Geochronological and geochemical characteristics of rhyolite in the Manketou'ebo Formation of Dong Ujimqin Banner, Inner Mongolia, and its geological implications
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摘要:
为确定内蒙古东乌旗地区满克头鄂博组火山岩地层的时代归属和形成构造背景，对满克头鄂博组流纹岩进行了年代学、地球化学特征等研究。流纹岩的LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为150.9±4.2Ma，时代归属晚侏罗世。满克头鄂博组流纹岩属于高钾钙碱性系列岩石，且具有高硅、富碱、高铝、贫钙贫镁的特征。稀土元素总量变化较大，配分曲线右倾，具有负Eu异常；富集大离子亲石元素（LILE）Rb、K、Th和轻稀土元素，亏损Sr和Nb、Ti、P；基性相容元素Cr、Co、Ni和Mg#值较低，岩浆来源于下地壳岩石的部分熔融。根据元素地球化学特征，流纹岩具有A型花岗岩特征，结合相关构造判别图解，表明东乌旗地区在晚侏罗世处于伸展构造环境，可能与蒙古-鄂霍茨克洋闭合造山后伸展作用体制有关。
Abstract:In order to determine the age attribution and tectonic setting of the volcanic strata of the Manketou'ebo Formation in Dong Ujimqin Banner of Inner Mongolia, the authors studied the geochronological and geochemical characteristics of the rhyolite from the Manketou'ebo Formation. The weighted age of rhyolite by LA-ICP-MS zircon U-Pb dating is 150.9±4.2Ma, suggesting Late Jurassic. The rhyolite in the Manketou'ebo Formation belongs to the high-potassic calc-alkaline series of rocks and is characterized by high silicon, rich alkali, high aluminum, low calcium and depleted magnesium. The total amount of rare earth elements changes greatly, the distribution curve is right-inclined, and there is negative anomaly of Eu. The rocks are enriched in large ion lithophile elements of Rb, K, Th, and LREE, and simultaneously depleted in elements of Sr, Nb, Ti and P. The basic compatible elements Cr, Co, Ni and Mg# are relatively low, and the magma was derived from the partial melting of the lower crust rocks. According to element geochemical characteristics, rhyolite has A-type granite characteristics. Combined with the related structural discriminant diagrams, the authors hold that the Dong Ujimqin Banner area was in an extensional tectonic setting in the Late Jurassic, and may be related to the extensional system of the Mongolian-Okhotsk Ocean after the closure of the ocean.
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大兴安岭地区位于中亚造山带东部，从北向南依次横跨额尔古纳地块和兴安地块，甚至延伸到华北克拉通北缘，是多块体拼合的构造叠加区[1]。该地区大面积分布的火山岩是中生代岩浆构造演化的有力证据。近年来，中国许多学者对大兴安岭中段与南段的中生代火山岩进行了详细的年代学和地球化学研究，并对该时期的岩浆活动有了一定的认识，也为其地球动力学背景提供了相关依据[2-5]。东乌珠穆沁旗（以下简称东乌旗）地区位于大兴安岭南段，出露大面积的中性-酸性火山岩，是大兴安岭中生代巨型火山岩带的重要组成部分，已有的研究主要集中在岩石学的特征描述，缺乏高精度的年代学和地球化学研究。对该区域岩石年代学、岩石地球化学特征及大地构造背景的研究，有助于火山岩浆作用及成矿作用的探讨，亦对该地区中生代构造演化的研究具有重要意义。
