冀西北宣化晚三叠世中期流纹斑岩的发现及其地质意义

张树胜，谢明忠，刘永平，任建帅，周建飞，郑满城，郝星波

1)河北省煤田地质局第四地质队，河北宣化，075100；2)河北省煤田地质局环境地质调查院，石家庄，050085

内容提要:冀西北宣化东部地区ZY1井揭露在中元古界下马岭组页岩中，夹有4层流纹斑岩(浅成侵入)，本文测得其LA-ICPMS锆石U-Pb年龄为226.5±1.9 Ma，表明其侵入阶段为晚三叠世中期。本区流纹斑岩不含碱性铁镁矿物，应不属于碱性岩。本区发现的晚三叠世中期流纹斑岩，丰富了华北克拉通北缘中晚三叠世构造体制由碰撞后/造山后伸展向板内伸展转变过程中较少的非碱性岩类及其测年数据，对华北地块印支期活动历史的分析研究具有重要理论意义，对寻找矿产资源具有现实意义。

流纹斑岩是一种酸性潜火山岩，是与火山作用有关的并与火山岩系同源的浅成或超浅成侵入岩(《地球科学大辞典》编委会，2006)。任荣等(2009)总结了前人资料，三叠纪期间在华北陆块上，尤其是其北缘有分布较为广泛的碱性侵入岩，而其他类型侵入岩只在宣化北部的小张家口、承德南部的都山等地零星分布。该期间华北克拉通北缘鲜有潜火山岩报导。笔者等在冀西北宣化东部地区的ZY1井(图1)中发现有与火山活动无直接、明显关系的流纹斑岩，侵入于下马岭组中。该流纹斑岩位于华北克拉通北缘，LA-ICPMS锆石U-Pb测定年龄为226.5±1.9 Ma，显示其形成时代为晚三叠世中期，为印支运动的产物。该成果对分析印支运动在华北克拉通北缘的表现具有重要意义。

1 流纹斑岩赋存层位及岩性特征

1.1 赋存层位

2019年施工的页岩气参数井ZY1井揭露中元古界下马岭组一段和二段(三段及其以上层位被剥蚀)，厚度为216 m，下侏罗统南大岭组不整合覆于其上，下伏地层为蓟县系铁岭组白云岩。下马岭组一段厚度158 m，岩性主要为灰色粉砂质页岩和泥质粉砂岩；二段仅保存该段中下部鲜绿色和紫红色页岩、海绿石砂岩，保存厚度58 m。流纹斑岩以层状赋存于下马岭组一段上部和二段之中，共见4层，现埋藏深度1297.29～1384.00 m，距南大岭组底部不整合面(可能约相当于流纹斑岩侵位时的古地表面)20余米至100余米，单层厚度3.28～11.55 m(图1)。各层流纹斑岩与上下页岩为明显侵入接触关系，上下两端围岩各有0.1～0.3 m因受烘烤发生轻微变质，较坚硬，呈块状，页理不发育(图2a)。

图1 冀西北ZY1井位置及中元古界下马岭组地层柱状图Fig.1 Location of the Well ZY1 in Northwestern Hebei Province and its stratigraphic histogram of the Mesoproterozoic Xiamaling Formation

1.2 岩性特征

流纹斑岩顶、底部具有厚度0.1～0.5 m的冷凝边，斑晶较小，数量也少，颜色较深，呈绿灰色，向岩层中部渐变为带淡绿色调的灰白色(图2b)。各层均呈斑状—基质隐微晶结构，块状构造，流纹构造不发育，致密坚硬(图2c、d)。

其显微特征为：由斑晶、基质组成，分别占5%～10% ±和90%～95%。斑晶：由石英及少量长石假像、黑云母假像组成，粒度一般0.2～2.9 mm。石英含量1%～10%，一般5%左右，呈半自形粒状、熔蚀状，星散分布，少聚斑状产出，粒内具波状消光，有的颗粒具碎裂现象；长石含量5%左右，呈半自形板状，零星分布，均被黏土或碳酸盐及少量石英交代呈假像，据晶形推测主要为钾长石；黑云母含量1%～5%，呈叶片状，零星分布或聚斑状产出，常见被白云母沿其边缘或解理交代并析出铁质。基质：由长英质组成，大多数呈隐微晶状，杂乱分布，构成岩石主体，少数长英质呈包含霏细状、纤状分布，局部具不均匀黏土化(图2e)。

