冀西北宣化晚三疊世中期流紋斑巖的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

張樹(shù)勝，謝明忠，劉永平，任建帥，周建飛，鄭滿(mǎn)城，郝星波

1)河北省煤田地質(zhì)局第四地質(zhì)隊(duì)，河北宣化，075100；2)河北省煤田地質(zhì)局環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院，石家莊，050085

內(nèi)容提要:冀西北宣化東部地區(qū)ZY1井揭露在中元古界下馬嶺組頁(yè)巖中，夾有4層流紋斑巖(淺成侵入)，本文測(cè)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(qū)流紋斑巖不含堿性鐵鎂礦物，應(yīng)不屬于堿性巖。本區(qū)發(fā)現(xiàn)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(gòu)造體制由碰撞后/造山后伸展向板內(nèi)伸展轉(zhuǎn)變過(guò)程中較少的非堿性巖類(lèi)及其測(cè)年數(shù)據(jù)，對(duì)華北地塊印支期活動(dòng)歷史的分析研究具有重要理論意義，對(duì)尋找礦產(chǎn)資源具有現(xiàn)實(shí)意義。

流紋斑巖是一種酸性潛火山巖，是與火山作用有關(guān)的并與火山巖系同源的淺成或超淺成侵入巖(《地球科學(xué)大辭典》編委會(huì)，2006)。任榮等(2009)總結(jié)了前人資料，三疊紀(jì)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(lèi)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(bào)導(dǎo)。筆者等在冀西北宣化東部地區(qū)的ZY1井(圖1)中發(fā)現(xiàn)有與火山活動(dòng)無(wú)直接、明顯關(guān)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(cè)定年齡為226.5±1.9 Ma，顯示其形成時(shí)代為晚三疊世中期，為印支運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)物。該成果對(duì)分析印支運(yùn)動(dòng)在華北克拉通北緣的表現(xiàn)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(yè)巖氣參數(shù)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(tǒng)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(zhì)頁(yè)巖和泥質(zhì)粉砂巖；二段僅保存該段中下部鮮綠色和紫紅色頁(yè)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(jiàn)4層，現(xiàn)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(dāng)于流紋斑巖侵位時(shí)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(yè)巖為明顯侵入接觸關(guān)系，上下兩端圍巖各有0.1～0.3 m因受烘烤發(fā)生輕微變質(zhì)，較堅(jiān)硬，呈塊狀，頁(yè)理不發(fā)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(shù)量也少，顏色較深，呈綠灰色，向巖層中部漸變?yōu)閹УG色調(diào)的灰白色(圖2b)。各層均呈斑狀—基質(zhì)隱微晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，流紋構(gòu)造不發(fā)育，致密堅(jiān)硬(圖2c、d)。

其顯微特征為：由斑晶、基質(zhì)組成，分別占5%～10% ±和90%～95%。斑晶：由石英及少量長(zhǎng)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(chǎn)出，粒內(nèi)具波狀消光，有的顆粒具碎裂現(xiàn)象；長(zhǎng)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(jù)晶形推測(cè)主要為鉀長(zhǎng)石；黑云母含量1%～5%，呈葉片狀，零星分布或聚斑狀產(chǎn)出，常見(jiàn)被白云母沿其邊緣或解理交代并析出鐵質(zhì)?；|(zhì)：由長(zhǎng)英質(zhì)組成，大多數(shù)呈隱微晶狀，雜亂分布，構(gòu)成巖石主體，少數(shù)長(zhǎng)英質(zhì)呈包含霏細(xì)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(yè)巖。巖芯箱長(zhǎng)度0.80 m；(b)灰白色流紋斑巖與深灰色頁(yè)巖接觸處有0.25 m呈深綠灰色。ZY1井巖芯，巖芯箱長(zhǎng)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(zhì)隱微晶結(jié)構(gòu)。ZY1井，取樣深度1297.5 m，樣品編號(hào)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(cè)定

用于LA-ICPMS鋯石U-Pb年齡測(cè)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(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司完成。鋯石制靶、陰極發(fā)光圖像(CL)和LA-ICP-MS鋯石U-Pb測(cè)試分析均在廣州市拓巖檢測(cè)技術(shù)有限公司完成。

