小兴安岭逊克地区第四纪高镁安山岩的岩石学、K-Ar年代学及火山地质特征

引用本文

刘建强, 陈立辉, 钟源, 林蔚涵, 王小均. 2017.小兴安岭逊克地区第四纪高镁安山岩的岩石学、K-Ar年代学及火山地质特征. 岩石学报, 33(1): 31-40 复制到剪切板

Liu JQ, Chen LH, Zhong Y, Lin WH and Wang XJ. 2017. Petrological, K-Ar chronological and volcanic geological characteristics of Quaternary Xunke high-Mg# andesites from the Lesser Khingan Range. Acta Petrologica Sinica, 33(1): 31-40(in Chinese with English abstract) 复制到剪切板

小兴安岭逊克地区第四纪高镁安山岩的岩石学、K-Ar年代学及火山地质特征

刘建强, 陈立辉, 钟源, 林蔚涵, 王小均

南京大学地球科学与工程学院, 内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室, 南京 210023

2016-06-01 收稿; 2016-10-12 改回.

基金项目: 本文受国家自然科学基金项目（41672049）、地震动力学国家重点实验室开放基金课题（LED2016B01）和内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室自主课题（ZZKT-201307）联合资助

第一作者简介: 刘建强, 男, 1988年生, 博士生, 岩石学专业, E-mail:jxcrliujianqiang@163.com

通讯作者: 陈立辉, 男, 1972年生, 教授, 博士生导师, 岩石学专业, E-mail:chenlh@nju.edu.cn

摘要: 黑龙江省小兴安岭北段逊克地区出露大面积的第四纪火山岩，分布面积约3000km²。岩性主要为玄武安山岩和玄武质粗面安山岩，还有少量的粗面安山岩和安山岩。逊克火山岩的SiO₂含量为54.3%~57.4%，MgO含量变化为3.82%~5.80%，镁指数（Mg#=100×Mg/（Mg+Fe²⁺））变化于49.6~57.8之间，属于高镁安山岩。逊克高镁安山岩火山口的位置分布在火山岩区的南面，根据火山岩区南高北低的地势，推测北边的火山岩是由南侧的岩浆向北流动形成的。岩浆流动形成了具有特征性的火山地貌，如沿河谷形成数公里长的石垄以及大面积的翻花熔岩形成的石海景观。火山岩的K-Ar测年结果表明，逊克高镁安山岩可以划分为早更新世（1.12~1.00Ma）和中更新世（0.68~0.25Ma）两期。在第四纪熔岩和河湖相沉积之间还夹有薄层火山灰，推测在岩浆溢流形成大面积熔岩之前有小规模岩浆爆发活动。

关键词: 小兴安岭逊克高镁安山岩 K-Ar年龄

Petrological, K-Ar chronological and volcanic geological characteristics of Quaternary Xunke high-Mg# andesites from the Lesser Khingan Range

LIU JianQiang, CHEN LiHui, ZHONG Yuan, LIM WeyHern, WANG XiaoJun

State Key Laboratory for Mineral Deposits Research, School of Earth Sciences and Engineering, Nanjing University, Nanjing 210023, China

Abstract: The Quaternary Xunke volcanic rocks are located in the northern Lesser Khingan Range, Heilongjiang Province, covering an area of about 3000km². These volcanic rocks are mainly basaltic andesites and basaltic trachyandesites, with minor trachyandesites and andesites. They have high SiO₂ contents (54.3%~57.4%) and Mg# (49.6~57.8) and medium MgO contents (3.82%~5.80%), falling into the scope of high-Mg# andesites (HMAs). Based on the distribution of craters and higher terrain of the southern part of Xunke volcanic field, we speculate that the rocks in the northern part were formed by magma flows from the south. Based on their K-Ar dating (1.12~0.25Ma), the Xunke high-Mg# andesites can be subdivided into two periods:the Early Pleistocene (1.12~1.00Ma) and the Middle Pleistocene (0.68~0.25Ma). Thin layer of volcanic ash was found between these Quaternary lavas and fluviatile-lacustrine facies sediments, which indicates that small-scale magmatic explosion happened before abundant flood lavas formed.

