北京延慶白河堡水庫古火山口機構年代學特征及意義

岳晨曦，于福生，張曉明

北京延慶白河堡水庫古火山口機構年代學特征及意義

岳晨曦1，于福生1，張曉明2

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 昌平 102249；2.河北省地礦局第五地質大隊，河北 唐山 063000）

通過野外地質調查發現，北京延慶白河堡水庫周邊出露一完整的古火山口機構，火山口中心巖性為中性粗安巖；精準的LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年顯示火山口中心粗安巖形成年齡為131.4±1.5Ma（2σ），代表了火山噴發的年齡；古火山口機構形成于早白堊世，火山巖在巖石地層單位上相當于張家口組；古火山口機構的火山巖可能是克拉通破壞背景下巖石圈減薄、下地殼物質部分熔融的產物。

延慶白河堡水庫；古火山口機構；LA-ICP-MS；U-Pb年代學

1 地質概述

研究區位于北京延慶白河堡水庫周邊，百里山水畫廊最西側，在區域大地構造上屬于華北克拉通北緣燕山臺褶西段。燕山地區西接陰山構造帶，北接索倫縫合帶，再往北受到蒙古-鄂霍茨克洋的閉合與中亞造山帶形成的影響，南部受蘇魯-大別山縫合帶影響，西部又受到郯廬斷裂帶和西太平洋俯沖影響（圖1-a），這種復雜的不穩定的構造背景造成燕山地區中生代的巖漿活動非常頻繁，并且成因復雜。燕山地區中生代受巖石圈伸展作用影響，發育許多小型的陸內斷陷盆地，并在盆地內沉積了巨厚的火山-沉積地層（馮寶華，1979）。

白河堡水庫位于冀北赤城盆地，水庫周邊發育的地層主要有中元古界長城系常州溝組、串嶺溝組、團山子組、大紅峪組、高于莊組、薊縣系霧迷山組、鐵嶺組、洪水莊組、新元古界青白口系下馬嶺組、中生界侏羅系土城子組和新近系。元古界地層構成盆地的基底，侏羅系和新近系為蓋層，兩者呈角度不整合接觸，形成盆地的二元結構（圖1-b）。

圖1 燕山地區大地構造位置簡圖（a）、研究區地質簡圖（b）

地層代號含義：Chch-串嶺溝組，Cht-團山子組，Chd-大紅峪組，Chg-高于莊組，Jxw-霧迷山組，Jxt-鐵嶺組，Jxh-洪水莊組，Qnx-下馬嶺組，J3tc-土城子組，N-新近系

2 樣品采集及巖石學特征

在白河堡水庫東側泄洪口處，發育一完整的古火山口機構剖面（圖2-a），地理位置E40°39′13.58″、N116°10′56.76″。整個剖面長約50m，可以清楚看到巖漿噴出地表后流動的一個情況：巖漿從火山通道噴出時帶來了大量的圍巖，在地表附近形成粒度較大、分選磨圓極差的熔巖膠結的火山碎屑巖。火山口在噴發后期能量降低，殘余的巖漿在火山口附近堆積堵住火山口并在重力作用下逐漸塌陷呈碗狀，巖漿冷凝后形成了大量的切穿流動層面的向形節理，最終形成了當今所看到的破火山口。

用于測年的樣品采集于古火山口中心未經受風化污染的位置（圖2-a），樣品巖性為粗安巖，手標本下呈紫紅色，塊狀構造，斑狀結構，斑晶大小1mm左右，含量20%左右；基質為紫紅色的安山質熔體，含量大約80%（圖2-b）。鏡下可識別礦物主要有斜長石，單斜輝石，少量堿性長石。斜長石正交偏光下呈一級灰白干涉色，雙晶紋比較密集，偏中基性，發育兩組垂直解理；單斜輝石出現在巖石基質中，正交偏光下二級黃綠干涉色，礦物邊緣呈現熔蝕暗化邊結構，部分單斜輝石被包含在長石斑晶中形成包含結構；巖石基質主要為隱晶質和少量未結晶的玻璃質，隱晶質由板狀的微晶堿性長石和斜長石組成，雜亂排布，呈現典型的安山結構（圖2-c）；單偏光下可見基質斜長石絹云母化，呈土褐色雜亂分布（圖2-d）。

