Download PDF  
文章快速检索  
  高级检索
引用本文
周翔. 松辽盆地北部营城组火山岩地球化学特征及地质意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(4): 1001-1014
Zhou Xiang. Geochemistry and Tectonic Implication of Volcanic Rocks of Yingcheng Formation in Northern Songliao Basin[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2019, 49(4): 1001-1014.
松辽盆地北部营城组火山岩地球化学特征及地质意义
周翔     
大庆油田勘探开发研究院, 黑龙江 大庆 163712
收稿日期: 2018-06-06
作者简介: 周翔(1988-), 男, 工程师, 博士, 主要从事火山岩气藏成藏机理方面的研究, E-mail:zhouxiang2206@163.com
基金项目: 国家自然科学基金项目（40372066）；国家重大科技专项项目（2016ZX05047-001）
摘要: 松辽盆地北部早白垩世营城组发育一套以流纹岩为主的中酸性火山岩，其具有高硅、铝，富碱和低镁、铁的特征，不同类型火山岩均具有轻稀土富集、重稀土亏损、轻重分异严重的特征。其中：酸性流纹岩表现为富集Pb、U、Th、Ta、Hf和Zr等元素，亏损Sr、Ba、Eu等元素；中性安山岩、粗安岩和基性玄武岩则亏损不明显；中酸性英安岩介于两者之间。地化特征分析表明，营城组岩浆来源于亏损地幔，是地幔底侵导致地壳部分熔融，并受到地幔物质的混染，酸性岩喷出前经历了较强的岩浆分异作用。构造判别图解指示营城组火山岩形成于板内伸展环境，具有与板块俯冲作用有关的、发育于活动陆缘或岛弧的火山岩类似的演化特征。结合中国东部构造环境演化特征，认为松辽盆地北部早白垩世火山活动可能是古太平洋板块北北西方向高速俯冲导致地壳岩石圈减薄、地幔物质上涌的产物。
关键词: 地球化学特征    火山岩    营城组    早白垩世    松辽盆地    
Geochemistry and Tectonic Implication of Volcanic Rocks of Yingcheng Formation in Northern Songliao Basin
Zhou Xiang     
Exploration and Production Research Institute, Daqing Oilfield, Daqing 163712, Heilongjiang, China
Supported by National Natural Science Foundation of China(40372066) and National Science and Technology Major Project (2016ZX05047-001)
Abstract: The widely distributed Early Cretaceous volcanic rocks of Yingcheng Formation in northern Songliao basin are intermediate-felsic rocks, which are mainly rhyolites, characterized by high silicon, aluminum, rich alkali, and low magnesium and iron. The standard curve of rare earth elements reveals the deficiency of heavy rare earth elements, but the enrichment of light rare earth elements, and the rare earth elements are seriously differentiated in different kinds of volcanic rocks. The rhyolites are distinctly enriched in incompatible elements such as Pb, U, Th, Ta, Hf, Zr, and apparently loss of Sr, Ba, Eu, while in neutral andesite, trachyandesite and basic basalt they have no obvious loss, and in the intermediate-acid dacite they are in between. The results show that the magma of Yingcheng Formation originated form depleted mantle. Because the magma was contaminated by crust during evolution under magma plating and crust partial melting, forceful magmatic differentiation occurred before the eruption of acid magma. The volcanoes of Yingcheng Formation may erupt in an extensional background within plate according to the discrimination diagrams, and the volcanic rocks of Yingcheng Formation have the same evolutionary characteristics as those of the volcanic rocks developed in active continental margin or island arc associated with plate subduction. Taking the tectonic environment of Eastern China into consideration, the large-scale volcanic action in the Early Cretaceous may be associated with the lithospheric thinning and mantle upwelling under the subduction of the Pacific plate toward northwest in a high speed.
Key words: geochemistry    volcanic rock    Yingcheng Formation    Early Cretaceous    Songliao basin    

0 引言

中生代东北地区处于古亚洲洋构造域向太平洋构造域的转换时期，经历了蒙古—鄂霍茨克洋的闭合、额尔古纳与松嫩—张广才岭等微地块的拼合和太平洋板块向北俯冲等多起重大地质事件，在中国东北地区形成绵延千里的中生代火山岩，受到了广泛的关注[1]。松辽盆地是中国东北地区中生代岩浆作用的重要组成部分，长期以来受取样条件限制，对盆地内火山岩缺乏系统研究[2]。因此，对东北地区中生代火山作用及松辽盆地形成的大地构造环境和动力机制存在诸多分歧，如克拉通内裂谷盆地、克拉通内转换型盆地、大陆边缘裂谷盆地、多期叠合盆地、与变质核杂岩伴生的伸展断陷盆地、弧后裂陷盆地和以火山为边界的弧内盆地等多种成因模式[3-5]。近年来随着盆地深层早白垩世营城组火山岩气藏的大规模开发，为我们提供了丰富的岩石样品，使深入了解松辽盆地形成时构造环境和动力机制成为可能。本次研究系统采集了大量钻井岩心样品，在火山岩地球化学特征分析的基础上，重建研究区营城组火山活动时大地构造环境，以期为明确松辽盆地形成机制提供依据。

1 区域地质背景

松辽盆地构造上位于松嫩—张广才岭微地块，是一个呈NE向展布的菱形盆地(图 1a)。盆地形成于印支运动末期—燕山运动早期，发育于燕山运动中晚期—喜马拉雅运动早期，萎缩于喜马拉雅运动晚期。盆地的演化经历了多期构造运动，可划分为断陷期、坳陷期和构造反转期等3个阶段[6]。其中，晚侏罗世—白垩纪断陷盆地发育阶段，盆地内发生多起强烈的火山活动，在晚侏罗世火石岭组和早白垩世营城组形成广泛分布的火山岩。前人的研究主要集中在盆地周缘露头区[7]和盆地南部[8]，对盆地北部研究较少，近年来随着油气勘探的深入，在盆地北部早白垩世营城组火山岩中发现储量丰富的天然气藏，为深入研究断陷期盆地构造演化及其动力学背景奠定了基础。

a.松辽盆地构造位置；b.徐家围子断陷构造单元划分及取样井位；c.松辽盆地深层地层综合柱状图。 图 1 研究区构造位置及地层综合柱状图 Fig. 1 Location of the study area and comprehensive stratigraphic column
图选项

