黑龙江莫尔根河区域火山岩岩石学及其地质构造背景研究
发布时间：2014-09-14 20:09
【摘要】 论文较为详细的研究了黑龙江省嫩江地区莫尔根河组火山岩的地层层序、岩石组合、形成时代、地球化学特征，探讨了火山岩的成因及其形成的构造背景。莫尔根河组火山岩的空间分布明显受嫩江-黑河构造混杂岩带的控制，可明显分为上下两部分：下部发育一套中性-中酸性火山岩组合，主要为安山岩、英安岩、英安质熔火山角砾岩、英安质凝灰岩等；上部为一套酸性火山岩组合，主要为流纹岩、流纹质火山角砾凝灰岩、变酸性火山岩等。以四站林场为中心，其南西侧以酸性火山岩为主，其北东侧以中性火山岩为主。火山岩的锆石LA-ICP-MS U-Pb年龄为353±2Ma，说明其形成于早石炭世。地球化学特征显示，莫尔根河组火山岩属于钙碱性系列，富集大离子亲石元素和轻稀土元素，亏损Nb、Ta等高场强元素，类似于岛弧钙碱性火山岩，岩浆演化过程中存在分离结晶作用。综合研究认为该火山岩形成于岛弧构造环境，代表了古亚洲洋强烈俯冲过程中产生的一套弧火山岩组合。
【关键词】 莫尔根河组火山岩； 岩石组合； 地球化学； 构造环境； 嫩江地区；
第 1 章 引言
1.1 选题依据和项目依托
1.1.1选题依据
王鸿祯教授等(1990)认为，西伯利亚-蒙古-兴安亚构造域、布列亚-松辽亚构造域及哈萨克斯坦-准噶尔亚构造域在石炭纪前后相继碰撞连结，形成了巨型北亚(安加拉斯坦)构造域，该构造域以发育安加拉植物区系为特征。但是，长期以来对华北与西伯利亚两大板块拼贴的最后位置一问题上仍存在以下两种认识：一种观点认为沿西拉木伦深大断裂最后拼贴；另一种观点认为最后俯冲位置是索伦山-贺根山-黑河深断裂带。
刘永江（2010）等通过对传统认识的贺根山-黑河构造带进行了详细的野外地质调查认为除了贺根山地区外，传统认识的贺根山-黑河构造带的中、北段即扎兰屯-嫩江-黑河段没有发现残留洋壳的证据，该构造带西南段贺根山蛇绿岩向东延至松辽盆地西缘后，被中生代形成的嫩江-八里罕走滑断裂所截。
刘永江（2010）等通过对传统认识的贺根山-黑河构造带进行了详细的野外地质调查认为除了贺根山地区外，传统认识的贺根山-黑河构造带的中、北段即扎兰屯-嫩江-黑河段没有发现残留洋壳的证据，该构造带西南段贺根山蛇绿岩向东延至松辽盆地西缘后，被中生代形成的嫩江-八里罕走滑断裂所截。
吴福元（2005）等和张兴洲（2006）等对东北地区各地块开展了 Nd 模式年龄研究，通过该研究指出，兴安地块和松嫩地块具有一致的 Nd 同位素模式年龄（1200～500 Ma），该 Nd 同位素模式年龄明显与额尔古纳和佳木斯两地块不同，这说明兴安地块和松嫩地块具有相同时代的基底，两地块很可能为统一的兴安-松嫩地块，其现今的不同构造演化的差异主要是由于受到中生代以来构造演化改造所致的。刘永江（2011）等认为可以推测传统上划分的兴安地块和松嫩地块具有统一的基底，两地块间发育的晚古生代火山岩和花岗岩带应该是兴安-松嫩地块区域拉张构造背景下的产物。
张兴洲(2011)等认为东北地区晚古生代构造-岩浆事件的年龄范围为（350～300Ma），其对应的地质时代为石炭纪，峰期年龄（320Ma）对应地质时代为早石炭世末或晚石炭世初。这一峰期年龄（320Ma）对应的事件与松嫩地块和额尔古纳-兴安地块拼合，形成统一佳蒙地块的时间基本上一致。并指出在黑龙江地区存在 1 条重要的地球物理异常界线，即黑河-嫩江-白城一线北东向展布的串珠状强磁异常带，这一地球物理异常特征为嫩江-孙吴地区晚古生代期间的构造演化提供了重要的空间约束。
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1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 国内外研究现状
