赵盛焱 吴俊男 靳丽花 王崇文 杨时娇 邓 杰

(石家庄经济学院资源学院)

唐家屯组火山岩地球化学特征及地质意义*

赵盛焱 吴俊男 靳丽花 王崇文 杨时娇 邓 杰

(石家庄经济学院资源学院)

黑龙江松江地区火山岩处于板块拼贴带附近的断裂处及构造较薄弱处，发生了火山喷发活动，形成了晚石炭世唐家屯组火山岩，显示出与板块俯冲作用有关的微量元素特征。结合区内唐家屯组火山岩主量元素、微量元素、稀土元素特征，探讨了区内火山岩的构造环境及成因，为进一步研究区内火山岩的构造特征提供参考。

火山岩 地球化学特征 构造环境 成因

黑龙江松江地区位于华北克拉通板块、古太平洋板块、西伯利亚板块的拼合部位，位于兴蒙造山带东缘小兴安岭—张广才岭地块滨东隆起带[1]，小兴安岭—张广才岭地块属于松嫩地块的重要组成部分[2]，其北东为牡丹江断裂，南东为伊通—依兰断裂，南为索伦克尔—西拉木伦河断裂，前人对上述断裂进行了较深入的研究，但对该区唐家屯组火山岩研究较少，因而有必要对其地球化学特征进行分析。

1 区域地质概况

黑龙江松江地区多期的构造演化形成了较为复杂的构造区带，由西到东依次为额尔古纳地块、兴安地块、松嫩地块、佳木斯地块和兴凯地块[3]，期间经历了陆缘的转换、洋盆闭合及陆块拼合等阶段[4]。古生代期间，东北构造区域经历了多陆块的拼合与古亚洲洋的演化[5]。前中生代大地构造位于中朝板块与西伯利亚板块之间，是古亚洲洋演化历史上的一个重要构造区域[6]。佳木斯地块和松嫩地块的碰撞造山带是中生代古亚洲洋构造域向太平洋构造域转折的标志[7]。小兴安岭—张广才岭带始形成于早—中侏罗世，为佳木斯地块与华北地台拼合而成，主要为陆缘弧火山环境的产物[8]。受太平洋板块俯冲挤压作用的同时，导致地壳厚度不平衡，由于板块之间局部调整的作用方式而产生了张性环境[9-10]，部分岩石圈被伸展拉张，使岩石圈部分增厚，产生了拆沉效应[11-12]。

2 地球化学特征

唐家屯组分布于研究区南西部，较零星分布，呈不规则形状，无明显展布方向，地层为单斜地层，倾向多为SE，其次为SW，倾角为20°～30°。岩性主要为流纹质凝灰熔岩、流纹岩、英安岩等，其次为流纹质晶屑凝灰岩(硅化、绢云母化、绿帘石化)。区内常量元素、稀土元素、微量元素分析结果见表1。

2.1 岩石化学特征

TAS图解(图1)显示岩石分别落入粗面玄武岩、粗面岩和粗面英安岩与英安岩区域。K2O-SiO2图解(图2)显示火山岩落于钙碱性火山岩区、高钾钙碱性火山岩区和钾玄岩性火山岩区，里特曼指数为2.26～5.85，小于5.90，为高钾钙碱性火山岩，暗示了原始岩浆富钾，源岩具有壳源的特征。Zr/TiO2-Nb/Y图解(图3)显示数据点全部落入英安岩区域中，分异指数为82.33～89.16，固结指数为1.89%～9.84%，表明该期火山岩的岩浆在形成与喷出过程中发生过较强的结晶分异作用。