图2 宣化ZY1井流纹斑岩岩石特征：(a)ZY1井，1340.28～1344.68 m岩芯，其中，1343.38 m以上为流纹斑岩，之下为页岩。岩芯箱长度0.80 m；(b)灰白色流纹斑岩与深灰色页岩接触处有0.25 m呈深绿灰色。ZY1井岩芯，岩芯箱长度0.80 m；(c)流纹斑岩，ZY1井，岩芯，深度1341.5 m；(d)流纹斑岩，ZY1井，岩芯，直径58 mm;深度同(c)；(e)流纹斑岩，正交偏光，斑状—基质隐微晶结构。ZY1井，取样深度1297.5 m，样品编号ZhY4Fig.2 Petrological characteristics of the rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua:(a)Core from 1340.28 m to 1344.68 m,with rhyolite porphyry above 1343.38 m and shale below.Core box length 0.80 m;(b)0.25 m thicked dark greenish gray rock in contact between grayish white rhyolite porphyry and dark gray shale.Core box length 0.80 m;(c)rhyolite porphyry at depth 1341.5 m;(d)rhyolite porphyry at depth 1341.5 m,58 mm in diameter;(e)rhyolite porphyry,orthogonal polarization,porphyrid—matrix cryptic microcrystalline structure,at depth 1297.5 m,sample No.ZhY4

2 锆石 U-Pb 年龄测定

用于LA-ICPMS锆石U-Pb年龄测定的流纹斑岩样品(Zh1Y4)，采自ZY1井深度分别为1335.30 m和1362.90 m处钻探岩芯中，即第二层和第三层流纹斑岩，混合样品的总重量大于5 kg。

锆石样品的分离和挑选工作由SGS通标标准技术服务有限公司完成。锆石制靶、阴极发光图像(CL)和LA-ICP-MS锆石U-Pb测试分析均在广州市拓岩检测技术有限公司完成。

样品经常规的粉碎、磁选和重选，分选出纯度较高的锆石，然后在双目显微镜下经人工挑选出纯度在99%以上的锆石颗粒。样品靶制备：在双目镜下，将待测锆石按顺序逐颗粘在双面胶上，放上PCV环，将环氧树脂和固化剂混合后注入PVC环内，待树脂充分固化后将样品座从载玻片上剥离，依次在3000目、5000目、7000目的碳化硼砂纸上进行粗抛和细抛，直至露出光洁的表面，再使用1 μm抛光液对样品表面进行抛光。抛光完成后依次采用去离子水、酒精和去离子水进行超声清洗。在测试前采用无水乙醇擦拭样品表面。测试前进行阴极发光分析，获得样品阴极发光照片。

广州市拓岩检测技术有限公司实验室采用NWR193UC激光剥蚀系统，该系统由NWR 193 nm ArF准分子激光器和光学系统组成，ICP-MS型号为iCAP RQ。激光剥蚀过程中采用氦气作载气，激光剥蚀系统配置有信号平滑装置。准分子激光发生器产生的深紫外光束经匀化光路聚焦于锆石表面，能量密度为5 J/cm2。先收集15 s气体本底，随后以32 μm束斑、8 Hz频率剥蚀45 s，气溶胶由氦气送出剥蚀池，与氩气混合后进入ICP-MS。测试过程中以标准锆石91500为外标，校正仪器质量歧视与元素分馏；以标准锆石Plešovice为盲样，检验U-Pb定年数据质量；以NIST SRM 610为外标、Si为内标，标定锆石中的微量元素含量。原始的测试数据经过 ICPMSDataCal 软件离线处理完成。谐和图采用Isoplot 3.0软件进行绘制(Ludwig，2003)。

本次分析中挑选了约200颗晶型较好的锆石进行制靶。共拍摄了13张照片。CL图像显示，大部分锆石具有清晰的环带(图3)。阴极发光图像颜色较深，表明样品U含量较高，与测试结果一致(样品中铀含量500×10-6～3200×10-6)。

图3 宣化 ZY1井流纹斑岩锆石阴极发光(CL)图像Fig.3 Cathodoluminescence (CL)image of zircon from rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua

根据阴极发光结果选择了20个具有清晰生长环带颗粒进行U-Pb年龄分析，选点位置如图3。进行LA-ICPMS分析时，含标样共分析了34个测试点。其中样品点位20个，矫正标样(锆石91500)8个，监控盲样(Plesovice)3个，NIST SRM 610矫正标样3个。

3个监控盲样在测试时分别间插于样品中进行分析，所得谐和年龄为336.1±7.4 Ma，MSWD=0.046，获得了与推荐值误差范围内一致的结果(Sláma et al.，2008)，表明测试方法可行、仪器条件合理、仪器状态稳定。

获得的20颗锆石U-Pb年龄中(表1)，2、8和14号点，所得年龄偏大，应为继承性锆石，或与样品具有较高U含量有关，如8号点U含量高达3664×10-6；3、13、17号点，所得年龄偏小，可能因锆石颗粒太小，剥蚀到树脂，影响信号的稳定性。在绘制谐和图时，将此6个年龄与谐和年龄差别较大的分析点予以剔除。14个有意义的测试结果，所得谐和年龄为226.5±1.9 Ma，MSWD=5.2(图4)。

图4 宣化ZY1井流纹斑岩锆石U-Pb同位素谐和图Fig.4 U-Pb concordia diagram of the zircons from the rhyolite porphyry in the Well ZY1,Xuanhua

