仲米山，王忠江，敖光，翟富荣，王粉丽，王岐，谭超，杨运来

（辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100）

张广才岭二浪河组火山岩的锆石U-Pb年代学及地球化学特征

仲米山，王忠江，敖光，翟富荣，王粉丽，王岐，谭超，杨运来

（辽宁省地质勘查院，辽宁大连116100）

对张广才岭下侏罗统二浪河组火山岩进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学和岩石地球化学研究，以确定其时代及形成的构造背景。所选样品的锆石均呈自形-半自形晶，具有清晰的振荡生长环带和较高的Th/U比值(0.24～0.73)，暗示其岩浆成因。测年结果显示，火山岩为早侏罗世(179.7±1.9 Ma)岩浆喷发的产物，而非前人认为的晚三叠世;此外，二浪河组火山岩具双峰式组合的特点，安山岩以富碱、高钾、高度富集大离子亲石元素和轻稀土元素为特征，而流纹岩显示A型流纹岩特点。小兴安岭-张广才岭早侏罗世双峰式火成岩的存在，揭示该区早侏罗世为伸展构造环境。结合区域该时期火成岩的空间展布特征，二浪河组双峰式火山岩的形成应与太平洋板块向欧亚板块俯冲作用有关，形成于类似弧后盆地的伸展环境。

张广才岭;二浪河组;双峰式火山岩;锆石U-Pb年代学;地球化学;构造背景

天山-兴蒙造山带东段的张广才岭及其邻区，古生代至早中生代经历了古亚洲洋、蒙古-鄂霍次克洋的闭合及松嫩地块、佳木斯地块、兴凯地块等多块体拼贴的过程[1,2]。中-新生代又叠加了太平洋板块向欧亚板块俯冲作用的改造[3]。中生代岩浆岩出露广泛，岩石类型种类繁多，是东亚大陆边缘中生代巨型岩浆岩带的重要特征。近年来对区内中生代花岗岩的研究较为深入[4-7]，相对而言对区内火山岩的论文发表较少[8,9]。由于以往对含火山岩地层形成时代的确定方法比较局限，目前对于二浪河组的形成年代仍存在争议:在向阳山幅1/20万区域地质调查报告中将其并入西土山组，归入上三叠统①1/20万向阳山幅区调报告，吉林省地质矿产局，1983.；90年代《黑龙江省地质志》将其归入下侏罗统二浪河组，而2006年1/25万亚布力镇幅区调工作中又将其归入上三叠统冷山组②1/25万亚布力镇幅区调报告，黑龙江省地质调查研究总院，2012.；此外，由于缺乏详细的岩石地球化学和年代学分析数据，对二浪河组火山岩形成的构造背景讨论很少。针对这些问题，笔者对张广才岭地区中生代二浪河组火山岩进行了锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学和岩石地球化学研究，以便揭示区内二浪河组火山岩的形成时代及构造背景。

1 区域地质背景

研究区位于黑龙江省哈尔滨市东南与吉林省东北部交界处，大地构造位置处于松嫩-张广才岭微陆块的东南部，西拉木伦-长春-延吉缝合线北部，西侧是伊通-舒兰断裂，东侧为敦化-密山断裂（图1）。

研究区出露地层仅有上元古界和中生界。上元古界张广才岭群分布于研究区东南部。中生界为二浪河组，岩石组合为流纹质火山碎屑岩、流纹岩、流纹质熔结凝灰岩、安山岩、安山质火山碎屑岩、安山玢岩，分布于研究区东部及南部，总体呈北东向分布。研究区侵入岩发育，主要为侏罗纪花岗岩①②。本文研究的火山岩为分布在榆树沟、团北林场、东方红林场一带的二浪河组，不整合于新元古界及早中生代花岗岩之上。断裂以NE向为主。

2 样品及分析

2.1 样品采集位置及特征

本文研究的火山岩采集自二浪河组。该组主要分为三个岩性段:下部以流纹质火山碎屑岩、流纹岩、流纹质熔结凝灰岩为主的酸性火山岩段，中部以安山岩、安山质火山碎屑岩、安山玢岩为主的中性火山岩段和上部以流纹岩、流纹质火山碎屑岩为主的酸性火山岩段。本文通过对二浪河组的火山岩样品进行岩石学和岩相学分析，确定其为一套酸-中-酸的火山岩组合。本次共采集了7个地球化学样品及1个测年样品，样品分别采自DP9剖面及DP14剖面中，采样位置见图2、图3，样品岩性特征如下：

