Petrogenesis and Tectonic Implication of Volcanic Rocks from Manitu Formation in the Western Great Xing’an Range

Abstract

Abstract:

Different tectonic settings have been proposed for the Mesozoic volcanic rocks in northeast China, including the mantle plume, subduction of the Pacific Ocean and post-collisional extension associated with the closure of the Mongol-Okhotsk ocean. In this paper, we carried out geochemical studies on the andesite-dacite-rhyolite in Manitu Formation of the western Great Xing’an Range (NE China). Samples show variable major and trace element compositions with SiO₂=56.71%-71.85%, Na₂O+K₂O=5.92%-10.18%, Na₂O/K₂O=0.78-1.33,Mg^#=30.6-56.4. Chondrite and primitive mantle normalized REE patterns and spidergrams show significant Nb, Ta, Ti, Sr and Eu negative anomalies (Nb^*=0.17-0.71, Sr^*=0.24-1.15, Eu^*=0.49-0.77) and high total REEs contents. These results suggest that the source magmas of the Manitu volcanic rocks were derived from a preexistent juvenile crust and a subordinate recycled crustal component. A fractional assemblage of hornblende+plagioclase+K-feldspar+apatite+titanomagnetite was responsible for the systematic elements variations from the andesite to rhyolite. This interpretation is consistent with the tectonic model that the Manitu volcanic rocks were generated in an arc/back-arc tectonic setting in response to the Pacific Ocean subduction.

Key words: Great Xing’an Range, Manitu Formation, volcanic rock, subduction of the Pacific Ocean, calc-alkaline rock

CLC Number:

P588.13

LI Yinglei, XU Guo, LIU Huichuan, BAI Lingqi, SU Yinchun, LIU Xiaonü. Petrogenesis and Tectonic Implication of Volcanic Rocks from Manitu Formation in the Western Great Xing’an Range[J]. Geoscience, 2017, 31(04): 683-696.

Figures/Tables 14

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时代	旋回	地层单元	喷发特征	火山喷发产物
早白垩世	梅勒图旋回	梅勒图组(K₁m)	中基性火山熔岩喷溢	气孔杏仁状玄武岩、安山玄武岩
	白音高老旋回	白音高老组(K₁b)	酸性岩浆爆发	流纹岩、流纹质含角砾熔岩、流纹质含角砾凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩
	玛尼吐旋回	玛尼吐组(K₁mn?)	中性岩浆间歇性喷溢	粗面岩、英安岩、粗安岩、熔结含角砾晶屑凝灰岩、安山质晶屑凝灰岩等
晚侏罗世	满克头鄂博旋回	满克头鄂博组 (J₃mk)	酸性火山爆发为主,少量熔岩喷溢	石泡、球粒流纹岩、流纹质火山角砾、集块岩、角砾凝灰岩、流纹质熔结角砾凝灰岩、沉凝灰岩、流纹岩等
中侏罗世	塔木兰沟旋回	塔木兰沟组(J₂tm)	中基性火山熔岩喷溢	杏仁状玄武岩、玄武安山岩、安山岩、玄武质角砾熔岩、安山质凝灰角砾熔岩

时代	旋回	地层单元	喷发特征	火山喷发产物
早白垩世	梅勒图旋回	梅勒图组(K₁m)	中基性火山熔岩喷溢	气孔杏仁状玄武岩、安山玄武岩
	白音高老旋回	白音高老组(K₁b)	酸性岩浆爆发	流纹岩、流纹质含角砾熔岩、流纹质含角砾凝灰岩、流纹质熔结凝灰岩
	玛尼吐旋回	玛尼吐组(K₁mn?)	中性岩浆间歇性喷溢	粗面岩、英安岩、粗安岩、熔结含角砾晶屑凝灰岩、安山质晶屑凝灰岩等
晚侏罗世	满克头鄂博旋回	满克头鄂博组 (J₃mk)	酸性火山爆发为主,少量熔岩喷溢	石泡、球粒流纹岩、流纹质火山角砾、集块岩、角砾凝灰岩、流纹质熔结角砾凝灰岩、沉凝灰岩、流纹岩等
中侏罗世	塔木兰沟旋回	塔木兰沟组(J₂tm)	中基性火山熔岩喷溢	杏仁状玄武岩、玄武安山岩、安山岩、玄武质角砾熔岩、安山质凝灰角砾熔岩

