龍崗火山區早更新世玄武質熔巖成因及其構造意義

摘要：龍崗火山區位于吉林省東部輝南縣與靖宇縣境內，是我國東北部陸緣第四紀陸相火山巖區的重要組成部分。為了深入探討研究區玄武質熔巖成因及其構造意義，在野外地質調查基礎上，開展了巖體的Rb-Sr同位素測年、元素地球化學和全巖Pb同位素測定。結果表明：1）粗面玄武質熔巖中7件全巖、斜長石和角閃石Rb-Sr等時線年齡為（1.81±0.34）Ma（MSWD=0.17，n=7）；2）粗面玄武質熔巖中w（Na2O+K2O）值范圍為6.44%～6.65%，具有偏高的A/CNK（1.24～1.27）和Mg#（39.09～39.81）值，與原始地幔相比，明顯富集Li、Cs、Be、Rb、Ba、Sr等大離子親石元素（LILE），富集輕稀土元素（LREE），弱富集Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等高場強元素（HFSE），虧損重稀土元素（HREE），具有弱的Eu異常（δEu=0.95～1.07）和弱Pb元素富集，與長白山玄武質巖石具有相似的元素地球化學特征；3）巖石中的（87Sr/86Sr）i值為0.705 074～0.705 206，全巖中206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值分別為17.984～18.329、15.490～15.523和38.315～38.400。新近研究成果及區域構造演化現有認識綜合表明，該期次玄武質熔巖成巖石時代為早更新世卡拉布里亞階（Calabrian）階段，成巖巖漿主要由幔源巖漿作用形成，并有少量年輕大陸下地殼成分加入，顯示出洋島玄武巖（OIB）或板內交代玄武巖的屬性特征。此外，火山區粗面玄武質熔巖的形成及其伴隨的火山活動發生于約1.81 Ma的拉張性構造環境中，可能與太平洋板塊俯沖歐亞東北部陸塊之后的回撤有關。

關鍵詞：Rb-Sr測年；元素地球化學；Pb同位素；玄武質熔巖；龍崗火山區；吉林省

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20210115

中圖分類號：P59

文獻標志碼：A

Abstract： Longgang volcanic area is located in Huinan and Jingyu County， Eastern Jilin Province， and is an important part of the Quaternary continental volcanic rock area on the continental margin of Northeast China. In order to further explore the genesis and tectonic significance of basaltic lava in the study area， based on field geological investigation， Rb-Sr isotopic dating， element geochemistry and whole rock Pb isotopic analysis were carried out. The experimental results show that： 1） The Rb-Sr isochron age of whole rocks， plagioclase and amphibole from seven trachybasalt lava samples is （1.81 ± 0.34） Ma （MSWD=0.17， n=7）. 2） The values of Na2O + K2O in trachybasaltic lavas range from 6.44% to 6.65%， with high A/CNK （1.24-1.27） and Mg# （39.09-39.81） values. Compared with the primitive mantle， the trachybasaltic lavas significantly enriched in Rb， Ba， Sr and other large ion lithophile elements （LILE）， enriched in light rare earth elements （LREE）， weakly enriched high field strength elements （HFSE） such as Nb， Ta， Zr， Hf， U and Th， depleted heavy rare earth elements （HREE）， with weak Eu anomalies （δEu=0.95-1.07） and weakly enriched in Pb. 3） The （87Sr/86Sr） i values in the studied rocks range from 0.705 074 to 0.705 206， and the ratios of 206Pb/204Pb， 207Pb/204Pb and 208Pb/204Pb in the whole rocks are 17.984-18.329， 15.490-15.523 and 38.315-38.400， respectively. Combined with the recent research results and the existing understanding of regional tectonic evolution， it shows that the diagenetic age of basaltic lava is the Calabrian stage of the Early Pleistocene. The diagenetic magma is mainly formed by mantlederived magma， with a small amount of young lower crust components added， showing the attributes of oceanic island basalts （OIB） or intraplate metasomatic basalt. In addition， the formation of trachybasaltic lava and its associated volcanic activity occurred in an extensional tectonic environment at about 1.81 Ma， which may be related to the rollback after the subduction of the Pacific plate under the northeastern Eurasia continent.

