辽西中生代火山岩地球化学特征及成因

高光威 于海祥 高志骞 张国权 李清彬

【摘 要】辽西地区在中生代时期断裂构造和岩浆活动十分强烈。由于多期多组断裂构造的迭加和交切，形成了复杂的网状构造格局。沿着这些构造，尤其断裂的交叉部位，火山活动频繁发生，出现多期、多次的基性-中性-中酸性-酸性火山喷溢、爆发活动，形成了与火山活动有关的能源矿产。因此本文通过研究本区中生代岩浆活动的地球化学特征，总结火山活动和成矿之间的规律。

【关键词】中生代；辽西；火山岩；地球化学；成矿

1.区域地质背景

辽西地区位于华北地台燕山台褶带与山海关隆起的交接部位，以承德-北票、青龙-葫芦岛两条东西大断裂为界，北部为内蒙地轴、南部为山海关古隆起，分布着大面积中生代火山碎屑岩及火山熔岩。中生代以来，受太平洋板块向欧亚大陆板块俯冲的影响，辽西构造活动强烈，造成区域内火山活动具多期次、多旋回特点，自下而上可划分五个旋回：兴隆沟旋回、髫髻山旋回、张家口旋回、义县旋回、大兴庄旋回。火山岩呈北东向带状平行分布，主要受北东向壳断裂控制，以裂隙式或裂隙-中心式喷发为主，岩性有火山碎屑岩、安山岩、流纹岩等。同时形成了与火山活动有关的多金属矿产。

2.火山岩地球化学特征

2.1岩石化学特征

玄武岩：产出层位有早白垩世义县组、早侏罗世兴隆沟组、中侏罗世髫髻山组。岩石常呈灰黑色、灰绿色，块状构造部分具气孔构造或杏仁状构造。斑晶成分为斜长石、橄榄石、单斜辉石。基质为玻晶交织结构或间隐-间粒结构，主要由隐晶质和微晶斜长石组成。

安山岩：产出层位有早侏罗世北庙组、晚白垩世大兴庄组。岩石呈灰绿色、灰紫色、灰色。斑状或少斑结构，块状构造为主，少量气孔状-杏仁状构造。斑晶成分主要为斜长石，其次为单斜辉石、角闪石、黑云母。基质以间隐-间粒结构为主，玻晶交织结构、微晶交织结构或玻基结构。

流纹岩：主要发育在早白垩世火山岩组的中上部。岩石为白-灰白色、浅灰色。流纹构造普遍，还可见石泡构造、球粒构造。斑状结构、雏晶结构。斑晶主要为斜长石、石英、钾长石、角闪石等。基质为微嵌晶结构、隐球粒结构及雏晶结构，主要由斜长石、石英、钾长石和黑云母等微晶构成。

火山碎屑岩类：主要分布于火山机构附近，是近火山口相的标志岩石之一。主要为粗安质、粗面质和流纹质熔结凝灰岩。结构为熔结凝灰（角砾）结构，似流动构造。岩石由碎屑构成，岩屑成分主要有安山岩、粗安岩、流纹岩以及熔结凝灰岩和花岗岩、长石石英斑岩等。

3.辽西中生代火山岩的地球化学特征

辽西中生代火山岩岩石化学成分特征见表1。

3.1化学成分特征

辽西各类岩石化学成分平均值与中国相同类型岩石平均值相比：兴隆沟旋回安山岩显示低铝、钙，高硅、铁、钾、钠的特点。髫髻山旋回玄武岩具高硅、铝、钠、铁低、镁、钙；安山岩具高钠、钾，低铁、铝、钙的特点。张家口旋回粗面岩显示高铝、铁、镁，贫硅、钾、钠；流纹岩具高硅、铝、钾，低铁、钙、镁的特点。义县旋回玄武岩具高硅、低铁、钙的特点；安山岩具高硅、镁、钾、钠，低铝、铁、钙的特点；流纹岩具高硅、镁、钾，低铝、铁的特点。大兴庄旋回火山岩英安岩具有低铝、铁、钙，富钾、钠，高硅的特点。

