冀北地區(qū)早三疊世劈柴拌組火山活動(dòng)的時(shí)代歸屬及意義

吳江宇，王金貴，張鑫全，梁 賢，劉蓓蓓，季 虹，陳圓圓

1. 河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院，河北 廊坊 065000；2. 河北地質(zhì)大學(xué)，河北 石家莊 050031

參照河北志（2017）構(gòu)造單元?jiǎng)澐址桨竅1]，進(jìn)一步將冀北地區(qū)在晚泥盆世至中三疊世期間的四級構(gòu)造單元作了細(xì)劃（圖1），以西拉木倫地殼對接帶、康保—圍場和尚義—隆化區(qū)域斷裂為界由北向南依次為：華北北緣弧前盆地帶（屬康?！喾宓貙臃謪^(qū)）、華北北緣弧間盆地隆起帶（屬張北—圍場地層分區(qū)）、燕遼弧后盆地帶（屬燕遼地層分區(qū)）[1]。根據(jù)河北志（2017）及鄰區(qū)資料綜合分析認(rèn)為，西伯利亞板塊從晚泥盆世開始向南向柴達(dá)木—華北板塊之下俯沖，本區(qū)在晚泥盆世至早二疊世處于前碰撞階段，中晚二疊世處于同碰撞階段，早三疊世至中三疊世中期處于后碰撞階段，中三疊世晚期處于后造山階段[1]。

冀北位于華北北緣巖漿弧帶上，不同階段的巖漿活動(dòng)是擠壓造山過程中重要內(nèi)容之一[1]。以往的地質(zhì)調(diào)查研究資料中沒有明確確定在早三疊世存在較強(qiáng)烈火山活動(dòng)和相應(yīng)的巖石地層單位[1-7]，通過進(jìn)一步調(diào)研在圍場劈柴拌一帶（圖1、圖2）確定了早三疊世存在強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。根據(jù)巖石組合、巖石成因、接觸關(guān)系、巖石變質(zhì)特征及同位素測年資料等，文章將淺變質(zhì)的海相火山—沉積建造劃歸早中二疊世額里圖組，淺變質(zhì)的陸相火山—沉積建造劃為早三疊世劈柴拌組，未變質(zhì)的陸相火山建造劃為中三疊世三家北溝組（另文敘述）。文章重點(diǎn)對早三疊世劈柴拌組的特征進(jìn)行敘述。

圖1 冀北及鄰區(qū)晚泥盆世至中三疊世構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D（據(jù)河北志，2017資料修編）Fig. 1 Division of Late Devonian to Middle Triassic tectonic units in northern Hebei and its adjacent areas

圖2 冀北劈柴拌一帶地質(zhì)簡圖（據(jù)河北志，2017資料修改）Fig. 2 Geological sketch of Pichaiban area in northern Hebei

1 地層特征

1.1 基本特征

早三疊世劈柴拌組分布于康保-赤峰地層分區(qū)圍場劈柴拌東部一帶，整體呈北東向至北東東向帶狀展布（圖1、圖2），發(fā)育不規(guī)則褶皺構(gòu)造[1]。為一套淺變質(zhì)的陸相火山—沉積建造，根據(jù)巖石組合特征和接觸關(guān)系可分為兩個(gè)巖性段：

一段（T1p1）以變質(zhì)安山玄武巖、變質(zhì)安山巖、變質(zhì)粗安巖、變質(zhì)石英粗安巖、變質(zhì)英安質(zhì)火山角礫巖及變質(zhì)沉火山角礫巖不等厚韻律性互層為特征。發(fā)育厚度大于1 244 m。下部與劈柴拌組二段呈斷層接觸，上覆與劈柴拌組二段呈整合接觸。

二段（T1p2）以變質(zhì)英安巖、變質(zhì)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r、變質(zhì)砂質(zhì)礫巖、變質(zhì)泥巖（板巖）、變質(zhì)含礫砂巖及變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖不等厚韻律性互層為特征。發(fā)育厚度大于697 m。下伏與劈柴拌組一段呈整合接觸，或與晚泥盆世變質(zhì)二長花崗巖呈異巖角度不整合接觸。

劈柴拌組由1∶5萬朝陽灣幅（1990）命名，劃歸早二疊世[2]；1∶20萬棋盤山幅（1979）劃歸晚古生代[3]；1∶20萬圍場幅（1977）劃為太古宙小石匣組[4]；1∶5萬圍場縣幅（1996）劃為早二疊世三面井組[5]；1∶25萬西老府幅（2009）、1∶25萬隆化縣幅（2001）和河北志（2017）劃為早二疊世額里圖組（本文的一段）和三面井組（本文的第二段）[1，6-7]。但是，從巖石組合特征、沉積巖的成因、接觸關(guān)系和巖石變質(zhì)特征及同位素測年資料等均不支持劈柴拌東部一帶淺變質(zhì)火山—沉積地層的以往劃分。區(qū)域上的早二疊世三面井組為一套淺變質(zhì)的海相碎屑巖—碳酸鹽巖建造，早中二疊世額里圖組為一套淺變質(zhì)的海相火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖建造[1]；而本文新厘定的早三疊世劈柴拌組為一套淺變質(zhì)的陸相火山—沉積建造。劈柴拌組與三面井組、額里圖組屬于時(shí)代和成因均不同的地層單位，因此，將劈柴拌組單獨(dú)劃分是十分合理的。

