吉林撫松新屯子地區新生代玄武巖地球化學特征及構造背景分析

李忠水，何 明，付 猛，牟靜濤，錢立輝

1.吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061；2.中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033

吉林撫松新屯子地區新生代玄武巖地球化學特征及構造背景分析

李忠水1，2，何 明2，付 猛2，牟靜濤2，錢立輝2

1.吉林大學 地球科學學院，吉林 長春 130061；2.中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033

新屯子地區新生代玄武巖是中新世裂隙式火山活動產生的大陸溢流玄武巖，屬于拉斑玄武巖系列，源區是軟流圈上地幔。玄武巖是部分熔融和分離結晶過程聯合作用的結果先由地幔橄欖巖部分熔融產生玄武質巖漿。但巖漿在上升到大陸地殼內一定深度的巖漿房時，發生部分橄欖石的分離結晶，作用在部分熔融作用之后發生橄欖石分離結晶作用，可能是大陸溢流玄武巖的一種普遍現象。

新屯子；玄武巖；分離結晶；新生代

0　引言

新屯子地區位于華北板塊北緣東段、區內玄武巖發育，是長白山新生代火山巖區的組成部分（圖1）。測區內分布特征為沿松花江兩側，新近紀火山巖主要分布于頭道松花江兩側及二道松花江南側，南區面積明顯大于北區面積，出露面積約為360 km2，主要是新近紀的火山活動，形成類型較為單一，為玄武巖系列。依據火山巖地層分區，新近紀火山巖劃歸為軍艦山組。

1　地質特征

玄武巖產狀近于水平，在山顛和松花江河流兩岸Ⅱ級階地上廣泛出露，構成玄武巖臺地，其上覆蓋著第四系沉積物。玄武巖不整合在太古宙TTG巖系、中生代和老第三系地層及燕山期花崗巖之上，不整合面上普遍存在尚未完全固結的砂礫石層，砂礫石成分復雜（圖1）。玄武巖厚度變化較大，從數十米到數百米不等，總體上呈現從北西向南東減薄的趨勢。玄武巖中的氣孔構造往往在玄武巖層的上部最密集，有時存在平行層理的長條狀氣孔（圖版2），柱狀節理廣泛發育（圖2）。火山噴發旋回至少有5個，每個噴發旋回結束的玄武巖層頂面因氧化作用而呈紅褐色或黃褐色，并且存在規模不大、形態各異的繩狀構造（圖版2）。由于受古地形的影響，巖漿流動方向雜亂，無一定規律可循，而且沒有古火山口的遺跡，僅見有沿構造裂隙發育的次火山巖（粗玄巖）脈（見圖3）。因此，本區玄武巖應是裂隙式火山噴發的產物。

圖1　玄武巖覆蓋于Ⅳ級階地砂、礫石層之上(D1303)Fig.1　Basalts upon IV terrace sands and gravels

圖2　玄武巖景觀圖Fig.2　Macroscopic characteristic of the basalts in Xintunzi

2　巖石學特征

新屯子地區的玄武巖主要是玄武巖、氣孔狀橄欖玄武、橄欖玄武巖、玻基玄武巖、氣孔狀拉斑玄武巖和拉斑玄武巖等。巖石為氣孔狀、塊狀構造，間隱-間粒、斑狀或顯微斑狀結構、聚斑結構。斑晶以橄欖、斜長石為主，其次為單斜輝石及少量斜方輝石和斜長石。橄欖石斑晶為半自形和它形粒狀，港灣狀熔蝕現象非常普遍，裂紋發育。輝石斑晶多為半自形粒狀，部分晶體發生蛇紋石化， 晶體均發生強黑云母化和綠泥石化，薄片中為淺黃褐色，部分晶體見有少量輝石的殘晶，還顯示輝石的光學特征，有的晶體邊緣或局部被基質交代也有熔蝕現象，發育環帶，其內常包裹有橄欖石的殘晶，形成包橄結構。斜長石，呈自形或半自形板狀晶體大顆粒晶體與細條狀斜長石具共結結構（見圖4），晶體多分布于斜長石的晶粒間，。斜長石斑晶非常少見，偶見環帶，聚片雙晶雙晶發育， 港灣狀熔蝕、熔蝕成階梯狀現象非常普遍，為拉長石，有的晶體具穿插聚斑結構，個別晶體具溶蝕麻點結構，晶體發生彎曲變形。基質由橄欖石、單斜輝石、斜長石和不透明礦物以及玻璃組成，為間粒結構、填隙結構、間隱結構和玻晶交織結構。

