摘要：為了進(jìn)一步了解天池火山黑石溝地區(qū)與中晚更新世火山活動(dòng)有關(guān)的玄武巖墻的成因及構(gòu)造背景，在遙感解譯和野外地質(zhì)調(diào)查基礎(chǔ)上，開(kāi)展了巖體的元素地球化學(xué)、全巖Sr-Nd同位素和年代學(xué)分析。結(jié)果表明：1）玄武巖墻主量元素具有偏高的MgO、CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)和低的Na2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)，屬于鉀質(zhì)、準(zhǔn)鋁質(zhì)、亞堿性玄武巖系列。其顯著富集Li、Cs、Be、Rb、Ba、Sr等大離子親石元素（LILE），弱富集Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），對(duì)應(yīng)高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr/Hf、Nb/Ta和Th/U值分別為40.92～45.10、15.77～16.34和3.49～3.76。2）全巖中的（87Sr/86Sr）i與（143Nd/144Nd）i值范圍分別為0.704 570～0.704 690和0.512 552～0.512 571，對(duì)應(yīng)的εNd（t）值范圍在0.87～1.45之間。巖墻中K-Ar成巖年齡（0.35～0.34 Ma）及火山區(qū)巖漿-構(gòu)造演化現(xiàn)有認(rèn)識(shí)綜合表明，該期次玄武質(zhì)巖漿作用在晚更新世千葉階段，成巖母巖漿具有富集Ⅰ型地幔源特征，巖漿上升過(guò)程中有少量下地殼組分加入，整體顯示出洋島玄武巖（OIB）特點(diǎn)。鑒于火山區(qū)玄武巖墻的形成及同期次火山活動(dòng)發(fā)生在0.35～0.34 Ma的擠壓構(gòu)造環(huán)境中，推測(cè)其可能與太平洋板塊俯沖到歐亞?wèn)|北部陸塊之后的回撤或下沉有關(guān)。

關(guān)鍵詞：

元素地球化學(xué)；Sr-Nd同位素；玄武巖墻；構(gòu)造意義；天池火山區(qū)；長(zhǎng)白山

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20210320

中圖分類號(hào)：P59

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： In order to further understand the origin and tectonic setting of basaltic dyke related to Middle and Late Pleistocene volcanic activities in the Heishigou area of Tianchi volcano， based on remote sensing interpretation and field geological investigation， the" geochemistry， whole rock Sr-Nd isotope and geochronology analysis of the basaltic dykes were carried out. The results show that： 1） The major elements of the dykes have relatively high MgO， CaO， K2O and relatively low Na2O， belonging to the series of potassium， metaaluminous and subalkaline basalts. They are enriched in LILEs， such as Li， Cs， Be， Rb， Ba and Sr， and weakly enriched in HFSEs， such as Nb， Ta， Zr， Hf， U and Th， and the corresponding ratios of Zr/Hf， Nb/Ta and Th/U are 40.92-45.10， 15.77-16.34 and 3.49-3.76， respectively. 2） The values of （87Sr/86Sr）i and （143Nd/144Nd）i in the whole rocks range from 0.704 570 to 0.704 690 and 0.512 552 to 0.512 571， respectively， the εNd （t） values range from 0.87 to 1.45. The K-Ar isotopic ages of （0.35-0.34 Ma） obtained by previous research in dykes and tectonicmagmatic evolution together suggest that the basaltic magmatism occurred in the Chibanian stage of Late Pleistocene， and the diagenetic parent magma has the characteristics of enriched Ⅰtype mantle source， with a small amount of lower crust components were added during the ascent of the magma， showing the characteristic of ocean island basalt （OIB）. The formation of the basalt dykes and the contemporaneous volcanic activities occurred in a compressional tectonic environment at 0.35-0.34 Ma， which may be related to the rollback or subsidence of the Pacific plate after it was subducted into the northeastern Eurasia continent.

Key words：

element geochemistry; Sr-Nd isotope; basaltic dyke; tectonic significance；Tianchi volcanic area; Changbai Mountain