笔者在内蒙古自治区1:5万区域矿产地质调查项目的基础上，对东乌旗地区分布的满克头鄂博组流纹岩进行了岩石学、年代学、地球化学研究，对研究区满克头鄂博组流纹岩形成时代、岩石成因、构造环境进行分析，为进一步研究内蒙古北部满克头鄂博组火山岩的岩石成因及形成构造环境提供新的依据，为该地区进一步开展矿产调查和基础地质等工作提供基础性资料。
1. 地质概况及岩石学特征
大兴安岭中生代火山岩大致以霍林河—乌兰浩特一线分为界为南北两区[2]，也有学者认为以北纬47°20′为界线分区[3-4]。大兴安岭南、北两区在岩石类型、岩石组合、化学成分及Nd同位素特征上存在明显的差异，暗示南、北两区的火山岩成因及形成构造背景不同。研究区位于内蒙古东北部的锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗，属于大兴安岭火山岩带南区，隶属于二连-东乌旗晚华力西期巨型岩浆岩带，燕山期被NNE向大兴安岭岩浆岩带叠加（图 1）。区内侵入岩分布范围较广，主要为中石炭世二长花岗岩、石英闪长岩、花岗闪长岩，早二叠世正长花岗岩、二长花岗岩，以及晚侏罗世花岗斑岩、碱长花岗岩等，呈岩脉、岩株及岩枝产出，长轴方向主要为NEE向，与区域主构造线方向吻合。
图 1. 东乌旗地区地质简图Q—第四系；N2b—上新统宝格达乌拉组；K1b—下白垩统白音高老组；J3mn—上侏罗统玛尼吐组；J3mk—上侏罗统满克头鄂博组；D2a—上泥盆统宝格尔音乌拉组；J3γπ—晚侏罗世花岗斑岩；J3χκγ—晚侏罗世碱长花岗岩；P1ξγ—早二叠世正长花岗岩；P1ηγ—早二叠世二长花岗岩；C2ηγ—中石炭世二长花岗岩；C2γδ—中石炭世花岗闪长岩；C2δο—中石炭世石英闪长岩；C2b—中石炭统宝力高庙组；Ⅰ—天山-兴蒙造山带中段（内蒙古造山带）；Ⅰ1—西伯利亚板块南缘；Ⅰ2—华北板块北缘；Ⅱ—华北板块；Ⅱ1—华北板块逆冲褶皱隆升带；Ⅱ2—华北板块Figure 1. Simplified geological map of Dong Ujimqin Banner area中生代火山岩主要受NE向断裂控制，呈条带状展布[5-6]。依据岩石组合特征、区域对比及年代学数据，区内中生代火山岩地层由老到新划分为满克头鄂博组、玛尼吐组和白音高老组[7]。玛尼吐组以安山岩等中酸性岩为主，白音高老组以流纹岩等酸性岩为主体。满克头鄂博组主要分布于研究区西南部。岩性有流纹岩、流纹质（角砾）晶屑（玻屑、岩屑）凝灰岩、流纹质（角砾、晶屑）熔结凝灰岩等。岩石以灰色、灰黑色流纹岩为主，斑状结构，基质隐晶-嵌晶结构，流纹构造。斑晶为斜长石，约占6%，半自形板状、粒状，聚片双晶宽窄不一，更长石（牌号为14），大小0.15~1.9mm；黑云母：片状，黄褐色，平行消光，0.3~1mm，含量1%~2%。基质为隐晶质结构，流纹构造，沿流纹长英质球粒嵌晶和长英质隐晶集合体及少量褐色火山玻璃相间分布。部分岩石可见长石石英微晶与褐色火山玻璃呈宽窄不一的条带，相间分布在隐晶质中形成流纹构造。
2. 锆石U-Pb定年
2.1 样品制备与测试方法
用于锆石U-Pb测年的样品采自东乌旗东部地区满克头鄂博组流纹岩，测年样品的采样位置为北纬45°34′21″、东经117°04′54″，用于岩石地球化学分析的样品采自东乌旗地区满克头鄂博组地层剖面，均为新鲜的流纹岩。
采用重力和磁选方法从流纹岩样品中挑选出锆石后，在镜下挑选出颗粒较大、晶形较好、透明、无明显包裹体且无裂隙的锆石颗粒，将锆石颗粒粘贴在环氧树脂表面并打磨抛光，使其内部结构剖面充分暴露，以此制成样品靶，然后进行光学显微镜照相及阴极发光(CL)图像分析。锆石挑选、制靶及照相由河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，锆石U-Pb年龄在天津地质调查中心同位素实验室LA-ICP-MS仪器上测定。采用ICPMSDataCal软件计算所测锆石的元素含量和U-Pb同位素比值[8]，参照Anderson[9]提出的方法对所测普通Pb数据进行校正。最后通过Isoplot程序进行锆石年龄的计算和谐和图的绘制。具体的数据处理方法及仪器的操作规程见参考文献[10]。
2.2 定年结果
本文所选的大兴安岭南段东乌旗地区满克头鄂博组流纹岩样品的锆石阴极发光图像见图 2，LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果列于表 1，由测年数据绘制的锆石U-Pb谐和图见图 3。
图 2. 满克头鄂博组流纹岩锆石阴极发光（CL）图像Figure 2. CL images of zircons for rhyolites in Manketou'ebo Formation表 1. 满克头鄂博组流纹岩（TW3616-1）LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测年结果Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analyses of rhyolite(TW3616-1)in the Manketou'ebo Formation点号 206Pbc/% 含量/10-6 232Th/238U 207Pb*/206Pb 207Pb*/235U 206Pb*/238U 206Pb/238U
