东北新生代高镁安山岩的成因

Cenozoic andesitic rocks are recently discovered in Northeast China, covering an area of 3700 square kilometers. Theses rocks are mainly distributed in two places, the Wuchagou area in the Greater Khingan Range and the Xunke area in the Lesser Khingan Range. Although these rocks were generated in intra-plate setting, they show similar geochemical signatures with those of arc high-Mg andesites, e.g. high silicon and magnesium contents, enrichment in large ion lithophile elements and depletion of high field strength elements. Therefore, these unusual intraplate high-Mg andesites, as well as alkaline basalts (both sodic and potassic) and tholeiites, should be regarded as major members of the Cenozoic volcanic rocks in Northeast China. Through whole-rock elemental geochemistry, radiogenic Sr-Nd-Hf-Pb isotopes, stable Mg isotopes, mineral chemistry, K-Ar and Ar-Ar dating, we attempt to understand the temporal and spatial distribution, and the genesis of these high-Mg andesites in Northeast China. Moreover, to further understand the mantle dynamics of Cenozoic magmatism in Northeast China, the genetic link between these high-Mg andesites and the basalts will be investigated.

在大兴安岭的五岔沟地区以及小兴安岭的逊克地区近年来发现了总分布面积达3700平方公里的新生代安山质火山岩。这些火山岩虽然产于大陆板内背景，但是其元素地球化学特征与岛弧高镁安山岩一样，具有高硅高镁，并富集大离子亲石元素，亏损高场强元素等特征，属于罕见的板内高镁安山岩。这些高镁安山岩与碱性玄武岩（钠质和钾质）、拉斑玄武岩共同构成我国东北新生代火山岩家族。通过对这些高镁安山岩系统的野外考察、全岩元素地球化学、Sr-Nd-Pb-Hf放射性成因同位素、Mg稳定同位素和矿物化学分析，结合K-Ar、Ar-Ar年代学分析，了解东北新生代高镁安山岩的时空分布规律及其成因。并探讨这些板内高镁安山岩与该区新生代玄武岩的成因联系，以进一步了解东北新生代岩浆作用的地幔深部背景。

高镁安山岩通常形成于汇聚的板块边界，并且大都与年轻的、热的洋壳或者洋脊的俯冲作用有关，然而有关板内高镁安山岩的报道和研究还相对较少。本项目对大兴安岭的五岔沟地区和小兴安岭的逊克地区的高镁安山岩进行了高精度的K-Ar定年，全岩元素和同位素地球化学以及矿物化学分析，探讨了东北新生代板内高镁安山岩的成因。火山岩基质的K-Ar法定年结果显示小兴安岭逊克高镁安山岩形成于更新世（1.12~0.25Ma），而大兴安岭五岔沟组高镁安山岩形成于中新世（10.5~8Ma）。与实验熔体相比，东北新生代高镁安山岩的成分大致与榴辉岩来源的熔体相吻合，但具有相对偏高的MgO含量，推断其可能是地幔中再循环的地壳物质（榴辉岩）来源的熔体，在上升过程中可能与地幔橄榄岩发生了反应。根据全岩及矿物化学的研究，我们计算高镁安山质岩浆的温度可达1130~1160 ± 15-50℃以上，并且熔体贫挥发分（未脱气熔体的CO2和H2O含量分别为2400~3100 ± 500 ppm、0.5~0.6 ± 1.1 wt.%）且相对氧化（FMQ-FMQ+1.3 ± 1.0）。由此推断，东北新生代的高镁安山岩是在相对氧化的条件下（FMQ-1.0到FMQ），由贫H2O和CO2的榴辉岩部分熔融形成的。