1.2 剖面特征

劈柴拌組的命名剖面位于圍場縣劈柴拌東部一帶（圖2），一段由劈柴拌東剖面控制，二段由大光頂子剖面控制。

（1）圍場縣劈柴拌東早三疊世劈柴拌組一段剖面（圖3）

圖3 圍場縣劈柴拌東早三疊世劈柴拌組一段剖面圖（據(jù)1∶25萬西老府幅，2009資料修測）Fig. 3 Section of the first member of the Early Triassic pichaiba formation in the east of pichaiba，Weichang County

剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：N42°00′39″，E117°54′06″，H1 530 m。該剖面地層出露較齊全、連續(xù)，露頭較好，上下接觸關(guān)系清楚，構(gòu)造較簡單，交通方便。剖面描述如下：

上覆劈柴拌組二段（T1p2）：角礫巖化變質(zhì)英安巖，未見頂，位于向斜核部

劈柴拌組二段（T1p2）：變質(zhì)英安巖與變質(zhì)含礫砂巖

該剖面控制地層厚度為1 244 m。由下往上由早到晚由變質(zhì)安山巖—變質(zhì)沉火山角礫巖—變質(zhì)安山巖（1～3層厚度91.7 m）、變質(zhì)沉火山角礫巖—變質(zhì)安山巖（4～5層厚度44.7 m）、變質(zhì)安山玄武巖—變質(zhì)安山巖—變質(zhì)石英粗安巖（6～10層厚度665.6 m）、變質(zhì)安山巖—變質(zhì)粗安巖—變質(zhì)英安質(zhì)火山角礫巖（11～15層厚度316.7 m）及變質(zhì)安山巖—變質(zhì)石英粗安巖（16～17層厚度125.3 m）構(gòu)成5個(gè)火山噴發(fā)、火山噴發(fā)—沉積韻律?；鹕綆r中不存在枕狀構(gòu)造，應(yīng)為陸相火山巖類。

（2）圍場縣大光頂子早三疊世劈柴拌組二段剖面（圖4）

圖4 圍場縣大光頂子早三疊世劈柴拌組二段剖面圖（據(jù)1∶5萬朝陽灣幅，1990資料修測）Fig. 4 Section of the second member of the Early Triassic pichaiba formation in Daguangdingzi，Weichang County

剖面起點(diǎn)坐標(biāo)：N42°00′46″，E117°57′55″，H1 620 m。該剖面地層出露較齊全、露頭較好，下部接觸關(guān)系清楚，構(gòu)造簡單，交通不便。剖面描述如下：

該剖面控制地層厚度為697 m，其中，淺變質(zhì)酸性火山巖類厚度為462 m，淺變質(zhì)沉積巖類厚度為235 m。由下往上由早到晚由變質(zhì)泥質(zhì)粉砂巖—變質(zhì)含礫砂巖—變質(zhì)英安巖（1～3層厚度206.7 m）、變質(zhì)砂質(zhì)礫巖—變質(zhì)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r（4～6層厚度158.3 m）、變質(zhì)含砂泥巖—變質(zhì)粉砂質(zhì)泥巖—變質(zhì)英安巖（7～8層厚度201.9 m）及變質(zhì)砂質(zhì)礫巖—變質(zhì)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r（9～10層厚度130.1 m）構(gòu)成4個(gè)沉積—火山噴發(fā)韻律。從淺變質(zhì)沉積巖巖石特征分析，原巖為河湖相碎屑沉積巖類，劈柴拌組整體為淺變質(zhì)的陸相火山—沉積建造

2 火山巖的巖石地球化學(xué)特征

已獲得劈柴拌組火山巖的巖石化學(xué)成分、稀土元素與微量元素含量分析結(jié)果及主要參數(shù)如表1所列。

2.1 巖石化學(xué)特征

劈柴拌組火山巖的巖石化學(xué)成分含量與中國[8]、世界[9]同類火山巖巖石化學(xué)成分含量相比較，變質(zhì)安山玄武巖的SiO2、Al2O3、MgO、Na2O含量略有偏高，其他氧化物含量略有偏低，具有玄武巖的巖石化學(xué)特征；變質(zhì)安山巖的SiO2、TiO2、Fe2O3、FeO、MgO、Na2O、P2O5含量略有偏高，其他氧化物含量略有偏低，具有安山巖巖石化學(xué)特征；變質(zhì)粗安巖的SiO2、TiO2、Fe2O3、MgO、Na2O含量略有偏高，MnO含量相同，其他氧化物含量略有偏低，具有粗安巖巖石化學(xué)特征；變質(zhì)英安巖的SiO2、FeO、MgO、K2O含量略有偏高，TiO2含量相同，其他氧化物含量略有偏低，具有英安巖巖石化學(xué)特征；變質(zhì)流紋質(zhì)巖（變質(zhì)流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r）的SiO2、Al2O3含量略有偏高，P2O5含量相同，其他氧化物含量略有偏低，具有流紋巖巖石化學(xué)特征[10]。以參數(shù)σ數(shù)值大小劃分，除變質(zhì)安山玄武巖σ為3.79（＞3.3）屬堿性系列火山巖外，其他巖性的σ在1.60～2.85之間（＜3.3），屬鈣堿性系列的火山巖；整體以鈣堿性系列巖石為主，堿性系列的巖石次之。經(jīng)火山巖TAS分類圖解（圖5a）判別，火山巖巖石類型與鑒定的火山巖巖石名稱相吻合（表1）。