图1 研究区地质略图（图a.据参考文献[9]修改，图b.据黑龙江1/5万大贯屯等四幅区调报告①黑龙江1/5万大贯屯、三人班、榆树沟、白石砬幅区域地质调查报告，辽宁省地质勘查院，2015.）Fig.1 Geological sketch map of the studied area

样品DP9-9、DP14-21、DP14-25为安山岩，岩石风化面为灰色-深灰色，新鲜面为灰黑色，斑状结构，块状构造。斑晶成分多为斜长石，大小多小于1 mm，大者可达3～5 mm，含量1%～3%，基质为玻晶交织结构，基质中之玻璃质发生了脱玻化作用，有的形成朵状雏晶，长板条状斜长石微晶镶嵌在朵状雏晶中，构成微嵌晶结构。基质中之斜长石呈长板条状，一般0.02×0.04 mm2，具定向排列趋势。样品DP9-1、DP9-3、DP14-5、DP14-14为流纹岩，风化面为浅灰色-白灰色，新鲜面为灰白色，流纹构造，斑状结构，斑晶主要成分为石英及少量长石，大小多小于0.5 mm，含量小于2%。基质具有霏细结构，基质中长英质雏晶呈丝状和放射状（图4）。

图2 DP9剖面及取样位置图Fig.2 The map of DP9 profile and sampling locations

2.2 分析方法

本文测年锆石分选工作在河北省区域地质矿产调查研究所实验室完成，先用常规方法将样品粉碎至80～100目，双目镜下挑选晶形较好、无裂隙、无包裹体、透明度好、颗粒较大的锆石粘于双面胶上，用无色透明的环氧树脂浇灌固定，待环氧树脂固化后将锆石磨掉一半并抛光，使锆石暴露出内部结构，然后进行透射光、反射光和阴极发光（CL）图像采集。

图4 二浪河组火山岩显微结构特征Fig.4 Petrography of representative volcanic rocks from Erlanghe Formation a.DP14b21安山岩；b.安山岩DP14b25；c.DP9b1流纹岩；d.DP14b5流纹岩

锆石的制靶、显微图像采集以及U-Pb同位素分析在中国地质科学院中心实验室完成。详细的实验分析步骤和数据处理方法见文献[10-12]。所给定的同位素比值和年龄的误差均在1σ水平。

样品的主量元素和痕量元素分析在吉林大学分析测试中心完成。主量元素采用X射线荧光光谱仪（PW4400）分析；痕量元素的分析则采用等离子质谱仪（Xseries）完成。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb年代学

对二浪河组安山岩样品进行了LA-ICP-MS锆石U-Pb定年分析，锆石颗粒在透射光和反射光下无色，半透明-透明，呈自形-半自形的粒状或短柱状，其阴极发光图像（CL）显示，锆石晶体内部结构清晰，发育显著的振荡生长环带（图5），结合其较高的Th/U比值（0.24～0.73）（表1），暗示其岩浆成因[13]。

样品DP14TW21岩性为安山岩，在经过Pb校正之后，有10个测点的测试结果分布在谐和线上及其附近，这10个分析点206Pb/238U年龄分布范围在177～183 Ma之间，加权平均年龄为（179.7±1.9）Ma（n=10，MSWD=0.42）（图6），代表了安山岩的岩浆结晶年龄，表明安山岩形成于早侏罗世。从而确定二浪河组火山岩的形成时代为早侏罗世。

3.2 地球化学特征

3.2.1 主量元素

从表2可看出，研究区二浪河组火山岩的SiO2含量为51.00%～73.94%，在60.70%～70.86%之间出现明显的间断，具有双峰式火山岩组合的特点，结合研究区所采的同时代火成岩样品的地球化学数据在TAS分类图上的投点区域①②黑龙江1/5万大贯屯等四幅区调报告，辽宁省地质勘查院，2015.，说明研究区内早侏罗世火山岩具有双峰式组合的特点（图7）。在TAS分类图中，本次研究所采样品主要落在安山岩及流纹岩区内。

