东北地区新生代火山-侵入岩
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发布时间：2022-04-20 21:39
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东北地区新生代玄武岩及粗面岩广泛分布，在全国范围也是出露最广的，近年又有新生代侵入岩的报道（方文昌，1992）。
（一）火山岩
1.新生代火山岩地质特征概述
东北地区新生代火山岩浆活动始终很活跃，从中生代晚期继续下来，自古近纪古新世始直至全新世以及近代均有火山喷发。已知区内约有690座火山锥和火山口，玄武岩及粗面岩等火山熔岩分布达50000km2。
东北地区新生代玄武岩主要为*裂谷型（刘若新等，1992），按其时代又分为古近纪盆地裂谷和新近纪地堑裂谷玄武岩以及与裂谷作用有关的*溢流玄武岩。其中，在抚顺盆地、下辽河盆地及松辽盆地西南缘的双辽七星山均有古近纪玄武岩。盆地裂谷型玄武岩是地幔底辟而导致地壳裂开形成的。地堑裂谷玄武岩是发育于依兰—伊通和抚顺—密山两条巨大地堑中的玄武岩类，其形成时代主要是中新世。这些玄武岩常覆盖在中新世早期沉积地层和时代与之相当的古夷平面上，形成熔岩台地，如敦化一带。在依兰-伊通断裂内的伊通火山群以中心式喷发形成众多低缓的熔岩丘和火山锥为特征。*溢流玄武岩也主要形成于中新世，主要见于内蒙古赤峰和五叉沟一带。
图2-29 宽甸黄椅山火山地质略图（据解广轰等，1992，改编）
1～5—第一层至第五层玄武岩；6—燕山期花岗岩；7—吕梁期花岗岩；8—第四系
第四纪裂谷玄武岩主要分布于东北周边地带，如长白山、宽甸、图们、镜泊湖、逊克、五大连池、科洛及诺敏河等地。其中长白山是一个从中新世晚期到近代都有火山活动的火山岩区。除玄武岩外，以发育粗面岩、碱流岩而独具特色，构成“双峰”模式。
五大连池和科洛火山群属钾质和超钾质玄武岩类，主要形成于中更新世。其中五大连池火山群由14座火山组成，近代（1719～1712年）喷发形成的老黑山和火烧山两座火山及其喷发产物构成了极为壮美的熔岩喷发、流动形态等火山景观。另一个颇负盛名的镜泊湖第四纪碱性玄武岩，有7个火山口，其玄武质熔岩流堵塞了牡丹江河道，形成了我国最大的火山堰塞湖——镜泊湖。
新生代玄武岩的分布受断裂控制，地貌上多形成熔岩台地和桌状山，有的则为火山锥群，如宽甸。火山群由20座火山锥组成，黄椅山是最大的一个（图2-29）。
新生代火山岩类基本是由玄武岩及粗面岩和火山碎屑物组成的。往往有多次喷发活动，火山韵律发育。如黄椅山火山锥经过5次喷溢4次间断，第一期以大面积玄武岩喷溢为主，构成平缓台地，熔岩流直接覆盖在古老基底和砂砾层上，然后伴有火山碎屑物喷发，以后各期均以火山碎屑物喷发始，以基性熔岩溢流告终。火山碎屑物为熔岩碎块、浮岩、火山弹等。五大连池也是多期次岩浆喷溢的产物，且老黑山等火山锥就是在古熔岩层之上加喷发而成的（樊祺诚等，1999）。在熔岩和火山弹中往往有地幔岩包体和高压巨晶。
2.岩石学特征
有关东北地区新生代火山岩及地幔岩包体和巨晶特征，前人做了详细而深入地研究（鄂莫岚，1987；郑祥身，1984；曲成桂等，1991；方文昌，1976）。限于篇幅，这里只对主要岩石类型做简单描述。
（1）玄武岩类
橄榄玄武岩，分布最广。呈黑色、灰黑色，斑状结构，块状、杏仁状、气孔状构造。斑晶为橄榄石，有时有少量单斜辉石，斜长石极少或不出现。橄榄石（质量分数1%～5%）自形粒状、短柱状，大小为0.3～1.5mm，普遍蛇纹石化、伊丁石化。基质为辉绿结构、交织结构，基质中斜长石为拉长石（An=55）。若斑晶出现单斜辉石和斜方辉石时，则为二辉橄榄玄武岩。
玄武岩，分布亦较广泛。多呈黑色，不含或几乎不含斑晶，为致密块状构造，有时亦见杏仁、气孔构造，以拉斑、间粒、间隐结构为常见。其矿物组成（质量分数，下同）一般是斜长石约占50%，辉石约15%～20%，橄榄石约5%～10%，还有少量金属矿物、火山玻璃等。
