北京西山沿河城东岭台组火山岩成因及其地质意义1

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1、北京西山沿河城东岭台组火山岩成因及其地质意义1汪洋 中国地质大学（北京）岩石矿物教研室，北京（100083） E-mail: allen_摘要： 北京西山沿河城东岭台组火山岩由底部(第 1 岩性段) 玄武粗安岩、下部(第 2 岩性段)酸性火山碎屑岩和上部(第 3、4 岩性段)粗面岩、流纹岩组成。根据地球化学特征，东岭 台组下部第 1 岩性段玄武粗安岩属于碱性系列，具有 Coombs 成分变异趋势，上部的中、酸性岩属于高钾钙碱性；东岭台组火山岩整体具有从碱质富集的基性岩向硅饱和的中酸性岩变 化的跨越式成分变异趋势。东岭台组中-基性岩是富集 Ba、Sr、LREE 和 K 的幔源原始玄武质岩浆在中等

2、压力条件下分离结晶的产物，岩石在成岩过程中受到了下地壳物质的混染。东 岭台组上部第 3、4 岩性段的粗面岩/英安岩依据地球化学特征分为 3 大类富铝钾质粗面岩、富铝钠质粗面岩/英安岩与贫铝粗面岩/英安岩。富铝钾质粗面岩是玄武质岩浆与中地壳 岩石发生熔融反应的产物；富铝钠质粗面岩/英安岩是内侵的基性岩含水熔融的产物；贫铝粗面岩/英安岩有可能由中-基性岩分异而来，成岩过程中受到围岩混染。东岭台组下部第 2岩性段的酸性火山岩形成于下地壳低钾岩石在高氧逸度条件下的低程度部分熔融。东岭台组 上部第 3、4 岩性段的酸性火山岩中的低硅端元是基性岩浆与中地壳岩石发生熔融反应的产物；高硅端元由低硅酸性火山岩分

3、离结晶演化而来。燕山早白垩世早、中期大规模高钾钙碱性岩浆活动很可能是幔源岩浆与陆壳发生熔融反应的产物。东岭台组火山岩是早白垩世中期 地壳被内侵玄武质岩浆，加热进而导致地温梯度增高的直观表征；地壳深部温度升高和部分熔融直接促使地壳发生侧向韧性流动，致使早白垩世时期的燕山地区由山地演变为高原。 关键词：火山岩；地球化学；岩石成因；东岭台组；燕山；北京西山北京西山是燕山晚中生代褶皱-逆冲推覆带的重要组成部分，也是华北北部中生代地层 的重要命名地之一(Chern and Hsiung, 1935; 河北省地质矿产局, 1989; 北京市地质矿产局,1991; 鲍亦冈等, 1997; Davis et

4、al., 2001)。1935 年陈恺和熊永先在沿河城、东岭一带划分并 命名了一套以酸性岩为主的晚中生代地层东岭台流纹岩(Chern and Hsiung, 1935)。后来 的区域地质调查和研究表明，与东岭台组时代相当的酸性火山岩系在燕山带出露广泛(河北 省地质矿产局, 1989; 北京市地质矿产局, 1991; 鲍亦冈等, 1995)。20 世纪 90 年代后期的工 作将东岭台组视为张家口组的同物异名地层单位(鲍亦冈等, 1997, 2001)。锆石 U-Pb 年代学 研究显示，北京西山沿河城-东岭台一带的东岭台组火山岩年龄 134 130 Ma，而张家口地 区张家口组火山岩年龄 143

5、136 Ma (袁洪林等, 2005; 韦忠良等, 2008)；两者在时代上存在 明确的新老关系，而区域上出露的大多数“张家口组”火山岩年龄在 136 129 Ma (牛宝贵等,2003; 张宏等, 2005a,b,c; 韦忠良等, 2008)。因此东岭台组火山岩代表了早白垩世中期燕山带 的一次重要的岩浆活动事件。前人对北京西山沿河城出露的东岭台组火山岩成因的认识主要包括：上地壳部分熔融(北京市地质矿产局, 1991; 鲍亦冈等, 1995)，下地壳部分熔融(孙善平等, 1995; 李伍平等,2000; 李晓勇等, 2004b; 袁洪林等, 2005)，钠质粗面岩为基性岩部分熔融产物、钾质粗面