Key words: Lesser Khingan Range Xunke High-Mg# andesites K-Ar dating

中国东部地区分布有大量的新生代火山岩，这些火山岩南起海南岛的北部，北至黑龙江的小古里河(图 1a)，断续分布长达8000余千米，分布面积估计在150000km²以上(包括隐伏于中、新生代盆地中的火山岩)(刘若新, 1992)。东北地区位于我国东部新生代火山岩之最北端，是中国东部新生代火山岩分布面积最大的区域，出露面积达60000km² (图 1b，陈霞玉等, 2014)。东北地区的新生代火山岩主要是沿着松辽盆地的东侧，西侧和北侧分布的(Liu et al., 2001)。东侧的火山岩主要分布在长白山脉地区，包括镜泊湖小北湖火山群、长白山火山群、龙岗火山群以及宽甸火山群。西侧的火山岩主要靠近大兴安岭-太行山重力梯度带及其西侧，从北往南有小古里河火山岩、诺敏河火山群、柴河-哈拉哈河火山群、五岔沟组火山岩以及阿巴嘎-辉腾梁-赤峰火山群。北侧的火山岩主要分布在小兴安岭地区，包括五大连池-二克山-科洛火山群和逊克火山岩(图 1b)。

图 1 中国东部新生代火山岩的分布图(a, 据刘若新，1992)、中国东北新生代火山岩的分布图(b, 据Liu et al., 2001)和小兴安岭逊克地区第四纪高镁安山岩的分布及采样位置图(c, 据黑龙江省地质调查总院, 2014^①修改) Fig. 1 Distribution of Cenozoic volcanic rocks in the eastern China (a, after Liu, 1992), distribution of Cenozoic volcanic rocks in the Northeast China (b, after Liu et al., 2001) and distribution and sampling location of Quaternary lavas from the Xunke volcanic field, Lesser Khingan Range (c)

①黑龙江省地质调查总院.2014.黑龙江省1：50万地质图

近年来，对中国东北地区新生代火山岩的研究主要集中在松辽盆地的东侧(余扬，1987；武殿英，1989；Chen et al., 2003, 2007, 2015；樊祺诚等，2006；张辉煌等，2006；Choi et al., 2006；Wei et al., 2007；闫峻等, 2007；Yan and Zhao, 2008；Zou et al., 2008；Kuritani et al., 2009, 2011；Kuang et al., 2012；Xu et al., 2012；Xu, 2014; Liu et al., 2015; Zhang et al., 2015)。而松辽盆地西侧及北侧的新生代火山岩主要分布在大兴安岭及小兴安岭的原始森林中，由于交通不便和森林覆盖等原因，对地质考察造成了困难，因此对西侧及北侧的火山岩研究程度一直比较低。然而，近十几年来随着林区交通的改善和火山地质公园的建立，一些地质学家开始走进大兴安岭及小兴安岭，并关注这些火山群的分布及其岩石成因(代国良和汉景泰, 2005；马保起等, 2006；邵济安等，2008；赵勇伟等, 2008, 2013；樊祺诚等, 2011, 2012；白志达等，2012；赵勇伟和樊祺诚, 2012；Ho et al., 2013；Zhao et al., 2014a, b; Sun et al., 2014, 2015; Yu et al., 2015; Liu et al., 2016)。本文所研究的逊克火山岩位于小兴安岭火山岩区，归为下更新统的大熊山玄武岩，包括石参山和大寿山等火山群。为了解该区的火山活动历史与演化，我们在火山地质考察的基础上，从火山岩岩石学及K-Ar年代学两个方面，对该区的火山岩进行了研究。

