北京延慶白河堡水庫(kù)古火山口機(jī)構(gòu)年代學(xué)特征及意義

岳晨曦，于福生，張曉明

北京延慶白河堡水庫(kù)古火山口機(jī)構(gòu)年代學(xué)特征及意義

岳晨曦1，于福生1，張曉明2

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 昌平 102249；2.河北省地礦局第五地質(zhì)大隊(duì)，河北 唐山 063000）

通過野外地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北京延慶白河堡水庫(kù)周邊出露一完整的古火山口機(jī)構(gòu)，火山口中心巖性為中性粗安巖；精準(zhǔn)的LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年顯示火山口中心粗安巖形成年齡為131.4±1.5Ma（2σ），代表了火山噴發(fā)的年齡；古火山口機(jī)構(gòu)形成于早白堊世，火山巖在巖石地層單位上相當(dāng)于張家口組；古火山口機(jī)構(gòu)的火山巖可能是克拉通破壞背景下巖石圈減薄、下地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

延慶白河堡水庫(kù)；古火山口機(jī)構(gòu)；LA-ICP-MS；U-Pb年代學(xué)

1 地質(zhì)概述

研究區(qū)位于北京延慶白河堡水庫(kù)周邊，百里山水畫廊最西側(cè)，在區(qū)域大地構(gòu)造上屬于華北克拉通北緣燕山臺(tái)褶西段。燕山地區(qū)西接陰山構(gòu)造帶，北接索倫縫合帶，再往北受到蒙古-鄂霍茨克洋的閉合與中亞造山帶形成的影響，南部受蘇魯-大別山縫合帶影響，西部又受到郯廬斷裂帶和西太平洋俯沖影響（圖1-a），這種復(fù)雜的不穩(wěn)定的構(gòu)造背景造成燕山地區(qū)中生代的巖漿活動(dòng)非常頻繁，并且成因復(fù)雜。燕山地區(qū)中生代受巖石圈伸展作用影響，發(fā)育許多小型的陸內(nèi)斷陷盆地，并在盆地內(nèi)沉積了巨厚的火山-沉積地層（馮寶華，1979）。

白河堡水庫(kù)位于冀北赤城盆地，水庫(kù)周邊發(fā)育的地層主要有中元古界長(zhǎng)城系常州溝組、串嶺溝組、團(tuán)山子組、大紅峪組、高于莊組、薊縣系霧迷山組、鐵嶺組、洪水莊組、新元古界青白口系下馬嶺組、中生界侏羅系土城子組和新近系。元古界地層構(gòu)成盆地的基底，侏羅系和新近系為蓋層，兩者呈角度不整合接觸，形成盆地的二元結(jié)構(gòu)（圖1-b）。

圖1 燕山地區(qū)大地構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖（a）、研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（b）

地層代號(hào)含義：Chch-串嶺溝組，Cht-團(tuán)山子組，Chd-大紅峪組，Chg-高于莊組，Jxw-霧迷山組，Jxt-鐵嶺組，Jxh-洪水莊組，Qnx-下馬嶺組，J3tc-土城子組，N-新近系

2 樣品采集及巖石學(xué)特征

在白河堡水庫(kù)東側(cè)泄洪口處，發(fā)育一完整的古火山口機(jī)構(gòu)剖面（圖2-a），地理位置E40°39′13.58″、N116°10′56.76″。整個(gè)剖面長(zhǎng)約50m，可以清楚看到巖漿噴出地表后流動(dòng)的一個(gè)情況：巖漿從火山通道噴出時(shí)帶來了大量的圍巖，在地表附近形成粒度較大、分選磨圓極差的熔巖膠結(jié)的火山碎屑巖?；鹕娇谠趪姲l(fā)后期能量降低，殘余的巖漿在火山口附近堆積堵住火山口并在重力作用下逐漸塌陷呈碗狀，巖漿冷凝后形成了大量的切穿流動(dòng)層面的向形節(jié)理，最終形成了當(dāng)今所看到的破火山口。