6、岩 为基性岩经历 AFC 成岩过程的产物(汪洋, 2006a)。但是，前人工作或者缺乏系统的岩石地球 化学资料，或者仅针对东岭台组上部的中酸性岩类，尤其缺少对东岭台组下部火山岩的地球 化学研究。本文在新获得的东岭台组下部火山岩地球化学数据基础上，结合已有的东岭台组 上部火山岩岩石地球化学资料，分析东岭台组火山岩岩石成因，为探讨造山带中酸性火山岩 系的成岩机制提供实例，进而探讨该期火山活动所反映的区域地质意义，为研究燕山西段早1本课题得到国家自然科学基金(批准号: 40572128, 40376013, 40104003)资助成果的资助.- 1 -白垩世时期构造-岩浆活动的动力学背景提供线索。1

7、. 区域地质背景与岩相学特征东岭台组出露于北京市门头沟区西部沿河城村东岭村一带，面积约 18 km2，不整合 覆盖于由中-上元古界、下古生界、上古生界和三叠系、下侏罗系组成的青白口褶皱推覆体 (nappe)之上(图 1)。在大地构造上位于燕山中生代褶皱-逆冲推覆带的西南段。东岭台组自下而上分为 4 个岩性段，第 1 段岩性主要为中基性的玄武粗安岩、粗安岩为 主，底部发育底砾岩；第 2 段是火山-沉积碎屑岩堆积，岩性以复成分砾岩、砂砾岩和凝灰 质砂岩为主，夹有流纹质熔结凝灰岩；第 3 段以流纹质熔结凝灰岩、流纹岩和粗面岩为主； 第 4 段发育粗面岩、粗安岩和流纹岩。东岭台组第 1 段中基性火山岩

8、 SHRIMP 测试的锆石 U-Pb 年龄 132 1 Ma，第 3 段流纹岩 SHRIMP 测定的锆石 U-Pb 年龄 133.8 4.7 Ma， LA-ICP-MS 测定的锆石 U-Pb 年龄 130.1 4.6 Ma (Deng et al., 2004; 袁洪林等, 2005)，东岭 台组上部中酸性火山岩的 Rb-Sr 等时线年龄 131 4 Ma (汪洋和姬广义, 2003)。因此北京西 山沿河城东岭台组火山岩年龄介于 134 130 Ma 之间，属于早白垩世中期的欧特里夫阶(国 际地层委员会, 2005)。需要说明的是，鲍亦冈等(1995, 1997, 2001)将沿河城的东岭台组

9、第 4 岩性段划为东狼沟 组。本文作者认为这种做法不妥，因为东岭台组第 4 岩性段以粗安岩、粗面岩和流纹岩为主， 与丰台区大灰厂一带出露的东狼沟组玄武岩岩性差别甚为明显(李晓勇等, 2004a; 汪洋等,2005b)，将两者作为同名岩石地层单位处理，不符合国际通行的岩石地层单位命名基本原则(Salvador, 1994)。所以，本文中提及的东岭台组包括原有的 4 个岩性段(北京市地质矿产局,1991)，以尊重地质事实与陈恺和熊永先创名时的原意。本文研究涉及的东岭台组下部第 1 段和第 2 段样品采自沿河城-东岭盆地东部僻静寺一 带(图 1)，东岭台组上部第 3 段和第 4 段样品采自沿河城高铺