若结合岩石化学资料，视其标准矿物中有无Q、Ne的出现，则可细分为石英拉斑玄武岩、橄榄拉斑玄武岩和碱性橄榄玄武岩乃至碧玄岩、碱玄岩等类型。
（2）粗面岩类
在长白山地区出露广。包括霓石粗面岩、霞石粗面岩、白榴石粗面岩等。
霓石粗面岩，呈灰色、绿灰色，斑状结构，块状构造，斑晶由歪长石、霓石组成。歪长石自形—半自形柱状，大小0.1～0.4mm。霓石自形柱状，大小0.15～0.8mm。基质粗面结构，由歪长石、霓石、金属矿物等组成。歪长石条状微晶定向排列，霓石等充填其间，显微流动构造清楚。霞石粗面岩中斑晶为歪长石和钠铁闪石，基质中含少量霞石自形粒状微晶。
石英粗面岩-碱流岩类，也是广布长白山区的火山岩类。
石英粗面岩，岩石呈灰色、浅绿灰色、浅紫灰色，斑状结构，致密块状构造。斑晶为自形柱状的歪长石（10%），具卡氏双晶和发育炸裂纹，大小0.5～3.0mm。基质为粗面结构，由排列紧密定向分布的歪长石条状微晶及填充其间的火山玻璃、霓辉石、钠闪石、玄武闪石及金属矿物等组成。类似的还有霓石石英粗面岩、钠闪石英粗面岩，霓辉石英粗面岩等岩石类型。
碱流岩，岩石呈灰白、灰绿等色，斑状结构，斑晶为透长石、霓辉石、钠铁闪石、石英等，基质或为长石、钛角闪石、石英、磷灰石、磁铁矿微晶，或为玻璃质，有流纹构造或珍珠构造。
碱流岩质黑曜岩，岩石呈黑色、玻璃状，贝壳状断口发育，有少量的歪长石斑晶，基质为浅棕色玻璃，具珍珠状裂开。有时偶见石英呈微晶出现。
（3）富钾玄武岩类
主要出露于五大连池和科洛火山群中，它以出现白榴石、钠透长石，不出现斜长石而区别于其他的碱性玄武岩（曲成柱等，1991）。
白榴钠透长石玄武岩，岩石呈斑状结构，流动构造、气孔状构造，斑晶由橄榄石、辉石组成，橄榄石呈自形粒状，具双晶，有伊丁石化。单斜辉石，自形方板状，有聚片双晶，偶见砂钟构造。基质为玻基交织结构，由细小白榴石、钠透长石及单斜辉石、橄榄石微晶等组成。
白榴碧玄岩又称石龙岩，斑状结构，斑晶由橄榄石、单斜辉石及白榴石组成。白榴石呈近等轴的圆形、方形，均质，橄榄石、单斜辉石特征同前，基质为全晶质交织结构，由大量白榴石、单斜辉石及橄榄石、钠透长石微晶组成。
3.地球化学特征
（1）常量元素
本区新生代火山岩主要属玄武岩和粗面岩两类，从SiO2和Na2O+K2O（表2-37、2-38）含量范围看，大多数玄武岩类SiO2在44.7%～53.4%之间，Na2O+K2O在3.9%～11.8%之间，多数玄武岩属于偏碱性的种属。在火山岩Tas分类图解（图2-30）上，玄武岩类多投影在碧玄岩（碱玄岩）、玄武岩、粗面玄武岩、响岩质碱玄岩区，少数在玄武粗安岩区。在下辽河和大兴安岭中段等地，第三纪火山岩中出现SiO2介于55.04%～59.44%,K2O+Na2O在3.45%～11.40%之间的玄武安山岩、玄武粗安岩类。粗面岩类则基本上在粗面岩区，个别为粗面英安岩。
玄武岩类的CIPW标准矿物中，极少数为饱和种属，出现标准矿物石英，大多数为硅酸不饱和种属，标准矿物普遍出现橄榄石（OL）和霞石（Ne）。而粗面岩类均属硅酸饱和种属，其标准矿物石英（Q）多小于20。
图2-30 东北地区新生代火山岩TAS分类
1—五大连池；2—长白山；3—牡丹江、镜泊湖；4—汪清；5—辉南；6—宽甸；7—抚顺、清原；8—大兴安岭中段；9—下辽河
与中国同类火山岩平均化学成分对比，本区玄武岩类Al2O3、FeO、Na2O、SiO2、TiO2、Fe2O3、MnO、K2O偏低，但五大连池的富钾玄武岩的SiO2、K2O均高。本区粗面岩类SiO2、Fe2O3、Na2O及K2O偏高，而Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO偏低。
表2-37 东北地区新生代玄武岩化学成分（wB/%）和稀土元素微量元素含量（wB/10-6）