圖3　望江亭粗面玄武巖脈據（D9901）Fig.3　The trachybasalt dike in Wangjiangting

3　巖石地球化學特征

3.1巖石化學特征

玄武巖巖性比較均勻，主元素變化不大（表1），主要特點是TiO2＞ 2.00%，Al2O3質量分數不高，變化小，Na2O＞ K2O，且K2O質量分數不高，屬于亞堿性火山巖系列。在CIPW標準礦物中，大部分樣品以含石英不含橄欖石為特征，巖石中H2O質量分數過高（表1）所致，但它們的MgO質量分數和Mg2+明顯較高。新屯子地區新生代玄武巖屬于拉斑玄武巖系列。堿度率和Al2O3的關系也表明了它們的拉斑玄武巖特征。

在火山巖TAS分類命名圖解中（圖5），玄武巖投入到玄武巖和粗面玄武巖中，與定名吻合。

據巖石化學數據及有關參數。對軍艦山期玄武巖的兩塊玄武巖巖石數據分析，CIPW計算無Q和Ne，而δ值為2.15～3.92，屬于里特曼劃分的鈣堿性和堿性系列。堿度率AR值為1.42～1.71，巖石堿度較低。DI值為32.8～43.05，反應巖漿分異程度較差。

根據圖5巖石樣品XT-30、XT-39、XT-65、XT-66、XT-67、XT-68、XT-69、XT-70屬亞堿性系列，而樣品XT-35為堿性系列。在A.R-SiO2堿度關系圖解（圖6）中，樣品XT-30、XT-39、XT-66、XT-67、XT-68、XT-70落入鈣堿性和堿性界限上，而品XT-35、XT-65、XT-69落入堿性區，綜上述分析，樣品XT-30、 XT-39、XT-66、XT-67、XT-68、XT-70為鈣堿性系列，樣品XT-35、XT-65、XT-69為堿性系列。

3.2巖石地球化學特征

3.2.1稀土元素巖石地球化學特征

圖4　新屯子地區玄武巖鏡下照片Fig.4　Micrograph of the Cenozoic basalts from Xintunzi region

稀土元素質量分數及有關參數特征（見表2）。∑REE值為（85.5～246.03）‰，δEu為0.90～1.02，銪無明顯異常。L/H值為3.1～5.6，輕稀土相對富集，重稀土虧損。（La/Sm）N值為1.44～2.46，輕稀土內部分餾明顯。（Gd/Yb）N值為1.38 ～2.91，

表1　新屯子地區新生代玄武巖主量元素質量分數Table 1　Abundances of major elements in the Cenozoic basalts from Xintunzi region

圖5　新屯子地區玄武巖TAS圖解Fig.5　TAS diagram for basalts in Xintunzi region

圖6　新屯子地區玄武巖AR-SiO2圖解（JB wright.1969）Fig.6　AR-SiO2diagram for basalts in Xintunzi region

表2　新屯子地區新生代玄武巖稀土元素質量分數Table 2　Abundances of rare earth elements in the Cenozoic basalts from Xintunzi region

表3　新屯子地區新生代玄武巖微量元素質量分數Table 3　Abundances of trace elements in the Cenozoic basalts from Xintunzi region

重稀土分餾不明顯。稀土元素球粒隕石標準化模式曲線（圖7）為向右傾斜，輕稀土富集型，銪無明顯異常，曲線形式與東北地區型大陸堿性玄武巖稀土元素配分形式相似。

3.2.2微量元素巖石地球化學特征

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

圖7　新屯子地區新生代玄武巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式Fig.7　Chondrite-normalized REE distribution patterns for the Cenozoic basalts from Xintunzi region

在微量元素蛛網圖（圖8）中，曲線呈右傾型，起伏不大。K、Ba、Sr的正異常和Nb、Zr的負異常。

4　構造環境判別

侏羅紀開始，整個中國東部的區域大地構造格局發生了重大變化。印支運動前，包括印支運動在內，古生代期間，長期保持的我國地臺和褶皺系東西向延伸、南北分列的局面到侏羅紀以后被打破了，侏羅紀以后被東西向分異所取代。印支期間，包括印支期在內，構造線的方向是東西的，但自侏羅紀以后， 大致以大興安嶺—太行山—武夷山一線為界，以東出現了北北東向、北東向構造。打破了槽 、臺界線，即整個中國東部統一行動。表現出強烈的北北東向、北東向的褶皺， 逆掩推覆斷裂和強烈的巖漿活動，表現出地槽才具有的特點，即此時出現了地臺活化現象。構造線方向和大陸邊緣一致。這標志著自侏羅紀開始，中國東部進入了中新生代環太平洋構造域演化階段，實際上中國東部成為中新生代環太平洋活動大陸邊緣的一部分，也就是大洋板塊對我國東部大陸邊緣發生了強烈的會聚和消減作用。

