趙盛焱 吳俊男 靳麗花 王崇文 楊時嬌 鄧 杰

(石家莊經(jīng)濟學(xué)院資源學(xué)院)

唐家屯組火山巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義*

趙盛焱 吳俊男 靳麗花 王崇文 楊時嬌 鄧 杰

(石家莊經(jīng)濟學(xué)院資源學(xué)院)

黑龍江松江地區(qū)火山巖處于板塊拼貼帶附近的斷裂處及構(gòu)造較薄弱處，發(fā)生了火山噴發(fā)活動，形成了晚石炭世唐家屯組火山巖，顯示出與板塊俯沖作用有關(guān)的微量元素特征。結(jié)合區(qū)內(nèi)唐家屯組火山巖主量元素、微量元素、稀土元素特征，探討了區(qū)內(nèi)火山巖的構(gòu)造環(huán)境及成因，為進一步研究區(qū)內(nèi)火山巖的構(gòu)造特征提供參考。

火山巖 地球化學(xué)特征 構(gòu)造環(huán)境 成因

黑龍江松江地區(qū)位于華北克拉通板塊、古太平洋板塊、西伯利亞板塊的拼合部位，位于興蒙造山帶東緣小興安嶺—張廣才嶺地塊濱東隆起帶[1]，小興安嶺—張廣才嶺地塊屬于松嫩地塊的重要組成部分[2]，其北東為牡丹江斷裂，南東為伊通—依蘭斷裂，南為索倫克爾—西拉木倫河斷裂，前人對上述斷裂進行了較深入的研究，但對該區(qū)唐家屯組火山巖研究較少，因而有必要對其地球化學(xué)特征進行分析。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

黑龍江松江地區(qū)多期的構(gòu)造演化形成了較為復(fù)雜的構(gòu)造區(qū)帶，由西到東依次為額爾古納地塊、興安地塊、松嫩地塊、佳木斯地塊和興凱地塊[3]，期間經(jīng)歷了陸緣的轉(zhuǎn)換、洋盆閉合及陸塊拼合等階段[4]。古生代期間，東北構(gòu)造區(qū)域經(jīng)歷了多陸塊的拼合與古亞洲洋的演化[5]。前中生代大地構(gòu)造位于中朝板塊與西伯利亞板塊之間，是古亞洲洋演化歷史上的一個重要構(gòu)造區(qū)域[6]。佳木斯地塊和松嫩地塊的碰撞造山帶是中生代古亞洲洋構(gòu)造域向太平洋構(gòu)造域轉(zhuǎn)折的標志[7]。小興安嶺—張廣才嶺帶始形成于早—中侏羅世，為佳木斯地塊與華北地臺拼合而成，主要為陸緣弧火山環(huán)境的產(chǎn)物[8]。受太平洋板塊俯沖擠壓作用的同時，導(dǎo)致地殼厚度不平衡，由于板塊之間局部調(diào)整的作用方式而產(chǎn)生了張性環(huán)境[9-10]，部分巖石圈被伸展拉張，使巖石圈部分增厚，產(chǎn)生了拆沉效應(yīng)[11-12]。

2 地球化學(xué)特征

唐家屯組分布于研究區(qū)南西部，較零星分布，呈不規(guī)則形狀，無明顯展布方向，地層為單斜地層，傾向多為SE，其次為SW，傾角為20°～30°。巖性主要為流紋質(zhì)凝灰熔巖、流紋巖、英安巖等，其次為流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r(硅化、絹云母化、綠簾石化)。區(qū)內(nèi)常量元素、稀土元素、微量元素分析結(jié)果見表1。

2.1 巖石化學(xué)特征

TAS圖解(圖1)顯示巖石分別落入粗面玄武巖、粗面巖和粗面英安巖與英安巖區(qū)域。K2O-SiO2圖解(圖2)顯示火山巖落于鈣堿性火山巖區(qū)、高鉀鈣堿性火山巖區(qū)和鉀玄巖性火山巖區(qū)，里特曼指數(shù)為2.26～5.85，小于5.90，為高鉀鈣堿性火山巖，暗示了原始巖漿富鉀，源巖具有殼源的特征。Zr/TiO2-Nb/Y圖解(圖3)顯示數(shù)據(jù)點全部落入英安巖區(qū)域中，分異指數(shù)為82.33～89.16，固結(jié)指數(shù)為1.89%～9.84%，表明該期火山巖的巖漿在形成與噴出過程中發(fā)生過較強的結(jié)晶分異作用。