樣品經(jīng)常規(guī)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(jīng)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(cè)鋯石按順序逐顆粘在雙面膠上，放上PCV環(huán)，將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑混合后注入PVC環(huán)內(nèi)，待樹(shù)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(jìn)行粗拋和細(xì)拋，直至露出光潔的表面，再使用1 μm拋光液對(duì)樣品表面進(jìn)行拋光。拋光完成后依次采用去離子水、酒精和去離子水進(jìn)行超聲清洗。在測(cè)試前采用無(wú)水乙醇擦拭樣品表面。測(cè)試前進(jìn)行陰極發(fā)光分析，獲得樣品陰極發(fā)光照片。

廣州市拓巖檢測(cè)技術(shù)有限公司實(shí)驗(yàn)室采用NWR193UC激光剝蝕系統(tǒng)，該系統(tǒng)由NWR 193 nm ArF準(zhǔn)分子激光器和光學(xué)系統(tǒng)組成，ICP-MS型號(hào)為iCAP RQ。激光剝蝕過(guò)程中采用氦氣作載氣，激光剝蝕系統(tǒng)配置有信號(hào)平滑裝置。準(zhǔn)分子激光發(fā)生器產(chǎn)生的深紫外光束經(jīng)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(jìn)入ICP-MS。測(cè)試過(guò)程中以標(biāo)準(zhǔn)鋯石91500為外標(biāo)，校正儀器質(zhì)量歧視與元素分餾；以標(biāo)準(zhǔn)鋯石Ple?ovice為盲樣，檢驗(yàn)U-Pb定年數(shù)據(jù)質(zhì)量；以NIST SRM 610為外標(biāo)、Si為內(nèi)標(biāo)，標(biāo)定鋯石中的微量元素含量。原始的測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) ICPMSDataCal 軟件離線處理完成。諧和圖采用Isoplot 3.0軟件進(jìn)行繪制(Ludwig，2003)。

本次分析中挑選了約200顆晶型較好的鋯石進(jìn)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(huán)帶(圖3)。陰極發(fā)光圖像顏色較深，表明樣品U含量較高，與測(cè)試結(jié)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(fā)光(CL)圖像Fig.3 Cathodoluminescence (CL)image of zircon from rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua

根據(jù)陰極發(fā)光結(jié)果選擇了20個(gè)具有清晰生長(zhǎng)環(huán)帶顆粒進(jìn)行U-Pb年齡分析，選點(diǎn)位置如圖3。進(jìn)行LA-ICPMS分析時(shí)，含標(biāo)樣共分析了34個(gè)測(cè)試點(diǎn)。其中樣品點(diǎn)位20個(gè)，矯正標(biāo)樣(鋯石91500)8個(gè)，監(jiān)控盲樣(Plesovice)3個(gè)，NIST SRM 610矯正標(biāo)樣3個(gè)。

3個(gè)監(jiān)控盲樣在測(cè)試時(shí)分別間插于樣品中進(jìn)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(nèi)一致的結(jié)果(Sláma et al.，2008)，表明測(cè)試方法可行、儀器條件合理、儀器狀態(tài)穩(wěn)定。

