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10.吉林新生代火山岩的同位素編年①
吉林省新生代火山活動極其頻繁,火山岩分佈十分廣泛。本文利用鉀氬全岩體積法年齡資料21個,Hc年齡資料3個,及一些其它可資對比的14C年齡資料、熱發光年齡資料和古地磁年齡資料,結合野外地質地貌觀察和古生物證據,嘗試對這些火山岩進行同位素編年。這項工作對於建立該區的新生代地層年表,重建構造運動的歷史,預測未來的構造運動,以及探索某些礦產的形成規律,無疑是有一定意義的。
一、古 新 世
富峰山玄武岩。包括長春市南郊大屯火車站鐵路西側的富峰山火山錐,鐵路東側一個低平的小型環形火山口;范家屯鎮南頭的平頂山和東南方向的尖山子。此外,在範家屯以南的景家台還有一個沒有出露地面的玄武岩侵入體——胎火山。這些玄武岩侵入並覆蓋在白堊系之上,伏於第四紀黃土之下,其間間隔太長,無法確切斷定時代,以往多置於第三紀末到第四紀初。但也有一些時代較老的跡象,如:範家屯平頂山的玄武岩中擠壓斷裂帶十分發育,形成間距30-50米的一系列擠壓帶,有一種乳白、粉紅色矽質細脈侵入。尖山子火山錐中有一個面積相當大的正斷層面。富峰山的玄武岩中構造節理也很密集。這些現象說明它們曾久經構造運動的擾動,時代應較老。
經同位素年齡測定,平頂山的玄武岩為7,350萬年,富峰山的玄武岩為7,850萬年。實驗報告認為,經質譜校正,其數值是可信的。兩個資料很接近,與地質觀察認為它們是同期噴發的同一火山群的論斷一致。目前國內外趨於將古新世的下界定為8,000萬年,富峰山玄武岩可置於古新世,與撫順群下部老虎台組中的火山岩對比。
二、始 新 世
舒蘭組的玄武質凝灰角礫岩見於吉林市以北大口欽附近的前團山及其東方缸窯一帶,系舒蘭組下部的夾層。舒蘭組主要含煤段產植物 Alnus kefersreinii,Sequoia chinensis,Catalpa szei,Castanea miomollissima,Zelkava ungerii,Cercis miochinensis,Tilia miohenryana,Magnolia miocenica,時代屬始新世。故玄武質凝灰角礫岩代表始新世一次火山活動。
三、漸 新 世
1.永安廠玄武岩覆蓋在輝南與靖宇之間1,000—1,200米的山頂上,因後期侵蝕而成方山地形,高出於當地500—600米。在輝南與靖宇中途的四方頂子山上厚約445米。在其最上層取樣測得K-Ar體積法年齡為2,750萬年。
2.馬鞍山村組最下部的玄武岩,在長白縣馬鞍山矽藻土礦區第10號孔馬鞍山村組最下一層玄武岩岩芯中取樣,測得K-Ar體積法年齡為2,840萬年。目前國內外趨於將漸新世的時限置於4,000-2,500萬年之間。故馬鞍山村組的下部應包括一部分漸新統
四、中 新 世
1.馬鞍山村組上部的玄武岩。長白縣馬鞍山矽藻礦矽藻層及其下的砂岩產植物化石,經南京地質古生物研究所鑒定有:Zelkova ungeri,Acer subpitum,Quercus cf.grandidenta,Quercus cf.furuhjelmi, Carpinus sp.,C.miofangiana,Trapa sp.,Tilia mioherymt,Betula mioluminifera,Juglans cf.miocathayensis,Salix sp.,Ulmus sp.。