用于測(cè)年的樣品采集于古火山口中心未經(jīng)受風(fēng)化污染的位置（圖2-a），樣品巖性為粗安巖，手標(biāo)本下呈紫紅色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，斑晶大小1mm左右，含量20%左右；基質(zhì)為紫紅色的安山質(zhì)熔體，含量大約80%（圖2-b）。鏡下可識(shí)別礦物主要有斜長(zhǎng)石，單斜輝石，少量堿性長(zhǎng)石。斜長(zhǎng)石正交偏光下呈一級(jí)灰白干涉色，雙晶紋比較密集，偏中基性，發(fā)育兩組垂直解理；單斜輝石出現(xiàn)在巖石基質(zhì)中，正交偏光下二級(jí)黃綠干涉色，礦物邊緣呈現(xiàn)熔蝕暗化邊結(jié)構(gòu)，部分單斜輝石被包含在長(zhǎng)石斑晶中形成包含結(jié)構(gòu)；巖石基質(zhì)主要為隱晶質(zhì)和少量未結(jié)晶的玻璃質(zhì)，隱晶質(zhì)由板狀的微晶堿性長(zhǎng)石和斜長(zhǎng)石組成，雜亂排布，呈現(xiàn)典型的安山結(jié)構(gòu)（圖2-c）；單偏光下可見基質(zhì)斜長(zhǎng)石絹云母化，呈土褐色雜亂分布（圖2-d）。

圖2 古火山口機(jī)構(gòu)露頭與樣品采集位置（a）、手標(biāo)本圖片（b）、鏡下正交偏光圖片（c）與單偏光圖片（d），cpx-單斜輝石、pl-斜長(zhǎng)石

3 樣品的年代學(xué)分析

為準(zhǔn)確獲得白河堡水庫(kù)周邊古火山口機(jī)構(gòu)形成的時(shí)代，選取了位于古火山口機(jī)構(gòu)中心無圍巖混染與次生蝕變的新鮮粗安巖。測(cè)年方法選用LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年分析，鋯石分選、鋯石制靶與制靶后的陰極發(fā)光圖像拍攝均在廊坊尚藝巖礦檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司完成，主要選擇晶形較完好環(huán)帶發(fā)育的柱狀巖漿鋯石作為測(cè)年的對(duì)象（圖3）。LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年分析在武漢上譜分析科技有限公司完成。分析中，使用 Agilent 7500a 型四級(jí)桿ICP-MS，激光剝蝕系統(tǒng)為GeoLas200M 193nm ArF準(zhǔn)分子(excmer)激光剝蝕系統(tǒng)，激光斑束直徑是30μm，激光剝蝕深度是20～40μm，激光脈沖是10Hz，能量是34～40mJ，以29Si作為內(nèi)標(biāo)，哈佛大學(xué)標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500作為外標(biāo)校正。同位素比值數(shù)據(jù)處理采用GLITTER (4.0版)軟件，年齡計(jì)算和成圖采用ISOPLOT(3.23版) 軟件進(jìn)行，詳細(xì)的分析步驟以及數(shù)據(jù)處理方法見參考文獻(xiàn)(Yuan Honglin et al．2004；羅魏等，2020)。

分析結(jié)果：測(cè)試樣品中的鋯石晶形較完好，多為短柱狀，長(zhǎng)軸在100～200μm之間，CL圖像顯示出典型的巖漿成因鋯石的振蕩環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖3）。采用 LA-ICP-MS 方法對(duì)這些鋯石進(jìn)行U-Pb定年，分析結(jié)果見表1。測(cè)試結(jié)果中，Th、U的含量變化比較大，Th=23.65×10-6～1168.49×10-6，平均165.51×10-6；U=103.49×10-6～1128.74×10-6，平均229.98×10-6。Th/U比值大于0.4，屬于典型的巖漿成因鋯石（吳元保和鄭永飛，2004）。除去遠(yuǎn)離去206Pb/238U-207Pb/235U的U-Pb諧和線和加權(quán)平均值的樣本，其余測(cè)點(diǎn)的諧和性比較好，并且諧和點(diǎn)的分布比較集中（圖4），這17個(gè)鋯石測(cè)點(diǎn)的加權(quán)平均年齡為131.4±1.5Ma（2σ），代表了巖漿結(jié)晶的年齡，屬于早白堊世。

