華北地區(qū)關于下馬嶺組輝綠巖巖石學研究進展

(成都理工大學 四川 成都 610059)

古元古代末期，在華北克拉通發(fā)生了的呂梁運動之后，少許的裂谷型盆地在其中心和邊部出現(xiàn)，此后在燕遼地區(qū)的中—新元古代地層有廣泛的研究，而且該地層厚度較大。在華北陸塊的北部，形成了最連續(xù)的中元古代地層剖面，屬于中國中元古代地層的標準剖面，乃至世界上稀有的晚前寒武紀完好地層剖面。目前已對該區(qū)域設立了很長時間的地層序列，進行了不同程度的研究，從新到老依次為景兒峪組、長龍山組(或稱“駱駝嶺組”或“龍山組”)、新元古代青白口系下馬嶺組、鐵嶺組(Jxt)、洪水莊組(Jxh)、霧迷山組(Jxw)、楊莊組(Jxy)、薊縣系高于莊組(Jxg)、大紅峪組(Chd)、團山子組(Cht)、串嶺溝組(Chch)和長城系常州溝組(Chc)。最近幾年，地學界在燕遼地區(qū)侵位于下馬嶺組的輝綠巖床的問題上產(chǎn)生密切的關注。深入探究了高精度鋯石U-Pb定年數(shù)據(jù)和發(fā)生在中新元古代地層中侵位基性巖上的幾次關鍵熱-構造事件。

一、區(qū)域地質概況

研究區(qū)位于華北陸塊北部燕遼坳拉槽中段，是華北克拉通北緣元古代殘留型盆地中一個極其重要的負向構造單元。自元古宙晚期的呂梁運動以來，大量的中新地層已經(jīng)沉積，已成為中國最完整，保存最完好的地區(qū)之一。中一新元古界自上而下總共分為三個系:青白口系(Qn)、薊縣系(Jx)、長城系(Ch)。厚層碎屑巖和海相富鎂碳酸鹽巖與少量堿性玄武巖和粗安巖是該地層的巖性特征。變質作用對于該地層的序列沒有太大程度的影響，不僅層序清晰而且擁有充足的古生物化石。侵入巖分為輝綠巖和石英正長斑巖，分別侵入下馬嶺組和中生代地層。

二、基性侵入巖的空間分布及規(guī)模

經(jīng)多年的野外地質調查及剖面測量，基本上控制了這些輝綠巖床的空間分布范圍及規(guī)模。根據(jù)野外勘察結果顯示，輝綠巖床在燕山地區(qū)的分布區(qū)域是：西部自宣化—北京西山，東部經(jīng)延慶—懷來、薊縣—興隆、寬城—下板城、平泉—凌源、朝陽—北票等地，東界可到達遼寧的義縣。其分布范圍長度超過600km，寬度近200km，分布面積超過12萬k m2(如圖1)?；詭r床主要侵入于下馬嶺組、霧迷山組、高于莊組及鐵嶺組，在串嶺溝組及團山子組內也見有少量輝綠巖床。這些輝綠巖均為順層巖床侵入，并與沉積地層一起褶皺變形，接觸帶附近地層受烘烤明顯，形成角巖帶或者大理巖化帶。經(jīng)過勘測輝綠巖床的40多條剖面，可以得出這些基性巖床的累計厚度為50～1800m。

圖1 燕遼裂陷元古代代沉積地層輝綠巖層分布范圍

三、野外樣品特征描述

在河北省承德縣石灰窯鄉(xiāng)大范杖子—東梁一帶，承德市的東部28km處進行輝綠巖的野外開采。其地理坐標為N40°51′13″，E118°19′20″。下馬嶺組含有灰黑色頁巖和粉砂質頁巖，輝綠巖床自順層侵入且在侵入過程中發(fā)育三層，其產(chǎn)狀和圍巖完全一致，每層界線平直，圍巖的產(chǎn)狀和基性侵入巖完全相同，厚度為15～100 m，延伸8km 左右。

輝綠巖(床)遭受了強烈的風化。其中球形風化最典型，表面呈現(xiàn)黑色和黑綠色，粒度細小，主要由輝石和斜長石組成，含少量橄欖石、黑云母、磷灰石、磁鐵礦、鈦鐵礦等，長條狀斜長石自形程度較好，輝石顆粒大部分在斜長石三角形空隙中填充有顆粒狀顆粒，以形成輝綠巖結構。

