内蒙古克什克腾旗二零四一带玻镁安山岩的地球化学特征

乔彦波　张瀚夫　田艳丽　斯琴毕力格

摘要：玻镁安山岩因其独特的成因特征及地球化学特征对研究区域构造环境具有重要意义。内蒙古克什克腾旗二零四一带的大石寨组中发育少量玻镁安山岩。通过对玻镁安山岩及安山岩、英安岩、辉长岩的地球化学分析及对比，确定该二叠纪玻山安岩具有岩浆分异演化程度低，岩浆具有岛弧地球化学性质，物质来源具幔源岩浆的特征，岩浆形成与消减作用有关，形成于俯冲消减环境中等特点；并推断华北北缘在二叠纪期间仍处于古亚洲洋的俯冲构造环境中，古亚洲洋向华北北缘之下的俯冲尚未结束，华北北缘的俯冲作用应该持续至二叠纪末——三叠纪初，此时华北北缘尚未进入克拉通演化阶段。

关键词：玻镁安山岩；二叠纪；华北北缘；构造环境

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

玻镁安山岩（Boninite）是一种富含玻璃质、几乎没有斜长石斑晶，但含橄榄石、古铜辉石和普通辉石斑晶的橄榄石古铜辉石安山岩，其主要化学成分以富硅（SiO2=52%～66%），富镁（MgO=9%～25%），贫钛、磷及高场强元素为特征（谭劲等，1991； Piercey et al.2001）。玻镁安山岩最早是在日本的无人岛（Bonin island）上发现的，因此把它命名为Boninite。该种岩石在西太平洋和其他若干地区均有发现，它们通常与岛弧拉斑玄武岩和钙碱性火山岩伴生，但其地球化学特征往往明显不同于上述岩石，为此进一步把它们和类似的岩石统称为玻镁安山岩系列，由此与其他火山岩类相区别。玻安岩系火山岩主要出现在岛弧或弧后盆地演化的初期阶段（Cameron et al.1979；张旗，1990），被认为是形成于大洋板内消减带弧前环境的主要岩石类型（Hawkins et al.1984；Bedard et al.，1998）。而且玻安岩的形成要求同时满足：（1） 亏损地幔橄榄岩；（2） 具有C-O-H挥发分源区；（3） 在相对较浅的地幔楔具有异常高的地热梯度这三个特殊条件（Fallon and Crawford，1991），因此玻安岩的分布相对比较稀少，在古岛弧和现代岛弧岩浆系列中，因而玻安岩具有构造环境的指示意义。

前人工作发现，在我国川西乡城地区（谭劲等，1991）、西藏丁青地区（张旗等，1990）、新疆阿尔泰地区（牛贺才等，1999）均出露有玻安岩，通过这类岩石探讨了不同板块中的弧-盆演化过程。近年在克什克腾旗二零四一带的野外地质工作中也发现了这种岩石，通过室内多方面的详细研究，确定其为玻镁安山岩，这是内蒙古地区该类岩石的一个重要实例。通过本次工作对解决华北北缘晚古生代弧-盆体系及壳幔演化具有重要作用。

2. 地质背景

研究区位于华北板块北缘晚古生代陆缘增生带，宝音图群——锡林浩特火山型被动陆缘，南距索伦山——西拉木伦深大断裂约40km。区内第四系覆盖严重，出露地层主要为中二叠统大石寨组中——中基性火山岩以及上侏罗统白音高老组酸性火山岩，白音高老组不整合覆盖于大石寨组之上。研究区周边大石寨组火山岩中见晚二叠世辉长岩、闪长岩等中基性侵入岩呈岩株状侵入（图1）。

大石寨组主要分布于黄岗梁、哈尔呼舒一带。由于第四系覆盖严重，该组地层与上覆地层的接触关系并不清晰。本组的岩石组合主要为酸——中酸——中——中基性火山岩组合以及碎屑沉积岩夹薄层中基性火山岩组合。区内大石寨组岩性主要包括中酸性火山熔岩及凝灰岩，浅海相碎屑沉积岩夹薄层火山岩以及中——基性火山岩组合夹板岩。野外工作中在该地层中发现大量化石，包括近豆寇乌鲁希腾贝Urushtenia paramaceus Lee et Gu，以及腕足类网格长身贝Dictyoclostus sp. 狭板苔虫Stenodiscus sp.窗格苔虫类（fenestellids），狭板苔虫Stenodiscus sp. 笛苔虫Fistulipora sp.等化石，腕足类化石主要是一些中二叠世的常见分子，因此该地层时代属中二叠世早期。

在大石寨组海相火山岩地层中，笔者发现了一套富镁火山岩系，通过岩石化学分析，确定该富镁火山岩为玻镁安山岩。玻镁安山岩出露面积仅200m2左右，整合覆盖与杏仁状辉石安山岩之上，地层整体南南东倾。

