吉林抚松新屯子地区新生代玄武岩地球化学特征及构造背景分析

李忠水，何 明，付 猛，牟静涛，钱立辉

1.吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130061；2.中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033

吉林抚松新屯子地区新生代玄武岩地球化学特征及构造背景分析

李忠水1，2，何 明2，付 猛2，牟静涛2，钱立辉2

1.吉林大学 地球科学学院，吉林 长春 130061；2.中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033

新屯子地区新生代玄武岩是中新世裂隙式火山活动产生的大陆溢流玄武岩，属于拉斑玄武岩系列，源区是软流圈上地幔。玄武岩是部分熔融和分离结晶过程联合作用的结果先由地幔橄榄岩部分熔融产生玄武质岩浆。但岩浆在上升到大陆地壳内一定深度的岩浆房时，发生部分橄榄石的分离结晶，作用在部分熔融作用之后发生橄榄石分离结晶作用，可能是大陆溢流玄武岩的一种普遍现象。

新屯子；玄武岩；分离结晶；新生代

0　引言

新屯子地区位于华北板块北缘东段、区内玄武岩发育，是长白山新生代火山岩区的组成部分（图1）。测区内分布特征为沿松花江两侧，新近纪火山岩主要分布于头道松花江两侧及二道松花江南侧，南区面积明显大于北区面积，出露面积约为360 km2，主要是新近纪的火山活动，形成类型较为单一，为玄武岩系列。依据火山岩地层分区，新近纪火山岩划归为军舰山组。

1　地质特征

玄武岩产状近于水平，在山颠和松花江河流两岸Ⅱ级阶地上广泛出露，构成玄武岩台地，其上覆盖着第四系沉积物。玄武岩不整合在太古宙TTG岩系、中生代和老第三系地层及燕山期花岗岩之上，不整合面上普遍存在尚未完全固结的砂砾石层，砂砾石成分复杂（图1）。玄武岩厚度变化较大，从数十米到数百米不等，总体上呈现从北西向南东减薄的趋势。玄武岩中的气孔构造往往在玄武岩层的上部最密集，有时存在平行层理的长条状气孔（图版2），柱状节理广泛发育（图2）。火山喷发旋回至少有5个，每个喷发旋回结束的玄武岩层顶面因氧化作用而呈红褐色或黄褐色，并且存在规模不大、形态各异的绳状构造（图版2）。由于受古地形的影响，岩浆流动方向杂乱，无一定规律可循，而且没有古火山口的遗迹，仅见有沿构造裂隙发育的次火山岩（粗玄岩）脉（见图3）。因此，本区玄武岩应是裂隙式火山喷发的产物。

图1　玄武岩覆盖于Ⅳ级阶地砂、砾石层之上(D1303)Fig.1　Basalts upon IV terrace sands and gravels

图2　玄武岩景观图Fig.2　Macroscopic characteristic of the basalts in Xintunzi

2　岩石学特征

新屯子地区的玄武岩主要是玄武岩、气孔状橄榄玄武、橄榄玄武岩、玻基玄武岩、气孔状拉斑玄武岩和拉斑玄武岩等。岩石为气孔状、块状构造，间隐-间粒、斑状或显微斑状结构、聚斑结构。斑晶以橄榄、斜长石为主，其次为单斜辉石及少量斜方辉石和斜长石。橄榄石斑晶为半自形和它形粒状，港湾状熔蚀现象非常普遍，裂纹发育。辉石斑晶多为半自形粒状，部分晶体发生蛇纹石化， 晶体均发生强黑云母化和绿泥石化，薄片中为浅黄褐色，部分晶体见有少量辉石的残晶，还显示辉石的光学特征，有的晶体边缘或局部被基质交代也有熔蚀现象，发育环带，其内常包裹有橄榄石的残晶，形成包橄结构。斜长石，呈自形或半自形板状晶体大颗粒晶体与细条状斜长石具共结结构（见图4），晶体多分布于斜长石的晶粒间，。斜长石斑晶非常少见，偶见环带，聚片双晶双晶发育， 港湾状熔蚀、熔蚀成阶梯状现象非常普遍，为拉长石，有的晶体具穿插聚斑结构，个别晶体具溶蚀麻点结构，晶体发生弯曲变形。基质由橄榄石、单斜辉石、斜长石和不透明矿物以及玻璃组成，为间粒结构、填隙结构、间隐结构和玻晶交织结构。