流纹斑岩的锆石U-Pb年龄测定结果，表明其形成于晚三叠世，远远晚于下马岭组形成时代，说明其不是与下马岭组同期形成的喷出岩，而是后期的地壳重熔融的酸性岩浆侵入体。

3 讨论

河北省区域地质矿产调查研究所(2017)认为印支旋回地质年代为晚二叠世—中三叠世、燕山旋回地质年代为晚三叠世—古新世；万天丰(2004)虽然认为印支期是从晚二叠世到三叠纪末，并将杏石口组与其下伏地层之间的不整合面代表的构造事件认为印支事件，但其把杏石口组置于早侏罗世。杏石口组的时代归属虽然也有古生物学家持早侏罗世的观点(刘宪亭，1988)，但归为晚三叠世的意见基本被大家认同(米家榕等，1984；萧宗正等，1993；鲍亦冈，1996；河北省区域地质矿产调查研究所，2017)，如此，万天丰关于印支运动与燕山运动的划分和《中国区域地质志·河北志》(河北省区域地质矿产调查研究所，2017)的观点就相近了。关于燕山运动论述的学者颇多(张宏仁等，2013；张宏仁，2016；董树文等，2019)，尤其是董树文等(2019)对“燕山运动”的研究历史进行了比较系统的总结。总的来说“燕山运动”是发生在侏罗纪—白垩纪时期，而印支期为侏罗纪之前的构造期，该观点被绝大部分学者认同(汪新文，1996；邵济安等，2014；张宏仁等，2013；张宏仁，2016；董树文等，2019)。

华北克拉通北部晚三叠世岩浆活动比较普遍，比如冀北—辽西喷发时间约为238～228 Ma的主要由安山岩、粗面安山岩，少量含流纹斑岩等长英质岩组成的火山岩组(胡健民等，2005；Ye Hao et al.，2014)；锆石年龄218～236 Ma的承德都山花岗岩体及其东侧的花岗斑岩脉、凌源柏杖子花岗岩、赤峰西台子花岗岩基、张家口谷咀子巨斑状花岗岩(罗镇宽等，2003)；锆石U-Pb年龄为203～207 Ma，侵位于三叠纪末期的蓟县盘山花岗岩体(马寅生等，2007)；冀西北锆石U-Pb年龄218～220 Ma超基性岩体(田伟等，2007；任荣等，2009)等。任荣等(2009)总结了华北陆块边缘晚三叠世侵入岩特征，在北缘、东缘、南缘晚三叠世侵入岩普遍存在，其中主要为富碱侵入岩，北缘的富碱侵入岩主要沿阴山—燕辽一带分布，岩体分布密度远大于东缘和南缘(图5)。关于华北克拉通北缘晚三叠世岩浆岩形成的构造背景虽然有板内伸展(Ye Hao et al.，2014)、西伯利亚板块与中朝板块的后碰撞(罗镇宽等，2003)等不同的认识，但它们是印支晚期伸展构造背景下的产物是共识。

图5 华北克拉通三叠纪侵入岩分布图(据任荣等，2009修改)Fig.5 Triassic intrusive rock in the North China Craton(modified from Ren Rong et al.,2009&)

如前所述，本次工作获取的侵入于下马岭组锆石U-Pb年龄为226.5±1.9 Ma的流纹斑岩的斑晶由石英及少量长石假像、黑云母假像组成，石英含量1%～10%，一般5%左右，长石含量5%左右，黑云母含量1%～5%，基质由长英质组成，不含碱性铁镁矿物，应不属于碱性岩，丰富了华北克拉通北缘印支期非碱性侵入岩的大家庭。

另一组两个测点LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄为480 Ma和484 Ma，应为本区印支期岩浆侵位过程中捕获的来源于富集地幔或大陆下地壳的继承锆石，邻近的小张家口超基性岩体也有相同情况存在(田伟等，2007)。

本区ZY1井多层流纹斑岩侵入体的存在，指示了其下应有较大规模的同期花岗岩体。与其临近的北部崇礼区谷咀子巨斑状花岗岩锆石U-Pb年龄236±2 Ma(罗镇宽等，2003)，为印支期早期侵入；蓟县盘山二长花岗岩锆石U-Pb年龄203.0±4.5 Ma(马寅生等，2007)为印支期末期侵入；ZY1井流纹斑岩为印支期中期侵入。综上说明，虽然华北克拉通北缘印支期侵入体以碱性正长岩体为主(任荣等，2009)，但从印支期早期至晚期都存在酸性岩类侵入。

4 结论

侵入于宣化东部中元古界下马岭组页岩中的流纹斑岩，其锆石U-Pb年龄为226.5±1.9 Ma，说明冀西北地区印支运动中期具有酸性岩浆岩侵入，为构造伸展背景下的岩浆活动。在该背景下形成的小型构造盆地，为后期沉积的杏石口组碎屑岩奠定了环境基础。

致谢：样品年龄计算和相关图件绘制过程中，得到了SGS通标标准技术服务有限公司林伯伟高级工程师的鼎力相助，审稿专家和章雨旭研究员的建设性意见和建议为文章的修改、完善，并最终得以发表提供了可能，在此一并致以诚挚谢意！