Key words： Rb-Sr dating; element geochemistry; Pb isotope; basaltic lava; Longgang volcanic area;" Jilin Province

0 引言

吉林省長白山火山區是位于古亞洲洋與環太平洋構造體系疊加復合構造區，以區域發育規模巨大、結構復雜的太古代變質巖系、陸相火山巖帶、花崗巖帶以及外圍發育諸多條帶狀建造鐵礦床（BIF）與熱液脈型金屬礦床而倍受國內外地質學家廣泛關注與研究。新生代陸相火山巖是長白山火山區和東北鄰區火山巖的重要組成部分，構成了我國東北部大陸邊緣最引人注目的第四紀火山地質地貌。廣義的吉林省長白山火山區包括龍崗火山區、天池火山區和望天鵝火山區，其中龍崗火山與其他兩座火山均是近代有過噴發活動的活火山。諸多學者對龍崗火山區新生代火山巖的成因及其成巖構造背景進行了研究，并提出以下4種主要觀點：1）與太平洋板塊俯沖作用有關的深部地幔部分熔融；2）與地幔柱或熱點有關的幔源巖漿上涌；3）與太平洋板塊俯沖有關的地幔源區中殼源物質的加入；4）地幔源巖漿經高壓分異形成的不同演化階段的產物等。前人研究主要集中于龍崗火山區金龍頂子火山噴發碎屑堆積物的物理特征與成因等方面，如利用K-Ar及14C同位素方法得知，部分火山區玄武質火山巖成巖時代主要形成于早更新世（2.15～0.75 Ma）、中—晚更新世（0.68～0.05 Ma）和全新世（1 500～600 a.BP）3個成巖時段，少量玄武質巖形成于上新世，并根據火山噴發物特征與玄武質巖類別推測龍崗火山屬于現代單成因活火山。由于龍崗火山區現代火山噴發作用復雜，自然地理、交通條件較差，尚有大面積空白區未開展過系統的大比例尺火山巖地質調查和相關巖石地球化學科研工作。因此，區域分布第四紀火山巖同位素高精度測年和成巖構造背景研究工作偏少且缺乏系統性。近期我們在相關科研項目的支持下，對靖宇地區南部與龍崗火山巖區北部地區開展了1∶5萬區域火山巖相構造地質調查與科研工作，對噴溢在新太古代混合花崗巖體之上的第四紀陸相粗面玄武質火山巖進行了巖石地層厘定與巖相分析，并將該期次火山巖歸為早更新世小椅子山期（組）早階段火山噴發產物。我們在此基礎上系統地進行了元素地球化學、年代學以及全巖同位素研究，以期為探討龍崗火山區早更新世玄武質火山巖成因、形成構造環境和同期火山作用提供新的科學依據。

1 區域地質概況

長白山火山區位于我國東北部與中朝邊界地區，大地構造位置屬中亞造山帶中—東段與華北克拉通北緣（圖1a）。該區經歷了古亞洲洋構造體系演化，在古生代末期，華北克拉通與東北多個微陸塊發生碰撞拼合，古亞洲洋沿著索倫—西拉木倫—長春縫合線完成最終閉合，形成了一系列微陸塊和其間構造帶組成的東北亞大陸基本雛形。在中生代—新生代期間，該區構造活動頻繁并伴隨著大規模的巖漿活動，構造演化主要受環西太平洋構造體系影響。

