內(nèi)蒙古克什克騰旗二零四一帶玻鎂安山巖的地球化學(xué)特征

喬彥波　張瀚夫　田艷麗　斯琴畢力格

摘要：玻鎂安山巖因其獨(dú)特的成因特征及地球化學(xué)特征對(duì)研究區(qū)域構(gòu)造環(huán)境具有重要意義。內(nèi)蒙古克什克騰旗二零四一帶的大石寨組中發(fā)育少量玻鎂安山巖。通過對(duì)玻鎂安山巖及安山巖、英安巖、輝長(zhǎng)巖的地球化學(xué)分析及對(duì)比，確定該二疊紀(jì)玻山安巖具有巖漿分異演化程度低，巖漿具有島弧地球化學(xué)性質(zhì)，物質(zhì)來源具幔源巖漿的特征，巖漿形成與消減作用有關(guān)，形成于俯沖消減環(huán)境中等特點(diǎn)；并推斷華北北緣在二疊紀(jì)期間仍處于古亞洲洋的俯沖構(gòu)造環(huán)境中，古亞洲洋向華北北緣之下的俯沖尚未結(jié)束，華北北緣的俯沖作用應(yīng)該持續(xù)至二疊紀(jì)末——三疊紀(jì)初，此時(shí)華北北緣尚未進(jìn)入克拉通演化階段。

關(guān)鍵詞：玻鎂安山巖；二疊紀(jì)；華北北緣；構(gòu)造環(huán)境

The Geochemical Characteristics of Boninite from 204 Region of Keshiketeng qi，Inner Mongolia

Abstract：Based the special cause and the major element chemistry，the research of Boninite may be help us to find out the tectonic setting where it was found. Boninite was found in 204 region of Keshiketeng qi，Inner Mongolia. By geochemical analysis and confrontation with andesite，dacite，gabbro，determined that Boninite have many characteristics such as the low magmatic differentiation，the feature of arc geochemistry，the characteristics of mantle-derived magma，the relevance with subduction，the special diving setting etc. By researching the geochemical characteristics of Boninite，the tectonic setting was surmised that northern margin of The North China plate was in a Paleo-Asian Oceans subduction setting in Permian，when the subduction wasnt finished from Paleo-Asian Ocean plate to northern margin of The North China plate. The subduction of northern margin of The North China plate maybe continued until the end of the Permian – the start Triassic，when northern margin of The North China plate hasnt enter the Craton stage.

Key words： Boninite，Permian，Northern margin of The North China plate，Tectonic setting

1. 引言

玻鎂安山巖（Boninite）是一種富含玻璃質(zhì)、幾乎沒有斜長(zhǎng)石斑晶，但含橄欖石、古銅輝石和普通輝石斑晶的橄欖石古銅輝石安山巖，其主要化學(xué)成分以富硅（SiO2=52%～66%），富鎂（MgO=9%～25%），貧鈦、磷及高場(chǎng)強(qiáng)元素為特征（譚勁等，1991； Piercey et al.2001）。玻鎂安山巖最早是在日本的無人島（Bonin island）上發(fā)現(xiàn)的，因此把它命名為Boninite。該種巖石在西太平洋和其他若干地區(qū)均有發(fā)現(xiàn)，它們通常與島弧拉斑玄武巖和鈣堿性火山巖伴生，但其地球化學(xué)特征往往明顯不同于上述巖石，為此進(jìn)一步把它們和類似的巖石統(tǒng)稱為玻鎂安山巖系列，由此與其他火山巖類相區(qū)別。玻安巖系火山巖主要出現(xiàn)在島弧或弧后盆地演化的初期階段（Cameron et al.1979；張旗，1990），被認(rèn)為是形成于大洋板內(nèi)消減帶弧前環(huán)境的主要巖石類型（Hawkins et al.1984；Bedard et al.，1998）。而且玻安巖的形成要求同時(shí)滿足：（1） 虧損地幔橄欖巖；（2） 具有C-O-H揮發(fā)分源區(qū)；（3） 在相對(duì)較淺的地幔楔具有異常高的地?zé)崽荻冗@三個(gè)特殊條件（Fallon and Crawford，1991），因此玻安巖的分布相對(duì)比較稀少，在古島弧和現(xiàn)代島弧巖漿系列中，因而玻安巖具有構(gòu)造環(huán)境的指示意義。