据刘丛强等（1995,1992）,HM11、DG-7据张招崇等（2000）,D26据从柏林等（2001）。
表2-38 长白山地区新生代火山岩化学成分 （wB/%）
（据解广轰等，1992）
根据本区玄武岩类常量元素含量及标准矿物成分，将其分为拉斑玄武岩（不含霞石Ne）、碱性玄武岩（含霞石Ne）和钾质玄武岩w（K2O）＞w（Na2O）3类，以碱性玄武岩为主（刘丛强等，1995）。
（2）稀土元素
含量以拉斑玄武岩类为低，以钾质玄武岩为高，分别为91.2×10-6和387.4×10-6，而碱性玄武岩为103.7×10-6～262.4×10-6。长白山区的玄武岩类REE含量为62.4×10-6～113.6×10-6，粗面岩类为274.1×10-6～677.1×10-6。各类火山岩均属轻稀土富集型，其富集程度由拉斑玄武岩、碱性玄武岩和钾质玄武岩逐渐增高。镜泊湖地区的碱性橄榄玄武岩和白榴石碱玄岩的轻稀土元素富集程度，后者较高暗示两者不同源，可能碱性橄榄玄武岩的地幔熔融程度相对更高。大多数玄武岩均无明显的铕异常，反映在其REE分布模式图上均呈向右倾斜的平滑曲线。但长白山区的玄武岩为正铕异常。而粗面岩为明显的负铕异常，δEu值很低，铕的强烈亏损是结晶分异的结果，而玄武岩中因斜长石而使Eu富集，形成正异常。两类岩石间呈互补关系，暗示其间的同源岩浆演化关系。玄武岩类属部分熔融产物，而粗面岩类是分离结晶形成的（图2-31、图2-32、图2-33）。
图2-31 东北东部新生代玄武岩类稀土元素分布模式图
1—钾质玄武岩；2—碱性玄武岩；3—拉斑玄武岩
图2-32 长白山区火山岩稀土元素分布模式图（据解广轰等，1988）
Ⅰ—粗面岩类；Ⅱ—玄武岩类
图2-33 长白山区火山岩La/Sm-La图解（据解广轰等，1988）
1—粗面岩类；2—玄武岩类
（3）微量元素
据刘丛强等（1992），本区钾质玄武岩类不相容元素明显密集，碱性玄武岩类次之，而拉斑玄武岩类最低，若与大洋岛屿玄武岩（OIB）相比较，则本区玄武岩类富集Rb、Ba、Th和V，而Nb、Ta亏损。五大连池多钾火山岩的微量元素组成趋向于EMI富集地幔端员（樊祺诚等，1999）。镜泊湖的玄武质岩石总体上富集不相容元素，特别是富集大离子亲石元素（ULE），这暗示其可能来自密集型地幔（张招崇等，2000）。长白山区火山岩Rb、Sr、Ba变化较大，从玄武岩向粗面岩、碱流岩，其Rb、Nb、Zr、Y等有逐渐增多的趋势（金伯禄等，1994）。下辽河第三组玄武岩的La、Ba、Th、V与Nb的比值均类似于洋岛玄武岩（从柏林等，2001）。
（4）同位素
根据刘丛强等（1996）、王俊文等（1992）、解广轰等（1992）和刘北玲等（1989）的研究，本区新生代火山岩的Sr、Nd同位素积累了大量数据（表2-39）。刘丛强等（1995）指出，本区玄武岩类87Sr/86Sr值主要在0.7032～0.7051之间，148Nd/144Nd在0.5124～0.5129之间，其在Sr-Nd图解（图略）上基本处于地幔演化区。但少数样品，如牡丹江黄花地区的玄武岩，87Sr/86Sr为0.70503～0.70554,148Nd/144Nd为0.7125，前者偏高，后者偏低，可能暗示有地壳物质的混染。五大连池火山群的资料按王俊文等（1992）分别为87Sr/86Sr 0.70503～0.70589,148Nd/144Nd为0.512333～0.51243，前者高于大洋玄武岩和中国东部新生代钠质玄武岩，后者则低于大洋玄武岩和中国东部新生代钠质玄武岩，在Sr-Nd图解（图略）上接近富集地幔源区（EMI）。此外五大连池火山群的氧同位素δ18O为5.50‰～6.89‰，亦接近上地幔衍生的原始玄武岩浆（δ18O 5.17±0.3）。长白山火山群的资料：玄武岩类87Sr/86Sr为0.70456～0.70520,148Nd/144Nd 0.51255～0.51276，而粗面岩类分别为0.70512～0.710538,0.51258～0.51263。