圖1 唐家屯組火山巖TAS圖解

表1 松江地區(qū)唐家屯組火山巖元素分析結(jié)果 %

圖2 唐家屯組火山巖K2O-SiO2圖解

圖3 唐家屯組火山巖Zr/TiO2-Nb/Y圖解

2.2 稀土元素特征

在巖漿作用過程中，釔族稀土元素有向晚期富集的趨勢，即隨著巖漿作用由早期向晚期發(fā)展，呈現(xiàn)出一定結(jié)晶規(guī)律的趨勢[6]，其中∑Y/∑REE、∑Y/∑Ce值相等，說明巖漿在結(jié)晶過程中可能受到部分熔融或混染。LR/HR值為7.72～9.70，為輕稀土富集型，(La/Yb)N值為7.24～9.07，輕重稀土分餾較明顯，δEu值為0.26～0.35，為銪負異常-弱正異常，這與巖石富含鉀長石、斜長石為貧鈣的鈉長石特征相一致，暗示巖漿在形成過程中可能存在斜長石的分離結(jié)晶作用或部分熔融過程中源區(qū)有斜長石殘留。稀土配分曲線為右傾型曲線，見圖4。

圖4 稀土元素球粒隕石標準化分布型式

2.3 微量元素特征

由微量元素蛛網(wǎng)圖(圖5)可知，高場強元素相對于大離子親石元素虧損，Ba、Sr、Ti 明顯虧損， Zr、Hf 、La、Ce相對于相鄰元素富集，顯示出與俯沖作用有關(guān)的島弧巖石微量元素特征。巖石中的Ba/La值為24.90～28.85，Ba/Nb值為21.94～24.84，La/Nb值為2.08～2.94，此外，微量元素Hf/Ta值為6.00～10.20，La/Ta值為26.00～48.69，比值變化較大，Th/Nb值為0.14～0.24，Th/Yb值為1.69～2.47，Hf/Th值為0.76～1.73，顯示類似于板內(nèi)火山巖特征。其中Zr與Nb具共消長規(guī)律關(guān)系，Nb/Zr值約0.05，表明稀土元素中部分熔融作用。因此高的大離子親石元素(LILE)、高的Ba/La、Ba/Nb、La/Nb值以及Nb、Ta的負異常等地球化學(xué)特征可能表明巖漿在上升過程中存在地幔楔形體等消減組分的加入，或者在此過程中受到陸殼的混染。混染作用往往造成不相容元素含量總體升高[13]，因此Sr、Zr、Nb等不相容元素的總體含量較高。同時Rb、K富集以及銪負異常，說明巖漿沒有隨著分異程度的增加而顯著加強，這可能是母巖漿特點的反映。

圖5 微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)

3 構(gòu)造環(huán)境、巖漿成因

區(qū)內(nèi)火山巖由不同期次的巖漿作用形成，具有混染作用演化關(guān)系。古生代時期，特別是中、晚古生代時，研究區(qū)處于地槽狀態(tài)。早古生代時，在興安嶺地區(qū)有NE向的額爾古納地槽及阿爾山地槽，發(fā)育有寒武系綠色片巖建造，碳酸鹽建造及奧陶系的復(fù)理式建造。加里東運動后地槽隆起成背斜，此時東北地區(qū)小興安嶺西北段接受中、晚古生代地槽海侵，形成張廣才嶺地槽[14]。地槽階段的造山運動和巖漿侵入活動極其活躍，規(guī)模較大，并具有明顯的周期性，分別有海西(華力西)期早、中、晚3期造山運動，都有巖漿噴出[15]。早石炭世末，特別是海西晚期興安嶺地區(qū)多周期造山運動和巖漿活動也較明顯。

巖石化學(xué)特征顯示該期火山巖為高鉀鈣堿性火山巖，火山巖高鉀特征說明地殼物質(zhì)對巖漿的影響明顯。在俯沖作用過程中，加厚的陸殼底部發(fā)生熔融巖漿，巖漿噴溢形成活動陸緣的弧火山巖帶，同期的火山巖以中—酸性安山-流紋巖為主[16]。結(jié)合區(qū)域地殼演化，認為古生代太平洋板塊俯沖擠壓作用導(dǎo)致地殼厚度不平衡，由于板塊之間作用方式的局部調(diào)整而產(chǎn)生了張性環(huán)境[17]。