图3　望江亭粗面玄武岩脉据（D9901）Fig.3　The trachybasalt dike in Wangjiangting

3　岩石地球化学特征

3.1岩石化学特征

玄武岩岩性比较均匀，主元素变化不大（表1），主要特点是TiO2＞ 2.00%，Al2O3质量分数不高，变化小，Na2O＞ K2O，且K2O质量分数不高，属于亚碱性火山岩系列。在CIPW标准矿物中，大部分样品以含石英不含橄榄石为特征，岩石中H2O质量分数过高（表1）所致，但它们的MgO质量分数和Mg2+明显较高。新屯子地区新生代玄武岩属于拉斑玄武岩系列。碱度率和Al2O3的关系也表明了它们的拉斑玄武岩特征。

在火山岩TAS分类命名图解中（图5），玄武岩投入到玄武岩和粗面玄武岩中，与定名吻合。

据岩石化学数据及有关参数。对军舰山期玄武岩的两块玄武岩岩石数据分析，CIPW计算无Q和Ne，而δ值为2.15～3.92，属于里特曼划分的钙碱性和碱性系列。碱度率AR值为1.42～1.71，岩石碱度较低。DI值为32.8～43.05，反应岩浆分异程度较差。

根据图5岩石样品XT-30、XT-39、XT-65、XT-66、XT-67、XT-68、XT-69、XT-70属亚碱性系列，而样品XT-35为碱性系列。在A.R-SiO2碱度关系图解（图6）中，样品XT-30、XT-39、XT-66、XT-67、XT-68、XT-70落入钙碱性和碱性界限上，而品XT-35、XT-65、XT-69落入碱性区，综上述分析，样品XT-30、 XT-39、XT-66、XT-67、XT-68、XT-70为钙碱性系列，样品XT-35、XT-65、XT-69为碱性系列。

3.2岩石地球化学特征

3.2.1稀土元素岩石地球化学特征

图4　新屯子地区玄武岩镜下照片Fig.4　Micrograph of the Cenozoic basalts from Xintunzi region

稀土元素质量分数及有关参数特征（见表2）。∑REE值为（85.5～246.03）‰，δEu为0.90～1.02，铕无明显异常。L/H值为3.1～5.6，轻稀土相对富集，重稀土亏损。（La/Sm）N值为1.44～2.46，轻稀土内部分馏明显。（Gd/Yb）N值为1.38 ～2.91，

表1　新屯子地区新生代玄武岩主量元素质量分数Table 1　Abundances of major elements in the Cenozoic basalts from Xintunzi region

图5　新屯子地区玄武岩TAS图解Fig.5　TAS diagram for basalts in Xintunzi region

图6　新屯子地区玄武岩AR-SiO2图解（JB wright.1969）Fig.6　AR-SiO2diagram for basalts in Xintunzi region

表2　新屯子地区新生代玄武岩稀土元素质量分数Table 2　Abundances of rare earth elements in the Cenozoic basalts from Xintunzi region

表3　新屯子地区新生代玄武岩微量元素质量分数Table 3　Abundances of trace elements in the Cenozoic basalts from Xintunzi region

重稀土分馏不明显。稀土元素球粒陨石标准化模式曲线（图7）为向右倾斜，轻稀土富集型，铕无明显异常，曲线形式与东北地区型大陆碱性玄武岩稀土元素配分形式相似。

3.2.2微量元素岩石地球化学特征

Rb/Sr均值为0.078，与原始地幔比值（值为0.037，据Condie，1989）基本相当：Th/U值为3.8～7.1、Zr/Hf值为19.7～53.47，部分值和原始地幔相当。

图7　新屯子地区新生代玄武岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式Fig.7　Chondrite-normalized REE distribution patterns for the Cenozoic basalts from Xintunzi region

在微量元素蛛网图（图8）中，曲线呈右倾型，起伏不大。K、Ba、Sr的正异常和Nb、Zr的负异常。

4　构造环境判别

侏罗纪开始，整个中国东部的区域大地构造格局发生了重大变化。印支运动前，包括印支运动在内，古生代期间，长期保持的我国地台和褶皱系东西向延伸、南北分列的局面到侏罗纪以后被打破了，侏罗纪以后被东西向分异所取代。印支期间，包括印支期在内，构造线的方向是东西的，但自侏罗纪以后， 大致以大兴安岭—太行山—武夷山一线为界，以东出现了北北东向、北东向构造。打破了槽 、台界线，即整个中国东部统一行动。表现出强烈的北北东向、北东向的褶皱， 逆掩推覆断裂和强烈的岩浆活动，表现出地槽才具有的特点，即此时出现了地台活化现象。构造线方向和大陆边缘一致。这标志着自侏罗纪开始，中国东部进入了中新生代环太平洋构造域演化阶段，实际上中国东部成为中新生代环太平洋活动大陆边缘的一部分，也就是大洋板块对我国东部大陆边缘发生了强烈的会聚和消减作用。