年龄/Ma207Pb/206Pb
年龄/MaU Th 206Pb* 比值 ±% 比值 ±% 比值 ±% 1.1 8.01 77 54 1.75 0.73 0.078 24 0.262 24 0.02454 2.9 156.3±4.4 1, 136±480 2.1 2.96 291 110 11.6 0.39 0.054 19 0.336 19 0.04518 2.1 284.9±6.0 369±420 3.1 6.05 53 33 2.46 0.63 0.073 27 0.50 27 0.0503 2.9 316.4±9.0 1, 006±540 4.1 0.89 2658 1606 53.9 0.62 0.0473 3.6 0.153 3.6 0.02339 0.46 149.01±0.7 64± 86 5.1 2.30 526 261 10.6 0.51 0.0489 11 0.155 11 0.02294 1.1 146.2±1.5 143±270 6.1 1.22 1697 688 34.5 0.42 0.0467 5.8 0.151 5.8 0.02339 0.73 149.0±1.1 34±140 7.1 1.20 490 342 22.8 0.72 0.0546 9.6 0.403 9.7 0.05353 0.83 336.2±2.7 397±220 8.1 0.57 2349 1010 51.0 0.44 0.0498 2.6 0.173 3.1 0.02512 1.6 159.9±2.5 187± 61 9.1 1.23 771 358 35.6 0.48 0.0515 4.8 0.378 4.8 0.05316 0.72 333.9±2.3 264±110 10.1 1.86 1122 409 24.0 0.38 0.0491 11 0.165 11 0.02442 1.1 155.5±1.7 153±260 11.1 9.95 90 51 2.03 0.59 0.129 19 0.420 19 0.02370 3.4 151.0±5.1 2, 078±340 12.1 0.20 1538 589 32.6 0.40 0.0583 2.6 0.198 2.6 0.02461 0.57 156.75±0.9 542± 56 13.1 3.15 212 97 3.91 0.47 0.0596 15 0.171 15 0.02077 1.9 132.5±2.4 589±320 注：206Pbc和206Pb*分别表示普通Pb和放射性成因Pb；普通Pb根据实测204Pb进行矫正，误差为1σ | Show Table
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图 3. 满克头鄂博组流纹岩锆石U-Pb谐和图Figure 3. Zircon U-Pb concordia diagram of rhyolites in Manketou'ebo Formation对满克头鄂博组流纹岩（TW3616-1）进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年分析，共计测定13点单颗锆石。锆石阴极发光图像（图 2）显示，锆石可以划分成不同特征的2组：一组呈长柱状，自形，具有明显的环带构造，显示岩浆成因锆石的特征；另一组呈浑圆状，细密环带，可能为残留锆石。2组锆石的Th/U值均在0.4~0.7之间，表明为岩浆成因锆石。对上述2组锆石测得的206Pb/238U表面年龄校准后，其中9个锆石年龄谐和性较好（图 3），206Pb/238U年龄加权平均值为150.9±4.2Ma，代表了岩浆结晶的年龄，即形成时代为晚侏罗世；另外4个残留锆石的表面年龄为284.9 ± 6.0~336.2 ± 2.7Ma。由于研究区大面积发育中石炭世宝力高庙组火山岩和二长花岗岩、花岗闪长岩、石英闪长岩，该年龄应该是捕获了中石炭世火山岩或侵入岩的锆石年龄，代表了中石炭世的火山岩浆事件。
3. 流纹岩地球化学特征
3.1 分析方法
对野外采集的满克头鄂博组流纹岩样品进行详细的岩相学研究，挑选出新鲜无蚀变的代表性样品测定全岩主量、微量元素含量。首先去除样品的风化表面，再用蒸馏水清洗干净，然后置于120℃的烘干箱中烘烤，待样品干燥后使用无污染的鄂式碎样机将其粉碎，再通过多头玛瑙球磨机将粗碎样品磨至200目以下。粗碎和磨制工作在黑龙江省第四地质勘察院实验室进行。主量元素由天津地质矿产研究所实验室测定，采用XRF法分析；微量及稀土元素测试由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所实验室完成，采用ICP-MS法分析。具体样品处理过程、分析准确度、精确度与分析过程见参考文献[11-12]。
3.2 主量元素
研究区中生代火山岩主量元素分析结果见表 2，满克头鄂博组流纹岩具有高硅、富碱、高钾、高铝，以及贫钙、镁等特点。其中SiO2含量为73.36%~ 76.71%，平均值为75.37%，属于酸性火山岩；全碱含量K2O + Na2O为7.97% ~9.08%，平均值为8.64%；Al2O3含量为11.86% ~13.51%，平均值为12.39%；K2O/Na2O值为1.25~1.52，平均值为1.40；CaO为0.32%~0.82%，MgO为0.2%~0.46%，含镁系数（Mg#）为0.13~0.53，平均值为0.29。
