Magma Evolution of the Late Jurassic Volcanic Rocks and Its Genesis of the Lanqi Formation, Beipiao Area, Western Liaoning Province
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摘要: 辽西北票晚侏罗世蓝旗组火山岩由下段安山质角砾熔岩夹凝灰岩和上段粗安岩组成.通过火山岩的地球化学研究，安山质角砾熔岩具有埃达克质火山岩特征，其中，SiO2含量为56.99%~58.22%，含有较高的Al2O3(＞15.00%)，较高的MgO(≤4.22%，Mg#=0.44~0.49)和较低的K2O(＜2.20%)含量，较高的微量元素，如Sr(＞500.00 μg/g)、Cr(＞125.00 μg/g)和Ni(＞47.00 μg/g)及Sr/Y比值(＞28.00)，和较低的∑REE(＜112.00 μg/g)、U(＜0.30 μg/g)、Th(＜2.00 μg/g)和重稀土(Y＜20.00 μg/g，Yb＜1.60 μg/g)，且轻稀土分馏明显((La/Yb)N=10.49~10.59)，具有明显的Sr正异常和弱的Eu负异常(Eu/Eu*=0.62~0.99)；粗安岩不具有埃达克质火山岩特征，其中，SiO2含量为52.09%~61.08%，含有较高的Al2O3(＞16.60%)和K2O(＞2.00%)，较低的MgO(≤2.64%，Mg#=0.08~0.38)、Cr(＜28.00 μg/g)和Ni(＜19.00 μg/g)及Sr/Y比值(≤23.00)，和较高的∑REE(＞180.00 μg/g)、U(≥0.80 μg/g)、Th(＞4.00 μg/g)和Sr(＞350.00 μg/g)，且轻稀土分馏明显((La/Yb)N=10.22~16.28)，具有明显的Sr和Eu负异常(Eu/Eu*=0.74~0.80).这些火山岩普遍具有Ba、Pb富集和Nb、Ta亏损的特征，Nd、Sr同位素具有中等的εSr(t)(20.15~23.34)，TDM(1.45~1.50 Ga)和低的εNd(t)(-7.69~-8.62)，表明蓝旗组安山质岩浆和粗安质岩浆均起源于下地壳玄武质岩石的部分熔融.其中，安山质岩浆起源较深，位于壳幔过渡带，并发生明显的壳幔相互作用.蓝旗组火山岩由早期的安山质岩浆到晚期的粗安质岩浆演化可能预示着地壳由厚变薄的过程，这对理解华北克拉通中生代岩石圈减薄的深部过程具有重要意义.Abstract: The Late Jurassic volcanic rocks of the Lanqi Formation in the Beipiao area, the western Liaoning Province, are composed of the lower andesitic breccia lava with tuffs and the upper trachyandesite. Based on the study of geochemistry, andesitic breccia lava are from 56.99% to 58.22% in SiO2, high Al2O3 (> 15%), high MgO (≤4.22%, 0.44 to 0.49 in Mg#)and low K2O (< 2.2%) characterizes by high Sr (> 500 μg/g), Cr (> 125 μg/g), Ni (> 47 μg/g) contents and higher Sr/Y ratio (> 28) and low REE (< 112 μg/g), U (< 0.3 μg/g), Th (< 2 μg/g) and HREE (Y < 20 μg/g, Yb < 1.6 μg/g) contents and by strongly fractionated LREE (10.49 to 10.59 in (La/Yb)N) and distinct positive Sr anomalies and negligible negative Eu anomalies (0.62 to 0.99 in Eu/Eu*), which are similar to those of the adakitic rock; and trachyandesite are from 52.09% to 61.08% in SiO2, high Al2O3(> 16.6%) and K2O (> 2%), low MgO (≤2.64%, 0.08 to 0.38 in Mg#) characterizes by high REE (> 180 μg/g), U (≥0.80 μg/g), Th (> 4 μg/g) and Sr (> 350 μg/g) contents, and low Cr (< 28 μg/g), Ni (< 19 μg/g) contents and low Sr/Y ratio (≤23) and by strongly fractionated LREE (10.22 to 16.28 in (La/Yb)N) and distinct negative Eu and Sr anomalies, which differ from those of the adakitic rock. All the volcanic rocks also show positive Pb and Ba anomalies, and negative Nb-Ta anomalies, and have moderate εSr(t) (20.15 to 23.34), TDM (1.45 to 1.50 Ga) and low εNd(t) (-7.69 to -8.62), which are similar to the features of the EMI-like component and of the ancient continental lower crust of the North China craton and the Late Jurassic-Early Cretaceous volcanic rocks in Yanshan orogen belt. In this paper, author thinks that andesitic magmas of Lanqi Formation are derived partial melting of foundered lower continental basaltic crust near the transition between the crust-mantle and occur the interaction of the mantle and crust, and trachyandesitic magmas from partial melting of foundered lower continental basaltic crust. The magma evolution of Lanqi Formation indicates that the process of the crust thinning from the thicken crust, it is an important significance to understand the deep process for the lithospheric thinning of the North China Craton during the Mesozoic era.
