岳晨曦，于福生，張曉明

北京延慶白河堡水庫周邊地區(qū)火成巖地球化學特征

岳晨曦1，于福生1，張曉明2

（1.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京 102249；2.河北省地礦局第五地質(zhì)大隊，河北 唐山 063000）

通過野外地質(zhì)調(diào)查與鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)，北京延慶白河堡水庫周邊地區(qū)火成巖發(fā)育，巖性包括基性輝綠巖、中性粗安巖與酸性的流紋巖及火山角礫巖等。巖石地球化學分析顯示該地區(qū)火成巖堿質(zhì)含量（Na2O+K2O）介于5.97%～9.87%，K2O含量介于2.21%～5.95%，巖石δ值介于2.01～4.86，屬于高鉀堿性-鈣堿性系列；A/CNK=0.73～1.01，A/NK=1.06～1.77，屬于準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石，巖石具有中高等的Mg#（0.65～0.78），中高程度的TFeO /MgO比值（3.05～4.59）。微量元素表現(xiàn)為Ba、Pb富集，Nb、Ta虧損，Y輕度虧損的特征；稀土元素表現(xiàn)出較高的REE含量(208.18～318.46μg/g)，分配模式表現(xiàn)為右傾平滑型，LREE相對富集，Eu輕度虧損，δEu在0.46～0.92之間，Eu負異常。輕稀土分餾較強，(La/Yb)N= 10.55～26.94，重稀土分餾較弱，(Dy/Yb)N=1.1～1.63。地球化學的特征表明白河堡水庫周邊早期中酸性的火成巖形成伸展背景下類似于島弧的環(huán)境，而晚期基性巖的形成則可能與西太平洋板塊西北向運動有關(guān)。

延慶白河堡水庫；火成巖；地球化學；構(gòu)造背景

冀北燕山地區(qū)中生代時期火山活動強烈，巖石地層上以多期次、多旋回的火山-沉積活動為特征，不同期次的火成巖成因亦不相同。在北京延慶百里山水畫廊（世界地質(zhì)公園）西側(cè)的白河堡水庫周邊，火成巖發(fā)育豐富，國際地科聯(lián)對部分典型露頭做了定年工作，筆者也在前期對一些典型的樣品做了定年和巖漿期次劃分，然而對于該地區(qū)火成巖構(gòu)造背景目前卻沒有具體的討論。本文旨在通過典型樣品的地球化學分析測試，對該地區(qū)火成巖的構(gòu)造背景簡單討論。

圖1 白河堡水庫周邊地區(qū)地質(zhì)圖與采樣位置示意，ZJK-1—ZJK-6：采樣位置及樣品編號；圖中巖石年代學數(shù)據(jù)來源國際地科聯(lián)和筆者未刊發(fā)資料

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于北京延慶白河堡水庫周邊，百里山水畫廊最西側(cè)，在區(qū)域大地構(gòu)造上屬于華北克拉通北緣燕山構(gòu)造帶西段。燕山地區(qū)中生代受巖石圈伸展作用影響，許多小型的陸內(nèi)的斷陷盆地發(fā)育（馮寶華，1979）。根據(jù)筆者的野外地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)白河堡水庫周邊的火成巖發(fā)育豐富，出露基性的輝綠巖（80Ma）、中性的粗安巖和安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖（134Ma）、堿性的角閃正長斑巖（80Ma）、酸性的流紋巖（140～150Ma）、流紋質(zhì)熔結(jié)角礫巖（140Ma）等火成巖。根據(jù)巖石的年代可以分為兩個期次的巖漿活動，分別為早白堊世的張家口期（130～150Ma）和晚白堊世的大興莊期（70～80Ma）。水庫周邊沉積地層主要為晚侏羅世土城子組和新近系沖積物。受晚中生代巖石圈伸展作用影響，水庫周邊正斷層發(fā)育，斷層面走向主要為北東向（圖1）。

