华北地区关于下马岭组辉绿岩岩石学研究进展

(成都理工大学 四川 成都 610059)

古元古代末期，在华北克拉通发生了的吕梁运动之后，少许的裂谷型盆地在其中心和边部出现，此后在燕辽地区的中—新元古代地层有广泛的研究，而且该地层厚度较大。在华北陆块的北部，形成了最连续的中元古代地层剖面，属于中国中元古代地层的标准剖面，乃至世界上稀有的晚前寒武纪完好地层剖面。目前已对该区域设立了很长时间的地层序列，进行了不同程度的研究，从新到老依次为景儿峪组、长龙山组(或称“骆驼岭组”或“龙山组”)、新元古代青白口系下马岭组、铁岭组(Jxt)、洪水庄组(Jxh)、雾迷山组(Jxw)、杨庄组(Jxy)、蓟县系高于庄组(Jxg)、大红峪组(Chd)、团山子组(Cht)、串岭沟组(Chch)和长城系常州沟组(Chc)。最近几年，地学界在燕辽地区侵位于下马岭组的辉绿岩床的问题上产生密切的关注。深入探究了高精度锆石U-Pb定年数据和发生在中新元古代地层中侵位基性岩上的几次关键热-构造事件。

一、区域地质概况

研究区位于华北陆块北部燕辽坳拉槽中段，是华北克拉通北缘元古代残留型盆地中一个极其重要的负向构造单元。自元古宙晚期的吕梁运动以来，大量的中新地层已经沉积，已成为中国最完整，保存最完好的地区之一。中一新元古界自上而下总共分为三个系:青白口系(Qn)、蓟县系(Jx)、长城系(Ch)。厚层碎屑岩和海相富镁碳酸盐岩与少量碱性玄武岩和粗安岩是该地层的岩性特征。变质作用对于该地层的序列没有太大程度的影响，不仅层序清晰而且拥有充足的古生物化石。侵入岩分为辉绿岩和石英正长斑岩，分别侵入下马岭组和中生代地层。

二、基性侵入岩的空间分布及规模

经多年的野外地质调查及剖面测量，基本上控制了这些辉绿岩床的空间分布范围及规模。根据野外勘察结果显示，辉绿岩床在燕山地区的分布区域是：西部自宣化—北京西山，东部经延庆—怀来、蓟县—兴隆、宽城—下板城、平泉—凌源、朝阳—北票等地，东界可到达辽宁的义县。其分布范围长度超过600km，宽度近200km，分布面积超过12万k m2(如图1)。基性岩床主要侵入于下马岭组、雾迷山组、高于庄组及铁岭组，在串岭沟组及团山子组内也见有少量辉绿岩床。这些辉绿岩均为顺层岩床侵入，并与沉积地层一起褶皱变形，接触带附近地层受烘烤明显，形成角岩带或者大理岩化带。经过勘测辉绿岩床的40多条剖面，可以得出这些基性岩床的累计厚度为50～1800m。

图1 燕辽裂陷元古代代沉积地层辉绿岩层分布范围

三、野外样品特征描述

在河北省承德县石灰窑乡大范杖子—东梁一带，承德市的东部28km处进行辉绿岩的野外开采。其地理坐标为N40°51′13″，E118°19′20″。下马岭组含有灰黑色页岩和粉砂质页岩，辉绿岩床自顺层侵入且在侵入过程中发育三层，其产状和围岩完全一致，每层界线平直，围岩的产状和基性侵入岩完全相同，厚度为15～100 m，延伸8km 左右。

辉绿岩(床)遭受了强烈的风化。其中球形风化最典型，表面呈现黑色和黑绿色，粒度细小，主要由辉石和斜长石组成，含少量橄榄石、黑云母、磷灰石、磁铁矿、钛铁矿等，长条状斜长石自形程度较好，辉石颗粒大部分在斜长石三角形空隙中填充有颗粒状颗粒，以形成辉绿岩结构。