研究区徐家围子断陷是松辽盆地北部深层最大的一个次级断陷(图 1b)，具有下断上坳的二元结构。断陷盆地发育阶段自下而上沉积了上侏罗统火石岭组、下白垩统沙河子组和营城组。其中，早白垩世营城组时期，盆地断陷活动达到最大，大规模火山活动在研究区形成巨厚的火山-沉积地层组合，发育一套以流纹岩为主，含英安岩、安山岩和少量玄武安山岩、玄武岩等多种类型火山岩的中酸性喷出岩(图 1c)，主要分布在营城组一段和三段，构成了本区良好的火山岩储层。本文通过43块钻心岩心样品的常量元素、微量和稀土元素测试，系统分析营城组火山岩地球化学特征、岩浆演化过程。

2 样品和方法

选取徐家围子断陷43块新鲜的火山岩样品进行主量元素分析，并对其中的13块进行了微量和稀土元素分析。所有样品的地球化学分析由中国地质大学(武汉)地质资源与地质过程国家重点实验室完成(表 1、表 2)。主量元素数据采用X射线荧光光谱仪(ARL9800XP+波长色散)测定，数据分析精度小于2%；微量元素采用ICP-MS(Agilent 7500a)标准曲线法测定，样品分析数据的相对标准偏差优于5%，详细的分析技术和分析流程参阅文献[9]。