區域出露的前寒武系變質巖系普遍構成了區域地層的基底，巖石類型主要包括太古代英云閃長巖-奧長花崗巖-花崗閃長巖（2.5～2.4 Ga）和元古代變質巖系（石英巖、黑云石英片巖、黑云角閃片巖、斜長角閃片巖、黑云變粒巖組合，1.9～1.7 Ga）。古生代時期區域巖漿侵入活動非?；钴S，形成大面積的斜長花崗巖、花崗巖、石斑狀花崗巖和極少量的基性超基性巖，同時期出露地層以石炭系和二疊系為主。區內中生代侵入巖以鉀長花崗巖、花崗斑巖為主，對應出露地層以中、酸性火山巖（安山巖、安山質凝灰巖、流紋質凝灰巖等）和沉積地層（礫巖、粗砂巖、中粒砂巖、細砂巖等）為主，以上區域出露的前第四紀巖層均被新生代火山巖不整合覆蓋。新生代以來火山區以玄武質火山巖廣泛發育為主要特征（圖1b），玄武質火山巖廣泛分布于平崗、后河農場、龍泉鎮、靖宇縣城和東風林場等地，出露面積約2 500 km2。區內斷裂較為發育，主要以北東向和近東西向2組為主，構成網格狀斷裂基本構造格架，在一定程度上控制著區域新生代火山分布。此外，西太平洋板片俯沖作用觸發中國東部巖石圈大規模減薄和深部殼幔強烈的相互作用，使我國東部大陸邊緣主要處于以伸展構造為特征的裂谷系環境，形成一系列張扭性斷裂及火山斷陷盆地，繼而引發系列巨量巖漿噴溢活動，形成了區域諸多壯觀的火山群，巖石類型以玄武巖、粗面巖、堿性流紋巖等火山巖為主，其成巖時間按順序整體可劃分為4個期次：20.00～3.00、2.80～0.30、1.50～0.01 Ma和0.20 Ma至今，其中，玄武質巖漿活動在整個區域上很普遍。

2 火山區地質、巖相學特征

龍崗火山區坐落于吉林省東部輝南縣與靖宇縣境內的龍崗山脈中段。大地構造位置位于華北克拉通東部，緊鄰敦化—密山斷裂（郯城—廬江斷裂帶北段分支）（圖1a），屬瀕環西太平洋構造域。龍崗火山活動始于新近紀，以裂隙式噴發為主要方式。進入第四紀以來，火山噴發方式為單成因中心式火山噴發為主，火山巖主要出露。區內火山機構類型復雜，根據火山成因、火山機構形態及其空降火山碎屑堆積物的物理結構特征，暫分為夏威夷型、斯通博里型、亞布里尼型、瑪洱型和復合型等類型，同時研究區內新生代火山作用可初步劃分為5個噴發旋回（10個噴發期次）。

根據本次野外地質調查、實測巖相構造地質剖面以及遙感影像解譯可知，火山區內主要出露太古宙變質巖系楊家店組與鞍山群四道砬子組變質地層（圖1b），巖石組合主要為斜長角閃片麻巖、變粒巖、英云閃長質片麻巖及混合花崗巖（圖2a）等?；鹕絽^東南部地區偶有少量青白口系與震旦系分布（圖1b）。在太古界楊家店組與四道砬子組可見新元古代中基性侵入巖，脈體走向北東，傾角55°～67°。中生代地層主要出露侏羅系下—中統砂巖、砂礫巖、凝灰質砂巖及少量頁巖夾紫色泥灰巖。新生代以來火山區以玄武質火山巖廣泛發育為主要特征，不整合覆蓋于各期老地層之上，出露面積約1 700 km2。此外，火山區內出露的斷裂構造主要為東西向和北西向前第四紀張扭性斷裂。

火山區內早更新世火山噴溢作用形成的溢流相玄武質熔巖構成相對平緩的熔巖臺地，可見不整合覆蓋于太古界之上（圖2a），分布面積約1 000 km2，熔巖臺地南東高、北西低，厚度在幾米到上百米之間。出露的早更新世玄武質熔巖新鮮面呈斑狀結構，塊狀構造，可見細小氣孔，孔徑在0.1～0.5 mm之間（圖2b）；斑晶體積分數為15%，由橄欖石和單斜輝石組成;

基質礦物體積分數為85%，主要為斜長石，其次為黑云母和角閃石。

斑晶中：橄欖石體積分數為90%，呈紅褐色，自形或半自形，部分晶體縱切面表現為兩端尖銳的六邊形，可見裂紋發育，正極高突起，粒徑在0.2～1.2 mm之間；單斜輝石體積分數為10%，他形，斜消光，粒徑為0.5～2.6 mm（圖2c）。