圖3 鋯石陰極發(fā)光圖像

圖4 古火山口粗安巖 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 諧和圖

4 討論

在冀北張家口-赤城一帶，根據(jù)1∶50000區(qū)域地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，可以將該區(qū)域的地層大致劃分為三個(gè)火山-沉積旋回：第一旋回由早侏羅世南大嶺組和中侏羅世下花園組、九龍山組構(gòu)成，其中南大嶺組主要由玄武安山巖組成，下花園組主要巖性由砂巖和煤層組成，九龍山組主要巖性為細(xì)砂巖；第二旋回由晚侏羅世髫髻山組和后城組構(gòu)成，髫髻山組主要為玄武安山巖、安山質(zhì)角礫巖，后城組主要由中-粗粒的陸相碎屑巖和玄武巖夾層 組成；第三旋回由早白堊世白旗組、張家口組、大北溝組、西瓜園組和化吉營(yíng)組構(gòu)成，白旗組由玄武巖組成，張家口組主要為一套中酸性的火山巖-火山碎屑巖，大北溝組由玄武巖組成，西瓜園組是一套從底部由細(xì)變粗的湖相碎屑巖，化吉營(yíng)組為一套玄武安山巖。三次火山-沉積旋回之間均以角度不整合接觸（李曉勇，2003）。

前人在冀北-遼西一帶已經(jīng)做過很多工作，累積了大量火山巖的年代學(xué)數(shù)據(jù)。汪洋等人（2003）利用Rb-Sr同位素測(cè)定了北京延慶白河堡地區(qū)后城組的年齡，大致為162Ma，并認(rèn)為其形成于造山變形事件結(jié)束后的造山帶環(huán)境中（汪洋和姬廣義，2003a；汪洋和姬廣義，2003b）；牛寶貴等人（2003）通過鋯石SHRIMP測(cè)年報(bào)道了冀北灤平盆地和承德盆地張家口組火山巖的年齡，其值為136Ma,代表了早白堊張家口組火山巖噴發(fā)時(shí)代（牛寶貴等，2003；Niu B G et al.，2004）；高山等人（2005）在遼西凌源地區(qū)重新厘定了張家口組火山巖的年齡，認(rèn)為其頂界值在130～132Ma左右（張宏等，2005）；邵濟(jì)安等人（2003）在崇禮縣大水溝地區(qū)利用Rb-Sr等時(shí)線法對(duì)張家口組二段火山巖定年，其結(jié)果為139.2±8.9Ma（邵濟(jì)安等，2003）。綜合上述內(nèi)容，白河堡水庫(kù)邊古火山口機(jī)構(gòu)的中性粗安巖在巖石地層單位上相當(dāng)于冀北早白堊世張家口組，在國(guó)際年代地層單位上屬于下白堊統(tǒng)歐特里夫階（129.4～132.9Ma）。

在火山巖年代學(xué)測(cè)試的基礎(chǔ)上，順帶簡(jiǎn)單討論一下延慶白河堡水庫(kù)邊古火山口機(jī)構(gòu)火山巖的成因。眾所周知，火山巖的成因主流觀點(diǎn)是地殼深部物質(zhì)在一定溫度和壓力下部分熔融而成，而誘發(fā)部分熔融的機(jī)制和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有很大的關(guān)系。燕山地區(qū)中生代大地構(gòu)造位置很不穩(wěn)定，整體上處于一種克拉通破壞的環(huán)境（楊帆，2019；翟明國(guó)等，2003），尤其是在晚侏羅到早白堊世經(jīng)歷了由擠壓到伸展構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)換（邵濟(jì)安等，2003；鄭亞東等，2000）。在早白堊世的伸展構(gòu)造背景下，巖石圈減薄破壞，地幔物質(zhì)底侵上拱，深部克拉通基底物質(zhì)減壓熔融并上升噴出地表，形成當(dāng)今所看到的古火山口（李曉勇，2003；張長(zhǎng)厚，1999）。白河堡水庫(kù)周邊的火山巖很可能形成于這種環(huán)境下，當(dāng)然，更加詳細(xì)的研究還需要進(jìn)一步的元素地球化學(xué)和同位素地球化學(xué)的研究。

表1 粗安巖鋯石U-Pb同位素測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)論

（1）北京延慶白河堡水庫(kù)周邊古火山口機(jī)構(gòu)巖性主要為粗安巖；

（2）精確的LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年顯示火山口中心巖石結(jié)晶年齡為131.4±1.5Ma，代表火山噴發(fā)于早白堊世；

（3）該地區(qū)火山巖在巖石地層單位上相當(dāng)于下白堊統(tǒng)張家口組；

（4）白河堡水庫(kù)周邊古火山口機(jī)構(gòu)火山巖可能是克拉通破壞背景下巖石圈減薄、下地殼物質(zhì)部分熔融的產(chǎn)物。

馮寶華．1979．燕山西段中生界地層及沉積特征[J]．華東石油學(xué)院學(xué)報(bào)，(01)：45-53．

Yuan H, Gao S, Liu X, Li HM, Gunther D, Wu FY. 2004. Accurate U-Pb age and trace element determinations of zircon by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry[J]. GEOSTANDARDS AND GEOANALYTICAL RESEARCH, ,28(3):353-370.