火山岩是岩浆喷至地表的直接产物，其记载了大量的地球深部地质信息，其岩石结构、矿物组成、岩石组合及其地球化学特征能够反映岩浆事件发生时岩石圈的结构和物质组成，也是探索岩石圈深部岩浆作用过程及岩浆演化的重要依据。由于不同的大地构造背景下岩浆源区性质和岩浆产生过程中存在明显的差异，深部的地幔物质和地表岩石圈的相互作用方式也不同。因此，应用火山岩可以判别和分析地质历史时期的的大地构造环境。
火山岩是大陆地壳的重要物质组成，其蕴含着探索大陆动力学和壳幔演化的重要地质信息、其可以提供探索大陆深部结构特征、壳幔相互作用演化，火山岩浆形成演化揭示了深部的大陆构造动力学和深部壳幔作用的某些特点。同位素年代学研究已成为重大地质事件，尤其是板块俯冲和碰撞造山事件精确研究的重要手段，使得研究可以从定性到定量。通过火山岩形成构造环境的地球化学判别，进而探索区域构造演化特征，是造山带研究的主要内容之一。根据火山岩的稀土和微量元素特征判断火山岩形成的大地构造环境是火山岩研究的一个热点，形成于不同大地构造环境的火山岩具有不同的地球化学特征，这为构造环境的研究提供了一个至为重要的方向，可以用地球化学特征方面 REE 和高场强元素这些地球化学参数来判断别火山岩形成的大地构造环境，研究其构造意义。
1.2.2 研究现状及存在问题
黑龙江省嫩江地区古生代火山岩发育，大面积分布。赵芝等（2010 年）在嫩江地区原大石寨组凝灰质流纹岩获得同位素年龄 353.1±2.0Ma，在原大石寨组含火山角砾流纹岩获得同位素年龄 353.8±2.4Ma、流纹质晶屑凝灰岩获得同位素年龄 307.5±2.1Ma，在原五道岭组流纹质熔结凝灰岩获得同位素年龄352.5±3.0Ma，在宝力高庙组凝灰质流纹岩获得同位素年龄为 306.9±2.2Ma。上述同位素测年结果表示莫尔根河组火山岩形成于石炭纪。
黑龙江省嫩江地区原 1:20 万霍龙门公社幅区域地质调查划分的核桃山组、哈列图河组和白山组，原 1:20 万嫩江县幅区域地质调查划分的核桃山组等地层单位限于当时测试手段落后等原因，地层时代有待进一步厘定。黑龙江省岩石地层（1997）黑龙江省区域地质志（1993）将核桃山组（P1h）厘定为晚石炭世、白山组（P1b）厘定为晚三叠世，黑龙江省岩石地层（1997）将核桃山组（P1h）归入大石寨组（P1d）、白山组归入五道岭组（P2w）。锆石 U-Pb 年龄集中在 353～352Ma 和 307～306Ma。上述年龄数据表明核桃山组、哈列图河组、白山组该套火山岩大部分地层组合时代为石炭纪。
前人对该区核桃山组、哈列图河组、白山组进行了基础地质研究，测制了相应的剖面，后来又对该区上述各组的年代学进行了研究，得出了上述该组为一套石炭纪火山岩组合。
综上可以看出该区石炭纪的火山岩具体涉及到的这套岩石组合系列为赵芝认为的早石炭世俯冲型火山岩。针对上述石炭纪火山岩的岩石组合、地球化学特征、年代学特征其构造环境意义有待进一步探讨。
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第 2 章 莫尔根河组火山岩的地质-岩石学特征及形成时代
2.1 莫尔根河组沿革及分布
莫尔根河组 1956 年创建于额尔古纳右旗莫勒格尔河左岸，原始定义指“出露于海拉尔市及其以北地区的以中酸性喷出岩为主，夹有灰岩及粉砂岩的地层”，时代为早石炭世，内蒙古自治区岩石地层（1996）指出莫尔根河组源于 1981 年-1985 年，黑龙江省区调二队在大兴安岭地区开展 1:20 万填图，把原划分的安清泰河组、红水泉组、莫尔根河组、谢尔塔拉组和角高山组分为两部分，将上述地层中的碎屑岩和灰岩部分修订为红水泉组，将其中的火山岩部分复归为莫尔根河组。莫尔根河组正层型剖面为内蒙古陈巴尔虎旗莫勒格尔河左岸剖面。该正型剖面很不理想，内蒙古自治区岩石地层认为莫尔根河组代表了蛇绿岩套的上部组合。
