吉林延边和龙地区满河组安山岩岩石成因及构造背景研究

2020-10-21张宇宸李翱鹏刘万臻

吉林地质 2020年3期

张宇宸，李翱鹏，刘万臻，苏斌

1.柳河县自然资源局，吉林柳河 135300;2.吉林省地质调查院，吉林长春 130102

0 引言

吉林延边和龙地区位于兴蒙造山带的最东端，是中亚造山带的重要组成部分，又是古亚洲构造域与滨太平洋构造域叠合部位，并且叠加了晚古生代和中生代的造山带[1,2]，其特殊的地理位置，决定了该地区是研究探讨古亚洲洋在吉林东部最终闭合时限的最佳位置。吉林东部和龙地区古生代期间属于古亚洲洋构造域，而中生代期间属于滨太平洋构造域，关于两大构造域在吉林东部延边地区具体转换时间及位置存在较多争议。

关于古亚洲洋在吉林东部的最终闭合时限有以下几种认识：早古生代[3]、晚泥盆世—早石炭世[4]、早中二叠世[5]、晚二叠世—早三叠世[6]。本文对三合盆地边缘(户田村一带)出露的中二叠统满河组安山岩的野外特征和地球化学特征进行了研究，为探讨古亚洲洋在吉林东部的最终闭合时限提供了新的证据。

1 地质概况及样品描述

研究区北侧为佳木斯地块，东侧为兴凯地块，西侧为敦密断裂(图1a)。区内出露的火山岩及沉积岩地层包括：中二叠统满河组安山岩、安山质晶屑凝灰岩；下三叠统滩前组变质砂岩，粉砂质板岩、变质长石岩屑砂岩；古近系珲春组页岩、砂岩夹煤线；新近系上新统船底山组玄武岩；中更新统Ⅲ级阶地；上更新统Ⅱ阶地；全新统Ⅰ级阶地。中生代侵入岩包括：早白垩世文象钾长花岗岩和中三叠世中细粒二长花岗岩(图1b)。

图1 研究区大地构造位置图(a)(改编自[7])和地质简图(b)Fig.1 Geotectonic location map(a) (adapted from[7]) and geological sketch map(b) of study area1.中更新统Ⅲ级阶地；2.上更新统Ⅱ级阶地；3.全新统Ⅰ级阶地；4.古近系珲春组；5.新近系上新统船底山组；6.下三叠统滩前组；7.中二叠统满河组；8.早白垩世文象钾长花岗岩；9.中三叠世中细粒二长花岗岩；10.地质界线；11.角度不整合界线；12.采样点位置

本次主微量样品采自龙井市三合镇户田村中二叠统满河组第2层和第5层(129°33′28″E，42°33′24″N～42°33′25″N)，采样剖面示意见图2。

图2 吉林延边和龙地区中二叠统满河组实测地质剖面图Fig.2 Measured geological section of Middle Permian Manhe Formation in Helong area of Yanbian, Jilin Province1.全新统Ⅰ级阶地；2.中二叠统满河组；3.中三叠世中细粒二长花岗岩；4.安山岩；5.安山质晶屑凝灰岩；6.产状；6.采样位置及编号

样品岩性为安山岩，风化面浅灰色，新鲜面深灰色，斑状结构，基质交织结构。斑晶：由主要由板状斜长石和少量的柱状辉石组成，略具定向性。粒度0.5～2.5 mm。斜长石绿纤石化、黝帘石化，辉石绿泥石化、暗化，部分被磁铁矿集合体替代，呈柱状假象，体积分数25%；基质：定向板条状斜长石微晶和玻璃质组成，绿纤石、绿帘石化，体积分数75%。

2 分析方法

本次实验主量及微量元素的分析测试在均在国土资源部长春矿产资源监督检查中心完成。主量元素由X射线荧光光谱仪(ADVANT’X)利用熔片X射线荧光光谱法(XRF)测定，并采用等离子光谱和化学法测定进行相互检测。微量元素和稀土元素采用等离子质谱仪(X-series2)测定完成。主量元素分析精度及准确度优于5%，微量稀土元素分析精度和准确度优于10%。

3 地球化学特征

3.1 主量元素

满河组安山岩主量元素分析结果(表1)显示，SiO2质量分数介于57.34%～63.00%之间，为中性火山岩。安山岩具富碱(Na2O+K2O值介于4.10%～6.38%之间)、相对富钠贫钾(Na2O/K2O值介于0.96～2.40之间)、富钙(CaO质量分数介于5.09%～6.47%之间)、贫镁(MgO质量分数介于1.96%～4.17%之间)为特征。