1 地质概况

小兴安岭位于中亚-兴蒙造山带的东段，处于西伯利亚克拉通、华北克拉通和太平洋板块三大板块的交汇区。地理位置为东经127°42′~130°14′，北纬46°28′~49°21′，处于黑龙江省的东北部。逊克第四纪火山岩位于小兴安岭北段，分布在逊克县城以南的区域，地理坐标为东经127°24′12″~129°17′36″，北纬47°58′15″~49°36′12″。境内地形由沿江平原、丘陵坡地、漫岗低地组成。地势南高北低，自北向南呈阶梯缓延升高，直至南部小兴安岭分水岭。熔岩的分布面积为3000km²，逊克火山岩的野外分布特征及样品采样位置见图 1c。

2 逊克火山岩的岩石学特征

本次研究共采集了30块逊克火山岩的手标本样品，岩石较新鲜，为灰黑色到黑色，致密块状或气孔状构造。在显微镜下观察，逊克火山岩以无斑隐晶质结构为主，少量岩石具有斑状结构。具有斑状结构的岩石中，斑晶矿物主要为橄榄石(图 2a)和斜方辉石，含量为3%~5%，自形晶-半自形晶。基质主要由斜长石、橄榄石和辉石微晶以及玻璃质组成，表现为填间结构，即板条状斜长石微晶间的填隙物既有辉石等镁铁质矿物，也有玻璃质或隐晶质(图 2b)。其中斜长石微晶的含量为55%~60%，粒状镁铁质矿物微晶含量为20%左右，玻璃质或隐晶质的含量为20%~25%。在野外和显微镜下观察均未发现岩石中含外来捕掳体或捕掳晶。

图 2 逊克火山岩的显微照片 (a)正交偏光镜下观察逊克火山岩中的橄榄石斑晶(14XK12)；(b)正交偏光镜下观察基质中的填间结构(14XK20) Fig. 2 Representative microphotographs of Xunke volcanic rocks (a) phenocrystic olivine in Xunke volcanic rocks under crossed polarizer (14XK12); (b) matrix interseptal texture of Xunke volcanic rocks under crossed polarizer (14XK20)

主量元素含量在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室配置的ARL9900型X射线荧光光谱仪(XRF)上测试完成。根据标样(GBW-07103和GBW07105)测定值，相对误差在元素丰度>1.0%时为±1%，元素丰度 < 1.0%时为±10%，化学分析结果列于表 1。

表 1 小兴安岭逊克火山岩的主量元素组成(wt%) Table 1 Major element compositions (wt%) of Xunke volcanic rocks, Lesser Khingan Range

