吉林省中部大口钦地区营城组流纹岩地球化学特征

朱建鹏

吉林省第四地质调查所，吉林 通化 134001

0 引言

吉林省中东部中生代火山岩带是东北亚环太平洋巨型火山岩带的重要组成部分和重要的多金属成矿带，以往众多学者研究多集中于吉林省东部地区[1]，对吉林省中部地区研究相对匮乏。本次对吉林省中部大口钦地区营城组流纹岩进行了岩石学和地球化学研究，结合吉林省中生代火山岩时空变异，为吉林省中部中生代火山岩形成的动力学背景研究提供了依据。

1 地质概况及样品描述

吉林省中部大口钦地区构造演化复杂，在古生代期间，经历了古亚洲洋构造体系的演化和多个地块的拼合[2]。而中、新生代又经历了滨太平洋构造体系的叠加改造。研究区位于华北板块北缘东段，松嫩—张广才岭地块最南缘[3]，伊通—依兰断裂南侧，西拉木伦—长春缝合带北东侧，敦化—密山断裂北西侧(图1a)。研究区地层主要发育有古生界、中生界和新生界。古生界为上二叠统杨家

沟组；中生界为下白垩统营城组，在研究区内为一套陆相酸性火山岩，主要岩性为流纹岩、球粒流纹岩、流纹质角砾集块岩；新生界为中更新统荒山组。研究区侵入岩包括早侏罗世中细粒二长花岗岩和中侏罗世斑状二长花岗岩(图1b)。

本文研究对象主要为下白垩统营城组流纹岩和球粒流纹岩。流纹岩新鲜面浅灰色，斑状结构，流纹构造。主要矿物成分：斑晶主要有石英和黑云母。石英呈圆状，具熔蚀现象，粒度0.5 mm左右，体积分数5%～10%；黑云母为黑色片状，片径2 mm左右，体积分数<1%。基质为玻璃质，体积分数90%～94%。流纹构造发育，局部呈不规则状，见有“V”型、“N”型、“M”型流纹(图2a)。球粒流纹岩新鲜面灰白色，斑状结构、基质球粒结构、微粒结构，流纹构造。斑晶由溶蚀状石英和板状透长石组成,粒度0.2～0.5 mm，体积分数1%左右；基质由放射纤维状长英质球粒和星散状的石英微粒组成,石英微粒分布于球粒的核部，体积分数99%左右(图2b)。

图1 研究区大地构造位置图(a)和地质简图(b)Fig.1 Geotectonic setting map (a) geological sketch map (b) of study area1.全新统冲积物；2.中更新统荒山组；3.下白垩统营城组；4.上二叠统杨家沟组；5.早侏罗世中细粒二长花岗岩；6.中侏罗世斑状二长花岗岩；7.球粒流纹岩；8.流纹岩；9.流纹质角砾集块岩；10.火山口；11.实测正断层；12.实测逆断层；13.岩相界线；14.地质界线；15.角度不整合界线；16.采样点位置

2 地球化学特征

2.1 主量元素

本次研究在下白垩统营城组火山岩内，共采集4件主微量元素样品，其中流纹岩样品2件，球粒流纹岩样品2件。

营城组流纹岩主量元素分析结果(表1)显示，SiO2质量分数介于70.05%～77.78%之间，为酸性火山岩。流纹岩具富硅、贫钙(CaO质量分数介于0.20%～1.97%之间，均值0.93%)、贫镁(MgO介于0.20%～1.97%之间，均值0.93%)和贫铁(TFe2O3介于0.55%～1.77%之间，均值1.29%)为特征。在TAS图解中除一个样品落入英安岩区域内，其余样品均落入流纹岩区域内(图3a)；在SiO2-K2O图解中(图3b)，样品落入高钾钙碱性区域内。铝过饱和指数A/CNK值为1.07～1.25，除一个样品为1.07外，其余样品均大于1.1，A/NK值为1.11～1.76，显示出过铝性质特征。在A/CNK-A/NK图解中(图3c)，流纹岩大多数样品落入过铝质区域内。综上分析认为营城组流纹岩为过铝质高钾钙碱性酸性火山岩。

表1 下白垩统营城组流纹岩主量元素(%)、微量和稀土元素(×10-6)分析结果表

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

岩性流纹岩流纹岩球粒流纹岩球粒流纹岩样号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

测试单位：吉林省地质科学研究所，主量样品经重新百分化

图2 下白垩统营城组流纹岩(a)和球粒流纹岩(b)镜下照片Fig.2 Photomicrograph of rhyolites(a) and spherolitic rhyolite(b) from Lower Cretaceous Yingcheng Formation a.流纹岩；b.球粒流纹岩