0 引言

長(zhǎng)白山天池火山屬新生代多成因中央式火山，火山區(qū)東起和龍市廣坪以西，西、北至松花江流域，南延至五十崗與望天鵝火山區(qū)交會(huì)一帶，火山活動(dòng)從新近紀(jì)（23.0 Ma）開(kāi)始持續(xù)至第四紀(jì)全新世（1 903 aA.D.），火山爆發(fā)指數(shù)（VEI）為6或7，是我國(guó)最大的潛在噴發(fā)危險(xiǎn)的現(xiàn)代活火山。長(zhǎng)白山天池火山是火山學(xué)者與地質(zhì)學(xué)者探究地球動(dòng)力學(xué)背景、深入了解太平洋板塊深俯沖我國(guó)東北部陸緣效應(yīng)和板內(nèi)火山作用的天然基地。與我國(guó)其他晚新生代活火山只有玄武質(zhì)巖漿噴溢作用不同，天池火山具有相對(duì)完整的堿性和亞堿性玄武巖-粗面巖-流紋巖火山巖組合系列。諸多地質(zhì)學(xué)者對(duì)天池火山區(qū)新生代玄武質(zhì)火山巖成因開(kāi)展了一定的研究工作，一部分學(xué)者認(rèn)為天池火山區(qū)玄武質(zhì)巖漿來(lái)源是非均一的，也有一部分學(xué)者認(rèn)為火山區(qū)橄欖巖來(lái)源的鎂鐵質(zhì)巖石，如輝石巖、榴輝巖或角閃巖，可能對(duì)天池火山板內(nèi)玄武巖熔體的產(chǎn)生有重要貢獻(xiàn)，并認(rèn)為火山區(qū)主要出露的玄武質(zhì)火山巖屬堿性、鉀質(zhì)玄武質(zhì)巖石系列，其元素地球化學(xué)特征類似于洋島玄武巖（OIB），普遍富集大離子親石元素（LILE）和相對(duì)弱虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），指示了巖漿可能來(lái)自巖石圈或巖石圈上地幔的橄欖巖源。近些年來(lái)，隨著現(xiàn)代地質(zhì)分析測(cè)試技術(shù)的不斷提高和天池火山區(qū)火山巖數(shù)據(jù)的不斷累積，學(xué)者們的研究重心逐漸開(kāi)始偏向探索造成天池火山區(qū)玄武質(zhì)巖漿源區(qū)不均一性的根本原因，是多源巖漿混合還是圍巖混染。

前人對(duì)天池火山的研究主要集中在噴發(fā)歷史、熔體分異及其“千年噴發(fā)”機(jī)制等方面，對(duì)天池火山造錐階段玄武質(zhì)火山巖的研究不夠豐富，尚不能確定天池火山造錐階段玄武質(zhì)火山巖母巖漿是由DMM（虧損MORB地幔）和EMⅠ（富集地幔Ⅰ型）組成的地幔源，還是具有OIB屬性特征的板內(nèi)交代地幔源，亦或是EMⅠ型富集地幔與大陸地殼混合來(lái)源。根據(jù)已有的遙感資料、地球物理資料和火山區(qū)實(shí)地野外地質(zhì)調(diào)查情況，火山區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育火山環(huán)形構(gòu)造和隱伏線性構(gòu)造，部分構(gòu)造體系中常發(fā)育或賦存玄武巖墻，這些巖墻的存在給同期火山作用和區(qū)域構(gòu)造作用帶來(lái)怎樣的啟示尚需要科學(xué)論證。針對(duì)以上前人研究資料和結(jié)果，在相關(guān)項(xiàng)目的支持下，本次研究結(jié)合區(qū)域成巖年代學(xué)、全巖地球化學(xué)和Sr-Nd同位素分析方法，對(duì)天池火山黑石溝地區(qū)北東向構(gòu)造體系中與晚更新世火山活動(dòng)有關(guān)的玄武巖墻進(jìn)行系統(tǒng)性成因研究，以期進(jìn)一步了解天池火山造錐階段火山作用產(chǎn)物（玄武質(zhì)火山巖）的成因及構(gòu)造背景。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

長(zhǎng)白山天池火山位于延邊朝鮮自治州安圖縣境內(nèi)，大地構(gòu)造位置位于華北克拉通北部東緣，歐亞板塊與太平洋板塊相互作用的活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造環(huán)境，屬于環(huán)西太平洋巖漿-構(gòu)造帶的一部分，是我國(guó)保留最完整的多成因中央式復(fù)合型層狀火山。天池火山區(qū)基底巖層主要由太古代花崗質(zhì)巖和中—新元古代變質(zhì)巖類（2.5～2.4 Ga）構(gòu)成，太古代地層主要為龍崗群變質(zhì)巖，新元古代主要為青白口紀(jì)和震旦紀(jì)變質(zhì)巖類（如石英巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、黑云變粒巖等，1.9～1.7 Ga）。新元古界上覆地層主要為寒武系、奧陶系等古生代變質(zhì)巖系。進(jìn)入古生代以來(lái)，區(qū)域出露一系列中—上石炭統(tǒng)和二疊系陸相沉積盆地，并伴有強(qiáng)烈的中—酸性巖漿侵入活動(dòng)，形成系列呈巖基狀或巖株?duì)町a(chǎn)出的花崗巖體。對(duì)應(yīng)出露的中—酸性火山巖為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、流紋質(zhì)凝灰?guī)r等，以上區(qū)域出露的前第四紀(jì)巖層均被新生代基性火山巖不整合覆蓋，沉積地層巖性主要以礫巖、粗砂巖和砂巖為主。進(jìn)入新生代以來(lái)，區(qū)域火山巖石類型以玄武巖類、粗面巖類以及堿性流紋巖為主，其成巖時(shí)間整體可劃分為4期，即20.00～3.00 Ma（中新世—晚上新世玄武巖類）、2.80～0.30 Ma（晚上新世—晚更新世玄武巖類與粗面巖類）、1.50～0.01 Ma（中更新世—全新世粗面巖類與堿性流紋巖）和0.20 Ma～1.13 ka（晚更新世—全新世堿性流紋巖與熔結(jié)凝灰熔巖），玄武質(zhì)巖漿活動(dòng)持續(xù)整個(gè)晚新生代。對(duì)應(yīng)的區(qū)域火山活動(dòng)又可大致劃分為4個(gè)階段，即造高原階段（玄巖類）、造盾階段（以粗面玄巖類為主）、造錐階段（以粗面巖類為主）和全新世“爆炸式”噴發(fā)階段（以堿流巖為主）。區(qū)域構(gòu)造背景主要處在弧后拉伸構(gòu)造環(huán)境，從中新世至今，以間歇性上升運(yùn)動(dòng)為主，主要出露張性斷裂構(gòu)造和凹陷盆地，其中六道溝—甑峰山斷裂（NE—SW）和白山—金策斷裂（NWNW—SE）兩條隱伏主斷裂近垂直發(fā)育于天池火山區(qū)。