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Key words:
- Late Jurassic /
- Lanqi Formation /
- trachyandesite /
- andesitic breccia lava /
- partial melting /
- Beipiao area /
- petrology /
- geochemistry
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0. 引言
近年来，燕山地区晚侏罗世髫髻山组和蓝旗组火山岩的研究取得了重要进展.一方面对髫髻山组和蓝旗组火山岩进行了年代测试，取得了一批高精度的年龄数据(陈义贤和陈文寄，1997；李伍平等，2001b；袁洪林等，2005；张宏等，2005；刘健等，2006；马强和郑建平，2009)；另一方面对髫髻山组和蓝旗组火山岩进行了较系统的岩石地球化学研究，探讨了岩石成因及其动力学过程(李伍平等, 2001a, 2001c, 2007；武广等，2003；李伍平和李献华，2004；袁洪林等，2005；Yang and Li, 2008).髫髻山组和蓝旗组火山岩普遍具有埃达克质火山岩的地球化学特征，其成因是下地壳玄武质岩石的部分熔融(张旗等，2001；李伍平等，2007).为此，张旗等(2001)提出中国东部燕山期可能存在一个类似于当今青藏高原的厚地壳的观点(即东部高原)，引起了国内外地质学家的广泛关注.而且，从侏罗纪到白垩纪，燕山造山带发生了重要的构造转换(赵越等，2004；李伍平等，2007)，华北克拉通也经历了岩石圈减薄过程(Deng et al., 2007; Yang and Li, 2008).
前人(陈义贤和陈文寄，1997；Yang and Li, 2008)曾对北票地区蓝旗组火山岩进行了初步的地球化学研究，并取得了一定的研究成果，但对该套火山岩地层系统的岩浆演化和岩石学研究还不足.为此，笔者试图通过对辽西北票地区典型蓝旗组火山岩剖面的地层、岩石学和地球化学进行研究，探讨其岩浆演化与岩石成因，并通过与燕山造山带中生代火山岩的对比，探讨其深部作用过程，为理解华北克拉通岩石圈深部减薄过程提供依据.
1. 区域地质和火山岩地质
辽西北票位于华北陆块北缘燕山造山带的东部，是燕山造山带的重要组成部分.广泛分布着不同时代中生代火山岩.近年来，对辽西北票早侏罗世兴隆沟组(J1x)高镁英安岩的地球化学研究(Gao et al., 2004; 李伍平，2006；Yang and Li, 2008)，加深了对中生代岩浆深部作用过程的理解.辽西蓝旗组(J3l)火山岩也广泛分布在北票盆地、金岭寺-羊山盆地、陵源-三家子盆地和汤神庙盆地等地，主要由玄武安山岩、安山岩、粗安岩和流纹岩组成.以北票盆地蓝旗东沟蓝旗组典型剖面为例(图 1)，该剖面位于106国道562.85 km处蓝旗东沟南部近南东向沟中，地层出露较完整.蓝旗组(J3l)上伏土城子组(J3t)紫红色页岩，下覆海房沟组(J2h)褐黄色砾岩.蓝旗组(J3l)与土城子组(J3t)和海房沟组(J2h)均为平行不整合接触关系(图 2).
图 1 辽西北票地区区域地质(据1∶20万区域地质图改编)1.第四系/第三系；2.上白垩统孙家湾组/上侏罗统土城子组；3.上侏罗统蓝旗组/中侏罗统后城组；4.下侏罗统北票组/下侏罗统兴隆沟组；5.震旦系；6.火山岩；7.断层/角度不整合接触界线；8.采样位置与样品编号Fig. 1. Regional geological sketch map of Beipiao area
图 2 北票蓝旗东沟蓝旗组火山岩剖面Fig. 2. Sectional drawing of volcanic rocks of the Lanqi Formation in Lanqidonggou, Beipiao area按照火山岩的喷发相，蓝旗组(J3l)从下到上分为2段：下段为爆发相堆积，主要为灰紫色安山质角砾熔岩(Lq10，Lq9)，夹多层薄层状凝灰岩及至少1层砾岩夹层(＜10 m)，总厚度约200 m；上段为溢流相堆积，主要为灰色气孔杏仁状粗安岩(Lq8~Lq1)，中间夹有2层紫红色砂页岩(厚约12 m)，总厚度约250 m.其中，粗安岩风化面呈灰紫色，岩石致密，具有斑状结构、细小的气孔和杏仁状构造.下段与上段为连续堆积.
