及台地地貌出现,有明显的成层性,由砂砾,岩块及黏土组成。厚度为2-10m

  二、构造:

  研究区地处中亚造山带东部,受中亚造山带影响较大,构造位置位于两个地台之间(西伯利亚地台、华北地台),地球动力学系统繁杂,构造背景需多方面考虑,其构造演化可以粗略划分为①古亚洲洋构造域构造阶段②中新生代陆内构造演化阶段。古亚洲洋构造域构造作用主要表现为两大板块的构造作用及它们之间的诸多微板块的拼合过程。中新生代构造作用主要体现在陆内造山-陆内伸展演化。据邵积东等的内蒙古构造单元划分方案,研究区在古生代属华北板块北部陆缘增生带,从白垩纪开始,受西太平洋及蒙古-鄂霍茨克洋的构造运动影响巨大,因其地处欧亚板块东缘,在下文讨论到的蒙古-鄂霍茨克洋构造运动的剧烈影响下,最终成为滨西太平洋火山- 岩浆岩带的一部分。

  研究区地处古亚洲洋构造域与中生代滨太平洋构造域重叠部位,两个的构造域带来的构造活动在研究区产生强烈叠加,根据地层、岩相学特点及构造分析等,可将研究区的构造划为如下三期。

  第一期为晚华力西期构造,本期构造中最主要的构造活动即是华北板块与西伯利亚板块的对接与相向运动及碰撞、拼接。在这个过程当中,古亚洲洋逐渐发生闭合,板块拼接地区发生海退事件。研究区内主构造线方向为北东40°-60°的构造格架就是在此次构造期中形成的,该期构造受后期构造运动及岩浆活动影响较大。

  第二期为燕山期构造,该期构造是对研究区影响较大的一期构造运动,大面积呈北东向展布,代表伸展构造背景下的产物。索伦地区的燕山期构造层能分为三个亚构造层,这三个亚构造层主要代表了索伦地区在中生代的构造事件。第一亚构造层是由万宝组的沉积岩组成,这是一期快速堆积环境下的断陷盆地沉积。第二亚构造层自下而上由满克头鄂博组及玛尼吐组组成,与下伏地层(索伦地区为万宝组地层)呈角度不整合覆盖关系,该构造期形成的褶皱主要为呈北东向的开阔褶皱并在后期构造活动下叠加了北北向的褶皱,最终表现出造山带前缘的构造特征。第三亚构造层由白音高老组组成,与下伏上侏罗统地层呈不整合接触,与上覆全新世形成冲积物、洪积物等呈沉积不整合接触关系。

  第三期为喜马拉雅山期构造,在研究区表现不明显,岩层产状总体水平,该期构造以垂向抬升为主,形成了如今的地貌。

  研究区构造纲要图见附图1

  三、研究区构造发展史

  1:华力西期:华北板块与西伯利亚板块的对接与相向运动及碰撞、拼接,形成了研究区主构造线为北东40°-60°的最基本的构造格架,该构造格架下大量褶皱及断裂方向都是北东向为主,北西向为辅。因华力西期的主构造线方向基本为北东向,此证据表明华力西期索伦地区受到的主要应力为北西-南东向的挤压应力场。后期应力场方向发生改变,表现为NE向挤压。

  2:燕山期:燕山期索伦地区形成了大量的断裂,根据断层运动及断层的应力规律判断,索伦地区燕山期构造应力方向主要为南北对向挤压。

  3:喜山期:在研究区表现不明显,岩层产状总体水平,该期构造以差异性的垂向抬升为主。

  第二章 岩相学特征

  第一节 野外岩石特征

  满克头鄂博组火山岩主要岩石类型为:

  1,浅褐色流纹岩:岩石新鲜面为浅褐色,风化面为土褐色,基本为显微晶质结构并伴有少量斑状结构,斑晶主要为石英和钾长石。流纹岩有时出现因颜色和结晶程度不同而形成的条带呈平行排列而显示出来的流纹构造(图2.1)。

