仲米山，王忠江，敖光，翟富榮，王粉麗，王岐，譚超，楊運(yùn)來

（遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧大連116100）

張廣才嶺二浪河組火山巖的鋯石U-Pb年代學(xué)及地球化學(xué)特征

仲米山，王忠江，敖光，翟富榮，王粉麗，王岐，譚超，楊運(yùn)來

（遼寧省地質(zhì)勘查院，遼寧大連116100）

對(duì)張廣才嶺下侏羅統(tǒng)二浪河組火山巖進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，以確定其時(shí)代及形成的構(gòu)造背景。所選樣品的鋯石均呈自形-半自形晶，具有清晰的振蕩生長環(huán)帶和較高的Th/U比值(0.24～0.73)，暗示其巖漿成因。測年結(jié)果顯示，火山巖為早侏羅世(179.7±1.9 Ma)巖漿噴發(fā)的產(chǎn)物，而非前人認(rèn)為的晚三疊世;此外，二浪河組火山巖具雙峰式組合的特點(diǎn)，安山巖以富堿、高鉀、高度富集大離子親石元素和輕稀土元素為特征，而流紋巖顯示A型流紋巖特點(diǎn)。小興安嶺-張廣才嶺早侏羅世雙峰式火成巖的存在，揭示該區(qū)早侏羅世為伸展構(gòu)造環(huán)境。結(jié)合區(qū)域該時(shí)期火成巖的空間展布特征，二浪河組雙峰式火山巖的形成應(yīng)與太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用有關(guān)，形成于類似弧后盆地的伸展環(huán)境。

張廣才嶺;二浪河組;雙峰式火山巖;鋯石U-Pb年代學(xué);地球化學(xué);構(gòu)造背景

天山-興蒙造山帶東段的張廣才嶺及其鄰區(qū)，古生代至早中生代經(jīng)歷了古亞洲洋、蒙古-鄂霍次克洋的閉合及松嫩地塊、佳木斯地塊、興凱地塊等多塊體拼貼的過程[1,2]。中-新生代又疊加了太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用的改造[3]。中生代巖漿巖出露廣泛，巖石類型種類繁多，是東亞大陸邊緣中生代巨型巖漿巖帶的重要特征。近年來對(duì)區(qū)內(nèi)中生代花崗巖的研究較為深入[4-7]，相對(duì)而言對(duì)區(qū)內(nèi)火山巖的論文發(fā)表較少[8,9]。由于以往對(duì)含火山巖地層形成時(shí)代的確定方法比較局限，目前對(duì)于二浪河組的形成年代仍存在爭議:在向陽山幅1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中將其并入西土山組，歸入上三疊統(tǒng)①1/20萬向陽山幅區(qū)調(diào)報(bào)告，吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1983.；90年代《黑龍江省地質(zhì)志》將其歸入下侏羅統(tǒng)二浪河組，而2006年1/25萬亞布力鎮(zhèn)幅區(qū)調(diào)工作中又將其歸入上三疊統(tǒng)冷山組②1/25萬亞布力鎮(zhèn)幅區(qū)調(diào)報(bào)告，黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院，2012.；此外，由于缺乏詳細(xì)的巖石地球化學(xué)和年代學(xué)分析數(shù)據(jù)，對(duì)二浪河組火山巖形成的構(gòu)造背景討論很少。針對(duì)這些問題，筆者對(duì)張廣才嶺地區(qū)中生代二浪河組火山巖進(jìn)行了鋯石LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)和巖石地球化學(xué)研究，以便揭示區(qū)內(nèi)二浪河組火山巖的形成時(shí)代及構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于黑龍江省哈爾濱市東南與吉林省東北部交界處，大地構(gòu)造位置處于松嫩-張廣才嶺微陸塊的東南部，西拉木倫-長春-延吉縫合線北部，西側(cè)是伊通-舒蘭斷裂，東側(cè)為敦化-密山斷裂（圖1）。