样品号	采样地点	SiO₂	TiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃^T	MnO	MgO	CaO	Na₂O	K₂O	P₂O₅	LOI	Total
14XK01	利民地营子西南侧	55.74	1.97	14.96	9.25	0.12	4.67	5.88	3.92	2.17	0.55	0.26	99.48
14XK02	利民地营子北侧	55.35	1.94	14.94	9.36	0.12	5.24	6.28	4.32	2.13	0.51	-0.10	100.10
14XK03	库尔滨河边	55.86	1.89	14.78	9.36	0.12	5.11	6.19	4.19	2.00	0.48	0.02	99.99
14XK06	库尔滨电站	56.95	1.72	15.39	9.00	0.11	4.77	6.01	3.94	1.16	0.33	0.16	99.55
14XK07	台山村	56.31	1.87	14.93	8.88	0.11	4.81	5.73	3.85	2.48	0.52	0.06	99.55
14XK08	千山村村口	55.52	1.95	15.06	9.26	0.12	5.02	5.64	4.14	2.72	0.60	-0.10	99.92
14XK09	枫桦林场	55.47	1.86	14.74	9.07	0.11	5.41	5.96	3.96	2.39	0.53	-0.02	99.48
14XK10	枫桦林场	55.81	1.88	14.75	9.02	0.11	5.55	5.92	4.23	2.44	0.53	-0.22	100.02
14XK11	红星火山地质公园	55.16	2.20	15.10	8.80	0.11	4.67	5.26	3.96	3.45	0.79	-0.02	99.48
14XK12	二皮山北侧	54.05	1.86	15.39	9.62	0.14	5.80	6.52	4.06	1.69	0.45	0.26	99.83
14XK13	二皮河东侧采石场	55.54	1.80	14.89	9.25	0.12	5.59	6.36	4.46	1.92	0.46	0.74	101.12
14XK14	二皮河东侧采石场	55.40	1.82	15.01	9.30	0.12	5.59	6.18	4.18	1.94	0.47	0.16	100.17
14XK15	二皮山西侧公路旁	54.94	2.24	14.76	8.80	0.11	4.29	5.37	4.10	3.39	0.78	0.84	99.61
14XK16	二皮山西侧公路旁	55.77	2.40	14.86	8.42	0.10	3.82	4.86	4.20	4.02	0.95	0.46	99.85
14XK17	宝山电厂	56.14	1.86	14.78	9.47	0.12	5.13	5.96	4.17	2.21	0.48	-0.04	100.27
14XK18	库尔滨河东侧石海	56.18	1.84	14.83	9.43	0.12	5.11	5.98	4.20	2.22	0.49	-0.14	100.25
14XK19	库尔滨河沿岸	55.83	1.85	14.55	9.39	0.12	5.09	5.95	4.02	2.20	0.48	0.02	99.49
14XK20	乌一电厂	55.48	1.91	14.98	9.24	0.11	5.29	6.18	4.10	2.10	0.50	0.36	100.26
14XK21	库尔滨河桥公路旁	56.84	1.96	14.83	9.43	0.11	4.67	5.89	4.03	1.97	0.48	0.14	100.35
14XK22	石景山庄	56.18	1.81	15.11	9.31	0.12	5.37	6.22	4.11	1.67	0.41	0.02	100.32
14XK23	逊比拉河一场渡口	56.71	1.71	15.20	9.51	0.12	4.50	6.25	4.17	1.12	0.29	0.52	100.09
14XK24	松树沟乡政府南侧	55.89	1.84	15.09	9.26	0.11	4.71	6.13	3.98	1.91	0.43	0.38	99.72
14XK25	库尔滨河西侧	57.01	1.79	15.37	9.21	0.12	4.07	6.06	4.16	1.22	0.30	0.22	99.53
14XK26	库尔滨河西岸漫水桥	56.61	1.78	15.23	9.43	0.12	5.17	6.22	4.04	1.53	0.39	-0.27	100.24
14XK27	逊比拉河北镇大桥	56.79	1.71	15.15	9.57	0.12	4.68	6.35	4.12	1.20	0.32	-0.14	99.88
14XK29	乌底河西侧路边	55.74	1.71	15.52	8.55	0.11	5.00	6.56	4.08	1.65	0.40	0.45	99.76
14XK30	逊克农场十六队	56.92	1.74	15.28	9.35	0.12	4.72	6.11	4.05	1.17	0.32	0.20	99.99
14XK31	沿沾河东侧	56.91	1.66	15.34	9.51	0.13	4.89	6.29	4.20	1.00	0.28	-0.23	99.96
14XK32	沾河达西北山北东侧	55.96	1.75	16.32	8.56	0.13	4.95	6.71	4.10	0.81	0.29	0.42	99.99
14XK33	王家馆子东南侧	56.80	1.70	15.14	9.49	0.12	4.60	6.41	3.85	1.17	0.31	0.40	99.99

表 1 小兴安岭逊克火山岩的主量元素组成(wt%) Table 1 Major element compositions (wt%) of Xunke volcanic rocks, Lesser Khingan Range