  2,深灰色流纹质晶屑凝灰熔岩:岩石新鲜面深灰色,风化面褐灰色,凝灰熔岩结构,块状构造。成分主要为为晶屑、熔岩及火山灰。晶屑约占全岩含量的的5-10%,粒径多在0.5-2.0mm,晶屑多呈棱角状,部分为次棱角状,晶屑成分主要为钾长石,偶见石英。熔岩含量约为80-85%,成分为流纹质(图2.2)。

  3,灰色流纹质岩屑晶屑角砾凝灰岩:岩石新鲜面为灰色至土黄色,风化面为土灰色至浅土褐色,岩石为角砾凝灰结构,块状构造。主要由晶屑、熔岩和火山灰所组成。晶屑成分为石英,部分斜长石和碱性长石。晶屑含量约5-20%左右,其中石英约占晶屑总量的60%以上。石英晶屑为次圆状,部分为次棱角状。岩屑含量约占岩石总量的5-15%左右,岩屑多为次棱角状,粒径多在3-5mm。胶结物主要为火山灰(图2.3)。

  4,深灰色流纹质晶屑凝灰岩:新鲜色为深灰色,风化面为土灰色至浅土褐色,岩石为凝灰结构,块状构造。成分为晶屑及火山灰,其中火山灰为岩石中的胶结物,并含有少量岩屑。晶屑粒径多在0.5~2mm,晶屑成分主要为石英,斜长石及碱性长石。晶屑含量约占岩石总量的5~15%左右,其中石英晶屑约占总晶屑含量50-60%左右。晶屑中的石英为次圆状。岩屑含量约占岩石总量的5~15%左右,岩屑多为次棱角状,其余为胶结物火山灰(图2.4)。

  第二节 岩石薄片镜下鉴定结果

  满克头鄂博组(J3m)是一套爆发间溢流相的酸性火山岩系列,主要岩性为酸性含角砾浆屑玻屑晶屑熔结凝灰岩或酸性凝灰岩。杏仁状流纹岩、球粒流纹岩、英安质流纹岩、英安岩夹凝灰质粉砂质泥岩。满克头鄂博组与其上覆上侏罗统玛尼吐组(J3mn)呈整合接触,故岩性分界不明显,但可观察到由下至上呈酸性向偏中性火山岩过渡的趋势。镜下观察结果如下:

  流纹质岩屑玻屑晶屑熔结角砾凝灰岩(样本号P13-38-1,图2.5左)

  野外定名为流纹质弱熔结晶屑凝灰熔岩,岩石具熔结角砾凝灰结构,块状构造。成分为晶屑、岩屑、玻屑及火山灰。晶屑含量约占全岩的10%左右,成分主要为石英、碱性长石、斜长石,及少量黑云母,粒径多在1 mm~4mm,个别可达5 mm~6mm,次棱角状-棱角状。刚性岩屑含量约占岩石总体的10%左右,粒径多在1 mm~5mm,次圆状,成分为流纹岩、凝灰岩、安山岩。塑性岩屑约占岩石总体的6%~8%,多呈条带状,内部具有脱玻梳状结构。多呈条带状、饼状,内部常见脱玻球粒结构,边部见脱玻梳状结构。塑性岩屑内常含自形程度较好的石英颗粒,特征类似斑晶。玻屑约占岩石总体的5%~6%,多为条纹状、虫状,常弯曲。其余为胶结物火山灰。

  2,流纹岩(样本号MB5229,图2.5右)

  岩石为斑状结构,块状构造。斑晶含量约为全岩含量的10%左右,斑晶成分为碱性长石和石英,斑晶中的碱性长石为半自形板状,粒径在1.0mm~3.0mm,变种主要为微斜长石,少量微斜条纹长石,高岭土化明显;石英斑晶为粒状,粒径在1.0mm~3.0mm,边界圆滑,部分颗粒因熔蚀边界呈港湾状。基质为显微粒状结构,粒径多小于0.1mm,主要由长英质(细小的长石和石英)组成。