辽西北票蓝旗组(J3l)火山岩形成于晚侏罗世.陈义贤和陈文寄(1997)对河北建昌盆地蓝旗组底部粗安岩进行了K-Ar年龄分析，获得全岩Ar-Ar等时线年龄为161.1 Ma和177.8 Ma，平均年龄为163.8 Ma.赵越等(2004)对辽西北票蓝旗组上部粗安岩进行了年代测试，获得锆石SHRIMP U-Pb年龄为158±1 Ma.张宏等(2005)获得辽西凌源蓝旗组(J3l)上部英安岩锆石U-Pb年龄为157.1±2.4 Ma.Yang and Li(2008)报道的辽西北票蓝旗组(J3l)上部安山玢岩和安山岩锆石U-Pb年龄分别为153±2 Ma和160± 6 Ma.马强和郑建平(2009)报道的北票常河营子蓝旗组(J3l)上部安山质角砾熔岩的锆石LA-ICPMS U-Pb年龄为159.4±3.4 Ma.
2. 样品采集与样品分析
样品采集于辽西北票东北蓝旗东沟南面蓝旗组剖面上，采样从上而下沿着露头连续采集(图 2).选择10件代表性样品进行了分析.除2件样品(Lq10，Lq9)为火山角砾熔岩外，其余8件样品为粗安质熔岩.这2类火山岩的岩相学特征如下.
安山质角砾熔岩：灰紫色、紫红色，角砾状构造.角砾主要为安山质角砾，粒径1~7 cm不等，含量40%~60%，安山质角砾具有微晶交织结构和杏仁状构造，少量的斜长石或辉石斑晶，形态不规则，大部分已绢云母化或褐铁矿化，粒径＜1 mm.角砾之间为熔浆充填，具有斑状结构.斑晶(7%~10%)主要为斜长石和少量辉石，均呈自形-半自形板状，斜长石斑晶聚片双晶发育，属于中更长石(An35-45)，辉石大部分已绿帘石化或绿泥石化；基质(93%~90%)为微晶交织结构，主要由微晶斜长石和火山玻璃组成.
粗安岩：灰色，风化呈紫灰色，具斑状结构、块状构造或杏仁状构造.斑晶(10%~15%)主要为斜长石(An25-40)，少量辉石和黑云母，斜长石斑晶为自形-半自形板状，具有卡钠复合双晶和聚片双晶，属于更中长石，粒径0.5~8.0 mm不等，略具定向性；辉石半自形状，多绿泥石化或绿帘石化；黑云母呈片状，基本已褐铁矿化；基质(90%~85%)为玻晶交织结构，主要由斜长石微晶和火山玻璃组成.杏仁主要充填褐铁矿与石英.
样品新鲜.样品分析前需做适当处理.对于有杏仁体的样品，将样品碎小，尽量剔除杏仁体；对于有火山角砾的样品，尽量剔除角砾并保留熔浆部分.所有样品经破碎(＜10 mm)、用去离子水超声波反复清洗、烘箱烘干(＜105 ℃)、研磨成粉样(200目)等程序后，送中国科学院广州地球化学研究所同位素实验室进行分析.
在样品分析过程中，除灼失量用重量法分析外，主量元素用X射线荧光分析，微量元素用PE Elan 6000型ICPMS方法分析，分析方法与流程见李献华等(2002)所述.Nd和Sr同位素比值在英产"ISOPROB"型多接收器等离子体质谱仪上(MC-ICPMS)分析.同位素实验流程本底Sr为2×10-10~5×10-10 g，Nd小于5×10-11 g.Rb、Sr、Sm和Nd含量通过ICPMS分析测得，分析方法与流程见韦刚健等(2002)和梁细荣等(2003).
3. 地球化学
实验分析结果见表 1.
