冀北地区早三叠世劈柴拌组火山活动的时代归属及意义

2021-08-04吴江宇王金贵张鑫全刘蓓蓓陈圆圆

河北地质大学学报 2021年2期

吴江宇，王金贵，张鑫全，梁贤，刘蓓蓓，季虹，陈圆圆

1. 河北省区域地质调查院，河北廊坊 065000；2. 河北地质大学，河北石家庄 050031

参照河北志（2017）构造单元划分方案[1]，进一步将冀北地区在晚泥盆世至中三叠世期间的四级构造单元作了细划（图1），以西拉木伦地壳对接带、康保—围场和尚义—隆化区域断裂为界由北向南依次为：华北北缘弧前盆地带（属康保—赤峰地层分区）、华北北缘弧间盆地隆起带（属张北—围场地层分区）、燕辽弧后盆地带（属燕辽地层分区）[1]。根据河北志（2017）及邻区资料综合分析认为，西伯利亚板块从晚泥盆世开始向南向柴达木—华北板块之下俯冲，本区在晚泥盆世至早二叠世处于前碰撞阶段，中晚二叠世处于同碰撞阶段，早三叠世至中三叠世中期处于后碰撞阶段，中三叠世晚期处于后造山阶段[1]。

冀北位于华北北缘岩浆弧带上，不同阶段的岩浆活动是挤压造山过程中重要内容之一[1]。以往的地质调查研究资料中没有明确确定在早三叠世存在较强烈火山活动和相应的岩石地层单位[1-7]，通过进一步调研在围场劈柴拌一带（图1、图2）确定了早三叠世存在强烈的火山活动。根据岩石组合、岩石成因、接触关系、岩石变质特征及同位素测年资料等，文章将浅变质的海相火山—沉积建造划归早中二叠世额里图组，浅变质的陆相火山—沉积建造划为早三叠世劈柴拌组，未变质的陆相火山建造划为中三叠世三家北沟组（另文叙述）。文章重点对早三叠世劈柴拌组的特征进行叙述。

图1 冀北及邻区晚泥盆世至中三叠世构造单元划分图（据河北志，2017资料修编）Fig. 1 Division of Late Devonian to Middle Triassic tectonic units in northern Hebei and its adjacent areas

图2 冀北劈柴拌一带地质简图（据河北志，2017资料修改）Fig. 2 Geological sketch of Pichaiban area in northern Hebei

1 地层特征

1.1 基本特征

早三叠世劈柴拌组分布于康保-赤峰地层分区围场劈柴拌东部一带，整体呈北东向至北东东向带状展布（图1、图2），发育不规则褶皱构造[1]。为一套浅变质的陆相火山—沉积建造，根据岩石组合特征和接触关系可分为两个岩性段：

一段（T1p1）以变质安山玄武岩、变质安山岩、变质粗安岩、变质石英粗安岩、变质英安质火山角砾岩及变质沉火山角砾岩不等厚韵律性互层为特征。发育厚度大于1 244 m。下部与劈柴拌组二段呈断层接触，上覆与劈柴拌组二段呈整合接触。

二段（T1p2）以变质英安岩、变质流纹质熔结凝灰岩、变质砂质砾岩、变质泥岩（板岩）、变质含砾砂岩及变质泥质粉砂岩不等厚韵律性互层为特征。发育厚度大于697 m。下伏与劈柴拌组一段呈整合接触，或与晚泥盆世变质二长花岗岩呈异岩角度不整合接触。

