1、 卷 （），期 （），总 （） 矿 物 岩 石页 （），（，） 收稿日期 ：；改回日期 ：基金项目 ：国家重点基础研究 （）；国家留学基金 （）作者简介 ：丁超 ，男 ，岁 ，博士生 ，矿产普查与勘探专业 ，研究方向 ：盆地构造与油气地质学 ：通讯作者 ：陈刚 ，教授 ，博士导师 ：鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体地球化学与构造环境分析丁超 ，陈刚 ，张宏发 ，杨甫 ，毛小妮西北大学大陆动力学国家重点实验室 ，地质学系 ，陕西 西安（ ）【摘要 】通过紫金山岩体的地球化学分析 ，系统探讨了岩体的物质组成及其岩浆成分演化特征和可能的动力学演化环境 ，为鄂尔多斯盆地东部深部岩浆活动热力作用提供重要信息
2、。紫金山岩体的地球化学特征表明 ：岩体具有全碱含量较高 （），贫，根据碱度率图解 ，判别该岩体属于偏碱性碱性系列 ；稀土含量较高 ，轻稀土富集 ，轻重稀土元素发生了不同程度的分馏 ，异常现象不明显 。富集大离子亲石元素 ，而亏损 ，等高场强元素 。在此基础之上 ，通过主量元素的氧化物变异图解分析 ，认为紫金山岩体可能来源于深部相近或统一的原始岩浆源区 ，在其上侵演化过程中形成了高钾低钙的碱性系列岩石和低钾高钙的碱性偏碱性系列岩石 。结合相关判别图解表明 ，其物质来源至少达到了壳幔过渡带或其更大的深度层次 ；构造环境属于板内拉张环境 。因此 ，紫金山岩体所代表的鄂尔多斯盆地燕山晚期的构造热事件是
3、在华北克拉通大规模伸展背景下 ，深部物质在地壳中浅层或地表作用的结果 。【关键词 】地球化学 ；岩浆演化 ；构造环境 ；紫金山岩体 ；鄂尔多斯盆地中图分类号 ：文献标识码 ：文章编号 ：（）鄂尔多斯盆地东部的紫金山岩体是我国发现最早的碱性岩体 ，一直受到国内地质学家的关注 。年代以来 ，随着和以及等分析技术在地学领域应用的发展 ，为更高精度地研究紫金山岩体的岩石地球化学 、构造年代学和深部地球化学环境提供了重要支撑 。黄锦江等（）、阎国翰等 （）通过研究紫金山岩体的氧同位素地球化学特征 ，认为岩体的物质来源于上地幔 。周玲棣等 （）、赵振华等 （）则根据紫金山岩体的稀土元素特征 ，认为紫金山岩
4、体属幔源碱性岩 ，并不排除有少量壳源物质混入的可能 。近年来 ，肖媛媛等 （）、杨兴科等 （）采用和 （）等新的测试技术方法 ，着重研究了紫金山岩体尤其是侵入岩的地球化学特征及其成因 ，提出岩体形成于大陆板内拉张环境 ，其原始岩浆物质可能来源于较深的上地幔或下地壳 。显然 ，已有研究成果均不同程度地揭示了紫金山岩体的深部物质来源特点 ，但对其深度层次的认识还不尽一致 ，尤其对于岩浆成分演化及其深部物质来源环境等仍然知之甚少 。因此 ，本次研究通过紫金山岩体的主量和微量元素特征 ，在充分汲取前人已有成果认识的基础上 ，综合探讨紫金山岩体的岩石地球化学 、岩浆成分演化特征及其可能的动力学演化环境
5、。 区域地质背景紫金山岩体出露于临县 、方山县和兴县交界的紫金山 、大肚山 、教排山一带 ，东以离石走滑断裂带为界与华北克拉通中部构造活动带的吕梁隆起相邻 ，岩体出露面积约，侵入并刺穿了盆地东缘的中生界三叠系砂泥岩地层 （图）。该岩体是一套由侵入岩和喷发岩等不同岩石类型组成的碱性杂岩体 ，主要由外环的二长岩 、正长岩等侵入岩和中心部位的火山角砾岩等喷发岩呈环带状结构组成（图）。其中 ，岩体外环以次透辉二长岩为主要岩石类型的侵入岩占整个岩体出露面积的近，构成紫金山岩体偏碱性的侵入岩的围岩 ，岩体中部发育中心式喷发相的粗面质和响岩质火山角砾岩 ，两者之间发育以霓霞次透辉正长岩和少量透长石斑岩组成的
