吉林省中部大口欽地區(qū)營(yíng)城組流紋巖地球化學(xué)特征

朱建鵬

吉林省第四地質(zhì)調(diào)查所，吉林 通化 134001

0 引言

吉林省中東部中生代火山巖帶是東北亞環(huán)太平洋巨型火山巖帶的重要組成部分和重要的多金屬成礦帶，以往眾多學(xué)者研究多集中于吉林省東部地區(qū)[1]，對(duì)吉林省中部地區(qū)研究相對(duì)匱乏。本次對(duì)吉林省中部大口欽地區(qū)營(yíng)城組流紋巖進(jìn)行了巖石學(xué)和地球化學(xué)研究，結(jié)合吉林省中生代火山巖時(shí)空變異，為吉林省中部中生代火山巖形成的動(dòng)力學(xué)背景研究提供了依據(jù)。

1 地質(zhì)概況及樣品描述

吉林省中部大口欽地區(qū)構(gòu)造演化復(fù)雜，在古生代期間，經(jīng)歷了古亞洲洋構(gòu)造體系的演化和多個(gè)地塊的拼合[2]。而中、新生代又經(jīng)歷了濱太平洋構(gòu)造體系的疊加改造。研究區(qū)位于華北板塊北緣東段，松嫩—張廣才嶺地塊最南緣[3]，伊通—依蘭斷裂南側(cè)，西拉木倫—長(zhǎng)春縫合帶北東側(cè)，敦化—密山斷裂北西側(cè)(圖1a)。研究區(qū)地層主要發(fā)育有古生界、中生界和新生界。古生界為上二疊統(tǒng)楊家

溝組；中生界為下白堊統(tǒng)營(yíng)城組，在研究區(qū)內(nèi)為一套陸相酸性火山巖，主要巖性為流紋巖、球粒流紋巖、流紋質(zhì)角礫集塊巖；新生界為中更新統(tǒng)荒山組。研究區(qū)侵入巖包括早侏羅世中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖和中侏羅世斑狀二長(zhǎng)花崗巖(圖1b)。

本文研究對(duì)象主要為下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖和球粒流紋巖。流紋巖新鮮面淺灰色，斑狀結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造。主要礦物成分：斑晶主要有石英和黑云母。石英呈圓狀，具熔蝕現(xiàn)象，粒度0.5 mm左右，體積分?jǐn)?shù)5%～10%；黑云母為黑色片狀，片徑2 mm左右，體積分?jǐn)?shù)<1%。基質(zhì)為玻璃質(zhì)，體積分?jǐn)?shù)90%～94%。流紋構(gòu)造發(fā)育，局部呈不規(guī)則狀，見有“V”型、“N”型、“M”型流紋(圖2a)。球粒流紋巖新鮮面灰白色，斑狀結(jié)構(gòu)、基質(zhì)球粒結(jié)構(gòu)、微粒結(jié)構(gòu)，流紋構(gòu)造。斑晶由溶蝕狀石英和板狀透長(zhǎng)石組成,粒度0.2～0.5 mm，體積分?jǐn)?shù)1%左右；基質(zhì)由放射纖維狀長(zhǎng)英質(zhì)球粒和星散狀的石英微粒組成,石英微粒分布于球粒的核部，體積分?jǐn)?shù)99%左右(圖2b)。

圖1 研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)和地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)Fig.1 Geotectonic setting map (a) geological sketch map (b) of study area1.全新統(tǒng)沖積物；2.中更新統(tǒng)荒山組；3.下白堊統(tǒng)營(yíng)城組；4.上二疊統(tǒng)楊家溝組；5.早侏羅世中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖；6.中侏羅世斑狀二長(zhǎng)花崗巖；7.球粒流紋巖；8.流紋巖；9.流紋質(zhì)角礫集塊巖；10.火山口；11.實(shí)測(cè)正斷層；12.實(shí)測(cè)逆斷層；13.巖相界線；14.地質(zhì)界線；15.角度不整合界線；16.采樣點(diǎn)位置

