冀西北宣化晚三疊世中期流紋斑巖的發現及其地質意義

張樹勝，謝明忠，劉永平，任建帥，周建飛，鄭滿城，郝星波

1)河北省煤田地質局第四地質隊，河北宣化，075100；2)河北省煤田地質局環境地質調查院，石家莊，050085

內容提要:冀西北宣化東部地區ZY1井揭露在中元古界下馬嶺組頁巖中，夾有4層流紋斑巖(淺成侵入)，本文測得其LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡為226.5±1.9 Ma，表明其侵入階段為晚三疊世中期。本區流紋斑巖不含堿性鐵鎂礦物，應不屬于堿性巖。本區發現的晚三疊世中期流紋斑巖，豐富了華北克拉通北緣中晚三疊世構造體制由碰撞后/造山后伸展向板內伸展轉變過程中較少的非堿性巖類及其測年數據，對華北地塊印支期活動歷史的分析研究具有重要理論意義，對尋找礦產資源具有現實意義。

流紋斑巖是一種酸性潛火山巖，是與火山作用有關的并與火山巖系同源的淺成或超淺成侵入巖(《地球科學大辭典》編委會，2006)。任榮等(2009)總結了前人資料，三疊紀期間在華北陸塊上，尤其是其北緣有分布較為廣泛的堿性侵入巖，而其他類型侵入巖只在宣化北部的小張家口、承德南部的都山等地零星分布。該期間華北克拉通北緣鮮有潛火山巖報導。筆者等在冀西北宣化東部地區的ZY1井(圖1)中發現有與火山活動無直接、明顯關系的流紋斑巖，侵入于下馬嶺組中。該流紋斑巖位于華北克拉通北緣，LA-ICPMS鋯石U-Pb測定年齡為226.5±1.9 Ma，顯示其形成時代為晚三疊世中期，為印支運動的產物。該成果對分析印支運動在華北克拉通北緣的表現具有重要意義。

1 流紋斑巖賦存層位及巖性特征

1.1 賦存層位

2019年施工的頁巖氣參數井ZY1井揭露中元古界下馬嶺組一段和二段(三段及其以上層位被剝蝕)，厚度為216 m，下侏羅統南大嶺組不整合覆于其上，下伏地層為薊縣系鐵嶺組白云巖。下馬嶺組一段厚度158 m，巖性主要為灰色粉砂質頁巖和泥質粉砂巖；二段僅保存該段中下部鮮綠色和紫紅色頁巖、海綠石砂巖，保存厚度58 m。流紋斑巖以層狀賦存于下馬嶺組一段上部和二段之中，共見4層，現埋藏深度1297.29～1384.00 m，距南大嶺組底部不整合面(可能約相當于流紋斑巖侵位時的古地表面)20余米至100余米，單層厚度3.28～11.55 m(圖1)。各層流紋斑巖與上下頁巖為明顯侵入接觸關系，上下兩端圍巖各有0.1～0.3 m因受烘烤發生輕微變質，較堅硬，呈塊狀，頁理不發育(圖2a)。

圖1 冀西北ZY1井位置及中元古界下馬嶺組地層柱狀圖Fig.1 Location of the Well ZY1 in Northwestern Hebei Province and its stratigraphic histogram of the Mesoproterozoic Xiamaling Formation

1.2 巖性特征

流紋斑巖頂、底部具有厚度0.1～0.5 m的冷凝邊，斑晶較小，數量也少，顏色較深，呈綠灰色，向巖層中部漸變為帶淡綠色調的灰白色(圖2b)。各層均呈斑狀—基質隱微晶結構，塊狀構造，流紋構造不發育，致密堅硬(圖2c、d)。