表 2. 满克头鄂博组流纹岩主量、微量和稀土元素组成及化学参数Table 2. Major elements, trace elements and REE composition and chemical parameters of rhyolites in the Manketou'ebo Formation样号 GS780# GS781# GS782# GS3616 GS3183 PM6XT9 SiO2 75.4 75.92 73.36 76.71 75.34 75.51 TiO2 0.23 0.25 0.3 0.11 0.04 0.17 Al2O3 11.82 12.12 13.44 12.18 12.74 12.01 Fe2O3 0.98 0.68 2.01 0.63 0.88 1.64 FeO 0.31 0.12 0.19 0.65 0.23 0.22 MnO 0.016 0.012 0.022 0.04 0.04 0.02 MgO 0.34 0.46 0.17 0.21 0.27 0.2 CaO 0.32 0.32 0.48 0.36 0.46 0.82 Na2O 3.88 3.52 3.79 3.66 3.6 3.16 K2O 5.2 4.83 4.75 5.04 5.47 4.81 P2O5 0.05 0.03 0.07 0.03 0.04 0.04 烧失量 1.12 1.12 0.88 1.28 1.04 0.57 总计 99.67 99.38 99.46 100.9 100.15 99.17 K2O/Na2O 1.34 1.37 1.25 1.38 1.52 1.52 TFeO/MgO 3.51 1.59 11.76 5.79 3.78 8.48 A/CNK 0.94 1.04 1.1 0.99 1 1.01 Mg# 0.34 0.53 0.13 0.24 0.32 0.17 σ 2.53 2.11 2.39 2.09 2.21 1.95 DI 96.26 95.69 93.49 96 95.71 93.15 La 42.9 37.5 36.5 24.9 19.7 60.3 Ce 88.5 79.1 66.2 40 38 131.4 Pr 11.3 9.05 7.73 5.86 5.02 17.1 Nd 44.2 33.7 27.1 19 18.4 60.4 Sm 9.23 6.57 4.78 3.08 3.63 11.3 Eu 0.54 0.56 1.15 0.49 0.5 0.28 Gd 7.61 5.45 4.28 2.63 3.2 9.4 Tb 1.2 0.84 0.71 0.41 0.5 1.58 Dy 6.52 4.76 4.13 2.34 2.7 8.4 Ho 1.24 0.94 0.85 0.45 0.49 1.51 Er 3.8 2.69 2.63 1.33 1.45 4.45 Tm 0.62 0.48 0.48 0.23 0.23 0.69 Yb 3.93 3.08 3.17 1.5 1.46 4.4 Lu 0.67 0.53 0.56 0.24 0.23 0.6 Y 34.5 26.1 24.6 14.4 14.3 43.4 Cr 6.13 5.94 4.35 2.4 7 7.4 Ba 85 87 916 512 542.9 147 Nb 18.4 19 15.5 8.5 11 21.4 Rb 199 192 127 112 131.7 230.1 Sr 29 28 120 86 100.3 30.7 Co 5.2 4.4 5.3 0.8 4.3 6 Th 15.88 16.14 13.04 7.9 12.8 26.7 Zr 177 194 232 89 83.1 255 Ni 5.6 4.6 3.9 2 7.1 3.4 Ti 1380 1500 1800 660 240 1020 ∑REE 222.26 185.25 160.27 102.46 95.51 311.81 LREE 196.67 166.48 143.46 93.33 85.25 280.78 HREE 25.59 18.77 16.81 9.13 10.26 31.03 LR/HR 7.69 8.87 8.53 10.22 8.31 9.05 δEu 0.19 0.28 0.76 0.51 0.44 0.08 (La/Sm)N 2.26 2.92 3.59 4.8 5.09 3.41 (La/Yb)N 7.36 8.21 7.76 11.19 9.1 9.24 (Ce/Yb)N 4.29 5.82 6.64 5.4 6.9 6.73 注：主量元素测试单位为天津地质矿产研究所, 微量和稀土元素测试单位为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6 | Show TableDownLoad:
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从火山岩TAS图解（图 4-a）可以看出，样品点均落入流纹岩区，属亚碱性系列；通过AFM图解（图 4-b）进一步投图，样品点均落入钙碱性系列；岩石里特曼指数（σ）为2.09%~2.53%，均小于3%，属于钙碱性系列岩石；岩石分异指数（DI）为93.15~96.26；在SiO2-K2O图解（图 5-a）中，样品点均落入高钾钙碱性系列区域；岩石铝饱和指数A/CNK为0.94~ 1.10，在A/CNK-A/NK铝质-准铝质判别图解（图 5-b）中，样品点均落入准铝质-弱过铝质区。以上特征显示，研究区满克头鄂博组流纹岩为高钾钙碱性系列的准铝质-弱过铝质岩石。