  3,英安质岩屑晶屑熔结凝灰岩(样本号MB8046,图2.6左)

  熔结凝灰结构,块状构造,成分主要有晶屑、岩屑及火山灰。晶屑含量约占全岩含量的10%-15%,形状为次棱角状,粒径一般在0.5mm~2.0mm之间,成分主要为长石及少量石英。岩屑含量约占全岩含量的80%左右,呈不规则条带状,部分塑性岩屑内部含斜长石斑晶,常含条纹状塑性玻屑,定向排列明显,部分塑性岩屑脱玻化而具脱玻梳妆结构。

  4,石英闪长玢岩(样本号MB5217,图2.6右)

  斑状结构,块状构造。斑晶含量15%左右,成分为斜长石、黑云母及角闪石。斑晶中的斜长石呈半自形板状,斑晶粒径大小一般在1.0mm~4.0mm之间,斜长石斑晶有时相对聚集构成聚斑结构,可见聚片双晶,绢云母化强烈,正中突起,一级黄白干涉色。斑晶黑云母为片状,粒径在0.5mm~1.5 mm,具有浅褐色-淡褐色多色性,含量约为1%~2%,常绿泥石化蚀变并析出铁质。斑晶角闪石为柱状,多黑云母化、绿泥石化蚀变而仅保留其晶形假象。基质呈显微嵌晶结构、霏细交织结构,成分主要为微小的斜长石和石英颗粒组成,粒径在0.1mm~0.4mm,针状或毛发状斜长石微晶半定向散布在霏细结构的长英质物质中。

  5,英安质岩屑晶屑凝灰熔岩(样本号MB1052,图2.7左)

  岩石结构为凝灰熔岩结构,块状构造,成分为晶屑、岩屑、熔岩、火山灰。含量上,全岩含量中晶屑所占比例约为10%,粒径在0.5mm~1.5mm,多为次棱角状,个别达2.0mm,成分主要为斜长石,少量石英。其中碱性长石有明显的高岭土化;斜长有轻微绢云母化现象。岩屑约占总体含量的5%左右,粒径在0.5~2.0mm之间,次圆状,岩屑成分主要为英安岩、凝灰岩和安山岩。其他为熔岩胶结物,成分为英安岩,具有斑状结构,斑晶为斜长石,基质为玻晶交织结构,可见斜长石微晶半定向-定向排列,其间充填玻璃质和隐晶质。

  6,隐球粒结构流纹岩(样本号P2-11-1,图2.7右)

  岩石为显微晶质结构、隐球粒结构,隐球粒大小在0.1mm~0.3mm,个体边界不清,为脱玻化球粒。岩石主要由长英质物质和火山玻璃组成。

  第三章 岩石地球化学特征

  第一节 常量元素特征

  根据样本地球化学数据,进行筛选与计算(附表1),从表中数据可见,样本中主要氧化物SiO2的质量分数在67.11%-78.06%之间,Al2O3的质量分数在11.61%-15.9%之间,K2O的质量分数在1.54%-6.78%之间,其中大量样本的含量在3%-5%之间,Na2O的质量分数在2.63%-6.27%之间,其中3.5%-5%之间样本最多,Na2O+K2O的质量分数在7.36%-9.83%之间,Ca2O的质量分数在0.12%-1.71%之间,对常量元素进行处理,作A/CNK—A/NK图解(图3.1)与TAS图解(图3.2)。

  可以看出,在A/CNK—A/NK图解中,样本点多数落在了过铝质区域,并有向过碱质区域靠拢的趋势,表明满克头鄂博组的酸性火山碎屑岩及流纹岩样本具有高硅、富碱的过铝质岩石。在TAS图解中,可见,样本点主要落在R区及T区,其中一点落在

