秦皇島上莊坨村髫髻山組火山巖地球化學特征

摘要北戴河地區屬中朝地塊燕山褶皺造山帶的東段。燕山地區在侏羅-白堊紀時期大陸“活化”轉變為造山帶，該區是板塊內部的一個發育強烈變形和巖漿活動的特殊地區。通過采集燕山造山帶中生代最具代表性的鈣堿性巖秦皇島上莊坨村髫髻山組火山巖樣品，并對樣品進行XRF主量元素測定、ICP-MS微量元素、稀土元素分析，判定巖石樣品為堿性輝長巖，形成于島弧環境，巖漿起源于部分熔融產生的拉斑玄武巖漿。

關鍵詞燕山造山帶 輝長巖 島弧環境 燕山期

中圖分類號:P59文獻標識碼:A

1 引言

燕山造山帶地處華北陸塊北緣，屬于板內造山帶。中生代巖漿活動頻繁，規模巨大，分布范圍廣泛。目前，燕山造山代中生代火山巖的研究集中于巖漿起源，并取得了重要的成果。但是燕山造山帶中生代火山巖的巖漿起源分歧比較多，主要觀點包括:巖漿起源于上地幔的部分熔融，并于地殼發生混染作用;巖漿是由統侵位的幔源基性巖漿與殼源酸性巖漿發生混合作用形成的;巖漿起源于下地殼基性巖石的部分熔融。

髫髻山組火山巖是燕山造山帶中生代最具代表性的鈣堿性火山巖之一，分布廣泛，主要集中于北京西山、興隆—寬城、豐寧—灤平、承德—平泉、赤城—延慶和宣化—蔚縣等地較，青龍、撫寧有少量出露。前人關于髫髻山組的研究頗多，但秦皇島市上莊坨村髫髻山組火山巖的研究還未展開，希望通過我們這次的研究可以為燕山造山帶中生代髫髻山組火山巖的巖漿起源提出新的觀點或為舊觀點找到新的證據。

2 實驗

所采樣品均為風化蝕變很弱的較新鮮的火山巖樣品，沒有明顯的變形與變質現象， 基本代表了新鮮原巖的特征。主量元素由中國地質大學(北京)地學實驗中心分析，采用堿熔玻璃片熒光分析(XRF)方法。微量元素在中國地質大學(北京)地質過程與礦產資源國家重點實驗室完成，采用ICP-MS放法。

制樣方法具體步驟如下:(1)將樣品置于烘箱中，于105℃烘干12小時。(2)從烘箱中取出樣品，準確稱取粉末樣品50€?mg置于Teflon坩堝中。(3)用1-2滴高純水潤濕樣品，然后依次緩慢加入1.5ml的高純硝酸，1.5ml的高純氫氟酸。(4)將Teflon坩堝放入鋼套，擰緊后置于烘箱中于190€?℃加熱>48h。(5)待溶羊彈冷卻，開蓋后置于電熱板上(140℃)蒸干，然后加入1mlHNO3并再次蒸干(保證Teflon坩堝壁無液體)。(6)加入3ml30% HNO3，再次將Teflon坩堝放入鋼套，擰緊后置于烘箱中于190€?℃加熱>12h。(7)將溶樣轉入聚乙烯料瓶中，并用2% HNO3稀釋至100g(對應的稀釋因子為2000)，密閉保存以備ICP-MS測試。

3 結果與討論

3.1 主量元素特征

北戴河髫髻山組火山巖樣品巖性如圖1所示，主要為玄武巖質安山巖、粗面玄武巖、玄武粗面安山巖、粗面安山巖。主要氧化物SiO2 =48.81%~59.76%、Al2O3= 16.02%~17.93%、MgO=2.58%~6.94%、Mg#=0.53~0.65、Na2O=2.62%~4.65%、K2O=1.58%~3.97%、CaO=3.16%~7.67%。A/CNK均小于1，為準鋁質 ，而Na2O/K2O均大于1.1，富鈉。巖石總體具有富鋁富堿的特點;在w(SiO2)與w(Na2O+K2O)關系圖解(圖2)上，樣品全部投點落入亞堿性系列區域。而亞堿性火山巖又可進一步劃分為拉斑玄武系列和鈣堿性系列，還需進一步區別; 圖3和圖4是w(FeO*)/w(MgO)與w(SiO2) 和w(FeO*)/w(MgO)與w(FeO*)關系圖解，由圖可知樣品幾乎都投圖落入鈣堿性系列。

在哈克圖解中(圖5)，髫髻山組火山巖中MgO、FeO*、TiO2、CaO的含量與SiO2具有良好的線性反相關關系;Na2O、K2O與SiO2具有正相關關系;Al2O3與SiO2也呈一定的正相關關系，但數據點較分散;P2O5與SiO2的線性關系部不明顯。

圖1w(SiO2)與w(K2O+Na2O)關系圖解

(據Le Bas et al，1986)

注:L線為堿性(A)與非堿性(S)系列的分界線

圖2北戴河髫髻山組火山巖w(SiO2)與w(Na2O+K2O)關系圖

圖3w(FeO*)/w(MgO)與 w(SiO2)關系圖解

圖4w(FeO*)/w(MgO)與w(FeO*)關系圖解

圖5w(SiO2)與w(K2O)關系圖解(據Pecerillo and Taylor)