图1 唐家屯组火山岩TAS图解

表1 松江地区唐家屯组火山岩元素分析结果 %

图2 唐家屯组火山岩K2O-SiO2图解

图3 唐家屯组火山岩Zr/TiO2-Nb/Y图解

2.2 稀土元素特征

在岩浆作用过程中，钇族稀土元素有向晚期富集的趋势，即随着岩浆作用由早期向晚期发展，呈现出一定结晶规律的趋势[6]，其中∑Y/∑REE、∑Y/∑Ce值相等，说明岩浆在结晶过程中可能受到部分熔融或混染。LR/HR值为7.72～9.70，为轻稀土富集型，(La/Yb)N值为7.24～9.07，轻重稀土分馏较明显，δEu值为0.26～0.35，为铕负异常-弱正异常，这与岩石富含钾长石、斜长石为贫钙的钠长石特征相一致，暗示岩浆在形成过程中可能存在斜长石的分离结晶作用或部分熔融过程中源区有斜长石残留。稀土配分曲线为右倾型曲线，见图4。

图4 稀土元素球粒陨石标准化分布型式

2.3 微量元素特征

由微量元素蛛网图(图5)可知，高场强元素相对于大离子亲石元素亏损，Ba、Sr、Ti 明显亏损， Zr、Hf 、La、Ce相对于相邻元素富集，显示出与俯冲作用有关的岛弧岩石微量元素特征。岩石中的Ba/La值为24.90～28.85，Ba/Nb值为21.94～24.84，La/Nb值为2.08～2.94，此外，微量元素Hf/Ta值为6.00～10.20，La/Ta值为26.00～48.69，比值变化较大，Th/Nb值为0.14～0.24，Th/Yb值为1.69～2.47，Hf/Th值为0.76～1.73，显示类似于板内火山岩特征。其中Zr与Nb具共消长规律关系，Nb/Zr值约0.05，表明稀土元素中部分熔融作用。因此高的大离子亲石元素(LILE)、高的Ba/La、Ba/Nb、La/Nb值以及Nb、Ta的负异常等地球化学特征可能表明岩浆在上升过程中存在地幔楔形体等消减组分的加入，或者在此过程中受到陆壳的混染。混染作用往往造成不相容元素含量总体升高[13]，因此Sr、Zr、Nb等不相容元素的总体含量较高。同时Rb、K富集以及铕负异常，说明岩浆没有随着分异程度的增加而显著加强，这可能是母岩浆特点的反映。

图5 微量元素原始地幔标准化蛛网

3 构造环境、岩浆成因

区内火山岩由不同期次的岩浆作用形成，具有混染作用演化关系。古生代时期，特别是中、晚古生代时，研究区处于地槽状态。早古生代时，在兴安岭地区有NE向的额尔古纳地槽及阿尔山地槽，发育有寒武系绿色片岩建造，碳酸盐建造及奥陶系的复理式建造。加里东运动后地槽隆起成背斜，此时东北地区小兴安岭西北段接受中、晚古生代地槽海侵，形成张广才岭地槽[14]。地槽阶段的造山运动和岩浆侵入活动极其活跃，规模较大，并具有明显的周期性，分别有海西(华力西)期早、中、晚3期造山运动，都有岩浆喷出[15]。早石炭世末，特别是海西晚期兴安岭地区多周期造山运动和岩浆活动也较明显。

岩石化学特征显示该期火山岩为高钾钙碱性火山岩，火山岩高钾特征说明地壳物质对岩浆的影响明显。在俯冲作用过程中，加厚的陆壳底部发生熔融岩浆，岩浆喷溢形成活动陆缘的弧火山岩带，同期的火山岩以中—酸性安山-流纹岩为主[16]。结合区域地壳演化，认为古生代太平洋板块俯冲挤压作用导致地壳厚度不平衡，由于板块之间作用方式的局部调整而产生了张性环境[17]。

4 结 语

在对区内唐山屯组火山岩主量元素、微量元素以及稀土元素特征深入分析的基础上，对区内火山岩的构造环境以及岩浆成因进行了讨论，为深入研究区内火山岩的构造特征提供参考。

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*黑龙江省国土资源厅第五批省级资源补偿费基金项目(编号：HLJKD2009—10)。

2015-04-14)

赵盛焱(1989—)男，硕士研究生，050031 河北省石家庄市裕华区槐安东路136号。