其中除0.710538数据外，全部属上地幔Sr演化范围，玄武岩和粗面岩两类岩石接近，148Nd/144Nd亦十分相近。此外，两类岩石的铅同位素206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为17.724、15.479、37.876和17.489、15.455、37.742，亦较相近。也就是说，同位素组成的相近亦同样暗示晚期粗面岩和早期玄武岩在成因上的密切关系，解广轰等（1992）认为其岩浆源为有壳幔物质交换，被交代的上地幔部分熔融而成的。镜泊湖地区玄武岩类的Sr、Nd、Pb同位素组成为87Sr/86Sr为0.704313～0.721523,148Nd/144Nd:0.512696～0.512699,206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb分别为17.3688～174939、15.2733～15.4579、37.2725～37.5352（张招崇等，1999；刘北玲等，1989），介于DMM与EMI端员之间，与夏威夷玄武岩相比，暗示其源区相似，可能是与地幔柱作用有关的产物。解广轰等（1992）认为宽甸黄椅山玄武岩物质来源是DMM、EMⅠ、EMⅡ三者混合的结果。但下辽河地区第三纪玄武岩类的Sr、Nd、Pb同位素组成却介于普通地幔（PREMA）和总体硅酸盐地球（BSE）之间（从柏林等，2001）。
表2-39 东北地区新生代玄武岩类Sr、Nd、Pb同位素组成
注：括弧内为样品数。Alk—碱性玄武岩，TP—白榴石碱玄岩，Pot—钾质玄武岩，Tr—粗面岩，Th—拉斑玄武岩，B—玄武岩。
（二）碱性侵入岩类
在东北东部地区，近年发现或确定有新生代碱性岩、碱性花岗岩类侵入体，主要是吉林桦甸市永胜乡的永胜碱性岩体及其附近的石头顶子、爱民屯、横山屯等碱性岩体。再就是在长白山区发现的碱性花岗岩类。其中，只有永胜碱性岩体的研究程度较高，下面对其地质特征略加叙述。
1.地质特征
永胜碱性岩体地处吉林龙岗陆块北缘，敦化-密山深断裂南侧。岩体呈近南北向，椭圆形，出露面积约18km2。岩体侵入太古宙TrG岩套及太古宇变质岩系，经测定其钾长石Ar-Ar年龄为31.71Ma，锆石年龄31.6Ma，属古近纪（吴福元等，2001）。侵入接触面多向内倾，倾角50°～70°。岩体具分带现象；呈同心圆状，由内向外，大体可分为4个相带：①核部霓辉正长岩相；②中心相含霞霓辉正长岩-霓辉正长岩-霓辉霞石正长岩相；③过渡相似斑状霓辉正长岩-霓辉正长岩相；④边缘相含石英霓辉正长岩-石英正长岩相。此外，还有脉岩相细晶正长斑岩、霓辉正长斑岩及潜火山相粗面岩（图2-34）。
图2-34 永胜碱性岩体地质略图
1—次粗面岩；2—霓辉正长岩类；3—太古宙TTG岩套；4—第四系；5—下白垩统；6—上侏罗统；7—太古宇变质岩系；8—地质界线和断裂
2.岩石-矿物学特征
霓辉正长岩，灰白色，中粗粒不等粒结构，块状构造。主要矿物组成为：正长石（85%），自形—半自形板状，大小3～5mm；霓辉石（10%），黑绿色，短柱状，大小1.5～3.5mm，高突起，两组垂直解理清楚。此外还有少量黑云母、方解石、绢云母等。
霓辉霞石正长岩，灰白色—褐灰色，中粗粒柱粒结构，局部细粒结构、似粗面结构，块状构造。主要矿物组成为自形—半自形板状的正长石、条纹长石，含量变化较大，在20%～70%之间。霞石，紫红色，镜下无色，半自形—他形粒状，多数颗粒已蚀变为沸石和钙霞岩，少数颗粒呈近四方形，有裂纹；多分布于条纹长石晶粒间；其含量变化亦大，在10%～75%之间，局部霞石集中地段构成霓霞岩。霓辉石（5%～10%），短柱状及长柱状。次要矿物有黑云母、绢云母、沸石等。