表 1 北票蓝旗组火山岩主量元素分析结果(%)Table Supplementary Table Chemical compositions of the major elements (%) of the Late Jurassic volcanic rock of Lanqi Formation, Beipiao area地层 蓝旗组下段 蓝旗组上段 早期 中期 晚期 样号 Lq10 Lq9 Lq8 Lq7 Lq6 Lq5 Lq4 Lq3 Lq2 Lq1 岩性 安山质角砾熔岩 粗安岩 玄武粗安岩 粗安岩 SiO2 58.22 56.99 56.98 57.96 52.68 52.09 52.76 60.99 61.08 58.30 TiO2 0.88 0.89 1.29 1.10 1.74 1.55 1.72 0.77 0.72 1.57 Al2O3 15.34 15.11 16.60 17.52 17.20 18.98 18.08 17.59 16.50 18.37 TFe2O3 8.36 8.85 9.48 8.67 9.52 10.47 9.79 5.10 4.86 6.19 MnO 0.09 0.08 0.07 0.08 0.14 0.08 0.09 0.12 0.09 0.13 MgO 3.33 4.22 1.88 1.16 2.64 0.43 2.35 1.58 1.19 0.73 CaO 5.68 6.35 5.12 4.20 6.89 3.12 6.89 3.20 2.76 4.68 Na2O 3.51 3.35 4.02 5.10 3.85 7.30 3.95 4.32 4.50 4.47 K2O 2.18 1.53 2.62 3.15 2.71 2.09 2.69 4.21 4.18 2.11 P2O5 0.22 0.27 0.51 0.61 0.84 0.69 0.84 0.34 0.33 0.64 LOI 2.27 2.81 1.30 1.02 1.90 2.82 1.51 2.43 2.90 2.52 Total 100.07 100.46 99.86 100.56 100.09 99.63 100.68 100.65 99.10 99.71 Mg# 0.44 0.49 0.28 0.21 0.35 0.08 0.32 0.38 0.33 0.19 ACNK 0.83 0.81 0.88 0.90 0.79 0.95 0.82 1.01 0.97 1.01 K2O/Na2O 0.62 0.46 0.65 0.62 0.70 0.29 0.68 0.97 0.93 0.47 注：1.Mg#=Mg/(Mg+Fe)，ACNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)摩尔数；2.主量元素分析采用X荧光分析. 在SiO2-碱总量图解中(图 3)，下段火山岩落在安山岩区；上段火山岩主要落在粗安岩区和玄武粗安岩区.在SiO2-K2O图解(图 4)中，火山岩主要落入高钾钙碱性系列区，表明蓝旗组火山岩总体富钾.
图 4 SiO2与主要氧化物及微量元素哈克图解(图例同图 3)Fig. 4. SiO2 vs. main oxides and trace elements Hark diagram安山质角砾熔岩(Lq9，Lq10) SiO2为56.99%~58.22%，较高的Al2O3(15.11%~15.34%)，较高的MgO(3.33%~4.22%，Mg#=0.44~0.49)和Na2O(3.35%~3.51%)、较低的K2O(1.53%~2.18%)含量及K2O/Na2O比值(0.46~0.62)，较低的U(0.15~0.28 μg/g)、Th(1.84~1.94 μg/g)、Rb(31.76~58.36 μg/g)和稀土总量∑REE(102.75~111.30 μg/g)与重稀土元素(Y=14.85~19.37 μg/g，Yb=1.33~1.58 μg/g)含量.较高的Cr(125.2~134.4 μg/g)和Ni(47.00~49.05 μg/g)含量及Eu/Eu*(0.62~0.99)、Sr/Y值(28.18~34.84).其中，MgO、Cr和Ni含量在蓝旗组火山岩中最高，而稀土总量最低.
按照SiO2含量和喷发的次序，粗安岩可以分为3类，包括早期喷发的粗安岩(Lq7，Lq8)、中期喷发的玄武粗安岩(Lq6，Lq5，Lq4)和晚期喷发的粗安岩(Lq3、Lq2，Lq1).早期喷发的粗安岩(Lq7，Lq8)SiO2为56.98%~57.96%，Al2O3为16.60%~17.52%，K2O为2.62%~3.15%，MgO为1.16%~1.88%(Mg#=0.21~0.28)，稀土元素总量中等(180.61~221.60 μg/g)，U(0.80~1.22 μg/g)、Th(4.28~5.28 μg/g)、Rb(48.65~74.64 μg/g)、Ba(894~929 μg/g)含量较低、Eu/Eu*比值(0.74~0.80)以及K2O/Na2O比值(0.62~0.65)较高.中期喷发的玄武粗安岩SiO2为52.09%~52.76%，Al2O3为17.20%~18.98%，TiO2为1.55%~1.74%，CaO为3.12%~6.89%，稀土总量(247.25~293.46 μg/g)较高，及K2O/Na2O比值(0.29~0.70)变化大，Cr(12.85~-23.35 μg/g)、Ni(13.14~18.81 μg/g)、U(1.44~1.88 ppm)、Th(6.06~7.78 μg/g)、Ba(863~1 558 μg/g)含量中等.晚期喷发的粗安岩SiO2为58.30%~61.08%，Al2O3为16.50%~18.37%，K2O为2.11%~4.21%，Na2O为4.32%~4.50%，TiO2为0.72%~1.57%，CaO为2.76%~4.68%，K2O/Na2O比值(0.47~0.97)较高，稀土总量较高(259.079~274.32 μg/g)，Cr(1.22~6.87 μg/g)和Ni(0.76~12.78 μg/g)含量较低，U(1.97~2.26 ppm)、Th(7.94~8.12 μg/g)、Rb(67.4~126.8 μg/g)和Ba(610~1 251 μg/g)含量较高.