其顯微特征為：由斑晶、基質組成，分別占5%～10% ±和90%～95%。斑晶：由石英及少量長石假像、黑云母假像組成，粒度一般0.2～2.9 mm。石英含量1%～10%，一般5%左右，呈半自形粒狀、熔蝕狀，星散分布，少聚斑狀產出，粒內具波狀消光，有的顆粒具碎裂現象；長石含量5%左右，呈半自形板狀，零星分布，均被黏土或碳酸鹽及少量石英交代呈假像，據晶形推測主要為鉀長石；黑云母含量1%～5%，呈葉片狀，零星分布或聚斑狀產出，常見被白云母沿其邊緣或解理交代并析出鐵質。基質：由長英質組成，大多數呈隱微晶狀，雜亂分布，構成巖石主體，少數長英質呈包含霏細狀、纖狀分布，局部具不均勻黏土化(圖2e)。

圖2 宣化ZY1井流紋斑巖巖石特征：(a)ZY1井，1340.28～1344.68 m巖芯，其中，1343.38 m以上為流紋斑巖，之下為頁巖。巖芯箱長度0.80 m；(b)灰白色流紋斑巖與深灰色頁巖接觸處有0.25 m呈深綠灰色。ZY1井巖芯，巖芯箱長度0.80 m；(c)流紋斑巖，ZY1井，巖芯，深度1341.5 m；(d)流紋斑巖，ZY1井，巖芯，直徑58 mm;深度同(c)；(e)流紋斑巖，正交偏光，斑狀—基質隱微晶結構。ZY1井，取樣深度1297.5 m，樣品編號ZhY4Fig.2 Petrological characteristics of the rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua:(a)Core from 1340.28 m to 1344.68 m,with rhyolite porphyry above 1343.38 m and shale below.Core box length 0.80 m;(b)0.25 m thicked dark greenish gray rock in contact between grayish white rhyolite porphyry and dark gray shale.Core box length 0.80 m;(c)rhyolite porphyry at depth 1341.5 m;(d)rhyolite porphyry at depth 1341.5 m,58 mm in diameter;(e)rhyolite porphyry,orthogonal polarization,porphyrid—matrix cryptic microcrystalline structure,at depth 1297.5 m,sample No.ZhY4

2 鋯石 U-Pb 年齡測定

用于LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡測定的流紋斑巖樣品(Zh1Y4)，采自ZY1井深度分別為1335.30 m和1362.90 m處鉆探巖芯中，即第二層和第三層流紋斑巖，混合樣品的總重量大于5 kg。

鋯石樣品的分離和挑選工作由SGS通標標準技術服務有限公司完成。鋯石制靶、陰極發光圖像(CL)和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測試分析均在廣州市拓巖檢測技術有限公司完成。

樣品經常規的粉碎、磁選和重選，分選出純度較高的鋯石，然后在雙目顯微鏡下經人工挑選出純度在99%以上的鋯石顆粒。樣品靶制備：在雙目鏡下，將待測鋯石按順序逐顆粘在雙面膠上，放上PCV環，將環氧樹脂和固化劑混合后注入PVC環內，待樹脂充分固化后將樣品座從載玻片上剝離，依次在3000目、5000目、7000目的碳化硼砂紙上進行粗拋和細拋，直至露出光潔的表面，再使用1 μm拋光液對樣品表面進行拋光。拋光完成后依次采用去離子水、酒精和去離子水進行超聲清洗。在測試前采用無水乙醇擦拭樣品表面。測試前進行陰極發光分析，獲得樣品陰極發光照片。

廣州市拓巖檢測技術有限公司實驗室采用NWR193UC激光剝蝕系統，該系統由NWR 193 nm ArF準分子激光器和光學系統組成，ICP-MS型號為iCAP RQ。激光剝蝕過程中采用氦氣作載氣，激光剝蝕系統配置有信號平滑裝置。準分子激光發生器產生的深紫外光束經勻化光路聚焦于鋯石表面，能量密度為5 J/cm2。先收集15 s氣體本底，隨后以32 μm束斑、8 Hz頻率剝蝕45 s，氣溶膠由氦氣送出剝蝕池，與氬氣混合后進入ICP-MS。測試過程中以標準鋯石91500為外標，校正儀器質量歧視與元素分餾；以標準鋯石Ple?ovice為盲樣，檢驗U-Pb定年數據質量；以NIST SRM 610為外標、Si為內標，標定鋯石中的微量元素含量。原始的測試數據經過 ICPMSDataCal 軟件離線處理完成。諧和圖采用Isoplot 3.0軟件進行繪制(Ludwig，2003)。