3 實驗樣品與實驗方法

3.1 Rb-Sr同位素定年

粗面玄武質熔巖中7件全巖、斜長石和角閃石樣品的Rb-Sr等時線測年工作在南京南太地質測試研究所實驗室完成。實驗前在南京南太地質測試研究實驗室所對樣品中全巖、輕富集物（斜長石）、重富集礦物（角閃石）進行了Rb與Sr元素質量分數草測處理，并在雙目鏡下從輕富集Rb淺色礦物（斜長石）與重富集Sr暗色礦物（角閃石）中選取新鮮、晶體形態完好的測試樣品進行Rb、Sr元素質量分數與同位素比值精確測定。用于測試的全巖、斜長石、角閃石礦物樣品首先分別用混合酸溶解，之后取清液上離子交換柱分離，采用高壓密閉熔樣和陽離子交換技術分離和提純，再運用VG354型（英國）同位素質譜儀測定87Rb/86Sr與87Sr/86Sr同位素比值。詳細實驗測定流程見文獻。同位素標樣為NBS987（87Sr/86Sr=0.710236 ± 0.000007），其對應比值采用87Sr/86Sr=0.1194進行標準化校對，分析誤差值為±1%，λ（Rb）=1.42×10-11 a-1 （λ為87Rb的衰變常數），等時線年齡運用Isplot程序計算得出，7件粗面玄武質熔巖中全巖、斜長石和角閃石樣品測試結果列于表1。

3.2 全巖主量、微量元素和稀土元素

在鏡下巖相學鑒定基礎之上，選擇巖石構造與結構均一且無氧化的樣品作為實驗對象。樣品經純凈水洗凈和干燥后，運用無污染常規破碎方法，將樣品破碎至200目。實驗分析過程為：先用50 mL滴管滴定FeO，將其他氧化物試劑樣品按照1∶5（體積比）均勻放入Li2B4O7調制溶液中，在1 050～1 250 ℃高溫范圍下熔化；再將鉑金熔樣皿中熔化的液態樣品制成薄片在Axiosmax X-熒光光譜儀（帕納科公司，荷蘭）進行分析。詳細實驗方法參照文獻，本次實驗二氧化硅精度估計值為±1%，其他氧化物為±2%。

微量與稀土元素實驗過程如下：先將50 mg破碎后（200目）的全巖粉末放置于高溫高壓熔樣釜中（容量為10 mL）；之后加入經亞沸蒸餾純化的高純度HF和HNO3各1.0和0.5 mL，封閉后將熔樣釜放至烘箱中烘烤24 h（溫度（185±5）℃）；然后冷卻取出內罐，按照樣品號順序工整置于加熱板加熱直至近干，再加入濃HNO3（5 mL）蒸發近干；之后重復操作1次；以上操作過程完畢之后再滴入5 mL濃HNO3，重新密封放置于烘箱內受熱3 h（130 ℃）；最后將預分析試液均勻定量移至一次性分析試管中，加純凈水稀釋定容至25 mL，稀釋后試劑搖勻后批量送至X-serise2等離子質譜儀（ICP-MS）進行元素質量分數測定。測定方法與流程詳見文獻。本次在核工業北京地質研究院分析測試中心共完成5件粗面玄武質熔巖主量元素、稀土元素及微量元素測試工作，實驗結果及數據列于表2。

3.3 全巖Pb同位素

5件全巖Pb同位素測試工作在北京核工業地質研究院分析測試中心實驗室完成，選用測試儀器為熱表面電離質譜儀（型號為Phoenix），室內測試相對濕度30%，測試溫度室溫20 ℃。實驗方法與測試流程參照文獻，208Pb/206Pb分析精度控制在≤0.005‰（實驗誤差為2σ），分析結果列于表3。

