(壹)火山巖類型
東北地區晚侏羅世—早白堊世火山巖有熔巖和火山碎屑巖兩種噴發類型,並以火山熔巖為主。根據國際地科聯(IUGS)火成巖分類學會委員會推薦(1989)的國際火成巖分類圖表中的TAS圖進行火山巖類型的劃分,將在圖解上得到的東北各地區晚侏羅世—早白堊世火山巖的巖石類型列於表4-2,從表中可以看出東北地區晚侏羅世—早白堊世火山巖的主要巖石類型為鉀玄巖(粗面玄武巖、橄欖粗安巖、玄武粗安巖)、安粗巖、粗面巖(或粗面英安巖)、英安巖和流紋巖,其次為玄武安山巖和安山巖,在黑龍江東部、松遼盆地內以及遼西可見到玄武巖。
表4-2 東北各地區晚侏羅世—早白堊世火山巖巖石類型
註:-:表示含量較少,+:表示含量壹般,++:表示含量較多。
(二)火山巖系列
火山巖系列的劃分是火山巖巖石學研究中的壹個重要方面。目前,廣泛被接受的常見火山巖系列是根據矽-堿圖將火山巖劃分為兩大系列,即堿性系列和亞堿性系列。亞堿性系列又可以進壹步劃分為拉斑玄武巖系列和鈣堿性火山巖系列。鉀玄巖(shoshonite)這壹名稱是Iddings(1895)提出的。Joplin(1964,1965)把鉀玄巖作為壹個巖石系列的名稱,看作與堿性玄武巖系列相對應的富鉀巖石系列,在矽-堿圖上與堿性玄武巖系列處於同壹個區域,但在AFM圖上比堿性系列具有更低的總鐵含量。鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列都是與造山作用有關的巖石系列,尤其是鉀玄巖系列在造山帶火山巖中具有重要地位,而和大陸裂谷作用有關的火山巖不出現這兩種火山巖系列。前人對東北地區晚侏羅世—早白堊世火山巖積累了壹定的巖石化學資料,然而在巖石系列和類型的劃分上未能用統壹的方法,或采用的方法存在某些問題,因而較為混亂,影響全區性的對比和進壹步的研究。本書廣泛地收集了前人的矽酸鹽分析資料,對3個火山巖帶的12個不同地區的火山巖數據進行了統壹處理和巖石系列及類型的劃分。主要有吉林東部延邊地區、遼源壹四平地區(趙海玲,1994),法庫—彰武地區(趙海玲,1994),松遼盆地(余輝,1991),遼西地區、馬大爾河地區(據李少傑,1992),大興安嶺中北部(據馬家駿,1985)、大興安嶺東南部(據徐公愉,1984)、大興安嶺中南部(據趙國龍,1980),大興安嶺西南部(據孫羅智,1985),內蒙古鑲黃旗(據白誌達,1992),黑龍江省(據馬家駿,1991)等地區資料。
用Irving(1971)的w(K2O+Na2O)-w(SiO2)圖解,對三個火山巖帶各地區的火山巖進行了系列的統壹劃分(圖4-12~4-14)。①張廣才嶺-長白山火山巖帶:在黑龍江省東部地區,J3和K1火山巖主要為亞堿性系列,少數為堿性系列,K2火山巖均為亞堿性系列(圖4-12a);在吉林東部延邊地區火山巖時代為J3,巖石系列為亞堿性系列(圖5-12b)。②松遼盆地及周邊火山巖帶:在松遼盆地的火山巖時代主要為J3,火山巖主要為亞堿性系列,少數巖石為堿性系列(圖4-13a);在松遼盆地東南緣遼源—四平地區,火山巖,時代為J3的火山巖巖石系列為主要為堿性系列,K1的火山巖主要為亞堿性系列(圖4-13b);在法庫—彰武地區,火山巖時代為K1,主要為亞堿性系列,少數為堿性系列(圖4-13c);在遼西地區,以K1火山巖為主,火山巖巖石系列主要為亞堿性系列,個別為堿性系列(圖4-13d)。③大興安嶺及其西側火山巖帶:大興安嶺最北部的馬大爾河和大頭卡河地區火山巖時代為K1,馬大爾河地區巖石系列為亞堿性系列,大頭卡河地區火山巖主要為堿性系列,其次為亞堿性系列(圖4-14a);大興安嶺中北部地區火山巖時代為J3、K1,其巖石系列為堿性系列和亞堿性系列(圖4-14b);大興安嶺中南部地區火山巖時代為J3,主要為亞堿性系列,少數為堿性系列(圖4-14c);大興安嶺東南部J3和K1火山巖,也主要為亞堿性系列,少數為堿性系列(圖4-14d);大興安嶺南西部火山巖主要為J3,基本上均為亞堿性系列(圖4-14e);內蒙古鑲黃旗地區J3火山巖巖石系列為堿性系列和亞堿性系列(圖4-14f)。
圖4-12 張廣才嶺-長白山火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖矽-堿圖解