研究區(qū)出露地層僅有上元古界和中生界。上元古界張廣才嶺群分布于研究區(qū)東南部。中生界為二浪河組，巖石組合為流紋質(zhì)火山碎屑巖、流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖、安山玢巖，分布于研究區(qū)東部及南部，總體呈北東向分布。研究區(qū)侵入巖發(fā)育，主要為侏羅紀(jì)花崗巖①②。本文研究的火山巖為分布在榆樹溝、團(tuán)北林場、東方紅林場一帶的二浪河組，不整合于新元古界及早中生代花崗巖之上。斷裂以NE向?yàn)橹鳌?/p>

2 樣品及分析

2.1 樣品采集位置及特征

本文研究的火山巖采集自二浪河組。該組主要分為三個(gè)巖性段:下部以流紋質(zhì)火山碎屑巖、流紋巖、流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r為主的酸性火山巖段，中部以安山巖、安山質(zhì)火山碎屑巖、安山玢巖為主的中性火山巖段和上部以流紋巖、流紋質(zhì)火山碎屑巖為主的酸性火山巖段。本文通過對(duì)二浪河組的火山巖樣品進(jìn)行巖石學(xué)和巖相學(xué)分析，確定其為一套酸-中-酸的火山巖組合。本次共采集了7個(gè)地球化學(xué)樣品及1個(gè)測年樣品，樣品分別采自DP9剖面及DP14剖面中，采樣位置見圖2、圖3，樣品巖性特征如下：

圖1 研究區(qū)地質(zhì)略圖（圖a.據(jù)參考文獻(xiàn)[9]修改，圖b.據(jù)黑龍江1/5萬大貫屯等四幅區(qū)調(diào)報(bào)告①黑龍江1/5萬大貫屯、三人班、榆樹溝、白石砬幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，遼寧省地質(zhì)勘查院，2015.）Fig.1 Geological sketch map of the studied area

樣品DP9-9、DP14-21、DP14-25為安山巖，巖石風(fēng)化面為灰色-深灰色，新鮮面為灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶成分多為斜長石，大小多小于1 mm，大者可達(dá)3～5 mm，含量1%～3%，基質(zhì)為玻晶交織結(jié)構(gòu)，基質(zhì)中之玻璃質(zhì)發(fā)生了脫?；饔?，有的形成朵狀雛晶，長板條狀斜長石微晶鑲嵌在朵狀雛晶中，構(gòu)成微嵌晶結(jié)構(gòu)?；|(zhì)中之斜長石呈長板條狀，一般0.02×0.04 mm2，具定向排列趨勢。樣品DP9-1、DP9-3、DP14-5、DP14-14為流紋巖，風(fēng)化面為淺灰色-白灰色，新鮮面為灰白色，流紋構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶主要成分為石英及少量長石，大小多小于0.5 mm，含量小于2%?；|(zhì)具有霏細(xì)結(jié)構(gòu)，基質(zhì)中長英質(zhì)雛晶呈絲狀和放射狀（圖4）。

圖2 DP9剖面及取樣位置圖Fig.2 The map of DP9 profile and sampling locations

2.2 分析方法

本文測年鋯石分選工作在河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，先用常規(guī)方法將樣品粉碎至80～100目，雙目鏡下挑選晶形較好、無裂隙、無包裹體、透明度好、顆粒較大的鋯石粘于雙面膠上，用無色透明的環(huán)氧樹脂澆灌固定，待環(huán)氧樹脂固化后將鋯石磨掉一半并拋光，使鋯石暴露出內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行透射光、反射光和陰極發(fā)光（CL）圖像采集。

圖4 二浪河組火山巖顯微結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Petrography of representative volcanic rocks from Erlanghe Formation a.DP14b21安山巖；b.安山巖DP14b25；c.DP9b1流紋巖；d.DP14b5流紋巖

鋯石的制靶、顯微圖像采集以及U-Pb同位素分析在中國地質(zhì)科學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室完成。詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)分析步驟和數(shù)據(jù)處理方法見文獻(xiàn)[10-12]。所給定的同位素比值和年齡的誤差均在1σ水平。

樣品的主量元素和痕量元素分析在吉林大學(xué)分析測試中心完成。主量元素采用X射線熒光光譜儀（PW4400）分析；痕量元素的分析則采用等離子質(zhì)譜儀（Xseries）完成。

