冀北大滩盆地粗面岩的年代学、地球化学特征及成因研究

夏应冰，巫建华，姜 山，吴仁贵，刘 帅

1.东华理工大学地球科学学院，南昌330013；2.核资源与环境国家重点实验室培育基地（东华理工大学），南昌330013；3.核工业243地质大队，赤峰024006

冀北大滩盆地粗面岩的年代学、地球化学特征及成因研究

夏应冰1，巫建华2*，姜 山3，吴仁贵1，刘 帅2

1.东华理工大学地球科学学院，南昌330013；2.核资源与环境国家重点实验室培育基地（东华理工大学），南昌330013；3.核工业243地质大队，赤峰024006

丰宁大滩盆地位于西拉木伦河断裂带以南的华北古板块北缘，燕辽Mo-U-Ag-Pb-Zn多金属成矿带西段和沽源-红山子铀成矿带西南段，空间上与赋存张麻井大型铀钼矿床的沽源盆地毗邻。大滩盆地张家口组粗面岩-流纹岩组合构成盆地的主体，是热液型铀矿的主要围岩。粗面岩SHRIMP锆石U-Pb年龄为140.3±1.4Ma（2σ,MSWD=1.09），地质时代属于早白垩世早期。具有较高的SiO2、K2O+Na2O含量，SiO2=61.6%～63.1%，K2O+Na2O=9.28%～10.2%，在K2O-SiO2图解中投影点落在橄榄玄粗岩系列范围，TAS图解上都落在碱性系列粗面岩或粗面英安岩范围，结合标准矿物Q含量为12.9%～18.4%（小于20%），属典型的粗面岩。稀土元素含量高，富集轻稀土，铕负异常不明显，ΣREE=（279～318）×10-6，δEu=0.77～0.88，稀土配分曲线图表现为右倾的轻稀土富集型，具高压型粗面岩的稀土元素特征；富集大离子亲石元素K、Rb、Ba、Pb和高场强元素Zr、Y，亏损Nb、Ta、Sr、Ti元素。较低的Ti/Zr（8.40～14.72）、Nb/Ta（14.07～15.26）比值，较高的Rb/Sr（0.95～1.60），具有高Sr-Ba英安岩-流纹岩的微量元素的特征；具有较高的（87Sr/86Sr）i（0.7077～0.7096）、较低的εNd(t)（-12.09～-10.67），较大的TDM2（1911～1796Ma），较低的（206Pb/204Pb）t（16.92～17.04）、（207Pb/204Pb）t（15.39～15.42）和（208Pb/204Pb）t（37.58～37.67），在（87Sr/86Sr）i-t/Ga和（208Pb/204Pb）t-（206Pb/204Pb）t图解上投影点位于下地壳和地幔之间，并靠近EMⅠ富集地幔，在εNd(t)-（87Sr/86Sr）i图解上投影点位于EMⅠ富集地幔演化线上，与汉诺坝二辉麻粒岩包体的区域一致。可见，大滩盆地粗面岩的成因可用两阶段模式进行解释：古元古代源于EMⅠ富集地幔的岩浆与少量古老下地壳物质部分熔融产物混合形成年轻下地壳，早白垩世早期在加厚地壳背景下年轻下地壳部分熔融形成的岩浆喷出地表形成粗面岩。

粗面岩；成因；Sr-Nd-Pb同位素；年轻下地壳；早白垩世早期；大滩盆地

粗面岩（正长岩）岩浆的起源较为复杂，大致可归结为五类：（1）直接起源于地幔（Lauri and Mǎnttǎri,2002;任康绪等,2006;Kumar et a1.,2007;李洪英等,2009）；（2）幔源岩浆结晶分异的产物（李伍平等，2001;Yang et a1., 2005;Upadhyay eta1.,2006；冯光英等,2011;邓晋福等,2011;李可等,2012；陈斌等，2013）；（3）由幔源玄武质岩浆和壳源的花岗质岩浆混合产生（Zhaoetal.,1995;Mingram eta1.,2000;包志伟等, 2003;文霞和马昌前,2013;刘源等,2015）；（4）由下地壳部分熔融产生（李伍平等,2000;李晓勇等,2004）；（5）由加厚的新生下地壳部分熔融产生（孙德有等,2011;项媛馨和巫建华,2011;钟志菲和巫建华,2015）。

