吉林省始新世玄武岩质凝灰角砾岩的年代及地质意义

吉林省始新世玄武岩质凝灰角砾岩的年代及地质意义

吉林省非常复杂的火山岩活动，火山岩分布广泛。本文利用钾氩全岩体积法年龄数据21个,C14年龄数据3个,及一些其它可资对比的C14年龄数据、热发光年龄数据和古地磁年龄资料,结合野外地质地貌观察和古生物证据,尝试对这些火山岩进行同位素编年。这项工作对于建立该区的新生代地层年表,重建构造运动的历史,预测未来的构造运动,以及探索某些矿产的形成规律,无疑是有一定意义的。一、富保障岩石学时代富峰山玄武岩,包括长春市南郊大屯铁路西侧的富峰山火山锥,铁路东侧一个低平的小型环形火山口;范家屯镇南头的平顶山和东南方向的尖山子。此外,在范家屯以南的景家台还有一个没有出露地面的玄武岩侵入体——胎火山。这些玄武岩侵入并覆盖在白垩系之上,伏于第四纪黄土之下,其间间隔太长,无法确切断定时代,以往多置于第三纪末到第四纪初。但也有一些时代较老的迹象,如:范家屯平顶山的玄武岩中挤压断裂带十分发育,形成间距30—50米的一系列挤压带,有一种乳白、粉红色硅质细脉侵入。尖山子火山锥中有一个面积相当大的正断层面。富峰山的玄武岩中构造节理也很密集。这些现象说明它们曾久经构造运动的扰动,时代应较老。经同位素年龄测定,平顶山的玄武岩为7,350万年,富峰山的玄武岩为7,850万年。实验报告认为,经质谱校正,其数值是可信的。两个数据很接近,与地质观察认为它们是同期喷发的同一火山群的论断一致。目前国内外趋于将古新世的下界定为8,000万年,富峰山玄武岩可置于古新世,与抚顺群下部老虎台组中的火山岩对比。二、始新世舒兰组的玄武质凝灰角砾岩见于吉林市以北大口钦附近的前团山及其东方缸窑一带,系舒兰组下部的夹层。舒兰组主要含煤段产植物Alnuskefersteinii,Sequoiachinensis,Catalpaszei,Castaneamiomollissima,Zelkovaungerii,Cercismiochinensis,Tiliamiohenryana,Magnaliamiocenica,时代属始新世。故玄武质凝灰角砾岩代表始新世一次火山活动。三、顶子及k-ar法年龄1.永安厂玄武岩覆盖在辉南与靖宇之间1,000—1,200米的山顶上,因后期侵蚀而成方山地形,高出于当地500—600米。在辉南与靖宇中途的四方顶子山上厚约445米。在其最上层取样测得K-Ar体积法年龄为2,750万年。2.马鞍山村组最下部的玄武岩,在长白县马鞍山硅藻土矿区第10号孔马鞍山村组最下一层玄武岩岩芯中取样,测得K-Ar体积法年龄为2,840万年。目前国内外趋于将渐新世的时限,置于4,000—2,500万年之间。故马鞍山村组的下部应包括一部分渐新统(图1)。四、石成因分析1.马鞍山村组上部的玄武岩。长白县马鞍山硅藻土矿硅藻层及其下的砂岩产植物化石,经南京地质古生物研究所鉴定有:Zelkovaungeri,Acersubpitum,Ouercuscf.grandidenta,Q.cf.furuhjelmi,Carpinussp.,C.miofangiana,Trapasp.,Tiliamioheryna,Betulamioluminifera,Juglanscf.miocathayensis,Salixsp.,Ulmussp.。这些化石基本上属于中新世的面貌,可与山东的山旺组对比。据野外观察,在一号矿体之上有一剥蚀面可作为中新统与上新统的界线。将剥蚀面上的地层命名为“西大坡组”,将原马鞍山组的定义予以压缩,只指剥蚀面以下的地层而言。原“马鞍山组”一词与河南前震旦纪的一个组重名,改称“马鞍山村组”。