2 研究區(qū)地質(zhì)、巖相學(xué)特征

本文研究區(qū)為二道白河鎮(zhèn)長(zhǎng)白山黑石溝地區(qū)，位于吉林省安圖縣與撫松縣交界處的長(zhǎng)白山天池火山區(qū)東北部，大地構(gòu)造位置屬華北克拉通東部，緊鄰敦化—密山斷裂（郯城—廬江斷裂帶北段分支）（圖1a）。研究區(qū)火山活動(dòng)始于漸新世，至更新世時(shí)期在火山區(qū)及圖們江流域堿性玄武質(zhì)巖漿噴溢作用促使地區(qū)發(fā)育并形成了玄武質(zhì)熔巖盾，巖性主要為粗面玄武巖，早更新世晚期巖性主要由粗面玄武巖向玄武質(zhì)粗安巖和粗面巖過(guò)渡；中更新世之后，火山發(fā)生的粗面質(zhì)巖漿噴溢作用形成了火山區(qū)南北部的粗面巖及堿流巖，基本構(gòu)成了天池火山錐體，早期巖性主要為粗面巖，晚期粗面巖開(kāi)始向堿流巖演化（圖1b），同時(shí)還發(fā)生有限的玄武質(zhì)巖漿噴溢作用，并在研究區(qū)內(nèi)形成了黑石溝玄武巖墻（圖1c）。全新世時(shí)期，天池火山曾發(fā)生了多次“爆炸式”噴發(fā)，形成了破火山口（天池）以及研究區(qū)內(nèi)的火山碎屑空降堆積物（如鈉閃堿流巖和熔結(jié)凝灰?guī)r）。天池火山主體垂向可為3部分：底部為泉陽(yáng)組玄武巖，頭道組玄武巖，白山組玄武巖，小白山組粗安巖、安粗巖、粗面巖，局部發(fā)育中—上新統(tǒng)奶頭山組玄武巖；中部為老房子小山組玄武巖，白頭山組粗面巖和少量粗安巖、安粗巖、堿流巖、黑曜巖等，組成天池火山的復(fù)合火山錐體；頂部為晚更新世—全新世堿流質(zhì)、粗面質(zhì)火山碎屑巖或空降堆積物。

根據(jù)前人成果資料和本次野外火山區(qū)地質(zhì)調(diào)查、實(shí)測(cè)巖相構(gòu)造地質(zhì)剖面以及遙感影像解譯可知，研究區(qū)出露地層主要如下：中侏羅統(tǒng)屯田營(yíng)組安山巖，以不規(guī)則狀殘留體發(fā)育于晚新生代火山巖中或交界邊緣位置；中新統(tǒng)土門子組沉積巖，主要由礫巖和砂巖組成，多呈條帶狀不整合接觸于中侏羅統(tǒng)屯田營(yíng)組；中新統(tǒng)—全新統(tǒng)火山巖，分別為中新統(tǒng)奶頭山組玄武巖（普遍呈柱狀節(jié)理，約占研究區(qū)面積的2/3）和更新統(tǒng)軍山組玄武巖（熔巖流面理大致北東向，傾角為10°～14°）。其中：

中新統(tǒng)奶頭山組玄武巖中發(fā)育少量灰黑色玄武巖墻，巖墻走向北東，傾角約85°，巖墻寬度在2.2～6.7 m之間，巖墻大部分被與玄武質(zhì)火山巖石成分相似的全新世灰色火山碎屑巖和火山碎屑空降堆積物不整合接觸覆蓋；更新統(tǒng)玄武巖主要分布于研究南部，出露面積約18 km2。

