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    内蒙古赤峰敖汉地区酸性火山岩的形成时代、地球化学特征及其意义

    李斌 刘淼 陈井胜 李伟 杨帆 汪岩 崔天日

    引用本文:
    Citation:

    内蒙古赤峰敖汉地区酸性火山岩的形成时代、地球化学特征及其意义

      作者简介: 李斌(1986—), 男, 工程师, 从事岩石学研究.
      通讯作者: 刘淼, 1171724956@qq.com
    • 基金项目:

      中国地质调查局项目 12120113053400

      中国地质调查局项目 DD20160048-05

      中国地质调查局项目 DD20190042-04

    • 中图分类号: P581

    Geochronology and Geochemical Characteristics of Acid Volcanic Rocks in Aohan Area, Inner Mongolia

      Corresponding author: Liu Miao, 1171724956@qq.com ;
    • CLC number: P581

    • 摘要: 为对内蒙古敖汉地区酸性火山岩进行划分对比,对其进行了锆石U-Pb测年、地球化学分析.流纹岩和流纹质晶屑凝灰岩年龄分别为122.8±2.3 Ma、122.1±1.9 Ma,属于早白垩世义县组.晚侏罗世流纹岩SiO2和全碱含量较高,Al2O3含量较低;稀土总量较低、具有负铕异常;富集Rb、Th、U、K,亏损Ba、Sr、P、Ti.早白垩世流纹岩SiO2、全碱、Al2O3含量较高;稀土总量较高、稀土分馏明显、弱负铕异常;富集K、Rb、Ba、Th、U,亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti.将敖汉地区晚侏罗世酸性火山岩进行了解体,首次将其大部分划为早白垩世义县组.晚侏罗世流纹岩可能为高分异流纹岩,形成于相对低的压力环境下,可能起源于中上地壳物质部分熔融.早白垩世流纹岩显示出埃达克质岩石的地球化学特征,可能形成于加厚的下地壳环境.
    • 图 1  研究区地质简图

      Figure 1.  Simplified geological map of the study area

      图 2  晚侏罗世流纹岩(a, b)和早白垩世流纹岩(c, d)、流纹质晶屑凝灰岩(e, f)野外和显微照片

      Figure 2.  Field photographs and micrographs of Jurassic rhyolites (a, b) and Early Cretaceous rhyolitic (c, d), rhyolitic crystal tuff (e, f)

      图 3  锆石典型CL图像

      Figure 3.  Zircon CL microscopic images

      图 4  流纹岩和流纹质晶屑凝灰岩的锆石U-Pb谐和图

      Figure 4.  U-Pb concordia diagrams of zircons from rhyolites and rhyolitic crystal tuff

      图 5  流纹岩SiO2-(Na2O+K2O)(a)、SiO2-K2O(b)、A/CNK-A/NK(c)图解

      Figure 5.  SiO2-(Na2O+K2O)(a), SiO2-K2O (b) and A/CNK-A/NK(c) patterns of rhyolites

      图 6  流纹岩样品的稀土元素配分曲线(a, b)和微量元素蛛网图(c, d)

      Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a, b) and trace element spidergrams(c, d) of rhyolites

      图 7  SiO2-FeOT/MgO(a)、(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO(b)、(La/Yb)N-YbN(c)和Sr/Y-Y(d)图解

      Figure 7.  SiO2-FeOT/MgO(a), (Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO(b), (La/Yb)N-YbN(c) and Sr/Y-Y(d) patterns of rhyolites

      图 8  义县组安山质火山岩与酸性火山岩出露特征

      Figure 8.  Outcropping characteristics of andesite volcanic rocks and acid volcanic rocks in Yixian Formation