图 4. 满克头鄂博组流纹岩TAS（a）和AFM（b）图解Figure 4. TAS (a) and AFM (b) diagrams of rhyolites in the Manketou'ebo Formation3.3 稀土和微量元素
满克头鄂博组流纹岩的稀土元素总量（∑REE）在95.51×10-6~311.81×10-6之间，平均值为179.59×10-6；轻稀土元素总量（∑LREE）质量分数为93.33×10-6~280.78×10-6，重稀土元素总量（∑HREE）为9.13×10-6~31.03×10-6，轻、重稀土元素比值（LREE/HREE）为7.69~10.22。该组岩石在球粒陨石标准化[13]稀土元素配分图中呈右倾型配分模式（图 6-a），轻稀土元素（LREE）相对富集、重稀土元素（HREE）相对亏损；该组岩石轻、重稀土元素分馏系数(La/Yb)N=7.36~11.19，(Ce/Yb)N=4.29~6.90，(La/Sm)N=2.26~5.09，轻、重稀土元素分馏明显，且轻稀土元素分馏程度稍强于重稀土元素。所有样品均具有明显的负Eu异常，δEu值在0.08~0.76之间，平均值为0.38，表明岩浆源区的残留矿物中有斜长石存在或在岩浆演化过程中发生过斜长石的分离结晶作用。
图 6. 满克头鄂博组流纹岩稀土元素配分图（a）和微量元素蛛网图（b）Figure 6. Chondrite-normalized REE patterns (a) and primitive mantle-normalized spidergrams (b) for rhyolites in the Manketou'ebo Formation满克头鄂博组流纹岩在原始地幔标准化[13]微量元素蛛网图（图 6-b）上整体呈右倾特征，相对富集Rb、Th、K等大离子亲石元素（LILE），Zr、Sm元素适度富集，富集程度相对原始地幔高达12~657倍；Zr富集说明成岩过程中有地壳的物质参与，相对亏损Ba、Nb元素，Sr、P、Ti元素亏损强烈。
4. 讨论
4.1 岩石成因
火成岩可以参照花岗岩类岩石，根据不同的物源特征划分为4种成因类型[14-18]：M型（幔源岩浆）、S型（沉积岩源岩岩浆）、A型（非造山或伸展背景下产生的，一般对源区没有特殊表征）及I型（火成岩源岩岩浆）。
大兴安岭南段东乌旗地区满克头鄂博组火山岩普遍富硅、富碱，贫钙、镁，具有较低的Mg#值（0.13~0.53），相容元素Co和Ni含量分别为2%~7.15%和0.8%~6%，明显区别于原生幔源岩浆的重要识别标志（Mg#=0.65~0.75及相容元素Co、Ni分别介于27×10-6~80×10-6，9×10-6~670×10-6之间）。可以确定该组火山岩不具有与M型花岗岩相似的特征。研究区流纹岩样品的稀土元素总量较高，相对富集Rb、Th、K大离子亲石元素，Nd、Zr、Sm元素适度富集，相对亏损Ba、Nb，强烈亏损Sr、Ba、P、Ti，具有A型花岗岩的特征。虽然A型花岗岩具有相对特殊的地球化学特征，但与高分异I、S型花岗岩依然难以区分。它与高分异I、S型花岗岩的主要区别在于：①满克头鄂博组流纹岩P2O5含量(0.03%~0.07%)较低，Na2O含量（3.16%~4.88%）较高，与S型花岗岩明显不同。火山岩样品的A/CNK值为0.94~1.10，属于准铝质-弱过铝质系列，准铝质-弱过铝质花岗岩质岩浆中磷灰石溶解度很低，演化过程中优先结晶，从而使残余岩浆中P2O5含量越来越低。S型花岗岩浆中磷灰石呈饱和状态而不会优先结晶，其岩浆中P2O5含量不会随SiO2的增加而减少。因此，满克头鄂博组流纹岩不是S型火山岩。②岩石的TFeO/MgO值在1.59~11.76之间，平均值为5.82，明显高于一般I型花岗岩（平均值为2.27）、S型花岗岩（平均值2.38）和M型花岗岩（平均值2.37）。③在A型花岗岩主微量元素判别图（图 7、图 8）中，样品点几乎全部落在A型花岗岩区域。
图 7. 满克头鄂博组流纹岩(Zr+Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO图解Figure 7. (Zr+Nb+Ce+Y)-(Na2O+K2O)/CaO diagram of rhyolites in the Manketou'ebo Formation
图 8. 满克头鄂博组流纹岩SiO2-Zr图解Figure 8. SiO2-Zr diagrams of rhyolites in the Manketou'ebo Formation综合以上证据，笔者认为研究区出露的满克头鄂博组火山岩具有与A型花岗岩相似的特征，应归属于A型火山岩。
葛文春等[19-20]将大兴安岭流纹岩类归为Ⅰ型流纹岩、Ⅱ型流纹岩。Ⅰ型流纹岩稀土元素配分曲线整体右倾，其中不相容元素以强烈富集Rb、T、Ba、K，同时亏损Sr、P、Ti、Nb为特征，与钙碱性系列岩石在主量、微量元素及矿物组成特征方面具有连续演化的趋势，说明Ⅰ型流纹岩的形成与钙碱性系列玄武岩浆的结晶分异作用有关；Ⅱ型流纹岩具有与大陆裂谷流纹岩一致的不相容和稀土元素配分模式，以及Ba、Sr强烈亏损的特征, 与Ⅰ型流纹岩有明显区别。Ⅱ型流纹岩为来源于富集地幔型的碱性系列母岩岩浆底侵莫霍面，使地壳物质发生部分熔融形成。