  O3区,即从TAS图解上,满克头鄂博组(J3m)大部分属于流纹岩类及少部分属于英安岩类,符合野外观察及镜下鉴定结果,即满克头鄂博组(J3m)为一套酸性流纹岩及酸性火山碎屑岩组成的地层,部分具有酸性偏中性的趋势。根据样本地球化学数据再作SiO2-K2O图解(图3.3),可以看出索伦地区满克头鄂博组样本投点大部分落入高钾钙碱性系列区内,部分点甚至落入钾玄岩系列区域中,这表明原岩样本钾含量较高,仍贴合富碱的特点。

  综上所述,满克头鄂博组(J3m)的酸性系列岩石常量元素具有硅含量高,富碱,贫钙、镁的地球化学特征,属高钾钙碱性系列岩石为主伴少量钾玄岩及钙碱性系列岩石的特征。

  第二节 微量元素及稀土元素特征

  对满克头鄂博组(J3m)中的微量元素及稀土元素进行分类及计算,作球粒陨石标准化稀土元素配分曲线(图3.4)及原始地幔标准化微量元素蛛网图(图3.5)。球粒陨石标准化稀土元素配分曲线表现出右倾的趋势,证明索伦地区满克头鄂博组岩石样本在稀土元素特点上呈轻稀土富集型,稀土元素总量ΣREE介于99.07×10-6与194.47×10-6之间,变化相对较大。LREE/HREE值为4.96-11.98之间,LaN/YbN介于3.29与13.15之间,轻重稀土产生明显分异,δEu介于0.26-0.87之间,平均值0.59,显示出Eu的负异常,说明索伦地区满克头鄂博组火山岩岩浆源区有斜长石残留或岩浆经历斜长石的分离结晶。

  原始地幔标准化微量元素蛛网图显示,整体来看Rb、Th、U等元素表现出富集,而Nb、P、Ti等元素亏损,即大离子亲石元素(LILE)富集,高场强元素(HISF)亏损,证明岩浆为壳源或岩浆被地壳物质混染。

  第四章 岩石年代学

  第一节 岩石测年方法

  火山岩的测年方法最常见的是同位素方法,一般方法包括Ar-Ar法(氩-氩法)、Rb-Sr法(铷-锶法)、K-Ar法(钾-氩法)、Sm-Nd法(钐-钕法)、锆石U-Pb法(铀-铅法)等。在本次研究区中,满克头鄂博组(J3m)推测时间为晚侏罗世到早白垩世,故不采用适合研究年轻地质体的K-Ar法及Ar-Ar法,而本次采用的样品(样本号P13-5-1、P13-8-1、P13-24-1)不满足Rb-Sr法及Sm-Nd法的要求。故采用常见的耐风化矿物锆石作为研究对象,锆石大量分布于火山岩中,且稳定性强,不易被外界环境影响导致数据偏差,能够在各种地质环境下保持稳定的晶形,是测年的理想矿物。对锆石进行U-Pb同位素测年,推断满克头鄂博组(J3m)的形成时间,本次测年共三个样本,每个样本取25个锆石点,共75个锆石点,采用IsoPlot3软件求加权平均年龄并完成协和图绘制。

  第二节 锆石U-Pb法测年结果

  选取满克头鄂博组(J3m)三个岩石样本,样本号P13-5-1、P13-8-1、P13-24-1,其锆石的CL阴极发光图像(图4.1、图4.2、图4.3)可见,绝大多数锆石长约110μm左右,宽60μm左右,个别锆石长可达200μm左右,宽可达100μm左右。所选锆石呈自形到半自形的短柱状、椭圆状且均具有清晰的岩浆成因振荡环带,具有岩浆锆石的特征。