表 1 松辽盆地北部营城组火山岩常量元素特征 Table 1 Major element contents of the volcanic rocks from the Yingcheng Formation, northern Songliao basin
样号 岩性 SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 烧失量 总和 ALK σ
S2-1 R 75.53 0.18 10.39 3.88 — 0.05 0.11 0.35 1.54 7.15 0.03 1.12 100.32 8.69 2.32
S2-2 R 60.15 2.32 13.96 10.36 — 0.07 1.49 1.70 2.94 0.87 0.47 4.68 99.08 3.81 0.85
S2-3 R 72.67 0.20 11.37 4.99 — 0.11 0.12 0.70 4.50 4.45 0.02 0.89 100.02 8.95 2.70
S2-4 R 73.40 0.20 11.66 4.07 — 0.07 0.13 0.59 4.67 3.69 0.02 1.03 99.53 8.36 2.30
S2-5 D 65.81 1.01 19.51 2.97 2.47 0.11 0.51 2.95 1.61 2.86 0.19 — 100.00 4.47 0.88
S2-6 R 74.78 0.20 10.95 4.07 — 0.06 0.12 0.29 2.92 5.64 0.02 0.84 99.91 8.56 2.31
S201-1 R 75.56 0.22 11.21 3.52 — 0.08 0.12 0.20 2.91 5.62 0.02 1.30 100.77 8.53 2.23
S202-1 R 75.09 0.21 11.21 4.51 — 0.06 0.09 0.38 3.98 4.42 0.04 — 100.00 8.40 2.20
S202-2 R 74.23 0.20 10.88 5.39 — 0.08 0.08 0.23 3.43 4.90 0.02 0.55 100.00 8.34 2.23
S202-3 R 74.14 0.23 11.49 4.08 — 0.08 0.09 0.53 3.78 4.94 0.02 0.93 100.31 8.72 2.44
ZS9-1 B 49.24 0.73 15.39 20.39 — 0.14 0.69 0.43 0.28 3.26 0.03 3.63 94.21 3.54 2.01
ZS9-2 B 48.09 0.16 2.76 2.47 — 0.05 0.06 37.54 1.51 3.01 0.04 3.13 98.82 4.52 4.01
ZS9-3 R 78.78 0.20 11.59 0.29 2.60 0.03 0.56 1.13 0.21 3.31 0.02 1.07 99.79 3.51 0.33
ZS6-1 R 75.60 0.10 11.40 2.34 — 0.02 0.08 0.27 3.22 5.67 0.02 1.06 99.79 8.90 2.34
ZS10-1 R 76.18 0.17 11.60 0.87 1.86 0.04 0.35 0.42 3.07 4.69 0.01 0.62 99.88 7.76 1.77
So1-1 R 77.13 0.10 12.62 0.06 1.50 0.04 1.16 1.05 2.74 2.44 0.08 0.90 99.82 5.18 0.76
So2-1 A 61.12 1.02 13.11 0.16 3.52 0.22 0.85 15.09 3.36 1.29 0.26 — 100.00 4.64 1.19
So2-2 TA 58.39 1.58 17.27 2.33 6.71 0.21 0.97 5.28 4.57 1.97 0.72 — 100.00 6.54 2.78
DS3-1 T 67.25 0.29 16.19 3.82 — 0.12 0.16 0.57 5.87 4.82 0.05 0.77 99.97 10.69 4.71
DS3-2 T 66.69 0.26 15.74 3.83 — 0.11 0.12 0.67 5.48 5.07 0.04 0.93 99.00 10.55 4.70
FS701-1 R 74.36 0.20 13.36 0.63 1.56 0.06 0.60 1.05 3.51 3.47 0.03 0.70 99.50 6.98 1.55
FS701-2 R 72.68 0.55 13.07 2.85 — 0.03 0.52 0.34 5.35 0.05 0.22 2.49 99.60 5.40 0.98
FS9-1 R 72.68 0.22 12.16 1.35 1.61 0.10 0.39 1.75 3.14 3.27 0.03 3.31 100.00 6.41 1.38
XS1-1 BA 56.62 0.16 8.02 2.74 0.25 0.27 0.29 27.86 2.01 1.76 0.03 — 100.00 3.77 1.04
XS1-2 R 79.82 0.17 11.55 1.97 0.47 0.03 0.13 0.30 3.90 1.63 0.02 — 100.00 5.52 0.83
XS1-3 D 69.69 0.82 18.33 2.75 1.78 0.09 1.19 0.45 1.73 3.04 0.13 — 100.00 4.78 0.85
XS1-4 R 73.00 0.14 11.38 3.07 0.47 0.10 0.07 0.29 3.21 4.63 0.03 2.92 99.32 7.84 1.83
XS1-5 R 74.25 0.16 10.81 2.45 0.56 0.04 0.06 0.55 1.49 6.01 0.02 1.51 97.91 7.50 1.61
XS1-6 A 61.55 0.58 20.16 5.37 — 0.02 1.07 0.43 0.90 5.55 0.08 4.15 99.86 6.45 2.24
XS1-7 TB 51.05 2.28 16.55 4.54 6.02 0.18 4.92 8.76 4.16 1.09 0.44 — 100.00 5.26 3.44
XS1-8 TB 51.13 2.33 16.53 5.56 5.01 0.16 5.02 8.43 4.23 1.13 0.45 — 100.00 5.36 3.53
XS1-9 R 74.16 0.18 10.97 4.79 — 0.10 0.13 0.21 3.38 3.91 0.03 1.85 99.72 7.29 1.71
XS5-1 R 76.09 0.17 10.76 2.85 — 0.04 0.09 0.77 3.52 4.45 0.03 1.17 99.95 7.97 1.92
XS5-2 T 64.64 0.83 15.64 4.61 0.77 0.07 3.38 2.15 4.32 3.35 0.23 0.75 99.25 7.67 2.72
XS6-1 R 76.58 0.11 9.02 3.62 — 0.04 0.00 0.34 4.33 4.34 0.00 0.55 98.93 8.67 2.24
XS6-2 R 80.23 0.11 7.51 2.60 — 0.02 0.00 0.29 4.63 3.25 0.01 0.93 99.58 7.88 1.67
XS9-1 R 76.25 0.20 11.03 3.46 — 0.06 0.08 0.34 3.08 5.46 0.03 — 100.00 8.54 2.20
XS9-2 R 75.97 0.21 11.13 3.62 — 0.05 0.13 0.31 3.32 5.22 0.03 — 100.00 8.55 2.22
XS9-4 R 75.90 0.21 11.12 3.62 — 0.05 0.13 0.31 3.32 5.22 0.03 — 99.92 8.54 2.22
XS9-5 T 65.56 0.77 15.43 4.20 — 0.06 0.21 1.03 5.24 4.65 0.34 2.26 99.75 9.89 4.34
XS21-1 R 78.32 0.26 11.63 1.43 — 0.01 0.22 0.07 0.14 2.90 0.06 4.23 99.59 3.04 0.26
SS101-1 D 69.25 0.23 15.05 3.82 — 0.06 0.79 0.66 2.13 5.17 0.04 3.24 100.44 7.30 2.03
SS101-2 A 61.74 0.79 16.89 4.32 1.77 0.08 4.12 3.83 4.53 1.61 0.32 0.58 99.42 6.14 2.01
注：B.玄武岩(basalt)；BA.玄武安山岩(basalt andesite)；A.安山岩(andesite)；D.英安岩(dacite)；R.流纹岩(rhyolite)；T.粗面岩(trachyte)；TA.粗安岩(trachyandesite)；TB.粗面玄武岩(trachybasalt)。常量元素质量分数单位为%。
表选项
表 2 松辽盆地北部营城组火山岩微量元素及稀土元素特征 Table 2 Rare earth and trace element of the volcanic rocks from the Yingchcng Formation, northern Songliao basin
样号 岩性 Pb Rb Sr Ba Nb Ta Zr Hf U Th Y La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ∑REE LREE HREE (La/Yb)N δEu Nb/Yb) Nb/La Th/Yb Zr/Nb
XS1-2 R 65.03 45.98 4.20 76.46 63.11 48.57 10.92 10.00 54.00 81.24 3.94 97.76 62.15 46.28 49.62 17.31 3.21 18.07 8.62 6.66 10.44 3.48 3.59 3.02 2.34 332.56 276.33 56.23 32.38 0.18 20.90 0.65 26.91 0.17
XS1-4 R 192.85 175.32 1.69 12.77 58.41 62.86 16.63 15.75 75.00 87.65 5.31 108.97 69.21 54.96 56.14 19.46 1.77 20.18 9.57 7.18 11.25 4.18 5.00 4.35 3.75 376.27 310.51 65.76 25.06 0.09 13.43 0.54 20.16 0.28
XS1-5 R 73.60 281.49 1.59 14.88 100.97 114.28 42.35 41.61 157.00 183.08 11.42 126.17 93.38 68.18 71.28 26.10 1.92 25.61 16.28 13.87 21.74 10.07 9.84 9.37 8.91 502.72 387.02 115.70 13.46 0.07 10.77 0.80 19.53 0.42
ZS6-1 R 201.42 382.24 1.68 15.71 114.07 164.28 40.82 31.53 65.25 137.65 8.44 83.65 62.93 54.03 42.47 31.07 1.73 29.58 19.65 12.85 20.15 9.77 7.77 7.43 6.84 389.92 275.88 114.04 11.26 0.06 15.36 1.36 18.53 0.36
ZS10-1 R 140.00 248.13 5.41 55.79 97.09 122.14 62.56 57.28 57.00 112.65 8.19 107.48 87.91 59.50 45.21 27.81 6.10 25.68 15.53 10.62 16.64 9.77 9.65 10.02 8.91 440.87 334.04 106.83 10.72 0.23 9.69 0.90 11.24 0.64
XS1-3 D 102.85 192.71 8.03 250.86 37.70 34.29 10.82 12.20 71.00 96.30 3.86 57.94 38.60 31.82 32.80 18.81 16.23 10.35 6.49 5.09 7.98 3.81 3.75 3.60 2.97 240.26 196.21 44.05 16.10 1.16 10.48 0.65 26.76 0.29
SS101-1 D 110.43 102.80 27.70 143.41 6.55 25.43 10.37 10.45 38.38 37.96 2.77 41.12 33.89 31.82 24.60 17.05 16.92 12.43 6.92 3.77 5.91 3.17 2.58 2.23 1.99 204.39 165.40 38.99 18.41 1.16 2.93 0.16 16.99 1.58
ZS9-1 B 55.14 35.51 29.02 85.55 43.29 84.29 16.73 24.81 20.13 22.99 6.47 57.94 39.82 37.40 29.86 18.28 16.52 16.03 11.60 8.15 12.78 7.25 6.25 5.73 5.94 273.54 199.82 73.72 10.12 0.97 7.56 0.75 4.02 0.39
ZS9-2 B 54.86 37.90 33.05 73.15 44.90 48.43 14.72 18.56 21.13 23.98 6.10 53.27 38.26 33.78 28.60 17.44 16.90 16.52 10.90 8.19 12.84 6.89 6.09 5.76 5.27 260.71 188.25 72.46 9.26 1.00 7.80 0.84 4.17 0.33
SS101-2 A 110.43 102.80 27.70 143.41 6.55 25.43 10.37 10.45 38.38 37.96 2.77 41.12 33.89 31.82 24.60 17.05 16.92 12.43 6.92 3.77 5.91 3.17 2.58 2.23 1.99 204.39 165.40 38.99 18.41 1.16 2.93 0.16 16.99 1.58
XS1-6 A 115.31 234.77 9.89 103.74 22.17 22.86 6.37 8.06 48.00 80.86 2.90 54.56 42.35 34.71 36.59 16.10 6.99 11.81 6.17 4.59 7.20 2.85 2.66 2.25 2.34 231.16 191.29 39.87 24.29 0.51 9.87 0.41 36.00 0.29
So2-l A 76.43 48.13 9.78 37.20 38.11 40.43 39.81 33.58 83.88 37.04 11.36 76.17 53.56 49.07 39.53 25.97 15.24 25.98 17.87 12.85 20.15 13.97 12.34 11.72 12.03 386.44 259.54 126.90 6.50 0.59 3.25 0.50 3.16 1.04
So2-2 TA 93.14 71.50 15.19 54.14 48.14 41.86 29.44 23.23 30.13 33.95 9.07 109.34 78.55 47.31 55.51 30.69 17.98 29.39 17.82 12.42 19.47 10.31 9.10 7.91 8.24 454.04 339.37 114.67 13.82 0.60 6.09 0.44 4.29 0.61
注:：微量和稀土元素质量分数单位为10-6。
表选项
3 分析结果 3.1 主量元素