      表 1  锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

      Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb data

      测点
      编号
      Pb Th U Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
      (10-6) 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ
      B3010-1流纹质晶屑凝灰岩
      1 26.42 873.70 521.94 1.67 0.220 51 0.029 45 0.020 20 0.000 26 202.33 24.50 128.91 1.63
      2 22.92 579.24 625.63 0.93 0.457 51 0.066 36 0.027 00 0.002 21 382.53 46.26 171.74 13.88
      3 10.72 263.49 296.81 0.89 0.210 72 0.019 32 0.019 13 0.000 47 194.16 16.21 122.15 2.95
      4 19.25 446.74 611.67 0.73 0.138 47 0.004 77 0.018 72 0.000 25 131.68 4.25 119.55 1.56
      5 33.41 755.10 551.54 1.37 0.836 00 0.131 94 0.023 14 0.000 87 616.94 73.10 147.50 5.50
      6 14.87 279.48 494.90 0.56 0.128 69 0.004 94 0.019 01 0.000 23 122.92 4.44 121.40 1.48
      7 17.43 485.80 423.42 1.15 0.270 72 0.042 06 0.019 86 0.000 38 243.27 33.62 126.80 2.38
      8 18.71 430.00 559.03 0.77 0.132 28 0.003 97 0.019 26 0.000 24 126.14 3.56 123.00 1.53
      9 9.44 211.94 201.73 1.05 0.345 01 0.034 44 0.021 62 0.000 52 300.96 26.01 137.86 3.25
      10 7.95 252.96 227.78 1.11 0.116 49 0.006 13 0.018 13 0.000 33 111.88 5.57 115.84 2.08
      11 15.10 463.84 427.30 1.09 0.129 62 0.004 66 0.019 11 0.000 35 123.75 4.19 122.05 2.19
      12 11.81 302.43 353.01 0.86 0.119 80 0.005 29 0.019 18 0.000 27 114.89 4.79 122.47 1.69
      13 6.66 148.61 212.01 0.70 0.134 73 0.007 46 0.019 32 0.000 34 128.34 6.68 123.34 2.13
      14 20.95 563.38 551.62 1.02 0.191 79 0.024 96 0.019 23 0.000 31 178.15 21.27 122.81 1.95
      15 18.20 383.14 576.93 0.66 0.143 63 0.004 93 0.019 83 0.000 28 136.27 4.37 126.56 1.77
      16 15.74 458.56 448.27 1.02 0.121 34 0.004 64 0.019 27 0.000 28 116.28 4.20 123.02 1.75
      17 6.52 160.17 198.23 0.81 0.144 85 0.008 15 0.019 40 0.000 37 137.36 7.23 123.86 2.33
      18 11.25 305.67 300.31 1.02 0.224 24 0.022 45 0.019 72 0.000 88 205.43 18.63 125.91 5.59
      19 22.58 517.55 672.30 0.77 0.257 53 0.035 61 0.024 69 0.002 01 232.68 28.76 157.20 12.62
      20 23.95 556.71 519.79 1.07 0.280 88 0.037 60 0.019 13 0.000 27 251.36 29.81 122.16 1.73
      PM305-7-1流纹岩
      1 13.13 273.17 414.94 0.66 0.125 82 0.005 10 0.019 59 0.000 35 120.33 4.60 125.04 2.23
      2 26.95 667.94 600.81 1.11 1.807 89 0.346 21 0.055 81 0.009 75 1 048.31 125.84 350.12 59.56
      3 25.65 718.56 721.55 1.00 0.131 66 0.004 11 0.019 18 0.000 25 125.59 3.69 122.46 1.61
      4 55.80 1 168.73 1123.65 1.04 0.211 17 0.008 00 0.024 70 0.000 31 194.54 6.71 157.31 1.93
      5 4.53 78.58 102.47 0.77 0.182 17 0.011 36 0.026 05 0.000 63 169.93 9.75 165.78 3.93
      6 9.16 262.54 260.81 1.01 0.129 44 0.006 52 0.019 26 0.000 30 123.59 5.86 123.01 1.90
      7 18.71 277.72 325.66 0.85 0.234 26 0.010 14 0.030 83 0.000 69 213.71 8.34 195.72 4.34
      8 19.08 120.09 772.49 0.16 0.131 59 0.006 64 0.019 40 0.000 30 125.52 5.96 123.88 1.91
      9 17.13 228.77 272.92 0.84 0.251 77 0.009 29 0.036 14 0.000 50 228.01 7.54 228.86 3.13
      10 21.52 356.01 283.78 1.25 0.303 47 0.013 41 0.037 63 0.000 55 269.11 10.45 238.10 3.42
      11 13.14 168.64 195.10 0.86 0.278 01 0.010 59 0.038 71 0.000 56 249.08 8.42 244.86 3.47
      12 27.04 563.15 406.23 1.39 0.224 06 0.007 58 0.032 31 0.000 41 205.28 6.29 204.97 2.59
      13 50.44 770.66 839.23 0.92 0.229 11 0.005 97 0.033 04 0.000 45 209.46 4.93 209.54 2.78
      14 15.23 394.24 483.86 0.81 0.126 95 0.004 63 0.018 35 0.000 29 121.36 4.17 117.23 1.81
      15 17.74 513.29 444.30 1.16 0.207 85 0.009 46 0.019 11 0.000 27 191.75 7.96 122.00 1.72
      16 10.10 324.87 280.22 1.16 0.115 63 0.005 59 0.019 26 0.000 33 111.10 5.09 122.98 2.11
      17 16.69 472.54 484.52 0.98 0.139 32 0.005 41 0.019 71 0.000 38 132.44 4.82 125.84 2.41
      18 76.21 1 055.13 2 204.96 0.48 0.171 33 0.005 57 0.025 13 0.000 48 160.58 4.83 160.02 3.03
      19 9.66 128.70 149.69 0.86 0.240 29 0.010 16 0.038 46 0.000 76 218.66 8.32 243.27 4.71
      20 22.60 516.18 733.96 0.70 0.135 40 0.004 62 0.019 57 0.000 31 128.93 4.13 124.93 1.94
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      表 2  内蒙古敖汉地区及周边火山岩年龄

      Table 2.  Dating of volcanic rocks in Aohan area and its surrounding areas, Inner Mongolia

      样号 年龄(Ma) 测试方法 岩性(矿物) 采样地点 层位 资料来源
      PM109-8-1 127.7±1.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 马场 义县组二段 陈井胜等,2015a
      D1034-1 124.3±1.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 马场 义县组二段
      D3014 122.3±1.4 U-Pb(LA-ICP-MS) 黑曜岩 马场 产于义县组二段的脉体(火山通道相)
      PM113-8-1 121.8±1.3 U-Pb(LA-ICP-MS) 英安岩 马场 义县组三段
      D2060 114.9±1.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 粗安岩 马场 义县组三段
      PM202-13-3 160.8±1.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 敖汉旗 张家口组 陈井胜等,2015b
      PM401-11-1 130.8±1.7 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组一段
      D2211 124.7±1.2 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组一段
      D2399 121.6±2.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹质晶屑熔结凝灰岩 敖汉旗 义县组二段
      TW01 123.6±1 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组 李伟等,2018
      TW02 124.4±0.68 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组
      PM305-7-1 122.8±2.3 U-Pb(LA-ICP-MS) 安粗岩(薄片) 敖汉旗 义县组 本文
      B3010-1 122.1±1.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹质晶屑凝灰岩 敖汉旗 义县组
      B2003-1 123.4±2.1 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组 未发表
      B1015-1 124.0±1.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组
      119 全岩K-Ar 流纹岩 敖汉旗 满克头鄂博组一段
      YX-210 124.4±1.4 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 义县组 孟凡雪等,2008
      YX277 125.4±0.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 凝灰岩 凌源 大王杖子层下部 张宏等,2006
      YX278 125.3±0.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 大王杖子层之上
      YX279 124.4±1.1 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 大王杖子层之上
      41017-2 122.3±2.1 U-Pb(LA-ICP-MS) 凝灰岩 凌源 大王杖子层上部
      YX281 123±1.7 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 大王杖子层之上
      XL31 159±3 U-Pb 流纹岩(岩脉) 辽西北票 兴隆沟组 Gao et al., 2004
      XL34 159±4 U-Pb 流纹岩(岩脉) 辽西北票 兴隆沟组
      HFG27 160±6 U-Pb(SHRIMP) 流纹岩 辽西北票 髫髻山组中部 Yang and Li(2008)
      BPC-15 159.4±3.4 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山质角砾熔岩 辽西北票 髫髻山组上部 马强和郑建平,2009
      CF31-Tw26 161±1 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组 郝彬等,2016
      CF16-Tw18 150±1 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组
      Z1001 156±2 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组 杨扬等,2012
      D0357 157±3 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组
      注:①为辽宁地质局第二区域地质测量队, 1970, 敖汉旗幅1:20万区域地质矿产报告.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2019-09-10
    • 刊出日期:  2019-10-01