6、环状侵入岩岩墙。本次研究通过紫金山岩体的野外地质勘察 ，重点选择东起甘草沟 、穿越大肚山山神庙梁 、西至水磨的路线剖面 ，沿线观察采集了不同岩浆岩相带的岩石样品 ，并在岩石薄片鉴定的基础上挑选了有代表性的块样品 ，在西北大学大陆动力学国家重点实验室进行了主量和微量元素的测试分析 ，其中 ，主量元素采用型射线荧光光谱仪 （）测定 ，微量元素采用电感耦合等离子质谱仪 （）测定 。测试数据如表所示 。图 鄂尔多斯盆地东缘紫金山岩体区域地质构造特征与样品点位置断裂与构造分区线；地层剥蚀尖灭线；平行或角度不整合；中生界砂 泥岩；次透辉二长岩；次透辉正长岩；霓霞次透辉正长岩 ；霞石正长岩 ；响岩质火山角砾
7、岩 ；粗面质火山角砾岩 ；采样点位置 华北克拉通西部的鄂尔多斯 （陆块 ）盆地东北部构造单元 ：陕北斜坡 ；晋西挠褶带 ；伊盟隆起 华北克拉通中部吕梁隆起的结构单元 ：汾西复向斜 ；吕梁复背斜 ；宁武复向斜 ；芦芽山复背斜 ；五寨复向斜 ；新近纪末第四系 ；中三叠统 第 卷第 期 丁超等 ：鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体地球化学与构造环境分析表 紫金山岩体主量元素 （）和稀土 、微量元素 （）分析数据 （ ） （） 岩石名称角闪正长斑岩次透辉二长岩响岩质火山岩白榴石响岩霞辉正长岩霞石正长岩透长石斑岩响岩质火山角砾岩灰白色响岩紫红色响岩细粒霞石正长岩暗霞正长岩次透辉正长岩样品号 值 注 ： （）；（
8、）（） 地球化学特征 主量元素地球化学特征紫金山岩体块岩石样品主要元素测试分析数据表明 ，紫金山岩体岩石（）较低 ，主要介于之间 ，全碱含量 （）普遍大于、最高达，里特曼 （硅碱 ）指数，为一套偏碱性碱性岩石 。在图解上 （图），所有样品均落入碱性岩石系列范围 ，其中 ，白榴石响岩 （），响岩 （，）和响岩质火山角砾岩 （，）等样品落在了火山喷发岩分类系列中的响岩区 ；次透辉二长岩 （），细粒霞石正长岩 （），霞石正长岩 （），暗霞正长岩 （）和霓霞正长岩 （）样品分别落入了侵入岩分类系列中的二长岩区 、副长正长岩区和副长石二长正长岩区 。在（）图解上 （图），响岩 、响岩质火山角砾岩 、白榴
9、石响岩等喷发岩样品和透长石斑岩 、暗霞正长岩等侵入岩样品均落入了（）图解的碱性系列 ；次透辉二长岩 、次透辉正长岩 、角闪正长斑岩等侵入岩样品则落入了（）图解的偏碱性系列 。（）与分类基本类似 ，并与岩石薄片鉴定结果基本一致 ，共同表明紫金山岩体实际上是由碱性和偏碱性两大系列岩石组成的碱性杂岩体 ，暗示该岩体可能是深部物质部分熔矿物岩石 图 紫金山岩体岩浆 火成系统全碱硅 （）分类图解 （底图据 ，）分界线上方为碱性、下方为亚碱性 。喷出岩 ：苦橄质玄武岩；玄武岩；玄武安山岩；安山岩；英安岩；流纹岩；石英岩；粗面玄武岩；玄武粗安岩 ；粗安岩 ；粗面英安岩 ；粗面岩 ；碱玄岩 ；响岩质碱玄岩 ；