松辽盆地北部营城组发育一套中酸性火山岩，以流纹岩为主[10]，同时含少量英安岩、安山岩、玄武安山岩等中基性岩(图 2a)。酸性岩以流纹岩为主，w(SiO2)为60.15%~80.23%，全碱w(Na2O+K2O)为3.04%~8.95%，Mg#分布在0~93.66之间，里特曼指数(σ)分布在0.26~2.70之间，平均为1.75；中酸性岩主要为英安岩和粗面岩，w(SiO2)为64.64%~69.69%，w (Na2O+K2O)分布在4.47%~10.69%之间，Mg#为40.81~93.15，σ分布在0.85~4.71之间，平均为2.89；中基性岩以安山岩为主，含少量粗安岩和玄武安山岩，w(SiO2)为56.62%~61.74%，w(Na2O+K2O)分布在3.77%~6.54%之间，Mg#分布在67.89~93.51之间，σ分布在1.04~2.78之间，平均为1.85；基性岩主要为玄武岩和粗面玄武岩，w(SiO2)为48.09%~51.13%，w(Na2O+K2O)分布在3.54%~5.36%之间，Mg#分布在34.83~90.85之间，σ分布在2.04~4.01之间，平均为3.25。营城组火山岩总体上具有高硅、铝，富碱和低铁、镁的特征，AFM图解(图 2b)上多落在钙碱性系列[11]，具有钙碱性岩石系列的演化趋势。在w(K2O)-w(SiO2)图(图 2c)上，本区火山岩集中分布于中、高钾区，部分位于钾玄岩石范围，显示本区火山岩属高钾钙碱性岩系列和钾玄岩系列及钙碱性系列，指示来自类似的岩浆源[12]。本区火山岩铝饱和指数(A/CNK)分布在0.41~2.10之间，平均为1.07，普遍大于1，属准碱质—过铝质岩系(图 2d)。

图 2 松辽盆地北部营城组火山岩w(Na2O+K2O)-w(SiO2)图解(a)，AFM图解(b)，w (K2O)-w(SiO2)图解(c)和A/NK-A/CNK图解(d) Fig. 2 Discriminant diagrams of w(Na2O+K2O)-w(SiO2) (a), AFM(b), w (K2O)-w(SiO2) (c) and A/NK-A/CNK(d) of volcanic rocks form Yingcheng Formation, northern Songliao basin
图选项

总体上，SiO2与大多数常量元素具有较好相关性，随SiO2质量分数增加，TiO2、Al2O3、MgO、MnO、Fe2O3和CaO的质量分数明显减少，而K2O质量分数明显增加(图 3)，显示岩浆结晶分异演化的特征。SiO2质量分数与Na2O质量分数间无明显线性关系，而与K2O质量分数之间存在近似的正相关关系，表明火山岩形成过程中存在钠质交代，岩石薄片观察也证实这一现象(图 4)。

图 3 松辽盆地北部营城组火山岩Harker图解 Fig. 3 Harker diagrams for volcanic rocks in Yingcheng Formation, northern Songliao basin
图选项
图 4 松辽盆地北部营城组火山岩显微特征 Fig. 4 Microscopic characteristics of volcanic rocks from Yingcheng Formation, northern Songliao basin
图选项
3.2 微量元素和稀土元素