圖4-13 松遼盆地及周邊火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖矽-堿圖解
綜上所述,東北地區3條火山巖帶晚侏羅—早白堊世火山巖的巖石系列,均以亞堿性系列為主,部分為堿性系列。其中,堿性系列以中部的松遼盆地及周邊火山巖帶所含比例較高,西部的大興安嶺及其西側火山巖帶所含比例較低,東部張廣才嶺—長白山火山巖帶含量更低。
Irving等(1971)提出了用AFM圖解進壹步區分亞堿性系列中的拉斑玄武巖系列和鈣堿性火山巖系列。在AFM圖解中,拉斑玄武巖系列在演化初期具明顯的富鐵趨勢,而鈣堿性火山巖系列則無富鐵趨勢。另壹方面,落在堿性區域的火山巖可能為常見的堿性玄武巖系列巖石,也可能為鉀玄巖系列巖石,在AFM圖中其二者的區別在於堿性玄武巖系列與拉斑玄武巖系列相似,具富鐵趨勢,而鉀玄巖系列與鈣堿性火山巖系列相似,不具富鐵趨勢。
圖4-15~4-17示出了3條火山巖不同區域火山巖的AFM圖解。①張廣才嶺-長白山火山巖帶:黑龍江省東部地區,J3為鈣堿性火山巖系列,K1為鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列及少量拉斑玄武系列,K2為鈣堿性火山巖系列(圖4-15a);吉林延邊地區的J3火山巖主要為鈣堿性火山巖系列(圖4-15b)。②松遼盆地及周邊火山巖帶:在松遼盆地中,J3火山巖主要為鈣堿性火山巖系列、鉀玄巖系列和拉斑玄武巖(圖4-16a);四平-遼源地區J3火山巖為鉀玄巖系列,J3-K1火山巖為鉀玄巖系列和鈣堿性火山巖系列,K1火山巖為鈣堿性火山巖系列,該區表現出了隨時代推移,火山巖由鉀玄巖系列逐漸演化為鈣堿性火山巖系列(圖4-16b);法庫—彰武地區K1火山巖主要為鈣堿性火山巖系列及鉀玄巖系列(圖4-16c);遼西地區K1火山巖主要為拉斑玄武巖系列和鈣堿性火山巖系列,少量為鉀玄巖系列(圖4-16d)。③大興安嶺及其西側火山巖帶:大興安嶺北部的馬大爾河K1火山巖為鈣堿性火山巖系列,大頭卡河K1火山巖主要為鉀玄巖系列,其次為鈣堿性火山巖系列(圖4-17a);大興安嶺中北部地區J3和K1火山巖主要為鉀玄巖系列和鈣堿性火山巖系列,少量為拉斑玄武系列(圖4-17b);大興安嶺中南部地區J3和K1火山巖主要為鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列(圖4-17c);大興安嶺東南地區J3和K1火山巖也主要為鈣堿性火山巖系列及鉀玄巖系列(圖4-17d);大興安南西部和內蒙古鑲黃旗地區J3火山巖也均為鈣堿性系列和鉀玄巖系列(圖4-17e,f))。
圖4-14 大興安嶺及其西側火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖矽-堿圖解
圖4-15 張廣才嶺-長白山火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖AFM圖解
圖4-16 松遼盆地及周邊火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖AFM圖解
由上可見,東北地區3條火山巖帶晚侏羅—早白堊世火山巖均以鈣堿性火山巖系列為主,鉀玄巖系列次之,出現部分拉斑玄武巖系列。其中鉀玄巖系列的分布與前述的堿性系列類似,即以中部的松遼盆地及周邊火山巖帶所含比例較高,西部的大興安嶺及其西側火山巖帶次之,東部張廣才嶺—長白山火山巖帶含量較低。說明前述的堿性系列應主要為鉀玄巖系列。
圖4-17 大興安嶺及其西側火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖AFM圖解
圖4-18 張廣才嶺—長白山火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖w(SiO2)-w(K2O)圖解
圖4-19 松遼盆地及周邊火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖w(SiO2)-w(K2O)圖解
圖4-20 大興安嶺及其西側火山巖帶晚侏羅世—早白堊世火山巖w(SiO2)-w(K2O)圖解
