岳洪舉，陸勝，于慶洋，翟艷超，張慶

1) 黑龍江省第六地質(zhì)勘查院，黑龍江佳木斯, 154002;2) 黑龍江省第五地質(zhì)勘查院，哈爾濱, 150090

內(nèi)容提要: 小興安嶺美豐組火山巖廣泛出露，對于研究美豐組火山巖巖石地球化學(xué)特征具有重要意義。筆者等通過對小興安嶺孫吳地區(qū)美豐組火山巖進行巖相學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)、全巖主—微量元素地球化學(xué)研究，探討了其形成時代、巖石成因及其構(gòu)造環(huán)境。鋯石U-Pb結(jié)果表明，美豐組形成于早白堊世(105.2 ±0.5 Ma)。美豐組以基性火山巖為主，屬高鉀鈣堿性系列；富集Rb、Ba、Th、U、La、Ce，相對虧損Nb、Ti等元素；δEu=0.71～0.94，輕稀土略富集。輕、重稀土分餾不明顯。巖石地球化學(xué)特征表明，美豐組火山巖的原始巖漿起源于地幔，受地殼物質(zhì)的混染改造。研究區(qū)美豐組火山巖形成于伸展環(huán)境，是古太平洋板塊向亞洲大陸板塊俯沖背景下的產(chǎn)物。

研究區(qū)位于小興安嶺西部孫吳地區(qū)，該地區(qū)美豐組火山巖學(xué)者們進行了大量的研究，探討了其巖石成因和構(gòu)造背景等問題(隋連成?；曲關(guān)生，1997；王慧，2011；王奕朋，2021)。1981年，黑龍江省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查第一隊1∶20萬遜克縣幅、富饒公社幅等五幅區(qū)域調(diào)查報告中，將研究區(qū)的地層厘定為美豐組，時代置于晚侏羅統(tǒng)(隋連成?)。1997年，《黑龍江省巖石地層》認為美豐組與甘河組同物異名，棄用美豐組，將這套地層劃為甘河組，時代置于早白堊世(曲關(guān)生，1997)。王慧(2011)認為小興安嶺該套巖石組合為美豐組，形成于早白堊世晚期，巖漿來自受俯沖流體交代的富集地幔，演化以結(jié)晶分異為主，演化后期伴有地殼的同化混染作用，古太平洋板塊俯沖對小興安嶺地區(qū)的火山巖的形成有著重要的影響，中生代中國東部大陸整體處于伸展構(gòu)造環(huán)境，早白堊世晚期，由于強烈的伸展拉張斷裂作用，巖漿活動十分劇烈，形成了美豐組的中基性火山巖；王奕朋等一些學(xué)者認為該地區(qū)美豐組火山巖的幔源巖漿來源于與俯沖相關(guān)的含火山碎屑的陸源沉積物熔體交代的對流軟流圈地幔，形成于板內(nèi)伸展環(huán)境，其形成應(yīng)與古太平洋板塊的俯沖—回撤作用有關(guān)(王奕朋，2021；許文良等，2022；楊文采，2022)。

關(guān)于小興安嶺孫吳地區(qū)美豐組火山巖的成因和構(gòu)造背景并沒有進行研究。筆者等通過對研究區(qū)美豐組火山巖的巖石地球化學(xué)和年代學(xué)的研究，探討其形成時間、巖石成因以及構(gòu)造環(huán)境。

1 地質(zhì)背景和巖石學(xué)特征

1.1 地質(zhì)背景

研究區(qū)大地構(gòu)造位置處于東亞大陸邊緣小興安嶺—張廣才嶺巖漿弧西北部(圖1)。

巖漿作用十分發(fā)育，地層出露較全，從新生界至古生界均有出露。出露不同時期的侵入巖、地層，伴生的礦產(chǎn)資源十分豐富，目前已發(fā)現(xiàn)銅鉬、鉛鋅礦、沸石礦、煤礦等礦床(礦點)多處，空間上與研究區(qū)外多處礦產(chǎn)地構(gòu)成重要的多金屬成礦帶(圖1)。