    内蒙古赤峰敖汉地区酸性火山岩的形成时代、地球化学特征及其意义

      通讯作者: 刘淼, 1171724956@qq.com
      作者简介: 李斌(1986—), 男, 工程师, 从事岩石学研究
    • 1. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁沈阳 110034
    • 2. 吉林大学地球科学学院, 吉林长春 130061
    基金项目:  中国地质调查局项目 12120113053400中国地质调查局项目 DD20160048-05中国地质调查局项目 DD20190042-04

    摘要: 为对内蒙古敖汉地区酸性火山岩进行划分对比,对其进行了锆石U-Pb测年、地球化学分析.流纹岩和流纹质晶屑凝灰岩年龄分别为122.8±2.3 Ma、122.1±1.9 Ma,属于早白垩世义县组.晚侏罗世流纹岩SiO2和全碱含量较高,Al2O3含量较低;稀土总量较低、具有负铕异常;富集Rb、Th、U、K,亏损Ba、Sr、P、Ti.早白垩世流纹岩SiO2、全碱、Al2O3含量较高;稀土总量较高、稀土分馏明显、弱负铕异常;富集K、Rb、Ba、Th、U,亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti.将敖汉地区晚侏罗世酸性火山岩进行了解体,首次将其大部分划为早白垩世义县组.晚侏罗世流纹岩可能为高分异流纹岩,形成于相对低的压力环境下,可能起源于中上地壳物质部分熔融.早白垩世流纹岩显示出埃达克质岩石的地球化学特征,可能形成于加厚的下地壳环境.

    English Abstract

      • 研究区位于兴蒙造山带与华北克拉通之间的过渡带,古生代-早中生代经历了古亚洲洋构造域的影响,沿华北板块北缘形成一系列东西向岩浆岩带(张拴宏等,2010).中生代时期,东北地区经历了濒太平洋构造体系和蒙古鄂霍茨克构造体系的叠加和影响(Xu et al., 2009;Wu et al., 2011).蒙古鄂霍茨克板块自西向东具有剪刀式闭合特征,西部晚三叠世开始闭合、东部晚侏罗世-早白垩世闭合(Kravchinsky et al., 2002Sorokin et al., 2004),额尔古纳地块早中生代花岗岩、斑岩型矿床的成因与该构造带有关,但是对我国境内影响的时空范围并不清楚.中国东部中生代广泛受到环太平洋构造域的影响,出现了大规模的岩石圈减薄、岩浆活动等.对于环太平洋构造体系和蒙古鄂霍茨克构造体系的关系、转换时限等还需详细研究.

        内蒙古赤峰敖汉地区中生代火山岩非常发育,前人根据岩石组合特征、古生物及锆石U-Pb测试,将区内出露的安山岩、英安岩及少量流纹岩等划为早白垩世义县组(内蒙古自治区地质局第二区域地质测量队, 1967, 下洼幅1:20万区域地质矿产报告; 辽宁地质局第二区域地质测量队, 1970, 敖汉旗幅1:20万区域地质矿产报告),形成时代为130.8~114.9 Ma(陈井胜等, 2015a, 2015b).此外,大面积出露一套酸性火山岩,岩性主要为流纹岩、流纹质晶屑凝灰岩、流纹质火山角砾岩、流纹质熔结凝灰岩和凝灰质砂砾岩等,无化石.前人对该套酸性火山岩的归属认识不同,曾据其不整合在义县组之下而置于蓝旗组(内蒙古自治区地质局第二区域地质测量队, 1967, 下洼幅1:20万区域地质矿产报告;辽宁地质局第二区域地质测量队, 1970, 敖汉旗幅1:20万区域地质矿产报告),或因与蓝旗组的中基性火山岩岩性特征相差太大而划为南台子组(李文国等,1996),内蒙古岩石地层清理根据其岩性特征及相对层位将其归入满克头鄂博组(内蒙古自治区岩石地层,1996),之后文献中多使用满克头鄂博组(王刚等,2015刘淼等,2017).陈井胜等(2015b)在敖汉旗南部铁匠营子盆地的流纹岩样品中获得160.8±1.9 Ma年龄,划为张家口组,未对晚侏罗世火山岩的分布、成因等进行讨论;同时在满克头鄂博组的分布区,流纹质晶屑熔结凝灰岩中获得义县期年龄121.6±2.8 Ma.相对于大面积出露的酸性火山岩来说,目前获得的高精度年龄数据较少,且其与早白垩世火山岩之间的接触关系证据不充分,研究区该套酸性火山岩需要进一步解体.同时,研究区位于辽西-大兴安岭火山岩带的衔接部位,通过对区内中生代酸性火山岩的详细研究,对区内中生代火山岩的划分对比具有重要意义.因此,本文在该套酸性火山岩中,选取流纹岩、流纹质晶屑凝灰岩样品进行锆石U-Pb测年和岩石地球化学分析,以确定其形成时代、地球化学特征以及岩石成因.

      • 研究区位于内蒙古赤峰市敖汉旗,大地构造位置属于华北板块北缘中段东端,以赤峰-开原断裂为分界线,南部为华北地台北缘增生带,北部属于兴蒙造山带,构造线总体呈东西向展布;同时,研究区又是中生代环太平洋构造带的一部分,区内构造复杂.区内出露的沉积地层主要有早元古代宝音图群、下石炭统朝吐沟组、中石炭统石咀子组和家道沟组、中二叠统于家北沟组,被中生代火山岩角度不整合覆盖(图 1).区内侵入岩岩石类型相对简单,由中-晚二叠世二长花岗岩和正长花岗岩、三叠纪花岗闪长岩和二长花岗岩、侏罗纪正长花岗岩和白垩纪二长花岗岩组成,均为花岗岩类,以中深成相为主.中生代火山岩包括晚侏罗世满克头鄂博组、早白垩世义县组.其中,前人将马场-北二十家子以东的绿色区域划为晚侏罗世满克头鄂博组(内蒙古自治区地质局第二区域地质测量队, 1967, 下洼幅1:20万区域地质矿产报告; 辽宁地质局第二区域地质测量队, 1970, 敖汉旗幅1:20万区域地质矿产报告;王刚等,2015刘淼等,2017),主要岩性为流纹质晶屑凝灰岩、流纹岩、流纹质火山角砾岩、流纹质熔结凝灰岩、凝灰质砂砾岩等.义县组火山岩主要分布于二十家子盆地和铁匠营子盆地,少量分布于捣各郎营子盆地,岩性主要为安山岩、英安岩、少量流纹岩及相应火山沉积-碎屑岩等,可见叶肢介化石沉积层;在马场以西,义县组流纹质火山岩之下出露复成分底砾岩.区内义县组可以与阜新-义县盆地义县组标准剖面的中、下部对比,但缺失可与标准剖面义县组上部对比的层位.刘淼等(2017)将其划分为4个岩性段:一段(K1y1)由复成分砾岩和含砾粗砂组成,二段(K1y2)由酸性流纹质火山岩组成,三段(K1y3)由一套安山质火山岩及沉积相的凝灰质砂砾岩等组成,四段(K1y4)由中性偏碱性的粗面英安质火山岩组成.义县组火山岩岩浆演化显示中性-中酸性偏碱性演化的规律(沈阳地质调查中心, 2016, 内蒙古1:5万敖汉旗等四幅区域地质矿产调查报告),属陆相火山岩建造.

