朱敬宾 任永健 杨宏图 曹光远 王博

中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

地质·矿产

黑龙江南蛤拉河子地区二浪河组火山岩的锆石U-Pb年代学及地球化学特征

朱敬宾*任永健 杨宏图 曹光远 王博

中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754

通过对南蛤拉河子二浪河组火山岩进行锆石U-Pb LA-ICP-MS测年、岩石地球化学测试，讨论其形成的时代和背景。测年结果显示，二浪河组火山岩形成于177.7±0.54Ma～183.1±0.36Ma，是早侏罗世岩浆活动的产物。火山岩的岩石组合为安山岩-英安岩-流纹岩，属于高钾钙碱性-中钾钙碱性系列。流纹岩具有富集Rb、Th、K等大离子亲石元素（LILE）、亏损Nb、Ti等高场强元素（HFSE）及P、Sr等元素的特征，岩石以Rb、U、K、Th、Zr正异常，Ba、Nb、P、Sr、Ti等负异常为特征。Rb、U、Th、Zr强烈富集，且富集程度随着岩浆的演化而加大，明显亏损Nb、P、Ti等元素，并在Nb、P、Ti三处出现向下凹陷，在K、Rb、Th、Ce、Sm(Hf)出现向上隆起，显示了大陆弧的“三弧”隆起特征。结合该时期区域构造演化史，火山岩地球化学特征揭示了二浪河组火山岩的形成与岛弧环境下的局部伸展作用有关，是在古亚洲洋板块俯冲松嫩-张广才岭地块的背景下造成的。

二浪河组 火山岩 锆石U-Pb年龄 地球化学 南蛤拉河子

南蛤拉河子一带位于中亚造山带东段的黑龙江滨东地区，中生代时期经历了滨太平洋构造体系的演化。由于该区大地构造位置处于古亚洲洋东段的松嫩-张广才岭微地块上，所以区内出露的中生代花岗岩和火山岩可能与古亚洲洋板块的俯冲作用关系密切【1】。近年来，前人对区内花岗岩的研究比较充分【2～3】，但对火山岩的研究程度相对不高，且主要建立在地层对比和岩相学的检基础上，缺少系统同位素测年和地球化学资料，这就限制了区域年代学和构造演化格架的建立。鉴于此，笔者在开展《黑龙江南蛤拉河子等四幅 1:5万区调》项目的基础上，以区内二浪河组火山岩地层作为研究对象，对其进行了锆石U-Pb年代学和地球化学研究，进而厘定火山岩地层形成的精确时代，为区域构造演化提供了新的依据。

1 地质概况及岩石学特征

研究区位于黑龙江省哈尔滨市东南方向的南蛤拉河子地区，大地构造位置处于松嫩一张广才岭微陆块的东南部，西拉木伦一长春一延吉缝合线北部，西侧与松辽盆地相邻，东侧为伊通一依兰断裂。

区内地层出露相对较少，仅有古生界下二叠统杨木岗组、中生界下侏罗统二浪河组以及新生界各类成因沉积等。研究区中生代侵入岩发育，火山岩出露一般【4～5】（图 1）。

本文研究的火山岩采集于南蛤拉河子地区的中生界地层中，该套地层为中—酸性火山熔岩及火山碎屑岩建造，主要岩石组合为流纹质岩屑晶屑凝灰熔岩、英安岩、安山岩、安山质含岩屑火山角砾岩、安山质角砾岩、安山质晶屑岩屑凝灰熔岩、粗面岩、粗面质凝灰熔岩、流纹岩等。《1:20万向阳山幅区域地质调查报告》将该套火山岩组合划为二叠系杨家沟组，《1:25万亚布力幅区域地质调查报告》根据其岩性特征将其划归为上三叠统冷山组，1997年《黑龙江岩石地层》将冷山组归入二浪河组。据《黑龙江岩石地层》记载，正层型海林县大海林林业局二浪河林场北老秃顶剖面（E128°27′，N44°38′12″）形成于早二叠世，底部不整合于前中生界地层之上，未见顶，厚度＞2976m，主要为一套陆相中酸性火山岩组合，以安山岩、流纹岩为主，夹中酸性凝灰岩及火山熔岩，局部见沉积岩夹层【6～9】。