2 火成巖樣品采集與巖石學特征

本文研究的樣品采集位置如圖1所示，一共采集6塊樣品，包括粗安巖3塊，安山質(zhì)角礫巖1塊，流紋巖1塊，輝綠巖1塊。采集的樣品涵蓋了基性、中性、酸性以及噴出巖和淺成巖，不同巖性樣品的巖石學特征描述如下：

圖2 樣品手標本（a）及鏡下（b）圖集，cpx-單斜輝石，opx-斜方輝石，Pl-斜長石，Af-堿性長石

（1）粗安巖：樣品編號ZJK-1。巖石具有斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2-1-a），斑晶為全晶質(zhì)等粒自形-半自形中粒結(jié)構(gòu)。巖石基質(zhì)成分主要為隱晶質(zhì)-玻璃質(zhì)。礦物主要有斜長石，單斜輝石，少量堿性長石。熔蝕暗化邊結(jié)構(gòu)，包含結(jié)構(gòu)，玻晶交織結(jié)構(gòu)發(fā)育（圖2-1-b）。

（2）粗安巖：樣品編號ZJK-2，巖石的新鮮面紫紅色，斑狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2-2-a）。 斑晶主要由中基性斜長石、單斜輝石、斜方輝石組成。基質(zhì)主要為隱晶質(zhì)，少量玻璃質(zhì)，安山結(jié)構(gòu)顯著（圖2-2-b）。

（3）粗安巖：樣品編號ZJK-3，紫紅色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)（圖2-3-a）。斑晶主要由中基性斜長石構(gòu)成，同時也含有少量單斜輝石，斑晶自形程度好。巖石基質(zhì)由大量的堿性長石和斜長石隱晶質(zhì)組成，二者含量相當，呈板柱狀（圖2-3-b）。

（4）安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖：樣品編號ZJK-4，土褐色，塊狀構(gòu)造，角礫結(jié)構(gòu)（圖2-4-a）。晶屑含量30%左右，主要由堿性長石、斜長石、單斜輝石組成?；|(zhì)主要為不完全結(jié)晶的熔體和微晶斜長石（圖2-4-b）。

（5）流紋巖：樣品編號ZJK-5，灰白色，灰綠色，斑狀結(jié)構(gòu)，流動構(gòu)造(圖2-5-a)。斑晶主要為斜長石；基質(zhì)為隱晶質(zhì)的石英和玻璃質(zhì)（圖2-5-b）。

（6）輝綠巖：樣品編號ZJK-6。暗灰綠色，球形風化，全晶質(zhì)不等粒半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造（圖2-6-a）。部分斜長石被暗色礦物輝石包裹，形成嵌晶含長結(jié)構(gòu)；輝綠結(jié)構(gòu)發(fā)育（圖2-6-b）。

3 巖石化學與地球化學分析

本次研究的6塊樣品主量、微量元素分析均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)分析測試中心完成，其中對于樣品ZJK-4，我們認為巖石依舊保留原始熔體性質(zhì)未被污染。送樣前的碎樣工作在中國石油大學（北京）地球科學學院油氣資源與探測國家重點實驗室完成，單一樣品碎樣兩次至200目。全巖主量、微量元素分別在AB104L,Axios-mAX 波長色散X射線熒光光譜儀（XRF）和NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）上完成，其中主量元素分析誤差總體為1%，微量元素的分析誤差為5%～8%，詳細的分析方法與流程見文獻（李獻華等，1996）。主量元素檢測方法依據(jù)GB/T 14506.14-2010 《硅酸鹽巖石化學分析方法第14部分：氧化亞鐵量測定》,GB/T 14506.28-2010《硅酸鹽巖石化學分析方法第28部分：16個主次成分量測定》,GB∕T 14506.34-2019 硅酸鹽巖石化學分析方法第34部分：燒失量的測定重量法；微量元素檢測方法依據(jù)GB/T 14506.30-2010《硅酸鹽巖石化學分析方法第30部分：44個元素量測定》。測試結(jié)果如表1所示。