在TAS图解中(图3a)，1个样品落入粗面安山岩区域内，2个样品均落入安山岩区域内；在SiO2-K2O图解中(图3b)，样品落入中钾钙碱性—高钾钙碱性区域内。铝过饱和指数A/CNK值介于0.97～1.00之间(<1.1)，A/NK值介于2.07～2.99之间，显示出准铝性质特征。在A/CNK-A/NK图解中(图3c)，样品均落入准铝质区域内。综上分析认为满河组安山岩为准铝质中钾—高钾钙碱性火山岩。

3.2 微量元素

样品稀土元素分析结果(表1)和稀土元素配分图(图4a)显示，样品稀土元素总质量分数较低ΣREE=(99.49～100.74)×10-6，其轻稀土元素质量分数LREE=(85.02～86.21)×10-6，重稀土元素质量分数HREE=(1.38～15.71)×10-6，LREE/HREE=5.41～6.49。(La/Yb)N=5.58～6.98，(La/Sm)N=2.35～2.98，(Gd/Yb)N=1.64～1.84，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

表1 中二叠统满河组安山岩主量元素(%)、微量和稀土元素(×10-6)分析结果表

图3 中二叠统满河组安山岩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) of andesite in Middle Permian Manhe Formation

图4 中二叠统满河组安山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) of andesite in Middle Permian Manhe Formation

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=0.81～1.00，基本不具有铕异常，说明不存在斜长石的分离结晶作用(或分离结晶作用不明显)。

在微量元素原始地幔标准化蛛网图上(图4b)，流纹岩其微量元素含量与原始地幔相比，相对富集大离子亲石元素K、Rb、U，明显亏损高场强元素Nb、Ta、P、Ti等。P、Ti的亏损可能与磷灰石和钛铁矿的分离结晶有关，Nb、Ta的亏损可能金红石和榍石的分离结晶有关。

4 讨论

4.1 岩浆源区性质及岩石成因

通过样品主、微量分析可知(表1)，满河组安山岩具有较高的SiO2质量分数(57.34%～63.00%，>55%)。由于地幔物质的部分熔融，只能形成玄武质和安山质熔体，不可能形成比中性岩(SiO2>55%)酸性程度更高的花岗岩；并且岩石属于钙碱性系列，且富集轻稀土元素和大离子亲石元素、亏损重稀土元素和高场强元素，这些地球化学特征表明它们的岩浆应起源于岩浆源区起源于下地壳的部分熔融。

此外，安山岩Rb/Sr值为0.15～0.20，平均值为0.17(地壳平均值0.35，原始地幔平均值0.034)，Th/Nb值为0.71～1.31，平均值为1.08(地壳平均值0.44，原始地幔平均值0.177)，Th/La值为0.25～0.41，平均值为0.32(地壳平均值0.205，原始地幔平均值0.125)，进一步说明岩浆源区起源于下地壳的部分熔融。

4.2 构造背景

研究区经历了古亚洲构造域与滨太平洋构造域的演化。古生代时期，主要受古亚洲洋构造域控制，目前为止，大多数学者对于古亚洲洋最终闭合位置基本达成了共识，认为古亚洲洋沿索伦—西拉木伦—长春一线闭合，其主要证据有同期发育的蛇绿岩、有俯冲增生楔特点的构造混杂岩、同碰撞弧型花岗岩、基性—超基性侵入岩等。中生代研究区主要经历了古亚洲洋构造域与滨太平洋构造域的叠加与转换。近年来对吉黑东部大面积出露的早、中侏罗世侵入岩的研究，表明早侏罗世期间，研究区已经处于滨太平洋板块俯冲活动大陆边缘的构造环境中。那么中二叠世期间吉林东部和龙地区是受古亚洲洋构造体系影响还是滨太平洋构造体系影响呢？

首先，中二叠统满河组火山岩富碱、富钙、贫镁，属于中钾—高钾钙碱性系列，并且具有亚碱性系列的演化趋势，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损高场强元素，并且还存在Ti、P的强烈亏损，这些与特征与活动大陆边缘火山岩地球化学特征相似，而相异于岛弧型火山岩和大陆裂谷型火山岩(表2)。

表2 满河组火山岩与典型地区火山岩对比表

其次，在构造环境Y-Nb图中(图5a)，满河组安山岩样品投影落均落入在火山弧-同碰撞花岗岩范围内；在构造环境Rb-(Nb+Y)图中(图5b)，样品也均投影落在火山弧花岗岩区域内。

综上分析，中二叠世满河组安山岩形成于活动大陆边缘环境，暗示在这一时期古亚洲洋持续向华北板块之下进行俯冲，即古亚洲洋在中二叠世尚未闭合。根据区域资料，在和龙地区重新厘定出中三叠世楠田和勇新埃达克质花岗岩[7]，而形成于高耸山脉中的柯岛群山间类磨拉石建造的沉积时代下限为早三叠世[8]。推测古亚洲洋在吉林东部最终闭合发生早—中三叠世。