前人工作發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)川西鄉(xiāng)城地區(qū)（譚勁等，1991）、西藏丁青地區(qū)（張旗等，1990）、新疆阿爾泰地區(qū)（牛賀才等，1999）均出露有玻安巖，通過這類巖石探討了不同板塊中的弧-盆演化過程。近年在克什克騰旗二零四一帶的野外地質(zhì)工作中也發(fā)現(xiàn)了這種巖石，通過室內(nèi)多方面的詳細(xì)研究，確定其為玻鎂安山巖，這是內(nèi)蒙古地區(qū)該類巖石的一個(gè)重要實(shí)例。通過本次工作對(duì)解決華北北緣晚古生代弧-盆體系及殼幔演化具有重要作用。

2. 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于華北板塊北緣晚古生代陸緣增生帶，寶音圖群——錫林浩特火山型被動(dòng)陸緣，南距索倫山——西拉木倫深大斷裂約40km。區(qū)內(nèi)第四系覆蓋嚴(yán)重，出露地層主要為中二疊統(tǒng)大石寨組中——中基性火山巖以及上侏羅統(tǒng)白音高老組酸性火山巖，白音高老組不整合覆蓋于大石寨組之上。研究區(qū)周邊大石寨組火山巖中見晚二疊世輝長(zhǎng)巖、閃長(zhǎng)巖等中基性侵入巖呈巖株?duì)钋秩耄▓D1）。

大石寨組主要分布于黃崗梁、哈爾呼舒一帶。由于第四系覆蓋嚴(yán)重，該組地層與上覆地層的接觸關(guān)系并不清晰。本組的巖石組合主要為酸——中酸——中——中基性火山巖組合以及碎屑沉積巖夾薄層中基性火山巖組合。區(qū)內(nèi)大石寨組巖性主要包括中酸性火山熔巖及凝灰?guī)r，淺海相碎屑沉積巖夾薄層火山巖以及中——基性火山巖組合夾板巖。野外工作中在該地層中發(fā)現(xiàn)大量化石，包括近豆寇烏魯希騰貝Urushtenia paramaceus Lee et Gu，以及腕足類網(wǎng)格長(zhǎng)身貝Dictyoclostus sp. 狹板苔蟲Stenodiscus sp.窗格苔蟲類（fenestellids），狹板苔蟲Stenodiscus sp. 笛苔蟲Fistulipora sp.等化石，腕足類化石主要是一些中二疊世的常見分子，因此該地層時(shí)代屬中二疊世早期。

在大石寨組海相火山巖地層中，筆者發(fā)現(xiàn)了一套富鎂火山巖系，通過巖石化學(xué)分析，確定該富鎂火山巖為玻鎂安山巖。玻鎂安山巖出露面積僅200m2左右，整合覆蓋與杏仁狀輝石安山巖之上，地層整體南南東傾。

玻鎂安山巖呈灰至灰黑色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。斑晶為輝石、橄欖石假象組成，呈半自形柱狀，粒徑一般0.5mm～1.6mm，含量小于5%，輝石可見雙晶，橄欖石具皂石化呈假象。基質(zhì)由輝石組成，含量約95%，多為微晶狀，粒徑小于0.1mm。巖石中含杏仁體，約占全巖的10%，呈橢圓狀，大小一般0.2mm～3.5mm，雜亂分布，由硅質(zhì)、碳酸鹽、簾石、綠泥石等填充（圖2）。薄片鑒定該巖性為苦橄巖，結(jié)合硅酸鹽分析，將該巖性定為玻鎂安山巖。