图8　新屯子地区新生代玄武岩原始地幔标准化微量元素图谱Fig.8 Primitive mantle normalized trace element patterns of the Cenozoic basalts from Xintunzi region

新近纪火山岩在玄武岩Nb-Zr-Y图解（图9）中，本区粗面玄武岩、拉斑玄武岩和玄武岩落于为板内碱性玄武岩和拉斑玄武岩区内，在玄武岩Hf/3-Th-Ta（图10）图解中，岩石样品均落于板内拉斑玄武岩区和此区的附近，反映了形成于板内张性的构造环境中，岩石Hf/Sm值为0.43～0.84，与大陆溢流玄武岩相近。

图9　新屯子玄武岩Nb-Zr-Y图解Fig.9　Plots of Nb-Zr-Y for Xintunzi basalts

图10　新屯子玄武岩Hf/3-Th-Ta图解Fig.10　Plots of Hf/3-Th-Ta for Xintunzi basalts

新生代时期，中国东部处于拉伸构造环境，在华北和东北，新生代慢源原始玄武质岩浆的起源深度主要在50～80 km范围内，软流圈顶面的埋深范围在55～65 km。在拉伸构造环境下，软流圈上部的地慢橄榄岩部分熔融产生玄武质岩浆后，岩浆离开地慢源区向上运移到大陆地壳内的岩浆房。这里是原始地慢岩浆发生橄榄石分离结晶作用的场所，较早结晶的部分橄榄石从岩浆中分离出去，残余的橄榄石则被岩浆熔蚀；随后，单斜辉石斑晶结晶，在残余橄榄石斑晶的外表形成单斜辉石反应边。最终，岩浆沿裂隙上升到地表喷发，构成了玄武岩台地。新屯子地区新主代玄武岩是地慢橄榄岩部分熔融和橄榄石分离结晶两种过程联台作用的产物。

综合上述分析，新近纪玄武岩以松花江为主断裂的构造拉张环境下形成的，即大陆内裂谷构造环境。

5　火山岩相及喷出旋回的划分

通过地质填图和火山口的调查，松花江南侧玄武岩气孔流向以向北为主，北侧玄武岩气孔流向以向南为主，构成了以松花江为界向两侧呈溢流相的玄武岩类型。在松花江两岸部分玄武岩呈陡崖产出，具有明显的五次喷发旋回，块状玄武岩-气孔状玄武岩呈交替出现，底部主要以熔渣状玄武岩为主，其下可见较薄的底砾岩层，中间部分以块状玄武岩为主，柱状节理发育，尤其以第三期玄武岩较为明显，高差达十多米，顶部主要以气孔状玄武岩为主，气孔发育。

6　结论

新屯子地区新生代玄武岩属于大陆溢流拉斑玄武岩系列，是中新世裂隙式火山喷发的产物，源区是软流圈上地慢。玄武岩的形成是在大陆拉伸构造环境下，地慢橄榄岩部分熔融与橄榄石分离结晶两种过程联合作用的结果。橄榄石的分离结晶作用是导致玄武岩Mg2+、Ni质量分数低于原始地慢岩浆的原因。玄武质岩浆中发生橄榄石分离结晶作用是一种普遍的现象。

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Geochemical characteristics and Structural background analysis of
Cenozoic basalts in Xintunzi region,Jilin Province

LI Zhong-shui1，2，HE Ming2， FU Meng2， MU Jing-tao2， QIAN Li-hui2
1.College of Earth Sciences，Jilin University ，Changchun 130061， Jilin， China； 2.Jilin Team of Building Materials Industry Geological Prospecting Center， Changchun 130033， Jilin， China

The Cenozoic basalts in Xintunzi region， Jilin Province， are continental fl ood basalt， produced by fi ssure type volcanism in the Miocene.The basalts cheroically belong to the tholeiitic series and were derived from asthenospheric source regions.Two processes would be responsible for the generation of the basalts.The basaltic magma was first generated by partial melting of peridotites in the mantle， followed by fractionation of olivine from the magma.The magma formed at depth of the mantle ascended in to a chamber within the continental caust， where it could cease moving up further and concentrated to some extent.It was in the chamber that some of olivine crystallized early was fractionated from the magma.Then，the remaining olivine would reacted with the magma， resulting in the development of clinopyroxene rim around olivine.It is suggested that the fractional crystallization of olivine from the magma is probably a common process to the formation of continental fl ood hasalts.history.

Xintunzi； basalt； separation and crystallization； Cenozoic

P632

A

1001—2427（2015）04 - 7 -7

2015-06-05;

2015-12-22

中国地质调查局地质调查项目（编号：12120113058100）

李忠水（1981—），男，安徽巢湖人，吉林大学在读硕士，中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队高级工程师.