样号	岩性	时代	特征描述
GS7802	深灰色粗安岩	J₃mn	深灰色粗安岩,斑状结构,块状-似层状构造;斑晶成分为斜长石,长板状-不规则粒状,粒径0.5~2.0 mm,含量10%~20%,基质隐晶结构,岩石见弱褐铁矿化蚀变
GS7057	浅砖红色粗面岩	J₃mn	浅砖红色,斑状结构,块状构造;斑晶成分为灰白色-浅灰红色长石,厚板状-宽板状,见阶梯状解理断口,粒径大小在1.0~6.0 mm之间,弱绿帘石化蚀变,斑晶成分30%。基质隐晶质。弱褐铁矿化
GS06	粗安岩	J₃mn	灰色,具斑状结构,块状构造,斑晶斜长石,自形-半自形板状,粒径多在1~2 mm,多已高岭土化、绿泥石化,含量20%左右,基质为隐晶质,斑晶无定向性,杂乱分布,因长石斑晶脱落,形成晶洞,岩石表面较粗糙
GS14	灰紫色粗安岩	J₃mn	灰紫色,粗面结构,块状构造,矿物成分主要包括钾长石、斜长石、角闪石及部分辉石。斑晶主要由斜长石、钾长石组成,呈短柱状,宽板状,大小2~3 mm,含量20%;基质呈紫红色,矿物成分主要为斜长石,钾长石以及角闪石和少量辉石,钾长石含量约占长石总量30%。岩石节理发育,呈薄板状,厚度约3 cm
GS19	灰红色粗面岩	J₃mn	灰红色,斑状结构或粗面结构,块状构造,矿物成分主要包括钾长石、斜长石、角闪石及部分辉石。斑晶主要由斜长石、钾长石组成,呈短柱状,宽板状,大小2~3 mm,含量20%;基质为斜长石、钾长石,钾长石含量约占长石总量30%。岩石节理发育,呈薄板状,厚度约3 cm
GS7912	灰色辉石安山岩	J₃mn	灰色辉石安山岩,斑状结构,块状构造;斑晶由斜长石和辉石组成,斜长石呈长条状-集合体粒状,见弱绿帘石化蚀变;辉石,灰褐色,半自形粒状;粒径大小在1.0~5.0 mm之间,斑晶含量占10%~15%,基质由深灰色隐晶质组成,含量约占85%
GS7838	灰黑色粗安岩	J₃mn	粗安岩,斑状结构,块状构造。斑晶成分为斜长石,宽板状,见阶梯状断口,粒径大小1.0~4.0 mm,以2.0~3.0 mm为主,见弱绿帘石化蚀变;基质隐晶质结构,弱绿泥石化。斑晶15%,基质85%
GS7282	粗面安山岩	J₃mn	灰黑色片理化粗面安山岩,风化面灰褐红-灰黑色,新鲜面灰黑色,斑状结构,基质隐晶质结构,块状构造。斑晶:斜长石呈灰白-微绿色,粒径0.5~2 mm,半自形长板状,含量约17%;透长石,无色透明,半自形板条状,个别星点状,粒径0.2~1.2 mm居多,含量10%。基质由灰黑色隐晶质组成,含量约73%
GS7864	灰绿色粗安岩	J₃mn	灰绿色辉石粗安岩,斑状结构,基质间碱结构,块状构造。斑晶斜长石半自形板状,熔蚀麻点状,1~2 mm;钾长石半自形板状,弱泥化,0.5~1 mm;辉石半自形短柱状,1 mm。基质斜长石微晶定向,微晶间分布隐晶质钾长石,少量微晶辉石。斑晶:斜长石15%,钾长石5%,辉石5%。基质:斜长石微晶40%,隐晶质钾长石30%,辉石微晶少量,绿鳞石5%
GS7863	黑云母粗安岩	J₃mn	黑云母粗安岩,斑状结构,基质间碱结构,块状构造。斑晶斜长石半自形板状,熔蚀麻点状,弱绢云母化2~4 mm;钾长石半自形板状,弱泥化0.5~1 mm;黑云母片状,弱绿泥石化0.5~1 mm。基质斜长石微晶定向,微晶间冲突隐晶质钾长石及尘点状磁铁矿,黑云母少量。斑晶:斜长石20%,钾长石5%,黑云母5%
GS6771	粗安岩	J₃mn	风化面灰褐色,新鲜面深灰绿色,具斑状结构,块状构造,斑晶斜长石,自形-半自形板条状,粒径一般在1~3 mm,个别大者达5 mm,含量30%~35%,普遍泥化、绿泥石化,颗粒表面变污浊;基质为隐晶质,斑晶无定向性,岩石表面较粗糙,见弱褐铁矿化
GS6922	紫红色粗安岩	J₃mn	紫红色粗安岩,斑状结构,块状构造;斑晶长板状-宽板状,由斜长石组成,粒径大小1.0~5.0 mm,普遍绿泥石化;基质由紫红色隐晶质组成,此外见黑色团块状暗色物质;斑晶含量约占20%,基质约占80%
GS20	粗安岩	J₃mn	风化面灰褐色,新鲜面深灰绿色,具斑状结构,块状构造,斑晶斜长石,自形-半自形板条状,粒径一般在1~5 mm,含量20%~25%,普遍泥化、绿泥石化,颗粒表面变污浊,基质为隐晶质,斑晶无定向性,岩石表面较粗糙