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb年代學(xué)

對(duì)二浪河組安山巖樣品進(jìn)行了LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年分析，鋯石顆粒在透射光和反射光下無色，半透明-透明，呈自形-半自形的粒狀或短柱狀，其陰極發(fā)光圖像（CL）顯示，鋯石晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰，發(fā)育顯著的振蕩生長環(huán)帶（圖5），結(jié)合其較高的Th/U比值（0.24～0.73）（表1），暗示其巖漿成因[13]。

樣品DP14TW21巖性為安山巖，在經(jīng)過Pb校正之后，有10個(gè)測點(diǎn)的測試結(jié)果分布在諧和線上及其附近，這10個(gè)分析點(diǎn)206Pb/238U年齡分布范圍在177～183 Ma之間，加權(quán)平均年齡為（179.7±1.9）Ma（n=10，MSWD=0.42）（圖6），代表了安山巖的巖漿結(jié)晶年齡，表明安山巖形成于早侏羅世。從而確定二浪河組火山巖的形成時(shí)代為早侏羅世。

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素

從表2可看出，研究區(qū)二浪河組火山巖的SiO2含量為51.00%～73.94%，在60.70%～70.86%之間出現(xiàn)明顯的間斷，具有雙峰式火山巖組合的特點(diǎn)，結(jié)合研究區(qū)所采的同時(shí)代火成巖樣品的地球化學(xué)數(shù)據(jù)在TAS分類圖上的投點(diǎn)區(qū)域①②黑龍江1/5萬大貫屯等四幅區(qū)調(diào)報(bào)告，遼寧省地質(zhì)勘查院，2015.，說明研究區(qū)內(nèi)早侏羅世火山巖具有雙峰式組合的特點(diǎn)（圖7）。在TAS分類圖中，本次研究所采樣品主要落在安山巖及流紋巖區(qū)內(nèi)。

圖5 二浪河組安山巖部分鋯石陰極發(fā)光圖像(DP14TW21)Fig.5 CL images of the selected zircons from Erlanghe formation volcanic rocks(DP14TW21)

表1 張廣才嶺地區(qū)二浪河組火山巖鋯石LA-ICP-MS鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)Tab.1 The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for the volcanic rocks from Erlanghe formation in Zhangguangcai range

圖6 二浪河組火山巖的鋯石U-Pb諧和圖及分布直方圖Fig.6 Zircon U-Pb concordia diagram for volcanic rocks from Erlanghe formation

圖7 二浪河組火山巖的TAS圖（據(jù)參考文獻(xiàn)[14]）Fig.7 TAS diagram for the volcanic rocks from Erlanghe formation

流紋巖的SiO2含量為70.86%～73.94%，TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分別為0.21%～0.54%、0.08%～0.62%、0.25%～1.02%和0.81%～3.25%，Al2O3=12.76%～13.81%，K2O=3.4%～6.12%，Na2O/K2O=0.40～1.02，較 富 堿（Na2O+K2O=6.87% ～8.58%），在TAS圖解（圖7）中落入亞堿性范圍內(nèi)，為流紋巖。在SiO2-K2O圖解中（圖8）位于高鉀鈣堿性—鉀玄巖系列內(nèi)。

安山巖的SiO2含量為51.00%～60.7%，TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分別為0.9%～1.74%，1.56%～4.68%，1.63%～2.53%和3.73%～6.35%，Al2O3=16.99%～19.4%，K2O=1.01%～2.03%，Na2O/K2O=1.71～4.77，較 富 堿（Na2O+K2O=5.39% ～6.06%），在TAS圖解（圖7）中落入安山巖與玄武安山巖區(qū)域。在SiO2-K2O圖解中（圖8）位于鈣堿性系列內(nèi)。

圖8 二浪河組火山巖的SiO2－K2O圖解Fig.8 SiO2－K2Odiagram for volcanic rocks from Erlanghe formation

