遼北地區早三疊世尖山子火山巖巖石地球化學特征及成因探討

楊仲杰

遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽110031

遼北地區早三疊世尖山子火山巖巖石地球化學特征及成因探討

楊仲杰

遼寧省地質礦產調查院，遼寧沈陽110031

遼北地區早三疊世尖山子火山巖由1∶25萬區域地質調查修測項目建立，出露范圍局限，沒有區域上的延展性.本文在1∶5萬區調工作的基礎上，對其巖石學、巖石地球化學以及成因等方面進行深入細致的研究.該期火山巖，總體從基性→中性→酸性演化，具有鉀、硅、鋁增高，鐵、鎂、鈣降低的特點.該時期火山巖各巖石過渡元素分配型式曲線基本協調一致，呈明顯的“海鷗”型，表明為同源巖漿分異產物.偏堿性巖石為富稀土巖石，正常巖石為貧稀土巖石，LREE/HREE值為7.75~18.45.各巖石均具輕稀土富集、分餾較好及重稀土虧損、分餾較弱的特點.Sm/Nd值為0.14~0.21，Eu/Sm值為0.24~0.37，其反映該時期火山巖巖漿主要來自幔源.

尖山子火山巖；巖石地球化學；成因；早三疊世；遼北地區

0 前言

遼北地區區域上隸屬中國東部濱太平洋燕山期構造－巖漿－成礦帶西段，遼東火山活動帶（即膠遼構造巖漿巖帶的組成部分）西北部，處于長期隆起的基底構造背景之上，火山巖漿作用強烈，火山巖分布廣泛①遼寧省區域地質志新編（未版）.2008-2015..中生代以來，全區已上升為陸地而成為歐亞大陸板塊的一部分（東緣），進入了濱太平洋構造域的發展演化階段，受太平洋板塊北西向作用影響，產生了一系列北東向分布的斷裂和褶皺，伴隨著這種作用，形成了以裂隙式、中心式火山噴發為主要特點的火山活動，陸相火山巖十分發育.近年來，前人圍繞遼寧北部及鄰區火山巖已經作了大量的研究工作［1-6］.通過新一輪的1∶5萬、1∶25萬區域地質調查，對中、新生代火山巖從巖石學、巖石地球化學、火山旋回、火山巖相、火山機構等方面進行了深入細致的研究.由于早三疊世火山巖規模小，分布有限，研究程度低，限制了對晚印支期—燕山期造山活動過程中巖漿起源與巖石圈深部過程的認識.為此，本文試圖對遼北林豐地區早三疊世尖山子火山巖的巖石地球化學和巖石成因進行研究，希望能為探討中生代早期地殼/巖石圈深部作用過程提供一些科學依據.

1 區域地質概況

研究區位于遼北開原市林豐鄉的尖山子一帶，近東西向展布（如圖1）.在1976年1∶20萬開原幅區調工作時將早三疊世尖山子火山巖置于遼北遼河群的高家峪組；1988年王東方等［6］置其于“清河鎮群”的北大溝組；1989年唐克東等認為其為新太古代綠巖，1999年郇彥清等將其納入中元古代開原巖群①遼寧省1∶5萬房木鎮、八棵樹鎮等四幅區域地質礦產調查報告.2013-2015..直到2004年吉林地調院在完成1∶25萬遼源幅區調修測工作時將其置于早三疊世，并在尖山子水庫大壩處取英安巖測年（42°25．81′N，124°41．77′E），其鋯石離子探針（SHRIMP）年齡為247．5±6 Ma，表明該套地層的確切時代為晚二疊世—早三疊世，暫將其置于早三疊世.由于其在區內分布局限，故暫以非正式地層單位尖山子火山巖稱之②吉林省1∶25萬遼源市幅區域地質調查報告.2001-2003..本文依托1∶5萬房木鎮等四幅區調工作，在野外地質特征、室內巖石化學及前人資料的基礎上，采用原1∶25萬遼源幅區調測年結果，將其置于早三疊世，劃歸為中生代早期早三疊世尖山子期火山巖.