圖1 中國東北大地構(gòu)造略圖(a) 和小興安嶺區(qū)域地質(zhì)簡圖(b，據(jù)劉陽等，2017修改)Fig. 1 Tectonic sketch map of Northeast China (a) and simplified geological map of Lesser Xing＇an Range (b, modified from Liu Yang et al., 2017&)F1—牡丹江斷裂; F2—敦化—密山斷裂; F3—伊通—依蘭斷裂; F4—西拉木倫—長春斷裂; F5—賀根山—黑河斷裂; F6—塔源—喜桂圖斷裂F1—Mudanjiang fault; F2—Dunhua—Mishan fault; F3—Yitong—Yilan fault; F4—Xilamulun—Changchun fault; F5—Hegenshan—Heihe fault; F6—Tayuan—Xiguitu fault

圖2 小興安嶺孫吳地區(qū)下白堊統(tǒng)美豐組玄武巖露頭照片(a)及玄武巖鏡下照片(b)Fig. 2 The outcrop photo(a)and microscopic photo(b) of the basalt of the Lower Cretaceous Meifeng Formation in Sunwu area, Lesser khingan Mountains

研究區(qū)古生界出露的地層有唐家屯組(C2t)，主要分布于研究區(qū)辰清河、西茅蘭河、東茅蘭河、曲曲河一帶，總體呈北東向展布，出露面積約215.83 km2，占地層總面積的28.42%，巖性以蝕變流紋巖、蝕變流紋質(zhì)凝灰熔巖為主；中生界地層在研究區(qū)大面積出露，有老龍頭組(T1l)、板子房組(K1b)、寧遠村組(K1n)、九峰山組(K1j)、美豐組(K1m)；新生界出露的地層有孫吳組(N1-2s)、大熊山組(βQp1d)、哈爾濱組(Qp3h)、高漫灘沖洪積層(Qh1)、低河漫灘堆積層(Qh2)。

研究區(qū)侵入巖廣泛發(fā)育，總體呈北東向展布，且以花崗巖類為主。

研究區(qū)晚古生代地質(zhì)體由晚石炭世唐家屯組、早二疊世侵入巖構(gòu)成，受華力西構(gòu)造影響形成脆—韌性剪切帶并伴有中性、酸性火山巖噴發(fā)及巖漿侵入；中生代地質(zhì)體最為發(fā)育，區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為拉張的構(gòu)造環(huán)境，早期(早三疊世)應(yīng)力場的主應(yīng)力跡線為NE 向，發(fā)育有北東向陸內(nèi)上疊沉積盆地(下三疊統(tǒng)老龍頭組)。隨后又疊加了NE、NW向的應(yīng)力場，導(dǎo)致大規(guī)模的巖漿侵入(早侏羅世—中侏羅世)。早白堊世之后的脆性斷裂構(gòu)造活動表現(xiàn)為對前述構(gòu)造的形跡在內(nèi)的所有先成地質(zhì)體和構(gòu)造的破壞、改造和繼承，隨后導(dǎo)致大規(guī)模的火山噴發(fā)；新生代構(gòu)造層在中生代構(gòu)造的基礎(chǔ)上進一步發(fā)生斷塊運動，最終形成現(xiàn)今的構(gòu)造格局。

1.2 巖石學(xué)特征

美豐組火山巖分布面積較小，僅在測區(qū)奮斗鄉(xiāng)東、新鄂民族鄉(xiāng)一帶零星出露，巖石類型為橄欖玄武巖、玄武巖等。

玄武巖：巖石風(fēng)化面灰色，新鮮面暗灰色，少斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)間隱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶：斜長石：板柱狀，粒徑0.15～0.2 mm，聚片雙晶發(fā)育，輕微綠泥石化，零星可見?；|(zhì)：斜長石雜亂分布，其搭成的格架中分布綠泥石、玻璃質(zhì)及少量磁鐵礦，具間隱結(jié)構(gòu)。斜長石：板柱狀、針柱狀，粒徑<0.1 mm，發(fā)育聚片雙晶。綠泥石：淺褐黃色，隱晶狀集合體，干涉色黃色，含量10%±。玻璃質(zhì)：黑色、褐色，全消光，含量15%±。磁鐵礦：黑色，粒狀，多為自形晶，粒徑<0.02 mm，零星分布(圖2a,b)。