本次分析中挑選了約200顆晶型較好的鋯石進行制靶。共拍攝了13張照片。CL圖像顯示，大部分鋯石具有清晰的環帶(圖3)。陰極發光圖像顏色較深，表明樣品U含量較高，與測試結果一致(樣品中鈾含量500×10-6～3200×10-6)。

圖3 宣化 ZY1井流紋斑巖鋯石陰極發光(CL)圖像Fig.3 Cathodoluminescence (CL)image of zircon from rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua

根據陰極發光結果選擇了20個具有清晰生長環帶顆粒進行U-Pb年齡分析，選點位置如圖3。進行LA-ICPMS分析時，含標樣共分析了34個測試點。其中樣品點位20個，矯正標樣(鋯石91500)8個，監控盲樣(Plesovice)3個，NIST SRM 610矯正標樣3個。

3個監控盲樣在測試時分別間插于樣品中進行分析，所得諧和年齡為336.1±7.4 Ma，MSWD=0.046，獲得了與推薦值誤差范圍內一致的結果(Sláma et al.，2008)，表明測試方法可行、儀器條件合理、儀器狀態穩定。

獲得的20顆鋯石U-Pb年齡中(表1)，2、8和14號點，所得年齡偏大，應為繼承性鋯石，或與樣品具有較高U含量有關，如8號點U含量高達3664×10-6；3、13、17號點，所得年齡偏小，可能因鋯石顆粒太小，剝蝕到樹脂，影響信號的穩定性。在繪制諧和圖時，將此6個年齡與諧和年齡差別較大的分析點予以剔除。14個有意義的測試結果，所得諧和年齡為226.5±1.9 Ma，MSWD=5.2(圖4)。

圖4 宣化ZY1井流紋斑巖鋯石U-Pb同位素諧和圖Fig.4 U-Pb concordia diagram of the zircons from the rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua

流紋斑巖的鋯石U-Pb年齡測定結果，表明其形成于晚三疊世，遠遠晚于下馬嶺組形成時代，說明其不是與下馬嶺組同期形成的噴出巖，而是后期的地殼重熔融的酸性巖漿侵入體。

3 討論

河北省區域地質礦產調查研究所(2017)認為印支旋回地質年代為晚二疊世—中三疊世、燕山旋回地質年代為晚三疊世—古新世；萬天豐(2004)雖然認為印支期是從晚二疊世到三疊紀末，并將杏石口組與其下伏地層之間的不整合面代表的構造事件認為印支事件，但其把杏石口組置于早侏羅世。杏石口組的時代歸屬雖然也有古生物學家持早侏羅世的觀點(劉憲亭，1988)，但歸為晚三疊世的意見基本被大家認同(米家榕等，1984；蕭宗正等，1993；鮑亦岡，1996；河北省區域地質礦產調查研究所，2017)，如此，萬天豐關于印支運動與燕山運動的劃分和《中國區域地質志·河北志》(河北省區域地質礦產調查研究所，2017)的觀點就相近了。關于燕山運動論述的學者頗多(張宏仁等，2013；張宏仁，2016；董樹文等，2019)，尤其是董樹文等(2019)對“燕山運動”的研究歷史進行了比較系統的總結。總的來說“燕山運動”是發生在侏羅紀—白堊紀時期，而印支期為侏羅紀之前的構造期，該觀點被絕大部分學者認同(汪新文，1996；邵濟安等，2014；張宏仁等，2013；張宏仁，2016；董樹文等，2019)。