中国东部、俄罗斯东部和蒙古东部的欧亚板块东缘广泛发育了中生代火山岩和与火山岩有关的热液型铀矿，其中早白垩世早期高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合不仅构成了火山岩带的主体，也是与火山岩有关的热液型铀矿的主要围岩，特别是大兴安岭、冀北-辽西、武夷火山岩带的高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合是已探明的绝大多数与火山岩有关的热液型铀矿的赋矿围岩（巫建华等，2014）。横跨冀北-辽西火山岩带和大兴安岭火山岩带的沽源-红山子铀成矿带是我国重要的与火山岩有关的热液型铀成矿带，该成矿带西南段的沽源盆地张家口组高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合中已发现了张麻井大型铀钼矿床、大官厂小型铀钼矿床和众多的铀矿点、铀矿化异常点。其中张麻井大型铀钼矿床赋存在张家口组第三段流纹岩与流纹斑岩接触带附近，主要矿体位于内接触带，少量矿体位于外接触带；大官厂小型铀钼矿床赋存在张家口组第二段粗面岩中（巫建华等，2015）。与沽源盆地毗邻的丰宁大滩盆地发现高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合发育，而且铀矿点、铀矿化异常点众多，近年来核工业243大队在开展沽源-红山子铀成矿带铀矿勘查（姜山等，2011；祝洪涛等，2014）的过程中加大了对大滩盆地高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合分布区的勘查力度，并取得了较好的成果。虽然铀矿地质工作者认知了高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合与热液型铀矿存在密切的时空关系，但赋存铀矿的高钾钙碱性流纹岩-碱性粗面岩组合的特征和成因尚缺乏系统地研究。张雅菲等（2016）对大滩盆地高钾钙碱性流纹岩进行了年代学和地球化学特征研究，提出流纹岩是下地壳中-上部在一定的温压条件下发生部分熔融形成的。本文在此基础上，选择大滩盆地张家口组第二段的粗面岩为研究对象，通过SHRIMP锆石U-Pb年龄的测定确定粗面岩的地质时代，通过主量元素、微量元素、Sr-Nd-Pb同位素的系统研究来分析粗面岩的物质来源、形成的构造环境。

1 区域地质背景

大滩火山岩盆地位于河北省承德市丰宁满族自治县北部，向北和向西分别与多伦县和沽源县接壤。从大地构造位置来看，它位于西拉木伦河断裂带以南的华北古板块北缘，燕辽多金属（Mo-U-Ag-Pb-Zn）成矿带西段和沽源-红山子铀成矿亚带西南段，空间上与赋存张麻井大型铀钼矿床的沽源盆地同处蔡家营-御道口断裂西南部的NEE向断陷带内（张雅菲等，2016）。盆地的火山岩系是由土城子组和张家口组组成，不整合于新太古界红旗营子群变质岩系和海西期花岗岩上，不整合于下白垩统热河群火山-沉积岩系之下（图1）。红旗营子群为大理岩、石英岩、浅粒岩和黑云母变粒岩。土城子组是以紫红色为主的杂色砂砾岩、砂岩、粉砂岩、页岩。张家口组厚度巨大，构成火山盆地的主体，可划分为三个岩性段，下段为流纹质熔结角砾岩、角砾凝灰岩和熔结凝灰岩夹流纹岩；中段为粗面岩和石英粗面岩夹少量流纹岩，厚度较大，且分布广泛；上段以酸性熔岩和火山碎屑岩为主夹火山碎屑沉积岩。热河群为一套杂色火山-沉积岩系，在森吉图一带出露完整，自下而上分为大北沟组、义县组、下店组和青石砬组。这次研究的粗面岩样品取自核工业243大队铀矿勘查实施的钻孔，岩石较为新鲜，具有粗面结构或含斑结构，块状构造，斑晶为钾长石和少量斜长石，基质主要为隐晶质碱性长石、石英、暗色矿物组成。

图1 冀北大滩盆地地理位置（a，据孟凡超等，2013）及地质简图（b，据张雅菲等，2016）Fig.1 Geographical(a)and geological(b)sketchmapsof the Datan volcanic basin in the northern HebeiProvince

2 分析方法

2.1 SHRIMP锆石U-Pb定年

取大约10 kg的样品（FN106），将其破碎至80～120目，利用重砂方法分选出锆石，然后在双目镜下挑选出晶形和透明度较好的锆石晶体，将挑选好的锆石和数粒标准锆石TEM（年龄为417Ma）固定于环氧树脂中，制成样品靶。干燥后，打磨、抛光使锆石露出约一半。随后，进行透射光、反射光和阴极发光显微照相，以辅助随后进行的U-Pb测试选点。锆石的透射光、反射光和阴极发光图像分析在中国地质科学研究院电子探针实验室完成，SHRIMP锆石U-Pb同位素分析在北京离子探针中心SHRIMP II上完成。做实验时，尽量选择晶体完整、无裂纹、无包裹体以及具有明显环带结构的锆石，有助于得到较准确的火山岩成岩年龄。仪器测试时，使用跳峰扫描，一次离子约为4.5 nA、10 kV的O2-,离子束的直径大约为20～30μm，每个测试点都需扫描5次，以5次扫描的加权平均值（误差为1σ）作为单个测试点年龄数据。样品年龄是采用206Pb/238U年龄，是测试点的206Pb/238U年龄的加权平均值。详细的分析流程和原理参见宋彪等（2002）。数据处理、年龄计算采用Ludwig博士编写的SQUID 1.0及ISOPLOT程序。大滩盆地粗面岩SHRIMP锆石U-Th-Pb同位素分析结果列于表1。