a圖據(jù)文獻(xiàn)修改；b圖據(jù)文獻(xiàn)修改；c圖據(jù)文獻(xiàn)修改。

區(qū)內(nèi)出露侵入巖主要為晚古生代黑云二長(zhǎng)花崗巖和鉀長(zhǎng)花崗巖，其呈巖基或巖株?duì)顝V泛分布于北東部，被晚新生代火山巖不整合覆蓋。火山區(qū)內(nèi)隱伏斷裂構(gòu)造主要為北東向六道溝—甑峰山早第四紀(jì)壓扭性斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)出露的玄武巖墻新鮮面為灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，流動(dòng)構(gòu)造或氣孔構(gòu)造，可見(jiàn)大量氣孔（圖2a， b），氣孔體積分?jǐn)?shù)約15%，孔徑為0.05～0.50 mm；斑晶由斜長(zhǎng)石、輝石和橄欖石組成，斑晶礦物體積分?jǐn)?shù)為15%～20%；基質(zhì)礦物主要由斜長(zhǎng)石和輝石組成（圖2c， d），基質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)為75%～80%。斑晶中：斜長(zhǎng)石呈自形板狀產(chǎn)出，粒徑約5 mm，可見(jiàn)較多氣孔分布，邊部蝕變不明顯，環(huán)帶結(jié)構(gòu)，斜長(zhǎng)石捕擄晶體積分?jǐn)?shù)約占斑晶的50%；輝石粒徑多在0.1～0.4 mm之間，單偏光下呈淺棕褐色，高凸起，可見(jiàn)一組解理，體積分?jǐn)?shù)約占斑晶的40%；橄欖石呈粒狀，粒徑多在0.1～0.2 mm之間，表面蝕變多發(fā)生蛇紋石化，呈黃褐色，體積分?jǐn)?shù)約占斑晶的10%（圖2c）?；|(zhì)礦物具有定向性，少量細(xì)粒狀輝石分布于定向排列的長(zhǎng)條狀斜長(zhǎng)石微晶間隙中，具間粒結(jié)構(gòu)。副礦物可見(jiàn)磷灰石和金云母（圖2d）。

3 實(shí)驗(yàn)樣品與實(shí)驗(yàn)方法

3.1 全巖主量、微量元素和稀土元素

3件玄武巖墻樣品的主量元素、稀土元素及微量元素測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)列于表1。在室內(nèi)巖相學(xué)鑒定基礎(chǔ)之上，選擇樣品構(gòu)造與結(jié)構(gòu)均一，無(wú)氧化、蝕變的樣品作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。3個(gè)全巖主量元素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成，實(shí)驗(yàn)運(yùn)用帕納科AxiosMAX 熒光光譜（XRF）進(jìn)行分析。樣品處理過(guò)程如下：先將200目樣品置于120 ℃烘箱中烘干8" h，稱取0.5～1.0 g上述烘干的樣品于恒質(zhì)量陶瓷坩堝中，于馬弗爐中1 000 ℃灼燒200 min，冷卻至400 ℃轉(zhuǎn)移至干燥皿中，待冷卻至室溫再進(jìn)行稱量，計(jì)算燒失量；然后分別稱取6.000 0 g（±0.3 mg）助熔劑（加拿大Claisse，其中Li2B4O7 、LiBO2 、LiBr質(zhì)量比為49.75%∶49.75%∶0.5%）與0.600 0 g（±0.3 mg）上述烘干樣品于陶瓷坩堝中，用石英棒攪拌使樣品與熔劑混勻，將混合樣品倒入XRF（X射線熒光光譜儀）專用鉑金坩堝中，置于熔樣爐中1 100 ℃熔融，熔樣程序運(yùn)行結(jié)束后鉗取出坩堝，搖晃坩堝，并將熔體中氣泡趕出并使熔體充滿堝底，再轉(zhuǎn)移到耐火磚上冷卻；最后將玻璃片取出，貼上標(biāo)簽，以備XRF測(cè)試。樣品分析精度滿足GB/T 14506.28—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法：第28部分：16個(gè)主次成分量測(cè)定》的要求，本次實(shí)驗(yàn)SiO2精度估計(jì)值為±1%，其他氧化物為±2%。

微量與稀土元素實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心共完成，用于ICP-MS分析的微量元素及稀土元素的樣品處理過(guò)程如下：1）將200目樣品置于105 ℃烘箱中烘干12 h，稱取粉末樣品50 mg置于Teflon溶樣彈中，先后依次緩慢加入高純HNO3（1.5 mL）、高純HF（1.5 mL）和高純HClO4（0.1 mL）；2）將Teflon溶樣彈放入鋼套，擰緊后置于190 ℃烘箱中加熱48 h，待溶樣彈冷卻，開(kāi)蓋后置于140 ℃電熱板上蒸干，然后加入3.0 mL HNO3并蒸干；3）溶樣彈匯總加入3.0 mL體積分?jǐn)?shù)為50%的高純HNO3，加蓋及鋼套密閉，在190 ℃的烘箱中保持12 h；4）待溶樣彈冷卻后，將提取液轉(zhuǎn)移至100 mL干凈的PET（聚酯）瓶中，再加入1 mL的（Rh+Re）雙內(nèi)標(biāo)溶液（質(zhì)量濃度1.0 mg/L），用Milli-Q稀釋至100.00 g，使得Rh和Re在溶液中的質(zhì)量濃度為10.0 ng/mL，待上機(jī)測(cè)定。具體流程參照GB/T 14506.30—2010《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法：第30部分：44個(gè)元素量測(cè)定》。