華北克拉通北部晚三疊世巖漿活動比較普遍，比如冀北—遼西噴發時間約為238～228 Ma的主要由安山巖、粗面安山巖，少量含流紋斑巖等長英質巖組成的火山巖組(胡健民等，2005；Ye Hao et al.，2014)；鋯石年齡218～236 Ma的承德都山花崗巖體及其東側的花崗斑巖脈、凌源柏杖子花崗巖、赤峰西臺子花崗巖基、張家口谷咀子巨斑狀花崗巖(羅鎮寬等，2003)；鋯石U-Pb年齡為203～207 Ma，侵位于三疊紀末期的薊縣盤山花崗巖體(馬寅生等，2007)；冀西北鋯石U-Pb年齡218～220 Ma超基性巖體(田偉等，2007；任榮等，2009)等。任榮等(2009)總結了華北陸塊邊緣晚三疊世侵入巖特征，在北緣、東緣、南緣晚三疊世侵入巖普遍存在，其中主要為富堿侵入巖，北緣的富堿侵入巖主要沿陰山—燕遼一帶分布，巖體分布密度遠大于東緣和南緣(圖5)。關于華北克拉通北緣晚三疊世巖漿巖形成的構造背景雖然有板內伸展(Ye Hao et al.，2014)、西伯利亞板塊與中朝板塊的后碰撞(羅鎮寬等，2003)等不同的認識，但它們是印支晚期伸展構造背景下的產物是共識。

圖5 華北克拉通三疊紀侵入巖分布圖(據任榮等，2009修改)Fig.5 Triassic intrusive rock in the North China Craton(modified from Ren Rong et al.,2009&)

如前所述，本次工作獲取的侵入于下馬嶺組鋯石U-Pb年齡為226.5±1.9 Ma的流紋斑巖的斑晶由石英及少量長石假像、黑云母假像組成，石英含量1%～10%，一般5%左右，長石含量5%左右，黑云母含量1%～5%，基質由長英質組成，不含堿性鐵鎂礦物，應不屬于堿性巖，豐富了華北克拉通北緣印支期非堿性侵入巖的大家庭。

另一組兩個測點LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為480 Ma和484 Ma，應為本區印支期巖漿侵位過程中捕獲的來源于富集地幔或大陸下地殼的繼承鋯石，鄰近的小張家口超基性巖體也有相同情況存在(田偉等，2007)。

本區ZY1井多層流紋斑巖侵入體的存在，指示了其下應有較大規模的同期花崗巖體。與其臨近的北部崇禮區谷咀子巨斑狀花崗巖鋯石U-Pb年齡236±2 Ma(羅鎮寬等，2003)，為印支期早期侵入；薊縣盤山二長花崗巖鋯石U-Pb年齡203.0±4.5 Ma(馬寅生等，2007)為印支期末期侵入；ZY1井流紋斑巖為印支期中期侵入。綜上說明，雖然華北克拉通北緣印支期侵入體以堿性正長巖體為主(任榮等，2009)，但從印支期早期至晚期都存在酸性巖類侵入。

4 結論

侵入于宣化東部中元古界下馬嶺組頁巖中的流紋斑巖，其鋯石U-Pb年齡為226.5±1.9 Ma，說明冀西北地區印支運動中期具有酸性巖漿巖侵入，為構造伸展背景下的巖漿活動。在該背景下形成的小型構造盆地，為后期沉積的杏石口組碎屑巖奠定了環境基礎。

致謝：樣品年齡計算和相關圖件繪制過程中，得到了SGS通標標準技術服務有限公司林伯偉高級工程師的鼎力相助，審稿專家和章雨旭研究員的建設性意見和建議為文章的修改、完善，并最終得以發表提供了可能，在此一并致以誠摯謝意！