本区火山岩稀土质量分数较高，w(∑REE)分布在(204.39~502.72)×10-6，平均为330.56×10-6，LREE/HREE为2.05~4.91，平均为3.58，表明营城组火山岩轻稀土富集且轻、重稀土间存在较强的分馏作用。酸性流纹岩w(∑REE)为(332.56~502.72)×10-6，平均为408.47×10-6，LREE/HREE为2.42~4.91，平均为3.71。流纹岩Eu负异常明显，δEu为0.06~0.23，平均为0.13，稀土配分曲线呈右倾，出现大的“V”字形谷(图 5)，表明原始岩浆在演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用[13]。中酸性英安岩稀土总量相对较低，w(∑REE)为204.39×10-6和240.26×10-6，平均为222.32×10-6，LREE/HREE为4.24和4.45，平均4.35，δEu为1.16，具有弱的正异常，所有配分曲线均呈右倾，无明显的“V”字形谷。中性安山岩和粗安岩稀土总量较低，为(204.39~454.04)×10-6，平均为322.41×10-6，LREE/HREE分布在2.05~4.80之间，平均为3.48，δEu为0.51~1.16，平均为0.75，具弱异常。基性玄武岩稀土总量为260.71×10-6和273.54×10-6，平均267.13×10-6，LREE/HREE为2.60和2.71，平均2.65，配分曲线平直，无Eu负异常。不同岩性火山岩微量元素蛛网图变化相似，均表现出大离子亲石元素(Pb、U、Th)和高场强元素(Ta、Hf、Zr)富集，而亏损Sr、Ba和Eu，表明营城组火山岩是同源岩浆演化的结果，其中酸性岩在喷发前经历了较强的岩浆分异作用。

a.标准化数据据文献[14]; b.标准化数据据文献[15]。 图 5 松辽盆地北部营城组球粒陨石标准化稀土配分图(a)和原始地幔标准化微量元素蛛网图(b) Fig. 5 Chondrit-normalizef REE patterns(a) and primitive mantle-normalized trace element spiderdiagrams(b) for Yingcheng Formation, northern Songliao basin
图选项
4 讨论 4.1 成因

酸性火山岩是岩浆演化最后阶段的产物[16]，其成因研究对认识大陆地壳及壳幔关系具有重要意义[17]。目前关于长英质火山岩的成因主要有2种认识：一种观点认为是玄武质岩浆经高度结晶分异作用形成酸性火山岩[18]，这种成因的酸性火山岩具有与基性岩相同或相似的地球化学特征[19]；另一种观点是由玄武质地幔上涌导致地壳物质的部分熔融形成酸性火山岩[20]，属壳源岩浆，通常具有Al、Th、LREE等富集的特征，其地球化学特征与同时代基性岩浆间存在较大差异[21]。通常基性母浆经过90%的分离结晶作用才能产生一定量的酸性岩浆[22]，若酸性岩浆是玄武质岩浆结晶分异的产物，则玄武岩的体积要远大于流纹岩，因此玄武质岩浆结晶分异作用常用来解释规模较小的酸性岩浆成因[23]。而本区火山岩以流纹岩为主，英安岩、安山岩和玄武岩等中基性火山岩含量较低，因此营城组火山岩不太可能是玄武质岩浆结晶分异的产物[24]。

松辽盆地北部、东南缘以及南部营城组流纹岩的εHf(t)全部为较高的正值(4.62~12.46)，表明本区营城组岩浆来源较深，同时具有明显的地幔组分[25-26]。A型花岗岩是压力低于0.8 GPa的低压环境中花岗岩熔融的产物，多产于地壳伸展减薄的构造背景，可能是地壳减薄导致的地幔上涌带来的热使下地壳发生部分熔融。研究区营城组流纹岩属A型流纹岩的A1亚类，为非造山环境火山岩，因此本区火山岩浆应为先存的地壳在上地幔上涌过程中部分熔融的产物。上地幔局部熔融形成的玄武质岩浆发生底侵作用，使地壳岩石发生熔融产生壳源酸性岩浆，幔源的玄武质岩浆与壳源酸性岩浆发生混合作用，形成盆地早白垩世广泛分布的中酸性火山岩。

4.2 构造环境

盆地内部发育的火山岩是研究盆地形成环境和探讨盆地发展演化动力学特征的重要线索[27]。log τ-log σ(图 6)关系表明，营城组火山岩处于俯冲消减带。通常与俯冲作用有关、发育于活动陆缘或岛弧环境的火山岩具有钙碱性分异趋势，在俯冲带发育的火山岩中，具有成因相关性的岩石岩浆演化时K2O质量分数会随SiO2质量分数增加而逐渐增加，而TFeO、Al2O3、TiO2、MgO和CaO则相应减少，火山岩主量元素对SiO2的变异特征反映一种非线性连续熔融分异的岩浆演化趋势，是俯冲带发育的典型火山岩的变异特征[13]。营城组火山岩属钙碱性系列，主量元素与SiO2间即具有类似变异特征，具有与岛弧系列火山岩相似的岩浆演化特征，表明其与板块俯冲作用相关。

A.板内稳定区火山岩；B.消减俯冲带火山岩；C.由A，B区演化的碱性火山岩。底图据文献[28]。 图 6 松辽盆地北部营城组火山岩log τ-log σ关系 Fig. 6 Relation of log τ-log σ of volcanic rocks from Yingcheng Formation, northern Songliao basin
图选项

火山岩的REE型式受控于源岩的REE地球化学特征和岩浆演化过程中矿物-熔体的平衡。营城组火山岩总体上呈现出地壳物质的稀土型，所有样品的REE丰度较高，表明其经历了强烈的分馏过程。流纹岩、安山岩和粗安岩样品普遍具有Eu负异常和轻稀土元素(LREE)相对富集的特点，而Eu高负异常反映岩浆源经历了陆壳或岛弧玄武岩重熔，且营城组流纹岩样品稀土配分曲线右倾并呈现大的“V”字形谷，表明原始岩浆在演化过程中经历了斜长石的分离结晶作用，而斜长石和磁铁矿是与俯冲作用有关的岩浆演化的分离结晶相，进一步表明营城组火山岩与板块俯冲作用有关。同时，构造环境判别图解(图 7)投点表明，营城组火山岩形成于板内环境，因此营城组火山岩应形成于板块俯冲环境中的主动大陆边缘环境。

ORG.洋中脊花岗岩；Syn-COLG.同碰撞花岗岩；VAG.火山弧花岗岩；WPG.板内花岗岩。底图据文献[29]。 图 7 松辽盆地北部营城组火山岩构造判别图解 Fig. 7 Tectonic discrimination diagram of volcanic rocks from Yingcheng Formation, northern Songliao basin
图选项