橄欖玄武巖：巖石風(fēng)化面灰色，新鮮面深灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)間粒—間隱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖石由斑晶<5%±及基質(zhì)組成。斑晶以斜長石為主，粒度較大，次為輝石，少許橄欖石，二者粒度均較小。橄欖石，多為它形粒狀，少許呈近尖銳六邊形，正高突起，多有皂石化或其他黏土礦物交代，呈不同干涉色，粒度0.1～0.15 mm。 輝石，它形粒狀，正中—高突起，無色，干涉色可見Ⅱ級藍，粒度0.1～0.15 mm。 斜長石，呈熔蝕圓狀或柱狀熔蝕狀，局部內(nèi)部呈熔蝕麻點狀，無色，干涉色Ⅰ級灰，局部斜長石可見聚片雙晶，粒度0.3～0.7 mm。局部斜長石邊部多有微晶柱狀輝石平行環(huán)繞分布，形成一窄邊。基質(zhì)由粒度<0.01 mm針柱狀斜長石、細小粒狀輝石、微粒磁鐵礦及少許褐色隱晶質(zhì)組成。

2 樣品采集和測試方法

2.1 樣品采集

本次工作共采集了6件新鮮的、未發(fā)現(xiàn)蝕變的美豐組樣品(表1)進行地球化學(xué)分析測試。此外，對美豐組(樣品編號：P20LT30B1)采集了年齡樣品。

2.2 測試方法

為了限定美豐組火山巖形成時代，本次工作采用LA-ICP-MS法進行鋯石U-Pb同位素年齡測試。樣品破碎、鋯石挑選、鋯石制靶、陰極發(fā)光照相及鋯石U-Pb定年工作均由北京燕都中實測試技術(shù)有限公司完成。主量元素和痕量元素的分析也是由北京燕都中實測試技術(shù)有限公司完成，主量元素采用XRF玻璃熔片法分析，分析精度和準確度優(yōu)于5%；痕量元素采用ICP-MS分析方法，分析精度和準確度一般優(yōu)于10%。

表1 小興安嶺孫吳地區(qū)下白堊統(tǒng)美豐組火山巖樣品一覽表Table 1 List of volcanic rock samples of the Lower Cretaceous Meifeng Formation in Sunwu area, Lesser khingan Mountains

圖3 小興安嶺孫吳地區(qū)下白堊統(tǒng)美豐組玄武巖鋯石陰極發(fā)光圖片(a)及U-Pb同位素測年諧和圖(b)Fig. 3 The cathodoluminescence images ( a ) and U-Pb isotopic dating harmonic maps ( b ) of zircons from the basalt of the Lower Cretaceous Meifeng Formation in Sunwu area, Lesser khingan Mountains

3 分析結(jié)果

3.1 鋯石U-Pb測年

美豐組玄武巖樣品P20LT30B1所分析的鋯石多呈半自形柱狀，晶體光潔、清晰、發(fā)育晶面，振蕩環(huán)帶較清楚。在陰極發(fā)光圖像中(圖3a)，鋯石絕大多數(shù)鋯石晶體柱面平直發(fā)育，多數(shù)具有亮色的陰極熒光，一些鋯石發(fā)育有完整的生長環(huán)帶，具有明顯的韻律環(huán)帶結(jié)構(gòu)。本次研究工作共測試的美豐組玄武巖中鋯石的21個測點U、Th質(zhì)量分數(shù)分別為21.0×10-6～230.9×10-6、20.2×10-6～654.3×10-6，Th/U值為0.97～2.83，顯示為巖漿成因鋯石(表1)。所有測點均落在U-Pb一致線上或在U-Pb一致線附近很小范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)點集中，206Pb/238U年齡102～109 Ma，加權(quán)平均值105.2 ±0.5 Ma，MSWD=0.57(表2，圖3b)。結(jié)果表明，美豐組玄武巖形成為早白堊世。