图1 研究区地质略图Fig.1 Geological sketch map of study area

火山岩样品岩石学特征如下。

样品 1306TW 为安山岩：岩石为灰黑色，可见长石斑晶，含量 15%±；斑状结构，基质-玻晶交织结构，块状构造；斑晶：斜长石（Pl）20%±，以中长石为主（An35），见聚片双晶纹，呈次棱角状，边部熔蚀圆化，粒径为0.5～2.0mm，表面发育有裂纹，个别发育细小裂隙，发生碎裂，但碎块间移动位移很小，部分斜长石发育绿泥石化；基质：斜长石50%±、隐晶质-玻璃质（脱玻化）30%±、杏仁体微量，斜长石微晶呈交织状排列，构成不规则的空隙，隐晶质-玻璃质（脱玻化）充填于其中，构成玻晶-交织结构，基质发育绿泥石化和绿帘石化；镜下还可见杏仁体，呈椭圆状，粒径为2.3mm，中心充填石英和绿泥石。

样品 3007TW 为流纹岩：岩石呈肉红色，具斑状结构，斑晶5%，主要为长石；具块状构造。斑状结构，霏细结构。斑晶：碱性长石5%，斜长石 3%；碱性长石呈板状、方形，长径0.9～3mm不等，以微斜长石为主，见格子双晶发育。条纹长石客晶呈细脉状。碱性长石表面较浑浊，土化现象明显。斜长石呈长板状，以更—中长石为主；长径0.60～3mm不等，可见聚片双晶、卡—钠复合双晶发育。长石斑晶常碎裂呈不规则状，充填基质；局部聚集呈聚斑结构。基质主要由长英质微晶组成，含少量的黑云母；具霏细结构。黑云母雏晶呈细小鳞片状，单偏光下呈褐色，具二级黄干涉色。

2 测试方法

测年样品的锆石在双目镜下挑选透明、无包裹体、无裂隙、晶形好、颗粒大的锆石，将粘于双面胶上，并用无色透明的环氧树脂固定，待环氧树脂固化后磨掉一半并抛光，使其内部结构充分暴露，然后进行透射光、放射光、阴极发光扫面电镜显微照相，测年样品的锆石分选工作由河北省廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司完成。

锆石阴极发光图像（CL）分析、样品靶片的制备、透射光、反射光照片的采集在中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心的阴极荧光分析系统完成，锆石U-Pb同位素定年分析由国家地质实验测试中心完成。分析仪器为激光等离子体质谱仪（LA-ICP-MS）；锆石 U-Pb同位素分馏及年龄标准选用国际标准锆石 91500作为外标，锆石中含量稳定的29Si作为内标，监控标样为TEM（416±5Ma）和 HQ（160±1Ma）【10～11】，数据处理采样 Clitter程序，年龄计算国际标准程序Isoplot/Ex（3.0），普通铅校正方法同 Anderson【12】。

3 测试结果及分析

3.1 锆石U-Pb年代学

本文对两个二浪河组火山岩样品进行了锆石U-Pb LA-ICP-MS定年，其阴极发光图像（CL）显示，样品的锆石均呈自形—半自形的粒状或短柱状，内部结构清晰，发育显著的震荡生长环带（图2、图 3），结合其 U/Pb 比值，暗示其岩浆成因【13】。

样品1306TW岩性为安山岩，对其进行了59个测点的分析，其中49个测点的测试结果分布在谐和曲线上及其附近，定年结果显示着49个测点的206Pb/283U年龄集中分布在165～195Ma之间，加权平均年龄为 177.7±0.54Ma（n=49，MSWD=1.5）（图 4），代表了安山岩的岩浆结晶年龄，说明安山岩形成于早二叠世晚期。