10、公路沿线(李伍平等, 2000; 李 晓勇等, 2004b; 袁洪林等, 2005; 陈蕊等, 2007)。图 1 北京西山沿河城及周边地质简图1-元古宇; 2-古生界; 3-早侏罗世南大岭组; 4-早侏罗世窑坡组; 5-中侏罗世龙门组和九龙山组;6-中侏罗世髫髻山组(160 Ma); 7-早白垩世大台火山岩(137 Ma); 8-早白垩世东岭台组; 9-侵 入岩体; 10-逆掩断层; 11-正断层; 12-断层/推测断层; 13-角度不整合; 14-采样位置.2. 分析方法将东岭台组第 1 段(YP-1 3)和第 2 段(YP-4)的火山岩样品进行无污染碎样至 200 目， 在南京大学内生金

11、属矿床成矿机制研究国家重点实验室分析主量和微量元素。详细的样品 制备、分析流程及对国际标准样品的测试结果见高剑峰等(2003)。东岭台组第 1 段下部 XS-20 样品的主量和部分微量元素测定在中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化 学重点实验室完成。其详细步骤与 Li 等(2005)所述相同，分析精度优于 1% 5%。东岭台组 下部火山岩样品的主量和微量元素测定结果列于表 1。1412F15Ph 26374U3RTU2 S3S2Na2O+K2O (%)6 U1 S14O32 B O1 O2Pc037 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77SiO2 (%)图 2

12、东岭台组火山岩 TAS 图解(据 Le Maitre, 2002)1-东岭台组第 1 段中-基性岩; 2-东岭台组第 2 段酸性岩; 3-东岭台组上部(第 3 段和第 4 段)中 性岩; 4-东岭台组上部富铝钠质粗面岩/英安岩; 5-东岭台组上部富铝钾质粗面岩; 6-东岭台组 上部贫铝粗面岩/英安岩; 7-东岭台组上部酸性岩.样品的 Nd、Sr 同位素在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室分析。分 析结果列于表 4。样品的 Pb 同位素在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室 分析。分析结果列于表 5。沿河城地区东岭台组上部火山岩的高精度分析数据(李伍平等, 2000; 李晓

13、勇等, 2004b; 袁洪林等, 2005; 陈蕊等, 2007)列于表 2。鲍亦冈等(1995)采用湿法分析获 得的沿河城地区东岭台组火山岩的主量元素分析结果列于表 3。16CA-1 A1412CA-2MgO (%)10864200 2 4 6 810 12 14FeOT (%)图 3 东岭台组火山岩 FeOT-MgO 图解(据 Morrison, 1980)图例同图 2.A碱性系列演化趋势, CA-1Cascade 钙碱性演化趋势, CA-2小安的列斯钙碱性演化趋势.3. 岩石地球化学特征3.1 岩石化学定名、系列划分和主量元素特征本文采用国际地质科学联合会火成岩分类学分委会推荐的 TAS

14、 分类方案对火山岩进行 岩石化学定名(Le Maitre, 2002)，以便于对比。Sabine 等(1985)对 TAS 图解应用于遭受蚀变 的岩石的问题作过讨论，他们发现对于许多低级变质火山岩 TAS 图解也是适用的，能满意 地进行分类。根据 TAS 分类命名方案(图 2)，北京西山沿河城东岭台组第 1 段火山岩属于玄武粗安岩类中的橄榄玄武粗安岩(shoshonite, Na2O-2.0 K2O)和橄榄粗安岩(mugearite, Na2O-2.0 K2O)，以及粗安岩类中的歪长粗面岩(benmoreite, Na2O-2.0 K2O)。东岭台组第 2 段火山岩 在化学成分上属于中钾流纹岩(表 1 的 YP-4)。东岭台组上部第 3 段和第 4 段火山岩中：(1) SiO2 63% (去烧失量，下同)的中基性岩分别属于歪长粗面岩(benmoreite)、安粗岩(latite, Na2O-2.0 69%的酸性岩为高钾流纹岩。对于东岭台组的粗面岩和英安岩，按照 Al2O3 含量可以分为富铝(Al2O3 16%)和贫铝 (Al2O3 16%)两大类，其中富铝者又可按 Na2O-2.0 K2O 或 Na2O-2.0