安山质角砾熔岩MgO含量偏高(3.33%~ 4.22%，Mg#=0.44~0.49)，粗安岩MgO含量偏低(MgO≤2.64%，Mg#≤0.38)，但它们的Al2O3含量都高(＞15%).总体上大离子亲石元素(如Rb、Ba、Sr、Pb)及轻稀土元素(LREE)含量高，相容元素(如Cr、Ni、Co)和高场强元素(如Nb、Ta、Zr、Hf)偏低，铝饱和指数ACNK(Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)分子数之比)≤1.01(0.79~1.01)，属于准铝质类型.
在稀土元素配分曲线图上(图 5a)，安山质角砾熔岩和粗安岩均为轻稀土富集型((La/Yb)N=10.22~21.55).但安山质角砾熔岩稀土元素含量低于粗安岩(∑REE=102.75~111.30)，Eu负异常弱(Eu/Eu*=0.62~0.80)；粗安岩稀土元素含量高(∑REE=180.61~293.46)，Eu负异常明显(Eu/Eu*=0.93~0.99).在微量元素蛛网图上(图 5b)，安山质角砾熔岩和粗安岩均出现轻稀土元素(如La~Pr)和Pb相对富集、高场强元素(如Nb、Ta)相对亏损的现象.但安山岩Ba、Sr和Eu相对富集，粗安岩则Ba相对富集而Sr、Eu相对亏损，这些特征类似于大陆下地壳的地球化学特征(Rudnick and Gao, 2003).
图 5 北票蓝旗组火山岩稀土元素配分曲线模式(a)与微量元素蛛网图(b) (图例同图 3，标准化值引自Sun and McDonough, 1989)Fig. 5. Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primary mantle-normalized incompatible element patterns (b) for the Late Jurassic Lanqi Formation, Beipiao area3件粗安岩143Nd/144Nd比值为0.512 103~0.512 151，εNd(160)为-8.62~-7.69，亏损地幔模式年龄(TDM)为1.45~1.50 Ga；87Sr/86Sr值为0.706 6~0.706 9，εSr(160)为20.15~23.34.Pb同位素具有非放射成因铅特征(206Pb/204Pb=16.17~16.78，208Pb/204Pb=36.62~37.00(Yang and Li, 2008)).显然，蓝旗组火山岩具有低εNd(t)、适中的εSr(t)和非放射成因Pb同位素特征，类似于富集地幔端元EMI组分(Zindler and Hart, 1986)或大陆岩石圈地幔(Fraser et al., 1985).
4. 讨论
4.1 北票蓝旗组火山岩的演化
为了探讨北票蓝旗组火山岩浆演化，有必要探究清楚火山岩在地层中的分布情况.从蓝旗东沟火山地层分析，北票蓝旗组火山岩地层至少夹有3层沉积岩，表明其火山岩是多次岩浆活动的产物.下段安山质角砾熔岩夹多层凝灰岩，至少夹有1层砾岩，说明下段至少发生过2次较大规模(厚度分别约100 m)的安山质岩浆喷发事件；上段粗安质岩浆夹2层沉积岩，且沉积岩夹层上下火山熔岩的成分有明显差异，说明上段至少发生过3次喷发事件.上段沉积岩夹层中出现的粗安质岩浆活动规模相对较小(厚度＜10 m).从火山爆发的强度来看，北票蓝旗组下段火山爆发强烈，为爆发相，火山喷出物为安山质角砾熔岩及其凝灰岩；上段火山爆发强度较弱，为溢流相，产物为粗安质熔岩.从火山岩的成分分析，北票蓝旗组火山岩至少发生2种成分的岩浆活动，即安山质岩浆和粗安质岩浆.其中，下段为安山质岩浆，上段为粗安质岩浆，但上段粗安质岩浆的成分变化较大.该蓝旗组火山岩剖面缺失玄武质岩浆、英安质岩浆和粗面质岩浆活动等过渡性成分的岩浆(图 3)，表明岩浆结晶分异作用在岩浆演化过程中并非起主导作用，即北票蓝旗组火山岩并非起源于玄武岩浆结晶分异的产物.