样品3007TW岩性为流纹岩，对其进行了60个测点的分析，其中47个测点的测试结果分布在谐和曲线上及其附近，定年结果显示着47个测点的206Pb/283U年龄集中分布在150～210Ma之间，加权平均年龄为177.1±1.4Ma（n=47，MSWD=0.95）（图 5），代表了流纹岩的岩浆结晶年龄，也就说明了流纹岩是早二叠世形成的。

图2 样品1306TW部分锆石阴极发光图像Fig.2 Cathodoluminescence microscopy image of zircon from sample1306TW

图3 样品3007TW部分锆石阴极发光图像Fig.3 Cathodoluminescence microscopy image of zircon from sample 3007TW

图4 中央山屯北二浪河组安山岩锆石U-Pb年龄谐和图（1306TW）Fig.4 Concordia plot of U-Pb age for zircon of andesite from Erlanghe formation in north of Zhongyangshantun(sample 1306TW)

图5 早立屯一带二浪河组流纹岩锆石U-Pb年龄谐和图（3007TW）Fig.5 Concordia plot of U-Pb age for zircon of rhyolitefrom Erlanghe formation in north of Zaolitun(sample 3007TW)

3.2 地球化学

3.2.1 主量元素 二浪河组火山岩中共有硅酸盐样品18个，其硅酸盐分析结果、标准矿物、各类指数及均值特征（表1、表2）。

表1 二浪河组火山岩主量元素分析结果表（10-2）Table1 Major element analytical results of volcanic rocks from Erlanghe formation

表2 二浪河组火山岩CIPW标准矿物参数Table2 Parameters for CIPW standard mineral for volcanic rocks of Erlanghe formation

（1）岩石富SiO2，富Al2O3，碱质含量高，Na2O＋K2O含量变化在3.83%～9.07%之间，平均为6.18%；K2O/Na2O平均为1.6。在火山岩钾质钠质系列划分图解（图6）中，绝大多数样品落入钾质区域，个别样品落入钠质区域。

（2）岩系指数（δ）为0.66～3.19，碱度指数（AR）为1.41～4.41，碱度率图解（图7）中部分样品落入钙碱性区域，部分样品落入碱性区域。

（3）在火山岩SiO2—K2O图解中（图8），样品落入高钾钙碱性—中钾钙碱性系列，综合分析，该期火山岩属钙碱性岩系。分异指数（DI）为58.81～94.21较高，全部大于56，表明岩浆分异程度较高（安山岩岩浆分异指为56，据桑汤和塔塔尔，1960）；固结指数（SI）为1.85～16.95，与原生玄武岩浆的固结指数（40±）相比较低，表明岩浆发生过结晶分异。岩石标准矿物出现有Hy，这些证据表明岩石以较强分异的化学组成为特征。

图6 火山岩钾质钠质系列划分图（据E A K Middlemost，1972）Fig6 The division of potassium and sodic series in volcanic rocks（according to E A K Middlemost，1972）

图7 火山岩碱度率图（据J B Wright，1969）Fig.7 Alkalic rate diagram of volcanic rocks（after J B Wright, 1969）

图8 火山岩SiO2-K2O图解Fig.8 SiO2-K2O diagram of volcanic rocks

3.2.2 稀土元素特征 本次工作共采集、测试中生代二浪河组火山岩稀土元素分析样品18件、微量元素分析样品9件，稀土元素分析结果见表3、微量元素分析结果见表3。

研究区二浪河组火山岩稀土总量较高，（ΣREE）在 123.88×10-6～346.43×10-6范围内，样品平均值为 187.23×10-6；轻稀土总量（ΣLREE）为105.63×10-6～ 305.41×10-6， 重 稀 土 总 量（ΣHREE）在 13.01×10-6～41.02×10-6，轻重稀土比值LREE/HREE在5.79～10.81之间，其平均值为7.9；（La/Yb）N=4.98～14.38，稀土配分曲线明显的右倾（图 9），斜率较大，属轻稀土富集、重稀土亏损型。（La/Sm）N=4.31～7.25，说明轻稀土富集程度高且轻重稀土分馏明显。δEu=0.28～0.95，平均为0.6，Eu负异常明显【14】。