3. 分析結(jié)果

為對(duì)比玻鎂安山巖的地球化學(xué)特征，在研究區(qū)內(nèi)采集了玻鎂安山巖以及與之巖性、成巖時(shí)代相近的巖石如輝長(zhǎng)巖、玄武巖、安山巖等樣品，主量、微量、稀土元素分析數(shù)據(jù)分別見表1。

3.1 巖石化學(xué)特征

研究區(qū)內(nèi)玻安巖中SiO2含量為52.92 wt.%，MgO含量為8.99 wt.%，Mg含量為0.64。各類中基性巖漿巖里特曼指數(shù)（δ）為0.38～2.33之間，均屬鈣堿性系列，其中玻鎂安山巖值最低，堿性最弱；斜長(zhǎng)石牌號(hào)在35～68之間，安山巖屬中性斜長(zhǎng)石，其他三類巖石為基性斜長(zhǎng)石。安山巖的固結(jié)指數(shù)（SI）較低，而分異指數(shù)（DI）較高，反映了其巖漿分異作用較高；輝長(zhǎng)巖、玄武巖及玻鎂安山巖的固結(jié)指數(shù)較高，分異指數(shù)較低，反映了三者巖漿分異作用低。四類巖石的氧化指數(shù)在0.52～0.68之間，說明氧化程度偏低。鎂鐵質(zhì)指數(shù)（MF）49.15～73.02之間，鎂鐵比（M/F）在0.67～1.83之間，表明四類巖石中Fe、Mg含量偏高，其中鎂鐵比由高到低為輝長(zhǎng)巖、玻鎂安山巖、玄武巖、安山巖。

整體看，玻鎂安山巖為堿性極低的鈣堿性巖，其巖漿分異程度低，鎂鐵含量高，鎂鐵比高，巖石化學(xué)特征與輝長(zhǎng)巖、玄武巖等基性巖相似，與安山巖具有一定的區(qū)別。

3.2 微量元素特征

在微量元素蛛網(wǎng)圖上，安山巖中微量元素含量與其他三類巖石差距較明顯，輝長(zhǎng)巖、玄武巖與玻鎂安山巖相似度更高（圖3），以下主要對(duì)比后三者。三者鐵族元素V、Cr、Co、Ni高于維氏豐度值，另外，Cu、Sc元素也高于維氏豐度值，說明上述元素背景值高；Ba、Nb、Sr、Ti等元素值偏低，反映了島弧火山巖特征；地幔不相容元素Hf相對(duì)較高，反映了巖漿在噴發(fā)過程中可能有地殼物質(zhì)的混染。

3.3 稀土元素特征

在稀土元素配分模式圖上，除安山巖輕稀土較重稀土具有較明顯的富集外，玻安巖、玄武巖和輝長(zhǎng)巖的配分曲線均為水平，且略高于球粒隕石，輕重稀土的分異不明顯。玻安巖中稀土總量低于其他三種巖石（圖4）。

玻安巖稀土總量（∑REE）為26.01 ppm（表2），輕重稀土比值較低；δEu值為1.08，為Eu具正異常，為Eu富集型，稀土配分曲線在Eu處呈峰狀（見圖2-27），一定程度上反映了含鈣造巖礦物的聚集； （La/Yb）N比值為0.64，輕重稀土富集程度均比較低；（La/Sm）N比值為0.65，輕稀土分餾程度低；（Ce/Yb）N<1，比值為0.66，配分曲線向左傾；（Gd/Yb）N比值為0.73，表明重稀土相對(duì)輕稀土分餾程度高。