图2 下马岭组辉绿岩野外特征及微观特征

1.主量元素特征

综合5件野外岩石样品的地球化学组成，能够从结果看出，SiO2含量大约在43.89%～48.56%之间，平均47.34%；Al2O3较少，含量大约在11.33%～14.98%之间，平均13.17%；MgO也较少，含量大约在4.17%～5.86%之间，平均5.07%；Na2O+K2O在2.28%～4.87%之间，平均3.82%，且Na2O>K2O；TiO2较多，含量在1.70%～4.29%之间，平均2.71%，和岛弧钙碱性玄武岩(0.98%)大不相同，与板内拉斑玄武岩(2.23%)类似。总之，辉绿岩中Al2O3、MgO较少，TiO2含量较高为特征，板内拉斑玄武岩和此基性岩特征类似。

2.微量元素特征

形成辉绿岩的地质、物理化学环境是微量元素组成特征的关键因素，岩石的含量与比值也对岩石的成矿物质来源有一定程度的借鉴意义。野生岩样中稀土元素的地球化学特征，可以从结果看出：稀土总量∑REE较高(87.92×10-6～141.06×10-6)；∑LREE/∑HREE没有太大的变化，在3.321～4.349之间。在发生蚀变和变质作用时，高场强元素Zr、Hf、Nb、Ta都十分稳定，可作为岩石成因和源区性质较好的示踪剂。研究区辉绿岩Zr、Hf丰度变化分别为109×10-6～192×10-6(平均 136.16×10-6)和 2.75×10-6～6.6×10-6(平均4.16×10-6)，与板内拉斑玄武岩和碱性玄武岩的Zr(149×10-6～213 ×10-6)、Hf(3.44×10-6～6.36 × 10-6)大致相同，比MORB 玄武岩的Zr(90×10-6～96×10-6)、Hf(2.4×10-6～2.93×10-6)要高，火山弧拉斑玄武岩、钙碱性玄武岩和钾玄岩的Zr(40×10-6、71×10-6和87×10-6)、Hf(1.17×10-6、2.23×10-6和2.24×10-6)比其丰度低很多。板内拉斑玄武岩和碱性玄武岩的Nb、Ta丰度(大约在13×10-6～84×10-6和0.73×10-6～5.9×10-6)与该区的辉绿岩Nb(11.4×10-6～22×10-6，平均14.53×10-6)、Ta(0.78×10-6～1.75×10-6，平均1.11×10-6)的丰度值十分相近。

四、测年样品特征描述

通常采用锆石和斜锆石来对野外采集的辉绿石样品进行测年。锆石需要运用离子探针质谱(SHRIMP)法，它的优点是高灵敏度、高分辨率。而斜锆石需运用同位素稀释热电离质谱(ID-TIMS)法。

微观显示出透明度很低以及极暗的阴极荧光图象的锆石样品，这是锆石中高U和Th含量以及由U和Th的放射性衰变引起的锆石晶格严重损坏的直观表示。该锆石样品发生了严重的Pb丢失，206Pb/238U和207Pb/208Pb表面年龄严重不谐和，难以获得理想的测年结果。该斜锆石样品的Th/U比约为0.1左右，U和Th的放射性衰变作用对斜锆石晶格的破坏相对轻微，斜锆石很好地保持了其U-Pb同位素体系的封闭性，表现为206Pb/238U、207Pb/235U和207Pb/206Pb表面年龄基本一致，数据点落在谐和线上。它们的谐和年龄为1320Ma±6Ma，因此我们将1320Ma±6Ma定为所研究的辉绿岩的侵位年龄。

五、结论

1.燕辽地区之所以被称为基性大火成岩省，是因为侵入于中元古代沉积地层的辉绿岩床，其面积和厚度都较大，在12万km2以上并且累计厚度达到50～1800m。

2.根据华北地区下马岭组辉绿岩野外样品的主量和微量元素特征，可以得出其属于大陆拉斑玄武岩系列。

3.长期以来，下马岭组被置于新元古界青白口系的第一个组，其年龄约为1000-900 Ma。近几年又对下马岭组有了新的研究，发现下马岭组的下限年龄接近1400Ma，而上限时代应老于1320Ma±6Ma，我们倾向于将下马岭组的时代置于1400至1350Ma之间。

4.在未来的研究过程中，对于基础岩石和超基性岩石，斜锆石的U-Pb年龄测定应该用于解决时代问题。