在马鞍山村边硅藻土矿体下面的玄武岩露头上取样,测得K-Ar体积法年龄为1,350万年。如以中新世的时限为2,500—1,200万年,则所测年龄与地质古生物所确定的年代相符合。2.长白县城西沿江村马鞍山村组下部的玄武岩。此处马鞍山村组不整合于侏罗纪安山集块岩之上。底部有砂砾石厚2米,向上有两层玄武岩,下层厚26米,上层厚10米,中夹砾石3米。测得下层玄武岩的K-Ar体积法年龄1,940万年。属中新世早期。3.平顶村玄武岩。在延吉县白金公社一带形成图门江河谷以外的高出江面400米的广阔台地,下有薄层砂砾石,覆盖在古老花岗岩被侵蚀成的平台上。厚100—150米。在白金公社以东深浦岛附近剖面上(图2),于63米和4米深度分别采样测得K-Ar体积法年龄为1,760万年和1,350万年,属中新世。4.西尖山玄武岩。伊通一带有西尖山、东尖山、马鞍山、小孤山、大孤山、莫里青山等几个玄武岩火山锥。其中西尖山的玄武岩测得K-Ar体积法年龄为2,360万年,属于中新世早期。其中的大孤山玄武岩年龄较新(见后)。看来,这个火山群是属于不同时期的火山活动。5.错草顶子钻孔下部的玄武岩。吉林省第二水文地质队在抚松县泉阳镇错草顶子屯,于白头山周围的玄武岩高原面上打钻,经张贵喜在104.73—117.12米深度处和157.42—166.73米处分别取样,测得K-Ar体积法年龄为1,250万年和1,300万年。属于中新世晚期。五、山带-下山-山5.4年1.西大坡组上部的玄武岩。在长白马鞍山硅藻土矿区,硅藻土矿层之上西大坡组上部玄武岩高原表面露头上取样,测得K-Ar体积法年龄为443万年。属于上新世晚期。2.岗头组下的玄武岩。浑江市岗头村玄武岩高原面上,玄武岩流之间的洼地中沉积了小型湖泊相含硅藻土的地层,称岗头组。岩性为灰黄色粘土、灰绿色含硅藻粘土和灰白色硅藻,厚约3米。经中国地质科学院地矿所三室鉴定,含孢粉:Podocanpusspp.,Pinaceae,Abiessp.,Keteleeriasp.,Piceaspp.,Pinusspp.,Tsugaspp.,Tsugacf.gracilis,Taxodiaceae,Juglanspollspp.,Caryapollspp.,Alnipollsp.,Betulaceoipollspp;B.bituitus,Corylussp.,Carpinussp.,Faguspollspp.,Quercoiditesspp.,Q.cf.asper,Q.henrici,Q.microhenrici,Ulmipollsp.,U.undulosus,U.rotundata,Celtissp.,Liquidambarsp.,Tiliaepollinstrustus,Oleaceae,Tricolpopollsp.,Tricolporopollsp.,Triporopollsp.,Polyporopollsp.等。组合中裸子植物花粉占30%,被子植物花粉占70%,草本罕见,蕨类孢子未见。其中喜热分子占相当比例,如油杉属、山核桃属、枫香属、罗汉松属可占18%。某些种如小亨氏栎粉、亨氏栎粉等,据现有资料仅分布于第三纪,故岗头组应属上新世。在岗头组下的玄武岩露头上取样,测得K-Ar体积法年龄为1,130万年。属于上新世的早期。3.大孤山玄武岩。伊通大孤山是一个高耸的玄武岩火山锥,玄武岩覆盖并侵入于灰白色砂砾石之中(图3),上覆第四纪棕黄色老黄土。以往将白色砂砾石归于早更新世早期,而将大孤山玄武岩置于早更新世晚期。今测得其K-Ar体积法年龄为773万年,属于上期,而将大孤山玄武岩置于早更新世晚期。今测得其K-Ar体积法年龄为773万年,属于上新世中晚期。