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 主量元素

美豐組火山巖為一套中基性火山巖。常量元素分析結(jié)果見表3。巖石SiO2=52.75%～58.68%，平均值為54.55%；全堿(Na2O+K2O)=4.81%～7.22%；Al2O3=15.98%～17.21%。里特曼指數(shù)(σ)為1.98～3.54，堿度率(A.R.)為1.53～2.00，分異指數(shù)(DI)為44.03～63.39，固結(jié)指數(shù)(SI)為16.46～34.71。在火山巖TAS圖解(圖4a)中可以看出，大部分點投入粗面安山巖區(qū)，個別點投入玄武安山巖區(qū)；堿—二氧化硅圖解(圖4b)中，大部分投入亞堿性巖區(qū)，個別點投入堿性區(qū)；F—A—M三角圖解(圖4c)全部投入鈣堿性巖區(qū)；在K2O—SiO2變異圖(圖4d)中可以看出：全部投入高鉀巖系區(qū)，說明甘河期火山巖主要為鈣堿性亞系、高鉀巖系。

3.2.2痕量元素

美豐組火山巖稀土元素特征：稀土元素分析結(jié)果表見3，巖石稀土總量(∑REE)99.81×10-6～269.76×10-6，變化較大，表現(xiàn)為稀土總量富集程度較高，輕稀土總量(∑LREE)88.14×10-6～246.26×10-6，重稀土總量(∑HREE)11.67×10-6～24.37×10-6，輕重稀土比值LREE/HREE為7.55～10.48，平均值為8.94，(La/Yb)N>1，屬輕稀土富集型，且稀土分配模式曲線為右傾(圖5a)，斜率較??；說明輕稀土富集程度高，同時也反映輕稀土之間的分餾程度較高。Eu為正常型，各曲線形態(tài)一致，說明具有同源巖漿特征。

微量元素特征：微量元素分析結(jié)果見表3，美豐組火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖可以看出：具Rb、Ba、Th、U、La、Ce富集，且Ba、La有較明顯的峰值，且具有明顯的Nb、Ti負異常。微量元素量變化不是很大，曲線特征較一致，顯示具有同源巖漿特征(圖5b)。

表3 小興安嶺孫吳地區(qū)下白堊統(tǒng)美豐組巖石地球化學(xué)分析結(jié)果Table 3 Geochemical data of the rocks from the Lower Cretaceous Meifeng Formation in Sunwu area, Lesser khingan Mountains

圖4 小興安嶺孫吳地區(qū)下白堊統(tǒng)美豐組玄武巖等TAS圖解(a);堿—二氧化硅圖解(b); F—A—M三角圖解(c); K2O—SiO2變異圖(d)Fig. 4 TAS diagram ( a ) ; alkali-silica diagram ( b ) ; F—A—M triangular diagram ( c ) ; K2O—SiO2 variation diagram ( d ) of the volcanic rocks from the Lower Cretaceous Meifeng Formation in Sunwu area, Lesser khingan Mountains

圖5 小興安嶺孫吳地區(qū)下白堊統(tǒng)美豐組火山巖稀土元素配分曲線圖(a); 美豐組火山巖微量元素蛛網(wǎng)圖(b)Fig. 5 REE patterns(a,) and primary mantle trace element patterns(b)of the volcanic rocksfrom the Lower Cretaceous Meifeng Formation in Sunwu area, Lesser khingan Mountains