2.2 主量元素和微量元素分析

将钻孔中取得的新鲜粗面岩进行破碎、磨碎至200目，称取30 g样品粉末放置干净的自封袋内保存。主量元素数据测试是在南京大学地球科学系中心实验室完成，采用湿化学方法（精度优于1%）和ICP-AES（型号JY38S）方法测定。微量元素（包括稀土元素）数据在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室采用ICP-MS（型号为Finnigan ElementⅡ）方法测定。详细的样品制备、分析流程及对国际标准样品的测定结果见高剑峰等（2003）。大滩盆地粗面岩主、微量元素分析结果列于表2。

2.3 Sr-Nd-Pb同位素分析

Sr-Nd-Pb的化学分离和同位素比值测量在中国科学院地质与地球物理研究所固体同位素地球化学实验室完成。称取适量全岩粉末样品，加人适量的87Rb-84Sr和149Sm-150Nd混合稀释剂和纯化的HF-HClO4混合试剂后，在高温下充分溶解，Pb同位素采用HF-HNO3混合酸在高温高压条件下将粉末样品完全溶解，利用离子交换树脂分离后在德国Finnigna公司MAT-262热电离质谱计上测试。Sr和Nd同位素比值测定分别采用87Sr/88Sr=0.1194和146Nd/144Nd=0.7219进行标准化，Rb-Sr和Sm-Nd的全流程实验本底分别小于100Pg和50Pg，Pb同位素测量采用硅胶发射剂和Re金属带，测试温度在1300℃左右，Pb的全流程本底小于200Pg。具体化学流程和同位素比值测试参见Chen等（2000；2002）。实验过程中国际标样分析结果分别为，NBS987:87Sr/86Sr=0.710243±31 (2σn,n=5)；BCR-1：143Nd/144Nd=0.512656±10(2σn,n= 1)；NBS981:207Pb/206Pb=0.91348±9(2σn,n=6)。大滩盆地粗面岩Sr-Nd-Pb同位素分析结果列于表3、图2。

表1 大滩粗面岩SHRIMP锆石U-Th-Pb分析结果Table1 SHRIMPZirconsU-Th-Pb results from the Datan trachyte

3 SHRIMP锆石U-Pb年龄

粗面岩（样号：FN106）的锆石为无色透明，多成短柱状，锆石的大小多在100～150μm之间，阴极发光图像显示锆石多具有清晰的韵律环带结构（图3），U、Th含量分别是21×10-6～206×10-6，8×10-6～167×10-6，Th/U（0.53～0.81）比值高，表明这些锆石属于岩浆成因锆石。分析的14颗锆石的U-Th-Pb数据（如表1），206Pb/238U的年龄在134.4～147.3Ma之间，在谐和线（图2）上有2个分析点（点5.1和点11.1）的数据偏离数据组，若剔除这两个数据，其余12个分析点数据的加权平均年龄为140.3±1.4Ma（2σ，MSWD=1.09）。根据国际地层表（Gradstein etal.,2004；章森桂等，2009），晚侏罗世与早白垩世的界线划在145.5±4Ma，指示粗面岩的地质时代属早白垩世早期，与沽源盆地赋矿流纹岩、流纹斑岩（SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为138.6±1.4Ma，MSWD=2.4和140.2±1.6Ma，MSWD=2.2，巫建华等，2015）和大滩盆地流纹岩、花岗斑岩（SHRIMP锆石U-Pb年龄分别为140.2±1.9Ma，MSWD=1.7和131.7±1.1Ma，MSWD= 0.8，张雅菲等，2016）属同期火山活动的产物。

表2 大滩盆地粗面岩主元素（×10-2）、微量元素（×10-6）分析结果及有关参数Table2 Major(×10-2)and traceelements(×10-6)of the trachyte from Datan Basin

表3 大滩盆地盆地粗面岩Sr-Nd-Pb同位素分析结果及有关参数Table3 Sr-Nd-Pb isotopic compositionsof the trachyte from Datan Basin

4 地球化学特征

4.1 主量元素

岩石具有高钾、高碱的特征，SiO2=61.6%～63.1%(平均62.4%)，K2O=5.30%～7.76%（平均6.40%），Na2O=2.41%～3.98%（平均3.35%），K2O+ Na2O=9.28%～10.2%（平9.73%），K2O/Na2O=1.33～3.22（平均2.03），在K2O-SiO2图解（图4a）中投影点落在橄榄玄粗岩系列范围，TAS图解（图4b）中样品落在碱性系列粗面岩或粗面英安岩区，结合CIPW标准矿物Q=12.9%～18.4%（平均16.6%），含量小于20%，属于碱性粗面岩。