        图  1  研究区地质简图

        Figure 1.  Simplified geological map of the study area

      • 本次工作采集了流纹岩(PM305-7)和流纹质晶屑凝灰岩(B3010-1)共2件锆石U-Pb测年样品,采样位置见图 1(PM305-7,地理坐标为N42°16′15″、E120°3′41″;B3010-1,地理坐标为N42°9′31″、E119°57′1″).同时,在PM202采集了11个样品、PM205和PM305分别采集了8个样品进行了地球化学分析测试.

        流纹岩(PM202-13-3),斑状结构,基质为霏细-嵌晶结构,流纹构造(图 2a, 2b).斑晶成分:斜长石,半自形宽板状、板柱状,聚片双晶纹较细密,表面模糊绢云母化,边缘被钾长石交代,粒径0.6~1.2 mm,约占2%;黑云母,片状、长条片状,部分被绿泥石交代,析出铁质,约占2%;钾长石,半自形板柱状、宽板状,成分为条纹长石,条纹斑块状,表面有裂纹,粒径0.4~0.8 mm,约占1%~2%.基质以长英质霏细状隐晶集合体为主,呈团块状消光,隐约可见少量柱状长石嵌于其中.

        图  2  晚侏罗世流纹岩(a, b)和早白垩世流纹岩(c, d)、流纹质晶屑凝灰岩(e, f)野外和显微照片

        Figure 2.  Field photographs and micrographs of Jurassic rhyolites (a, b) and Early Cretaceous rhyolitic (c, d), rhyolitic crystal tuff (e, f)

        流纹岩(PM305-7),岩石呈灰褐色,块状构造,流纹构造,斑状结构(图 2c, 2d).斑晶矿物成分:长石,自形柱状-板状,粒径0.2~2.4 mm,已粘土化和绢云母化,约含13%.石英,他形粒状,粒径0.8~1.6 mm,约含5%.黑云母,褐色,半自形片状,粒度0.2~0.8 mm,约含7%.基质矿物成分主要由微晶钾长石、斜长石,以及金属矿物(根据晶型判断可能为黄铁矿)和黑云母组成,约含75%.岩石粘土化和绢云母化作用明显.

        流纹质晶屑凝灰岩(B3010-1),岩石呈灰白色,晶屑凝灰结构,块状构造(图 2e2f).石英晶屑:棱角-次棱角状,粒度0.1~2.0 mm,约含20%.长石晶屑:棱角-次棱角状,粒度:0.2~2.0 mm,约含10%.岩屑:棱角状,粒径0.4~3.0 mm,为流纹岩岩屑,约含5%.杂基物质成分已绢云母化、硅化和粘土化,约含65%.

      • 在河北省区域地质调查大队地质实验室完成样品破碎、锆石单矿物分选.在武汉地质调查中心国土资源部中南矿产监督检测中心完成锆石的制靶、阴极发光(CL)图像采集、U-Pb同位素测试工作.主量、稀土、微量元素测试在国土资源部沈阳地质调查中心检测分析中心完成.

        使用激光剥蚀等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)测定锆石U-Pb同位素.激光剥蚀系统为GeoLas 2005,ICP-MS为Agilent 7500a.测试点的激光束斑直径为30 μm.激光剥蚀过程中采用氦气作为载气、氩气为补偿气以调节灵敏度,二者在进入ICP之前通过一个T型接头混合.在等离子体中心气流(Ar+He)中加入少量氮气,以提高仪器灵敏度、降低检出限和改善分析精密度.用ICPMSDataCal程序离线处理原始数据(Liu et al., 2008, 2010).U-Pb同位素定年中采用锆石标准91500作外标进行同位素分馏校正,每分析5个样品点,分析2次91500.锆石标准91500的相关标准值据Wiedenbeck et al.(1995).U-Pb谐和图绘制和年龄加权平均计算采用Isoplot/Ex_ver3程序(Ludwig,2003)完成,加权平均值对应的误差是2σ.

      • 锆石U-Pb同位素测年结果见表 1.