  使用Isoplot等软件对U-Pb年龄进行处理,计算与制图,得到U-Pb协和图(图4.4、图4.5、图4.6)。

  样品P13-5-1为流纹岩,斑状结构,流动构造。斑晶主要成分为石英、碱性长石,斑晶含量约占岩石总体的10%左右。该满克头鄂博组火山岩样本中的斑晶中的石英呈半自形粒状,粒径基本在0.5mm~3mm之间。而碱性长石呈半自形板状,粒径基本在0.5mm~4mm之间,变种为微斜长石且出现轻度高岭土化。长英质基质为菲细结构。流纹构造表现为斑晶和基质的定向排列,尤其是基质中不同成分和结晶程度的部分相间定向排列。锆石U-Pb协和图给出在置信度95%时,加权平均年龄为137.9±1.8Ma(MSWD=0.75)。

  样品P13-8-1岩性为英安质流纹岩,斑状结构,块状构造。斑晶成分主要为斜长石,少量角闪石,局部出现少量小的石英斑晶。斑晶含量约占岩石总体的5%左右,粒径多在0.5 mm ~2mm,呈板条状,聚片双晶发育,半定向排列。 基质为交织结构,主要由微小的斜长石及火山玻璃及少量不透明矿物组成。斜长石微晶粒径多在0.1~0.2mm左右,半定向排列,其间充填火山玻璃或隐晶质。基质中偶见细小的石英颗粒。锆石U-Pb协和图给出在置信度95%时,加权平均年龄为139.7±2.5Ma(MSWD=2.6)

  样品P13-24-1岩性为流纹岩,斑状结构,块状构造。斑晶约占岩石总体含量的10%,成分主要为石英、碱性长石和斜长石,斑晶粒度多在0.5 mm~3mm。斜长石斑晶聚片双晶发育,绢云母化明显。碱性长石斑晶呈半自形板状,变种为正长石,有轻度高岭土化现象;石英斑晶常呈现熔蚀港湾、熔蚀穿孔结构。基质为显微晶质结构、隐晶质结构,有明显的流纹构造,主要是由于结晶程度、颜色不同的条带间隔平行排列造成的,且延续性贯通性均比较良好。锆石U-Pb协和图给出在置信度95%时,加权平均年龄为138.7±2.3Ma(MSWD=1.4)。

  根据锆石U-Pb测年结果,本次研究区满克头鄂博组(J3m)流纹岩及酸性火山碎屑岩年龄约为136-141Ma,对照国际年代地层表,属于早白垩世。这个结论与满克头鄂博组(J3m)一直被认为形成于晚侏罗世的观点不同,值得深入讨论。

  第五章 讨论与结论

  第一节 讨论

  岩浆成因类型

  内蒙古索伦地区满克头鄂博组(J3m)是一套酸性或酸性偏中性的火山及火山碎屑岩组合,野外及镜下见主要岩性为:流纹岩、流纹质含岩屑晶屑玻屑凝灰熔岩等。地球化学分析显示其常量元素有高硅(SiO2质量分数平均值71.75%),极富碱(Na2O+K2O的质量分数平均值9%),贫钙,贫镁的特征。索伦地区满克头鄂博组的岩石样本中微量元素有大离子亲石元素(LILE)富集,高场强元素(HISF)亏损的特征,稀土元素轻重分异明显,属轻稀土(LREE)富集型,有明显的铕(Eu)负异常,证明其源区斜长石残留或发生了斜长石的分离结晶。

  从A/CNK-A/NK图,可以看出,索伦地区满克头鄂博组岩石样本具有明显过铝质的特征,且可以判断不具有M型花岗岩的特征,由此作火山岩岩浆类别判别图解(图4.1,,图4.2,图4.3,图4.4,图4.5,图4.6)

  据以上数据,可判断满克头鄂博组(J3m)岩浆来源具有A型花岗岩特征,而SiO2-K2O图解中可知满克头鄂博组(J3m)为高钾钙碱性,亏损Ba、Sr、P、Ti,可能发生了角闪石的分离结晶作用,根据研究认为该类酸性火山岩主要是下地壳部分熔融作用下的产物。A型花岗岩作为非造山环境下的产物,符合晚侏罗世-早白垩世大兴安岭的宏观伸展构造背景。