3.2 髫髻山組稀土元素特征

冀東北戴河地區髫髻山組火山巖元素分析結果見圖6。由圖6可知，稀土元素總量為110.01€?0-6～160.28€?0-6;稀土元素分餾明顯，LREE/HREE為6.89~13.51，其輕稀土元素富集〔(La/Yb)N=6.34~21.46〕，而重稀土元素虧損(Yb<1.89€?0-6，Y<20.6€?0-6)，稀土元素配分曲線為向右傾斜的輕稀土元素富集型;Eu值除樣品DT-3為微弱的正異常，其他為0.97~1.05，基本無Eu異常;Ce值為0.94~1.02，除樣品TJ-3外，其他均具有微弱的Ce異常。

圖6髫髻山組火山巖稀土元素配分曲線圖

(球粒隕石標準值采用Sun and McDonough(1989)數據)

一般認為這種現象與源區殘留物中含石榴石有關，因為重稀土元素(尤其石Yb)易于富集在石榴石中，因而引起熔漿中輕稀土元素富集并造成Y/Yb比值增高(球粒隕石、原始地幔和洋中脊玄武巖Y/Yb比值基本不變，約為10)。對于樣品3，重稀土元素Yb(1.89€?0-6)和Y(20.6€?0-6)偏高，說明源區殘留物中石榴石含量較少或出現了斜長石。Eu異常取決于斜長石是否發生了分離結晶，因為Eu在斜長石中的分配系數遠大于其他礦物，當殘留相中缺少斜長石時熔漿出現Eu正異常或沒有異常。相反，當源區殘留相中有少量斜長石出現時熔漿會產生弱的Eu負異常。北戴河髫髻山組火山巖應屬于前一種情況。這一點與圖2La-La/Sm關系圖解中顯示出部分熔融作用的特點相吻合(圖7)。

圖7北戴河髫髻山組火山巖 La-La/Sm關系圖解

3.3 髫髻山組火山巖微量元素特征

大離子親石元素(LILE)如U、Th、Rb含量及Rb/Sr比值較低，而Ba、Sr含量及Sr/Y比值較高。后者可用斜長石的結晶分離作用解釋，因為Ba、Sr與Ca具有相似的化學性質，彼此間常發生類質同相替換。K/Rb比值低-中等(381.48~612)。K、Rb具有相似的化學性質，但二者在角閃石中的分配系數不同，K比Rb更富集于角閃石中，故可能是角閃石的結晶分離造成熔漿中K/Rb比值降低。因此源區殘留物也可能存在角閃石。

在與原始地幔標準化歸一的微量元素蛛網圖中，明顯虧損Rb、Th、Nb、P、Zr、Hf和Ti，而Ba、K、Pb、Sr及LREE富集。高場強元素(HFSE)如Nb、P和Ti的負異常可能與難熔礦物(如榍石、鈦鐵礦、金紅石、鋯石和磷灰石)有關，一般認為高場強元素富集于上述難熔礦物中，但巖漿發生分離作用時，熔體中的HFSE含量較少而出現負異常。就Sr、Rb來說，北戴河髫髻山組火山巖樣品中的Rb/Sr比值均小于0.10，說明屬于高Sr低Rb巖石，其源巖較深，Sr/Y比值大于28.61，屬于高Sr低Y巖石。與正常島弧鈣堿性火山巖相比，雖然兩者都虧損高場強元素(Nb、Ti等)但也有明顯的不同。(原始地幔標準值采用Sun and McDonough(1989)數據)

因為島弧火山巖一般具有Rb正異常和明顯的Sr負異常，Sr/Y比值較低。同時，北戴河髫髻山組火山巖的Y值較低(Y<20.6€?0-6 )，而正常島弧、山弧環境下的鈣堿性安山巖和英安巖的Y值較高(Y>25€?0-6)。在Sr/Y-Y及(La/Yb)N-YbN關系圖解中(圖8)，火山巖投影點除一個樣品外全部落入太古代TTG或adakite巖區，與正常島弧安山巖英安巖-流紋巖不同，顯示出北戴河髫髻山組粗安巖具有獨特的地球化學特征。

圖8YbN與LaN/YbN關系圖解(據Martin H，1994;Defant and Drummond，1990)

圖9Sr/Y與Y關系圖解(據Martin H，1994;Defant and Drummond，1990)

埃達克巖(adakite) 具有高SiO2 ( ≥56 %) 、Al2O3 ( ≥15 %) 、Na2O( K2O/ Na2O < 0. 5) 、Sr ( > 400 €?0 - 6) 含量，Mg # > 0. 47 ， Yb ( ≤1. 9 €?0 - 6 ) 和Y( ≤18 €?0 - 6 )含量低，稀土元素分餾強烈，因而Sr/ Y和La/ Yb 比值較高;在稀土元素配分曲線中，無Eu 異常;熔融后的殘留物為含石榴石角閃巖或榴輝巖，一般不含斜長石。

從地球化學特征來看，北戴河髫髻山組火山巖與埃達克巖有諸多的相似之處，但是有些特征，如SiO2含量較低、K2O含量較高(K2O/ Na2O=0.51~0.85)。

4 結論

(1)北戴河地區髫髻山組火山巖地球化學特征與埃達克巖十分相似，屬于一套中基性高鉀鈣堿性、鉀玄巖系-鈣堿性火山巖系，其巖石組合為玄武巖質安山巖-粗面玄武巖-玄武粗面安山巖-粗面安山巖，巖石總體上反映出高Sr低Y，輕重稀土分餾明顯，Eu異常不明顯，Mg2+較高，富堿等特點。

(2)北戴河髫髻山組火山巖是由古老下地殼基性玄武巖部分熔融形成的，其源巖來源較深，與富集地幔的底侵作用有關。

(3)北戴河地區髫髻山組火山巖是陸內巖石圈擠壓造山作用的產物，與中生代古老太平洋板塊俯沖無直接關系。

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