        测点
        编号
        Pb Th U Th/U 同位素比值 年龄(Ma)
        (10-6) 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ 207Pb/235U±1σ 206Pb/238U±1σ
        B3010-1流纹质晶屑凝灰岩
        1 26.42 873.70 521.94 1.67 0.220 51 0.029 45 0.020 20 0.000 26 202.33 24.50 128.91 1.63
        2 22.92 579.24 625.63 0.93 0.457 51 0.066 36 0.027 00 0.002 21 382.53 46.26 171.74 13.88
        3 10.72 263.49 296.81 0.89 0.210 72 0.019 32 0.019 13 0.000 47 194.16 16.21 122.15 2.95
        4 19.25 446.74 611.67 0.73 0.138 47 0.004 77 0.018 72 0.000 25 131.68 4.25 119.55 1.56
        5 33.41 755.10 551.54 1.37 0.836 00 0.131 94 0.023 14 0.000 87 616.94 73.10 147.50 5.50
        6 14.87 279.48 494.90 0.56 0.128 69 0.004 94 0.019 01 0.000 23 122.92 4.44 121.40 1.48
        7 17.43 485.80 423.42 1.15 0.270 72 0.042 06 0.019 86 0.000 38 243.27 33.62 126.80 2.38
        8 18.71 430.00 559.03 0.77 0.132 28 0.003 97 0.019 26 0.000 24 126.14 3.56 123.00 1.53
        9 9.44 211.94 201.73 1.05 0.345 01 0.034 44 0.021 62 0.000 52 300.96 26.01 137.86 3.25
        10 7.95 252.96 227.78 1.11 0.116 49 0.006 13 0.018 13 0.000 33 111.88 5.57 115.84 2.08
        11 15.10 463.84 427.30 1.09 0.129 62 0.004 66 0.019 11 0.000 35 123.75 4.19 122.05 2.19
        12 11.81 302.43 353.01 0.86 0.119 80 0.005 29 0.019 18 0.000 27 114.89 4.79 122.47 1.69
        13 6.66 148.61 212.01 0.70 0.134 73 0.007 46 0.019 32 0.000 34 128.34 6.68 123.34 2.13
        14 20.95 563.38 551.62 1.02 0.191 79 0.024 96 0.019 23 0.000 31 178.15 21.27 122.81 1.95
        15 18.20 383.14 576.93 0.66 0.143 63 0.004 93 0.019 83 0.000 28 136.27 4.37 126.56 1.77
        16 15.74 458.56 448.27 1.02 0.121 34 0.004 64 0.019 27 0.000 28 116.28 4.20 123.02 1.75
        17 6.52 160.17 198.23 0.81 0.144 85 0.008 15 0.019 40 0.000 37 137.36 7.23 123.86 2.33
        18 11.25 305.67 300.31 1.02 0.224 24 0.022 45 0.019 72 0.000 88 205.43 18.63 125.91 5.59
        19 22.58 517.55 672.30 0.77 0.257 53 0.035 61 0.024 69 0.002 01 232.68 28.76 157.20 12.62
        20 23.95 556.71 519.79 1.07 0.280 88 0.037 60 0.019 13 0.000 27 251.36 29.81 122.16 1.73
        PM305-7-1流纹岩
        1 13.13 273.17 414.94 0.66 0.125 82 0.005 10 0.019 59 0.000 35 120.33 4.60 125.04 2.23
        2 26.95 667.94 600.81 1.11 1.807 89 0.346 21 0.055 81 0.009 75 1 048.31 125.84 350.12 59.56
        3 25.65 718.56 721.55 1.00 0.131 66 0.004 11 0.019 18 0.000 25 125.59 3.69 122.46 1.61
        4 55.80 1 168.73 1123.65 1.04 0.211 17 0.008 00 0.024 70 0.000 31 194.54 6.71 157.31 1.93
        5 4.53 78.58 102.47 0.77 0.182 17 0.011 36 0.026 05 0.000 63 169.93 9.75 165.78 3.93
        6 9.16 262.54 260.81 1.01 0.129 44 0.006 52 0.019 26 0.000 30 123.59 5.86 123.01 1.90
        7 18.71 277.72 325.66 0.85 0.234 26 0.010 14 0.030 83 0.000 69 213.71 8.34 195.72 4.34
        8 19.08 120.09 772.49 0.16 0.131 59 0.006 64 0.019 40 0.000 30 125.52 5.96 123.88 1.91
        9 17.13 228.77 272.92 0.84 0.251 77 0.009 29 0.036 14 0.000 50 228.01 7.54 228.86 3.13
        10 21.52 356.01 283.78 1.25 0.303 47 0.013 41 0.037 63 0.000 55 269.11 10.45 238.10 3.42
        11 13.14 168.64 195.10 0.86 0.278 01 0.010 59 0.038 71 0.000 56 249.08 8.42 244.86 3.47
        12 27.04 563.15 406.23 1.39 0.224 06 0.007 58 0.032 31 0.000 41 205.28 6.29 204.97 2.59
        13 50.44 770.66 839.23 0.92 0.229 11 0.005 97 0.033 04 0.000 45 209.46 4.93 209.54 2.78
        14 15.23 394.24 483.86 0.81 0.126 95 0.004 63 0.018 35 0.000 29 121.36 4.17 117.23 1.81
        15 17.74 513.29 444.30 1.16 0.207 85 0.009 46 0.019 11 0.000 27 191.75 7.96 122.00 1.72
        16 10.10 324.87 280.22 1.16 0.115 63 0.005 59 0.019 26 0.000 33 111.10 5.09 122.98 2.11
        17 16.69 472.54 484.52 0.98 0.139 32 0.005 41 0.019 71 0.000 38 132.44 4.82 125.84 2.41
        18 76.21 1 055.13 2 204.96 0.48 0.171 33 0.005 57 0.025 13 0.000 48 160.58 4.83 160.02 3.03
        19 9.66 128.70 149.69 0.86 0.240 29 0.010 16 0.038 46 0.000 76 218.66 8.32 243.27 4.71
        20 22.60 516.18 733.96 0.70 0.135 40 0.004 62 0.019 57 0.000 31 128.93 4.13 124.93 1.94

        表 1  锆石LA-ICP-MS U-Pb分析结果

        Table 1.  LA-ICP-MS zircon U-Pb data

        流纹岩(PM305-7-1)中锆石多为长柱状,长宽比为2:1~3:1,具有清晰的岩浆振荡环带(图 3),部分锆石具有核边结构,锆石的Th/U比值=0.48~1.39,均值> 0.4,显示典型的岩浆锆石特征.本次测试对20颗锆石进行分析,测试结果多位于谐和线上及其附近(图 4).其中8颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为122.8±2.3 Ma,代表流纹岩的形成年龄.此外还有160.0~244.9 Ma的206Pb/238U表面年龄,为捕获锆石年龄.

        图  3  锆石典型CL图像

        Figure 3.  Zircon CL microscopic images

        流纹质晶屑凝灰岩(B3010-1)中锆石多为短柱状,长宽比为1:1~2:1,具有清晰的岩浆振荡环带(图 3),Th/U=0.56~1.67,显示典型的岩浆锆石特征.本次测试对20颗锆石进行分析,剔除其中10个谐和度不高的数值,其余10颗锆石的206Pb/238U加权平均年龄为122.1±1.9 Ma(图 4),代表流纹质晶屑凝灰岩的形成年龄.

        图  4  流纹岩和流纹质晶屑凝灰岩的锆石U-Pb谐和图

        Figure 4.  U-Pb concordia diagrams of zircons from rhyolites and rhyolitic crystal tuff

      • 火山岩主微量元素分析结果列于附表 1、附表 2.

