遼西中生代火山巖地球化學特征及成因

高光威 于海祥 高志騫 張國權 李清彬

【摘 要】遼西地區(qū)在中生代時期斷裂構造和巖漿活動十分強烈。由于多期多組斷裂構造的迭加和交切，形成了復雜的網(wǎng)狀構造格局。沿著這些構造，尤其斷裂的交叉部位，火山活動頻繁發(fā)生，出現(xiàn)多期、多次的基性-中性-中酸性-酸性火山噴溢、爆發(fā)活動，形成了與火山活動有關的能源礦產(chǎn)。因此本文通過研究本區(qū)中生代巖漿活動的地球化學特征，總結火山活動和成礦之間的規(guī)律。

【關鍵詞】中生代；遼西；火山巖；地球化學；成礦

1.區(qū)域地質(zhì)背景

遼西地區(qū)位于華北地臺燕山臺褶帶與山海關隆起的交接部位，以承德-北票、青龍-葫蘆島兩條東西大斷裂為界，北部為內(nèi)蒙地軸、南部為山海關古隆起，分布著大面積中生代火山碎屑巖及火山熔巖。中生代以來，受太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖的影響，遼西構造活動強烈，造成區(qū)域內(nèi)火山活動具多期次、多旋回特點，自下而上可劃分五個旋回：興隆溝旋回、髫髻山旋回、張家口旋回、義縣旋回、大興莊旋回?；鹕綆r呈北東向帶狀平行分布，主要受北東向殼斷裂控制，以裂隙式或裂隙-中心式噴發(fā)為主，巖性有火山碎屑巖、安山巖、流紋巖等。同時形成了與火山活動有關的多金屬礦產(chǎn)。

2.火山巖地球化學特征

2.1巖石化學特征

玄武巖：產(chǎn)出層位有早白堊世義縣組、早侏羅世興隆溝組、中侏羅世髫髻山組。巖石常呈灰黑色、灰綠色，塊狀構造部分具氣孔構造或杏仁狀構造。斑晶成分為斜長石、橄欖石、單斜輝石。基質(zhì)為玻晶交織結構或間隱-間粒結構，主要由隱晶質(zhì)和微晶斜長石組成。

安山巖：產(chǎn)出層位有早侏羅世北廟組、晚白堊世大興莊組。巖石呈灰綠色、灰紫色、灰色。斑狀或少斑結構，塊狀構造為主，少量氣孔狀-杏仁狀構造。斑晶成分主要為斜長石，其次為單斜輝石、角閃石、黑云母。基質(zhì)以間隱-間粒結構為主，玻晶交織結構、微晶交織結構或?；Y構。

流紋巖：主要發(fā)育在早白堊世火山巖組的中上部。巖石為白-灰白色、淺灰色。流紋構造普遍，還可見石泡構造、球粒構造。斑狀結構、雛晶結構。斑晶主要為斜長石、石英、鉀長石、角閃石等。基質(zhì)為微嵌晶結構、隱球粒結構及雛晶結構，主要由斜長石、石英、鉀長石和黑云母等微晶構成。

火山碎屑巖類：主要分布于火山機構附近，是近火山口相的標志巖石之一。主要為粗安質(zhì)、粗面質(zhì)和流紋質(zhì)熔結凝灰?guī)r。結構為熔結凝灰（角礫）結構，似流動構造。巖石由碎屑構成，巖屑成分主要有安山巖、粗安巖、流紋巖以及熔結凝灰?guī)r和花崗巖、長石石英斑巖等。

3.遼西中生代火山巖的地球化學特征

遼西中生代火山巖巖石化學成分特征見表1。

3.1化學成分特征

遼西各類巖石化學成分平均值與中國相同類型巖石平均值相比：興隆溝旋回安山巖顯示低鋁、鈣，高硅、鐵、鉀、鈉的特點。髫髻山旋回玄武巖具高硅、鋁、鈉、鐵低、鎂、鈣；安山巖具高鈉、鉀，低鐵、鋁、鈣的特點。張家口旋回粗面巖顯示高鋁、鐵、鎂，貧硅、鉀、鈉；流紋巖具高硅、鋁、鉀，低鐵、鈣、鎂的特點。義縣旋回玄武巖具高硅、低鐵、鈣的特點；安山巖具高硅、鎂、鉀、鈉，低鋁、鐵、鈣的特點；流紋巖具高硅、鎂、鉀，低鋁、鐵的特點。大興莊旋回火山巖英安巖具有低鋁、鐵、鈣，富鉀、鈉，高硅的特點。