4. 討論

4.1 玻安巖形成的成因

前人研究表明，玻安巖具有中等SiO2含量、高M(jìn)g、低Ti并強(qiáng)烈虧損高場(chǎng)強(qiáng)元素的特征（Piercey et al.2001），而且玻安巖來源于比MORB熔離后殘留物更難熔的橄欖巖源區(qū)。因此，玻安巖的形成不僅需要源區(qū)有含水流體的加入，而且形成壓力較小（<1 MPa）（Crawford et al.1989）。所以，玻安巖主要出現(xiàn)在島弧或弧后盆地演化的初期階段（Cameron et al.1979；張旗，1990），是形成于大洋板內(nèi)消減帶弧前環(huán)境的主要巖石類型（Hawkins et al.1984；Bedard et al.1998）。

在微量元素蛛網(wǎng)圖上，玻安巖具高場(chǎng)強(qiáng)元素Nd的負(fù)異常，呈明顯的“V”型谷，而Sr元素相對(duì)富集，且Sr*值為1.66，K較為富集，表明該巖體與削減作用有關(guān)。在里特曼-戈蒂里圖解中（圖5），該巖石投點(diǎn)于B區(qū)；結(jié)合該巖石的硅酸鹽，微量和稀土特征，以及其在微量比值蛛網(wǎng)圖、稀土配分模式圖的曲線分布情況，認(rèn)為該地區(qū)的玻安巖構(gòu)造環(huán)境應(yīng)該是具有島弧性質(zhì)的活動(dòng)大陸邊緣；巖漿來源具幔源巖漿的特征。在巖漿起源與演化過程中，巖漿的結(jié)晶分異是巖漿演化的主要制約條件，調(diào)查區(qū)該巖石巖漿分異演化程度低。

4.2 對(duì)構(gòu)造環(huán)境的指示

華北北部包括華北克拉通北緣及其北部的興蒙造山帶在二疊紀(jì)的構(gòu)造演化特征和屬性存在廣泛爭(zhēng)論。一部分人認(rèn)為晚古生代-早中生代期間，在內(nèi)蒙古隆起和燕山褶皺沖斷帶之間，存在強(qiáng)烈的差異性隆升和剝蝕過程，推斷與古亞洲洋板塊向華北地塊的俯沖、消減、碰撞及華北北緣區(qū)域性斷裂活動(dòng)有關(guān)（張栓宏等，2007），由此認(rèn)為古亞洲洋的演化一直持續(xù)至二疊紀(jì)末期至三疊紀(jì)初期，由于俯沖作用在華北北緣形成了類似于安第斯山一樣的大陸邊緣弧（Zhang et al.2008）。然而，另一部分學(xué)者認(rèn)為華北北緣在古生代晚期不存在安第斯型的大陸邊緣弧，而發(fā)育大規(guī)模的平行帶狀伸展構(gòu)造，標(biāo)志著華北北緣此時(shí)已進(jìn)入克拉通化階段（邵濟(jì)安等，2015）。

本次在華北北緣新近發(fā)現(xiàn)的具有島弧性質(zhì)的二疊紀(jì)玻安巖，說明在華北北緣在二疊紀(jì)時(shí)期仍處于活動(dòng)大陸邊緣，古亞洲洋向華北北緣之下的俯沖尚未結(jié)束。因此，華北北緣的俯沖作用應(yīng)該持續(xù)至二疊紀(jì)末-三疊紀(jì)初，此時(shí)華北北緣尚未進(jìn)入克拉通演化階段。

5. 結(jié)論

（1）內(nèi)蒙古克什克騰旗二〇四地區(qū)新近發(fā)現(xiàn)的二疊紀(jì)玻安巖在華北北緣分布極少，具有島弧地球化學(xué)性質(zhì)，形成于俯沖消減環(huán)境中；

（2）該玻安巖的出現(xiàn)表明華北北緣在二疊紀(jì)期間仍處于古亞洲洋的俯沖構(gòu)造環(huán)境中，并未進(jìn)入克拉通演化階段。

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致謝：感謝河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室李林慶先生在主微量分析方面給予的熱忱幫助。感謝長(zhǎng)安大學(xué)王夢(mèng)璽博士對(duì)本文提出的寶貴意見。