圖2 下馬嶺組輝綠巖野外特征及微觀特征

1.主量元素特征

綜合5件野外巖石樣品的地球化學組成，能夠從結果看出，SiO2含量大約在43.89%～48.56%之間，平均47.34%；Al2O3較少，含量大約在11.33%～14.98%之間，平均13.17%；MgO也較少，含量大約在4.17%～5.86%之間，平均5.07%；Na2O+K2O在2.28%～4.87%之間，平均3.82%，且Na2O>K2O；TiO2較多，含量在1.70%～4.29%之間，平均2.71%，和島弧鈣堿性玄武巖(0.98%)大不相同，與板內拉斑玄武巖(2.23%)類似?？傊x綠巖中Al2O3、MgO較少，TiO2含量較高為特征，板內拉斑玄武巖和此基性巖特征類似。

2.微量元素特征

形成輝綠巖的地質、物理化學環(huán)境是微量元素組成特征的關鍵因素，巖石的含量與比值也對巖石的成礦物質來源有一定程度的借鑒意義。野生巖樣中稀土元素的地球化學特征，可以從結果看出：稀土總量∑REE較高(87.92×10-6～141.06×10-6)；∑LREE/∑HREE沒有太大的變化，在3.321～4.349之間。在發(fā)生蝕變和變質作用時，高場強元素Zr、Hf、Nb、Ta都十分穩(wěn)定，可作為巖石成因和源區(qū)性質較好的示蹤劑。研究區(qū)輝綠巖Zr、Hf豐度變化分別為109×10-6～192×10-6(平均 136.16×10-6)和 2.75×10-6～6.6×10-6(平均4.16×10-6)，與板內拉斑玄武巖和堿性玄武巖的Zr(149×10-6～213 ×10-6)、Hf(3.44×10-6～6.36 × 10-6)大致相同，比MORB 玄武巖的Zr(90×10-6～96×10-6)、Hf(2.4×10-6～2.93×10-6)要高，火山弧拉斑玄武巖、鈣堿性玄武巖和鉀玄巖的Zr(40×10-6、71×10-6和87×10-6)、Hf(1.17×10-6、2.23×10-6和2.24×10-6)比其豐度低很多。板內拉斑玄武巖和堿性玄武巖的Nb、Ta豐度(大約在13×10-6～84×10-6和0.73×10-6～5.9×10-6)與該區(qū)的輝綠巖Nb(11.4×10-6～22×10-6，平均14.53×10-6)、Ta(0.78×10-6～1.75×10-6，平均1.11×10-6)的豐度值十分相近。

四、測年樣品特征描述

通常采用鋯石和斜鋯石來對野外采集的輝綠石樣品進行測年。鋯石需要運用離子探針質譜(SHRIMP)法，它的優(yōu)點是高靈敏度、高分辨率。而斜鋯石需運用同位素稀釋熱電離質譜(ID-TIMS)法。

微觀顯示出透明度很低以及極暗的陰極熒光圖象的鋯石樣品，這是鋯石中高U和Th含量以及由U和Th的放射性衰變引起的鋯石晶格嚴重損壞的直觀表示。該鋯石樣品發(fā)生了嚴重的Pb丟失，206Pb/238U和207Pb/208Pb表面年齡嚴重不諧和，難以獲得理想的測年結果。該斜鋯石樣品的Th/U比約為0.1左右，U和Th的放射性衰變作用對斜鋯石晶格的破壞相對輕微，斜鋯石很好地保持了其U-Pb同位素體系的封閉性，表現(xiàn)為206Pb/238U、207Pb/235U和207Pb/206Pb表面年齡基本一致，數(shù)據(jù)點落在諧和線上。它們的諧和年齡為1320Ma±6Ma，因此我們將1320Ma±6Ma定為所研究的輝綠巖的侵位年齡。

五、結論

1.燕遼地區(qū)之所以被稱為基性大火成巖省，是因為侵入于中元古代沉積地層的輝綠巖床，其面積和厚度都較大，在12萬km2以上并且累計厚度達到50～1800m。

2.根據(jù)華北地區(qū)下馬嶺組輝綠巖野外樣品的主量和微量元素特征，可以得出其屬于大陸拉斑玄武巖系列。

3.長期以來，下馬嶺組被置于新元古界青白口系的第一個組，其年齡約為1000-900 Ma。近幾年又對下馬嶺組有了新的研究，發(fā)現(xiàn)下馬嶺組的下限年齡接近1400Ma，而上限時代應老于1320Ma±6Ma，我們傾向于將下馬嶺組的時代置于1400至1350Ma之間。

4.在未來的研究過程中，對于基礎巖石和超基性巖石，斜鋯石的U-Pb年齡測定應該用于解決時代問題。