3.2.2 痕量元素

流紋巖的稀土元素總量（ΣREE）為98.89～186.22 μg/g，（La/Yb）N比值為7.56～15.41，明顯富集輕稀土元素（LREE），貧重稀土元素（HREE）；該樣品具明顯的負(fù)Eu異常（δEu=0.31～0.72），稀土元素配分曲線為緩右傾“V”型（圖9a、表1）。微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，富集大離子親石元素（LILE），虧損Nb、Ti等高場強(qiáng)元素（HFSE）和P（圖9b）。

安山巖的稀土元素總量（ΣREE）為103.54～125.64 μg/g，（La/Yb）N比值為7.99～9.89，明顯富集LREE，貧HREE（表2）;該樣品具弱負(fù)Eu異常（δEu=0.7～0.89）（圖9a）。巖石中Sr含量較高，而Y、Yb含量較低;微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中，富集大離子親石元素（LILE），虧損Nb、Ti等高場強(qiáng)元素（HFSE）和P（圖9b）。

4 討論

4.1 二浪河組火山巖的形成時(shí)代

對(duì)于張廣才嶺地區(qū)二浪河組火山巖的形成時(shí)代一直存在爭議：在向陽山幅1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告中將其定為西土山組，歸入上三疊統(tǒng)。90年代《黑龍江省地質(zhì)志》將分布于區(qū)內(nèi)曙光林場一帶的該套火山巖下部酸性火山巖及碎屑巖劃歸冷山組，將上部的安山巖劃歸該志新建下侏羅統(tǒng)高嶺子組。冷山組的時(shí)代依據(jù)同1/20萬向陽山幅區(qū)調(diào)報(bào)告，高嶺子組時(shí)代依據(jù)為沙蘭站幅區(qū)調(diào)報(bào)告中該組安山巖K-Ar同位素年齡176.9 Ma①1/20萬沙蘭站幅區(qū)調(diào)報(bào)告，黑龍江地礦局，1993.?！逗邶埥r石地層》地層清理工作中將同物異名的高嶺子組和二浪河組中的高嶺子組停用，并將下部的酸性火山巖和碎屑巖一并歸入二浪河組，時(shí)代為早侏羅世。2006年黑龍江省地質(zhì)調(diào)查院在1/25萬亞布力鎮(zhèn)幅區(qū)調(diào)工作中，根據(jù)產(chǎn)在冷山的Czekanowiskia sp.，Ginkgoites sp.，Podozamites sp.，Cladophlebis sp.，西土山的 Podozamites disdains，Cycadocarpidium?Sp.及 Rb-Sr法年齡值231.9±28.5 Ma，K-Ar法年齡值190.8～226.2 Ma，將本組重新歸入冷山組，時(shí)代置于晚三疊世。

圖9 二浪河組火山巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖解(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b)（據(jù)參考文獻(xiàn)[15-16]）Fig.9 Chondrite-normalized REE patterns(a)and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams(b)for the volcanic rocks from Erlanghe formation

表2 二浪河組火山巖主量元素(%)和痕量元素(×10-6)分析結(jié)果Tab.2 Major(%)and trace elements(×10-6)compositions for the volcanic rocks from Erlanghe formation

筆者對(duì)二浪河組安山巖中的鋯石進(jìn)行了LAICP-MS U-Pb定年，陰極發(fā)光圖像顯示其典型的巖漿成因—即定年結(jié)果應(yīng)代表了火山巖的形成時(shí)代。定年結(jié)果顯示，其加權(quán)平均年齡為179.7±1.9 Ma，說明研究區(qū)二浪河組火山巖的形成時(shí)代為早侏羅世，而非前人認(rèn)為的晚三疊世。結(jié)合張廣才嶺地區(qū)早侏羅世花崗巖的廣泛分布及其他研究者在東北地區(qū)所研究的花崗質(zhì)巖石樣品的鋯石U-Pb定年結(jié)果[17]，也證明了上述認(rèn)識(shí)。