  构造环境

  根据以上结论,索伦地区满克头鄂博组(J3m)为高钾钙碱性岩石,伴少数钾玄岩。岩浆成因具A型花岗岩特征,锆石U-Pb法定年为早白垩世,这与一直认为满克头鄂博组形成于晚侏罗世有一定出入,且从野外工作及镜下薄片观察,满克头鄂博组(J3m)与上伏上侏罗统玛尼吐组(J3mn)岩性有诸多类似,在年代学上也很容易发现满克头鄂博组与玛尼吐组在年代上界线模糊不清,有重叠的情况发生,有关满克头鄂博组(J3m)的具体形成年代尚待详细研究。不过我们可以将时间圈定在晚侏罗至早白垩附近,该段时间是公认的大兴安岭处于大规模的伸展构造环境,这也符合岩浆类型具A型花岗岩特征的结论。作满克头鄂博组(J3m)火山岩Y+Nb-Rb图解(图4.7)

  根据图解,投点集中在交点应为后碰撞环境,结合文献,推断索伦地区满克头鄂博组(J3m)形成于后碰撞伸展构造环境中。而形成这种拉伸环境的机制却有不同的说法,目前主流有以下三种:

  1,地幔柱活动机制:该机制以地幔柱理论为核心,但是据不同地区对大兴安岭火山岩的研究,大量的火山岩年代学数据表明了大兴安岭地区在中生代火山岩形成年代差别较大,且该机制的核心,也是地幔柱理论的核心—大陆热点(表现为环状火山岩带)却至今没有证据,故地幔柱理论尚不能用来解释索伦地区满克头鄂博组火山岩形成的拉伸背景。

  2,古太平洋板块的俯冲作用后的伸展构造机制:亚欧大陆的岩石圈在古太平洋的俯冲作用下发生减薄,这个过程发生在中晚白垩纪到早古近纪,而满克头鄂博组是呈面状大范围产出的,在大兴安岭塔尔气地区对于满克头鄂博组火山岩的研究同样也可以证明这一点,且本次研究中锆石U-Pb结果证明索伦地区满克头鄂博组火山岩是在早白垩到晚侏罗交界处形成的,且是一个火山运动持续的构造背景,故满克头鄂博组在形成上与古太平洋板块俯冲后的伸展作用关系实在有些牵强,最主要是在年代学及产出方式上的矛盾。

  3,蒙古—鄂霍次克洋闭合后的造山后伸展作用机制:目前来看满克头鄂博组形成的构造环境与蒙古-鄂霍茨克洋闭合后的后造山伸展作用的关系最大,首先年代学在时间上很好的证明了这一点,锆石U-Pb测年结果与大量资料描述的蒙古-鄂霍茨克洋闭合时的晚侏罗纪时间相近,且图4.7也证明索伦地区满克头鄂博组的形成环境是后造山伸展构造环境。

  第二节 结论

  1,地球化学数据表明,索伦地区满克头鄂博组(J3m)火山岩具有高硅,富碱的特性,在A/CNK-A/NK图中多数归入过铝质,表现出高钾钙碱性系列岩石的性质,少数归入钾玄岩。微量元素上表现出大离子亲石元素(LILE)如Rb、Th、U等富集,而高场强元素(HISF)如Nb、P、Ti亏损,证明岩浆为壳源或岩浆被地壳物质混染。稀土元素为轻稀土富集型,轻重稀土分异明显,Eu负异常。

  2,锆石U-Pb定年采用三个样品表明,满克头鄂博组(J3m)定年为早白垩世,与晚侏罗世有所出入,推测火山活动可能一直连续没有明显间断。

  3,索伦地区满克头鄂博组(J3m)的形成推测与蒙古-鄂霍茨克洋在晚侏罗世闭合后的造山后伸展构造环境有关。

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