松辽盆地所处的松嫩—张广才岭微地块位于中亚构造带东段，先后经历了古生代古亚洲洋板块和早中生代古太平洋板块的演化阶段，随着中三叠世古亚洲洋的最终闭合，中国东北进入环太平洋构造体系和蒙古—鄂霍茨克海的叠加与改造。虽然早白垩世东北地区发生大规模岩石圈减薄，处于伸展构造环境已成为共识，但该伸展构造体制与何种构造体制有关还存在着争议，如与环太平洋板块的俯冲有关、与兴蒙造山带的造山后演化有关[30]、与伸展作用为主的地幔柱构造或陆内体系有关[31]。其中，尤以晚中生代古太平洋板块向东亚大陆斜向高速俯冲和蒙古—鄂霍茨克海自西向东剪刀差式闭合，对早白垩世东北地区广泛分布的火山岩与东北地区独特的盆山构造组合的控制最为重要。随着中侏罗世末期中国东北与鄂霍茨克缝合带的缝合，中国东北及蒙古中东部进入板内构造演化体制。晚侏罗世(160~140 Ma)，鄂霍茨克洋闭合后发生俯冲，大洋板片断离，引起缝合带附近地幔物质上涌，在造山后伸展作用下岩石圈伸展减薄，地表也进入初始断陷阶段，在地表形成一系列断陷盆地。有学者认为，这一作用影响最远可达松辽盆地西部和华北地块北缘，强调蒙古—鄂霍茨克洋闭合后的造山带崩塌是形成松辽盆地的主要原因[32]。而营城组火山岩形成于116~110 Ma，时间上晚于蒙古—鄂霍茨克洋闭合，且关于蒙古—鄂霍茨克洋向南俯冲的影响最远仅见于大兴安岭北麓，远未波及松辽盆地[33]。中国东北早白垩世火山分布范围极广，因此很难将盆地早白垩世大规模火山活动归结为蒙古—鄂霍茨克洋闭合后造山带崩塌。

东北、胶东、华南等中国东部地区呈北东向大面积分布的早白垩世花岗岩和流纹岩，应受控于东部的环太平洋体系。受太平洋超地幔柱活动影响，古太平洋板块以30 cm/a的速度向正北斜向俯冲于东亚大陆之下，至早白垩世中期(约120 Ma)仍保持20.7 cm/a的高速向NNW向斜向俯冲，造成大洋俯冲板片上岩块越来越重[34]。早白垩世由于俯冲到核幔边缘附近时板片的断离，引起地幔物质大规模上涌，从而引发了松辽盆地岩石圈伸展减薄和大规模的岩浆作用，在中国东北形成广泛的中酸性火山喷发作用(图 8)。随着大规模酸性火山岩喷发活动结束，早白垩世晚期软流圈深部状态重新趋于平衡，软流圈顶面不再继续抬升，地表的伸展作用快速减弱，断裂的活动性急剧下降，沉积盆地进入“填平补齐”的演化阶段。锆石测年研究也表明，盆地内火山活动自南向北也存在明显的迁移过程[8, 10]，这与古太平洋板块NNW向斜向俯冲是一致的。因此，松辽盆地内火山活动受控于古太平洋板块板块的俯冲拆沉和后撤作用，是晚侏罗世古太平洋板块对东亚大陆边缘俯冲及地幔上涌引起地壳拉张减薄形成的。

图 8 松辽盆地晚侏罗世—早白垩世区域板块构造模式 Fig. 8 Regional palte tectonics mode of Songliao basin in Late Jurassic-Early Cretaceous
图选项
5 结论

1) 松辽盆地北部营城组流纹岩具有高硅、铝，富碱，低铁、镁的特征，属高钾钙碱性岩系和钾玄质系列岩系，富集大离子亲石元素(Pb、U、Th)和高场强元素(Ta、Hf、Zr)，而亏损Sr、Ba和Eu，表明营城组火山岩是同源岩浆演化的结果，其中酸性岩在喷发前经历了较强的岩浆分异作用。

2) 松辽盆地北部营城组以酸性流纹岩为主，局部见少量英安岩、安山岩和玄武岩等中基性岩，营城组岩浆应为先存的地壳在上地幔上涌过程中部分熔融的产物，玄武岩岩浆发生底侵作用，使地壳岩石发生熔融产生壳源酸性岩浆，幔源的玄武岩岩浆与壳源酸性岩浆发生混合作用，形成盆地早白垩世广泛分布的中酸性火山岩。

3) 研究区营城组火山岩形成于板内环境，具有与俯冲作用有关、发育于活动陆缘或岛弧环境的火山岩类似的岩浆演化特征，推测营城组火山岩应形成于板块俯冲环境中的主动大陆边缘环境，认为松辽盆地北部早白垩世火山活动可能是古太平洋板块向北北西方向高速俯冲导致地壳岩石圈减薄、地幔物质上涌的的产物。