圖3 巖石樣品主量元素特征圖解

Pc：苦橄玄武巖；B：玄武巖；O1：玄武安山巖；O2：安山巖；O3：英安巖；S1：粗面玄武巖；S2：玄武粗安巖；S3：粗安巖；T：粗面巖；R：堿性流紋巖；Ir：亞堿性流紋巖；U1：堿玄巖；U2：響巖質(zhì)堿玄巖；U3：堿玄質(zhì)響巖；Ph：響巖；F：副長石巖；

4 主量元素特征

從測試數(shù)據(jù)上來看，所測試的6塊樣品SiO2含量變化范圍較大（50.66%～72.78%），覆蓋了基性巖、中性巖、酸性巖的SiO2含量變化范圍，樣品的野外定名與地球化學定名結(jié)果幾乎一致。巖石總體富堿，堿質(zhì)含量（Na2O+K2O）介于5.97%～9.87%，在TAS圖上大部分落在堿性-亞堿性分界線上方（圖3-a），只有一個粗安巖樣品（ZJK-3）落在亞堿性區(qū)域內(nèi)，巖石δ值(里特曼指數(shù))介于3.27～4.86，表現(xiàn)為鈣堿性-堿性巖石。巖石A/CNK=0.73～1.01，A/NK=1.07～1.84，屬于準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)巖石（圖3-b）。巖石整體比較富鉀，K2O含量2.21%～5.95%，在硅-鉀圖中，所有樣品均屬于高鉀系列的巖石（圖3-c）。巖石具有中高等的鎂值（Mg#）（0.65～0.78）；除輝綠巖樣品外，具有中高程度的TFeO /MgO比值（3.05～4.59）。

表1 水庫周邊火成巖樣品主量元素（%）、微量元素（μg/g）分析結(jié)果

注：LOI-燒失量；∑-巖石化學總量；A/CNK=Al2O3/（Na2O+K2O+CaO）（物質(zhì)的量比）；Fe2O3-全鐵含量；δ-里特曼指數(shù)；Mg#=Mg2+/（Mg2++Fe2+）定義為物質(zhì)的量比值；δEu-球粒隕石標準化后 Eu/(Sm×Gd)1/2值

5 微量元素與稀土元素特征

樣品微量元素組成上，總體表現(xiàn)為Ba、Pb富集，大離子親石元素Nb、Ta虧損，Y輕度虧損的特征。流紋巖（ZJK-5）與其余樣品不同，表現(xiàn)出強烈Sr虧損、Eu中等虧損特征（圖4-a），這種現(xiàn)象可能與Sr2+進入斜長石晶格類質(zhì)同像代替了Ca2+的位置并伴隨長石晶出有關(guān)。

稀土元素組成上，除酸性的流紋巖（ZJK-5）以外，其余樣品總體上顯示了較高的REE含量(208.18～318.46μg/g)；球粒隕石標準化模式為右傾平滑型（圖4-b），類似大陸地殼的分配模式，LREE相對富集，除流紋巖Eu虧損明顯以外，其余樣品均表現(xiàn)為Eu輕度虧損，代表有斜長石的晶出；樣品整體具有較弱的Eu負異常，δEu比值主體在0.46～0.92之間。輕重稀土分餾明顯，(La/Yb)N比值為10.55～26.94，重稀土分餾較弱，(Dy/Yb)N比值為1.1～1.63。

圖4 白河堡水庫周邊火成巖微量元素蛛網(wǎng)圖（a）和REE分布模式（b）球粒隕石和原始地幔數(shù)據(jù)引自(Sun and W. McDonough,1989)