表1 劈柴拌組變質(zhì)火山巖巖石化學(xué)成分、稀土與微量元素含量表Table 1 Petrochemical composition，rare earth elements and trace elements contents in metamorphic volcanic rocks of Pichaiban Formation

2.2 地球化學(xué)特征

劈柴拌組火山巖的稀土元素總量ΣREE在107.25×10-6～176.22×10-6之間，平均值為133.24×10-6；參數(shù)δEu在0.47～1.12之間，平均值為0.86；稀土元素配分模式為右傾型（圖5b），顯示輕稀土較富集，輕稀土與重稀土分餾較強(qiáng)，具有殼?；煸磶r漿的特征?；鹕綆r微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5c）顯示，Th、K、La、Hf、Y元素呈現(xiàn)富集狀態(tài)，而U、Nb、P、Ti元素呈現(xiàn)虧損狀態(tài)，其他元素處于過渡狀態(tài)；特征參數(shù)Rb/Sr均值為0.16，Nb/Ta均值為10.83，Zr/Hf均值為31.54。稀土和微量元素特征顯示其具有巖漿弧帶巖漿巖的性質(zhì)。不論是稀土元素配分模式（圖5b），還是微量元素蛛網(wǎng)圖（圖5c），其曲線形態(tài)均具有較高的一致性，表明了火山巖形成時(shí)代和巖漿成因的一致性。

2.3 形成構(gòu)造環(huán)境分析

選擇三種相對較為有效和常用的巖石化學(xué)圖解進(jìn)行劈柴拌組火山巖形成構(gòu)造環(huán)境的判別。在火山巖logτ-logσ圖解（圖5d）中，5件樣品全部落入造山帶火山巖區(qū)[11]；在火山巖TAK圖解（圖5e）中，5件樣品全部落入島弧造山帶火山巖區(qū)[12]；在火山巖-MgO -Al2O3圖解（圖5f）中，1件巖石樣品落入島弧擴(kuò)張中心火山巖區(qū)，4件樣品落入造山帶火山巖區(qū)[13]；整體反映劈柴拌組的火山巖形成于巖漿弧帶—造山帶構(gòu)造環(huán)境。結(jié)合河北志（2017）早三疊世侵入巖的研究成果綜合分析[1]，認(rèn)為劈柴拌組的火山巖形成于早三疊世后碰撞擠壓造山階段的構(gòu)造環(huán)境。

圖5 火山巖巖石地球化學(xué)圖解Fig. 5 Petrochemistry diagrams of volcanic rocks

3 地層對比與時(shí)代歸屬

分布于圍場劈柴拌東部一帶的早三疊世劈柴拌組發(fā)育較齊全，為一套淺變質(zhì)的陸相火山—沉積建造，厚度大于1 941 m。與區(qū)域上為一套淺變質(zhì)海相碎屑巖—碳酸鹽巖建造的早二疊世三面井組、為一套淺變質(zhì)海相火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖建造的早中二疊世額里圖組[1，6-7]，不能等同和對比，三者屬于時(shí)代不同、成因不同的獨(dú)立地層體。

目前，在圍場劈柴拌東部的劈柴拌組二段變質(zhì)英安巖中獲得SHRIMP鋯石U-Pb年齡為247.3±3.2 Ma[6]，屬于早三疊世晚期。根據(jù)巖石組合、變質(zhì)特征及接觸關(guān)系等，綜合分析認(rèn)為劈柴拌組形成于早三疊世。

本文將劈柴拌組重新厘定，將其歸屬于早三疊世是很有必要的。該組中的火山巖代表了在早三疊世期間華北北緣弧前盆地帶的火山巖漿活動(dòng)特征。

4 結(jié)論與意義

（1）在冀北地區(qū)厘定的早三疊世劈柴拌組，為一套淺變質(zhì)的陸相火山—沉積建造，從而證實(shí)了早三疊世存在強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。

（2）劈柴拌組火山巖以鈣堿性系列的巖石為主，堿性系列的巖石次之，整體具有巖漿弧帶火山巖的性質(zhì)。構(gòu)造判別圖解顯示其形成于早三疊世后碰撞階段的擠壓造山構(gòu)造環(huán)境。

（3）早三疊世劈柴拌組的厘定，填補(bǔ)了冀北地區(qū)早三疊世較強(qiáng)烈火山活動(dòng)的空白，進(jìn)一步豐富了印支期中期后碰撞過程中的巖漿活動(dòng)，補(bǔ)充完善了早三疊世的巖石地層序列。