参考文献
[1]
宋立忠, 赵泽辉, 焦贵浩, 等. 松辽盆地早白垩世火山岩地球化学特征及其构造意义[J]. 岩石学报, 2010, 26(4): 1182-1194.
Song Lizhong, Zhao Zehui, Jiao Guihao, et al. Geochemical Characteristics of Early Cretaceous Volcanic Rocks from Songliao Basin, Northeast China, and Its Tectonic Implication[J]. Acta Petrologic Sinica, 2010, 26(4): 1182-1194.
[2]
闫全人, 高山林, 王宗起, 等. 松辽盆地火山岩的同位素年代、地球化学特征及意义[J]. 地球化学, 2002, 31(2): 169-179.
Yan Quanren, Gao Shanlin, Wang Zongqi, et al. Geochronology and Geochemistry of Volcanic Rocks from the Songliao Basin and Their Implication[J]. Geochemical, 2002, 31(2): 169-179. DOI:10.3321/j.issn:0379-1726.2002.02.008
[3]
朱勤文, 路凤香, 谢意红, 等. 大陆边缘扩张型活动带火山岩组合:松辽盆地周边中生代火山岩研究[J]. 岩石学报, 1997, 13(4): 551-562.
Zhu Qinwen, Lu Fengxiang, Xie Yihong, et al. Volcanic Rocks Assemblages in Active Belt of Spreading Type in Continental Margin:Study on Mesozoic Volcanic Rocks Around Songliao Basin[J]. Acta Petrologic Sinica, 1997, 13(4): 551-562. DOI:10.3321/j.issn:1000-0569.1997.04.009
[4]
王清海, 许文良. 松辽盆地形成与演化的深部作用过程:中生代火山岩探针[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2003, 33(1): 37-42.
Wang Qinghai, Xu Wenliang. The Deep Process of Formation and Evolution of Songliao Basin:Mesozoic Volcanic Rock Probe[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2003, 33(1): 37-42.
[5]
葛荣峰, 张庆龙, 王良书, 等. 松辽盆地构造演化与中国东部构造体质转换[J]. 地质论评, 2010, 56(2): 180-195.
Ge Rongfeng, Zhang Qinglong, Wang Liangshu, et al. Tectonic Evolution of Songliao Basin and the Prominent Tectonic Regime Transition in Eastern China[J]. Geological Review, 2010, 56(2): 180-195.
[6]
张元高, 陈树民, 张尔华, 等. 徐家围子断陷构造地质特征研究新进展[J]. 岩石学报, 2010, 26(1): 142-148.
Zhang Yuangao, Chen Shumin, Zhang Erhua, et al. The New Progress of Xujiaweizi Fault Depression Characteristics of Structural Geology Research[J]. Acta Petrologic Sinica, 2010, 26(1): 142-148.
[7]
赵书跃, 韩彦东, 朱春燕, 等. 大兴安岭火山喷发带北段中性、中酸性火山岩地球化学特征及其地质意义[J]. 地质力学学报, 2001, 10(3): 276-287.
Zhao Shuyue, Han Yandong, Zhu Chunyan, et al. Geochemical Characteristics and Geological Significance of Intermedicate and Intermediate-Acid Volcanic Rocks in the Northern Sector of the Da Hinggan Volcanic Eruption Zone[J]. Journal of Geomechanics, 2001, 10(3): 276-287.
[8]
章凤奇, 程晓敢, 陈汉林, 等. 松辽盆地东南缘晚中生代火山事件的锆石年代学与地球化学制约[J]. 岩石学报, 2009, 25(1): 39-54.
Zhang Fengqi, Cheng Xiaogan, Chen Hanlin, et al. Zircon Chronological and Geochemical Constraints on the Late Mesozoic Volcanic Events in the Southeastern Margin of the Songliao Basin, NE China[J]. Acta Petrologic Sinica, 2009, 25(1): 39-54.
[9]
Feeley T C, Dungan M A. Compositional and Dynamic Controls on Mafic-Silicic Magma Interactions at Continental Arc Volcanoes:Evidence from Cordon El Guadal, Tatara-San Pedro Comples, Chile[J]. Journal of Petrology, 1996, 37(6): 1547-1577. DOI:10.1093/petrology/37.6.1547
[10]
章凤奇, 庞彦明, 杨树锋, 等. 松辽盆地北部断陷区营城组火山岩锆石SHRIMP年代学、地球化学及其意义[J]. 地质学报, 2007, 81(9): 1248-1258.
Zhang Fengqi, Pang Yanming, Yang Shufeng, et al. Geochronlogy of Zircon SHRIMP, Geochemistry and Its Implication of the Volcanic Rocks from Yingcheng Formation in Depressionarea, North of Songliao Basin[J]. Acta Geologica Sinica, 2007, 81(9): 1248-1258. DOI:10.3321/j.issn:0001-5717.2007.09.010
[11]
孟凡超, 刘嘉麟, 李明, 等. 松辽盆地徐家围子营城组流纹岩地球化学特征及构造指示意义[J]. 岩石学报, 2010, 26(1): 227-241.
Meng Fanchao, Liu Jiaqi, Li Ming, et al. Geochemistry and Tectonic Implication of Rhyolites Feom Yingcheng Formation in Xujiaweizi, Songliao Basin[J]. Acta Petrologica Sinica, 2010, 26(1): 227-241.
[12]
Wang P J, Chen F K, Chen S M, et al. Geochemical and Nd-Sr-Pb Isotopic Composition of Mesozoic Volcanic Rocks in the Songliao Basin, NE China[J]. Geochemical Journal, 2006, 40(2): 149-159. DOI:10.2343/geochemj.40.149
[13]
Rollison M P, Clemens J D. Origin of High-Postassium, Talcalkaline, Ⅰ-Type Granitoids[J]. Geology, 1993, 21(9): 825-828. DOI:10.1130/0091-7613(1993)021<0825:OOHPTA>2.3.CO;2
[14]
Boynton W V.Geochemistry of the Rare Earth Elements: Meteorite Studies[C]//Henderson P. Rare Earth Element Geochemistry.New York: Elsevier Science Publications B V, 1984: 63-114.
[15]
Sun S S, MacDonough W F. Chemical and Isotopic Systematics of Oceanic Basalts:Implications for Mantle Composition and Processes[J]. Geological Society, London, Special Publishions, 1989, 42(1): 313-345. DOI:10.1144/GSL.SP.1989.042.01.19
[16]
Miller J A, Harris C. Petrogenesis of Swaziland and Northern Nata Rhyolites of the Lebombo Rifted Volcanic Margin, South East Africa[J]. Journal of Petrology, 2007, 48(1): 185-218.
[17]
高晓峰, 郭峰, 范蔚茗, 等. 南兴安岭晚中生代中酸性火山岩的岩石成因[J]. 岩石学报, 2005, 21(3): 737-748.
Gao Xiaofeng, Guo Feng, Fan Weiming, et al. Orgin of Late Mesozoic Intermediate-Felsic Volcanic Rocks from the Northern Da Hinggan Mountain, NE China[J]. Acta Petrologica Sinica, 2005, 21(3): 737-748.
[18]