样号	岩性	时代	特征描述
GS7802	深灰色粗安岩	J₃mn	深灰色粗安岩,斑状结构,块状-似层状构造;斑晶成分为斜长石,长板状-不规则粒状,粒径0.5~2.0 mm,含量10%~20%,基质隐晶结构,岩石见弱褐铁矿化蚀变
GS7057	浅砖红色粗面岩	J₃mn	浅砖红色,斑状结构,块状构造;斑晶成分为灰白色-浅灰红色长石,厚板状-宽板状,见阶梯状解理断口,粒径大小在1.0~6.0 mm之间,弱绿帘石化蚀变,斑晶成分30%。基质隐晶质。弱褐铁矿化
GS06	粗安岩	J₃mn	灰色,具斑状结构,块状构造,斑晶斜长石,自形-半自形板状,粒径多在1~2 mm,多已高岭土化、绿泥石化,含量20%左右,基质为隐晶质,斑晶无定向性,杂乱分布,因长石斑晶脱落,形成晶洞,岩石表面较粗糙
GS14	灰紫色粗安岩	J₃mn	灰紫色,粗面结构,块状构造,矿物成分主要包括钾长石、斜长石、角闪石及部分辉石。斑晶主要由斜长石、钾长石组成,呈短柱状,宽板状,大小2~3 mm,含量20%;基质呈紫红色,矿物成分主要为斜长石,钾长石以及角闪石和少量辉石,钾长石含量约占长石总量30%。岩石节理发育,呈薄板状,厚度约3 cm
GS19	灰红色粗面岩	J₃mn	灰红色,斑状结构或粗面结构,块状构造,矿物成分主要包括钾长石、斜长石、角闪石及部分辉石。斑晶主要由斜长石、钾长石组成,呈短柱状,宽板状,大小2~3 mm,含量20%;基质为斜长石、钾长石,钾长石含量约占长石总量30%。岩石节理发育,呈薄板状,厚度约3 cm
GS7912	灰色辉石安山岩	J₃mn	灰色辉石安山岩,斑状结构,块状构造;斑晶由斜长石和辉石组成,斜长石呈长条状-集合体粒状,见弱绿帘石化蚀变;辉石,灰褐色,半自形粒状;粒径大小在1.0~5.0 mm之间,斑晶含量占10%~15%,基质由深灰色隐晶质组成,含量约占85%
GS7838	灰黑色粗安岩	J₃mn	粗安岩,斑状结构,块状构造。斑晶成分为斜长石,宽板状,见阶梯状断口,粒径大小1.0~4.0 mm,以2.0~3.0 mm为主,见弱绿帘石化蚀变;基质隐晶质结构,弱绿泥石化。斑晶15%,基质85%
GS7282	粗面安山岩	J₃mn	灰黑色片理化粗面安山岩,风化面灰褐红-灰黑色,新鲜面灰黑色,斑状结构,基质隐晶质结构,块状构造。斑晶:斜长石呈灰白-微绿色,粒径0.5~2 mm,半自形长板状,含量约17%;透长石,无色透明,半自形板条状,个别星点状,粒径0.2~1.2 mm居多,含量10%。基质由灰黑色隐晶质组成,含量约73%
GS7864	灰绿色粗安岩	J₃mn	灰绿色辉石粗安岩,斑状结构,基质间碱结构,块状构造。斑晶斜长石半自形板状,熔蚀麻点状,1~2 mm;钾长石半自形板状,弱泥化,0.5~1 mm;辉石半自形短柱状,1 mm。基质斜长石微晶定向,微晶间分布隐晶质钾长石,少量微晶辉石。斑晶:斜长石15%,钾长石5%,辉石5%。基质:斜长石微晶40%,隐晶质钾长石30%,辉石微晶少量,绿鳞石5%
GS7863	黑云母粗安岩	J₃mn	黑云母粗安岩,斑状结构,基质间碱结构,块状构造。斑晶斜长石半自形板状,熔蚀麻点状,弱绢云母化2~4 mm;钾长石半自形板状,弱泥化0.5~1 mm;黑云母片状,弱绿泥石化0.5~1 mm。基质斜长石微晶定向,微晶间冲突隐晶质钾长石及尘点状磁铁矿,黑云母少量。斑晶:斜长石20%,钾长石5%,黑云母5%
GS6771	粗安岩	J₃mn	风化面灰褐色,新鲜面深灰绿色,具斑状结构,块状构造,斑晶斜长石,自形-半自形板条状,粒径一般在1~3 mm,个别大者达5 mm,含量30%~35%,普遍泥化、绿泥石化,颗粒表面变污浊;基质为隐晶质,斑晶无定向性,岩石表面较粗糙,见弱褐铁矿化
GS6922	紫红色粗安岩	J₃mn	紫红色粗安岩,斑状结构,块状构造;斑晶长板状-宽板状,由斜长石组成,粒径大小1.0~5.0 mm,普遍绿泥石化;基质由紫红色隐晶质组成,此外见黑色团块状暗色物质;斑晶含量约占20%,基质约占80%
GS20	粗安岩	J₃mn	风化面灰褐色,新鲜面深灰绿色,具斑状结构,块状构造,斑晶斜长石,自形-半自形板条状,粒径一般在1~5 mm,含量20%~25%,普遍泥化、绿泥石化,颗粒表面变污浊,基质为隐晶质,斑晶无定向性,岩石表面较粗糙