特征。本次研究工作厘定的莫尔根河组包括原 1:20 万霍龙门公社幅划分的核桃山组（P1h）、哈列图河组（P1hl）和白山组（P1b）；原 1:20 万嫩江县幅幅划分的核桃山组（C1h）。黑龙江省岩石地层（1997）黑龙江省区域地质志（1993）将核桃山组（P1h）厘定为晚石炭世、白山组（P1b）厘定为晚三叠世，黑龙江省岩石地层（1997）将核桃山组（P1h）归入大石寨组（P1d）、白山组归入五道岭组（P2w）。该组出露 1:25 万嫩江县幅的中部，呈巨型的条带近南北向断续分布，主要出露于敖包山-孬石梁子-双胜村-东华农场西-白桦大门山一线。该组自下而上可以划分为两部分：上部分以酸性火山岩为主；下部分以中性火山岩为主，局部夹中酸性火山岩。
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2.2 典型剖面
在研究区的四站林场、额尔河乡等地测制了该组的剖面。
（1）嫩江县四站林场西大韭菜沟北山莫尔根河组火山岩修测剖面（图 2-2）：该剖面控制厚度＞1414.94m，层序自下而上为：
————未见顶————
莫尔根河组下部 ＞1414.94 m17．
灰黑色变质英安质火山角砾岩 4.83 m16．
灰白色变流纹岩 33.81 m15．
灰绿色变质含角砾英安质凝灰岩 97.68 m14．
灰白-灰绿色变质英安岩 21.62 m13．
灰绿色变质安山岩 19.05 m12．
灰绿色变流纹质火山角砾凝灰岩 31.75 m11．
灰白色变质流纹岩，顶部见薄层流纹质凝灰岩，下部夹英安质火山角砾岩 190.02 m10．
灰绿色变质安山岩，下部为变英安岩 54.0 m9．
灰白色变流纹质熔凝灰岩、流纹质凝灰岩，底部为英安质凝灰岩 174.65 m8．
灰黑色变质安山岩与英安质凝灰岩渐变过渡 19.8l m7．
灰黑色变质流纹质晶屑凝灰岩 13.27 m6．
灰绿色变质英安质熔火山角砾岩 21.24 m5．
灰绿色变质流纹质凝灰岩 226.28 m4．
灰绿色流纹质凝灰岩，底部为流纹质角砾凝灰岩 175.12 m3．
灰绿-灰黑色变质安山岩 106.66 m2．
灰绿-灰黑色杏仁状或含杏仁变质安山岩 176.11 m1．
灰黑色变质安山岩，岩石呈致密块状 49.04m
————未见底————
本文编号：8922
【关键词】 莫尔根河组火山岩； 岩石组合； 地球化学； 构造环境； 嫩江地区；
第 1 章 引言
1.1 选题依据和项目依托
1.1.1选题依据
王鸿祯教授等(1990)认为，西伯利亚-蒙古-兴安亚构造域、布列亚-松辽亚构造域及哈萨克斯坦-准噶尔亚构造域在石炭纪前后相继碰撞连结，形成了巨型北亚(安加拉斯坦)构造域，该构造域以发育安加拉植物区系为特征。但是，长期以来对华北与西伯利亚两大板块拼贴的最后位置一问题上仍存在以下两种认识：一种观点认为沿西拉木伦深大断裂最后拼贴；另一种观点认为最后俯冲位置是索伦山-贺根山-黑河深断裂带。
刘永江（2010）等通过对传统认识的贺根山-黑河构造带进行了详细的野外地质调查认为除了贺根山地区外，传统认识的贺根山-黑河构造带的中、北段即扎兰屯-嫩江-黑河段没有发现残留洋壳的证据，该构造带西南段贺根山蛇绿岩向东延至松辽盆地西缘后，被中生代形成的嫩江-八里罕走滑断裂所截。
刘永江（2010）等通过对传统认识的贺根山-黑河构造带进行了详细的野外地质调查认为除了贺根山地区外，传统认识的贺根山-黑河构造带的中、北段即扎兰屯-嫩江-黑河段没有发现残留洋壳的证据，该构造带西南段贺根山蛇绿岩向东延至松辽盆地西缘后，被中生代形成的嫩江-八里罕走滑断裂所截。