3.2 全巖Sr-Nd同位素

3件全巖鉛Sr-Nd同位素測(cè)試工作在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心實(shí)驗(yàn)室完成。Rb、Sr實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程如下：首先準(zhǔn)確稱取0.1～0.2 g粉末樣品于低壓密閉溶樣彈中，準(zhǔn)確加入Rb、Sr稀釋劑，用混合酸（HF+HNO3+HClO4）溶解24 h，待樣品完全溶解后，蒸干，加入6 mol/L的HNO3轉(zhuǎn)為氯化物蒸干；然后用0.5 mol/L的HCl溶液溶解，離心分離，清液加入陽(yáng)離子交換柱（直徑0.5 cm×高15 cm，AG50W×8（H+）100～200目），用1.75 mol/L的HCl溶液淋洗Rb，用2.5 mol/L HCl溶液淋洗Sr，蒸干，同位素分析采用Isoprobe-T熱電離質(zhì)譜計(jì)。質(zhì)量分餾用86Sr/88Sr=0.1194校正，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果：NBS987為0.710 250±0.000 007。Sm、Nd實(shí)驗(yàn)測(cè)試流程如下：先稱取0.10 g左右粉末樣品于低壓密閉溶樣釜中，溶解24 h，待樣品完全溶解后，蒸干，加入6 mol/L的HCl 轉(zhuǎn)為氯化物蒸干；然后用0.5 mol/L HCl溶液溶解，離心分離，清液注入陽(yáng)離子交換柱（直徑0.5 cm×高 15 cm，AG50W×8（H+）100～200目），用1.75 mol/L HNO3溶液和2.5 mol/L HCl溶液淋洗基體元素和其他元素；最后用4 mol/L HCl溶液淋洗稀土元素，蒸干。Sm、Nd用P507萃淋樹脂分離，同位素分析采用Isoprobe-T熱電離質(zhì)譜計(jì)。質(zhì)量分餾用146Nd/144Nd=0.7219校正，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果：JMC（光譜純Nd2O3，Catalogue No. JMC321）為143Nd/144Nd=0.512109±0.000003，分析結(jié)果列于表2。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 主量元素

研究區(qū)3件玄武質(zhì)巖墻主量元素化學(xué)特征見(jiàn)表1與圖3。上述3個(gè)樣點(diǎn)在火山巖全堿w（Na2O+K2O）-w（SiO2）圖解（圖3a）中，均落在堿性玄武巖范圍，巖性主量元素定名與野外、室內(nèi)巖相學(xué)觀察鑒定一致。主量元素中含有高的MgO和CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)，范圍分別為9.94%～10.07%和8.85%～8.93%，低的TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、Na2O和K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)，范圍分別為1.22%～1.23%、14.96%～15.06%、9.29%～9.43%、6.72%～6.92%、3.09%～3.22%和1.58%～1.70%，F(xiàn)e2O3/FeO值介于1.35～1.39之間。在火山巖w（K2O）-w（Na2O）堿性系列分類圖（圖3b）中，3件玄武巖成分點(diǎn)落在鈉質(zhì)與鉀質(zhì)分界線附近的鉀質(zhì)巖范圍內(nèi)。鋁飽和指數(shù)（A/CNK）值介于0.67～0.68（＜1.0），屬準(zhǔn)鋁質(zhì)巖石范圍，對(duì)應(yīng)的Mg#值在53.75～54.10之間，Mg#值偏高。

4.2 微量元素

微量元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，3件黑石溝地區(qū)玄武巖墻具有類似OIB中微量元素的配分模式（圖4a），同樣與長(zhǎng)白山火山區(qū)晚新生代玄武巖具有相類似的元素配分模式。巖石中的各微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)值相近，顯著富集Li （5.52×10-6～6.80×10-6）、Cs （1.54×10-6～2.22×10-6）、Be （1.24×10-6～1.44×10-6）、Rb （97.30×10-6～119.00×10-6）、Ba （435.00×10-6～442.00×10-6）、Sr （708.00×10-6～745.00×10-6）等大離子親石元素（LILE），弱富集Nb （25.00×10-6～25.90×10-6）、Ta （1.53×10-6～1.63×10-6）、Zr （135.00×10-6～142.00×10-6）、Hf （3.06×10-6～3.47×10-6）、U （0.78×10-6～0.84×10-6）、Th （2.89×10-6～3.01×10-6）等高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），親鐵元素Cr （549.00×10-6～567.00×10-6）、Co （43.60×10-6～45.20×10-6）和Ni （153.00×10-6～157.00×10-6）值范圍與原始地幔相近，對(duì)應(yīng)高場(chǎng)強(qiáng)元素Zr/Hf、Nb/Ta和Th/U值分別為40.92～45.10（平均值43.14）、15.77～16.34（平均值16.10）和3.49～3.76（平均值3.65）。

4.3 稀土元素

在表1和稀土元素對(duì)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖（圖4）中，3件粗面玄武巖墻稀土元素具有富集輕稀土元素（LREE）、相對(duì)弱虧損重稀土元素（HREE）的特