Grove T L, Donnelly J M. The Evolution of Young Silicic Lavas at Medicine Lake Volcano, California:Implications for the Origin of Compositional Gaps in Calc-Alkaline Series Lavas[J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 1986, 92: 281-302. DOI:10.1007/BF00572157
[19]
Hochstaedter A G, Gill J B, Morris J. Volcanism in the Sumisu Rift:Ⅱ:Subduction and Non-Subduction Related Componenets[J]. Earth Planetary Science Letters, 1990, 100: 195-209. DOI:10.1016/0012-821X(90)90185-Z
[20]
Bullen T D, Clynne M A. Trace Element and Isotopic Constraints on Magmatic Evolution at Lassen Volcanic Center[J]. Journal of Geophysical Research, 1990, 95: 19671-19691. DOI:10.1029/JB095iB12p19671
[21]
李伍平, 李献华. 燕山造山带中段晚侏罗世中酸性火山岩的成因及其意义[J]. 岩石学报, 2004, 20(3): 501-510.
Li Wuping, Li Xianhua. Petrogenesis and Its Implication for the Middle-Late Jurassic Intermediate-Acidic Volcanic Rocks in the Middle Section of Yanshan Orogen[J]. Acta Petrologica Sinica, 2004, 20(3): 501-510.
[22]
Wilson M. Magmatism and Geodynamics of Basin Formation[J]. Sedimentary Geology, 1993, 86(1/2): 5-29.
[23]
孟凡超, 路玉林, 刘嘉麒, 等. 松辽盆地营城组两类酸性火山岩地球化学特征与成因[J]. 岩石学报, 2013, 29(8): 2731-2745.
Meng Fanchao, Lu Yulin, Liu Jiaqi, et al. Geochemical Characteristics and Petrogenesis of Two Types of Acid Volcanic Rocks from Yingcheng Formation in Songliao Basin[J]. Acta Petrologica Sinica, 2013, 29(8): 2731-2745.
[24]
王腾飞, 程日辉, 沈艳杰. 松辽盆地东南缘营城组流纹岩类型及其在火山岩地层分析中的意义[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2014, 44(1): 45-55.
Wang Tengfei, Cheng Rihui, Shen Yanjie. Classification of Rhyolite from Yingcheng Formation and Its Significance for Volcanic Stratigraphy Analysis in Southeastern Uplift of Songliao Basin[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2014, 44(1): 45-55.
[25]
邵济安, 张履桥, 牟保磊. 大兴安岭中生代伸展造山过程中的岩浆作用[J]. 地学前缘, 1999, 6(4): 339-345.
Shao Ji'an, Zhang Lüqiao, Mou Baolei. Magmatism in the Mesozoic Extending Orogenic Process of Da Hinggan Mts[J]. Earth Science Frontiers, 1999, 6(4): 339-345. DOI:10.3321/j.issn:1005-2321.1999.04.017
[26]
温升福, 刘曼丽, 刘玮, 等. 松辽盆地长岭断陷中基性火山岩的时代与其成因[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2013, 43(6): 1762-1771.
Wen Shengfu, Liu Manli, Liu Wei, et al. Geochronolgy and Petrogenesis of Intermediate-Basic Volcanic Rocks from Changling Depression in the Songliao Basin[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2013, 43(6): 1762-1771.
[27]
孟凡超, 刘嘉麒, 崔岩, 等. 中国东北地区中生代构造体制的转变:来自火山岩时空分布与岩石组合的制约[J]. 岩石学报, 2014, 30(12): 3569-3586.
Meng Fanchao, Liu Jiaqi, Cui Yan, et al. Mesozoic Tectonic Regimes Transition in the Northeast China:Constriants from Temporal-Spatial and Association of Volcanic Rocks[J]. Acta Petrologica Sinica, 2014, 30(12): 3569-3586.
[28]
Rittmann A. The Probable Origin of High-Alumina Basalts[J]. Bulletin Volcanologique, 1970, 34(2): 414-420. DOI:10.1007/BF02596765
[29]
Pearce J A, Harris N B W, Tindle A G. Trace Element Distribution Diagram for the Tectonic Interpretation of Granitic Rocks[J]. Journal of Petrology, 1984, 25: 956-983. DOI:10.1093/petrology/25.4.956
[30]
曾维顺, 周建波, 董策, 等. 蒙古-鄂霍茨克洋俯冲的记录:额尔古纳地区八大关变质杂岩的证据[J]. 岩石学报, 2014, 30(7): 1948-1960.
Zeng Weishun, Zhou Jianbo, Dong Ce, et al. SubductionRecord of Mongol-Okhotsk Ocean:Constrains from Badaguan Metamorphic Complexes in the Erguna Massif, NE China[J]. Acta Petrologic Sinica, 2014, 30(7): 1948-1960.
[31]
林强, 葛文春, 孙德有, 等. 中国东北地区中生代火山岩的大地构造意义[J]. 地质科学, 1998, 33(2): 129-139.
Lin Qiang, Ge Wenchun, Sun Deyou, et al. Tectonic Significance of Mesozoic Volcanic Rocks in Northeastern China[J]. Scientia Geologica Scinica, 1998, 33(2): 129-139.
[32]
Xu W L, Ji W Q, Pei F P, et al. Triassic Volcanism in Eastern Heilongjiang and Jilin Proviences, NE China:Chronology, Geochemistry, and Tectonic Implications[J]. Journal of Asian Earth Sciences, 2009, 34(3): 392-402. DOI:10.1016/j.jseaes.2008.07.001
[33]
许文良, 王枫, 裴福萍, 等. 中国东北中生代构造体制与区域成矿背景:来自中生代火山岩组合时空变化的制约[J]. 岩石学报, 2013, 29(2): 339-353.
Xu Wenliang, Wang Feng, Pei Fuping, et al. Mesozoic Tectonic Regimes and Regional Ore-Forming Background in NE China:Constraints from Spatial and Temporal Variations of Mesozoic Volcanic Rock Associations[J]. Acta Petrologic Sinica, 2013, 29(2): 339-353.
[34]
Maruyama S, Isozaki Y, Kimura G, et al. Paleogeographic Maps of the Japanese Islands:Plate Tectonic Synthesis from 750 Ma to the Present[J]. Island Arc, 1997, 6(1): 121-142. DOI:10.1111/iar.1997.6.issue-1
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180147
吉林大学主办、教育部主管的以地学为特色的综合性学术期刊
0

文章信息

周翔
Zhou Xiang
松辽盆地北部营城组火山岩地球化学特征及地质意义
Geochemistry and Tectonic Implication of Volcanic Rocks of Yingcheng Formation in Northern Songliao Basin
吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(4): 1001-1014
Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2019, 49(4): 1001-1014.
http://dx.doi.org/10.13278/j.cnki.jjuese.20180147

文章历史

收稿日期: 2018-06-06

相关文章

工作空间