我们将火山岩的主量元素组成投在TAS图上(图 3a)。为了便于比较，来自东北地区的钾质火山岩和钠质火山岩，以及五岔沟地区的新生代火山岩同样投在图 3a中。逊克火山岩的SiO₂含量变化为54.3%~57.4%，全碱含量(Na₂O+K₂O)变化为4.93%~8.27%，跨越拉斑系列和碱性系列，主要岩性为玄武安山岩和玄武质粗面安山岩，还含有少量的安山岩和粗面安山岩，明显不同于东北新生代的板内钾质火山岩(Zhang et al., 1995)和钠质火山岩(Chen et al., 2007)。而位于大兴安岭中段的五岔沟组火山岩的SiO₂含量变化为54.1%~59.2%，全碱含量(Na₂O+K₂O)变化为3.62%~5.28%，其主要岩性为玄武安山岩和安山岩(Ho et al., 2013)，与逊克火山岩一起构成东北地区的新生代安山质岩浆作用。此外，小兴安岭逊克火山岩和大兴安岭五岔沟组火山岩的Mg# (Mg²⁺/(Mg²⁺+Fe²⁺))分别变化于49.6~57.8和51.0~61.2之间，均属于高镁安山岩的范围(图 3b，Kelemen et al., 1993)。因此，我们首次将逊克火山岩和五岔沟火山岩归类为新生代的板内高镁安山岩。

图 3 中国东北新生代火山岩的主量元素相关图解 (a)东北新生代火山岩的TAS图解(Le Bas et al., 1986); (b)东北新生代火山岩的SiO₂-Mg#相关图解.投图数据：钾质火山岩(Basu et al., 1991; Fan and Hooper, 1991; Liu et al., 1994; Zhang et al., 1995; Hsu and Chen, 1998; Zou et al., 2003; Chen et al., 2007; Chu et al., 2013; Kuritani et al., 2013; Sun et al., 2014; Zhao et al., 2014)；钠质火山岩(Zhou and Armstrong, 1982; Peng et al., 1986; 余扬, 1987; 武殿英, 1989; Basu et al., 1991; Fan and Hooper, 1991; Liu et al., 1994, 2008; Hsu and Chen, 1998; 樊祺诚等, 2006; 张辉煌等, 2006; Chen et al., 2007; 闫峻等, 2007; Yan and Zhao, 2008; 李超等, 2009; Kuritani et al., 2009; Ho et al., 2013)；五岔沟高镁安山岩(Ho et al., 2013; 林蔚涵等，2017)和逊克高镁安山岩(本次研究数据). 图 4投图数据来源同此图 Fig. 3 Correlations of major element compositions for Cenozoic volcanic rocks in Northeast China (a) TAS diagram for Cenozoic volcanic rocks in Northeast China, and classification of alkaline and sub-alkaline series (Le Bas et al., 1986); (b) Correlations of SiO₂ and Mg# for Cenozoic volcanic rocks in Northeast China. The databases plotted are as follows: potassic rocks (Basu et al., 1991; Fan and Hooper, 1991; Liu et al., 1994; Zhang et al., 1995; Hsu and Chen, 1998; Zou et al., 2003; Chen et al., 2007; Chu et al., 2013; Kuritani et al., 2013; Sun et al., 2014; Zhao et al., 2014); sodic rocks (Zhou and Armstrong, 1982; Peng et al., 1986; Yu, 1987; Wu, 1989; Basu et al., 1991; Fan and Hooper, 1991; Liu et al., 1994, 2008; Hsu and Chen, 1998; Fan et al., 2006; Zhang et al., 2006; Chen et al., 2007; Yan et al., 2007; Yan and Zhao, 2008; Li et al., 2009; Kuritani et al., 2009; Ho et al., 2013); Wuchagou high-Mg# andesites (Ho et al., 2013 and Lim et al., 2017) and Xunke high-Mg# andesites (this study). The source of data plotted in Fig. 4 is the same as this figure

在MgO与其它主量元素的相关图解(图 4)上，逊克高镁安山岩的MgO的变化范围为3.82%~5.80%，与大兴安岭地区的五岔沟组高镁安山岩的MgO (4.36%~6.78%)含量相近，但明显低于东北新生代的钾质玄武岩和钠质玄武岩(图 4)。研究区逊克火山岩的主量元素组成变化范围不大，Al₂O₃=14.55%~16.32%，Fe₂O₃=8.42%~9.62%，CaO=4.86%~6.71%，K₂O=0.81%~4.02%，CaO/Al₂O₃=0.33%~0.43%，且它们与MgO之间没有明显的相关关系，表明岩浆从源区到地表过程中演化不明显。尽管逊克火山岩具有较低的MgO含量，但是它们具有较高的Mg#(49.6~57.8)，指示这些高镁安山岩的成分可以代表原始岩浆的特征。