2.2 稀土及微量元素

样品稀土元素分析结果见表1。样品稀土元素总质量分数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，表明岩石轻、重稀土元素分馏明显，且相对富集轻稀土元素，轻稀土元素内部分馏作用明显，重稀土元素相对亏损，且内部分馏不明显，在球粒陨石标准化配分图(图4a)上表现为明显的右倾模式，δEu=0.07～0.16，具强烈的负铕异常，说明存在斜长石的分离结晶作用。

图3 下白垩统营城组流纹岩TAS图解(a)、SiO2-K2O图解(b) )和A/NK- A/CNK图解(c)Fig.3 TAS diagram (a), SiO2-K2O diagram (b) and A/NK-A/CNK diagram (c) for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

图4 下白垩统营城组流纹岩稀土元素球粒陨石标准化配分模式图(a)和微量元素原始地幔标准化蛛网图(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标准化蛛网图上(图4b)，流纹岩相对富集大离子亲石元素K、Rb、Th、U，明显亏损高场强元素P、Ti等。此外，流纹岩还明显亏损大离子亲石元素Sr，与其具强烈的负铕异常相对应。P、Ti的亏损可能与磷灰石和钛铁矿的分离结晶有关，Sr的亏损可能与斜长石的分离结晶有关。

3 讨论

3.1 岩浆源区性质及岩石成因

流纹岩样品具较高的SiO2含量(质量分数70.05%～77.78%，均值73.83%，>55%)，明显富集LREE和LILE元素，亏损HFSE，具强烈的Eu负负Eu异常，这些岩石地球化学特征，揭示了营城组流纹岩岩浆来源于下地壳的部分熔融[5]；此外，岩石Rb/Sr比值为7.56～63.83，均值32.67，远远大于地壳平均值(0.35)；La/Nb比值为0.17～1.86，均值0.74，小于地壳平均值(2.2)；Th/La值为1.25～3.27，均值2.06，大于地壳平均值(0.205)，进一步说明岩浆源区起源于下地壳的部分熔融。

3.2 构造背景

首先，下白垩统营城组流纹岩富集大离子亲石元素，亏损高场强元素，与活动大陆边缘火山弧或岛弧火山岩地球化学特征相似。在Y-Nb图解中(图5a)，流纹岩分别落入板内花岗岩区域内，在Y + Nb-Rb图解中(图5b)流纹岩落入同碰撞或后碰撞区域内，表明其兼具同造山和后造山火成岩的特征，可能是伸展构造体制下的产物。

图5 下白垩统营城组流纹岩Y-Nb图解(a)和Y+Nb-Rb图解(b) Fig.4 Y-Nb diagram (a) and Y+Nb-Rb diagram (b) for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

其次，营城组流纹岩样品10 000Ga/Al比值高达3.37～4.05，在以10 000Ga/Al比值为基础的多种判别图解中[6-7]，流纹岩样品均落入A型花岗岩区域内(图6)，说明其具有A型流纹岩的地球化学属性[8]。表明该区早白垩世处于伸展构造体系下，形成于非造山板内拉张环境。

最后，早白垩世伸展构造背景也得到了相邻地区构造演化的证实。吉林省东部地区大规模推覆构造发生在190～130 Ma，推覆构造发展过程时序性明显，在距离研究区较近的四平地区山门银矿推覆体，由早古生界组成，原地更为年轻的地质体为下白垩统泉头组，其特征符合滨太平洋板块由南东向北西俯冲欧亚板块的动力学机制[9]。

综上分析，吉林省中部大口钦地区营城组流纹岩形成于推覆构造事件之后陆壳崩塌阶段的伸展环境，与滨太平洋板块俯冲引起的加厚岩石圈拆沉事件有关。

图6 下白垩统营城组流纹岩10 000 Ga /Al 与Nb、(K2O+Na2O)/Ca、Ce和Zr关系图Fig.6 Plots of 10 000 Ga /Al and Nb, (K2O+Na2O) /Ca, Ce and Zr for rhyolite from Lower Cretaceous Yingcheng Formation

4 结论

(1)下白垩统营城组流纹岩以富硅、贫钙、贫镁、贫铁为特征，在地球化学上具有典型A型流纹岩特征，在痕量元素组成上，富集LREE和LILE元素，亏损HREE和HFSE元素，具强烈的负Eu异常。

(2)下白垩统营城组流纹岩原始岩浆来源于下地壳的部分熔融，形成于滨太平洋板块俯冲引起的加厚岩石圈拆沉后的伸展环境。