獲得的20顆鋯石U-Pb年齡中(表1)，2、8和14號(hào)點(diǎn)，所得年齡偏大，應(yīng)為繼承性鋯石，或與樣品具有較高U含量有關(guān)，如8號(hào)點(diǎn)U含量高達(dá)3664×10-6；3、13、17號(hào)點(diǎn)，所得年齡偏小，可能因鋯石顆粒太小，剝蝕到樹(shù)脂，影響信號(hào)的穩(wěn)定性。在繪制諧和圖時(shí)，將此6個(gè)年齡與諧和年齡差別較大的分析點(diǎn)予以剔除。14個(gè)有意義的測(cè)試結(jié)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(cè)定結(jié)果，表明其形成于晚三疊世，遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于下馬嶺組形成時(shí)代，說(shuō)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(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所(2017)認(rèn)為印支旋回地質(zhì)年代為晚二疊世—中三疊世、燕山旋回地質(zhì)年代為晚三疊世—古新世；萬(wàn)天豐(2004)雖然認(rèn)為印支期是從晚二疊世到三疊紀(jì)末，并將杏石口組與其下伏地層之間的不整合面代表的構(gòu)造事件認(rèn)為印支事件，但其把杏石口組置于早侏羅世。杏石口組的時(shí)代歸屬雖然也有古生物學(xué)家持早侏羅世的觀點(diǎn)(劉憲亭，1988)，但歸為晚三疊世的意見(jiàn)基本被大家認(rèn)同(米家榕等，1984；蕭宗正等，1993；鮑亦岡，1996；河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，2017)，如此，萬(wàn)天豐關(guān)于印支運(yùn)動(dòng)與燕山運(yùn)動(dòng)的劃分和《中國(guó)區(qū)域地質(zhì)志·河北志》(河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，2017)的觀點(diǎn)就相近了。關(guān)于燕山運(yùn)動(dòng)論述的學(xué)者頗多(張宏仁等，2013；張宏仁，2016；董樹(shù)文等，2019)，尤其是董樹(shù)文等(2019)對(duì)“燕山運(yùn)動(dòng)”的研究歷史進(jìn)行了比較系統(tǒng)的總結(jié)?？偟膩?lái)說(shuō)“燕山運(yùn)動(dòng)”是發(fā)生在侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)時(shí)期，而印支期為侏羅紀(jì)之前的構(gòu)造期，該觀點(diǎn)被絕大部分學(xué)者認(rèn)同(汪新文，1996；邵濟(jì)安等，2014；張宏仁等，2013；張宏仁，2016；董樹(shù)文等，2019)。

華北克拉通北部晚三疊世巖漿活動(dòng)比較普遍，比如冀北—遼西噴發(fā)時(shí)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(zhǎng)英質(zhì)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(cè)的花崗斑巖脈、凌源柏杖子花崗巖、赤峰西臺(tái)子花崗巖基、張家口谷咀子巨斑狀花崗巖(羅鎮(zhèn)寬等，2003)；鋯石U-Pb年齡為203～207 Ma，侵位于三疊紀(jì)末期的薊縣盤(pán)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(jié)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(yuǎn)大于東緣和南緣(圖5)。關(guān)于華北克拉通北緣晚三疊世巖漿巖形成的構(gòu)造背景雖然有板內(nèi)伸展(Ye Hao et al.，2014)、西伯利亞板塊與中朝板塊的后碰撞(羅鎮(zhèn)寬等，2003)等不同的認(rèn)識(shí)，但它們是印支晚期伸展構(gòu)造背景下的產(chǎn)物是共識(shí)。

圖5 華北克拉通三疊紀(jì)侵入巖分布圖(據(jù)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(zhǎng)石假像、黑云母假像組成，石英含量1%～10%，一般5%左右，長(zhǎng)石含量5%左右，黑云母含量1%～5%，基質(zhì)由長(zhǎng)英質(zhì)組成，不含堿性鐵鎂礦物，應(yīng)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(gè)測(cè)點(diǎn)LA-ICP-MS鋯石U-Pb年齡為480 Ma和484 Ma，應(yīng)為本區(qū)印支期巖漿侵位過(guò)程中捕獲的來(lái)源于富集地?；虼箨懴碌貧さ睦^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(qū)ZY1井多層流紋斑巖侵入體的存在，指示了其下應(yīng)有較大規(guī)模的同期花崗巖體。與其臨近的北部崇禮區(qū)谷咀子巨斑狀花崗巖鋯石U-Pb年齡236±2 Ma(羅鎮(zhèn)寬等，2003)，為印支期早期侵入；薊縣盤(pán)山二長(zhǎng)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(shuō)明，雖然華北克拉通北緣印支期侵入體以堿性正長(zhǎng)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(lèi)侵入。

4 結(jié)論

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

致謝：樣品年齡計(jì)算和相關(guān)圖件繪制過(guò)程中，得到了SGS通標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)服務(wù)有限公司林伯偉高級(jí)工程師的鼎力相助，審稿專(zhuān)家和章雨旭研究員的建設(shè)性意見(jiàn)和建議為文章的修改、完善，并最終得以發(fā)表提供了可能，在此一并致以誠(chéng)摯謝意！