样号	SiO₂		Al₂O₃		Fe₂O₃	CaO		MgO		K₂O	Na₂O		TiO₂	P₂O₅		MnO		烧失量	总量		Cr		Ni	Co		Li		Rb	Cs		Sr
GS7838	56.71		16.24		7.88	5.87		3.43		2.60	3.87		1.57	0.620		0.100		1.11	100.00		95.00		38.40	22.60		13.8		75.6	1.54		761.0
GS6922	60.98		15.75		6.06	4.19		2.60		3.57	3.65		1.03	0.320		0.090		1.76	100.00		43.20		26.20	15.60		22.0		134.0	3.52		580.0
GS7802	62.43		16.22		5.31	3.42		1.53		3.73	4.23		1.18	0.370		0.070		1.51	100.00		9.55		8.72	9.52		17.8		90.9	2.58		452.0
GS7863	68.52		14.54		2.02	1.36		0.45		5.72	3.38		0.46	0.074		0.040		3.43	100.00		5.13		4.73	2.49		10.1		231.0	7.30		226.0
GS7864	62.32		16.66		5.00	3.65		0.91		4.13	3.96		1.01	0.340		0.050		1.97	100.00		49.10		23.20	13.60		17.6		133.0	4.58		555.0
GS7912	58.02		16.62		7.02	5.64		3.42		2.54	3.97		1.18	0.400		0.120		1.07	100.00		87.30		40.80	22.40		13.8		76.5	1.66		749.0
GS7057	68.6		15.77		2.58	0.67		0.74		4.64	4.22		0.58	0.150		0.060		1.99	100.00		8.58		9.45	3.49		25.7		146.0	6.46		255.0
GS14	66.96		16.70		2.77	2.14		0.68		4.80	4.39		0.58	0.120		0.050		0.83	100.02		12.00		7.76	3.80		21.5		180.0	6.43		445.0
GS19	66.53		16.26		3.17	1.25		0.94		4.61	4.46		0.65	0.160		0.070		1.89	99.99		10.40		7.82	4.08		21.7		139.0	8.24		330.0
GS6771	62.40		16.08		5.91	3.15		1.01		4.47	3.80		1.02	0.320		0.070		1.79	100.02		39.70		23.00	12.20		29.3		163.0	3.60		549.0
TK08GS20	71.85		13.76		2.24	0.39		0.18		5.58	4.40		0.55	0.054		0.040		0.95	99.99		5.52		2.91	0.68		13.4		114.0	5.43		52.2
GS7282	64.08		16.12		8.37	3.32		0.87		4.38	4.11		1.00	0.310		0.082		0.84	103.482		42.50		22.40	11.50		23.3		152.0	3.83		546.0
样号		Ba		V			Sc		Ta			Zr			Hf		U			Th		La			Ce		Pr			Nd
GS7838		755.00		144.00			13.50		1.00			331.00			8.62		1.82			9.77		53.1			77.3		14.80			59.5
GS6922		822.00		104.00			8.60		1.16			339.00			9.56		3.07			16.60		47.4			84.2		12.20			46.6
GS7802		962.00		93.60			10.90		1.19			377.00			10.10		2.53			13.60		45.3			95.3		12.10			45.9