2 火山巖巖石學特征

研究區中生代早期火山活動強度微弱，火山活動以爆發－噴溢交替出現為特點，主要分布在林豐鄉一帶.該期火山巖巖石類型復雜，考慮到樣品分布的均勻性和代表性，共取火山巖硅酸鹽樣品8件進行測試分析.根據TAS火山巖分類圖解（圖2），尖山子火山巖系總體巖石化學成分屬于堿性－鈣堿性系列，巖石類型主要有玄武巖、玄武安山巖、安山巖、粗安巖、粗面巖、英安巖及流紋巖.其中以安山巖出露最為廣泛，是尖山子期火山巖的主要巖石類型，其余均少量出露.巖石受印支期構造影響均發生了強烈的片理化，因此，片理化安山巖是尖山期最主要的巖石類型.

2．1 巖石基本特征

研究區內該時期火山巖巖石類型主要由玄武巖、安山巖、粗安巖、粗面巖、英安巖及流紋巖組成.現對其基本巖石類型描述如下.

1）灰綠色片理化安山巖：巖石風化面呈灰色，新鮮面呈灰綠色，變余斑狀結構，杏仁狀構造，巖石由變余斑晶和基質兩部分構成.斑晶主要由呈板狀斜長石組成，基質由呈針柱狀的閃石類和長石、少量石英等構成，略呈定向分布.根據其蝕變類型和礦物含量的不同，可以進一步將其劃分為灰綠色變質安山巖、灰綠色陽起變質安山巖、灰綠色綠簾石化安山巖、灰綠色角閃安山巖、灰綠色斑狀變質安山巖.

2）黑色片理化玄武巖：巖石風化面呈灰黑色，新鮮面呈灰黑色，變余斑狀結構，塊狀構造，部分具氣孔構造或杏仁狀構造.巖石斑晶成分為斜長石、橄欖石、單斜輝石.斜長石呈板狀，常具環帶構造或鈉黝簾石化現象.橄欖石半自形—他形粒狀，其內部常見皂石化現象.輝石呈自形或半自形短柱狀.巖石基質呈玻晶交織結構或間隱—間粒結構，主要由隱晶質和微晶斜長石組成，其次有輝石微晶、玻璃質及鐵質等.氣孔常由綠泥石、皂石、鐵質或硅質充填.

3）灰綠色片理化玄武安山巖：巖石風化面呈深灰色，新鮮面呈灰綠色，斑狀結構，塊狀構造.偶見氣孔－杏仁狀構造.斑晶由斜長石和暗色礦物組成，以暗色礦物為主，成分為輝石或橄欖石，多呈自形柱狀.斜長石斑晶常具環帶構造.基質間粒結構、玻晶交織結構，由斜長石、單斜輝石微晶及玻璃質和不透明金屬礦物組成.斜長石微晶呈長板條狀，多數沿長軸近平行排列.輝石微晶、玻璃質及不透明金屬礦物充填于其間隙中.

4）灰黑色片理化粗安巖：巖石風化面呈灰黑色，新鮮面呈灰黑色，變余斑狀結構，塊狀構造，有時可見到氣孔狀、杏仁狀構造.氣孔中常充填硅質、綠泥石及沸石等.巖石斑晶由斜長石、鉀長石、角閃石和少量輝石組成.斜長石呈自形—半自形板柱狀，表面多泥化，有熔蝕現象.鉀長石一般為自形—半自形厚板狀，有的被熔蝕呈渾圓狀，常見高嶺土化.輝石為自形短柱狀，多為普通輝石，少量透輝石.基質主要為玻璃質，含有鉀長石、斜長石微晶和少量輝石微晶，構成玻晶交織結構.