征，w（LREE）范圍為99.44×10-6～103.11×10-6，w（HREE）范圍為12.55×10-6～12.98×10-6，稀土元素總量w（∑REE）范圍為130.79×10-6～134.59×10-6，LREE/HREE值范圍為7.80～7.98，La/Sm、La/Yb和LaN/YbN值范圍分別為4.89～5.02、13.63～13.95和9.19～9.40，δEu與δCe值分別為1.00～1.09、0.96～1.02（表1），表明巖漿源區(qū)存在斜長(zhǎng)石弱的低壓分離結(jié)晶。這些稀土元素配分模式特征與長(zhǎng)白山火山區(qū)晚新生代玄武巖中的∑REE、LREE和HREE質(zhì)量分?jǐn)?shù)值相當(dāng)，輕重稀土分餾程度均偏低，整體具有相似的稀土元素地球化學(xué)配分特征。

4.4 全巖Sr-Nd 同位素

從研究區(qū)獲得全巖中3件Sr-Nd同位素測(cè)試結(jié)果列于表1、2，全巖中Rb、Sr、Sm和Nd質(zhì)量分?jǐn)?shù)值分別為97.30×10-6～119.00×10-6、708.00×10-6～745.00×10-6、4.33×10-6～4.46×10-6和22.10×10-6～23.10×10-6，所對(duì)應(yīng)的87Rb/86Sr、87Sr/86Sr、147Sm/144Nd和143Nd/144Nd值分別為0.368 897～0.467 484、0.704 569～0.704 692、0.118 470～0.126 671和0.512 682～0.512 712（誤差1σ）。（87Sr/86Sr）i與（143Nd/144Nd）i值范圍分別為0.704 570～0.704 690和0.512 552～0.512 571，按照最終成巖年齡0.34 Ma計(jì)算獲取的εNd（t）值范圍為0.87～1.45（均大于0）。此外，結(jié)合前人在長(zhǎng)白山火山區(qū)獲取的16件晚新生代玄武巖中Sr-Nd同位素對(duì)應(yīng)比值可知，它們整體具有相似或接近的值，成分點(diǎn)均落于標(biāo)準(zhǔn)球粒隕石線以下的地幔演化線附近或東北地區(qū)新生代基性火山巖區(qū)（圖5a），同樣也在富集型地幔形成的洋島玄武巖范圍內(nèi)（圖5b）。

5 討論

5.1 成巖時(shí)代

根據(jù)前人測(cè)年結(jié)果及野外地質(zhì)調(diào)查，早中新世（約23 Ma）以來(lái)，火山區(qū)玄武質(zhì)火山巖可大致劃分為造盾前期噴發(fā)（中新世）、造盾階段噴發(fā)（上新世至早更新世）和造盾后期噴發(fā)（中更新世至晚更新世）。Liu等 認(rèn)為火山造盾前期與造盾后期玄武質(zhì)火山巖對(duì)盾狀玄武質(zhì)熔巖高原的發(fā)育與貢獻(xiàn)并不明顯，而盾狀玄武質(zhì)熔巖高原主要由造盾階段玄武質(zhì)火山巖組成（如粗面質(zhì)玄武巖、橄欖玄武巖、輝石玄武巖等），覆蓋面積約1.2×104 km2，并且該時(shí)段形成的熔巖流多呈放射狀排列。造盾階段玄武質(zhì)巖漿作用完成之后（5.00～1.00 Ma），在1.17～0.05 Ma期間，天池火山造盾后期玄武質(zhì)巖漿相繼HIMU.高U/Pb型地幔；MORB. 大洋中脊玄武巖；PM. 普通或流行地幔；EMⅠ. Ⅰ型富集地幔；EMⅡ. Ⅱ型富集地幔；OIB. 洋島玄武巖。底圖據(jù)文獻(xiàn)修改。

發(fā)生了小規(guī)模性“斯通博利式”單成因火山作用，觸發(fā)火山區(qū)小規(guī)模性裂隙式噴發(fā)，這與火山區(qū)造盾階段玄武質(zhì)巖漿大量噴溢形成對(duì)比。同時(shí)，玄武質(zhì)巖漿小規(guī)模作用時(shí)間也與天池火山造錐階段時(shí)代相近（1.50～0.01 Ma，圖6a）。

結(jié)合以上成果資料和火山區(qū)大量玄武質(zhì)火山巖測(cè)年資料，可將火山區(qū)玄武質(zhì)巖漿噴溢作用期次大致劃分為：造高原階段（20.00～3.00 Ma）、造盾階段（2.80～0.30 Ma）、造錐階段（1.50～0.01 Ma）。魏海泉獲得黑石溝地區(qū)玄武質(zhì)火山巖中K-Ar年齡在（0.350±0.031）～（0.340±0.040）Ma之間，可以初步推測(cè)和確認(rèn)黑石溝玄武巖墻成巖時(shí)代在0.36～0.34 Ma范圍內(nèi)，指示該期次的玄武質(zhì)巖漿作用發(fā)生在晚更新世千葉（Chibanian）階段。結(jié)合長(zhǎng)白山火山區(qū)晚新生代火山巖成巖時(shí)代或巖漿作用時(shí)間（圖6b），我們進(jìn)一步認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)玄武巖墻形成時(shí)代發(fā)生在天池火山造錐階段初期，或可能為長(zhǎng)白山火山區(qū)造盾階段晚期殘余玄武質(zhì)巖漿作用的產(chǎn)物。