满克头鄂博组流纹岩具有明显的负Eu异常（δEu=0.08~0.76），强烈亏损Ba、Sr、Nb、P、Ti，与葛文春等划分的Ⅱ型流纹岩特征[19-20]一致。满克头鄂博组流纹岩的Rb/Sr值变化于1.06~6.86之间（平均为4.15），远高于原始地幔（0.03）、富集型洋中脊E-MORB（0.033）和洋岛玄武岩OIB（0.047）的Rb/ Sr值，与壳源岩浆的范围（大于0.5）一致[21]。Nd/Th值为1.44~2.78，平均值为2.18，接近壳源岩石的比值（≈3），表明其具备下地壳火成岩部分熔融产物的特征。岩石基性相容组分Cr、Co、Ni含量较低，以及较低的Mg#值（0.13~0.53，平均值为0.29），反映区内火山岩不具有明显地幔成因特征。Nb、Ti的强烈亏损说明岩浆演化过程中有地壳物质参与，Ti/Zr、Ti/Y值分别为2.41~7.91和13.99~73.17，均在壳源岩浆范围内（Ti/Zr＜20, Ti/Y＜100）。从δEu-(LaYb)N图解（图 9-a）和Ca-Fe-Mg图解（图 9-b）可以看出，满克头鄂博组流纹岩样品均落入壳源区。富集大离子亲石元素、亏损高场强元素等也可以推断岩浆来源于下地壳。
图 9. 满克头鄂博组流纹岩δEu-(La-Yb)N（a）和Ca-Fe-Mg（b）图解Figure 9. δEu-(La-Yb)N (a) and Ca-Fe-Mg(b) diagrams of rhyolites in the Manketou'ebo Formation东乌旗地区满克头鄂博组流纹岩属于高钾钙碱性系列的准铝质-过铝质岩石，一般酸性岩浆不能直接来源于地幔，即地幔橄榄岩的部分熔融不能直接形成流纹岩已被地质学家所公认，其主要来源于下地壳物质的部分熔融或玄武质岩浆的分离结晶。包括研究内的大兴安岭地区广泛分布晚侏罗世酸性火山岩，大面积、大规模的酸性岩浆不可能来自于中、基性岩浆的分异，应为下地壳物质的部分熔融作用形成。这与邵济安等[22]认为大兴安岭中南部火山岩的中酸性岩浆可能起源于下地壳部分熔融的观点吻合。张超等[23]通过Hf同位素对大兴安岭中南段满克头鄂博组流纹岩的物质来源进行了研究，测得εHf（t）值在+4.6~+10.9之间，二阶段模式年龄为501~905Ma，认为岩浆源区来源于早古生代—新元古生代增生的年轻地壳。
研究区满克头鄂博组流纹岩样品均显示出负Eu异常特征，反映岩浆源区可能有斜长石残留或者斜长石的分离结晶作用；Sr、P的负异常表明可能有斜长石和磷灰石的结晶分异作用；Ti的负异常表明可能有钛铁矿的结晶分异作用。满克头鄂博组火山岩具有较高的TFeO/MgO值和分异指数，岩浆源区矿物的残留与后期广泛的分异作用共同造成了研究区酸性火山岩高场强元素的亏损。
综合以上研究，东乌旗地区满克头鄂博组流纹岩岩浆应来源于新生下地壳物质的部分熔融，且在岩浆形成后期可能经历了一次广泛的结晶分异作用。
4.2 构造背景
东乌旗地区满克头鄂博组流纹岩SiO2含量为73.36%~76.71%，Al2O3为11.82%~13.44%，富碱、贫镁钙（Na2O+K2O含量为7.97%~9.08%）；MgO含量为0.17%~0.46%，CaO含量为0.32%~1.06%，具有造山后花岗岩主量元素特征[24]。满克头鄂博组流纹岩为高钾钙碱性系列，Ba、Sr、P、Ti亏损，具有较高的Th含量和高Rb/Ba、Rb/Sr和Zr/Ba值，类似于大陆裂谷玄武岩，可能形成于与裂谷相似的拉张性构造环境，在Y-Nb构造判别图解（图 10-a）中，样品点多数落在火山弧+同碰撞花岗岩区，1个样品落入板内花岗岩区；（Y+Nb）-Rb构造图解（图 10-b）显示，多数样品点落入火山弧区，1个样品落入板内花岗岩区，且均为后碰撞花岗岩区；在R1-R2图解（图 11）中，样品点均落在造山后期花岗岩区域；在SiO2-lgCaO/(Na2O+K2O)图解（图 12）中，样品点均落入扩张伸展环境区域。满克头鄂博组流纹岩为A型火山岩，与张性构造环境密切相关，是伸展构造背景下的产物[25]。综上所述，满克头鄂博组流纹岩应形成于晚侏罗世的造山后伸展构造环境。
图 10. 满克头鄂博组流纹岩Y-Nb（a）和(Y+Nb)-Rb（b）图解Figure 10. Y-Nb (a) and (Y+Nb)-Rb (b) diagrams of rhyolites in the Manketou'ebo Formation
图 11. 满克头鄂博组流纹岩R1-R2图解Figure 11. R1-R2 diagram of rhyolites in the Manketou'ebo Formation
图 12. 满克头鄂博组流纹岩SiO2-lg(CaO/(Na2O+K2O))图解Figure 12. SiO2-lg(CaO/(Na2O+K2O)) diagram of rhyolites in the Manketou'ebo Formation大兴安岭地区在中生代晚期处于大规模的伸展环境已是不争的事实，但对于该伸展环境形成机制存在不同的观点，主要有3种观点：①与古太平洋板块的俯冲作用有关[26-27]；②与地幔柱活动或相关板内作用有关[4, 19]；③与蒙古-鄂霍茨克洋闭合碰撞造山后的伸展作用有关[28-29]。地幔柱模式是基于大兴安岭及邻区晚古生代—晚中生代火山岩呈现环状分布的特征提出的[30]。大兴安岭火山岩带呈NE向带状分布，不具环状分布特征，并且大兴安岭北段和南段的火山岩形成时间不同，具有较大的时代范围，所以古太平洋板块的俯冲对本区岩浆活动影响有限。
