北京延庆白河堡水库古火山口机构年代学特征及意义

岳晨曦，于福生，张晓明

北京延庆白河堡水库古火山口机构年代学特征及意义

岳晨曦1，于福生1，张晓明2

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 昌平 102249；2.河北省地矿局第五地质大队，河北 唐山 063000）

通过野外地质调查发现，北京延庆白河堡水库周边出露一完整的古火山口机构，火山口中心岩性为中性粗安岩；精准的LA-ICP-MS锆石U-Pb原位定年显示火山口中心粗安岩形成年龄为131.4±1.5Ma（2σ），代表了火山喷发的年龄；古火山口机构形成于早白垩世，火山岩在岩石地层单位上相当于张家口组；古火山口机构的火山岩可能是克拉通破坏背景下岩石圈减薄、下地壳物质部分熔融的产物。

延庆白河堡水库；古火山口机构；LA-ICP-MS；U-Pb年代学

1 地质概述

研究区位于北京延庆白河堡水库周边，百里山水画廊最西侧，在区域大地构造上属于华北克拉通北缘燕山台褶西段。燕山地区西接阴山构造带，北接索伦缝合带，再往北受到蒙古-鄂霍茨克洋的闭合与中亚造山带形成的影响，南部受苏鲁-大别山缝合带影响，西部又受到郯庐断裂带和西太平洋俯冲影响（图1-a），这种复杂的不稳定的构造背景造成燕山地区中生代的岩浆活动非常频繁，并且成因复杂。燕山地区中生代受岩石圈伸展作用影响，发育许多小型的陆内断陷盆地，并在盆地内沉积了巨厚的火山-沉积地层（冯宝华，1979）。

白河堡水库位于冀北赤城盆地，水库周边发育的地层主要有中元古界长城系常州沟组、串岭沟组、团山子组、大红峪组、高于庄组、蓟县系雾迷山组、铁岭组、洪水庄组、新元古界青白口系下马岭组、中生界侏罗系土城子组和新近系。元古界地层构成盆地的基底，侏罗系和新近系为盖层，两者呈角度不整合接触，形成盆地的二元结构（图1-b）。

图1 燕山地区大地构造位置简图（a）、研究区地质简图（b）

地层代号含义：Chch-串岭沟组，Cht-团山子组，Chd-大红峪组，Chg-高于庄组，Jxw-雾迷山组，Jxt-铁岭组，Jxh-洪水庄组，Qnx-下马岭组，J3tc-土城子组，N-新近系

2 样品采集及岩石学特征

在白河堡水库东侧泄洪口处，发育一完整的古火山口机构剖面（图2-a），地理位置E40°39′13.58″、N116°10′56.76″。整个剖面长约50m，可以清楚看到岩浆喷出地表后流动的一个情况：岩浆从火山通道喷出时带来了大量的围岩，在地表附近形成粒度较大、分选磨圆极差的熔岩胶结的火山碎屑岩。火山口在喷发后期能量降低，残余的岩浆在火山口附近堆积堵住火山口并在重力作用下逐渐塌陷呈碗状，岩浆冷凝后形成了大量的切穿流动层面的向形节理，最终形成了当今所看到的破火山口。

用于测年的样品采集于古火山口中心未经受风化污染的位置（图2-a），样品岩性为粗安岩，手标本下呈紫红色，块状构造，斑状结构，斑晶大小1mm左右，含量20%左右；基质为紫红色的安山质熔体，含量大约80%（图2-b）。镜下可识别矿物主要有斜长石，单斜辉石，少量碱性长石。斜长石正交偏光下呈一级灰白干涉色，双晶纹比较密集，偏中基性，发育两组垂直解理；单斜辉石出现在岩石基质中，正交偏光下二级黄绿干涉色，矿物边缘呈现熔蚀暗化边结构，部分单斜辉石被包含在长石斑晶中形成包含结构；岩石基质主要为隐晶质和少量未结晶的玻璃质，隐晶质由板状的微晶碱性长石和斜长石组成，杂乱排布，呈现典型的安山结构（图2-c）；单偏光下可见基质斜长石绢云母化，呈土褐色杂乱分布（图2-d）。

图2 古火山口机构露头与样品采集位置（a）、手标本图片（b）、镜下正交偏光图片（c）与单偏光图片（d），cpx-单斜辉石、pl-斜长石

3 样品的年代学分析

为准确获得白河堡水库周边古火山口机构形成的时代，选取了位于古火山口机构中心无围岩混染与次生蚀变的新鲜粗安岩。测年方法选用LA-ICP-MS锆石U-Pb原位定年分析，锆石分选、锆石制靶与制靶后的阴极发光图像拍摄均在廊坊尚艺岩矿检测技术服务有限公司完成，主要选择晶形较完好环带发育的柱状岩浆锆石作为测年的对象（图3）。LA-ICP-MS锆石U-Pb原位定年分析在武汉上谱分析科技有限公司完成。分析中，使用 Agilent 7500a 型四级杆ICP-MS，激光剥蚀系统为GeoLas200M 193nm ArF准分子(excmer)激光剥蚀系统，激光斑束直径是30μm，激光剥蚀深度是20～40μm，激光脉冲是10Hz，能量是34～40mJ，以29Si作为内标，哈佛大学标准锆石91500作为外标校正。同位素比值数据处理采用GLITTER (4.0版)软件，年龄计算和成图采用ISOPLOT(3.23版) 软件进行，详细的分析步骤以及数据处理方法见参考文献(Yuan Honglin et al．2004；罗魏等，2020)。