2 地球化學(xué)特征

2.1 主量元素

本次研究在下白堊統(tǒng)營(yíng)城組火山巖內(nèi)，共采集4件主微量元素樣品，其中流紋巖樣品2件，球粒流紋巖樣品2件。

營(yíng)城組流紋巖主量元素分析結(jié)果(表1)顯示，SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于70.05%～77.78%之間，為酸性火山巖。流紋巖具富硅、貧鈣(CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于0.20%～1.97%之間，均值0.93%)、貧鎂(MgO介于0.20%～1.97%之間，均值0.93%)和貧鐵(TFe2O3介于0.55%～1.77%之間，均值1.29%)為特征。在TAS圖解中除一個(gè)樣品落入英安巖區(qū)域內(nèi)，其余樣品均落入流紋巖區(qū)域內(nèi)(圖3a)；在SiO2-K2O圖解中(圖3b)，樣品落入高鉀鈣堿性區(qū)域內(nèi)。鋁過(guò)飽和指數(shù)A/CNK值為1.07～1.25，除一個(gè)樣品為1.07外，其余樣品均大于1.1，A/NK值為1.11～1.76，顯示出過(guò)鋁性質(zhì)特征。在A/CNK-A/NK圖解中(圖3c)，流紋巖大多數(shù)樣品落入過(guò)鋁質(zhì)區(qū)域內(nèi)。綜上分析認(rèn)為營(yíng)城組流紋巖為過(guò)鋁質(zhì)高鉀鈣堿性酸性火山巖。

表1 下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖主量元素(%)、微量和稀土元素(×10-6)分析結(jié)果表

Table 1 Compositions of major (%), trace and rare earth elements(×10-6)for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

巖性流紋巖流紋巖球粒流紋巖球粒流紋巖樣號(hào)PM014-2-XT1PM014-10-XT1PM014-12-XT1PM015-2-XT2SiO270.1471.9478.2875.91TiO20.060.060.050.06Al2O312.2512.3211.5612.04Fe2O30.890.870.080.94FeO0.340.610.420.75MnO0.080.050.020.03MgO0.410.090.080.56CaO1.971.010.200.54Na2O2.243.413.732.36K2O2.993.325.004.40P2O50.020.020.020.02LOI8.596.270.542.38 Total99.9899.9799.9899.99TFe2O31.271.550.551.77 Mg#39102239 SI5.971.080.866.22M/F0.600.110.280.62 Li6.3011.2077.6068.40 Cr5.404.3011.8010.60 Rb529.00402.00383.00351.00Sr70.009.006.0024.00Y40.3033.2032.1018.80Zr87.00108.0097.00113.00 Nb46.4038.8041.1041.20 Cs32.709.661.795.06 Ba48.0020.0043.0042.00Ga26.2024.4020.5022.80La7.7019.1017.809.40 Ce16.1042.2036.2022.90Pr2.305.405.002.60 Nd9.9021.1019.609.70 Sm3.655.424.982.59 Eu0.190.130.160.13 Gd4.545.074.652.40 Tb1.061.010.910.55 Dy6.945.945.563.60 Ho1.341.141.070.73 Er3.923.143.102.17 Tm0.650.510.510.38 Yb4.333.373.302.67 Lu0.600.460.460.37 Hf4.304.954.464.53 Ta6.814.584.425.30 Th25.2023.9022.5023.10 U8.586.475.125.21 δEu0.140.070.100.16 LREE/HREE1.704.524.283.68∑REE63.22113.99103.3060.19(La/Yb)N1.203.823.642.37 (La/Sm)N1.332.222.252.28(Gd/Yb)N0.851.211.140.73

測(cè)試單位：吉林省地質(zhì)科學(xué)研究所，主量樣品經(jīng)重新百分化

圖2 下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖(a)和球粒流紋巖(b)鏡下照片F(xiàn)ig.2 Photomicrograph of rhyolites(a) and spherolitic rhyolite(b) from Lower Cretaceous Yingcheng Formation a.流紋巖；b.球粒流紋巖

2.2 稀土及微量元素

樣品稀土元素分析結(jié)果見表1。樣品稀土元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)ΣREE=(60.19～113.99)×10-6，LREE=(39.84～93.35)×10-6，HREE=(12.87～23.38)×10-6，LREE/HREE=1.70～4.52。(La/Yb)N=1.20～3.82，(La/Sm)N=1.33～2.28，(Gd/Yb)N=0.73～1.21，表明巖石輕、重稀土元素分餾明顯，且相對(duì)富集輕稀土元素，輕稀土元素內(nèi)部分餾作用明顯，重稀土元素相對(duì)虧損，且內(nèi)部分餾不明顯，在球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖(圖4a)上表現(xiàn)為明顯的右傾模式，δEu=0.07～0.16，具強(qiáng)烈的負(fù)銪異常，說(shuō)明存在斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶作用。

圖3 下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖TAS圖解(a)、SiO2-K2O圖解(b) )和A/NK- A/CNK圖解(c)Fig.3 TAS diagram (a), SiO2-K2O diagram (b) and A/NK-A/CNK diagram (c) for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