10、碱玄质响岩 ；响岩 ；副长火山岩 ；方钠岩 霞石岩 纯白榴岩侵入岩 ：橄榄辉长岩 ；碱性辉长岩 ；亚碱性辉长岩 ；辉长闪长岩 ；闪长岩；花岗闪长岩；花岗岩；硅英岩；二长辉长岩；二长闪长岩 ；二长岩 ；石英二长岩 ；正长岩 ；副长石辉长岩 ；副长石二长闪长岩 ；副长石二长正长岩 ；副长正长岩 ；副长深成岩 ；霓方钠岩 磷霞岩 粗白榴岩 （）（） （ ，）图 紫金山火山岩石系列的（）图解 （底图据 ，） （） （ ，）融形成的原始岩浆经历了不同岩浆分异路径的的演化结果 。 微量元素地球化学特征紫金山岩体微量 、稀土元素测试分析结果表明 （表），紫金山岩体的稀土元素总量较高（），为球粒陨石 （）的倍
11、 ；总体具有轻稀土富集的稀土配分型式 （图），（），（），（），异常不明显 （）。其中侵入岩样品的稀土总量 （）相对较高 ，且总体表现为轻稀土曲线段的斜率相对较陡 、元素分馏较为明显 ，而重稀土曲线段的斜率则相对平缓 、分馏作用相对较弱 ；但透辉正长岩 （）的稀土配分模式比较特殊 ，曲线斜率比较平缓 ，轻 、重稀土元素的分馏作用均不明显 ，呈现为平缓型的稀土配分模式 。喷出岩样品的稀土总量 （）相对较低 ，位于侵入岩样品稀土元素配分曲线的下方 ，稀土配分模式曲线的斜率相对较大 ，表明其轻 、重稀土元素均发生了较为明显的分馏作用 ；唯有白榴石响岩 （）的轻稀土总量相对较高 ，且具有明显的负异常
12、，可能是白榴石分离结晶引起的 。原始地幔标准化微量元素蛛网图显示（图），紫金山岩体普遍显示了低场强元素，的正异常 ，高场强，和的负异常 。其中的亏损可能与岩石中所含磷灰石的分离结晶有关 ，的亏损则很可能与岩浆演化过程中钛铁矿的分离结晶有关 。因此 ，紫金山岩体可能主要来自于壳幔过渡带或者是源于上地幔但经历了壳幔物质交换 。 岩浆演化关系解析通过主量元素的氧化物变异图解分析 ，获得了紫金山岩体不同岩石样品和的图解 （图）。结果表明 ，不同岩浆岩石类型总体上构成了 “高钾低钙岩石系列 ”（图）和 “低钾高钙岩石系列 ”（图）两大演化路径 ，且两大系列岩石矿物成分的演化不仅都呈现含量逐渐增大的趋势
13、，而且较好地归并于一个相近或统一的原始岩浆演化端元 。其中 ，高钾低钙岩石系列总体呈现为向富硅 、富钾和贫钙方向演化 ，且分离结晶的岩浆岩均为碱性系列岩石 ，首先分离结晶出霞石正长岩和暗霞正长岩 ，之后分离结晶出白榴石斑岩和细粒霞石正长岩 ，并最终以岩浆喷发的方式在近地表形成响岩 、响岩质火山角砾岩 。低钾高钙岩石系列总体呈现为向富硅 、贫钾和高钙方向演化 ，岩浆侵位过程中先后分离结晶出霞辉正长岩 、次透辉正长岩 、次透辉二长岩 、角闪正长斑岩 ，总体表现为由碱性系列向偏碱性系列岩石矿物成分演化的特点 。由此可以看出 ，紫金山碱性偏碱性杂岩体实际上是由高钾低钙的碱性系列岩石和低钾高钙的碱性偏碱
14、性系列岩石组成 ，总体上构成了岩浆岩石矿 第 卷第 期 丁超等 ：鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体地球化学与构造环境分析图 紫金山岩石样品球粒陨石标准化稀土元素配份模式图 （球粒陨石标准化数据据 ，） （ ，）物组成及其成分的两大演化趋势或可能的两大演化路径 ，而且它们很有可能来源于深部相近或统一的原始岩浆源区 。 岩浆来源深度及其形成环境讨论 岩浆来源的深度层次测试样品微量元素分析数据显示出较多的幔源原始岩浆的元素含量特点 ，其中元素丰度值分布在之间 ，平均，介于超基性岩与基性岩之间 ，比地壳岩石的平均含量（）低 ；元素丰度值分布在之 间 ，平 均，显然 也 小 于 地 壳 平 均 含 量 （）；