圖1 研究區區域地質簡圖Fig．1 Regional geological sketch map of the study area1—上侏羅統地層（U．Jurassic）；2—下三疊統尖山子火山巖（L．Triassic Jianshanzi volcanic rock）；3—新元古界照北山巖組（Neoproterozoic Zhaobeishan fm．）；4—中元古界石門巖組（Mesoproterozoic Shimen fm．）；5—新太古界紅頭山巖組（Neoarchean Hongtoushan fm．）；6—早白堊世花崗巖（E．Cretaceous granite）；7—晚侏羅世花崗巖（Late Jurassic granite）；8—中侏羅世花崗巖（Middle Jurassic granite）；9—中侏羅世石英閃長巖（M．Jurassic quartz diorite）；10—中侏羅世輝長巖（M．Jurassic gabbro）；11—早侏羅世花崗巖（E．Jurassic granite）；12—晚三疊世閃長巖（L．Triassic diorite）；13—中三疊世花崗巖（M．Triassic granite）；14—晚二疊世花崗巖（L．Permian granite）；15—新太古代英云閃長質片麻巖（Neoarchean tonalitic gneiss）；16—正斷層（normal fault）；17—逆斷層（reverse fault）；18—平移斷層（strike-slip fault）；19—性質不明斷層（nature unknown fault）；20—地質界線（geologic boundary）；21—三級構造單元界線（3rd-order tectonic unit）；22—二級構造單元界線（2nd-order tectonic unit）；23—雙遼拗陷（Shuangliao depression）；24—法庫晚古生代殘留海盆（Late Paleozoic Faku residual marine basin）；25—西豐晚古生代巖漿?。↙ate Paleozoic Xifeng magmatic arc）；26—下遼河新生代斷拗盆地（Cenozoic Xialiaohe fault depression basin）；27—龍崗隆起（Longgang uplift）；28—研究區（study area）

5）灰色片理化粗面巖：巖石風化面呈灰黑色，新鮮面呈灰色，變余斑狀結構，塊狀構造.斑晶成分為鉀長石、斜長石、輝石、黑云母等.鉀長石自形厚板狀，有被熔蝕現象.斜長石為自形板狀.輝石多為普通輝石，少量透輝石.黑云母多具暗化邊.基質由微晶鉀長石、斜長石及少量黑云母、綠簾石、石英等構成，粗面結構及霏細結構.

圖2 尖山子火山巖TAS圖解Fig．2 The TAS diagram of Jianshanzi volcanic rocksF—副長石巖（foidite）；Pc—苦橄玄武巖（picrite basalt）；B—玄武巖（basalts）；O1—玄武安山巖（basalt andesite）；O2—安山巖（andesite）；O3—英安巖（dacite）；S1—粗面玄武巖（trachybasalt）；S2—玄武粗安巖（basaltic trachyandesite）；S3—粗安巖（trachyandesite）；T—粗面巖、粗面英安巖（trachyte／toscanite）；R—流紋巖（rhyolite）；U1—碧玄巖、堿玄巖（basanite/tephrite）；U2—響巖質堿玄巖（phonotephrite）；U3—堿玄質響巖（tephriphonolite）；Ph－響巖（phonolite）

6）灰黑色片理化英安巖：巖石風化面呈灰黑色，新鮮面呈灰黑色，變余斑狀結構，流動構造，巖石斑晶以斜長石為主，斜長石為自形板狀，有輕微絹云母化現象.基質由微晶板條狀的斜長石近平行—半平行排列，其間充填有隱晶質，長英質霏細粒狀石英，構成變余交織霏細結構.

7）灰白色片理化流紋巖：巖石風化面呈灰白色，新鮮面呈灰白色，變余斑狀結構，流動構造，巖石由斑晶和基質組成.變余斑晶由斜長石和少量堿性長石組成.基質由少量呈微晶板條狀斜長石半平行—平行排列，其間充填有長英質、云母以及少量簾石成分，構成變余交織霏細結構，略具定向分布.