蒙古-鄂霍茨克构造带主要分布在北纬46°~ 58°、东经96°~130°之间，总体呈NE—SW走向，造成东亚地区强烈构造变形网，研究区位于蒙古-鄂霍茨克构造带作用范围。近年来对蒙古-鄂霍茨克洋的研究不断深入，对其演化过程及其对中国东北地区中生代的影响研究取得了很大的进展。晚古生代末蒙古-鄂霍茨克洋局部发生俯冲，晚三叠世开始自西向东呈剪刀式闭合[31-32]。许文良等[33-34]通过系统的理论研究，将蒙古-鄂霍茨克洋在额尔古纳地块西部闭合时间限定为168Ma，而研究区满克头鄂博组流纹岩形成时间为150.9±4.2Ma。大兴安岭地区中生代火山岩自西向东显示逐渐变新的趋势，与蒙古-鄂霍茨克洋闭合特征相符；同时研究区位于额尔古纳板块西南部西伯利亚板块南缘，在时间与空间上均支持满克头鄂博组流纹岩与蒙古-鄂霍茨克洋造山后作用有关。同时，东乌旗的阿尔哈达地区发育的A型花岗岩[35]及研究区碱长花岗岩[36]也证实本区为造山后的伸展环境。由此认为，满克头鄂博组流纹岩主要形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合碰撞造山后的伸展环境。
5. 结论
（1）大兴安岭南段东乌旗地区满克头鄂博组流纹岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为150.9±4.2Ma，形成时代为晚侏罗世。
（2）东乌旗地区满克头鄂博组流纹岩属于高钾钙碱性岩石系列，轻、重稀土元素分馏明显，具有明显的负Eu异常。富集大离子亲石元素Rb、U、Th，亏损Sr、Nb、Ti、P；基性相容元素Cr、Co、Ni含量和Mg#值较低，表明岩浆可能来源于下地壳岩石的部分熔融。
（3）满克头鄂博组流纹岩具有与A型花岗岩相似的地球化学特征，应形成于晚侏罗世的造山后伸展构造环境，其形成的动力学机制为蒙古-鄂霍茨克洋闭合造山后岩石圈伸展作用。
致谢
感谢项目组全体成员的辛勤付出，感谢审稿专家对本文提出的宝贵意见。
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表 1 满克头鄂博组流纹岩（TW3616-1）LA-ICP-MS锆石U-Th-Pb测年结果
Table 1. LA-ICP-MS zircon U-Th-Pb analyses of rhyolite(TW3616-1)in the Manketou'ebo Formation
点号 206Pbc/% 含量/10-6 232Th/238U 207Pb*/206Pb 207Pb*/235U 206Pb*/238U 206Pb/238U
年龄/Ma207Pb/206Pb
年龄/MaU Th 206Pb* 比值 ±% 比值 ±% 比值 ±% 1.1 8.01 77 54 1.75 0.73 0.078 24 0.262 24 0.02454 2.9 156.3±4.4 1, 136±480 2.1 2.96 291 110 11.6 0.39 0.054 19 0.336 19 0.04518 2.1 284.9±6.0 369±420 3.1 6.05 53 33 2.46 0.63 0.073 27 0.50 27 0.0503 2.9 316.4±9.0 1, 006±540 4.1 0.89 2658 1606 53.9 0.62 0.0473 3.6 0.153 3.6 0.02339 0.46 149.01±0.7 64± 86 5.1 2.30 526 261 10.6 0.51 0.0489 11 0.155 11 0.02294 1.1 146.2±1.5 143±270 6.1 1.22 1697 688 34.5 0.42 0.0467 5.8 0.151 5.8 0.02339 0.73 149.0±1.1 34±140 7.1 1.20 490 342 22.8 0.72 0.0546 9.6 0.403 9.7 0.05353 0.83 336.2±2.7 397±220 8.1 0.57 2349 1010 51.0 0.44 0.0498 2.6 0.173 3.1 0.02512 1.6 159.9±2.5 187± 61 9.1 1.23 771 358 35.6 0.48 0.0515 4.8 0.378 4.8 0.05316 0.72 333.9±2.3 264±110 10.1 1.86 1122 409 24.0 0.38 0.0491 11 0.165 11 0.02442 1.1 155.5±1.7 153±260 11.1 9.95 90 51 2.03 0.59 0.129 19 0.420 19 0.02370 3.4 151.0±5.1 2, 078±340 12.1 0.20 1538 589 32.6 0.40 0.0583 2.6 0.198 2.6 0.02461 0.57 156.75±0.9 542± 56 13.1 3.15 212 97 3.91 0.47 0.0596 15 0.171 15 0.02077 1.9 132.5±2.4 589±320 注：206Pbc和206Pb*分别表示普通Pb和放射性成因Pb；普通Pb根据实测204Pb进行矫正，误差为1σ
