0 引言

辽西义县组一直是研究的热点问题。对于义县组火山岩的研究，前人已做了许多工作，尤其在同位素^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]}及地球化学方面^{[8, 11, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21]}已经取得了很深的认识。前人^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14]}对义县组的时代归属已经达成共识，为早白垩世,但前人对辽西义县组火山岩的研究仅主要集中在义县——北票——四合屯^{[1, 2, 3, 4, 6, 7, 14, 15, 16, 17, 22, 23]}、彰武——阜新^{[13, 24, 25]}、凌源——建昌^{[5, 8, 9, 10, 11, 12]}等地区，分布在不同盆地中的义县组火山岩基本都有高精度年代学数据的制约，而对建平马场地区火山岩年代学及成因尚缺乏研究。

1.1 区域地质背景

辽西地区地处华北板块北部中段、燕山构造带的东北部，同时又是中生代濒太平洋构造带的一部分，在中生代该地区发生了明显的火山活动。作为中生代火山岩代表，辽西义县组火山岩规模宏大，出露面积约为6 000 km²，在辽西的多个火山-沉积盆地中出露，以火山岩为主(约占94%)^[4]。马场地区分布着大面积的火山岩，前人对于本区的火山岩研究认为其属于晚侏罗世吐呼噜组及早白垩世大凌河组 辽宁地质局第二区域地质测量队二分队.内蒙古1∶20万敖汉旗幅区域地质调查报告.呼和浩特:内蒙古自治区地质局，1967. 。笔者通过在本区开展区域地质调查，将这些火山岩划归为义县组。

笔者对马场地区义县组火山岩进行了剖面测制，代表性剖面为小北山——四分地、赵家窝铺——井上及小康家窝铺——小五家3个剖面。根据岩性组合将本区义县组火山岩分为早期、中期、末期3个亚期。早期：为沉积——喷发——溢流相，由底砾岩夹砂岩、流纹质晶屑凝灰岩、流纹质熔结(含角砾)晶屑凝灰岩及流纹岩组成,流纹质晶屑凝灰岩平行不整合压盖在底砾岩之上，故确定此期流纹质火山岩为本区义县组第一期的火山活动产物；主要分布在小北山、四分地、赵家窝铺及烧锅地一带。中期：为喷——溢流相，岩性由英安岩、英安质凝灰岩、英安质火山角砾岩、英安质角砾熔岩、英安质集块岩及黑曜岩构成，中期火山活动形成的黑曜岩作为火山通道相侵入早期的流纹岩中;主要分布在小康家窝铺、大康家窝铺一带。晚期：为喷发——火山通道相，岩性为粗安质凝灰岩、粗安玢岩，粗安质凝灰岩喷发不整合压盖在中期英安岩之上;主要分布在小五家一带。

2.1 样品采集及制样

为了确定马场地区义县组火山岩的年限，分别对该地区义县组不同期次火山岩进行了样品采集(图 1，表 1)。样品的破碎和锆石的挑选工作由河北省区域地质调查大队地质实验室完成。镀碳后进行阴极发光扫描电镜显微照相(CL)。锆石的阴极发光(CL)图像(图 2)在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针实验室完成。

图 1 建平马场地质简图及采样位置 Fig. 1 Simplified geological map and isotopic sample locations in the Jianping Machang area

图选项

图 2 马场地区义县组火山岩锆石CL典型显微图像 Fig. 2 Zircon CL microscopic images of volcanic rocks of the Yixian Formation in Machang area

图选项

锆石激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb同位素分析在中国地质大学(北京)MC-LA-ICP-MS上进行。采用193 nm激光剥蚀系统与新型高精度ICP-MS联机的原位分析技术。激光束斑的大小分为36 μm。该仪器以Ar做剥蚀物质的载气。年龄计算以标准锆石91500为外标进行同位素比值校正，标准锆石TEM为监控盲样。元素计算实验采用美国国家标准技术研究院研制的人工合成硅酸盐玻璃标准参考物质NIST610为外标，Si为内标计算，NIST612和NIST614为监控盲样。U-Pb分析普通铅校正采用Anderson的方法，其年龄计算采用国际标准程序ISOPLOT3.0计算。实验过程参见文献^{[26, 27, 28]}。

PM109-8-1样品为流纹岩，斑状结构，基质为霏细结构；斑晶粒度0.1~3.0 mm，其中黑云母体积分数5％，斜长石体积分数8％，钾长石体积分数1％，石英体积分数1％；基质由霏细-隐晶质长石和石英组成；岩石绢云母化、沸石化、铁化作用明显。此样品锆石较为单一，以柱状为主，长短轴比为1.5～4，振荡环带发育，锆石的Th/U值比较高，除去一个点为0.21外,其余点为0.46~1.93，说明其为岩浆锆石^{[29, 30]}。有23个样品测点，校正后具体分析除去远离²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和线或远离加权平均值的1、7、8、12、17、18、22共7个测点的数据后(表 2)，其余样品点的谐和性较好(图 3A)，其加 权平均年龄为(127.7±1.8)Ma，MSDW=1.9。