从岩浆成分演化分析，北票蓝旗组下段安山角砾熔岩(SiO2为56.99%~58.22%)与上段早期的粗安岩(SiO2为56.98%~57.96%)相比，两者SiO2含量接近，但主、微量元素差异明显.安山角砾熔岩具有较高含量的CaO、MgO(Mg#)、Cr、Ni、Co等和较低含量的Al2O3、TiO2、P2O5、Na2O、K2O、Pb、U、Th等.其中，安山质角砾熔岩中Cr、Ni、Co和MgO含量介于燕辽地区晚侏罗世髫髻山组和蓝旗组埃达克质火山岩(李伍平等，2007)、早侏罗世北票兴隆沟组高镁英安岩(Gao et al., 2004；李伍平，2006)及早白垩世义县组粗安岩(李伍平等，2002；Yang and Li, 2008)，这意味着蓝旗组下段安山质岩浆发生了明显的壳幔相互作用，或者岩浆来源更深，或者受到大陆地壳影响较小.上段粗安岩，从早到晚，SiO2含量由56%~58%→52%~53%→58%~62%，相应的Al2O3、TiO2、MgO、CaO、P2O5、Na2O、Cr、Co、Ni和Sr含量呈现出"低→高→低"演化趋势，而U、Th、Pb、Rb、稀土等元素含量出现"低→高→高"的演化趋势.相对于安山质角砾熔岩，所有粗安岩普遍具有较低的MgO、Cr、Ni和Co，较高K2O、U、Th、Pb和Rb，说明粗安质岩浆未发生过明显的壳幔相互作用，或者粗安质岩浆受地壳影响要比安山质岩浆大.这与粗安岩在显微镜下观察到含有黑云母相吻合.另外，从岩浆成分演化上，上段粗安质岩浆并非安山质岩浆结晶分异的产物或者由玄武质岩浆结晶分异形成.因此，北票蓝旗组安山质岩浆和粗安质岩浆可能是部分熔融的产物.
4.2 北票蓝旗组火山岩的起源
北票蓝旗组火山岩具有低εNd(t)、适中的εSr(t)和非放射成因Pb同位素特征，类似于富集地幔端元EMI组分(Zindler and Hart, 1986)或大陆岩石圈地幔(Fraser et al., 1985)，与华北克拉通寒武纪结晶基底基性麻粒岩和燕辽地区晚侏罗世中酸性埃达克质火山岩的地球化学特征相似(李伍平等，2007)，但明显不同于本地区早侏罗世兴隆沟组高镁英安岩高εNd(t)、适中的εSr(t)和放射成因Pb同位素特征(Gao et al., 2004；李伍平，2006).所有蓝旗组火山岩具有轻稀土元素和Pb相对富集、高场强元素(如Nb、Ta)相对亏损(图 5b)以及较低的Ce/Pb比值，类似于燕山造山带晚侏罗世火山岩的总体特征(李伍平等，2007)，或大陆下地壳的地球化学特征(Rudnick and Gao, 2003).这表明北票蓝旗组火山岩起源于华北克拉通下地壳玄武质岩石的部分熔融，而非俯冲洋壳或洋壳残片的部分熔融，即古亚洲洋的俯冲残片并未参与蓝旗组火山岩的形成.
从火山岩的地球化学分析可知，北票蓝旗组下段安山质角砾熔岩具有埃达克岩地球化学特征.如较高SiO2(＞56%)和Al2O3(＞15%)含量，较高的MgO(≤4.22%)含量和较低的重稀土元素含量(Y≤14.37 μg/g，Yb≤1.58 μg/g)；稀土分馏明显((La/Yb)N=10.49~10.59)，无明显的Eu负异常；富集大离子亲石元素(如Ba，Pb)和亏损高场强元素(Nb-Ta)，Sr、Eu正异常；较高的Sr/Y比值(＞28).这些特征与岛弧俯冲环境下洋壳部分熔融形成典型的埃达克岩(Defant and Drummond, 1990)、残留洋壳部分熔融形成的埃达克质岩(李伍平，2006)和燕辽地区同时代增厚下地壳玄武质岩石部分熔融形成的埃达克质火山岩(李伍平等, 2001a, 2001b, 2001c; Yuan et al., 2006; 李伍平等，2007)相似.结合同位素组成，发现蓝旗组下段安山质角砾熔岩与燕辽地区晚侏罗世埃达克质火山岩相似.因此，较高的Sr含量与Sr/Y比值和较低的重稀土元素含量与不明显的Eu负异常，表明安山质岩浆源区应残留石榴石或者少量的角闪石，不含斜长石等；Nb-Ta负异常表明源区可能残留有金红石(Xiong et al., 2005)或地壳源区的制约；而石榴石和金红石残留在源区，意味着安山质岩浆起源于较厚的下地壳(深度大于50 km).Pb正异常表明岩浆受到地壳源区成分的制约.安山质角砾熔岩中较高的Cr、Ni、Co和MgO含量，意味着蓝旗组安山质岩浆发生了明显的壳幔相互作用.