4 實驗結果

4.1 Rb-Sr年代學

7件粗面玄武質熔巖樣品的Rb-Sr同位素數據列于表1，Rb質量分數值變化范圍18.17×10-6～71.26×10-6，Sr質量分數值變化范圍為4.39×10-6～381.60×10-6，87Rb/86Sr值為0.140 800～45.210 000，87Sr/86Sr值變化范圍為0.705 088～0.706 297，對應計算誤差分別為0.000 003和0.000 001，計算獲得（87Sr/86Sr）i值變化范圍為0.705 074～0.705 206。利用Isplot對7件樣品進行等時線擬合，獲取等時線年齡為（1.81±0.34）Ma（MSWD=0.17，n=7），MSWD=0.17，置信度為0.95（圖3a），初始Sr同位素比值Isr=0.705139±0.000095。此外，從Rb、Sr同位素比值變化可以看出，隨著成巖過程進行，對應87Rb/86Sr與87Sr/86Sr正相關性關系明顯（圖3a），而1/Sr（0.002 621～0.215 564）與87Sr/86Sr之間不存在線性關系（圖3b），表明獲取等時線年齡具有實際地質意義。

4.2 主量元素

研究區5件粗面玄武質火山熔巖主量元素化學特征見表2、圖4。上述5個樣點在火山巖TAS圖解（圖4a）中均落在粗面玄武巖區及鄰近范圍內，圖解分類命名與野外、室內巖相鑒定一致。w（TiO2）值范圍為1.87%～1.90%，w（Al2O3）值范圍為16.21%～16.39%，w（Fe2O3）值范圍為11.44%～11.54%，w（FeO）值范圍為7.65%～8.42%，w（MgO）值范圍為6.56%～6.93%，w（CaO）值范圍為6.35%～6.43%，w（Na2O）值范圍為4.16%～4.35%，w（K2O）與w（SiO2）值分別為2.23%～2.30%和49.11%～49.59%。在w（K2O）與w（Na2O）堿性系列分類圖（圖4b）中，5件粗面玄武質巖成分點落在鈉質與鉀質分界線附近。A/CNK值介于1.24～1.27（＞1.0），成分點對應值屬過鋁質范圍，Mg#值在39.09～39.81之間。

4.3 微量元素

微量元素分析結果見表2，5件龍崗粗面玄武質熔巖顯示出類似洋島玄武巖（OIB）的不相容微量元素配分模式，與其他長白山火山區晚新生代玄武巖具有相似的配分模式（圖5a）。各元素質量分數值相近，

均明顯富集Rb （59.90×10-6～62.90×10-6）、Ba （764.00×10-6～854.00×10-6）和Sr （714.00×10-6～780.00×10-6）等大離子親石元素（LILE），相對弱富集Nb （66.20×10-6～73.50×10-6）、Zr （269.00×10-6～299.00×10-6）、Hf （6.36×10-6～6.97×10-6）、U （1.49×10-6～1.60×10-6）和Th （6.84×10-6～7.32×10-6）等高場強元素（HFSE）。

Zr/Hf、Nb/Ta和Th/U值分別為39.16～43.53、17.38～20.03和4.36～4.68。

4.4 稀土元素

從表2和圖5可見，5件粗面玄武質熔巖稀土元素表現出富集輕稀土元素（LREE）、虧損重稀土元素（HREE）、弱分餾、Eu負異常不明顯的右傾配

a底圖據文獻 ；b底圖據文獻；其他長白山火山巖區玄武巖數據來自文獻。

分形式。稀土元素中w（∑REE ）為209.88×10-6～224.02×10-6，LREE/HREE為12.27～12.70，LaN/YbN值為24.82～26.59，δEu與δCe值分別為0.95～1.07、0.85～0.93。與長白山火山區晚新生代玄武巖相比，龍崗火山區5件樣品中∑REE、LREE和HREE質量分數值與之相當，分餾程度均偏低，但其整體上具有相似的稀土元素地球化學特征（表2，圖5）。

4.5 全巖Pb同位素

從研究區獲得全巖中5件鉛同位素測試結果列于表3，206Pb/204Pb值在17.984～18.329之間（誤差2σ，值為0.003～0.067），207Pb/204Pb為15.490～15.523（誤差2σ，值為0.003～0.007），208Pb/204Pb值在38.315～38.400之間（誤差2σ，值為0.007～0.020）。與14件前人獲得的長白山火山區玄武巖中的206Pb/204Pb、207Pb/204Pb和208Pb/204Pb值相似或接近，成分點均落于地球等時線附近的大陸下地殼與富集型地幔范圍及鄰近區域（圖6a）或造山帶殼?；旌蠀^（圖6b）。