5.2 巖石成因

目前，關(guān)于大陸玄武質(zhì)巖石成因主要有以下4種：1）地幔柱或熱點(diǎn)攜帶的軟流圈上涌；2）巖石圈減薄，大陸地殼伸展，導(dǎo)致的地幔物質(zhì)上涌；3）俯沖板片脫氣、去水交代軟流圈上地幔；4）殼幔之間的相互作用。而有關(guān)長(zhǎng)白山火山區(qū)玄武質(zhì)巖石成因主要有以下2種觀點(diǎn)：1）Ⅰ型富集地幔（EMⅠ）起源；2）與太平洋板或滯留大洋板片衍生物質(zhì)有關(guān)的玄武質(zhì)巖漿作用。在元素地球化學(xué)方面，研究區(qū)內(nèi)玄武巖墻含有低SiO2（48.59%～48.75%）、TiO2（1.22%～1.23%）、K2O+Na2O（4.79%～4.88%）、P2O5（0.41%）質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鋁飽和指數(shù)（A/CNK）值（0.67～0.68），巖石屬鉀質(zhì)、準(zhǔn)鋁質(zhì)、亞堿性巖石系列，具有較高的MgO（9.94%～10.07%）、Fe2O3（9.29%～9.43%）、CaO（8.85%～8.93%）和V（182×10-6～189×10-6）質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Mg#值范圍在53.75～54.10之間，F(xiàn)e2O3/FeO值范圍在1.35～1.39之間，表明成巖巖漿具有深部地幔源特征。對(duì)應(yīng)微量元素中Zr/Hf（40.92～45.10）、Nb/Ta（15.77～16.34）、Th/U（3.49～3.76）、Th/La（0.13～0.14）、Nb/U（30.76～32.95）和Lu/Hf（0.07）值以及其他微量元素比值均與EMⅠ型地幔巖漿屬性相近，進(jìn)一步表明成巖母巖漿具有EMⅠ型OIB特征。其（Na2O+K2O）/δEu值為4.48～4.79，LREE/HREE值為7.80～7.98，δCe值范圍在0.96～1.02之間，具有弱分異-正異常的殼?；旌蠋r漿屬性（圖7a，b），巖墻中高的不相容微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)值（如Hf、Th、Ta等）或比值（如Ta/Hf、Nb/Yb、Ta/Yb等）均與板內(nèi)堿性玄武巖相當(dāng)（圖7cf），表明巖漿來(lái)源可能與板內(nèi)地幔交代有關(guān)，與堿性玄武巖形成環(huán)境相似。

巖石中含有高的親鐵元素Cr（549.00×10-6～567.00×10-6）、Co（43.60×10-6～45.20×10-6）和Ni（153.00×10-6～157.00×10-6）質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及低的Nb/La（1.15～1.21）、La/Yb（13.63～13.95）和LaN/YbN（9.19～9.40）值，暗示了初始巖漿可能在巖漿室中或上侵至達(dá)地表過(guò)程中經(jīng)歷了弱的結(jié)晶分異作用，這也與鏡下觀察到的單斜輝石和基性斜長(zhǎng)石造巖礦組合相匹配（圖2c）。

在同位素地球化學(xué)中，玄武巖墻中（143Nd/144Nd）i和（87Sr/86Sr）i值分別為0.512 552～0.512 571和0.704 570～0.704 690，對(duì)應(yīng)的εNd（t）值變化范圍為0.87～1.45（均大于0），這些值均落于地幔演化線與EMⅠ型地幔演化線附近（圖5a），表明巖漿源區(qū)可能由EMⅠ型地幔組成（圖5b）。此外，長(zhǎng)白山火山區(qū)玄武質(zhì)火山巖中的Pb同位素?cái)?shù)據(jù)也支持了EMⅠ型地幔來(lái)源的巖漿源區(qū)，并在巖漿上升的過(guò)程混入了少量大陸地殼物質(zhì)。

Tauzin等利用P波與S波之間轉(zhuǎn)換，通過(guò)地震層析成像對(duì)西北太平洋和東亞邊緣的地幔過(guò)渡帶進(jìn)行大規(guī)模高分辨率成像，認(rèn)為在我國(guó)長(zhǎng)白山火山區(qū)底部410～660 km處地幔過(guò)渡帶中存在高速異常，并將其解釋為太平洋板塊俯沖至地幔過(guò)渡帶中的滯留板片。Choi等研究認(rèn)為從晚新生代開(kāi)始俯沖我國(guó)東北部陸塊深部的大洋板片逐漸下沉并進(jìn)入地幔過(guò)渡帶，板片在大于200 km深度的弧后發(fā)生熔融，在停滯或下沉過(guò)程中所產(chǎn)生的高鉀長(zhǎng)英質(zhì)熔體交代上覆地幔楔，形成初始EMⅠ性質(zhì)地幔源區(qū)。因此，研究區(qū)玄武質(zhì)巖漿作用可能是我國(guó)東北部陸緣深部滯留或下沉太平洋板片觸發(fā)的區(qū)域成巖地球動(dòng)力學(xué)的響應(yīng)。