劈柴拌组由1∶5万朝阳湾幅（1990）命名，划归早二叠世[2]；1∶20万棋盘山幅（1979）划归晚古生代[3]；1∶20万围场幅（1977）划为太古宙小石匣组[4]；1∶5万围场县幅（1996）划为早二叠世三面井组[5]；1∶25万西老府幅（2009）、1∶25万隆化县幅（2001）和河北志（2017）划为早二叠世额里图组（本文的一段）和三面井组（本文的第二段）[1，6-7]。但是，从岩石组合特征、沉积岩的成因、接触关系和岩石变质特征及同位素测年资料等均不支持劈柴拌东部一带浅变质火山—沉积地层的以往划分。区域上的早二叠世三面井组为一套浅变质的海相碎屑岩—碳酸盐岩建造，早中二叠世额里图组为一套浅变质的海相火山岩—碎屑岩—碳酸盐岩建造[1]；而本文新厘定的早三叠世劈柴拌组为一套浅变质的陆相火山—沉积建造。劈柴拌组与三面井组、额里图组属于时代和成因均不同的地层单位，因此，将劈柴拌组单独划分是十分合理的。

1.2 剖面特征

劈柴拌组的命名剖面位于围场县劈柴拌东部一带（图2），一段由劈柴拌东剖面控制，二段由大光顶子剖面控制。

（1）围场县劈柴拌东早三叠世劈柴拌组一段剖面（图3）

图3 围场县劈柴拌东早三叠世劈柴拌组一段剖面图（据1∶25万西老府幅，2009资料修测）Fig. 3 Section of the first member of the Early Triassic pichaiba formation in the east of pichaiba，Weichang County

剖面起点坐标：N42°00′39″，E117°54′06″，H1 530 m。该剖面地层出露较齐全、连续，露头较好，上下接触关系清楚，构造较简单，交通方便。剖面描述如下：

上覆劈柴拌组二段（T1p2）：角砾岩化变质英安岩，未见顶，位于向斜核部

劈柴拌组二段（T1p2）：变质英安岩与变质含砾砂岩

该剖面控制地层厚度为1 244 m。由下往上由早到晚由变质安山岩—变质沉火山角砾岩—变质安山岩（1～3层厚度91.7 m）、变质沉火山角砾岩—变质安山岩（4～5层厚度44.7 m）、变质安山玄武岩—变质安山岩—变质石英粗安岩（6～10层厚度665.6 m）、变质安山岩—变质粗安岩—变质英安质火山角砾岩（11～15层厚度316.7 m）及变质安山岩—变质石英粗安岩（16～17层厚度125.3 m）构成5个火山喷发、火山喷发—沉积韵律。火山岩中不存在枕状构造，应为陆相火山岩类。

（2）围场县大光顶子早三叠世劈柴拌组二段剖面（图4）

图4 围场县大光顶子早三叠世劈柴拌组二段剖面图（据1∶5万朝阳湾幅，1990资料修测）Fig. 4 Section of the second member of the Early Triassic pichaiba formation in Daguangdingzi，Weichang County

剖面起点坐标：N42°00′46″，E117°57′55″，H1 620 m。该剖面地层出露较齐全、露头较好，下部接触关系清楚，构造简单，交通不便。剖面描述如下：

该剖面控制地层厚度为697 m，其中，浅变质酸性火山岩类厚度为462 m，浅变质沉积岩类厚度为235 m。由下往上由早到晚由变质泥质粉砂岩—变质含砾砂岩—变质英安岩（1～3层厚度206.7 m）、变质砂质砾岩—变质流纹质熔结凝灰岩（4～6层厚度158.3 m）、变质含砂泥岩—变质粉砂质泥岩—变质英安岩（7～8层厚度201.9 m）及变质砂质砾岩—变质流纹质熔结凝灰岩（9～10层厚度130.1 m）构成4个沉积—火山喷发韵律。从浅变质沉积岩岩石特征分析，原岩为河湖相碎屑沉积岩类，劈柴拌组整体为浅变质的陆相火山—沉积建造

