内蒙古东乌旗火山岩的地球化学特征：岩石成因及构造意义

内蒙古东乌旗火山岩的地球化学特征：岩石成因及构造意义

刘晶晶,崔子豪

河北地质大学  河北省石家庄市050030

摘 要

东乌旗地区位于内蒙古中部-中亚造山带东南段，中亚造山带是最大的显生宙增生造山带，其构造演化一直受到众多研究者的关注。以东乌旗地区晚石炭世花岗岩、早石炭世辉长岩以及早白垩世流纹岩为例，分别对岩石样品全岩主微量元素研究。晚石炭世花岗岩属于高钾钙碱性系列，具有高SiO2（73.22-77.36%），低MgO（0.07-0.49%），轻稀土富集、Nb、Ta、Eu等耗尽的特征，表明它们源于幼弧相关基性岩到下地壳中层岩的部分熔融以及岩浆演化过程中的分布结晶；早石炭世辉长岩SiO2含量范围为45.53-46.84%，MgO含量范围为8.58-10.64 %，具有相对较高的Al2O3（15.19-17.05%）和CaO（16.94-19.54%）含量，总稀土含量较低，轻稀土元素耗尽、正Eu异常，表明其与岛弧成因岩石相似；早白垩世流纹岩SiO2（76.02-77.87%）含量高、MgO（0.68-1.03%）和CaO（1.15-4.53%）含量低，稀土含量高，负Eu异常，表明源区岩浆分离结晶过程中斜长石大量结晶或斜长石结晶作用残留。

1、引言及地质背景

东乌旗地区位于大兴安岭中南部，位于古亚洲洋构造域和环太平洋构造域的叠加地带，同时受两大构造域的影响，晚古生代位于华北陆块与西伯利亚陆块之间的兴蒙造山带、二连浩特-贺根山缝合带的东部（Xiao et.2015）；中生代位于滨太平洋构造域大兴安岭构造-岩浆带、扎兰屯-赤峰火山-岩浆岩带。

近年来，很多学者对大兴安岭不同年代地层火山岩开展大量的研究工作，大多都会选择通过火山岩岩石地球化学特征的研究判断岩石成因及大地构造背景，所以，该研究方法已经成为对岩石成因、构造演化及火山机构特征等最普遍且应用最为广泛的方法手段。以三个不同年代岩石为例，运用地球化学方法对其进行研究论述，从而得出相应结论。通过对东乌旗地区火山岩岩石成因及构造演化进行探讨和研究能够为中亚造山带的构造演化、火山机构特征以及矿化和火山机构的关系提供相关依据。

2、地球化学特征分析

以东乌旗地区晚石炭世花岗岩、早石炭世辉长岩及早白垩世流纹岩为例，通过岩石地球化学特征分析，得出岩石样品的主量元素和微量元素含量，将主微量元素的含量特征与各标准模式图或数据对比分析，每个年代的岩石样品主量元素分析采用 X 射线荧光光谱法（XRF），微量元素通过电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）的方法分析获得。

2.1晚石炭世花岗岩

所有碱性长石花岗岩样品均为富含SiO2的高钾钙碱性火山岩，SiO2含量位于73.22-77.36 %的区间范围，总K2O+Na2O的含量范围为8.02-9.03 %。样品中TiO2（0.07-0.33 %）、Fe2O3总量（0.45-1.89 %）、MgO（0.07-0.49 %）、CaO（0.14-0.60 %）以及P2O5（0.01-0.08%）含量都比较低。由于其A/CNK（Al2O3/[CaO+Na2O+K2O]的比值）和Al2O3值分别为0.98-1.14和12.07-14.07 %，因此被归类为弱过铝质花岗岩（Tian et.2018）。

球粒陨石标准化稀土配分模式图（图1）始终显示轻稀土元素（LREE）轻微亏损或相对富集，以及显著的负Eu异常，（La/Yb）N和Eu/Eu*比值分别为0.60-6.82和0.04-0.60。在原生地幔标准化蜘蛛图（图1）中，所有样品均显示出负Ba、Nb、Ta、Sr和Eu异常，并且它们都富含Rb、Th、U、Zr、Hf和LREE（例如La、Ce、Pr和Nd），表明它们源于幼弧相关基性岩到下地壳中层岩的部分熔融以及岩浆演化过程中的分布结晶。