利用Peccerillo等(1976)提出的w(SiO2)-w(K2O)圖解對三條火山巖帶晚侏羅—早白堊世火山巖巖石系列進行了進—步的劃分(圖4-18~4-20)。①張廣才嶺—長白山火山巖帶:黑龍江東部J3、K1火山巖主要為鈣堿性火山巖系列、高鉀鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列,K2火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列(圖4-18a);吉林東部地區J3火山巖主要為鈣堿性火山巖系列,少數高鉀鈣堿性火山巖系列(圖4—18b)。②松遼盆地及周邊火山巖帶:松遼盆地火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列,伴有較少量的鉀玄巖系列和鈣堿性火山巖系列(圖4-19a);四平—遼源地區J3、K1火山巖主要為鉀玄巖系列和高鉀鈣堿性火山巖系列(圖4-19b);法庫—彰武地區K1火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列及少量的鉀玄巖和鈣堿性火山巖系列(圖4-19c);遼西地區K1火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列(圖4-19d)。③大興安嶺及其西側火山巖帶:大興安嶺北部的K1火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列(圖4-20a);大興安嶺中北部J3和K1火山巖也主要為高鉀鈣堿性火山巖系列,其次有鉀玄巖系列和鈣堿性火山巖系列(圖4-20b);大興安嶺中南部J3和K1火山巖為高鉀鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列(圖4-20c);大興安嶺東南部J3和K1火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列,也出現部分鉀玄巖系列和少數鈣堿性火山巖系列(圖4-20d);大興安嶺西南J3火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列,少數為鉀玄巖系列(圖4-20e);鑲黃旗J3火山巖為高鉀鈣堿性火山巖系列和鉀玄巖系列(圖4-20f)。
綜上w(SiO2)-w(K2O)圖解結果,東北地區三條火山巖帶的J3和K1火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列,部分為鉀玄巖系列,少數為鈣堿性火山巖系列;K2火山巖主要為高鉀鈣堿性火山巖系列,少數為鈣堿性火山巖系列。各個地區均反映了鉀質含量較高的特點。特別是w(SiO2)-w(K2O)圖解進壹步證實了鉀玄巖系列的存在,並且其反映的分布規律與矽—堿圖解和AFM圖解壹致。
利用Middlemost(1975)提出的w(K2O)-w(Na2O)圖解進壹步對本區火山巖進行鈉質系列和鉀質系列的劃分。①張廣才嶺-長白山火山巖帶:黑龍江省東部火山巖K2為鉀質系列,K1為鉀質和鈉質系列,J3為鈉質系列;吉林東部J3火山巖具有鈉質和鉀質兩種火山巖系列。②松遼盆地及周邊火山巖帶:松遼盆地J3火山巖主要為鉀質系列,同時具有少量高鉀和鈉質系列;四平-遼源火山巖主要為鉀質系列,少數為高鉀和鈉質系列;法庫-彰武K1火山巖主要為鉀質系列,少數為高鉀和鈉質系列;遼西火山巖主要為鉀質系列,少數火山巖有鈉質系列。③大興安嶺及其西側火山巖帶:大興安嶺北部和中北部均為鉀質系列;大興安嶺東南部K1為鉀質系列,J3火山巖主要為鉀質系列,少數為高鉀和鈉質系列;大興安嶺中南和西南地區火山巖主要為鉀質系列,個別高鉀系列;內蒙古鑲黃旗J3火山巖主要為鉀質系列。
綜上所述,本區火山巖除張廣才嶺-長白山火山巖帶為鉀質和鈉質系列外,主要為鉀質系列。在時代上從老到新,在區域上從東到西,有從鈉質系列向鉀質系列過渡的趨勢。
(三)火山巖稀土元素和微量元素特征
1.稀土元素特征