這些化石基本上屬於中新世的面貌,可與山東的山旺組對比。據野外觀察,在一號礦體之上有一剝蝕面可作為中新統與上新統的界線。將剝蝕面上的地層命名為“西大坡組”,將原馬鞍山組的定義予以壓縮,只指剝蝕面以下的地層而言。原“馬鞍山組”一詞與河南前震旦紀的一個組重名,改稱“馬鞍山村組”。在馬鞍山村邊矽藻土礦體下面的玄武岩露頭上取樣,測得K-Ar體積法年齡為1,350萬年。如以中新世的時限為2,500-1,200萬年,則所測年齡與地質古生物所確定的年代相符合。
2.長白縣城西沿江村馬鞍山村組下部的玄武岩。此處馬鞍村組不整合于侏羅紀安山集塊岩之上。底部有砂礫石厚2米,向上有兩層玄武岩,下層厚26米,上層厚10米,中夾礫石3米。測得下層玄武岩的K-Ar體積法年齡1,940萬年。屬中新世早期。
3.平頂村玄武岩。在延吉縣白金公社一帶形成圖門江河谷以外的高出江面400米的廣闊臺地,下有薄層砂礫石,覆蓋在古老花崗岩被侵蝕成的平臺上。厚100—150米。在白金公社以東深浦島附近剖面上,于63米和4米深度分別採樣測得K-Ar體積法年齡為1,760萬年和1,350萬年,屬中新世。
4.西尖山玄武岩。伊通一帶有西尖山、東尖山、馬鞍山、小孤山、大孤山、莫里青山等幾個玄武岩火山錐。其中西尖山的玄武岩測得K-Ar體積法年齡為2,360萬年,屬於中新世早期。其中
的大孤山玄武岩年齡較新(見後)。看來,這個火山群是屬於不同時期的火山活動。
5.錯草頂子鑽孔下部的玄武岩。吉林省第二水文地質隊在撫松縣泉陽錯草頂子屯,于白頭山周圍的玄武岩高原面上打鑽,經張貴喜在104.73—117.12米深度處和157.42—166.73米處分別取樣,測得K-Ar體積法年齡為1,250萬年和1,300萬年。屬於中新世晚期。
五、上 新 世
1.西大坡組上部的玄武岩。在長白馬鞍山矽藻土礦區,矽藻土礦層之上西大坡組上部玄武岩高原表面露頭上取樣,測得K-Ar體積法年齡為443萬年。屬於上新世晚期。
2.崗頭組下的玄武岩。渾江市崗頭村玄武岩高原面上,玄武岩流之間的窪地中沉積了小型湖泊相含矽藻土的地層,稱崗頭組。岩性為灰黃色粘土、灰綠色含矽藻粘土和灰白色矽藻,厚約3米。經中國地質科學院地礦所三室鑒定,含孢粉:Podocarpus spp.,Pinaceae,Abies sp.,Keteleeria sp.,Picea spp.,Pinus spp.,Tsuga spp.,Tsuga cf.gracilis,Taxodiaceae,.Juglanspoll spp.,Caryapoll spp.,Aenipoll sp.,Betulaceoipoll spp.;B.biluitus,Corylus sp.,Carpinus sp.,,Faguspoll spp.,Quercoidites spp.,Q.cf.asper,Q.henrici,Q.microhenrici,Ulmipoll sp.,U.undulosus,U.rotundata,Celtis sp.,Liquidambar sp.,Tiliaepoll instrustus,Oleaceae,Tricolpopoll sp.,Tricolporopoll sp.,Triporopoll sp.,Polyporopoll sp.等。組合中裸子植物花粉占30%,被子植物花粉占70%,草本罕見,蕨類孢子未見。其中喜熱分子占相當比例,如油杉屬、山核桃屬、楓香屬、羅漢松屬可占18%。某些種如小亨氏櫟粉、亨氏櫟粉等,據現有資料僅分佈於第三紀,故崗頭組應屬上新世。在崗頭組下的玄武岩露頭上取樣,測得K-Ar體積法年齡為l,130萬年。屬於上新世的早期。