圖2 古火山口機構露頭與樣品采集位置（a）、手標本圖片（b）、鏡下正交偏光圖片（c）與單偏光圖片（d），cpx-單斜輝石、pl-斜長石

3 樣品的年代學分析

為準確獲得白河堡水庫周邊古火山口機構形成的時代，選取了位于古火山口機構中心無圍巖混染與次生蝕變的新鮮粗安巖。測年方法選用LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年分析，鋯石分選、鋯石制靶與制靶后的陰極發光圖像拍攝均在廊坊尚藝巖礦檢測技術服務有限公司完成，主要選擇晶形較完好環帶發育的柱狀巖漿鋯石作為測年的對象（圖3）。LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年分析在武漢上譜分析科技有限公司完成。分析中，使用 Agilent 7500a 型四級桿ICP-MS，激光剝蝕系統為GeoLas200M 193nm ArF準分子(excmer)激光剝蝕系統，激光斑束直徑是30μm，激光剝蝕深度是20～40μm，激光脈沖是10Hz，能量是34～40mJ，以29Si作為內標，哈佛大學標準鋯石91500作為外標校正。同位素比值數據處理采用GLITTER (4.0版)軟件，年齡計算和成圖采用ISOPLOT(3.23版) 軟件進行，詳細的分析步驟以及數據處理方法見參考文獻(Yuan Honglin et al．2004；羅魏等，2020)。

分析結果：測試樣品中的鋯石晶形較完好，多為短柱狀，長軸在100～200μm之間，CL圖像顯示出典型的巖漿成因鋯石的振蕩環帶結構（圖3）。采用 LA-ICP-MS 方法對這些鋯石進行U-Pb定年，分析結果見表1。測試結果中，Th、U的含量變化比較大，Th=23.65×10-6～1168.49×10-6，平均165.51×10-6；U=103.49×10-6～1128.74×10-6，平均229.98×10-6。Th/U比值大于0.4，屬于典型的巖漿成因鋯石（吳元保和鄭永飛，2004）。除去遠離去206Pb/238U-207Pb/235U的U-Pb諧和線和加權平均值的樣本，其余測點的諧和性比較好，并且諧和點的分布比較集中（圖4），這17個鋯石測點的加權平均年齡為131.4±1.5Ma（2σ），代表了巖漿結晶的年齡，屬于早白堊世。

圖3 鋯石陰極發光圖像

圖4 古火山口粗安巖 LA-ICP-MS 鋯石 U-Pb 諧和圖

4 討論

在冀北張家口-赤城一帶，根據1∶50000區域地質調查的結果，可以將該區域的地層大致劃分為三個火山-沉積旋回：第一旋回由早侏羅世南大嶺組和中侏羅世下花園組、九龍山組構成，其中南大嶺組主要由玄武安山巖組成，下花園組主要巖性由砂巖和煤層組成，九龍山組主要巖性為細砂巖；第二旋回由晚侏羅世髫髻山組和后城組構成，髫髻山組主要為玄武安山巖、安山質角礫巖，后城組主要由中-粗粒的陸相碎屑巖和玄武巖夾層 組成；第三旋回由早白堊世白旗組、張家口組、大北溝組、西瓜園組和化吉營組構成，白旗組由玄武巖組成，張家口組主要為一套中酸性的火山巖-火山碎屑巖，大北溝組由玄武巖組成，西瓜園組是一套從底部由細變粗的湖相碎屑巖，化吉營組為一套玄武安山巖。三次火山-沉積旋回之間均以角度不整合接觸（李曉勇，2003）。