图 4 中国东北新生代火山岩的主量元素SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃^T、CaO、K₂O、CaO/Al₂O₃和MgO之间的相关关系图解 Fig. 4 Variation of SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃^T, CaO, K₂O, CaO/Al₂O₃versus MgO for Cenozoic volcanic rocks in Northeast China

3 逊克高镁安山岩的K-Ar定年结果

对于中、新生代火山岩来说，K-Ar法和Ar-Ar法是最有效的测年方法之一。本文对逊克高镁安山岩的K-Ar测年工作是在中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验完成的。在详细野外地质考察及岩相学观察的基础上，我们选取了新鲜未蚀变的或蚀变微弱的、具有代表性的岩石样品进行K-Ar定年。先将样品粉碎至40~60目(相当于0.45~0.3mm)，然后利用磁选法除去早期结晶的橄榄石或辉石斑晶。由于进行定年的样品比较年轻，为了尽量去除大气Ar的影响，提高放射性成因Ar的相对含量，实验前进行了1h的250℃低温烘烤去气处理。K-Ar法测年分为两部分：钾的测量和氩的测量。K的测量使用HG-5型火焰光度计完成。Ar的测量是在MM1200质谱仪上通过同位素稀释剂法完成的。MM1200质谱仪与全金属萃取系统及纯化系统连接，双真空萃取系统采用电子轰击炉方式加热，包括圣诞树的内真空系统与纯化系统和质谱仪相连通，外真空系统用于电子轰击加热。样品用量在200mg左右，所用稀释剂为99.98%的³⁸Ar。在静态下记录分别⁴⁰Ar，³⁸Ar，³⁶Ar的量，经线性回归计算其初始值，并根据K-Ar年龄公式计算出样品的表面年龄。年龄计算中采用的衰变常数及其他系数为：⁴⁰Ar/³⁶Ar=295.5，λ=5.543×10^-10，λ_β=4.962×10^-10，λ_e=0.581×10^-10，⁴⁰K/K=1.167×10^-10 (Steiger and Jäger, 1977)。逊克7个高镁安山岩样品的采样位置见图 1c，测年结果见表 2。

表 2 小兴安岭逊克高镁安山岩的K-Ar年龄测定结果 Table 2 K-Ar ages of Xunke volcanic rocks, Lesser Khingan Range

K-Ar年龄测定结果表明，逊克高镁安山岩的喷发时间为更新世(1.12~0.25Ma)，属于第四纪岩浆作用的产物，进一步可分为早更新世(1.12~1.00Ma)和中更新世(0.68~0.25Ma)两期火山作用。为了进一步了解东北新生代岩浆作用的时空变化规律，我们统计了整个东北地区出露的新生代火山岩的年龄数据(图 5)。位于松辽盆地西侧(33.17~0.16Ma)和东侧(47.33~0.023Ma)的钠质火山岩的岩浆作用延续时间很长，一直从始新世持续至第四纪(图 5a，b)，并在第四纪时达到顶峰。东北新生代的钾质岩浆作用喷发时间比较晚，主要是在上新世和第四纪时期(4.59~0.025Ma)完成的(图 5c)，其主要分布在大兴安岭的北段(诺敏河)和松辽盆地的北侧(五大连池-二克山-科洛)(图 1)。东北地区的高镁安山岩的喷发主要分为两期，分别对应于大兴安岭的五岔沟地区和小兴安岭的逊克地区(图 5d)。大兴安岭五岔沟组高镁安山岩为中新世喷发(10.5~8.0Ma)，而位于小兴安岭逊克地区的高镁安山岩(1.12~0.25Ma)为更新世喷发。大兴安岭地区高镁安山岩的喷发要早于小兴安岭地区，这可能对中国东北板内高镁安山岩的成因研究具有一定的指示意义。