图5 二浪河组安山岩部分锆石阴极发光图像(DP14TW21)Fig.5 CL images of the selected zircons from Erlanghe formation volcanic rocks(DP14TW21)

表1 张广才岭地区二浪河组火山岩锆石LA-ICP-MS锆石U-Pb定年数据Tab.1 The LA-ICP-MS zircon U-Pb dating results for the volcanic rocks from Erlanghe formation in Zhangguangcai range

图6 二浪河组火山岩的锆石U-Pb谐和图及分布直方图Fig.6 Zircon U-Pb concordia diagram for volcanic rocks from Erlanghe formation

图7 二浪河组火山岩的TAS图（据参考文献[14]）Fig.7 TAS diagram for the volcanic rocks from Erlanghe formation

流纹岩的SiO2含量为70.86%～73.94%，TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分别为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，较 富 碱（Na2O+K2O=6.87% ～8.58%），在TAS图解（图7）中落入亚碱性范围内，为流纹岩。在SiO2-K2O图解中（图8）位于高钾钙碱性—钾玄岩系列内。

安山岩的SiO2含量为51.00%～60.7%，TiO2、Fe2O3、MgO和CaO的含量分别为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，较 富 碱（Na2O+K2O=5.39% ～6.06%），在TAS图解（图7）中落入安山岩与玄武安山岩区域。在SiO2-K2O图解中（图8）位于钙碱性系列内。

图8 二浪河组火山岩的SiO2－K2O图解Fig.8 SiO2－K2Odiagram for volcanic rocks from Erlanghe formation

3.2.2 痕量元素

流纹岩的稀土元素总量（ΣREE）为98.89～186.22 μg/g，（La/Yb）N比值为7.56～15.41，明显富集轻稀土元素（LREE），贫重稀土元素（HREE）；该样品具明显的负Eu异常（δEu=0.31～0.72），稀土元素配分曲线为缓右倾“V”型（图9a、表1）。微量元素原始地幔标准化蛛网图中，富集大离子亲石元素（LILE），亏损Nb、Ti等高场强元素（HFSE）和P（图9b）。

安山岩的稀土元素总量（ΣREE）为103.54～125.64 μg/g，（La/Yb）N比值为7.99～9.89，明显富集LREE，贫HREE（表2）;该样品具弱负Eu异常（δEu=0.7～0.89）（图9a）。岩石中Sr含量较高，而Y、Yb含量较低;微量元素原始地幔标准化蛛网图中，富集大离子亲石元素（LILE），亏损Nb、Ti等高场强元素（HFSE）和P（图9b）。

4 讨论

4.1 二浪河组火山岩的形成时代

对于张广才岭地区二浪河组火山岩的形成时代一直存在争议：在向阳山幅1/20万区域地质调查报告中将其定为西土山组，归入上三叠统。90年代《黑龙江省地质志》将分布于区内曙光林场一带的该套火山岩下部酸性火山岩及碎屑岩划归冷山组，将上部的安山岩划归该志新建下侏罗统高岭子组。冷山组的时代依据同1/20万向阳山幅区调报告，高岭子组时代依据为沙兰站幅区调报告中该组安山岩K-Ar同位素年龄176.9 Ma①1/20万沙兰站幅区调报告，黑龙江地矿局，1993.。《黑龙江省岩石地层》地层清理工作中将同物异名的高岭子组和二浪河组中的高岭子组停用，并将下部的酸性火山岩和碎屑岩一并归入二浪河组，时代为早侏罗世。2006年黑龙江省地质调查院在1/25万亚布力镇幅区调工作中，根据产在冷山的Czekanowiskia sp.，Ginkgoites sp.，Podozamites sp.，Cladophlebis sp.，西土山的 Podozamites disdains，Cycadocarpidium?Sp.及 Rb-Sr法年龄值231.9±28.5 Ma，K-Ar法年龄值190.8～226.2 Ma，将本组重新归入冷山组，时代置于晚三叠世。

图9 二浪河组火山岩稀土元素球粒陨石标准化配分图解(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)（据参考文献[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 二浪河组火山岩主量元素(%)和痕量元素(×10-6)分析结果Tab.2 Major(%)and trace elements(×10-6)compositions for the volcanic rocks from Erlanghe formation