故玄武岩下的砂砾石可推测为上新世中早期。4.奶头山玄武岩。白头山北侧在玄武岩高原面上,突立着几个孤山,其中奶头山高1,030.8米,高出玄武岩高原面约200米。山的基座为前震旦纪的大理岩等,山顶有玄武岩构成方山地形。经高凤岐采样,测得K-Ar体积法年龄为773万年,属于上新世。5.错草顶子钻孔中上部玄武岩。在孔深21.94—31.00米处和64.48—72.70米处分别取样,测得K-Ar体积法年龄分别为400万年和450万年。属于上新世末期。六、岩浆类型及年龄1.白金玄武岩。在白金公社一带构成高出图们江面150米的五级阶地,厚20米,上覆2米厚的棕红色老黄土,下伏1.5—2.0米厚的砂砾石,基座为花岗岩。该玄武岩顶面比平顶村玄武岩底面还要低,两者新老关系十分清楚(图2)。玄武岩K-Ar体积法年龄为292万年。属于早更新世早期(根据我国及东北区近年研究,更新世的下界约在300—340万年)。2.灵光塔玄武岩。长白县城西头的灵光塔位于高出鸭绿江200米的五级阶地上。阶地表面有3米厚的砾石层,其下为厚约20米的含拉斑玄武岩,阶地基座及后缘都是侏罗纪流纹岩。玄武岩的K-Ar体积法年龄为166万年,属于早更新世。3.小椅山玄武岩。构成辉南靖宇一带600—700米标高的玄武岩熔岩台地。由于松花江和浑江流域距海远近不同,河流下切深度有异。在辉南一带只高出河面20—30米,在靖宇一带则高出河面100米以上,成为峡谷以外广阔的熔岩台地,玄武岩表面常覆以棕黄色老黄土。在小椅山,下伏棕黄色砂砾和灰色粘土(图4),K-Ar体积法年龄为120万年。属于早更新世末期。4.军舰山玄武岩。典型地点在图们江河谷中,在古城里村旁,厚110米,顶面高出江面190米。底面高出江面80米。向图们江上游延至白头山周围玄武岩高原面(长白漫江幅称为“上玄武岩”)。经高凤岐在二道白河镇附近取样,测得K-Ar体积法年龄为103万年。如果我们取100万年为早中更新世的分界,则该玄武岩属于早更新世的末期。七、白头山组和后团山粗面岩墙1.白头山组。构成白头山火山锥的主体。分布在1,800米高度以上。为灰—深灰色霓辉粗面岩、凝灰质玻基粗面岩等粗面岩类,厚度大于644.3米。上覆白云峰组粗面浮岩,下界未见。根据高度推测,它应垒迭于军舰山玄武岩之上。如前所述,它应新于100万年。在图们江上游广坪西山三级阶地砾石中,曾有白头山组粗面黑曜岩砾石的发现。白头山组应早于三级阶地或与三级阶地同时生成。根据松辽平原东部的研究,三级阶地的年代为7—20万年,白头山组的喷发年代在100—20万年之间或100—7万年之间。在陕西蓝田,属于中更新世早期的蓝田猿人及其动物群,位于古地磁年表中布容正向期与松山反向期界线(B/M界线)之下,根据MankingE.A.和DalyympleG.B.新近修订的古地磁年表,B/M界线为73万年。在哈尔滨荒山,对组成四级阶地的中更新世地层进行古地磁测定结果表明,中更新统的下部包含了B/M界线以及加拉米洛事件。后者的上、下界线分别为90万年和97万年。可见中更新世的下限在100万年左右,而白头山组之形成在此之后。2.后团山粗面岩岩墙。据刘国良介绍,在吉林市以北的大口钦附近的后团山,有一种鸭蛋青色具球颗结构的粗面岩岩墙,侵入于一种玄武岩之中,后者覆于新第三纪的水曲柳组之上,故粗面岩墙约形成于中更新世。从岩性上亦可与白头山组对比。八、小东南角热光照、热基因地层对比小丰满玄武岩。分布于吉林市南郊小丰满至大兰旗屯一带。覆于松花江的三级基座阶地上,基座高出江面2—6米。上有砂砾石2—3米,再上为拉斑玄武岩,厚4一10米。玄武岩之上有时有砂砾石,有时直接覆以棕黄色黄土。