含霞霓辉正长岩，灰白—浅灰绿色，中粒结构。主要矿物组成：以正长石、条纹长石为主，含量约为75%～80%，少量钠长石（5%），霓辉石（10%）。霞石（1%～8%），烟褐色，他形粒状，多在霓辉石之间，有的与钾长石连生在一起，多已蚀变。次要矿物有黑云母、绢云母、方解石等。
似斑状霓辉正长岩，灰绿色，不等粒似斑状结构，块状构造。似斑晶为粗粒正长石及少量钠更长石，基质为中细粒结构。主要矿物组成仍为正长石、钠更长石及少量霓辉石，有时见普通辉石。次要矿物有黑云母，绿泥石。
含石英霓辉正长岩，灰白色，中细粒不等粒结构，块状构造。主要矿物组成：正长石（80%～85%）为条纹长石，半自形-他形粒状。霓辉石（5%～8%），柱状。石英（5%～10%）半自形-他形粒状。此外，尚见少量黑云母。
3.岩石化学特征
永胜碱性岩体的化学成分列于表2-40中。与中国碱性岩平均成分大体可比，但具体分析，却有其独特之点。若将其核部及中心相岩石与中国辉石正长岩对比，其SiO2与之相近，但明显富Al2O3、Na2O、K2O，而贫MgO、CaO。其过渡相和边缘相岩石与中国正长岩对比，其SiO2相近，却明显富FeO、Na2O，贫Al2O3、K2O。
表2-40 永胜碱性岩体化学成分 （wB/%）
据宋绍武（1975）,*吴福元等（2001）。
碱性岩体本身，核部和中心相岩石SiO2含量（wB，下同）较低（54.8%～58.7%），属不饱和岩石，过渡相和边缘相岩石SiO2（60%～62%）稍饱和，其标准矿物中均出现石英（Q=0.65～3.2）。其边缘相岩石含石英，最高可达1%。其他组分亦显示规律性变化，从内到外，即核部中心相—过渡相—边缘相，随SiO2的降低，Al2O3、Na2O、K2O相应降低，而FeO、MgO、TiO2相应升高，Fe2O3、CaO变化亦有规律，说明在碱性岩浆侵位过程中有化学成分的分异演化。这种成分变化与其各岩相岩石的矿物组成差异相对应，核部中心相低SiO2高Al2O3、Na2O、K2O，与含霞石相一致；过渡相和边缘相岩石相对高SiO2、FeO、MgO、Na2O、K2O，与其不含霞石、含石英和较多镁铁矿物相一致。岩体的碱度指数（KNA）均大于或等于0.90，属碱性系列。
潜火山相粗面岩与中国粗面岩平均成分对比，其SiO2、FeO、CaO明显偏低，而Al2O3、Na2O、K2O明显偏高。
其钠质火成岩系数或者碱铝指数（NKA），除粗面岩外均大0.90，而辽宁河坎子云霞正长岩体的NKA只有0.71～0.88，在SiO2-碱度（AR）图上，投影在碱性—过碱性区（图略）。
4.微量、稀土元素和同位素地球化学特征
永胜碱性岩体的微量元素、稀土元素含量列于表2-41。就丰度看，与正长岩类（黎彤等，1981）对比，Cs、Sc、Zn、Ga、Sr、Th、V相近，Be、Cr、Co、Ni、Cu、Zr、Hf、Nb、Ta、Y较低，而V、Rb、Ba、Pb较高。若以原始地幔值作为标准化，该岩体岩石显然未见Nb、Ta和Zr等元素的负异常，预示着其源岩来自地幔，且Ba、Sr、P、Eu和Ti等元素亏损，表明岩石在形成过程中有较明显的结晶分异作用（吴福元等，2001）。
表2-41 永胜岩体微量元素和稀土元素含量 （wB/10-6）
吴福元等（2001）。
其稀土元素丰度较高，为256.26×10-6～461.10×10-6，与正长岩类相近。且轻稀土富集，稀土亏损较明显（315.80×10-6），具有负铕异常（图2-35），亦反映岩石源区为地幔—富集型地幔。
图2-35 永胜岩体微量元素比值蛛网图及稀土元素配分型式
微量元素和稀土元素标准化值引自文献（蒋国源，1988；И.В.Гοрлиенкο,2000）
岩体的锶初始值（Sri）为0.7044和0.7043，钕初始值143Nd/144Nd为0.512654和0.51265，εNd（t）值为0.65和0.85（吴福元等，2001）。其低的锶初始值和低的正εNd（t）值均表明其具有亏损型地幔的特点。
以上表明，永胜岩体是一个来自地幔的碱性正长岩体，时代属古近纪喜马拉雅山期。