2．2 主量元素特征

該期火山巖主量元素分析結果見表1.尖山子火山巖類巖石化學成分平均值與黎彤值和戴里值相比，片理化玄武巖具高鋁、富鉀鈉、貧鐵鈣的特點，片理化玄武安山巖具低鋁、富鉀鈉、貧鐵鈣的特點，片理化粗安巖具低鋁、貧鉀鈉、富鎂鐵鈣的特點，片理化粗面巖具低鋁、貧鉀鈉、富鎂鈣的特點，片理化英安巖具低鋁、富鉀鈉、貧鎂鐵鈣的特點，片理化流紋巖具高鋁、富鉀鈉、貧鐵鈣的特點.上述總體顯示中生代早期巖漿由基性→中性→酸性的演化過程，同時也顯示了該期火山巖形成于陸內構造環境［7-8］.

2．3 微量元素特征

該期火山巖微量元素含量和有關參數值見表1.該期火山巖類與黎彤的陸殼、洋殼及上地幔值相比，火山熔巖從基性→酸性具Cr、Ni、Co、V含量逐漸減少的特點.Rb、Sr、Ba、Zr在該期的火山巖石中顯示較高的特點.依據黎彤等人的研究，作為地球化學指示元素鐵族微量元素Cr、Co、Ni及Nb/Ta、Zr/Ta比值從上地?！髿ぁ憵な沁f減的.堿性和與堿有關的微量元素Rb、Sr、Ba、Zr、Nb、Th、U及Rb/Sr、Bb/Sr比值從上地?！髿ぁ憵な沁f增的.根據這一變化規律，判斷本區火山巖的巖漿在上升遷移過程中，除本身有分異和分餾作用外，還與圍巖物質發生了同化混染和重熔.從圖3a中看出，該期火山巖各巖石過渡元素分配型式曲線基本協調一致，呈較明顯的“海鷗”型，表明為同源巖漿分異產物.巖石曲線出現相交現象，是由于個別元素在不同巖石中富集程度不同所致，反映了巖漿在運移和成巖過程中可能有外界物質的介入和混染.圖中各類巖石的Nb具有明顯的波谷，表明該元素在該期火山巖中比較虧損，說明該期火山巖屬于正常島弧火山巖，由源自俯沖板片脫水產生的流體交代地幔楔發生部分熔融而形成①遼寧省1∶5萬房木鎮、八棵樹鎮等四幅區域地質礦產調查報告.2013-2015..

2．4 稀土元素特征

該期火山巖稀土元素含量和有關參數值列入表1.由表1可知，該期火山熔巖各巖石稀土總量差別較大，∑REE為101．17～165．47，平均值為132．49.與黎彤陸殼值（154．7×10－6）以及世界同類巖石維氏值（基性巖85×10－6、中性巖130×10－6）相比，大部分較低，各別樣品接近或稍偏高.由此反映該期火山巖偏堿性巖石為富稀土巖石.LREE/HREE值為7．75～18．45，（La/Yb）N7．86～30．57，（Ce/Yb）N6．7～18．26，La/Sm 4．42～11．86，以上參數值（表1）及稀土曲線（圖3b）特征反映該期火山巖各巖石均具輕稀土富集、分餾較好，重稀土虧損、分餾較弱的特點.δEu值反映銪異常不明顯，部分樣品具有較明顯正銪異常，反映該類樣品銪富集.δCe值反映該期火山巖的鈰異常不明顯，除樣號為PM006＿34＿TY1、PM006＿5＿TY1樣品具有較強的正鈰異常，以上特征與稀土曲線相吻合.Sm/Nd 0．14～0．21，Eu/Sm0．24～0．37，反映該期火山巖巖漿來自幔源［7-10］.