在松花江下游榆树县大于公社东岗村的三级基座阶地上,测得棕黄色黄土上部的热发光年龄为85,000±4,200年,底部为143,000±7,150年。黄土下面灰绿色亚粘土底部的热发光年龄为179,000±8,900年。向下还有一层砂方到阶地的基座。将含有小丰满玄武岩的剖面与东岗村剖面对比(图5),可知小丰满玄武岩的喷发年代应在东岗组沉积的期间。在哈尔滨荒山,于中、上更新统界线上、下分别测得热发光年龄为192,000±9,600年和203,000±10,000年。而我国中更新统标准地点北京猿人洞穴沉积顶部,最近获得了23万年的铀系法年龄数据,可见中、上更新统的分界以置于20万年为宜。小丰满玄武岩当形成于20—15万年之间。九、年龄及发酵时间1.南坪玄武岩。构成高出图们江面10—50米的二级阶地,厚10—40米。下伏砂砾石1米。玄武岩以富含巨大的拉长石斑晶为特点。在安图明月镇布尔哈通河二级阶地上的洞穴堆积中测得猛犸象-披毛犀动物群(Mammuthus-Coelodontafauna)的C14年龄为26,560±550(WB76-41)—35,370±1,850年B.P.(WB78-42);在永吉江南窝堡饮马河二级阶地堆积物中,测得C14年龄为23,091±520(CG152)和25,900±500年B.P.(BK78007)。故推知二级阶地形成于晚更新世的晚期,正当末次冰期之际,时限为7—1万年之间。南坪玄武岩当喷发于此期间。2.白江河玄武岩。在靖宇巴里发育于高出河面20—30米的二级阶地上,上覆砂砾石和亚粘土,厚13米(图6),可与南坪玄武岩对比。覆于高出河面150米的台地上的“巴里玄武岩”(刘尔义命名),显然比白江河玄武岩为老。后者可与小椅山玄武岩对比。此外,分布于敦化到镜泊湖一带,牡丹江河谷中的“马连河玄武岩”亦属此期。十、天然玄武岩与一级阶地之一1.龙潭桥玄武岩。据何炳乔介绍,在吉林市区内龙潭桥一带,大量钻孔中发现松花江一级阶地下部有一层玄武岩,其分布严格地局限于一级阶地之内,而不达二级阶地之中。且其底面于江面15米之深,显然与高居于三级基座阶地之上的小丰满玄武岩不属于同期。根据与具有C14年龄数据的榆树周家油坊第二地点一级阶地剖面的对比(图7),可知龙潭桥玄武岩的喷发时间应在10,000—5,000年之间。十新生代火山岩形成时代及岩流特征1.白云峰组。为灰白、黄色粗面质浮岩,覆于白头山顶上,在白云峰厚40米。原称冰场组下段,考虑到冰场组原建组剖面中并无此段浮岩,故独立成组,并就白云峰典型剖面命名为“白云峰组”。徐永文取其中的木炭,经贵阳地球化学研究所测得C14年龄为1,153±90年。高凤岐在三道白河大戏台河段浮岩中采得木炭,经古脊椎动物与古人类研究所测得C14年龄为1,230±75年。故白云峰组为公元六世纪末七世纪初的产物。火山喷发时森林被燃烧而成炭化立木之奇观,经鉴定其树种有:Larixolgensisvar.carbon,Piceakoraiensisvar.carbon,Juniperussibiricaf.carbon,Piceajezoensisf.carbon。2.冰场组。覆于白头山火山锥及火口湖之内外侧最表层。为一套最新期的疏松火山灰,主要为黑色粗面质凝灰角砾熔岩、粗面质凝灰熔岩及火山灰。在高山冰场典型剖面厚21.5米,下伏白头山粗面岩。据地方志记载,白头山曾于1597、1668、1702年喷发过。冰场组可能就是那时喷发的。3.四海火山渣。分布于靖宇的四海、辉南的红旗林场等地,喷发中心在红旗林场东侧的864高地。喷发物为黑色焦炭状火山渣,厚2—3米以上。根据黑色玄武质火山渣夹于黑土中的事实判断,其