3.2.3 微量元素特征 二浪河组火山岩微量元素分析结果数据与维氏值比较（表 4），并结合微量元素蛛网图可以看出，微量元素标准化蛛网图曲线明显右倾（图10），岩石相对富集大离子亲石元素（LILE）、亏损高场强元素HFSE，岩石以Rb、U、K、Th、Zr正异常，Ba、Nb、P、Ti负异常为特征。大离子亲石元素Rb、U、Th、Zr强烈富集，且富集程度随着岩浆的演化而加大，明显亏损Nb、P、Ti元素，并在Nb、P、Ti三处出现向下凹陷，在K、Rb、Th、Ce、Sm（Hf）出现向上隆起，构成了大陆弧的“三弧”隆起特征【15～16】。

图9 二浪河组火山岩稀土元素球粒陨石标准化配分曲线Fig.9 Chondrite-normalized REE patternsfor volcanic rocks of Erlanghe formation

图10 二浪河组火山岩微量元素原始地幔标准化蛛网图Fig.10 Primitive mantlenormalized spider diagram of trace elementsfor volcanic rocks of Erlanghe formation

表3 中生代二浪河组火山岩稀土元素分析结果及特征参数一览表Table3 REE analytical results for volcanic rocks of Erlanghe formation

表4 中生代二浪河组火山岩微量元素分析结果及特征参数一览表Table4 Trace element analytical results for volcanic rocks of Erlanghe formation

4 讨论

4.1 二浪河组火山岩的形成时代

1∶20万区调报告将出露于调查区南部该套火山岩组合划为二叠系杨家沟组（P2y）。1∶25万区调根据其岩性特征将其划归为上三叠统冷山组，岩性主要为安山岩、流纹岩及其凝灰岩夹沉积岩，1997年曲关生等《黑龙江岩石地层》将冷山组归入二浪河组。

本文对二浪河组具有代表性的流纹岩样品进行了锆石U-Pb测年。阴极发光（CL）图像显示，所测定样品的锆石多呈半自形—自行晶，发育明显的震荡环带，具有较高的 Th/U比值（0.44～1.41），显示了其典型的岩浆成因特征，说明了定年结果可以代表火山岩的形成时代。本次测年U-Pb年龄谐和度较高，其206Pb/238U加权平均年龄分别为 177.7±0.54Ma～183.1±0.36Ma，这些年龄较为一致的集中于早侏罗世，该年龄应代表该期火山活动岩浆结晶年龄，说明二浪河组火山岩的形成时代为早侏罗世。

4.2 二浪河组火山岩形成的构造背景

通过对二浪河组火山岩岩石学、岩石地球化学研究，区内二浪河组火山岩总体具有富K的特征，K含量平均值是地壳中K元素丰度值的1.65倍（据黎彤，1976），个别小于地壳丰度值。Rb属壳源组分，二浪河组Rb总体含量与地壳平均值相当，而幔源组分Sr低于地壳平均值，反映其岩浆来源不深【17～20】。

火山岩稀土元素特征值分析，LREE/HREE、（La/Yb）N及（Ce/Yb）N值反映火山各岩石均具轻稀土富集、分馏较好；重稀土亏损，分馏较弱的特点。δEu值反映安山岩铕异常不明显，英安岩、流纹岩具明显铕负异常，Sm/Nd值在 0.17～0.22之间，Eu/Sm在 0.09～0.34之间，反映该旋回火山岩浆具有壳幔混合源区特征。