4.2 微量元素

粗面岩的ΣREE值高，ΣREE=279×10-6～318× 10-6（平均302×10-6）。轻重稀土元素分馏明显，ΣLREE=254×10-6～287×10-6（平均274×10-6），ΣHREE=24.9×10-6～36.5×10-6（平均28.5×10-6），（La/Sm）N=3.54～3.92（平均3.72），（La/Yb）N= 7.58～14.9（平均11.56），（Gd/Yb）N=1.41～2.09（平均1.96），在稀土配分曲线（图5a）上呈明显的右倾轻稀土富集，δEu=0.77～0.88（平均0.80），无明显的负铕异常特征，具高压型粗面岩的稀土元素特征。

富集高场强元素Zr、Y和大离子亲石元素K、 Rb、Ba、Pb，在微量元素蛛网图上（图5b），Nb、Ta、Sr、Ti出现低谷，U、Th含量较低，Zr=436× 10-6～574×10-6（平均510×10-6），Rb=189×10-6～334×10-6（平均243×10-6），Ba=1116×10-6～1267×10-6（平均1202×10-6），Nb=17.8×10-6～19.5×10-6（平均18.5×10-6），Ta=1.18×10-6～1.32×10-6（平均1.26×10-6），Sr=172×10-6～210×10-6（平均193× 10-6），U=2.44×10-6～3.75×10-6（平均3.02×10-6），Th= 11.4×10-6～13.4×10-6（平均12.7），在Zr-Sr-Ba图解（图6）上样品都落在高Sr-Ba英安岩区域。

图2 大滩粗面岩锆石206Pb/238U年龄和SHRIMP锆石U-Pb谐和图Fig.2206Pb/238U agesand SHRIMPU-Pb concordia diagram ofzircons from the Datan trachyte

图3 大滩粗面岩锆石阴极发光图像、测定点和206Pb/238U年龄值及其误差Fig.3 Cathodoluminescence images,detecting point,206Pb/238U agesand uncertainties from the Datan trachyte

4.3 Sr-Nd-Pb同位素特征

4.3.1 Sr同位素

粗面岩的（87Sr/86Sr）i=0.707703～0.709601（平均0.708350），明显低于华北上地壳（0.712～0.720, Jahn etal.,1999），且明显高于亏损地幔（0.7022～0.7035，Saunders etal.，1988）的（87Sr/86Sr）i值，略高于华北古板块北缘后石湖山早白垩世早期张家口组粗面岩（0.7057～0.7073，文霞和马昌前，2013）、承德早白垩世中期甲山正长岩（0.7059～0.7069，刘源等，2015）、北京西山早白垩世早期东岭台组粗面岩（0.7064～0.7067，李晓勇等，2004）、张家口水泉沟晚古生代正长岩（0.7040～0.7060，包志伟等，2003）、辽宁盖县梁屯-矿洞沟古元古代碱性正长岩（0.7045～0.7053，任康绪等，2006）的(87Sr/86Sr)i值。

图4 大滩粗面岩K2O-SiO2（a）和TAS（b）图解Fig.4 Diagramsof K2O-SiO2(a)and TAS(b)from the Datan trachyte

图5 大滩粗面岩的稀土元素球粒陨石标准化图解（a）与微量元素原始地幔标准化蛛网图(b)（球粒陨石和原始地幔标准化值据Sun and McDonough,1989）Fig.5 Chondritenormalized REEpatterns(a)and primitive mantlenormalized spiderdiagrams(b)of theDatan trachyte

图6 大滩粗面岩Zr-Ba-Sr图解（底图据Zhangetal.,2010）Fig.6 Diagram of Zr-Ba-Sr from the Datan trachyte

4.3.2 Nd同位素

粗面岩的εNd(t)=-12.09～-10.67（平均-11.50），与张家口水泉沟正长岩（-13.7～-3.41，包志伟等，2003）的εNd(t)值一致，但高于后石湖山张家口组粗面岩（-14.4～-13.0，文霞和马昌前，2013）、北京西山东岭台组粗面岩（-16.3～-15.7，李晓勇等，2004）的εNd(t)值；低于承德甲山正长岩（-5.0～-0.9，刘源等，2015）、辽宁盖县梁屯-矿洞沟碱性正长岩（-4.1～-3.8，任康绪等，2006）的εNd(t)值。ƒSm/Nd为-0.430～-0.399,在-0.6～-0.2之间，可得有明确地质意义的TDM2值变化于1911～1796Ma（平均1864Ma），与张家口水泉沟正长岩（2290～1380Ma，包志伟等，2003）的TDM2值一致，但大于承德甲山正长岩（1310～980Ma，刘源等，2015）的TDM2值；小于北京西山东岭台组粗面岩（2231～2186Ma，李晓勇等，2004）、后石湖山张家口组粗面岩（2090～1970Ma，文霞和马昌前，2013）、辽宁盖县梁屯-矿洞沟碱性正长岩（2606～2484 Ma，任康绪等，2006）的TDM2值。