玻镁安山岩呈灰至灰黑色，斑状结构，块状构造。斑晶为辉石、橄榄石假象组成，呈半自形柱状，粒径一般0.5mm～1.6mm，含量小于5%，辉石可见双晶，橄榄石具皂石化呈假象。基质由辉石组成，含量约95%，多为微晶状，粒径小于0.1mm。岩石中含杏仁体，约占全岩的10%，呈椭圆状，大小一般0.2mm～3.5mm，杂乱分布，由硅质、碳酸盐、帘石、绿泥石等填充（图2）。薄片鉴定该岩性为苦橄岩，结合硅酸盐分析，将该岩性定为玻镁安山岩。

3. 分析结果

为对比玻镁安山岩的地球化学特征，在研究区内采集了玻镁安山岩以及与之岩性、成岩时代相近的岩石如辉长岩、玄武岩、安山岩等样品，主量、微量、稀土元素分析数据分别见表1。

3.1 岩石化学特征

研究区内玻安岩中SiO2含量为52.92 wt.%，MgO含量为8.99 wt.%，Mg含量为0.64。各类中基性岩浆岩里特曼指数（δ）为0.38～2.33之间，均属钙碱性系列，其中玻镁安山岩值最低，碱性最弱；斜长石牌号在35～68之间，安山岩属中性斜长石，其他三类岩石为基性斜长石。安山岩的固结指数（SI）较低，而分异指数（DI）较高，反映了其岩浆分异作用较高；辉长岩、玄武岩及玻镁安山岩的固结指数较高，分异指数较低，反映了三者岩浆分异作用低。四类岩石的氧化指数在0.52～0.68之间，说明氧化程度偏低。镁铁质指数（MF）49.15～73.02之间，镁铁比（M/F）在0.67～1.83之间，表明四类岩石中Fe、Mg含量偏高，其中镁铁比由高到低为辉长岩、玻镁安山岩、玄武岩、安山岩。

整体看，玻镁安山岩为碱性极低的钙碱性岩，其岩浆分异程度低，镁铁含量高，镁铁比高，岩石化学特征与辉长岩、玄武岩等基性岩相似，与安山岩具有一定的区别。

3.2 微量元素特征

在微量元素蛛网图上，安山岩中微量元素含量与其他三类岩石差距较明显，辉长岩、玄武岩与玻镁安山岩相似度更高（图3），以下主要对比后三者。三者铁族元素V、Cr、Co、Ni高于维氏丰度值，另外，Cu、Sc元素也高于维氏丰度值，说明上述元素背景值高；Ba、Nb、Sr、Ti等元素值偏低，反映了岛弧火山岩特征；地幔不相容元素Hf相对较高，反映了岩浆在喷发过程中可能有地壳物质的混染。

3.3 稀土元素特征

在稀土元素配分模式图上，除安山岩轻稀土较重稀土具有较明显的富集外，玻安岩、玄武岩和辉长岩的配分曲线均为水平，且略高于球粒陨石，轻重稀土的分异不明显。玻安岩中稀土总量低于其他三种岩石（图4）。

玻安岩稀土总量（∑REE）为26.01 ppm（表2），轻重稀土比值较低；δEu值为1.08，为Eu具正异常，为Eu富集型，稀土配分曲线在Eu处呈峰状（见图2-27），一定程度上反映了含钙造岩矿物的聚集； （La/Yb）N比值为0.64，轻重稀土富集程度均比较低；（La/Sm）N比值为0.65，轻稀土分馏程度低；（Ce/Yb）N<1，比值为0.66，配分曲线向左倾；（Gd/Yb）N比值为0.73，表明重稀土相对轻稀土分馏程度高。

4. 讨论

4.1 玻安岩形成的成因

前人研究表明，玻安岩具有中等SiO2含量、高Mg、低Ti并强烈亏损高场强元素的特征（Piercey et al.2001），而且玻安岩来源于比MORB熔离后残留物更难熔的橄榄岩源区。因此，玻安岩的形成不仅需要源区有含水流体的加入，而且形成压力较小（<1 MPa）（Crawford et al.1989）。所以，玻安岩主要出现在岛弧或弧后盆地演化的初期阶段（Cameron et al.1979；张旗，1990），是形成于大洋板内消减带弧前环境的主要岩石类型（Hawkins et al.1984；Bedard et al.1998）。

在微量元素蛛网图上，玻安岩具高场强元素Nd的负异常，呈明显的“V”型谷，而Sr元素相对富集，且Sr*值为1.66，K较为富集，表明该岩体与削减作用有关。在里特曼-戈蒂里图解中（图5），该岩石投点于B区；结合该岩石的硅酸盐，微量和稀土特征，以及其在微量比值蛛网图、稀土配分模式图的曲线分布情况，认为该地区的玻安岩构造环境应该是具有岛弧性质的活动大陆边缘；岩浆来源具幔源岩浆的特征。在岩浆起源与演化过程中，岩浆的结晶分异是岩浆演化的主要制约条件，调查区该岩石岩浆分异演化程度低。