15、大多数样品元素丰度值的平均水平集中在，同图 紫金山岩石样品原始地幔标准化微量元素蛛网图 （原始地幔标准化数据据 ，） （ ，）样大于了地壳平均含量 （）。与之类似 ，肖媛媛等 （）对紫金山岩浆岩石样品微量元素分析给出的比值 （）基本接近于原始地幔的比值 （）。阎国翰等 （）和黄锦江等 （）对紫金山二长岩 、正长岩和响岩等的氧 、锶同位素测试分析结果表明 ，不同岩石样品的 变化范围主要集中在，平均接近，总体上落入了上地 幔 基 性 岩超 镁 铁 质 岩 石 值 （）的 主 值 区 间 范 围 。杨 兴 科 等 （，），对紫金山岩浆岩石样品的铷 、锶 、钐 、钕同位素测试分析结果显示 ，锶同位素初
16、始比值主要分布在 ，基本落入了幔源岩石锶 同 位 素 初 始 比 值 范 围 （）；同 位 素 比 值 主 要 集 中 在 ，较好地接近于任康绪等 （）给出的型地幔比值 （ ）； 初始值集中在 ，矿物岩石 图 紫金山岩体不同岩石样品的图解 显 然 与 现 今 富 集 地 幔 的 比 值 （ ）具有较好的吻合程度 。此外 ，本次研究选择 等 （）提出的（）（）丰度平行线与地壳厚度关系的格子图解 ，尝试探索紫金山岩体原始岩浆的可能深度层次 。通常认为 ，岛弧或活动陆缘环境的碱性火山岩和岛弧拉斑玄武岩的（）（）含量变化对于原始岩浆来源的地壳厚度具有较好的灵敏度。紫金山岩体不同岩石样品，丰度测试分析数
17、据在（）（）格子图解上的投影结果表明 （图），所有岩浆岩样品原始岩浆来源的深度层次明显大于。图 紫金山岩体样品（）（）丰度平行线与地壳厚度的关系 （底图据 ，） （ ，）进一步结合华北区域岩石圈三维结构的最新研究成果可以看出 ，鄂尔多斯地壳厚度约，太行山地壳厚度约，二者之间的山西吕梁山地区界面上隆至左右 ，而且在上地壳下部和壳幔过渡带等深度层次上存在个个波 速 度 接 近和的 低 速层。紫金山岩体地处鄂尔多斯地块与山西吕梁山隆起带之间构造转换的岩石圈低幅度隆起区带 ，壳幔过渡 （低速 ）带深度大致在范围 。依据上述格子图解给出的紫金山原始岩浆来源大于深度层次推算 ，紫金山岩浆活动的深部物质来源
18、应该至少达到了壳幔过渡带及其以下的岩石圈地幔部分 。综合上述岩石地球化学特征和格子图解判别结果分析认为 ，紫金山岩体的原始岩浆成分与深部岩石圈地幔的物质组成密切相关 ，其物质来源至少达到了壳幔过渡带或其更大的深度层次 。图 紫金山岩体图解 （底图据 ，） （ ，） 岩浆作用的构造环境紫金山岩体侵位于鄂尔多斯盆地内陆河湖相三叠系碎屑岩地层的客观事实 ，基本上限定了其形成演化主体受制于中新生代的陆内构造环境 ，并与鄂尔多斯盆地东缘离石断裂带及其相邻山西吕梁山地区的构造活动密切相关 。肖媛媛等 （）通过锆石定年和区域岩石地球化学分析 ，认为紫金山岩体的形成主要受控于早白垩世华北克拉通的大规模伸展拆离
19、作用 ；杨兴科等 （）依据微量元素分析提出紫金山岩体形成于大陆板内拉张环境 。在此基础上 ，从研究区不同岩石样品地球化学测试数据的构造环境图解角度 （图，图），进一步提供 第 卷第 期 丁超等 ：鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体地球化学与构造环境分析紫金山岩浆活动在构造成因环境方面的相关证据和信息 。图 紫金山岩体主量元素判别图 （底图据 ，） （ ，）图解是一种比较有效的微量元素构造环境判别图解 ，主要用来区分大洋岛弧 、洋中脊和板内玄武岩 ；但很多学者同时认为 ，该图解也可以用于其它岩浆岩类型的构造环境判别，。从研究区样品的投图结果可以看出 （图），紫金山岩体的大多数样品投影在板内构造环境 ，有