4.3.3 Pb同位素

粗面岩的（206Pb/204Pb）t、（207Pb/204Pb）t和（208Pb/204Pb）t分别为16.92～17.04（平均16.98）、15.39～15.42（平均15.40）和37.58～37.67（平均37.62），与张家口水泉沟正长岩、承德甲山正长岩（206Pb/204Pb）t（分别为16.46～17.72、16.63～17.10）、（207Pb/204Pb）t（分别为15.27～15.67、15.24～15.30）、（208Pb/204Pb）t（分别是36.54～37.76、36.54～37.20）的Pb同位素值基本一致（包志伟等，2003；刘源等，2015）。稍低于辽宁盖县梁屯-矿洞沟碱性正长岩（17.20～18.89、15.41～15.75、36.63～38.79，任康绪等，2006）的Pb同位素值。

5 成因探讨

5.1 物质来源

5.1.1 主、微量元素制约

对于主量元素特征可知该粗面岩为碱性粗面岩，地壳岩石的熔融实验表明，碱性岩浆通常不能由正常的地壳岩石熔融作用直接形成，但可以在加厚地壳背景下下地壳底部熔融形成（Montel and Vielzeuf，1997；邓晋福等，2004）。

大滩盆地粗面岩具有Eu负异常不明显的右倾轻稀土富集特征（图5a），属于高压型粗面岩，暗示岩浆的形成是在加厚地壳背景下形成的（邓晋福等，2004）。富含陆壳中丰度较高的Rb，Zr，Ba，Pb等不相容元素，U、Th含量较低等特征，与华北克拉通下地壳强烈富集Pb和明显亏损U、Th的特征（鄢明才和迟清华，1997；Gao etal.,1998）相吻合，暗示着粗面岩形成与下地壳物质密切相关（汪洋等，2009；彭艳东等，2012）。在微量元素蛛网图中Nb、Ta、Ti呈现谷，出现这些元素的亏损可能是起源于陆壳（李伍平等，2000）。Rb/Sr、Ti/Zr的比值分别为0.95～1.60（平均1.26）、8.40～14.72（平均11.54），位于壳源岩浆（Rb/Sr＞0.5，Ti/Zr＜20，Tischendorfand Paelchen，1985；Wilson，1989）范围内，表明岩浆来自地壳。在高场强元素Rb/Y-Nb/Y图解（图7）上投影点投在总地壳的范围内，在Zr-Sr-Ba图解（图6）上投影点位于高Sr-Ba英安岩区域，反映其来源于深部地壳（张吉衡，2009；彭艳东等，2012）。Sr的含量为172×10-6～210× 10-6，远小于富集地幔Sr的含量（1100×10-6，Chen and Zhai，2003），介于亏损地幔Sr的含量（20× 10-6，Wangetal.，2006）和下地壳Sr的含量（290× 10-6，Wang et al.，2006）之间；Nb/Ta（14.07～15.26）的比值较低，介于下地壳的Nb/Ta值（8.30）与球粒陨石和原始地幔的Nb/Ta（17.50）之间，表明其物质来源与下地壳和地幔有关。

图7 大滩粗面岩Rb/Y-Nb/Y图解（据Pearce et al.,1990）Fig.7 Diagram ofRb/Y-Nb/Y from the Datan trachyte