图1（据Tian et al.，2018）

2.2早石炭世辉长岩

辉长岩样品的SiO2含量范围为45.53-46.84%，MgO含量范围在8.58-10.64 %区间，Mg#值范围为71.02-80.03。具有较高的Al2O3（15.19-17.05  %）和CaO（16.94-19.54 %）含量，但Fe2O3T（FeO+Fe2O3，4.82-7.26%）、TiO2（0.14-0.31%）、MnO（0.13-0.15%）和P2O5（0.03-0.08%）含量均较低。

辉长岩样品的总稀土含量相对较低（4.65 - 9.54 ppm）， 总 LREE 含量（∑LREE， 1.76 - 4.01 ppm）低于 HREE 含量（∑HREE， 2.79 -5.53 ppm）。 球粒陨石标准化稀土配分模式图显示 LREE 耗尽（（La/Yb）N = 0.15-0.41）类似于 N-MORB，以及正 Eu 异常（δEu=1.33-2.06）（图 2c）

在标准化蜘蛛图（图2d）中，辉长岩显示正Sr、Eu和Pb异常以及负Zr和Nb异常，与N-MORB不同，但与岛弧成因的岩石相似。与La和Th相关的Pb富集和Nb亏损表明岩浆成因与大陆地壳或弧物质有关（Li et.2018）。

图2（据Li et al.，2018）

2.3早白垩世流纹岩

流纹岩样品具有较高的SiO2含量（76.02-77.87%），K2O含量范围位于4.46-4.8%区间，全碱含量较高（K2O+Na2O含量为8.02-8.46%），样品中TiO2（0.05-0.06 %）、MgO（0.07-0.15 %）、CaO（0.43-0.96 %）以及P2O5（0.02-0.03%）含量都比较低，Al2O3的含量较低，在11.55-12.71%区间范围内，A/CNK（Al2O3/[CaO+Na2O+K2O]的比值）在0.96-1.06之间，属于准铝质弱-弱过铝质岩石（董培培等.2020）。

流纹岩稀土元素含量较高，球粒陨石标准化稀土配分曲线显示：轻稀土富集右倾，轻重稀土分馏较明显，（La/Yb）N = 6.10-9.15， Eu负异常明显（δEu=0.20-0.29）说明源区岩浆分离结晶过程中斜长石大量晶出或存在斜长石结晶作用残留。原始地幔标准化蜘蛛图显示了大离子亲石元素（LILE）Rb、K和Th、U富集明显，并具有明显的高场强元素（HFSE）Ti、Nb、Ta和Sr、P亏损的特征。

对岩石样品进行主量元素、微量元素以及稀土元素等地球化学特征分析，从而得出有关岩石成因及构造演化的结论，当下，通过岩石地球化学特征进行地质学相关研究的方法已经成为了众多学者广泛应用的方法和手段，在岩石地球化学方法的应用过程中，我认为不仅要掌握方法技巧，同时也要熟悉主微量元素以及稀土元素不同标准对应的相关地质因素和根据所获得的数据进行绘图及正确的图件描述，从而结合前人的研究和地质事件进行自己研究区域的结论阐述。

我们在今后的研究过程中要在依靠该方法的基础上，结合地质基础、火山喷发韵律、火山机构特征以及剖面实测进行火山岩地层特征、岩石组合、形成年代以及构造演化的研究。

3、结论

1、根据地球化学特征分析，东乌旗地区晚石炭世花岗岩主要源于幼弧相关基性岩到下地壳中层岩的部分熔融以及岩浆演化过程中的分布结晶；

2、早石炭世辉长岩岩浆成因与大陆地壳或弧物质有关；

3、东乌旗地区早白垩世流纹岩源区岩浆分离结晶过程中斜长石大量晶出或存在斜长石结晶作用残留；

4、通过对岩石的主量元素、微量元素以及稀土元素等岩石地球化学特征进行测试分析是对岩石成因及构造演化提供依据的重要方法。

参考文献

[1]董培培,李英杰,王根厚,辛后田,王金芳,李红阳.内蒙古高尧乌拉白音高老组地质及年代学特征[J].地质力学学报,2021,27(01):135-152.

[6]杨学明，林文通等.岩石地球化学（译）.中国科学技术大学,2000.