圖4 下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分模式圖(a)和微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖(b) Fig.4 Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primitive mantle-normalized trace element spider diagrams (b) for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

在微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖上(圖4b)，流紋巖相對(duì)富集大離子親石元素K、Rb、Th、U，明顯虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素P、Ti等。此外，流紋巖還明顯虧損大離子親石元素Sr，與其具強(qiáng)烈的負(fù)銪異常相對(duì)應(yīng)。P、Ti的虧損可能與磷灰石和鈦鐵礦的分離結(jié)晶有關(guān)，Sr的虧損可能與斜長(zhǎng)石的分離結(jié)晶有關(guān)。

3 討論

3.1 巖漿源區(qū)性質(zhì)及巖石成因

流紋巖樣品具較高的SiO2含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)70.05%～77.78%，均值73.83%，>55%)，明顯富集LREE和LILE元素，虧損HFSE，具強(qiáng)烈的Eu負(fù)負(fù)Eu異常，這些巖石地球化學(xué)特征，揭示了營(yíng)城組流紋巖巖漿來(lái)源于下地殼的部分熔融[5]；此外，巖石Rb/Sr比值為7.56～63.83，均值32.67，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地殼平均值(0.35)；La/Nb比值為0.17～1.86，均值0.74，小于地殼平均值(2.2)；Th/La值為1.25～3.27，均值2.06，大于地殼平均值(0.205)，進(jìn)一步說(shuō)明巖漿源區(qū)起源于下地殼的部分熔融。

3.2 構(gòu)造背景

首先，下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖富集大離子親石元素，虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素，與活動(dòng)大陸邊緣火山弧或島弧火山巖地球化學(xué)特征相似。在Y-Nb圖解中(圖5a)，流紋巖分別落入板內(nèi)花崗巖區(qū)域內(nèi)，在Y + Nb-Rb圖解中(圖5b)流紋巖落入同碰撞或后碰撞區(qū)域內(nèi)，表明其兼具同造山和后造山火成巖的特征，可能是伸展構(gòu)造體制下的產(chǎn)物。

圖5 下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖Y-Nb圖解(a)和Y+Nb-Rb圖解(b) Fig.4 Y-Nb diagram (a) and Y+Nb-Rb diagram (b) for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

其次，營(yíng)城組流紋巖樣品10 000Ga/Al比值高達(dá)3.37～4.05，在以10 000Ga/Al比值為基礎(chǔ)的多種判別圖解中[6-7]，流紋巖樣品均落入A型花崗巖區(qū)域內(nèi)(圖6)，說(shuō)明其具有A型流紋巖的地球化學(xué)屬性[8]。表明該區(qū)早白堊世處于伸展構(gòu)造體系下，形成于非造山板內(nèi)拉張環(huán)境。

最后，早白堊世伸展構(gòu)造背景也得到了相鄰地區(qū)構(gòu)造演化的證實(shí)。吉林省東部地區(qū)大規(guī)模推覆構(gòu)造發(fā)生在190～130 Ma，推覆構(gòu)造發(fā)展過(guò)程時(shí)序性明顯，在距離研究區(qū)較近的四平地區(qū)山門銀礦推覆體，由早古生界組成，原地更為年輕的地質(zhì)體為下白堊統(tǒng)泉頭組，其特征符合濱太平洋板塊由南東向北西俯沖歐亞板塊的動(dòng)力學(xué)機(jī)制[9]。

綜上分析，吉林省中部大口欽地區(qū)營(yíng)城組流紋巖形成于推覆構(gòu)造事件之后陸殼崩塌階段的伸展環(huán)境，與濱太平洋板塊俯沖引起的加厚巖石圈拆沉事件有關(guān)。

圖6 下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖10 000 Ga /Al 與Nb、(K2O+Na2O)/Ca、Ce和Zr關(guān)系圖Fig.6 Plots of 10 000 Ga /Al and Nb, (K2O+Na2O) /Ca, Ce and Zr for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

4 結(jié)論

(1)下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖以富硅、貧鈣、貧鎂、貧鐵為特征，在地球化學(xué)上具有典型A型流紋巖特征，在痕量元素組成上，富集LREE和LILE元素，虧損HREE和HFSE元素，具強(qiáng)烈的負(fù)Eu異常。

(2)下白堊統(tǒng)營(yíng)城組流紋巖原始巖漿來(lái)源于下地殼的部分熔融，形成于濱太平洋板塊俯沖引起的加厚巖石圈拆沉后的伸展環(huán)境。