表1 尖山子火山巖主量元素、微量元素及稀土元素分析結果表Table 1 Contents of major，trace and rare earth elements in the Jianshanzi volcanic rock

圖3 尖山子火山巖微量元素蛛網圖與稀土元素配分曲線模式圖（標準值采用Sun and McDonough，1989推薦值）Fig．3 Primary mantle-normalized trace element patterns and chondrite-normalized REE distribution patterns of the Jianshanzi volcanic rocks（Standard values after Sun and McDonough，1989）

3 火山巖形成環境及源區

判別火山巖巖漿來源及成因的方法很多，本次研究采用以下幾種方法對各個火山噴發旋回火山巖巖漿來源及成因進行分析判別.

3．1 火山巖巖漿源及成因分析

在（La/Yb）N－YbN圖解（圖4）中，尖山子火山巖的投影點大部分投在大陸殼源區左側及上側，主要由角閃巖組成的源區產生的熔體趨勢線附近，個別樣品點投在大陸殼源區內及其下方大洋中脊附近.該旋回火山巖稀土元素總量較高，為輕稀土富集型巖石.δEu顯示正異?；虿幻黠@負異常，Eu/Sm為0．24～0．37，La/Yb值均大于10，為幔殼源［7］.微量元素異常值特征反映該期火山巖既有地殼成因信息，也有幔源的信息.在La/Sm－La關系圖解（圖5）中，有兩個火山巖投影點落在分離結晶線附近，其余均落在分離結晶線下方.綜上所述，各種信息反映該期火山巖巖漿來源于殼?；煸?

圖4 尖山子火山巖（La/Yb）N-YbN圖解（據江博明，1981）Fig．4 The（La/Yb）N-YbNdiagram of Jianshanzi volcanic rocks（After Jahn B M，1981）

圖5 新生代火山巖La/Sm－La圖解（據Allegre，1973）Fig．5 The La/Sm-La diagram of Cenozoic volcanic rocks（After Allegre，1973）▲—尖山子火山巖（Jianshanzi volcanic rock）

3．2 火山巖形成構造環境

在logτ-logδ圖解（圖6）中，中生代早期尖山子火山巖投影點，主要投在B區，處于造山帶火山巖區.與日本火山巖相比，在其附近，表明該時代火山巖構造位置接近中生代的俯沖帶，反映該時代火山巖構造位置處于構造活動較強的不穩定地區.從Rb－Sr關系圖解（圖7）中可以看出，該期火山巖投影點多數落在地殼厚度大于30 km區內，少數落在20～30 km范圍內.由此表明，該時代火山巖形成時地殼厚度大于30 km.從反映火山巖構造位置的＜FeO＞－MgO－Al2O3圖解（圖8）及TiO2×10－Al2O3－K2O×10圖解（圖9）中得知，尖山子火山巖的投影點大部分投在島弧造山帶火山巖區內.從SiO2－K2O關系圖解（圖10）反映，尖山子山旋回巖漿來源深度100～200 km.據此分析研究區應屬接近俯沖帶活動大陸邊緣構造背景.

圖6 里特曼-戈蒂里圖解（據Rittmann，1973）Fig．6 The Rittmann-Cottine diagram（After Rittmann，1973）A—非造山帶火山巖（anorogenic volcanic rock）；B—造山帶火山巖（orogenic volcanic rock）；C—A、B區派生的堿性、偏堿性火山巖（alkaline/meta-alkaline volcanic rock derived from A and B areas）；▲—尖山子火山巖（Jianshanzi volcanic rock）

圖7 Rb、Sr濃度與大陸殼厚度關系圖（據Condie，1973）Fig．7 Relationship between the contents of Rb and Sr and the thickness of continental crust（After Condie，1973）▲—尖山子火山巖（Jianshanzi volcanic rock）