5.1.2 Sr-Nd-Pb同位素制约

大滩粗面岩的（87Sr/86Sr）i=0.707703～0.709601，在（87Sr/86Sr）i-t/Ga图解（图8）上落在地壳演化线与地幔演化线之间的区域，暗示其物质来源可能与地幔和地壳有关。εNd（t）=-12.09～-10.67，明显高于华北克拉通古老下地壳（-44～-32，Jahn et al.,1999，图9）等的εNd（t）值，与汉诺坝二辉麻粒岩包体（-18～-8，张国辉等，1998）、富集地幔（-13～-8.0,Yang et,al.,2004;Zhang etal.,2005）等的εNd（t）值一致，表明该岩浆不可能直接来自华北克拉通古老下地壳，但与富集地幔以及年轻下地壳有关。图10，11显示，大滩粗面岩的（206Pb/204Pb）t=16.92～17.04、（207Pb/204Pb）t=15.39～15.42和（208Pb/204Pb）t=37.58～37.67。在（87Sr/86Sr）i-（206Pb/204Pb）t（图10a）和（143Nd/144Nd）i-（206Pb/204Pb）t（图10b）图解上投影点都落在EMⅠ富集地幔端元附近，表明与EMⅠ富集地幔有关。在（208Pb/204Pb）t-（206Pb/204Pb）t图解（图11b）上投影点落在地幔演化线与下地壳演化线之间，并靠近Ⅰ型富集地幔（EMⅠ），但在（207Pb/204Pb）t-（206Pb/204Pb）t图解（图11a）上投影点落在地幔演化线与上地壳演化线之间。由于Th元素的地球化学性质一般比铀元素要稳定，其衰变年龄也比U长得多，而208Pb是钍放射性衰变系列的最终产物，因此利用208Pb/204Pb可以更有效地阐明成岩物质的来源，说明大滩盆地粗面岩的物质来源与EMⅠ富集地幔和下地壳有关。在（87Sr/86Sr）i-εNd(t)图解（图9）上落在EMⅠ方向演化趋势线上，且大多数都投在了汉诺坝二辉麻粒岩包体区域内，表明物质来源既与EMⅠ富集地幔有关也与幔源基性岩浆底侵到下地壳底部形成年轻的下地壳有关（樊祺诚和刘若新,1996；樊祺诚等，1998,2001;张国辉等,1998;蔡剑辉等,2005）。TDM2=1911～1796Ma，暗示岩浆是来源于古元古代从地幔分异的岩浆岩。研究表明，在华北古板块北缘辽宁盖县梁屯-矿洞沟发现最古老的碱性正长岩，该正长岩的SIMS锆石U-Pb年龄为1857Ma，属于古元古代；（87Sr/86Sr）i=0.7045～0.7053，εNd(t)=-4.1～-3.8，（206Pb/204Pb）t=17.20～18.89，（207Pb/204Pb）t=15.41～15.75，（208Pb/204Pb）t=36.63～38.79，物质来源主要与EMⅠ富集地幔有关，并在形成过程中遭受了少量古老下地壳物质的混染（任康绪等，2006）。可见，古元古代与梁屯-矿洞沟碱性正长岩成分类似的幔源岩浆底侵于下地壳底部，且遭受到更多的古老下地壳物质混染形成的年轻下地壳，可以作为大滩盆地粗面岩的源岩。

图8 大滩粗面岩(87Sr/86Sr)i-t/Ga图解（据张敏等,2009）Fig.8 Diagram of(87Sr/86Sr)i-t/Ga from the Datan trachyte

图9 大滩粗面岩εNd(t)-(87Sr/86Sr)i图解Fig.9 Diagram ofεNd(t)-(87Sr/86Sr)ifrom the Datan trachyte

对大滩盆地粗面岩的主微量以及Sr-Nd-Pb同位素特征分析，表明该岩浆是在加厚地壳背景下形成且同时带有富集地幔和下地壳物质的印记，笔者认为可以采用两阶段模式来解释：（1）古元古代源于EMⅠ富集地幔的岩浆与少量古老下地壳部分熔融的岩浆混合后底侵到古老下地壳底部形成年轻下地壳；（2）早白垩世早期在加厚地壳背景下这种年轻下地壳部分熔融形成的岩浆上升到地表形成粗面岩。

5.1.3 中生代粗面岩（正长岩）Sr-Nd-Pb同位素制约

与承德早白垩世中期甲山正长岩（87Sr/86Sr）i（0.7059～0.7069）,εNd(t)（-5.0～-0.9）,TDM2（1310～980Ma），（206Pb/204Pb）t（16.63～17.10），（207Pb/204Pb)t（15.24～15.30），（208Pb/204Pb)t（36.54～37.20）（刘源等，2015）；北京西山早白垩世早期东岭台组粗面岩(87Sr/86Sr)i（0.7064～0.7067），εNd(t)（-16.3～-15.7），TDM2（2231～2186Ma）（李晓勇等，2004）；后石湖山早白垩世早期张家口组粗面岩（87Sr/86Sr）i（0.7057～0.7073），εNd(t)（-14.4～-13.0），TDM2（2090～1970Ma）（文霞和马昌前，2013）进行对比。大滩粗面岩的（87Sr/86Sr）i值高于甲山正长岩、东岭台组粗面岩、后石湖山粗面岩；εNd(t)高于东岭台组粗面岩、后石湖山粗面岩，低于甲山正长岩；TDM2值大于甲山正长岩，小于东岭台组粗面岩、后石湖山粗面岩；（206Pb/204Pb）t、（207Pb/204Pb）t、（208Pb/204Pb）t值基本与甲山正长岩Pb同位素一致。刘源等（2015）认为甲山正长岩可能是亏损地幔与下地壳混合而成，李晓勇等（2004）认为东岭台组粗面岩可能是玄武质岩浆底侵到下地壳发生混染而成，文霞和马昌前（2013）认为后石湖山粗面岩可能是EMⅠ富集地幔物质与古老下地壳混合而成。笔者认为，大滩粗面岩及甲山正长岩、东岭台组粗面岩、后石湖山粗面岩的Sr-Nd-Pb同位素特征均可以用两阶段模式解释，即：古元古代、中元古代不同时期源于岩石圈地幔部分熔融形成的岩浆与不同比例的古老下地壳部分熔融的岩浆混合形成年轻下地壳，在早白垩世早期、早白垩世中期这种年轻下地壳部分熔融形成大滩盆地张家口组、北京西山东岭台组与后石湖山张家口组粗面岩、甲山正长岩。