图 5 东北新生代火山岩的喷发年龄统计直方图 (a)松辽盆地西侧的钠质火山岩：阿巴嘎(罗修泉和陈启桐，1990；刘若新, 1992；Ho et al., 2008)、辉腾梁(罗修泉和陈启桐，1990；刘若新, 1992；Ho et al., 2008)、赤峰(罗修泉和陈启桐，1990；韩宝福和王式洸，1998)和哈拉哈-柴河(樊祺诚等，2011；Ho et al., 2013)；(b)松辽盆地东侧的钠质火山岩：长白山(Liu et al., 2001；樊祺诚等，2006；Wei et al., 2007；Kuritani et al., 2009)、抚顺-密山断裂带(Liu et al., 2001)、伊通-依兰断裂带(Liu et al., 2001)和龙岗地区(Liu et al., 2001)；(c)钾质火山岩：五大连池-二克山-科洛(Liu et al., 2001; Zhao et al., 2014)和诺敏河(马保起等，2006；樊祺诚等，2012)；(d)高镁安山岩：五岔沟(Ho et al., 2013)和逊克(刘若新，1992；以及本文数据) Fig. 5 Statistical histograms of eruptive ages for Cenozoic volcanic rocks in Northeast China (a) sodic rocks to the west of the Songliao Basin: Abaga (Luo and Chen, 1990; liu, 1992; Ho et al., 2008), Huitengliang (Luo and Chen, 1990; Liu, 1992; Ho et al., 2008), Chifeng (Luo and Chen, 1990; Han and Wang, 1998) and Halaha-Chaihe (Fan et al., 2011; Ho et al., 2013); (b) sodic rocks to the east of the Songliao Basin: Changbaishan (Liu et al., 2001; Fan et al., 2006; Wei et al., 2007; Kuritani et al., 2009), Fushun-Mishan fault belts (Liu et al., 2001), Yitong-Yilan fault belts (Liu et al., 2001) and Longgang (Liu et al., 2001); (c) potassic rocks: Wudalianchi-Erkeshan-Keluo (Liu et al., 2001; Zhao et al., 2014) and Nuominhe (Ma et al., 2006; Fan et al., 2012); (d) high-Mg# andesites: Wuchagou (Ho et al., 2013) and Xunke (Liu, 1992; and this study)

4 火山地质特征

小兴安岭逊克高镁安山岩所分布的地区具有南高北低的地势特征，并且从地质填图的结果来看火山口的位置都位于南侧，因此推测大面积的岩浆流是从南侧的火山口喷发后向北流动形成的，并形成一些独具特征的火山地貌，如石垄和石海。由于火山区南面的路况不甚理想，交通极其不便，我们在野外工作中没能考察火山口。

(1)石垄

岩浆沿着地势较低的古河道流动时能形成长达数千米的石垄景观。在二皮河东侧的采石场，野外观察到两条东西向的、宽约50m的石垄汇聚成一条宽约100m的石垄(图 6a)。此处出露的火山岩具有块状构造的特征。因此我们推测，尽管逊克火山岩整体上是由大面积的岩浆流由南向北流动形成的，但在局部地区岩浆流有可能沿着古河道从西向东流动的。

图 6 逊克第四纪火山地质特征 (a)二皮河东侧石垄采石场；(b)石景山庄出露大面积的火山岩石海；(c)早期形成的熔岩表层被后期的熔岩流包裹；(d)逊比拉河出露的地层剖面，在第四纪的河湖相沉积与火山岩之间有一薄的火山灰夹层，推测岩浆溢流形成大面积的火山岩之前有岩浆爆发活动 Fig. 6 Geological feathers of Quaternary volcanos in the Xunke area (a) lava quarry in the eastern side of Erpi River; (b) extensive volcanic block lavas in Shijingshanzhuang; (c) the early lava surface layer was encircled by the late magma flow; (d) stratigraphic section near the Xunbila river showing a volcanic ash sandwich between Quaternary fluvial-lacustrine sedimentary strata and volcanic rocks