BSE.全硅酸鹽地球；MORB.洋中脊玄武巖；PREMA.普通地幔；EMⅠ.Ⅰ型富集地幔；EMⅡ.Ⅱ型富集地幔；HIMU.高U/Pb型地幔；DM.虧損型地幔。b圖中年齡為模式演化年齡。底圖據文獻；長白山火山巖區玄武巖數據來自文獻。

圖6 龍崗火山區粗面玄武質熔巖全巖207Pb/204Pb與206Pb/204Pb （a）和208Pb/204Pb與206Pb/204Pb （b） Pb同位素圖解

Fig.6 207Pb/204Pb and" 206Pb/204Pb isotopic diagram （a） and 208Pb/204Pb and 206Pb/204Pb isotopic diagram （b） of the trachybasalt lava whole rock in Longgang volcanic area

5 討論

5.1 成巖年代

從龍崗火山區粗面玄武質熔巖中獲得7件樣品的Rb-Sr等時線年齡為（1.81±0.34）Ma，可以確認火山區內粗面玄武質熔巖成巖年齡為1.81 Ma，指示該期次玄武質巖漿作用發生在早更新世卡拉布里亞階（Calabrian）階段。

諸多研究資料表明，長白山火山區巖漿噴溢期次大致可劃分為：造高原噴發階段（20.00～3.00 Ma）、造盾噴發階段（2.80～0.30 Ma）、造錐噴發階段（1.50～0.01 Ma）和爆炸式千年噴發階段（0.20 Ma至今）。而區域出露的玄武質巖按照地層分組與時代又可劃分為甑峰山組玄武巖（20～19 Ma）、奶頭山組玄武巖（19～15 Ma）、長白組玄武巖（16.4 Ma）、泉陽組玄武巖（5.0～3.5 Ma）、望天鵝峰組玄武巖（3.7～3.3 Ma）、普天堡組玄武巖（5.3～2.4 Ma）、軍艦山組玄武巖（2.9～1.5 Ma）、圖們江組玄武巖（1.5～1.0 Ma）、錯草頂子玄武巖（1.4 Ma）、老房子小山組玄武巖（1.2～0.7 Ma）、新屯子組玄武巖（0.8 Ma）、龍崗組玄武巖（0.8～0.4 Ma）、老虎洞組玄武巖（0.4～0.3 Ma）、黑石溝組玄武巖（0.2～0.1 Ma）和紅旗河組溝谷玄武巖（0.009 6 Ma）。結合前人獲得研究區及長白火山區晚新生代火山巖時代（圖7a），初步認為研究區內粗面玄武質熔巖形成時代可能為玄武質巖漿作用間歇期（圖7b），也可能是長白山火山區造盾階段同期次玄武質巖漿作用產物。

5.2 火山建造歸屬問題

由于龍崗火山活動持續時間長，噴發類型多（有溢流式、爆破式、射氣巖漿噴發和巖漿噴發等），加之火山巖區植被覆蓋嚴重，火山巖地層間接觸關系不明顯，又缺乏古生物年代學證據，因此長期以來對火山區玄武巖建造歸屬方面的研究一直是該區研究重點。吉林省地質礦產局和劉嘉麒將龍崗火山區第一期火山巖劃歸為船底山組玄武巖（上新世），它們主要分布于龍崗火山區四方頂子等外圍區域，呈桌狀孤山分布。此外，龍崗第四紀火山廣泛分布于龍崗山脈以東至頭道松花江之間，以往根據地層對比劃分為早更新世小椅子山期（K-Ar，1.49 Ma）、中更新世大椅子山期和全新世金龍頂子期；魏海泉等將其擬定為黃泥河子期、松花江期、龍崗期、哈砬子期、大椅子山期和小椅子山期；樊祺誠等運用火山學研究方法，結合K-Ar與14C定年方法，將龍崗第四紀火山活動分為3期，即小椅山期（2.15～0.75 Ma）、龍崗期（0.68～0.05 Ma）、金龍頂子期（1 600～1 500 a）。