图10 大滩粗面岩(87Sr/86Sr)i–(206Pb/204Pb)t(a)和(143Nd/144Nd)i-(206Pb/204Pb)t(b)图解Fig.10 Diagramsof(87Sr/86Sr)i-206Pb/204Pb(a)and(143Nd/144Nd)i-206Pb/204Pb(b)from the Datan trachyte

图11 大滩粗面岩207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)和208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)图解Fig.11 Diagram of207Pb/204Pb-206Pb/204Pb(a)and208Pb/204Pb-206Pb/204Pb(b)from the Datan trachyte

5.1.4 大滩盆地流纹岩Sr-Nd同位素制约

与大滩盆地流纹岩的（87Sr/86Sr）i（0.70521～0.71354）、（143Nd/144Nd）i（0.511926～0.512023）、εNd(t)（-16.4～-15.5）、TDM2（2260Ma～2190Ma）值相比，大滩盆地张家口组粗面岩的（87Sr/86Sr）i值更稳定、εNd(t)值略高、TDM2值略低。张雅菲等（2016）认为，大滩盆地张家口组流纹岩可能来源于古元古代火成地壳物质在中-上地壳一定温压条件下部分熔融。Deng等（1998）提出，在加厚地壳背景下，下地壳底部部分熔融形成的是粗面岩，而下地壳中上部部分熔融形成的是流纹岩。因此，笔者认为，大滩盆地粗面岩和流纹岩可能均来自源于岩石圈地幔部分熔融形成的岩浆与古老下地壳部分熔融形成的岩浆混合而成的年轻下地壳，不同的是前者为加厚下地壳底部部分熔融的产物、后者为加厚下地壳中-上部部分熔融的产物，且前者源岩所含古老下地壳物质比例更低。

5.2 构造环境

燕山构造阶段，华北古板块北缘发生了多期次多旋回的拉张-挤压构造事件（马寅生等，2002；毛德宝等，2005；渠洪杰和张英利，2005；王蕊等，2007；汪洋和程素华，2010；巫建华等，2013，2014）。

张家口组火山岩喷发之前形成的昌平十三陵影壁山-哈蟆石、宣化盆地鸡鸣山的逆冲推覆构造及建昌-喀左盆地公营子等处的逆掩断层（马寅生等，2002）以及土城子组沉积中期形成了凌源-东官营子逆冲断裂、佛爷洞-北票逆冲断裂、建昌-朝阳逆冲断裂（王根厚等，2001），指示张家口组火山岩形成之前发生了挤压构造事件，并导致地壳加厚。大滩盆地张家口组粗面岩在Zr/ Al2O3-TiO2/Al2O3和Y-Zr判别图（图12）上均落在板内玄武岩范围，指示粗面岩形成于板内构造环境。而碱性岩系列火山岩形成于岩石圈拉张构造环境已被认知，因此本区碱性粗面岩形成于板内张性构造环境，与该盆地张家口组流纹岩指示的构造环境（张雅菲等，2016）一致，说明该盆地的粗面岩-流纹岩组合是加厚地壳在拉张构造背景下形成的。

图12 大滩粗面岩Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3(a)和Y-Zr(b)图解Fig.12 Diagramsof Zr/Al2O3-TiO2/Al2O3(a)and Y-Zr(b)from the Datan trachyte

6 结论

综上所述，可得出以下结论：

（1）SHRIMP锆石U-Pb年龄数据显示，大滩盆地粗面岩的206Pb/238U年龄为140.3±1.4Ma，地质时代属早白垩世早期。

（2）粗面岩具有较高的SiO2、K2O、K2O+ Na2O，稀土配分曲线图表现为右倾的轻稀土富集型，无明显的负铕异常，具有高压型粗面岩的特征。富集高场强元素Zr、Y和大离子亲石元素K、Rb、Ba、Pb，亏损Nb、Ta、Sr、Ti等元素，具有高Sr-Ba英安岩-流纹岩的微量元素的特征。具有较低的Ti/Zr，较高的Rb/Sr、（87Sr/86Sr）i、低的εNd(t)、较大的TDM2、低的（206Pb/204Pb）t、（207Pb/204Pb）t、（208Pb/204Pb）t的特征。表明大滩盆地粗面岩的物质来源主要是来源于新生下地壳，但受到古老下地壳物质的混染。