        晚侏罗世流纹岩(PM202)SiO2含量较高(72.64%~76.82%),MgO含量为0.21%~0.82%,TFe2O3含量为0.61%~1.84%,CaO含量为0.10%~0.19%.全碱含量为7.75%~9.23%,Na2O/K2O值介于0.23~0.61,属于钾质.在SiO2-K2O图解(图 5b)中,主要落入钾玄岩系列.Al2O3含量12.69%~14.22%,A/CNK=1.16~1.30,在A/CNK-A/NK图解(图 5c)中,投影点均落入过铝质区,说明岩石属于过铝质岩石;CIPW标准矿物中,出现刚玉分子(C).在TAS图解(图 5a)上,样品落入亚碱性系列的流纹岩范围.样品稀土总量为70.53×10-6~217.00×10-6,LREE/HREE值为4.98~11.42,(La/Yb)N=2.71~7.58,(La/Sm)N为2.84~4.86,(Gd/Yb)N为0.60~1.15.δEu值为0.40~0.65,显示负铕异常;δCe值为0.45~0.75和1.25~1.49,显示负铈异常和正铈异常(图 6a~6b).微量元素蛛网图(图 6c~6d)上,富集大离子亲石元素Rb、Th、U、K和HREE,亏损高场强元素Ba、Sr、P、Ti.

        图  5  流纹岩SiO2-(Na2O+K2O)(a)、SiO2-K2O(b)、A/CNK-A/NK(c)图解

        Figure 5.  SiO2-(Na2O+K2O)(a), SiO2-K2O (b) and A/CNK-A/NK(c) patterns of rhyolites

        图  6  流纹岩样品的稀土元素配分曲线(a, b)和微量元素蛛网图(c, d)

        Figure 6.  Chondrite-normalized REE patterns (a, b) and trace element spidergrams(c, d) of rhyolites

        早白垩世流纹岩(PM305、PM205)SiO2含量较高(69.34%~72.87%),MgO含量为0.40%~1.19%,TFe2O3含量为1.97%~2.51%,CaO含量为0.27%~1.08%.全碱含量为8.11%~10.32%,除PM205-7-6的Na2O/K2O值为1.14,其余介于0.59~0.91,亦属于钾质.Al2O3含量14.30%~15.29%,A/CNK=0.94~1.30,在A/CNK-A/NK图解(图 5c)中,投影点大部分落入过铝质区;CIPW标准矿物中,出现刚玉分子(C).在TAS图解(图 5a)中,主要落入亚碱性系列的流纹岩范围.在SiO2-K2O图解(图 5b)中,样品落入钾玄岩-高钾钙碱性系列.样品稀土总量为159.22×10-6~216.75×10-6,LREE/HREE值为18.23~22.01,(La/Yb)N=28.40~36.80,稀土元素配分曲线为右倾型,轻重稀土分馏明显(图 6a~6b).(La/Sm)N为6.03~7.08,(Gd/Yb)N为2.53~3.36,表明轻稀土分馏作用高于重稀土的分馏作用.δEu值为0.64~0.81,显示弱负铕异常;δCe值为0.71~0.89,显示弱负铈异常.微量元素蛛网图(图 6c~6d)上,富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Th、U和LREE,亏损Nb、Ta、Sr、P、Ti等高场强元素.

      • 前人多将敖汉地区的酸性火山岩划为中侏罗世髫髻山组(内蒙古自治区地质局第二区域地质测量队, 1967, 下洼幅1:20万区域地质矿产报告; 辽宁地质局第二区域地质测量队, 1970, 敖汉旗幅1:20万区域地质矿产报告)或晚侏罗世满克头鄂博组(内蒙古岩石地层),但高精度的测年数据较少.《敖汉旗中部地区1:5万金多金属矿产地质调查》在丰收西部的流纹岩中获得119 Ma全岩K-Ar年龄,但仍将其划为满克头鄂博组.陈井胜等(2015)采用锆石U-Pb法在铁匠营子盆地南部的流纹岩中获得160.8±1.9 Ma年龄,进一步证实晚侏罗世火山岩的存在;在其北部流纹质晶屑熔结凝灰岩中获得121.6±2.8 Ma年龄,将其划为义县组,但是仍将大面积出露的酸性火山岩划为晚侏罗世.

        本文采用LA-ICP-MS锆石U-Pb测年,在原划为晚侏罗世酸性火山岩(PM305-7-1、B3010-1)中获得122.8±2.3 Ma、122.1±1.9 Ma年龄,为早白垩世;与测区内义县组安山岩、英安岩等的形成时代一致(表 2).从已获得的同位素资料及地球化学分析可知(陈井胜等, 2015a, 2015b李伟等,2018),敖汉旗-建平马场地区的火山岩大部分形成于早白垩世而非晚侏罗世;前人根据岩性组合划分地层归属为晚侏罗世满克头鄂博组,与测年结果不一致.由此可见,仅以岩石类型对比来划分地层并不十分可靠.

        样号 年龄(Ma) 测试方法 岩性(矿物) 采样地点 层位 资料来源
        PM109-8-1 127.7±1.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 马场 义县组二段 陈井胜等,2015a
        D1034-1 124.3±1.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 马场 义县组二段
        D3014 122.3±1.4 U-Pb(LA-ICP-MS) 黑曜岩 马场 产于义县组二段的脉体(火山通道相)
        PM113-8-1 121.8±1.3 U-Pb(LA-ICP-MS) 英安岩 马场 义县组三段
        D2060 114.9±1.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 粗安岩 马场 义县组三段
        PM202-13-3 160.8±1.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 敖汉旗 张家口组 陈井胜等,2015b
        PM401-11-1 130.8±1.7 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组一段
        D2211 124.7±1.2 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组一段
        D2399 121.6±2.8 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹质晶屑熔结凝灰岩 敖汉旗 义县组二段
        TW01 123.6±1 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组 李伟等,2018
        TW02 124.4±0.68 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组
        PM305-7-1 122.8±2.3 U-Pb(LA-ICP-MS) 安粗岩(薄片) 敖汉旗 义县组 本文
        B3010-1 122.1±1.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹质晶屑凝灰岩 敖汉旗 义县组
        B2003-1 123.4±2.1 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组 未发表
        B1015-1 124.0±1.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山岩 敖汉旗 义县组
        119 全岩K-Ar 流纹岩 敖汉旗 满克头鄂博组一段
        YX-210 124.4±1.4 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 义县组 孟凡雪等,2008
        YX277 125.4±0.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 凝灰岩 凌源 大王杖子层下部 张宏等,2006
        YX278 125.3±0.9 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 大王杖子层之上
        YX279 124.4±1.1 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 大王杖子层之上
        41017-2 122.3±2.1 U-Pb(LA-ICP-MS) 凝灰岩 凌源 大王杖子层上部
        YX281 123±1.7 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 凌源 大王杖子层之上
        XL31 159±3 U-Pb 流纹岩(岩脉) 辽西北票 兴隆沟组 Gao et al., 2004
        XL34 159±4 U-Pb 流纹岩(岩脉) 辽西北票 兴隆沟组
        HFG27 160±6 U-Pb(SHRIMP) 流纹岩 辽西北票 髫髻山组中部 Yang and Li(2008)
        BPC-15 159.4±3.4 U-Pb(LA-ICP-MS) 安山质角砾熔岩 辽西北票 髫髻山组上部 马强和郑建平,2009
        CF31-Tw26 161±1 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组 郝彬等,2016
        CF16-Tw18 150±1 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组
        Z1001 156±2 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组 杨扬等,2012
        D0357 157±3 U-Pb(LA-ICP-MS) 流纹岩 赤峰北 满克头鄂博组
        注:①为辽宁地质局第二区域地质测量队, 1970, 敖汉旗幅1:20万区域地质矿产报告.

