小兴安岭石头山酸性火山岩年代学、地球化学特征

田恒川

我国东北地区的大兴安岭、小兴安岭—张广才岭地区分布有大量中生代花岗岩，构成了我国大陆东部极为醒目的地质景观— —中生代“花岗岩海”。该区域中生代岩浆活动强烈，是濒太平洋构造-岩浆带的重要组成部分，也是我国重要的贵金属、有色金属成矿集中区。小兴安岭地区由于岩浆活动、地质构造、植被覆盖等原因，导致区域内岩浆岩、火山岩时代及层序均较为混乱。因此本文以小兴安岭洞东南部出露的中生代酸性火山岩作为主要的研究对象，对其进行精确的锆石LA-ICP-MS U-Pb 年代学、及详细的地球化学研究，为火山岩地层的厘定及区域构造演化提供重要依据。

1 地质背景及样品描述

研究区位于小兴安岭东南部，是伊春—延寿岩浆构造带的重要组成部分，大地构造位置位于兴蒙造山带东部，古亚洲洋构造域和滨太平洋构造域的交接复合部位（图1）。区域内岩浆、火山活动强烈，侵入岩主要为一套早侏罗世未变形花岗岩，包括碱长花岗岩、正长花岗岩、二长花岗岩、花岗闪长岩等。由于露头较少，覆盖层厚，界限较模糊。地层相对不发育，主要出露一套古生界中二叠统土门岭组（P2t），中生界下侏罗统神树镇组（J1ss）、下白垩统建兴组（K1jn）和新生界渐新统-上新统孙吴组及第四纪全新统地层。

图1 区域地质概况

神树镇组为一套陆相中酸性火山岩组合。以灰绿色、灰黑色中性熔岩为主，夹中酸性熔岩及火山屑岩，岩石中岩屑、晶屑常定向排列，节理发育，岩石整体较破碎。本文研究样品主要采自于黑龙江省绥棱林业局六棵松居民点东五公里处石头山的人工露头处。其主要岩性为晶屑流纹质凝灰熔岩、灰黑色流纹质凝灰岩、灰绿色英安质凝灰岩等，以酸性流纹质凝灰岩为主。

岩石新鲜面灰绿色，玻屑凝灰结构，块状构造。岩屑呈次棱角状、次圆状，成分为流纹岩、英安岩、凝灰岩（图2），直径0.3mm ～3mm，含量5%。晶屑主要为呈板状、碎屑状的钾长石及少量斜长石（图2），粒径0.15mm ～1.8mm，含量15%。玻屑形态呈骨针状、弧面多角状、鸡骨状和楔形，部分脱玻粘土矿物或微粒钠长石、石英，大都呈不规则带状、块状，为粘土矿物纤维代替，分布普遍。

图2 石头山流纹质凝灰岩手标本及显微镜下照片

2 分析方法

2.1 锆石U-Pb 测年

锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年代学。所用锆石年龄测定样品采自石头山新鲜露头，研究样品在河北省廊坊区域地质调查研究所实验室粉碎，并通过随后的标准重矿物分离技术和电磁选进行分选，在显微镜下选出较完整、透明、无明显裂隙的锆石颗粒，将所选锆石颗粒制成环氧树脂锆石靶。然后对锆石靶先进行磨砂，当绝大部分锆石颗粒磨到核部后进行抛光，使得锆石样品的内部结构能够暴露出来，将锆石样品抛光后通过CL 图像进行生长结构观察（图3）。

锆石U-Pb 同位素测年是在吉林大学国家重点实验室完成的。采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析技术。本次实验采用的激光剥蚀系统是Geolas 2005，ICP-MS 为Agilent7500a。激光剥蚀中的载气为氦气，补偿气为氩气。

2.2 主量元素和微量元素

主量及微量元素测试在黑龙江省地质矿产测试应用研究所进行，主量元素测试方法是X 射线荧光法（XRF），准确度优于5%；微量元素和稀土元素（REE）通过等离子质谱仪分析。

3 分析结果

3.1 锆石U-Pb 测年

所测锆石颗粒大小差别较大，粒度大小为50-100μm 左右，从形态结构上看，锆石多为粒状和短柱状，自形-半自形，多不发育双锥。在CL 图像上（图3），可以看出多数锆石分为两类，一类普遍具有典型的岩浆振荡环带，显示为岩浆成因；一类粒度较小，CL 图像普遍较暗，显示受到后期热事件影响。

图3 流纹质凝灰岩锆石特征

流纹质凝灰岩共选取20 颗锆石进行LA-ICP-MS U-Pb 定年分析，其中13 个分析点落在谐和线及其附近（表1），有较一致的U-Pb 年龄，加权平均年龄为193.2±2.4Ma，显示该样品的形成年龄为193.2Ma，表明该流纹岩的喷出时代为早侏罗世（图4）。