6 巖石形成環(huán)境分析

在討論火成巖構(gòu)造背景之前，有必要對巖石的年齡進行相關(guān)討論。根據(jù)國際地科聯(lián)和筆者部分未刊發(fā)的年代學資料，本文研究的樣品可以分為兩個期次巖漿活動的產(chǎn)物，分別為早白堊世的張家口期和晚白堊的大興莊期，張家口期主要為中酸性的巖石（樣品ZJK-1-ZJK-5），大興莊期為基性的巖石（樣品ZJK-6），故在討論構(gòu)造背景時需要分開討論。利用巖石的微量元素測試數(shù)據(jù)進行投圖分析，對于中酸性巖石，本文選擇可能區(qū)分火山弧、洋中脊、洋島、同碰撞的Rb-Y+Nb圖解（圖5-a），對于基性巖，選擇可能區(qū)分N-MORB、E-MORB和板內(nèi)拉斑、板內(nèi)堿性、島弧玄武巖類的Th-Hf /3-Ta圖解（圖5-c），對于全部的樣品，均可選擇可能區(qū)分板內(nèi)、島弧和混源的lgτ-lgδ圖解（圖5-b）和可能區(qū)分埃達克質(zhì)和島弧的Y-Sr/Y圖解（圖5-d）。兩個期次的火成巖在投圖劃分構(gòu)造背景時均選擇了燕山地區(qū)部分前人做過的同時代同巖性的樣品數(shù)據(jù)與之對比。

在圖5所示的火山巖構(gòu)造背景圖解中，幾乎所有樣品均落在島弧火山巖范圍內(nèi)。但是結(jié)合當時燕山地區(qū)的構(gòu)造環(huán)境來看，判斷為島弧環(huán)境有所欠妥。關(guān)于燕山地區(qū)早白堊世構(gòu)造背景問題，前人已經(jīng)做過許多工作，目前主流觀點是在晚侏羅-早白堊世這一時間段是燕山地區(qū)由擠壓向伸展構(gòu)造體制轉(zhuǎn)換的重要時期（邵濟安等，2003；鄭亞東，2000；彭艷東等，2010；Goodenough，2010）。前人對索倫縫合帶兩側(cè)的不同成因類型花崗巖的年代學和地球化學研究認為古亞洲洋的閉合時間為280～310Ma（陳斌，2001；李曉勇，2004）,說明古亞洲洋在三疊紀之前己經(jīng)閉合；閻國翰等人在燕山及其以北地區(qū)發(fā)現(xiàn)的一套260～280Ma的堿性侵入巖則標志著古亞洲洋消減閉合造山作用的結(jié)束（閻國翰等，2000）。所有這些地質(zhì)事實說明燕山地區(qū)中生代火山巖的形成與古亞洲洋板塊的俯沖作用沒有成因上的直接聯(lián)系,即不形成于古亞洲洋的俯沖動力背景。同時，將構(gòu)造背景判斷為古太平洋板塊俯沖也證據(jù)不足，因為來自古太平洋板塊的古地磁資料顯示，太平洋板塊于75Ma才開始對著東亞大陸邊緣西北向運動，并存在俯沖作用，而在晚中生代燕山地區(qū)屬于陸內(nèi)環(huán)境（張長厚，1989；趙忠海，2019；汪洋和姬廣義，2003），并不存在板塊俯沖作用。來自構(gòu)造幾何學和運動學的結(jié)果顯示燕山地區(qū)中生代構(gòu)造變形于陸內(nèi)變形特征一致，因此巖石成因很可能與造山后巖石圈伸展減薄有關(guān)（李曉勇，2003；Zhang et al，2019；汪洋和程素華，2010；趙國春，2003），也即燕山地區(qū)早白堊世的中酸性火成巖很可能形成于伸展背景下巖石圈下部物質(zhì)上拱所成的類似于島弧的環(huán)境，這就很好解釋了為何在構(gòu)造背景判別圖上均顯示島弧背景的現(xiàn)象。而對于晚白堊世的基性巖，很可能與西太平洋板塊的西北向運動有關(guān)，形成于島弧環(huán)境（岳晨曦等，2021）。