3.2含鋁指數(shù)（A/CNK）特征

遼西地區(qū)興隆溝旋回安山巖為正常巖石類型；髫髻山旋回火山巖巖石均為正常類型；張家口旋回火山巖巖石類型均為鋁過飽和型；義縣旋回火山巖中酸性、酸性巖石為鋁過飽和型，基性-中性巖石為正常巖石類型。由基性-酸性鋁過飽和程度有增強趨勢；大興莊旋回各巖石類型均為鋁過飽和類型。

3.3氧化度特征

遼西地區(qū)興隆溝旋回安山巖氧化系數(shù)為0.82，髫髻山旋回氧化系數(shù)在0.66～0.72之間，張家口旋回氧化系為0.71～0.90，義縣旋回為0.57～0.76間，大興莊旋回氧化系數(shù)為0.70～0.74。時代較老的巖石，其氧化程度相對較強；由基性～酸性，隨巖石酸度的加大，氧化程度逐漸加強。

3.4分異指數(shù)（DI）特征

隨著巖石酸度的加大，分異指數(shù)逐漸增大，K2O含量增加，CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Al2O3則減少，Na2O變化不大。這種變化與桑湯等（1960）所研究的鈣堿質(zhì)巖漿演化趨勢相一致。

3.5堿度及系列特征

在時間上，隨火山巖時代的變新，堿度呈由小-大-小的規(guī)律變化。在空間上，遼西地區(qū)早白堊世火山巖的堿度由西向東逐漸增高。中侏羅世潛火山巖的酸度和堿度普遍高于同期噴出巖；晚侏羅—早白堊世潛火山巖的酸度和堿度在基性-中性巖階段低于同期噴出巖，而在中酸性-酸性巖階段高于同期噴出巖。中生代各旋回火山巖各類巖石屬鈣堿系列巖石。

4.火山巖成因分析

前人研究得出，遼西中生代火山巖與埃達克巖較為相似，但本區(qū)火山巖產(chǎn)于板內(nèi)環(huán)境，為下地殼部分熔融的產(chǎn)物，稱埃達克質(zhì)巖為宜，以區(qū)別于經(jīng)典的由俯沖的年輕洋殼熔融形成的埃達克巖。區(qū)域構造環(huán)境研究表明，晚三疊世-早、中侏羅世，遼西地區(qū)主要受華北地塊與西伯利亞板塊南北向碰撞-超碰撞的影響，處于擠壓環(huán)境，并于中侏羅世末發(fā)生了大規(guī)模的逆沖推覆構造，使地殼加厚。中生代火山巖地球化學特征的地球動力學意義在于表明遼西地區(qū)中生代時期處于高原環(huán)境，類似現(xiàn)今的青藏高原，存在加厚的地殼，火山巖的巖漿形成的深度很大，遼西地區(qū)中生代火山巖的形成與巖石圈拆沉作用密切相關。

5.結論

遼西地區(qū)中生代火山巖地球化學特征與埃達克巖十分相似，屬于一套中酸性高鉀鈣堿性-鈣堿性火山巖系，其巖石共生組合為安山巖-粗安巖-英安巖-粗面英安巖?；鹕綆r是由加厚的下地殼中基性變質(zhì)巖部分熔融形成的，其源巖來源較深。拆沉作用是遼西地區(qū)巖石圈減薄的主要方式，早中生代火山巖的形成與地殼加厚導致的下地殼拆沉作用密切相關，而與太平洋板塊俯沖沒有直接的關系。遼西地區(qū)早中生代埃達克質(zhì)巖的確認對探討遼西地區(qū)火山巖漿起源、殼幔相互作用及大陸動力學背景具有重要意義。

參考文獻：

[1] 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局，遼寧省區(qū)域地質(zhì)志，地質(zhì)出版社，1989年.

[2] 遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局，遼寧省區(qū)域礦產(chǎn)總結，2006年8月.

[3] 武廣，李忠權，李之彤，遼西地區(qū)早中生代火山巖地球化學特征及成因探討，礦物巖石，23（3），2003，9.

[4] 楊蔚， 遼西中生代火山巖年代學及地球化學研究，中國科學技術大學 ，2007年6月.