        表 2  内蒙古敖汉地区及周边火山岩年龄

        Table 2.  Dating of volcanic rocks in Aohan area and its surrounding areas, Inner Mongolia

        根据发表的同位素资料和本文测年结果,可将敖汉旗地区酸性火山岩划为两期,即晚侏罗世早期(~160 Ma)和早白垩世(127.7~121.6 Ma).其中,晚侏罗世早期流纹岩(~160 Ma)的时代与赤峰北部满克头鄂博组(郝彬,2016)和辽西北票髫髻山组中部(Gao et al., 2004杨蔚,2007Yang and Li, 2008)时代一致,同时区内还有162 Ma正长花岗岩存在(李斌等,2016),以及在义县组火山岩中有晚侏罗世捕获锆石(~160 Ma)(PM305-7-1);综上,晚侏罗世早期(~160 Ma)是辽西-大兴安岭火山岩带一期重要的岩浆事件(表 2).在凌源地区义县组大新房子层之上存在一套流纹质中酸性火山岩(郑月娟等,2011),流纹岩测年结果为125~122 Ma(张宏等,2006孟凡雪等,2008),与敖汉地区酸性火山岩年龄基本一致.研究区酸性火山岩层位相当于义县组二段(K1y2)(刘淼等,2017; 李世超等,2017).

      • 晚侏罗世流纹岩在SiO2-FeOT/MgO图解(图 7a~7b)上,样品落入I & S型花岗岩一侧.稀土元素总量较低,没有表现出Nb、Zr等元素的明显富集,除两个样品外,其余Zr < 250×10-6,(Zr+Nb+Ce+Y) < 350×10-6,在(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO图解(图 7a~7b)上,主要落入高分异花岗岩和未分异的M、I、S型花岗岩区域,不属于A型流纹岩.晚侏罗世流纹岩具有Eu负异常和Sr、Ba强烈的亏损,表明源区可能为斜长石的稳定区,斜长石是部分熔融的残留物.同时Yb含量较高,表明其形成于相对低的压力环境下(张旗等,2008).高场强元素Nb、Ta无明显亏损,具有低Nb/Ta比值(9.31~16.65),具强烈Sr、P、Ti等负异常,Th、U含量无负异常,具有大陆地壳的地球化学特征,显示了地壳物质参与了火山岩浆的活动过程.晚侏罗世流纹岩贫Sr(36.42×10-6~56.08×10-6),具有REE“四分组效应”,显示高分异的花岗岩地球化学特征.与区内同期高分异大黄花正长花岗岩(162.6±1.9 Ma)具有相似的地球化学特征(李斌等,2016),二者在空间上相邻(图 1,同位素采样位置相距约9 km),为具有内在成因联系的火山-侵入杂岩.综上,本文认为晚侏罗世流纹岩可能为高分异流纹岩.在(La/Yb)N-YbN图解和Sr/Y-Y图解中(图 7c~7d),由于La含量较低、Sr亏损,样品落入经典岛弧岩石区域下部或外侧,与早白垩世流纹岩明显不同.Ce正负异常指示存在氧化条件下形成的沉积物参与了母岩浆的熔融过程(Schreiber et al.,1980罗彦等,2004).晚侏罗世流纹岩的地球化学特征与低Th、U的华北下地壳麻粒岩明显不同(Gao et al., 1998; 刘勇胜等,1999),结合其形成压力较低,可能起源于中上地壳物质部分熔融.此时大兴安岭和辽西地区处于伸展环境,形成了塔木兰沟组板内玄武岩和辽西髫髻山组中酸性火山岩(Zhang et al., 2008Xu et al., 2013).综上,赤峰敖汉地区晚侏罗世流纹岩可能形成于伸展环境中上地壳物质的部分熔融.

        图  7  SiO2-FeOT/MgO(a)、(Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO(b)、(La/Yb)N-YbN(c)和Sr/Y-Y(d)图解

        Figure 7.  SiO2-FeOT/MgO(a), (Zr+Nb+Ce+Y)-FeOT/MgO(b), (La/Yb)N-YbN(c) and Sr/Y-Y(d) patterns of rhyolites

        晚三叠世蒙古-鄂霍茨克海存在于华北板块北部的蒙古-大兴安岭褶皱带与西伯利亚板块之间(赵越等,2004).蒙古-鄂霍茨克洋中生代具有剪刀式闭合的特征,东部闭合时间可能持续到晚侏罗世-早白垩世(Kravchinsky et al., 2002Sorokin et al., 2004马永非等,2017Yang et al., 2019).冀北-辽西地区广泛发育自北向南的逆冲构造,表明中侏罗世有一个陆壳加厚过程(赵越等,2004).155~166 Ma火山岩只分布在松辽盆地以西地区,自北向南时代变新的迁移趋势(张旗等, 2008张栓宏等,2010),反映其形成可能与蒙古-鄂霍茨克缝合带的演化有关,而与环太平洋构造体系无关(Xu et al., 2013).因此,区内晚侏罗世酸性火山岩(~160 Ma)的形成可能与蒙古-鄂霍茨克缝合带演化有关.