(2)石海

岩浆在流动过程中，因表面冷却凝固得早，结成厚厚的硬表壳，岩浆继续运动过程中，由于流动挤压而变形，形成了渣状堆积物，进而大面积熔岩翻转破碎，后面的岩浆继续推挤，向前运动，后浪推前浪，于是能够形成翻花石海。石海即是翻花熔岩。在逊克火山岩东侧的宝山电站-白石电站-乌一电站一带以及石景山庄地质公园内(图 6b)出露大面积非常壮观的石海景观。在宝山电厂附近，还能看到岩浆流动的证据(图 6c)，早期形成的熔岩表层被后期的熔岩流包裹。

(3)火山灰

火山碎屑物的发现是岩浆爆发的最直接证据。根据火山碎屑物的大小，可以将其分为火山灰、火山砾、火山渣、火山弹和火山块。火山灰是指由火山喷发出而直径小于2mm的细小火山碎屑物。在逊比拉河北镇大桥南面出露一套第四纪的地层剖面(图 6d)。逊克第四纪火山岩覆盖在第四纪的河湖相沉积物之上，指示了逊克火山岩的喷发较河湖相沉积晚。另外，在第四纪河湖相沉积物与逊克第四纪火山岩之间还夹有一薄层(25~30cm)的火山灰，火山灰呈灰黑色，上覆的火山岩呈致密块状，厚约1.5m，推测岩浆溢流形成大面积的火山岩之前有岩浆爆发的痕迹，但火山喷发的规模较小。

5 东北新生代板内高镁安山岩的首次发现及其重要意义

高镁安山岩是指那些与典型岛弧安山岩相比，具有更高的MgO (>5%)和更低的FeO^T/MgO ( < 1.5)(Tatsumi et al., 2001)，或更高的Mg#(>45)和SiO₂(54%~65%)(Kelemen et al., 1993)以及更高的Ni和Cr含量的一类安山岩。经典的高镁安山岩和大陆地壳具有非常相似的元素组成特征(Kelemen et al., 1993; Kelemen, 1995; Rudnick and Fountain, 1995; Taylor and McLennan, 1995)，例如它们都亏损高场强元素(Nb，Ta)以及含有较高的Ni含量(20×10^-6~200×10^-6)。全球新生代高镁安山岩主要形成于汇聚板块边界，并且大都与年轻的、热的洋壳或洋脊的俯冲作用有关(Kelemen, 1995; Kelemen et al., 2003)。因此，研究高镁安山岩的成因对揭示地球的分异演化、地壳的生长与拆沉，洋壳的俯冲与再循环，以及熔体-地幔间的相互作用具有非常重要的意义。

一般地，与年轻的大洋岩石圈俯冲有关的，形成于板块边界的高镁安山岩通常具有亏损的同位素组成特征(Shimoda et al., 1998；Hanyu et al., 2002)。然而，这种成因模式难以解释那些形成于板内环境的高镁安山岩，因为它们具有富集的Sr-Nd同位素组成特征。中国华北克拉通内部出露大量的中生代的高镁安山岩，这些具有同位素富集特征的高镁安山岩通常被解释为拆沉的古老下地壳部分熔融形成的熔体在上升的过程中与岩石圈地幔橄榄岩的相互作用形成的(Gao et al., 2004；王晓蕊等，2005；黄华等，2007；Xu et al., 2008；王超等，2010；王明梁和唐红峰，2014)。大兴安岭五岔沟地区和小兴安岭逊克地区出露的新生代高镁安山岩，是中国东部新生代板内岩浆作用的重要组成部分，它们的首次报道具有十分重要的意义。五岔沟高镁安山岩同样具有富集的Sr-Nd同位素组成特征(Ho et al., 2013)，不能用年轻的再循环洋壳的熔融来解释，因此其源区物质组成的性质还需进一步探讨。

致谢全岩主量元素分析得到南京大学苏贵贞老师的帮助; K-Ar定年得到中国地震局地质研究所郑德文、李大明和武颖老师的帮助; 两位审稿专家对本文提出了建设性的意见和建议; 在此一并表示衷心的感谢。

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岩石学报 2017, Vol. 33 Issue (1): 31-40	PDF