图 3 建平马场地区义县组样品激光ICP-MS锆石U-Pb谐和图 Fig. 3 Zircom U-Pb concord diagram of samples from the Yixian Formation in Jianping Machang area

图选项

D1034-1样品为流纹岩，斑状结构，基质为霏细结构；斑晶粒度0.4～2.5 mm，其中石英体积分数1％～2％，黑云母体积分数4％，斜长石体积分数6％～7％，钾长石体积分数1％；基质由霏细-隐晶质长石和石英组成。此样品中锆石生长较大，以柱状为主，长短轴比为1～3，震荡环带发育，锆石的Th/U值除一个点为0.37外，其余比值为0.49～3.21，为岩浆锆石^{[25, 26]}。有24个样品测试点，校正后分析数据均在²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁷Pb/²³⁵ U谐线附近，谐和性很好(图 3B)，其加权平均年龄为(124.3±1.8)Ma，MSDW=1.3。

D3014样品为黑曜岩，以脉体形式穿插于流纹岩之中，形成环状，岩石具有斑状结构，基质为玻璃质；斑晶粒度0.2～1.5 mm，石英体积分数2％，斜长石体积分数5％，黑云母体积分数1％。此样品锆石较为单一，均为柱状，长短轴比为2～4，震荡环带发育，锆石Th/U值比较高，除去2个点小于0.4外,其余主要为0.65~2.99，说明其为岩浆锆石^{[29, 30]}。有25个样品测试点，其中24个测试点数据变化范围小，数据点成群分布，具有很好的谐和度(图 3C)，指示这些锆石为同一期岩浆事件形成的。其中的7号测试点推测为捕获的锆石。本样品加权平均年龄为(122.3±1.4) Ma，MSDW=1.5。

PM113-8-1样品岩性为英安岩，斑状结构，基质具交织结构；斑晶粒度0.4～2.0 mm，其中黑云母斑晶体积分数4％，斜长石体积分数8％，钾长石体积分数2％，石英体积分数1％；基质粒度0.02～0.10 mm，由斜长石、钾长石、黑云母及金属矿物构成；岩石绢云母化、黏土化、铁化作用明显。此样品锆石为短柱状与长柱状，由于长柱状锆石中均有裂隙或气液包裹体，所以本样品均选择干净的短柱状锆石进行测制，震荡环带发育，锆石Th/U值比较高，除去4个点小于0.4外,其余主要为0.45~2.45，说明其为岩浆锆石^{[29, 30]}。本样品具有3个时期的锆石(图 3D)，加权平均年龄分别为(247.6±6.2) Ma(MSDW=0.03)与(161.2±3.4) Ma(MSDW=0.11)，这两期的锆石为岩浆捕获锆石，结果与本区两个时期的侵入岩相匹配(数据另发);火山岩加权平均年龄为(121.8±1.3) Ma，MSDW=0.46。

D2060-1样品岩性为粗安岩，斑状结构，块状构造，发育有柱状节理。斑晶组成：斜长石呈自形——半自形柱状、板柱状，聚斑状，聚片双晶带较宽，弱环带；中长石，部分边缘泥化内部洁净或内部泥化边缘洁净，使环带更清晰，粒径0.8～3.6 mm，体积分数25%。基质以斜长石和钾长石微晶为主，少量黑云母及隐晶石英，长石及石英之间充填长英质隐晶质成分。样品锆石生长比较小，均为长柱状，长短轴比为2～5，振荡环带不是很发育，锆石Th/U值很高，为1.54～3.16，说明其为岩浆锆石^{[29, 30]}。有25个样品测点，校正后具体分析数据中除去捕获的锆石2、3、8、9、15、21、24、25及远离²⁰⁶Pb/²³⁸U-²⁰⁷Pb/²³⁵U谐和线或远离加权平均值的4、13、14等11个测点外(表 2)，其余样品点的谐和性较好(图 3E)，其加权平均年龄为(114.9±1.8)Ma，MSDW=1.4。

3.1 义县组形成时代

2000年以来，随着新技术、新方法的应用，对于义县组时代归属已经发表很多数据^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13]}，越来越多的数据集中在133.6～118.0 Ma，时代为早白垩世。笔者通过对建平马场地区义县组不同类型火山岩进行锆石LA-ICP-MS定年，表明本区义县组火山岩年龄为127.7～114.9 Ma，形成时期为早白垩世，与前人所得结果一致。

前人研究结果显示，义县——北票地区义县组火山岩分为4个亚旋回^{[3, 23]}，与之相对为4个岩性段^{[15, 22, 31]}。王宇林等^[30]对阜新盆地义县组火山岩进行剖面测制，将义县组划分为5个喷发旋回，后新秋——苇子沟地区某些剖面上的喷发旋回Ⅲ、Ⅳ顶部出现了流纹岩或珍珠岩、黑曜岩等酸性熔岩，喷发旋回Ⅴ为安山岩^[24]。