4.2 对构造环境的指示

华北北部包括华北克拉通北缘及其北部的兴蒙造山带在二叠纪的构造演化特征和属性存在广泛争论。一部分人认为晚古生代-早中生代期间，在内蒙古隆起和燕山褶皱冲断带之间，存在强烈的差异性隆升和剥蚀过程，推断与古亚洲洋板块向华北地块的俯冲、消减、碰撞及华北北缘区域性断裂活动有关（张栓宏等，2007），由此认为古亚洲洋的演化一直持续至二叠纪末期至三叠纪初期，由于俯冲作用在华北北缘形成了类似于安第斯山一样的大陆边缘弧（Zhang et al.2008）。然而，另一部分学者认为华北北缘在古生代晚期不存在安第斯型的大陆边缘弧，而发育大规模的平行带状伸展构造，标志着华北北缘此时已进入克拉通化阶段（邵济安等，2015）。

本次在华北北缘新近发现的具有岛弧性质的二叠纪玻安岩，说明在华北北缘在二叠纪时期仍处于活动大陆边缘，古亚洲洋向华北北缘之下的俯冲尚未结束。因此，华北北缘的俯冲作用应该持续至二叠纪末-三叠纪初，此时华北北缘尚未进入克拉通演化阶段。

5. 结论

（1）内蒙古克什克腾旗二〇四地区新近发现的二叠纪玻安岩在华北北缘分布极少，具有岛弧地球化学性质，形成于俯冲消减环境中；

（2）该玻安岩的出现表明华北北缘在二叠纪期间仍处于古亚洲洋的俯冲构造环境中，并未进入克拉通演化阶段。

参考文献：

[1] 张拴宏，赵越，刘健，胡健民，陈正乐，李淼，裴军令，陈振宇，周剑雄. 2007. 华北地块北缘晚古生代-中生代花岗岩体侵位深度及其构造意义[J]. 岩石学报，23（3）： 625-638.

[2] 邵济安，何国琦，唐克东. 2015. 华北北部二叠纪陆壳演化[J]. 岩石学报，31（1）：47-55

[3] 张旗. 1990. 玻安岩和玻玄岩地球化学特征和成因的探讨[J]. 地球化学19（3） 207-215.

[4] 谭劲，莫宣学，邓晋福. 1991. 川西乡城地区首次发现的晚三叠世玻镁安山岩[C]. 青藏高原地质文集，第21集，177-188.

[5] 牛贺才，许继峰，于学元，陈繁荣，郑作平.1999.新疆阿尔泰富镁火山岩系的发现及其地质意义[J].科学通报，44（9）1002-1004.

[6] 王晓娇，孙凤霞，武慧珍，郭广飞.克什克腾旗四地银铅矿点地质特征及其成矿地质条件分析[J].西部资源，2016（4）.

[7] 梁玉伟，曹晓冬等.内蒙古克什克腾旗天太永钼铜多金属矿矿床成因及找矿标志探讨[J].西部资源，2015（1）.

[8] Crawford AJ Falloon TJ Green DH 1989 Classification，petrogenesis and tectonic setting of boninites. Crawford AJ Boninites London： Unwin Hyman 1-49Zhang S H，Zhao Y，Krner A，et al. Early Permian plutons from the northern North China Block： constraints on continental arc evolution and convergent margin magmatism related to the Central Asian Orogenic Belt[J]. International Journal of Earth Sciences，2008，98（6）：1441-1467.

[9] Hawkins J W，Bloomer S H，Evans C A，et al. Evolution of intra-oceanic arc-trench systems[J]. Tectonophysics，1984，102（1）：175–205.

[10] Bédard J H，Lauzière K，Tremblay A，et al. Evidence for forearc seafloor-spreading from the Betts Cove ophiolite，Newfoundland： Oceanic crust of boninitic affinity[J]. Tectonophysics，1998，284（3-4）：233-245.

[11] Cameron W E，Nisbet E G，Dietrich V J. Boninites，komatiites and ophiolitic basalts[J]. Nature，1979，280（5723）：550-553.

[12] Piercey S J，Murphy D C，Mortensen J K，et al. Boninitic magmatism in a continental margin setting，Yukon- Tanana terrane，southeastern Yukon，Canada[J]. Geology，2001，29（8）：731.

致谢：感谢河北省区域地质矿产调查研究所实验室李林庆先生在主微量分析方面给予的热忱帮助。感谢长安大学王梦玺博士对本文提出的宝贵意见。