綜合以上前人研究，本文獲取粗面玄武質熔巖年齡為1.81 Ma，加之該巖層野外以溢流相產出，巖層為灰黑色，呈斑狀結構，塊狀構造，可見細小氣孔（孔徑0.1～0.5 mm）。斑晶礦物為橄欖石與單斜輝石，基質礦物主要為斜長石，構成間粒結構（圖2c，表4）。在靖宇縣南部地區巖層露頭可見不整合覆蓋于新太古代混合花崗巖之上（圖2a），同時在圖1b中西南部可見其覆蓋于上新世玄武巖之上。因此，本文傾向于將其歸屬為小椅子山組玄武巖。

5.3 巖石成因及構造意義

大陸玄武質巖漿形成方式主要有4種：地幔柱或熱點攜帶的軟流圈上涌；巖石圈減薄，大陸地殼伸展，地幔物質上涌；俯沖板塊脫氣、脫水交代軟流圈上地幔；殼幔相互作用。在元素地球化學方面，粗面玄武質熔巖中含有低的SiO2質量分數（49.11%～49.59%）和A/CNK值（1.24～1.27），較高的Na2O（4.16%～4.35%）、MgO（6.56%～6.93%）、Fe2O3（11.44%～11.54%）、TiO2（1.87%～1.90%）、P2O5（0.60%～0.62%）和V（131.00×10-6～152.00×10-6）質量分數，表明它們來自地幔源。同時，Zr/Hf（39.16～43.53）、Nb/Ta（17.38～20.03）、Th/U（4.36～4.68）、Th/La（0.14～0.15）、Nb/U（42.38～46.23）和Lu/Hf（0.53～0.55）以及其他微量元素比值均高于大洋中脊地幔（MORB），進一步表明母巖漿具有洋島玄武巖（OIB）特征（圖5a，表5）。然而，粗面玄武質熔巖的微量元素組成表明其巖漿來源更為復雜，它們的（Na2O+K2O）/δEu值較低（3.94～4.39），δCe異常（0.85～0.93）以及高的不相容微量元素（如Th、U、Nb和Ta）豐度與板內玄武巖相當，表明其與板內地幔交代作用有關（圖7b）。同時，也指示了成巖母巖漿以殼?；旌蠟樘卣?。高Mg#值（39.09～39.81），低Cr、Co和Ni質量分數（分別為286.00×10-6～349.00×10-6，40.70×10-6～44.90×10-6和137.00×10-6～166.00×10-6）值，以及低Nb/La（1.34～1.44）、La/Yb（36.82～39.44）和LaN/YbN（24.82～26.59）值表明，初始巖漿可能在巖漿室中或上侵至達地表過程中經歷了巖漿的弱結晶分異作用，這也與粗面玄武質熔巖中存在的橄欖石和單斜輝石相符合（圖2b，c）。

在同位素地球化學中，粗面玄武質熔巖Sr與Nd同位素組成（87Sr/86Sr值為0.704 356～0.704 763，143Nd/144Nd為0.512 684～0.512 744）排除了其來源于高度演化的較年輕大陸地殼部分熔融，巖石中（87Sr/86Sr）i和εNd（t）值變化范圍分別為0.705 074～0.705 206和0.59～2.07，這些值表明混合巖漿源區可能由地幔物質與大陸下地殼組成。此外，研究區及鄰近地區玄武質巖中的鉛同位素數據（圖6a）支持了由大陸下地殼與富集性地幔范圍及鄰近區域的混合巖漿源。綜上所述，大陸下地殼物質和富集型玄武質巖漿混合很可能解釋了該地區玄武質熔巖成因。