结合剖面测试及锆石测年结果，本区义县组火山岩形成时期分为3段：早期不整合压盖在底砾岩之上的一套酸性流纹质火山岩形成时代为127.7～124.3 Ma；中期英安质火山岩及侵出早期流纹质火山岩的火山通道相黑曜岩形成时代为121.8～122.3 Ma；晚期的中性粗安质火山岩形成时代为114.9 Ma。故本区义县组岩性段无论从岩性段还是时代上均可以与其他地区进行对比。本区义县组岩性段相当于阜新——彰武地区的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ旋回；与北票——义县地区的第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ具有可对比性^[3]，但比北票——义县地区多一晚期的粗安质火山岩岩性段。

从以上对比可以看出，本区义县组岩性段出露较义县——北票地区及阜新——彰武地区不全面，缺少义县组最早期的基性岩组合，说明在其他地区的义县组早期基性岩浆活动未在本区发生。本区义县组最早火山活动时间为127.7 Ma。

义县组底部年龄的确定标志着早白垩世大规模火山活动的开始。前人的研究表明，辽西北票——义县地区义县组的底部层位年龄为133.6～131.0 Ma^{[3, 6, 10]}；阜新——彰武盆地北砖城子剖面义县组底部安山岩绝对年龄为(132.3±2.3)Ma^[13]；辽西凌源地区的义县组下部层位(大王杖子层)的年龄为125～122 Ma^{[5, 8]}，而韦忠良等^[10]测得凌源义县组底部大房子层凝灰岩年龄为126.4 Ma。根据岩性对比，本区缺失义县组底部的基性岩段，故本区义县组底部年龄为(127.7±1.8)Ma，流纹质火山岩代表本区义县组最早火山活动的开始。

义县组岩浆活动结束时间是辽西乃至中国东北地区早白垩世大规模岩浆活动结束的年龄^[4]。在义县——北票地区义县组火山岩顶部层位形成的上限年龄为118.9～122.0 Ma^{[3, 4]}。而在阜新——彰武地区早白垩世火山活动最晚期次为粗安岩，其同位素年龄为(115.5±1.5)Ma^[13]。辽西凌源——建昌地区义县组上部英安岩、碱性粗面岩年龄为120 Ma左右^{[11, 12, 13]}。邵济安等^[7]通过对中生代义县组顶部玻基方辉安山岩边缘部分寄主岩浆结晶的锆石LA-ICP-MS U-Pb定年，认为义县组的最晚年龄为116 Ma。本区义县组顶部为一套粗安岩，其年龄为114.9 Ma。

从以上不同地区义县组顶底火山岩年龄对比可以看出，说明辽西凌源地区义县组、建平地区义县组、与北票——义县地区和阜新——彰武地区义县组的顶、底部层位是不等时的。辽西义县组火山活动开始时间为133.6 Ma，马场地区114.9 Ma的粗安岩代表了辽西白垩纪大规模火山活动的结束。

前人研究显示义县组火山岩产于拉张环境^{[4, 11, 14, 18, 19]}。李伍平等^[14]认为其形成于板内岩石圈的不均匀拉伸环境，属于燕山板内造山作用的产物；而张宏福等^[18]认为义县组火山岩是太平洋板块洋壳俯冲作用岩浆混合作用的产物。从锆石测年可以看出，义县组火山岩年代为133.6～114.9 Ma，在130～120 Ma 期间，尤其是在125 Ma左右正是中国东部中生代岩浆作用的高峰期，此高峰期与太平洋板块俯冲作用有关^{[32, 33, 34]}。

据古地磁数据显示，180～85 Ma古太平洋板块朝东亚陆缘俯冲^[35]。中国东北地区不同块体的古地磁测量数据表明，大兴安岭、张广才岭、佳木斯、绥芬河和延边等块体于140 Ma前后发生一次汇聚^[36]。这些古地磁数据表明古太平洋板块与亚洲大陆于晚中生代发生俯冲碰撞的存在。辽西义县组火山岩形成年代为133.6～114.9 Ma，在时间上可以与古太平洋板块NW俯冲消减的动力学背景相匹配。结合相邻地区的赤峰地区早白垩世白音高老组火山岩(年龄为132～138 Ma)^[37]及松辽盆地早白垩世营城组火山岩(年龄为110～120 Ma)^[38]的形成均与古太平洋板块俯冲有关。故本区义县组火山岩形成太平洋板块向欧亚大陆俯冲后的伸展环境中。

1)通过剖面测制，根据岩石组合可将本区义县组火山岩可以分为早、中、晚3期，与相邻的义县——北票、阜新——彰武、凌源——建昌地区的义县组具有可对比性。

2)锆石U-Pb LA-ICP-MS测年结果显示，义县组火山岩形成年龄为127.7～114.9 Ma，时代为早白垩世。

3)与不同地区义县组顶底火山岩年龄对比结果显示，辽西各个地区义县组顶、底界是不等时的；马场地区114.9 Ma的粗安岩代表了辽西地区义县组活动的最晚时期，也代表了辽西白垩纪大规模火山活动的结束的时间。

4)结合区域地磁资料及邻区资料，义县组火山岩年代学显示其形成于太平洋板块向欧亚大陆俯冲后的伸展环境中。