北票蓝旗组上段的粗安岩SiO2变化于52%~62%，Al2O3(≥16.6%)、Na2O(≥3.8%)、K2O(≥2.09%)含量较高，稀土总量(＞180 μg/g)和重稀土元素含量及K2O/Na2O比值(平均0.66)较高，Eu负异常(Eu/Eu*=0.6~0.8)、Sr负异常，表明粗安质岩浆发生了斜长石的结晶分异；Nb-Ta负异常和更明显的Pb正异常，较高的K2O、U和Th含量，表明粗安质岩浆可能受到地壳源区成分的制约(即源区富钾富碱)；较低MgO、Cr、和Ni含量，表明粗安质岩浆未发生过壳幔相互作用.
尽管Sr含量也较高，但由于较高的重稀土元素含量，导致Sr/Y比值(＜23)较低，类似于正常岛弧安山岩，表明岩浆源区未残留石榴石，或者可能残留斜长石等，这意味着粗安质岩浆的形成深度浅于安山质岩浆.在显微镜下，无论是粗安岩还是安山质角砾熔岩，都含有中长石和辉石斑晶，表明其岩浆不可能起源于上地壳或下地壳长英质岩石.结合Nd、Sr和Pb同位素组成，笔者认为粗安质岩浆仍起源于下地壳玄武质岩石的部分熔融，但岩浆形成深度则较安山质岩浆浅.
从本文资料及Yang and Li(2008)获得的蓝旗组安山岩和粗安岩共14个样品(SiO2=52%~60%)的初始Sr-Nd同位素组成与SiO2之间没有明显的相关性，Nb/Ta(16.00~19.35)和Z/Hf(40.36~49.97)总体保持不变，说明这些同位素组成和微量元素比值总体代表了岩浆的原始特征，岩浆在演化过程中受地壳混染作用影响较小.对比燕辽地区同期埃达克质火山岩地球化学特征及其成因，笔者认为北票蓝旗组下段安山质岩浆和上段粗安质岩浆均起源于下地壳玄武质岩石的部分熔融，其中，安山质岩浆起源深度大于粗安质岩浆，很可能起源于壳幔过渡带并可能受到地幔物质的影响，这意味着晚侏罗世北票地区蓝旗组安山质岩浆到粗安质岩浆经历了地壳减薄的过程.
从近年来已发表的燕山造山带晚侏罗世火山岩资料来看(图 6)，除北票蓝旗组上段粗安岩外，晚侏罗世髫髻山期/蓝旗期普遍具有埃达克质火山岩地球化学特征(李伍平等，2007；Yang and Li, 2008).类似北票蓝旗组火山岩这种现象在晚侏罗世少见，仅在北京西山早白垩世东岭台组中酸性火山岩中出现过(李伍平等，2000；李晓勇等，2004; 袁洪林等，2005)，冀北大面积分布的早白垩世张家口组中酸性火山岩已不具备埃达克质岩地球化学特征(未发表资料)，尽管辽西义县组粗安岩具有埃达克质岩地球化学特征，但成因不同(李伍平等，2002；Yang and Li, 2008).因此，从燕山造山带辽西早侏罗世埃达克质岩的出现，到晚侏罗世埃达克质岩的大规模形成，直至早白垩世埃达克质岩的逐渐消失，总体说明了在燕山造山带地壳厚度由厚变薄.这种减薄过程在燕山地区不是同时发生的，有些地方(如辽西北票)发生较早(早侏罗世-晚侏罗世)，有些地方(如北京西山和辽西义县)发生较晚(晚侏罗世-早白垩世)，有些地方(如冀北下板城)则介于2者之间(晚侏罗世).即使是同一地区时间上也是有差异的(如辽西地区)，但总体来看，地壳减薄过程的高峰期是在晚侏罗世-早白垩世(如冀北和辽西).同时也说明，燕山造山带在中生代期间地壳厚度是不均匀的.
图 6 Sr/Y-Y关系图解(据Defant and Drummond, 1990)Fig. 6. Sr/Y vs.Y diagram燕山造山带中生代地壳减薄过程与区域上岩石圈减薄几乎是同步发生的.表现在区域上有限的岩石圈伸展，在辽西出现了大规模的基性火山岩喷发(李伍平等，2002；Yang and Li, 2008)，数量不多的碱性花岗岩侵入(李伍平，中国科学院广州地球化学研究所博士后研究工作报告, 2002；杨富全等，2003; Yang et al., 2008)和变质核杂岩形成(宋鸿林，1996).因此，晚侏罗世到早白垩世是燕山造山带岩浆活动、岩石圈演化和构造变形的重要转折时期(赵越等，2004；李伍平等，2007).
5. 结论
(1) 辽西北票晚侏罗世蓝旗组火山岩地层是多次岩浆活动的产物，早期为安山质岩浆活动，晚期为粗安质岩浆活动.