吴福元（2005）等和张兴洲（2006）等对东北地区各地块开展了 Nd 模式年龄研究，通过该研究指出，兴安地块和松嫩地块具有一致的 Nd 同位素模式年龄（1200～500 Ma），该 Nd 同位素模式年龄明显与额尔古纳和佳木斯两地块不同，这说明兴安地块和松嫩地块具有相同时代的基底，两地块很可能为统一的兴安-松嫩地块，其现今的不同构造演化的差异主要是由于受到中生代以来构造演化改造所致的。刘永江（2011）等认为可以推测传统上划分的兴安地块和松嫩地块具有统一的基底，两地块间发育的晚古生代火山岩和花岗岩带应该是兴安-松嫩地块区域拉张构造背景下的产物。
张兴洲(2011)等认为东北地区晚古生代构造-岩浆事件的年龄范围为（350～300Ma），其对应的地质时代为石炭纪，峰期年龄（320Ma）对应地质时代为早石炭世末或晚石炭世初。这一峰期年龄（320Ma）对应的事件与松嫩地块和额尔古纳-兴安地块拼合，形成统一佳蒙地块的时间基本上一致。并指出在黑龙江地区存在 1 条重要的地球物理异常界线，即黑河-嫩江-白城一线北东向展布的串珠状强磁异常带，这一地球物理异常特征为嫩江-孙吴地区晚古生代期间的构造演化提供了重要的空间约束。
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1.2 国内外研究现状及存在的问题
1.2.1 国内外研究现状
火山岩是岩浆喷至地表的直接产物，其记载了大量的地球深部地质信息，其岩石结构、矿物组成、岩石组合及其地球化学特征能够反映岩浆事件发生时岩石圈的结构和物质组成，也是探索岩石圈深部岩浆作用过程及岩浆演化的重要依据。由于不同的大地构造背景下岩浆源区性质和岩浆产生过程中存在明显的差异，深部的地幔物质和地表岩石圈的相互作用方式也不同。因此，应用火山岩可以判别和分析地质历史时期的的大地构造环境。
火山岩是大陆地壳的重要物质组成，其蕴含着探索大陆动力学和壳幔演化的重要地质信息、其可以提供探索大陆深部结构特征、壳幔相互作用演化，火山岩浆形成演化揭示了深部的大陆构造动力学和深部壳幔作用的某些特点。同位素年代学研究已成为重大地质事件，尤其是板块俯冲和碰撞造山事件精确研究的重要手段，使得研究可以从定性到定量。通过火山岩形成构造环境的地球化学判别，进而探索区域构造演化特征，是造山带研究的主要内容之一。根据火山岩的稀土和微量元素特征判断火山岩形成的大地构造环境是火山岩研究的一个热点，形成于不同大地构造环境的火山岩具有不同的地球化学特征，这为构造环境的研究提供了一个至为重要的方向，可以用地球化学特征方面 REE 和高场强元素这些地球化学参数来判断别火山岩形成的大地构造环境，研究其构造意义。
1.2.2 研究现状及存在问题
黑龙江省嫩江地区古生代火山岩发育，大面积分布。赵芝等（2010 年）在嫩江地区原大石寨组凝灰质流纹岩获得同位素年龄 353.1±2.0Ma，在原大石寨组含火山角砾流纹岩获得同位素年龄 353.8±2.4Ma、流纹质晶屑凝灰岩获得同位素年龄 307.5±2.1Ma，在原五道岭组流纹质熔结凝灰岩获得同位素年龄352.5±3.0Ma，在宝力高庙组凝灰质流纹岩获得同位素年龄为 306.9±2.2Ma。上述同位素测年结果表示莫尔根河组火山岩形成于石炭纪。
黑龙江省嫩江地区原 1:20 万霍龙门公社幅区域地质调查划分的核桃山组、哈列图河组和白山组，原 1:20 万嫩江县幅区域地质调查划分的核桃山组等地层单位限于当时测试手段落后等原因，地层时代有待进一步厘定。黑龙江省岩石地层（1997）黑龙江省区域地质志（1993）将核桃山组（P1h）厘定为晚石炭世、白山组（P1b）厘定为晚三叠世，黑龙江省岩石地层（1997）将核桃山组（P1h）归入大石寨组（P1d）、白山组归入五道岭组（P2w）。锆石 U-Pb 年龄集中在 353～352Ma 和 307～306Ma。上述年龄数据表明核桃山组、哈列图河组、白山组该套火山岩大部分地层组合时代为石炭纪。
前人对该区核桃山组、哈列图河组、白山组进行了基础地质研究，测制了相应的剖面，后来又对该区上述各组的年代学进行了研究，得出了上述该组为一套石炭纪火山岩组合。