美豐組火山巖的地球化學(xué)特征與E-MORB(不相容元素富集的洋中脊玄武巖)相似，其形成與俯沖作用有關(guān)。

4 討論

4.1 巖漿來源

通過對美豐組具有代表性的玄武巖進行測年工作可知，所測試的美豐組玄武巖的測年結(jié)果為105.2 ±0.5 Ma，該組火山巖形成時間為早白堊世。

研究區(qū)美豐組火山巖在主量元素組成上具有相對高Al2O3、CaO、TiO2，K2O含量較低，而MgO、P2O5含量較穩(wěn)定；稀土元素總體上具有相似的標準化曲線，輕稀土元素略富集，且輕重稀土元素分異程度不明顯，只具有很微弱的Eu負異常。微量元素富集Rb、Ba、Th、U、La、Ce，相對虧損Nb、Ti等元素，綜上所述，小興安嶺美豐組火山巖的巖石地球化學(xué)特征，既具有殼源巖石的地球化學(xué)特征，又具有幔源巖石的地球化學(xué)特征，表明原始巖漿起源于地幔，受地殼物質(zhì)的混染改造。

4.2 構(gòu)造背景

研究區(qū)美豐組火山巖的地球化學(xué)特征與E-MORB(不相容元素富集的洋中脊玄武巖)相似，其形成與俯沖作用有關(guān)。前人研究表明，早白堊世，小興安嶺火山巖的形成主要受古太平洋板塊俯沖的影響(張海驲，1993；王慧, 2011；王奕朋, 2021)，研究區(qū)處于板內(nèi)伸展環(huán)境，其形成應(yīng)與古太平洋板塊的俯沖—回撤作用有關(guān)(趙海濱等?；Wu Fuyuan, et al.，2011；Xu Wenliang et al.，2013；Zheng Yong Fei et al., 2018; Wu Fuyuan et al.，2019；許文良等，2022)。

綜上所述，研究區(qū)美豐組火山巖是古太平洋板塊西向俯沖，東亞大陸邊緣發(fā)生陸內(nèi)伸展，誘發(fā)基性火山噴發(fā)的產(chǎn)物。

5 結(jié)論

通過對研究區(qū)內(nèi)美豐組火山巖進行的巖石地球化學(xué)和年代學(xué)的研究，同時結(jié)合前人在本區(qū)和相鄰區(qū)的研究成果，得出以下結(jié)論：

(1)研究區(qū)美豐組火山巖的鋯石具有典型的巖漿成因特征，其形成時間為105.2 ±0.5 Ma，該組火山巖形成時間為早白堊世。

(2)研究區(qū)美豐組火山巖為高鉀鈣堿性系列，富集Rb、Ba、Th、U、La、Ce，相對虧損Nb、Ti等元素；δEu=0.71～0.94，輕稀土略富集輕，重稀土分餾不明顯，表明美豐組火山巖的原始巖漿起源于地幔，受地殼物質(zhì)的混染改造。

(3)研究區(qū)美豐組火山巖形成于伸展環(huán)境，是古太平洋板塊向亞洲大陸板塊俯沖背景下的產(chǎn)物。

致謝:感謝在此工作區(qū)工作的以往地質(zhì)工作者，為本次工作提供了豐富而又詳實的地質(zhì)資料，感謝編輯部和審稿專家對文章提供的建議與幫助。

注 釋/Notes

? 隋連成, 吳寶輝, 齊飛, 劉殿生, 張書苑, 于德, 梁秀英, 張文奎, 吳文釗, 劉銘輝. 1981. 遜克縣幅M-52-21、常家屯幅M-52-22、新興公社幅M-52-27、富饒公社幅M-52-28、白樺林場幅M-52-33 1/20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 黑龍江省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查第一隊.

? 趙海濱, 牛延宏, 馬江水, 汪巖, 李振德, 張海, 金哲巖, 李國臣. 2005. 烏云鎮(zhèn)幅、嘉蔭縣幅、太平溝幅(M52C003003、M52C004003、5M2C004004)1/25萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報告. 黑龍江省地質(zhì)調(diào)查研究總院齊齊哈爾分院.