3.大孤山玄武岩。伊通大孤山是一個高聳的玄武岩火山錐,玄武岩覆蓋並侵入於灰白色砂礫石之中,上覆第四紀棕黃色老黃土。以往將白色砂礫石歸於早更新世早期,而將大孤山玄武岩置於早更新世晚期。今測得其K-Ar體積法年齡為773萬年,屬於上新世中晚期。故玄武岩下的砂礫石可推測為上新世中早期。
4.乳頭山玄武岩。白頭山北側在玄武岩高原面上,突立著幾個孤山,其中乳頭山高1,030.8米,高出玄武岩高原面約200米。山的基座為前震旦紀的大理岩等,山頂有玄武岩構成方山地形。經高鳳岐採樣,測得K—Ar體積法年齡為’773萬年,屬於上新世。
5.錯草頂子鑽孔中上部玄武岩。在孔深21.94—31.00米處和64.48—72.70米處分別取樣,測得K-Ar體積法年齡分別為400萬年和450萬年。屬於上新世末期。
六、早更新世
1.白金玄武岩。在白金公社一帶構成高出圖門江面150米的五級階地,厚20米,上覆2米厚的棕紅色老黃土,下伏1.5-2.1米厚的砂礫石,基座為花崗岩。該玄武岩頂面比平頂村玄武岩底面還要低,兩者新老關係十分清楚。玄武岩K-Ar體積法年齡為292萬年。屬於早更新世早期(根據我國及東北區近年研究,更新世的下界約在300-340萬年)。
2.靈光塔玄武岩。長白縣城西頭的靈光塔
位於高出鴨綠江200米的五級階地上。階地表面有3米厚的礫石層,其下為厚約20米的含拉斑玄武岩,階地基座及後緣都是侏羅紀流紋岩。玄武岩的K-Ar體積法年齡為166萬年,屬於早更新世。
3.小椅山玄武岩。構成輝南靖宇一帶600-700米標高的玄武岩熔岩臺地。由於松花江和渾江流域距海遠近不同,河流下切深度有異。在渾南一帶只高出河面20-30米,在靖宇一帶則高出河面100米以上,成為峽谷以外廣闊的熔岩臺地,玄武岩表面常覆以棕黃色老黃土。在小椅山,下伏棕黃色砂礫和灰色粘土,K-Ar體積法年齡為120萬年。屬於早更新世末期。
4.軍艦山玄武岩。典型地點在圖們江河谷中,在古城裡村旁,厚llO米,頂面高出江面190米。底面高出江面80米。向圖們江上游延至白頭山周圍玄武岩高原面(長白漫江幅稱為“上玄武岩”)。經高鳳岐在二道白河鎮附近取樣,測得K-Ar體積法年齡為:103萬年。如果我們以100萬年為早中更新世的分界,則該玄武岩屬於早更新世的末期。
七、中 更 新 世
1.白頭山組。構成白頭山火山錐的主體。分佈在1,800米高度上。為灰一深灰色霓輝粗面岩、凝灰質玻基粗面岩等粗面岩類,厚度大於644.3米。上覆白雲峰組粗面浮岩,下界未見。根據高度推測,它應壘迭於軍艦山玄武岩之上。如前所述,它應新於100萬年。在圖們江上游廣坪西山三級階地礫石中,曾有白頭山組粗面黑曜岩礫石的發現。白頭山組應早於三級階地或與三級階地同時生成。根據松遼平原東部的研究,三級階地的年代為7—20萬年,白頭山組的噴發年代在100-20萬年之間或:100-7萬年之間。在陝西藍田,屬於中更新世早期的藍田猿人及其動物群,位於古地磁年表中布容正向期與松山反向期界線(B/M界線)之下,根據Mankinen E.A.和Dalyymple G.B.新近修訂的古地磁年表,B/M界線為73萬年。在哈爾濱黃山,對組成四級階地的中更新世地層進行古地磁測定結果表明,中更新統的下部包含了B/M界線以及加拉米洛事件。後者的上、下界線分別為90萬年和97萬年。可見中更新世的下限在100萬年左右,而白頭山組之形成在此之後。