(2) 辽西北票晚侏罗世蓝旗组下部安山质角砾熔岩具有埃达克质岩的地球化学特征，而上部粗安岩不具有埃达克质岩地球化学特征，二者地球化学特征的差异说明其成因不同.其中，安山质岩浆起源深度较粗安质岩浆深度大，可能源于壳幔过渡带下地壳玄武质岩石的部分熔融，并发生了明显的壳幔相互作用，而粗安质岩浆起源于下地壳玄武质岩石的部分熔融.
(3) 北票蓝旗组从安山质岩浆到粗安质岩浆的演化，表明北票地区晚侏罗世地壳发生了由厚减薄的过程.同时也说明，燕山造山带在中生代期间地壳厚度是不均匀的，岩石圈减薄不是同时进行的.
致谢: 样品分析过程中得到了中国科学院广州地球化学研究所梁细荣研究员、涂湘林副研究员、刘颖副研究员、胡光黔工程师、曾文工程师和马金龙工程师等帮助，野外采样得到了马强同志的帮助，在此一并表示感谢！ -
图 1 辽西北票地区区域地质(据1∶20万区域地质图改编)
1.第四系/第三系；2.上白垩统孙家湾组/上侏罗统土城子组；3.上侏罗统蓝旗组/中侏罗统后城组；4.下侏罗统北票组/下侏罗统兴隆沟组；5.震旦系；6.火山岩；7.断层/角度不整合接触界线；8.采样位置与样品编号
Fig. 1. Regional geological sketch map of Beipiao area
图 2 北票蓝旗东沟蓝旗组火山岩剖面
Fig. 2. Sectional drawing of volcanic rocks of the Lanqi Formation in Lanqidonggou, Beipiao area
图 4 SiO2与主要氧化物及微量元素哈克图解(图例同图 3)
Fig. 4. SiO2 vs. main oxides and trace elements Hark diagram
图 5 北票蓝旗组火山岩稀土元素配分曲线模式(a)与微量元素蛛网图(b) (图例同图 3，标准化值引自Sun and McDonough, 1989)
Fig. 5. Chondrite-normalized REE distribution patterns (a) and primary mantle-normalized incompatible element patterns (b) for the Late Jurassic Lanqi Formation, Beipiao area
图 6 Sr/Y-Y关系图解(据Defant and Drummond, 1990)
图例同图 3，图中北京、冀北髫髻山组和阜新蓝旗组资料见李伍平等(2001a, 2001b, 2001c, 2007)及李伍平和李献华(2004)
Fig. 6. Sr/Y vs.Y diagram
表 1 北票蓝旗组火山岩主量元素分析结果(%)
Table 1. Chemical compositions of the major elements (%) of the Late Jurassic volcanic rock of Lanqi Formation, Beipiao area
地层 蓝旗组下段 蓝旗组上段 早期 中期 晚期 样号 Lq10 Lq9 Lq8 Lq7 Lq6 Lq5 Lq4 Lq3 Lq2 Lq1 岩性 安山质角砾熔岩 粗安岩 玄武粗安岩 粗安岩 SiO2 58.22 56.99 56.98 57.96 52.68 52.09 52.76 60.99 61.08 58.30 TiO2 0.88 0.89 1.29 1.10 1.74 1.55 1.72 0.77 0.72 1.57 Al2O3 15.34 15.11 16.60 17.52 17.20 18.98 18.08 17.59 16.50 18.37 TFe2O3 8.36 8.85 9.48 8.67 9.52 10.47 9.79 5.10 4.86 6.19 MnO 0.09 0.08 0.07 0.08 0.14 0.08 0.09 0.12 0.09 0.13 MgO 3.33 4.22 1.88 1.16 2.64 0.43 2.35 1.58 1.19 0.73 CaO 5.68 6.35 5.12 4.20 6.89 3.12 6.89 3.20 2.76 4.68 Na2O 3.51 3.35 4.02 5.10 3.85 7.30 3.95 4.32 4.50 4.47 K2O 2.18 1.53 2.62 3.15 2.71 2.09 2.69 4.21 4.18 2.11 P2O5 0.22 0.27 0.51 0.61 0.84 0.69 0.84 0.34 0.33 0.64 LOI 2.27 2.81 1.30 1.02 1.90 2.82 1.51 2.43 2.90 2.52 Total 100.07 100.46 99.86 100.56 100.09 99.63 100.68 100.65 99.10 99.71 Mg# 0.44 0.49 0.28 0.21 0.35 0.08 0.32 0.38 0.33 0.19 ACNK 0.83 0.81 0.88 0.90 0.79 0.95 0.82 1.01 0.97 1.01 K2O/Na2O 0.62 0.46 0.65 0.62 0.70 0.29 0.68 0.97 0.93 0.47 注：1.Mg#=Mg/(Mg+Fe)，ACNK=Al2O3/(CaO+Na2O+K2O)摩尔数；2.主量元素分析采用X荧光分析. 
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