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表 2 满克头鄂博组流纹岩主量、微量和稀土元素组成及化学参数
Table 2. Major elements, trace elements and REE composition and chemical parameters of rhyolites in the Manketou'ebo Formation
样号 GS780# GS781# GS782# GS3616 GS3183 PM6XT9 SiO2 75.4 75.92 73.36 76.71 75.34 75.51 TiO2 0.23 0.25 0.3 0.11 0.04 0.17 Al2O3 11.82 12.12 13.44 12.18 12.74 12.01 Fe2O3 0.98 0.68 2.01 0.63 0.88 1.64 FeO 0.31 0.12 0.19 0.65 0.23 0.22 MnO 0.016 0.012 0.022 0.04 0.04 0.02 MgO 0.34 0.46 0.17 0.21 0.27 0.2 CaO 0.32 0.32 0.48 0.36 0.46 0.82 Na2O 3.88 3.52 3.79 3.66 3.6 3.16 K2O 5.2 4.83 4.75 5.04 5.47 4.81 P2O5 0.05 0.03 0.07 0.03 0.04 0.04 烧失量 1.12 1.12 0.88 1.28 1.04 0.57 总计 99.67 99.38 99.46 100.9 100.15 99.17 K2O/Na2O 1.34 1.37 1.25 1.38 1.52 1.52 TFeO/MgO 3.51 1.59 11.76 5.79 3.78 8.48 A/CNK 0.94 1.04 1.1 0.99 1 1.01 Mg# 0.34 0.53 0.13 0.24 0.32 0.17 σ 2.53 2.11 2.39 2.09 2.21 1.95 DI 96.26 95.69 93.49 96 95.71 93.15 La 42.9 37.5 36.5 24.9 19.7 60.3 Ce 88.5 79.1 66.2 40 38 131.4 Pr 11.3 9.05 7.73 5.86 5.02 17.1 Nd 44.2 33.7 27.1 19 18.4 60.4 Sm 9.23 6.57 4.78 3.08 3.63 11.3 Eu 0.54 0.56 1.15 0.49 0.5 0.28 Gd 7.61 5.45 4.28 2.63 3.2 9.4 Tb 1.2 0.84 0.71 0.41 0.5 1.58 Dy 6.52 4.76 4.13 2.34 2.7 8.4 Ho 1.24 0.94 0.85 0.45 0.49 1.51 Er 3.8 2.69 2.63 1.33 1.45 4.45 Tm 0.62 0.48 0.48 0.23 0.23 0.69 Yb 3.93 3.08 3.17 1.5 1.46 4.4 Lu 0.67 0.53 0.56 0.24 0.23 0.6 Y 34.5 26.1 24.6 14.4 14.3 43.4 Cr 6.13 5.94 4.35 2.4 7 7.4 Ba 85 87 916 512 542.9 147 Nb 18.4 19 15.5 8.5 11 21.4 Rb 199 192 127 112 131.7 230.1 Sr 29 28 120 86 100.3 30.7 Co 5.2 4.4 5.3 0.8 4.3 6 Th 15.88 16.14 13.04 7.9 12.8 26.7 Zr 177 194 232 89 83.1 255 Ni 5.6 4.6 3.9 2 7.1 3.4 Ti 1380 1500 1800 660 240 1020 ∑REE 222.26 185.25 160.27 102.46 95.51 311.81 LREE 196.67 166.48 143.46 93.33 85.25 280.78 HREE 25.59 18.77 16.81 9.13 10.26 31.03 LR/HR 7.69 8.87 8.53 10.22 8.31 9.05 δEu 0.19 0.28 0.76 0.51 0.44 0.08 (La/Sm)N 2.26 2.92 3.59 4.8 5.09 3.41 (La/Yb)N 7.36 8.21 7.76 11.19 9.1 9.24 (Ce/Yb)N 4.29 5.82 6.64 5.4 6.9 6.73 注：主量元素测试单位为天津地质矿产研究所, 微量和稀土元素测试单位为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。主量元素含量单位为%，微量和稀土元素含量单位为10-6
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图(12)
表(2)
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