综上可以看出该区石炭纪的火山岩具体涉及到的这套岩石组合系列为赵芝认为的早石炭世俯冲型火山岩。针对上述石炭纪火山岩的岩石组合、地球化学特征、年代学特征其构造环境意义有待进一步探讨。
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第 2 章 莫尔根河组火山岩的地质-岩石学特征及形成时代
2.1 莫尔根河组沿革及分布
莫尔根河组 1956 年创建于额尔古纳右旗莫勒格尔河左岸，原始定义指“出露于海拉尔市及其以北地区的以中酸性喷出岩为主，夹有灰岩及粉砂岩的地层”，时代为早石炭世，内蒙古自治区岩石地层（1996）指出莫尔根河组源于 1981 年-1985 年，黑龙江省区调二队在大兴安岭地区开展 1:20 万填图，把原划分的安清泰河组、红水泉组、莫尔根河组、谢尔塔拉组和角高山组分为两部分，将上述地层中的碎屑岩和灰岩部分修订为红水泉组，将其中的火山岩部分复归为莫尔根河组。莫尔根河组正层型剖面为内蒙古陈巴尔虎旗莫勒格尔河左岸剖面。该正型剖面很不理想，内蒙古自治区岩石地层认为莫尔根河组代表了蛇绿岩套的上部组合。
特征。本次研究工作厘定的莫尔根河组包括原 1:20 万霍龙门公社幅划分的核桃山组（P1h）、哈列图河组（P1hl）和白山组（P1b）；原 1:20 万嫩江县幅幅划分的核桃山组（C1h）。黑龙江省岩石地层（1997）黑龙江省区域地质志（1993）将核桃山组（P1h）厘定为晚石炭世、白山组（P1b）厘定为晚三叠世，黑龙江省岩石地层（1997）将核桃山组（P1h）归入大石寨组（P1d）、白山组归入五道岭组（P2w）。该组出露 1:25 万嫩江县幅的中部，呈巨型的条带近南北向断续分布，主要出露于敖包山-孬石梁子-双胜村-东华农场西-白桦大门山一线。该组自下而上可以划分为两部分：上部分以酸性火山岩为主；下部分以中性火山岩为主，局部夹中酸性火山岩。
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2.2 典型剖面
在研究区的四站林场、额尔河乡等地测制了该组的剖面。
（1）嫩江县四站林场西大韭菜沟北山莫尔根河组火山岩修测剖面（图 2-2）：该剖面控制厚度＞1414.94m，层序自下而上为：
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莫尔根河组下部 ＞1414.94 m17．
灰黑色变质英安质火山角砾岩 4.83 m16．
灰白色变流纹岩 33.81 m15．
灰绿色变质含角砾英安质凝灰岩 97.68 m14．
灰白-灰绿色变质英安岩 21.62 m13．
灰绿色变质安山岩 19.05 m12．
灰绿色变流纹质火山角砾凝灰岩 31.75 m11．
灰白色变质流纹岩，顶部见薄层流纹质凝灰岩，下部夹英安质火山角砾岩 190.02 m10．
灰绿色变质安山岩，下部为变英安岩 54.0 m9．
灰白色变流纹质熔凝灰岩、流纹质凝灰岩，底部为英安质凝灰岩 174.65 m8．
灰黑色变质安山岩与英安质凝灰岩渐变过渡 19.8l m7．
灰黑色变质流纹质晶屑凝灰岩 13.27 m6．
灰绿色变质英安质熔火山角砾岩 21.24 m5．
灰绿色变质流纹质凝灰岩 226.28 m4．
灰绿色流纹质凝灰岩，底部为流纹质角砾凝灰岩 175.12 m3．
灰绿-灰黑色变质安山岩 106.66 m2．
灰绿-灰黑色杏仁状或含杏仁变质安山岩 176.11 m1．
灰黑色变质安山岩，岩石呈致密块状 49.04m
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本文编号：8922
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