前人在冀北-遼西一帶已經做過很多工作，累積了大量火山巖的年代學數據。汪洋等人（2003）利用Rb-Sr同位素測定了北京延慶白河堡地區后城組的年齡，大致為162Ma，并認為其形成于造山變形事件結束后的造山帶環境中（汪洋和姬廣義，2003a；汪洋和姬廣義，2003b）；牛寶貴等人（2003）通過鋯石SHRIMP測年報道了冀北灤平盆地和承德盆地張家口組火山巖的年齡，其值為136Ma,代表了早白堊張家口組火山巖噴發時代（牛寶貴等，2003；Niu B G et al.，2004）；高山等人（2005）在遼西凌源地區重新厘定了張家口組火山巖的年齡，認為其頂界值在130～132Ma左右（張宏等，2005）；邵濟安等人（2003）在崇禮縣大水溝地區利用Rb-Sr等時線法對張家口組二段火山巖定年，其結果為139.2±8.9Ma（邵濟安等，2003）。綜合上述內容，白河堡水庫邊古火山口機構的中性粗安巖在巖石地層單位上相當于冀北早白堊世張家口組，在國際年代地層單位上屬于下白堊統歐特里夫階（129.4～132.9Ma）。

在火山巖年代學測試的基礎上，順帶簡單討論一下延慶白河堡水庫邊古火山口機構火山巖的成因。眾所周知，火山巖的成因主流觀點是地殼深部物質在一定溫度和壓力下部分熔融而成，而誘發部分熔融的機制和構造運動有很大的關系。燕山地區中生代大地構造位置很不穩定，整體上處于一種克拉通破壞的環境（楊帆，2019；翟明國等，2003），尤其是在晚侏羅到早白堊世經歷了由擠壓到伸展構造體制的轉換（邵濟安等，2003；鄭亞東等，2000）。在早白堊世的伸展構造背景下，巖石圈減薄破壞，地幔物質底侵上拱，深部克拉通基底物質減壓熔融并上升噴出地表，形成當今所看到的古火山口（李曉勇，2003；張長厚，1999）。白河堡水庫周邊的火山巖很可能形成于這種環境下，當然，更加詳細的研究還需要進一步的元素地球化學和同位素地球化學的研究。

表1 粗安巖鋯石U-Pb同位素測試結果

5 結論

（1）北京延慶白河堡水庫周邊古火山口機構巖性主要為粗安巖；

（2）精確的LA-ICP-MS鋯石U-Pb原位定年顯示火山口中心巖石結晶年齡為131.4±1.5Ma，代表火山噴發于早白堊世；

（3）該地區火山巖在巖石地層單位上相當于下白堊統張家口組；

（4）白河堡水庫周邊古火山口機構火山巖可能是克拉通破壞背景下巖石圈減薄、下地殼物質部分熔融的產物。

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U-Pb Geochronology and Its Significances for the Ancient Crate Apparatus by the Baihebu Reservoir in Yanqing, Beijing

YUE Chen-xi1YU Fu-sheng1ZHANG Xiao-ming2

(1.School of Earth Sciences, China University of Petroleum (Beijing), Beijing 102249；2.The Fifth Geological Team of Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources,Tangshan Hebei 063000)

A complete ancient crater apparatus is exposed by the Baihebu reservoir in Yanqing, Beijing. The center of the crater is composed of trachyandesite with zircon U-Pb ages of 131.4 ± 1.5 Ma (2 σ). Stratigraphically, the trachyandesite belongs to Lower Cretaceous Zhangjiakou Formation and may be the product of partial melting of the lower crust.

Baihebu reservoir; ancient crater apparatus; LA-ICP-MS; U-Pb geochronology

P593+.3

A

1006-0995（2021）03-0361-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2021.03.002

2021-04-01

岳晨曦（1999-），男，重慶人，碩士，研究方向：礦物學、巖石學、礦床學

于福生（1969-），男，黑龍江人，教授、博士生導師，研究方向：構造地質