      • 义县组流纹岩富集轻稀土元素、亏损重稀土元素和Y,表明源区有石榴子石稳定存在,Nb、Ta、Ti负异常可能与源区角闪石或金红石的残留有关.P和Ti也具有明显低谷,指示磷灰石、磁铁矿等矿物分离结晶.其具有高SiO2、Al2O3(14.3%~15.29%)和低重稀土元素特征,Sr含量为262.63×10-6~341.42×10-6,Sr/Y > 20、Yb≤1.9,Y≤18,在(La/Yb)N-YbN图解和Sr/Y-Y图解(图 7)上大多落入埃达克岩区内.义县组流纹岩显示出埃达克质岩石的地球化学特征,但是部分样品的Al2O3和Sr含量较低,不属于典型的埃达克岩.埃达克岩形成于大洋俯冲板片的部分熔融(Defant and Drumond, 1990; Wang et al., 2006)或者加厚下地壳岩石的部分熔融(Petford and Atherton, 1996; Xu et al., 2002).实验岩石学研究表明,Mg#是埃达克质熔体与地幔橄榄岩反应的敏感指数,埃达克质熔体与地幔橄榄岩低程度(约10%)反应,Mg#就会明显增大(Rapp et al.,1999);因此其不是俯冲板片的部分熔融的产物.玄武质岩浆结晶分异要求区域上形成具有成因联系的基性-中性-酸性岩石系列(Castillo et al.,1999),对于大面积出露的酸性火山岩研究区内缺少基性端元.辽西地区义县组火山岩中具有埃达克质性质的岩石是中基性的,其被认为是下地壳拆沉作用的产物(Wang et al., 2006)或者岩浆混合作用的产物(邵济安等,2006张宏福和邵济安,2008).敖汉地区出露的具有埃达克质性质的义县组流纹岩,具有较高的SiO2、Al2O3、(Na2O+K2O),较低的Fe、Mg,说明酸性火山岩为壳源岩浆,其可以由加厚的下地壳溶出(Defant et al., 2002; Rapp et al., 2002; 孟凡雪等, 2008),未受到地幔物质的混染.

        早白垩世火山岩在东北地区广泛分布,对义县组火山岩形成的构造背景存在地幔底侵(邵济安等,2004)、古生代的俯冲(Zhang et al., 2003)、燕山板内造山(李伍平等,2002)、太平洋板块俯冲(陈义贤等,1997)等分歧.前人研究资料显示早白垩世已处于伸展构造体制下(张宏等,2005张宏福和邵济安,2008冯光英等,2011王腾飞等,2018),古地磁数据表明古太平洋与亚洲大陆于晚中生代发生俯冲碰撞(Engebretson et al., 1984杨惠心等,1998),从中侏罗世开始,古太平洋板块向欧亚大陆斜向俯冲,中国东部由原来的特提斯构造域进入了太平洋构造体系(赵越等,2004).因此,义县期火山事件可能与古太平洋板块俯冲于欧亚大陆之下的弧后伸展环境有关,此时地壳仍具有一定厚度(徐义刚,2006),进而产生具有埃达克质性质的流纹岩.

      • 前人多将敖汉地区大面积出露的酸性火山岩划为晚侏罗世满克头鄂博组,安山质、英安质火山岩划为义县组.本文根据锆石U-Pb测年结果将原划为晚侏罗世的酸性火山岩进行了解体,从图 1可以看出,大部分酸性火山岩的测试结果为早白垩世,应归属于义县组.

        其次,晚侏罗世流纹岩和早白垩世流纹岩的岩石地球化学特征明显不同.二者相比,早白垩世流纹岩的Al2O3、Na2O含量相对较高;晚侏罗世流纹岩的SiO2、K2O、Th、U、Nb、Ta、HREE含量相对较高,且Ba、Sr、P、Ti亏损更强烈.因此,可以根据样品地球化学特征进行区分.如文中流纹岩样品PM205和PM305的主量、微量元素含量及特征一致(图 5a~5b, 图 6),故将PM205上出露的流纹质火山岩划为早白垩世义县组.

        晚侏罗世流纹岩流纹构造比较发育,斑晶含量较少,未见石英斑晶;其周围出露岩性主要为流纹岩、流纹质角砾凝灰岩、中粗粒凝灰质砂岩等,仅出露于测区南侧.早白垩世流纹岩斑晶矿物含量较多,可见石英斑晶,流纹构造发育较弱;流纹质晶屑凝灰岩晶屑含量较高,通常在20%~35%,斑晶主要是石英、长石.敖汉地区大面积出露的主要为斑晶或晶屑含量较高的酸性火山岩.除岩石学特征有差异外,地质接触关系证据有:(1)新地东侧的酸性火山岩喷发覆盖于晚侏罗世大黄花正长花岗岩(162.6±1.9 Ma)之上(图 1),正长花岗岩以中粒为主,反映其结晶深度较深,经过抬升剥蚀后才被酸性火山岩覆盖,所以将晚侏罗世大黄花正长花岗岩两侧的酸性火山岩划为早白垩世;(2)区域上酸性火山岩通常处于地势低洼位置,安山质岩石则出露于地势高的位置,故通常认为安山质岩石晚于酸性火山岩(内蒙古自治区地质局第二区域地质测量队, 1967, 下洼幅1:20万区域地质矿产报告),但二者的直接接触关系证据较少.在对山湾子地区进行了大比例尺填图(图 8)发现,酸性火山岩与安山岩是互层的,可见流纹质晶屑凝灰岩压盖于安山岩之上,二者为同时代产物,其中安山岩年龄为124.0±1.9 Ma(未发表),区内早白垩世义县组为一套中酸性火山岩.

        图  8  义县组安山质火山岩与酸性火山岩出露特征

        Figure 8.  Outcropping characteristics of andesite volcanic rocks and acid volcanic rocks in Yixian Formation

        综上,根据年代学、地球化学、岩石学和地质接触关系,本文将敖汉地区原划为晚侏罗世的酸性火山岩进行了解体,首次将其大部分划为早白垩世义县组,晚侏罗世流纹岩仅出露于研究区南部.

      • (1)通过LA-ICP-MS锆石U-Pb定年,流纹岩和流纹质晶屑凝灰岩年龄分别为122.8±2.3 Ma、122.1±1.9 Ma,属于早白垩世义县组.根据年代学、地球化学、岩石学和地质接触关系,本文将敖汉地区原划为晚侏罗世的酸性火山岩进行了解体,首次将其主要划为早白垩世义县组.

        (2)晚侏罗世流纹岩可能为高分异流纹岩,形成于相对低的压力环境下,可能起源于中上地壳物质部分熔融.早白垩世流纹岩显示出埃达克质岩石的地球化学特征,可能形成于加厚的下地壳环境.

        附表见本刊官网(http://www.earth-science.net).

    参考文献 (88)

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