（3）大滩盆地粗面岩由两阶段模式形成，古元古代源于EMⅠ型富集地幔的铁镁质岩浆（类似梁屯-矿洞沟碱性正长岩成分）与少量古老下地壳物质部分熔融产物混合形成年轻下地壳；早白垩世早期在拉张构造环境下加厚地壳的年轻下地壳底部部分熔融形成的岩浆喷出地表形成粗面岩。

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Geochronology,Geochem icalCharacteristics,and Genesisof Trachyte in Datan Basin,Northern Hebei

XIA Yingbing1，WU Jianhua2*，JIANG Shan3，WU Rengui1，LIU Shuai2
1.Collageof Earth Science,EastChina Instituteof Technology,Nanchang330013，China；2.State Key Laboratory Breeding BaseofNuclear Resourcesand Environment，EastChina Instituteof Technology，Nanchang330013，China；3.NO.243Geological Party,CNNC,Chifeng024006,China

Datan volcanic basin in Fengning is located in the zone of the northern North China Block,south of Xar Moron river fault zone,westof the Yan-Liao polymetallic(Mo-U-Ag-Pb-Zn),and southwestof the Gu(yuan)-Hong(shanzi)uranium belts.It isadjacentto the Guyuan basin where there is a large Zhangmajing U-Mo deposit.The rhyolite-trachyte rock assemblage of Zhangjiakou was formed in the Datan volcanic basin and is themain wall rock of hydrothermal-type uranium deposit.The zircon SHRIMPU-Pb dating of trachyte yields an age of140.3±1.4Ma(2σ,MSWD=1.09),which represents the emplacementageof the trachyte,and suggests that itwas formed in the early Early Cretaceous.Trachyte contains high content of SiO2,K2O+Na2O ratio,SiO2=61.6%～63.1%,K2O+ Na2O=9.28%～10.2%,and falls in shoshonite series range of the K2O-SiO2diagram and in alkaline series trachyte or dacite range of the TASdiagram.With the resultof the CIPW and the contentofQ=12.9%～18.4%(less than 20%),itbelongs to the typical trachyte. Trachyte has high content of rare earth elements,enriched in light rare earth and the non-obvious negative Eu anomaly,ΣREE=(279～318)×10-6,δEu=0.77～0.88.The results show the right-leaning enrichment in light rare earth type with a high pressure type trachyte characteristics of rare earth elements,enrichment in large ion lithophile element(K,Rb,Ba,Pb)and high field strength elements(Zr、Y),and loss of these elements(Nb,Ta,Zr,Ti).The Ti/Zr(8.40～14.72),Nb/Ta(14.07～15.26)ratio is low and Rb/Sr(0.95～1.60)ratio is highwith high Sr-Ba dacite-rhyolite the characteristicsof trace elements;High(87Sr/86Sr)i(0.7077～0.7096),lowerεNd(t)(-12.09～-10.67), the larger TDM2(1796～1911Ma),lower(206Pb/204Pb)t(16.92～17.04),(207Pb/204Pb)t(15.39～15.42),（208Pb/204Pb)t(37.58～37.67).In the(87Sr/86Sr)i-t/Ga and(208Pb/204Pb)t-(206Pb/204Pb)tdiagram,it is located between the lower crust and the mantle,and is close to the EMⅠenrichedmantle.In theεNd(t)-(87Sr/86Sr)idiagram,it is located within EMⅠenrichedmantle evolution lineand Hannuoba two-pyroxenne grain xenoliths area.So the trachyte in the Datan basin can be explained by a two-stagemodel:In the paleoproterozoic,EMⅠenriched mantlemagma and a small part of the partialmelting of ancient crustmaterialweremixed and formed the young crust.In the early Early Cretaceous,themagma from partialmeltingof the youngand thickened lower crusterupted and formed trachyte.

trachytes；petrogenesis；Sr-Nd-Pb isotopes；young lower crust；early Early Cretaceous；Datan basin

WU Jianhua,Professor;E-mail:jhwu@ecit.cn

P597；588.1

A文献标识码：1006-7493（2016）04-0608-13

10.16108/j.issn1006-7493.2016059

2016-04-24；

2016-08-16

国家自然科学基金项目（41372071）；中国核工业集团公司项目（中核地计［2008］74号）联合资助

夏应冰，男，1991年生，硕士研究生，岩石地球化学专业；E-mail：13026211650@163.com

*通讯作者：巫建华，男，1960年生，博士，教授，火山地质学与铀矿地质学研究方向；E-mail：jhwu@ecit.cn