4.2 二浪河組火山巖形成的構(gòu)造背景

二浪河組火山巖主要由安山巖和流紋巖組成，具有雙峰式火山巖的特點(diǎn)，且二浪河組流紋巖樣品投圖均落入A型流紋巖（花崗巖）區(qū)域（圖10），說明其形成于伸展構(gòu)造環(huán)境[18-20]。在A型花崗巖不同構(gòu)造環(huán)境Y/Nb-Ce/Nb圖解中（圖11），二浪河組流紋巖全部落入A1型花崗巖區(qū)域中，代表了大陸裂谷或板內(nèi)環(huán)境，反映該區(qū)早侏羅世已進(jìn)入板內(nèi)構(gòu)造體制[21]。二浪河組流紋巖樣品具有負(fù)的銪異常，富集Ba、U、K等大離子親石元素（LILE）和輕稀土元素（LR EE），虧損Nb、Ti等高場強(qiáng)元素（HFSE）和P元素，這些特征也與島弧火山巖中酸性火山巖的特征相一致。由此，筆者判斷二浪河組火山巖的形成可能與島弧環(huán)境下的局部伸展作用有關(guān)。

那么，這種伸展環(huán)境是哪種構(gòu)造背景下形成的，與環(huán)太平洋構(gòu)造體系還是蒙古額霍茨克構(gòu)造體系有關(guān)?這可從早侏羅世巖漿巖的空間變異得到回答。據(jù)唐杰、許文良、裴福萍、王楓等人的研究成果[8，22-24]，吉黑東部綏芬河-延邊地區(qū)的早侏羅世火山巖以富鈉、高鋁和高鎂為特征（Na2O=2.52%～4.94%，Al2O3=16%～21%，Mg#=46～51），具有較高的Ni（10～60 μg/g）和Cr（63～263 μg/g）豐度，屬于鈣堿性系列，自東向西K2O及SiO2含量呈增高的趨勢，而εNd(t)值具有降低的趨勢，表明陸殼成熟度逐漸增高，標(biāo)志著古太平洋板塊對(duì)東北地區(qū)俯沖作用的開始，暗示此時(shí)該區(qū)處于活動(dòng)大陸邊緣的構(gòu)造環(huán)境。

圖10 二浪河組流紋巖的K2O-Na2O圖解Fig.10 K2O－Na2O diagram for rhyolites from Erlanghe Formation

圖11 二浪河組A型花崗巖Y/Nb-Ce/Nb構(gòu)造環(huán)境判別圖解(據(jù)Eby,1992)Fig.11 Y/Nb-Ce/Nb plots for various A-type rhyolite of Erlanghe Formation(after Eby,1992)

因此，吉黑東部早侏羅世火山巖組合從陸緣的鈣堿性火山巖轉(zhuǎn)變成具有陸內(nèi)屬性的雙峰式火山巖，這種空間變異不僅表明它們的形成與環(huán)太平洋構(gòu)造體系有關(guān)，而且進(jìn)一步說明了張廣才嶺地區(qū)二浪河組雙峰式火山巖與唐杰等人研究的張廣才嶺地區(qū)同時(shí)代帽兒山組[8]相同，應(yīng)形成于類似弧后盆地的伸展環(huán)境。

5 結(jié)論

（1）研究區(qū)二浪河組火山巖LA-ICP-MS鋯石UPb定年結(jié)果為179.7±1.9 Ma，時(shí)代為早侏羅世，而非前人認(rèn)為的晚三疊世。

（2）二浪河組火山巖顯示具雙峰式火山巖的組合特點(diǎn)，巖石組合為安山巖-流紋巖。

（3）二浪河組火山巖形成于類似弧后盆地的伸展環(huán)境，與太平洋板塊向歐亞大陸下的俯沖作用有關(guān)。

致謝：在論文編寫過程中得到楊中柱教授級(jí)高工、張國仁和何振清教授級(jí)高工的悉心指導(dǎo)，在此表示誠摯的感謝。感謝各實(shí)驗(yàn)室在LA-ICP-MS鋯石U-Pb分析、主量元素和微量元素測試中給予的幫助。

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1672－4135（2017）03－0161-08

2016-12-03

國家地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目“黑龍江1/5萬大貫屯等四幅區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查（1212011220475）”

仲米山（1986-），男，工程師，碩士，2012年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)系，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查研究工作，E-mail:278929624@qq.com。