2.後團山粗面岩岩牆。據劉國良介紹,在吉林市以北的大口欽附近的後團山,有一種鴨蛋青色具球顆結構的粗面岩岩牆,侵入於一種玄武岩之中,後者覆於新第三紀的水曲柳組之上,故粗面岩牆約形成于中更新世。從岩性上亦可與白頭山組對比。
八、晚更新世早期
小豐滿玄武岩。分佈于吉林市南郊小豐滿至大蘭旗屯一帶。覆於松花江的三級基座階地上,基座高出江面2-_6米,上有砂礫石2—3米,再上為拉斑玄武岩,厚4-10米。玄武岩之上有時有砂礫石,有時直接覆以棕黃色黃土。在松花江下游榆樹縣大於公社東崗村的三級基座階地上,測得棕黃色黃土上部的熱發光年齡為85,000±4,200年,底部為143,000±7,150年。黃土下面灰綠色亞粘土底部的熱發光年齡為179,000±8,900年。向下還有一層砂方到階地的基座。將含有小豐滿玄武岩的剖面與東崗村剖面對比,可知小豐滿玄武岩的噴發年代應在東崗組沉積的期間。在哈爾濱黃山,於中、上更新統界線上、下分別測得熱發光年齡為192,000±9,600年和203,000±10,000年。而我國中更新統標準地點北京猿人洞穴沉積頂部,最近獲得了23萬年的鈾系法年齡資料,可見中、上更新統的分界以置於20萬年為宜。小豐滿玄武岩當形成於20—15萬年之間。
九、晚更新世晚期
1.南坪玄武岩。構成高出圖們江面10-50米的二級階地,厚10-40米。下伏砂礫石l米。玄武岩以富含巨大的拉長石斑晶為特點。在安圖明月鎮布林哈通河二級階地上的洞穴堆積中測得猛獁象一披毛犀動物群(Mammuthus—Coelodonta fauna)的14C年齡為26,560±550(WB76—41)一35,370±1,850(PV78一PV42)年;在永吉江南窩堡飲馬河二級階地堆積物中,測14C年齡為23,091±520(cGl52)和25,900±500(BK78007)年。故推知二級階地形成于晚更新世的晚期,正當末次冰期之際,時限為7—1萬年之間。南坪玄武岩當噴發於此期間。
2.白江河玄武岩。在靖宇巴里發育于高出河面20-30米的二級階地上,上覆砂礫石和亞粘土,厚13米,可與南坪玄武岩對比。覆于高出河面150米的臺地上的“巴里玄武岩”(劉爾義命名),顯然比白江河玄武岩為老。後者可與小椅山玄武岩對比。此外,分佈於敦化到鏡泊湖一帶,牡丹江河谷中的“馬連河玄武岩”亦屬此期。
十、全新世早期
1.龍潭橋玄武岩。據何炳喬介紹,在吉林市區內龍潭橋一帶,大量鑽孔中發現松花江一級階地下部有一層玄武岩,其分佈嚴格地局限於一級階地之內,而不達二級階地之中。且其底面低於江面15米之深,顯然與高居於三級基座階地之上的小豐滿玄武岩不屬於同期。根據與具有14C年齡資料的榆樹周家油坊第二地點一級階地剖面的對比,可知龍潭橋玄武岩的噴發時間應在10,000—5,000年之間。
2.金龍頂子玄武岩。渾南縣小金川公社的大龍灣火山口,主要由相當於小椅山玄武岩的玄武岩流和火山灰組成。但其南側為一新期岩流所堵塞。該岩流原始形態保留清晰,表面有許多亂石塊,系岩流表面先期凝固的硬殼受下面繼續流動的岩漿推擠而成。當地群眾稱之為“哈拉子”,相當於黑龍江省五大連池的“翻花石”。玄武岩斷面新鮮,呈鋼灰色,氣孔中無充填物,擊之聲音清脆,說明其時代較新。其上大部已發育森林,不象五大連池1720年噴發的岩流表面那樣光潔,未長樹木,故其噴發亦不能太晚。暫置之于全新世早期,劉爾義命名為“金龍頂子玄武岩”。該玄武岩所含橄欖岩角礫的K—Ar體積法年齡為5,260萬年。說明噴發時把深處古老的地幔成分帶了上來,但後期噴發時的熱力可能對年齡資料有所影響,該資料不一定代表地幔的確切年齡。