分析结果：测试样品中的锆石晶形较完好，多为短柱状，长轴在100～200μm之间，CL图像显示出典型的岩浆成因锆石的振荡环带结构（图3）。采用 LA-ICP-MS 方法对这些锆石进行U-Pb定年，分析结果见表1。测试结果中，Th、U的含量变化比较大，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，属于典型的岩浆成因锆石（吴元保和郑永飞，2004）。除去远离去206Pb/238U-207Pb/235U的U-Pb谐和线和加权平均值的样本，其余测点的谐和性比较好，并且谐和点的分布比较集中（图4），这17个锆石测点的加权平均年龄为131.4±1.5Ma（2σ），代表了岩浆结晶的年龄，属于早白垩世。

图3 锆石阴极发光图像

图4 古火山口粗安岩 LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 谐和图

4 讨论

在冀北张家口-赤城一带，根据1∶50000区域地质调查的结果，可以将该区域的地层大致划分为三个火山-沉积旋回：第一旋回由早侏罗世南大岭组和中侏罗世下花园组、九龙山组构成，其中南大岭组主要由玄武安山岩组成，下花园组主要岩性由砂岩和煤层组成，九龙山组主要岩性为细砂岩；第二旋回由晚侏罗世髫髻山组和后城组构成，髫髻山组主要为玄武安山岩、安山质角砾岩，后城组主要由中-粗粒的陆相碎屑岩和玄武岩夹层 组成；第三旋回由早白垩世白旗组、张家口组、大北沟组、西瓜园组和化吉营组构成，白旗组由玄武岩组成，张家口组主要为一套中酸性的火山岩-火山碎屑岩，大北沟组由玄武岩组成，西瓜园组是一套从底部由细变粗的湖相碎屑岩，化吉营组为一套玄武安山岩。三次火山-沉积旋回之间均以角度不整合接触（李晓勇，2003）。

前人在冀北-辽西一带已经做过很多工作，累积了大量火山岩的年代学数据。汪洋等人（2003）利用Rb-Sr同位素测定了北京延庆白河堡地区后城组的年龄，大致为162Ma，并认为其形成于造山变形事件结束后的造山带环境中（汪洋和姬广义，2003a；汪洋和姬广义，2003b）；牛宝贵等人（2003）通过锆石SHRIMP测年报道了冀北滦平盆地和承德盆地张家口组火山岩的年龄，其值为136Ma,代表了早白垩张家口组火山岩喷发时代（牛宝贵等，2003；Niu B G et al.，2004）；高山等人（2005）在辽西凌源地区重新厘定了张家口组火山岩的年龄，认为其顶界值在130～132Ma左右（张宏等，2005）；邵济安等人（2003）在崇礼县大水沟地区利用Rb-Sr等时线法对张家口组二段火山岩定年，其结果为139.2±8.9Ma（邵济安等，2003）。综合上述内容，白河堡水库边古火山口机构的中性粗安岩在岩石地层单位上相当于冀北早白垩世张家口组，在国际年代地层单位上属于下白垩统欧特里夫阶（129.4～132.9Ma）。

在火山岩年代学测试的基础上，顺带简单讨论一下延庆白河堡水库边古火山口机构火山岩的成因。众所周知，火山岩的成因主流观点是地壳深部物质在一定温度和压力下部分熔融而成，而诱发部分熔融的机制和构造运动有很大的关系。燕山地区中生代大地构造位置很不稳定，整体上处于一种克拉通破坏的环境（杨帆，2019；翟明国等，2003），尤其是在晚侏罗到早白垩世经历了由挤压到伸展构造体制的转换（邵济安等，2003；郑亚东等，2000）。在早白垩世的伸展构造背景下，岩石圈减薄破坏，地幔物质底侵上拱，深部克拉通基底物质减压熔融并上升喷出地表，形成当今所看到的古火山口（李晓勇，2003；张长厚，1999）。白河堡水库周边的火山岩很可能形成于这种环境下，当然，更加详细的研究还需要进一步的元素地球化学和同位素地球化学的研究。

表1 粗安岩锆石U-Pb同位素测试结果

5 结论

（1）北京延庆白河堡水库周边古火山口机构岩性主要为粗安岩；

（2）精确的LA-ICP-MS锆石U-Pb原位定年显示火山口中心岩石结晶年龄为131.4±1.5Ma，代表火山喷发于早白垩世；

（3）该地区火山岩在岩石地层单位上相当于下白垩统张家口组；

（4）白河堡水库周边古火山口机构火山岩可能是克拉通破坏背景下岩石圈减薄、下地壳物质部分熔融的产物。

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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，重庆人，硕士，研究方向：矿物学、岩石学、矿床学

于福生（1969-），男，黑龙江人，教授、博士生导师，研究方向：构造地质