5.3 構(gòu)造意義

長(zhǎng)白山火山區(qū)測(cè)震資料、溫泉?dú)怏w地球化學(xué)數(shù)據(jù)與區(qū)域構(gòu)造成果表明，在火山區(qū)空間上基本定義了NW—SE走向的（白山—金策）與NE—SW走向（六道溝—甑峰山）延續(xù)的深大斷裂（圖1b），多成因的較大火山天池火山、胞胎山火山位于斷裂南段。尤其2009—2013年發(fā)生在火山區(qū)的構(gòu)造地震大部分大致沿著NW—SE方向的白山—金策斷裂分布，這些測(cè)震數(shù)據(jù)觀測(cè)與分析的結(jié)果也表明，在火山區(qū)下方地殼范圍內(nèi)可能存在1條縱向NW向延伸約50 km深的斷層，斷層性質(zhì)推測(cè)為左旋走滑斷層，斷層左側(cè)水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示區(qū)域存在1～2 mm/a的抬升，而在右側(cè)水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示區(qū)域存在垂向1～2 mm/a下降，該走滑斷層也延伸至松遼盆地的主要NE—SW向構(gòu)造。根據(jù)火山區(qū)聚龍溫泉和錦江溫泉通量氣體與同位素氣體地球化學(xué)研究，聚龍溫泉?dú)怏w中殼源物質(zhì)占比較高，而錦江溫泉?dú)怏w具有顯著幔源特征（幔源氣體占比約75%），其溫泉?dú)怏w涌溢可能與NE和NW向斷裂有密切關(guān)聯(lián)，氣體沿?cái)嗔淹ǖ雷韵露洗瓜蜻w移。另外，根據(jù)本次野外地質(zhì)調(diào)查，出露在六道溝—甑峰山北段的玄武巖墻走向近NE，傾角約85°，巖墻寬度在2.2～6.7 m之間，與該隱伏斷裂走向一致，結(jié)合聚龍溫泉深部幔源氣體組分特征，本文進(jìn)一步提供了北東向六道溝—甑峰山隱伏斷裂客觀可能存在的地質(zhì)證據(jù)。結(jié)合巖墻成巖年齡，我們推測(cè)賦存該巖墻的容巖構(gòu)造形成時(shí)間應(yīng)早于0.35 Ma。

長(zhǎng)白山火山區(qū)及我國(guó)東北地區(qū)晚新生代玄武質(zhì)火山巖普遍具有與OIB類似的地球化學(xué)特征。它們的微量元素常富集大離子親石元素和輕稀土元素，相對(duì)弱虧損重稀土元素，弱富集高場(chǎng)強(qiáng)元素，全巖同位素組成普遍表現(xiàn)為弱富集Sr-Nd同位素，其εNd（t）值廣泛集分布于標(biāo)準(zhǔn)球粒隕石演化線以上，對(duì)這些類似洋島型玄武巖所具有的地球化學(xué)特征，一般都可以歸因于玄武巖地幔源區(qū)中殼源物質(zhì)的加入。研究區(qū)及區(qū)域玄武質(zhì)火山巖中Th/Hf （0.83～0.97）、Ta/Hf （0.47～0.52）、Th/Yb （1.86～1.88）和Ta/Yb （0.96～1.05）值也顯示出了板內(nèi)成巖構(gòu)造環(huán)境中堿性玄武巖的成因（圖7cf），并且在晚新生代晚更新世（＜1.0 Ma）火山區(qū)整體處于一個(gè)擠壓構(gòu)造環(huán)境。因此，研究區(qū)內(nèi)晚更新世（＜1.0 Ma）玄武巖墻可能是太平洋板塊俯沖導(dǎo)致華北克拉通巖石圈地幔減薄之后，在大洋板片停滯或下沉過(guò)程滯留板片持續(xù)脫氣、去水交代上覆地幔，再經(jīng)殼幔作用之后的產(chǎn)物。

6 結(jié)論

1）本文玄武巖墻成巖時(shí)代屬于晚更新世千葉（Chibanian）階段，巖墻形成時(shí)代發(fā)生在天池火山造錐階段初期，或可能為天池火山區(qū)造盾階段晚期殘余玄武質(zhì)巖漿作用產(chǎn)物。

2）巖石屬鉀質(zhì)、準(zhǔn)鋁質(zhì)、亞堿性巖系列，顯著富集Li、Cs、Be、Rb、Ba、Sr等大離子親石元素（LILE），弱富集Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等高場(chǎng)強(qiáng)元素（HFSE），Eu負(fù)異常不明顯，結(jié)合全巖Sr-Nd同位素，進(jìn)一步說(shuō)明具有EMⅠ型地幔來(lái)源的OIB玄武巖石屬性特征。

3）該期次玄武質(zhì)巖漿作用發(fā)生在晚更新世（＜1.0 Ma）太平洋板塊向中國(guó)東北部俯沖后的大陸擠壓構(gòu)造環(huán)境，可能與深部滯留大洋板片在晚更新世回撤或下沉有關(guān)。

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