笔者对二浪河组安山岩中的锆石进行了LAICP-MS U-Pb定年，阴极发光图像显示其典型的岩浆成因—即定年结果应代表了火山岩的形成时代。定年结果显示，其加权平均年龄为179.7±1.9 Ma，说明研究区二浪河组火山岩的形成时代为早侏罗世，而非前人认为的晚三叠世。结合张广才岭地区早侏罗世花岗岩的广泛分布及其他研究者在东北地区所研究的花岗质岩石样品的锆石U-Pb定年结果[17]，也证明了上述认识。

4.2 二浪河组火山岩形成的构造背景

二浪河组火山岩主要由安山岩和流纹岩组成，具有双峰式火山岩的特点，且二浪河组流纹岩样品投图均落入A型流纹岩（花岗岩）区域（图10），说明其形成于伸展构造环境[18-20]。在A型花岗岩不同构造环境Y/Nb-Ce/Nb图解中（图11），二浪河组流纹岩全部落入A1型花岗岩区域中，代表了大陆裂谷或板内环境，反映该区早侏罗世已进入板内构造体制[21]。二浪河组流纹岩样品具有负的铕异常，富集Ba、U、K等大离子亲石元素（LILE）和轻稀土元素（LR EE），亏损Nb、Ti等高场强元素（HFSE）和P元素，这些特征也与岛弧火山岩中酸性火山岩的特征相一致。由此，笔者判断二浪河组火山岩的形成可能与岛弧环境下的局部伸展作用有关。

那么，这种伸展环境是哪种构造背景下形成的，与环太平洋构造体系还是蒙古额霍茨克构造体系有关?这可从早侏罗世岩浆岩的空间变异得到回答。据唐杰、许文良、裴福萍、王枫等人的研究成果[8，22-24]，吉黑东部绥芬河-延边地区的早侏罗世火山岩以富钠、高铝和高镁为特征（Na2O=2.52%～4.94%，Al2O3=16%～21%，Mg#=46～51），具有较高的Ni（10～60 μg/g）和Cr（63～263 μg/g）丰度，属于钙碱性系列，自东向西K2O及SiO2含量呈增高的趋势，而εNd(t)值具有降低的趋势，表明陆壳成熟度逐渐增高，标志着古太平洋板块对东北地区俯冲作用的开始，暗示此时该区处于活动大陆边缘的构造环境。

图10 二浪河组流纹岩的K2O-Na2O图解Fig.10 K2O－Na2O diagram for rhyolites from Erlanghe Formation

图11 二浪河组A型花岗岩Y/Nb-Ce/Nb构造环境判别图解(据Eby,1992)Fig.11 Y/Nb-Ce/Nb plots for various A-type rhyolite of Erlanghe Formation(after Eby,1992)

因此，吉黑东部早侏罗世火山岩组合从陆缘的钙碱性火山岩转变成具有陆内属性的双峰式火山岩，这种空间变异不仅表明它们的形成与环太平洋构造体系有关，而且进一步说明了张广才岭地区二浪河组双峰式火山岩与唐杰等人研究的张广才岭地区同时代帽儿山组[8]相同，应形成于类似弧后盆地的伸展环境。

5 结论

（1）研究区二浪河组火山岩LA-ICP-MS锆石UPb定年结果为179.7±1.9 Ma，时代为早侏罗世，而非前人认为的晚三叠世。

（2）二浪河组火山岩显示具双峰式火山岩的组合特点，岩石组合为安山岩-流纹岩。

（3）二浪河组火山岩形成于类似弧后盆地的伸展环境，与太平洋板块向欧亚大陆下的俯冲作用有关。

致谢：在论文编写过程中得到杨中柱教授级高工、张国仁和何振清教授级高工的悉心指导，在此表示诚挚的感谢。感谢各实验室在LA-ICP-MS锆石U-Pb分析、主量元素和微量元素测试中给予的帮助。

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P597+.3

A

1672－4135（2017）03－0161-08

2016-12-03

国家地质调查项目“黑龙江1/5万大贯屯等四幅区域地质矿产调查（1212011220475）”

仲米山（1986-），男，工程师，硕士，2012年毕业于辽宁工程技术大学地质系，主要从事区域地质调查研究工作，E-mail:278929624@qq.com。