GS7863		641.00		17.10			9.07		1.47			413.00			12.00		5.06			17.40		35.7			68.1		8.18			29.0
GS7864		977.00		118.00			9.54		1.09			326.00			9.22		1.13			15.10		41.6			77.6		11.30			44.4
GS7912		723.00		146.00			12.20		0.72			259.00			6.97		1.41			9.24		40.1			78.8		10.70			42.1
GS7057		728.00		38.50			8.39		1.33			344.00			10.20		1.16			4.45		11.3			23.2		2.82			10.8
GS14		1 050.00		35.80			9.49		1.32			428.00			12.00		2.84			17.80		33.3			71.6		8.52			31.8
GS19		981.00		42.10			8.69		1.27			399.00			11.00		1.74			11.90		23.3			46.2		5.84			22.0
GS6771		834.00		109.00			12.30		1.14			335.00			9.30		1.89			14.00		39.3			79.2		10.10			38.7
TK08GS20		262.00		14.70			11.90		1.72			565.00			14.20		3.04			11.00		51.0			75.0		12.50			46.5
GS7282		814.00		97.10			13.90		1.15			337.00			9.35		1.74			14.60		43.7			89.3		11.20			42.9
样号		Sm		Eu			Gd		Tb			Dy			Ho		Er			Tm		Yb			Lu		Y
GS7838		10.40		2.31			8.51		1.16			5.56			0.98		2.55			0.34		2.12			0.3		24.30
GS6922		8.02		1.68			6.94		0.99			5.02			0.94		2.61			0.38		2.44			0.36		24.60
GS7802		8.03		1.83			6.57		0.93			4.62			0.84		2.27			0.32		2.11			0.31		21.20
GS7863		4.80		0.72			4.28		0.64			3.47			0.68		1.98			0.32		2.16			0.34		18.20
GS7864		8.02		1.64			6.68		0.96			4.88			0.91		2.43			0.34		2.16			0.32		23.80
GS7912		7.33		1.79			6.85		0.88			4.24			0.78		2.11			0.29		1.76			0.26		19.50
GS7057		1.84		0.41			1.72		0.24			1.31			0.27		0.76			0.12		0.80			0.12		6.94
GS14		5.66		1.32			4.91		0.73			3.86			0.74		2.10			0.32		2.12			0.33		18.80
GS19		3.98		0.93			3.46		0.50			2.89			0.57		1.67			0.26		1.75			0.28		15.80
GS6771		6.78		1.45			5.76		0.82			4.25			0.78		2.20			0.32		2.12			0.32		20.90
TK08GS20		7.12		1.08			5.76		0.76			3.60			0.64		1.71			0.24		1.50			0.22		14.40
GS7282		7.68		1.53			6.84		1.00			5.25			1.01		2.86			0.42		2.74			0.41		27.40