吳元保，鄭永飛．2004．鋯石成因礦物學(xué)研究及其對(duì)U-Pb年齡解釋的制約[J]．科學(xué)通報(bào)，(16)：1589-1604．

李曉勇．2003．燕山地區(qū)中生代火山作用成因及其對(duì)深部過程的制約[D]．中國(guó)科學(xué)院研究生院（廣州地球化學(xué)研究所）．

汪洋，姬廣義．2003a．北京延慶白河堡地區(qū)后城組時(shí)代的初步探討[J]．北京地質(zhì)，(04)：1-5．

汪洋，姬廣義．2003b．北京西山東嶺臺(tái)組和髫髻山組火山巖同位素年齡探討[J]．北京地質(zhì)，(04)：6-12．

牛寶貴，和政軍，宋彪，任紀(jì)舜．2003．張家口組火山巖SHRIMP定年及其重大意義[J]．地質(zhì)通報(bào)，(02)：140-141．

Niu B G, He Z J, Song B, Ren J S, Xiao LW. 2004. SHRIMP geochronology of volcanics of the Zhangjiakou and Yixian Formations, northern Hebei Province, with a discussion on the age of the Xing'anling group of the Great Hinggan Mountains and volcanic strata of the southeastern coastal area of China[J]. ACTA GEOLOGICA SINICA-ENGLISH EDITION,,78(6):1214-1228.

張宏，柳小明，高山，張立君，李之彤．2005．遼西凌源地區(qū)張家口組的重新厘定及其意義——來自激光ICP-MS鋯石U-Pb年齡的制約[J]．地質(zhì)通報(bào)，(02)：110-117．

邵濟(jì)安，張履橋，儲(chǔ)著銀．2003．冀北早白堊世火山-沉積作用及構(gòu)造背景[J]．地質(zhì)通報(bào)，(06)：384-390．

楊帆．2019．華北克拉通中新生代巖漿作用及熱演化史[D]．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)．

翟明國(guó)，朱日祥，劉建明，孟慶任，侯泉林．2003．華北東部中生代構(gòu)造體制轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵時(shí)限[J]．中國(guó)科學(xué)(D輯：地球科學(xué))，(10)：913-920．

鄭亞東，G．A．Davis，王琮，B．J．Darby，張長(zhǎng)厚．2000．燕山帶中生代主要構(gòu)造事件與板塊構(gòu)造背景問題[J]．地質(zhì)學(xué)報(bào)，(04)：289-302．

張長(zhǎng)厚．1999．初論板內(nèi)造山帶[J]．地學(xué)前緣，(04)：295-308．

羅巍，肖淵甫，魏永峰，楊劍紅，林美英．2020．藏南民久瑪?shù)◢弾rLA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡及其地質(zhì)意義[J]．四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，40(01)：3-6+10.

U-Pb Geochronology and Its Significances for the Ancient Crate Apparatus by the Baihebu Reservoir in Yanqing, Beijing

YUE Chen-xi1YU Fu-sheng1ZHANG Xiao-ming2

(1.School of Earth Sciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249；2.The Fifth Geological Team of Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources,Tangshan Hebei 063000)

A complete ancient crater apparatus is exposed by the Baihebu reservoir in Yanqing, Beijing. The center of the crater is composed of trachyandesite with zircon U-Pb ages of 131.4 ± 1.5 Ma (2 σ). Stratigraphically, the trachyandesite belongs to Lower Cretaceous Zhangjiakou Formation and may be the product of partial melting of the lower crust.

Baihebu reservoir; ancient crater apparatus; LA-ICP-MS; U-Pb geochronology

P593+.3

A

1006-0995（2021）03-0361-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.002

2021-04-01

岳晨曦（1999-），男，重慶人，碩士，研究方向：礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)

于福生（1969-），男，黑龍江人，教授、博士生導(dǎo)師，研究方向：構(gòu)造地質(zhì)