4 結(jié) 語

在對區(qū)內(nèi)唐山屯組火山巖主量元素、微量元素以及稀土元素特征深入分析的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)火山巖的構(gòu)造環(huán)境以及巖漿成因進行了討論，為深入研究區(qū)內(nèi)火山巖的構(gòu)造特征提供參考。

[1] 裴福萍，許文良，楊德彬，等.松遼盆地南部中生代火山巖:鋯石U-Pb年代學(xué)及其對基底性質(zhì)的制約[J].地球科學(xué)：中國地質(zhì)大學(xué)學(xué)報，2008，33(5)：604-611.

[2] 楊言辰，韓世炯，孫德有，等.小興安嶺—張廣才嶺成礦帶斑巖型鉬礦床巖石地球化學(xué)特征及其年代學(xué)研究[J].巖石學(xué)報，2012(2)：379-390.

[3] 包真艷，王 建，楊言辰，等.黑龍江平頂山金礦賦礦花崗巖鋯石U-Pb年齡、Hf同位素特征及其構(gòu)造意義[J].地質(zhì)學(xué)報，2014，88(3)：407-408.

[4] 魏連喜.黑龍江省有色、貴金屬成礦規(guī)律及定量預(yù)測研究[D].長春：吉林大學(xué)，2013.

[5] 郝文麗，許文良，王 楓，等.張廣才嶺“新元古代”一面坡群的形成時代:來自巖漿鋯石和碎屑鋯石U-Pb年齡的制約[J].巖石學(xué)報，2014(7)：1867-1868.

[6] 余和中，李玉文，韓守華，等.松遼盆地古生代構(gòu)造演化[J].大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2001，25(4)：389-390.

[7] 邵濟安，李永飛，唐克東，等.張廣才嶺造山過程的重構(gòu)及其大地構(gòu)造意義[J].巖石學(xué)報，2013(9)：2959-2960.

[8] 唐克東，邵濟安，李永飛，等.松嫩地塊及其研究意義[J].地學(xué)前緣，2011，18(3)：57-58.

[9] 張 旗，金惟俊，李承東，等.中國東部燕山期大規(guī)模巖漿活動與巖石圈減薄:與大火成巖省的關(guān)系[J].地學(xué)前緣，2009，16(2)：118-121.

[10] 吳福元，徐義剛，高 山，等.華北巖石圈減薄與克拉通破壞研究的主要學(xué)術(shù)爭論[J].巖石學(xué)報，2008(1)：1145-1174.

[11] 謝小穎.黑龍江松江地區(qū)花崗巖體的地質(zhì)及地球化學(xué)特征[D].石家莊：石家莊經(jīng)濟學(xué)院，2013.

[12] 李旭東，李德勝，王 興，等黑龍江省黑河市大新屯銻金礦床地質(zhì)特征及成因分析[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2012(1)：64-66.

[13] 陳道公，支霞臣，楊海濤.地球化學(xué)[M].2版.合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2009.

[14] 郝建榮，周鼎武，柳益群，等.新疆三塘湖盆地二疊紀火山巖巖石地球化學(xué)及其構(gòu)造環(huán)境分析[J].巖石學(xué)報，2006(1)：189-191.

[15] 國家地震局廣州地震大隊.中國大地構(gòu)造概要[M].北京：地質(zhì)出版社，1977.

[16] 王永彬，劉建明，孫守恪，等.黑龍江省烏拉嘎金礦賦礦花崗閃長斑巖鋯石U-Pb年齡、巖石成因及其地質(zhì)意義[J].巖石學(xué)報，2012(2)：561-566.

[17] 李悅輝，李吉林.伊春市湯南林場侵入(雜)巖地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2010(11)：52-54.

*黑龍江省國土資源廳第五批省級資源補償費基金項目(編號：HLJKD2009—10)。

2015-04-14)

趙盛焱(1989—)男，碩士研究生，050031 河北省石家莊市裕華區(qū)槐安東路136號。