冀北地區早三疊世劈柴拌組火山活動的時代歸屬及意義

吳江宇，王金貴，張鑫全，梁 賢，劉蓓蓓，季 虹，陳圓圓

1. 河北省區域地質調查院，河北 廊坊 065000；2. 河北地質大學，河北 石家莊 050031

參照河北志（2017）構造單元劃分方案[1]，進一步將冀北地區在晚泥盆世至中三疊世期間的四級構造單元作了細劃（圖1），以西拉木倫地殼對接帶、康保—圍場和尚義—隆化區域斷裂為界由北向南依次為：華北北緣弧前盆地帶（屬康保—赤峰地層分區）、華北北緣弧間盆地隆起帶（屬張北—圍場地層分區）、燕遼弧后盆地帶（屬燕遼地層分區）[1]。根據河北志（2017）及鄰區資料綜合分析認為，西伯利亞板塊從晚泥盆世開始向南向柴達木—華北板塊之下俯沖，本區在晚泥盆世至早二疊世處于前碰撞階段，中晚二疊世處于同碰撞階段，早三疊世至中三疊世中期處于后碰撞階段，中三疊世晚期處于后造山階段[1]。

冀北位于華北北緣巖漿弧帶上，不同階段的巖漿活動是擠壓造山過程中重要內容之一[1]。以往的地質調查研究資料中沒有明確確定在早三疊世存在較強烈火山活動和相應的巖石地層單位[1-7]，通過進一步調研在圍場劈柴拌一帶（圖1、圖2）確定了早三疊世存在強烈的火山活動。根據巖石組合、巖石成因、接觸關系、巖石變質特征及同位素測年資料等，文章將淺變質的海相火山—沉積建造劃歸早中二疊世額里圖組，淺變質的陸相火山—沉積建造劃為早三疊世劈柴拌組，未變質的陸相火山建造劃為中三疊世三家北溝組（另文敘述）。文章重點對早三疊世劈柴拌組的特征進行敘述。

圖1 冀北及鄰區晚泥盆世至中三疊世構造單元劃分圖（據河北志，2017資料修編）Fig. 1 Division of Late Devonian to Middle Triassic tectonic units in northern Hebei and its adjacent areas

圖2 冀北劈柴拌一帶地質簡圖（據河北志，2017資料修改）Fig. 2 Geological sketch of Pichaiban area in northern Hebei

1 地層特征

1.1 基本特征

早三疊世劈柴拌組分布于康保-赤峰地層分區圍場劈柴拌東部一帶，整體呈北東向至北東東向帶狀展布（圖1、圖2），發育不規則褶皺構造[1]。為一套淺變質的陸相火山—沉積建造，根據巖石組合特征和接觸關系可分為兩個巖性段：

一段（T1p1）以變質安山玄武巖、變質安山巖、變質粗安巖、變質石英粗安巖、變質英安質火山角礫巖及變質沉火山角礫巖不等厚韻律性互層為特征。發育厚度大于1 244 m。下部與劈柴拌組二段呈斷層接觸，上覆與劈柴拌組二段呈整合接觸。

二段（T1p2）以變質英安巖、變質流紋質熔結凝灰巖、變質砂質礫巖、變質泥巖（板巖）、變質含礫砂巖及變質泥質粉砂巖不等厚韻律性互層為特征。發育厚度大于697 m。下伏與劈柴拌組一段呈整合接觸，或與晚泥盆世變質二長花崗巖呈異巖角度不整合接觸。

劈柴拌組由1∶5萬朝陽灣幅（1990）命名，劃歸早二疊世[2]；1∶20萬棋盤山幅（1979）劃歸晚古生代[3]；1∶20萬圍場幅（1977）劃為太古宙小石匣組[4]；1∶5萬圍場縣幅（1996）劃為早二疊世三面井組[5]；1∶25萬西老府幅（2009）、1∶25萬隆化縣幅（2001）和河北志（2017）劃為早二疊世額里圖組（本文的一段）和三面井組（本文的第二段）[1，6-7]。但是，從巖石組合特征、沉積巖的成因、接觸關系和巖石變質特征及同位素測年資料等均不支持劈柴拌東部一帶淺變質火山—沉積地層的以往劃分。區域上的早二疊世三面井組為一套淺變質的海相碎屑巖—碳酸鹽巖建造，早中二疊世額里圖組為一套淺變質的海相火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖建造[1]；而本文新厘定的早三疊世劈柴拌組為一套淺變質的陸相火山—沉積建造。劈柴拌組與三面井組、額里圖組屬于時代和成因均不同的地層單位，因此，將劈柴拌組單獨劃分是十分合理的。