二浪河组火山岩微量元素特征较为一致，说明其具有相似的源区特征。中性火山岩具高 Cr、Hf，低Sr的特点，中酸性—酸性岩具高Zr、Nb、Th、Hf的特点（黎彤，1984）。由中性—中酸性、酸性，Rb呈递增变化，V、Cr、Ni呈递减变化，Ba/Sr、Rb/Sr呈递增变化，Zr/Hf、Th/U变化无规律，总体反映该旋回火山岩是由中性—中酸性、酸性演化的特征。岩石大离子亲石元素Rb、U、Th、Zr强烈富集，且富集程度随着岩浆的演化而加大，高场强元素Ti强烈亏损，表明岩浆经历了磷灰石、钛铁矿、榍石等含Ti矿物的分离结晶作用。HFSE相对于LREE强烈亏损[（Nb/La）N=0.22～0.64]，这种地幔源区岩浆产生的火山岩相对富集 LILE而亏损 HFSE的性质，与早期俯冲洋壳物质与地幔楔在深部交代作用导致地幔源区相对富集 LILE而亏损HFSE的现象相似。Nb、P、Ti 3处出现向下凹陷，在K、Rb、Th、Ce、Sm（Hf）出现向上隆起，构成了典型的大陆弧的“三弧”隆起特征，具有典型活动大陆边缘火山岩特征。

在La-La/Sm图解上（图11），总体呈现较好的正相关分布，反映中生代火山岩属于以平衡部分熔融为主，岩浆演化后期经历结晶分异作用形成的产物。其主量元素岩石化学特征也表明岩石以较强分异的化学组成为特征。岩石部分投点较集中并呈重叠式交叉分布，La/Sm随着岩浆演化，存在一定的变化幅度，可能受到陆壳物质的影响。

图11 二浪河组火山岩La-La/Sm图解Fig.11 La vs. La/Smdiagram for volcanic rocks of Erlanghe formation

火成岩系列与岩石地球化学特征指示构造环境，在里特曼—戈蒂里图解上（图12），区内二浪河期火山岩样品全部落入B区，为闭合的边缘岛弧、活动陆缘、造山带等挤压环境。据Jakes（1992）划分岛弧与活动陆缘标准，本区火山岩FeO*/MgO=1.11～11.55，K2O/Na2O=0.29～4.25，平均为1.21＞0.6，SiO2=53.16%～76.31%，为活动大陆边缘环境。

综上所述，二浪河火山岩具有亚碱性—碱性过渡性，属于钾质钙碱性系列，岩石化学及微量元素特征显示其为岩浆分离结晶作用的产物，并遭受明显的陆壳物质混染。本区火山岩地球化学特征反映了岩浆源区性质及早期构造事件对火山岩源区改造的信息，继承了古生代基底和洋壳俯冲的一些地球化学特征，比如火山岩微量元素特征具有一些陆缘（岛弧）火山岩的特征。总体可以认为，火山岩源区为受早期俯冲流体交代了的岩石圈地幔；在岩石圈伸展减薄背景下【21】，源区发生减压融熔形成了岩浆，在早侏罗世形成了强烈的火山喷发活动。通过 K2O、SiO2含量与喷发深度关系图解（图 13）可以看出，本区火山岩投影点绝大部分落入150～120km区域内，说明本区火山岩浆对应的俯冲带深度为上地幔150～120km范围内。

图12 二浪河期火山岩里特曼–戈蒂里图解Fig.12 Rittmann and Cottine diagram for volcanic rocks of Erlanghe formation

5 结论

（1）锆石LA-ICP-MS U-Pb测年结果显示二浪河组火山岩形成于177.7±0.54Ma～183.1±0.36Ma，形成时代为早侏罗世。

（2）二浪河组火山岩具有典型的大陆弧的“三弧”隆起特征，属于明显的活动大陆边缘火山岩。

（3）二浪河组火山岩的形成与岛弧环境下的局部伸展作用关系密切，这是由于古亚洲洋板块俯冲于张广才岭—佳木斯地块构造活动而致。

中国地质科学院矿产资源研究所和中化地质矿山总局地质研究院中心实验室、河北省廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司在锆石LA-ICP-MS U-Pb测年、主量元素、稀土和微量元素测试分析及锆石分选过程中给予了帮助与支持，谨此致谢。