20、两个样品落在了在洋脊拉张环境 ，有一个样品投影在岛弧环境 。这种现象说明 ，紫金山岩浆活动主体受控于属于大陆板内的构造环境 ，但不排除受华北东部古太平洋板块向西俯冲过程深部洋桥物质的影响 ，很可能有来自深部类似洋脊或岛弧俯冲物质的地球化学元素参与 。 （）利用个现代火山岩样品主量元素分析数据 ，总结给出了玄武岩产出的洋脊 、洋岛 、扩张岛屿 、大陆和造山带等构造环境判别图解 ，应用于（）范围为火山岩 ，紫金山岩体测试样品的质量分数基本落入这一范围 。紫金山碱性杂岩体不同样品的主量元素地球化学组成在图解上投影在扩张岛屿范围 （图），说明紫金山岩浆活动的构造成因环境主要受控于华北陆内类似于扩张岛屿
21、的伸展拉张构造作用 。 结论与认识 紫金山岩体具有全碱含量较高 （ ），贫（ ），里特曼 （硅碱 ）指数，根据碱度率图解判定 ，该岩体属于碱性过碱性系列 。轻稀土富集 ，轻重 稀 土 元 素 发 生 了 不 同 程 度 的 分 馏 （），异常现象不明显 。富集大离子亲石元素和等元素 ，而亏损，等高场强元素 。 岩浆演化关系解析表明 ，紫金山岩体发育高钾低钙的碱性系列岩石和低钾高钙的碱性偏碱性系列岩石 ，岩浆岩石矿物组成及其成分的两大演化趋势暗示它们很有可能来源于深部相近或统一的原始岩浆源区 。 结合紫金山岩体的地球化学特征及区域构造背景综合分析 ，认为其物质来源至少达到了壳幔过渡带或其更大的深
22、度层次 ；其构造环境属于板内环境 ，且具有扩张岛屿环境类似的拉张环境 。参考文献黄锦江 山西临县紫金山环状杂岩体岩石学特征与成因研究 现代地质 ，（）：阎国翰 ，牟保磊 ，曾贻善 山西临县紫金山碱性岩碳酸岩杂岩体的稀土元素和氧锶同位素特征 岩石学报 ，：周玲棣 ，王传扬 紫金山碱性杂岩体稀土元素地球化学及成因模式 地球化学 ，：赵振华 ，周玲棣 我国某些富碱侵入岩的稀土元素地球化学 中国科学 辑 ，（）： 肖媛媛 ，任战利 ，秦江峰 ，等 山西临县紫金山碱性杂岩 锆石 年龄 、地球化学特征及其地质意义 地质论评 ，（）：杨兴科 ，杨永恒 ，季丽丹 ，等 鄂尔多斯盆地东部热力作用的期次和特点 地
23、质学报 ，（）：山西省地矿厅 山西区域地质志 北京 ：地质出版社 ， ，（）： ，（）： ， ： ， ，：杨兴科 ，晁会霞 ，郑孟林 ，等鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体 测年地质意义矿物岩石，（）：杨兴科 ，晁会霞 ，张哲峰 ，等鄂尔多斯盆地东部紫金山岩体特征与形成的动力学环境大地构造与成矿学，（）：任康绪 ，阎国翰 ，牟保磊 ，等辽西凌源河坎子碱性杂岩体地球化学特征及地质意义岩石矿物学杂志，（）： ， 王人镜岩石化学北京：中国地质大学出版 ，矿物岩石 邓晋福中国华北地区岩石圈三维结构及演化北京：地质出版社 ， ： ：， ， ， ，（）：赖绍聪 ，秦江峰 ，李永飞 ，等青藏高原木苟日王新生代火山岩地球化学及 同位素组成 底侵基性岩浆地幔源区性质的探讨中国科学 辑 ，（）：夏林圻 ，夏祖春 ，徐学义 ，等利用地球化学方法判别大陆玄武岩和岛弧玄武岩岩石矿物学杂志，（）： ， ， ，（）： （）；： ： ， ， ， ， ， ， ， ， ，烄烆烌烎： ， ， （） ， （）， ， ， ，