圖5 白河堡周邊火成巖構(gòu)造環(huán)境判別圖解

(a) WPG：板內(nèi)；ORG：洋中脊；VAG+syn-COLG：火山弧+同碰撞

(b) A：板內(nèi)穩(wěn)定；B：島??；C：AB混源；δ：里特曼指數(shù)；τ：（Al2O3%-Na2O%）/TiO2%；

(c) A：島?。籅：N-MORB；C：E-MORB+板內(nèi)拉斑；D：板內(nèi)堿性

圖版據(jù)文獻（Goodenough，2010）；圖a、b前人數(shù)據(jù)來自文獻（趙忠海，2019；汪洋和程素華，2010；彭艷東等，2010）；圖c前人數(shù)據(jù)來源文獻（李曉勇，2003；彭艷東等，2010；趙忠海，2019）

7 結(jié)論

（1）白河堡水庫周邊地區(qū)包含了基性輝綠巖、中性粗安巖、安山質(zhì)熔結(jié)角礫巖、流紋巖、流紋質(zhì)角礫巖、角閃正長斑巖等火成巖，根據(jù)巖石年齡，可以分為張家口期（中酸性）和大興莊期（基性、堿性）兩期巖漿活動。

（2）輝綠巖、粗安巖、安山質(zhì)角礫巖和流紋巖均屬于高鉀堿性-鈣堿性系列，巖石整體富堿，準鋁質(zhì)-弱過鋁質(zhì)，具有中高等的Mg#，中高程度的TFeO /MgO比值；中基性巖石微量元素表現(xiàn)為Ba、Pb富集，Nb、Ta虧損，Y輕度虧損的特征，酸性的流紋巖表現(xiàn)為Sr強烈虧損，Eu中等虧損；稀土元素分配模式表現(xiàn)為右傾平滑型，LREE相對富集，Eu輕度虧損；樣品整體具有較弱的Eu負異常，輕重稀土分餾明顯，輕稀土分餾較強，重稀土分餾較弱。

（3）早白堊世的粗安巖和流紋巖以及安山質(zhì)角礫巖可能形成于伸展背景下，巖石圈下部物質(zhì)上拱所成的類似于島弧的環(huán)境，而對于晚白堊世的輝綠巖，很可能與西太平洋板塊的西北向運動有關(guān)，形成于島弧環(huán)境。

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Geochemical Characteristics of Igneous Rock around the Baihebu Reservoir in Yanqing, Beijing

YUE Chen-xi1YU Fu-sheng1ZHANG Xiao-ming2

(1-School of Earth Sciences, China University of Petroleum (Beijing) , Beijing 102249; 2-The Fifth Geological Paarty, Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources, Tangshan, Hebei 063000)

Diabase, trachyandesite, dacite liparite and volcanic breccia are exposed around the Baihebu reservoir in Yanqing, Beijing. They contain 5.97%-9.87% (Na2O + K2O) and 2.21%-5.95% K2O with δ values of 2.01-4.86, A/CNK of 0.73-1.01 and A/NK of 1.06-1.77, belonging to quasi-aluminous-weak peraluminous rock of high potassium alkaline calc alkaline series. MgO content varies from 0.65 to 0.78. TFeO/MgO ratio ranges from 3.05 to 4.59. Trace elements are characterized by enrichment in Ba and Pb and depletion in Nb and Ta, and slight depletion in Y. The REE geochemistry is characterized by Σ REE of 208.18-318.46 ppm, enrichment in LREE, slight depletion in Eu with δ Eu values of 0.46-0.92, (La/Yb)Nof 10.55-26.94 and (Dy/Yb)Nof 1.1-1.63. The geochemical characteristics indicate that the early intermediate-acid igneous rocks were derived from an extensional setting similar to the island arc environment, while the late basic rocks may be related to the northwest movement of the Western Pacific plate.

igneous rock; geochemistry; tectonic setting; Baihebu reservoir; Yanqing

P595

A

1006-0995（2022）02-0282-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.020

2021-05-09

岳晨曦（1999-），男，本科生，資源勘查工程專業(yè)，從事礦物巖石地球化學方面研究

于福生（1969-），男，教授，博士（后），構(gòu)造地質(zhì)學專業(yè)，從事盆地構(gòu)造解析方面研究