1.2 剖面特征

劈柴拌組的命名剖面位于圍場縣劈柴拌東部一帶（圖2），一段由劈柴拌東剖面控制，二段由大光頂子剖面控制。

（1）圍場縣劈柴拌東早三疊世劈柴拌組一段剖面（圖3）

圖3 圍場縣劈柴拌東早三疊世劈柴拌組一段剖面圖（據1∶25萬西老府幅，2009資料修測）Fig. 3 Section of the first member of the Early Triassic pichaiba formation in the east of pichaiba，Weichang County

剖面起點坐標：N42°00′39″，E117°54′06″，H1 530 m。該剖面地層出露較齊全、連續，露頭較好，上下接觸關系清楚，構造較簡單，交通方便。剖面描述如下：

上覆劈柴拌組二段（T1p2）：角礫巖化變質英安巖，未見頂，位于向斜核部

劈柴拌組二段（T1p2）：變質英安巖與變質含礫砂巖

該剖面控制地層厚度為1 244 m。由下往上由早到晚由變質安山巖—變質沉火山角礫巖—變質安山巖（1～3層厚度91.7 m）、變質沉火山角礫巖—變質安山巖（4～5層厚度44.7 m）、變質安山玄武巖—變質安山巖—變質石英粗安巖（6～10層厚度665.6 m）、變質安山巖—變質粗安巖—變質英安質火山角礫巖（11～15層厚度316.7 m）及變質安山巖—變質石英粗安巖（16～17層厚度125.3 m）構成5個火山噴發、火山噴發—沉積韻律。火山巖中不存在枕狀構造，應為陸相火山巖類。

（2）圍場縣大光頂子早三疊世劈柴拌組二段剖面（圖4）

圖4 圍場縣大光頂子早三疊世劈柴拌組二段剖面圖（據1∶5萬朝陽灣幅，1990資料修測）Fig. 4 Section of the second member of the Early Triassic pichaiba formation in Daguangdingzi，Weichang County

剖面起點坐標：N42°00′46″，E117°57′55″，H1 620 m。該剖面地層出露較齊全、露頭較好，下部接觸關系清楚，構造簡單，交通不便。剖面描述如下：

該剖面控制地層厚度為697 m，其中，淺變質酸性火山巖類厚度為462 m，淺變質沉積巖類厚度為235 m。由下往上由早到晚由變質泥質粉砂巖—變質含礫砂巖—變質英安巖（1～3層厚度206.7 m）、變質砂質礫巖—變質流紋質熔結凝灰巖（4～6層厚度158.3 m）、變質含砂泥巖—變質粉砂質泥巖—變質英安巖（7～8層厚度201.9 m）及變質砂質礫巖—變質流紋質熔結凝灰巖（9～10層厚度130.1 m）構成4個沉積—火山噴發韻律。從淺變質沉積巖巖石特征分析，原巖為河湖相碎屑沉積巖類，劈柴拌組整體為淺變質的陸相火山—沉積建造

2 火山巖的巖石地球化學特征

已獲得劈柴拌組火山巖的巖石化學成分、稀土元素與微量元素含量分析結果及主要參數如表1所列。

2.1 巖石化學特征

劈柴拌組火山巖的巖石化學成分含量與中國[8]、世界[9]同類火山巖巖石化學成分含量相比較，變質安山玄武巖的SiO2、Al2O3、MgO、Na2O含量略有偏高，其他氧化物含量略有偏低，具有玄武巖的巖石化學特征；變質安山巖的SiO2、TiO2、Fe2O3、FeO、MgO、Na2O、P2O5含量略有偏高，其他氧化物含量略有偏低，具有安山巖巖石化學特征；變質粗安巖的SiO2、TiO2、Fe2O3、MgO、Na2O含量略有偏高，MnO含量相同，其他氧化物含量略有偏低，具有粗安巖巖石化學特征；變質英安巖的SiO2、FeO、MgO、K2O含量略有偏高，TiO2含量相同，其他氧化物含量略有偏低，具有英安巖巖石化學特征；變質流紋質巖（變質流紋質熔結凝灰巖）的SiO2、Al2O3含量略有偏高，P2O5含量相同，其他氧化物含量略有偏低，具有流紋巖巖石化學特征[10]。以參數σ數值大小劃分，除變質安山玄武巖σ為3.79（＞3.3）屬堿性系列火山巖外，其他巖性的σ在1.60～2.85之間（＜3.3），屬鈣堿性系列的火山巖；整體以鈣堿性系列巖石為主，堿性系列的巖石次之。經火山巖TAS分類圖解（圖5a）判別，火山巖巖石類型與鑒定的火山巖巖石名稱相吻合（表1）。