3.2含铝指数（A/CNK）特征

辽西地区兴隆沟旋回安山岩为正常岩石类型；髫髻山旋回火山岩岩石均为正常类型；张家口旋回火山岩岩石类型均为铝过饱和型；义县旋回火山岩中酸性、酸性岩石为铝过饱和型，基性-中性岩石为正常岩石类型。由基性-酸性铝过饱和程度有增强趋势；大兴庄旋回各岩石类型均为铝过饱和类型。

3.3氧化度特征

辽西地区兴隆沟旋回安山岩氧化系数为0.82，髫髻山旋回氧化系数在0.66～0.72之间，张家口旋回氧化系为0.71～0.90，义县旋回为0.57～0.76间，大兴庄旋回氧化系数为0.70～0.74。时代较老的岩石，其氧化程度相对较强；由基性～酸性，随岩石酸度的加大，氧化程度逐渐加强。

3.4分异指数（DI）特征

随着岩石酸度的加大，分异指数逐渐增大，K2O含量增加，CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Al2O3则减少，Na2O变化不大。这种变化与桑汤等（1960）所研究的钙碱质岩浆演化趋势相一致。

3.5碱度及系列特征

在时间上，随火山岩时代的变新，碱度呈由小-大-小的规律变化。在空间上，辽西地区早白垩世火山岩的碱度由西向东逐渐增高。中侏罗世潜火山岩的酸度和碱度普遍高于同期喷出岩；晚侏罗—早白垩世潜火山岩的酸度和碱度在基性-中性岩阶段低于同期喷出岩，而在中酸性-酸性岩阶段高于同期喷出岩。中生代各旋回火山岩各类岩石属钙碱系列岩石。

4.火山岩成因分析

前人研究得出，辽西中生代火山岩与埃达克岩较为相似，但本区火山岩产于板内环境，为下地壳部分熔融的产物，称埃达克质岩为宜，以区别于经典的由俯冲的年轻洋壳熔融形成的埃达克岩。区域构造环境研究表明，晚三叠世-早、中侏罗世，辽西地区主要受华北地块与西伯利亚板块南北向碰撞-超碰撞的影响，处于挤压环境，并于中侏罗世末发生了大规模的逆冲推覆构造，使地壳加厚。中生代火山岩地球化学特征的地球动力学意义在于表明辽西地区中生代时期处于高原环境，类似现今的青藏高原，存在加厚的地壳，火山岩的岩浆形成的深度很大，辽西地区中生代火山岩的形成与岩石圈拆沉作用密切相关。

5.结论

辽西地区中生代火山岩地球化学特征与埃达克岩十分相似，属于一套中酸性高钾钙碱性-钙碱性火山岩系，其岩石共生组合为安山岩-粗安岩-英安岩-粗面英安岩。火山岩是由加厚的下地壳中基性变质岩部分熔融形成的，其源岩来源较深。拆沉作用是辽西地区岩石圈减薄的主要方式，早中生代火山岩的形成与地壳加厚导致的下地壳拆沉作用密切相关，而与太平洋板块俯冲没有直接的关系。辽西地区早中生代埃达克质岩的确认对探讨辽西地区火山岩浆起源、壳幔相互作用及大陆动力学背景具有重要意义。

参考文献：

[1] 辽宁省地质矿产局，辽宁省区域地质志，地质出版社，1989年.

[2] 辽宁省地质矿产勘查局，辽宁省区域矿产总结，2006年8月.

[3] 武广，李忠权，李之彤，辽西地区早中生代火山岩地球化学特征及成因探讨，矿物岩石，23（3），2003，9.

[4] 杨蔚， 辽西中生代火山岩年代学及地球化学研究，中国科学技术大学 ，2007年6月.