(1)大興安嶺及其西側火山巖帶。在海拉爾地區,J3—K1興安嶺群火山巖皆為輕稀土富集型,隨著時代從塔木蘭溝組、上庫力組到伊利克得組時代變新,其稀土元素總量逐漸增高。其中伊利克得組玄武安山巖的稀土配分形式和塔木蘭溝組相似,二者大致平行,無銪負異常;而上庫力組則具有明顯的銪負異常(圖4-21)。從典型構造環境稀土元素配分形式的對比來看,該區興安嶺群的配分形式與大陸裂谷類型有相似之處,而與大洋或島弧類型不同,其中輕稀土元素含量明顯高於島弧、山弧環境的火山巖類。在大興安嶺地區,J3—K1興安嶺群的塔木蘭溝組、上庫力組和伊利克得組三個旋回的火山巖表現出類似的配分形式,均以相對富含輕稀土、貧重稀土,基本上不顯負銪異常或有小的負銪異常為特征(圖4-22),但3個旋回巖石的稀土元素豐度不同,由塔木蘭溝旋回經上庫力到伊利克得旋回,巖石的稀土元素總量逐漸增高,尤其是輕稀土元素變化更為明顯,這些特征與海拉爾地區相似。
圖4-21 海拉爾地區興安嶺火山巖稀土元素配分曲線(據夏軍等,1993)
(2)松遼盆地及周邊火山巖帶。在松遼盆地區,J3火山巖稀土配分形式均為輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的富集型,配分曲線向右傾斜(圖4-23)。這是大陸富集上地幔部分熔融的產物,與大陸裂谷火山巖稀土元素配分形式相似,而與島弧和大洋島火山巖的稀土元素配分形式相差甚遠。在松遼盆地東南緣,J3—K1火山巖稀土配分形式也為輕稀土富集型(圖4-24),除流紋質巖具有明顯的負銪異常外,其他巖石則銪負異常不明顯,並與世界上高鉀安山巖類似。
(3)張廣才嶺-長白山火山巖帶。在黑龍江東部地區,據馬家駿(1991)研究,從T3—K2的火山巖均為輕稀土富集型(圖4-25),輕稀土含量有增加的趨勢,不同程度的存在銪負異常,反映巖漿來源深度相對較淺,與俯沖和弧火山作用有明顯的關系。
綜上所述,東北不同地區J3—K1火山巖稀土配分形式均為輕稀土富集型,明顯的負Eu異常、弱的負Eu異常和無負Eu異常均存在。配分模式還反映出隨時代的變新稀土總含量有增高的趨勢。尤其是輕稀土含量有增加的趨勢。這壹特征可能反映了中生代火山巖,隨時代變新陸殼成分的加入逐漸增加。從空間上看,從西部到東部稀土配分特點反映與俯沖和弧火山作用關系變得更為密切;相反從東部到西部則與大陸裂谷作用的稀土配分特點更相似。
圖4-22 大興安嶺地區興安嶺火山巖稀土元素配分曲線(據孫德有等,1993)
圖4-23 松遼盆地晚侏羅世火山巖稀土元素配分曲線
圖4-24 松遼盆地東南緣晚侏羅—早白堊世火山巖稀土元素配分曲線
圖4-25 黑龍江東部中生代火山巖稀土元素配分曲線
2.微量元素特征
利用Thompson(1984)的球粒隕石值進行標準化,將松遼盆地東南緣遼源—四平地區J3—K1火山巖不相容元素的配分曲線示於圖4-26,從圖中可以看出該區火山巖的壹個***同特點是Ti、Ta高場強元素具有低谷,其中晚侏羅紀火山巖的低谷明顯,而早白堊紀火山巖的低谷則較弱,K、Rb則均有明顯的峰值。這些特征與造山帶火山巖不相容元素的特點相似(Thompson,1984),表明該區火山巖與俯沖作用有關,屬俯沖型火山作用。這裏需要指出的是早白堊紀火山巖和晚侏羅紀火山巖在微量元素配分曲線上有壹個很大的不同,早白堊紀火山巖具明顯的Sr、P低谷,而晚侏羅紀火山巖則無Sr、P低谷,甚至有的火山巖表現出了弱的峰值,這壹特征反映了早白堊紀火山巖與晚侏羅紀火山巖之間存在明顯差異。Th/Yb-Ta/Yb圖解(圖4-27)從微量元素方面表明四平—遼源地區火山巖為鉀玄巖系列和鈣堿性系列,這與該區火山巖主要元素判斷的火山巖系列壹致,同時可以看出投點均落在與俯沖作用有關的島弧環境範圍內。在松遼盆地區,晚侏羅世火山巖的微量元素分布形式如圖4-28所示,在Zr/Y-Ti/Y圖解中,絕大部分樣品都落在板塊內部玄武巖區,僅有很少樣品落在板塊邊緣玄武巖區(圖4-29)。主要為板塊內部環境說明它們與大陸裂谷作用有緊密關系,而少量反映板塊邊緣環境的樣品則說明它們與板緣俯沖作用仍然有聯系。總體來看,J3—K1火山巖微量元素特征反映松遼盆地以東可能與俯沖作用關系更為密切,而松遼盆地及其以西可能與裂谷作用的影響更大。
圖4-26 四平—遼源地區火山巖不相容元素分布
圖4-27 松遼盆地東南緣火山巖
圖4-28 松遼盆地火山巖微量元素分布
圖4-29 松遼盆地火山巖w(Zr)/w(Y)-w(Ti)/w(Y)圖