1 张海洋. 黑龙江省区域地质志[M]. 北京：地质出版社，1993

2 曲关生. 黑龙江省岩石地层[M]. 武汉：中国地质大学出版社，1997

3 李东津. 吉林省岩石地层[M]. 武汉：中国地质大学出版社，1997

4 郑国双. L-52-ⅩⅩⅦ 向阳山公社幅1 ∶20万区域地质调查报告[R]. 吉林省地质矿产局，1967

5 黑龙江省地质调查研究总院，黑龙江1∶25万亚布力镇幅（L52C004002）区域地质调查报告[R]. 2007

6 邱家骧. 岩浆岩岩石学[M]. 北京：地质出版社，1885

7 林景仟. 岩浆岩成因导论[M]. 北京：地质出版社，1987

8 张允平. 东北亚地区晚侏罗—早白垩纪构造格架主体特点[J]. 吉林大学学报，2011，41（5）

9 黑龙江省地质矿产局，黑龙江省岩石地层[M]. 中国地质大学出版社，1997

10 马昌前. 岩浆动力学与花岗岩研究[J]. 地球科学进展，1990，6

11 马昌前. 花岗岩的成岩作用和形成环境—存在的问题和解决的途径[J]. 地质科技情报，1992，1

12 马昌前，王人镜，邱家骧，等. 花岗质岩浆起源和岩浆混合的标志，包体—以北京周口店岩体为例[J]. 地质论评，1992，2

13 王人镜，马昌前，李志中，等. 周口店岩体热动力构造及定位机制研究[J]. 中国区域地质，1990，1

14 许荣华，张宗清，宋鹤彬. 稀土地球化学和同位素地质新方法[M]. 地质出版社，1985

15 黎彤. 大洋地壳和大陆壳的元素丰度[J]. 大地构造与成矿学，1984：（1）

16 申浩澈. 同位素地球化学. 长春地质学院（内部出版），1992

17 刘英俊. 元素地球化学[J]. 科学出版社，1980

18 迟清华，鄢明才. 应用地球化学元素丰度数据手册[M]. 地质出版社，2007

19 潘兆橹，赵爱醒，潘铁红. 结晶学及矿物学（上册）[M]. 北京:地质出版社，2006：169～179

20 于炳松，乐昌硕. 岩物质成分所蕴含的地球深部信息[J].. 地学前缘，1998，5（3）：105～112

21 于倩，葛文春，杨浩，等.张广才岭五道岭组火山岩的锆石U-Pb年代学及地球化学特征[J].2013,32（4）:707～713

Zircon U-Pb chronology and geochemical characteristics of volcanic rocks from erlanghe formation in Nanhalahezi district of Heilongjiang province

Zhu Jingbin Ren Yongjian Yang Hongtu Cao Guangyuan Wang Bo
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ,Zhuozhou,Hebei,072754, China

In this paper, samples of volcanicrocks from Erlanghe formation inNanhalahezi district were analyzed for major, trace elements and zircon U-Pb dating to validate theirtectonic setting and formation ages.LA-ICP-MS U-Pb dating of magmatic zircons from Erlanghe formationyield weighted average206Pb /238U ages of 177.7 ±0.54Ma to 183.1 ± 0.36Ma, belonging to Early Jurassic magmatic.Volcanic rocks in the study area mainly consist of andesites, dacites and rhyolites, belonging to high-K to middle-K calc-alkaline series. Rhyolitesare characterized by large ion lithophile element(LILE; e. g., Rb, K)enrichment, high field-strength element(HFSE;e. g., Nb, P, Ti)depleted, positive anomaly of Rb, U, K, Th, Zr, and negative anomaly of Ba, Nb, P, Ti. As the magmatic evolved, Rb, U, Th, Zr became more and more enriched. Negative anomaly of Nb, P, Ti and positive anomaly of K, Rb, Th, Ce, Sm (Hf) show the geochemical characteristics of continental arc. Combined with the regional geological data and geochemical characteristics, we therefore suggestthat the volcanic rocks from Erlanghe formation were probably the products of continental arc magmatism with local extensionwhen Paleoasian oceanic plate subducted down Songnen-Zhangguancai block.

Erlanghe Formation, volcanic rocks, zircon U-Pb age, geochemistry, Nanha Lahezi

P597；P595

A

1006–5296（2017）03–0129–11

* 第一作者简介：朱敬宾（1970～）男，主要从事地质研究及勘察工作，高级工程师

2017-07-08；改回日期：2017-08-02