十一、全新世晚期
1.白雲峰組。為灰白、黃色粗面質浮岩,覆於白頭山頂上,在白雲峰厚40米。原稱冰場組下段,考慮到冰場組原建組剖面中並無此段浮岩,故獨立成組,並就白雲峰典型剖面命名為“白雲峰組”。徐永文取其中的木炭,經貴陽地球化學所測得14C年齡為l,153±90年。高鳳岐在三道白河大戲臺河段浮岩中采得木炭,經古脊椎動物與古人類研究所測得14C年齡為1,230±75年。故白雲峰組為西元六世紀末七世紀初的產物。火山噴發時森林被燃燒而成炭化立木之奇觀,經鑒定其樹種有:Larix olgensis var.carbon,Picea koraiensis var.carbon,Juniperus sibirica.carbon,Picea jezoensis f.carbon 。
2.冰場組。覆於白頭山火山錐及火口湖之內外側最表層。為一套最新期的疏鬆火山灰,主要為黑色粗面質凝灰角礫熔岩、粗面質凝灰熔岩及火山灰。在高山冰場典型剖面厚21.5米,下伏白頭山粗面岩。據地方誌記載,白頭山曾於1597、1668、1702年噴發過。冰場組可能就是那時噴發的。
3.四海火山渣。分佈于靖宇的四海、輝南的紅旗林場等地,噴發中心在紅旗林場東側的864高地。噴發物為黑色焦炭狀火山渣,厚2—3米以上。根據黑色玄武質火山渣夾於黑土中的事實判斷,其噴發應在全新世。其中的木炭經古脊椎動物與古人類研究所測定,14C年齡小於200年。其噴發時期當在全新世晚期,與冰場組之噴發時期相近。
綜上所述,可見本省自新生代之初,古新世以來,直至全新世晚期距今200年以前火山活動是時斷時續,此起彼伏,頻繁而廣泛的活動著,不久的未來發生火山活動的可能性也是存在的。岩漿的性質主要是玄武岩,有時為安山玄武岩,個別為鹼性粗面岩,有不少火山活動的深度很大,往往將深處地幔中的橄欖岩大塊帶上來。將上述各期火山岩的年齡資料清單如前,可以縱覽本區新生代火山岩編年的概況。
白頭山浮岩所夾木炭的14C年齡資料,有一個是方文昌同志提供的,錯草頂子鑽孔的4個資料系張貴喜同志提供。14C年齡資料由古脊椎動物與古人類研究所測定,K-Ar體積法年齡由吉林冶金地質研究所測定,在此一併致謝。
參考文獻
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Mankinen,E.A.andDalymple,G.B.,1979:Revised geomagnetic polaritytime scale for the interval 0-5.MaBP.Journal 0f geophysical research,Vo1.84,N0.132.
編後語
關於各個地質時代的界限年齡,近年研究已有很大進展。讀者可參考下列意見,對文中的火山岩另行斷代:古新世下界,65MaBP;始新世下界,54.9 MaBP;漸新世下世38 MaBP;中新世下界,24.6 MaBP;上新世下界,5.1:MaBP;更新世下界,2.58 MaBP;中更新世下界,0.78 MaBP;晚更新世下界0.128 MaBP;全新世下界,0.01 MaBP。