表1 神树镇组火山岩中锆石U、Pb 同位素分析结果（元素含量×10-6）

图4 流纹质凝灰岩锆石U-Pb 年龄谐和图与加权平均年龄

根据以上综合分析：由于流纹质凝灰岩的喷出时代基本上与本区岩浆岩的侵位时代一致，且有着相似的地球化学特征，由此可推断其与本区花岗岩基本同一时期同一岩浆来源。

3.2 地球化学特征

流纹质凝灰岩的全岩主量元素和微量元素质量分数分析结果列于表2。

表2 神树镇组火山岩主量元素（%）和微量元素（×10-6）分析结果

样品SiO2含量在74.06% ～75.22%之间，平均74.51%；Al2O3含量为14.01%～14.34%，平均14.17%；K2O+Na2O 含量一般在7.90%～8.62%，平均8.28%，K2O／Na2O＞1，相对富钾；里特曼指数（σ）一般在1.94 ～2.39 之间，为钙碱性岩系；A/CNK 值从1.27 到1.32，A/NK 值为1.29 ～1.34，属富钾钙碱性、过铝质系列岩石。

在全碱-硅质（TAS）图解中，均落在亚碱性系列区域内（图5），从类型上看，主要分布在流纹岩区域内。亚碱性系列岩石按K2O（wt.%）和SiO2（wt.%）的含量可进一步分为低钾（拉斑）系列、中钾钙碱性系列、高钾钙碱性系列和钾玄岩系列。在K2O-SiO2图中（图5），均位于高钾钙碱性系列和钾玄岩系列区域内，显示出富钾的特征。在A/NK-A/CNK 图中，样品都落在过铝质区域内，具有过铝质的特征（图6）。

图5 全碱-硅质（TAS）

图6 A/NK-A/CNK 图解

根据稀土元素分析结果及特征参数表（表2），神树镇组流纹质凝灰岩的稀土总量∑REE 在61.25×10-6～201.07×10-6之间，平均为120.17×10-6，这个数值低于陆壳的平均值154.7×10-6。在稀土元素球粒陨石标准化配分图上（图7），相对富集轻稀土，轻重稀土比值（LREE/HREE）在5.81 ～11.77 之间，平均为9.28，根据（La/Yb）N比值介于4.11 ～13.72 之间，属轻稀土富集型，δEu 在0.28-0.97 间，Eu 负异常可能是由于岩浆在大规模喷出前发生过斜长石等矿物的分离结晶作用。微量元素原始地幔标准化蛛网图上（图7），石头山流纹质凝灰岩相对富集Rb、Th、U、Zr、Hf 等，Ba、Nb、Sr、P、Ti 明显亏损。

图7 球粒陨石标准化分配图

4 讨论

4.1 石头山火山岩的形成时代

对于区域内该套地层的形成时代存在着不同的认识，本次对其锆石进行的年代学测定，其锆石有着明显的岩浆环带，未见后期溶蚀结构，因此锆石年龄可以代表该套火山岩的年龄。其加权平均年龄为193.2±2.4 Ma，显示该样品的形成年龄为193.2Ma，表明该流纹岩的喷出时代为早侏罗世，与本区岩浆岩的侵位时代基本一致，由此可推断其与本区花岗岩基本同一时期岩浆活动的产物。小兴安岭-张广才岭火山岩分布时代跨度较大，从早侏罗世到晚白垩世都有分布。

4.2 石头山火山岩的岩石成因

石头山流纹质火山岩具有较高的SiO2含量（74.06% ～75.22% 之 间， 平 均74.51%） 及Al2O3含 量（14.01% ～14.34%，平均14.17%），在A/NK-A/CNK 图中，样品都落在过铝质区域内，具有过铝质的特征（图5）。里特曼指数（σ）一般在1.94 ～2.39 之间，为钙碱性岩系；A/CNK 值从1.27到1.32，A/NK 值为1.29 ～1.34，属富钾钙碱性、过铝质系列岩石。在稀土元素球粒陨石标准化配分图上（图7），相对富集轻稀土，轻重稀土比值（LREE/HREE）在5.81 ～11.77 之间，平均为9.28，根据（La/Yb）N比值介于4.11 ～13.72 之间，属轻稀土富集型，δEu 在0.28-0.97 间，Eu 负异常可能是由于岩浆在大规模喷出前发生过斜长石等矿物的分离结晶作用。微量元素原始地幔标准化蛛网图上（图7），石头山流纹质凝灰岩相对富集Rb、Th、U、Zr、Hf 等，Ba、Nb、Sr、P、Ti 明显亏损。这与区域内同时期花岗岩有着相似的地球化学特征，显示出同源的特点。

5 结论

石头山流纹质凝灰岩为一套陆相中酸性火山岩组合，其主要岩性为晶屑流纹质凝灰熔岩、灰黑色流纹质凝灰岩、灰绿色英安质凝灰岩等，以酸性流纹质凝灰岩为主。

石头山流纹质凝灰岩锆石中普遍发育典型的岩浆振荡环带，显示其岩浆成因。其形成年龄为193.2Ma，表明该流纹岩的喷出时代为早侏罗世，与本区岩浆岩的侵位时代基本一致，由此可推断其与本区花岗岩基本同一时期岩浆活动的产物。

石头山流纹质凝灰岩具有富硅、富铝的特点，相对富集轻稀土元素，具有明显的Eu 负异常，与区域内同时期花岗岩有着相似的地球化学特征，显示出同源的特点。