圖8　新屯子地區新生代玄武巖原始地幔標準化微量元素圖譜Fig.8 Primitive mantle normalized trace element patterns of the Cenozoic basalts from Xintunzi region

新近紀火山巖在玄武巖Nb-Zr-Y圖解（圖9）中，本區粗面玄武巖、拉斑玄武巖和玄武巖落于為板內堿性玄武巖和拉斑玄武巖區內，在玄武巖Hf/3-Th-Ta（圖10）圖解中，巖石樣品均落于板內拉斑玄武巖區和此區的附近，反映了形成于板內張性的構造環境中，巖石Hf/Sm值為0.43～0.84，與大陸溢流玄武巖相近。

圖9　新屯子玄武巖Nb-Zr-Y圖解Fig.9　Plots of Nb-Zr-Y for Xintunzi basalts

圖10　新屯子玄武巖Hf/3-Th-Ta圖解Fig.10　Plots of Hf/3-Th-Ta for Xintunzi basalts

新生代時期，中國東部處于拉伸構造環境，在華北和東北，新生代慢源原始玄武質巖漿的起源深度主要在50～80 km范圍內，軟流圈頂面的埋深范圍在55～65 km。在拉伸構造環境下，軟流圈上部的地慢橄欖巖部分熔融產生玄武質巖漿后，巖漿離開地慢源區向上運移到大陸地殼內的巖漿房。這里是原始地慢巖漿發生橄欖石分離結晶作用的場所，較早結晶的部分橄欖石從巖漿中分離出去，殘余的橄欖石則被巖漿熔蝕；隨后，單斜輝石斑晶結晶，在殘余橄欖石斑晶的外表形成單斜輝石反應邊。最終，巖漿沿裂隙上升到地表噴發，構成了玄武巖臺地。新屯子地區新主代玄武巖是地慢橄欖巖部分熔融和橄欖石分離結晶兩種過程聯臺作用的產物。

綜合上述分析，新近紀玄武巖以松花江為主斷裂的構造拉張環境下形成的，即大陸內裂谷構造環境。

5　火山巖相及噴出旋回的劃分

通過地質填圖和火山口的調查，松花江南側玄武巖氣孔流向以向北為主，北側玄武巖氣孔流向以向南為主，構成了以松花江為界向兩側呈溢流相的玄武巖類型。在松花江兩岸部分玄武巖呈陡崖產出，具有明顯的五次噴發旋回，塊狀玄武巖-氣孔狀玄武巖呈交替出現，底部主要以熔渣狀玄武巖為主，其下可見較薄的底礫巖層，中間部分以塊狀玄武巖為主，柱狀節理發育，尤其以第三期玄武巖較為明顯，高差達十多米，頂部主要以氣孔狀玄武巖為主，氣孔發育。

6　結論

新屯子地區新生代玄武巖屬于大陸溢流拉斑玄武巖系列，是中新世裂隙式火山噴發的產物，源區是軟流圈上地慢。玄武巖的形成是在大陸拉伸構造環境下，地慢橄欖巖部分熔融與橄欖石分離結晶兩種過程聯合作用的結果。橄欖石的分離結晶作用是導致玄武巖Mg2+、Ni質量分數低于原始地慢巖漿的原因。玄武質巖漿中發生橄欖石分離結晶作用是一種普遍的現象。

［1］ 李昌年.火成巖微量元素巖石學［M］.武漢：中國地質大學出版社，1992.

［2］ 吉林省地質礦產局.吉林省區域地質志［M］.北京：地質出版社，1988.

［3］ 劉若新.中國新生代火山巖年代學與地球化學［M］.北京：地震出版社，1992.

［4］ 鄂莫嵐，趙大升.中國東部新生代玄武巖及深源巖石包體［M］.北京：科學出版社，1987.

［5］ 王慧芬，楊學昌，朱炳泉，等.中國東部新生代火山巖K-Ar年代學及其演化［J］.地球化學，1988， 17（1）： 1-12.

［6］ 池際尚.中國東部新生代玄武巖及上地慢研究（附金伯利巖）［M］.武漢：中國地質大學出版社，1988.

［7］ 邱家攘，曾廣策.中國東部新生代玄武巖中低壓單斜輝石的礦物化學及巖石學意義［J］.巖石學報，1987，3 （4）：1-9.

［8］ 鄧晉福，鄂莫嵐，路鳳香.中國東北地區上地慢組成、結構及熱狀態［J］.巖石礦物學雜志，19 87， 6（1）： 1-10.

［9］ 路風香，桑隆康.巖石學［M］.武漢：地質出版社，2001.

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

中國地質調查局地質調查項目（編號：12120113058100）

李忠水（1981—），男，安徽巢湖人，吉林大學在讀碩士，中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊高級工程師.