1 研究背景

长白山天池火山坐落于延边朝鲜族自治州安图县境内，位于华北克拉通北部东缘，紧邻敦化—密山走滑深大断裂带东侧，属于欧亚板块与太平洋板块相互作用的活动大陆边缘构造环境，其火山喷发演化过程经历了造高原阶段、造盾阶段、造锥阶段和千年大喷发阶段（Xu et al，2023）。前人对长白山地区中酸性岩研究大多集中于千年大喷发产物的年代学和岩石地球化学研究，而对造锥期中更新世粗面岩的研究较少，且缺乏系统性，如岩相学、矿物学、成岩时代、岩石成因类型和成岩地球动力学等方面，一定程度上制约了人们对长白山天池火山造锥期中酸性岩浆喷溢作用的认识。

2 研究内容

基于上述存在的科学问题，在相关天池火山基金项目的支持下，以天池火山区聚龙温泉西南部出露的中更新世粗面岩为研究对象，采用高精度的锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素测年以及全岩主量、微量元素地球化学和Sr-Nd-Pb同位素测试，对粗面质岩浆作用过程及喷发地球动力学机制进行了系统性探讨与研究。

3 研究结果 3.1 岩相学特征

研究区内出露的粗面岩以岩席状或似层状产出。手标本呈浅灰色，粗面结构。矿物多以自形或半自形为主，斑晶主要为透长石（5—10 vol%）、正长石（5—10 vol%）和斜长石（5 vol%）以及少量钠长石、石英和角闪石（5—10 vol%），基质矿物主要为碱性长石（55—60 vol%），副矿物可见磁铁矿、磷灰石、Fe-Ti氧化物和锆石（＜5 vol%）。本文样品点在火山岩TAS分类图解中均落入粗面岩范围[图 1（a）]，地球化学分类命名与野外、室内岩相观察一致。

3.2 成岩时代

研究区粗面岩的锆石晶型为自形，长度100—220 μm，长宽比为2∶1—1∶1，有明显的韵律振荡环带，Th/U值为0.9—9.3，显示出岩浆锆石的特征。实验测定的锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb同位素谐和年龄为0.345 8±0.009 2 Ma，反映了粗面岩的最新结晶时间。因此，研究区粗面岩的成岩时代应归属为中更新世晚期。

3.3 岩石地球化学结果 3.3.1 主量元素。

全岩主量元素具有较高的SiO₂（63.02—64.39 wt.%）、Al₂O₃（15.45—15.80 wt.%）、Na₂O（5.85—6.05 wt.%）和K₂O（5.74—5.90 wt.%）含量，而MgO（0.12—0.13 wt.%）、MnO（0.10—0.12 wt.%）和P₂O₅（0.06 wt.%）含量较低，全碱（Na₂O + K₂O）含量（11.59—11.95 wt.%）和碱度率（AR = 6.00—6.50）值较高。在K₂O—SiO₂图解[图 1（b）]中，样品点均属钾玄岩范围；在SiO₂—AR图解[图 1（c）]和A/NK—A/CNK图解[图 1（d）]中，样品点均落入过碱性、过碱质岩石系列范围内。因此研究区粗面岩具有钾质、过碱质、过碱性系列的火山岩石特征。

3.3.2 微量、稀土元素。

研究区粗面岩中相对富集大离子亲石元素（LILE；如Rb、K和Pb等）和高场强元素（HFSE；如Th、U、Nb和Ta等），10 000×Ga/Al值（3.97—4.06）相对较低。轻稀土元素富集，重稀土元素亏损（LREE/HREE = 10.24—10.62，(La/Yb)_N = 13.88—15.41），具有显著的负Eu异常值（δEu = 0.13），指示岩浆源区或演化过程中发生了明显的斜长石分离结晶作用。

3.4 粗面质岩浆作用过程

研究区粗面岩的微量元素蛛网图和稀土元素配分模式图表现出Ba、Sr、Ti、P和Eu元素的亏损，指示了岩浆作用过程以透长石、正长石、Fe–Ti氧化物、磷灰石和斜长石的分离结晶作用为主，这与研究区样品的岩相学特征相符合。粗面岩的Pb同位素组成（²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb = 17.569—17.806，²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb = 15.518—15.544, ²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb = 37.891—38.150）与长白山火山区玄武质火山岩的Pb同位素组成（图 2）相近。因此，我们认为天池火山区粗面岩是由演化程度较低的玄武质岩浆分异结晶形成的，二者具有相似的成岩物质来源。但粗面岩的εNd(t)值（0.96—2.93）为正，初始（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）_i值（0.708 49—0.709 14）较高，说明有地壳物质加入。（¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd）_i值（0.512 687—0.512 788）明显高于0.512 2，排除了岩浆源区存在沉积物质的可能性。

在主量元素哈克图解中，研究区粗面岩的Al₂O₃、TiO₂、FeO、MgO、Na₂O+K₂O、MnO₂、P₂O₅含量与长白山火山区更新世—全新世粗面岩的变化趋势相同，这些趋势表明岩浆源区存在正长石和斜长石的分离结晶作用。研究区粗面岩的P₂O₅和TiO₂含量较低可能与磷灰石和Fe-Ti氧化物的分离结晶有关。低的δEu值（0.13）和Ba/Sr值也表明了斜长石、正长石和黑云母的分离结晶。这些岩浆分离结晶生成的矿物相与我们在研究区粗面岩中观察到的以透长石、正长石、斜长石、黑云母、钠长石和磷灰石为主的矿物组合相一致。

3.5 粗面质岩浆喷发地球动力学机制

研究区粗面岩具有较高的K₂O/Na₂O（0.97—0.98）和AR（6.00—6.50）值以及较低的A/CNK（0.91—0.93）值，Ba、Sr、P、Ti亏损，Nb、Ta、Zr、Hf富集。这些特征和俯冲相关的中酸性火山岩的地球化学特征不同，后者表现出低的K₂O/Na₂O值，富集Rb、Ba、Sr，亏损Nb、Ta。因此，天池火山粗面岩的地球化学特征与裂谷型或热点型碱性岩更为相似，这也与中国东北部更新世时期的板内火山喷发地球动力学机制相符合。

4 结束语

（1）天池火山区聚龙温泉西南部出露的粗面岩成岩年龄为0.345 8±0.009 2 Ma，成岩时代归属为中更新世晚期。

（2）研究区中更新世粗面岩是玄武质岩浆分异结晶形成的，并且受到上地壳物质的混染。

（3）天池火山粗面岩的地球化学特征与裂谷型或热点型碱性岩更为相似，与中国东北部更新世时期的板内火山喷发地球动力学机制相符合。

感谢中国地质大学（北京）、吉林大学、中国科学院地质与地球物理研究所、中国地质科学院和核工业北京地质研究院等科研院所老师对本研究中的高精度年代学分析和地球化学实验分析提供的支持与帮助。