圖8 ＜FeO＞－MgO－Al2O3圖解（據Pearce，1977）Fig．8 The＜FeO＞-MgO-Al2O3diagram（After Pearce，1977）A—洋中脊火山巖（mid-ocean ridge volcanic rock）；B—洋島火山巖（oceanic island volcanic rock）；C—大陸火山巖（continental volcanic rock）；D—島弧拉張中心火山巖（island arc extension center volcanic rock）；E—造山帶火山巖（orogenic volcanic rock）；▲—尖山子火山巖（Jianshanzi volcanic rock）

圖9 TiO2×10-Al2O3-K2O×10圖解（據趙崇賀，1989）Fig．9 The TiO2×10-Al2O3-K2O×10 diagram（After Zhao C H，1989）A—大洋玄武巖區（oceanic basalt）；B—大陸裂谷型玄武巖、安山巖（continental rift basalt/andesite）；C—島弧造山帶玄武巖、安山巖區（island arc orogenic basalt/andesite）；▲—尖山子火山巖（Jianshanzi volcanic rock）

圖10 SiO2、K2O與巖漿來源深度關系圖Fig．10 Relationship between the contents of SiO2and K2O and the depth of magmatic source▲—尖山子火山巖（Jianshanzi volcanic rock）

綜上所述，研究區中生代早期早三疊世火山巖屬于活動大陸邊緣的產物，火山噴發盆地形成的驅動力并非是古太平洋板塊向歐亞板塊斜向俯沖的結果，而是由于中生代期間古太平洋板塊向歐亞板塊的斜向俯沖方向不斷改變［11］，華北陸塊南部與華南陸塊旋轉碰撞，北部受西伯利亞板塊的俯沖、碰撞的影響，引起地殼或巖石圈處于拉張的結果所致.因此尖山子火山巖具有活動大陸邊緣地區的特征.由于局部拉張作用，幔源巖漿沿基底深大斷裂中心式火山噴發，形成早三疊世尖山子火山巖，巖漿來源深度100～200 km.

致謝：本文是遼寧省1∶5萬房木鎮等4幅區調項目中侵入巖章節研究的部分成果.在撰寫過程中得到了項目負責劉錦、技術負責彭游博等同志的幫助，在此一并致謝.

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PETROGEOCHEMISTRY AND ORIGIN OF THE EARLY TRIASSIC JIANSHANZI VOLCANIC ROCK IN NORTHERN LIAONING PROVINCE

YANG Zhong-jie
Liaoning Institute of Geological and Mineral Survey,Shenyang 110031,China

The Early Triassic Jianshanzi volcanic rock in northern Liaoning，which was established by the Project of 1∶250 000 Regional Geological Survey，is limitedly exposed，without regional extension．On the basis of the regional geological survey，this article studies the petrology，geochemistry and genesis of the volcanic rock．The result shows that the volcanic rock evolves from basic through intermediate to acidic，with characteristics of high-K，Si and Al and low-Fe，Mg and Ca．The distribution patterns of transition elements of this volcanic rock are generally consistent，suggesting a comagmatic origin．The meta-alkaline rocks are REE-rich；while the normal rocks are poor with REE．The rocks are characterized by enriched LREE with well fraction and depleted HREE with poor fraction，with LREE/HREE values ranging from 7．75 to 18．45，Sm/Nd values of 0．14-0．21，and Eu/Sm values of 0．24-0．37，indicating that the magma of the Jianshanzi volcanic rock is originated from mantle source.

Jianshanzi volcanic rock；petrogeochemistry；origin；Early Triassic；northern Liaoning Province

2015－12－16；

2016－02－29．編輯：李蘭英．

中國地質調查局“遼寧1∶5萬房木鎮、八棵樹鎮等4幅區域地質礦產調查”項目（編號12120113057900）．

楊仲杰（1987—），男，工程師，從事區域地質調查與固體礦產勘查工作，通信地址 遼寧省沈陽市皇姑區寧山中路42號羽豐大廈B座2511號，E-mail//147018374@qq.com

1671-1947（2016）06-0533-06

P597

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