表1 劈柴拌組變質火山巖巖石化學成分、稀土與微量元素含量表Table 1 Petrochemical composition，rare earth elements and trace elements contents in metamorphic volcanic rocks of Pichaiban Formation

2.2 地球化學特征

劈柴拌組火山巖的稀土元素總量ΣREE在107.25×10-6～176.22×10-6之間，平均值為133.24×10-6；參數δEu在0.47～1.12之間，平均值為0.86；稀土元素配分模式為右傾型（圖5b），顯示輕稀土較富集，輕稀土與重稀土分餾較強，具有殼幔混源巖漿的特征。火山巖微量元素蛛網圖（圖5c）顯示，Th、K、La、Hf、Y元素呈現富集狀態，而U、Nb、P、Ti元素呈現虧損狀態，其他元素處于過渡狀態；特征參數Rb/Sr均值為0.16，Nb/Ta均值為10.83，Zr/Hf均值為31.54。稀土和微量元素特征顯示其具有巖漿弧帶巖漿巖的性質。不論是稀土元素配分模式（圖5b），還是微量元素蛛網圖（圖5c），其曲線形態均具有較高的一致性，表明了火山巖形成時代和巖漿成因的一致性。

2.3 形成構造環境分析

選擇三種相對較為有效和常用的巖石化學圖解進行劈柴拌組火山巖形成構造環境的判別。在火山巖logτ-logσ圖解（圖5d）中，5件樣品全部落入造山帶火山巖區[11]；在火山巖TAK圖解（圖5e）中，5件樣品全部落入島弧造山帶火山巖區[12]；在火山巖-MgO -Al2O3圖解（圖5f）中，1件巖石樣品落入島弧擴張中心火山巖區，4件樣品落入造山帶火山巖區[13]；整體反映劈柴拌組的火山巖形成于巖漿弧帶—造山帶構造環境。結合河北志（2017）早三疊世侵入巖的研究成果綜合分析[1]，認為劈柴拌組的火山巖形成于早三疊世后碰撞擠壓造山階段的構造環境。

圖5 火山巖巖石地球化學圖解Fig. 5 Petrochemistry diagrams of volcanic rocks

3 地層對比與時代歸屬

分布于圍場劈柴拌東部一帶的早三疊世劈柴拌組發育較齊全，為一套淺變質的陸相火山—沉積建造，厚度大于1 941 m。與區域上為一套淺變質海相碎屑巖—碳酸鹽巖建造的早二疊世三面井組、為一套淺變質海相火山巖—碎屑巖—碳酸鹽巖建造的早中二疊世額里圖組[1，6-7]，不能等同和對比，三者屬于時代不同、成因不同的獨立地層體。

目前，在圍場劈柴拌東部的劈柴拌組二段變質英安巖中獲得SHRIMP鋯石U-Pb年齡為247.3±3.2 Ma[6]，屬于早三疊世晚期。根據巖石組合、變質特征及接觸關系等，綜合分析認為劈柴拌組形成于早三疊世。

本文將劈柴拌組重新厘定，將其歸屬于早三疊世是很有必要的。該組中的火山巖代表了在早三疊世期間華北北緣弧前盆地帶的火山巖漿活動特征。

4 結論與意義

（1）在冀北地區厘定的早三疊世劈柴拌組，為一套淺變質的陸相火山—沉積建造，從而證實了早三疊世存在強烈的火山活動。

（2）劈柴拌組火山巖以鈣堿性系列的巖石為主，堿性系列的巖石次之，整體具有巖漿弧帶火山巖的性質。構造判別圖解顯示其形成于早三疊世后碰撞階段的擠壓造山構造環境。

（3）早三疊世劈柴拌組的厘定，填補了冀北地區早三疊世較強烈火山活動的空白，進一步豐富了印支期中期后碰撞過程中的巖漿活動，補充完善了早三疊世的巖石地層序列。