2 火山岩的岩石地球化学特征

已获得劈柴拌组火山岩的岩石化学成分、稀土元素与微量元素含量分析结果及主要参数如表1所列。

2.1 岩石化学特征

劈柴拌组火山岩的岩石化学成分含量与中国[8]、世界[9]同类火山岩岩石化学成分含量相比较，变质安山玄武岩的SiO2、Al2O3、MgO、Na2O含量略有偏高，其他氧化物含量略有偏低，具有玄武岩的岩石化学特征；变质安山岩的SiO2、TiO2、Fe2O3、FeO、MgO、Na2O、P2O5含量略有偏高，其他氧化物含量略有偏低，具有安山岩岩石化学特征；变质粗安岩的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，具有粗安岩岩石化学特征；变质英安岩的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，具有英安岩岩石化学特征；变质流纹质岩（变质流纹质熔结凝灰岩）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，具有流纹岩岩石化学特征[10]。以参数σ数值大小划分，除变质安山玄武岩σ为3.79（＞3.3）属碱性系列火山岩外，其他岩性的σ在1.60～2.85之间（＜3.3），属钙碱性系列的火山岩；整体以钙碱性系列岩石为主，碱性系列的岩石次之。经火山岩TAS分类图解（图5a）判别，火山岩岩石类型与鉴定的火山岩岩石名称相吻合（表1）。

表1 劈柴拌组变质火山岩岩石化学成分、稀土与微量元素含量表Table 1 Petrochemical composition，rare earth elements and trace elements contents in metamorphic volcanic rocks of Pichaiban Formation

2.2 地球化学特征

劈柴拌组火山岩的稀土元素总量ΣREE在107.25×10-6～176.22×10-6之间，平均值为133.24×10-6；参数δEu在0.47～1.12之间，平均值为0.86；稀土元素配分模式为右倾型（图5b），显示轻稀土较富集，轻稀土与重稀土分馏较强，具有壳幔混源岩浆的特征。火山岩微量元素蛛网图（图5c）显示，Th、K、La、Hf、Y元素呈现富集状态，而U、Nb、P、Ti元素呈现亏损状态，其他元素处于过渡状态；特征参数Rb/Sr均值为0.16，Nb/Ta均值为10.83，Zr/Hf均值为31.54。稀土和微量元素特征显示其具有岩浆弧带岩浆岩的性质。不论是稀土元素配分模式（图5b），还是微量元素蛛网图（图5c），其曲线形态均具有较高的一致性，表明了火山岩形成时代和岩浆成因的一致性。

2.3 形成构造环境分析

选择三种相对较为有效和常用的岩石化学图解进行劈柴拌组火山岩形成构造环境的判别。在火山岩logτ-logσ图解（图5d）中，5件样品全部落入造山带火山岩区[11]；在火山岩TAK图解（图5e）中，5件样品全部落入岛弧造山带火山岩区[12]；在火山岩-MgO -Al2O3图解（图5f）中，1件岩石样品落入岛弧扩张中心火山岩区，4件样品落入造山带火山岩区[13]；整体反映劈柴拌组的火山岩形成于岩浆弧带—造山带构造环境。结合河北志（2017）早三叠世侵入岩的研究成果综合分析[1]，认为劈柴拌组的火山岩形成于早三叠世后碰撞挤压造山阶段的构造环境。

图5 火山岩岩石地球化学图解Fig. 5 Petrochemistry diagrams of volcanic rocks

3 地层对比与时代归属

分布于围场劈柴拌东部一带的早三叠世劈柴拌组发育较齐全，为一套浅变质的陆相火山—沉积建造，厚度大于1 941 m。与区域上为一套浅变质海相碎屑岩—碳酸盐岩建造的早二叠世三面井组、为一套浅变质海相火山岩—碎屑岩—碳酸盐岩建造的早中二叠世额里图组[1，6-7]，不能等同和对比，三者属于时代不同、成因不同的独立地层体。

目前，在围场劈柴拌东部的劈柴拌组二段变质英安岩中获得SHRIMP锆石U-Pb年龄为247.3±3.2 Ma[6]，属于早三叠世晚期。根据岩石组合、变质特征及接触关系等，综合分析认为劈柴拌组形成于早三叠世。

本文将劈柴拌组重新厘定，将其归属于早三叠世是很有必要的。该组中的火山岩代表了在早三叠世期间华北北缘弧前盆地带的火山岩浆活动特征。