我國東北部陸緣晚新生代陸相玄武質巖往往具有與OIB類似的地球化學成分，在微量元素配分模式中常表現出富集LREE和LILE、虧損HREE、富集或者不虧損HFSE的特征，在同位素組成上表現為虧損至弱富集Sr-Nd同位素的特征，對這些洋島型玄武巖所具有的地球化學特征，一般都可以歸因于玄武巖地幔源區中殼源物質的加入。此外，研究區早更新世粗面玄武質熔巖及區域同時代玄武質巖均具有與洋島玄武巖類似的地球化學屬性（圖5）。前人對區域玄武巖動力學機制進行了大量研究，并提出了不同地球動力學成因模式：軟流圈地幔部分熔融或軟流圈地幔與巖石圈地幔相互作用；地幔柱；下地殼物質與軟流圈地幔相互作用；俯沖洋殼組分加入到虧損地幔中等。Zhang等通過地震層析成像研究，認為在長白山火山區底部410～660 km處地幔過渡帶中存在高速異常，并解釋其為大洋板塊俯沖至地幔過渡帶中的滯留板片。從新生代中期開始俯沖大洋板片逐漸下沉并進入地幔過渡帶，板片在大于200 km深度的弧后發生熔融，所產生的長英質熔體逐漸開始交代上覆地幔楔。在晚新生代俯沖板片開始進一步發生回撤，俯沖角度逐漸增大，板片表面受到軟流圈地幔加熱持續發生脫氣、去水或部分熔融，所產生的長英質熔體持續交代上覆地幔楔形成初始OIB地幔性質的源區。

因此，我國東北部陸緣晚新生代初始OIB性質巖漿形成可能是對俯沖太平洋板片回撤所引起的弧后拉張的響應。研究區及區域粗面玄武質巖中Th/Hf（1.01～1.11）、Ta/Hf（0.53～0.59）、Th/Yb（5.28～5.67）和Ta/Yb（2.72～2.99）值對板內成巖拉張構造環境做出了積極回應（圖8）。在晚新生代早更新世（1.81 Ma）區域拉張構造環境下，區域深部OIB性質地幔源區巖漿上涌至下地殼，新生大陸下地殼物質加入初始巖漿形成殼幔混合屬性的母巖漿，上侵至上地殼淺部形成這些具有OIB殼?；旌蠈傩缘男滟|熔巖。研究區粗面玄武質熔巖中的全堿質量分數（6.44%～6.65%）、δEu（0.95～1.07）、εNd（t）（0.59～2.07）和其他元素比值（例如Zr/Hf，Nb/Ta和Th/U）提供了這一方面的證據。因此，區域早更新世玄武質巖地幔源區是太平洋板塊俯沖導致華北克拉通巖石圈地幔減薄之后發生的殼幔相互作用產物，這從一個側面記錄了太平洋板塊俯沖對華北克拉通巖石圈地幔減薄的效應。

Ⅰ.板塊發散邊緣N-MORB區；Ⅱ.板塊匯聚邊緣，其中，Ⅱ1.大洋島弧玄武巖區，Ⅱ2.陸緣島弧及陸緣火山弧玄武巖區；Ⅲ.大洋板內洋島及大洋中脊玄武巖區；Ⅳ.大陸板內，其中，Ⅳ1.陸內裂谷及陸緣裂谷拉斑玄武巖區，Ⅳ2.陸內裂谷堿性玄武巖區，Ⅳ3.大陸拉張帶玄武巖區；Ⅴ.地幔熱柱玄武巖區；ICA.島弧鈣堿性系列；SHO.橄欖玄武粗面質；TH.拉斑系列。a底圖據文獻；b底圖據文獻。

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6 結論

1）地質和玄武巖Rb-Sr等時線年齡揭示，研究區玄武質熔巖成巖年齡為（1.81±0.34）Ma，屬于早更新世卡拉布里亞階（Calabrian）階段，其主體應相當于火山區早更新世的小椅子山期火山巖建造。

2）巖石屬富鈉過鋁質堿性巖系列，富集Li、Cs、Be、Rb、Ba、Sr等大離子親石元素，富集輕稀土元素，弱富集Nb、Ta、Zr、Hf、U、Th等高場強元素，虧損重稀土元素，Eu負異常不明顯，具有OIB玄武巖屬性。結合全巖Pb同位素，進一步證明成巖巖漿源區性質具有殼幔混合源特征。

3）該期次玄武質巖漿作用發生在早更新世太平洋板塊向中國東北部塊俯沖后的大陸張拉性構造環境，可能與太平洋板塊在早更新世的回撤有關。

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